无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法

微小血管及其血流实时成像对监测生物体血氧代谢等具有重要意义.在无微泡造影剂的情况下,传统超声多普勒技术仍较难实现高信噪比的微小血管成像.本研究提出了一种无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法.本研究从基于多角度复合平面波的高帧频成像技术出发,提出基于特征值分解的频率-幅值双阈值滤波法,从而将脊髓组织信号和微血流信号分离,可实现脊髓内微血流的动态成像.在体成像实验结果表明,无超声造影剂时,超快超声多普勒成像技术仍可获得较为清晰的大鼠脊髓内微血流的实时图像,并能够清晰地呈现脊髓受损所致的微血流缺失状况.定量分析结果表明,增大复合平面波角度数可有效提高图像的信噪比.综上,超快超声多普勒成像技术有潜力被应用于脊髓内微血管成像及功能实时监测与动态评价,相关结果可为脊髓功能成像方法的研究提供借鉴.     

基于RCA阵列三维超快超声血流成像方法仿真研究

三维超快成像是超声技术发展的重要方向.基于二维全采样阵列的传统三维成像方法需要较多成像阵元和采样通道,其紧密的阵元排列设计也客观上限制了阵列孔径大小和成像分辨率.行列寻址(row-column addressing, RCA)探头以行列检索的方式将通道数自N×N减少为N+N,从而极大地降低了阵列的硬件实现成本.本文仿真了中心频率为6MHz的128行+128列的RCA阵列,结合多角度平面波正交复合成像方法,通过延时叠加(delay and sum, DAS)波束合成、基于特征值分解(singular value decomposition, SVD)的杂波滤除和自相关多普勒速度求解算法,实现了血流仿体的多普勒成像,并分析了不同复合角度序列对成像效果的影响.定量分析表明,当角度数从5个增至33个时,–6 dB分辨率从0.986 mm提升至0.493 mm;当复合角度为17个时,功率多普勒图像的SNR可达30 dB,彩色多普勒沿直径方向的速度分布和真实值的平均误差约为26.0%.以上结果表明,基于RCA阵列的三维成像技术能够获得三维B-mode、功率多普勒和彩色多普勒图像,增大复合平面波角度...     

超声粒子图像测速技术及应用

心血管疾病的产生与动脉血流的流动状况密切相关。然而,目前普遍应用的超声多普勒成像技术不能精确测量复杂血流流场信息。本文提出了一种基于超声造影微泡的超声全流场粒子图像测速技术,能够获得多维流速速度信息,且不依赖于声束与速度向量之间的夹角。本文首先着重阐述了超声全流场粒子测速技术的基本原理以及系统组成,并对直管流和旋转流场流体动力学特性进行了实验测试研究,实验结果表明本技术能够测量全流场速度,并可作为表征复杂血流流场的有力手段。      

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。     

超声动态向量血流成像的产品化实现

传统超声彩色多普勒成像测量的是血流沿超声传播方向上的速度分量,故无法得到垂直于超声传播方向的血流。向量血流成像是一种更加先进的超声血流成像技术。它不受角度限制,可以直接计算出血流速度的大小和方向。本文总结了现有多种超声向量血流成像技术的特点和发展情况,并从产品化实现的角度分析了各项技术的优缺点。从超声系统发射接收、血流成像、向量速度方向合成、显示等几个方面详述了迈瑞超声向量血流成像技术产品化实现过程中遇到的主要问题及解决方案。实验采用了中科院声学所研制的超声多普勒仿血流体模,通过向量血流成像和脉冲多普勒成像分别测量体模的仿血流速度。将向量血流成像直接计算出来的速度值与脉冲多普勒经过角度校正得到的速度进行对比。在不同条件下,经过多次测量,二者的平均相对误差均在10%以内。     

“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。     

狭窄血管内定常流多普勒信号的计算机仿真

提出了一种狭窄血管内定常流多普勒血流信号的计算机仿真方法,在PC机上合成不同血流速度、狭窄血管段不同位置的多普勒信号。对这些仿真信号进行频谱分析,计算出相应的最大频率、平均频率和频谱宽度等参数。实验结果的分析验证了该仿真方法的有效性,为狭窄血管内多普勒血流信号的理解和进一步的特征提取提供了便利。     

