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超声彩色血流成像系统中的杂波抑制方法研究

作　者: 尤伟
导　师: 汪源源
学　校: 复旦大学
专　业: 电路与系统
关键词: 超声彩色血流成像杂波抑制非平稳性递归更新复杂度分析
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超声彩色血流成像技术(CFI)能实时、无损地呈现人体内血流速度的二维分布情况,是血管类疾病的重要诊断依据。在超声换能器接收到的回波信号中,除来自红细胞的散射信号外往往还包含有来自软组织或管壁的大幅度干扰信号(称为杂波)。所以在进行流速估计之前,必须经过杂波抑制步骤来滤除杂波信号。本论文提出了四种新的杂波抑制方法,以应对非平稳杂波运动环境下的杂波抑制需求。动态区域划分法(DRP)根据杂波运动的非平稳程度,调整其作用区间。区间长度与杂波非平稳程度成反比关系。区间调整完毕后,再利用特征向量滤波器(Eigenfilter)对每个区间依次滤波,从而解决了均匀划分时,区间长度过大或过小的矛盾。投影寻踪法(PP)通过采用鲁棒性的投影索引代替方差,避免了个别点对整个回波数据集的影响。然后用鲁棒的特征向量构造杂波子空间,并将其从原信号中移除,从而获得血流信号。递归特征值分解法(RED)利用每次输入逐步更新杂波子空间,既保留了传统Eigenfilter的时间自适应性,同时又具有了一定的空间自适应性。快速的递归特征值分解法(FOP)作为RED的改进,利用一阶近似计算,避免了频繁的奇异值分解(SVD),从而降低了算法复杂度。在五种不同的杂波环境下进行了计算机仿真实验。将提出的新方法与三种传统方法(高通滤波器、Eigenfilter和Hankel-SVD)进行了比较,给出了滤波前后的速度剖面图。同时引入了客观指标：均方误差MSE和互相关系数r。结果表明：在杂波环境复杂,非平稳性强时,本论文提出的方法性能优于传统方法。而当杂波空间运动存在不连续变化时,RED和FOP的优势更为明显。再将杂波抑制方法用于人体颈动脉信号,并给出了滤波前后的CFI输出图像。结果表明：在综合考虑血流完整度和杂波速度抑制效果的前提下,本论文提出的方法效果普遍较好,尤以RED和FOP最为明显。最后对各方法的算法时间复杂度做了分析与比较。从比较结果可以看出FOP在效果与RED相当的情况下,其复杂度大大降低,有望成为一种实用高效的杂波抑制方法。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第1章绪论  9-16
  1.1 医学超声诊断技术简介  9-10
  1.2 超声血流成像原理  10-13
    1.2.1 连续与脉冲波多普勒系统  10-11
    1.2.2 超声彩色血流成像系统  11-13
  1.3 CFI系统中的杂波抑制问题  13-15
    1.3.1 研究背景  13
    1.3.2 现有方法介绍  13-15
  1.4 主要内容安排  15-16
第2章动态区域划分法  16-20
  2.1 引言  16
  2.2 原理与方法  16-19
    2.2.1 初步划分  16-17
    2.2.2 计算非平稳性指标  17-18
    2.2.3 段长调整  18-19
  2.3 小结  19-20
第3章投影寻踪法  20-25
  3.1 引言  20
  3.2 原理与方法  20-24
    3.2.1 投影索引选取  20-21
    3.2.2 主成分搜索  21-22
    3.2.3 复数推广  22-24
  3.3 小结  24-25
第4章递归特征值分解法  25-30
  4.1 引言  25-26
  4.2 原理与方法  26-29
    4.2.1 RED递归更新  26-27
    4.2.2 RED初始化方案  27-28
    4.2.3 遗忘因子选取  28-29
  4.3 小结  29-30
第5章快速的递归特征值分解法  30-34
  5.1 引言  30
  5.2 原理与方法  30-33
    5.2.1 摄动理论简介  30
    5.2.2 FOP递归更新  30-33
    5.2.3 FOP初始化方案  33
  5.3 小结  33-34
第6章计算机仿真实验  34-49
  6.1 仿真方法介绍  34-41
    6.1.1 流速剖面生成  34-35
    6.1.2 信号合成  35-36
    6.1.3 五种仿真分析模型  36-39
    6.1.4 仿真参数选取  39-41
  6.2 结果与讨论  41-47
    6.2.1 小静脉-匀速模型  42-43
    6.2.2 小静脉-离群点模型  43-44
    6.2.3 主动脉-线性加速模型  44-45
    6.2.4 颈动脉模型  45-46
    6.2.5 股动脉模型  46-47
  6.3 客观评价指标  47-48
  6.4 小结  48-49
第7章人体实测信号实验  49-53
  7.1 数据采集  49
  7.2 结果与讨论  49-51
  7.3 客观评价指标  51-52
  7.4 小结  52-53
第8章算法复杂度分析  53-58
  8.1 引言  53
  8.2 复杂度计算  53-56
  8.3 比较与讨论  56-58
第9章总结与展望  58-60
  9.1 总结  58
  9.2 展望  58-60
参考文献  60-64
致谢  64-65
硕士期间发表论文  65-66

超声彩色血流成像系统中的杂波抑制方法研究

内容摘要

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