声学成像优化中的信号处理研究

发布时间：2020-04-22 04:06

【摘要】：医学成像技术作为一种辅助医生进行临床诊断的重要手段,其重要性与普适性使它成为被广泛研究的领域之一。医学图像领域的研究人员一直朝着图像高质量、病人无侵入、低成本的方向拓展研究。近几十年来,医学成像技术日益发展,从最初的x射线成像,到目前的磁共振图像(MRI)、计算机断层扫描(CT)、超声成像和光声成像。其中,超声成像技术和光声成像技术由于其无侵入、低成本、快速、可便携化的特性,成为了医学成像领域的一大研究热点。然而,受限于声波的传播特性、成像算法的弊端以及硬件发展,声学图像存在成像深度小,大量伪影,分辨率低等问题。图像质量对于临床诊断与治疗有重大意义,因此,本文针对声学图像中的目标混叠和分辨率低下问题,提出了一种基于信号处理的图像优化方法。考虑到光声信号与超声信号本质上是多个质点处信号的叠加的结果,可以看作是单个质点处信号与表征目标大小的正极信号的卷积结果。所以,本文中所提出的方法是以反卷积算法为主,以经验模态分解算法作为后续,对超声探头采集到的原始信号进行处理,再将处理后的信号按照统一的成像算法重建为图像。其中,反卷积算法中所使用的卷积核是通过实测获得。本文所提出的方法可以减轻信号间的混叠,最终减轻图像中的混叠,令图像中原本难以辨认的微小结构和细节信息得以展现。本文中提出的方法对于光声信号与超声信号均适用,遂本文针对光声图像优化和超声图像优化分别设计了多个仿真与实验。其中,仿真部分均使用k-Wave工具箱来实现,实验采集部分使用Verasonics采集平台进行数据的采集与部分图像重建工作,光声信号采集时使用Opotek作为激光源。图像的优化效果以对比的方式呈现,在使用相同成像算法的前提下,比较原始信号和处理后的信号重建出的图像质量的优劣。对于方法的有效性的验证工作,本文从直观的视觉角度和客观的量化评价指标两方面都进行了对比和验证。通过比较多组仿真与实验中信号处理前后所重建出的图像的质量对比结果,可以说明经过处理后的信号所重建出的图像质量是优于原始信号所重建出的图像的,这一结果验证了本文所提出的信号处理方法的有效性。
【图文】：

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表的是成像目标的反射特性分布，可以理解为反射声源分布，，因为超声成像中的逡逑发射声波装置是超声相控阵，成像区域只能反射。逡逑图２－２以超声成像中的延时叠加重建算法的示意图为例，对重建算法的执行逡逑过程进行阐述。图２－３以光声成像中成像区域延时叠加的示意图来直观地展示延逡逑时叠加的效果。逡逑９逡逑

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逦叠加逡逑图２－２超声成像中延时叠加重建算法的流程示意图逡逑从图２－２中可以看到，假设左边的红点是反射性能最好的位置，那该位置对逡逑于声波的反射效果最佳，可以认为成反射声源点。位于体表的超声传感器的各个逡逑阵元会收集到由反射声源点反射而来的信号，然而由于阵元与反射声源点的距离逡逑不同，会导致采集到的信号有早晚之分，也就是有不同的时延。以图中为例，阵逡逑元３最早接收到信号，阵元１，邋５最晚接收到信号，所以要根据距离对其加上适逡逑当的时延使各个通道的信号对齐后，再将所有通道的信号叠加。叠加出的信号幅逡逑值大小就是最终超声图像上反射声源点处的幅值大小。逡逑然后我们从另一个角度再来解释延时叠加的重建原理，如图２－３光声成像中逡逑成像区域延时叠加的示意图，我们是按照成像区域逐点进行叠加，然后遍历整个逡逑成像区域完成一副光声图像的重建。以单个阵元来看
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O429

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