超聲成像算法導論（簡體書）

以數學物理方法和線性系統理論為基礎，比較詳細地介紹了超聲成像原理和算法。《超聲成像算法導論》分為四個部分。第一部分是基礎理論，包括線性系統理論在成像中的應用，有關波動方程的數學物理方法、波的傳播與衍射原理；第二部分是成像模型及其算法實現，包括動態聚焦超聲成像模型、基於非衍射波的Fourier超聲成像模型、基於角譜播原理的Fourier超聲成像模型、寬頻帶超聲成像模型、任意聲場下的Fourier成像模型等；第三部分為合成孔徑成像方法，包括合成聚焦成像、多陣元合成孔徑聚焦成像、合成接收孔徑成像、合成發射孔徑成像等；最後-部分介紹超聲編碼發射技術在成像系統中的應用。《超聲成像算法導論》部分內容受國家自然科學基金項目（60471057）資助。·

《超聲成像算法導論》可供生物醫學工程學專業的本科生和研究生使用，亦可供從事其他領域超聲成像檢測技術的研究人員參考。

1949年奧地利學者K．T．Dussik利用超聲脈沖波對腦部疾病進行了成功的診斷，開超聲成像理論和技術之先河。通過半個世紀科學家和工程師的努力，現代的超聲成像儀已廣泛應用于臨床醫學診斷，它可以獲得器官的任意斷面圖像，還可觀察運動器官的活動情況。超聲影像診斷無痛苦與危險，屬于非損傷性檢查。與X射線影像診斷相比，它具有無輻射、價格低、使用方便等優勢。基于這些突出的性能，超聲影像診斷成為醫學成像領域中頗具生命力的現代診斷技術。
在我國，有關超聲成像的書籍不多，而且絕大部分書籍主要涉及超聲圖譜及其醫學方面的診斷，還有一小部分是關于超聲成像原理介紹和系統設計。對超聲成像最關鍵的算法問題幾乎沒有什么書籍進行系統的介紹。而現代的超聲成像算法不僅決定了系統的結構，決定了系統的工作方式，而且決定了系統的成像質量，決定了儀器的成本和市場效益。可以認為，誰掌握了新的高效率的成像算法，誰就能在超聲成像研發領域占有一席之地。
本書的目的就是提供給讀者常用的超聲成像算法，涵蓋了目前在超聲成像領域中廣泛采用的合成孔徑成像算法，超聲編碼發射成像技術，以及一種新的成像理論——Fourier超聲成像。本書的特點就是以數學物理為理論基礎，以線性系統為工具，以Fourier變換為手段，對超聲成像進行理論探討和建模。本書理論嚴謹，邏輯性強，內容新穎，啟發性高。書中所涉及的許多內容都是作者近十年來研究工作的結晶。希望讀者通過對本書的學習，能夠從理論的角度去分析成像原理，建立成像系統，探討提高成像質量的途徑。
毫無疑問，大量國內外同行研究的文獻和作者所在實驗室的成果為本書的編著提供了很好的素材。感謝本書中所引用文獻的作者，感謝研究生杜春寧、韓雪梅為本書部分資料收集和驗證所做的工作，感謝為本書的完成提出許多寶貴建議的吳華寶老師。

總序前言第1章　緒論1.1　醫學超聲成像發展歷史1.2　國內外研究進展1.2.1　數字化成像1.2.2　諧波成像1.2.3　超聲體成像1.2.4　組織彈性成像1.2.5　合成孔徑成像1.2.6　Fourier成像系統1.3　本書內容安排第2章　超聲成像中的線性系統理論2.1　Fourier變換性質及其應用2.1.1　Fourier變換2.1.2　性質2.2　一個一維成像的例子2.2.1　目標建模2.2.2　系統建模2.2.3　逆問題求解2.3　匹配濾波器2.4　帶通信號的相干處理2.5　時域中的Doppler現象2.5.1　系統模型2.5.2　逆問題求解2.5.3　分辨率第3章　數學物理方程基礎知識3.1　幾種常見的數學物理方程3.1.1　靜電勢Laplace和Possion方程3.1.2　波動方程和Helmholtz方程3.1.3　線性超聲聲學簡介3.2　直角坐標系下波動方程的解3.2.1　分離變量法求解3.2.2　討論3.3　圓柱坐標下波動方程的解3.3.1　分離變量法求解3.3.2　討論第4章　標量衍射理論4.1　標量衍射理論回顧4.2　格林定理4.3　基爾霍夫積分定理4.4　平面屏幕衍射的基爾霍夫理論4.4.1　基爾霍夫積分定理的應用4.4.2　基爾霍夫衍射公式4.5　平面屏幕衍射的瑞利一索末菲理論4.5.1　格林函數的選擇4.5.2　瑞利一索末菲衍射公式4.5.3　衍射與線性系統的關係4.5.4　利用瑞利一索末菲衍射公式計算聲場4.6　角譜傳播原理4.6.1　角譜及其物理解釋4.6.2　角譜的傳播4.6.3　利用角譜計算聲場第5章　超聲成像建模5.1　動態聚焦成像建模5.1.1　一個陣元的輻射模式5.1.2　動態聚焦成像建模5.2　基於非衍射波的Fourier成像建模5.2.1　X-wave5.2.2　Fourier超聲成像模型5.3　基於角譜傳播原理的Fourier成像建模……第6章　合成孔徑成像第7章　信號編碼技術在超聲成像中的應用參考文獻·

第1章 緒論
具有不同密度、不同聲速等理化特性的生物組織器官，對外來的超聲波能量將產生反射、透射、散射、衰減和非線性參量等物理效應，運動組織還將產生Doppler效應，提取、分析或顯示這些生物組織被超聲波作用後的信息，就可以觀察生物組織的內在特性。醫學超聲成像，就是以超聲波作為被探測信息的載體，利用電子信息學、計算機圖像處理等技術手段，提取超聲回波傳遞的生物內部信息，對生物組織器官進行成像。
1.1 醫學超聲成像發展歷史
聲學是物理學中的一個重要部分，而超聲學是聲學中的一個分支學科。超聲學的發展還只是19世紀末20世紀初的事，它的迅速發展不僅是物理學發展的結果，也是工業、軍事上迫切需要的結果。1912年發生了一出震驚世界的大悲劇，英國客輪泰坦尼克號(Titanic)在北美海岸附近與冰山相撞沉沒，幾乎所有乘客都葬身海底，這激起了人們在視度不良的情況下，發現水下或水上障礙物的強烈愿望。
1917年，法國科學家Langevin發現反壓電效應，他用高頻電磁場加在石英片上獲得超聲，提出了用超聲在水下做探測的“水下定位法”，從此開始了超聲檢測的時代。1928年，Dunn等研究了超聲的生物效應，在德國申報了超聲治療機的專利，但是直到1939年才出現了超聲治療坐骨神經痛獲得良好結果的報告可見超聲治療學是超聲生物醫學中最先發展的領域。