專利名稱：位移估計(jì)方法、位移估計(jì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明導(dǎo)入使用超聲波信號來估計(jì)位移的方法。無論是最終結(jié)果還是用于進(jìn)一步處理的中間步驟，在需要位移估計(jì)的應(yīng)用例中都能夠使用，能夠用于醫(yī)療用和工業(yè)用超聲波設(shè)備。
背景技術(shù)：
超聲波裝置通過對掃描對象介質(zhì)收發(fā)高頻的機(jī)械聲波，對介質(zhì)進(jìn)行非侵襲地診斷。這種裝置的變換器將超聲波發(fā)送給掃描對象介質(zhì)。超聲波通過散射和反射，與該介質(zhì)的下層構(gòu)造相互作用。另外，下層構(gòu)造例如是指比介質(zhì)的表面更靠近介質(zhì)的內(nèi)部側(cè)的構(gòu)造等。下層構(gòu)造例如是人身體上的血管等。被散射和反射的超聲波包含下層構(gòu)造的有益信息，由變換器接收。然后由超聲波裝置進(jìn)行處理，例如作為圖像信息提示給用戶。圖8是表示超聲波RF信號的圖。作為超聲波裝置從反射波獲得的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)的種類之一，列舉了 RF (Radiofrequency Signal 射頻信號)信號(圖 8)。這是將接收波從模擬直接變換成數(shù)字的情況。在不同的應(yīng)用例中，能夠從超聲波RF信號中導(dǎo)出亮度模式(B模式)圖像、多普勒圖像等其他種類的數(shù)據(jù)。多個(gè)應(yīng)用例中的一個(gè)用于分析所掃描的介質(zhì)的下層構(gòu)造的動(dòng)作。多普勒效應(yīng)被用作估計(jì)構(gòu)造的動(dòng)作方向和強(qiáng)度的簡單方法。但是，多普勒效應(yīng)的精度非常有限。多普勒超聲波適用于醫(yī)療用超聲波中像血流的監(jiān)測那樣精度要求不嚴(yán)密的應(yīng)用例。但是，在構(gòu)造小并且動(dòng)作極小的血管等是對象物、要求高水準(zhǔn)的精度的情況下，需要更高靈敏度的技術(shù)。作為最新的應(yīng)用例，具有為了估計(jì)構(gòu)造的彈性而使用構(gòu)造位移的超聲波彈性率測量法。為了準(zhǔn)確估計(jì)彈性，需要從所接收的超聲波中準(zhǔn)確地估計(jì)構(gòu)造的位移。使用了超聲波的位移估計(jì)，與分辨率(即，估計(jì)極小位移的能力)不同，也需要高水準(zhǔn)的精度。在多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，從超聲波B模式圖像中估計(jì)構(gòu)造的位移。但是，所估計(jì)的位移的質(zhì)量大大依賴于B模式圖像的畫質(zhì)和分辨率。在大部分的超聲波裝置中，很難用B模式圖像的分辨率來估計(jì)微米單位的位移。并且，也有將如下情況作為焦點(diǎn)的技術(shù)從所接收到的RF信號中直接估計(jì)位移。
最一般的技術(shù)之一是1這樣的互相關(guān)的技術(shù)。然而，在互相關(guān)技術(shù)中，計(jì)算量增大，只能估計(jì)與多個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)的位移。微米單位的位移通常只不過相當(dāng)于采樣間隔的一個(gè)間隔的極小的一部分。因此，無法使用互相關(guān)來進(jìn)行估計(jì)。在這種狀況下，存在根據(jù)信號插值來估計(jì)位移的技術(shù)。但是，該方法使處理時(shí)間增大，并且估計(jì)質(zhì)量依賴于插值方法。自相關(guān)依賴于所接收到的RF信號的正交解調(diào)信號(也作為基帶信號被公知)的相位信息。該方法具有2所記載的能夠估計(jì)與RF信號的子采樣對應(yīng)的位移這樣的優(yōu)點(diǎn)。但是，在該方法中，容易產(chǎn)生噪聲，并且受調(diào)幅效應(yīng)影響。S卩，所估計(jì)的位移在信號功率高的區(qū)域而產(chǎn)生了偏差。為了克服噪聲的影響，可以選擇更大集合的采樣來執(zhí)行自相關(guān)，但在該方法中，估計(jì)更詳細(xì)的位移的能力下降。從上述技術(shù)中開發(fā)了一些克服所估計(jì)的位移的不準(zhǔn)確性的方法。如3那樣，“coarse to fine”方法通過在不同的估計(jì)階段利用不同的窗區(qū)域， 在第1階段粗略估計(jì)位移，在第2階段更細(xì)致地估計(jì)，以此來提高精度。但是，無法提供評價(jià)估計(jì)質(zhì)量的方法。如1那樣，為了提高第1階段的結(jié)果的精度，也具有如下的技術(shù)通過執(zhí)行第2 估計(jì)階段并使其與第1階段的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行組合，使用基于第1階段的估計(jì)結(jié)果的信號卷繞(warping)。