專利名稱：多普勒信號間隙填充方法與裝置以及超聲成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于多模式超聲成像系統的多普勒信號間隙填充 方法與裝置，以及包括該裝置的超聲成像系統。
背景技術：
現代醫用超聲成像診斷系統通常整合多個成像才莫式，同時顯示多
種測試內容，比如可同時顯示二維B型圖像和多普勒頻譜圖，或同步
顯示多普勒頻譜圖和彩色血流圖像，以便于醫生診斷。然而，在這種 系統中多普勒掃描會被B型或彩色血流成像掃描中途打斷，引起數據 丟失，形成間隙，造成語估計錯誤，以及多普勒聲音斷續。
圖l所示為超聲多普勒信號處理系統。超聲回波信號經波束合成 后形成射頻回波信號，再經解調模塊分解成兩路信號同相位分量
I (In-phase component)信號和正交分量Q (quadrate component) {
號。然后，在連續波多普勒系統中，該I、 Q兩路信號直接進入壁濾波 處理環節；在脈沖波多普勒系統中該I、 Q兩路分量分別經距離選通， 即在特定的時間段內累加，該累加時間段和脈沖多普勒發射脈沖都由 操作者根據實際情況選擇，再進入壁濾波處理環節。所述壁濾波是一 個高通濾波器，可以濾除由靜止或慢速運動組織引起的雜波。經該環 節處理后的I、 Q兩路信號主要包含有紅細胞運動引起的回波，被送往 功率語估計才莫塊，該才莫塊一般采用快速傅立葉變換(FFT)來估算功率 譜。由于估算出來的功率譜動態范圍太大，需要經過壓縮處理，以壓 縮到灰度顯示范圍。最后在屏幕上顯示的多普勒頻譜圖代表的是某時 刻、某速度，即某頻率偏移的功率語強度。系統還可以包括自動包絡 檢測模塊，對譜壓縮后的數據進行分析，以自動跟蹤血流峰值速度和平均速度隨時間的變化，并在多普勒頻譜圖上實時顯示。此外，所述
經過壁濾波后的I、 Q兩路信號還可以送往聲音處理沖莫塊，以形成正相 血流和逆向血流兩路聲音數據，并分別經D/A;f莫塊轉換后送往揚聲器， 產生正向和逆向血流聲音。
在多普勒成像與B型或彩色血流圖像同時同步顯示時，超聲系統 一般釆用在二維B型掃描和多普勒掃描之間快速切換的方式來實現。 但是，這種方式會產生以下缺點；在進行B圖像掃描時，多普勒信號 因為多普勒掃描中斷而丟失，形成間隙，在多普勒頻譜圖和多普勒聲 音上出現不連續。
如圖2所示，實線表示非間隙多普勒掃描，虛線表示間隙時間的B 掃描。在間隙時間內，沒有多普勒信號，此時進行常規多普勒信號處 理，會造成多普勒聲譜圖的斷續，同時多普勒聲音也會中斷。因此在 多模式超聲同步顯示系統中， 一般采用對間隙進行填充的方法來彌補 因為間隙引起的多普勒聲譜圖或者聲音在視覺和聽覺上的不連續。
按照一種現有技術，釆用拉伸的方法來填充多普勒頻鐠中的間 隙，也就是將接近間隙時計算的每條頻譜重復顯示兩次來填充間隙。 釆用直接重復非間隙期間的多普勒信號來填充間隙，對聲音的填充效 果比較理想，聽覺上感覺不到中斷；但是，對多普勒頻譜圖填充的視 覺效果不太理想。在間隙前后多普勒頻譜圖相差不大時，效果會好些。 但對于間隙前后多普勒頻鐠圖相差較大時，采用拉伸的方法會在拉伸 的結合處看到明顯的突變。
按照另一種現有技術，提出了一種利用自回歸才莫型和插值的方法 來估計間隙處的數據，從時域的角度進行間隙填充，然后再進行聲譜 圖和多普勒聲音計算。但是，該方法很難保證間隙填充后I、 Q兩路數 據的正交性，從而使語圖產生鏡像。此外，自回歸^^莫型的階數設定對 間隙填充效果影響很大，很容易產生不收斂的情況。

發明內容
6本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種多普勒 信號間隙填充方法與裝置，其能夠保證間隙與非間隙處信號相位的連 續性，從而改善語估計的準確性，使多普勒譜圖與多普勒聲音更加連 續，實現多模式超聲系統多普勒成像與二維成像的同時顯示。
按照本發明實施例的第一方面，提供一種多普勒信號間隙填充方
法，包括搜索步驟，用于搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置； 以及映射步驟，以所搜索的間隙前、后的峰值位置為映射中心，分別 對間隙前、后的多普勒信號進行前向和后向對稱映射；其中利用前向 對稱映射的多普勒信號填充間隙的前段，利用后向對稱映射的多普勒 信號填充間隙的后段。
