CN106725599A - 一种基于平面波的成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平面波的成像方法及装置。其中，所述方法包括：按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。并可以自动获取最佳偏移角度，实现频谱多普勒角度的自动偏转。可以同时定量分析出多个区域的瞬时血流速度信息，简化了血流速度扫查操作流程，提高了血流速度扫查的效率。

Description

一种基于平面波的成像方法及装置

技术领域

本发明涉及医学超声成像技术领域，尤其涉及一种基于平面波的成像方法及装置。

背景技术

脉冲频谱多普勒成像技术和彩色多普勒成像技术是目前血流成像领域最主要的两种手段。彩色多普勒成像技术能够提供直观的血流分布情况，却缺乏定量分析血流运动速度的能力；频谱多普勒成像技术却能准确定量地检测出血流速度，因而频谱多普勒成像技术被较多地应用于血流检测。

频谱多普勒成像技术依赖于多普勒效应。当超声声束方向与血流的流向垂直时，根据多普勒效应，此时多普勒频偏近乎为0。因此在这种情况下对血流信号的灵敏度很低，也就得不到高质量的频谱图，从而影响血流相关参数的提取。目前，几乎所有的超声成像设备都提供了偏转功能，当医生看到声束方向与血流流向近乎垂直时，医生会通过启用偏转功能将声束进行偏转(例如，向左或向右15度)，以使声束方向和血流流向不垂直，从而提高频谱多普勒成像的灵敏度。

当前脉冲频谱多普勒技术多选定一个采样门，按照一定的脉冲重复频率向同一采样门发射一定长度的脉冲，然后对采样门内的回波进行分析，得到采样门内的瞬时血流速度、方向及性质随时间的变化曲线。当用户想观测多个区域的瞬时血流速度曲线，比如血流正常区域和血流异常区域，只能检测完一个区域，再对另一区域进行检测。特别地，当用户从一个检测区域切换到另一个检测区域，如果血管的走向发生变化，用户除了调整检测区域，还要重新调整声束的偏转方向，以避免声束方向与血流的流向垂直导致的多普勒灵敏度差的情况。

平面波成像技术以其超高的成像帧频，在医学超声成像领域逐步得到了一些应用。平面波成像技术一次超声脉冲发射即可覆盖成像区域，相较于传统的线扫聚焦超声成像帧频提高百倍。然而，由于平面波发射波束宽，回波信号信噪比低，成像质量差，限制了其进一步发展。为了解决平面波成像质量差的问题，有人提出了平面波相干复合成像方法，即对超声阵元发射脉冲进行多个角度延时偏转，产生不同角度的平面波，采集各个平面波回波信号后经过相干叠加的方法，可以获得等效于聚焦超声方法的图像。至此，基于此技术的应用诸如超分辨成像，剪切波弹性成像和向量血流成像，功率多普勒成像技术也得到了越来越多的研究应用。向量血流成像和功率多普勒成像尽管能反映血流信息，但是还是不能定量地反映特定区域的血流信息，尤其是定量分析瞬时血流信息随时间的变化规律。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于平面波的成像方法及装置，以解决现有技术中平面波相干复合成像不能定量地反映特定区域的血流信息的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于平面波的成像方法，包括:

按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；

对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；

对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

进一步的，在计算每个偏转角度下的IQ数据之后，还包括：

根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

进一步的，述根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，包括：

依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；

将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

进一步的，所述按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，包括：

根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；

在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；

计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；

剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。进一步的，所述对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据，包括：

对波束合成后的数据进行滤波、解调和门内加权平均处理，计算得到每个偏转角度下的IQ数据。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于平面波的成像装置，包括：

接收模块，用于按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；

计算模块，用于对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；

频谱模块，用于对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

进一步的，所述装置还包括：

方向调整模块，用于根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

进一步的，所述方向调整模块用于：

依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；

将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

进一步的，所述接收模块用于：

根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；

在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；

计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；

剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。更进一步的，所述计算模块用于：

对波束合成后的数据进行滤波、解调和门内加权平均处理，计算得到每个偏转角度下的IQ数据。

本发明实施例提供的基于平面波的成像方法及装置，通过获取每个平面波偏转角度下的频谱，并对频谱进行复合加权，生成每个采样门的多普勒频谱，可以同时定量分析出多个区域的瞬时血流速度信息，简化了血流速度扫查操作流程，提高了血流速度扫查的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一提供的基于平面波的成像方法的流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的基于平面波的成像方法的流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的基于平面波的成像方法的流程示意图；

图4是本发明实施例五提供的基于平面波的成像装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的基于平面波的成像方法的流程示意图，本实施例可适用于降低波束合成器功耗的情况，该方法可以由降低波束合成器功耗的装置来执行，该装置可由软件/硬件方式实现，并可集成于超声成像设备，特别是便携式和手持式超声成像设备中。

