基于MIVMD與超聲信號特征的生物組織變性識別方法研究
發(fā)布時間：2021-01-06 02:44
高強度聚焦超聲（HIFU）常被用于治療癌癥腫瘤,而治療部位位于皮下不能直接通過肉眼進行觀測,研究高強度聚焦超聲治療過程監(jiān)控對確保治療安全和高效有重要意義。本文搭建了高強度聚焦超聲實驗系統(tǒng),探索通過分析生物組織散射的超聲回波信號來對手術的目標區(qū)域進行檢測。論文主要工作有:1.由于光纖水聽器采集的超聲信號中含有噪聲,本文提出用多迭代變分模態(tài)分解（MIVMD）對生物組織產生的超聲背散射信號進行去噪處理。采集到超聲回波信號中生物組織的超聲背散射信號只占整個信號的一小片段,直接對超聲背散射信號進行模態(tài)分解處理會影響去噪效果,因此在去噪之前需要依據生物組織切片、信號的采樣頻率與信號頻率,從采集的信號中截取目標區(qū)域產生的超聲背散射信號。文中使用仿真信號比較了MIVMD與EMD和VMD之間的差別,結果表明本文提出的MIVMD選擇重構后能更好地去除信號中的噪聲。2.對散布熵（DE）進行復合化與多尺度化的改進,提出將復合多尺度熵（CMDE）作為超聲背散射信號的特征。使用仿真信號分析了多尺度化與復合多尺度化兩種改進方式之間的穩(wěn)定性差異,同時分析了信號長度對兩種改進方式穩(wěn)定性的影響。計算經過MIVMD處理后實...
【文章來源】：湖南師范大學湖南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
實驗設備連接示意圖
碩士學位論文8過觀察B超掃描儀確定擊打區(qū)域以便實驗后進行切片觀察豬肌肉組織是否變性。輻照的同時對豬肌肉組織產生的超聲背散射信號進行采集。由于輻照的進行，豬肌肉組織的溫度將不斷的升高，豬肌肉也將逐漸的產生變性，根據熱敏溫度計記錄不同溫度下采集的豬肌肉組織的超聲背散射回波信號。信號采集溫度不超過90攝氏度。圖2.2為經過擊打后，變性豬肌肉的切片圖。圖2.2經過HIFU輻照后的豬肌肉組織切片圖2.2超聲背散射信號獲取通過光纖水聽器采集到的超聲信號，不僅僅有生物組織變性區(qū)域的背散射回波信號，還夾雜著其余的信號片段，如超聲發(fā)射時直接被光纖水聽器探頭采集到的信號，因此需要對光纖水聽器采集的信號進行截齲由于產生回波的位置離探頭的距離不同，可以根據接收到回波時間對回波的來源進行判斷，截取來自于豬肌肉的超聲背散射回波信號后再進行分析。實驗中收集的超聲回波信號如圖2.3所示。圖中的線1是超聲波照射到水—豬肉界面時，由于水與豬肌肉的聲阻抗不同產生的較強回波。線2處由于超聲傳播至未變性—變性豬肌肉組織的漸變區(qū)域時，由于變性豬肌肉組織與未變性組織的聲阻抗不同而產生的幅度較高的回波。線3處是由于超聲傳播至變性—未變性豬肌肉組織的漸變區(qū)域時，產生的幅度較高的回波。同時線2與線3之間的變性組織區(qū)域反射的超神背散射回波信號的長度為500點，默認聲速為1550m/s，計算得到的理論治療區(qū)域長度為19.3mm。實際的治療區(qū)域長度為17mm至20mm，因此可以認為截取采集信號中線1至線3之間的信號作為生物組織的超聲背散射信號進行研究是合理的。本文使用了20
基于MIVMD與超聲信號特征的生物組織變性識別方法研究9組實驗材料，共采集超聲信號300例。圖2.3實驗中采集的超聲信號時域圖2.3模態(tài)分解原理2.3.1固有模函數(shù)固有模函數(shù)（Intrinsicmodefunction，IMF）是一種極值數(shù)目與過零點數(shù)相差不超過1的一種信號，同時該信號的上下包絡線和始終為0。依據調制的表達式，定義成：tttAu))(cos()()(kkk(2.1)式中)(tk是非衰減函數(shù)，將)(tk的導數(shù)定義為)(tk，要求)(tk大于等于0。tA)(k的值恒大于等于0。此外包絡tA)(k和瞬時頻率)(tk的變化都比相位)(tk變化慢。即存在一短時間，使得tu)(k在時間段tt],[內可以被視為幅度為tA)(k，頻率為)(tk的純諧波信號。2.3.2經驗模態(tài)分解經驗模態(tài)分解（Empiricalmodedecomposition，EMD）由Huang等人在20世紀末提出的一種數(shù)據分析方法，它能夠自適應的將信號分解成多個IMF[28]。EMD在分解過程中不需要確定分解基函數(shù)和分解尺度，在分析非線性非平穩(wěn)信
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于變分模態(tài)分解與多尺度排列熵的生物組織變性識別[J]. 劉備,胡偉鵬,鄒孝,丁亞軍,錢盛友. 物理學報. 2019(02)
[2]基于功率譜信息熵與GK模糊聚類的生物組織變性識別方法[J]. 胡偉鵬,劉備,鄒孝,趙新民,錢盛友. 激光生物學報. 2018(06)
[3]基于AR譜模型的超聲頻移溫度相關性[J]. 盛磊,周著黃,吳水才,丁琪瑛,曾毅. 北京工業(yè)大學學報. 2014(01)
[4]生物組織超聲散射系數(shù)與溫度相關性的研究[J]. 石東兵,錢盛友,侯建愛,明文. 激光生物學報. 2013(06)
