基于位移量的软组织应变测量快速算法

软组织的硬度或弹性反映了其本身的生理病理特性。对组织弹性的测量,有助于对组织内部特性的了解。在通常的超声弹性回波技术的基础上,本文提出了一种组织应变估计的新思路,以实现组织弹性的快速重建。计算机仿真实验的结果揭示了这种方法的有效性。     

二维超声应变重建的有限元仿真与组织实验

近几年来,利用超声散射回波测量生物组织弹性系数的超声应变成象方法得到了很大的发展。本文建立了基于有限元分析的二维软组织超声散射模型,并通过这一模型获得了组织在压缩前后的仿真超声散射回波。对模型组织超声散射回波的应变重建实验结果表明,组织在压缩过程中垂直于压缩方向的形变会引入重建应变误差,采用中心部位的扫描线,减小压缩比能减小该误差,提高应变图象的质量。组织实验的结果表明,有限元散射模型能模拟实际组织应变成象的情况,为组织实验提供参考。     

超声应变重建的仿真研究

本文提出了一种基于匹配滤波器的用于估计生物组织内部应变的方法,并且为了检验这一技术的可行性,本文还详细介绍了一线超声弹性散射回波模型的建立方法.计算机仿真的结果揭示了这种估计内部应变的方法在人体组织弹性定征领域的应用前景。     

基于超声剪切波的生物组织仿体轴向应变高精度估计方法研究

软组织的力学特性与它的生理、病理状况密切相关.超声弹性成像作为一种生物软组织力学特性的无损检测方法,可为医学临床诊断与治疗提供重要的依据.利用聚焦超声的辐射力在生物软组织局部区域内产生剪切波进行弹性成像,可降低组织弹性重构的复杂程度.本文提出一种基于主元分析(Principle Component Analysis, PCA)神经网络的高精度并行时延估计方法用于软组织轴向位移估计,并由此得到组织轴向应变分布与弹性模量.仿真实验结果表明:该方法具有较高的空间分辨率,抗干扰能力强,可望应用在生物深部软组织轴向位移与应变的无接触测量等领域.     

基于超声散射元间距的生物软组织内部应变与弹性估计

超声弹性成像有希望成为生物软组织病变诊断和力学特性评价的有效手段.提出利用小坡变换检测组织背向散射信号的不连续性,估计规则散射元空间分布及其变化,由此得到组织内部应变分布与弹性模量的新方法.结果表明,利用小波变换的散射元定位方法具有较强的抗干扰能力,基于散射元间距的运动估计方法避免了超声散斑的解相关性,计算量较小,无误差积累.组织内部应变和弹性估计能够区分杨氏弹性不同的组织,具有较高的空间分辨力.方法同时提供了组织弹性与微结构的信息.     

基于超声散射回波功率谱的热疗无损测温模型

在随机起伏介质超声散射理论下,基于组织超声散射问波功率谱,提出一种无损获取组织温度信息的新方法。组织中声速及密度的随机起伏引起超声散射,散射回波声压谱的均方值与组织中声速c、声速对温度的梯度dc/dt和组织的平均温度T等有关。分析组织散射超声回波信号平均归一化功率谱与组织温度的关系,可以从超声散射回波中有效提取组织温度信息。理论分析和模拟实验为医学上肿瘤热疗提供了一种新的无损测温的方法和思路。     

时域反卷积算法用于提高超声反射CT成像分辨率

超声反射CT成像通常采用反射回波的包络作为投影,按一定算法进行重建,以实现对物体内某一截面的成像。由于超声换能器的发射脉冲具有一定宽度,这样,被检测物体内相距较近的缺陷回波信号将产生混叠,使得重建像中难以区分各相距较近的缺陷。针对这一问题,本文应用时域反卷积（TDD）算法对缺陷回波信号进行预处理,再进行图像重建,理论和实验结果表明,成像分辨率得到提高,图像质量明显改善。     

由动物软组织的超声散射回波估计声衰减系数

本文讨论了一种从超声散射回波进行衰减系数谱估计的原理和方法,并用所研制的一套全自动化谱测试系统对一系列新鲜离体动物软组织进行了实验研究。结果表明,测量精度与准确度都是令人满意的。文章最后指出,这种衰减谱估计方法因为能在活体条件下对组织进行定征而具有研究价值。     