如2那樣，也能利用其他的位移校正方法。這些方法由于產(chǎn)生發(fā)散的風(fēng)險(xiǎn)高，所以必須限制階段數(shù)。另外，沒有用于克服因引導(dǎo)收斂并且RF信號功率的不均勻分布所引起的噪聲和偏差的影響的方法。為了提供能夠示出位移估計(jì)質(zhì)量、不需要限制估計(jì)階段數(shù)、引導(dǎo)反復(fù)估計(jì)的收斂、 針對極小位移精度也很高的更綜合性的反復(fù)估計(jì)方法，需要對這些方法進(jìn)行改善。這樣，作為現(xiàn)有例，公知有專利文件1 6的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1美國專利第6277074號說明書專利文獻(xiàn)2美國專利第6506158號說明書(美國專利申請公開第2001/0034485 號說明書)專利文獻(xiàn)3美國專利申請公開第2008/0019609號說明書專利文獻(xiàn)4美國專利申請公開第2009/0221916號說明書專利文獻(xiàn)5美國專利第6270459號說明書專利文獻(xiàn)6國際公開第2008/038615號

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
關(guān)于單一階段的位移估計(jì)方法，現(xiàn)在的方法在精度和位移分辨率的方面具有課題?；诨ハ嚓P(guān)的方法，在沒有信號插值的情況下，無法估計(jì)與子采樣間隔對應(yīng)的小的位移。然而，在該方法中，噪聲的影響較小。因此，在基于互相關(guān)的方法中，雖然精度高，但是位移分辨率低。以提高互相關(guān)方法的位移分辨率為目的，可以應(yīng)用信號插值。但是，這在估計(jì)對象的位移是微米單位的情況下，會大幅增加處理功率。并且，該方法的精度依賴于插值算法的質(zhì)量。在基于自相關(guān)的方法中，能夠估計(jì)較小的位移，但非常容易產(chǎn)生噪聲。因此，在該方法中，雖然位移分辨率高，但是精度低。因此，為了使精度提高，可以利用2階段的估計(jì)方法。但是，這些方法在綜合性的反復(fù)方法的欠缺、評價(jià)位移質(zhì)量的方法的欠缺、限制位移精度的要素即消除噪聲和調(diào)幅效應(yīng)的方法的欠缺這3個(gè)方面具有課題。需要在綜合性的反復(fù)方法中組入引導(dǎo)反復(fù)估計(jì)的收斂的技術(shù)。本發(fā)明的目的在于提供一種能高精度地估計(jì)組織位移的位移估計(jì)裝置(位移估計(jì)方法)，進(jìn)而提供一種根據(jù)所估計(jì)的位移來提供適于判別惡性腫瘤和良性腫瘤或正常組織的信息的位移估計(jì)裝置。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠用較少的反復(fù)次數(shù)使反復(fù)的位移估計(jì)處理高精度地收斂的位移估計(jì)裝置。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的位移估計(jì)方法使用超聲波信號反復(fù)估計(jì)位移，其中， 該位移估計(jì)方法包含如下步驟掃描至少1個(gè)超聲波信號，并發(fā)送給介質(zhì)；接收所掃描的從所述介質(zhì)反射的所述超聲波信號；計(jì)算窗尺寸；根據(jù)所計(jì)算的所述窗尺寸，計(jì)算窗的邊界； 使用基于所計(jì)算的所述邊界的所述窗，估計(jì)所述超聲波信號的各個(gè)深度的位移；根據(jù)所估計(jì)的所述位移，對所述超聲波信號進(jìn)行卷繞；以及使用所卷繞的所述超聲波信號，引導(dǎo)該位移估計(jì)方法的收斂，使得所述超聲波信號的相關(guān)值變大。在本發(fā)明中，示出了發(fā)明者使用利用了反復(fù)估計(jì)方法的超聲波來估計(jì)位移的方法。根據(jù)發(fā)明者的實(shí)驗(yàn)，在估計(jì)窗尺寸相同或者沒有適當(dāng)構(gòu)成所有的反復(fù)估計(jì)循環(huán) (round)的情況下，所估計(jì)的位移不收斂。因此，導(dǎo)入對該收斂有用的窗計(jì)算方法。窗計(jì)算方法包含如下的兩個(gè)部分為了引導(dǎo)反復(fù)估計(jì)的收斂而計(jì)算窗尺寸的部分、以及為了克服因信號功率的不均勻分布而引起的噪聲和偏差的影響而計(jì)算窗邊界的部分。通過窗尺寸的計(jì)算，按照每個(gè)反復(fù)估計(jì)循環(huán)決定不同的窗尺寸。這具有如下的兩個(gè)目的為了在后續(xù)的循環(huán)中獲得更詳細(xì)的估計(jì)結(jié)果、以及為了使估計(jì)可靠地收斂。