非線性醫學超聲中的自適應波束控制研究

《非線性醫學超聲中的自適應波束控制研究》是依託復旦大學，由汪源源擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非線性醫學超聲中的自適應波束控制研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：汪源源

項目摘要

對超聲非線性現象的研究和利用是當今醫學超聲最為活躍的研究領域和增長點，超音波束控制策略的有效性是決定非線性超聲成像和治療質量的關鍵因素。從理論和實驗中研究超聲在生物組織中的非線性傳播特性，揭示超音波束在複雜組織結構中的變化規律，為非線性超聲成像和治療中的波束控制策略提供新方法和理論依據。.本項目通過數值求解非線性波動方程的方法對聲場進行準確模擬；針對非線性超聲成像，在模擬聲場中研究非線性參數的形成、變化和提取，在此基礎上結合陣列信號處理理論提出非線性超聲成像的波束控制方案；針對非線性超聲治療，設計實驗測量典型生物體組織產生非線性空化效應的聲強臨界點，並在模擬聲場中研究聲波通過多層組織後波束匯聚發生的改變，根據聲強分布和波束指向性函式設計波束控制策略。.項目的完成對提高非線性超聲成像的組織鑑別能力和圖像質量，提高非線性超聲治療的安全性和有效性具有非常重要的意義。

結題摘要

非線性超聲是醫學超聲研究的重要領域，波束控制方法是非線性超聲成像的關鍵環節。本項目圍繞超聲非線性波動方程的數值求解和典型生物組織超聲建模、非線性參數B/A提取及其超聲成像、醫學超聲成像波束形成算法及其在諧波成像中的推廣和適合多種場合的超音波束控制方法四個方面開展研究工作，取得的主要研究成果有：實現了基於時域有限差分法的超聲非線性波動方程full-wave模型的仿真求解；建立了生物組織超聲非線性仿真平台；運用擴展比較法結合濾波反投影仿真實現了B/A參量層析成像，並提出了基於自適應增益補償的B/A成像方法；提出了基於波束域的特徵空間最小方差波束形成器、與特徵空間最小方差波束形成器相結合的基於子陣列相干的後置濾波器算法、基於鄰域信息的特徵空間波束形成算法等三種方法，並進一步推廣提出基於特徵空間相干因子的諧波點目標增強成像算法；提出了適合平面波複合成像的廣義相干係數成像算法、基於多波技術的平面波複合成像自適應波束形成算法、基於多角度平面波相關性的旁瓣抑制成像算法等三種方法，並進一步提出了基於脈衝反轉技術的疊代頻率複合諧波成像方法；提出了基於自適應合成發射孔徑的短間距空間相干成像，並分析了相干係數和維納波束形成器用於合成孔徑成像的理論框架，進一步提出了針對合成孔徑成像的維納波束形成方法。項目發表了標註基金號的期刊論文47篇，其中被SCI檢索32篇，被EI檢索(含同時被SCI檢索)24篇；會議論文14篇，其中被EI檢索10篇。項目執行期間，項目負責人獲得2015年上海市自然科學三等獎，申請發明專利3項；培養博士生5名、碩士生12名。項目建立的生物組織超聲非線性仿真平台，為非線性醫學超聲的研究提供了有效的信號源。提出的各種波束控制方法對於醫學超聲成像(包括非線性超聲成像)的發展具有理論意義和套用價值。