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数字超声成像原理和架构体系设计 版权信息
- ISBN：9787030401632
- 条形码：9787030401632 ; 978-7-03-040163-2
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
数字超声成像原理和架构体系设计 内容简介
近10年以来，随着临床医学的发展和科学技术的进步，超声影像技术在成像方法、探头、信号检测与处理方法及临床应用软件等方面都取得了长足的进步，使图像质量和分辨率越来越高。在技术实现的手段上，DSC（数字扫描变换器）和数字波束形成技术的应用标志着超声诊断设备进入了全数字时代。计算机硬件和软件技术的进步使超声诊断范围和信息量不断扩充，当前超声诊断已从单一器官扩大到全身，从静态到动态从定性到定量，从二维到四维。本书从电子技术的近期新发展，对现代数字超声的体系构架设计到新元器件的应用，从多波束合成技术，到复合成像等图像处理新技术等方面进行了详细描述，特别是结合作者对数字超声的开发过程的经验和教训进行了总结，提供了大量数字超声设计的手资料，是医学仪器开发和维护工程师的重要参考书籍，也是集现代医学仪器体系设计、硬件和原理描述为一体的专门学术著作
数字超声成像原理和架构体系设计 目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 超声成像的背景与意义 1
1.2 超声成像方法的现状 1
1.3 波束形成技术 4
参考文献 5
第2章 数字超声的基础理论与成像原理 6
2.1 数字B型超声成像系统原理 6
2.2 超声成像基础理论 7
2.2.1 超声波产生与接收原理 7
2.2.2 超声波信号的特性 7
2.2.3 超声波的反射、折射和散射 9
2.2.4 超声波的衰减 10
2.2.5 超声波声场特性 11
2.3 高速采样的AD转换 12
2.4 时间增益控制 13
2.5 超声成像质量的评价标准 14
2.5.1 轴向分辨率 14
2.5.2 横向分辨率 14
2.5.3 对比度 14
2.5.4 时间分辨率 15
2.5.5 动态范围 15
参考文献 15
第3章 数字超声硬件系统的设计与研究 17
3.1 数字B型超声系统的原理 17
3.2 超声发射电路 18
3.3 超声扫描线的生成 19
3.3.1 超声扫查的原理 19
3.3.2 间隔扫查方法 20
3.3.3 收发交叉扫查方法 20
3.3.4 收发间隔交叉扫查方法 22
3.3.5 飞越扫查方法 22
3.4 发射阵列开关 23
3.4.1 发射阵列 23
3.4.2 超声发射信号的整序网络 24
3.4.3 超声发射信号的产生 28
3.5 TR接收电路 30
3.6 时间增益控制电路 32
3.6.1 时间增益控制原理 32
3.6.2 时间增益控制电路的设计 33
3.7 高速AD转换 36
3.8 接收整序网络 37
参考文献 42
第4章 敢字波束舍成技术 43
4.1 延时叠加被束形成 43
4.2 聚焦技术 44
4.2.1 聚焦技术的实现过程 45
4.2.2 声场分布的计算 46
4.2.3 凸阵探头的仿真 47
4.2.4 超声圄像的仿真 50
4.3 动态聚焦的工程实现方法 51
4.4 非均匀采样法动态聚焦 55
4.5 均匀采样内插法动态聚焦 59
4.5.1 聚焦延时参数实时修正的产生方法 59
4.5.2 聚焦延时参数的压缩存储与实时生成方法 62
4.5.3 逐点聚焦算法的FPGA实现 67
4.5.4 改进聚焦算法的性能分析与讨论 69
4.6 数字多波柬逐点聚焦技术 70
4.7 幅度变迹技术 74
4.7.1 单一幅度变迹 74
4.7.2 分段动态变迹技术的研究 77
4.7.3 动态幅度变迹技术的实现方法 82
4.8 动态孔径技术 83
4.8.1 动态孔径的优点 84
