基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法和系統(tǒng)。所述方法，包括以下步驟：轉(zhuǎn)換步驟，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)；劃分步驟，將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段；積和步驟，對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)；相位計(jì)算步驟，計(jì)算所述目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位；相對(duì)位移估算步驟，利用所述相位計(jì)算得到兩幀信號(hào)間的相對(duì)位移。上述基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)一次轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)，極大的提高了計(jì)算速度，計(jì)算兩幀信號(hào)的相對(duì)位移只需經(jīng)過一次積和運(yùn)算即可得到，減小了計(jì)算量，提高了計(jì)算效率，且復(fù)雜性低。
【專利說明】基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲成像處理領(lǐng)域，特別是涉及一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]聲福射力脈沖彈性成像(AcousticRadiation Force Impulse Imaging,ARFI)是利用安全功率范圍內(nèi)的聚焦超聲波束產(chǎn)生的聲輻射力，使生物組織局部區(qū)域產(chǎn)生微小變形并形成沿側(cè)向傳播的剪切波，再利用超聲回波跟蹤技術(shù)對(duì)微小形變進(jìn)行追蹤并計(jì)算出剪切波的側(cè)向傳播速度，最后利用彈性重構(gòu)算法由剪切波速度定量估算組織的彈性模量的一種超聲彈性成像技術(shù)。該聲輻射力脈沖彈性成像技術(shù)被應(yīng)用于乳腺癌檢測(cè)、動(dòng)脈粥狀斑塊診斷、聚焦超聲治療安全監(jiān)控等方面。
[0003]采用聲輻射力脈沖彈性成像測(cè)量組織位移中，存在相鄰的兩幀超聲射頻回波信號(hào)之間的組織位移所引起的信號(hào)相對(duì)時(shí)間延遲，通常不可能正好被射頻回波信號(hào)的數(shù)字采樣周期整除，若直接使用時(shí)域互相關(guān)運(yùn)算，只能得到對(duì)應(yīng)于信號(hào)數(shù)字采樣周期整數(shù)倍的時(shí)間延遲，而小于一個(gè)數(shù)字采樣周期的時(shí)間延遲部分將被忽略，此時(shí)的組織位移計(jì)算結(jié)果將產(chǎn)生較大誤差。為了解決誤差較大的問題，(I) Cespedes等在1995年提出，進(jìn)行信號(hào)的時(shí)域互相關(guān)后，找到互相關(guān)系數(shù)的極大值點(diǎn)的位置，對(duì)極大值點(diǎn)及其前后兩點(diǎn)(共3個(gè)點(diǎn))進(jìn)行拋物線插值，再在插值范圍內(nèi)重新找到其極大值點(diǎn)的位置，這一位置偏離初始位置的大小，即為信號(hào)的相對(duì)時(shí)間延遲，然而該方法需要進(jìn)行拋物線擬合和插值，計(jì)算量大且對(duì)低于一個(gè)采樣間隔的位移估計(jì)精度不高；(2)由Cabot在1981年提出的，將所得的互相關(guān)系數(shù)的實(shí)數(shù)數(shù)字信號(hào)構(gòu)造為復(fù)數(shù)的解析信號(hào)，采用在互相關(guān)系數(shù)的數(shù)字信號(hào)極大值附近的相位過零點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于精確的互相關(guān)系數(shù)連續(xù)信號(hào)的極大值點(diǎn)，通過精確極大值點(diǎn)的位置偏離初始位置的大小即可得到信號(hào)的精確相對(duì)時(shí)間延遲，然而該方法需要計(jì)算三次積和運(yùn)算，計(jì)算量大；(3)基于Doppler (多普勒)速度估計(jì)的位移估計(jì)算法，需要將原始的超聲射頻回波信號(hào)進(jìn)行IQ分解，即得到In-phase (復(fù)數(shù)包絡(luò)信號(hào)的實(shí)部)和Quadrature phase (復(fù)數(shù)包絡(luò)信號(hào)的虛部)兩路信號(hào)，計(jì)算量大，復(fù)雜性高、計(jì)算效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有估算組織位移的計(jì)算效率低，復(fù)雜性高的問題，提供一種計(jì)算效率高且復(fù)雜性低的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法。
[0005]此外，還有必要提供一種計(jì)算效率高且復(fù)雜性低的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)。
[0006]一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，包括以下步驟:
[0007]轉(zhuǎn)換步驟，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)；
[0008]劃分步驟，將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段；[0009]積和步驟，對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)；
[0010]相位計(jì)算步驟，計(jì)算所述目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位；
[0011 ] 相對(duì)位移估算步驟，利用所述相位計(jì)算得到兩幀信號(hào)間的相對(duì)位移。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述轉(zhuǎn)換步驟之前，還包括:
[0013]分塊步驟，將超聲回波射頻信號(hào)分成多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣；
[0014]所述轉(zhuǎn)換步驟包括:
[0015]將每個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)；
[0016]在所述相對(duì)位移估算步驟之后，還包括:
[0017]絕對(duì)位移估算步驟，將多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的相對(duì)位移分別進(jìn)行時(shí)間方向上的累加，得到絕對(duì)位移。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中 ，所述轉(zhuǎn)換步驟包括:
[0019]將整幀的超聲回波射頻信號(hào)采用傅里葉變換和逆變換得到解析信號(hào)。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換步驟采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第一內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行處理,所述第一內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù),所述第一內(nèi)核函數(shù)的thread數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)。
