基于幅度相位估计相干系数与幅度相位估计融合的超声成像方法

最小方差(MV)波束形成算法有效提高了成像分辨率,但牺牲了成像对比度和算法稳健性。本研究提出一种融合幅度相位估计(APES)波束形成和基于幅度相位估计的相干系数的成像方法。该方法首先利用APES算法计算出初步结果,然后利用APES波束形成的输出取代相干系数中相干部分,计算相干加权系数,最后对APES波束形成的结果进行加权得到成像结果。为了验证算法的有效性,对点目标和斑目标进行了成像。结果表明提出的算法在成像对比度和稳健性方面优于APES算法和融合APES与相干系数的算法。     

融合特征空间最小方差波束形成和广义相干系数的超声成像方法

为了进一步提高超声成像的质量,提出了融合特征空间最小波束形成和广义相干系数的成像方法。首先利用最小方差法计算回波数据的协方差矩阵和加权向量;然后对协方差矩阵进行特征分解得到信号子空间,并将加权向量投影到信号子空间,得到特征空间方法的加权向量;同时把阵元数据变换到波束域用于广义相干系数的计算,最后用广义相干系数作为加权系数对特征空间最小方差波束形成的结果进行优化。为了验证算法的有效性,对医学成像上常用的点目标和斑目标进行了成像,仿真实验结果表明：与特征空间最小方差算法和融合特征空间与相干系数的算法相比,本研究提出的方法提高了对比度以及稳健性,其代价是略微降低了成像分辨率。     

数字双波束合成孔径超声成像方法的研究与实现

以提高超声诊断系统的性／价比为目标,提出了一种数字化超声图像合成的新方法,利用双波束合成技术将帧频加倍和利用合成孔径技术将接收通道个数减半。在分析和仿真的基础上,详细地讨论了其硬件设计的要点,并进行了实验验证。实验结果表明,该方法且不损失帧频和图像质量,可显著降低系统成本。     

基于压缩感知的超声逆散射成像研究

目的逆散射超声成像具有较高的空间分辨率和图像对比度,有着重大的临床应用价值。传统的基于逆问题理论的超声逆散射重建算法存在重建系统稳定性差,设备数据采集量大等问题。本文基于超声逆散射理论,利用压缩感知原理,对目标进行重建,以降低设备数据处理量,增强重建过程的稳定性。方法首先分别从时域和频率两个角度建立超声散射正向模型;再根据压缩感知原理,提出数据采集方案,获得投影观测数据;然后,利用目标的稀疏性,建立基于压缩感知的超声逆散射重建逆问题;最后,以囊肿体模和点目标为例,求解逆问题,重建图像。结果提出的基于压缩感知超声逆散射重建算法,对囊肿体模采样率降低50%,对点目标采样率降低76%。结论基于压缩感知的超声逆散射重建,能够降低设备数据处理量,与传统的延时叠加、合成孔径等成像算法相比,重建的图像具有更高的空间分辨率和对比度。     

一种改进的最小方差自适应波束形成超声成像方法

目的为提高医学超声成像过程中的对比度并改善自适应算法的鲁棒性,提出了融合相干系数（coherencefactor,CF）与前后向平滑的自适应波束形成（forward．backwardminimumvariance,FBMV）超声成像方法。方法首先对阵元接收数据进行延时聚焦处理,利用前后向空间平滑技术去除回波信号的相关性,然后进行最小方差波束形成,同时计算回波信号的相干系数。最后利用相干系数加权前后向平滑的最小方差波束形成的结果,得到回波数据进行成像。结果仿真结果表明,相对于最小方差波束形成算法与传统的延时叠加波束形成算法,本文算法在对比度及鲁棒性方面均得到有效提高。结论本算法为实现高质量的超声成像系统提供了理论依据。     

一种改进的Capon波束形成算法在超声成像中的研究

与传统的延时叠加法相比,Capon自适应波束形成算法,在医学超声成像中具有更好的空间分辨率。但是超声回波信号的强相关性以及Capon算法对方向向量误差的敏感性,限制了其广泛应用。本研究介绍一种改进方案,采用空间平滑法去除回波信号的相关性,通过对角线加载法增强Capon算法的稳健性,并针对合成发射孔径数据的特点,提出双次稳健Capon算法处理。仿真和实验结果表明,改进后的Capon算法在成像的空间分辨率上有很大提高。     

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.     

