基于GPU并行计算的超声波束合成方法

逐列扫描式的聚焦成像方法会限制超声成像帧频的提高。采用平面波发射模式只需要一次发射和接收即可获得一幅完整的超声图像,平面波成像是可以大幅度地提高成像帧频,从而实现超声超高速成像的方法之一。但是现有的超声波束合成器无法达到超声超高速成像对于计算能力的要求。对基于平面波成像的超声延时-叠加波束合成算法进行并行性分析,在此基础上设计并实现两种基于图形处理器(GPU)并行计算的超声平面波成像波束合成方法——基于2个Kernel和基于1个Kernel的并行波束合成方法。两种方法的主要区别在于波束合成中对延时值的计算和存储策略的不同处理,仿体实验证明两种方法的计算帧频分别达到2 178 和2 453 帧/s。相比于普通的方法,这两种基于GPU的并行波束合成方法的计算帧频分别提速99倍和111倍。实验结果表明,GPU波束合成器相比于传统方法,可以大幅度提高计算能力。     

医用超声诊断系统中双波束合成方法的研究

为了提高医用超声诊断系统中的帧频，介绍了双波束合成原理，并进行了声场建模和仿真。针对仿真中发现的接收线严重失真现象，提出了相应的校正方法并进行了仿真验证。结果表明，经过校正可得到理想的合成双波束。     

基于超快超声平面波成像的医学超声探头改进

目的基于平面波发射/接收原理的超快超声成像技术近年来已成为国际医学超声领域的研究热点,有望取代传统的聚焦扫描式超声成像技术。传统方式受其成像模式的限制,无法实现高帧频成像,而通过平面波发射以及相干复合方法,可大大提高超声成像的帧频。本文提出一个新的设想,即采用高程方向无聚焦换能器(non-elevation-focused probe,NEFP),相对于传统的高程方向有聚焦换能器(elevation-focused probe,EFP),可能有助于进一步提高超快超声成像技术的成像效果。方法首先简要介绍平面波相干复合成像的原理和方法,进而通过FieldⅡ软件仿真,验证相干复合成像方法对平面波成像图像质量的提升效果。最后,通过仿真和实验实现探头高程方向的发射声束聚焦模式,并对上述2种模式换能器的平面波成像效果进行了对比分析。结果使用平面波复合成像算法得到很好的成像效果,两种探头经对比,NEFP探头成像图像的对比度相对于EFP探头明显增强。结论对于超快超声成像方法,使用NEFP超声探头可以取得更优的成像效果。     

常规与高帧频超声造影在鉴别腺瘤性及胆固醇性息肉中的诊断分析

目的 分析常规超声造影与高帧频超声造影在鉴别腺瘤性息肉与胆固醇性息肉中的诊断价值。方法 选取 30 例腺瘤 性息肉和 30 例胆固醇性息肉患者，术前均行常规超声造影与高帧频超声造影检查，分析诊断价值。结果 二种超声造影对腺瘤 性息肉与胆固醇性息肉诊断数量比较无统计学意义（P ＞ 0.05）；血流信号、回声特征等图像特征比较差异性有统计学意义（P ＜ 0.05）；常规超声造影对腺瘤性息肉与胆固醇性息肉血管形态比较无统计学意义（P ＞ 0.05），增强强度、胆囊壁完整性比较 差异性有统计学意义（P ＜ 0.05）。结论 常规超声造影与高帧频超声造影在鉴别腺瘤性息肉与胆固醇性息肉中的均具有一定诊 断价值，高帧频超声造影诊断价值更高，可提供更为可靠和准确的影像学依据。     

医学超声关键技术研究和进展(一) 超声换能器与超声编码技术

医学超声技术的发展使得超声成像成为临床诊断领域的重要组成部分。许多新的医学超声技术仍然在不断涌现。医疗换能器及阵列,不仅直接影响到医学超声图像的质量,同时也决定了系统设备的应用。宽频带、多维高密度、高频、微型化腔内集成探头是未来超声换能器发展的主要方向。该文对国内外医疗超声换能器材料发展、结构创新、应用三个方面作了简要综述。超声编码技术具有可以提高医学超声成像系统的信噪比、帧频和探查深度等优点,目前仍是超声成像技术的研究热点之一。该文介绍了超声编码检测原理、超声编码检测研究现状、技术难点,并对超声编码技术的前景进行了展望。     