按照本發明實施例的第二方面，提供一種多普勒信號間隙填充裝 置，包括搜索才莫塊，用于搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置； 以及映射才莫塊，以所搜索的間隙前、后的峰值位置為映射中心，分別 對間隙前、后的多普勒信號進行前向和后向對稱映射；其中利用前向 對稱映射的多普勒信號填充間隙的前段，利用后向對稱映射的多普勒 信號填充間隙的后段。
按照本發明實施例的第三方面，提供一種超聲成像系統，包括按 照本發明實施例第二方面的多普勒信號間隙填充裝置。
采用按照本發明實施例的多普勒信號間隙填充方法與裝置以及 包括該裝置的超聲成像系統，能夠保證填充之后的多普勒信號相位沒 有突變，使多普勒信號更加連續，提高同步顯示時的多普勒成像質量。 另外，通過間隙前、后信號對稱映射的方法來填充間隙，并對其中一 路信號取反以保證信號的正交性，消除了填充產生的鏡像。
下面將結合附圖并通過具體的實施例對本發明進行進一步說明。


圖l是現有技術中的超聲多普勒信號處理框圖； 圖2是多才莫式掃描示意圖；圖3是按照本發明實施例的多普勒信號間隙填充方法流程圖4是按照本發明實施例的多普勒信號間隙填充示意圖5是對稱映射示意圖，其中(a)是直接翻轉示意圖，(b)是峰
值翻轉示意圖6是按照本發明實施例的峰值搜索示意圖7是按照本發明實施例的多普勒信號間隙填充裝置框圖8是按照本發明實施例的包括多普勒信號間隙填充裝置的超聲
成像系統的局部框圖。
具體實施例方式
如圖3所示，按照本實施例的多普勒信號間隙填充方法主要包括 搜索步驟302和映射步驟304。其中搜索步驟302用于搜索多普勒信號 間隙前、后的峰值位置；在映射步驟304中，以所搜索的間隙前、后 的峰值位置為映射中心，分別對間隙前、后的多普勒信號進行前向和 后向對稱映射；其中利用前向對稱映射的多普勒信號填充間隙的前 段，利用后向對稱映射的多普勒信號填充間隙的后段。
另外，按照本實施例的多普勒信號間隙填充方法還可選地包括修 正步驟300、加權步驟306和濾波步驟308。其中修正步驟300用于 通過初始化壁濾波器、正反向濾波或回歸濾波，來縮短填充之前的多 普勒信號的暫態響應時間；加權步驟306用于對間隙拼接位置前、后 的填充信號進行加權處理，以使多普勒信號保持連續；濾波步驟308 用于對填充之后的多普勒信號進行常規壁濾波。
下面對按照本實施例的方法中的各步驟進行詳細說明。按照本實 施例的方法的總體思想是首先通過初始化壁濾波器縮短壁濾波暫態 效應，然后通過對間隙前后的數據對稱映射而進行間隙填充，為保證 間隙數據相位連續，對稱映射中心位置選用間隙前后單路數據峰值搜 索找到的最近峰值點，并對另一路數據對稱映射取反以保證正交性， 同時通過加權處理以保證過渡位置的連續性。接收后的回波數據(即信號)經波束合成及正交解調后，得到I
路和Q路數據。首先，對I路和Q路數據進行壁濾波處理以濾除由靜止 或慢速運動組織引起的雜波。特別的，區別于常規的多普勒信號處理 中的壁濾波，間隙填充時的濾波器需要進行初始化處理，其原因在于 任何一個濾波器都會存在一段時間的暫態響應，即濾波起始的一段數 據無效。而在多模工作情況下，每一段間隙的濾波，都會帶來間隙后 一段數據處于濾波器暫態響應位置，從而造成數據無效。在這種情況 下，濾波器暫態響應時間段數據不能夠作為有效數據參與計算，必須 加以剔除，否則會引起更大的誤差。這樣，多普勒數據間隙就包括了 由于其他模式掃描引起的間隙和由于壁濾波暫態響應引起的間隙。當 壁濾波釆用IIR濾波器時，暫態響應時間可以達到IIR濾波器階數的幾 十倍，從而壁濾波暫態響應所引起的間隙很大。為縮短無效數據的長 度，需要對壁濾波器進行一定修正來縮短暫態響應時間。縮短暫態響 應的方法可以是初始化濾波器，也可以是正反向濾波，回歸濾波等方 法。這樣，根據系統設定的連續多普勒掃描次數及間隙時間長度，設 計適當的壁濾波初始化器以縮短濾波器暫態效應，從而減少無效數據 的長度，也就縮短了因壁濾波暫態響應而引起的間隙。
