超聲成像的數據處理演算法有哪些

A. 聲速測量還有沒有別的數據處理方法能通過用它的到λ值

產生共振駐波現象，波幅達到極大。
聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出，當接收器端面移動到某個共振位置時。
經接收器反射後。
由縱波的性質可以證明，振動位移處於波節時，則聲壓是處於波腹，接收到的聲壓最大，經接收器轉換成的電信號也最強。
利用示波器觀察超聲波的振幅和相位，用振幅法和相位法測定波長。
（二）振幅法
由發射器發出的聲波近似於平面波，由示波器直接讀出頻率f，發射器發出的超聲波功率最大。
接收器端面近似為一波節。
當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振。
（一）諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件，每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率，當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時，是最佳工作狀態，波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加，即實驗時用結構相同的一對（發射器和接收器）超聲壓電陶瓷換能器，來作聲壓與電壓之間的轉換，如果繼續移動接收器，將再次出現最強的電信號測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系，示波器上會出現最強的電信號

B. 怎樣提高超聲圖像的解析度 新聞

近年來，隨著科學的發展以及數字技術的普及，作為醫生診斷和治療重要輔 助手段的醫學影像技術在診斷、術前計劃、治療、術後監測等各個環節中發揮著 越來越大的作用。其中，超聲醫學影像技術以其獨有的優勢成為現代醫學影像技 術中不可替代的支柱，得到了廣泛的應用。 在超聲醫學圖像的獲取過程中，由於超聲影像設備中電子器件的隨機擾動和 人體組織器官的運動，使圖像變得模糊、失真：另外由於超聲成像的相干特性與 成像器官和組織結構上的不均勻以及表面的粗糙導致超聲圖像廣泛地存在著斑點 雜訊。雜訊嚴重影響了圖像質量，尤其掩蓋了圖像的某些細節特徵信息，給醫學 診斷與自動識別帶柬了困難，也使得對圖像的後續處理更加困難。因此，抑制噪 聲、提高圖像解析度是超聲圖像處理的重要環節。 基於正則化方法的變分法和偏微分方程濾波技術是近年來出現的新的超聲醫 學圖像濾波技術，是一種自適應非線性去噪技術，它以某種方式簡化數據使得只 有那些值得注意的圖像特徵被保持，在去除雜訊的同時能夠保持邊緣、線條和紋 理等圖像特徵，從而受到越來越多的關注。 本文首先系統地分析了醫學超聲圖像處理的背景、發展歷史以及超聲成像的 原理，說明了研究超聲圖像處理的重要性和本課題的現實意義：然後介紹了圖像 及圖像處理的相關知識、超聲圖像的雜訊分析與處理、正則化方法等；接著研究 了基於整體變分模型的超聲圖像處理以及超聲圖像的各向異性擴散濾波方法，重 點研究了整體變分和各向異性擴散在超聲圖像處理中的應用。對基於整體變分和 各向異性擴散方法的去噪原理、演算法的優勢、缺點以及前人的後續工作都進行了 分析和闡述，並在此基礎上提出了適於超聲圖像分析的改進模型，將這些模型和 演算法應用於超聲圖像的去噪，通過MATLAB模擬實驗，給出了不同演算法的去噪效果 比較，結果表明了改進演算法的有效性。

C. 如何用逐差法處理超聲聲波實驗的數據

1. 逐差法能夠對超聲聲速測量過程中的樣本點進行充分利用，同時減少測量儀器帶來的誤差，通過逐差法，能夠很容易的發現測量過程中的數據的錯誤點。逐差法是一種常用的數據處理方式。

2. 逐差法是為提高實驗數據的利用率，減小了隨機誤差的影響，另外也可減小了實驗中儀器誤差分量，因此是一種常用的數據處理方法。其把測量數據中的因變數進行逐項相減或按順序分為兩組進行對應項相減，然後將所得差值作為因變數的多次測量值進行數據處理的方法

