医学光声成像中若干图像处理问题的研究

发布时间：2017-07-05 17:16

  本文关键词：医学光声成像中若干图像处理问题的研究

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【摘要】：近年来,光声成像作为一种新型的医学成像方式逐渐发展起来。它利用生物组织的光声效应进行成像,具有非侵入、非电离、无辐射、过程简单等优点,同时由于其主要反映生物组织的光吸收分布情况,能够有效地提供生物组织内部的血氧饱和浓度,血红蛋白含量等重要信息,且能够进行功能成像,因而在医学诊断和治疗领域有着巨大的发展前景。目前,光声成像已经在脑功能成像、乳腺成像、关节类疾病诊断、淋巴疾病的诊断以及内窥镜技术等领域崭露头角,显示出巨大的生命力。尤其近二十年来,光声成像在国内外很多高校和科研机构中引起了极大的重视,相应的科研成果不断涌现,可以说目前是光声成像这一新型成像技术发展的黄金时间。光声成像中的图像质量问题是影响其发展的关键因素,在众多的成像算法中,生物组织声速分布不均匀的问题都不能很好地解决,影响了光声成像的成像效果。基于此,本文探索了对光声图像质量进行优化的方法。文章提出了一种基于拟合延时补偿的光声图像优化方法和基于多次重复采样的光声图像优化方法。前者对声波传播时间进行补偿,从时域的角度弥补声速不均匀造成的延时时间计算误差,是一种基于线性延时补偿的光声图像优化方法,有效地克服了传统成像算法中假设声速单一带来的问题；后者对多次采样得到的信号进行整合处理,通过多帧信号之间的插值对齐,从信号的角度减小了噪声的强度。为了验证相应优化算法的有效性,本文设计了多组实验来进行验证,首先从特定的仿体模型来验证,进一步地采用人体手指关节进行验证,以实际的实验结果表明,文中的优化方法对声速不均匀的介质有着明显的优化效果。光声成像与超声成像的配合成像是未来即将实现的一种混合成像方式,具有良好的发展前景,因而本文也在该方面对其进行了研究。具体地,本文在Verasonics平台的基础上探究了混合成像方式的实现,分为两种方式。一种是在单一的主机上进行,在这种情况下,光声重建和超声重建在同一台主机上运行,也在同一台主机上显示；另一种是分离式的混合成像,在这种情况下,光声重建和超声重建在不同的主机上进行。这两种成像方式分别称为集中式和分离式的光声超声混合成像。集中式的混合成像利用Verasonics系统的自身特性,对光声信号进行处理,套用超声的重建算法进行成像；分离式的混合成像将光声信号通过tcp连接传输到不同的主机,然后通过并行计算进行快速成像。我们对这两种成像方式设计了具体的实现,通过模拟仿真的方式来验证其成像效果和帧率。相应的实验结果表明,两种方式均能有效地进行混合成像,呈现出良好的效果。
【关键词】：光声成像 图像优化 延时补偿 超声成像 混合成像
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41;R318.51
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 医学成像技术的发展现状11-12
• 1.2 光声成像技术的兴起12-13
• 1.3 国内外研究进展13-15
• 1.4 本文内容安排15-17
• 第二章 光声成像基本理论17-24
• 2.1 光声信号的产生17-18
• 2.2 光声图像的重建18-23
• 2.2.1 延时叠加反投影重建算法18-19
• 2.2.2 基于Radon变换的重建算法19-20
• 2.2.3 傅里叶域重建方法20-22
• 2.2.4 时间反演重建算法22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 光声成像图像优化24-45
• 3.1 基于线性延时补偿的光声图像优化24-37
• 3.1.1 重建算法的普遍问题24-25
• 3.1.2 拟合延时补偿25-27
• 3.1.3 图像效果的评价27-28
• 3.1.4 实验结果与分析28-37
• 3.2 基于多次重复采样的光声图像优化37-44
• 3.2.1 直接多次采样叠加的问题37-38
• 3.2.2 基于互相关的信号移动38-40
• 3.2.3 插值与抽样40-41
• 3.2.4 实验结果与分析41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 光声超声混合成像45-58
• 4.1 超声成像简介45-50
• 4.1.1 超声成像波束形成45-46
• 4.1.2 幅度变迹46-47
• 4.1.3 变孔径技术47
• 4.1.4 方向控制技术47-48
• 4.1.5 合成孔径成像48-50
• 4.2 医学超声Verasonics成像平台50-57
• 4.2.1 平台简介50-51
• 4.2.2 超声信号流图51-53
• 4.2.3 脚本结构介绍53-56
• 4.2.4 外部函数56-57
• 4.3 本章总结57-58
• 第五章 混合成像结果与分析58-67
• 5.1 集中式光声超声混合成像58-63
• 5.1.1 集中式成像方法58-60
• 5.1.2 光声成像的外部处理60-61
• 5.1.3 实验结果61-63
• 5.2 分离式光声超声混合成像63-66
• 5.2.1 基于Matlab Tcpip接口的实时传输63-65
• 5.2.2 实验结果65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 总结和展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 杨迪武,邢达,王毅,谭毅,尹邦政;基于代数重建算法的有限角度扫描的光声成像[J];光学学报;2005年06期

2 汪立宏;;光声成像的未来[J];光学与光电技术;2009年03期

3 卢涛;王瑞康;苏翼雄;宋智源;张帆;姚建铨;;基于阵列探测方式的时域光声成像系统[J];纳米技术与精密工程;2007年01期

4 陈武凡;;数字化医学成像研究进展与未来趋势[J];中国基础科学;2014年05期

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本文编号：522879