CN104412124B - 超声诊断设备以及用于生成多普勒谱信号的方法 - Google Patents

超声诊断设备以及用于生成多普勒谱信号的方法 Download PDF

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Abstract

一种超声诊断设备包括：超声探头，执行多普勒模式的超声传输/接收和多普勒模式之外的另一模式的超声传输/接收；以及多普勒处理单元，对从多普勒模式的超声传输/接收所生成的回波信号执行正交检测，然后生成多普勒谱信号。多普勒处理单元包括信号估计单元，其执行外推过程，以估计产生于另一模式的超声传输/接收的多普勒谱信号的缺失部分。

Description

超声诊断设备以及用于生成多普勒谱信号的方法
技术领域
本发明涉及一种执行多普勒模式的超声传输/接收和多普勒模式之外的诸如B模式和彩色多普勒模式之类的其他模式的超声传输/接收的超声诊断设备以及用于生成多普勒谱信号的方法。
背景技术
超声诊断设备显示各种模式的图像。例如，多普勒模式图像实现观测受检者体内的血流。
超声诊断设备可显示多普勒模式图像连同B模式图像或彩色多普勒图像。在多普勒模式中没有执行超声传输/接收，而在B模式和彩色多普勒执行超声传输/接收。多普勒图像生成要求补充多普勒模式之外的其他模式的超声传输/接收的信号的不可用性。
可存在各种技术来估计缺失信号。例如，专利文献1所述的技术简单地使用缺失期间开始之前的所指定期间作为缺失期间的数据。另一种技术在从存储器中读取相位检测之后的一组数据时降低滑移量，使得数据用于按照FFT(快速傅立叶变换)的频率分析。又一种技术使用白噪声来驱动MA(移动平均)滤波器。
[专利文献1]
JP-A No.344971/1993(第2页的段落[0006]至[0008])。
技术问题
上述技术的任一种在估计静止信号的缺失部分时能够获取具有充分质量的信号。但是，如果技术估计随时间而改变的非静止信号的缺失部分，则难以估计具有充分可溯性的信号。因此，不能获取具有充分质量的信号。
问题的解决方案
本发明的一个方面提供一种超声诊断设备，其包括：超声探头，执行多普勒模式的超声传输/接收和多普勒模式之外的另一模式的超声传输/接收；以及多普勒处理单元，对从多普勒模式的超声传输/接收所生成的回波信号执行正交检测，然后生成多普勒谱信号。多普勒处理单元包括信号估计单元，其执行外推过程，以估计产生于另一模式的超声传输/接收的多普勒谱信号的缺失部分。
发明的有利效果
按照本发明的上述方面，多普勒处理单元执行外推过程，以估计产生于多普勒模式之外的另一模式的超声传输/接收的多普勒谱信号的缺失部分。缺失部分由此以通过外推过程所估计的部分而成为连续的。高质量信号是可用的，即使多普勒谱信号不是静止的。
通过以下对附图所示的本发明的优选实施例的描述，本发明的其他目的和优点将会显而易见。
附图说明
图1是示出按照本发明的一实施例的超声诊断设备的示意配置的框图；
图2是示出图1所示超声诊断设备中的回波数据处理单元的示意配置的框图；
图3是示出图1所示超声诊断设备中的回波数据处理单元的另一个示意配置的框图；
图4是示出图2或图3所示超声诊断设备中的多普勒处理单元的配置的框图；
图5示出显示单元上显示的超声图像；
图6示出显示单元上显示的另一个超声图像；
图7示出从多普勒处理单元的存储器中读取一组数据；
图8示出多普勒谱数据的频谱中的平均频率；
图9是示出补充缺失部分的外推过程的多普勒谱数据的概念图；
图10是示出具有通过外推过程所补充的缺失部分的多普勒谱数据的概念图；
图11是示出缺失期间结束之后的多普勒谱数据的概念图；
图12示出多普勒谱数据的频谱中具有峰值功率的频率；以及
图13示出多普勒谱数据的频谱中的最大频率。
具体实施方式
将参照图1至图11来描述本发明的实施例。图1所示的超声诊断设备1包括超声探头2、传输/接收波束形成器3、回波数据处理单元4、显示控制单元5、显示单元6、操作单元7、控制单元8和扬声器9。
超声探头2包括以阵列设置的一个以上超声换能器(未示出)。超声换能器向受检者传送超声波，并且接收回波信号。
