本發(fā)明實施例涉及醫(yī)學(xué)算法的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法及裝置。

背景技術(shù)：

時頻分析作為分析時變非平穩(wěn)信號的有力工具，是現(xiàn)代信號處理研究的一個熱點之一，描述了信號頻率隨時間變化的關(guān)系。在超聲多普勒醫(yī)學(xué)診斷中，便是通過時頻分析和包絡(luò)提取，實現(xiàn)從超聲多普勒信號中提取所需生理參數(shù)，無損傷地檢測血流狀況，進(jìn)而為血液循環(huán)系統(tǒng)和血管疾病的診斷提供依據(jù)，在醫(yī)學(xué)臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。

對于超聲多普勒信號而言，在實際的血流檢測中，除了固有的非平穩(wěn)性外，低信噪比、多元背景噪聲、多倍頻干擾和隨機(jī)性強(qiáng)等特性對信號的時頻分析方法有很多需求。早期使用的頻域變換法、數(shù)字濾波、空間疊加平均等方式紛紛被淘汰。目前，主流的時頻分析算法是運(yùn)用希爾伯特-黃變換法、短時傅立葉變換以及近年來的研究熱點小波變換。但是，這些主流方法的復(fù)雜度高，所需計算資源大、耗時長，難以滿足超聲血流和胎心多普勒實時輸出的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提出一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法及裝置，旨在解決如何實現(xiàn)對任意頻率成份進(jìn)行提取的問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案：

第一方面，一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法，所述方法包括：

根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型；

通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；

通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。

優(yōu)選地，所述根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型，包括：

通過所述LCR電路響應(yīng)原理獲取解調(diào)后的超聲回波復(fù)數(shù)信號

其中，所述A為信號的幅度，所述ω_d為信號的多普勒頻偏，所述為信號的相移，所述n即為噪聲。

優(yōu)選地，所述通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心，包括：

根據(jù)所述LCR電路中的頻率獲取頻率參數(shù)，并根據(jù)所述頻率參數(shù)確定頻率響應(yīng)中心。

優(yōu)選地，所述通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬，包括：

根據(jù)單次運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)的點數(shù)確定數(shù)據(jù)的截短長度，并根據(jù)所述截短長度確定幅度的帶寬。

優(yōu)選地，所述通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的響應(yīng)，包括：

若所述頻率為f，則確定所述響應(yīng)H為：

第二方面，一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的裝置，所述裝置包括：

配置模塊，用于根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理設(shè)計狀態(tài)模型；

第一確定模塊，用于通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；

第二確定模塊，用于通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。

優(yōu)選地，所述配置模塊，具體用于：

通過所述LCR電路響應(yīng)原理獲取解調(diào)后的超聲回波復(fù)數(shù)信號

其中，所述A為信號的幅度，所述ω_d為信號的多普勒頻偏，所述為信號的相移，所述n即為噪聲。

優(yōu)選地，所述第一確定模塊，具體用于：

根據(jù)所述LCR電路中的頻率獲取頻率參數(shù)，并根據(jù)所述頻率參數(shù)確定頻率響應(yīng)中心。

優(yōu)選地，所述第二確定模塊，具體用于：

根據(jù)單次運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)的點數(shù)確定數(shù)據(jù)的截短長度，并根據(jù)所述截短長度確定幅度的帶寬。

優(yōu)選地，所述第二確定模塊，具體用于：

若所述頻率為f，則確定所述響應(yīng)H為：

本發(fā)明實施例提供一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法及裝置，根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型；通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。本發(fā)明提出一種簡單的超聲多普勒信號提取方法，可以實現(xiàn)對任意頻率成分的分析提取，在數(shù)字信號處理中，數(shù)據(jù)是離散的，直接累加即可得到多普勒包絡(luò)；因為LC的設(shè)置可以準(zhǔn)確提取所需要的頻率，理論上而言的奈奎斯特頻率下的任意頻率，包括復(fù)數(shù)信號的負(fù)頻率，因為頻率估計準(zhǔn)確度高；噪聲抑制能力強(qiáng)；因為采用的理論是電路中很常見的LC震蕩理論，算法復(fù)雜度低；計算資源消耗少，相比于其他濾波提取頻率之類的算法，LC可以進(jìn)行一次乘累加即實現(xiàn)運(yùn)算，而其與方法都是要多次移位乘累加才能實現(xiàn)，運(yùn)算更快，能保證實時性的要求；在LC的設(shè)置中，不提取雙倍頻成分，即不受雙倍頻干擾，非常自由靈活可變，該方法不受血流多普勒的雙倍頻干擾，而雙倍頻干擾是超聲連續(xù)波多普勒包絡(luò)提取，心率檢測中的最大難點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種基于LCR電路模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種基于LCR模型的任意頻率響應(yīng)提取示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的裝置的功能模塊示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明實施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明實施例，而非對本發(fā)明實施例的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

