熱聲成像技術(shù)是一種新型的,具有多物理特性的混合成像模式。由于熱聲圖像兼具高對比度和高分辨率,熱聲成像被認為是具有廣泛前景的生物醫(yī)學(xué)影像方法。從熱聲成像的物理機理來分析,其包含兩個獨立的物理過程。第一個是生物組織與電磁波的相互作用,第二個是聲波的產(chǎn)生與傳播。基于上述分析,本文將分別從激勵多尺度對第一個物理過程和圖像重構(gòu)算法對第二個物理過程進行研究。本文的主要研究內(nèi)容可以概括為以下兩個方面。激勵多尺度方面:本文系統(tǒng)地研究了微波熱聲和VHF熱聲的成像機理。尤其針對水分子影響微波熱聲圖像對比度的問題,使用了VHF熱聲技術(shù)來降低水分子對圖像對比度的影響。同時,本文率先研究了VHF熱聲成像深度的問題。通過電磁仿真和生物組織成像實驗研究了生物組織對VHF電磁能量的吸收及電場能量分布的問題。圖像重構(gòu)算法方面:本文主要研究了(1)生物組織聲學(xué)非均勻性降低重構(gòu)質(zhì)量的問題和(2)壓縮感知熱聲成像算法計算量大的問題。論文創(chuàng)新點歸納如下:1.針對人體乳腺熱聲成像中聲學(xué)非均勻特性降低圖像質(zhì)量的問題,提出了一種基于聲學(xué)和電磁學(xué)對比度的多物理場K-means重構(gòu)算法。該方法以乳腺癌檢測為應(yīng)用背景,通過數(shù)值仿真和生物組織成像實驗驗證了該方法能夠較好地改善聲學(xué)非均勻性對圖像重構(gòu)的影響。進一步地,針對多物理場K-means聚類成像方法中可能出現(xiàn)微波輻射和組織吸收不均勻?qū)е逻吔缧畔⑹д娴膯栴},提出了微波-熱聲雙模成像方法。微波-熱聲雙模方法的提出,改善了微波成像分辨率低,微波熱聲無定量信息和聲學(xué)非均勻性影響熱聲圖像重構(gòu)的問題。2.針對壓縮感知熱聲成像算法高分辨率重構(gòu)計算量大的問題,提出了多層字典熱聲壓縮感知重構(gòu)方法。與傳統(tǒng)壓縮感知熱聲重構(gòu)方法相比,所提方法在保證圖像質(zhì)量的情況下,顯著降低了高分辨率重構(gòu)所需的時間。3.針對壓縮感知熱聲成像算法中字典矩陣建模時間長、內(nèi)存占用大的問題,提出了一種基于快速時移和稀疏矩陣的快速熱聲字典建立方法,減少了字典建立時間,降低內(nèi)存占用量。該方法通過數(shù)值仿真和微波熱聲成像實驗以及光聲活體成像實驗說明了其有效性。本文對熱聲成像技術(shù)中的成像機理和成像算法中的一些問題進行了研究。針對熱聲重構(gòu)中聲學(xué)非均勻特性和壓縮感知重構(gòu)中計算量大的問題提出了解決方法且所提方法均通過數(shù)值仿真和成像實驗進行了驗證。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;O429

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本文編號：2821738