仿体表面磁共振声辐射力成像位移精度检测研究

磁共振声辐射力成像(Magnetic Resonance Acoustic Radiation Force Imaging,MR-ARFI)是一种超声焦点定位技术,可通过检测声辐射力作用到生物体内时在局部组织区域产生的微米级位移,实现对超声焦点的定位。基于 MR-ARFI 位移检测结果,可实现经颅超声焦点定位及相位矫正。但目前仍较 少研究对 MR-ARFI 定量技术的位移检测精度进行标定。该文在超声作用参数(输入功率、时长、脉冲重复频率)完全一致的条件下,以激光多普勒技术测得的位移作为金标准,与 MR-ARFI 测得的位移值进行比对,探究 MR-ARFI 的位移检测精度。研究结果显示,激光多普勒测量的最大位移值和位移分布 图与 MR-ARFI 测量结果具有良好的一致性。这表明 MR-ARFI 定位技术具有较高的位移检测精度,可反映检测对象的真实运动情况,有望在脑科学领域发挥重要作用。     

基于快速梯度回波序列的氨基质子转移成像

磁共振氨基质子转移成像技术已经成为一种对机体内蛋白质浓度及活性检测的新方法。目前,磁共振氨基质子转移成像序列设计主要采用预饱和激发脉冲结合回波平面成像序列采集信号,但是在高场系统中回波平面成像序列容易产生图像变形、信号丢失等问题。文章提出一种用快速梯度回波代替回波平面成像序列进行信号采集的序列设计方法,在仿体上研究了不同浓度氨基酸信号强度随预饱和脉冲偏置频率变化的关系,经过图像后处理得到了仿体的氨基质子转移图像。结果显示,仿体氨基质子转移图像无明显畸变,同时对氨基质子转移的转移率与氨基浓度做了定量分析。     

基于CUDA的声辐射力弹性成像算法研究

声辐射力弹性成像是一种新的测量组织硬度的超声成像方法。不同于其他超声组织弹性成像方法,声辐射力弹性成像能够定量测量组织的弹性模量数值,并且具有对操作者经验依赖性低的特点。然而,由于成像算法数据处理量大,运算时间长,声辐射力弹性成像还无法进行准实时的二维成像。为了获得实时的二维声辐射力弹性图像,提出并实现了一种适合于在GPU上并行计算的声辐射力弹性成像算法。通过与运行在CPU上的原始声辐射力弹性成像算法进行对比,证明在GPU上实现的算法大幅度地提高了运算速度。在自制弹性仿体上,比较了基于GPU和CPU两种算法所成的二维弹性分布图像的质量,结果证明两者的图像质量没有明显差异。     

7.0T小动物磁共振成像仪器设施建设

7.0 T布鲁克小动物磁共振成像仪器是用于基础科研的超导磁共振质子成像系统,具有超高强磁场和梯度变换场,最高空间分辨率可达10μm。其拥有强大的软件处理系统,能够完成各种磁共振成像序列实验如自旋回波、梯度回波和平面回波等实验。主要应用于细胞和分子水平的各种活体成像,包括基因表达传递成像、细胞示踪、肿瘤分子影像学、生物医学药材料研究,以及新药开发与研究方面发挥独特的作用。因为它具有高场强、多梯度场、高精度超导磁体等特点,对安装流程、机房选址、场地技术标准等指标都有很高的要求。为了保证核磁的正常运转和图像质量,根据厂家提供的技术参数和场地要求设计出安装流程。结合场地特点设计,按照核磁室设计的要求和原则,对振动、电磁场、机房平面布局、承重、电源、照明、屏蔽设计、失超管等设计和布局并对核磁室合理布局施工。结果:核磁室设施通过了环境验收测试,可以安装小动物磁共振成像仪器。结论:只要严格遵照厂家提供的技术参数和场地要求进行施工,核磁安装前的各项指标都能到达预期的要求。     