光学多普勒层析三维矢量测速方法研究

光学多普勒层析术(ODT)是一种高分辨、非侵入的生物医学成像手段,能同时得到组织的结构信息和组织内血管的流速信息.提出了一种新型的基于相位分辨技术的ODT三维矢量测速方法.在ODT系统样品臂的准直镜和聚焦透镜之间加入窄带相位片,形成三个不同的相位延迟,通过计算多普勒频移和不同相位延迟下的多普勒展宽,可得到毛细管内的三维矢量流场分布.对已知浓度的聚苯乙烯溶液进行了一系列不同角度和不同流速的实验,结果证明这种新型的ODT矢量测速方法可以较精确的实现三维矢量流速的测量.     

血管内超声技术估计冠状动脉阻抗的方法和实验

为了更准确全面地评估冠状动脉的动力学特性,采用血管内超声技术和血压测量设备获取冠状动脉内的超声图像、血流多普勒信号和血压曲线。使用动态轮廓模型从血管内的超声图像测量出管腔的截面积曲线,使用形态学和动态规划法提取多普勒信号中的流速信息,在心电同步下计算出血流量随心动周期的变化。结合血管内的血压曲线,通过傅里叶级数计算出冠状动脉等效阻抗。通过对人工控制下猪心肌微循环障碍实验的数据分析,观察到本方法估计出的血管阻抗可以反映冠状动脉的供血能力、扩张能力随微循环功能衰弱的变化。这一技术的实现,有望为医学临床提供一种新的辅助诊断参数。     

星对星激光雷达反射层析成像技术探讨

以星对星激光雷达成像为应用背景,提出了一种基于啁啾脉冲信号的反射层析成像处理方法,该方法通过激光雷达多角度回波非相干累积实现高分辨率的图像重构;分析了星对星反射层析成像的实现条件,包括成像分辨率、工作模式及成像时间.研究结果表明,采用本文所提出的成像方法,通过同轨道面的伴星探测方式可以满足激光雷达反射层析成像多角度探测的要求,在观测角度范围大于60°时能够得到0.1 m目标分辨率,角度范围越大,分辨率越高,且成像时间与卫星轨道半径和两星距离有关.实验验证了该方法的有效性和星对星反射层析成像的可行性.     

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。     

基于聚焦声场模型的光声层析成像时间延迟快速校正反投影方法

光声层析成像是一种发展迅速的成像技术,其可提供生物组织的结构和功能信息,结合了光学成像高光学对比度与声学成像高穿透深度的优点.然而,由于现有的反投影成像算法通常将围绕目标扫描的超声换能器等效为一个点探测器,导致非中心成像区域图像的切向模糊,严重影响了图像质量.本文提出一种新的光声层析成像算法,其采用聚焦声场等效模型,可以快速有效地克服换能器孔径效应所造成的声场畸变,恢复非中心成像区域的切向分辨率.仿真结果表明,该方法对直径5 mm,距离旋转中心6 mm的目标,切向分辨率提升至少达2倍.实验结果表明,该方法可以有效地恢复边缘图像的切向模糊,使得复杂目标的微小结构能被清晰探测.这种新方法为传统的反投影方法提供了一种有价值的替代选择,对基于圆/球扫描的光声层析成像系统的设计具有重要的指导作用.     

一种广义旁瓣相消的超声成像算法

针对最小方差和相干系数结合算法在超声成像对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性方面存在的不足, 提出一种广义旁瓣相消的成像算法. 首先基于最小方差准则, 构造广义旁瓣相消器, 获得自适应与非自适应两部分加权向量, 然后根据接收信号的协方差矩阵构建特征阈值信号子空间, 并将获得的加权向量投影到此特征信号子空间的左奇异矢量空间中, 获得新的加权矢量. 通过Field II点目标和吸声斑仿真结果表明: 该方法获得的超声图像在对比度、分辨率和对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法, 同时将广义旁瓣相消算法获得的加权向量与符号相干系数结合, 还能进一步提高超声图像质量. 最后通过geabr_0实验数据进行测试, 结果表明: 提出算法的分辨率和对比度及对噪声的鲁棒性上均优于传统延时叠加算法及最小方差和相干系数结合算法.     

