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)因為具有安全、便攜、實時等特點，被廣泛應用于臨床診斷和工業(yè)探傷等領(lǐng)域，特別是在醫(yī)學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。盡管超聲成像技術(shù)具有上述的諸多優(yōu)點，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)的廣泛應用。
　　通過自適應波束合成算法對超聲回波信號進行處理可以有效改善成像質(zhì)量，提高成像分辨率和對比度，但是現(xiàn)有的很多算法是以犧牲成像速度

2、為代價來獲得質(zhì)量的，這會使超聲成像技術(shù)的實時優(yōu)點被弱化。除了自適應波束合成算法以外， 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、存儲和傳輸帶來的是成像系統(tǒng)硬件復雜度的不斷增加，甚至會超出現(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)中的應用雖然能減少所需采集、存儲的回波數(shù)據(jù)，降低硬件復雜度，但是傳統(tǒng)的稀疏變換矩陣對超聲回波信號缺乏針對性，其重構(gòu)效果不佳，因此如何設(shè)計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)硬件復雜度的關(guān)鍵之一。
　　針對上述的兩個問題，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的是窄帶、非相關(guān)信號，而實際超聲回波信號具有寬帶、相關(guān)性強的情況，通過 STFT對回波信號進行分段頻域變換使各個子頻段滿足傳統(tǒng)MV算法的窄帶適用條件，然后運用前后向空間平滑法消除不同陣元上回波信號之間的相關(guān)性，接著引入對角加載法提高算法穩(wěn)健

4、性，利用與傳統(tǒng) MV算法基本一致的計算過程得到頻域加權(quán)向量，最后對計算所得的頻域加權(quán)向量進行傅里葉反變換獲得最終的時域波束合成信號。此外利用頻域信號具有共軛對稱的特點，該算法只取頻域信號的前半部分進行加權(quán)計算，大大縮短了成像時間。最后，對所提方法進行仿真實驗驗證。結(jié)果證明所提算法在可以在分辨率、對比度和算法魯棒性等方面有效提高成像質(zhì)量，且成像時間僅次于速度最快的延時疊加波束合成算法
　?、谔岢隽艘环N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)超聲回波信號是發(fā)射脈沖信號經(jīng)過不同延時衰減后疊加的特點，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時，該稀疏字典理論上能使超聲回波信號的稀疏度等于陣元接收到的反射回波個數(shù)，突破了常用稀疏變換的稀疏表示能力，以更高的壓縮率實現(xiàn)相同的重構(gòu)效果，更大幅度地減少成像所需存儲的數(shù)據(jù)量，降低系統(tǒng)的復雜度。最后對所提方法進行仿真實驗，還根據(jù)本實驗室所研發(fā)的超聲成像設(shè)備所采集的回波數(shù)據(jù)對所提算法的實際應用效果進