發(fā)布時間：2020-05-24 16:09

【摘要】：微波致熱超聲成像技術(shù)(Microwave induced thermo-acoustic tomography,MITAT)結(jié)合了微波成像和超聲成像的二者優(yōu)勢,具有著高對比度和高分辨力的優(yōu)點,因此成為了一種極其具有應(yīng)用前景的生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)。由于其多物理特性導(dǎo)致對應(yīng)的反演成像過程十分復(fù)雜,反演過程不僅涉及到了聲參數(shù)也涉及到了電參數(shù),且該過程是一個逆散射過程,其中涉及到的參數(shù)非均勻分布均會對反演成像結(jié)果造成影響。目前對于很多參數(shù)的相關(guān)性研究還在進(jìn)行中,很難控制變量將各個參數(shù)對反演結(jié)果的影響歸咎到某一個或某兩個參數(shù)上。本文通過對現(xiàn)有的微波熱致超聲理論進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)聲速分布對反演目標(biāo)的大小、位置、形狀有非常重要的影響,而其他參數(shù)非均勻分布的影響大多體現(xiàn)在目標(biāo)的對比度上,由于本文所針對的是目標(biāo)的定性反演,所以在環(huán)境參數(shù)的選取上做了一定的取舍,選取了聲速作為主要研究對象,主要研究了聲速非均勻分布下的微波熱致超聲成像算法。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.針對微波致熱超聲成像過程中低信噪比(signal to noise ratio,SNR)下熱聲信號難以提取問題,本文在微波熱致超聲中使用了基于小波變換與奇異值分解的降噪濾波算法。該方法從熱聲信號及本課題組現(xiàn)有的微波熱聲系統(tǒng)噪聲信號的時頻特性出發(fā),對含噪信號在小波域和奇異值空間進(jìn)行了雙域濾波處理,提取出了淹沒在環(huán)境噪聲中的微弱熱聲信號,較好的解決了微波熱致超聲成像過程中,低信噪比下提取熱聲信號困難的問題,為后續(xù)反演成像的準(zhǔn)確性提供了重要前提。2.針對非均勻環(huán)境中的聲速分布估計問題,本文提出了基于先驗的聲速自聚焦算法,該方法結(jié)合了基于先驗聲速方法的準(zhǔn)確性和基于聲速自聚焦算法的穩(wěn)定性,在不增加實驗系統(tǒng)的復(fù)雜度和計算復(fù)雜度的前提下,獲得了更為準(zhǔn)確的聲速分布估計,為反演成像質(zhì)量提供了重要的保障。3.針對由環(huán)境中的非均勻參數(shù)導(dǎo)致的反演結(jié)果成像質(zhì)量低問題,若不對反演圖像特征進(jìn)行增強處理,將會對目標(biāo)性質(zhì)的診斷造成影響,對此本文提出了反演圖像特征的差值增強方法。該方法通過結(jié)合對反演結(jié)果時間維度和空間維度處理的同時引入了聲速差異項,在增強目標(biāo)特征的同時對環(huán)境背景噪聲及偽影進(jìn)行了抑制。減小了疾病診斷中誤判的可能性。4.針對如何減小聲速非均勻及熱聲衰減帶來的影響問題,本文提出了基于聲速非均勻的字典重建方法。其中使用的壓縮感知微波熱聲成像算法是基于模型的重構(gòu)方法,該類方法在熱聲衰減抑制上具有非常顯著的優(yōu)勢。該方法需要先建立一個熱聲字典,而現(xiàn)有的相關(guān)算法中都是基于單一均勻聲速模型建立的,經(jīng)過求解優(yōu)化過程,最終會造成圖像失真。通過對現(xiàn)有的字典建立方法引入聲速非均勻分布,使模型矩陣更加精確,起到了減小聲速非均勻及熱聲衰減影響的作用,對目標(biāo)進(jìn)行了更好地重構(gòu)。
【圖文】：

應(yīng)用場景有限ａ該方法在環(huán)境介質(zhì)參數(shù)分布差異不是十分明盛（即弱非均勻分布）逡逑且目標(biāo)與周邊組織的參數(shù)對比度大的時候會有較好的效果，但在其他分布特性的逡逑情況下該方法效果不明顯。圖１－１給出了人體乳房的等效電導(dǎo)率及聲速分布模型，逡逑其中數(shù)據(jù)來源于威斯康辛大學(xué)［３］，展示的為其中最致密模型的縱切面圖�？梢詮钠溴义现锌闯鋈梭w乳房組織的相關(guān)參數(shù)分布并不是高斯分布的，最為明顯的是有些區(qū)域逡逑的分布具有聚集性０逡逑ｎｎ邐ｒ邋＇邐ｉｎ１６00逡逑１．５邋２０邋■逡逑Ｉｓ邋８0Ｂ｜＾｜｜１４５0逡逑■０邐１００Ｌ邐邐邐Ｊｌ逡逑－５０邐０邐５０邐－５０邐０邐５０逡逑ｘ邋［ｍｍ］邐ｘ邋［ｍｍ］逡逑⑷邐（ｂ）逡逑圖１－１人體乳房腺體最致密模型二分之一處縱向剖而示意圖。（ａ）電導(dǎo)率分布；（ｂ）聲逡逑速分布逡逑針對前面方法中假設(shè)的局限性及其中的不合理性，Ｚ．邋Ｊｉｎ等人提出利用現(xiàn)有的逡逑２逡逑

由式（２－７）可以看出生物組織是一個色散介質(zhì)，其電導(dǎo)率等電參數(shù)隨著微波頻逡逑率的變化而變化，，生物組織總電導(dǎo)率（等效電導(dǎo)率）及乳房中腫瘤組織與正常組織逡逑的總電導(dǎo)率比例隨頻率變化曲線如圖２－１所示。在關(guān)于乳腺腫瘤組織和其周邊逡逑的正常組織的相關(guān)研宄ｔ２１＿Ｍ中一致表明乳腺腫瘤組織總的電導(dǎo)率及介電常數(shù)與周逡逑邊正常組織的相關(guān)參數(shù)存在著近一個數(shù)量級的差異，且生物組織的電導(dǎo)率與頻率逡逑成正相關(guān)，而介電常數(shù)與頻率體現(xiàn)出了相反的趨勢。該變化趨勢與式0７）相符合。逡逑從圖２－１中可以發(fā)現(xiàn)雖然在乳房中腫瘤和周邊的正常組織的總電導(dǎo)率都在隨逡逑頻率的增加而增加，但兩者的比例卻在隨頻率的增加而減小，這給成像系統(tǒng)的微波逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN015

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李斌成,曾昭信,何舜華;光熱變形理論中熱彈性方程的解[J];電子科技大學(xué)學(xué)報;1992年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王金國;未知非均勻介質(zhì)模型下的目標(biāo)反演算法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 肖寅;微波熱致超聲成像仿體及系統(tǒng)小型化改進(jìn)實驗研究[D];電子科技大學(xué);2011年

2 于萬寶;微波熱致超聲成像技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2008年

本文編號：2678651