本發(fā)明涉及超聲波技術領域，具體是一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)方法及裝置。

背景技術：

作為超聲診斷設備的重要功能之一，脈沖波多普勒(Pulse Wave Doppler，PWD)被廣泛用于血流速度的檢測，它能夠獲得血流速度隨時間變化的頻譜圖。在普通的脈沖波多普勒模式下，一次脈沖波發(fā)射完成后，要等所有深度的回波接收完才開始下一次發(fā)射。此時，取樣門深度與脈沖重復頻率(Pulse Repetition Frequency，PRF)之間相互制約，取樣門深度越大，PRF越小，所能檢測的最大血流速度越小。

但是在血流流速非常高的特殊場合中，比如心臟血流流速檢測，普通的PWD模式難以滿足要求，此時需要用到高脈沖多普勒(High Pulse Repetition Frequency，HPRF)模式。HPRF模式與普通PWD模式不同，并不會等待所有深度的回波接收完畢才開始下一次發(fā)射，而是在接收到較淺深度的回波后就開始下一次發(fā)射。如圖1示例，Tn表示第n次發(fā)射，Rn表示第n次接收，HPRF模式的PRF是普通PWD模式的兩倍，取樣門個數(shù)也相應的增加，多出來的取樣門稱為虛擬取樣門，實際中通常從最淺的取樣門獲取數(shù)據(jù)。此時，較深位置的回波會和下一次的較淺位置的回波一起被接收，如圖2示例，實際是從取樣門1接收數(shù)據(jù)，第一次信號接收期只接收到第一次發(fā)射信號在較淺位置的回波，即取樣門1位置的回波；第二次信號接收期將同時接收到到第二次發(fā)射信號在取樣門1位置的回波和第一次發(fā)射信號在取樣門2位置的回波，…，以此類推，則HPRF能夠?qū)崿F(xiàn)以較高的PRF獲取較深位置的回波。

由于脈沖的發(fā)射和接收不能同時進行，兩次脈沖接收之間存在一定的時間間隔，該間隔被稱為死區(qū)。在死區(qū)內(nèi)接收到的通常都是被污染的信號，或者根本接收不到信號，因此取樣門的位置應該避開死區(qū)。當脈沖重復頻率越高，死區(qū)所占比重也越高，如何獲取一個合適的PRF，使得既能滿足深度要求，又能避開死區(qū)，是HPRF模式的關鍵問題。

專利CN201210088078從備選的PRF檔位中選取合適的PRF值，使得在當前深度下，取樣門不在死區(qū)內(nèi)。該方法每次判斷PRF參數(shù)不符合要求時就將PRF提升到下一檔位，對每個檔位的參數(shù)值的準確度要求很高，且難以確定相鄰檔位之間的最優(yōu)間隔大小，此外檔位值不能隨著取樣門深度變化進行相應的調(diào)整，其魯棒性低。

專利CN20100044456預先固定PRF調(diào)整范圍和步長的參數(shù)值，然后按照固定的步長在范圍內(nèi)依此選取許多個PRF進行多項評分的計算，最終將組合評分最優(yōu)的PRF用于脈沖波發(fā)射。該方法計算繁冗，資源消耗大，且參數(shù)設置較依賴經(jīng)驗。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種速度標尺調(diào)節(jié)方法及裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)方法，包含以下步驟：

A、記錄當前標尺檔位的調(diào)整方式，用于標尺檔位的調(diào)節(jié)；

B、根據(jù)當前檔位及其鄰近檔位的速度標尺值，自適應確定速度標尺的調(diào)整步長，在當前檔位與鄰近檔位之間尋找合適的標尺值；

C、如果步驟B仍找不到合適標尺，則根據(jù)A中的調(diào)整方式調(diào)節(jié)檔位，然后繼續(xù)進行步驟B，直至找到合適的標尺值。

作為本發(fā)明的進一步技術方案：若當前檔位的速度標尺值使得取樣門位于死區(qū)，首先在上下相鄰檔位之間尋找滿足條件的標尺，如果找不到合適標尺則進行檔位的調(diào)整，若該檔位不合適再繼續(xù)進行檔位間的搜索，如此反復直到找到合適的標尺值。

