CN103505246A - 多普勒参数实时自动标记的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多普勒参数实时自动标记的方法，其包括步骤：对包络曲线的各个包络点进行最大值滤波；搜索包络曲线开始上升时的包络点，将该包络点作为当前单调上升区间的起始点并进行记录；当搜索到包络曲线开始出现下降的包络点时，将该包络点作为当前单调上升区间的终点并进行记录；对当前单调上升区间进行判定，找出包络曲线的包络峰值点。本发明可以更快速、更准确的对流速包络曲线峰值进行标记，而且能够避免一些幅值较大杂波的干扰，有利于实时测量。

Description

多普勒参数实时自动标记的方法

技术领域

本发明涉及超声技术，特别涉及利用频谱多普勒效应测量流体速度的超声技术，尤其涉及一种超声诊断仪中多普勒参数实时自动标记的方法。

背景技术

在超声诊断系统中，多普勒效应被广泛用于人体血流的无损检测与测量。临床超声检查中心脏、血管的血流动力学参数都需要从多普勒声谱图中提取，该参数包括：收缩期峰流速，舒张期末峰流速，平均峰流速，阻力指数，脉动指数等。这些参数都是基于声谱图包络曲线进行标记计算得到的。

图1是一个典型的多普勒超声诊断系统的信号处理流程图。超声回波信号经过模拟放大和AD采样之后，正交解调成I（In-phase Component)、Q（Quadrate Component）两路信号。分别对I、Q信号进行低通滤波、距离选通和壁滤波后，得到以血流回波信号为主的两路分量。将这两路分量送往谱估计模块，利用谱估计方法得到声谱图。从声谱图的包络曲线上可以计算出诊断所需的血流动力学参数。

传统血流动力学参数的标记方法是：操作者判断声谱图满足性能要求后，冻结该声谱图，手工描记出收缩期峰流速、舒张期末峰流速等标记点，再由软件计算其它相关参数。它的缺点是：重复性差，估计精度低，无法实时估计。随着数字计算机技术的高速发展，研究者提出了许多参数自动标记的方法。

在美国专利US6,050,948中，描述了一种流速包络峰值点标记的方法：从给定的一段流速包络曲线中估计出一个阈值，在大于阈值的曲线中搜索最大值，并把它作为流速包络峰值点。该方法的优点是计算量小，搜索效率高。缺点是只采用单一阈值，对于一些幅值较大杂波的干扰可能引起误判。

在专利CN200710074477.4中，流速包络峰值点标记方法如下：先预存一段包络曲线数据，进行准心动周期估计；然后在准心动周期内确定包络峰值点搜索阈值，进行包络峰值点的判定和标记。该方法的优点是可以避免单个心动周期内多个波峰引起的误判。缺点是没有利用血液流速包络曲线的先验信息，对于幅值较大的杂波，同样容易引起误判。而且，准心动周期的估计，至少需要两个心动周期的数据才能进行计算，在实时标记时会有一定的延迟。

上述现有技术的主要不足在于：没有利用流速包络曲线的先验信息，对幅值较大的杂波容易引起误判；参数估计所需数据较长，实时标记时有一定的延迟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种超声诊断仪中多普勒参数实时自动标记的方法，能够更快速、更准确的对流速包络曲线峰值点进行标记，有利于实时测量。

本发明采用如下技术方案实现：一种多普勒参数实时自动标记的方法，其包括步骤：

A．对包络曲线的各个包络点进行最大值滤波；

B．搜索包络曲线开始上升时的包络点，将该包络点作为当前单调上升区间的起始点并进行记录；

C．当搜索到包络曲线开始出现下降的包络点时，将该包络点作为当前单调上升区间的终点并进行记录；

D、对当前单调上升区间进行判定，找出包络曲线的包络峰值点。

其中，所述步骤D中，依据下列公式对当前单调上升区间进行判定：

λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1，其中，Y_S代表波峰起始点幅值，Y_E代表峰值点幅值，U_A代表上升幅度，U_T代表上升时间，P₁、P₂、P₃、P₄分别代表波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄代表它们各自的权重系数；