3. 逐差法是針對自變數等量變化，因變數也做等量變化時，所測得有序數據等間隔相減後取其逐差平均值得到的結果。其優點是充分利用了測量數據，具有對數據取平均的效果，可及時發現差錯或數據的分布規律，及時糾正或及時總結數據規律。它也是物理實驗中處理數據常用的一種方法。

4. 例如在高中物理「求勻變速直線運動物體的加速度」實驗中分析紙帶就是用的逐差法。
   

D. 醫學超聲成像原理

我總結一下醫學超聲成像的原理

超聲波成像需要三個步驟：發射聲波，接受反射聲波，以及信號分析處理得到圖像。

超聲波探頭是通過壓電陶瓷換能器發射超聲波，不同的探頭能夠發射的聲波頻率不同。醫學超聲波頻率一般是2-13MHz，聲波頻率越高，衍射越弱，成像分別率越高；但與此同時，頻率越高，聲波衰減也越快，穿透深度就小。因此，我們在探測心臟的時候，只能用頻率較低的聲波，否則探測的深度不夠，雖然成像效果差一些；而在探測頸動脈、股動脈等表皮下方的血管時，就用頻率高的聲波，成像好清晰許多。實驗中，我們採用的心臟探頭為2-4MHz，血管探頭為10MHz。

接收反射波的依舊是同一個超聲波探頭，壓電陶瓷換能器將聲波信號轉換成電信號，之後電腦上的系統進行信號處理成像。

B型超聲波顯示的是探頭面向的組織切面的二維灰度圖。我們知道確定二維灰度圖上的每個點需要3個信息，橫坐標、縱坐標和灰度。這些是怎麼得到的呢？由於超聲波在人體內接觸到組織會反射，不同的組織聲阻抗不同，根據接收到的回波反射率計算得到聲阻抗，對應於圖上的灰度（如血管壁的組織聲阻抗差不多，在圖像上的灰度就差不多，就能看出來是血管的形狀）。假設探頭是一維的，那麼探頭上每一個探針的位置就對應一個橫坐標。縱坐標是由發射和接收聲波的時間差決定的，假設聲波在人體中傳播速度相同，那麼時間越長表示反射組織的位置越深。最後由得到的灰度圖，可以看到組織輪廓，並可以進行測量，如血管直徑，面積等等。

當然，具體的成像過程遠遠比這個復雜，因為B超是實時的，如何區分發射波、反射波、如何去除噪音，放大信號，信號處理非常復雜，我也不清楚。但以上簡單的描述，已經足夠我們大致了解成像的過程。

多普勒效應我們中學物理都學過，無論是發射者還是接收者相對聲波傳播介質運動，都會引起觀察到的聲波頻率的變化。

利用多普勒效應測量血流速度如下圖，探頭發射聲波的方向和血流方向的夾角為 \theta，發射聲波頻率為 f_0，反射聲波頻率為 f'，多普勒頻率也就是頻移為f_D，聲波在人體組織中傳播速度為c，血流速度為v

則由多普勒頻率可以計算得到血流速度，公式如下

它的推導過程主要就是套兩次多普勒效應公式，發射時認為接收者（血液）相對聲波介質（人體組織）運動，而回收時認為發射者（血液反射聲波）相對介質運動。然後相加項近似兩個頻率不變得到分母的2f_0。

之前做彩超檢查子宮，我就問給我檢查的護士姐姐啥是彩色超聲波，因為我發現無論是檢查結果還是他們的顯示屏都是黑乎乎的，完全不知道彩色在哪裡。

彩超相比於B超，通過多普勒效應測量血流的速度，並在圖像中通過著色來表出來。所以這個彩色並不是直接反應人體組織顏色的，頗令人失望。一般來講，圖像中紅色表示血流方向是迎面而來，而藍色表示血流方向是離你而去。同時，顏色越深表示血流速度越快。

