CN103356242A - 脉冲重复频率调节方法及高脉冲多普勒成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种脉冲重复频率调节方法及高脉冲多普勒成像装置。其中，所述脉冲重复频率调节方法包括步骤：A、计算当前取样门深度下，用备选PRF参数进行HPRF发射所需要的取样门个数N；B、当取样门个数N大于1且小于预设值时，根据取样门个数N计算死区的位置；C、判断取样门的位置是否位于死区，若是，则在PRF列表中将备选PRF参数提高到下一个档位并转入步骤A，否则，使用备选PRF参数进行HPRF发射。本发明综合考虑了算法的复杂性和鲁棒性，实现方法简单，谱图效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及超声成像技术，尤其是一种脉冲重复频率(PRF，PulseRepetition Frequency)调节方法，以及使用该调节方法的高脉冲多普勒(HPRF，High Pulse Repetition Frequency)成像装置。
背景技术
脉冲波多普勒(Pulse Wave Doppler，简称PWD)是超声诊断设备中的一个重要功能，用于测量被测对象在指定成像位置处的血流速度。一般的操作方法是：操作者从二维超声图像或者彩色超声图像中设置一个取样门，然后启动脉冲波多普勒，进行超声波的发射和接收。对接收到的超声回波信号，截取取样门位置的那一段，进行正交解调、距离累积和频谱变换，最终获得随时间变化的频谱图，即时间-速度图，频谱图上的频率值就对应检测位置的血流流速，频谱图的亮暗就对应检测位置血流的强度。在普通的PWD模式，一次发射对应一次接收，在下一次发射开始之前，上一次接收必须完成。在这种发射接收模式下，取样门深度D和系统能检测出的最大血流速度Vmax之间，存在一个制约关系：
在上式中，C是声速，通常取1540米/秒，D为取样门深度，
为取样线和血流方向的夹角，f为发射的超声波的频率。从上式可看出，当取样门深度和发射频率不变时，系统所能检测的最大血流速度最大不能超过Vmax。
然而在某些特定临床应用，尤其是心脏血流流速检测中，血流流速非常高，普通的PWD难以满足要求，这就需要用到HPRF模式。在HPRF高脉冲多普勒模式，一次发射结束后，并不会等所有深度的回波都接收完成后才启动下一次发射，而是在接收到较浅位置的回波信号后，就开始下一次发射，较深位置的回波和会和下一次发射其较浅位置的回波同时被接收到。
如图1(图1的上半部分为普通PWD模式，图1的下半部分为HPRF模式)所示，假设允许的最大取样门个数为3，则第N次发射接收周期中，接收的是第N、N-1、N-2次发射所产生的回波之和，第N+1个发射周期，接收的是第N+1、N、N-1次发射所产生的回波之和。PRF(Pulse RepetitionFrequency)是脉冲重复频率，其大小和能检测到的最大血流速度Vmax成正比。
由此可见，在普通PWD中，取样门位置的两次回波的时间间隔是1/PRF，因此，脉冲重复频率是PRF。而在HPRF模式中，取样门位置的两次回波的时间间隔是1/PRF/3，因此，脉冲重复频率是3PRF。因此，在HPRF模式下，能检测的最大血流流速提高了3倍。
在超声成像系统中，发射和接收无法同时进行，如果同时进行，则接收到的回波会受到发射信号的污染而导致信噪比很差。如图2所示，以第三个发射接收周期才能收到第一次发射在取样门位置的回波为例，在第三次发射接收周期的发射时间是不能接收回波的。发射时间再加上死区余量，一般称为死区，在死区范围内接收到的都是受到污染的信号。因此，取样门位置不能放在死区的位置。如何选择合适的PRF，来使取样门位置完全避开死区，是HPRF模式下的一个急需解决的主要技术问题。
目前已有的HPRF算法，或者对PRF的选择不够精准，取样门位置没有完全避开死区，导致接收信号收到了污染，从而谱图信噪比较差。或者在PRF的选择上，采用的算法比较复杂，而复杂的算法并没有对最终谱图的信噪比产生很大的提高。对于第二种情况，一般会进行PRF筛选，为了保证能收敛到最优PRF，备选的PRF值之间的间隔往往很小，导致算法处理的复杂性增高，而且可能出现最终筛选到的两个相邻的PRF之间，PRF值并没有变化多少，给用户造成一种调节PRF档位并没有生效的错觉。
发明内容
本发明提出一种脉冲重复频率(PRF，Pulse Repetition Frequency)调节方法，以及使用该调节方法的HPRF(HPRF，High Pulse Repetition Frequency)成像装置，在HPRF算法的复杂性和谱图的信噪比方面取得平衡，使取样门位置完全避开死区，大大降低了算法处理的复杂性，获得较好的谱图信噪比。
本发明采用如下技术方案实现：一种脉冲重复频率调节方法，其包括步骤：
A、计算当前取样门深度下，用备选PRF参数进行HPRF发射所需要的取样门个数N；
B、当取样门个数N大于1且小于预设值时，根据取样门个数N计算死区的位置；