作為本發(fā)明的進一步技術方案：在相鄰標尺間尋找合適標尺時，調(diào)整步長并非固定的，而是根據(jù)相鄰檔位值的距離自適應計算得到。

一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括輸入模塊、存儲模塊、計算模塊、控制模塊和輸出模塊，所述的控制模塊作為控制中心，與存儲模塊和計算模塊相連，同時連接輸入模塊和輸出模塊。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結合了系統(tǒng)的計算效率和魯棒性兩方面，提出了一種HPRF模式下的速度標尺調(diào)節(jié)方法及裝置，保證系統(tǒng)能夠根據(jù)實際標尺檔位自適應地尋找合適的速度標尺值，獲得好的圖譜效果，提升算法的魯棒性，減小系統(tǒng)計算量。

附圖說明：

圖1為脈沖多普勒與高脈沖多普勒對比示意圖；

圖2為高脈沖多普勒取樣門示意圖；

圖3為超聲PW模式處理流程圖；

圖4為速度標尺調(diào)整流程圖；

圖5為速度標尺調(diào)節(jié)裝置示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1-5，一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)方法包括步驟：

A、記錄當前標尺檔位的調(diào)整方式，用于標尺檔位的調(diào)節(jié)；

B、根據(jù)當前檔位及其鄰近檔位的速度標尺值，自適應確定速度標尺的調(diào)整步長，在當前檔位與鄰近檔位之間尋找合適的標尺值；

C、如果步驟B仍找不到合適標尺，則根據(jù)A中的調(diào)整方式調(diào)節(jié)檔位，然后繼續(xù)進行步驟B，直至找到合適的標尺值。

上述流程的創(chuàng)新之處一在于，若當前檔位的速度標尺值使得取樣門位于死區(qū)，先在上下相鄰檔位之間尋找滿足條件的標尺，如果找不到合適的再進行標尺檔位的調(diào)整。直到找到合適的標尺值，立即結束算法。算法將標尺檔位的粗調(diào)與檔位間微調(diào)相結合，魯棒性更高，保證取樣門不會進入死區(qū)。

上述流程的創(chuàng)新之處二在于，在相鄰標尺間尋找合適標尺時，調(diào)整步長并非固定的，而是根據(jù)相鄰檔位值進行計算，具有自適應性，不受標尺檔位值設定的影響。

一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)裝置包括：

輸入模塊：用于用戶根據(jù)自身需求進行標尺調(diào)節(jié)；

存儲模塊：用于保存用戶調(diào)整方向、調(diào)整前的標尺值、調(diào)整步長及調(diào)整次數(shù)等數(shù)據(jù)；

計算模塊：用于根據(jù)設定的標尺檔位值計算調(diào)整步長、并且計算脈沖重復頻率、取樣門個數(shù)、死區(qū)長度等數(shù)據(jù)；

控制模塊：用于根據(jù)一系列條件進行流程控制，比如判斷是否滿足避開死區(qū)要求、微調(diào)次數(shù)要求、取樣門個數(shù)等條件，進而控制系統(tǒng)進行標尺的粗調(diào)微調(diào)等操作，保證系統(tǒng)最終能夠找到合適的速度標尺值；

輸出模塊：用于輸出調(diào)整以后的標尺值，以用于高脈沖多普勒模式的信號發(fā)射接收以及信號處理過程。

計算模塊根據(jù)相鄰檔位的標尺值自適應計算上下微調(diào)的步長。

控制模塊先進行標尺檔位間的微調(diào)，然后進行標尺檔位調(diào)整。

本發(fā)明的工作原理是：圖3所示為常規(guī)醫(yī)用超聲設備PW模式處理框圖。掃描控制器控制發(fā)射波束合成器產(chǎn)生發(fā)射波形激勵超聲探頭，探頭產(chǎn)生超聲波信號照射到探測物體內(nèi)部，反射回來的超聲波信號經(jīng)由超聲探頭轉(zhuǎn)化為電信號，AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再經(jīng)過接收波束合成器得到RF信號。最后通過聲音信號處理以及頻譜處理流程分別可以得到聲音信號以及頻譜信號輸出。

