در سالهای اخیر تکنیک های شکل دهی پرتو وفقی به منظور افزایش کیفیت تصاویر اولتراسوند بکار گرفته شده اند. این روشها به جهت استفاده از اطلاعات محیط و به روز کردن وزنهای اعمالی به المانهای آرایه به صورت لحظه به لحظه، موفقیت زیادی در بهبود رزولوشن تصاویر اولتراسوند داشته اند. مهمترین مشکل شکل دهنده های پرتو وفقی ارائه شده در زمینه تصویربرداری اولتراسوند، که اکثراً بر مبنای شکل دهنده پرتو مینیمم واریانس (mv) طراحی شده اند، این است که این روشها، علیرغم بهبود قابل توجه رزولوشن، توفیق چندانی در بهبود کنتراست تصاویر اولتراسوند ندارند و نیز پیچیدگی محاسباتی بالای این روشها در مقایسه با روشهای غیر وفقی پیاده سازی آنها را در عمل دچار مشکل می کند. در این رساله راهکارهایی را برای حل این دو مشکل اساسی در شکل دهی پرتو وفقی تصاویر اولتراسوند ارائه داده ایم. ما با هدف بهبود کنتراست شکل دهنده پرتو وفقی mv بدون از دست دادن رزولوشن بالای آن در تصویربرداری اولتراسوند، روشی را بر مبنای استفاده از وزندهی وفقی ضریب همگنی سیگنالهای دریافتی توسط آرایه ارائه کردیم و نشان دادیم که اعمال ضریب همگنی به شکل دهنده پرتو mv، با تقویت سیگنالهای همفاز و تضعیف سیگنالهای غیرهمفاز با سیگنال اصلی، باعث افزایش کیفیت تمرکز دهی و کاهش دامنه لوبهای کناری و در نتیجه افزایش کیفیت تصویر اولتراسوند می شود. همچنین یک شکل دهنده پرتو mv بر مبنای فضای بردارهای ویژه برای تصویربرداری اولتراسوند طراحی کردیم که در آن، با نگاشت بردار وزن mv به یک زیرفضای برداری بدست آمده از ساختار فضای بردارهای ویژه ماتریس کواریانس، بردار وزن شکل دهنده پرتو پیشنهادی حاصل می شود. این شکل دهنده پرتو با حفظ سیگنالهای لوب اصلی و کاهش موثر سیگنالهای لوبهای کناری، کنتراست را نسبت به شکل دهنده های پرتو وفقی mv و غیر وفقی تأخیر و حاصلجمع (das) بطور قابل توجهی بهبود می بخشد. این بهبود کنتراست و کاهش دامنه لوبهای کناری همزمان با حفظ رزولوشن بالای شکل دهنده پرتو mv حاصل می شوند. بعلاوه جهت تخمین دقیق تر ماتریس کواریانس سیگنالهای دریافتی توسط آرایه، از میانگین گیری مکانی در دو جهت رو به جلو و رو به عقب استفاده کردیم و نشان دادیم که این تکنیک، با تخمین دقیق تر ماتریس کواریانس، کنتراست تصاویر اولتراسوند را نسبت به شکل دهنده های پرتو das و mv بهبود می دهد و بر خلاف mv، خصوصیات آماری نویز اسپکل زمینه را حفظ می کند. همچنین روش پیشنهادی افت دامنه ایجاد شده در اثر پدیده حذف سیگنال اصلی را تا حدود زیادی جبران می کند و کارایی بهتری نسبت به شکل دهنده پرتو mv ارائه می دهد. در نهایت نشان دادیم که روشهای ارائه شده برای افزایش کنتراست شکل دهنده پرتو mv قابل ترکیب با همدیگر هستند و با ترکیب این روشها یک شکل دهنده پرتو وفقی کارآمد به منظور بهبود همزمان رزولوشن و کنتراست تصاویر اولتراسوند ارائه دادیم که در برابر تغییرات سرعت صوت در محیط تصویربرداری اولتراسوند مقاوم می باشد. روش ارائه شده همزمان با حفظ رزولوشن بالای mv، کنتراست آن را از لحاظ معیارهای نسبت کنتراست (cr) و نسبت کنتراست به نویز (cnr) به ترتیب به میزان db 6/7 و 28% بهبود داده است. این مقادیر، در مقایسه با das به ترتیب db 8/13 و 61% بهبود یافته اند. همچنین در راستای کاهش پیچیدگی محاسباتی شکل دهنده پرتو وفقی mv، که محدودیت بزرگ این روش در مقایسه با شکل دهنده پرتو غیر وفقی das می باشد، روشی را برای تصویربرداری اولتراسوند پزشکی ارائه کرده ایم که، با استفاده از ماتریس کواریانس ساخت یافته، پیچیدگی محاسباتی شکل دهنده پرتو وفقی mv را از (o(l3 به (o(l2 کاهش می دهد، که l طول زیرآرایه مورد استفاده در تخمین ماتریس کواریانس می باشد.