脈沖多普勒的原理不太懂，網上查了一下彩色多普勒和脈沖多普勒的區別，大概是方法不太一樣，也有各自的優缺點。實驗時，我們通過脈沖多普勒得到血流速度的頻譜，也就是血路速度隨時間的變化圖（波形圖），不是人體組織的成像圖。通過測量兩個血流速度脈沖之間的水平距離（時間差），就可以計算得到心率，如果在彩色多普勒圖像（B型超聲圖像也行）測量血管的直徑，進而計算出血管的面積，再乘以血流速度的波形圖一個周期內曲線下方的面積（積分），就可以得到血流量（一分鍾內流過的血流體積）

下圖就是我的頸動脈彩色多普勒成像（上部分），和脈沖多普勒成像（下部分），並且測量了血流速度的峰值、心率（2倍心率）、血管直徑和血流量（VolFlow）等信息

總結起來，醫學超聲儀器的物理原理：用壓電換能器發射和接收超聲波，通過反射率、接收時間、探針位置得到組織輪廓成像，通過多普勒效應測量血流速度。B超成像是二維的灰度圖，反應組織輪廓，彩超是二維灰度圖上加了血流速度的信息，脈沖多普勒得到的是血流速度隨時間的變化波形。

想起來一個有趣的地方，用脈沖多普勒的時候，儀器會發出跳動的聲音，無論是測量血管還是心臟。我不知道這個聲音，是我心跳或者血流脈沖聲音的放大，還是儀器自帶的聲音，配合我心跳的跳動而播放。

一些自問自答 ：

1.血流速度怎麼測量：多普勒效應

2.血流量怎麼得到：血管面積乘以血流速度的積分

3.心率怎麼得到：脈沖多普勒中，兩次血流量最大值的之間間隔為周期

4.心臟容積怎麼得到：描跡自動求面積

5.血管面積怎麼得到：描跡或者測量血管半徑

6.心功能怎麼得到：心收縮和心舒張的左心室心臟容量的比值

7.彩色多普勒和脈沖多普勒的區別：一個是二維成像圖、一個是頻譜

參考資料：

1. 維基網路：醫學超聲檢查

相關文章

我寫了幾篇博客來介紹和記錄我們的四級物理實驗： 用醫學超聲儀器研究運動對人體血流分布的影響

① 為什麼在校醫院做大物四級實驗

② 醫學超聲成像原理

③ 運動對血流分布的影響 實驗設計

④ 運動對人體血流分布的影響 實驗結果

E. 在圖像處理中有哪些演算法

1、圖像變換：

由於圖像陣列很大，直接在空間域中進行處理，涉及計算量很大。採用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散餘弦變換等間接處理技術，將空間域的處理轉換為變換域處理，可減少計算量，獲得更有效的處理。它在圖像處理中也有著廣泛而有效的應用。

2、圖像編碼壓縮：

圖像編碼壓縮技術可減少描述圖像的數據量，以便節省圖像傳輸、處理時間和減少所佔用的存儲器容量。

壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進行。

編碼是壓縮技術中最重要的方法，它在圖像處理技術中是發展最早且比較成熟的技術。

3、圖像增強和復原：

圖像增強和復原的目的是為了提高圖像的質量，如去除雜訊，提高圖像的清晰度等。

圖像增強不考慮圖像降質的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細節明顯；如強化低頻分量可減少圖像中雜訊影響。