参见图1，所述降低波束合成器功耗的方法，包括：

S110，按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号。

可以读取超声成像系统内部文件预置的N个平面波角度A1、A2、…、AN，比如-15°、-10°、0°、10°、15°。其中平面波的个数N和对应的平面波角度A1、A2、…、AN的大小都可调，可由用户修改系统内部的工程参数实现调整。采样门可接收回波信号。在本实施例中，由用户选取采样门接收回波信号。示例性的，用户可以在超声成像界面选取感兴趣的区域，根据感兴趣的区域确定相应的采样门，采用选定的采样门接收平面波在每个偏转角度下的回波信号。

S120，对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据。

示例性的，对选定的采样门接收到的信号通过延时控制、孔径控制和变迹控制处理，经过波束合成，得到选定的采样门内的每个偏转角度下的回波波束合成数据。可选的，对回波波束合成数据经过滤波处理，对滤波处理后的信号进行解调，得到采样门每个偏转角度下的同相分量和正交分量数据，即IQ数据。

S130，对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

将各采样门的声束偏转方向调整为最优声束偏转方向。并对各个采样门不同的最优偏转角度下的频谱做复合加权，以得到各个采样门的多普勒图谱。示例性的，可以采用如下方式计算多普勒图谱：

其中，Cj为频谱加权系数，j＝1,2,…,N_adj，N_adj为调整平面波偏转角度数量。加权系数由内部工程文件给出，优选的频谱加权系数为选定采样门数量的倒数，即Cj＝1/N_adj，Pij(v,t)为每个采样门每个偏转角度下的频谱。根据生成的多普勒频谱可实现多普勒成像。

本实施例通过获取每个平面波偏转角度下的频谱，并对频谱进行复合加权，生成每个采样门的多普勒频谱，可以同时定量分析出多个区域的瞬时血流速度信息，简化了血流速度扫查操作流程，提高了血流速度扫查的效率。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的基于平面波的成像方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，在计算每个偏转角度下的IQ数据之后，增加如下步骤：根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度。

参见图2，基于平面波的成像方法，包括：

S210，按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号。

S220，对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据。

S230，根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

频谱是频率谱密度的简称，是频率的分布曲线。利用频谱可以对信号在频域进行分析，通常频谱能够反映信号的能量聚集程度。在最优偏转角度下，采样门接收到的信号最强，因此最优偏转角度与频谱存在对应关系。示例性的，可将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度。

在本实施例中，所述根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度包括：依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度。

示例性的，可以采用如下方式实现：将相同同偏转角度下的IQ数据序列进行傅里叶变换，得到每个采样门每个偏转角度下的频谱Pij(v,t),i＝1,2,…，M,j＝1,2,…,N_adj，其中N_adj为选定的采样门的数量。v为速度，t为时间，频谱是速度和时间的函数。然后对各个采样门各个偏转角度下的频谱进行频谱决策。具体的，依次对各采样门各个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量，其中，v的范围由用户选择的速度范围决定，t的范围由系统决定。从各个采样门各个偏转角度下的频谱能量寻找最大值，即E_peak(i)＝max{E_ij}。各个采样门的频谱能量最大值对应的偏转角度即为该采样门的最优声束偏转方向。将各采样门的声束偏转方向调整为最优声束偏转方向。方便操作人员进行血流扫查。

S240，对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

本实施例通过在计算每个偏转角度下的IQ数据之后，增加如下步骤：根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度。可以自动获取最佳偏移角度并以该最佳偏移角度实现频谱多普勒角度的自动偏转，提高频谱多普勒的灵敏度；简化了医生的工作流程，操作方便。

需要说明的是，步骤S230也可在步骤S240后执行，同样也可实现上述技术效果。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的基于平面波的成像方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将所述按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，包括：根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值，按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。参见图3，基于平面波的成像方法，包括：

S310，根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数。

由于采样门是根据选取的兴趣区域选定的，设定用户选定的采样门个数为M，每个采样门对应的扫查深度分别为D1、D2、…、DM，各个采样门的初始声束方向为0°。不同偏转角度下平面波到达最大扫查深度Dmax所在的采样门并返回的时间分别为T1、T2、…、TN，由于相邻的两次发射的时间间隔由所有偏转角度情况下平面波到达Dmax所在的采样门并返回的最长时间决定。相同偏转角度的两次发射的时间间隔为1/PRF。PRF通常根据扫查的血流速度范围来进行调整。当1/PRF<N*max{T₁,T₂,Λ,T_N}，则说明系统预设角度的数量过多，需要进行调整。具体的，可以根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数。示例性的，调整平面波偏转角度的个数N_adj，N_adj由如下公式决定：