其中，PRF作為其中一項掃描控制參數(shù)，控制兩次發(fā)射接收之間的時間間隔，即pw信號時間采樣率。PRF計算方式如下：

其中C為聲速，在人體組織中通常為1540米每秒；Fre表示探頭中心頻率，根據(jù)探頭特性預置少數(shù)幾個等級，通常不需調(diào)節(jié)。Vel為速度標尺，其在系統(tǒng)內(nèi)設置多個檔位可調(diào)，超聲系統(tǒng)主要就是通過對速度標尺的調(diào)節(jié)實現(xiàn)PRF的改變。當檢測低速血流時(如腎臟等)需要用到較低的速度標尺，當檢測高速血流時(比如心臟等)需要用到較高的速度標尺。而當采樣深度限制無法達到更高的速度標尺時，就需要開啟HPRF功能。

本發(fā)明的速度標尺調(diào)節(jié)方法如圖4所示，每當用戶手動調(diào)節(jié)頻率、速度標尺、取樣門深度等與PRF相關的參數(shù)時，系統(tǒng)能自動高效地找到合適的速度標尺，進而得到滿足要求的PRF。

速度標尺的自動調(diào)整包括以下步驟：

S1：根據(jù)用戶的調(diào)整意愿進行標尺檔位調(diào)節(jié)。這里的調(diào)節(jié)意愿包括直接對速度標尺檔位的調(diào)節(jié)，以及對取樣門位置、頻率等的調(diào)整所帶來的必要的標尺調(diào)節(jié)，以避免取樣門落入死區(qū)。

S2：記錄標尺檔位調(diào)節(jié)方向D。表明根據(jù)用戶意愿是往上增大標尺檔位，還是往下減小標尺檔位。

S3：初始化參數(shù)K，M。其中K用于表示標尺值自動調(diào)整的方向，K為1時表示上調(diào)，K為-1時表示下調(diào)；M則表示當前的調(diào)整次數(shù)，其值從0開始，每次標尺值將要上調(diào)時自加1。

S4：根據(jù)當前的標尺值判斷取樣門是否位于死區(qū)內(nèi)。死區(qū)長度Dead_length為脈沖發(fā)射持續(xù)時間與死區(qū)余量之和，死區(qū)余量通常根據(jù)系統(tǒng)取較小的常數(shù)。只有當取樣門的起始位置SV_start和結束位置SV_end滿足以下兩個條件時，取樣門才算避開了死區(qū)。

(1)SV_start>(N-1)*PRT+Dead_length

(2)SV_end<N*PRT

其中N表示取樣門個數(shù)，PRT表示脈沖重復周期，即脈沖重復頻率的倒數(shù)。取樣門個數(shù)N根據(jù)取樣門結束位置SV_end、聲速C、死區(qū)時長Dead_length和脈沖重復周期PRF計算得到：

如果取樣門位于死區(qū)則進入S6步驟；若避開了死區(qū)則進入S5步驟。

S5：判斷當前標尺下的取樣門個數(shù)是否超過最大值Num。若超過了最大值則進入S6步驟繼續(xù)進行標尺調(diào)整，否則停止調(diào)整，使用當前標尺值。其中取樣門最大個數(shù)Num設置為系統(tǒng)可調(diào)參數(shù)，避免取樣門過多而使得最終信噪比降低。

S6：判斷當前檔位是否是最高的標尺檔位。如果不是，則根據(jù)當前檔位及其上下相鄰的檔位計算上調(diào)與下調(diào)的間隔。若是最高檔位，則上調(diào)間隔設為0，下調(diào)間隔仍然根據(jù)低一級檔位標尺值計算。最低檔位時通常標尺很小，取樣門只有1個，直接使用普通的PWD模式，因此不用進行考慮。假設當前檔位標尺值為V，低一級檔位標尺值為V_-1，高一級檔位標尺值為V₁。則上調(diào)基礎步長TU與下調(diào)基礎步長TD分別為：