4.8.2 动态孔径的原理及实现算法 85
4.8.3 仿真成像 87
4.9 动态孔径与动态聚焦延时参数的融合设计 90
4.9.1 聚焦延时的计算90
4.9.2 动态孔径控制方法 91
4.9.3 融合动态孔径聚焦延时参数的压缩 91
4.9.4 Geabr0实验数据集成像 95
参考文献 95
第5章 超声回渡信号的处理技术 97
5.1 动态滤波技术 97
5.1.1 数字滤披器98
5.1.2 动态滤波器设计 99
5.1.3 动态滤披棒的FPGA 实现 101
5.2 包络检测技术 104
5.3 对数压缩技术 108
参考文献 109
第6章 超声的数字图像处理技术 110
6.1 数字扫描变换技术 110
6.1.1 坐标变换 11 111
6.1.2 线性插值 111
6.2 图像的帧相关 112
参考文献 114
第7章 基于虚拟阵元的超声成像双黯焦波束合成 115
7.1 基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法 115
7.2 披束合成器BF1的延迟参数计算 117
7.3 被束合成器BF2的延迟参数计算 118
7.4 仿真结果及讨论 119
参考文献 122
第8章 自适应波束合成算法 123
8.1 标准的*小方差波束合成算法 123
8.2 稳健的自适应加权波束合成算法 124
8.2.1 对角加载法 124
8.2.2 空间平滑法 125
8.2.3 特征空问法 127
8.2.4 广义相干系数 128
8.3 *小方差波束合成与基于*小方差相干系数融合的超声成像方法 129
8.4 基于特征壁间的前后向*小方差波束合成 130
8.5 仿真结果及讨论 131
8.5.1 传统延时叠加成像 131
8.5.2 *小方差波束合成与基于*小方差相干系数融合的成像 134
8.5.3 基于特征空间的前后向*小方差披束合成的成像 138
参考文献 142
第9章 Chirp码与自适应加权融合的鲁棒双翼焦超声波束合成 143
9.1 Chirp编码信号 143
9.2 匹配滤波器与脉冲压缩 144
9.3 基于Chirp码与自适应加权的鲁棒超声双聚焦波束合成 146
9.4 仿真结果及讨论 147
参考文献 151
第10章 数字超声系统设计中的若干问题与解决方法 152
10.1 控制策略与性价比的问题 152
10.1.1 分时复用的四波柬控制策略 153
10.1.2 数据码流的降频处理问题 156
10.2 超声硬件系统设计的噪声问题 159
10.2.1 超声硬件拓扑结构布局问题 159
10.2.2 超声电路的元器件参数选择问题 160
10.2.3 超声电路中的电源波动引人噪声问题 162
10.2.4 超声电路中信号传输阻抗匹配问题 163
10.2.5 超声电路中的信号串扰问题 167
10.2.6 超声回波信号的屏蔽问题 169
10.2.7 超声电路中的信号隔离与共地问题 172
10.3 高速AD转换器的时钟设计 176
10.3.1 AD转换器时钟的抖动问题 177
10.3.2 抑制AD转换器时钟的抖动 179
10.3.3 多路AD转换器同步时钟的设计 180
10.4 高速LVDS串行接口 182
10.4.1 E5805的LVDS充数据连接 183
10.4.2 LVDS数据线的皿配设计 184
10.4.3 LVDS数据的串行接收 185
10.4.4 LVDS数据的测试与分析 187
参考文献 188
第11章 超声弹性成像基本原理和成像关键方程 189
11.1 弹性成像的形成背景 190
11.1.1 超声弹性成像的原理和方法 190
11.1.2 弹性固与声像图的区别 191
11.1.3 与超声弹性图质量有关的重要参数及理论方面的进展 191
11.1.4 算法方面的进展 193
11.2 弹性波与物质相互作用及超声弹性成像的物理基础 195
11.2.1 弹性披在生物组织中传播的物理方程 197
