第一章绪论
一、超声作为医学诊断工具的发展和趋势
我国从1958年应用超声诊断,至今已积累了很多资料,有了相当丰富的经验,并有新的创造和改进,目前应用的超声仪器类型、探察方法逐渐增多,诊断的疾病也日趋广泛,并在研究各种新的显像和探察技术.最早应用超声探察疾病的是,在1942年使用连续式A型超声仪,用穿透法诊断脑颅疾病,经过试验研究,穿透法取得的进展不大,至1950年各国的学者开始研究利用A型脉冲式超声诊断仪,用反射法探察疾病,先后用于探察胆结石、乳腺脓肿、肾脏肿物和肺结核等等,获得了某些成就,从此脉冲超声反射法墓本上代替了穿透法,对其它一些疾病的诊断,也逐渐达到了使用阶段,但近来超声穿透法又有新的发展.为了探察脑中线以及双侧眼球的对比等,除应用A型诊断仪的单迹显示法外,现在更多用双迹显示法,即双相示波法,可以同时对比左右组织器官的各径数值以及回声图的变化等等.A型超声诊断仪的构造简单操作方便,在探察液性占位性病变以及测距方面也较精确,在我国至今应用的最为普及,探察病种之多、积累资料的丰富均为国外所不及.但其直观性差,对一些复杂的脏器和疾病,所显示的回声图往往解释困难,再现性也差,故较难掌握,实践经验少者易于造成误诊.
二、在医疗仪攀中引入计算机的意义
由于微电子技术的发展,8位计算机在医疗仪器方面的应用已十分普及;16位计算机已涌入医疗仪器行业.带32位计算机的医疗仪器产品也已问世.HP公司总裁曾在1980年预言:“今后设计的仪器几乎没有一种仪器不是采用微处理器的”。现在,脑电、心电、肌电图仪,多道生理记录仪,监护仪(包括分娩监护、新生儿监护,手术监护和遥测监护)等装置几乎都带计算机.引入计算机以后,从深度与广度上扩展了医疗仪器的功能,概括如下:
1.赋予医疗仪器以信号处理的功能
由于计算机功能的增强,一些信号处理方法均可实现,入叠加平均、数字滤波、自适应滤波、相关计算等.图像处理中的勾边处理、灰度矫正、直方图均衡等也在医疗设备自带的计算机中实现.B型超声实时扫描成像仪中就采用了某些图像处理技术.由于在肌电、脑电图仪中应用了相干平均技术,使噪声与伪差得到了有效的控制.并使在体表心电信号中检测His信号成为可能.在胎儿监护仪中利用自相关和自适应原理,把胎儿心电和母体的心电以及因母体子宫的其它活动产生的杂波分开.在上述Ho1ter系统及实时监护仪中,借助于计算机模板匹配技术可将异常的QRS波识别出来.采用数字滤波的优点是可以减少墓线漂移,克服模拟滤波器的缺点,提高稳定性.总之,信号处理技术的引入,使医疗仪器的性能全面改善,功能大大加强.
第二章理论墓础及算法实现
课题的研究过程中,我们采用了有关文献作者提出的人体组织的离散散射体模型理论作为我们研究的出发点.同时发现,该理论具有一定的局限性。首先,离散散射体模型仅是人体组织的一维线性的理想化模型,忽略了人体组织对于超声所能表现的复杂的生理特性.其次,对超声波回波信号的频谱分析中,该理论推荐使用AR模型功率谱估计算法,这个算法对于回波信号的信噪比要求比较高并且AR模型阶数p的选取对数据分析的结果有很大的影响.所以,我们研究中进一步发展了这个理论。对超声波回波信号分析时,我们增加了一种频谱方法一超分辨率快速谱估计算法,并且在仿真过程对两种谱估计算法进行比较.仿真结果看出在回波信号分析中,超分辨率谱估计算法比AR模型功率谱估计算法具有更高的温度分辨率.同时,超声的物理特性同样是我们对整个超声无损测温系统仿真的理论依据。因此,在理论研究中,我们重点研究了超声的物理特性;人体组织的离散散射体模型(超声体模)理论;回波信号数据分析的两种算法和超声体模的温度相关性。
一、超声诊断的物理墓础
超声诊断在国内从1958年开始使用,至今已积累了大量的临床应用资料,但由于超声在人体内传播的各种数据和物理过程研究不够,例如人体各种组织在正常及病理状态时的声阻抗率、吸收系数等均了解甚少,超声在各种组织中的反射、折射、透射等物理过程和能量转变情况均未很好阐明,加上仪器的机械及电器性能还不够完善,对脉冲超声反射波型所反映的被探察组织的病理状态的判断,具有某些盲目型和仅凭经验的倾向,而不是完全建立在深厚的超声生物物理的原理基础之上,因此也影响了超声诊断的准确性和限制了其应用的范围。超声诊断技术的完善和发展,除仪器这一重要因素外,人体的超声物理学的深入研究,也是必不可少和关键因素之一在本课题的研究工作中正是以超声波作为一种探察工具获取人体组织内的温度信息,超声波的性质直接决定了数据分析的结果.因此,深入研究诊断超声的性质是研究工作重要的第一步.
