一種基于超聲的血流信息多維成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲成像領域，特別涉及一種基于超聲的血流信息多維成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的超聲血液診斷中，醫(yī)生多采用超聲B模式成像結(jié)果或D模式成像(又稱脈沖 波多普勒頻譜成像)結(jié)果對疾病進行診斷，但是由于很多血流疾病是B模式成像無法觀測的 (如血管硬化和血管壁早期疾?。虼薉模式成像得到了越來越廣泛的應用；不過，由于技 術(shù)限制，現(xiàn)有的D模式成像大多僅包含1個子米樣窗口，同時該子米樣窗口包含的范圍非常 小(D模式下，只能觀測到子采樣窗口內(nèi)的血流速度信息），醫(yī)生需要不斷的移動該子采樣窗 口來觀測血管不同深度、不同位置的血流信息，這無疑導致了檢測效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的D模式成像(脈沖波多普勒頻譜成像)技術(shù)中，由于 技術(shù)限制，僅有一個子采樣窗口導致的檢測效率低下的問題，提供一種包含血管全深度信 息的多子采樣窗口的血流信息成像系統(tǒng)。
[0004] 本文中，血管深度指被測血管橫切面直徑上任一點到該直徑的一個選定端頭的距 離值。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于超聲的血流信息多維成像系統(tǒng)，包括
[0007] 信號處理模塊，用于接收自被測血管采集的射頻信號，并將該信號經(jīng)希爾伯特變 換、N個子采樣門劃分、時間域復合、壁濾波、頻域轉(zhuǎn)換后提取幅度頻譜，其中，N個子采樣門 包含被測血管的全部深度范圍； 血速信息可視化模塊，用于根據(jù)提取到的幅度頻譜計算血流速度，并結(jié)合信號中的時 間信息、血管深度信息形成第一圖像、第二圖像及第三圖像;其中，第一圖像為血管深度信 息及血流速度對應圖；第二圖像為時間信息與血流速度對應圖；第三圖像為時間信息與血 管深度對應圖。
[0008] 進一步的，子采樣門的個數(shù)N由血管深度及所述脈沖波波長確定，即
，由于聲學物理條件約束，在一個脈沖波波長內(nèi)的速度估計是不可再 分的，所以目前所能實現(xiàn)的最準確的速度估計即為一個脈沖波波長，所以一個子采樣門，為 至少一個脈沖波波長的長度或多個脈沖波波長的長度。
[0009] 優(yōu)選的，子采樣門的個數(shù)取符合條件的最大偶數(shù)，由上可知，子采樣門的最佳長度 應為一個脈沖波波長的長度，但為了便于后續(xù)的圖像顯示及計算，優(yōu)選的將血管深度對稱 劃分，即從血管中心向兩側(cè)各有N/2個子采樣門。
[0010] 進一步的，子采樣門的大?。匆粋€脈沖波長內(nèi)的離散采樣信號個數(shù)）由公式
獲得，其中，m是用于檢測的脈沖波內(nèi)包含的脈沖信號個數(shù)，其為1以上自然 數(shù)，F(xiàn)s是采樣頻率，F(xiàn)。是脈沖信號的中心頻率，對于每個脈沖信號來說，每個波長內(nèi)的采樣點 數(shù)=采樣頻率/(2*信號中心頻率）；因此對于包含m個脈沖信號的脈沖波來說，當子采樣門
的長度為信號波長時，每個子采樣門內(nèi)包含的離散采樣點數(shù)為胃個，一些實施例下，可以 N 通過公式來確定子采樣門N的個數(shù) 其中，Nnum為采集到的射頻信號 sub-gass 的長度，即自血管中采集到的離散信號的個數(shù)；在FS、F。及被測血管直徑相同的前提下，
