【摘要】：血管內(nèi)超聲成像(IVUS)是一種對心血管進行精確成像的診斷方法。通過將小型化的超聲換能器置于血管腔內(nèi),可以對血管進行斷層掃描,獲取血管的形狀、不同組織分布等相關信息,進而幫助醫(yī)生對疾病進行精確診斷。為進一步提高IVUS的成像質量,本文從兩個方面進行了研究。第一個方面是針對目前的陣列式IVUS系統(tǒng)全圖聚焦和高信噪比無法兼容的問題提出偏心圓柱波復合方法,通過提高發(fā)射波能量的方法提高成像的信噪比。分析了多發(fā)射波復合成像的原理,并總結了影響這種成像方法的幾個關鍵參數(shù)對成像效果的影響,為優(yōu)化成像參數(shù)提供了理論依據(jù)。提出偏心圓柱波成像的實現(xiàn)方法,針對IVUS陣列的特點對該方法的最佳成像參數(shù)進行了分析,并在仿真中驗證了該方法的可行性。仿真結果表明其分辨率能達到相控陣方法的水平,信噪比高于相控陣方法和合成相控陣方法。在仿真中對實際系統(tǒng)中存在的非理想因素進行了仿真分析,結果顯示單元間的串擾和單元的非均勻性對成像質量影響有限。針對成像過程中出現(xiàn)的柵瓣采用雙切趾技術進行抑制,使用粒子群優(yōu)化的方法對切趾函數(shù)進行了優(yōu)化�，F(xiàn)有的相控陣式IVUS的硬件稍作調整即可用于偏心圓柱波成像。第二個方面是針對目前的IVUS系統(tǒng)橫向分辨率較低的問題提出了基于幅值的非負域解卷積方法,通過限制解卷積的求解域非負避免解卷積過程對高頻噪聲的放大作用,避免采取噪聲抑制措施,從而避免噪聲抑制措施影響分辨率的提高。首先分析了常用的解卷積方法對噪聲的抑制作用,指出抑制噪聲過程實際上犧牲了分辨率,提出可以通過基于幅值的非負域解卷積提高解卷積的效果。對這一設想進行了仿真驗證,在仿真中使用120 μn橫向分辨率的探頭能夠分辨橫向間隔為70 μμn的兩個散射點。仿真結果顯示該方法所能達到的分辨率比維納解卷積高出50%。搭建了單環(huán)能器機械掃描系統(tǒng)對該方案進行驗證,在遠場的各個深度均能實現(xiàn)2°的周向分辨能力,在近場區(qū)域由于點擴散函數(shù)的變化其分辨能力有所下降。對仿體的成像實驗說明了該方法在復雜環(huán)境中提高分辨率的能力。本文的研究說明,在陣列式IVUS系統(tǒng)中應用偏心圓柱波復合成像和基于幅值的非負域解卷積方法可以得到高質量高分辨率圖像。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O426.9;R540.4
【圖文】：

會發(fā)生形變，則圖像在第一和最后一條掃描線處發(fā)生撕裂，撕裂的圖像不利于解逡逑卷積的計算，而后者是提高圖像分辨率的一個有效方法。陣列ＩＶＵＳ系統(tǒng)則更加逡逑靈活。圖１．４所示的陣列探頭包含６４個單元，可以使用相控陣技術、合成孔徑技逡逑術［９１或綜合相控陣技術進行掃描和聚焦。陣列成像的靈活性體現(xiàn)在：１、可逡逑以對所有深度完成聚焦；２、沒有活動部件，不會存在ＮＵＲＤ現(xiàn)象，且掃描成像逡逑速度更快；３、可以對發(fā)射和接收口徑分別設置切趾函數(shù)。受制于加工手段，目逡逑前可見于文獻的陣列探頭最多有６４個單元，則對于一個１邋ｍｍ直徑的陣列來說，逡逑陣列的周期為４９．１邋（＿ｍｉ。根據(jù)光柵理論，如果要求不產(chǎn)生柵瓣，其工作波長不得逡逑低于４９．１ｘ２＝９８．２邋ｆｉｍ，取水中聲速１５４０邋ｍ／ｓ，則對應的頻率為１５．７邋ＭＨｚ。實際逡逑上，對于用于ＩＶＵＳ的圓柱探頭，其工作頻率還應更低才能避免柵瓣出現(xiàn)。一般逡逑商用的陣列探頭工作頻率約為２０邋ＭＨｚ。而單換能器的機械掃描探頭則無此限制，逡逑工作頻率可達５０？６０邋ＭＨｚ。關于工作頻率和分辨率的關系

１．２超聲成像的橫向和縱向分辨率逡逑對任何成像系統(tǒng)來說，分辨率是一個較為核心的參數(shù)，描述了成像系統(tǒng)成像逡逑清晰程度。由于所有實際存在的成像系統(tǒng)都存在非理想性，例如口徑限制、頻率逡逑限制等，對現(xiàn)實物理世界進行成像時并不能完全準確地再現(xiàn)其信息。點擴散函數(shù)逡逑（ｐｏｉｎｔｓｐｒｅａｄｆｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＰＳＦ）描述了成像系統(tǒng)對一個理想點進行成像的結果，一逡逑般會是一個斑點。一個ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點擴散函數(shù)如圖１．５所示，圖中的紅色曲線為逡逑＿６ｄＢ等高線，其橫向（平行于探頭表面／平行于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為１２０逡逑ｐｍ，縱向（垂直于探頭表面／垂直于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為３２邋ｐｍ。逡逑圖１．５邋—個典型的ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點擴散函數(shù)逡逑對于ＩＶＵＳ系統(tǒng)來說，對其分辨率的分析幾乎可以借鑒所有傳統(tǒng)Ｂ超的分逡逑

１．２超聲成像的橫向和縱向分辨率逡逑對任何成像系統(tǒng)來說，分辨率是一個較為核心的參數(shù)，描述了成像系統(tǒng)成像逡逑清晰程度。由于所有實際存在的成像系統(tǒng)都存在非理想性，例如口徑限制、頻率逡逑限制等，對現(xiàn)實物理世界進行成像時并不能完全準確地再現(xiàn)其信息。點擴散函數(shù)逡逑（ｐｏｉｎｔｓｐｒｅａｄｆｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＰＳＦ）描述了成像系統(tǒng)對一個理想點進行成像的結果，一逡逑般會是一個斑點。一個ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點擴散函數(shù)如圖１．５所示，圖中的紅色曲線為逡逑＿６ｄＢ等高線，其橫向（平行于探頭表面／平行于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為１２０逡逑ｐｍ，縱向（垂直于探頭表面／垂直于掃描方向）－６邋ｄＢ分辨率為３２邋ｐｍ。逡逑圖１．５邋—個典型的ＩＶＵＳ系統(tǒng)的點擴散函數(shù)逡逑對于ＩＶＵＳ系統(tǒng)來說，對其分辨率的分析幾乎可以借鑒所有傳統(tǒng)Ｂ超的分逡逑

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本文編號：2788620