S卩，能夠避免進(jìn)行不合適的窗尺寸的處理而得不到收斂從而得不到準(zhǔn)確的位移量，能夠進(jìn)行合適的窗尺寸的處理而可靠地得到收斂，從而能夠得到更準(zhǔn)確的位移量。在窗邊界的計(jì)算中，利用信號功率決定各估計(jì)位置的估計(jì)窗的邊界。在以往的估計(jì)方法中，窗通常以該位置為中心對稱。這是因不均勻的信號功率的分布而引起偏差的一個(gè)原因。通過使用信號功率來決定窗邊界，能夠克服這種影響。為了引導(dǎo)進(jìn)一步的收斂，導(dǎo)入所估計(jì)的位移的質(zhì)量的評價(jià)，反復(fù)估計(jì)方法保證始終收斂到最佳的結(jié)果。本發(fā)明包含引導(dǎo)收斂的方法、克服限制精度的要素的方法以及評價(jià)結(jié)果的質(zhì)量的方法，使用綜合性的反復(fù)方法來保證位移估計(jì)的精度。發(fā)明效果圖10是示出在仿真中應(yīng)用了回溯算法后的位移估計(jì)的改善結(jié)果的圖。圖11是表示體模實(shí)驗(yàn)中的相同結(jié)果的圖。圖10是示出估計(jì)的第1循環(huán)中的所估計(jì)的位移(位移1001)脫離所仿真的位移輪廓(輪廓1000)的情況的圖。然而，在使用了引導(dǎo)收斂的窗方式的回溯算法的最終循環(huán)中，所估計(jì)的位移(位移100 與所仿真的輪廓非常吻合。圖11是示出生成整體位移的體模實(shí)驗(yàn)的估計(jì)結(jié)果的圖。為了例示，選擇單線(參照輪廓1100)。由于生成整體位移，所以期待恒定的位移輪廓(輪廓1101)。在估計(jì)的第1循環(huán)中，結(jié)果(參照數(shù)據(jù)110 不太適合期待的位移。然而，最終循環(huán)的估計(jì)結(jié)果(參照數(shù)據(jù)1103)比起第1循環(huán)的估計(jì)結(jié)果，更好地表示了整體的動(dòng)作。并且，能夠提供一種可進(jìn)行合適的窗尺寸處理的位移估計(jì)裝置。本發(fā)明的目的在于提供一種能高精度地估計(jì)組織位移的位移估計(jì)裝置(位移估計(jì)方法)，進(jìn)而提供一種根據(jù)所估計(jì)的位移來提供適于判別惡性腫瘤和良性腫瘤或正常組織的信息的位移估計(jì)裝置。另外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種能夠用較少的反復(fù)次數(shù)使反復(fù)的位移估計(jì)處理高精度地收斂的位移估計(jì)裝置。


圖1是表示本發(fā)明的位移估計(jì)方法的圖。
圖2是表示本發(fā)明的窗計(jì)算方法的圖。
圖3是表示窗尺寸計(jì)算的例子的圖。
圖4是表示對稱窗和能量均勻窗的例子的圖。
圖5是表示本發(fā)明的RF信號卷繞方法的圖。
圖6是表示RF信號卷繞和RF采樣延遲的圖。
圖7是表示本發(fā)明的引導(dǎo)收斂的方法的圖。
圖8是表示超聲波RF信號的圖。
圖9是表示使用了自相關(guān)的位移估計(jì)的圖。
圖10是表示在仿真中使用了本發(fā)明的位移估計(jì)結(jié)果的例子的圖。圖11是表示在體模實(shí)驗(yàn)中使用了本發(fā)明的位移估計(jì)結(jié)果的例子的圖。圖12是表示下層構(gòu)造的位移和對RF信號的影響的圖。圖13是本裝置的框圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施方式的位移估計(jì)方法是使用超聲波信號(圖13的超聲波信號1201s)反復(fù)估計(jì)位移(參照圖12的位移1207)的位移估計(jì)方法(參照圖13的位移估計(jì)裝置IX)。S卩，例如通過進(jìn)行多次位移大小的確定，進(jìn)行多次確定處理，能夠確定精度比較好的位移大小。并且，掃描至少1個(gè)超聲波信號并發(fā)送(參照圖13的超聲波處理部1 中的發(fā)送部1X1)給介質(zhì)(參照介質(zhì)1200M(圖12)以及介質(zhì)1200M所具有的下層構(gòu)造(位移測定的對象)1203x(圖 12、13))。即，例如向線方向(圖8的方向81L)的多個(gè)位置發(fā)送超聲波信號，進(jìn)行這些多個(gè)位置的掃描。并且，接收(參照接收波1X2)所掃描的從所述介質(zhì)反射的所述超聲波信號(超聲波信號1201s)。另外，超聲波處理部1 例如是探頭(探針)等。并且，計(jì)算(參照圖13的信息處理部l)(b所包含的尺寸計(jì)算部1X3)窗尺寸(圖 13的窗尺寸1X3M 例如圖3的(a)欄、(b)欄的窗尺寸(winSize)等)。S卩，決定各個(gè)循環(huán)中的窗尺寸。另外，尺寸計(jì)算部1X3例如可以包含窗計(jì)算部102(圖1)，也可以是窗計(jì)算部102 的至少一部分等。S卩，例如根據(jù)第n-1循環(huán)中的相關(guān)值(圖13的相關(guān)值1X7M)來決定第η循環(huán)中的窗尺寸(η彡2)。并且，根據(jù)所計(jì)算出的所述窗尺寸，計(jì)算(參照邊界計(jì)算部1X4)窗的邊界(參照邊界的信息1Χ4Μ 圖4的(a)欄、(b)欄所示的窗的始端(winStart)以及終端(winEnd)
