基于平面波的高速超声向量血流成像技术研究

摘要

医学超声血流成像系统成为心血管疾病诊断的一个重要参考。传流成像技术无需聚焦，进行平行发射大大提高了图像统的超声多普勒血流成像系统采用发射聚焦超声的方式进行逐线扫描成像，导致成像帧频很低，通常只有十几帧。而平面波血的帧率，因此能够十分容易获取血流快速流动过程中产生的一些特殊现象。向量血流成像能够同时精确表现血流速度的大小和方向信息，对于心血管疾病的诊断提供了十分有效的支持。因此，本文对平面波高速向量血流成像系统以及相关技术进行了全面的分析研究。
　　首先，本文对超声向量血流成像系统的基本理论进行了详细的介绍，然后引入了平面波多普勒血流成像技术，并设计仿真实验分别从图像分辨率、对比度、信噪比、血流速率估计精度以及成像帧频几个方面进行了深入分析。仿真实验表明，复合平面波成像技术能够保证与传统聚焦成像模同等的图像质量以及血流速率估计准确性，并且能够保证较高的帧频(5次复合，10kHz重复频率，帧频约为2000fps)。
　　其次，由于传统的聚焦血流成像技术限制了壁滤波器阶数的设计，进而降低了血流估计的准确性，而平面波血流成像克服了这个缺陷，本文通过理论分析与仿体实验分析比较了IIR滤波器、FIR滤波器以及多项式回归滤波器在平面波高速彩色血路成像中的性能，理论分析与实验结果表明，FIR滤波器更加适用于实际的应用当中。
　　最后，本文提出了一种新型的高帧率二维向量血流成像方法。该方法结合了平面波成像技术、多合成孔径成像技术、二维自相关技术以及复合成像技术。在接收模式下，同时采用左右两个子孔径进行偏转角度波束形成，最终获得横向与轴向的血流速度信息。其有效性经过了FieldⅡ仿真实验、仿体实验以及在体实验的验证。仿真实验表明:轴向血流速度估计误差在0.035m/s左右，估计方差0.0013m/s左右;而横向血流估计误差约为0.08m/s，标准差约为0.009m/s;通过与近期发表的平面波向量血流成像方法进行对比，本文方法的横向估计速率提高了0.02m/s，轴向估计速率提高了0.003m/s。此外，通过沿不同角度多次发射平面波，采用复合成像技术，血流估计稳定性得到了极大的改善。最后，设计了仿体和在体实验，证明了该方法具有应用前景。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状与方向

1．3 论文的主要内容与创新点

2 超声向量血流成像基本理论

2．1 超声向量血流成像系统

2．2 波束控制与波束形成

2．2．1 换能器发射与接收模式

2．2．2 波束形成

2．3 回波信号处理技术

2．3．1 信号解调

2．3．2 速率估计

2．4 超声血流图像评价标准

2．5 本章小结

3 平面波多普勒成像技术仿真实验研究

3．1 方法介绍

3．1．1 单个平面波多普勒技术

3．1．2 平面波空间复合多普勒技术

3．1．3 延时叠加

3．2 理论分析

3．3 仿真实验

3．3．1 Field仿真平台

3．3．2 实验设计

3．3．3 实验结果与分析

3．4 本章小结

4 平面波向量血流成像中壁滤波器性能分析

4．1 壁滤波器理论

4．1．1 无限脉冲响应(IIR)滤波器

4．1．2 有限脉冲响应(FIR)滤波器

4．1．3 多项式回归壁滤波器

4．2 理论分析

4．3 仿体实验

4．3．1 实验器材、平台介绍

4．3．2 实验设计

4．3．3 结果与分析

4．4 本章小结

5 一种新型的平面波向量血流成像技术

5．1 成像技术理论

5．1．1 偏转角度波束形成

5．1．2 多角度发射平面波向量血流成像方法

5．1．3 本文提出的平面波向量血流成像方法

5．1．4 平面波复合向量血流成像理论

5．2 实验设计

5．3 结果与分析

5．3．1 仿真实验结果

5．3．2 在体实验结果

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介