菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术*

本文提出了一种基于菲涅尔区域的乳腺三维超声成像技术,可实现病变组织早期的定性诊断与定量监测。主要研究内容包括：采用透射方式,以慢度作为反演参量,将正演与反演的透射时间差作为迭代判据,基于菲涅尔区域法实现乳腺组织的二维反演成像;根据柱面传感阵列的分布特点,将乳腺三维超声成像问题转为二维成像问题,进而实现乳腺三维超声成像;计算三维病变成像声速及尺寸误差,并分析了菲涅尔区域法的成像分辨率以及入射频率对成像分辨率的影响。本文研究结果证明基于柱面传感阵列的菲涅尔区域法可实现乳腺三维超声成像并有效实现病变早期监测与诊断。     

基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。     

“三维超声成像的方法学和临床应用研究”项目简介

该项目自1991年起进行了三维超声成像研究，立足国际前沿，取得较好的成绩。（1）1991年自行开发三维成像装置，国内最早重建静态薄壳型心脏三维图像；1994年率先研制出三维超声表面成像软件，首次建立肝脏静脉系统的三维灰阶及血管树图像。（2）1995年引进TomTec三维工作站，最先提出动态三维心脏多普勒血流灰阶成像方法；1996年研制了室壁运动三维定性和定量分析软件；1999年探讨三维彩色多普勒血流显像技术。（3）在国内率先对实时彩色三维超声成像在多种心脏疾病中的诊断价值进行了验证和评价。（4）确立了三维超声成像的最佳技术参数和基准参考切面，提出新的诊断标准。（5）参与制定《三维超声心动图检查指南》，使我国在该领域的研究始终与国外保持同步。     

基于虚拟仪器的扁钢内部缺陷超声三维成像方法研究

超声三维成像技术因其能够提供人体结构的立体信息,而被广泛的应用于医学诊断领域。然而,由于计算量大、成本高、速度慢,工业构件的超声三维成像技术却鲜见报道。弹簧扁钢是国民经济建设的重要钢材品种之一,通过超声三维成像技术测量扁钢内部缺陷的三维分布对于提高扁钢质量控制能力具有重要作用。为提高三维成像效率及降低成像系统的研发周期,提出高效的数据采集及三维图像重构方法,并基于虚拟仪器技术开发了三维图像重构软件。研究结果显示,基于超声水浸聚焦分层C扫描的数据提取方法能够满足三维成像的要求,所提出的数据重构方法及基于虚拟仪器的三维成像软件能够准确重构扁钢内部层片状缺陷的三维分布,是弹簧扁钢内部缺陷评价的有效方法。     

相干X射线衍射成像技术及在材料学和生物学中的应用

无损获取高分辨率、高衬度微纳米材料结构图像,并能够原位、定量分析是X射线成像技术发展方向之一.最新发展起来的相干X射线衍射成像技术,也称为无透镜成像技术,为实现这一目标提供了可能.本文介绍了相干X射线衍射成像技术的成像原理和发展过程,以及在材料学和生物学中的一些典型应用和最新进展,例如掺杂铋元素在硅晶体中的分布成像,GaN量子点壳层结构的三维高分辨成像,染色大肠杆菌的二维成像,鱼骨的二维成像及矿化机理研究,单个未染色疱疹病毒的二维高衬度成像,未染色酵母菌细胞的三维高分辨成像及原位定量分析.最后对相干X射线衍射成像技术的发展方向做了展望.随着X射线自由电子激光的应用和冷冻技术与相干X射线衍射成像技术的结合,相干X射线衍射成像技术将得到快速的发展和广泛的应用.     

X射线成像技术在医学中应用

文章介绍了在医学中广泛应用的二维X射线摄影屏一胶片系统及三维计算机断层扫描成像技术。并对二维X射线摄影技术的发展，例如数字减影血管造影（DSA），计算机放射成像（CR）和直接数字化X射线摄影（DR）以及三维成像新技术，如螺旋计算机断层扫描技术（螺旋CT），正电子发射体层／多层螺旋CT图像融合扫描装置（简称PET-CT）和相位衬度成像技术的原理和应用作了简单描述。医学图像后处理是现代医学图像设备不可或缺的组成部分，先验医学知识的融入使现代图像设备具有辅助诊断的能力。     

