自适应波束形成算法与基于压缩感知技术的超声成像研究
发布时间：2022-09-29 13:45
超声成像因其安全、实时、无痛以及成本低廉等特点被广泛应用于临床诊断和工业探伤中。但与MRI、CT、X射线等技术相比而言,当前超声成像图像仍然存在空间分辨率较低,易受噪声干扰,输出图像帧率过低等问题,且随着科学技术的日益发展,人们对超声图像质量的要求也随之提高。因此,当前亟需对超声成像系统中面临的各种问题进行解决。本文针对自适应数字波束形成算法和基于压缩感知技术的超声成像开展了以下2个方面的研究内容:（1）波束形成技术是超声成像中影响最终输出质量的关键环节之一,传统最小方差自适应波束形成算法可以在一定程度上提高超声成像系统输出图像的分辨率,但对输出图像的对比度改善并不明显,且在强相关干扰下算法对噪声的鲁棒性下降。针对该问题,本文提出了一种信噪比后滤波与特征空间相融合的改进最小方差波束形成算法。该方法基于超声反射回波信号的可分离性将最小方差权矢量投影到信号子空间中提高成像对比度,然后基于回波信号相干性设计后滤波器,并引入一个基于信噪比的噪声加权系数,改善由于协方差矩阵估计误差造成的算法抗噪性能下降问题。为验证算法对输出超声图像质量的改进,本文在Field II实验平台上,对医学超声成像实验...
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 医学超声成像技术的发展
1.2.2 超声波束形成技术的发展
1.2.3 压缩感知技术发展
1.3 本文的主要研究内容
2 超声成像基本理论
2.1 超声成像基本原理
2.1.1 波动方程
2.1.2 超声声场分布计算
2.1.3 超声声场波束仿真
2.2 波束形成控制方法
2.2.1 聚焦与偏转
2.2.2 动态聚焦
2.2.3 动态孔径
2.2.4 幅度变迹
2.3 延时叠加波束形成算法
2.4 质量评价指标
2.5 本章小结
3 自适应波束形成算法
3.1 特征空间最小方差算法
3.2 超声成像相干系数算法
3.3 维纳滤波与特征空间融合的最小方差波束形成
3.4 信噪比后滤波与特征空间融合的最小方差波束形成
3.5 数字波束形成的稳健算法
3.5.1 空间平滑法
3.5.2 对角加载法
3.6 仿真对比成像实验
3.6.1 点目标成像实验
3.6.2 吸声斑成像实验
3.6.3 geabr_0实验
3.7 本章小结
4 压缩感知超声成像技术
4.1 压缩感知基本理论
4.2 信号的稀疏表示
4.2.1 离散余弦变换
4.2.2 离散傅里叶变换
4.2.3 离散小波变换
4.3 稀疏字典
4.4 测量矩阵
4.4.1 不相干性
4.4.2 RIP特性
4.4.3 常见测量矩阵
4.5 压缩感知重构算法
4.5.1 l0、l1范数模型
4.5.2 重构算法
4.6 压缩感知超声成像实验
4.6.1 点目标成像实验
4.6.2 吸声斑目标成像实验
4.6.3 仿体实验
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]产科超声成像技术的研究进展[J]. 郭翠梅,刘晓巍. 中国医疗设备. 2016(07)
[2]一种广义旁瓣相消的超声成像算法[J]. 王平,程娜,龚志辉,王林泓. 物理学报. 2015(23)
[3]压缩感知研究[J]. 戴琼海,付长军,季向阳. 计算机学报. 2011(03)
[4]实时三维超声成像诊断胎儿畸形的临床应用研究[J]. 吴俊,赵志军,赵改萍,胡金朵,胡玉藏,张帆. 当代医学. 2010(36)
[5]压缩感知理论及其研究进展[J]. 石光明,刘丹华,高大化,刘哲,林杰,王良君. 电子学报. 2009(05)
[6]全数字B超的信号处理[J]. 周盛,杨军. 国际生物医学工程杂志. 2007(06)
[7]窗函数及其应用[J]. 毛青春,徐分亮. 中国水运(学术版). 2007(02)
[8]医学超声影像技术的发展创新[J]. 李朝伟,李晓东,张良才. 中国医学装备. 2005(02)
[9]超声三维成像中一种快速表面体绘制算法[J]. 欧阳高翔,董剑,邱祖廉. 牡丹江医学院学报. 2004(01)
[10]三维空间Doppler夹角的测量与流速校正方法的研究[J]. 刘洁,高上凯. 清华大学学报(自然科学版). 2002(03)
