淺表軟組織超聲信號處理與皮下脂肪厚度測量研究.pdf

1、超聲波技術(shù)近年來迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、治療和工業(yè)檢測領(lǐng)域。與生物組織作用后的超聲波，是反映生物組織性質(zhì)的一個(gè)信息載體。在生物醫(yī)學(xué)超聲基礎(chǔ)研究中，探索超聲波信息載體與生物組織間的聯(lián)系，尋找超聲波中體現(xiàn)組織的一些結(jié)構(gòu)特征參量，一直都是人們研究熱點(diǎn)課題之一。實(shí)際中的超聲診斷技術(shù)，例如超聲診斷儀，探頭從體表接收到的體內(nèi)超聲信號是淺表軟組織(皮膚、脂肪和肌肉等)、體內(nèi)組織和超聲系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，這就為體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)特征識別帶來困難；另一方

2、面，超聲診斷儀獲得的信號大都是經(jīng)過了檢波處理，是過濾了的信號，丟失了很多組織性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征信息。因此，對于淺表軟組織的超聲檢測信號處理，不管從理論還是實(shí)際運(yùn)用來講均應(yīng)屬于研究的熱點(diǎn)。
　　針對淺表軟組織結(jié)構(gòu)的超聲檢測研究并未深入，使得淺表界面結(jié)構(gòu)識別、定位還不準(zhǔn)確情況，本文提出了“皮膚-淺層脂肪-淺筋膜-深層脂肪-深筋膜-肌肉”的淺表分層結(jié)構(gòu)，利用信號的卷積模型分析淺表界面信號特征。研究課題的目的有兩方面，一方面，本文對淺表軟組織

3、分層結(jié)構(gòu)的超聲檢測課題，利用信號處理技術(shù)探討界面的信號特征提取和識別；另一方面，研究課題嘗試使用超聲波檢測技術(shù)研制脂肪厚度測量儀，測量人體局部皮下脂肪厚度，從而隨時(shí)檢驗(yàn)運(yùn)動和節(jié)食效果，更期望為超聲吸脂提供一種監(jiān)測手段。
　　本課題完成的主要工作、成果和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
　　對淺表(皮膚、脂肪、筋膜和肌肉)的生物組織特性及結(jié)構(gòu)分布特征進(jìn)行分析，結(jié)合淺表超聲檢測的射頻回波信號，找出各反射回波代表的淺層組織界面。利用脈沖反射

4、法測量界面之間的距離，即各組織層厚度，將測量結(jié)果與B超診斷儀、直尺作對比，從而確定組織界面回波，為進(jìn)一步界面信號特征提取做準(zhǔn)備。
　　雖然軟組織間的聲阻抗相差不大，但淺表軟組織有其特殊的結(jié)構(gòu)特征，特別是淺筋膜和深筋膜處的界面薄而且界面數(shù)等因個(gè)體不同各異，造成超聲回波在這兩處信號特征明顯，因此我們可以通過這兩處的回波信號特征識別來測定人體脂肪厚度。
　　為了提取筋膜界面信號特征，本文從理論上利用信號卷積模型對界面信號相互疊加效

5、應(yīng)進(jìn)行解釋。在此基礎(chǔ)上，通過Matlab軟件對信號卷積模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證，并將卷積模型應(yīng)用于離體豬淺表組織界面信號的特征識別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了振蕩波數(shù)作為信號特征識別參量的可行性。
　　超聲射頻信號攜帶了淺表軟組織的大量結(jié)構(gòu)特征信息，但由于探頭發(fā)射波形有一定的持續(xù)時(shí)間以及受檢測系統(tǒng)的影響，而在實(shí)際淺組織中筋膜界面又相距很近，在界面處反射波就會不同程度的相互疊加，造成界面波形的不易識別。本文應(yīng)用小波變換具有恒Q(品質(zhì)因數(shù))性質(zhì)、對信號的

6、時(shí)寬和帶寬的局部分析能力，對淺表信號在不同頻率范圍內(nèi)進(jìn)行多分辨分析，實(shí)現(xiàn)了筋膜界面回波的時(shí)域信號重構(gòu)。從重構(gòu)界面信號能更清晰看出應(yīng)用振蕩波數(shù)作為界面特征量的可行性，證實(shí)卷積模型解釋信號疊加的正確性。
　　本文中的信號處理方法是第一次應(yīng)用于淺表軟組織結(jié)構(gòu)的超聲檢測課題，研究工作還未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。實(shí)驗(yàn)卷積模型及其對振蕩波數(shù)的解釋可用于人體軟組織間界面或其它相似界面結(jié)構(gòu)特征的識別。離體豬肉脂肪厚度實(shí)驗(yàn)證明儀器能較好的測量較厚且組織結(jié)構(gòu)