【文章內(nèi)容簡介】 彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒血流顯像儀簡稱彩超，包括兩部分二維切面顯像和彩色顯像。只有有了滿意的黑白結(jié)構(gòu)顯像和清晰的彩色血流顯像才能有高質(zhì)量的彩色顯示。有了二維切面顯示，再打開“彩色血流顯像”開關(guān)，彩色血流信號將自動疊加到黑白二維結(jié)構(gòu)顯示上，然后根據(jù)需求選擇速度顯示、方差顯示或功率顯示。彩色多普勒血流顯像即是通過對散射回聲多普勒信息作相位檢測并經(jīng)自相關(guān)處理，彩色灰階編碼，把平均血流速度分類以彩色顯示，它與B超圖像和M超心動圖相結(jié)合，可提供心臟和大血管內(nèi)血流的時間和空間信息?？赏瑫r顯示心臟某一斷面上的全部血流束的分布及數(shù)目，腔室形態(tài)、大小；表現(xiàn)血流途徑及方向；辨別層流、湍流或渦流；測量血流束的面積、輪廓長度和寬度；清楚暗示血管結(jié)構(gòu)異常與血流動力學(xué)異常的關(guān)系。臨床用于心臟瓣膜病，先天性心臟病、心肌病、心臟腫瘤的無創(chuàng)傷診斷，彩色多普勒血流顯像直觀、相形、快速檢測，診斷靈敏和準(zhǔn)確率很高。當(dāng)然彩色多普勒血流顯像也有其局限性，它更多的作為定性診斷的方法，而對血流動力學(xué)的定量分析還須借助頻譜多普勒。 B超成像原理及應(yīng)用 超聲脈沖回聲檢測是B超設(shè)備成像的基本原理。原理如圖2—1所示，首先時序電路發(fā)出觸發(fā)脈沖，使發(fā)射電路產(chǎn)生一個窄脈沖，激勵換能器向人體發(fā)射超聲脈沖信號，當(dāng)超聲脈沖遇到人體的組織器官界面時產(chǎn)生反射或散射的回聲脈沖信號。然后換能器接受這些回聲信號并將之轉(zhuǎn)換成電信號，按先后次序輸入放大器。因為放大器有足夠的放大量，所以能把比較弱的信號放大到數(shù)百毫伏以上，甚至幾伏特。放大后的信號經(jīng)過檢波，就可以得到代表發(fā)射界面的深度和特性的電信號，接著這些信號還要經(jīng)過一定的信號處理和視頻放大，才能按照一定的方式顯示出來，根據(jù)顯示出來的圖像醫(yī)生就可以對病人的病情做出診斷。接受隔離與放大電路檢波信號處理與視頻放大換能器TGC放大電路時序電路顯示器時基觸發(fā)圖21 B超的原理方框圖根據(jù)掃描方式的不同，B超診斷設(shè)備可以分為線性掃描、扇形掃描、凸陣掃描等。實時線性診斷儀是使超聲束在人體內(nèi)部做快速的直線運動，運動方向和聲波前進(jìn)方向垂直，然后對獲取的回聲信號做亮度調(diào)制，這樣就可以得到一副矩形切面圖。實時線性診斷儀適用于一般的腹部檢查，有多種不同頻率的探頭，但是探頭和人體接觸面積較大，檢查時需要大的透聲窗才能使聲束有效的經(jīng)過檢查目標(biāo)。而實時扇形診斷儀是使超聲波束在人體內(nèi)部做快速的扇形運動，因此顯示的是一副扇形切面圖像。實時扇形診斷儀主要應(yīng)用于心臟的探查，探頭小，便于肋間掃查，但是相對的視野就比較小了。實時凸陣診斷儀則具有比扇形探頭近場視野大，又比線陣遠(yuǎn)場視野廣的優(yōu)點。斷層圖像的特征是B超圖像應(yīng)用于診斷的依據(jù)，如圖像形態(tài)、灰度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、邊界回聲、回聲總體、臟器后方情況以及周圍組織表現(xiàn)等，B超在臨床醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用主要有以下及方面：① 在產(chǎn)科方面的應(yīng)用由于超聲診斷具有準(zhǔn)確率高、重復(fù)性好、方法便捷、安全無副作用等優(yōu)點，所以在產(chǎn)科妊娠檢查中很受歡迎。B超在妊娠的檢查中可以顯示胎位、胎心、胎盤、宮外孕、死胎、盆腔腫塊等，同時也可以根據(jù)胎頭的大小估計妊娠周數(shù)。