基于压缩感知的超声图像重建

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在现有的医学成像模式中,超声成像广泛应用于临床诊断中,如妊娠监测,心脏成像或血液流量估计等。超声成像的主要优点是安全性高、成本低以及实时性,这些特性使之成为医学诊断最常用的方式之一。然而,随着三维、四维超声的不断发展和普及,超声的实时性受到了挑战,越来越高的超声数据量不仅增加了成像的时间,也占据了更多的内存空间,不利于临床诊断或图像处理。  本文的目的在于研究相关技术,在信号采集阶段降低超声数据,同时保证最后的图像重建质量。为此,本文采用压缩感知理论,压缩感知成功实现了信号的同时采样与压缩,为了实现这一点,压缩感知依赖两个准则:稀疏性(涉及信号本身)和非相关性(涉及传感方式)。  本文首先介绍了超声的成像原理、图像复原理论、压缩感知及其在超声成像中的一些应用。接着从一维压缩感知入手,研究二维压缩感知以及超声k空间重建,并结合这两者提出超声的二维k空间重建。为了将压缩感知真正的应用到超声领域,研究了超声的成像过程,结合实际,提出重建超声射频图像,使用FieldⅡ仿真得到射频数据。  同时为了寻求更高效的重建算法,本文研究了共轭梯度算法以及分布式压缩感知,采用共轭梯度算法结合总变差重建图像,时间相当可观,并且对于不同的图像重建质量较稳定;分布式压缩感知建立在联合稀疏或组稀疏的基础上,文中采用JSM-2型联合稀疏模型的同步正交匹配追踪算法,结合每个射频信号在一维傅里叶基下的稀疏假设,对射频图像进行重建,并最终重建出相应的B超图像。实验表明,该算法在较低采样率时,仍能保证良好的重建质量,重建时间也很乐观,尤其适用于超声射频图像的重建。
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