11.2.2 披动方程的导出 198
11.2.3 非齐次波动方程的Fredhohn 解 202
11.2.4 声波与生物组织相互作用 203
参考文献 206
第口章声波与声子晶体 207
12.1 背景 207
12.2 声子晶体 207
12.2.1 声子晶体的带隙形成机制 208
12.2.2 声子晶体的研究方法 209
12.2.3 声子晶体的缺陆态 210
12.2.4 声子晶体的应用 211
12.3 转移矩阵方法与一维声子晶体的带结构 212
12.3.1 运动方程 212
12.3.2 转移矩阵方法 213
12.4 折射率呈余弦变化的一维光子晶体带结构 216
12.4.1 弹性波波动方程 216
12.4.2 电磁波动方程 218
参考文献 219
第13章 弹性波在介质中的传播成像及Nα法正则参戴的选择 221
13.1 弹性波 221
13.2 Fredholm方程的离散化 221
13.3 逆散射成像中的正则化方法 223
13.3.1 Tikhonov方法 223
13.3.2 截断奇异值方法 224
13.3.3 L-曲线法 225
13.4 Burg谱估计与K-S检验 225
13.5 求正则参数的归一化累积频谱Burg法 228
参考文献 231
第14章 NCB正则化Lanczos超声反卷积大规模逆成像 232
14.1 超声解卷面临的问题 232
14.2 Lanczos-NCB混合法解卷 233
14.2.1 卷积问题的离散化 233
14.2.2 Lanczos混合法求解大规模逆问题 235
14.2.3 正则NCB方法 235
14.3 算法实现与模拟 236
参考文献 237
第15章 基于光流的超声心动圄心肌运动与变形分析 238
15.1 光流的基本概念 239
15.1.1 光流 239
15.1.2 运动场与光流 240
15.1.3 光流的梯度约束方程 241
15.1.4 孔径问题 242
15.2 光流法 243
15.3 不同模型光滑项选择 248
15.4 中值公式 250
15.4.1 以TV模型为基础的中值公式计算 250
15.4.2 图像离散的中值公式计算 252
15.5 经典Horn-Schunck鲁棒性p函数光流估计 255
15.6 离散中值滤波高阶TV模型的计算 256
15.6.1 P函数光流估计的全变差中值滤披离散方程 256
15.6.2 阶梯效应的消除 257
15.6.3 改进的p函数光流估计与中值公式的刮算 259
15.6.4 对高阶项模型的改进方式 261
15.7 实验结论与数值计算 262
参考文献 269
前言
第1章 绪论 1
1.1 超声成像的背景与意义 1
1.2 超声成像方法的现状 1
1.3 波束形成技术 4
参考文献 5
第2章 数字超声的基础理论与成像原理 6
2.1 数字B型超声成像系统原理 6
2.2 超声成像基础理论 7
2.2.1 超声波产生与接收原理 7
2.2.2 超声波信号的特性 7
2.2.3 超声波的反射、折射和散射 9
2.2.4 超声波的衰减 10
2.2.5 超声波声场特性 11
2.3 高速采样的AD转换 12
2.4 时间增益控制 13
2.5 超声成像质量的评价标准 14
2.5.1 轴向分辨率 14
2.5.2 横向分辨率 14
2.5.3 对比度 14
2.5.4 时间分辨率 15
2.5.5 动态范围 15
参考文献 15
第3章 数字超声硬件系统的设计与研究 17
3.1 数字B型超声系统的原理 17
3.2 超声发射电路 18
3.3 超声扫描线的生成 19
3.3.1 超声扫查的原理 19
3.3.2 间隔扫查方法 20
3.3.3 收发交叉扫查方法 20
3.3.4 收发间隔交叉扫查方法 22
3.3.5 飞越扫查方法 22
3.4 发射阵列开关 23
3.4.1 发射阵列 23
3.4.2 超声发射信号的整序网络 24