惯性约束聚变实验中的层析成像技术研究

文章对惯性约束聚变(ICF)中的多方位成像的层析技术(CT)和编码成像技术在激光等离子体实验中的应用进行了研究．作者完成了以下工作：建立了多方位层析成像系统，自行编制三维图像重建的软件；采用三个方位的针孔相机对爆推爆靶内爆压缩过程进行成像，同时成功地获得了三个针孔图像，得到的直径压缩比约为3．且压缩的对称性很好；采用编码成像技术，在“神光Ⅱ”上成功地验证了菲涅耳波带片的可行性应用，并建立了激光热核聚变产生的α粒子和腔靶超热电子的菲涅耳波带片成像系统，获得了热核反应区的α粒子图像，并首次得到了厚壁腔靶的超热X射线图像．     

二维解卷积波束形成水下高分辨三维声成像

针对水下三维成像的空间分辨率难以提高,且具有较高旁瓣级的问题,提出了一种二维解卷积波束形成高分辨三维声成像算法,该算法首先完成任意距离切片的平面阵波束形成,近场情况下采用菲涅尔近似实现近场平面阵波束形成,然后通过二维解卷积技术对任意距离切片的二维波束形成结果进行解卷积处理,去除阵列指向性函数的影响,改善波束响应非理想冲击函数所造成波束形成主瓣宽及旁瓣级高的问题。通过计算机仿真分析,新算法可以有效的提高水下三维成像的空间分辨率,抑制旁瓣级,并能够在较宽频带和不同阵列孔径内保持与常规波束形成相当的稳定性。通过试验研究,新方法比常规波束形成实际目标成像分辨率提高一倍,最高旁瓣级下降20 dB,验证了该算法在实际系统中的有效性.      

合成孔径聚焦超声成像(三)

在合成孔径超声成像中，用小孔径基元换能器发射声波，并继而采集被目标或缺陷散射产生的回波信号．数据采集完成后，通过处理才能得到高分辨的重建声图．对种种不同的合成孔径成像技术而言，成像过程都可以分为两步：1．数据采集和存储；2．图像重建．在第一步中由基元换能器完成的电一声、声一电信号转换功能，及由后续电路完成的信号量化、采集功能，对各种不同的合成孔径成像技术而言，在原理上是没有多少不同的．各种不同的成像系统间的差别，主要在于所应用的图像重建原理及算法．在第一讲及第二讲中，我们分别介绍了基于等效线阵及匹…     

剪切光束成像技术对纵深目标的成像

剪切光束成像技术是一种能透过大气湍流对远距离目标实现高分辨率成像的主动成像技术.现有相关研究中所采用的目标均为二维平面目标,然而现实中的目标一般都具有三维形貌,目标纵深对回波信号产生的延迟或对成像质量产生不利影响.从剪切光束成像理论出发,在二维目标成像模型的基础上建立了三维纵深目标成像模型,并利用该模型研究了两剪切光与参考光间的频差及目标纵深对成像的影响.仿真结果表明,随着拍频的增大,重构图像质量逐渐下降.剪切光束成像技术可通过减小拍频来提高真实目标成像质量.     

激光扫描成像的纳米分辨技术

阐述一种新型激光近场扫成像系统──光子扫描隧道显微镜的实验成像显示技术。利用本系统对多种光学表面、聚合物、生物病毒等透光样品进行三维显微成像分析，获得了样品表面结构的纳米级空间化辨。     

超声分子成像进展

超声分子成像在超声医学成像的基础上,利用靶向超声造影剂为分子探针,以可视化和定量获取活体组织细胞的分子信息为目标的影像术。它不用进行手术活检,不仅可以给出病灶的空间信息,而且能确定它的性质,进行针对性的治疗和对疗效进行评估。本文对现有的核医学分子成像,磁共振分子成像,光学分子成像和光声分子成像技术作了简单介绍,着重讨论了超声分子成像技术和应用的进展。     

用磁共振-原子力显微镜看到了单电子自旋

电子学器件尺度的日异减小，使得器件的性能甚至会受到单原子杂质的影响．因此，对材料进行原子尺度的三维征成为必要．进而，在未来的固态量子计算机中，也将要求对单电子自旋进行探测．传统的磁共振成像(MRI)技术可以对样品内部作出三维成像，不过它的空间分辨率较低——为了产生可探测的信号，要求在可分辨的最小体积中包含有足够多的原子核或电子自旋，     