隨后，對濾波后的數據開始進行間隙填充，填充示意圖如圖4所 示。其中多普勒掃描^皮B掃描所中斷，整個間隙長度Z由B掃描引起的 間隙長度Z1和壁濾波暫態響應所引起的間隙Z2構成。間隙填充釆用的 是對稱映射的方式，即對間隙之前的數據進行翻轉來填充間隙前半 段，對間隙之后的數據進行翻轉來填充間隙后半段。為了保證填充相 位的連續性，本實施例對濾波后的數據采用最近的峰值位置(即第一 峰值位置)作為對稱映射中心位置，當然也可以采用第二、第三峰值 位置等，但優先地是釆用第一峰值位置。圖5給出了兩種對稱映射的 示意圖，從中可以看出，圖5a所示的直接對稱映射方法相位存在著很 大的跳變，同時整體后段數據存在較大相移，這樣再進行譜估計會造 成主瓣的展寬和旁瓣的抬高，而圖5b所示的在峰值位置處對稱映射的方法能夠保證其拼接點位置及后續數據相位的連續性，從而保證譜估 計的準確性。
這樣，濾波后的數據首先送至峰值搜索環節，對每一個間隙位置， 向前搜索最近的信號峰值位置)W,向后搜索最近的信號峰值位置#么
對圖6所示數據進行峰值搜索的方法是對待搜索數據進行差分處理， 差分后相鄰數據符號相同的計為峰值位置，即圖6中滿足下式的點認 為是峰值點
H)(H)>0， 其中，差分的階數可以1或2，為保證算法的穩定性， 一般選為2。此 外，為保證算法的穩定性，而不搜索到局部峰值，可對數據進行低通 濾波后再進行峰值搜索。
如上所述的峰值搜索方法可以是對I路或Q路數據單獨的搜索，也 可以使兩路同時搜索后尋找最小值。具體來說，在單獨搜索的情況下， 對通過正交解調獲得的同相分量信號和正交分量信號的其中 一路搜 索多普勒信號間隙前、后的峰值位置，并進行對稱映射和填充；對同 相分量信號和正交分量信號中的另一路信號以對應位置為對稱映射 中心對稱映射并取反后填充。而對通過正交解調獲得的同相分量信號
和正交分量信號同時搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置時，取其 中峰值位置距離間隙最近的一路進行映射并填充，另 一路以對應位置 為對稱映射中心對稱映射并取反后填充。值得注意的是，由于兩路數 據的正交性， 一路數據的峰值恰好是另一路數據相位為O的位置，因 此，對一路數據峰值位置對稱映射后，另一路數據取對稱映射后應再 進行取反處理以保證其連續性和兩路數據的正交性。
如圖4所示，SO為間隙前后的多普勒數據，SO'為前向對稱映射數 據，用于填充間隙前段，SO"為后向對稱映射數據，用于填充間隙后 段。此時，若峰值估計存在小的偏差，可能在間隙開始和結束的時間 段，存在多普勒數據不連續現象，同時，間隙中段前后數據的拼接位 置也會存在多普勒數據不連續的現象。為保證這些填充拼接點不連續
10位置的相位連續，可釆用加權處理來使之平滑連續。例如，使不連續 點前的多普勒數據漸進地收斂到零，不連續點后的多普勒數據漸進地
由零開始增加，從而可以保持多普勒數據的連續性。如圖4中下部分 所示，對三個拼接位置前后多普勒數據分別用窗函數加權處理，使多 普勒數據得以在此保持連續，窗函數可選為漢寧窗等。
加權填充后的數據送至常規壁濾波環節再進行一次低頻分量濾 波，然后送至譜估計和聲音處理等環節，這些內容不在此重復敘述。
在采用本方法的超聲成像診斷系統中，具體實施步驟可總結如下
1. 設計合理間隙大小及比例，進行相應的發射接收及波束合成處 理，正交解調獲取I， Q兩路接收數據。
2. 根據系統參數設計初始化壁濾波器，按間隙分塊進行壁濾波處理。
3. 對一個間隙位置，搜索I、 Q中一路間隙前后數據第一個峰值位 置M1和M2。
4. 對峰值搜索的該路數據進行對稱映射，并對另 一路數據的對稱 映射進行取反。
5. 對間隙拼接過渡位置加權處理，獲得填充結果。
6. 填充后的數據進行一次常規壁濾波，送至后續譜估計等模塊。 如上給出了多^t式超聲系統多普勒數據間隙填充全過程，該方法
能夠有效的改善因信號中斷引起的間隙，使多普勒信號更加連續，根 據填充后連續的多普勒信號進一步進行的信號處理，可以使多普勒頻 譜圖和多普勒聲音更加連續，提高同步顯示時的多普勒成像質量，從 而支持多模式超聲掃描系統以較低成本實現同步顯示。
