【摘要】：血管內(nèi)超聲成像(IVUS)是一種對心血管進(jìn)行精確成像的診斷方法。通過將小型化的超聲換能器置于血管腔內(nèi),可以對血管進(jìn)行斷層掃描,獲取血管的形狀、不同組織分布等相關(guān)信息,進(jìn)而幫助醫(yī)生對疾病進(jìn)行精確診斷。為進(jìn)一步提高IVUS的成像質(zhì)量,本文從兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。第一個(gè)方面是針對目前的陣列式IVUS系統(tǒng)全圖聚焦和高信噪比無法兼容的問題提出偏心圓柱波復(fù)合方法,通過提高發(fā)射波能量的方法提高成像的信噪比。分析了多發(fā)射波復(fù)合成像的原理,并總結(jié)了影響這種成像方法的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對成像效果的影響,為優(yōu)化成像參數(shù)提供了理論依據(jù)。提出偏心圓柱波成像的實(shí)現(xiàn)方法,針對IVUS陣列的特點(diǎn)對該方法的最佳成像參數(shù)進(jìn)行了分析,并在仿真中驗(yàn)證了該方法的可行性。仿真結(jié)果表明其分辨率能達(dá)到相控陣方法的水平,信噪比高于相控陣方法和合成相控陣方法。在仿真中對實(shí)際系統(tǒng)中存在的非理想因素進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果顯示單元間的串?dāng)_和單元的非均勻性對成像質(zhì)量影響有限。針對成像過程中出現(xiàn)的柵瓣采用雙切趾技術(shù)進(jìn)行抑制,使用粒子群優(yōu)化的方法對切趾函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化�，F(xiàn)有的相控陣式IVUS的硬件稍作調(diào)整即可用于偏心圓柱波成像。第二個(gè)方面是針對目前的IVUS系統(tǒng)橫向分辨率較低的問題提出了基于幅值的非負(fù)域解卷積方法,通過限制解卷積的求解域非負(fù)避免解卷積過程對高頻噪聲的放大作用,避免采取噪聲抑制措施,從而避免噪聲抑制措施影響分辨率的提高。首先分析了常用的解卷積方法對噪聲的抑制作用,指出抑制噪聲過程實(shí)際上犧牲了分辨率,提出可以通過基于幅值的非負(fù)域解卷積提高解卷積的效果。對這一設(shè)想進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,在仿真中使用120 μn橫向分辨率的探頭能夠分辨橫向間隔為70 μμn的兩個(gè)散射點(diǎn)。仿真結(jié)果顯示該方法所能達(dá)到的分辨率比維納解卷積高出50%。搭建了單環(huán)能器機(jī)械掃描系統(tǒng)對該方案進(jìn)行驗(yàn)證,在遠(yuǎn)場的各個(gè)深度均能實(shí)現(xiàn)2°的周向分辨能力,在近場區(qū)域由于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的變化其分辨能力有所下降。對仿體的成像實(shí)驗(yàn)說明了該方法在復(fù)雜環(huán)境中提高分辨率的能力。本文的研究說明,在陣列式IVUS系統(tǒng)中應(yīng)用偏心圓柱波復(fù)合成像和基于幅值的非負(fù)域解卷積方法可以得到高質(zhì)量高分辨率圖像。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O426.9;R540.4
【圖文】：

會(huì)發(fā)生形變，則圖像在第一和最后一條掃描線處發(fā)生撕裂，撕裂的圖像不利于解逡逑卷積的計(jì)算，而后者是提高圖像分辨率的一個(gè)有效方法。陣列ＩＶＵＳ系統(tǒng)則更加逡逑靈活。圖１．４所示的陣列探頭包含６４個(gè)單元，可以使用相控陣技術(shù)、合成孔徑技逡逑術(shù)［９１或綜合相控陣技術(shù)進(jìn)行掃描和聚焦。陣列成像的靈活性體現(xiàn)在：１、可逡逑以對所有深度完成聚焦；２、沒有活動(dòng)部件，不會(huì)存在ＮＵＲＤ現(xiàn)象，且掃描成像逡逑速度更快；３、可以對發(fā)射和接收口徑分別設(shè)置切趾函數(shù)。受制于加工手段，目逡逑前可見于文獻(xiàn)的陣列探頭最多有６４個(gè)單元，則對于一個(gè)１邋ｍｍ直徑的陣列來說，逡逑陣列的周期為４９．１邋（＿ｍｉ。根據(jù)光柵理論，如果要求不產(chǎn)生柵瓣，其工作波長不得逡逑低于４９．１ｘ２＝９８．２邋ｆｉｍ，取水中聲速１５４０邋ｍ／ｓ，則對應(yīng)的頻率為１５．７邋ＭＨｚ。實(shí)際逡逑上，對于用于ＩＶＵＳ的圓柱探頭，其工作頻率還應(yīng)更低才能避免柵瓣出現(xiàn)。一般逡逑商用的陣列探頭工作頻率約為２０邋ＭＨｚ。而單換能器的機(jī)械掃描探頭則無此限制，逡逑工作頻率可達(dá)５０？６０邋ＭＨｚ。關(guān)于工作頻率和分辨率的關(guān)系

１．２超聲成像的橫向和縱向分辨率逡逑對任何成像系統(tǒng)來說，分辨率是一個(gè)較為核心的參數(shù)，描述了成像系統(tǒng)成像逡逑清晰程度。由于所有實(shí)際存在的成像系統(tǒng)都存在非理想性，例如口徑限制、頻率逡逑限制等，對現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)行成像時(shí)并不能完全準(zhǔn)確地再現(xiàn)其信息。點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)逡逑（ｐｏｉｎｔｓｐｒｅａｄｆｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＰＳＦ）描述了成像系統(tǒng)對一個(gè)理想點(diǎn)進(jìn)行成像的結(jié)果，一逡逑般會(huì)是一個(gè)斑點(diǎn)。一個(gè)ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如圖１．５所示，圖中的紅色曲線為逡逑＿６ｄＢ等高線，其橫向（平行于探頭表面／平行于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為１２０逡逑ｐｍ，縱向（垂直于探頭表面／垂直于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為３２邋ｐｍ。逡逑圖１．５邋—個(gè)典型的ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)逡逑對于ＩＶＵＳ系統(tǒng)來說，對其分辨率的分析幾乎可以借鑒所有傳統(tǒng)Ｂ超的分逡逑

１．２超聲成像的橫向和縱向分辨率逡逑對任何成像系統(tǒng)來說，分辨率是一個(gè)較為核心的參數(shù)，描述了成像系統(tǒng)成像逡逑清晰程度。由于所有實(shí)際存在的成像系統(tǒng)都存在非理想性，例如口徑限制、頻率逡逑限制等，對現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)行成像時(shí)并不能完全準(zhǔn)確地再現(xiàn)其信息。點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)逡逑（ｐｏｉｎｔｓｐｒｅａｄｆｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＰＳＦ）描述了成像系統(tǒng)對一個(gè)理想點(diǎn)進(jìn)行成像的結(jié)果，一逡逑般會(huì)是一個(gè)斑點(diǎn)。一個(gè)ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)如圖１．５所示，圖中的紅色曲線為逡逑＿６ｄＢ等高線，其橫向（平行于探頭表面／平行于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為１２０逡逑ｐｍ，縱向（垂直于探頭表面／垂直于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為３２邋ｐｍ。逡逑圖１．５邋—個(gè)典型的ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)逡逑對于ＩＶＵＳ系統(tǒng)來說，對其分辨率的分析幾乎可以借鑒所有傳統(tǒng)Ｂ超的分逡逑

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3 余撈

本文編號：2788620