传输/接收波束形成器3基于来自控制单元8的控制信号向超声探头2提供电信号，以便使用所指定参数从超声探头2传送超声波。传输/接收波束形成器3对于使用所指定参数在超声探头所接收的回波信号执行信号处理，例如放大、A/D转换和相整流加法（phaserectifying addition）。传输/接收波束形成器3向回波数据处理单元4输出经处理的回波数据。传输/接收波束形成器3按照诸如B模式、多普勒模式和彩色多普勒模式之类的模式来配置传输/接收参数。
如图2所示，回波数据处理单元4包括B模式处理单元41和多普勒处理单元42。如图3所示，回波数据处理单元4可包括B模式处理单元41、多普勒处理单元42和彩色多普勒处理单元43。
回波数据处理单元4通过对从传输/接收波束形成器3所输出的回波数据执行诸如对数压缩和包络检测之类的B模式处理，来生成B模式数据。彩色多普勒处理单元43通过执行诸如正交检测、MTI(运动目标指示)过滤处理和自相关处理之类的彩色多普勒处理，来生成彩色多普勒数据。
多普勒处理单元42对回波数据执行多普勒处理，以获取流率谱、例如血流(多普勒处理功能)。如图4所示，多普勒处理单元42包括正交检测单元421、壁滤波器（wall filter）单元422、存储器423、FFT处理单元424、信号估计单元425、IFFT(快速傅立叶逆变换)处理单元426和音频处理单元427。稍后将描述细节。
显示控制单元5使用扫描转换器、通过扫描将从回波数据处理单元4所输出的数据转换为超声图像数据。显示控制单元5允许显示单元6基于超声图像数据来显示超声图像。回波数据处理单元4输出从B模式处理单元41所获取的B模式数据、从多普勒处理单元42所获取的多普勒谱数据以及从彩色多普勒处理单元43所获取的彩色多普勒数据。超声图像数据包括B模式图像数据、多普勒图像数据和彩色多普勒图像数据。显示控制单元5显示基于B模式数据的B模式图像、基于多普勒谱数据的多普勒图像以及基于彩色多普勒数据的彩色多普勒图像。
显示单元6包括LCD(液晶显示器)或CRT(阴极射线管)。操作单元7包括让操作人员输入指令或信息的键盘和指针装置(未示出)。
控制单元8包括CPU(中央处理器)。控制单元8读取存储单元(未示出)中存储的控制程序，并且为超声诊断设备1的组件执行功能。
扬声器9基于从回波数据处理单元4所输出的信号来输出多普勒声音。
下面描述按照该示例的超声诊断设备的操作。超声探头2传送和接收超声波。基于所产生的回波信号，显示单元6显示超声图像G。如图5所示，超声图像G可包括垂直排列的B模式图像BG和多普勒图像DG。如图6所示，超声图像G可包括覆盖于垂直排列的B模式图像BG和多普勒图像DG上的彩色多普勒图像CDG。
在图5和图6中，参考标号C表示多普勒光标。
如果如图5所示显示B模式图像BG和多普勒图像DG，则控制单元8向传输/接收波束形成器3输出控制信号，以便在B模式和多普勒模式单独执行超声传输/接收。如果如图6所示显示B模式图像BG、多普勒图像DG和彩色多普勒图像CDG，则控制单元8向传输/接收波束形成器3输出控制信号，以便在B模式、多普勒模式和彩色多普勒模式单独执行超声传输/接收。例如，控制单元8向传输/接收波束形成器3输出控制信号，使得各模式的超声传输/接收按照每帧成为活动。
多普勒模式包括PW(脉冲波)多普勒和CW(连续波)多普勒。PW多普勒包括HPRF(高脉冲重复频率)多普勒。
B模式处理单元41基于从B模式的超声传输/接收所获取的回波信号来生成B模式数据。多普勒处理单元42基于从多普勒模式的超声传输/接收所获取的回波信号来生成多普勒谱数据。彩色多普勒处理单元43基于从彩色多普勒模式的超声传输/接收所获取的回波信号来生成彩色多普勒数据。
下面详细描述多普勒处理单元42的信号处理。传输/接收波束形成器3向多普勒处理单元42输入数据。如图4所示，数据首先输入正交检测单元421。正交检测单元421对输入数据执行正交检测。壁滤波器单元422过滤数据，以生成多普勒数据。从壁滤波器单元422所输出的多普勒数据存储在存储器423中。
存储器423例如相当于滑环缓冲器。用于FFT处理的一组数据D1、D2、D3、D4、D5等从存储器423来读取，以便保持所指定滑动量Sd，如图7所示。数据然后输入到FFT处理单元424。
FFT处理单元424对从存储器423所提供的数据执行FFT处理，以生成多普勒谱数据。如果没有对多普勒谱数据执行缺失部分估计，则FFT处理单元424向显示控制单元5和IFFT处理单元426输出多普勒谱数据。如果对多普勒谱数据执行缺失部分估计，则FFT处理单元424向信号估计单元425输出多普勒谱数据。即，FFT处理单元424将对显示控制单元5和IFFT处理单元426的多普勒谱数据的输出与对信号估计单元425的输出分离。
