基于MIVMD与超声信号特征的生物组织变性识别方法研究
发布时间：2021-01-06 02:44
高强度聚焦超声（HIFU）常被用于治疗癌症肿瘤,而治疗部位位于皮下不能直接通过肉眼进行观测,研究高强度聚焦超声治疗过程监控对确保治疗安全和高效有重要意义。本文搭建了高强度聚焦超声实验系统,探索通过分析生物组织散射的超声回波信号来对手术的目标区域进行检测。论文主要工作有:1.由于光纤水听器采集的超声信号中含有噪声,本文提出用多迭代变分模态分解（MIVMD）对生物组织产生的超声背散射信号进行去噪处理。采集到超声回波信号中生物组织的超声背散射信号只占整个信号的一小片段,直接对超声背散射信号进行模态分解处理会影响去噪效果,因此在去噪之前需要依据生物组织切片、信号的采样频率与信号频率,从采集的信号中截取目标区域产生的超声背散射信号。文中使用仿真信号比较了MIVMD与EMD和VMD之间的差别,结果表明本文提出的MIVMD选择重构后能更好地去除信号中的噪声。2.对散布熵（DE）进行复合化与多尺度化的改进,提出将复合多尺度熵（CMDE）作为超声背散射信号的特征。使用仿真信号分析了多尺度化与复合多尺度化两种改进方式之间的稳定性差异,同时分析了信号长度对两种改进方式稳定性的影响。计算经过MIVMD处理后实...
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验设备连接示意图
硕士学位论文8过观察B超扫描仪确定击打区域以便实验后进行切片观察猪肌肉组织是否变性。辐照的同时对猪肌肉组织产生的超声背散射信号进行采集。由于辐照的进行，猪肌肉组织的温度将不断的升高，猪肌肉也将逐渐的产生变性，根据热敏温度计记录不同温度下采集的猪肌肉组织的超声背散射回波信号。信号采集温度不超过90摄氏度。图2.2为经过击打后，变性猪肌肉的切片图。图2.2经过HIFU辐照后的猪肌肉组织切片图2.2超声背散射信号获取通过光纤水听器采集到的超声信号，不仅仅有生物组织变性区域的背散射回波信号，还夹杂着其余的信号片段，如超声发射时直接被光纤水听器探头采集到的信号，因此需要对光纤水听器采集的信号进行截龋由于产生回波的位置离探头的距离不同，可以根据接收到回波时间对回波的来源进行判断，截取来自于猪肌肉的超声背散射回波信号后再进行分析。实验中收集的超声回波信号如图2.3所示。图中的线1是超声波照射到水—猪肉界面时，由于水与猪肌肉的声阻抗不同产生的较强回波。线2处由于超声传播至未变性—变性猪肌肉组织的渐变区域时，由于变性猪肌肉组织与未变性组织的声阻抗不同而产生的幅度较高的回波。线3处是由于超声传播至变性—未变性猪肌肉组织的渐变区域时，产生的幅度较高的回波。同时线2与线3之间的变性组织区域反射的超神背散射回波信号的长度为500点，默认声速为1550m/s，计算得到的理论治疗区域长度为19.3mm。实际的治疗区域长度为17mm至20mm，因此可以认为截取采集信号中线1至线3之间的信号作为生物组织的超声背散射信号进行研究是合理的。本文使用了20
基于MIVMD与超声信号特征的生物组织变性识别方法研究9组实验材料，共采集超声信号300例。图2.3实验中采集的超声信号时域图2.3模态分解原理2.3.1固有模函数固有模函数（Intrinsicmodefunction，IMF）是一种极值数目与过零点数相差不超过1的一种信号，同时该信号的上下包络线和始终为0。依据调制的表达式，定义成：tttAu))(cos()()(kkk(2.1)式中)(tk是非衰减函数，将)(tk的导数定义为)(tk，要求)(tk大于等于0。tA)(k的值恒大于等于0。此外包络tA)(k和瞬时频率)(tk的变化都比相位)(tk变化慢。即存在一短时间，使得tu)(k在时间段tt],[内可以被视为幅度为tA)(k，频率为)(tk的纯谐波信号。2.3.2经验模态分解经验模态分解（Empiricalmodedecomposition，EMD）由Huang等人在20世纪末提出的一种数据分析方法，它能够自适应的将信号分解成多个IMF[28]。EMD在分解过程中不需要确定分解基函数和分解尺度，在分析非线性非平稳信
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变分模态分解与多尺度排列熵的生物组织变性识别[J]. 刘备,胡伟鹏,邹孝,丁亚军,钱盛友. 物理学报. 2019(02)
[2]基于功率谱信息熵与GK模糊聚类的生物组织变性识别方法[J]. 胡伟鹏,刘备,邹孝,赵新民,钱盛友. 激光生物学报. 2018(06)
[3]基于AR谱模型的超声频移温度相关性[J]. 盛磊,周著黄,吴水才,丁琪瑛,曾毅. 北京工业大学学报. 2014(01)
[4]生物组织超声散射系数与温度相关性的研究[J]. 石东兵,钱盛友,侯建爱,明文. 激光生物学报. 2013(06)