超声图像中方向性伪纹理的形成研究

超声成像是一种相干成像,它利用在人体内传播的超声波遇到人体组织而反射回来的超声信号进行成像,超声图像中的纹理可以反映组织的结构和特性,因此超声成像被广泛用于临床疾病的诊断。但是由于成像系统的影响,超声图像中含有与超声波束垂直、随着位置变化而方向不同的伪纹理。方向性伪纹理的存在不仅不能反映组织真正的纹理特性,而且降低图像的分辨率,影响后续诊断的准确性。本文从超声成像的原理出发,对超声图像中方向性伪纹理的形成进行研究,分析方向性伪纹理的形成原因,并从仿真实验中证实方向性伪纹理的存在。实验结果表明,方向性伪纹理的存在确实会干扰超声图像中纹理特征的表征,会对超声图像的肿瘤分割结果产生影响,在以后的临床诊断过程中,需要消除方向性伪纹理对诊断和治疗结果的影响。     

基于GPU的超声成像算法的仿真

超声成像算法的仿真对于成像系统的研究和设计有重要的意义.我们在分析波束形成算法和图形处理器的并行性的基础上,以改进仿真速度为目标,提出了一种新的超声成像算法仿真方案.对基于GPU和基于CPU的仿真方案进行了对比实验,实验所得成像图像完全一致.通过实验证明新的超声成像算法仿真方案是可行的.     

基于图像对比度分析的自适应超声声速优化

本文提出一种基于图像对比度分析的自适应声速优化技术,从而实时得到对比度增强、组织结构清晰可见的超声影像。论文首先描述超声系统动态延迟聚焦的波束形成过程,并引入系统声速以及组织真实声速等概念,进而讨论其两者不匹配对图像品质的影响。介绍图像灰度值表示的对比度之后,论文阐述了准确估计与组织声速一致的系统声速的基本原理。最后,论文通过已知声速的仿人体组织体模和真实人体组织超声影像来验证,并与已有声速优化方法进行比较。实验结果不仅表明本研究所估计的声速是准确的,而且算法运算速度亦适用于超声系统的实时应用。     

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。     

基于盲解卷积的医学超声图像复原算法研究进展

医学超声成像受其成像机制的限制,会导致系统分辨率不高.为了获得诊断学上的重要信息,通常需要进行图像复原.在实际情况中,医学超声成像系统的退化过程难以精确地描述出来,故当点扩散函数未知或先验知识较少时,采用盲图像复原算法从退化图像中进行原始图像估计.主要针对基于盲解卷积的医学超声图像复原算法进行综述,并根据辨识方法分为先验辨识法和联合辨识法,分析讨论各种盲复原方法的基本理论和改进方法,最后提出了医学超声图像盲复原算法的发展方向.     

基于超声序列图像的心脏四腔运动同步特性提取

目的心脏四腔运动的同步特性对于精确描述心脏机械活动有重要作用,特别对于心脏再同步治疗患者的诊断和术后评估非常重要,但目前此特性尚无较好的无创定量测定方法。全心脏B型超声序列图像含有丰富的心脏运动信息,可从超声心脏序列图像中提取心脏四腔运动的同步特性。方法首先将全心脏超声序列图像中每一帧图像的四腔分割出来,得到四腔的切面面积,进而从时间序列图像得到四腔面积随时间变化数据,通过特征分析得到心脏四腔运动的同步特性。为克服超声图像空间分辨率不高、信噪比较低及四腔边界不清晰的缺点,本文以主动形状模型(active shape model,ASM)为主,并针对此方法的不足提出了基于图像局部方差的改进方法。结果仿真超声图像序列和实际超声图像序列的实验结果初步证明本文提出的方法可行。结论基于改进的ASM分割方法,可达到较好的分割结果,并获得比较准确的心脏四腔运动的同步特性。     

