本發(fā)明涉及一種計(jì)算方法，具體是一種頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

超聲多普勒技術(shù)被廣泛用于人體血流的無損檢測和測量，連續(xù)波多普勒(cw)和脈沖波多普勒(pw)技術(shù)均屬于頻譜多普勒技術(shù)，即對多普勒血流信號進(jìn)行頻譜分析，獲得其頻譜分布，從而可以估計(jì)出血管內(nèi)血流速度的分布情況。

如圖7所示為人體頸動脈多普勒信號聲譜圖。由該聲譜圖上提取最大頻率(也稱最大流速)，得到最大流速曲線，即聲譜圖的包絡(luò)(上圖曲線描繪了一個周期的最大流速曲線)，從中估計(jì)一些重要的臨床參數(shù)，如心率、最高流速、平均流速等。

圖7所示，曲線包絡(luò)稱為最大流速曲線，一個心動周期的最大流速曲線的峰值稱為最高流速點(diǎn)(圖示ps點(diǎn))。

相近的技術(shù)方案cn101301212b；對上述已有方案描述如下：

一種實(shí)時估計(jì)多普勒參數(shù)的方法及裝置，用于超聲診斷系統(tǒng)中，對運(yùn)動組織或者血流聲譜圖的流速曲線自動進(jìn)行多普勒參數(shù)實(shí)時計(jì)算處理。所述方法包括循環(huán)進(jìn)行的步驟：用長度預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)依次從所述流速曲線上取出一段數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前準(zhǔn)心動周期的估計(jì)；確定最高流速的當(dāng)前搜索閾值；根據(jù)所述閾值和準(zhǔn)心動周期，搜索當(dāng)前最高流速。

其中，閾值的設(shè)置，是初始設(shè)置或重新設(shè)置為當(dāng)前預(yù)定時間長度t的一段流速曲線所對應(yīng)的流速最大值和平均值的平均值；其中t的選取確保該曲線至少包含一個心動周期，t選取為2s；波峰搜索過程：先將每個寫入緩沖區(qū)的最大流速值與搜索閾值比較，僅當(dāng)連續(xù)有n2個最大流速值都大于該閾值時，以該n2個點(diǎn)中的第一個點(diǎn)對應(yīng)的時刻為起點(diǎn)s，確定一預(yù)定長度范圍內(nèi)的時間段為所述波峰搜索期，本方案中n2對應(yīng)時間長度為0.03秒，預(yù)定長度單位的時間段在本實(shí)施例中取為準(zhǔn)心動周期的三分之一；進(jìn)而，在此時間范圍內(nèi)搜索出最大曲線峰值，作為所述最高流速的估計(jì)值。再根據(jù)最高流速所在的位置實(shí)時估計(jì)包括當(dāng)前心動周期、最低流速或心率在內(nèi)的其他參數(shù)。

上述為確保搜索閾值的實(shí)時性和自適應(yīng)性，使用剛剛計(jì)算出的當(dāng)前心動周期內(nèi)的最高流速和平均流速更新搜索閾值。在某些情況下，受外部因素印象，最大流速曲線的幅度可能發(fā)生變化。例如，患者身體移動可能導(dǎo)致多普勒聲譜圖及最大流速曲線全部變小，則以之前更新的閾值搜索最高流速，會出現(xiàn)錯誤，所以方案中還加了對搜索閾值有效與否的判斷機(jī)制。

已有的方案中的搜索閾值以及最高流速的搜索時間范圍都是根據(jù)前一個周期的參數(shù)計(jì)算得到的，在出現(xiàn)患者移動等特殊情況時，會出現(xiàn)錯誤，自適應(yīng)差。

對搜索閾值有效性的判斷與更新機(jī)制使運(yùn)算復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法，包括循環(huán)進(jìn)行的步驟：取出一段最大流速曲線數(shù)據(jù)；對此數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)求解兩個滑動平均值mabeat與mapeak，進(jìn)一步求出閾值thr1；若有連續(xù)n個最大流速點(diǎn)對應(yīng)的thr1大于mabeat值，則認(rèn)為此區(qū)域存在最高流速點(diǎn)，是感興趣區(qū)域；統(tǒng)計(jì)每個感興趣區(qū)域的長度，在每個感興趣區(qū)域的長度范圍內(nèi)搜索，得到取出的這段數(shù)據(jù)中所有的最高流速點(diǎn)。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述取出的這段數(shù)據(jù)包含多個心動周期的最大流速曲線，能夠搜索出多個最高流速點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明搜索閾值設(shè)置為最大流速曲線的滑動平均值，是根據(jù)最大流速曲線實(shí)時計(jì)算得到的，是完全自適應(yīng)的；判斷的方法不是用最大流速曲線值直接與閾值比較，而是用一段范圍的不同時間長度內(nèi)的平均值進(jìn)行比較，當(dāng)由于患者移動等其他情況影響，導(dǎo)致最大流速曲線的幅度整體變大或變小時，求出的滑動平均值也隨著變化，仍能準(zhǔn)確判斷存在峰值點(diǎn)的感興趣區(qū)域，避免了由于干擾帶來的閾值無效問題，也不需要進(jìn)行閾值有效與否的判斷操作。算法具有更好的自適應(yīng)性，魯棒性更高，更簡便，并且在每一段存在最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))的感興趣區(qū)域內(nèi)搜索時，搜索的長度也是自適應(yīng)的，具有更高效率。

