基于相干复合平面波的超声多普勒血流速度分布估计的研究

发布时间：2020-05-13 12:46

【摘要】：动脉血流的速度分布是评价人体生理病理的重要参数之一,它可以体现出人体新陈代谢水平、检测血管管腔形态结构和计算动脉壁面剪切率等。超声多普勒频移法因其计算简单、实时性等优点被广泛应用于临床血流速度检测中。目前使用聚焦方法估计动脉血流速度分布时,存在扫描帧频低、焦点外检测精度下降和难以实现二维局域速度分布估计等问题。平面波可以改善以上问题,平面波的帧频可达20 kHz,在发射阶段不进行波束形成,一次发射与接收即可获得二维目标区域的速度信息,通过相干复合形成的焦点分布,有助于提高估计的精确度。虽然平面波在理论上可以提高估计的精度与速度,但其可行性还需进行实验研究。为此,本文基于Field II超声仿真平台,使用传统聚焦和平面波的方法分别对血流速度分布进行估计,分析它们估计结果的特点,得出结论。随后研究平面波和探头相关参数对估计精度的影响,对临床检测中参数的选取有重要参考价值。本文对平面波成像算法、相干复合原理和自相关血流速度估计方法进行了详细地介绍,接着构建颈动脉血流散射点模型,模拟换能器发射不同倾斜角度的平面波,并对回波信号进行延迟叠加、相干复合和自相关估计等处理,得到血流的速度分布。选取40个不同轴向位置的速度剖面,计算它们与理论值的归一化均方根误差(Normalized root mean square errors,NRMSEs)的均值,进行分析比较,得出结论。实验结果表明,传统聚焦方法估计的NRMSEs在0.30附近,平面波可以达到类比于聚焦的效果,其NRMSEs也在0.30附近(5次相干复合,倾斜角度间隔为5o时)。在平面波参数中,倾斜角度间隔分别为0.5o、3o、7o和12o时,NRMSEs分别为0.23、0.28、0.31及0.33(5次相干复合);相干复合分别为3、5、7及9次时,NRMSEs都在0.23附近(倾斜角度间隔为0.5o)。在阵元参数中,当阵元间隔小于阵元宽度时,估计精度在合理范围内(以聚焦为参考,NRMSEs不超过0.30),否则NRMSEs在0.30以上;使用32、64、128及196个阵元进行估计时,NRMSEs不变化,但会影响探头尺寸。综上所述,平面波可以取代聚焦成为估计动脉血流速度分布的一种新方法。在平面波参数中,较小的倾斜角度间隔可以提高估计的精度,而复合次数与估计精度的关系不大;在阵元参数中,阵元间隔应小于阵元宽度,否则会造成精度损失,阵元数目虽不影响估计精度,但会影响估计的范围。因此,提前选择适宜的参数可以提高平面波估计的准确性与快速性。
【图文】：

聚焦方法二维B超图像的形成

平面波延迟叠加成像示意图：（a）平面波在组织中传播；（b）组织的反射回波传播示意图；（c）换能器接收的回波信号；（d）波束形成中的射频线延迟叠加；（e）血流组织B超图
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R445.1

【参考文献】

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本文编号：2661980