N_adj＝max{1/(PRF*max{T₁,T₂,Λ,T_N}),3}。

调整平面波偏转角度数量应该大于等于三个，其具体数量可以由平面波到达Dmax所在的采样门并返回的时间分别为T1、T2、…、TN和PRF确定。

S320，在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序。

根据上一步骤的计算结果，如果1/PRF≥N*max{T₁,T₂,Λ,T_N}，则无需调整系统预设角度的个数。在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，需要对内置的偏转角度进行筛选，以满足PRF的要求。由于系统预设角度为一组角度，需要保留两端的极值。保证一组角度的完整性。并将该组预设角度按照两两相邻进行分组。并按照分组中的系统预设角度之间的差值由小到大进行排序。示例性的，系统预设角度为{-15,-12，-6，0，2，8，12，20}，在保留两端极值的基础上，则分组分别为(-12，-6)，(-6，0)，(0，2)，(2，8)，(8，12)。按照分组中的系统预设角度之间的差值由小到大进行排序结果为(0，2)，(8，12)，(-6，0)，(2，8)，(-12，-6)。

S330，计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组，剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。

根据步骤S310计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值。在本实施例中，如果两个相邻的角度差值较小，则可以去除该两个相邻角度中的一个，以在尽可能保证预设偏转角度组完整的情况下，减少预设偏转角度的数量。示例性的，按照由小到大的排序，按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组。剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。以使得保留的系统预设角度的个数能够满足PRF的要求。

S340，采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号。

S350，对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据。

S360，对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

本实施例通过将所述按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，包括：根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，确定相邻系统预设角度差值小于预设阈值的两个系统预设角度；剔除所述两个系统预设角度中角度绝对值大的系统预设角度。可以在系统预设角度数量大于扫查血流速度范围时，对系统预设角度数量进行调整，在满足成像质量的前提下，实现对系统预设角度数量进行优化。

实施例四

图4是本发明实施例四提供的基于平面波的成像装置的结构示意图。如图4所示，所述基于平面波的成像装置包括：

接收模块410，用于按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；

计算模块420，用于对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；

频谱模块430，用于对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

本实施例提供的基于平面波的成像装置，通过获取每个平面波偏转角度下的频谱，并对频谱进行复合加权，生成每个采样门的多普勒频谱，可以同时定量分析出多个区域的瞬时血流速度信息，简化了血流速度扫查操作流程，提高了血流速度扫查的效率。

在上述各实施例的基础上，所述装置还包括：

方向调整模块，用于根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

在上述各实施例的基础上，所述方向调整模块用于：

依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；

将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

在上述各实施例的基础上，所述接收模块用于：

在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；

计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；

剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。在上述各实施例的基础上，所述计算模块用于：

对波束合成后的数据进行滤波、解调和门内加权平均处理，计算得到每个偏转角度下的IQ数据。

上述基于平面波的成像装置可执行本发明任意实施例所提供的基于平面波的成像方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各操作可以通过如上所述的终端设备实施。可选地，本发明实施例可以用计算机装置可执行的程序来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由处理器来执行，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等；或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或操作制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于平面波的成像方法，其特征在于，包括：

按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；

对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；

对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，在计算每个偏转角度下的IQ数据之后，还包括：

根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，包括：

依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；

将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，包括：

根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；

在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；

计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；

剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据，包括：

对波束合成后的数据进行滤波、解调和门内加权平均处理，计算得到每个偏转角度下的IQ数据。

6.一种基于平面波的成像装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于按照系统预设角度依次调整平面波偏转角度，并采用选定的采样门接收每个偏转角度下的回波信号；

计算模块，用于对所述回波信号进行波束合成，并计算每个偏转角度下的IQ数据；

频谱模块，用于对每个采样门下所有偏转角度下的频谱进行复合加权，生成多普勒频谱。

7.根据权利要求6所述的成像装置，其特征在于，所述装置还包括：

方向调整模块，用于根据所述IQ数据计算每个采样门在每个偏转角度下的频谱，确定每个采样门下最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

8.根据权利要求7所述的成像模块，其特征在于，所述方向调整模块用于：

依次对每个采样门在每个偏转角度下的频谱沿时间和速度做二维积分，计算各个采样门下各个偏转角度对应的频谱能量；

将最大频谱能量对应的偏转角度作为最优偏转角度，并按照所述最优偏转角度调整各采样门的声束偏转方向。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述接收模块用于：

根据当前脉冲重复频率计算调整平面波偏转角度个数；

在所述系统预设角度的个数大于调整平面波偏转角度个数时，保留系统预设角度两端的预设角度，并按照相邻的系统预设角度差值对两两相邻的系统预设角度组由小到大进行排序；

计算系统预设角度的个数与调整平面波偏转角度个数的个数差值；按照所述排序选取所述个数差值数量的两两相邻的系统预设角度组；

剔除所述选取的系统预设角度组中角度绝对值大的系统预设角度。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块用于：

对波束合成后的数据进行滤波、解调和门内加权平均处理，计算得到每个偏转角度下的IQ数据。