超聲成像模擬的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)超聲成像診斷作為一種專業(yè)的診斷方法需要大量的案例數(shù)據(jù)對(duì)超聲設(shè)備操作員進(jìn)行專業(yè)的崗前培訓(xùn)。超聲成像模擬研究為超聲培訓(xùn)提供了一種高效而廉價(jià)的方式，可以方便的獲取大量的模擬超聲案例數(shù)據(jù)，除此之外超聲成像模擬還可以應(yīng)用于超聲設(shè)備設(shè)計(jì)的客觀評(píng)價(jià)、多模態(tài)圖像配準(zhǔn)和圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航等方面。本文主要是對(duì)超聲成像模擬所需的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究。
　　本文首先對(duì)超聲成像原理進(jìn)行了簡要的闡明和解釋。超聲成像所依據(jù)的基本物理原理是超聲波的反射，折

2、射，散射和衰減。超聲波的反射導(dǎo)致了超聲圖像中較為明顯的組織邊界，而超聲波的散射主要形成了超聲圖像中的斑點(diǎn)噪聲，超聲波的衰減限制了探頭的探測(cè)深度，使用不同的超聲設(shè)備探測(cè)人體組織，最終生成的超聲圖像也有較大的不同。因而超聲成像模擬研究的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)成包括超聲探頭探測(cè)模型、超聲波的反射、斑點(diǎn)噪聲與衰減信號(hào)的計(jì)算。
　　接下來對(duì)超聲模擬場(chǎng)景進(jìn)行了建模。不同的探測(cè)模型影響最終生成的超聲圖像的質(zhì)量，本文將探頭的探測(cè)模型分為單陣元探測(cè)和多陣元探測(cè)

3、兩類。使用預(yù)掃描的CT圖像序列的CT值推導(dǎo)出人體軟組織中聲阻抗的分布狀況，建立超聲傳播的三維人體虛擬數(shù)據(jù)模型。
　　然后重點(diǎn)研究了超聲成像模擬的關(guān)鍵算法。在前人已經(jīng)提出的基于光線投射的反射率的計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，將超聲反射模型劃分為單陣元探測(cè)和多陣元兩類，使用基于矩的三維邊界檢測(cè)算子計(jì)算超聲束傳播法向量，提高了噪聲穩(wěn)定性，給出了較為精確的表面邊界參數(shù)。在斑點(diǎn)噪聲信號(hào)計(jì)算方面，研究了散射粒子的分布狀況估計(jì)和超聲波的散射效應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)

4、的構(gòu)建，使用希爾伯特曲線將一維散射粒子分布矩陣映射到二維圖像矩陣當(dāng)中，同時(shí)設(shè)置不同的探頭形狀參數(shù)和尺度參數(shù)對(duì)散射粒子的分布狀態(tài)進(jìn)行研究和討論。超聲衰減信號(hào)的模擬用于計(jì)算超聲探頭的最大探測(cè)范圍，當(dāng)超聲波的傳播范圍超過最大深度時(shí)，停止反射率的計(jì)算。
　　最后用實(shí)驗(yàn)給出了模擬效果。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置不同的參數(shù)來模擬生成的超聲圖像，將模擬的超聲反射、斑點(diǎn)噪聲以及衰減信號(hào)使用權(quán)重計(jì)算公式進(jìn)行合成，并使用巴氏系數(shù)計(jì)算模擬圖像和同一位置超聲探頭所掃描的