本文關(guān)鍵詞：超聲成像中自適應(yīng)波束形成算法與實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲成像因其具有安全、便捷、實(shí)時(shí)及成本低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于臨床和工業(yè)診斷中。但與MRI、CT、X射線等成像技術(shù)相比,超聲成像技術(shù)仍有很多問(wèn)題亟待解決,比如所成圖像分辨率低,圖像受噪聲影響嚴(yán)重,成像幀率不高等。而隨著超聲成像需求的增加,對(duì)超聲成像質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。在超聲成像中,波束形成性能對(duì)圖像質(zhì)量有直接的影響。一般而言,通常采用主瓣寬度和旁瓣等級(jí)兩個(gè)指標(biāo)衡量波束形成性能。同時(shí),在研究中常采用對(duì)比度,對(duì)比噪聲比兩個(gè)指標(biāo)衡量圖像質(zhì)量。主瓣寬度越窄,對(duì)相鄰目標(biāo)的分辨能力越強(qiáng),即分辨率越高;旁瓣等級(jí)越低,圖像的偽像越小,即對(duì)比度越高。傳統(tǒng)的延時(shí)疊加具有成像速度快的特點(diǎn),但其主瓣寬度、旁瓣等級(jí)、對(duì)比度等指標(biāo)均較低。通過(guò)引入幅度變跡和動(dòng)態(tài)聚焦技術(shù)后,圖像對(duì)比度有一定的提升,但是卻犧牲了圖像的分辨率。最小方差是最早引入超聲領(lǐng)域的自適應(yīng)波束形成算法。它能有效的提高超聲成像的分辨率,但對(duì)圖像對(duì)比度卻沒(méi)有太大的貢獻(xiàn)。同時(shí)最小方差算法的穩(wěn)健性、對(duì)噪聲的魯棒性低,易受波束方向向量的影響。針對(duì)幅度變跡和最小方差存在的問(wèn)題,本文開(kāi)展了如下研究:(1)提出了改進(jìn)的最小方差超聲成像算法。該算法基于回波信號(hào)中期望信號(hào)與噪聲信號(hào)的可分離性將信號(hào)劃分為期望信號(hào)和噪聲信號(hào),然后根據(jù)最小方差原理,求出加權(quán)向量使期望信號(hào)功率最小。同時(shí),為了增加算法對(duì)噪聲的魯棒性,對(duì)信號(hào)方向向量增加一對(duì)約束條件,進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。(2)提出了改進(jìn)的廣義旁瓣相消的超聲成像算法。所提算法通過(guò)將期望信號(hào)方向向量向信號(hào)子空間中投影,再根據(jù)新的方向向量的正交補(bǔ)構(gòu)建新的阻塞矩陣,比原阻塞矩陣具有更強(qiáng)的阻塞能力。所提算法能有效的抑制旁瓣等級(jí),同時(shí),在噪聲環(huán)境下,所提算法相較于最小方差算法更穩(wěn)定。最后,對(duì)所提算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。同時(shí),為了驗(yàn)證所提算法的應(yīng)用可行性,分別用本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和Michigan大學(xué)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像,驗(yàn)證了所提改進(jìn)算法在提高圖像分辨率、對(duì)比度、穩(wěn)健性以及對(duì)噪聲魯棒性等方面的優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：超聲成像 波束形成 自適應(yīng)算法 分辨率 噪聲魯棒性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的發(fā)展9-11
• 1.2.2 波束形成算法的發(fā)展11-13
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 2 波束形成基本理論14-38
• 2.1 延時(shí)疊加波束形成算法15-20
• 2.2 波束控制20-32
• 2.2.1 波束聚焦及仿真實(shí)驗(yàn)20-27
• 2.2.2 波束偏轉(zhuǎn)27-32
• 2.3 陣列參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)指向性的影響32-34
• 2.4 超聲圖像質(zhì)量評(píng)判34-37
• 2.4.1 系統(tǒng)靈敏性及回波探測(cè)能力35
• 2.4.2 空間分辨率35-36
• 2.4.3 吸聲斑物體探測(cè)能力36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 3 自適應(yīng)波束形成算法38-62
• 3.1 最小方差波束形成算法39
• 3.2 最小方差波束形成的穩(wěn)健形式39-44
• 3.2.1 空間平滑法39-41
• 3.2.2 對(duì)角加載法41-42
• 3.2.3 幅相估計(jì)法42-43
• 3.2.4 特征空間法43-44
• 3.3 相干系數(shù)法44-45
• 3.4 改進(jìn)的最小方差成像算法及仿真實(shí)驗(yàn)45-52
• 3.5 改進(jìn)的廣義旁瓣相消成像算法及仿真實(shí)驗(yàn)52-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 4 實(shí)驗(yàn)分析62-70
• 4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)62-65
• 4.1.1 超聲信號(hào)發(fā)射63-64
• 4.1.2 超聲信號(hào)接收64-65
• 4.2 線性掃描成像65-67
• 4.3 Michigan大學(xué)合成孔徑數(shù)據(jù)成像67-69
• 4.4 本章總結(jié)69-70
• 5 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 總結(jié)70
• 5.2 展望70-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 附錄78
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄78
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄78

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