二、人体组织的离散散射体模型(超声体模)理论
1.参数定义
(1)平均散射体间隔d
生物组织和介质可以看作一些散射体的半规则点阵构成(就诊断超声所涉及的区域来说).这些散射体在某一整个区域上按平均距离d彼此间隔,这个平均距离就叫做平均散射体间隔.组织中平均散射体间隔d随组织温度的升高(或降低)而增大(或减小).作为温度函数的这种增大和减小,一般用组织的热膨胀线性系数a来确定。
(2)超声波声速。
超声波的声速。是介质的函数,。在不同的介质和人体组织的中的数值是不同的.超声波的声速c也是温度的函数.在大多数组织和水中,。随温度升高而增大,在脂肪组织中,。随温度的升高而减小.
第一幸绪论……………………1
一、超声作为医学诊断工具的发展和趋势……1
二、在医疗仪器中引入计算机的意义……4
三、超声作为医学临床中温度诊断工具的概况与展望……7
四、课题的研究方法及重点……9
第二幸理论基础及算法实现……12
一、超声诊断的物理墓础……12
二、人体组织的离散散射体模型(超声体模)理论……25
三、自回归AR模型功率谱估计……26
四、超分辨率快速谱估计算法……27
五、超声体模的温度相关性……28
结论
本文描述了利用诊断脉冲超声波无损检测人体组织内部温度技术的理论研究及计算机仿真。理论研究已经证明从频谱求出的基频,与超声体模中的温度之间存在某种线性关系。这种线性关系已由计算机仿真及实验得到定量的证明.基频,的改变是由于超声体模中平均散射体间隔的变化引起的.平均散射体间隔是超声体模中温度的函数。我们研究发现,在理论上使用频谱估算技术具有最小值为0.2℃的温度分辨率和最小值为的空间分辨率.这些分辨率能够适用实际的临床医疗.我们研究的技术是一种用来估算组织本身温度变化的技术,而且它的结果一般与导致组织温度变化的方法无关。这种技术理论将能提供完全非侵入的组织温度测量方法,因此,为温度成像提供基础。
参考文献
1王永炎.中医内科学[M].上海科学技术出版社,2003,75079.
2汪泳涛,张再良.论金匾肺萎.上海中医药杂志,2000,(9):41.
3罗仁,杨运高,陈达理.肺系病证妙谛M]人民军医出版社,2008,330-333.
4湍冰.泻肺化疲法治疗肺胀理论初探中华中医药学刊,2007,25
5黄广平.中医对病因病机的认识及中医固本治疗M.陕西中医学院学报,2005,28(3):12-13.
6郑洁,洪广祥./治肺不远温0在慢性阻塞性肺疾病(COPD)急性发作期的临床研究.江西中医药,2000,36(6):20-22.
7罗丽雯.慢性阻塞性肺疾病的病因病机探讨.陕西中医学院学报,2007,30(3):13一14.
8田玉美.田玉美论肺胀阳虚水泛证治.湖北中医杂志,1999,21:443.
9马新荣.苏子降气汤合参蛤散治疗肺胀78例[J].河北中医,2007,29(12):1099
10时万文蓉,卢泰坤.论阳虚痰疲是慢性阻塞性肺疾病的基本病机.中医药学刊,2005,23(9):1672.
