本文關(guān)鍵詞：基于CT的超聲成像模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲成像模擬是利用已有的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)模擬超聲成像過(guò)程得到虛擬超聲圖像的技術(shù),可以廣泛應(yīng)用于超聲引導(dǎo)手術(shù)、圖像處理、超聲培訓(xùn)等。前人對(duì)超聲成像模擬已經(jīng)做出了很多研究,有的成像算法快但是考慮不夠全面,有的成像算法考慮全面但是速度不夠快。綜合考慮超聲成像模擬的時(shí)效性和成像效果,論文對(duì)基于三維CT數(shù)據(jù)模擬重建虛擬超聲的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和算法實(shí)現(xiàn)。醫(yī)學(xué)超聲是源于超聲在人體這一非均勻的物質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生的反射、折射、散射等物理現(xiàn)象而重建成的。因而超聲成像模擬的主要環(huán)節(jié)是超聲傳播媒質(zhì)的三維虛擬人體組織的建模、反映超聲反射方面的建模和反映超聲散射方面的建模。首先,給出了建立基于三維CT數(shù)據(jù)重建反映超聲屬性的虛擬人體模型的方法。該方法先對(duì)CT切片進(jìn)行層間插值得到等分辨率的人體三維體數(shù)據(jù),然后利用CT值推導(dǎo)出虛擬人體組織中的超聲聲阻抗系數(shù)。其次,建立了超聲反射模型并給出了計(jì)算方法。模型中假設(shè)超聲探頭上有多個(gè)陣元,對(duì)每個(gè)陣元發(fā)出的超聲波束進(jìn)行跟蹤。文中詳細(xì)闡述了跟蹤超聲在人體中傳播的步驟,以及超聲發(fā)生反射和折射時(shí)計(jì)算聲阻抗系數(shù)變化率和入射角的余弦值獲得反射率的大小,并將所獲得的每個(gè)陣元成像區(qū)域內(nèi)反射率的分布矩陣數(shù)據(jù)疊加得到反射圖像。再次,建立了超聲散射模型并給出了計(jì)算方法。該散射模型使用卷積運(yùn)算將散射圖像概括為散射體分布方程和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的卷積。根據(jù)散射體之間的距離符合gamma分布確定散射體分布矩陣,結(jié)合散射體對(duì)應(yīng)位置的散射系數(shù)得到散射體分布方程。最后對(duì)卷積圖像進(jìn)行坐標(biāo)變換和R-Theta插值得到真實(shí)的散射圖像。最后,將得到的反射圖像和散射圖像進(jìn)行加權(quán)合成得到超聲模擬圖像并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)表明,模擬出的超聲圖像可以正確地顯示組織的邊界信息；在加上散射信號(hào)后,模擬超聲圖像更接近于真實(shí)的超聲圖像,實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。而且使用卷積方法得到散射圖像的速度比使用Field Ⅱ軟件要快。
【關(guān)鍵詞】：超聲成像模擬 虛擬人體建模 聲阻抗系數(shù) 反射模型 散射模型 R-Theta插值
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 超聲成像模擬9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)11-13
• 第二章 超聲成像原理13-22
• 2.1 超聲波13-16
• 2.1.1 超聲波的基本性質(zhì)13-14
• 2.1.2 描述超聲場(chǎng)的物理量14-15
• 2.1.3 超聲的波動(dòng)方程15-16
• 2.2 超聲波在人體中的傳播16-17
• 2.2.1 反射與折射現(xiàn)象16
• 2.2.2 散射與超聲衰減16-17
• 2.3 醫(yī)學(xué)超聲成像17-20
• 2.3.1 換能器18
• 2.3.2 數(shù)字掃描變換器18-20
• 2.4 本章小結(jié)20-22
• 第三章 超聲成像模擬建模22-40
• 3.1 引言22-25
• 3.1.1 坐標(biāo)系建立23-24
• 3.1.2 模型參數(shù)24-25
• 3.2 虛擬人體數(shù)據(jù)模型25-28
• 3.2.1 CT圖像預(yù)處理25
• 3.2.2 CT切片三維重建25-26
• 3.2.3 由CT值推導(dǎo)人體組織參數(shù)26-28
• 3.3 超聲反射模型28-35
• 3.3.1 反射模型原理28-30
• 3.3.2 計(jì)算組織邊界法向量30-34
• 3.3.3 跟蹤超聲在人體中的傳播34-35
• 3.4 超聲散射模型35-38
• 3.4.1 散射模型原理35-36
• 3.4.2 采樣和散射體位置估計(jì)36-37
• 3.4.3 點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論40-48
• 4.1 數(shù)據(jù)選擇40
• 4.2 反射圖像模擬40-44
• 4.2.1 參數(shù)設(shè)置40-41
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析41-44
• 4.3 散射圖像模擬44-46
• 4.3.1 參數(shù)設(shè)置44
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析44-46
• 4.4 合成超聲圖像46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第五章 總結(jié)和展望48-49
• 5.1 工作總結(jié)48
• 5.2 本文的不足和進(jìn)一步研究方向48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-51

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