[0011] 進一步的，所述時間域信號復合采用公式81^)=2心，1〇進行，其中1表示1〇信 號在時間上的離散序號，k是子采樣門的序號;s(i，k)表示第k個子采樣門中i時刻的IQ原始 信號， Sk(i)表示經(jīng)過時間域符合操作后的信號。
[0012] 進一步的，所述多維成像系統(tǒng)還包括血流信息提取模塊，所述血流信息提取模塊 用于根據(jù)信號處理模塊處理后的信號中的幅度頻譜、時間信息及血管深度信息形成第四圖 像、第五圖像及第六圖像;其中，第四圖像用于展示心臟收縮血流速度、心臟舒張血流速度、 血流平均速度、心率、阻力指數(shù)、搏動指數(shù)、心臟舒張收縮比及血流量在測量期間內(nèi)的平均 值;第五圖像用于根據(jù)用戶的選擇，顯示第四圖像中任一參數(shù)隨時間的波動;第六圖像用于 顯示第四圖像中各個參數(shù)的抖動值。
[0013] 進一步的，所得第六圖像中各參數(shù)的抖動
_中，S (X)為任一參數(shù)在被測時間內(nèi)的采樣點值曲線，u為S(X)的均值;X為采樣點。
[0014] 進一步的，將IQ信號轉(zhuǎn)換為頻域信號采用公式
丨行； 其中，w表示短時窗口傅里葉變換的窗口大小，表示轉(zhuǎn)換后的頻域信號。
[0015] 獲取幅度頻譜成像的步驟中，所述幅度頻譜通過公
??得。
[0016] 從獲得的頻域信號中計算幅度頻譜后，還包括提高頻譜對比度的步驟;其通過將 幅度頻譜在頻域上做復合操作實現(xiàn)，其實現(xiàn)公式為:P( t，ω ) = Σ Pk( t，ω )。經(jīng)過頻域上的 復合操作后，可以使得血管內(nèi)各個深度的幅度頻譜對比度顯著提升，還可以有效的抑制噪 聲，提高頻譜信噪比，有效增強頻譜細節(jié)分辨率，真正意義上既抑制噪聲也提升頻譜細節(jié)分 辨率。
[0017] 優(yōu)選的，所述射頻信號轉(zhuǎn)換為IQ信號后，還包括經(jīng)過低通濾波的步驟，低通濾波用 于過濾掉信號中的直流分量和無效頻率。
[0018] 優(yōu)選的，從獲得的頻域信號中計算幅度頻譜成像后，還包括對圖像平滑處理、壓縮 處理的步驟。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：與傳統(tǒng)的D模式成像系統(tǒng)(脈沖波多普勒頻 譜成像系統(tǒng))相比，本發(fā)明提供的血流信息多維成像系統(tǒng)通過N個包含血管全深度范圍的子 采樣窗口對采集的IQ信號進行子采樣劃分，并進一步的通過將每個子采樣窗口內(nèi)的IQ信號 進行時間域復合、頻域轉(zhuǎn)換、頻域復合等操作得血管全深度范圍內(nèi)各處的血流速度信息，避 免了傳統(tǒng)D模式成像中，醫(yī)生需不斷移動子采樣窗口，且僅能對血管位于子采樣窗口內(nèi)的部 位進行檢測的缺陷；由于本發(fā)明提供的成像系統(tǒng)，同時對血管全深度范圍內(nèi)進行子窗口采 樣，獲取血管全深度范圍內(nèi)各個位置的血流信息，因此，用戶可以選擇同時觀看整個血管的 血流信息分布，也可以選擇血管中的某一深度任意時刻或任意時間段的血流信息，從而縮 小了檢測時間，提高了檢測效率，簡化了檢測難度。
【附圖說明】： 圖1本發(fā)明提供的多維成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2為本發(fā)明中信號處理模塊信號處理流程圖。
[0022]圖3a為本發(fā)明中第一圖像、第二圖像、第三圖像顯示示例框圖。
[0023]圖3b為本發(fā)明中第一圖像、第二圖像、第三圖像具體顯示示例。
