CN117338333A - 提高低速血流灵敏度的方法、系统及可存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供提高低速血流灵敏度的方法、系统及可存储介质，其中方法包括：对感兴趣区的组织信号发射和接收超声回波信号帧集合；对超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合；对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合；对所有的子相位帧集合和子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧和子幅度帧；对相位帧和幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像。本发明的提高低速血流灵敏度的方法、系统及可存储介质，可以满足线阵、凸阵、相控阵等各类探头成像需求，不仅提高低速血流的灵敏度，同时对于一些常规中高速血流也有较好的效果。

Description

提高低速血流灵敏度的方法、系统及可存储介质
技术领域
本发明涉及超声医疗设备技术领域，特别涉及提高低速血流灵敏度的方法、系统及可存储介质。
背景技术
目前，在医疗彩超设备系统中，最重要的成像模式之一为多普勒彩色血流成像，而相对于黑白成像模式，彩色血流成像的关键是如何有效提取低信噪比、低动态范围的血流信号。血流红色细胞运动引起的多普勒信号不仅包含正常流速的大血管血流，比如人体颈动脉血流、心脏血流、肝脏动静脉血流等，此类血流因为血管较大，血流动能相对较高，因此较为容易检测，但是对于人体内的一些低速血流速，如指尖、肾脏、甲状腺等，血流的灵敏度往往比较低，如何提高低速血流的灵敏度是不同厂家研究的热门问题。但是目前此类方法一般集中在使用高效的壁滤波器和图像处理层面，此类方法的核心即在有限的信号内，尽最大可能去除组织噪声保留和组织信号混杂的低速血流信号，此类方法共同的缺点是不能本质上提高血流的灵敏度，只是提取了输入信号的有效多普勒血流信号，对低速血流灵敏度的提升有限。所以，急需一种简单便于实现的提高低速血流灵敏度的实施方法。
发明内容
本发明目的之一在于提供了提高低速血流灵敏度的方法，可以方便快捷的部署在医疗彩超设备系统中。
本发明实施例提供的提高低速血流灵敏度的方法，包括：
对感兴趣区的组织信号发射和接收超声回波信号帧集合；
对超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合；
对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合；
对所有的子相位帧集合和子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧和子幅度帧；
对相位帧和幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像。
优选的，感兴趣区为三维方向，包含横向线方向，纵向点方向，时间帧方向。
优选的，在对感兴趣区的组织信号采用交叉发射接收方式，交叉发射接收间隔用户可调节，根据用户设定的交叉扫描间隔重新调整重复扫描次数，重复扫描次数用户可调节或工程师可调节。
优选的，对发射接收获得的超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合中，信号处理包含提取基带信号、降低基带信号纵向采样点处理、组织滤除处理；降低基带信号纵向采样点处理为适应感兴趣区纵向；组织滤波处理为去除低速组织信号保留包含低速血流所有血流信号；高频多普勒信号主帧集合为复数信号帧集合。
优选的，划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合中，划分主帧集合为多个子帧集合的方向为时间方向；多个高频多普勒信号子帧集合在时间方向可连续或部分重叠。
优选的，对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合中，计算多普勒相位帧和子幅度帧方向为时间方向，子帧集合包含多个子帧。
优选的，对所有的子相位帧集合或子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧或子幅度帧中，相位帧集合的加权融合包含相位混叠的融合计算，幅度帧集合进行加权求和融合，相位帧或子幅度帧同步计算获得。
优选的，对相位帧或幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像中，图像处理包含速度参数计算，能量参数计算以及各参数美化处理；最终显示图像包含各参数单独显示图像或各参数组合显示图像。
本发明实施例提供的提高低速血流灵敏度的装置，包括：
发射接收装置，用以发射和接收超声回波信号帧集合；
信号处理装置，用以获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
子帧获取装置，用以划分多普勒信号主帧集合为多个多普勒信号子帧集合；
参数计算装置，用以计算多普勒信号的相位集合帧和幅度集合帧；
参数融合转置，用以融合各子相位帧集合和子幅度帧集合为一帧相位帧和一帧幅度帧；
图像显示装置，用以显示经过图像处理的相位帧或幅度帧或者其他组合帧。
本发明实施例提供的计算机可存储介质，该计算机可存储介质用于执行上述的提高低速血流灵敏度的方法。
本发明取得了以下有益效果：