寸乂 O另外，邊界計(jì)算部1X4例如可以是窗計(jì)算部102(圖1)的至少一部分。S卩，確定始端和終端，這些始端和終端間的寬度是所計(jì)算的窗尺寸。并且，使用基于所計(jì)算的所述邊界的所述窗，估計(jì)(參照估計(jì)部1X5)所述超聲波信號的各個(gè)深度的位移(位移UbM)。另外，估計(jì)部1)(5例如可以是位移估計(jì)部101(圖1)的至少一部分等。S卩，例如確定與本裝置的距離相互不同的多個(gè)位置上的位移。并且，根據(jù)所估計(jì)的所述位移，卷繞所述超聲波信號(參照卷繞部1X6)。另外，卷繞部1)(6例如可以是RF信號卷繞部100(圖1)的至少一部分等。并且，使用所卷繞的所述超聲波信號來引導(dǎo)(參照收斂控制部1X7)該位移估計(jì)方法的收斂，使得所述超聲波信號的相關(guān)值(相關(guān)值1X7M)增大。
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另外，收斂控制部1X7例如可以是收斂引導(dǎo)部103的至少一部分等。S卩，將在根據(jù)所卷繞的超聲波信號計(jì)算出的相關(guān)值最大的循環(huán)中估計(jì)的位移大小確定為精度最高的大小。并且，使所計(jì)算的所述窗尺寸變化，使得用于連續(xù)多個(gè)循環(huán)的所述窗尺寸逐漸減S卩，例如在各個(gè)循環(huán)中計(jì)算出的窗尺寸是比在該循環(huán)之前的循環(huán)中計(jì)算出的窗尺寸小的尺寸，所計(jì)算的窗尺寸向小尺寸變更。并且，計(jì)算所述窗尺寸，使得所有(深度)的窗的信號能量相等。并且，超聲波信號的相關(guān)值(第n-1循環(huán)中的相關(guān)值)越大，計(jì)算越小的所述窗尺寸(第η循環(huán)中的窗尺寸)。這里，相關(guān)值等各循環(huán)中的收斂程度的評價(jià)值和窗尺寸的關(guān)系可以參照基于活體上的實(shí)驗(yàn)值的預(yù)定關(guān)系式或表示兩者的對應(yīng)關(guān)系的表等來決定。并且，將與第n-1循環(huán)中的相關(guān)值對應(yīng)了所決定的對應(yīng)關(guān)系的窗尺寸確定為第η 循環(huán)中的窗尺寸。S卩，例如在本裝置中進(jìn)行下面的動(dòng)作。即，可以向作為測定對象物(例如伴隨著新生血管的惡性腫瘤等)的下層構(gòu)造 1203χ(圖12)發(fā)送超聲波信號1201s，并接收所發(fā)送的超聲波信號1201s。所確定的延遲時(shí)間1208是第1脈沖位置(參照圖12的(b)欄的RF信號1204) 和第2脈沖位置(參照RF信號1205)間的延遲時(shí)間。這里，第1脈沖是所接收的超聲波信號1201s中下層構(gòu)造1203在進(jìn)行位移1207 之前的脈沖。并且，第2脈沖是測定對象物進(jìn)行了位移1207后的脈沖。并且，根據(jù)所確定的延遲時(shí)間1208來決定位移1207。并且，可以判定所確定的位移1207的大小的下層構(gòu)造1203x的動(dòng)作是否是預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作。并且，可以在判定為是預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作的情況下，判定為該下層構(gòu)造1203x是惡性腫瘤(癌)，在判定為不是該動(dòng)作的情況下，判定為是良性腫瘤或正常組織。另外，例如可以通過收斂控制部1χ7(圖1 來進(jìn)行這種是否是癌的判定。在這種本裝置中，更具體來講，例如可以如在后面詳細(xì)說明那樣，在第n-1循環(huán)中確定的相關(guān)值越大，在第η循環(huán)中，越能進(jìn)行更大窗尺寸的處理。另外，這里，基于窗尺寸的處理例如可以是從所接收的超聲波信號1201s中的該窗尺寸的窗部分的數(shù)據(jù)中計(jì)算出第η循環(huán)中的相關(guān)值的處理。根據(jù)本處理，由于在各循環(huán)中能夠設(shè)定與超聲波的接收信號的信號電平對應(yīng)的適當(dāng)窗，所以能夠提高收斂的精度，并且以較少的反復(fù)次數(shù)獲得收斂，并且能夠以較少的處理量實(shí)現(xiàn)高精度的位移估計(jì)。以下的實(shí)施方式僅說明各發(fā)明步驟的原理。這里說明的具體例子的各種變形，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不限定于本說明書記載的具體例示的內(nèi)容，只限定于權(quán)利要求書的范圍。圖1是表示位移估計(jì)方法的圖。
