超声成像的数据处理算法有哪些

A. 声速测量还有没有别的数据处理方法能通过用它的到λ值

产生共振驻波现象，波幅达到极大。
声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出，当接收器端面移动到某个共振位置时。
经接收器反射后。
由纵波的性质可以证明，振动位移处于波节时，则声压是处于波腹，接收到的声压最大，经接收器转换成的电信号也最强。
利用示波器观察超声波的振幅和相位，用振幅法和相位法测定波长。
（二）振幅法
由发射器发出的声波近似于平面波，由示波器直接读出频率f，发射器发出的超声波功率最大。
接收器端面近似为一波节。
当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振。
（一）谐振频率
超声压电陶瓷换能器是实验的关键部件，每对超声压电陶瓷换能器都有其固有的谐振频率，当换能器系统的工作频率处于谐振状态时，是最佳工作状态，波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加，即实验时用结构相同的一对（发射器和接收器）超声压电陶瓷换能器，来作声压与电压之间的转换，如果继续移动接收器，将再次出现最强的电信号测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系，示波器上会出现最强的电信号

B. 怎样提高超声图像的分辨率 新闻

近年来，随着科学的发展以及数字技术的普及，作为医生诊断和治疗重要辅 助手段的医学影像技术在诊断、术前计划、治疗、术后监测等各个环节中发挥着 越来越大的作用。其中，超声医学影像技术以其独有的优势成为现代医学影像技 术中不可替代的支柱，得到了广泛的应用。 在超声医学图像的获取过程中，由于超声影像设备中电子器件的随机扰动和 人体组织器官的运动，使图像变得模糊、失真：另外由于超声成像的相干特性与 成像器官和组织结构上的不均匀以及表面的粗糙导致超声图像广泛地存在着斑点 噪声。噪声严重影响了图像质量，尤其掩盖了图像的某些细节特征信息，给医学 诊断与自动识别带柬了困难，也使得对图像的后续处理更加困难。因此，抑制噪 声、提高图像分辨率是超声图像处理的重要环节。 基于正则化方法的变分法和偏微分方程滤波技术是近年来出现的新的超声医 学图像滤波技术，是一种自适应非线性去噪技术，它以某种方式简化数据使得只 有那些值得注意的图像特征被保持，在去除噪声的同时能够保持边缘、线条和纹 理等图像特征，从而受到越来越多的关注。 本文首先系统地分析了医学超声图像处理的背景、发展历史以及超声成像的 原理，说明了研究超声图像处理的重要性和本课题的现实意义：然后介绍了图像 及图像处理的相关知识、超声图像的噪声分析与处理、正则化方法等；接着研究 了基于整体变分模型的超声图像处理以及超声图像的各向异性扩散滤波方法，重 点研究了整体变分和各向异性扩散在超声图像处理中的应用。对基于整体变分和 各向异性扩散方法的去噪原理、算法的优势、缺点以及前人的后续工作都进行了 分析和阐述，并在此基础上提出了适于超声图像分析的改进模型，将这些模型和 算法应用于超声图像的去噪，通过MATLAB仿真实验，给出了不同算法的去噪效果 比较，结果表明了改进算法的有效性。

C. 如何用逐差法处理超声声波实验的数据

1. 逐差法能够对超声声速测量过程中的样本点进行充分利用，同时减少测量仪器带来的误差，通过逐差法，能够很容易的发现测量过程中的数据的错误点。逐差法是一种常用的数据处理方式。

2. 逐差法是为提高实验数据的利用率，减小了随机误差的影响，另外也可减小了实验中仪器误差分量，因此是一种常用的数据处理方法。其把测量数据中的因变量进行逐项相减或按顺序分为两组进行对应项相减，然后将所得差值作为因变量的多次测量值进行数据处理的方法

3. 逐差法是针对自变量等量变化，因变量也做等量变化时，所测得有序数据等间隔相减后取其逐差平均值得到的结果。其优点是充分利用了测量数据，具有对数据取平均的效果，可及时发现差错或数据的分布规律，及时纠正或及时总结数据规律。它也是物理实验中处理数据常用的一种方法。