利用先验估计自适应加窗的准静态超声弹性成像位移估计算法

准静态弹性成像技术是基于组织压缩前和压缩后超声回波射频信号进行组织运动重构的弹性成像技术。提出了一种基于先验估计的自适应窗函数算法,在位移估计过程中,使用已估计的临近窗的时延值作为先验信息,自动调整截取压缩后射频信号段的截取窗函数,提高了互相关运算所需的压缩前和压缩后信号段之间的相关性。仿真实验结果表明,该算法不仅大大提高了成像速度,而且提高了信噪比较低时的成像质量,同时该算法具有更宽的应变通带。     

超声医学诊断技术的发展

 早在20世纪40年代,工业上用于探伤的超声脉冲回波技术首次被引入医学诊断,提出了A型(amplitudemode)诊断技术,从而掀开了超声诊断的历史篇章。A型超声诊断技术采用了如雷达或声纳的回波定位原理。当把一束超声波射入人体后由于人体内不同组织器官或同一组织器官的不同结构或状态(正常的和病变的)下的声学特征阻抗不同,就会引起强度与数量不同的反射或散射回波。示波器屏幕上Y轴表示回波幅度,X轴表示声波传入人体的时间(或深度)。医生就是根据这疏密与大小不同的回波波形进行诊断的。A型超声诊断技术虽然在20世纪50年代就已有效地应用于颅脑、眼睛、心、胰及胆等疾病的诊断。     

基于多层声速模型的合成孔径超声皮质骨成像

由于皮质骨和软组织间较大的声速差异,采用固定声速的传统超声波束形成方法无法重建皮质骨图像,同时皮质骨中较大的衰减也限制了信号信噪比.为了实现皮质骨超声成像,本文提出一种采用合成孔径超声提高成像分辨率及信噪比,利用压缩感知计算延时参数并构建多层声速模型的成像方法.本文结合时域有限差分仿真方法分析了理想情况下皮质骨成像结果,并结合软组织覆盖下的离体皮质骨板样本实验,验证相关方法的可行性.仿真和实验结果均表明,本文方法可用于构建多层声速模型并正确重建皮质骨图像.本研究实现了具有三层声速模型的皮质骨超声成像,对皮质骨超声成像发展有一定的借鉴意义,未来将进一步探索在体实验,以推进骨超声成像的临床应用.     

压缩感知在合成发射孔径医学超声成像中的应用

为了解决合成发射孔径技术在医学超声成像实现中面临的数据量大及接收通道多的问题,提出一种超声成像系统频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法。首先对超声系统频率域稀疏性模型进行了验证;然后根据稀疏性模型利用压缩感知理论对回波信号进行压缩采样,并使用最优化方法完成回波信号重建;最终通过合成发射孔径技术完成超声成像。针对医学成像中常用的点目标及模拟胎儿目标进行成像仿真实验,对重建图像在均方误差、分辨率及成像质量等方面与常规成像结果对比分析。实验结果表明在保证成像质量的同时,仅使用30%原始数据量及50%总接收通道数目可完成成像;频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法可以大幅度减少合成发射孔径成像所需数据量及接收通道数,极大地降低了系统复杂度。      

超声脉冲回波谱分析全自动化测量系统的研制

本文报道了一种全自动化超声脉冲回波谱分析测量系统。该系统具有对超声回波信号进行快速选择性采样、存贮、数字分析与处理及微机程序软件控制三维机械扫描等功能,可对生物组织样品的超声衰减系数谱、背向散射系数谱及回波谱自相关进行测量与分析。对一系列哺乳动物软组织样品所做的实验研究表明,该测量系统给出了令人满意的研究结果。     

基于深度学习的材料超声回波衰减预测方法

材料超声回波衰减是评价材料均匀一致性的常用方法, 针对具有复杂结构的航空发动机盘件难以进行材料底面超声回波衰减评价的问题, 本文提出了利用超声背散射波信号直接预测底面回波衰减的方法。采用10MHz聚焦探头进行超声背散射波数据的采集, 利用深度学习技术构建和训练模型,建立了基于深度学习的材料底面回波衰减预测方法, 同时讨论了采用不同信号形式的超声波信号分类识别模型的准确率差异。研究发现：基于深度学习技术可实现通过超声背散射波预测材料的底面回波衰减, 预测结果和实际底面回波衰减试验结果具有良好的一致性。     

用于活体温度评估的非线性超声热应变模型

热疗在肿瘤消融、高血压治疗等方面有重要应用价值.对热疗过程进行温度监控有利于实施合理的治疗规划,同时可提高治疗的安全性、减少副作用.利用基于超声回波偏移的热应变测温理论进行二维温度估计是一种常用的超声测温方法.但该理论基于组织热膨胀及声速随温度线性变化的假设,适用的温度测量范围一般限于37℃～50℃.该文基于升温组织的...     