3.4.3 超声发射信号的产生 28
3.5 TR接收电路 30
3.6 时间增益控制电路 32
3.6.1 时间增益控制原理 32
3.6.2 时间增益控制电路的设计 33
3.7 高速AD转换 36
3.8 接收整序网络 37
参考文献 42
第4章 敢字波束舍成技术 43
4.1 延时叠加被束形成 43
4.2 聚焦技术 44
4.2.1 聚焦技术的实现过程 45
4.2.2 声场分布的计算 46
4.2.3 凸阵探头的仿真 47
4.2.4 超声圄像的仿真 50
4.3 动态聚焦的工程实现方法 51
4.4 非均匀采样法动态聚焦 55
4.5 均匀采样内插法动态聚焦 59
4.5.1 聚焦延时参数实时修正的产生方法 59
4.5.2 聚焦延时参数的压缩存储与实时生成方法 62
4.5.3 逐点聚焦算法的FPGA实现 67
4.5.4 改进聚焦算法的性能分析与讨论 69
4.6 数字多波柬逐点聚焦技术 70
4.7 幅度变迹技术 74
4.7.1 单一幅度变迹 74
4.7.2 分段动态变迹技术的研究 77
4.7.3 动态幅度变迹技术的实现方法 82
4.8 动态孔径技术 83
4.8.1 动态孔径的优点 84
4.8.2 动态孔径的原理及实现算法 85
4.8.3 仿真成像 87
4.9 动态孔径与动态聚焦延时参数的融合设计 90
4.9.1 聚焦延时的计算90
4.9.2 动态孔径控制方法 91
4.9.3 融合动态孔径聚焦延时参数的压缩 91
4.9.4 Geabr0实验数据集成像 95
参考文献 95
第5章 超声回渡信号的处理技术 97
5.1 动态滤波技术 97
5.1.1 数字滤披器98
5.1.2 动态滤波器设计 99
5.1.3 动态滤披棒的FPGA 实现 101
5.2 包络检测技术 104
5.3 对数压缩技术 108
参考文献 109
第6章 超声的数字图像处理技术 110
6.1 数字扫描变换技术 110
6.1.1 坐标变换 11 111
6.1.2 线性插值 111
6.2 图像的帧相关 112
参考文献 114
第7章 基于虚拟阵元的超声成像双黯焦波束合成 115
7.1 基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法 115
7.2 披束合成器BF1的延迟参数计算 117
7.3 被束合成器BF2的延迟参数计算 118
7.4 仿真结果及讨论 119
参考文献 122
第8章 自适应波束合成算法 123
8.1 标准的*小方差波束合成算法 123
8.2 稳健的自适应加权波束合成算法 124
8.2.1 对角加载法 124
8.2.2 空间平滑法 125
8.2.3 特征空问法 127
8.2.4 广义相干系数 128
8.3 *小方差波束合成与基于*小方差相干系数融合的超声成像方法 129
8.4 基于特征壁间的前后向*小方差波束合成 130
8.5 仿真结果及讨论 131
8.5.1 传统延时叠加成像 131
8.5.2 *小方差波束合成与基于*小方差相干系数融合的成像 134
8.5.3 基于特征空间的前后向*小方差披束合成的成像 138
参考文献 142
第9章 Chirp码与自适应加权融合的鲁棒双翼焦超声波束合成 143
9.1 Chirp编码信号 143
9.2 匹配滤波器与脉冲压缩 144
9.3 基于Chirp码与自适应加权的鲁棒超声双聚焦波束合成 146
9.4 仿真结果及讨论 147
参考文献 151
第10章 数字超声系统设计中的若干问题与解决方法 152
10.1 控制策略与性价比的问题 152
10.1.1 分时复用的四波柬控制策略 153
10.1.2 数据码流的降频处理问题 156
10.2 超声硬件系统设计的噪声问题 159
10.2.1 超声硬件拓扑结构布局问题 159
10.2.2 超声电路的元器件参数选择问题 160
10.2.3 超声电路中的电源波动引人噪声问题 162
10.2.4 超声电路中信号传输阻抗匹配问题 163