4. 例如在高中物理“求匀变速直线运动物体的加速度”实验中分析纸带就是用的逐差法。
   

D. 医学超声成像原理

我总结一下医学超声成像的原理

超声波成像需要三个步骤：发射声波，接受反射声波，以及信号分析处理得到图像。

超声波探头是通过压电陶瓷换能器发射超声波，不同的探头能够发射的声波频率不同。医学超声波频率一般是2-13MHz，声波频率越高，衍射越弱，成像分别率越高；但与此同时，频率越高，声波衰减也越快，穿透深度就小。因此，我们在探测心脏的时候，只能用频率较低的声波，否则探测的深度不够，虽然成像效果差一些；而在探测颈动脉、股动脉等表皮下方的血管时，就用频率高的声波，成像好清晰许多。实验中，我们采用的心脏探头为2-4MHz，血管探头为10MHz。

接收反射波的依旧是同一个超声波探头，压电陶瓷换能器将声波信号转换成电信号，之后电脑上的系统进行信号处理成像。

B型超声波显示的是探头面向的组织切面的二维灰度图。我们知道确定二维灰度图上的每个点需要3个信息，横坐标、纵坐标和灰度。这些是怎么得到的呢？由于超声波在人体内接触到组织会反射，不同的组织声阻抗不同，根据接收到的回波反射率计算得到声阻抗，对应于图上的灰度（如血管壁的组织声阻抗差不多，在图像上的灰度就差不多，就能看出来是血管的形状）。假设探头是一维的，那么探头上每一个探针的位置就对应一个横坐标。纵坐标是由发射和接收声波的时间差决定的，假设声波在人体中传播速度相同，那么时间越长表示反射组织的位置越深。最后由得到的灰度图，可以看到组织轮廓，并可以进行测量，如血管直径，面积等等。

当然，具体的成像过程远远比这个复杂，因为B超是实时的，如何区分发射波、反射波、如何去除噪音，放大信号，信号处理非常复杂，我也不清楚。但以上简单的描述，已经足够我们大致了解成像的过程。

多普勒效应我们中学物理都学过，无论是发射者还是接收者相对声波传播介质运动，都会引起观察到的声波频率的变化。

利用多普勒效应测量血流速度如下图，探头发射声波的方向和血流方向的夹角为 \theta，发射声波频率为 f_0，反射声波频率为 f'，多普勒频率也就是频移为f_D，声波在人体组织中传播速度为c，血流速度为v

则由多普勒频率可以计算得到血流速度，公式如下

它的推导过程主要就是套两次多普勒效应公式，发射时认为接收者（血液）相对声波介质（人体组织）运动，而回收时认为发射者（血液反射声波）相对介质运动。然后相加项近似两个频率不变得到分母的2f_0。

之前做彩超检查子宫，我就问给我检查的护士姐姐啥是彩色超声波，因为我发现无论是检查结果还是他们的显示屏都是黑乎乎的，完全不知道彩色在哪里。

彩超相比于B超，通过多普勒效应测量血流的速度，并在图像中通过着色来表出来。所以这个彩色并不是直接反应人体组织颜色的，颇令人失望。一般来讲，图像中红色表示血流方向是迎面而来，而蓝色表示血流方向是离你而去。同时，颜色越深表示血流速度越快。

脉冲多普勒的原理不太懂，网上查了一下彩色多普勒和脉冲多普勒的区别，大概是方法不太一样，也有各自的优缺点。实验时，我们通过脉冲多普勒得到血流速度的频谱，也就是血路速度随时间的变化图（波形图），不是人体组织的成像图。通过测量两个血流速度脉冲之间的水平距离（时间差），就可以计算得到心率，如果在彩色多普勒图像（B型超声图像也行）测量血管的直径，进而计算出血管的面积，再乘以血流速度的波形图一个周期内曲线下方的面积（积分），就可以得到血流量（一分钟内流过的血流体积）

下图就是我的颈动脉彩色多普勒成像（上部分），和脉冲多普勒成像（下部分），并且测量了血流速度的峰值、心率（2倍心率）、血管直径和血流量（VolFlow）等信息

总结起来，医学超声仪器的物理原理：用压电换能器发射和接收超声波，通过反射率、接收时间、探针位置得到组织轮廓成像，通过多普勒效应测量血流速度。B超成像是二维的灰度图，反应组织轮廓，彩超是二维灰度图上加了血流速度的信息，脉冲多普勒得到的是血流速度随时间的变化波形。

