超声测量血流速度中的编码技术研究

论文摘要

多普勒血流测速系统是医学超声诊断设备中的重要组成部分。如何提高多普勒血流测速分辨力、改善信噪比、增强系统检测的灵敏度,一直是医学超声领域研究的热点。近年来编码技术以其提升图像质量、增加探查深度、改进系统探查精度等优点,在医学超声成像中得到了广泛的应用。但近年来此项技术在多普勒血流测速方面鲜有创新。本文研究了在多普勒血流测速系统中应用编码技术时涉及到的若干关键问题,并着重研究了编码技术中的码元调制和脉冲压缩。提出基于m码码型变换的新码元调制方法和基于加权尖峰滤波器的新脉冲压缩方法。通过理论分析和实验仿真,验证了编码技术对多普勒血流测速性能有明显的改善,本文提出的新方法能更好地提高速度检测的灵敏性和分辨力。在基于伪随机码的多普勒血流测速系统中,本文的m码码型变换算法通过设计新编解码信号达到更好的互相关性质,能完全消除远距离杂波,在近距离非指定区域抑制杂波的性能优于已有算法。仿真实验采用Faran的球形弹性散射体模型加快仿真速度。结果表明,本文算法能更精确得到血管指定区域的血流速度。脉动流一心动周期,本文算法的平均绝对误差和均方根误差比Shiozaki算法低一半以上,约为标准m码算法的三分之一。在编码激励脉冲多普勒血流测速系统中,本文的加权尖峰滤波压缩算法对滤波器输出赋予不同权重,以滤波器输出的加权均方误差最小化为目标,使脉冲压缩滤波器输出在峰值处更准确,最终使得整个测速系统得到更好的流速剖面估计结果。进行稳恒流和脉动流的仿真实验,将加权尖峰滤波器与传统的逆滤波器和尖峰滤波器进行比较。仿真结果表明,加权尖峰滤波器的流速估计结果最好,其均方根误差低于尖峰滤波器和逆滤波器,且抗噪性更强,脉冲压缩效果不依赖于流速。还利用仿真研究了滤波器长度对流速估计结果的影响,发现本仿真环境下的滤波器最优长度为20～45。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 超声多普勒血流测速概述
• 1.1.1 超声多普勒血流测速的意义
• 1.1.2 超声多普勒血流测速技术的历史与现状
• 1.2 超声编码技术概述
• 1.2.1 编码技术在医学超声中应用的起因和难点
• 1.2.2 超声编码技术研究的历史与现状
• 1.2.3 超声信号及其处理在血流测速与B型成像中的差异
• 1.3 本论文的主要工作和创新之处
• 第二章 基于伪随机码的多普勒血流测速理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 伪随机码的基本理论
• 2.2.1 m序列的定义及其随机特性
• 2.2.2 伪随机m码的相关函数
• 2.2.3 m码的功率谱密度函数
• 2.3 基于标准m码测速的基本原理
• 2.4 码形设计
• 2.4.1 Shiozaki编码思想
• 2.4.2 本文编码思想
• 2.5 小结
• 第三章 基于伪随机码的多普勒血流测速仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 新调制方法的设计框图
• 3.3 血管模型
• 3.3.1 传统模型
• 3.3.2 Faran的球形弹性散射体模型
• 3.4 仿真实验方法与结果
• 3.4.1 回波波形仿真
• 3.4.2 血流流速仿真
• 3.5 小结
• 第四章 脉冲多普勒血流测速中编码技术的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 脉冲多普勒血流测速技术及其应用局限
• 4.2.1 脉冲多普勒血流测速原理简析
• 4.2.2 超声脉冲多普勒技术的局限
• 4.3 分辨率与编码激励信号
• 4.4 编码激励脉冲多普勒血流测速系统中的码型选择
• 4.4.1 调频码（Chirp）和伪Chirp码
• 4.4.2 Golay互补序列对
• 4.4.3 Barker码
• 4.4.4 编码激励方案中码型的讨论
• 4.4.5 实际编码激励序列的设计
• 4.5 编码激励脉冲多普勒血流测速系统中的脉冲压缩技术
• 4.5.1 匹配滤波器
• 4.5.2 逆滤波器
• 4.5.3 维纳滤波器
• 4.5.4 尖峰滤波器
• 4.6 基于加权尖峰滤波器的脉冲压缩技术
• 4.6.1 对尖峰滤波器的改进原理
• 4.6.2 加权尖峰滤波器的设计方法
• 4.6.3 权函数的设计方法
• 4.7 小结
• 第五章 脉冲多普勒血流测速中编码技术的仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 编码激励脉冲多普勒框图及其脉冲压缩模块
• 5.3 稳恒流仿真
• 5.4 脉动流仿真
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.1.1 论文完成的主要工作
• 6.1.2 论文的创新性工作
• 6.2 存在问题和进一步研究展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