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圖1示出本發(fā)明的主要實(shí)施方式。RFSig (d，1，f)表示從超聲波部獲得的RF信號，d表示深度方向(圖8的方向81D)， 1表示線方向(方向81L)，f表示幀方向(方向81F)。圖8進(jìn)一步示出與這些相關(guān)的內(nèi)容。這種RF信號的1幀內(nèi)的1條線(參照圖示的801)通過由超聲波變換器800在該線位置向掃描方向(方向802)發(fā)送脈沖的機(jī)構(gòu)生成。這里，該脈沖一邊反射和散射，一邊沿著進(jìn)路與下層構(gòu)造相互作用，該超聲波變換器800接收反射和散射的信號。并且，該信號被超聲波部變換為對應(yīng)的線。通過相同的機(jī)構(gòu)，在各個(gè)位置生成多條線，并在各種時(shí)間實(shí)例(time instance)生成多個(gè)幀。圖12的(a)欄表示下層構(gòu)造的位移，(b)欄表示對RF信號的影響。圖12示出所掃描的介質(zhì)的下層構(gòu)造的位移被作為RF信號的延遲而反射的機(jī)構(gòu)。以例示為目的，假設(shè)發(fā)送1條線的1個(gè)脈沖，下層構(gòu)造只有1個(gè)反射邊界。在第1時(shí)間實(shí)例(參照(a)欄的左側(cè)部分)，超聲波變換器1200向所掃描的介質(zhì)發(fā)送脈沖(參照脈沖1201)。該脈沖通過介質(zhì)傳播到到達(dá)下層構(gòu)造1203(1203χ)的反射邊界為止。通過該邊界，脈沖向變換器反射(參照所反射的脈沖1202)。變換器接收該脈沖，變換為RF信號1204(參照圖12的(b)欄的表的第1行)。RF信號1204的整體的脈沖位置表示被發(fā)送的脈沖1201向下層構(gòu)造1203前進(jìn)并被反射回來所需的時(shí)間。在第2時(shí)間實(shí)例(圖12的(a)欄的右側(cè))，RF信號1205 (圖12的(b)欄的表的第3行)由同一機(jī)構(gòu)生成，但下層構(gòu)造位移到新的位置(參照位移后的下層構(gòu)造1206)。由于位移x(位移1207)，所發(fā)送的脈沖(脈沖1201)被傳播并被下層構(gòu)造的邊界反射所需的時(shí)間變長，其結(jié)果，引起RF信號的延遲(參照延遲時(shí)間1208)。另外，在該例子中，位移χ的朝向是圖12所示的方向1203d的朝向。如果知道了該延遲時(shí)間1208的延遲值，就能夠估計(jì)出位移(位移1207)。并且，在具有多個(gè)下層構(gòu)造的介質(zhì)中，能夠生成多個(gè)反射脈沖。這些多個(gè)下層構(gòu)造的位移的量相互不同的原因在于RF信號中的反射脈沖的延遲不同。因?yàn)檫@些脈沖重復(fù)并相互作用，所以很難估計(jì)各下層構(gòu)造的準(zhǔn)確位移。本發(fā)明提示出通過反復(fù)進(jìn)行估計(jì)來準(zhǔn)確估計(jì)下層構(gòu)造的位移的方法。根據(jù)圖1所示的主要實(shí)施方式，本發(fā)明具備以下的主要模塊。即，在本裝置中，具備RF信號卷繞部100 (參照圖5)、位移估計(jì)部101 (參照圖9)、 窗計(jì)算部102(參照圖2)、收斂引導(dǎo)部103(參照圖7)、輸出開關(guān)104。RF信號卷繞部100根據(jù)上次的估計(jì)循環(huán)(第n-1循環(huán))的位移估計(jì)結(jié)果 dispR0imd(d，l，round)，進(jìn)行對象估計(jì)循環(huán)(第η循環(huán))中的卷繞。在該卷繞中，對于對象估計(jì)循環(huán)，卷繞RF信號的所選擇的幀內(nèi)的所選擇的線。另外，其在第1循環(huán)中被設(shè)定為0。
該模塊的輸出是被用于估計(jì)循環(huán)的被卷繞的RF信號RFSigWarp(d，1，f，round)。另外，在第1估計(jì)循環(huán)(即，round = 1)中，通過將dispRound(d, 1,0)初始化為 0，使得RFSigffarp (d, 1，f，1)與從超聲波部獲得的RF信號RFSig (d, 1，f)(前述)實(shí)質(zhì)上是相同的。由于估計(jì)位移，所以可以將預(yù)先定義的幀的集合選擇為針對該模塊的輸入。以例示為目的，選擇2個(gè)巾貞，并用f 1和f2來表示它們。RF信號卷繞的目的是根據(jù)在先行的循環(huán)中所估計(jì)的位移將1個(gè)RF信號校正為與其他RF信號相適合。并且，之后通過從所校正的RF信號中估計(jì)殘留位移，并追加到先行循環(huán)的位移上，生成新的位移。一些數(shù)量(預(yù)先設(shè)定的數(shù)量)的估計(jì)循環(huán)之后，所估計(jì)的位移與所校正的RF信號幾乎一致，將殘留位移收斂成0。