② 在人體內(nèi)部臟器方法探測的應(yīng)用這里的臟器包括肝臟、脾臟、泌尿系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等，B超都可以對這臟器的外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測，區(qū)分腫塊的性質(zhì)，特別是對動物疾病的檢測具有很高的準(zhǔn)確率。同時也可顯示動態(tài)器官的檢測，如心臟瓣膜的運動情況等。③ 在表淺器官內(nèi)部組織探測方面的應(yīng)用如眼鏡、甲狀腺、乳房等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探查和線度的測量。B超為灰度調(diào)制型顯示，將回聲信號的強(qiáng)弱以光點強(qiáng)弱的形式顯示出來。隨著探頭的移動或晶片的交替輪換光點進(jìn)行移動掃描。因為掃描是連續(xù)的，所以可以由點、線掃描出臟器的解剖斷面，是二維空間顯示。不同組織有不同的回聲強(qiáng)度和不同的聲衰減，如組織內(nèi)含水分比較多的，聲衰減比較低，圖像上就有其明顯的暗區(qū)顯示，就可以比較容易的提取邊界；可是如果組織內(nèi)含膠原蛋白比較多，則聲衰減比較高，邊界的提取就比較困難。超聲圖像的質(zhì)量相對于CT、核磁共振等其他醫(yī)學(xué)圖像就比較差，這主要是由于超聲圖像的成像機(jī)理造成的。尤其是超聲圖像中的斑點噪聲，降低了圖像的可分辨性，嚴(yán)重影響了圖像質(zhì)量，使得邊緣與細(xì)節(jié)變的模糊，增加了醫(yī)學(xué)診斷與治療的難度。因而，研究斑點噪聲的特性，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究如何抑制這種噪聲，并保留與增強(qiáng)圖像邊緣和細(xì)節(jié)特征，對于準(zhǔn)確的進(jìn)行邊緣檢測、圖像識別、分割與定位，以及診斷器官是否有病變都具有十分重要的意義。第三章 超聲圖像去噪方法現(xiàn)有的圖像去噪處理方法大致可以分為空間域方法和頻域方法兩種：前一種方法主要是利用圖像的平滑模板對該圖像進(jìn)行卷積，來抑制或者去除噪聲；另一種方法則是通過先對圖像進(jìn)行變換，然后選擇合適的濾波器進(jìn)行去噪，最后再進(jìn)行反變換得到所期望的去噪圖像。 均值濾波方法均值濾波是典型的線性濾波算法，就是在圖像中對目標(biāo)像素給一個模板，這個模板包括其周圍的臨近像素（以目標(biāo)像素作為中心的周圍的8個像素，構(gòu)成一個濾波模板，即去除目標(biāo)像素本身）。把原來的像素值用模板中的全體像素的平均值代替。領(lǐng)域平均法是均值濾波主要采用的方法。用均值代替原圖像中的各個像素值是均值濾波的基本原理，即對要處理的像素點（,）選擇一個模板，該模板由臨近的像素組成，求模板中所有像素的均值，再把該均值賦予像素點（,），作為處理后圖像在該點的灰度值（,），即 （31）為該模板中包含當(dāng)前像素在內(nèi)的像素總個數(shù)。這種方法通過把突變點的灰度分散在其相鄰點中來達(dá)到平滑的效果，操作起來簡單，但是這樣的平滑往往造成圖像的模糊，由此可以證明，對圖像的均值處理就是相當(dāng)于讓圖像通過低通濾波器。均值濾波的實現(xiàn)效果圖如圖31：圖31 均值濾波效果圖結(jié)果表明，當(dāng)所用的模板尺寸越大時，去噪的噪聲效果也越大，但是同時卻使得圖像更加模糊，細(xì)節(jié)銳化程度不斷減弱。 維納濾波方法維納濾波是經(jīng)典的線性濾波，維納濾波是一種在平穩(wěn)條件下采用最小均方誤差準(zhǔn)則得出的最佳濾波準(zhǔn)則，這種方法是尋找一個使得均方誤差最小的最佳線性濾波器。其實質(zhì)就是解維納霍夫方程。維納濾波首先就要估計出像素的局部矩陣均值和方差： （32）是圖像中每個像素mn的領(lǐng)域，利用維納濾波器估計出其灰度值： （33）整幅圖像的方差根據(jù)圖像局部調(diào)整濾波的輸出，當(dāng)局部方差較大時，濾波的效果較弱，反之，則濾波的效果較強(qiáng)，這是一種自適應(yīng)濾波。維納濾波的實現(xiàn)效果圖如圖32：圖32 維納濾波效果圖由結(jié)果可以看出，均值濾波后的圖像效果比較差，不僅噪聲減少的不明顯，而且使得圖像模糊度增加。