[0024]圖4a為本發(fā)明中血管各深度血流速度的三維模型圖。
[0025]圖4b為圖4a與第一圖像、第二圖像、第三圖像關(guān)聯(lián)示意圖。
[0026]圖5a為本發(fā)明中第四圖像、第五圖像、第六圖像顯示示例框圖 [0027]圖5b為本發(fā)明中第四圖像、第五圖像、第六圖像具體顯示示例。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明 的范圍。
[0029] 如圖1所示，本實施例提供一種基于超聲的血流信息多維成像系統(tǒng);包括，信號處 理模塊1，用于接收自被測血管采集的射頻信號，并將該信號經(jīng)希爾伯特變換、N個子采樣門 劃分、時間域復合、壁濾波、頻域轉(zhuǎn)換后提取幅度頻譜，其中，N個子采樣門包含被測血管的 全部深度范圍； 其中如圖2所示，信號處理模塊2中信號處理的具體流程如下：
[0030] SlOO:接收采集自被測血管內(nèi)的反饋射頻信號，并將該射頻信號經(jīng)希爾伯特變換 后獲得離散IQ信號的步驟;該反饋射頻信號，是按照預設脈沖重復頻率發(fā)射的超聲脈沖波 對血管進行檢測后的反饋射頻信號。
[0031]本步驟中，通過希爾伯特變換獲得離散IQ信號的過程如下公式表達：
其中，F(xiàn)。是脈沖波中各個脈沖信號的中心頻率，F(xiàn)s是采樣頻率，Nnum為采集的射頻信號 的長度，即自血管中采集到的離散信號的個數(shù);如，當采樣頻率為20MHz(每秒鐘采樣20M個 采樣點）時，聲波脈沖波的速率是1540m/s(聲音在人體中的傳播速度），那么在該采樣頻率 下，每厘米會有260個采樣點，假設頸動脈寬度為0.8cm，那么此時，采集的射頻信號的長度 N_=0.8*260 = 208個采樣點。即IQ信號的長度為208。
[0032] S101:將所述離散IQ信號通過低通濾波器進行低通濾波，用于過濾掉信號中的直 流分量和無效頻率?？蛇x的，可采用低通IIR濾波器(Low pass IIR filter)完成本步驟。
[0033] S200:將離散IQ信號通過N個子采樣門進行子采樣劃分，N個子采樣門包含血管的 全部深度范圍；N為2以上自然數(shù)；優(yōu)選的，本實施例中，子采樣門的個數(shù)為滿足 被測rfn.管首釋 2<^<最大的偶數(shù)，且N個子采樣門互不交叉；由于血管深度遠遠大于超 聲脈沖波波長，因此可以認為本實施例中每個子采樣門的門寬即為脈沖波波長;子采樣門 個數(shù)為偶數(shù)的優(yōu)點是，方便后續(xù)過程中的計算及圖像的顯示，優(yōu)選的將血管深度對稱劃分， 即從血管中心向兩側(cè)各有N/2個子采樣門。
[0034] 經(jīng)過本步驟子采樣劃分后，每個子采樣門中包含的采樣點公￥
獲 得，其中，m是用于檢測的脈沖波內(nèi)包含的脈沖信號個數(shù)，其為1以上自然數(shù)，F(xiàn)s是采樣頻率， F。是脈沖信號的中心頻率，對于每個脈沖信號來說，每個波長內(nèi)的采樣點數(shù)=采樣頻率/ (2*信號中心頻率）；因此對于包含m個脈沖信號的脈沖波來說，當子采樣門的長度為信號波 長時，每個子采樣門內(nèi)包含的離散采樣點數(shù)：
[0035] S300:將每個子采樣門內(nèi)的IQ信號順序進行時間域信號復合、壁濾波器濾波、頻域 轉(zhuǎn)換，生成頻域信號；采用壁濾波器進行濾波的目的為提出信號中的低速血流信息及低速 組織運動信息，從而提高后續(xù)頻譜信號的信噪比。
[0036]所述時間域信號復合采用公式％(1)=28(1，1〇進行，其中1表示四信號在時