[0021]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述積和步驟、相位計(jì)算步驟和相對(duì)位移估算步驟采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第二內(nèi)核函數(shù)計(jì)算；所述第二內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)減I，每個(gè)block的thread數(shù)為分段窗口數(shù)，所述分段窗口數(shù)通過所述數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)與窗口寬度之差，除以步長，再加I得到。
[0022]一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，包括:
[0023]轉(zhuǎn)換模塊，用于將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)；
[0024]劃分模塊，用于將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段；
[0025]積和模塊，用于對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)；
[0026]相位計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位；
[0027]相對(duì)位移估算模塊，用于利用所述相位計(jì)算得到兩幀信號(hào)間的相對(duì)位移。
[0028]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括分塊模塊和絕對(duì)位移估算模塊，
[0029]所述分塊模塊用于將超聲回波射頻信號(hào)分成多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣；
[0030]所述轉(zhuǎn)換模塊還用于將每個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào);
[0031]所述絕對(duì)位移估算模塊用于將多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的相對(duì)位移分別進(jìn)行時(shí)間方向上的累加，得到絕對(duì)位移。
[0032]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換模塊還用于將整幀的超聲回波射頻信號(hào)采用傅里葉變換和逆變換得到解析信號(hào)。
[0033]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換模塊采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第一內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行處理,所述第一內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)，所述第一內(nèi)核函數(shù)的thread數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)。[0034]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述積和模塊、相位計(jì)算模塊和相對(duì)位移估算模塊采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第二內(nèi)核函數(shù)計(jì)算；所述第二內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)減I，每個(gè)block的thread數(shù)為分段窗口數(shù)，所述分段窗口數(shù)通過所述數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)與窗口寬度之差，除以步長，再加I得到。
[0035]上述基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法和系統(tǒng)，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)一次轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)，極大的提高了計(jì)算速度，計(jì)算兩幀信號(hào)的相對(duì)位移只需經(jīng)過一次積和運(yùn)算即可得到，不需進(jìn)行多個(gè)積和運(yùn)算，簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟，且不需進(jìn)行信號(hào)分解，簡(jiǎn)化了計(jì)算，減小了計(jì)算量，大大縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率，且復(fù)雜性低。
[0036]另外，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)一次進(jìn)行傅里葉變換和一次傅里葉逆變換，相比于對(duì)分段后窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行幾十次到幾百次的傅里葉變換和傅里葉逆變換，極大的提高了計(jì)算速度；當(dāng)采用圖形處理器實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以利用多個(gè)block數(shù)和thread數(shù)并行處理，提高了處理效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為一個(gè)實(shí)施例中基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法的流程圖；
[0038]圖2另為一個(gè)實(shí)施例中基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法的流程圖；
[0039]圖3為一個(gè)實(shí)施例中基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0040]圖4為一個(gè)實(shí)施例中基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]圖1為一個(gè)實(shí)施例中基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法的流程圖。該基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，包括以下步驟:
[0043]步驟102，轉(zhuǎn)換步驟，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)。
[0044]本實(shí)施例中，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)采用傅里葉變換和逆變換得到解析信號(hào)，即將實(shí)數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)信號(hào)。具體轉(zhuǎn)換過程為:首先將時(shí)域信號(hào)通過傅里葉變換轉(zhuǎn)為頻域信號(hào)，然后將頻域信號(hào)的實(shí)部乘以2，虛部置0，然后將所得信號(hào)進(jìn)行傅里葉逆變換，得到對(duì)應(yīng)原來時(shí)域信號(hào)的解析信號(hào)。將整幀的超聲回波射頻信號(hào)一次進(jìn)行傅里葉變換和一次傅里葉逆變換，相比于對(duì)分段后窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行幾十次到幾百次的傅里葉變換和傅里葉逆變換，極大的提高了計(jì)算速度。