附圖說明

圖1為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中pw實(shí)時描跡算法流程圖。

圖2為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中實(shí)時顯示最近2個周期的最大流速曲線圖。

圖3為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中流速曲線及其二階導(dǎo)數(shù)圖。

圖4為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)框圖。

圖5為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)框圖。

圖6為頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法中第一個周期的曲線圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中實(shí)時顯示最近2個周期的最大流速曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1～7，本發(fā)明實(shí)施例中，一種頻譜參數(shù)實(shí)時計(jì)算方法，包括循環(huán)進(jìn)行的步驟：取出一段最大流速曲線數(shù)據(jù)；對此數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后；根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)求解兩個滑動平均值mabeat與mapeak，進(jìn)一步求出閾值thr1；如果有連續(xù)n個最大流速點(diǎn)對應(yīng)的thr1大于mabeat值，則認(rèn)為此區(qū)域存在最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))，是感興趣區(qū)域；統(tǒng)計(jì)每個感興趣區(qū)域的長度，在每個感興趣區(qū)域的長度范圍內(nèi)搜索，可以得到取出的這段數(shù)據(jù)中所有的最高流速點(diǎn)(取出的數(shù)據(jù)可能包含多個心動周期的最大流速曲線，能夠搜索出多個最高流速點(diǎn))。

本發(fā)明中，設(shè)置了兩個閾值參數(shù)，thr1與thr2；

thr1＝mabeat+beta*mean；

thr2＝w1；

對不同的最大流速點(diǎn)，mabeat的取值不同，mabeat求解方法為：以當(dāng)前的最大流速點(diǎn)的時間位置為中間位置，取一段長度為w2的時間段內(nèi)的最大流速點(diǎn)的平均值作為對應(yīng)當(dāng)前最大流速點(diǎn)的mabeat；thr1是與當(dāng)前點(diǎn)直接相關(guān)的，自適應(yīng)強(qiáng)；beta是一個加權(quán)系數(shù)，取值在0～0.1之間；mean代表取出的所有數(shù)據(jù)的平均值。

mapeak的求解方法：以當(dāng)前的最大流速點(diǎn)的時間位置為中間位置，取一段長度為w1的時間段內(nèi)的最大流速點(diǎn)的平均值作為對應(yīng)于當(dāng)前最大流速點(diǎn)的mapeak值；

如果一個最大流速點(diǎn)對應(yīng)的mapeak的數(shù)值大于thr1的數(shù)值，則認(rèn)為它在感興趣區(qū)域內(nèi)；

其中mabeat與mapeak相比，對應(yīng)的時間窗長度更大；

搜索閾值設(shè)置為最大流速曲線的滑動平均值，是根據(jù)最大流速曲線實(shí)時計(jì)算得到的，是完全自適應(yīng)的；判斷的方法不是用最大流速曲線值直接與閾值比較，而是用一段范圍的不同時間長度內(nèi)的平均值進(jìn)行比較，當(dāng)由于患者移動等其他情況影響，導(dǎo)致最大流速曲線的幅度整體變大或變小時，求出的滑動平均值也隨著變化，仍能準(zhǔn)確判斷存在峰值點(diǎn)的感興趣區(qū)域，避免了由于干擾帶來的閾值無效問題，也不需要進(jìn)行閾值有效與否的判斷操作。算法具有更好的自適應(yīng)性，魯棒性更高，更簡便。并且在每一段存在最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))的感興趣區(qū)域內(nèi)搜索時，搜索的長度也是自適應(yīng)的，具有更高效率。

實(shí)施例1：

本發(fā)明方法用于超聲診斷系統(tǒng)中，對運(yùn)動組織或者血流聲譜圖的流速曲線自動進(jìn)行多普勒參數(shù)實(shí)時計(jì)算處理，包括循環(huán)進(jìn)行的步驟：

