超聲成像設備具有低成本,對人體無傷害等特點,這使得超聲診斷設備是目前臨床上最重要的一種成像設備。但與其它成像手段相比,圖像質量較差。為了改善超聲的圖像質量,近年來,許多新技術,新方法應用在超聲成像中。本論文在幾個方面對提高超聲成像性能進行了研究。 論文將編碼激勵技術應用在彩色血流成像中。傳統(tǒng)的彩色血流成像方法中,為了得到某掃查角上的血流速度,需要在該掃查角度上發(fā)射多次脈沖(4-16次)。這樣導致彩色血流成像的幀頻大幅降低。為了解決彩色血流成像時幀頻降低的問題,文章提出了一種利用編碼激勵,從而一次性獲取血流速度的方法。用寬帶的編碼信號替代傳統(tǒng)的窄帶信號作為激勵,將回波信號通過若干組帶通濾波器后進行匹配濾波,得到一系列時間上分離的窄帶信號,再將這些窄帶信號通過自相關算法計算血流速度估計值,將多次估計值求平均,得到最終的血流速度估計。結果表明由于每個掃查角度只需要發(fā)射一次,該方法能夠大幅提高彩色血流成像的幀頻。其中論文首次獨立完整的推導了編碼激勵技術應用在提高彩色血流成像幀頻上的理論算法。 論文還研究了醫(yī)學超聲成像中組織諧波成像的色差問題,目前對二次諧波在成像過程中能否消除體壁帶來的色差影響仍有爭議,文章通過仿真實驗,驗證了Bjorn Angelsen等人提出的組織諧波并不能解決聲波的色差問題,并提出了一種利用迭代算法來抑制超聲色差的方法。該方法首先通過來自隨機散射體的信號,計算到達時間和振幅波動的估計值；然后將這些估計值應用到發(fā)射聲束中以獲得校正的發(fā)射聲束剖面；最后,由校正后的發(fā)射聲束產(chǎn)生新的散射體信號,重復該過程若干次。實驗仿真結果顯示,只需很少幾個迭代即可得到近似于無色差的發(fā)射聲束剖面圖。 論文最后給出了全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)的設計方法。完成了全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)里動態(tài)聚焦,變跡,變孔徑,動態(tài)濾波,探頭激勵方式等多個模塊的仿真,并具體給出了全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)各個模塊設計參數(shù)的計算方法,硬件結構的具體實現(xiàn)。不僅建立了全數(shù)字超聲診斷設備設計的基礎理論依據(jù),更是為全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)提供了較為完整的設計方案。設計出的全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)實現(xiàn)了動態(tài)聚焦,動態(tài)變跡,動態(tài)變孔徑,動態(tài)濾波,中值濾波,數(shù)字掃描變換等多項核心指標,圖像質量及系統(tǒng)功能已經(jīng)能與國外同等機型相媲美。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：R445.1
【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 超聲成像技術的歷史與現(xiàn)狀
    1.2 超聲成像領域的新技術、新方法
        1.2.1 編碼激勵技術
        1.2.2 諧波成像技術
        1.2.3 全數(shù)字化技術
    1.3 本論文的研究目的、方法和內(nèi)容
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 論文內(nèi)容
2 線性聲場中編碼激勵的研究
    2.1 線性聲場基礎理論
        2.1.1 超聲波脈沖激勵的沖激響應函數(shù)
        2.1.2 單陣元換能器超聲聲場的計算
        2.1.3 陣列換能器的超聲場計算
    2.2 編碼激勵原理
        2.2.1 信號調制
        2.2.2 匹配濾波與脈沖壓縮
        2.2.3 TB積和信噪比增益
        2.2.4 衰減介質中的匹配濾波
        2.2.5 波形的選擇
    2.3 利用編碼激勵提高彩色血流成像幀頻的研究
        2.3.1 利用編碼激勵求彩色血流成像原理
        2.3.2 編碼設計
        2.3.3 頻率分離
        2.3.4 脈沖壓縮
        2.3.5 血流速度估計
        2.3.6 仿真結果
        2.3.7 討論
    2.4 本章小結
3 線性聲場中諧波成像及色差的研究
    3.1 聲波非線性傳播的理論分析及仿真建模
        3.1.1 非線性波動方程
        3.1.2 Westervelt方程介紹
        3.1.3 體壁模型的建立
        3.1.4 仿真
        3.1.5 仿真結果及討論
    3.2 基于發(fā)射束迭代算法的超聲波色差抑制
        3.2.1 信號和色差校正模型
        3.2.2 散射體無關色差及van Cittert-Zernike定理
        3.2.3 發(fā)射聲束迭代
        3.2.4 仿真及實驗
        3.2.5 結果
        3.2.6 結論
    3.3 本章小結
4 全數(shù)字超聲影像系統(tǒng)的實現(xiàn)
    4.1 超聲系統(tǒng)組成
    4.2 發(fā)射接收系統(tǒng)
        4.2.1 多探頭切換及陣元間的切換
        4.2.2 32路回波信號的整序與對稱折疊
        4.2.3 根據(jù)不同焦點產(chǎn)生32路發(fā)射波形
        4.2.4 變功率發(fā)射
        4.2.5 TGC控制
        4.2.6 激勵波形的選擇
    4.3 超聲成像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
        4.3.1 回波數(shù)據(jù)預處理
        4.3.2 波束合成
        4.3.3 動態(tài)濾波器
        4.3.4 包絡檢波
        4.3.5 二次抽樣
        4.3.6 中值濾波
        4.3.7 動態(tài)壓縮
        4.3.8 灰階映射
        4.3.9 時間濾波
        4.3.10 空間濾波
        4.3.11 幀相關處理
        4.3.12 數(shù)字掃描變換
    4.4 實驗結果
    4.5 本章小結
5 總結與展望
    5.1 總結
        5.1.1 課題中完成的工作
        5.1.2 課題中的創(chuàng)新點
    5.2 展望
參考文獻
作者簡歷
作者在學期間所取得的科研成果

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本文編號：2864743