[0045]步驟104，劃分步驟，將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段。
[0046]具體的，預(yù) 設(shè)窗口長度可根據(jù)需要設(shè)定。
[0047]步驟106，積和步驟，對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)。
[0048]具體的，先將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，再將得到的所有乘積相加，得到一個(gè)復(fù)數(shù)形式的和a+jb，即目標(biāo)復(fù)數(shù)。其中，a、b為實(shí)數(shù)，j為虛部標(biāo)識(shí)符。例如第一幀的η個(gè)分段窗口數(shù)據(jù)段Xfjy1,…xn+jyn，第二幀的η個(gè)分段窗口數(shù)據(jù)段Zjjc1, “.ζη+^η,則a+jb =(Xi+jyi) X (z1+jc1)+--- + (xn+jyn) X (zn+jcn)。
[0049]步驟108，相位計(jì)算步驟，計(jì)算該目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位。
[0050]具體的，目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，包括以下步驟: 轉(zhuǎn)換步驟，將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)； 劃分步驟，將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段； 積和步驟，對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)； 相位計(jì)算步驟，計(jì)算所述目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位； 相對(duì)位移估算步驟，利用所述相位計(jì)算得到兩幀信號(hào)間的相對(duì)位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)換步驟之前，還包括: 分塊步驟，將超聲回波射頻信號(hào)分成多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣； 所述轉(zhuǎn)換步驟包括: 將每個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)； 在所述相對(duì)位移估算步驟之后，還包括: 絕對(duì)位移估算步驟，將多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的相對(duì)位移分別進(jìn)行時(shí)間方向上的累加，得到絕對(duì)位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換步驟包括: 將整幀的超聲回波射頻信號(hào)采用傅里葉變換和逆變換得到解析信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換步驟采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第一內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行處理，所述第一內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)，所述第一內(nèi)核函數(shù)的thread數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算方法，其特征在于，所述積和步驟、相位計(jì)算步驟和相對(duì)位移估算步驟采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第二內(nèi)核函數(shù)計(jì)算；所述第二內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)減I,每個(gè)block的thread數(shù)為分段窗口數(shù)，所述分段窗口數(shù)通過所述數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)與窗口寬度之差，除以步長，再加I得到。
6.一種基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，其特征在于，包括: 轉(zhuǎn)換模塊，用于將整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)； 劃分模塊，用于將整幀的解析信號(hào)根據(jù)預(yù)設(shè)窗口長度進(jìn)行分段，得到分段窗口數(shù)據(jù)段； 積和模塊，用于對(duì)相鄰的兩幀信號(hào)，將對(duì)應(yīng)分段窗口數(shù)據(jù)段進(jìn)行一次無偏移的積和運(yùn)算，得到目標(biāo)復(fù)數(shù)； 相位計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述目標(biāo)復(fù)數(shù)的相位； 相對(duì)位移估算模塊，用于利用所述相位計(jì)算得到兩幀信號(hào)間的相對(duì)位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括分塊模塊和絕對(duì)位移估算模塊， 所述分塊模塊用于將超聲回波射頻信號(hào)分成多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣； 所述轉(zhuǎn)換模塊還用于將每個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的整幀的超聲回波射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為解析信號(hào)； 所述絕對(duì)位移估算模塊用于將多個(gè)數(shù)據(jù)矩陣的相對(duì)位移分別進(jìn)行時(shí)間方向上的累加，得到絕對(duì)位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換模塊還用于將整幀的超聲回波射頻信號(hào)采用傅里葉變換和逆變換得到解析信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換模塊采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第一內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行處理，所述第一內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)，所述第一內(nèi)核函數(shù)的thread數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超聲回波射頻信號(hào)的組織位移估算系統(tǒng)，其特征在于，所述積和模塊、相位計(jì)算模塊和相對(duì)位移估算模塊采用由圖形處理器實(shí)現(xiàn)的第二內(nèi)核函數(shù)計(jì)算；所述第二 內(nèi)核函數(shù)的block數(shù)為數(shù)據(jù)矩陣的行數(shù)減I,每個(gè)block的thread數(shù)為分段窗口數(shù)，所述分段窗口數(shù)通過所述數(shù)據(jù)矩陣的列數(shù)與窗口寬度之差，除以步長，再加I得到。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK103519848SQ201310514494
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】王叢知, 鄭海榮, 曾成志, 楊戈, 馮歌, 肖楊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院