發(fā)布時(shí)間：2018-03-21 11:37

  本文選題：高頻超聲　切入點(diǎn)：增益補(bǔ)償　出處：《華南理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：人類牙齒健康狀況越來越受到重視。很多牙齒疾病和牙齒組織中成分損失和侵蝕有關(guān),但是在適當(dāng)?shù)闹委熛驴梢缘玫娇刂啤Ｒ虼搜例X早期損傷的檢測和及時(shí)治療對(duì)防止病灶惡化是非常關(guān)鍵的。超聲已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸如診斷、無損檢測和治療等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。因?yàn)楦哳l超聲具有波長短而分辨率高的特點(diǎn),更適合用于牙科醫(yī)學(xué)中。雖然早在上世紀(jì)60年代超聲成像技術(shù)就開始應(yīng)用于牙科,但是到現(xiàn)在還沒有發(fā)展成為有效的診斷工具。已經(jīng)有很多學(xué)者和組織對(duì)三維超聲成像在牙科的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試和探索,但是從成像效果來看并不盡如人意,有的成像系統(tǒng)較為復(fù)雜,大部分實(shí)驗(yàn)都需要對(duì)牙齒樣本進(jìn)行預(yù)處理,改變了樣本本來面貌,降低了成像結(jié)果的實(shí)用性。針對(duì)這些缺點(diǎn),本文介紹了一種新的機(jī)械掃描系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)收集人牙齒的表面結(jié)構(gòu)信息和牙釉質(zhì)-牙本質(zhì)的邊界信息并進(jìn)行三維成像。中心頻率為50MHz的A超換能器由一個(gè)三維控制臺(tái)控制,發(fā)射并接收超聲信號(hào)。對(duì)一維回波信號(hào)進(jìn)行一種基于頻率的增益補(bǔ)償算法,然后對(duì)二維圖像信號(hào)進(jìn)行基于Q學(xué)習(xí)的圖像去噪算法之后,可以得到較清晰的牙釉質(zhì)三維圖像,并不需要對(duì)牙齒做任何改變形狀的處理。釉質(zhì)層的測量結(jié)果和CT掃描數(shù)據(jù)的測量結(jié)果進(jìn)行了比較。通過對(duì)中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院提供的4顆成人恒磨牙分別進(jìn)行的三維重建及牙釉質(zhì)厚度測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,本文設(shè)計(jì)的成像系統(tǒng)及提出的成像方法可以很好地再現(xiàn)牙釉質(zhì)的三維輪廓,為醫(yī)生提供完整的三維視圖。本文的主要研究內(nèi)容可分為三個(gè)方面:設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)基于A超探頭的三維重建系統(tǒng);對(duì)一維回波信號(hào)進(jìn)行基于頻率的增益補(bǔ)償算法;對(duì)二維超聲圖像進(jìn)行基于Q學(xué)習(xí)的融合濾波,提高成像質(zhì)量。在三維超聲重建系統(tǒng)方面,分析總結(jié)三維超聲重建系統(tǒng)的模塊組成、各模塊的技術(shù)原理及功能,對(duì)比分析研究目前存在的幾種掃描方法及各自優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)開發(fā)了基于機(jī)械掃描的A超三維重建系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括:中心頻率為50MHz的單晶換能器、信號(hào)發(fā)生器、三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)、數(shù)字信號(hào)采集卡等硬件,圖像數(shù)據(jù)的采集軟件和一維、二維、三維圖像的處理、生成顯示軟件開發(fā)。在一維信號(hào)處理算法上,參考已有的增益補(bǔ)償算法,將線性自回歸(AR)模型應(yīng)用于A超回波信號(hào)的衰減參數(shù)估計(jì),根據(jù)估計(jì)的衰減參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,得到了較好的圖像質(zhì)量。在線性自回歸模型基礎(chǔ)上,將自回歸參數(shù)用少量基函數(shù)的線性加權(quán)和表示,把非平穩(wěn)過程轉(zhuǎn)換為線性過程,提高了參數(shù)估計(jì)的精度,從而提高了衰減系數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性,進(jìn)一步提高了重建圖像的質(zhì)量。在二維圖像去噪算法上,提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的Q學(xué)習(xí)算法的超聲二維圖像融合濾波算法,利用中值濾波器、小波變換濾波器和去斑各向異性擴(kuò)散濾波器共同實(shí)現(xiàn)二維圖像融合濾波算法,對(duì)不同濾波器處理結(jié)果進(jìn)行加權(quán)和,Agent在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)一定的圖像評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇行動(dòng)(改變各個(gè)權(quán)重的大小),直到找到最優(yōu)解。主觀和客觀評(píng)價(jià)顯示此算法具有較好效果和普遍適應(yīng)性。
[Abstract]:More and more attention to the health of human teeth. Many dental disease and tooth tissue component loss and erosion, but the appropriate treatment can be obtained under control. So the detection of teeth injury in the early stage and timely treatment to prevent deterioration of the lesions is critical. Ultrasound has been widely used in applications such as diagnosis and treatment, nondestructive testing other areas of medicine. Because of high frequency ultrasound has the characteristics of short wavelength and high resolution, more suitable for dental medicine. Although in the early 60s began to use ultrasound imaging technology in dentistry, but has not yet become an effective diagnostic tool. There have been many scholars and organization of 3D ultrasound imaging in dental applications to explore, but from the imaging effect is not satisfactory, some imaging system is more complex, most experiments are needed for the teeth Sample