專利名稱：一種脈沖波多普勒成像方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出 一種脈沖波(PW)多普勒成像技術(shù)，尤其是一種一方面可以提高檢測 靈敏度，另外一方面可以減少脈沖波多普勒技術(shù)中發(fā)生的頻譜混疊現(xiàn)象的脈沖波多普勒成 像方法及裝置。
背景技術(shù)：
脈沖波多普勒技術(shù)作為超聲診斷系統(tǒng)中重要的一項技術(shù)，常用于人體內(nèi)血流或者 運動組織的無損檢測。圖1為典型的彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)。超聲波經(jīng)過發(fā)射接收開關(guān) 后由超聲探頭發(fā)射到人體內(nèi)，人體內(nèi)組織和血流的回波信號被探頭接收到，然后經(jīng)過發(fā)射 接收開關(guān)、低噪聲放大(LNA)、可變增益放大(VCA)、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，多個 通道的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字波束合成(BF)后獲得當前掃描線上的射頻(RF)回波，回波根據(jù) 成像類型分別進行黑白、彩色、多普勒信號處理，處理后的結(jié)果送到顯示模塊顯示。當系統(tǒng) 進行脈沖波多普勒成像時，系統(tǒng)以設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率(PRF)進行成像，成像的PRF根據(jù)多 普勒頻移公式PRF = 2f0Vscale/C與聲譜圖對應(yīng)的血流/組織運動速度范圍Vsrale —一對應(yīng)，其中&為超聲發(fā)射頻 率，C為聲波在組織中傳播速度。當血流速度較大時候需要增大成像所用的PRF，避免引起 頻譜混疊；當血流速度較小時候需要降低成像所用的PRF，以更準確地測量速度。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，當PRF發(fā)生變化時，為了獲得最佳的成像效果，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)發(fā) 射電壓值和接收增益，以取得較好的檢測靈敏度PRF下降時，發(fā)射電壓升高，同時接收增 益可能降低；PRF上升時，發(fā)射電壓降低，同時接收增益可能升高。在現(xiàn)有技術(shù)中，當流速較低時，PRF下降、發(fā)射電壓升高，但發(fā)射電壓由于受系統(tǒng)電 源支持最大值以及超聲功率指標(機械指數(shù)，MI)等的約束，無法無限制升高。另外，發(fā)射 電壓升高，引起回波幅度增大，為了避免引起飽和，需要降低接收增益，現(xiàn)有的可變增益放 大器受技術(shù)限制，增益降低到一定值后，放大器噪聲輸出不會繼續(xù)降低，因此實際系統(tǒng)的檢 測靈敏度是下降了。因此實際系統(tǒng)在設(shè)定較高PRF的時候，由于可以用較高的增益，從而獲 得更好的檢測靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種脈沖波多普勒成像方法及裝置，可以保持高PRF下的高檢測靈敏 度的同時，較低PRF成像的時候依然能夠保持相同的檢測靈敏度。其固定采用一個PRFmax對 PRF < PRFmax的情況進行掃描成像，而不是用速度檔位Vseale對應(yīng)的PRF進行掃描成像；然后 通過對以PRFmax掃描所獲得的正交多普勒信號進行數(shù)字降采樣處理(包括低通濾波和抽取 處理)，實現(xiàn)低速度檔位的多普勒信號的檢測。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種脈沖波多普勒成像方法，其包括以下步驟
A1、對同一掃描深度固定采用預(yù)先的設(shè)定脈沖重復(fù)頻率PRF_進行掃描。 A2、對于用戶選定的速度檔位Vs。ale，當Vs。ale > PRFmax*C/ (2f0)時，調(diào)節(jié)PRF，然后執(zhí)