其中MAX表示調(diào)節(jié)次數(shù)的最大值，為預置的固定參數(shù)。

S7：判斷調(diào)整方向K。當K≥0是表示標尺需往上調(diào)節(jié)，此時先將調(diào)整次數(shù)M自加1，然后進入S8步驟。若K＜0，則表示標尺需往下調(diào)節(jié)，將標尺值調(diào)整為當前檔位的標尺值減去M個下調(diào)基礎步長，然后轉(zhuǎn)到S11步驟。

S8：判斷對當前檔位的標尺進行調(diào)整的次數(shù)M，當超過最大次數(shù)MAX時停止當前檔位的標尺值調(diào)整，轉(zhuǎn)到S9步驟判斷調(diào)整方向D。若沒有超過最大次數(shù)MAX，則將標尺值調(diào)整為當前檔位的標尺值加上M個上調(diào)基礎步長，然后轉(zhuǎn)到S11步驟。

S9：判斷最開始記錄的調(diào)整方向D。如果是往下調(diào)整則降低一級標尺檔位，并返回S3步驟；如果是往上調(diào)整，則直接進入S10步驟。

S10：判斷當前檔位是否是最高標尺檔位。如果不是，則提升一級標尺檔位并返回S3步驟；如果是最高檔位，則表示此次調(diào)整再往上已經(jīng)沒有合適的標尺值，停止標尺調(diào)整過程，使用用戶調(diào)整前的標尺值。

S11：標尺調(diào)整方向的改變。即控制在進行一次標尺值微調(diào)之后，下一次為反方向調(diào)整。標尺調(diào)整方向改變后，重新返回S4步驟判斷使用調(diào)整后的標尺值是否滿足取樣門不在死區(qū)的要求。假設當前檔位標尺值為V，即最終標尺值的微調(diào)順序為：V+1*TU，V-1*TD，V+2*TU，V-2*TD，…，V+MAX*TU，V-MAX*TD。

圖5是本發(fā)明提出的一種速度標尺調(diào)節(jié)裝置的示意圖。該裝置主要用于圖3所示的掃描參數(shù)計算模塊。該裝置包括輸入模塊、存儲模塊、計算模塊、控制模塊和輸出模塊。其中輸入模塊用于用戶根據(jù)自身需求進行標尺調(diào)節(jié)；存儲模塊用于保存用戶調(diào)整方向、調(diào)整前的標尺值、調(diào)整步長及調(diào)整次數(shù)等數(shù)據(jù)；計算模塊用于根據(jù)設定的標尺檔位值計算調(diào)整步長、并且計算脈沖重復頻率、取樣門個數(shù)、死區(qū)長度等數(shù)據(jù)；控制模塊用于根據(jù)一系列條件進行流程控制，比如判斷是否滿足避開死區(qū)要求、微調(diào)次數(shù)要求、取樣門個數(shù)等條件，進而控制系統(tǒng)進行標尺的粗調(diào)微調(diào)等操作，保證系統(tǒng)最終能夠找到合適的速度標尺值；輸出模塊用于輸出調(diào)整以后的標尺值，以用于高脈沖多普勒模式的信號發(fā)射接收以及信號處理過程。

本發(fā)明提出的一種高脈沖多普勒成像的速度標尺調(diào)節(jié)方法及裝置，并非僅僅根據(jù)固定的檔位來調(diào)整速度標尺，而且考慮到檔位之間的間隙，利用一定的調(diào)整間隔在檔位之間尋找合適的標尺值，有效避免了固定檔位值的偶然性。

綜上所述，本發(fā)明兼顧了速度標尺調(diào)節(jié)算法的有效性及復雜度，降低了計算量，同時能夠有效地在有限的檔位之中找到合適的速度標尺，實現(xiàn)標尺值的自動調(diào)節(jié)，得到較好的譜圖效果。