博士论文
[1]高频医学超声成像系统的研究与设计[D]. 孙平.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于压缩感知的医学超声图像重建方法应用研究[D]. 杜衍震.山东大学 2014
[2]基于压缩感知医学超声成像技术的研究[D]. 欧阳显跃.湖南大学 2014
[3]医用B型超声成像前端系统的研究[D]. 齐雁.中南大学 2010
[4]医学超声成像系统的编码激励技术研究[D]. 鲍静.天津大学 2007
本文编号：3682705
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 医学超声成像技术的发展
1.2.2 超声波束形成技术的发展
1.2.3 压缩感知技术发展
1.3 本文的主要研究内容
2 超声成像基本理论
2.1 超声成像基本原理
2.1.1 波动方程
2.1.2 超声声场分布计算
2.1.3 超声声场波束仿真
2.2 波束形成控制方法
2.2.1 聚焦与偏转
2.2.2 动态聚焦
2.2.3 动态孔径
2.2.4 幅度变迹
2.3 延时叠加波束形成算法
2.4 质量评价指标
2.5 本章小结
3 自适应波束形成算法
3.1 特征空间最小方差算法
3.2 超声成像相干系数算法
3.3 维纳滤波与特征空间融合的最小方差波束形成
3.4 信噪比后滤波与特征空间融合的最小方差波束形成
3.5 数字波束形成的稳健算法
3.5.1 空间平滑法
3.5.2 对角加载法
3.6 仿真对比成像实验
3.6.1 点目标成像实验
3.6.2 吸声斑成像实验
3.6.3 geabr_0实验
3.7 本章小结
4 压缩感知超声成像技术
4.1 压缩感知基本理论
4.2 信号的稀疏表示
4.2.1 离散余弦变换
4.2.2 离散傅里叶变换
4.2.3 离散小波变换
4.3 稀疏字典
4.4 测量矩阵
4.4.1 不相干性
4.4.2 RIP特性
4.4.3 常见测量矩阵
4.5 压缩感知重构算法
4.5.1 l0、l1范数模型
4.5.2 重构算法
4.6 压缩感知超声成像实验
4.6.1 点目标成像实验
4.6.2 吸声斑目标成像实验
4.6.3 仿体实验
4.7 本章小结
5 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]产科超声成像技术的研究进展[J]. 郭翠梅,刘晓巍. 中国医疗设备. 2016(07)
[2]一种广义旁瓣相消的超声成像算法[J]. 王平,程娜,龚志辉,王林泓. 物理学报. 2015(23)
[3]压缩感知研究[J]. 戴琼海,付长军,季向阳. 计算机学报. 2011(03)
[4]实时三维超声成像诊断胎儿畸形的临床应用研究[J]. 吴俊,赵志军,赵改萍,胡金朵,胡玉藏,张帆. 当代医学. 2010(36)
[5]压缩感知理论及其研究进展[J]. 石光明,刘丹华,高大化,刘哲,林杰,王良君. 电子学报. 2009(05)
[6]全数字B超的信号处理[J]. 周盛,杨军. 国际生物医学工程杂志. 2007(06)
[7]窗函数及其应用[J]. 毛青春,徐分亮. 中国水运(学术版). 2007(02)
[8]医学超声影像技术的发展创新[J]. 李朝伟,李晓东,张良才. 中国医学装备. 2005(02)
[9]超声三维成像中一种快速表面体绘制算法[J]. 欧阳高翔,董剑,邱祖廉. 牡丹江医学院学报. 2004(01)
[10]三维空间Doppler夹角的测量与流速校正方法的研究[J]. 刘洁,高上凯. 清华大学学报(自然科学版). 2002(03)
博士论文
[1]高频医学超声成像系统的研究与设计[D]. 孙平.武汉大学 2009
硕士论文
[1]基于压缩感知的医学超声图像重建方法应用研究[D]. 杜衍震.山东大学 2014
[2]基于压缩感知医学超声成像技术的研究[D]. 欧阳显跃.湖南大学 2014
[3]医用B型超声成像前端系统的研究[D]. 齐雁.中南大学 2010
[4]医学超声成像系统的编码激励技术研究[D]. 鲍静.天津大学 2007
本文编号：3682705
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