行A6步驟，當Vs。ale不大于PRFmax*C/ (2f0)時，執(zhí)行A3及以下步驟，其中Vs。ale為血流/組織運動速度，&為超聲發(fā)射頻率，PRF為脈沖重復(fù)頻率，C為 聲波在組織中的傳播速度；A3、根據(jù)速度檔位Vs。ale，對按照PRF-掃描獲得的正交多普勒信號調(diào)節(jié)數(shù)字降采樣 倍數(shù)；A4、對按照PRFmax掃描獲得的正交多普勒信號調(diào)節(jié)數(shù)字降采樣濾波器系數(shù)；A5、對按照PRFmax掃描獲得的正交多普勒信號進行數(shù)字降采樣濾波和抽取處理；A6、進行傳統(tǒng)多普勒信號處理。步驟A1中所述的
’其中d為聲波的掃描深度，tb為系
統(tǒng)掃描在發(fā)射前的參數(shù)準備時間，ta為系統(tǒng)掃描在接收后的等待時間，C為聲波在組織中傳 播速度。預(yù)先計算好不同深度d所支持的最大PRF_，實際成像時根據(jù)深度Dsv和寬度Lsv計算d = Dsv+0. 5LSV，然后根據(jù)d查找預(yù)先計算 好的PRF_表格，找到不小于d深度所支持的最大PRF_。低通濾波的截止頻率fc >= 0. 5*PRF_/K，其中K為降采樣倍數(shù)。一種實現(xiàn)上述的脈沖波多普勒成像方法的裝置，多普勒信號經(jīng)過數(shù)字降采樣處理 模塊獲得低流速檔位對應(yīng)的多普勒信號，所述多普勒信號經(jīng)過多普勒信號處理模塊獲得最 終的多普勒聲譜圖和聲音輸出。所述數(shù)字降采樣處理模塊依次包括低通濾波模塊和抽取模塊。所述數(shù)字降采樣處理模塊前有基線調(diào)整模塊。


圖1為現(xiàn)有彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明實施例成像方法流程圖；圖3為采樣率為2000Hz的原始信號的頻譜示意圖；圖4為直接對圖3對應(yīng)的信號進行抽取2倍獲得采樣率為1000Hz的信號頻譜示 意圖；圖5為對圖3先進行截止頻率為500Hz的低通濾波后再抽取2倍獲得采樣率為 1000Hz的信號頻譜示意圖；圖6為本發(fā)明對圖3對應(yīng)的信號處理后的信號頻譜示意圖；圖7為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明本實施例在脈沖多普勒成像非HPRF(high PRF)模式下，對某個深度采用固定的PRF_進行掃描。當需要降低速度檔位時，不是直接降低實際掃描的PRF，而是通過對按照 PRF_掃描獲得的正交多普勒信號進行數(shù)字降采樣處理獲得。將降采樣處理后的多普勒信 號再進行頻譜分析、聲音信號方向分離等傳統(tǒng)的多普勒信號處理，獲得與傳統(tǒng)脈沖多普勒 成像等效的譜圖和聲音輸出。當需要增加速度檔位時，則直接用更高的PRF進行掃描(當 所需的PRF超過下文方法1中給出的PRF值后進入HPRF模式)，不做數(shù)字降采樣處理(或 者降采樣率設(shè)置為1)，并用傳統(tǒng)的多普勒信號處理技術(shù)對所獲得的正交多普勒信號進行處 理，并獲得譜圖和聲音等輸出。流程圖如圖2所示。本實施例中PRFmax的確定方法的幾種實施例方法1 當前深度所支持的最大PRFmax可以由聲波在某個深度d上的來回傳播時間2*d/c 加上系統(tǒng)掃描在發(fā)射前的參數(shù)準備時間tb和接收后的等待時間ta決定，即 系統(tǒng)根據(jù)實際脈沖波多普勒取樣容積(SV)的深度(Dsv)、SV的寬度(Lsv)、組織中 傳播的聲速、ta和tb精確計算出實際用于掃描的PRFmax。方法2 根據(jù)上述公式預(yù)先計算好不同深度d所支持的最大PRF_，實際成像時根據(jù)SV深 度和寬度計算d = DSv+0. 5LSV，然后根據(jù)d查找預(yù)先計算好的PRF_表格，找到不小于d深 度所支持的最大PRFmax。方法3:根據(jù)當前使用的檢查模式設(shè)定不同深度d所支持的最大PRF_，該表中所設(shè)PRF_ 值不大于方法2所設(shè)的對應(yīng)深度的PRFmax值。