当P值大于常数Q时，则判定当前单调上升区间的峰值点为包络峰值点。

其中，当连续N个单调上升区间的峰值点均未判定出包络峰值点时：

P₁＝(V_min+V_mean)/2

P₂＝(V_max+V_mean)/2，其中，V_min代表上一个包络峰值点至当前包络点之间的最小

P₃＝P₂-P₁

值，V_mean代表上一个包络峰值点至当前包络点的包络平均值，V_max代表上一个包络峰值点至当前点的包络最大值。

其中，当搜索到所述包络峰值点后，依据该包络峰值点信息更新波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值P₁、P₂、P₃和P₄。

其中，将原判定阈值P₁、P₂、P₃和P₄分别与搜索到的包络峰值点的对应参数进行平均，作为新的判定阈值。

其中，所述步骤A的具体包括：

将当前包络点放入长度为M的环形缓冲区；

将当前包络点重置为缓冲区内数据的最大值。

其中，长度M为常数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明可以更快速、更准确的对流速包络曲线峰值进行标记，而且能够避免一些幅值较大杂波的干扰，有利于实时测量。

附图说明

图1是典型的多普勒超声诊断系统的信号处理流程图；

图2是颈动脉血流包络曲线示意图；

图3是经过最大值滤波后的颈动脉血流包络曲线示意图；

图4是流速包络峰值点的判定示意图；

图5是本发明多普勒参数实时自动标记的流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。

本发明的基本构思为：根据先验信息设定流速包络曲线的波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间参数，然后对实时获得的流速包络点进行最大值滤波，针对最大值滤波后的包络曲线进行后续判断，当最大值包络出现下降趋势时，判断当前记录到的单调上升区间是否满足上述4个参数的判断条件。若满足则认为搜索到了当前心动周期的峰值点，并根据峰值点的位置和幅值，计算其它相关参数；若不满足，则继续搜索。

图2是一段颈动脉血流包络曲线示意图，横坐标代表时间，纵坐标代表流速。实际检测过程中，这些包络点按照时间顺序依次进入峰值判定环节。

为了避免包络曲线上一些小的杂波对于后续判定环节的干扰，需要对包络曲线进行最大值滤波。需要将包络点放入长度为M的环形缓冲区，然后将当前包络点重置为环形缓冲区的最大值。图3是经过最大值滤波后的颈动脉血流包络曲线，所述最大值滤波处理依下述公式进行：

Y(i)＝Max({X_n|n=i-M+1,i-M+2,…,i})i=0,1,2…N-1

其中，X代表原始的流速包络曲线，Y代表经过最大值滤波后的流速包络曲线。

搜索经过最大值滤波后的包络曲线，找到幅值不再继续下降的包络点，该包络点作为当前单调上升区间的起始点，并进行记录。

搜索经过最大值滤波后的包络曲线，当包络曲线开始出现下降的包络点时，该包络点作为当前单调上升区间的终点，则对当前记录到的单调上升区间进行判定，判定的依据按照下述公式进行：

$P={\mathrm{\λ}}_1\frac{P_1}{Y_s}+{\mathrm{\λ}}_2\frac{Y_E}{P_2}+{\mathrm{\λ}}_3\frac{U_A}{P_3}+{\mathrm{\λ}}_4\frac{U_T}{P_4},$ λ₁+λ₂+λ₃+λ₄=1

其中，Y_S代表波峰起始点幅值，Y_E代表峰值点幅值，U_A代表上升幅度，U_T代表上升时间；P₁、P₂、P₃、P₄分别代表波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄代表它们各自的权重系数，权重系数的总和为1；P代表包络峰值点综合判定结果。当P值大于常数Q时，则判定当前单调上升区间的峰值点为包络峰值点（或流速包络峰值点），如图4所示。