C、判断取样门的位置是否位于死区，若是，则在PRF列表中将备选PRF参数提高到下一个档位并转入步骤A，否则，使用备选PRF参数进行HPRF发射。
其中，所述步骤A具体包括步骤：计算当前取样门的起点和终点；根据取样门的终点和备选PRF参数，按照公式N＝GateE*2/C*PRF_undefined，计算需要的取样门个数N，其中，GateE为取样门的终点，C为声速，PRF_undefined为备选PRF参数。
其中，取样门的起点等于取样门的深度减去0.5倍的取样门尺寸，而取样门的终点等于取样门的深度加上0.5倍的取样门尺寸。
其中，当取样门个数N小于或等于1时，进入普通PWD模式进行HPRF发射。
其中，当取样门个数N大于预设值时，在PRF列表中将备选PRF参数降低到下一个档位并转入步骤A。
其中，所述步骤B按照下列公式计算死区的位置：
死区长度＝发射时间+死区余量；
死区起点＝(N-1)/备选PRF参数；
死区终点＝死区起点+死区长度。
其中，所述死区余量为10us。
其中，在步骤C中进一步判断备选PRF参数是否已经到了PRF列表中的最高档位，如是，则仍然用原有的PRF参数进行HPRF发射。
其中，所述预设值为3。
相应的，本发明公开一种高脉冲多普勒成像装置，所述装置至少包括：
脉冲重复频率调节单元，用于根据用户在HPRF模式下选择的成像参数和PRF调节预期，按照所述脉冲重复频率调节方法选择PRF参数；
成像发射和处理单元，用于根据脉冲重复频率调节单元所选的PRF参数进行高脉冲多普勒成像的发射、接收和信号处理。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明综合考虑了算法的复杂性和鲁棒性，实现方法简单，谱图效果较好；在HPRF模式下的PRF档位和和普通PWD模式下的PRF档位数完全一致，都是在预先设置好的PRF列表中选择而得到，从而大大降低了HPRF算法处理的复杂性，而且从结果来看，谱图信噪比也较好。
附图说明
图1是普通PWD模式和HPRF模式的比较示意图；
图2是在HPRF模式下的死区示意图；
图3是本发明的流程示意图。
具体实施方式
结合图3所示，本发明提出一种脉冲重复频率(PRF，Pulse RepetitionFrequency)调节方法，降低HPRF(HPRF，High Pulse Repetition Frequency)算法的复杂性，且在高脉冲多普勒(HPRF)成像时获得信噪比较好的谱图。
在HPRF成像装置中，在PRF列表中预先设置了多个可供用户选择的PRF参数。设：用户当前正在使用的PRF参数(也就是正在进行发射的PRF)为PRF_usr；用户调节HPRF参数时，在PRF列表中第一个备选PRF参数(以下简称为“备选PRF参数”)为PRF_undefined，PRF_undefined不是实际发射所用的PRF_usr，只有在满足一定条件后才能成为PRF_usr。
在一个典型实施例中，调节PRF参数包括如下步骤：
步骤S1、计算当前取样门深度下，用备选PRF参数进行HPRF发射所需要的取样门个数N。
设：取样门深度为GateDepth，取样门尺寸为GateSize，则当前取样门起点GateS和终点GateE的计算公式如下：
GateS＝GateDepth-0.5*GateSize；
GateE＝GateDepth+0.5*Gate Size；
根据取样门终点GateE和备选PRF参数PRF_undefined，计算需要的取样门个数N(也就是在第N次发射接收周期中，才能接收到第一次发射在取样门位置的回波)计算公式如下：
N＝GateE*2/C*PRF_undefined；//公式右边上取整
上式中，C为声速，一般取1540米/秒。
步骤S2、判断算出的取样门个数N是否小于或等于1。若否，则转入步骤S3。
如果计算出的取样门个数N小于1，则表明普通PWD模式即可满足流速要求，不必进入HPRF模式，算法结束。
步骤S3、进一步判断计算出的取样门个数N是否小于预设值(该预设值为大于1的整数)。
在一个优选实施例中，预设值为3。因此，判断取样门个数N是否大于3，若取样门个数N大于3，则转入步骤S4；若取样门个数N小于3，则转入步骤S5。
步骤S4、如果计算出的取样门个数N大于3，则在PRF列表中将备选PRF参数PRF_undefined降低到下一个档位，然后继续步骤S1。
步骤S5、根据计算出的取样门个数N，计算死区的位置。
设：死区长度为DeadRegionL，死区起点为DeadRegionS，死区终点为DeadRegionE，则计算方法为：
DeadRegionL＝Transmit_time+preset_time；
DeadRegionS＝(N-1)/PRF_undefined；
DeadRegionE＝DeadRegionS+DeadRegionL。
其中，Transmit_time是指图2中所示的发射时间或发射持续时间，是由系统的通道数及探头特性决定的，是一个确定的值；而Preset_time是指图2中的死区余量，一般取值为10us。
步骤S6、判断取样门的位置是否位于死区。