基于Golay互补序列的20 MHz眼科超声成像方法

目的研究一种新型20 MHz眼科超声扫描成像方法,可在满足临床成像分辨力和声能安全性要求的前提下,显著提高图像的探测深度,拓展20 MHz超声频段的临床应用范围。方法通过8位Golay互补序列,激励超声换能器产生超声波。回波信息经高速采集与匹配滤波后,采用相邻正、反编码扫描线数据复用的方法交替相加,完成解码运算。在保证图像扫描线数和扫描帧频的前提下,实现实时显像。最后通过钨丝靶线和仿组织超声体模实验,验证了新的成像方法在保持原有分辨能力与扫描帧频不变的前提下,提高了图像的探测深度。结果与传统单脉冲模式相比,Golay互补编码模式成像中轴向分辨率与侧向分辨率分别达到80μm和150μm,小信号探测深度增加约0.5 cm,图像信噪比也得到显著改善。结论基于Golay互补序列实现20 MHz眼部组织超声成像,相对于传统成像方式可极大改善图像质量,具有很好的临床应用前景。     

C方式扫描超声成象技术的实验研究

本文简要的介绍了C方式扫描超声成象技术的原理。对显示声象的装置进行了初步的实验探讨。 实验通过选择“距离选通”技术的方案,实现用C方式扫描技术形成声象图的实验方法。并利用这种实验装置,在医院进行了三十余例的临床观察,获得了具有实用意义的临床资料。 以上工作为今后研制立体扫描超声成象打下了基础。     

基于简化的PCNN在超声乳腺癌图像去噪方面的应用

针对乳腺癌超声图像中斑点对诊断的影响,提出一种基于简化的脉冲耦合神经网络(simplified pulse-coupled neuralNetwork,SPCNN)的去噪新方法,并将此方法应用于乳腺癌超声图像滤波。首先利用简化的PCNN定位极端脉冲噪声点并利用中值滤波滤除椒盐噪声,然后利用PCNN赋时矩阵采用分类滤波自适应调节灰度值滤除高斯噪声。用实验图像验证了方法的有效性,然后将此方法应用于乳腺癌的超声图像中进行滤波,实验结果证实该方法对混合噪声在滤波效果和保护细节方面具有优势,对乳腺癌的超声图像能较好地滤除噪声,同时保证了细节,结合医学诊断证实了该方法的有效性。     

超声CT法

超声计算机断层摄影(CT)是在1974年由美国Greenleaf等提出,并报告了若干试验,但均属实验范畴。本文就本法的概况、现状回顾、声象图与X线CT再处理、合成显象的可能性叙述之,亦即具有共同点的不同显象,经计算机处理,合成显象法的可能性,使之适用于全身诊断。 1.超声CT超声CT按声阻抗的差别,有利用反射的声象方式及类似X线CT样利用超声穿透性作CT图象的穿透方式二种。穿透式超声CT又有两类,其一为测定透过超声的衰减量,显示被检体横断面的超声衰减分布,为衰减常数显示型CT。另一种为测定穿透式超声的传播时间,对被检体横断面的     

声致荧光成像的初步研究

目的：本文对一种改进型快速的声致荧光成像方法进行了初步研究，即探索在体荧光增强剂和灵敏的ICCD阵列结合成像的可行性。方法：该方法利用聚焦超声对样品内的一层进行逐点扫描，超声焦区将发出声致荧光，借助用于灵敏的弱光接受ICCD阵列,大范围快速收集该超声焦区的声致荧光。结果：实验结果给出聚焦超声场的分布，并利用扫描各点的差异导致的声荧光强度的不同进行模拟样品的图像重建。结论：该研究证明了该技术实现声致荧光成像的可行性．而且其图像的横向分辨率主要受超声聚焦区的形状影响，本实验中接近2mm。     

B超合成接收孔径成像前端系统实现

介绍了基于合成接收孔径(synthetic receive aperture)的医用B超脉冲回波成像的原理,给出了波束合成器的设计和硬件实现.试验证明,合成接收孔径成像能够在保证一定帧率和不增加系统成本的前提下,提高图像的横向分辨率.     

基于线性调频信号的高帧率超声成像系统

基于有限衍射波束的高帧率超声成像系统能实现快速成像，但由于仅通过一次发射事件成像，信噪比较低，本研究针对该问题提出一种改进方案。它采用合成孔径雷达中所使用的线性调频信号作为激励信号，在接收端则利用线性调频信号的脉冲压缩比等于信号的时间带宽积的特征，将接收信号通过匹配滤波器处理。结果表明该方案不仅能显著提高成像系统的信噪比，改善重构图像的质量，增加成像深度，而且不损失分辨率。     

高帧率超声成像系统中提高信噪比的一种方法

基于有限衍射波束理论，最近人们发展了高帧率(high frame rate,HFR)超声成像系统，同传统的动态聚焦相比，此系统通过一次发射事件就可得到一帧图像，故可达到极高的帧率。但在实际应用中，由于仅发射一次超声波束来成像，回波信号较弱，易受噪音干扰，使成像质量降低。为了提高系统的信噪比，采用匹配滤波器来抑制噪音，并进行了计算机仿真。结果表明通过匹配滤波器处理，系统信噪比有了一定的提高，成像质量得到了改善。     

巴克码在高帧率超声成像系统中应用的仿真研究

同传统的动态聚焦医学成像相比,高帧率超声成像系统通过一次发射事件就可得到一帧图像,故可达到极高的帧率.但在实际应用中,由于仅发射一次超声波束来成像,回波信号较弱,易受噪声干扰,使成像质量降低.为了提高系统信噪比,本文采用巴克码作为激励信号,利用巴克码所具有的尖锐自相关函数性质来构造匹配滤波器抑制噪声.计算机仿真结果表明系统信噪比有了一定的提高,成像质量得到了改善.     