想起来一个有趣的地方，用脉冲多普勒的时候，仪器会发出跳动的声音，无论是测量血管还是心脏。我不知道这个声音，是我心跳或者血流脉冲声音的放大，还是仪器自带的声音，配合我心跳的跳动而播放。

一些自问自答 ：

1.血流速度怎么测量：多普勒效应

2.血流量怎么得到：血管面积乘以血流速度的积分

3.心率怎么得到：脉冲多普勒中，两次血流量最大值的之间间隔为周期

4.心脏容积怎么得到：描迹自动求面积

5.血管面积怎么得到：描迹或者测量血管半径

6.心功能怎么得到：心收缩和心舒张的左心室心脏容量的比值

7.彩色多普勒和脉冲多普勒的区别：一个是二维成像图、一个是频谱

参考资料：

1. 维基网络：医学超声检查

相关文章

我写了几篇博客来介绍和记录我们的四级物理实验： 用医学超声仪器研究运动对人体血流分布的影响

① 为什么在校医院做大物四级实验

② 医学超声成像原理

③ 运动对血流分布的影响 实验设计

④ 运动对人体血流分布的影响 实验结果

E. 在图像处理中有哪些算法

1、图像变换：

由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，可减少计算量，获得更有效的处理。它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。

2、图像编码压缩：

图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量，以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。

压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。

编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。

3、图像增强和复原：

图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。

图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。

4、图像分割：

图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。

图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。

5、图像描述：

图像描述是图像识别和理解的必要前提。

一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。

6、图像分类：

图像分类属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。

图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法模式分类。

(5)超声成像的数据处理算法有哪些扩展阅读：

图像处理主要应用在摄影及印刷、卫星图像处理、医学图像处理、面孔识别、特征识别、显微图像处理和汽车障碍识别等。

数字图像处理技术源于20世纪20年代，当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一幅照片，采用了数字压缩技术。

数字图像处理技术可以帮助人们更客观、准确地认识世界，人的视觉系统可以帮助人类从外界获取3/4以上的信息，而图像、图形又是所有视觉信息的载体，尽管人眼的鉴别力很高，可以识别上千种颜色，

但很多情况下，图像对于人眼来说是模糊的甚至是不可见的，通过图象增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮。

F. Vevo超声数据怎么分析

Vevo超声数据分析如下
小动物超声成像系统探头频率：20-40 MHz（小鼠）
根据超声波的物理特性，超声波的频率越低，穿透深度越好，但分辨率变差。反之，超声波的频率越高，成像深度变浅，但分辨率增高。小鼠的厚度才3cm左右，内部脏器体积较人的要小很多，所以只能适用超高频的探头以获取高分辨率的图像才能观察清楚。
小动物超声成像系统成像小鼠左心室。
小动物专用探头的频率高，左心室位于视野的中央，聚焦点位于7mm深度处，图像分辨率好，能清楚地观察到左心室的各个重要结构，有利于后期做精准的定量。
如何解读小动物超声图像？
超声成像的基本成像模式为B-mode，此模式下成像的是小动物的解剖结构，以黑-白-灰的色阶显示，其中：
白色：代表强回声，一般是高密度组织结构，如结石、气泡
灰色：代表低回声，一般是中密度组织结构，如肝胆胰脾等器官
黑色：代表无回声，一般是低密度组织结构，如液体、血管、坏死组织
超声成像的另一常用模式为Color Doppler-mode，临床上俗称彩超，它在B-mode结构图像的基础上，将血流信号用不同的颜色标示出来，方便观察组织脏器的血流分布，其中：
红色：代表血流朝向探头；
蓝色：代表血流背离探头。

G. 超声成像分为哪几种，各有哪些特点

超声成像分为超声示波诊断法、二维超声显像诊断法、超声光点扫描法、超声频移诊断法、三维超声诊断法 。

1、超声示波诊断法即A型超声诊断法。此法是将回声以波的形式显示出来，为幅度调制型。常用A型法测量界面距离、脏器径值以及鉴别病变的物理性质，结果比较准确，为最早兴起和使用的超声诊断法。目前已多被其他方法取代。

2、二维超声显像诊断法即B型超声诊断法。所谓的B超，此法是将回声信号以光点的形式显示出来，为辉度调制型。回声强则光点亮，回声弱则光点暗。按成像速度，又分为慢速成像法和快速成像法。扫查方式有手控、机械和电子等等。

