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超声弹性成像中的位移和应变估计

作　者: 袁金伟
导　师: 刘华锋
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: 超声弹性成像位移估计应变成像生物力学模型状态空间理论 H_∞滤波算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 115次
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内容摘要

超声弹性成像技术的基本思想是从超声信号中获取生物组织的硬度/弹性信息并进行成像。超声弹性成像技术在疾病监测和诊断等临床实践中具有广阔的应用前景。生物组织的运动/位移估计在超声弹性成像中扮演着举足轻重的角色,因此在超声弹性成像中,位移场估计算法显得尤为重要。一方面,位移场估计算法的计算效率将决定着其是否适用于实时系统以及临床应用；另一方面,为了更加准确地重建组织的弹性参数分布以及各个应变分量图,如何准确估计二维位移分布(尤其是侧向位移分量)也是超声弹性成像技术中的一大热点。论文在第一部分提出了基于先验估计值的相位差估计方法(PSPE, Phase Shift estimation based on Prior Estimates),用以超声弹性成像中的纵向位移估计。PSPE方法将生物组织运动的连续性特点应用于解决传统相位域方法中相位错乱的问题,同时大大提高了算法计算效率,使得算法适用于实时超声成像系统。论文的第二部分提出了生物力学模型约束的H∞滤波框架用于估计生物组织的全局位移场。由于硬件条件的限制,准确估计侧向位移分量一直是超声弹性成像的一个难题。现有的二维位移估计算法所提供的侧向位移分量往往准确度有限且噪声较大。本文提出的滤波框架将现有所得的位移测量值在生物力学模型约束下经H∞滤波算法得到位移场的最优估计,在有效滤除系统内外部噪声的同时,恢复出高质量的全局位移场,用于应变计算和弹性参数的重建。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-8
目录  8-11
图目录  11-14
表目录  14-15
第1章绪论  15-23
  1.1 课题背景  15-16
  1.2 国内外研究进展  16-20
    1.2.1 弹性成像技术  16-17
    1.2.2 算法和理论研究  17-19
    1.2.3 临床应用及实用化系统  19-20
    1.2.4 当前研究进展小结  20
  1.3 本文贡献  20-21
  1.4 论文组织  21-23
第2章超声弹性成像技术概述  23-28
  2.1 引言  23-24
  2.2 准静态超声弹性成像基本原理  24-26
    2.2.1 位移估计算法  24-25
    2.2.2 应变成像和弹性模量重建  25-26
  2.3 超声弹性成像中的主要技术问题  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章基于超声信号序列的一维位移和应变估计  28-53
  3.1 引言  28-29
  3.2 位移估计算法  29-42
    3.2.1 时域互相关算法  29-34
    3.2.2 基于相位差计算的位移估计方法  34
    3.2.3 联合自相关估计算法  34-35
    3.2.4 基于位移先验信息的算法(PSPE)  35-37
    3.2.5 算法优化与改进  37-42
  3.3 基于无网格形函数的应变估计  42-43
    3.3.1 常用应变估计算法介绍  42-43
    3.3.2 利用无网格数值方法计算应变分布(MFSE)  43
  3.4 实验结果与讨论  43-52
    3.4.1 仿真实验  44-49
    3.4.2 真实数据实验  49-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章生物力学模型约束下的二维位移场的优化估计  53-73
  4.1 引言  53-54
  4.2 二维位移场估计算法  54-55
  4.3 生物力学模型约束下的位移估计  55-59
    4.3.1 生物力学模型和状态空间描述  55-58
    4.3.2 H_∞滤波算法  58-59
  4.4 实验结果与讨论  59-72
    4.4.1 仿真实验  59-67
    4.4.2 真实数据实验  67-72
  4.5 本章小结  72-73
第5章总结和展望  73-76
  5.1 本文工作总结  73-74
  5.2 后续工作展望  74-76
    5.2.1 实时弹性成像系统的改进  74-75
    5.2.2 二维位移估计框架的理论研究  75-76
参考文献  76-82
攻读硕士学位期间所获得的成果  82

超声弹性成像中的位移和应变估计

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