頻域分段最小方差與壓縮感知超聲成像方法研究.pdf

1、超聲成像技術(shù)因?yàn)榫哂邪踩⒈銛y、實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床診斷和工業(yè)探傷等領(lǐng)域，特別是在醫(yī)學(xué)胎兒檢查方面具有不可替代的作用，幾乎壟斷了目前全世界的胎兒成像檢測(cè)。盡管超聲成像技術(shù)具有上述的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是相比MRI、CT等其它成像技術(shù)，其仍然存在空間分辨率低、噪聲干擾大等問題，這也限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
　　通過自適應(yīng)波束合成算法對(duì)超聲回波信號(hào)進(jìn)行處理可以有效改善成像質(zhì)量，提高成像分辨率和對(duì)比度，但是現(xiàn)有的很多算法是以犧牲成像速度

2、為代價(jià)來獲得質(zhì)量的，這會(huì)使超聲成像技術(shù)的實(shí)時(shí)優(yōu)點(diǎn)被弱化。除了自適應(yīng)波束合成算法以外， A/D采樣頻率和探頭陣元數(shù)的增加也能使成像分辨率得到改善，但是大量回波數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳輸帶來的是成像系統(tǒng)硬件復(fù)雜度的不斷增加，甚至?xí)霈F(xiàn)有硬件技術(shù)所能允許的范圍，壓縮感知理論在超聲成像技術(shù)中的應(yīng)用雖然能減少所需采集、存儲(chǔ)的回波數(shù)據(jù)，降低硬件復(fù)雜度，但是傳統(tǒng)的稀疏變換矩陣對(duì)超聲回波信號(hào)缺乏針對(duì)性，其重構(gòu)效果不佳，因此如何設(shè)計(jì)高效能的稀疏字典提高壓縮

3、感知超聲成像的重構(gòu)精度是減少系統(tǒng)硬件復(fù)雜度的關(guān)鍵之一。
　　針對(duì)上述的兩個(gè)問題，本文開展如下研究：
　?、偬岢隽嘶陬l域分段的最小方差波束合成算法。該算法考慮到傳統(tǒng)最小方差波束合成算法針對(duì)的是窄帶、非相關(guān)信號(hào)，而實(shí)際超聲回波信號(hào)具有寬帶、相關(guān)性強(qiáng)的情況，通過 STFT對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行分段頻域變換使各個(gè)子頻段滿足傳統(tǒng)MV算法的窄帶適用條件，然后運(yùn)用前后向空間平滑法消除不同陣元上回波信號(hào)之間的相關(guān)性，接著引入對(duì)角加載法提高算法穩(wěn)健

4、性，利用與傳統(tǒng) MV算法基本一致的計(jì)算過程得到頻域加權(quán)向量，最后對(duì)計(jì)算所得的頻域加權(quán)向量進(jìn)行傅里葉反變換獲得最終的時(shí)域波束合成信號(hào)。此外利用頻域信號(hào)具有共軛對(duì)稱的特點(diǎn)，該算法只取頻域信號(hào)的前半部分進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，大大縮短了成像時(shí)間。最后，對(duì)所提方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果證明所提算法在可以在分辨率、對(duì)比度和算法魯棒性等方面有效提高成像質(zhì)量，且成像時(shí)間僅次于速度最快的延時(shí)疊加波束合成算法
　　②提出了一種適用于壓縮感知超聲成像技術(shù)的高效

5、能稀疏字典。根據(jù)超聲回波信號(hào)是發(fā)射脈沖信號(hào)經(jīng)過不同延時(shí)衰減后疊加的特點(diǎn)，利用發(fā)射脈沖作為基向量構(gòu)造稀疏字典，在不考慮超聲反射存在的非線性效應(yīng)時(shí)，該稀疏字典理論上能使超聲回波信號(hào)的稀疏度等于陣元接收到的反射回波個(gè)數(shù)，突破了常用稀疏變換的稀疏表示能力，以更高的壓縮率實(shí)現(xiàn)相同的重構(gòu)效果，更大幅度地減少成像所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。最后對(duì)所提方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，還根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的超聲成像設(shè)備所采集的回波數(shù)據(jù)對(duì)所提算法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)