基于反向传播算法的超声断层成像重建方法研究

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1、硕士学位论文基于反向传播算法的超声断层成像重建方法研究RESEARCHONULTRASONICTOMOGRAPHYRECONSTRUCTIONMETHODBASEDONBACKPROPAGATIONALGORITHM张值豪哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.41学校代码：10213国际图书分类号：681.39密级：公开工学硕士学位论文基于反向传播算法的超声断层成像重建方法研究硕士研究生：张值豪导师：马秀娟教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：信息与电气工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391

2、.41U.D.C:681.39DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONULTRASONICTOMOGRAPHYRECONSTRUCTIONMETHODBASEDONBACKPROPAGATIONALGORITHMCandidate:ZhangZhihaoSupervisor:Prof.MaXiujuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ElectricalEngineeringAffiliation:SchoolofInformationa

3、ndElectricalEngineeringDateofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文介绍了断层成像数学基础、超声断层成像的原理和透射式超声断层成像系统的构成，设计了超声探头的三角线阵排列方式。采用滤波反投影算法对投影数据进行重构运算，推导了平行束、扇形束和三角线阵滤波反投影算法的重建公式及算法实现步骤；分析了探头个数、投影角度对成像质量的影响。采用迭代重建算法进行图像重建，引出ART算法以及改进的SART算法和SIRT算法

4、，分别给出其算法步骤，并通过理论计算的方式分析了不同算法的效率与成像质量。建立了待测组织模型，设置了组织内部的声速场以及密度场，以及不同的探头形式。使用k-wave工具箱对超声断层成像透射过程仿真，得到发射、接收到的超声信号。针对滤波反投影算法，解决了平行束的算法无法应用在环形探头上的问题，仿真了平行束以及扇形束的重建算法；仿真了三角线阵的滤波反投影算法。针对迭代重建算法，提出了快速求取系数矩阵和改善图像质量的方法，帮助成功实现了重建算法；使用SIRT算法完成了对三角线阵采集数据的图像重建。针对仿真的结果对之前设置的方案的可行性进行分析，并对重建算法的效果进行对比分析。关键字：超

5、声CT；三角线阵探头；反向传播算法；滤波反投影重建算法；迭代重建算法；k-wave仿真-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThispaperintroducesthemathematicalbasisofthetomographyimaging,theprincipleofultrasonictomographyandthestructureofthetransmissiontypeultrasoundimagingsystem.Inordertooptimizethesignalacquisitionprocess,thetriangularlineararra

6、yofultrasonicprobeisdesigned.Theprojectiondataarereconstructedbythefilteredbackprojectionalgorithm.Parallelbeam,fanbeamandtrianglelinearrayfilterbackprojectionalgorithmreconstructionformulawerederived,whiletherealizationstepsofthealgorithmaregiven.Throughthetheoreticalcalculation,thispaperana

7、lyzetheeffectofprobenumberandtheprojectionangleofimagingquality.TherelatediterativereconstructionalgorithmofultrasonicCTisusedtoreconstructtheimage.TheARTalgorithm,theimprovedSARTalgorithmandtheSIRTalgorithmisintroduced,whilethestepsofthealgo