超声医学影像的信号处理

摘要

图像质量的评估主要由点扩散函数(PSF)进行，主瓣宽度、旁瓣电平是两个最重要的评估标准。医学超声成像系统中比较核心的部分是波束形成器。波束形成包括发射波束形成和接收波束形成，直接决定着影像的分辨力。传统的延时相加波束形成器虽已由模拟方式转变为数字方式，这种简单直接的方式却有固有的缺陷，对采样率要求高，存储空间要求高，从而不能拥有很好的分辨力。在此基础上做出的波束控制有动态孔径，即远场区用大孔径，近场区用小孔径，可以使图像的侧向分辨力比较均匀;幅度变迹，加窗函数，可以有效抑制旁瓣。
　　延时相加波束形成法不能实现实际意义上的发射接收动态聚焦，本文设计了合成孔径成像方法，合理设置收发孔径（合成聚焦）可以实现发射和接收的双向动态聚焦，指向性好，主瓣窄，抑制旁瓣效果好。仿真图像表明，合成孔径成像法比单纯的延时相加法性能要好，至少与延时相加法相同。合成孔径法通过改变发射接收的子阵组合在波束控制效果与系统复杂度之间做平衡。
　　本文还设计了最小方差波束形成方法，最小方差波束形成是自适应波束形成的一种，是对幅度变迹的一种改进，对信号的加权不再是单纯的窗函数，而是信号相关函数。该方法解决了延时相加法中主瓣宽度与旁瓣水平的矛盾，使用较小的孔径，更深的穿透深度，为了获得更高的帧率还使用了多波束形成技术，而且不会降低图像质量。该方法在高信噪比时性能比较好，随着信噪比的降低性能会接近延时相加法，此外，最小方差波束形成需要比延时相加法更多的计算量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外医学超声成像系统研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内医学超声成像的研究现状及面临的主要问题

1．3 超声系统评估指标

1．4 本文研究的内容与意义

第二章 医学超声成像的声学基础

2．1 超声的物理属性

2．1．1 超声波的特点

2．1．2 超声波参数

2．1．3 超声波的传播特性

2．2 生物组织的超声特性

2．3 声场

2．4 超声信号分析

2．5 空间分辨力和对比分辨力

2．6 与物理媒介的相互作用

第三章 医学超声成像系统

3．1 超声成像系统

3．2 影响图像质量的因素

3．3 成像模式

3．4 接收通道

3．5 换能器的阵列特性

3．6 波束控制

3．6．1聚焦与偏转

3．6．2 幅度变迹

3．6．3 成像仿真

3．7 数字波束形成器

3．7．1 直接延时相加波束形成

3．7．2 插值波束形成

3．7．3 带通时域波束形成

3．7．4 频域波束形成

3．7．5 基于分数延时(FD)的插值波束形成

3．8 小结

第四章 合成孔径超声波束形成设计

4．1 合成孔径系统简介

4．2 合成孔径聚焦(SAF)

4．3 多阵元合成孔径聚焦(MSAF)

4．4 合成接收孔径(SPA)

4．5 合成发射孔径(STA)

4．6 仿真与小结

第五章 最小方差波束形成

5．1 最小方差(MV)波束形成法简介

5．2 最小方差(MV)波束形成算法

5．3 最小方差波束形成的仿真与比较分析

5．3．1 仿真与比较

5．3．2 仿真结果分析

5．4 小结

第六章 总结

致谢

参考文献

研究生期间公开发表的论文