在死区判断中，只要取样门起点和取样门终点中任何一个位于死区，都认为取样门位于死区，这样可以保证取样门位置完全避开死区，以获得较好的谱图信噪比。即只要满足下述两个公式中任何一个，都认为取样门位于死区：
(GateS＞＝DeadRegionS)&&(GateS＜＝DeadRegionE)；
(GateE＞＝DeadRegionS)&&(GateE＜＝DeadRegionE)；
如果取样门位于死区，则转入步骤S8，否则转入步骤S7。
步骤S7、如果取样门不位于死区，则表明备选PRF参数PRF_undefined可以用作PRF_usr，即可以用来进行HPRF发射，用PRF_undefined作为新的PRF_usr，算法结束。
步骤S8、如果取样门位于死区，则在PRF列表中将备选PRF参数PRF_undefined提高到下一个档位。
步骤S9、进一步判断备选PRF参数PRF_undefined是否已经到了PRF列表中的最高档位，如是，则表明备选PRF参数PRF_undefined无法再提高，算法结束，仍然用原有PRF_usr进行HPRF发射，否则转入步骤S1。
因此，本发明提出的高脉冲多普勒(HPRF)成像装置至少包括：脉冲重复频率调节单元，用于根据用户在HPRF模式下选择的成像参数和PRF调节预期，按照上述步骤选择合适的脉冲重复频率(PRF，Pulse RepetitionFrequency)参数；成像发射和处理单元，用于根据脉冲重复频率调节单元所选的PRF参数进行高脉冲多普勒成像的发射、接收和信号处理。
综上，本发明综合考虑了算法的复杂性和鲁棒性，实现方法简单，谱图效果较好；在HPRF模式下的PRF档位和和普通PWD模式下的PRF档位数完全一致，都是在预先设置好的PRF列表中选择而得到，从而大大降低了HPRF算法处理的复杂性，而且从结果来看，谱图信噪比也较好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脉冲重复频率调节方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
A、计算当前取样门深度下，用备选PRF参数进行HPRF发射所需要的取样门个数N；
B、当取样门个数N大于1且小于预设值时，根据取样门个数N计算死区的位置；
C、判断取样门的位置是否位于死区，若是，则在PRF列表中将备选PRF参数提高到下一个档位并转入步骤A，否则，使用备选PRF参数进行HPRF发射。
2.根据权利要求1所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，所述步骤A具体包括步骤：
计算当前取样门的起点和终点；
根据取样门的终点和备选PRF参数，按照公式N＝GateE*2/C*PRF_undefined，计算需要的取样门个数N，其中，GateE为取样门的终点，C为声速，PRF_undefined为备选PRF参数。
3.根据权利要求2所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，取样门的起点等于取样门的深度减去0.5倍的取样门尺寸，而取样门的终点等于取样门的深度加上0.5倍的取样门尺寸。
4.根据权利要求1所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，当取样门个数N小于或等于1时，进入普通PWD模式进行HPRF发射。
5.根据权利要求1所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，当取样门个数N大于预设值时，在PRF列表中将备选PRF参数降低到下一个档位并转入步骤A。
6.根据权利要求1所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，所述步骤B按照下列公式计算死区的位置：
死区长度＝发射时间+死区余量；
死区起点＝(N-1)/备选PRF参数；
死区终点＝死区起点+死区长度。
7.根据权利要求6所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，所述死区余量为10us。
8.根据权利要求1所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，在步骤C中进一步判断备选PRF参数是否已经到了PRF列表中的最高档位，如是，则仍然用原有的PRF参数进行HPRF发射。
9.根据权利要求1-8任何一项所述脉冲重复频率调节方法，其特征在于，所述预设值为3。
10.一种高脉冲多普勒成像装置，其特征在于，所述装置至少包括：
脉冲重复频率调节单元，用于根据用户在HPRF模式下选择的成像参数和PRF调节预期，按照权利要求1-9任意一项所述脉冲重复频率调节方法选择PRF参数；
成像发射和处理单元，用于根据脉冲重复频率调节单元所选的PRF参数进行高脉冲多普勒成像的发射、接收和信号处理。
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