超声成像模拟是利用已有的三维医学影像数据模拟超声成像过程得到虚拟超声图像的技术,可以广泛应用于超声引导手术、图像处理、超声培训等。前人对超声成像模拟已经做出了很多研究,有的成像算法快但是考虑不够全面,有的成像算法考虑全面但是速度不够快。综合考虑超声成像模拟的时效性和成像效果,论文对基于三维CT数据模拟重建虚拟超声的关键技术进行了数学建模和算法实现。医学超声是源于超声在人体这一非均匀的物质中传播时发生的反射、折射、散射等物理现象而重建成的。因而超声成像模拟的主要环节是超声传播媒质的三维虚拟人体组织的建模、反映超声反射方面的建模和反映超声散射方面的建模。首先,给出了建立基于三维CT数据重建反映超声属性的虚拟人体模型的方法。该方法先对CT切片进行层间插值得到等分辨率的人体三维体数据,然后利用CT值推导出虚拟人体组织中的超声声阻抗系数。其次,建立了超声反射模型并给出了计算方法。模型中假设超声探头上有多个阵元,对每个阵元发出的超声波束进行跟踪。文中详细阐述了跟踪超声在人体中传播的步骤,以及超声发生反射和折射时计算声阻抗系数变化率和入射角的余弦值获得反射率的大小,并将所获得的每个阵元成像区域内反射率的分布矩阵数据叠加得到反射图像。再次,建立了超声散射模型并给出了计算方法。该散射模型使用卷积运算将散射图像概括为散射体分布方程和点扩散函数的卷积。根据散射体之间的距离符合gamma分布确定散射体分布矩阵,结合散射体对应位置的散射系数得到散射体分布方程。最后对卷积图像进行坐标变换和R-Theta插值得到真实的散射图像。最后,将得到的反射图像和散射图像进行加权合成得到超声模拟图像并对实验结果进行了分析。实验表明,模拟出的超声图像可以正确地显示组织的边界信息；在加上散射信号后,模拟超声图像更接近于真实的超声图像,实验结果达到了预期的目的。而且使用卷积方法得到散射图像的速度比使用Field Ⅱ软件要快。