医学超声成像中编码鼓舞技能与性能改善分析
第一章 绪论
按照对超声波应用的不同，医学超声技术可以分为超声诊断技术和超声治疗技术[3]。从物理的角度看，超声波既是一种信息载体，又是一种能量形式。超声诊断（ultrasonic diagnosis）是将安全范围内的超声波作为信息载体，通过对人体组织和器官进行探查，达到诊断的目的。具有不同密度、不同声速等理化特性的生物组织对超声波会产生反射、散射、透射、衰减和非线性等物理效应，运动的组织还会产生多普勒效应，因此提取、分析、处理超声波在生物组织中传播携带的丰富信息，并以图像等形式直观地显示出来，就可以观察生物组织的内在特性[4]。超声治疗（ultrasonic therapy）则是以超声波为能量载体，通过超声波对人体组织的作用，达到治疗或康复的目的。利用超声波的能量，改变生物组织的性质或现实。超声波与人体组织相互作用的机制主要有以下三种[5]-[6]：（1）机械机制，例如超声理疗中的微按摩、超声外科中的组织切割。（2）热学机制，例如超声肿瘤热疗和高强度聚焦超声肿瘤治疗。（3）空化与击破效应，例如选择性的血管破坏、非侵入性的深部动脉阻断。
............
第二章 医学超声成像的基础理论和方法
2.1 医学超声的物理基础
声波的频率范围很宽，为10-4 Hz~1014 Hz。频率低于 20 Hz的声波称为次声波，频率在20 Hz~20000 Hz范围内的声波称为可听声波，频率高于20000 Hz的声波称为超声波，频率高于 108 Hz的声波称为特超声波[34]。通常，用于医学诊断的超声波频率为 1 MHz~15 MHz。超声波在一定距离内沿直线传播，具有良好的束射性和方向性。当声波能量较小时，超声波对人体基本无害[26]。 从声源或超声换能器发射的超声波以波动形式向传播媒质内部传播。根据媒质中质点的振动方向和声波传播方向的不同，超声波可分为纵波、横波、表面波和兰姆波，其中，横波和纵波最为常见[34]。由于人体组织含有大量的液体和气体，而且在医学超声诊断设备中常使用液体超声耦合剂，因此用于医学成像的超声波通常为纵波[3]。
2.2 医学超声成像技术
利用超声波在分层组织界面反射后的回波幅度信号获得图像信息。在本章 2.1.3 节中指出，超声波入射到由不同声特性阻抗的组织组成的界面时，会发生反射。而且，回波（反射波）的幅度与组成分界面的两种组织的声特性阻抗之差成正比，也就是声特性阻抗之差越大，回波幅度也越大。此外，回波幅度还与入射角关于，入射角度越小，回波幅度越大。当入射波幅度一定而且入射角相同时，组织界面反射的回波幅度就由组织界面的结构特性决定。所以，利用检测回波的幅度，可以传递人体组织的结构学信息。此外，还可以获取组织的空间位置信息。在医学超声成像系统中，超声信号经过发射探头发射，遇到组织散射体反射，回波信号被接收探头接收，进行波束成形、包络检波等处理，在显示屏上成像[51]。如图 2-3所示。其中，编码激励成像系统还包括在发射端有编码器和在接收端有脉冲压缩模块，如图2-3虚线框所示。
第三章 基于幅度加权的预失真线性调频编码激励及其性能分析...............34
3.1 引言..........34
3.2 超声探头对线性调频编码激励的影响...... 34
3.3 线性调频编码激励系统的旁瓣抑制..........36
3.4 基于幅度加权的预失真线性调频编码激励.........42
3.5 仿真实验与性能分析............43
第四章 基于线性调频载波调制的Barer编码激励及其性能分析..........50
4.1 引言.........50
4.1 引言............50
4.2 基于正弦载波调制的传统Barer编码激励技术...........51
第五章 基于线性调频载波调制的Barer编码激励的若干改进...........72
5.1 引言..............72
5.2 基于伪chirp载波调制的Barer编码激励及其性能分析......... 73
第五章 基于线性调频载波调制的 Barer 编码激励的若干改进
5.1 引言
然后，将基于线性调频载波调制的Barer编码信号的设计思想应用到Golay编码激励，提出一种基于线性调频载波调制的Golay编码激励方法。在基于线性调频载波调制的 Barer 编码激励中，系统的信噪比增益既可以通过载波的时间-带宽积又可以通过Barer 码长获得。但是，Barer 码长最大不超过 13。在脉冲压缩滤波器的设计中，为了抑制来自 Barer 编码匹配滤波输出的旁瓣，采用 Barer 编码的失配滤波器，不仅有信噪比损失，而且使得脉冲压缩处理复杂。对比 Barer编码，Golay编码有如下优点：其一，码长取值可以很大，从而获得更高的信噪比增益；其二，理想情况下匹配滤波输出无旁瓣，脉冲压缩算法简易。
5.2基于伪 chirp 载波调制的 Barer 编码激励及其性能分析
基于伪 chirp载波调制的Barer编码信号波形有相位突变的现象，例如+1变为－1，其频谱有高频成分。在超声成像系统中，超声探头相当于一个带通滤波器，可以滤除发射信号的高频成分，起到平滑的作用。考虑探头的脉冲响应，中心频率为5 MHz，-6 dB相对带宽为 60%。基于伪 chirp 载波调制的 Barer 编码信号参数取值如下： ，，P =130f =5MHz 1.4pT =μs 和 B =4MHz ，经过发射探头发射，被接收探头接收后，回波信号经过匹配滤波器得到压缩脉冲信号，如图5-2所示。从图 5-2 可以看到，基于伪 chirp 载波调制的 Barer 编码信号的自相关特性良好。而且，与 LFM-Barer 编码激励比较，两者在压缩脉冲的旁瓣波形方面有相同的几何特征。值得注意的是，图5-2对应的伪chirp载波的时间-带宽积为5.6，压缩脉冲信号的主瓣内有旁瓣，峰值为-18dB，来自于伪chirp载波的自相关函数。
...........
总 结
本文的研究目的是选择和设计更好的编码激励和脉冲压缩方法，进一步提高超声成像的质量。通过对本领域的现有理论和方法的调研，本文的主要贡献和结论有： 1）为了提高轴向分辨力和确保成像对比度，提出了一种编码激励方法。该方法将线性调频发射信号幅度加权技术和回波信号旁瓣抑制技术相结合，一方面使得回波信号的带宽不局限于探头，提高轴向分辨力；另一方面提高发射信号的带宽并采用失配滤波器进行脉冲压缩，实现旁瓣抑制，确保成像对比度。仿真结果表明，与恒包络的线性调频编码激励相比，该方法在轴向分辨力和对比度两方面，取得较好的折中效果；不仅可以提高轴向分辨力，而且确保对比度。
............
参考文献（略）