医学超声斑点分析去噪

第一章绪论

1.1论文选题的目的和意义

会在超声图像中产生明暗不同的颗粒,也就是论文所讨论的超声斑点噪声。这极大的降低了超声图像的质量,也使得对图像细节的识别与分析更加困难。更重要的是,医学超声图像中图像信息较多,图像的对比度不高会增加医疗诊断者对病杜部位与背景区域之间做区分的难度性,可能造成对具体病变部位的判断失误ra,从而引发医疗事故。因此,研究这种特殊斑点的特性,并在此基袖上,进一步研究如何抑制这种斑点,保留与增强图像边缘与细节特征,进而准确地进行边缘检测、图像识别、分割与定位等后续工作具有十分重要的现实意义。现今社会,信息技术高速发展,各种基于计算机的应用获得了广泛而快速的运用。计算机存在于我们生活的每个领域。通过计算机的辅助,超声检测能够实时显示、快速成像。通过对超声图像的计算机处理,研究去斑算法降低噪声能有效的提高获取诊断信息的准确性。利用计算机仿真斑点噪声模型,为研究、验证去斑算法提供了客观的研究对象。

本文就是以此作为研究目标,通过对超声斑点产生原理、统计特性以及分布特点的研究,使用计算机仿真软件生成具有实际意义并易于实现的斑点模型,并将其添加到仿真B超图像中,釆用有效的滤波算法,观察其对噪声的抑制效果

1.2医学超声成像知识

1.2.1超声成像原理

超声是一种由物体的机械振动而产生的机械波。它的物理参数包括波长、频率和传播速度等。医学上使用的超声频率范围为2.5?lOMHz,比较常用的是介于人体结构非常的复杂,各种器官与组织,包括病理组织,都有其特定的声阻抗和衰减特性。超声进入人体,由浅表到深处,会经过具有不同声阻抗和衰减特性的器官与组织,从而导致超声波束产生不同的反射和衰减。我们将接收到的回波,根据回波的强弱,在屏幕上用明暗不同的光点显示出来,就可以获得人体的断面超声图像。由于人体器官表面的被膜与其下方组织的声阻抗差异很大,因此就可以形成务好的界面反射和完整而清晰的周边回声,从而显示出器官的轮廊,通过周边回声,就可以判断出器官的形状和大小。当超声经过不同的人体组织时.其内部回声有3种情况,分别为无回声、低回声或不同程度的强回声。超声波成像釆用高频声波作为其成像声源,接收到的声波就是被检查的人体组织结构的反射声波。超声探头作为一个电声换能器,能够把高频电信号通过探头晶体的振动,转换为超声波。当超声进入人体组织后,超声探头将反射回来的超声波转变为高频电信号,在显示屏上显示出来,就得到了人体组织的真实图像。超声波技术的不断进步和发展,使其应用范围得到了极大的扩展,比如在血管、心脏、乳腺以及囊肿的鉴别和各种外科手术的应用上[3]。

第二章超声图像斑点分析

2.1超声图像斑点产生原理

实际超声成像系统中,根据人体组织器官所具有的声学特性,换能器发射超声脉冲,通过体内器官、组织的声学界面形成不同的折射和反射波,部分能量返回换能器,换能器将声能转换成电能,经处理后在屏幕上显示脏器形态。发射的超声波经过介质的散射与反射形成的回波信号,实际上是反向散射信号的连续累加。超声回波反射技术是超声检测中最常用的技术之一,同时,超声成像也是利用超声波反射后的回波进行成像。从上面的论述我们可以看出,当介质表面不均句或具有特殊的微结构特征时,会发生散射现象,因此就会形成一系列的相干波,而斑点噪声就是这些相干波互相干涉所形成的。斑点并不是人体组织内散射粒子的真实图像。由于辨单元内的散射体是随机分布的,它们反向散射的能量也是随机的,因此,这种回波信号具有一定的统计特性。

2.2超声图像斑点的统计特性

采用Tupholme - Stepanishen[46^冲超声波计算领域的方法,基本思路是把换能器发射、接收和声场的传播与散射看成一个线性系统。采用线性系统的方法.对施加于换能器的激励和由阵列计算出的空间脉冲响应函数进行卷积从而得到发射声场等。能够模拟各种不同超声换能器在以脉冲或者连续波工作方式下的脉冲发射和回波的情况。同时还可以模拟出与人体组织真实图像一样的线性图像。现在的Fiddll被广泛的应用于诸如GE、西门子、迈瑞等国际知名超声设备厂商的设备研发中。左边的声换能器可看作是置于无限刚性平面上。其位置由1-2决定。r,表示的点是通过水听器测得的由换能器所产生的声压的测量点。空间中的传播介质是均匀的,因此其密度和声速为一个常量。在声源处施加激励即可在测量场点处得到一个输出。输出的大小和形状与空间点和场点的相对位置有关。所以改变换能器或水听器的位置会产生新的响应。换能器表面发射脉冲以球面波的形式发射,则对于空间中某一点,我们可以根据惠更斯原理得到该点的声压。该点的空间脉冲响应即是将在传感器上每一点的球面波在此点的输出通过积分得到。由下图可见,在声束方向上的空间脉冲响

第一章绪论………………1

1.1论文选题的目的和意义…………1

1.2医学超声成像知识…………2

1.3医学超声图像去噪的背景和国内外研究现状……3

1.4本文研究内容…………7

第二章超声图像斑点分析…………8

2.1超声图像斑点产生原理…………8

2.2超声图像斑点的统计特性…………9

2.3超声图像斑点对数压缩后的统计特性……12

总结

本论文以超声图像的斑点分析和去噪作为主要研究目标,从斑点噪声的产生原理及统计特性、超声图像斑点仿真以及最后对含有斑点噪声的仿真超声图像和临床超声图像釆用去噪算法做去噪处理三个方面做了研究。

1.斑点噪声的形成及其统计特性首先对超声医学成像原理做了说明,阐明了超声斑点的来源。接着针对超声斑点的分布做了分析,得出其服从Rayleigh分布,并得到了其概率密度和分布函数。最后,由于成像过程中要经过电信号的对数压缩,我们又得到其通过对数压缩后的分布函数。通过Matlab软件编程在X线手骨图上添加具有Rayleigh分布的斑点噪声,得到了加有斑点噪声的图像。

2.超声图像斑点仿真首先对超声线性成像系统做了理论研究,如发射声场的计算、散射声场的计、衰减的计算、接收声场的计算、以及空间脉冲响应函数的计算等。接着学习算了 Field II线性仿真软件包中换能器设置函数、声场计算