參考圖1，圖1是本發(fā)明實施例提供的一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法的流程示意圖。

如圖1所示，所述提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法包括：

步驟101，根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型；

其中，根據(jù)LC的設(shè)置可以定位響應(yīng)頻率，即可以只獲取該頻率的超聲回波信號，濾除其余干擾信號。

可選地，所述根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型，包括：

通過所述LCR電路響應(yīng)原理獲取解調(diào)后的超聲回波復(fù)數(shù)信號

其中，所述A為信號的幅度，所述ω_d為信號的多普勒頻偏，所述為信號的相移，所述n即為噪聲。

具體的，本發(fā)明引用了LCR電路響應(yīng)原理作為對狀態(tài)模型的設(shè)計參考。對于LCR電路而言，通過對LC的設(shè)置，能確定頻率響應(yīng)中心，對R的設(shè)置，能確定幅度的帶寬和響應(yīng)。其實就像是一個收音機(jī)，老式的收音機(jī)設(shè)備通過線圈的方式捕獲電臺，以調(diào)節(jié)音量大小的方式獲得信號帶寬和幅度。本發(fā)明所得出的任意頻率響應(yīng)提取數(shù)學(xué)公式，便是基于LCR電路模型的思想，如圖2所示。

步驟102，通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；

具體的，該頻率響應(yīng)中心等同于通過電路中的計算得到相應(yīng)頻率參數(shù)。

對于頻率參數(shù)的具體計算為：LC為模型設(shè)置的參數(shù)，和圖2所展示的原理相對應(yīng)，對于所求取的頻率若為f₀＝10kHz，對應(yīng)的則在數(shù)字信號處理中，相應(yīng)的LC只要滿足相乘所得值為1.6×10^-5，具體的L值和C值可以任意搭配。

步驟103，通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。

優(yōu)選地，所述通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬，包括：

根據(jù)單次運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)的點數(shù)確定數(shù)據(jù)的截短長度，并根據(jù)所述截短長度確定幅度的帶寬。

優(yōu)選地，所述通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的響應(yīng)，包括：

若所述頻率為f，則確定所述響應(yīng)H為：

具體的，結(jié)合LCR模型，在實際的算法實現(xiàn)過程中，解調(diào)后的超聲回波復(fù)數(shù)信號x如下式所示：

其中，A為信號的幅度，ω_d為信號的多普勒頻偏，為信號的相移，n即為噪聲。對于所需要的頻響的頻率f，其系統(tǒng)響應(yīng)H表達(dá)式為：

由此通過簡單的乘法運(yùn)算，即可得到信號在該f頻率點的響應(yīng)。對于多頻率成分的多普勒信號而言，通過設(shè)置多個頻率響應(yīng)點，積分運(yùn)算和加權(quán)累加即可得到理想的多普勒包絡(luò)曲線，即多個LC加權(quán)實現(xiàn)多頻率的信號提取，若是對大范圍的信號有需求，在R的設(shè)置中擴(kuò)大該頻率響應(yīng)范圍，因為參數(shù)都是可以一一調(diào)整的，因此可以調(diào)整獲得理想的多普勒包絡(luò)，并實現(xiàn)對倍頻、漂移、畸變信號的抑制。因此，對f的設(shè)置是對應(yīng)LC選頻，對數(shù)據(jù)長度的設(shè)置對應(yīng)R帶寬的控制，如圖3所示。該算法最終實現(xiàn)了基于LCR模型的任意頻率響應(yīng)提取。

具體的，如圖3所示，在0到奈奎斯特fs/2的范圍內(nèi)，對fo＝fs/4頻率信號進(jìn)行提取，可以看到當(dāng)數(shù)據(jù)長度(R值)設(shè)置不同是，其頻率響應(yīng)帶寬也不同，R值越小，帶寬越寬，R值越大，帶寬越窄。對于其余頻率的提取也是，其響應(yīng)帶寬如圖所示，R值越小，帶寬越寬，R值越大，帶寬越窄。

