靶向超声分子成像的稀疏表示模型分析与应用

Early diagnosis can greatly reduce the risk of Cardiovascular disease (CVD) which remains a major global public health problem. And the ultrasound molecular imaging (UMI) is the effective way of early diagnosis of CVD. Because the number of retained contrast agents (CAs) is too low to be detected, which lead to low signal noise ratio, the sensitivity and resolution of UMI is so low that constrains the quantitative analysis of molecular abnormalism and pathogenesis of CVD.This project focuses on the study of the novel theory and methodology of signal sparse representation in view of the inherent shortcomings of it and the low imaging sensitivity and resolution which is the key problem of UMI development.Start with the sparseness of retained CAs, the joint characteristics of multi-frame ultraosund signals and the time-varying of tissue movement, we propose to establish the multi-dimensional time-varying sparse representation model combined with the time-space-frequency specific characteristic of echo signals from the retained CAs and achieve a new kind of modeling and analysis methods of echo signals from the retained CAs to extract and locate the retained CAs accurately. We will explore a new way for high sensitive, high resolution UMI.The project is a cross discipline research based on the technologies of engineering and medicine, with bright characteristic, strong innovation and high application values.

心血管疾病严重威胁着人类的健康，早期诊断能够大大降低发病风险。新兴的靶向超声分子成像技术是心血管疾病早期诊断的有效途径。但由于粘附于病变组织的靶向微泡数量稀少，其所产生的回波信号弱、信噪比低，导致成像的灵敏度低、分辨率较差，严重制约了后续对病变的定量分析与诊断。为此，本研究课题针对超声分子成像灵敏度和分辨率差这一制约超声分子成像技术发展的关键问题，针对现有信号稀疏表示模型的固有缺陷，研究信号稀疏表示模型新的理论与方法。以超声靶向粘附微泡的稀疏性、多帧回波的多维联合特征和组织运动的时变性为切入点，研究靶向粘附回波信号在"时域-空域-频域"的特异性特征，建立靶向粘附微泡回波信号的多维时变稀疏表示模型。进而实现一类新的靶向粘附微泡回波信号的建模与分析方法，有效提取并准确定位靶向粘附微泡信息。课题研究成果为高灵敏、高分辨靶向超声分子成像探索新的途径, 能够推动靶向超声分子成像研究领域的发展。

本研究课题针对超声分子成像灵敏度和分辨率差这一制约超声分子成像技术发展的关键问题，开展一系列新理论与新方法的研究。课题开展三年来，经过课题组全体成员的攻关，基本完成原来计划的工作内容，获得了一些新的研究发现，取得了一系列阶段性研究成果：.（1）、建立微泡回波信号与发射声场关系的理论模型，为提高微泡回波信号的检测能力提供理论分析依据。 .（2）、建立了“时域-空域-频域”三维空间中能够有效表示靶向粘附微泡回波的超完备字典。.（3）、利用靶向粘附微泡数目稀少这一固有特征，建立了靶向超声分子成像多维时变稀疏表示模型，能根据粘附微泡所处组织的运动情况和组织本身的非线性实时调整超完备字典。多维时变稀疏表示分析方法的研究将极大地促进高灵敏、高分辨靶向超声分子成像的研究与发展，同时为信号稀疏表示研究领域作出积极的贡献。.（4）、提出超声图像斑点噪声去除的能量模型分析方法，在去除斑点噪声的同时有效地保留弱边界信息。为后续的图像自动分析与处理奠定基础。 . 本课题共发表论文9篇，论著1篇，其中EI检索5篇；另有投向SCI刊源的研究论文1篇，尚在审稿中。申请发明专利3项，其中已经授权专利2项。获得广东省科学技术二等奖1项和汕头市科学技术一等奖1项。已协助培养已毕业硕士研究生3人，博士生1名。