位移估計(jì)部101通過根據(jù)RF信號的時(shí)間延遲進(jìn)行導(dǎo)出從而根據(jù)RF信號 RFSigffarp (d, 1，f, round)中估計(jì)位移。優(yōu)選執(zhí)行該任務(wù)的方法是通過winStart (d，1)和WinEnd(d，1)來記述各深度的估計(jì)窗的自相關(guān)的方法，但并不限于此。窗計(jì)算部102計(jì)算各深度的用于所選擇的線的估計(jì)窗參數(shù)wir^tart(d，1)和 winEnd(d,1)。窗計(jì)算部102獲取RF信號RFSigWarp (d，1，f，round)，并且，獲取對象循環(huán)數(shù) curRound和RF信號差分residue(d，1，round)作為來自收斂引導(dǎo)部103的輸入。收斂引導(dǎo)部103進(jìn)行本技術(shù)的引導(dǎo)收斂的處理。即，為了決定所估計(jì)的位移的質(zhì)量，計(jì)算所卷繞的RF信號間的差分。將該差分最小(包含對象循環(huán))的循環(huán)判定為表示最準(zhǔn)確的位移估計(jì)結(jié)果。該模塊的輸出是對象估計(jì)循環(huán)數(shù)curRound、RF信號差分最小的循環(huán)數(shù) minResidueRound(d, 1)、作為所估計(jì)的位移質(zhì)量的測定值的RF信號差分residue (d，1， round)。residue (d，1，round)越小，表示質(zhì)量越好，在估計(jì)循環(huán)整體中，如果residue (d， 1, round)減少，則表示收斂。另外，作為計(jì)算所卷繞的RF信號間的差分的方法，考慮了“平方差分和”和“絕對差分”的方法，但不限于此。輸出開關(guān)104 獲取 curRound 和 minResidueRound (d，1)作為輸入。在對象循環(huán)數(shù)到達(dá)最大值的情況下，選擇最準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)果作為最終輸出。否則，為了用于后續(xù)的估計(jì)循環(huán)，將該最準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)果選擇為RF信號卷繞部 100的輸入，將residue (d，1，round)和curRound作為輸入發(fā)送給位移估計(jì)部101。下面的段落示出了一些基于圖1所示的主要實(shí)施方式的具體實(shí)施方式
。圖5是表示RF信號卷繞方法的圖。作為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，主要的實(shí)施方式的RF信號卷繞部100通過圖5所示的方法來實(shí)現(xiàn)。位移的結(jié)果是RF信號被移動(dòng)并且被解壓縮。
因此，如下所示，在延遲值計(jì)算部500中根據(jù)先行循環(huán)的最準(zhǔn)確的位移估計(jì)結(jié)果 dispRound(d, 1, minResidueRound(d, 1))計(jì)算使 RFSig(d，1，fl)適合于 RFSig(d，1，f2) 的采樣中的延遲值(參照圖12的延遲時(shí)間1208)。算式1這里，fs是RF信號的采樣頻率，c是所掃描的介質(zhì)中聲速。作為結(jié)果，將所掃描的介質(zhì)中的位移反映成所獲得的RF信號中的延遲。由于各深度的延遲值是已知的，所以能夠按照使RFSig(d，1，fl)或RFSig(d，1， f2)的任意一個(gè)中的各線的(與所有深度對應(yīng)的)所有采樣適合于其他采樣，來進(jìn)行延遲。這在RF采樣延遲部501中執(zhí)行。在1個(gè)實(shí)施方式中，使用信號插值來執(zhí)行RF采樣延遲部501中的延遲。在其他實(shí)施方式中，使用分?jǐn)?shù)延遲濾波器來執(zhí)行RF采樣延遲部501中的延遲。圖6是表示RF信號卷繞和RF采樣延遲的圖。圖6示出RF信號卷繞處理。上述的圖12示出了由于位移而引起了 RF信號的延遲。RF信號卷繞的目的是通過使1個(gè)RF信號向與所估計(jì)的位移相反的方向延遲而使該效果無效。作為該無效化的結(jié)果，期待所卷繞的RF信號相互適合。延遲值計(jì)算部500所計(jì)算出的delayValueS(d，l)是表示1個(gè)RF信號內(nèi)的各采樣為了達(dá)成該適合而延遲的值。使用2個(gè)RF信號600和601 (圖6)來進(jìn)行該例示。數(shù)據(jù)602表示在某個(gè)估計(jì)循環(huán)之后由延遲值計(jì)算部500計(jì)算出的delayValues (d， 1)。可知delayValues (d，1)的特定深度的值表示用于使RF信號600中的相同深度的采樣適合于延遲值計(jì)算部601的延遲所需的量。