pretreatment, changed the original appearance of the sample, reduces the usefulness of imaging results. Aiming at these shortcomings, this paper introduces a new mechanical scanning system, the boundary information of the surface structure information and the collection system of tooth enamel and dentin and three dimensional imaging. The center frequency is 50MHz A the transducer is controlled by a 3D console, transmitting and receiving ultrasonic signals. A gain compensation algorithm based on frequency of one-dimensional signal, and then the two-dimensional image signal denoising algorithm based on Q learning, you can get a clear enamel 3D image processing, does not need to do any change in the shape of teeth the comparison of measurement results. The measurement results of the enamel layer and CT scanning data. By 4 adults of Zhongshan University Guanghua School of Stomatology, the molars were the The experimental results of three-dimensional reconstruction and enamel thickness measurement shows that the 3D imaging system designed in this paper and the imaging method proposed can well reproduce the enamel, providing full 3D view for doctors. The main contents of this paper can be divided into three aspects: the design and development of a 3D reconstruction system based on A probe; gain compensation algorithm based on frequency of one-dimensional echo signal; filtering fusion Q learning based on the two-dimensional ultrasound image, improve the image quality. In 3D ultrasound reconstruction system, summarize the three-dimensional ultrasound reconstruction system module composition analysis, technical principle and function of each module, several existing scanning method and comparative analysis research the advantages and disadvantages. On this basis, the design and development of mechanical scanning system based on A 3D reconstruction system mainly includes: the center frequency is 50MHz for single crystal Can device, signal generator, three-dimensional motion, digital signal acquisition card and other hardware, image data acquisition software and the one-dimensional, two-dimensional, three-dimensional image processing, software development and display generation. In one dimensional signal processing algorithm, gain compensation algorithm with reference to the existing, the linear autoregressive (AR) model is applied to estimate the attenuation parameters A echo signal, according to the estimation of the attenuation parameters to compensate the signal, get better image quality. Based on the linear regression model, the autoregressive parameters with a small number of basis functions and linear weighted that convert non-stationary process into a linear process, improve the accuracy of parameter estimation, so as to improve the the attenuation coefficient estimation accuracy, further improve the quality of the reconstructed image. In the two-dimensional image denoising algorithm, proposed a super sound two-dimensional image learning algorithm in reinforcement learning based on Q fusion filter Using the algorithm, median filter, wavelet transform filter and speckle reducing anisotropic diffusion filter to realize two-dimensional image fusion filtering algorithm, the different results were weighted and filter processing, Agent in the process of learning to select actions according to the image evaluation index (a change of each weight size), until you find the optimal solution. The subjective and objective evaluation showed that this the algorithm has good effect and adaptability.

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：1643683