相比之下，維納濾波后的圖像效果質(zhì)量則明顯好很多，大大減少噪聲的影響，使得圖像清晰度提高，更有利于圖像的識別。維納濾波能在較好的保存圖像邊緣的前提下，較好的消除強(qiáng)脈沖性噪聲的影響。中值濾波是一種非線性的信號處理方法，其基本原理是用數(shù)字圖像或數(shù)字序列中某一點領(lǐng)域中各點值的中值代替改點的值。通俗的講就是用一個活動的窗口沿著圖像移動，然后用窗口內(nèi)所有象素灰度中值來代替該窗口中心位置的象素灰度。對于一幅圖像的象素矩陣，取以目標(biāo)象素為中心的一個子矩陣窗口，這個窗口可以是355等，根據(jù)不同的需要選擇不同的窗口，如方形、圓形、十字形等。對窗口內(nèi)的象素灰度排序，取中間一個值作為目標(biāo)象素的新灰度值。設(shè)表示數(shù)字圖像各點的灰度值，濾波窗口為A的二維中值濾波可定義為： （34）在多少個數(shù)值中求中值這是由領(lǐng)域的大小來決定的，而在什么樣的幾何空間中取元素計算中值則是由窗口的形狀決定的。所以窗口的形狀和大小有時對濾波的效果有很大影響。中值濾波的實現(xiàn)效果圖如圖33：圖33 中值濾波效果圖從這些去噪后的圖像中可以看出，選擇77窗口的去噪圖像效果明顯選擇33窗口的去噪圖像要號，所以選擇適當(dāng)大小的濾波窗口可以在最大限度保持圖像精度的基礎(chǔ)上進(jìn)行去噪處理。 小波變換方法由小波的多分辨率原理可知，信號的低頻部分對應(yīng)變化平緩的信息，而信號的高頻部分則對應(yīng)變化較快的信息。任務(wù)小波函數(shù)都可以用平移的雙倍分辨率尺度函數(shù)的加權(quán)和來表示，則前者是相應(yīng)的雙尺度方程，后者是尺度函數(shù)與小波函數(shù)關(guān)系：根據(jù)以上函數(shù)，如二維圖像為（,），圖像大小為NM，則離散小波變換為： （35）其中，與為分辨率參數(shù)，是任意的開始尺寸，（,）系數(shù)定義了在尺度的（,）的近似，即對應(yīng)了低頻分量，（,）定義了\附加的水平、垂直和對角方向的細(xì)節(jié)，即對應(yīng)了高頻分量。小波變換表達(dá)信號是基于時、頻兩個方面的。超聲圖像的去噪就是利用小波變換的多尺度頻率特性對確定信號具有“集中”這個能力進(jìn)行的，“集中”能力只要是說有少數(shù)包含大部分信號有用信息的小波系數(shù)大于其它的小波系數(shù)，因此可以通過小波系數(shù)的閾值處理去除噪聲。這樣閾值的處理就成了小波去噪的重要問題，而這種處理方式有兩種硬閾值： （36）軟閾值： （37）式中，為的符號。硬閾值可以比較好的保留圖像細(xì)節(jié)邊緣等局部特征，但是由于得到的估計小波系數(shù)連續(xù)性差，重構(gòu)后的圖像可能因為信號的振蕩而出現(xiàn)振鈴、偽吉布斯等視覺失真現(xiàn)象。相比于硬閾值，軟閾值的效果就好很多，得到的估計小波系數(shù)連續(xù)性好，而且有更高的信噪比。通過研究表明，閾值選的過大會丟失高頻信息，使得圖像模糊，反之則去噪的效果不明顯。這樣，選擇怎樣的閾值就成了小波去噪的關(guān)鍵，要想獲得效果良好的去噪圖像，就必須選取適當(dāng)?shù)拈撝怠Ｄ壳伴撝档氖褂梅秩珠撝岛途植块撝祪深悾珠撝导磳Ω鲗铀械男〔ㄏ禂?shù)或同一層的小波系數(shù)都是一樣的，而局部閾值則是依據(jù)當(dāng)前系數(shù)的局部情況來確定閾值。（1） 全局閾值 固定門限準(zhǔn)則中： （38） 其中為噪聲標(biāo)準(zhǔn)差，為圖像信號尺度結(jié)論表明大于該閾值的系數(shù)含有的噪聲信號的概論趨于零。但是這種閾值與信號的尺度對數(shù)的平方根成正比，當(dāng)尺度過大時，往往會產(chǎn)生“過扼殺”系數(shù)的現(xiàn)象，所以雖然這種閾值有較好的理論基礎(chǔ)，但實際應(yīng)用效果并不是很好。（2） 最大最小化閾值: （39）這種閾值由于是基于悲觀決策的思想，所以也會出現(xiàn)“過扼殺”系數(shù)現(xiàn)象（3） 置信區(qū)間閾值： （310）這種閾值的依據(jù)是零均值的正態(tài)分布變量