可视化聚焦纹影系统实现流场中的三维扰动成像

可视化成像系统可以实现流场中扰动信息的捕获。针对光学纹影系统,分别从理论和实验上对比研究了流场中的三维超声扰动成像。因三维超声场在光传播方向上引起的流体介质密度变化不同,光波穿过密度变化的流场时,其相位累积变化使图像不能真实反映声场的扰动特征。线型栅的聚焦纹影系统因其线型栅会产生多刀口滤波的作用,故不能对流场中的三维超声扰动场实现完整成像。为了获得流场中的三维扰动特征,提出了采用环型源栅和刀口栅的改进聚焦纹影系统。结果表明:由改进聚焦纹影装置得到的图像扰动特征与实际流场中超声扰动特征相一致;结合图像重构技术,实现了流场中三维复杂扰动的重构。     

多光子皮肤成像技术及其应用

多光子成像技术是一种层析能力好、信噪比高的新型光学成像技术。在皮肤光学三维检测中,多光子技术已经应用于无创在体成像,且已得到产业化开发。本文将首先介绍多光子皮肤检测系统的若干核心技术,即双光子自发荧光技术、二次谐波成像技术、荧光寿命成像技术、相干反斯托克斯-拉曼成像技术等,然后简要介绍多光子成像系统在皮肤疾病成像检测上的应用,最后分析该系统的优势和未来可能的发展趋势。     

非线性声参量成像及其在医学诊断中应用

本文介绍了我们对于反射模式非线性参量B／A的成像技术的研究结果，包括：(1)基于二次谐波的非线性参量层析成像(2)基于参量阵差频波的非线性参量层析成像(3)非线性参量的等深度C-扫成像。利用这三种成像方法对多种生物组织，特别对正常和病变的生物组织进行非线性参量成像。结果表明，非线性声参量成像可以比线性声参量更容易地判别生物组织的病理状态，从而展示了它在医学超声诊断中的应用前景。     

血管超声成像之高级功能的技术特点与临床应用

该文介绍了传统超声多普勒存在的角度依赖、混叠等主要技术缺陷，阐述了当前几项主流的血管超声血流成像的高级功能，并结合临床应用给出了一个综述性的总结。描述了超声向量血流成像的技术特点及其发展历程，重点介绍了V Flow技术及其临床应用结果，并同时对血管应用相关的其他高级功能进行了概述。传统超声多普勒结合血管超声的高级功能可为血管疾病的临床诊断提供一系列更有针对性的解决方案。     

磁纳米粒子介导的磁致振动超声成像研究现状及展望*

超声成像作为临床上常用的影像检测方法,在疾病诊断、术中导航和术后评估等方面发挥重要作用。随着纳米技术的快速发展,不同的微纳米材料或成像探针的构建,为超声成像提供新的发展动力。其中,磁纳米粒子介导的磁致振动超声成像是近年来发展的一种新兴的成像技术。其主要原理是基于磁纳米粒子在变化磁场作用下产生磁致振动,利用超声波探测粒子的振动信息即可获得该粒子的空间分布信息。由于磁纳米粒子作为构建分子成像探针的重要组成部分,该成像方法有望为超声分子成像提供新的思路,具有较大的研究价值和应用前景。基于此,该文将围绕磁纳米粒子介导的磁致振动超声成像技术的原理和研究现状展开介绍,并对该技术的发展趋势进行展望。     

遥感中的立体成像技术

阐述了用于空间对地观测的立体成像的基本原理，讨论了三种立体成像方法，研制成功了用于机载的三个ＣＣＤ线阵扫描的立体成像系统。完成了实验室立体成像实验，编制了形成立体图所必需的软件，得到了预期的地面三维图像。     

光学扫描全息术研究进展

光学成像技术极大地拓展了人类的视觉极限,提高了人们观察和理解现实世界的能力。越多地获得目标的光学信息,对其的认识越充分。数字全息术是一种可以将样本的三维信息以二维全息图的形式编码记录下来的一种成像技术。通过获得由携带物体信息的物光波和参考光波叠加产生的干涉图案,可以以数字化的方式实现多种重建模态,例如图像恢复、相位成像和切片成像等。光学扫描全息术是一种独特的数字全息成像技术,通过主动式二维化扫描对三维物体进行成像,其完整的波前信息可以被单像素探测器记录,并基于光外差检测进行信号解调,从而恢复出复数全息图。对光学扫描全息术的最新进展进行介绍。首先,基于双光瞳成像系统,通过特殊的硬件和算法设计,提高光学成像系统的性能,如提高空间分辨率、缩短扫描时间。其次,基于计算成像原理,通过改进和优化全息像重建算法,实现高质量的图像恢复,主要涉及切片成像和三维成像等重建模态。第三,介绍光学扫描全息术的其他研究方向,并讨论该领域未来可能的发展方向。