数字B超成像技术及其优化方法的研究

论文摘要

当前,医学超声成像技术已同X射线诊断技术、同位素辐射诊断技术一起被公认为现代三大医学影像技术。超声波的波长与生物细胞的大小相当,在与生物组织相互作用时,获得比X线更多的信息。超声成像原理决定它能够获得动态、重复的成像。利用超声波在人体中传播的物理特性,可以对人体内部脏器或病变作体层显示,据此对一些疾病进行诊断。由于它具有操作简便、安全、迅速、无痛苦和无计量积累的优点,临床应用十分广泛。人体的许多部位和脏器如眼、甲状腺、乳房、心血管、肝脏、胆囊、胸腔膜、脾脏、泌尿系统以及妇产科等,超声波诊断均显示出它的极大使用价值。在我国,研究医学超声成像算法的资料并不多,绝大部分资料主要涉及医学超声诊断技术,还有小部分是关于医学超声原理介绍和系统设计。而现代的医学超声成像算法,不仅关系到系统的结构设计,而且直接决定了系统成像的质量,我国在超声成像算法研究方面的薄弱,直接导致在医学超声诊断仪研发能力上的明显不足。因此,尽快的研究出新型的高效的成像算法,将会明显提高国内医学超声诊断设备的整体质量。本文的目的在于,基于实验室开发的高清数字B超成像系统,进行医学超声成像算法上的研究。研究数字B超系统的成像原理以及超声信号的基本知识,数字波束合成技术,回波信号处理技术,数字图像处理技术,其中绝大部分技术最终都通过Matlab仿真来验证并加强理解。其中,本文针对在数字波束合成技术环节中,尚无文献研究分段动态变迹技术以及动态孔径技术的实现算法这一现状,通过研究超声波束的声场分布、波束宽度以及旁瓣等级,在该技术领域提出了创新算法:分段动态变迹技术以及动态孔径技术的实现算法,通过Matlab和超声仿真平台Field II进行了算法验证,证明了算法在数字B型超声系统中的可行性和优越性,并且能够进一步提高整个系统的成像质量。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 医学超声成像发展历史
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 数字化成像
• 1.2.2 谐波成像
• 1.2.3 超声体成像
• 1.2.4 组织弹性成像
• 1.2.5 合成孔径成像
• 1.2.6 Fourier 成像
• 1.3 本文研究内容
• 2 数字 B 型超声系统与超声成像基础理论
• 2.1 数字B 型超声成像系统原理
• 2.2 超声成像基础理论
• 2.2.1 超声波产生与接收原理
• 2.2.2 超声波信号
• 2.2.3 超声波的反射、折射和散射
• 2.2.4 超声波的衰减
• 2.2.5 超声波声场特性
• 2.3 高速采样的A/D 转换
• 2.4 时间增益控制
• 2.5 本章小结
• 3 数字波束合成技术
• 3.1 延时叠加波束形成
• 3.2 聚焦技术
• 3.2.1 聚焦技术的实现过程
• 3.2.2 声场分布的计算
• 3.2.3 凸阵探头的仿真
• 3.2.4 超声图像的仿真
• 3.3 幅度变迹技术
• 3.3.1 单一幅度变迹
• 3.3.2 分段动态变迹技术新方法研究
• 3.4 动态孔径技术及其实现算法研究
• 3.4.1 动态孔径的优点
• 3.4.2 动态孔径的原理及实现算法
• 3.5 本章小结
• 4 回波信号处理技术
• 4.1 动态滤波技术
• 4.1.1 数字滤波器
• 4.1.2 动态滤波器
• 4.2 包络检测技术
• 4.3 对数压缩技术
• 4.4 本章小结
• 5 数字图像处理技术
• 5.1 数字扫描变换技术
• 5.1.1 坐标变换
• 5.1.2 线性插值
• 5.2 图像的帧相关
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录