内窥超声合成孔径成像技术的研究

【摘要】：超声内窥镜将微型超声扫描探头通过电子内窥镜的活检通道送入人体，在电子内窥镜观察体内器官内腔粘膜面的同时，微型超声扫描成像系统可获取人体内脏器官壁的断层图像，发现其中的早期癌变和微小肿瘤，是目前诊断人体内脏器官病变的最有效方法之一。 本文在实验室内镜超声成像系统和内窥超声成像技术的基础上，针对系统分辨率、信噪比的改善和超声波在人体中传播时产生的衰减和扩散等关键问题，首次提出了基于单阵元换能器探头的内窥超声合成孔径技术。利用单阵元换能器探头的旋转效应，在探头旋转的不同时刻与位置发射并接收超声回波，等效合成较大的孔径，以增强内窥超声图像的分辨率与信噪比；并通过算法鲁棒性及声波传播衰减特性的研究，提出相位补偿等改进算法。 本文的主要工作有： 1.提出用于内窥超声成像的、基于单阵元换能器的内窥超声合成孔径方法和合成孔径聚焦算法（SAF）。根据超声回波的编码特性与线性调频特性，完成对内窥超声合成孔径图像的重建。 2.提出一种基于Chirp编码的鲁棒医学超声内窥合成孔径方法（CRSA），采用具有大多普勒容限与时间带宽积的Chirp码代替传统的Barker码激励超声换能器，以减小人体组织声速误差对成像结果的影响。 3.完成CRSA方法的仿真研究，分析人体组织声速误差对CRSA方法所成图像的影响，验证方法的鲁棒性。 4.研究超声回波在人体内部传播过程中产生的轴向与侧向（方位向）衰减，得到回波衰减与超声波中心频率、合成孔径系统侧向分辨率和正交解调结果的变化关系。 5.根据对超声波传播衰减的研究，提出一种基于相位补偿的改进内窥超声合成孔径方法，校正因超声波衰减造成的回波相位失真，提高系统的分辨率。 6.设计内窥超声合成孔径实验系统，完成内窥超声合成孔径算法的生物组织实验、多点目标成像实验，验证算法的有效性。