然而，delayValues (d, 1)中的延遲值并不始終是數(shù)。因此，由于按照delayValues (d，l)能夠延遲RF信號600中的各采樣，所以舉出信號插值或分?jǐn)?shù)延遲濾波器作為兩個(gè)選擇候選。 通過將位移估計(jì)部101應(yīng)用于RF信號，獲得用于第1循環(huán)的位移和用于后續(xù)循環(huán)的殘留位移，為了獲得最終的位移，對它們進(jìn)行組合。圖9示出優(yōu)選的實(shí)施方式，但并不限于此。圖9表示使用了自相關(guān)的位移估計(jì)。IQ 解調(diào)部 900 將 RF 信號 RFSigffarp (d, 1，f, round)變換為基帶信號 IQSig (d，1， f)。自相關(guān)計(jì)算部901根據(jù)以下的式子計(jì)算autocorHd，1)。算式2
wmEnd ( d J )autocorr(d,l)= J] IQSigfd,Ii.,/Jx conj(IQSig(d,I；,/,))
Ii=WinSTarTl ci J)
這里，conj ()表示復(fù)共軛。最后，根據(jù)以下的式子，由位移計(jì)算部902將autocorr (d，1)變換為位移。算式3^.-,/； ir^v nr/” u J ”dispRound(d，1，round) = dispRound(d，1，round-1)+residueDisp這里，arg()是計(jì)算復(fù)數(shù)的輻角的函數(shù)。根據(jù)從1開始的循環(huán)(表示第1循環(huán))，將dispRouncKd，1,0)初始化為0。圖2是表示窗計(jì)算方法的圖。通過窗計(jì)算部102針對各估計(jì)窗中的各線的各深度，決定不同的估計(jì)窗。這在圖2中示出。圖3是表示窗尺寸計(jì)算的具體例的圖。窗尺寸計(jì)算部200(圖2)決定針對各估計(jì)循環(huán)的窗尺寸。該模塊的輸出是winSize (d，1)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，針對各循環(huán)的窗尺寸隨著循環(huán)的函數(shù)的減少而變化。這在圖3中示出。在具有窗尺寸計(jì)算部200(圖2)的實(shí)施方式中，如圖3的(a)欄所示，窗尺寸由于減少函數(shù)winSizeRound (round)而直接關(guān)系到估計(jì)循環(huán)(round)數(shù)。關(guān)于由curRoimd所確定的對象估計(jì)循環(huán)，根據(jù)以下，確定針對所有深度的窗尺寸。關(guān)于所有的 d 禾口 1，winSize (d，1) = winSizeRound (curRound)?！肮潭ù胺桨浮笔窃谟糜谖灰乒烙?jì)的所有深度選擇成為估計(jì)窗尺寸的winSiZe(d， 1)的相同值的處理?！肮潭ù胺桨浮钡膬?yōu)點(diǎn)是適合于所需的運(yùn)算量不多(比較少)并且RF信號能量沿著深度方向被規(guī)則準(zhǔn)確地分配的情況。在窗尺寸計(jì)算部200的其他實(shí)施方式中，各深度的窗尺寸根據(jù)作為上限的 maxWin (round)、作為下限的 minWin (round)、RF 信號功率 sigPow(d，1)來計(jì)算。maxffin (round)禾口 minWin (round)是循環(huán)的減少函數(shù)。這作為“瞬間功率窗方案”，在圖3的(b)欄中示出。應(yīng)用以下的條件。算式4winSize(d,1) e [min Win(curRound), max Win(curRound)]并且，如圖3 的(b)欄所示，winSize (d，l)也可以與 sigPow(d，1)、即與 sigPow = 0對應(yīng)的最大窗尺寸和與最大sigPow對應(yīng)的最小窗尺寸成反比。“瞬間功率窗方案”與“固定窗方案”相比，所需的運(yùn)算量多，但是，特別在RF信號能量沿著深度方向相當(dāng)不均勻的情況下，精度更高。為了克服信號對噪聲比的較低程度，對具有較低信號功率的區(qū)域指定更大的估計(jì)窗，為了更詳細(xì)地分布位移，對具有較大信號功率的區(qū)域指定更小的估計(jì)窗。然而，關(guān)于規(guī)則準(zhǔn)確地分配了信號能量的RF信號，“固定窗方案”和“瞬間功率窗
13方案”沒有大的差異。在窗尺寸計(jì)算部200的其他實(shí)施方式中，也可以計(jì)算所有深度的窗尺寸，使得所有的窗內(nèi)的信號能量保持同量，這被稱為“恒定能量窗方案”。信號功率計(jì)算部201(圖2)計(jì)算沿著幀方向的RF信號的平均功率。信號功率計(jì)算部201獲取所卷繞的RF信號RFSigWarp (d，1，f，round)和對象循環(huán)數(shù)curRound作為輸入。在RFSigWarp (d，1，f，curRound)內(nèi)具有多個(gè)幀，按照如下方式計(jì)算功率。算式5