1.根據(jù)當(dāng)前參數(shù)設(shè)置的需要實(shí)時描跡的最大流速曲線的周期數(shù)，設(shè)置緩沖區(qū)長度，從最大流速曲線取出一段數(shù)據(jù)；

圖1所示，設(shè)置的實(shí)時顯示最近1個周期的最大流速曲線；此時緩沖區(qū)長度對應(yīng)為(1+n_period_rich)個周期；設(shè)n_period_rich取值1；即取出2個周期的包絡(luò)數(shù)據(jù)；

圖2所示，設(shè)置的實(shí)時顯示最近2個周期的最大流速曲線；此時緩沖區(qū)長度對應(yīng)為(2+n_period_rich)個周期，即取出3個周期的包絡(luò)數(shù)據(jù)；

其中n_period_rich取1，2或者3。

最終存儲在緩沖區(qū)中的最大流速曲線的點(diǎn)數(shù)設(shè)為n；

2.對取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，通帶范圍0.5～8hz

下面步驟分為兩部分，一部分用來求最高流速點(diǎn)，即最大流速曲線的峰值點(diǎn)(ps點(diǎn))；一部分用來求ed點(diǎn)；

3.求ps點(diǎn)步驟如下：

(1)對經(jīng)過帶通濾波處理的最大流速曲線進(jìn)行預(yù)處理，突出峰值點(diǎn)；

(2)求兩個滑動平均值mabeat，mapeak的數(shù)值，和兩個閾值thr1，thr2；假設(shè)上一步處理后的曲線為y(n)，1<＝n<＝n，n代表取出數(shù)據(jù)的總長度；對應(yīng)mabeat的窗函數(shù)長度為w2,

thr1(n)＝mabeat(n)+beta*mean

其中，w2是預(yù)先設(shè)置的滑動平均窗的時間長度，取值范圍在545ms～694ms；beta是預(yù)先設(shè)置的加權(quán)值，取值在0～0.1范圍內(nèi)；

其中，w1是預(yù)先設(shè)置的滑動平均窗長度，取值范圍在54ms～120ms內(nèi)；

thr2＝w1

(3)根據(jù)兩個滑動平均值以及兩個閾值判斷感興趣區(qū)域(存在ps點(diǎn)的區(qū)域)，并且記錄每個感興趣區(qū)域的時間長度tlength(n_blocks)對取出的n個數(shù)據(jù)點(diǎn)，依次判斷thr1(n)與mapeak(n)的大??；如果有連續(xù)n1(其中，n1>n_w1)個點(diǎn)對應(yīng)的thr1的數(shù)值大于mabeat的數(shù)值，則認(rèn)為這個區(qū)域內(nèi)存在ps點(diǎn)；其中n_w1是對應(yīng)一段長度為w1的時間段內(nèi)的最大流速數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。同時統(tǒng)計(jì)每個感興趣區(qū)域內(nèi)連續(xù)滿足mapeak>thr1條件的點(diǎn)的數(shù)目，即每個感興趣區(qū)域的時間長度tlength；n_blocks代表在存儲在緩沖區(qū)中的最大流速曲線中存在ps點(diǎn)的區(qū)域的個數(shù)，即ps點(diǎn)的個數(shù)。

(4)對每個感興趣區(qū)域內(nèi)搜索最大值，即該區(qū)域?qū)?yīng)的心動周期內(nèi)的最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))，每個感興趣區(qū)域的搜索時間范圍即是上一步求出的對應(yīng)該區(qū)域的tlength。

至此，找到了取出的這段數(shù)據(jù)中所有的最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))。

4.求ed點(diǎn)步驟如下：

(1)對步驟2中經(jīng)過帶通濾波處理的曲線數(shù)據(jù)首先求出其二階導(dǎo)數(shù)曲線，二階導(dǎo)數(shù)曲線幅度最大的點(diǎn)，對應(yīng)最大流速曲線上的ed點(diǎn)；如圖3所示，實(shí)線代表最大流速曲線，虛線代表最大流速曲線的二階導(dǎo)數(shù)曲線；“o”代表最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))；“*”代表ed點(diǎn)，可以看到ed點(diǎn)對應(yīng)二階導(dǎo)數(shù)曲線上的最大值點(diǎn)；

(2)對二階導(dǎo)數(shù)曲線進(jìn)行預(yù)處理，突出二階導(dǎo)數(shù)曲線的峰值；

(3)求兩個滑動平均值mabeat，mapeak和兩個閾值thr1、thr2，設(shè)二階導(dǎo)數(shù)曲線為y1(n)，1<＝n<＝n，n代表緩沖區(qū)存儲的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)

thr1(i)＝mabeat(i)+beta*mean

其中，w2是預(yù)先設(shè)置的滑動平均窗的長度，這里w2取值范圍在100ms～200ms；beta是預(yù)先設(shè)置的加權(quán)值，取值范圍在0～0.1；

