超声医学论文范文参考关于超声医学的优秀论文范文【10篇】

超声医学论文范文参考关于超声医学的优秀论文范文【10篇】 中文摘 要 超声心动图的心室容积测量是超声医学图像分割技术的典型应用；图像边缘模糊给心室容积测量的实践带来了很大的困难.本研究从这一典型应用出发,首先以小波变换理论为基础进行了超声医学图像噪声抑制及边缘检测方法的研究,接着在此基础上开展了基于纹理的图像分割方法的研究. 医学超声诊断设备,由于其具有无创、无痛、方便有效、显示直观、成本低廉等优点,被广泛的使用于医学诊断的各个领域.频率大于20 MHz的高频超声,能够提供更高的图像分辨率,因此特别适用于显示精细的结构,可用于探测人体的眼睛、皮肤和血管等器官,也可用于对小动物如老鼠、斑马鱼等的成像.当前,研究和制作性能良好的高频超声传感器和高频超声成像系统仍是一项非常重要的、具有挑战性的工作. 本文首先设计和制作了两种不同类别的35 MHz高频超声传感器.其中用新的铌酸铅铟-铌镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)材料制作的PIN-PMN-PT超声单阵元传感器具有比传统铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)超声传感器更高的温度稳定性,并且可以在更高的电压下工作.用PMN-PTEpoxy 1-3复合材料制作的PMN-PTEpoxy 1-3复合超声单阵元传感器具有比传统铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)超声传感器更高的机电耦合系统和更低的声阻抗特性. 其次,本文设计和制作了用于高频超声传感器阵列的高频医学超声成像系统.该系统具有64个通道,采用了多个高速A/D转换芯片,能实现64通道12位精度超声接收数据的高速采集(160MSPS).系统中设有多个强大的现场可编程门阵列(FPGA)芯片和一个大规模并行数字信号处理器阵列(MPPA),可以完成数据的缓存、系统的控制,并实现高速的数字信号处理.系统中还使用了GPIO接口和PCI EXPRESS接口,实现了高速的数据传输(200MBPS以上).此外,本文还对系统的软件进行了开发.整个系统采用了模块化的结构,因此具有良好的灵活性和适应性,可以便利的实现系统的调整和升级. 再次,本文研究了超声*束形成技术,讨论了超声*束发射和接收算法和延迟技术.在单片FPGA中实现了64通道的数字式超声发射,并提出了三种基于本文硬件系统的超声*束接收算法的实现方案.其中FPGA+MPPA的实现方案可实现数据的高效处理,结合使用FIR插值滤波的方法可将接收延迟精度提高到1 ns以内. 最后,本文对设计和制作的高频超声传感器以及高频医学超声成像系统进行了测试.对PIN-PMN-PT超声传感器和PMN-PTEpoxy 1-3复合超声传感器的测试结果表明,这两种传感器的性能良好,工作频率均在30 MHz以上,插入损耗在20db一下,可以用于高频超声成像.对高频医学超声成像系统的测试结果表明,该系统硬件部分能够完成64通道超声信号的发射、接收和数据采集,利用MPPA-Am2045芯片可以实现高精度的数据延迟,实现了高频医学超声成像系统的基本功能. 在生物医学超声理论和应用中,非线性现象的研究是近年来的一个热点和难点.非线性原理应用于超声成像可以获得更高的分辨率和对比度,从而得到高质量的超声图像,更清晰、更真实地反映成像对象,在实际应用中已经表现出显著的优势和诱人的前景. 本文的研究遵循严密、可行和有效的原则,对非线性超声的原理与应用中所需解决的若干重点问题在理论推理、建模、数值计算和仿真等层面上进行了较为深入的探讨.