超声多普勒血流信号估计及处理方法研究

论文摘要

近年来,超声多普勒技术发展得越来越迅速,由于能无损伤地检测人体血管中的血流状况,因此在临床上被广泛用来诊断血管疾病。大量研究表明,血管疾病会从多普勒信号最大频率曲线的变化上体现出来。因此,能否获得准确的超声多普勒血流信号的最大频率曲线(即频谱的包络)对于血管疾病的诊断起着重要的作用。首先,针对超声多普勒血流信号的最大频率曲线提取这一实际科研课题为背景,通过分别在时域和频域进行双活模式下数据插补的实验,得知在频域上采用基于一维线性的数据插补方法能够较好地将缺失的频谱补充完整,确定了在时域上进行去噪和在频域上进行数据插补的方案,进而给出了完整的超声多普勒血流信号估计的新方案。其次,为了降低实际应用中噪声的影响,提出了在频谱分析与包络提取前进行的基于邻域阈值收缩的多普勒血流信号降噪方法,通过分析小波基函数的选取原则以及多普勒血流信号的特点,选取了适合用于多普勒血流信号去噪的小波基函数,并利用小波邻域阈值收缩法与小波阈值去噪法对多普勒血流信号进行了去噪。在仿真中,分析了分解层数、小波基函数以及邻域窗口的大小等仿真参数对去噪结果的影响。实验结果表明,本文提出的基于邻域阈值收缩的多普勒血流信号降噪方法的去噪性能与鲁棒性要好于传统的小波阈值去噪法。最后,通过对基于三直线拟合的超声多普勒频谱图包络提取方法的改进,提出了基于最大距离的超声诊断设备频谱图包络提取方法,并在准确性、实时性以及鲁棒性上,比较了百分比法与最大距离法的性能。仿真结果表明,该方法在准确性和鲁棒性上要优于百分比法,具有较好的临床应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 多普勒信号频谱分析的研究现状
• 1.2.2 超声多普勒血流信号去噪的研究现状
• 1.2.3 超声多普勒血流信号包络提取的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 第2章 超声多普勒血流信号估计方案设计
• 2.1 多普勒血流信号估计总体方案设计
• 2.1.1 信号去噪
• 2.1.2 壁滤波
• 2.1.3 交叠加窗
• 2.1.4 频谱分析
• 2.1.5 数据插补
• 2.1.6 包络提取
• 2.2 数据插补方法
• 2.2.1 基于AR 模型的数据插补
• 2.2.2 基于一维线性的数据插补
• 2.3 本章小结
• 第3章 超声多普勒信号的降噪方法
• 3.1 引言
• 3.2 小波变换去噪相关理论
• 3.2.1 小波变换去噪原理
• 3.2.2 小波阈值去噪
• 3.3 基于小波邻域阈值收缩的多普勒血流信号去噪算法
• 3.3.1 小波邻域阈值收缩法的步骤
• 3.3.2 多普勒血流信号去噪中小波基函数的选取
• 3.3.3 影响算法性能的因素
• 3.4 仿真实验
• 3.4.1 分解层数对去噪结果的影响
• 3.4.2 小波基函数对去噪结果的影响
• 3.4.3 小波系数邻域窗口长度对去噪结果的影响
• 3.4.4 与小波阈值去噪性能的比较
• 3.4.5 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 超声多普勒频谱图包络提取
• 4.1 引言
• 4.2 传统的频谱包络提取方法
• 4.2.1 百分比法
• 4.2.2 三直线拟合法
• 4.3 基于最大距离的包络提取算法
• 4.4 包络提取方法的性能比较
• 4.4.1 包络提取算法的性能指标要求
• 4.4.2 未去噪频谱包络提取算法性能比较分析
• 4.4.3 小波阈值去噪的频谱包络提取算法的性能比较分析
• 4.4.4 小波邻域阈值法去噪的频谱包络提取算法的性能比较分析
• 4.4.5 两种包络提取算法的性能比较分析结论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