實際成像所用的PRFmax查表方式同方法2。由于在該新方法中，采用了較高的PRF_進行掃描成像，發(fā)射電壓較低，系統(tǒng)可以 設(shè)置較高的增益，從而充分利用了系統(tǒng)的檢測靈敏度。當系統(tǒng)需要檢測更低流速的血流或 者組織運動時候，利用數(shù)字降采樣處理獲得相應(yīng)速度scale對應(yīng)的正交多普勒信號。在數(shù) 字降采樣處理中，先對原始的正交多普勒信號進行低通濾波，假設(shè)降采樣的倍數(shù)為K，則低 通濾波的截止頻率可以設(shè)置為fc = 0. 5*PRF_/K，從而可以有效濾除速度scale以外的噪 聲或者干擾信號，從而進一步提高了正交多普勒信號的信噪比。對低通濾波后的信號進行K 倍的抽取，即獲得降低速度檔位之后的多普勒信號。當K全為整數(shù)時候，可以直接采用間隔 (K-1)點抽取采樣點獲得相應(yīng)的多普勒信號。當K可以按分數(shù)形式給出時候，即K = N/D， 則可以先對低通濾波后的信號升采樣D倍，然后下抽取N倍。數(shù)字降采樣技術(shù)屬于數(shù)字信 號處理的公知技術(shù)，因此不在此多述。數(shù)字降采樣濾波處理可以由硬件FPGA、DSP或者CPU 軟件實現(xiàn)。所述低通濾波的截止頻率設(shè)置也可以令fc > 0. 5*PRF_/K，只是此時對噪聲抑 制能力不如fc = 0. 5*PRFmax/K的時候。另夕卜，當fc = 0. 5*PRFmax/K時，由于抽取降采樣的 頻率符合Nyquist采樣定律，很少出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象；而當fc > 0. 5*PRFmax/K時，由于不滿 足采樣定律，就容易出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象。因此，fc = 0. 5*PRF_/K作為系統(tǒng)優(yōu)選低通濾波器 截止頻率設(shè)置。圖3-6給出了降采樣頻譜的示意圖，其中圖3為原始信號的頻譜(采樣率為2000Hz)，圖4為直接對圖A對應(yīng)的信號進行抽取2倍獲得采樣率為1000Hz的信號頻譜，圖 5為先進行截止頻率為500Hz (如圖3中虛線框所示為低通濾波通帶范圍)的低通濾波后再 抽取2倍獲得采樣率為1000Hz的信號頻譜。其中N(f)為信號包含的白噪聲幅度為1。由 圖可見，直接抽取2倍的信號發(fā)生了頻譜混疊，并且噪聲幅度也上升了。而經(jīng)過低通濾波后 再進行抽取處理的，噪聲幅度不變而且信號不會發(fā)生頻譜混疊。由圖3可知實際信號的最大頻率約為750Hz，因此經(jīng)過fc = 500Hz的低通濾波后， 部分高頻信號被濾除了。在傳統(tǒng)的脈沖波多普勒成像中通過基線平移處理可以獲得不混疊 的頻譜圖，即如圖4所示的譜圖向負頻率方向移動250Hz，即可以獲得不發(fā)生混疊的頻譜。 在本發(fā)明提出的方法中同樣可以實現(xiàn)上述結(jié)果。具體實現(xiàn)方法為在降采樣低通濾波之前， 對正交多普勒信號乘以一個頻率為-250Hz的復(fù)正弦信號exp{-j2nt*250/2000}然后再進行降采樣低通濾波和抽取處理，即可獲得如圖6所示的頻譜?？梢娫谛?方法中，在保持噪聲幅度不變和頻譜不發(fā)生混疊的優(yōu)勢下，也同樣能夠支持基線平移的處理。圖7給出了新方法的一種實現(xiàn)裝置的示意圖，即系統(tǒng)以PRF_掃描獲得的多普勒 信號經(jīng)過可選的基線調(diào)整模塊后，再經(jīng)過數(shù)字降采樣處理模塊(其中包含低通濾波和抽取 的功能模塊)，即獲得了低流速檔位對應(yīng)的多普勒信號，該多普勒信號經(jīng)過傳統(tǒng)多普勒信號 處理模塊即獲得最終的多普勒聲譜圖和聲音輸出。