4、圖像分割：

圖像分割是數字圖像處理中的關鍵技術之一。

圖像分割是將圖像中有意義的特徵部分提取出來，其有意義的特徵有圖像中的邊緣、區域等，這是進一步進行圖像識別、分析和理解的基礎。

5、圖像描述：

圖像描述是圖像識別和理解的必要前提。

一般圖像的描述方法採用二維形狀描述，它有邊界描述和區域描述兩類方法。對於特殊的紋理圖像可採用二維紋理特徵描述。

6、圖像分類：

圖像分類屬於模式識別的范疇，其主要內容是圖像經過某些預處理（增強、復原、壓縮）後，進行圖像分割和特徵提取，從而進行判決分類。

圖像分類常採用經典的模式識別方法，有統計模式分類和句法模式分類。

(5)超聲成像的數據處理演算法有哪些擴展閱讀：

圖像處理主要應用在攝影及印刷、衛星圖像處理、醫學圖像處理、面孔識別、特徵識別、顯微圖像處理和汽車障礙識別等。

數字圖像處理技術源於20世紀20年代，當時通過海底電纜從英國倫敦到美國紐約傳輸了一幅照片，採用了數字壓縮技術。

數字圖像處理技術可以幫助人們更客觀、准確地認識世界，人的視覺系統可以幫助人類從外界獲取3/4以上的信息，而圖像、圖形又是所有視覺信息的載體，盡管人眼的鑒別力很高，可以識別上千種顏色，

但很多情況下，圖像對於人眼來說是模糊的甚至是不可見的，通過圖象增強技術，可以使模糊甚至不可見的圖像變得清晰明亮。

F. Vevo超聲數據怎麼分析

Vevo超聲數據分析如下
小動物超聲成像系統探頭頻率：20-40 MHz（小鼠）
根據超聲波的物理特性，超聲波的頻率越低，穿透深度越好，但解析度變差。反之，超聲波的頻率越高，成像深度變淺，但解析度增高。小鼠的厚度才3cm左右，內部臟器體積較人的要小很多，所以只能適用超高頻的探頭以獲取高解析度的圖像才能觀察清楚。
小動物超聲成像系統成像小鼠左心室。
小動物專用探頭的頻率高，左心室位於視野的中央，聚焦點位於7mm深度處，圖像解析度好，能清楚地觀察到左心室的各個重要結構，有利於後期做精準的定量。
如何解讀小動物超聲圖像？
超聲成像的基本成像模式為B-mode，此模式下成像的是小動物的解剖結構，以黑-白-灰的色階顯示，其中：
白色：代表強回聲，一般是高密度組織結構，如結石、氣泡
灰色：代表低回聲，一般是中密度組織結構，如肝膽胰脾等器官
黑色：代表無回聲，一般是低密度組織結構，如液體、血管、壞死組織
超聲成像的另一常用模式為Color Doppler-mode，臨床上俗稱彩超，它在B-mode結構圖像的基礎上，將血流信號用不同的顏色標示出來，方便觀察組織臟器的血流分布，其中：
紅色：代表血流朝向探頭；
藍色：代表血流背離探頭。

G. 超聲成像分為哪幾種，各有哪些特點

超聲成像分為超聲示波診斷法、二維超聲顯像診斷法、超聲光點掃描法、超聲頻移診斷法、三維超聲診斷法 。

1、超聲示波診斷法即A型超聲診斷法。此法是將回聲以波的形式顯示出來，為幅度調制型。常用A型法測量界面距離、臟器徑值以及鑒別病變的物理性質，結果比較准確，為最早興起和使用的超聲診斷法。目前已多被其他方法取代。

2、二維超聲顯像診斷法即B型超聲診斷法。所謂的B超，此法是將回聲信號以光點的形式顯示出來，為輝度調制型。回聲強則光點亮，回聲弱則光點暗。按成像速度，又分為慢速成像法和快速成像法。掃查方式有手控、機械和電子等等。

3、超聲光點掃描法是在輝度調制型中加入慢掃描鋸齒波，使回聲光點從左向右自行移動 掃描，故也稱M超聲診斷法，它是B型超聲中的一種特殊的顯示方式。

4、超聲頻移診斷法即D型超聲診斷法。通稱為多普勒超聲，此法應用多普勒效應原理，當超聲發射體（探頭）和反射體之間有相對運動時，回聲的頻率有所改變，此種頻率的變化稱之為頻移。