单帧单曝光图像法测量气固两相流速度场

本文提出一种基于单帧单曝光图像的气固两相流固相颗粒的速度场测量方法。通过控制相机的单次曝光时间获得流场中颗粒的单帧运动模糊图像,运用分水岭算法分割图像,提取颗粒,由自相关函数获得各颗粒的速度大小和方向,重建二维速度场。利用该方法对玻璃珠在空气中重力沉降的速度测量结果与理论值基本一致,矢量场与颗粒运动轨迹相符,说明该方法可以用于气固两相流速度场的测量。研究发现使用片光源比背光源能够获得更加准确的速度值。     

高灵敏、高对比度无标记三维光学微血管造影系统与脑科学应用研究

结合光学相干层析技术的三维成像能力和动态散射技术的运动识别能力,可以实现无标记的三维光学微血管造影,在不牺牲线扫描速度的前提下,通过帧间分析的方法提高血流造影的灵敏度,实现毛细血管水平的探测.提出小波域分量复合的方法降低静态组织信号和动态血流信号之间的分割误差,实现高对比度的血管造影分别利用组织血流模拟样品和活体大鼠脑组织进行实验验证,结果发现,采用小波域分量复合之后,血管分割误差分别减小了83%和71%,造影图对比度增强,并且具有更好的血管连接性.进而,利用研制的系统对大鼠脑血管局部缺血性中风模型进行了初步的成像研究,清晰地呈现了中风模型形成,血管受损和血管恢复的整个过程,有助于对局部缺血性中风模型机理的研究.     

基于阈值分割的并行压缩鬼成像方法

为了提高鬼成像的速度,提出了基于阈值分割的并行压缩差分鬼成像方法。首先通过设置合理的阈值筛选出涨落较为明显的数据进行采样;然后再通过并行分块降低图像维度,提高整体运算速度;最后通过压缩感知重构算法重构图像。通过对图"BUAA"的半物理仿真以及透射物体"光"的实验结果表明,与普通的二阶赝热光关联成像相比,该方法能以更少的采样次数和运行时间重构图像,可提升成像信噪比。     

基于动态规划的超声多普勒信号最大频率曲线提取

提出一种基于全局优化的动态规划算法以进行超声多普勒血流信号最大频率曲线的提取。并将该方法分别应用于仿真的超声多普勒信号和实际采集的多普勒血流信号,在信噪比小于20 dB的较强噪声背景下,基于动态规划方法提取的最大频率曲线较之传统方法提取的结果,相对误差最多可减小20倍以上。在强噪声背景下的估计精度明显高于其它方法,显示出基于动态规划的最大频率曲线提取算法具有较好的抗噪声性能。结果表明:基于全局优化的动态规划算法能够从较强噪声背景中准确提取超声多普勒血流信号的最大频率曲线,并可进一步用于诊断血管疾病。     

一种基于非锐化掩蔽模型的无偏振片成像技术

液晶透镜是一种新兴的可以电控调焦的液晶器件,无需机械移动就可以实现对焦、变焦和深度测量,因此被广泛应用于摄影摄像、显微成像、虚拟现实等领域。提出一种优化的液晶透镜无偏振片成像技术。该技术结合非锐化掩蔽模型,通过分析图像像素值的变化,估算得到环境光中寻常光分量的占比,并使用非对焦图像和对焦图像进行处理,获得高质量图像。实验结果表明,优化后的技术能够有效增强图像对比度,获得优质图像。     

基于Hadamard矩阵优化排序的快速单像素成像

为提升单像素成像速度,提出了基于Hadamard矩阵优化排序的压缩采样解决方案.利用数值仿真和室外实验对提出的5种排序方法进行了对比分析.研究结果表明:按Haar小波变换系数绝对值排序时单像素成像效果最优,排序对应到Walsh序后可利用快速变换重建图像,速度达300帧/秒@64×64像素;最优排序下,采样率25%仍可重建图像,采样速度可提升4倍.针对排序方法与成像信噪比关系,从关联成像角度给出了其物理解释:测量基矩阵元邻域数值相等的区域面积等效于光场二阶相干面积,当光场二阶相干面积随测量基由大到小排序时成像效果最优.本文研究成果可用于提升单像素成像速度,具有实用价值.     

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题.论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并...