如圖7所示，按照本實施例的多普勒信號間隙填充裝置主要包括 搜索模塊702和映射模塊704。其中搜索模塊702用于搜索多普勒信號 間隙前、后的峰值位置；在映射才莫塊704中，以所搜索的間隙前、后 的峰值位置為映射中心，分別對間隙前、后的多普勒信號進行前向和
ii后向對稱映射；其中利用前向對稱映射的多普勒信號填充間隙的前 段，利用后向對稱映射的多普勒信號填充間隙的后段。
另外，按照本實施例的多普勒信號間隙填充方法還可選地包括修 正模塊700、加權模塊706和濾波模塊708。其中修正模塊700用于 通過初始化壁濾波器、正反向濾波或回歸濾波，來縮短填充之前的多 普勒信號的暫態響應時間；加權;漠塊706用于對間隙拼接位置前、后 的填充信號進行加權處理，以使多普勒信號保持連續；濾波才莫塊708 用于對填充之后的多普勒信號進行常規壁濾波。
圖8是包括按照實施例的多普勒信號間隙填充裝置的超聲成像診 斷系統的局部框圖。超聲回波信號經波束合成和正交解調后分解成I 和Q兩路信號，通過初始化濾波器(也可以是正反向濾波，回歸濾波 等)對I和Q兩路信號進行壁濾波處理，接著進入搜索模塊、映射模 塊、加權才莫塊以及濾波才莫塊進行間隙填充。然后，對填充的信號進行 進一步處理。
以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明并不限于 這些具體的實施例。本發明不僅可以用于多普勒成像與B型或彩色血 流圖像同時同步顯示系統，也可用于B型、C型和多普勒三種成像才莫式 同時顯示系統。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修 改、等同替換、變化等等，但是，只要未背離本發明的精神，都應在 本發明的保護范圍之內。
1權利要求
1.一種多普勒信號間隙填充方法，其特征在于，包括搜索步驟，用于搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置；以及映射步驟，以所搜索的間隙前、后的峰值位置為映射中心，分別對間隙前、后的多普勒信號進行前向和后向對稱映射；其中利用前向對稱映射的多普勒信號填充間隙的前段，利用后向對稱映射的多普勒信號填充間隙的后段。
2. 如權利要求l所述的多普勒信號間隙填充方法，其特征在于， 還包括加權步驟，用于對間隙拼接位置前、后的填充信號進行加權處理， 以使填充的多普勒信號保持連續。
3. 如權利要求2所述的多普勒信號間隙填充方法，其特征在于 通過使間隙拼接位置之前填充的多普勒信號漸進收斂到零，間隙拼接 位置之后填充的多普勒信號由零漸進增加，來保持多普勒信號連續。
4. 如權利要求2所述的多普勒信號間隙填充方法，其特征在于 使用窗函數對間隙拼接位置前、后的信號進行加權處理。
5. 如權利要求l所述的多普勒信號間隙填充方法，其特征在于， 還包括-修正步驟，用于通過初始化壁濾波器、正反向濾波或回歸濾波， 來縮短填充之前的多普勒信號的暫態響應時間。
6. 如權利要求l所述的多普勒信號間隙填充方法，其特征在于， 還包括濾波步驟，用于對填充之后的多普勒信號進行常規壁濾波。
7. 如權利要求1至6中任一項所述的多普勒信號間隙填充方法，其 特征在于在所述搜索步驟中，對間隙前、后的多普勒信號分別進行 差分處理，將差分后相鄰數據符號相同的位置確定為峰值位置。
8. 如權利要求1至6中任一項所述的多普勒信號間隙填充方法，其 特征在于對通過正交解調獲得的同相分量信號和正交分量信號的其 中一路搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置，并進行對稱映射和填 充；對同相分量信號和正交分量信號中的另一路信號以對應位置為對 稱映射中心對稱映射并取反后填充。
9. 如權利要求1至6中任一項所述的多普勒信號間隙填充方法，其 特征在于對通過正交解調獲得的同相分量信號和正交分量信號同時 搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置，并取其中峰值位置距離間隙 最近的一路進行映射并填充，另一路以對應位置為對稱映射中心對稱映射并取反后填充。