取得了如下几个方面的研究成果： 1提出了一种基于Fourier-Bessel级数的新方法,用于计算吸收媒质中非线性超声场的高次谐波分量,得到其级数形式的解析解,由此推导出吸收媒质中零阶Bessel超声场、Gauss聚焦超声场高次谐波的封闭解析解,进而对其声场特性尤其是近场特性进行了研究. 2通过频域有限差分方法求解KZK方程,对吸收媒质中的零阶Bessel超声场、Gauss聚焦超声场进行计算,得到基波和高次谐波声场的数值解和仿真图,计算仿真结果验证了上述的理论结论. 3对于高次谐波超声成像原理及模型进行了初步研究,提出了一个高次谐波成像计算仿真模型的框架. 本文的研究工作得到了国家自然科学基金项目“高分辨率高帧率超声成像系统的研究”(No60471057)和中国科学技术大学青年科学基金“非线性非衍射波的特性研究及其在医学超声中的应用”(NoKA2100230001)的资助. 在医学超声成像系统中,轴向分辨力、信噪比（探测深度）和对比度是衡量成像质量的主要指标.在传统短脉冲激励成像中,轴向分辨力和信噪比是一对难以调和的矛盾.而编码激励技术可以很好地解决这对矛盾.在发射端,对发射信号进行编码,在不提高发射信号的峰值功率下提高平均功率,从而提高系统的信噪比；在接收端,对回波信号进行脉冲压缩,恢复轴向分辨力.编码激励技术是提高超声成像质量的一种有效的方法,具有广阔的应用前景.在对现有理论和方法进行调研的基础上,本文提出了一些新的编码激励方法.其主要创新性成果有： 1）为了提高轴向分辨力和确保对比度,提出了一种基于幅度加权的预失真线性调频编码激励方法.该方法将线性调频发射信号幅度加权技术和回波信号旁瓣抑制技术相结合,一方面补偿超声探头对发射信号的影响,使得回波信号的带宽不局限于探头,提高轴向分辨力；另一方面消除发射信号幅频特性的菲涅耳波纹,提高发射信号的带宽并采用失配滤波器进行脉冲压缩,实现旁瓣抑制,确保成像对比度.仿真结果表明,与恒包络的线性调频编码激励相比,该方法不仅可以提高轴向分辨力,而且确保对比度；在轴向分辨力和对比度两方面,取得较好的折中效果.FieldII仿真B超图像结果同样证实该方法提高轴向分辨力. 2）传统Barker编码激励是采用单载频的正弦信号调制Barker编码的.本文中,提出了一种基于线性调频载波调制的Barker编码激励方法.对比正弦载波,线性调频载波的时间-带宽积可以大于1.因此,该方法通过提高载波带宽,可以提高轴向分辨力；另一方面,通过提高单位码片时间（即载波时间宽度）,可以提高系统的信噪比.此外,系统的信噪比增益不仅能通过Barker码长获得,还可以通过载波的时间-带宽积获得.为了确保成像对比度,在脉冲压缩时,首先进行线性调频载波的脉冲压缩,然后进行Barker编码的脉冲压缩,实现旁瓣抑制.对于线性调频载波的脉冲压缩,当载波的时间-带宽积较小时,确保匹配滤波输出的主瓣内无旁瓣,此时只需要考虑匹配滤波器；当载波的时间-带宽积较大时,使得匹配滤波输出的主瓣内有旁瓣,此时需要考虑加切比雪夫窗的失配滤波器.对于Barker编码的脉冲压缩,采用基于峰值旁瓣水平最小的失配滤波器.仿真结果证明了所提出方法的有效性. 3）提出了一种基于伪chirp载波调制的Barker编码激励方法.与传统的基于正弦载波调制的Barker编码激励相比,该方法采用伪chirp载波调制Barker编码,可以优化轴向分辨力和系统的信噪比.与基于线性调频载波调制的Barker编码激励相比,该方法的编码信号幅值是二进制形式的,平均功率大,从而提高系统的信噪比,同时保持相近的轴向分辨力和对比度,而且发射激励电路简单.仿真结果证明了所提出方法的有效性. 4）提出了一种基于线性调频载波调制的Golay编码激励方法.与传统的基于正弦载波调制的Golay编码激励相比,该方法采用线性调频载波调制Golay互补序列对,可以优化轴向分辨力和系统的信噪比.与基于线性调频载波调制的Barker编码激励相比,该方法采用增加长度的Golay互补序列对,可以获得更高的信噪比及其增益,而且旁瓣幅度大大降低,因而增强成像对比度,同时保持相近的轴向分辨力.