3、超声光点扫描法是在辉度调制型中加入慢扫描锯齿波，使回声光点从左向右自行移动 扫描，故也称M超声诊断法，它是B型超声中的一种特殊的显示方式。

4、超声频移诊断法即D型超声诊断法。通称为多普勒超声，此法应用多普勒效应原理，当超声发射体（探头）和反射体之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移。

5、三维超声诊断法即显示出超声的立体图像，构成立体图像的方法有数种，目前应用的仪器多为在二维图像的基础上利用计算机进行三维重建。

(7)超声成像的数据处理算法有哪些扩展阅读：

超声成像的基本原理：

1、超声波

超声波就是频率大于20KHZ，人耳感觉不到的声波，它也是纵波，可以在固体、液体和气体中传播，并且具有与声波相同的物理性质。但是由于超声波频率高，波长短，还具有一些自身的特性。

2、束射性

超声波具有束射性。这一点与一般声波不同，而与光的性质相似，即可集中向一个方向传播，有较强的方向性，由换能器发出的超声波呈窄束的圆柱形分布，故称超声束。

3、反射和折射

当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时，就会发生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角，因此超声波探查疾病时要求声束尽量与组织界面垂直。

参考资料来源：网络—超声成像

H. 三维超声成像详细资料大全

三维超声成像技术可以分为三维重建技术及实时三维技术两大类。三维重建是静态成像，实时三维成像是直接的三维动态成像，它是近几年来的新技术。三维成像数据的采集方法分为两类：①自由臂式（free-hand），医师手持探头，获得一系列的B型（二维）超声图像，再通过复杂的图像处理，重建三维结构。这种方法对操作者要求很高。②另一种是：采用容积探头，通过机械或电子学方法获得三维图像信息，这种方法便于操作及套用。

三维超声的显示方法分为：①表面成像：主要显示感兴趣结构的立体形态、表面特征及空间关系的显示。②透明成像：主要显示实质脏器的内部结构的三维成像，如血流分布情况等。

基本介绍

• 中文名 ：三维超声成像
• 外文名 ：Three-Dimensional Ultrasonic Imaging
• 适应证 ：瓣膜病、先心病、胎儿先天异常等
• 优势 ：更加清晰地显示心脏结构

检查前准备,临床意义,

检查前准备

三维超声在检查心脏、血管时，一般无需特殊准备，但是对于腹部检查时，仍然应该空腹检查，效果更好。

临床意义

传统的B型超声成像系统所提供的是人体某一断面的二维图像，医生必须根据自己的经验对多幅二维图像在大脑中进行合成以理解其三维解剖结构。这一过程需要长时间的训练和相当的熟练程度，对医生提出了很高的要求，也使某些方面的诊断有一定的局限性。与传统的二维超声成像相比，三维超声成像的主要优点是：更加清晰的显示心脏结构，对瓣膜病、先天性心脏病、胎儿先天异常（颌面部、肢体畸形）病、外周血管病（颈动脉斑块、动脉瘤、血管狭窄及闭塞等）诊断，优于二维超声成像。但是，三维超声也有其不足，如：在运动、重建或编辑过程中，可以出现伪像，应该引起我们的注意。

I. 声纳成像技术有哪些

合成孔径声纳是一种新型高分辨水下成像声纳。其原理是利用小孔径基阵的移动来获得移动方向(方位方向)上大的合成孔径，从而得到方位方向的高分辨力。获得这种高分辨力的代价是复杂的成像算法和对声纳基阵平台运动的严格要求。目前国际上只有少数国家和地区研制出了合成孔径声纳原型机并进行了海上试验。我国于1997年7月正式将合成孔径声纳列入了国家“863”计划项目。合成孔径声纳可以用于水下军事目标的探测和识别，最直接的应用就是进行沉底水雷和掩埋水雷的高分辨探测和识别。在国民经济方面，可以用于海底测量、水下考古和搜寻水下失落物体等，尤其可以进行高分辨海底测绘，对数字地球研究具有重要意义，标志着我国在合成孔径声纳研究方面进入了与国际同步发展的水平。

J. 超声波测距应该使用什么滤波算法

要看实际情况吧。结果这里，一般用：应该是平均值，卡尔曼滤波，FFT，自相关都有人用。主要看你的产品性质。