[5]HIFU治疗中媒质特性对声聚焦影响的研究[J]. 胡爱明,钱盛友,杨林. 中国医学物理学杂志. 2008(01)
[6]HIFU在牛肝组织中的传播衰减研究[J]. 李发琪,白晋,王智彪,马平,杜永洪,伍烽,冯若. 生物医学工程学杂志. 2003(04)
[7]胃肠内容物声学特性测定及其对HIFU治疗深腹部肿瘤时的影响[J]. 杨珺,李军,何申戌. 中国超声医学杂志. 2001(09)
硕士论文
[1]超声消融子宫肌瘤的影响因素分析及脂肪、肌肉对HIFU能量的影响[D]. 高晓倩.重庆医科大学 2014
本文编号：2959779
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验设备连接示意图
硕士学位论文8过观察B超扫描仪确定击打区域以便实验后进行切片观察猪肌肉组织是否变性。辐照的同时对猪肌肉组织产生的超声背散射信号进行采集。由于辐照的进行，猪肌肉组织的温度将不断的升高，猪肌肉也将逐渐的产生变性，根据热敏温度计记录不同温度下采集的猪肌肉组织的超声背散射回波信号。信号采集温度不超过90摄氏度。图2.2为经过击打后，变性猪肌肉的切片图。图2.2经过HIFU辐照后的猪肌肉组织切片图2.2超声背散射信号获取通过光纤水听器采集到的超声信号，不仅仅有生物组织变性区域的背散射回波信号，还夹杂着其余的信号片段，如超声发射时直接被光纤水听器探头采集到的信号，因此需要对光纤水听器采集的信号进行截龋由于产生回波的位置离探头的距离不同，可以根据接收到回波时间对回波的来源进行判断，截取来自于猪肌肉的超声背散射回波信号后再进行分析。实验中收集的超声回波信号如图2.3所示。图中的线1是超声波照射到水—猪肉界面时，由于水与猪肌肉的声阻抗不同产生的较强回波。线2处由于超声传播至未变性—变性猪肌肉组织的渐变区域时，由于变性猪肌肉组织与未变性组织的声阻抗不同而产生的幅度较高的回波。线3处是由于超声传播至变性—未变性猪肌肉组织的渐变区域时，产生的幅度较高的回波。同时线2与线3之间的变性组织区域反射的超神背散射回波信号的长度为500点，默认声速为1550m/s，计算得到的理论治疗区域长度为19.3mm。实际的治疗区域长度为17mm至20mm，因此可以认为截取采集信号中线1至线3之间的信号作为生物组织的超声背散射信号进行研究是合理的。本文使用了20
基于MIVMD与超声信号特征的生物组织变性识别方法研究9组实验材料，共采集超声信号300例。图2.3实验中采集的超声信号时域图2.3模态分解原理2.3.1固有模函数固有模函数（Intrinsicmodefunction，IMF）是一种极值数目与过零点数相差不超过1的一种信号，同时该信号的上下包络线和始终为0。依据调制的表达式，定义成：tttAu))(cos()()(kkk(2.1)式中)(tk是非衰减函数，将)(tk的导数定义为)(tk，要求)(tk大于等于0。tA)(k的值恒大于等于0。此外包络tA)(k和瞬时频率)(tk的变化都比相位)(tk变化慢。即存在一短时间，使得tu)(k在时间段tt],[内可以被视为幅度为tA)(k，频率为)(tk的纯谐波信号。2.3.2经验模态分解经验模态分解（Empiricalmodedecomposition，EMD）由Huang等人在20世纪末提出的一种数据分析方法，它能够自适应的将信号分解成多个IMF[28]。EMD在分解过程中不需要确定分解基函数和分解尺度，在分析非线性非平稳信
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于变分模态分解与多尺度排列熵的生物组织变性识别[J]. 刘备,胡伟鹏,邹孝,丁亚军,钱盛友. 物理学报. 2019(02)
[2]基于功率谱信息熵与GK模糊聚类的生物组织变性识别方法[J]. 胡伟鹏,刘备,邹孝,赵新民,钱盛友. 激光生物学报. 2018(06)
[3]基于AR谱模型的超声频移温度相关性[J]. 盛磊,周著黄,吴水才,丁琪瑛,曾毅. 北京工业大学学报. 2014(01)
[4]生物组织超声散射系数与温度相关性的研究[J]. 石东兵,钱盛友,侯建爱,明文. 激光生物学报. 2013(06)
[5]HIFU治疗中媒质特性对声聚焦影响的研究[J]. 胡爱明,钱盛友,杨林. 中国医学物理学杂志. 2008(01)
[6]HIFU在牛肝组织中的传播衰减研究[J]. 李发琪,白晋,王智彪,马平,杜永洪,伍烽,冯若. 生物医学工程学杂志. 2003(04)
[7]胃肠内容物声学特性测定及其对HIFU治疗深腹部肿瘤时的影响[J]. 杨珺,李军,何申戌. 中国超声医学杂志. 2001(09)
硕士论文
[1]超声消融子宫肌瘤的影响因素分析及脂肪、肌肉对HIFU能量的影响[D]. 高晓倩.重庆医科大学 2014
本文编号：2959779
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/2959779.html