高帧率超声成像系统中一种高信噪比扇形成像模式的实现

基于有限衍射波束的高帧率（High frame rate，HFR）成像系统能实现快速成像，但成像区域为矩形，使得远区成像的信息量受到一定的限制；同时由于通过一次发射事件成像，信噪比较低。本文提出一种方案有效地解决了这些问题。方案采用Golay互补序列作为激励信号及两次发射与接收过程，每个发射事件同时发射两个不同角度的平面波。在对接收信号进行处理时。利用Golay互补序列良好的正交性及其相关函数为冲击函数特征，不仅显著地提高了接收信号的信噪比，而且有效地分离出相对于不同发射角度的两个平面波的回波信号。然后分别用HFR成像方法重建不同区域图像，最后合成一帧扇形成像。     

Ultrasonic colour flow imaging

Real-time ultrasonic colour flow imaging, which was first demonstrated to be feasible only about a decade ago, has come into widespread clinical use. Ultrasound is scattered by ensembles of red blood cells. The ultrasonic frequency that gives the best signal-to-noise ratio for backscattering from blood depends on the required penetration. The frequency of ultrasound backscattered from flowing blood is shifted by the Doppler effect. The direction of flow can be determined by phase quadrature detection, and range selectivity can be provided by pulse-echo time-delay measurements. The Doppler frequency spectrum can be determined by Fourier analysis. Early two- and three-dimensional flow-imaging systems used slow manual scanning; velocity colour coding was introduced. Real-time colour flow imaging first became feasible when autocorrelation detection was used to extract the Doppler signal. Time-domain processing, which is a broad-band technique, was also soon shown to be practicable, for analysing both radio-frequency pulse-echo wavetrains and two-dimensional image speckle. Frequency- and time-domain processing both require effective cancellation of stationary echoes. The time-domain approach seems to have advantages in relation to both aliasing and the effects of attenuation in overlying tissues. Colour-coding schemes that can be interpreted without the need to refer to keys have been adopted, for both velocity and flow disturbance. Colour coding according to signal power has also been reintroduced. Three-dimensional display has been demonstrated. In interpreting colour flow images, it is important to understand the functions of critical system controls and the origins of artifacts. Various strategies can be adopted to increase the image frame rate. The problems of performance measurement and safety need to be kept under review. There are numerous opportunities for further development of ultrasonic colour flow imaging, including improvements in system design, methods of image display, the use of contrast agents and the solution of previously unexplored clinical problems.     

基于角谱原理的高帧率超声成像系统的计算机仿真

由 Jianyu L u提出的一种高帧率 (High frame rate,HFR)快速超声成像方法受到了人们的重视 ,但由于这种方法需要对接收信号进行特殊的加权处理 ,成像系统仍有些复杂。我们用角谱原理对 HFR方法进行了一种新的理论分析。基于这个研究 ,原 HFR方法中特殊的加权处理被更简单的 Fourier变换所取代。为了验证这种方法 ,进行了计算机仿真。仿真结果表明重建的图像具有和原 HFR方法所得到图像一样的质量 ,而系统结构大大简化。     

Fast differential interference contrast imaging combined with autocorrelation treatments to measure the heart rate of embryonic fish

To develop an accurate and convenient method for measuring the heart rate of zebra fish in vivo, a system combining fast differential interference contrast (DIC) imaging with an autocorrelation technique is established. The imaging correlation coefficient corr(i,j) between frame i, selected from the obtained time-lapse imaging series as the reference image, and any other frame j, is calculated as the time-dependent cycle course. Heat rate is determined by the cycle period of the corr with a high temporal resolution of 4 ms, achieved by fast charge-coupled device (CCD) imaging of 250 frames per second. With this high-resolution system, we find that 1-mgL cadmium not only induces the slowing of the heart rate, but also caused signs of arrhythmia in treated fish.     

高频环阵数字化超声检测技术的研究

目的研究高频环阵技术,克服线阵等扫描技术只能一维聚焦的缺点,提高各方向分辨率,提高数字化成像技术信噪比,最大限度地提高图像质量,提高超声检出率。方法设计高频环阵水浴旋转式超声探头,以及相应的发射、接收电路,经AD9271数字化处理后进行数字信号处理。结果运用高频环阵数字化超声检测,采集回波信号并进行分析,结果表明,高频环阵数字化超声系统可以提高疾病检出率。结论高频环阵数字化超声检测技术可以作为眼科、乳腺等疾病早期诊断的有效方法。