在脉冲压缩滤波器的设计中,对于Golay编码的脉冲压缩,只需要考虑匹配滤波器,脉冲压缩算法简单.仿真结果证明了所提出方法的有效性. 5）提出了一种基于线性调频载波调制的二进制最优编码激励方法.与基于线性调频载波调制的Barker编码激励相比,该方法使用增加长度的二进制最优序列,可以获得更高的信噪比及其增益,同时保持相近的轴向分辨力.与基于线性调频载波调制的Golay编码激励相比,该方法只需要发射信号一次,脉冲压缩性能不易受组织运动的影响.在脉冲压缩滤波器的设计中,对于二进制最优序列的脉冲压缩,采用基于最小均方误差的逆滤波器,实现旁瓣抑制,确保成像对比度.仿真结果证明了所提出方法的有效性. 作为四大医学影像技术之一,医学超声具有安全、便携、实时、低成本等优点,在临床诊断中已得到了广泛应用.在超声成像系统中,波束形成处于核心位置,对成像质量起着决定性作用.其中,延时叠加(delay-and-sum, DAS)波束形成技术能简单而有效地实现超声图像的重建,已在商业产品中得到广泛的应用.但是,其所形成的波束主瓣宽度较宽、旁瓣水平较高,降低了图像空间分辨率和对比度.传统的变迹技术使用一组预先确定的权重(如汉明窗)来降低旁瓣干扰,但会增加主瓣宽度,牺牲了图像分辨率.自适应波束形成技术通过从接收信号中提取特征信息来确定孔径权重,在成像区域中形成更窄主瓣宽度和更低旁瓣级的高质量波束,能够同时增强分辨率和对比度.本论文以相干因子(coherence-based factor)自适应加权和最小方差(minimum variance, MV)波束形成为主要研究对象,分析它们在超声成像中的优点和不足,并提出了相应的改进方法,具体包括： 首先,幅度相干因子法(the coherence factor, CF)和相位/符号相干因子(thephase/sign coherence factor, PCF/SCF)法能以较低的计算复杂度显著抑制旁/栅瓣,减少杂波,但是会降低图像平均亮度、增大斑点方差甚至损失部分纹理信息.本论文使用复解析孔径数据,设计了一种基于相量离散度的相干因子,通过对相干波束和的加权,抑制旁瓣和杂波,减少离轴干扰信号和随机噪声.仿真和真实体模数据的实验结果表明：相比于DAS,该方法能同时提高分辨率和对比度.但是,它也会产生斑点纹理上的负面效果.为了解决该问题,我们通过一个用户定义的参数来调节离轴干扰抑制和图像纹理信息之间的平衡.结果表明,一个0.9至1之间、稍小于1的值能获得最佳的成像结果. 其次,MV波束形成方法能显著提高空间分辨率,但是对旁瓣和对比度的改善尚显不足.为此,本文提出将MV波束形成与相位相干成像相结合的改进方法.实验表明,该方法在保持高分辨率的同时,减少了旁瓣和杂波,但会造成图像亮度降低、斑点方差增大等问题. 然后,详细指出了使用相干因子波束形成方法(如CF、PCF/SCF)重建图像所存在的缺陷,包括：整体图像亮度降低,斑点方差增大,高回声反射体周围出现黑洞伪影以及远场点目标亮度被过低估计等.为解决这些问题,本论文从理论上分析了它们产生的原因,进而提出一种新的空时平滑处理技术来修正相干因子类方法.由此所设计的空时平滑相干因子在一个发射脉冲的持续时间上测量所划分重叠子阵列的波束和之间的信号相干性.仿真和真实体模数据的实验结果表明,该方法能明显提高相干因子成像的鲁棒性,减少斑点方差,消除黑洞伪影,具有较强的杂波抑制能力,从而提高图像对比度,增强了图像中囊肿的可检测性. 最后,为了进一步改善空时平滑相干因子方法的成像质量,提出了三种改进方案,即对该相干因子进行空间滤波、将其与空间复合技术相结合以及与最小方差波束形成相结合.仿真实验结果表明：空时平滑相干因子经过空间滤波后能减少由于因子值的波动引起的斑点亮度变化,消除黑洞伪影,