信号估计单元425估计多普勒谱数据的缺失部分(信号估计功能)。多普勒谱数据的缺失部分在执行B模式或彩色多普勒模式的超声传输/接收而没有执行多普勒模式的超声传输/接收的期间出现。
信号估计单元425使用外推过程来估计多普勒谱数据的缺失部分。如图8所示，按照该示例的信号估计单元425基于多普勒谱数据的频谱FS中的平均频率fav的时间变化来执行外推过程。
具体来说，如图9所示，获取一直到时间t1的多普勒谱数据Dds。在时间t1和以后，多普勒谱数据Dds的缺失期间开始。信号估计单元425基于多普勒谱数据Dds中的平均频率fav的时间变化线L来执行外推过程。例如，信号估计单元425使用线性函数F作为外推函数来执行外推过程。从平均频率fav的变化线L上的数据串中的两个点找到线性函数F。变化线L上的数据串中的两个点包括在时间t1的点p1(平均频率fav1)以及在比时间t1更早的t0的点p0(平均频率fav0)。在频率轴(速率轴)方向通过外推过程所补充的宽度对应于就在缺失期间开始之前的时间t1、在频率轴(速率轴)方向的多普勒谱数据Dds的宽度。
多普勒谱数据Dds的时间变化度(波形)取决于受检者区域（subject region）。因此，信号估计单元425可将数据的间隔(点p0与p1之间的间隔)配置成按照受检者区域来查找外推函数，以便执行外推过程，其按照多普勒谱数据Dds的时间变化度来改进信号质量。
如图10所示，外推过程补充多普勒谱数据Dds的缺失部分的估计数据Dds’。图11假定Dds1表示缺失期间开始之前的多普勒谱数据Dds，以及Dds2表示缺失期间结束之后的多普勒谱数据Dds。然后，估计数据Dds’与多普勒谱数据Dds1和多普勒谱数据Dds2是连续的。相应地，即使多普勒谱数据Dds随时间而改变，也能够确保高质量数据，如图9至图11所示。外推过程能够补充紧接缺失期间开始之后的数据，并且与内插过程不同，例如不需要等到缺失期间结束。外推过程能够没有延迟地补充缺失部分。
在由信号估计单元425采用缺失部分来补充之后，将多普勒谱数据Dds输出到显示控制单元5和IFFT处理单元426。
显示控制单元5允许显示单元6显示基于从信号估计单元425或者FFT处理单元424直接提供的多普勒谱数据所生成的多普勒图像。
IFFT处理单元426对从信号估计单元425或者FFT处理单元424所提供的多普勒谱数据来执行IFFT过程。将经IFFT处理的数据输出到音频处理单元427。
音频处理单元427对从IFFT处理单元426所提供的数据来执行音频过程，并且向扬声器输出信号。扬声器9输出多普勒声音。如上所述，信号估计单元425执行外推过程，以便没有延迟地补充缺失部分，即使多普勒声音基于从信号估计单元425所输出的多普勒谱数据来输出。因此，多普勒声音能够没有延迟地输出。
如果信号估计单元425没有执行过程，则壁滤波器单元422可向音频处理单元427提供数据，并且输出多普勒声音。
下面描述本实施例的修改。将描述第一修改。信号估计单元425可基于多普勒谱数据的频率的时间变化来执行外推过程。信号估计单元425并不局限于如上所述基于多普勒谱数据的平均频率的时间变化来执行外推过程。如图12所示，例如，信号估计单元425可基于多普勒谱数据的频谱FS中具有峰值功率的频率fpmax的时间变化来执行外推过程。又在这种情况下，例如，信号估计单元425使用线性函数F作为外推函数，使得从频率fpmax的时间变化线(未示出)上的数据串中的两个点找到线性函数F。
将描述第二修改。如图13所示，信号估计单元425可基于多普勒谱数据的频谱FS中的最大频率fmax的时间变化来执行外推过程。又在这种情况下，例如，信号估计单元425使用线性函数作为外推函数，使得从最大频率fmax的时间变化线(未示出)上的数据串中的两个点找到线性函数。
虽然描述了本发明的具体优选实施例，但是无疑要理解，本发明并不局限于此，而是可在本发明的精神和范围之内以不同方式实施。
可配置本发明的许多极为不同的实施例，而没有背离本发明的精神和范围。应当理解，本发明并不局限于本说明书中的具体实施例，而是由所附权利要求书来限定。
工业适用性
本发明适用于估计多普勒谱信号的缺失部分的超声诊断设备，以及该设备能够产生高质量多普勒谱信号。