5、三維超聲診斷法即顯示出超聲的立體圖像，構成立體圖像的方法有數種，目前應用的儀器多為在二維圖像的基礎上利用計算機進行三維重建。

(7)超聲成像的數據處理演算法有哪些擴展閱讀：

超聲成像的基本原理：

1、超聲波

超聲波就是頻率大於20KHZ，人耳感覺不到的聲波，它也是縱波，可以在固體、液體和氣體中傳播，並且具有與聲波相同的物理性質。但是由於超聲波頻率高，波長短，還具有一些自身的特性。

2、束射性

超聲波具有束射性。這一點與一般聲波不同，而與光的性質相似，即可集中向一個方向傳播，有較強的方向性，由換能器發出的超聲波呈窄束的圓柱形分布，故稱超聲束。

3、反射和折射

當一束超聲波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質的交界面上時，就會發生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由於入射角等於反射角，因此超聲波探查疾病時要求聲束盡量與組織界面垂直。

參考資料來源：網路—超聲成像

H. 三維超聲成像詳細資料大全

三維超聲成像技術可以分為三維重建技術及實時三維技術兩大類。三維重建是靜態成像，實時三維成像是直接的三維動態成像，它是近幾年來的新技術。三維成像數據的採集方法分為兩類：①自由臂式（free-hand），醫師手持探頭，獲得一系列的B型（二維）超聲圖像，再通過復雜的圖像處理，重建三維結構。這種方法對操作者要求很高。②另一種是：採用容積探頭，通過機械或電子學方法獲得三維圖像信息，這種方法便於操作及套用。

三維超聲的顯示方法分為：①表面成像：主要顯示感興趣結構的立體形態、表面特徵及空間關系的顯示。②透明成像：主要顯示實質臟器的內部結構的三維成像，如血流分布情況等。

基本介紹

• 中文名 ：三維超聲成像
• 外文名 ：Three-Dimensional Ultrasonic Imaging
• 適應證 ：瓣膜病、先心病、胎兒先天異常等
• 優勢 ：更加清晰地顯示心臟結構

檢查前准備,臨床意義,

檢查前准備

三維超聲在檢查心臟、血管時，一般無需特殊准備，但是對於腹部檢查時，仍然應該空腹檢查，效果更好。

臨床意義

傳統的B型超聲成像系統所提供的是人體某一斷面的二維圖像，醫生必須根據自己的經驗對多幅二維圖像在大腦中進行合成以理解其三維解剖結構。這一過程需要長時間的訓練和相當的熟練程度，對醫生提出了很高的要求，也使某些方面的診斷有一定的局限性。與傳統的二維超聲成像相比，三維超聲成像的主要優點是：更加清晰的顯示心臟結構，對瓣膜病、先天性心臟病、胎兒先天異常（頜面部、肢體畸形）病、外周血管病（頸動脈斑塊、動脈瘤、血管狹窄及閉塞等）診斷，優於二維超聲成像。但是，三維超聲也有其不足，如：在運動、重建或編輯過程中，可以出現偽像，應該引起我們的注意。

I. 聲納成像技術有哪些

合成孔徑聲納是一種新型高分辨水下成像聲納。其原理是利用小孔徑基陣的移動來獲得移動方向(方位方向)上大的合成孔徑，從而得到方位方向的高分辨力。獲得這種高分辨力的代價是復雜的成像演算法和對聲納基陣平台運動的嚴格要求。目前國際上只有少數國家和地區研製出了合成孔徑聲納原型機並進行了海上試驗。我國於1997年7月正式將合成孔徑聲納列入了國家「863」計劃項目。合成孔徑聲納可以用於水下軍事目標的探測和識別，最直接的應用就是進行沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探測和識別。在國民經濟方面，可以用於海底測量、水下考古和搜尋水下失落物體等，尤其可以進行高分辨海底測繪，對數字地球研究具有重要意義，標志著我國在合成孔徑聲納研究方面進入了與國際同步發展的水平。

J. 超聲波測距應該使用什麼濾波演算法

要看實際情況吧。結果這里，一般用：應該是平均值，卡爾曼濾波，FFT，自相關都有人用。主要看你的產品性質。