超声合成孔径自适应成像算法研究

发布时间：2020-03-27 11:31

【摘要】：医学超声成像技术因具备对人体无害、安全性高、实时成像快、成本低等优点广泛应用于临床诊断中。然而超声成像技术相比较于电子计算机断层扫描、磁共振成像和X射线成像等临床诊断成像技术仍然存在着一些技术问题需要得到解决,例如成像结果的分辨率低、图像很容易受到噪声的影响等。随着超声成像诊断在临床中越来越广泛的应用,对超声成像质量的要求也越来越高。在超声成像中,自适应成像算法是提升超声成像质量的一种最为有效的方法。由于能有效地提高成像效果,合成孔径成像技术引起了广泛研究。本文主要提出了基于信号子空间特征值自适应波束形成(Signal-subspace Eigenvalues Adaptive Beamforming,SEAB)算法和基于信号特征值系数(Signal Eigenvalue Factor,SEF)加权成像的合成孔径成像算法。本文的主要的研究工作:1、通过对超声成像系统架构和合成孔径成像技术的研究,详细介绍了超声成像的工作原理,对成像算法如何能够提高成像质量的原理在整体架构层面上做出了解释,从而更好的理解本文所提出的新成像算法。2、通过对传统的延时叠加(Delay-And-Sum,DAS)、最小方差(Minimum Variance,MV)和基于特征空间的最小方差(Eigenspace-based Minimum Variance,EIBMV)自适应波束形成算法的原理研究,提出了SEAB成像算法,并通过仿真和实验数据对比SEAB与传统方法的成像结果,说明该算法相对于传统的算法具备一定的优越性。3、提出了SEF加权成像。通过仿真和实验数据对比DAS、相干系数(Coherence Factor,CF)和SEF加权成像的成像效果,来验证所提出的加权系数在成像方面的有效性。本文提出了两种自适应成像算法,仿真和实验数据显示这两种方法可以有效提高图像的分辨率、对比度和噪声对比度,改善合成孔径成像方法的成像质量。
【图文】：

超声成像,诊断技术,超声成像系统

图 1.1 临床超声成像诊断技术的主要临床用途Fig. 1.1 Main clinical applications of ultrasound imaging technology.在临床使用和科学研究中，B 型超声成像系统是使用最为普遍和成熟的。通过对成像方法和成像算法的研究以获得具有更高的成像质量是现代研究中最为核心的内容。超声成像系统B 型超声成像系统从发明至今经历了两个时间阶段，分别是模拟 B 型超统和数字 B 型超声成像系统。模拟 B 型超声成像系统采用模拟信号处来获取图像，即对超声传感器的接收信号与传输都采用模拟电路来实超声成像系统存在着电路结构复杂，实现难度大，对于不同的成像算法的电路来实现，对成像系统硬件要求高；同时模拟信号在处理和传输过易受到噪声的干扰，成像质量比较差。数字 B 型超声成像系统对接收行采样，由模拟信号转换为数字信号，然后在通过数字信号处理方式进

处理流程图,B型超声,成像系统,处理流程

图 1.2 数字 B 型超声成像系统的处理流程Fig 1.2 Processing flow chart of digital B ultrasonic imaging system.在现代数字 B 型超声成像系统中有很多的超声成像技术，主要有线扫描和合成孔径等成像技术。线扫描成像技术是最为传统的超声成像技术，式时对超声阵列中不同换能器的发射进行延时处理形成超声波束聚焦，焦在目标位置处；然后在接收状态下，对超声换能器所接收到的回声信时叠加处理而得到目标位置的清晰成像。在线扫描成像中，，通过对不同焦能够得到不同位置的清晰成像，然后将这些不同位置的清晰成像结果合起来就能得到整体的清晰成像。平面波成像技术在发射模式时换能器发射平面波，不对发射的超声波进行聚焦处理，而在接收回波信号时通加来进行波束合成[8]。合成孔径成像技术是通过不同孔径的换能器阵元波对被测物体进行扫描，然后接收来自物体内部各聚焦点的回波信号并以保存，通过对接收阵元所接收到的回波信号进行延时叠加处理来获得的每个聚焦点的低分辨率成像结果，通过对各聚焦点处的低分辨成像的
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH77

【参考文献】