其中，w1是預(yù)先設(shè)置的滑動平均窗的時間長度，這里w1取值范圍在1000ms～1.25s；在求ps點(diǎn)與求ed點(diǎn)的過程中用到的w1,w2，beta的取值范圍不同。

thr2＝w1；

下面采用與求ps點(diǎn)過程相同的處理，根據(jù)兩個滑動平均值以及兩個閾值進(jìn)行判斷，找到取出的n個最大流速點(diǎn)數(shù)據(jù)中存在的所有的ed點(diǎn)。

進(jìn)一步根據(jù)ps點(diǎn)和ed點(diǎn)進(jìn)行其他參數(shù)的計(jì)算。

實(shí)施例2：

采用本發(fā)明的方法的一般用于超聲頻譜多普勒系統(tǒng)中；

一個典型的超聲頻譜多普勒系統(tǒng)的裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，是一個超聲頻譜多普勒系統(tǒng)框圖，分為發(fā)射超聲波部分和接收超聲波部分；本發(fā)明提出的方法用于對接收的超聲波處理過程中的“參數(shù)實(shí)時計(jì)算”模塊。

實(shí)施例3：

如圖5所示，包括：

控制單元：用于用戶設(shè)置需要實(shí)時描跡的多普勒頻譜最大流速曲線的周期數(shù)目；這只是否需要描跡平均流速曲線；

數(shù)據(jù)存儲單元：根據(jù)控制單元計(jì)算并設(shè)置緩沖區(qū)大??；實(shí)時讀入并存儲一定長度的最大流速曲線數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)預(yù)處理單元：用于對取出的最大流速曲線進(jìn)行預(yù)處理操作，消除干擾；

最高流速檢測單元：用于實(shí)時計(jì)算兩個滑動平均值和兩個閾值，并且通過這幾個值判斷，計(jì)算峰值搜索范圍大小；搜索得到所有的最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))；

ed點(diǎn)檢測單元：用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理；得到最大流速曲線的二階導(dǎo)數(shù)曲線，根據(jù)二階導(dǎo)數(shù)曲線計(jì)算兩個滑動平均值和兩個閾值，以及計(jì)算每個區(qū)域的峰值搜索范圍大??；搜索得到二階導(dǎo)數(shù)曲線的峰值，對應(yīng)的就是最大流速曲線上ed點(diǎn)的位置；

參數(shù)計(jì)算單元：應(yīng)用搜索到的最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))和ed點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算相關(guān)參數(shù)；

參數(shù)輸出單元：將計(jì)算得到的參數(shù)輸出到顯示屏進(jìn)行實(shí)時顯示。

本發(fā)明中用來搜索最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))的閾值是根據(jù)當(dāng)前最大流速曲線的數(shù)值實(shí)時更新計(jì)算的，是完全自適應(yīng)的，避免了特殊情況下頻譜幅度整體移動導(dǎo)致的閾值無效，無法找到ps點(diǎn)的情況；也免去了對搜索閾值有效性判斷的單元；閾值隨著最大流速點(diǎn)自適應(yīng)的變化，提高了魯棒性，和算法的穩(wěn)定性，并且簡化了算法。

在每個區(qū)域內(nèi)搜索最高流速點(diǎn)(ps點(diǎn))的搜索時間長度與該區(qū)域內(nèi)滿足mapeak>thr1的點(diǎn)數(shù)相關(guān)，是自適應(yīng)變化的，使搜索更有效，也減小了搜索范圍。

如圖6所示，第一個周期的曲線，由于特殊情況，頻譜曲線幅度值整體偏小，但是本發(fā)明提出的方法仍然準(zhǔn)確估搜索到ps點(diǎn)和ed點(diǎn)的位置.

在求ps點(diǎn)和求ed點(diǎn)的預(yù)處理過程，可以包含，將待處理曲線x(n)小于零的部分置零，再對曲線求它的n次方(n>1)，或者求它的對數(shù)等任何用來突出峰值點(diǎn)的操作；例如，設(shè)預(yù)處理之后的曲線為

x_after(n)，1<＝n<＝n

或者

或者，

x_after(n)＝10^x(n)0≤n≤n。

求最大流速曲線的二階導(dǎo)數(shù)的過程，可以首先對一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行帶通濾波，以消除干擾，同樣在求出二階導(dǎo)數(shù)之后也可進(jìn)行一定的帶通濾波處理

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。