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医学超声合成孔径成像技术

摘 要:文中主要讨论了医学超声成像技术的发展,详细阐述了该领域的背景意义、采用的主要现有成熟技术及其优缺点,并对一种新颖的医学超声合成孔径成像技术进行了探索和解析.目的在于引导研究人员快速地了解本领域的研究内容.在医学超声合成孔径技术成像的研究中,尽管研究人员已经做了大量的前期工作,但是波束形成和成像的实时性,都是有待解决的难点.

关键词:超声;合成孔径成像;波束

一、引言

医学超声成像的发展与微电子技术和数字信号处理的发展非常密切.随着微电子技术和数字信号处理的迅速发展,医学超声成像技术获得了多次革命性的进步.因为超声对人体组织的无损伤性和无辐射性,使得超声成像技术广泛应用于临床诊断中:乳腺癌检测、肝硬化检测、皮肤癌检测和胎儿检测等[1].

超声扫描成像方法主要有两个大类五小类:A 型、B 型、M 型、 D 型及C 型[2].A 型超声诊断法为振幅调制型,它根据有无反射波、反射波的距离及波幅的高低、大小及形状来进行诊断.B 型超声诊断法又称为灰度调制型,是在A 型超声诊断基础上发展起来的一种灰度调试性方法,但是B 型诊断法在屏幕上显示的是直观二维切面图像.M 型诊断法为活动显示型,亦称为超声心动图,主要用于心脏和胎心等的检查.C 型又称为彩色多普勒血流显像,即通常所说的彩超,主要用于检测心脏及血管内的血流动力学状态.D 型超声诊断法又称差频示波型,在检测心脏及血管的血流动力学状态上得到广泛应用.

随着超声诊断技术的不断发展,除了上述几种超声诊断方法外,出现了一些新颖的超声成像方法:合成孔径成像、弹性成像、非线性血流成像和组织谐波成像等.下面对超声合成孔径成像进行详细的阐述.

二、 超声合成孔径成像技术

在雷达系统中,最早应用了合成孔径技术[3].合成孔径的基本原理是:使天线平台在不同的位置发射脉冲,并且这些不同的位置看作是阵列天线的阵元位置,通过将这些在不同位置发射的脉冲回波信号与阵元位置结合起来,形成一个大孔径天线平台,从而使得方向位分辨率得到提高.波束形成是指声场在成像场域的分布情况.在超声成像系统中,波束形成处于核心位置,对成像质量起着决定性的作用.波束形成研究中有两个主要指标,即主瓣宽度和旁瓣幅度,它们在理论上作为主要标准来判断所形成的波束质量高低.主瓣的宽度越窄,那么成像的横向分辨率越高;旁瓣的幅度越小,那么成像的对比度就越大,并且伪影噪声越少.在现代超声延时叠加波束形成中,常使用动态聚焦和幅度变迹来控制旁瓣的幅度和主瓣的宽度.动态聚焦效果是使每条扫描线上的点能都够被聚焦;而幅度变迹则是在不同阵元的发射和接收通道上施加不同的权值.

合成孔径聚焦技术在20 世纪70 年始应用于超声成像.随着研究的深入,学术界引入了一系列合成孔径成像的改进算法,如多阵元合成孔径聚焦、合成聚焦、合成接收孔径、合成发射孔径.在一定程度上,这些方法都能够有效地改善波束形成的质量.在合成孔径成像中,超声传感器阵列被分成若干个发射或接收单元,以发射单元作为点源传感器在被测物理的表面上进行扫描,在接收到来自物体内部个点的散射声信号后,对其进行存储,然后根据成像区域内点的空间位置,对不同接收位置上阵元接收的信号引入适当的延迟,并对这些不同阵元接收的信号进行叠加,以此获得成像区域的驻点聚焦成像.丹麦理工大学的Jensen 在合成孔径成像的研究方面取得显著的效果,证明了合成孔径成像拥有较高分辨率和较好的成像品质.

三、结束语

本文首先对医学超声成像的现有成熟技术进行了简单的介绍,然后对应用在医学超声领域的一种新颖的合成孔径技术进行了详细的描述.合成孔径技术从雷达技术发展而来,经过几年的研究,已经能在实验仿真阶段得到了很好的验证,但由于现有硬件和实时性的限制,在临床上暂时还没有能得到广泛的的应用.医学超声合成孔径成像技术由于它的高分辨率优势成为未来医学超声成像的一种发展趋势.H

参考文献

[1] 朱弋, 杨舒波, 潘文荣. 超声成像技术的新进展[J]. 医疗装备,2007, 20(6):17-18.

[2] 刘广. 合成孔径超声成像中波束合成算法研究[D]. 燕山大学,2015.

[3] 李运才, 王泽勇. 一种超声合成孔径成像优化方法研究[J]. 信息技术,2016(2):139-141.

(基金项目:长沙学院人才引进项目(No.1404))

(作者单位:长沙学院计算机工程与应用数学学院)

成像技术论文范文结:

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