[5]HIFU治療中媒質特性對聲聚焦影響的研究[J]. 胡愛明,錢盛友,楊林. 中國醫(yī)學物理學雜志. 2008(01)
[6]HIFU在牛肝組織中的傳播衰減研究[J]. 李發(fā)琪,白晉,王智彪,馬平,杜永洪,伍烽,馮若. 生物醫(yī)學工程學雜志. 2003(04)
[7]胃腸內容物聲學特性測定及其對HIFU治療深腹部腫瘤時的影響[J]. 楊珺,李軍,何申戌. 中國超聲醫(yī)學雜志. 2001(09)
碩士論文
[1]超聲消融子宮肌瘤的影響因素分析及脂肪、肌肉對HIFU能量的影響[D]. 高曉倩.重慶醫(yī)科大學 2014
本文編號：2959779
【文章來源】：湖南師范大學湖南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
實驗設備連接示意圖
碩士學位論文8過觀察B超掃描儀確定擊打區(qū)域以便實驗后進行切片觀察豬肌肉組織是否變性。輻照的同時對豬肌肉組織產生的超聲背散射信號進行采集。由于輻照的進行，豬肌肉組織的溫度將不斷的升高，豬肌肉也將逐漸的產生變性，根據熱敏溫度計記錄不同溫度下采集的豬肌肉組織的超聲背散射回波信號。信號采集溫度不超過90攝氏度。圖2.2為經過擊打后，變性豬肌肉的切片圖。圖2.2經過HIFU輻照后的豬肌肉組織切片圖2.2超聲背散射信號獲取通過光纖水聽器采集到的超聲信號，不僅僅有生物組織變性區(qū)域的背散射回波信號，還夾雜著其余的信號片段，如超聲發(fā)射時直接被光纖水聽器探頭采集到的信號，因此需要對光纖水聽器采集的信號進行截齲由于產生回波的位置離探頭的距離不同，可以根據接收到回波時間對回波的來源進行判斷，截取來自于豬肌肉的超聲背散射回波信號后再進行分析。實驗中收集的超聲回波信號如圖2.3所示。圖中的線1是超聲波照射到水—豬肉界面時，由于水與豬肌肉的聲阻抗不同產生的較強回波。線2處由于超聲傳播至未變性—變性豬肌肉組織的漸變區(qū)域時，由于變性豬肌肉組織與未變性組織的聲阻抗不同而產生的幅度較高的回波。線3處是由于超聲傳播至變性—未變性豬肌肉組織的漸變區(qū)域時，產生的幅度較高的回波。同時線2與線3之間的變性組織區(qū)域反射的超神背散射回波信號的長度為500點，默認聲速為1550m/s，計算得到的理論治療區(qū)域長度為19.3mm。實際的治療區(qū)域長度為17mm至20mm，因此可以認為截取采集信號中線1至線3之間的信號作為生物組織的超聲背散射信號進行研究是合理的。本文使用了20
基于MIVMD與超聲信號特征的生物組織變性識別方法研究9組實驗材料，共采集超聲信號300例。圖2.3實驗中采集的超聲信號時域圖2.3模態(tài)分解原理2.3.1固有模函數(shù)固有模函數(shù)（Intrinsicmodefunction，IMF）是一種極值數(shù)目與過零點數(shù)相差不超過1的一種信號，同時該信號的上下包絡線和始終為0。依據調制的表達式，定義成：tttAu))(cos()()(kkk(2.1)式中)(tk是非衰減函數(shù)，將)(tk的導數(shù)定義為)(tk，要求)(tk大于等于0。tA)(k的值恒大于等于0。此外包絡tA)(k和瞬時頻率)(tk的變化都比相位)(tk變化慢。即存在一短時間，使得tu)(k在時間段tt],[內可以被視為幅度為tA)(k，頻率為)(tk的純諧波信號。2.3.2經驗模態(tài)分解經驗模態(tài)分解（Empiricalmodedecomposition，EMD）由Huang等人在20世紀末提出的一種數(shù)據分析方法，它能夠自適應的將信號分解成多個IMF[28]。EMD在分解過程中不需要確定分解基函數(shù)和分解尺度，在分析非線性非平穩(wěn)信
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于變分模態(tài)分解與多尺度排列熵的生物組織變性識別[J]. 劉備,胡偉鵬,鄒孝,丁亞軍,錢盛友. 物理學報. 2019(02)
[2]基于功率譜信息熵與GK模糊聚類的生物組織變性識別方法[J]. 胡偉鵬,劉備,鄒孝,趙新民,錢盛友. 激光生物學報. 2018(06)
[3]基于AR譜模型的超聲頻移溫度相關性[J]. 盛磊,周著黃,吳水才,丁琪瑛,曾毅. 北京工業(yè)大學學報. 2014(01)
[4]生物組織超聲散射系數(shù)與溫度相關性的研究[J]. 石東兵,錢盛友,侯建愛,明文. 激光生物學報. 2013(06)
[5]HIFU治療中媒質特性對聲聚焦影響的研究[J]. 胡愛明,錢盛友,楊林. 中國醫(yī)學物理學雜志. 2008(01)
[6]HIFU在牛肝組織中的傳播衰減研究[J]. 李發(fā)琪,白晉,王智彪,馬平,杜永洪,伍烽,馮若. 生物醫(yī)學工程學雜志. 2003(04)
[7]胃腸內容物聲學特性測定及其對HIFU治療深腹部腫瘤時的影響[J]. 楊珺,李軍,何申戌. 中國超聲醫(yī)學雜志. 2001(09)
碩士論文
[1]超聲消融子宮肌瘤的影響因素分析及脂肪、肌肉對HIFU能量的影響[D]. 高曉倩.重慶醫(yī)科大學 2014
本文編號：2959779
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