超声声辐射力弹性成像中基于拉东变换的剪切波速度估计方法的改进研究

能够无创定量测量人体组织弹性模量的声辐射力脉冲超声弹性成像方法,已经逐渐成为进行肝硬化分期和乳腺癌良恶性判别等临床诊断的重要工具。但是,在临床实践中也发现,弹性模量测量的稳定性会受到测量深度和组织各向异性等多种因素的影响。因此,如何通过算法的改进提高声辐射力脉冲超声弹性成像测量结果的可靠性,一直是该领域所关注的重要课题之一。文章对现有的基于拉东变换的剪切波速度估计算法进行了多种方式的改进,并利用自主研发的声辐射力定量超声弹性成像系统所采集的超声射频数据,对几种方法得出的剪切波速度测量结果进行了比较。这些改进算法可以被分为两类：(I)在以“时间-侧向位置”为坐标的位移矩阵上进行拉东变换;(II)在以“时间-深度”为坐标的位移矩阵上进拉东变换。第一类算法试图找到在某一个特定深度上剪切波侧向传播的最佳拟合轨迹,而第二类算法则试图直接找到在整个测量深度范围内,剪切波波前通过每个侧向位置的准确时间点。文章在标准弹性仿体和离体猪肉组织样本上进行了测量实验,比较了在不同深度位置上重复测量结果的可靠性,以及这些算法的耗时情况。实验结果将有助于我们找到一种兼顾测量稳定性和计算速度的新型剪切波速度估计算法,并将其应用到声辐射力脉冲超声弹性成像中,提高其测量结果的可靠性和在临床应用中的价值。     

基于可控混叠的快速并行磁共振成像 初步研究

基于可控混叠的快速并行成像是目前磁共振快速成像领域的研究热点。该技术在传统的多层同时激发成像原理的基础上,利用相位调制后的多频带射频脉冲同时激发多层,避免被激发的多层图像在同一区域叠加,有利于利用不同层面线圈灵敏度不同的先验信息将不同层的图像分离出来。该技术不仅能够成倍地减少扫描时间,而且所得图像的信噪比相对传统的多层同时激发技术有大幅提升。文章详细介绍基于可控混叠的快速并行成像技术的原理,并给出我们基于该技术与梯度回波序列相结合的快速成像序列及其在水模和人体上的初步测试结果。     

高清晰超声微扫描成像无损检测系统*

设计了一种高清晰焊缝超声成像无损检测方法及检测系统。该系统基于超声无损检测原理和超分辨率图像处理方法,采用水浸聚焦探头对焊缝进行逐点扫描,对每一点的超声反射回波信号进行采样,组成焊缝截面的超声扫描图像,在通过微扫描成像技术获取多帧关于同一场景的互有位移的降质图像后,重建高分辨率高质量图像。设计的检测系统除了具有常规的扫描超声成像功能外,还具有超分辨率成像功能,可突破现有超声成像设备的分辨率限制,大大提高超声成像设备对焊缝中细微缺陷的识别能力,适合于一些需大规模、高质量生产的质量控制单位或制造领域的汽车、造船、集装箱等重要行业使用。     

高清晰超声微扫描成像无损检测系统

设计了一种高清晰焊缝超声成像无损检测方法及检测系统。该系统基于超声无损检测原理和超分辨率图像处理方法,采用水浸聚焦探头对焊缝进行逐点扫描,对每一点的超声反射回波信号进行采样,组成焊缝截面的超声扫描图像,在通过微扫描成像技术获取多帧关于同一场景的互有位移的降质图像后,重建高分辨率高质量图像。设计的检测系统除了具有常规的扫描超声成像功能外,还具有超分辨率成像功能,可突破现有超声成像设备的分辨率限制,大大提高超声成像设备对焊缝中细微缺陷的识别能力,适合于一些需大规模、高质量生产的质量控制单位或制造领域的汽车、造船、集装箱等重要行业使用。     

基于磁敏感的磁兼容金属植入物的正对比磁共振成像

在磁共振成像中,磁共振兼容金属植入物的磁化率较高,从而导致图像信号的缺失与失真,严重影响装置的精准定位和评估。2014年,有学者提出一种正对比成像方法,利用偏移180°回聚脉冲的自旋回波序列,结合特有的定量磁化率重建算法,重建出近距离放射颗粒的正对比图像。在此基础上,文章对该方法进行进一步扩展,在西门子3 T人体磁共振成像系统上,将该方法应用到活检针和过滤器等较大金属介入装置的正对比成像。活检针和过滤器水模磁共振成像实验结果表明,这种正对比成像方法可应用于较大的金属装置,有效地抑制了金属伪影,获得清晰的正对比图像,提高了装置定位和评估的精准度。     