本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神，可以有多種變形方案實現(xiàn)本發(fā)明， 以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運用本 發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種脈沖波多普勒成像方法，其特征在于，包括步驟A1、對同一掃描深度，固定采用預(yù)先設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率PRFmax進行掃描；A2、對于用戶選定的速度檔位Vscale，當Vscale＞PRFmax*C/(2f0)時，調(diào)節(jié)PRF，然后執(zhí)行A6步驟，當Vscale不大于PRFmax*C/(2f0)時，執(zhí)行A3及以下步驟，其中f0為超聲發(fā)射頻率，C為聲波在人體組織中的傳播速度；A3、根據(jù)Vscale對按照PRFmax掃描獲得的正交多普勒信號調(diào)節(jié)數(shù)字降采樣倍數(shù)；A4、對按照PRFmax掃描獲得的正交多普勒信號調(diào)節(jié)數(shù)字降采樣濾波器系數(shù)；A5、對按照PRFmax掃描獲得的正交多普勒信號進行數(shù)字降采樣濾波和抽取處理；A6、進行傳統(tǒng)多普勒信號處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖波多普勒成像方法，其特征在于步驟A1中所述的PRF_為預(yù)先設(shè)定的脈沖重復(fù)頻率，并滿足 其中d為聲波的掃描深度，tb為系統(tǒng)掃描在發(fā)射前的參數(shù)準備時間，ta為系統(tǒng)掃描在接收后的等待時間，C為聲 波在組織中傳播速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種脈沖波多普勒成像方法，其特征在于預(yù)先設(shè)定不同深 度d所支持的最大PRF_，其中PRF_的最大值不超過實際成像時根據(jù)取樣門深度Dsv和寬 度Lsv計算的PRF，其中d = Dsv+0. 5LSV，然后根據(jù)d查找預(yù)先計算好的PRF_表格，找到不小 于d深度所支持的最大PRFmax。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖波多普勒成像方法，其特征在于低通濾波的截止 頻率fc不小于0. 5*PRFmax/K，其中K為降采樣倍數(shù)。
5.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1-4任意一項所述的脈沖波多普勒成像方法的裝置，其特征在 于在多普勒信號處理模塊前端連接有數(shù)字降采樣處理模塊，多普勒信號經(jīng)過所述數(shù)字降 采樣處理模塊獲得低流速檔位對應(yīng)的多普勒信號后，再經(jīng)過多普勒信號處理模塊獲得最終 的多普勒聲譜圖和聲音輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種脈沖波多普勒成像裝置，其特征在于所述數(shù)字降采樣 處理模塊依次包括低通濾波模塊和抽取模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種脈沖波多普勒成像裝置，其特征在于所述數(shù)字降采樣 處理模塊前有基線調(diào)整模塊。
全文摘要
一種脈沖波多普勒成像方法及裝置，可以保持高PRF下的高檢測靈敏度的同時，較低PRF成像的時候依然能夠保持相同的檢測靈敏度。其固定采用一個PRFmax對PRF＜PRFmax的情況進行掃描成像，而不是直接用速度scale對應(yīng)的PRF進行掃描成像；然后通過對以PRFmax掃描所獲得的正交多普勒信號進行數(shù)字降采樣處理，包括低通濾波和抽取處理；實現(xiàn)低速度檔位的多普勒信號的檢測。
文檔編號A61B8/06GK101856242SQ201010215800
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者張羽 申請人:深圳市藍韻實業(yè)有限公司