仿真假体视觉下的运动感知研究

为了研究假体佩戴者对于目标物体的运动感知,利用Unity搭建虚拟仿真假体视觉场景,利用遮挡范式下对碰撞时间的估计,探究不同运动方向、运动速度、运动方式、目标物体形状、环境对比度以及各因素下的性别差异对仿真假体视觉下的运动感知的影响。试验结果表明,被试者对于水平方向上的估计要比垂直方向上的估计更准确;对于快速运动的估计准确度要优于相对慢速运动物体的准确度;运动方式因素对估计影响无显著性差异;相同形状下,物体越大,被试者估计的准确性越高且对多角图形的运动比圆润图形的运动更加敏感;不同环境对比度对估计也具有显著性差异;性别对于估计无显著性影响,但不同因素下的结果有区别。     

广义相干系数加权的超声虚拟源成像算法研究

超声虚拟源成像相对于传统的聚焦成像和合成孔径成像,使阵列孔径在虚拟意义上得到了扩大,增加了探测深度,提高图像对比度。自适应加权成像技术能够根据回波信号本身的特征进行动态加权,提升成像质量。本研究将广义相干系数(general coherence factor, GCF)与虚拟源成像(virtual source imaging,VS)相结合,提出GCF加权的VS成像算法(GCF-VS),进一步提高虚拟源成像效果。Field Ⅱ仿真和实验结果证明该算法相对于传统的VS成像和相干系数(coherence factor,CF)加权的VS成像,具有更高的成像质量。     

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。     

基于一种改进的相位校正算法消除MRI运动伪影

背景：近年来,MRI由于具有高的空间分辨率和软组织对比度,在临床上的运用越来越广泛。但是其成像时间较长,所以容易受到患者身体运动的影响,产生运动伪影。 目的：去除MRI图像成像时产生的伪影,改善图像质量。 方法：使用改进的相位矫正算法,并结合水平集算法去除图像伪影。去除伪影后使用模糊增强改善处理后图像的质量。 结果与结论：实验证明使用改进的相位矫正算法得到的图像比使用原始的相位矫正算法得到的图像效果更加理想。     

超声医学图像滤波和对比度增强新方法

较低的对比度和独有的speckle噪声是影响超声医学图像质量的主要原因,本研究利用各向异性扩散滤波,在去除图像中大量噪声的同时,计算滤波过程中图像信息的丢失,从而得到对比度增强模型中的对比度函数,并利用对比度增强模型达到图像对比度增强的目的。实验结果表明,与滤波后的直方图均衡化后结果相比,不仅能够有效地去除图像中的噪声,也能明显提高图像对比度。因此,本文方法是提高超声医学图像质量的一种有效途径。     

医学图像的小波变换融合算法研究

针对不同分辨率的PET和MRI图像,探讨医学图像中功能成像和解剖成像的融合问题.提出一种基于小波变换的多尺度分解对人脑PET和MRI图像的融合算法,选取测量活跃性等级-系数分组-系数合并的融合规则,对多尺度小波变换的图像融合方法和普通像素加权平均融合方法进行仿真,并运用熵和交叉熵两种方法评价仿真结果.结果表明,该方法能有效融合功能信息和解剖信息,避免虚假信息引入.得到最佳分辨率的融合图像,提高医学图像的可信度,对临床诊断和治疗有一定参考价值.     

基于经验模态分解和减影法高强度聚焦超声离体牛肝组织损伤的监控成像

背景：聚焦超声照射后,聚焦区域组织会在B超图像对应的位置形成强回声现象,这可能会在软组织中形成声阻抗差,对损伤检测造成干扰。 目的：提出一种基于经验模态分解和减影法的损伤成像方法,用于检测高强度聚焦超声治疗过程中的组织损伤。 方法：结合经验模态分解和减影算法各自的优点,针对牛肝组织回波信号信噪比较低的特点,利用经验模态分解对治疗前后超声回波信号进行自适应分解以消除噪声信号,然后对治疗后的每帧去噪信号和治疗前的去噪信号进行减影,最后对数据经过希尔伯特变换和对数变换后成像。 结果与结论：利用结合经验模态分解的减影方法获得了离体牛肝组织的监控图像及相应的B超图像和直接减影图。实验结果表明,结合经验模态分解的减影成像方法能够较有效地对聚焦超声引起的软组织损伤进行成像,并能检测到B超成像不能检测到的较小组织损伤,且其对比度和分辨率均高于直接减影成像。