S-變換分析技術(shù)及其在心肌聲學(xué)造影（MCE）圖像降噪中的應(yīng)用研究.pdf

1、冠心病已成為目前人類(lèi)疾病死亡的主要原因之一。90年代末期誕生的冠心病診斷新技術(shù)-實(shí)時(shí)心肌聲學(xué)造影(Real Time Myocardial ContrastEchocardiography，RT-MCE)作為一種能夠無(wú)創(chuàng)和定量評(píng)估心肌微循環(huán)的新技術(shù)，正在從基礎(chǔ)研究走向臨床實(shí)踐，如何提高M(jìn)CE圖像定量分析技術(shù)的準(zhǔn)確性和客觀性已成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，目前所有的心血管超聲設(shè)備或軟件都沒(méi)有解決基于MCE冠心病定量分析的兩個(gè)

2、關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：MCE心臟超聲序列圖像的彈性配準(zhǔn)和MCE圖像的降噪。這兩個(gè)問(wèn)題影響了MCE技術(shù)對(duì)冠心病診斷的準(zhǔn)確性和客觀性，且阻礙了MCE作為一種冠心病無(wú)創(chuàng)診斷新技術(shù)臨床地位的確立。 高質(zhì)量的圖像是成功進(jìn)行MCE冠心病定量分析的前提和保證，但MCE圖像存在嚴(yán)重的Speckle噪聲，它有著非常復(fù)雜的形成機(jī)理和統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在以往的很多醫(yī)學(xué)超聲圖像降噪方法中，探討MCE圖像降噪的文獻(xiàn)較為少見(jiàn)，且國(guó)內(nèi)尚未有研究見(jiàn)報(bào)道。已有的MCE圖像降噪方

3、法包括非線性小波變換濾波方法，非線性小波擴(kuò)散濾波方法，有偏的二維最小均方濾波方法等。上述研究都有著很強(qiáng)的理論探索意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，但臨床應(yīng)用效果都不是非常理想，因此，需要探討研究新的理論方法來(lái)解決這一問(wèn)題。 加拿大學(xué)者R．G Stockwell博士于1996年提出了S-變換(S-Transform)理論，并且完備地證明某函數(shù)的S-變換可以由其小波變換經(jīng)相位校正得到，即S-變換在多分辨率框架下可以被看作是小波變換的一種擴(kuò)展。S-變換

4、分析技術(shù)(S-Transform Analysis)融合了短時(shí)Fourier變換與小波變換的優(yōu)點(diǎn)，有望成為多分辨率分析和非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)處理強(qiáng)有力的新工具。小波變換在解決醫(yī)學(xué)圖像降噪與增強(qiáng)問(wèn)題上有著出色的表現(xiàn)，因此S-變換分析技術(shù)勢(shì)必在醫(yī)學(xué)圖像降噪與增強(qiáng)領(lǐng)域有著更為巨大的應(yīng)用前景。 基于此，我們參考閱讀了大量文獻(xiàn)，深入研究了S-變換分析的理論、技術(shù)和算法實(shí)現(xiàn)，并參考小波變換閾值降噪方法的原理，經(jīng)過(guò)多次探索試驗(yàn)，得出了基于S-變換分

5、析技術(shù)的圖像降噪與增強(qiáng)算法，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了性能更加出色的在S-變換分析技術(shù)框架下抑制MCE圖像Speckle噪聲的算法。對(duì)于本課題提出的MCE圖像Speckle噪聲抑制算法，作者采用臨床取得的實(shí)際MCE圖像進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，和以往的降噪方法相比，本方法更能有效地抑制MCE圖像中的Specie噪聲，在MSE，SMSE兩種通用評(píng)判乘性噪聲的定量標(biāo)準(zhǔn)上，基于S-變換的降噪方法都取得了良好的應(yīng)用效果。同時(shí)，由于圖像的2-D S-變換結(jié)果是

6、個(gè)4維的結(jié)構(gòu)，其總體計(jì)算復(fù)雜度為O(N<'4>logN)，與此同時(shí)，2-D S-變換所需的內(nèi)存增長(zhǎng)為D(N<'4>)。由此可見(jiàn)，2-D S-變換的運(yùn)算量和所需內(nèi)存都較大，例如，對(duì)于一個(gè)256×256的圖像，所需要的內(nèi)存空間就是256<'4>。這樣的內(nèi)存需求足以扼殺S-變換，就像沒(méi)有快速算法的Foufier變換一樣。由于尚未有2-D S-變換的快速算法見(jiàn)諸報(bào)道，因此，本課題決定采用并行計(jì)算的途徑來(lái)解決上述兩大問(wèn)題；經(jīng)過(guò)調(diào)研，作者使用了Li