چکیده طی سال های اخیر تحقیقات بسیاری نشان داده اند که استفاده از شکل دهی پرتو وفقی در تصویرگری فراصوت پزشکی، کیفیت تصاویر را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده است. البته این بهبود کیفیت تصاویر، در برابر محاسبات بیشتر و پیچیده تر به دست آمده است. به دنبال این تحقیقات، به دلیل اهمیت زمان-حقیقی بودن تصویرگری فراصوت، تلاش هایی در جهت ارائه الگوریتم هایی با پیچیدگی محاسباتی کمتر و با شرط حفظ کیفیت تصاویر انجام شد. از طرفی طی سال های اخیر شاهد ظهور پردازنده های گرافیکی در حوزه محاسبات و پردازش سریع بوده ایم که گزارش های بسیاری از به کارگیری موفق این پردازنده ها در تسریع الگوریتم هایی که قابلیت موازی سازی دارند، منتشر شده است. در این پژوهش برای پیاده سازی الگوریتم شکل دهی پرتو وفقی در تصویرگری فراصوت پزشکی از پردازنده گرافیکی (gpu) استفاده کردیم. معماری این پردازنده امکان انجام یک دستور روی تعداد زیادی داده را فراهم می کند. با استفاده از قابلیت پردازش موازی gpu و قابلیت موازی سازی الگوریتم شکل دهی پرتو وفقی، ضمن به دست آوردن تصویری با رزولوشن خوب، توانستیم زمان پیاده سازی را به میزان قابل توجهی نسبت به زمان پیاده سازی روی cpu کاهش دهیم. طبق نتایج به دست آمده در این پژوهش، پیاده سازی با استفاده از پردازنده گرافیکی تسریع حدود 70 برابری نسبت به cpu داشته است.

مرگ قلبی ناگهانی یکی از مهم ترین عوامل مرگ و میر به شمار می رود و در بین مرگ های ناشی از بیماری های قلبی، سهم عمده ای را به خود اختصاص داده است. امروزه متداول ترین شیوه برای جلوگیری از این عارضه استفاده از دفیبریلاتورهای قلبی قابل کاشت می باشد که یک روش کاملاً تهاجمی با هزینه ی بالا می باشد. بنابراین به معیار بهتری برای شناسایی افراد در معرض خطر مرگ قلبی ناگهانی نیاز است. تحقیقات نشان داده اند که تغییرات میکروولت در موج t از سیگنال ecg می تواند معیار خوبی برای شناسایی این بیماران باشد. به دلیل بازه ی نسبتاً طولانی ثبت سیگنال ecg و نیز قابل رویت نبودن این تغییرات در مقیاس های متعارف، تشخیص این تغییرات به الگوریتم های خودکار کامپیوتری نیاز دارد. از آنجایی که تغییرات موج t (twa) شامل تغییرات کوچک و غیر قابل مشاهده در قطعه ی st-t می باشد، تشخیص آن در محیط های نویزی و دامنه های پایین دشوار می باشد. تاکنون روش های متعددی برای تشخیص تغییرات موج t بر اساس استفاده از یک لید سیگنال ecg ارائه شده است. اصلی ترین نقطه ضعف روش های موجود، عملکرد ضعیف آنها در تشخیص دامنه های کوچک twa می باشد. در این تحقیق، تغییرات موج t با ترکیب اطلاعات لیدهای مختلف سیگنال ecg توسط روش جدیدی بر مبنای همبستگی (cm) تشخیص داده می شوند و سپس دامنه و شکل موج تغییرات در لیدهای مختلف