10.2.5 超声电路中的信号串扰问题 167
10.2.6 超声回波信号的屏蔽问题 169
10.2.7 超声电路中的信号隔离与共地问题 172
10.3 高速AD转换器的时钟设计 176
10.3.1 AD转换器时钟的抖动问题 177
10.3.2 抑制AD转换器时钟的抖动 179
10.3.3 多路AD转换器同步时钟的设计 180
10.4 高速LVDS串行接口 182
10.4.1 E5805的LVDS充数据连接 183
10.4.2 LVDS数据线的皿配设计 184
10.4.3 LVDS数据的串行接收 185
10.4.4 LVDS数据的测试与分析 187
参考文献 188
第11章 超声弹性成像基本原理和成像关键方程 189
11.1 弹性成像的形成背景 190
11.1.1 超声弹性成像的原理和方法 190
11.1.2 弹性固与声像图的区别 191
11.1.3 与超声弹性图质量有关的重要参数及理论方面的进展 191
11.1.4 算法方面的进展 193
11.2 弹性波与物质相互作用及超声弹性成像的物理基础 195
11.2.1 弹性披在生物组织中传播的物理方程 197
11.2.2 披动方程的导出 198
11.2.3 非齐次波动方程的Fredhohn 解 202
11.2.4 声波与生物组织相互作用 203
参考文献 206
第口章声波与声子晶体 207
12.1 背景 207
12.2 声子晶体 207
12.2.1 声子晶体的带隙形成机制 208
12.2.2 声子晶体的研究方法 209
12.2.3 声子晶体的缺陆态 210
12.2.4 声子晶体的应用 211
12.3 转移矩阵方法与一维声子晶体的带结构 212
12.3.1 运动方程 212
12.3.2 转移矩阵方法 213
12.4 折射率呈余弦变化的一维光子晶体带结构 216
12.4.1 弹性波波动方程 216
12.4.2 电磁波动方程 218
参考文献 219
第13章 弹性波在介质中的传播成像及Nα法正则参戴的选择 221
13.1 弹性波 221
13.2 Fredholm方程的离散化 221
13.3 逆散射成像中的正则化方法 223
13.3.1 Tikhonov方法 223
13.3.2 截断奇异值方法 224
13.3.3 L-曲线法 225
13.4 Burg谱估计与K-S检验 225
13.5 求正则参数的归一化累积频谱Burg法 228
参考文献 231
第14章 NCB正则化Lanczos超声反卷积大规模逆成像 232
14.1 超声解卷面临的问题 232
14.2 Lanczos-NCB混合法解卷 233
14.2.1 卷积问题的离散化 233
14.2.2 Lanczos混合法求解大规模逆问题 235
14.2.3 正则NCB方法 235
14.3 算法实现与模拟 236
参考文献 237
第15章 基于光流的超声心动圄心肌运动与变形分析 238
15.1 光流的基本概念 239
15.1.1 光流 239
15.1.2 运动场与光流 240
15.1.3 光流的梯度约束方程 241
15.1.4 孔径问题 242
15.2 光流法 243
15.3 不同模型光滑项选择 248
15.4 中值公式 250
15.4.1 以TV模型为基础的中值公式计算 250
15.4.2 图像离散的中值公式计算 252
15.5 经典Horn-Schunck鲁棒性p函数光流估计 255
15.6 离散中值滤波高阶TV模型的计算 256
15.6.1 P函数光流估计的全变差中值滤披离散方程 256
15.6.2 阶梯效应的消除 257
15.6.3 改进的p函数光流估计与中值公式的刮算 259
15.6.4 对高阶项模型的改进方式 261
15.7 实验结论与数值计算 262
参考文献 269
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