生物软组织弹性特性的测量与表征

摘要

超声组织的表征是七十年代以后在生物医学工程领域中的一个研究热点.它主要是通过处理软组织在应力作用下利用超声回波信号提取软组织弹性特性参数,获得反映软组织特性的声弹性图一种方法.弹性估计的关键在于对应力作用下的应变估计.以此为基础,目前在这一领域已经提出许多算法,但是估计效果不尽相同.尽管在理论研究上取得巨大进步,但是在国内还没有关于能够应用于临床诊断的便携式仪器报道.因此,有必要设计一种便携式超声软组织弹性特性测试仪,以证明其在实际应用的可行性.该论文完成了这种便携式仪器的设计,并且完成超声的发射、数据采集电路的软硬件调试.为了验证目前研究领域中的估计算法的有效性,该文还对几种目前来说比较典型应用的算法进行了比对,并由此计算出不同算法下得到的生物软组织弹性特性参数,以比较定量检测软组织病变时的差别.这种便携式仪器的设计与开发,是以DSP作为中央处理器,利用目前普遍应用的CPLD技术实现的.为实现超声与应力数据的实时采集,采用了直接存储器寻址模式(DMA)来完成数据采集(DAQ).为了评定弹性估计算法的差别,该文在实验室已有的条件下,设计和开发的基于PC机的超声软组织弹性系数测量系统,实现超声信号和压力信号的接收和调理,及两路信号的同步采集及实时显示.对于应力作用下的应变估计,目前应用比较广泛的是互相关估计法,即通过压缩前后回波的互相关最大值对应的时间点实现应变估计,该文对这种算法的最大值估计过程做了一定的改进.另外,该文使用了一种新的算法来减小互相关引起的误差.最后,对这些算法进行了实验分析与比对.

目录

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第一章绪论

1.1课题背景与现状

1.2超声软组织弹性成像

1.3软组织的弹性应变估计

1.4软组织弹性重建

1.5超声诊断仪原理与基本构成

1.6本论文的研究意义与内容

第二章生物软组织弹性特性采集系统的设计

2.1总体构想

2.2 DSP与CPLD简介

2.3超声波触发电路设计

2.4超声与应力信号实时采集电路

2.4.1超声回波接收电路

2.4.2数据AD转换与存储电路

2.5超声信号采集系统软件设计

第三章弹性应变估计算法的探讨

3.1概述

3.2互相关算法

3.3自适应弹性应变估计算法

3.3.1互相关算法的不足

3.3.2自适应弹性应变估计法

第四章超声数据采集与信号处理

4.1概述

4.1.1虚拟仪器

4.1.2 MATLAB简介

4.2超声信号采集与处理的总体结构

4.3基于LabVIEW的超声与应力信号采集软件设计

4.4基于MATLAB的信号处理的实现

4.4.1超声回波信号的滤波处理

4.4.2互相关算法求峰值及重建插值算法的实现

4.4.3自适应弹性应变估计法的实现

4.5算法比对与软组织特性参数提取

4.5.1系统的标定

4.5.2软组织弹性参数的提取

第五章工作总结与展望

附录：电路原理图

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