全数字超声多普勒血流测量系统研究

发布时间：2020-03-25 03:17

【摘要】：超声诊断设备具有实时，无损无创，无电离辐射等特点，在现代临床检测中具有重要作用。特别是超声多普勒技术的运用，使其在血流信息的动态检测中具有不可替代的作用。数字化超声多普勒系统相比于模拟系统而言不容易受外界电磁环境、温度变化等因素的干扰，而且可以运用现代信号处理技术来实现更高级的检测功能。本文首先回顾了超声多普勒诊断设备的发展历程，接着分析了超声多普勒血流测量的基本原理，然后设计并实现了一个全数字化的多普勒血流测量系统，并在此平台上进行了功率M型多普勒血流成像技术和编码激励血流成像技术的研究，多普勒体模检测实验和脑血流检测实验证明了系统的有效性和实用性。传统的经颅多普勒诊断设备，由于颅骨声窗较小，只能用单阵元探头进行探测，临床检查时，需要根据经验通过不断调整探头的角度和采样深度来寻找血管，操作起来十分不便。本系统利用功率M型多普勒血流成像技术，结合经典的自相关方法，可以显示出超声波发射方向上整个深度的血流信息，为临床检查带来了便利。编码激励技术通过发射经过特殊编码的脉冲序列，并且应用解码滤波器对回波信号进行脉冲压缩，可以改善系统的轴向空间分辨率。经颅多普勒设备临床检测时，由于颅骨对超声波的衰减较大，为了提高信号的强度，发射时所用脉冲长度一般较长，导致系统的轴向空间分辨率很差。本文采用2周期基础码调制的13位Barker码编码激励方法，得到远高于传统方法的轴向空间分辨率。此外，本文在此平台基础上研究了声谱图包络提取及多普勒参数自动计算等数据后处理算法，使系统可以实时产生血流动力学诊断参数，为临床检查带来了便利。
【图文】：

诊断设备,脉冲多普勒,原理框图

同样，它的发展也经历了从模拟到数字化的发展过程。图1.1 脉冲多普勒诊断设备原理框图[2]1.1.2 数字化超声多普勒诊断设备传统的超声多普勒血流测量仪器中仍使用模拟电路来完成信号采集与解调处理，此类系统不仅容易受外界电磁环境、温度变化等因素的干扰，也难以运用现代信号处理技术来实现更高级的检测功能，例如多深度检测、功率 M 型多普勒血流成像（power M-mode Doppler, PMD）[7]以及编码激励成像[8]等。随着数字信号处理技术的飞速发展，全数字化的 B 型超声诊断系统以其优秀的图像质量和良好的稳定性逐步取代传统的模拟 B 型超声诊断仪，，上述问题已经逐步也得到解决。数字化脉冲多普勒系统相对传统的模拟系统更稳定，精确，结构简单且易于升级，是当今脉冲多普勒系统发展的趋势。

示意图,示意图,激励技术,空间分辨率

图1.4 PMD检测颅内血流示意图。(a)颅内血管RMCA、RACA、LACA内的血流情况；(b)50mm深度处的血流信号声谱图；(c)超声检测颅内血管示意图[7]但是由于颅骨对超声波的衰减较大，临床检测时为了提高信号的强度，发射时所用脉冲长度一般较长，这就导致回波信号的轴向空间分辨率很差，给血管的定位和识别带来了不便。编码激励技术可以发射经过特殊编码的长脉冲序列，并且应用解码滤波器对回波信号进行脉冲压缩，因而有望改善系统的轴向空间分辨率。1.3 超声编码激励技术1.3.1 编码激励技术的发展编码激励技术最早应用于雷达系统和通信领域，1974 年 Newhouse 提出了白噪声激励的多普勒测量系统[12]，将编码激励技术引入超声成像系统。在此后的 30 多年里, 发展出了多种编码技术，其编码方式大致可以分为连续[13][14]
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R445.1

【参考文献】