權(quán)利要求
1.一種位移估計(jì)方法，使用超聲波信號反復(fù)估計(jì)位移，其中， 該位移估計(jì)方法包含如下步驟掃描至少1個(gè)超聲波信號，并發(fā)送給介質(zhì)； 接收所掃描的從所述介質(zhì)反射的所述超聲波信號； 計(jì)算窗尺寸；根據(jù)所計(jì)算的所述窗尺寸，計(jì)算窗的邊界；使用基于所計(jì)算的所述邊界的所述窗，估計(jì)所述超聲波信號的各個(gè)深度的位移； 根據(jù)所估計(jì)的所述位移，對所述超聲波信號進(jìn)行卷繞；以及使用所卷繞的所述超聲波信號，引導(dǎo)該位移估計(jì)方法的收斂，使得所述超聲波信號的相關(guān)值變大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中，改變所計(jì)算的所述窗尺寸，使得連續(xù)的多個(gè)循環(huán)中使用的所述窗尺寸逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中， 該位移估計(jì)方法還包含如下步驟使連續(xù)的多個(gè)所述循環(huán)的所述窗尺寸的上限和下限分別按照逐漸減小的方式變化；以及根據(jù)各深度的信號功率，計(jì)算該深度的上限和下限間的窗尺寸，作為各個(gè)深度的所述窗尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中， 計(jì)算所述窗尺寸，使得所有窗中的信號能量相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中， 超聲波信號的相關(guān)值越大，計(jì)算出越小的所述窗尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中，所述邊界向該深度的兩側(cè)延伸，使得基于該邊界的所述窗成為以對應(yīng)的深度為中心的對稱的窗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中，所述邊界向?qū)?yīng)的所述深度的兩側(cè)延伸，使得對應(yīng)深度的基于該邊界的所述窗的兩側(cè)的信號能量相互相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中， 該位移估計(jì)方法還包含如下步驟根據(jù)所計(jì)算的延遲值使所述超聲波信號內(nèi)的各采樣延遲，由此卷繞所述超聲波信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移估計(jì)方法，其中， 該位移估計(jì)方法還包含如下步驟在各循環(huán)之后，計(jì)算所卷繞的RF信號間的信號差分；以及決定所計(jì)算的所述信號差分為最小的循環(huán)。
10.一種位移估計(jì)裝置，使用超聲波信號反復(fù)估計(jì)位移，其中， 該位移估計(jì)裝置包含發(fā)送部，掃描至少1個(gè)超聲波信號，并發(fā)送給介質(zhì)； 接收部，接收所掃描的從所述介質(zhì)反射的所述超聲波信號；尺寸計(jì)算部，計(jì)算窗尺寸；邊界計(jì)算部，根據(jù)所計(jì)算的所述窗尺寸，計(jì)算窗的邊界；估計(jì)部，使用基于所計(jì)算的所述邊界的所述窗，估計(jì)所述超聲波信號的各個(gè)深度的位移；卷繞部，根據(jù)所估計(jì)的所述位移，對所述超聲波信號進(jìn)行卷繞；以及收斂控制部，使用所卷繞的所述超聲波信號，引導(dǎo)該位移估計(jì)裝置執(zhí)行的位移估計(jì)方法的收斂，使得所述超聲波信號的相關(guān)值變大。
全文摘要
本發(fā)明公開一種位移估計(jì)方法，使用超聲波信號反復(fù)估計(jì)位移，其中，包含如下步驟掃描至少1個(gè)超聲波信號，并發(fā)送給介質(zhì)；接收所掃描的從所述介質(zhì)反射的所述超聲波信號；計(jì)算窗尺寸；根據(jù)所計(jì)算的所述窗尺寸，計(jì)算窗的邊界；使用所計(jì)算的所述窗，估計(jì)所述超聲波信號的各個(gè)深度的位移；根據(jù)所估計(jì)的所述位移，對所述超聲波信號進(jìn)行卷繞；以及使用所卷繞的所述超聲波信號，引導(dǎo)該位移估計(jì)方法的收斂，使得所述超聲波信號的相關(guān)值變大。
文檔編號G01N29/06GK102361597SQ201180001460
公開日2012年2月22日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
發(fā)明者張國成, 范樹峰, 陳英俊 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社