血管壁高频超声弹性显微成像

利用血管内高频超声(Intravascular Ultrasound,IVUS)成像技术,对IVUS图像灰度值进行换能器偏心校正后,提出基于遗传算法的管壁组织运动分阶叠加光流估计方法获得血管内施压条件下组织微元位移与应变分布,采用弹性重构方法在世界上首次获得了实际血管壁真正意义上的横断面弹性显微图像。由离体猪血管实验结果证实.将血管力学实验研究推进到二维亚毫米微结构层次,有希望为经皮腔内冠状动脉血管成形术(Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty, PTCA)过程监控与治疗评价提供新的技术手段。     

多帧迭代盲解卷积在激光反射断层成像的应用

激光反射断层成像是一种新型的远距离高分辨率成像手段。反射回波可以近似视作发射脉冲和目标反射系数投影分布的加噪卷积,因此发射脉冲的展宽将显著影响重建图像的分辨率。现有的滤波反投影方法不能有效解决这个问题,而脉冲压缩和解卷积可以从回波中还原目标反射率分布投影,进而提高重建图像质量。基于多角度测量的相似性,提出了一种多帧迭代盲解卷积逼近方法,对一维回波信号进行解卷积,并在实际激光雷达上进行了实验,重建结果表明,此算法能显著提高成像的分辨率和细节,并能对发射脉冲给出参考。     

水中分层弹性球壳高频时域回波的声学编码研究

针对水下集群目标及敌我目标识别的难题,该文提出了一种基于水中分层弹性球壳高频时域回波的声学编码原理及方法。推导了水中4层弹性球壳目标散射声压的简正级数解,并与有限元结果进行了对比验证。通过构造高频主动声呐的探测脉冲信号,与4层弹性球壳声传递函数的简正级数解做卷积运算,获得了目标的时域回波脉冲序列。研究了分层弹性球壳的厚度、各层材料属性、排布顺序等对时域回波特征的影响规律,提出了基于时域回波特征的声学编码方法。研究表明：利用水中分层弹性球壳目标高频时域回波特征能够实现声学编码,回波结构稳定,且不受限于探测方向。通过携带或安装这种分层弹性球壳结构,有望识别水下航行体/悬浮体等目标。该文的研究对水下目标的主动探测身份识别及导航等具有一定的参考价值。     

一种超声石油固井质量检测回波信号识别的新方法

本文提出一种基于连续小波变换和傅里叶交换相结合的超声固井质量检测回波信号的识别方法。根据超声固并质量检测回波信号的非平稳特性,该方法先对回波信号进行连续小波变换;然后利用博里叶变换,计算其在特定刻度时间段的幅度谱作为模式特征对回波信号进行识别。分析研究表明:理论和实际回波信号的处理结果基本一致,该方法相对于仅基于频谱特征和仅基于离散小波变换的识别方法而言具有分析刻度精细、受回波信号的时间错位影响很小、识别率高的优点,非常适合对具有时变谱特性的超声回波信号的识别。     

特征空间和符号相干系数融合的最小方差超声波束形成

为了提高医学超声成像的空间分辨率,提出一种融合了特征空间最小方差与符号相干系数的波束形成方法。首先利用最小方差法计算回波数据的协方差矩阵和加权向量;然后对协方差矩阵进行特征分解得到信号子空间,并将加权向量投影到该空间上;最后计算符号相干系数,用于优化特征空间法得到的回波信号,最终获得超声成像数据。为验证算法的有效性,对医学超声成像中常用的点目标、斑目标进行仿真,对点目标仿体和人体颈动脉组织进行超声成像实验。结果表明:所提出的方法在分辨率、对比度以及稳健性等方面都优于传统的延时叠加算法、最小方差算法、特征空间最小方差法以及特征空间与相干系数融合的方法。