用于医学超声成像的编码信号研究

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常规的医学超声成像系统采用单载波、短脉冲,存在信噪比差、无法解决分辨力与穿透力的矛盾等问题。采用编码信号可以解决这些问题。目前用于医学超声成像的常用编码信号,都存在不足之处,而且国内外关于此方向的研究较少,所以寻找新的具有良好相关性和实用性的编码信号就尤为重要。这方面的研究主要面临三个难题。第一:寻找最佳编码信号;第二:寻找能够适应人体组织这个传播媒质的编码信号;第三:编码要同时保持好的自相关性与互相关性。论文的目的在于对用于医学超声成像的编码信号进行较系统地研究,解决编码信号研究中面临的三个难题,重点研究第三个难题的解决方案;并结合通信领域相关的、先进的研究成果,突破现有时域编码与脉冲压缩机制的限制,为编码信号的研究提出一些新的思路。目前用于医学超声成像的编码信号,仅为简单的二进制编码和线性调频信号。为了取得性能优异的编码信号,我们给出了多种调制方式结合和多种编码形式结合的研究思路;并将Costas信号引入医学超声中来,对其在医学超声成像中的适应性进行了系统的研究。医学超声成像过程中,人体组织内很强的频率相关衰减对编码信号的影响很大,特别是对具有理想的图钉型模糊函数的信号,这种影响最为明显。基于此,我们对频率相关衰减存在时,仍然具有良好脉冲压缩输出的波形进行了特性分析与总结。接着我们提出了用于医学超声成像的一种新的编码方式“交错码”。因为目前还没找到更好的构造算法,没有深入研究。在采用编码信号的医学超声成像系统中,为了同时满足自相关性与互相关性,我们提出二次编码的方案:将两种特性需求分开实现,一种机制来保证良好的自相关特性,另一种机制来保证良好的互相关特性。这为我们下面的研究提供了方向。依据二次编码的思路,我们提出了交错方法来减少干扰,保证互相关性能。将交错方法作为保证互相关的一种机制,是本论文的重要创新,所以进行了重点研究,提出了两种设计方案。首先,我们提出了采用交错方法来减少多孔径之间的干扰的成像方案。通过理论研究与实验,采用交错方法,得到的互相关的减少与循环的次数成正比;对任意编码信号,适当的交错值都会有效地减少互相关。其次,采用交错方法提出了一种设计,来消除血流成像中因提高脉冲重复频率而引起的干扰。编码性能的好坏,往往要与具体应用结合来分析。所以论文的最后,我们将Golay编码用于时移法血流测量系统,进行了仿真实验与系统实现。此设计充分发挥了Golay编码的优势,相对传统单载波脉冲机制取得更好的性能。上述编码信号的研究表明:编码信号选取既要保持良好的相关特性,同时又要适应超声的实际需求;编码的自、互相关性可以通过两种机制来保证,而且互相关性可以采用多种方式来保证,其中交错方法就是一种可行的方式。
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