频率域光声断层成像高性能重建算法研究

发布时间：2023-04-03 20:22

　　光声成像兼具光学成像对比度高、成像功能多样以及穿透能力强的优点,成为近年来最具潜力的生物医学无损成像技术。根据不同的分类标准,光声成像可以划分为多个分支。其中频率域光声断层成像采用连续波激光器作为光源,依据成像模式采用不同的调制手段对载波激光进行调制,通过采用不同的弱信号信息提取策略,完成所需信息提取。相比于时域成像模式所采用的高能脉冲激光器,连续波激光器的体积小,成本低,更加安全,但是也由于光源能量较弱,产生光声信号的强度也相应削弱、信噪比进一步降低,因而对于关键信息准确提取的难度进一步加大,重建结果失真的情况更加严重,对去噪重建算法性能的要求也愈发苛刻。此外,现有大多数频率域光声断层成像算法需要庞大的数据采集量,使采集和运算都需要消耗大量时间,占据大量空间,令该技术的应用受到了不小的限制。本论文重点研究了两种不同成像模式下的光声断层成像中进行弱信号提取、降噪和高质量、高性能重建的方法,对频率域光声断层成像中的信号预处理、关键信息提取、正则化成像算法等方面开展了研究,在新滤波算法研究、幅值相位信息提取研究、高性能重建算法研究方面取得了创新。针对微弱信号频率域光声断层成像方法存在的局限...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文结构与创新点
        1.3.1 论文的主要内容和章节安排
        1.3.2 本文特色及创新点
第二章 光声成像的物理基础及成像系统
    2.1 光声信号的产生及约束
    2.2 光声信号的传播和接收
    2.3 频率域光声成像实验设置及系统搭建
    2.4 超声换能器中心频率与目标尺寸
    2.5 本章小结
第三章 滤波反投影模式的线性扫频EMD光声去噪成像
    3.1 LFM光源反投影重建
    3.2 基于EMD算法的LFM光声信号滤波策略
        3.2.1 EMD算法
        3.2.2 零相位滤波
        3.2.3 针对LFM激发光源的EMD滤波策略
    3.3 面向LFM光源的EMD滤波算法仿真及分析
    3.4 滤波反投影模式EMD滤波算法实验结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 基于模型模式的虚拟锁相放大器设计
    4.1 基于模型的光声断层成像模式
        4.1.1 有限元分析和正演模拟
        4.1.2 基于模型的光声成像算法
    4.2 数字虚拟锁相放大器设计
        4.2.1 锁相放大器基本原理
        4.2.2 离散频率调制方式的选取
        4.2.3 锁相放大器设计及功能
    4.3 虚拟锁相放大器仿真实验及分析
        4.3.1 单频光声信号信息提取
        4.3.2 窄带多频光声信号信息提取
        4.3.3 噪声下光声信号信息提取
    4.4 本章小结
第五章 基于模型模式的离散频率调制EMD光声去噪成像
    5.1 仿真所涉及的有参图像评价因数
        5.1.1 峰值信噪比
        5.1.2 图像质量因数
    5.2 基于EMD的离散频率分量滤波策略
    5.3 基于模型模式下的EMD滤波方法仿真实验及分析
        5.3.1 一维信号的滤波及结果分析
        5.3.2 二维图像的滤波及结果分析
    5.4 实验结果及分析
    5.5 本章小结
第六章 基于模型模式的求解方法优化
    6.1 病态矩阵求解方法在光声重建中的应用背景
        6.1.1 结合LSQR的Tikhonov算法
        6.1.2 TSVD算法
        6.1.3 TVAL3算法
    6.2 系统算法方案及不同重建解法下的参数选取
    6.3 噪声下不同重建解法的仿真实验
    6.4 不同求解重建算法的实验结果及分析
    6.5 本章小结
第七章 总结和展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3781087