无线阵列三维超声膀胱容积测定系统及其关键技术研究

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膀胱超声容积测定仪是一种非介入的膀胱残余尿量测定设备,在膀胱相关疾病的诊断和护理中发挥了重要作用。传统膀胱超声容积测定系统通常使用单换能器三维扫描方式成像并使用有线方式实现探头与专用主机的连接。随着电子通讯技术的进步和智能终端的普及,其图像质量、智能化程度、容积测定的可重复性和准确性以及便携性等方面都有待进一步提高。因此,本文使用电子凸阵换能器研制了面向移动智能终端的无线三维超声膀胱容积测定系统。相比传统设备,该系统在全新的软硬件条件下,实现了高度集成化的硬件系统和膀胱超声软件系统,提高了成像质量,降低了设备的体积和重量,其容积测定的可重复性和准确性达到了预期指标。这种面向移动智能终端的无线阵列超声膀胱容积测定技术方案为膀胱相关疾病的诊断和护理从专业医疗服务向社区和家庭延伸,实现诊疗服务的远程化和智能化创造了基础条件。本文的主要研究内容和成果如下:1.设计和分析了无线阵列三维超声膀胱容积测定系统的体系结构,并完成了集约化超声前端、无线数据传输、三维超声扫描等主要功能的设计。通过对系统的分析,明确了系统研制需要研究的关键技术。2.提出并研究了无线超声成像的动态帧率控制技术,包括:被动帧率控制技术和基于卡尔曼滤波的主动帧率控制技术。仿真试验表明,动态帧率控制技术能够抑制无线可用带宽不足带来的帧率抖动,并能通过控制缓冲数据量限制延迟的发生,对于提高成像的流畅性,提升用户体验可发挥重要作用。3.研究了面向移动智能终端的高效数字扫描变换技术(Digital Scan Conversion,DSC):研究了移动智能终端的并行计算技术,提出了适用于移动智能终端多分辨率条件下的基于视口的数字扫描变换(View Port based Digital Scan Convertion,VPDSC)算法,该算法可以有效降低数字扫描变换对存储空间的需求。上述研究从时间效率和空间效率上提升了数字扫描变换性能,可以降低膀胱容积测定软件对移动智能终端性能的要求。4.基于对膀胱超声图像缺陷的分析和膀胱超声图像分割可用先验的总结,研究了基于B-Snakes的膀胱超声图像分割算法和基于ASM(Active Shape Model,ASM)的膀胱超声图像分割算法。在上述研究的基础上,本文提出了多先验活动轮廓模型(MultiPriors Active Contour Model,MPACM)膀胱超声图像分割算法。该算法通过对B-样条曲线与其控制多边形的距离上界的分析可以误差可控地完成活动形状到蛇线的转换从而实现多先验的充分运用,降低算法对初始位置的敏感性,提高图像分割的准确性。5.实现了一种面向移动智能终端的无线阵列三维超声膀胱容积测定系统,并通过谐波成像和空间复合成像对膀胱成像质量进行了优化。对系统的验证表明,该系统达到了预期性能。
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