星载SAR卫星天线扰动对波束中心指向的影响

天线波束中心指向稳定度是星载合成孔径雷达（SAR）天线的一个重要指标,影响天线波束中心指向稳定度的因素很多。该文以星载合成孔径雷达等间距均匀分布平面相控阵天线为分析对象,通过建立天线振动模型,分成多个阵元位移、天线阵面偏移、天线阵面振动等三种典型情况,对卫星天线在外力扰动情况下的天线方向图和回波相位变化情况进行分析,推导卫星天线稳定性对天线波束中心指向稳定度的影响,并进行了仿真,简要讨论了天线波束中心指向变化对SAR成像的影响。     

基于宽波束激励的高帧频超声成像方法研究

超声成像的帧频是影响超声成像应用的一个关键因素,成像系统的帧频决定了系统捕捉运动组织的能力,如3D成像、心脏成像、彩色多普勒等。传统超声成像采用延迟聚焦方法可获得较好的图像,但成像帧频较低。目前提高超声成像帧频主要有平面波成像和宽波束激励成像两种方法。平面波成像是通过激励所有阵元同时发射并同时接收超声波,虽在帧频上获得了显著提高,但由于它使用非聚焦技术,分辨率的提高仍然比较有限,特别是当要维持较高帧率而使用较少的扫描角度时,得到的图像质量仍然不高。宽波束成像技术利用多阵元同时发射超声波、远点聚焦、动态实现孔径变迹等方法可极大地提高图像的帧频、均匀性和空间分辨率。文章通过美国 Verasonics公司 V-1数据采集系统采集宽波束数据,进行波束合成建立宽波束超声图像,并与平面波成像和传统聚焦成像技术进行了对比和分析。实验结果表明,相较于平面波成像和传统聚焦成像方法,宽波束成像具有更好的横向分辨率和轴向分辨率,且可获得比传统聚焦方法更高的帧频。     

Multiple ROI selection based focal liver lesion classification in ultrasound images

Ultrasound imaging is one of the most widely used imaging modality for the purpose of visualizing the human soft tissues. Especially, liver imaging application is of great importance in the areas of diagnostic ultrasound. In ultrasound liver image, the classification of lesions depends heavily on the characteristics of the lesions including internal echo, morphology, edge, echogenicity, and posterior echo enhancement. These characteristics are differently observed according to ROI selection methods that may indeed significantly impact the classification performances. Currently developed ROI selection methods have limitation for guaranteeing robust classification performance for focal liver lesions, mainly due to the inherent difficulties that represent all ultrasonic appearances of characteristics of lesion. In order to obtain better and more stable classification performances, we propose a new and novel approach, so-called multiple-ROI based focal liver lesion classification. The proposed approach properly combines the advantages of existing ROI selection methods to represent well various ultrasonic appearances of liver lesions including internal echo, morphology, edge, echogenicity, and posterior echo enhancement. To verify the effectiveness of the proposed ROI selection approach, extensive and comparative experiments have been performed using a total of 150 ultrasound images. Each ultrasound image contains one corresponding focal liver lesion so that a total of 150 focal liver lesions is used, comprising of 50 cysts, 50 hemangiomas, and 50 malignancies. Experimental results show that the proposed multiple-ROI-based approach can achieve the enhanced and stable classification performance regardless of features being used. In addition, our proposed method outperforms other existing classification methods designed for focal liver lesion classification. Especially, the proposed approach attains classification accuracy of up to 80% over well-known challenging task of classifying the hemangiomas and malignancies.     

声速误差对平面波成像质量的影响

在医学超声成像系统中,大多都采用假定声速进行成像.假定声速和真实声速的误差会造成超声图像的空间相位偏移和散焦,降低图像质量.定量分析了声速误差对平面波成像质量的影响.通过Matlab里的k-wave仿真工具箱,获取仿真数据,假定不同声速,通过延迟累加波束形成技术来获得二维超声图像.通过对比度(Contrast Rati...     