تخمین زده می شوند. ارزیابی این روش و مقایسه ی آن با روش مرجع طیفی(sm) در صورت استفاده از هر دو داده واقعی وشبیه سازی شده نشان می دهد که این روش با قابلیت اعتماد قابل قبولی تغییرات موج t را تشخیص می دهد. برای مثال در یک سیگنال مشخص روش پیشنهادی multi-cm درجاییکه نسبت تغییرات به نویز برابر -55 db است، با احتمال 86% تغییرات را تشخیص می دهد، در صورتیکه این مقدار برای روش های single-sm، single-cm و multi-sm به ترتیب برابر 16%، 68% و 37% می باشد

بیماری های قلبی- عروقی شایع ترین علت مرگ ومیر در جهان به شمار می روند. این بیماری ها که انواع مختلفی دارند، از مدت ها پیش به صورت تدریجی آغاز شده و باعث تغییراتی جزئی در سیستم قلبی- عروقی بیمار می شوند، از این رو مانیتور کردن منظم سیگنال ecg بیمار، در تشخیص زودهنگام نارسایی های قلبی و جلوگیری از پیشرفت سریع آن ها بسیار موثر است. مهم ترین مشخصه سیگنال ecg، شکل موج های آن است که هر یک، اطلاعات مربوط به عملکرد بخش خاصی از قلب را منعکس می کنند؛ در این بین، تشخیص دقیق موج p و شناسایی تغییرات این موج در ناهنجاری های مختلف، بسیار مفید بوده و به لحاظ بالینی نقش موثری در فرآیند تشخیص نارسایی های قلبی خواهد داشت. در حال حاضر متداول ترین روش های موجود برای تشخیص موج p، بر روی ثبت های نرمال موردارزیابی قرار گرفته اند و کم تر مفهوم آریتمی ها غیر از فیبریلاسیون و فلاتر در این حوزه مطرح شده است. هدف از این تحقیق بهبود روش های موجود در زمینه پردازش سیگنال ecg، به منظور تشخیص موج p در ثبت های نرمال و غیرنرمال است. در مقایسه با روش های کلاسیک پردازش سیگنال که هیچ گونه اطلاعاتی در مورد ماهیت سیگنال موردپردازش ندارند، روش مورداستفاده در این تحقیق براساس مدل سازی دینامیکی سیگنال ecg عمل می کند که با دقت قابل قبولی قادر به تخمین فعالیت های مجزای قلبی است و برای تخمین پارامترهای مدل دینامیکی از رویکرد بیزین و فیلتر کالمن بسط یافته تحت عنوان ekf25 استفاده می کند. ساختار پیشنهادی که در اغلب ناهنجاری ها عملکرد قابل قبولی در تخمین موج p دارد، در مواجهه با ناهنجاری هایی که تغییرات بالای مورفولوژی دارند، دچار خطا شده و تشخیص درستی نخواهد داشت. از این رو برای بهبود نتایج مدل در مواجهه با چنین ناهنجاری هایی، سعی شده است با استخراج ویژگی هایی از روی سیگنال تخمینی، این ناهنجاری ها تشخیص داده شده و با حذف تشخیص های نادرست، دقت تشخیص افزایش یابد. ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی بر روی ثبت های پایگاه داده mit-bih arrhythmia مقادیر متوسط 100% se = و 100%pr = را برای داده های نرمال و 56/96%se = و 69/97%pr = را برای کل داده ها (با درنظر گرفتن ضربان های غیرنرمال) در تشخیص موج p نتیجه می دهد.