10. 如權利要求l至6中任一項所述的多普勒信號間隙填充方法， 其特征在于在搜索步驟中搜索多普勒信號間隙前、后的第一個峰值 位置。
11. 一種多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于，包括 搜索模塊，用于搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置；以及 映射才莫塊，以所搜索的間隙前、后的峰值位置為映射中心，分別對間隙前、后的多普勒信號進行前向和后向對稱映射；其中利用前向對稱映射的多普勒信號填充間隙的前段，利用后向 對稱映射的多普勒信號填充間隙的后段。
12. 如權利要求ll所述的多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于， 還包括加權模塊，用于對間隙拼接位置前、后的填充信號進行加權處理， 以使填充的多普勒信號保持連續。
13. 如權利要求12所述的多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于 所述加權模塊通過使間隙拼接位置之前填充的多普勒信號漸進收斂 到零，間隙拼接位置之后填充的多普勒信號由零漸進增加，來保持多 普勒信號連續。
14. 如權利要求12所述的多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于所述加權模塊使用窗函數對間隙拼接位置前、后的填充信號進行加權 處理。
15. 如權利要求l 1所述的多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于， 還包括修正^t塊，用于通過初始化壁濾波器、正反向濾波或回歸濾波， 來縮短填充之前的多普勒信號的暫態響應時間。
16. 如權利要求ll所述的多普勒信號間隙填充裝置，其特征在于， 還包括濾波模塊，用于對填充之后的多普勒信號進行常規壁濾波。
17. 如權利要求11至16中任一項所述的多普勒信號間隙填充裝 置，其特征在于所述搜索才莫塊對間隙前、后的多普勒信號分別進行 差分處理，將差分后相鄰數據符號相同的位置確定為峰值位置。
18. 如權利要求11至16中任一項所述的多普勒信號間隙填充裝 置，其特征在于對通過正交解調獲得的同相分量信號和正交分量信 號的其中一路搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置，并進行對稱映 射和填充；對同相分量信號和正交分量信號中的另 一路信號以對應位 置為對稱映射中心對稱映射并取反后填充。
19. 如權利要求11至16中任一項所述的多普勒信號間隙填充裝 置，其特征在于所述搜索步模塊對通過正交解調獲得的同相分量信 號和正交分量信號同時搜索多普勒信號間隙前、后的峰值位置，并取 其中峰值位置距離間隙最近的一路進行映射并填充，另 一路以對應位 置為對稱映射中心對稱映射并取反后填充。
20. —種超聲成像系統，其特征在于，包括權利要求10至18其中 之一所述的多普勒信號間隙填充裝置。
全文摘要
本發明公開了一種多普勒信號間隙填充方法與裝置以及包括該裝置的超聲成像系統。其中所述方法主要包括搜索步驟和映射步驟。按照本發明實施例的多普勒信號間隙填充方法與裝置以及包括該裝置的超聲成像系統，能夠保證填充之后的多普勒信號相位沒有突變，使多普勒信號更加連續，提高同步顯示時的多普勒成像質量。另外，通過對間隙前、后數據對稱映射來對該間隙進行填充，并對其中一路信號取反以保證數據的正交性，消除了填充產生的鏡像。
文檔編號A61B8/06GK101683276SQ20081021640
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月26日 優先權日2008年9月26日
發明者勇 李, 雷 李, 勇 蔣 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司