HIFU治疗子宫肌瘤中MRI与超声图像的融合研究

超声图像是高强度聚焦超声（HIFU）消融肿瘤中应用最多的影像学监控技术,但是超声图像质量差,图像伪影明显,通常还需要借助MRI图像,基于此,提出了一种新的影像监控方案,利用从MRI图像上分割出的肿瘤边界与实时超声图像融合,共同对HIFU治疗进行监控与导航。实验结果表明,基于MRI图像可以实时获取到任意切面平滑、准确的子宫肌瘤轮廓线,并融合显示于实时超声图像上,清晰的轮廓线既不影响超声的实时监控又弥补了某些切面的超声图像中肿瘤边界不完整的缺陷,为HIFU的精确治疗打下基础。     

基于导波理论的管道缺陷成像研究

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上,研究了超声导波在检测管道时,如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息,而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值,并被包含在回波信号中为传感器接收,所以通过对接收信号进行相应的处理便可预测缺陷处的波形用以成像。针对管道中的单通孔人工缺陷和轴向位置不同的双槽形人工缺陷,利用非轴对称端面加载的传感器激励L（0,2）模态导波进行检测,通过改变传感器周向位置获得一组检测信号以实现缺陷形状的成像。成像结果不仅能反映缺陷的类型,还能实现缺陷在轴向和周向的二维定位,对轴向双缺陷的定位取决于时间参数的选择。     

光电测量二维微角位移的新方法研究与实现

为了解决对旋转台定位精度校准的同时又能对其台面俯仰角度进行测量的问题,提出了一种光电测量二维微角位移的新方法。在激光自准直光路中,采用数字信号处理器(DSP)获取准直物镜焦平面上V字形分划板在自扫描光电二极管阵列(SSPA)上两次成像之间的位移量,根据光学成像原理与像的外形特征,建立了像的平面位移量与被测物体二维角位移量的关系式,从而计算出角位移量。此方法的测量精度达到0.9″,满足旋转台校准的需要。     

一种合成聚焦的便携式B型超声成像方法

传统合成聚焦超声成像方法在图像重建过程中处理数据量较大,致使其在便携式B型超声设备中应用受限。针对该问题,提出一种基于压缩感知理论和合成聚焦波束形成算法的便携式B型超声成像方法(SFCS)。该方法通过对接收到的射频回波信号进行随机采样得到欠采样的测量信号,将测量信号经过合成聚焦波束形成处理获得欠采样的射频信号线,基于压缩感知的信号重构算法,由欠采样的射频信号线高质量地恢复信号后供后续成像处理使用。仿真实验结果表明,SFCS可有效地解决合成聚焦超声成像过程中数据量大的问题,从而在保证较高成像质量的前提下满足便携式B型超声设备小型化、低成本的技术要求,具有工程应用价值。     

在体全眼微血流超声超分辨成像

多类眼科疾病的早期阶段一般伴有血管的形态学和血流动力学改变,因此,全眼微血管评估对眼科疾病的综合诊断具有重要作用。由于光学成像技术的穿透深度有限,特别是在介质透光率低的情况下,现有的光学成像技术难以对整个眼睛的微血管进行可视化。为此,该文开发了一种超声超分辨成像技术,可以微米级分辨率可视化全眼三维微血管系统。首先,用中心频率为10 MHz的线性阵列快速采集多帧序列;其次,经过微泡信号提取,中心点定位,追踪和中心点叠加得到一个剖面的超分辨率图像;最后,将机械扫描的所有剖面重建为兔全眼三维超分辨率微血管图像。实验结果证明,超声定位显微镜可以显示整个眼睛的微血管系统,这对眼科疾病的早期诊断具有重要意义。     

空化效应对高强度聚焦超声产生的组织损伤的影响

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）已在临床治疗肿瘤领域展示了较好的应用前景,但目前的治疗计划中未考虑空化效应的影响。本文通过离体实验研究了空化效应对HIFU治疗中组织损伤形成的影响。首先采用KZK非线性方程和Pennes生物传热模型,在理论上模拟了不同超声激励参数的HIFU热效应产生的组织损伤。然后在实验中改变脉冲长度和声压,比较了实验和理论上产生的损伤形成。最后采用B型成像系统定量监测产生的声空化,从而定量分析空化效应对损伤形成的影响,为HIFU治疗策略的设计提供更好的指导。