本发明还包括峰值点判定参数的初始化与重置过程。判定参数初始化为依据血流先验信息所确定的常数，当连续N（N为大于1的自然数）个单调上升区间的峰值点均未判定出包络峰值点时，波峰起始点幅值的判定阈值P₁需重置为当前单调上升区间中包络曲线的最小值和平均值的平均值，峰值点幅值的判定阈值P₂需重置为当前单调上升区间中包络曲线的最大值和平均值的平均值，上升幅度的判定阈值P₃需重设为两者之差，即：

P₁＝(V_min+V_mean)/2

P₂＝(V_max+V_mean)/2

P₃=P₂-P₁

其中，V_min代表上一个包络峰值点至当前包络点之间的最小值，V_mean代表上一个包络峰值点至当前包络点的包络平均值，V_max代表上一个包络峰值点至当前点的包络最大值。上升时间的判定阈值P₄是一个经验常数，当记录到的上升时间U_T小于该判定阈值P₄时，则判断当前单调上升区间为杂波干扰信号。

搜索到所述包络峰值点后，就可以依据该包络峰值点信息更新波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值P₁、P₂、P₃和P₄。将原始判定阈值与搜索到的包络峰值点的对应参数进行平均，作为新的判定阈值。

综上所述，本发明最佳实施例采用的实时自动标记流程如图5所示，包括循环进行的具体步骤：

S1.实时依次读取流速包络点，每次读一个包络点点；

S2.将所读取的包络点送入最大值滤波模块；

S3.判断是否已经N点未判定出包络峰值点，若没有则跳转进入步骤S8；

S4.判断当前点相对于前一点是否幅值变小，若大于或等于前一点则跳转进入步骤S9；

S5.判断当前单调上升区间是否满足峰值判定条件，若不满足则跳转进入步骤S7；

S6.标记包络峰值点，计算各参数，更新峰值点判定参数；

S7.单调上升计数清零，更新单调上升起始点；进入步骤S1继续读数

S8.重设峰值点判定参数，并跳转进入步骤S4；

S9.单调上升幅度累加，单调上升计数加1；进入步骤S1继续读数。

本发明方法经过试验验证，可以快速、准确的对流速曲线峰值进行标记，而且能够避免一些幅值较大杂波的干扰，有利于实时测量。

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 (7)

1.一种多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，包括步骤：

A．对包络曲线的各个包络点进行最大值滤波；

B．搜索包络曲线开始上升时的包络点，将该包络点作为当前单调上升区间的起始点并进行记录；

C．当搜索到包络曲线开始出现下降的包络点时，将该包络点作为当前单调上升区间的终点并进行记录；

D、对当前单调上升区间进行判定，找出包络曲线的包络峰值点。

2.根据权利要求1所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，所述步骤D中，依据下列公式对当前单调上升区间进行判定：

λ₁+λ₂+λ₃+λ₄=1，其中，Y_S代表波峰起始点幅值，Y_E代表峰值点幅值，U_A代表上升幅度，U_T代表上升时间，P₁、P₂、P₃、P₄分别代表波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄代表它们各自的权重系数；

当P值大于预设常数Q时，则判定当前单调上升区间的峰值点为包络峰值点。

3.根据权利要求2所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，当连续N个单调上升区间的峰值点均未判定出包络峰值点时：

P₁＝(V_min+V_mean)/2

P₂=(V_max+V_mean)/2，

P₃＝P₂-P₁

其中，V_min代表上一个包络峰值点至当前包络点之间的最小值，V_mean代表上一个包络峰值点至当前包络点的包络平均值，V_max代表上一个包络峰值点至当前点的包络最大值。

4.根据权利要求3所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，当搜索到所述包络峰值点后，依据该包络峰值点信息更新波峰起始点幅值、峰值点幅值、上升幅度、上升时间的判定阈值P₁、P₂、P₃和P₄。

5.根据权利要求4所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，将原判定阈值P₁、P₂、P₃和P₄分别与搜索到的包络峰值点的对应参数进行平均，作为新的判定阈值。

6.根据权利要求1所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，所述步骤A的具体包括：

将当前包络点放入长度为M的环形缓冲区；

将当前包络点重置为缓冲区内数据的最大值。

7.根据权利要求6所述多普勒参数实时自动标记的方法，其特征在于，长度M为常数。

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