基于壓縮感知的醫(yī)學(xué)超聲圖像重建方法應(yīng)用研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)超聲成像技術(shù)以其無(wú)痛、無(wú)損、無(wú)電離輻射、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和快速重復(fù)檢查等諸多優(yōu)點(diǎn)成為各級(jí)醫(yī)院不可或缺的常規(guī)診斷技術(shù)之一。20世紀(jì)80年代后，醫(yī)學(xué)超聲成像設(shè)備朝著兩極化方向發(fā)展。一方面是價(jià)格低廉的便攜式超聲診斷儀進(jìn)入實(shí)際臨床使用，另一方面是向綜合化、自動(dòng)化、定量化和多功能化方向發(fā)展。
　　便攜式B型超聲設(shè)備具有體積小、成本低、方便攜帶、可用交流電或機(jī)內(nèi)電池供電等特點(diǎn)，非常適合在鄉(xiāng)村或社區(qū)醫(yī)院、野戰(zhàn)醫(yī)院等場(chǎng)合使用。因此近些年便攜式B型超聲

2、的臨床應(yīng)用普及率和產(chǎn)品的市場(chǎng)增長(zhǎng)率持續(xù)增加。但是，如何在確保成像質(zhì)量前提下，進(jìn)一步強(qiáng)化便攜式B型超聲設(shè)備小型化、低成本等特性是相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域頗為引人關(guān)注的問(wèn)題。
　　波束形成是整個(gè)超聲成像系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，對(duì)成像質(zhì)量起著決定性的作用。傳統(tǒng)的延時(shí)疊加(Delayand Sum，DAS)波束形成算法的成像模式限制了分辨率的提高，因此20世紀(jì)70年代提出了合成孔徑波束形成算法，在隨后的30多年又先后提出了合成孔徑超聲成像算法的多種改進(jìn)方

3、案，如合成聚焦(Synthetic Focusing，SF)超聲成像算法、合成發(fā)射孔徑（Synthetic Transmit Aperture，STA）超聲成像算法、合成接收孔徑(Synthetic Receive Aperture，SRA)超聲成像算法等。其中合成聚焦波束形成算法能夠大大提高成像質(zhì)量，但是其成像模式會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜度增大（需要額外的大量存儲(chǔ)空間來(lái)存放數(shù)據(jù)）、要處理的數(shù)據(jù)量也規(guī)模龐大，特別是隨著陣元數(shù)量的增加，該問(wèn)題會(huì)更

4、加突出。所以，合成聚焦超聲成像方法難以在便攜式B型超聲設(shè)備中得到實(shí)際應(yīng)用。
　　2004年左右，由E.Candes、T.Tao、D.Donoho提出的壓縮感知理論(Compressed Sensing，CS)指出，對(duì)于可以稀疏表示的信號(hào)，當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)低于Nyquist采樣頻率時(shí)也可以精確重建出原始信號(hào)。壓縮感知理論的提出使合成聚焦超聲成像方法在便攜式B型超聲設(shè)備中的應(yīng)用成為可能。
　　本文針對(duì)傳統(tǒng)合成聚焦超聲成像方法在圖像重建

5、過(guò)程中處理數(shù)據(jù)量大，致使其在便攜式B型超聲設(shè)備中應(yīng)用受限的問(wèn)題，提出了一種基于壓縮感知理論和合成聚焦波束形成算法的便攜式B型超聲成像方法B-SFCS(Imaging method for portableB-modeul trasound using compressivesensing and synthetic focusing)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，B-SFCS較為有效地解決了合成聚焦超聲成像過(guò)程中數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，從而在保證較高成像

6、質(zhì)量的前提下滿足了便攜式B型超聲設(shè)備小型化、低成本的技術(shù)要求，因此該方法具有切實(shí)的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　另一方面，B-SFCS采用正交匹配追蹤（Orthogonal Matching Pursuit，OMP）算法重建圖像，該算法計(jì)算速度快且易于實(shí)現(xiàn)，但是也有明顯的缺點(diǎn)（若要重建高質(zhì)量的圖像，需要的測(cè)量數(shù)據(jù)多，而且其精確重構(gòu)的理論保證比基于L1范數(shù)模型的算法弱）。為了能夠從壓縮感知圖像重建環(huán)節(jié)進(jìn)一步提高B型超聲系統(tǒng)的成像質(zhì)量，我們將求