本發(fā)明實施例提供一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的方法，根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型；通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。本發(fā)明提出一種簡單的超聲多普勒信號提取方法，可以實現(xiàn)對任意頻率成分的分析提取，在數(shù)字信號處理中，數(shù)據(jù)是離散的，直接累加即可得到多普勒包絡(luò)；因為LC的設(shè)置可以準(zhǔn)確提取所需要的頻率，理論上而言的奈奎斯特頻率下的任意頻率，包括復(fù)數(shù)信號的負(fù)頻率，因為頻率估計準(zhǔn)確度高；噪聲抑制能力強(qiáng)；因為采用的理論是電路中很常見的LC震蕩理論，算法復(fù)雜度低；計算資源消耗少，相比于其他濾波提取頻率之類的算法，LC可以進(jìn)行一次乘累加即實現(xiàn)運(yùn)算，而其與方法都是要多次移位乘累加才能實現(xiàn)，運(yùn)算更快，能保證實時性的要求；在LC的設(shè)置中，不提取雙倍頻成分，即不受雙倍頻干擾，非常自由靈活可變，該方法不受血流多普勒的雙倍頻干擾，而雙倍頻干擾是超聲連續(xù)波多普勒包絡(luò)提取，心率檢測中的最大難點。

參考圖4，圖4是本發(fā)明實施例提供的一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的裝置的功能模塊示意圖。

如圖4所示，所述裝置包括：

配置模塊401，用于根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理設(shè)計狀態(tài)模型；

第一確定模塊402，用于通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；

第二確定模塊403，用于通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。

優(yōu)選地，所述配置模塊401，具體用于：

通過所述LCR電路響應(yīng)原理獲取解調(diào)后的超聲回波復(fù)數(shù)信號

其中，所述A為信號的幅度，所述ω_d為信號的多普勒頻偏，所述為信號的相移，所述n即為噪聲。

優(yōu)選地，所述第一確定模塊402，具體用于：

根據(jù)所述LCR電路中的頻率獲取頻率參數(shù)，并根據(jù)所述頻率參數(shù)確定頻率響應(yīng)中心。

優(yōu)選地，所述第二確定模塊402，具體用于：

根據(jù)單次運(yùn)算輸入數(shù)據(jù)的點數(shù)確定數(shù)據(jù)的截短長度，并根據(jù)所述截短長度確定幅度的帶寬。

優(yōu)選地，所述第二確定模塊403，具體用于：

若所述頻率為f，則確定所述響應(yīng)H為：

本發(fā)明實施例提供一種提取超聲多普勒頻率響應(yīng)的裝置，根據(jù)LCR電路響應(yīng)原理配置狀態(tài)模型；通過對所述狀態(tài)模型中的LC的設(shè)置，確定頻率響應(yīng)中心；通過對所述狀態(tài)模型中的R的設(shè)置，確定幅度的帶寬和響應(yīng)。本發(fā)明提出一種簡單的超聲多普勒信號提取方法，可以實現(xiàn)對任意頻率成分的分析提取，在數(shù)字信號處理中，數(shù)據(jù)是離散的，直接累加即可得到多普勒包絡(luò)；因為LC的設(shè)置可以準(zhǔn)確提取所需要的頻率，理論上而言的奈奎斯特頻率下的任意頻率，包括復(fù)數(shù)信號的負(fù)頻率，因為頻率估計準(zhǔn)確度高；噪聲抑制能力強(qiáng)；因為采用的理論是電路中很常見的LC震蕩理論，算法復(fù)雜度低；計算資源消耗少，相比于其他濾波提取頻率之類的算法，LC可以進(jìn)行一次乘累加即實現(xiàn)運(yùn)算，而其與方法都是要多次移位乘累加才能實現(xiàn)，運(yùn)算更快，能保證實時性的要求；在LC的設(shè)置中，不提取雙倍頻成分，即不受雙倍頻干擾，非常自由靈活可變，該方法不受血流多普勒的雙倍頻干擾，而雙倍頻干擾是超聲連續(xù)波多普勒包絡(luò)提取，心率檢測中的最大難點。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明實施例的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明實施例的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明實施例保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明實施例的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明實施例的保護(hù)范圍之內(nèi)。