Claims (14)

1.一种超声诊断设备，包括：
超声探头，执行多普勒模式的超声传输/接收和多普勒模式之外的另一模式的超声传输/接收；以及
多普勒处理单元，对从多普勒模式的所述超声传输/接收所生成的回波信号来执行正交检测，然后生成多普勒谱信号，
其中所述多普勒处理单元包括信号估计单元，其执行外推过程，以估计产生于另一模式的所述超声传输/接收的所述多普勒谱信号的缺失部分；
其中，所述信号估计单元基于所述多普勒谱信号的频率的时间变化来执行外推过程。
2.如权利要求1所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒谱信号的频率的时间变化相当于所述多普勒谱信号的频谱的平均频率的时间变化。
3.如权利要求1所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒谱信号的频率的时间变化相当于所述多普勒谱信号的频谱中具有峰值功率的频率的时间变化。
4.如权利要求1所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒谱信号的频率的时间变化相当于所述多普勒谱信号的频谱的最大频率的时间变化。
5.如权利要求1所述的超声诊断设备，
其中，所述信号估计单元按照受检者区域来设定数据间隔，所述数据间隔配置成查找用于外推过程的外推函数。
6.如权利要求2所述的超声诊断设备，
其中，所述信号估计单元按照受检者区域来设定数据间隔，所述数据间隔配置成查找用于外推过程的外推函数。
7.如权利要求3所述的超声诊断设备，
其中，所述信号估计单元按照受检者区域来设定数据间隔，所述数据间隔配置成查找用于外推过程的外推函数。
8.如权利要求4所述的超声诊断设备，
其中，所述信号估计单元按照受检者区域来设定数据间隔，所述数据间隔配置成查找用于外推过程的外推函数。
9.如权利要求1所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒处理单元使用傅立叶变换过程来生成所述多普勒谱信号。
10.如权利要求2所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒处理单元使用傅立叶变换过程来生成所述多普勒谱信号。
11.如权利要求3所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒处理单元使用傅立叶变换过程来生成所述多普勒谱信号。
12.如权利要求4所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒处理单元使用傅立叶变换过程来生成所述多普勒谱信号。
13.如权利要求5所述的超声诊断设备，
其中，所述多普勒处理单元使用傅立叶变换过程来生成所述多普勒谱信号。
14.一种用于生成多普勒谱信号的方法，包括下列步骤：
执行多普勒模式的超声传输/接收和多普勒模式之外的另一模式的超声传输/接收；
对从多普勒模式的所述超声传输/接收所生成的回波信号来执行正交检测；
生成多普勒谱信号；以及
执行外推过程，以估计产生于另一模式的所述超声传输/接收的所述多普勒谱信号的缺失部分；
其中，采用信号估计单元基于所述多普勒谱信号的频率的时间变化来执行外推过程。
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