在医疗彩超系统中，最重要的关键技术之一是如何提高低速血流的灵敏度。本专利提出了一种简单便于实现的提高低速血流灵敏度的方法，可以满足线阵、凸阵、相控阵等各类探头成像需求。本专利不仅可提高低速血流的灵敏度，同时对于一些常规中高速血流也有较好的效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中提高低速血流灵敏度的方法流程示意图；
图2为本发明实施例中提高低速血流灵敏度的装置的示意图；
图3为本发明实施例中主帧集合定义示意图；
图4为本发明实施例中主帧集合划分为子帧集合的示意图；
图5为本发明实施例中子幅度帧集合加权融合的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了提高低速血流灵敏度的方法，如图1所示，包括：
对感兴趣区的组织信号发射和接收超声回波信号帧集合；
对超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合；
对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合；
对所有的子相位帧集合和子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧和子幅度帧；
对相位帧和幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像。
感兴趣区为三维方向，包含横向线方向，纵向点方向，时间帧方向。
在对感兴趣区的组织信号采用交叉发射接收方式，交叉发射接收间隔用户可调节，根据用户设定的交叉扫描间隔重新调整重复扫描次数，重复扫描次数用户可调节或工程师可调节。
对发射接收获得的超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合中，信号处理包含提取基带信号、降低基带信号纵向采样点处理、组织滤除处理；降低基带信号纵向采样点处理为适应感兴趣区纵向；组织滤波处理为去除低速组织信号保留包含低速血流所有血流信号；高频多普勒信号主帧集合为复数信号帧集合。
划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合中，划分主帧集合为多个子帧集合的方向为时间方向；多个高频多普勒信号子帧集合在时间方向可连续或部分重叠。
对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合中，计算多普勒相位帧和子幅度帧方向为时间方向，子帧集合包含多个子帧。
对所有的子相位帧集合或子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧或子幅度帧中，相位帧集合的加权融合包含相位混叠的融合计算，幅度帧集合进行加权求和融合，相位帧或子幅度帧同步计算获得。
对相位帧或幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像中，图像处理包含速度参数计算，能量参数计算以及各参数美化处理；最终显示图像包含各参数单独显示图像或各参数组合显示图像。
首先，对涉及的专有名词进行解释，如下：
波束合成：把多路的超声波信号合并为一路信号，即为波束合成；
延时参数：多路超声波在到达目标点时，有到达先后顺序，此时间差即延时参数；
动态接收：医疗彩超设备中，超声波传输的方向被人为定义为轴向，沿着轴向每隔一小段时间回收一段超声波，此种接收方式叫做动态接收；
聚焦：多路的超声波信号在轴向某一深度，刚好同时到达，称之为聚焦；
波束：波束合成后的超声波信号，称之为波束，也可叫做波束线，或者线等；
RF数据：最终的波束合成之后的数据。
应变力：当组织受挤压后，不同硬件的组织形变不一样，用应变力来衡量组织硬度；
具体实施如下：
如图1中S10步骤所示，设单次发射和接收超声回波信号的脉冲重复频率为PRF0，检测血流的采样频率用户设定为PRF，则交叉扫描的间隔为司一位置重复发射次数为E+Δ，获取的回波信号帧集合设为RFrame(t，x，y，e，l)，如图3中S33所示；
其中：
t表示时间方向帧序号，如图3中S30所示；
x表示横向线号，x∈[0，X-1]，如图3中S31所示；
y表示纵向点号，y∈[0，Y-1]，如图3中S32所示；
e表示重复发射接收次数，e∈[0，E-1]；
l表示交叉扫描间隔变量；
Δ为一正整数，用以控制L和E之间的平衡，本案例为一经验值；
E为用户可调节参数；
如图1中S11步骤所示，设超声回波信号帧集合RFrame(t，x，y，e，l)，进行信号处理后获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合为ZRFrame(t，x，y，e，l)，如图3中{S0，S1，S2，S3……}，其为复数信号，可表达为：
ZRFrame(t，x，y，e，l)＝ZIFrame(t，x，y，e，l)+ZQFrame(t，x，y，e，l)*j
其中：
i表示复数的虚数因子；
ZIFrame(t，x，y，e，l)表示主帧集合实部；
ZQFrame(t，x，y，e，l)表示主帧集合虚部；
{···}表示集合；
由实数RFrame(t，x，y，e，l)到复数ZRFrame(t，x，y，e，l)的信号处理过程可用如下公式表示：
其中：
为和发射频率、深度相关的相位；
LPF{}为沿着y方向的低通滤波函数；
DSy{}为y方向降采样函数；
HPF{}为沿着t方向的高滤波函数；
如图1中S12步骤所示，ZRFrame(t，x，y，e)为高频多普勒信号主帧集合，如图4中S40，其中S40对应图3中{S0，S1，S2，S3……}集合的投影，划分为多个高频多普勒信号子帧集合设为SubF(n，t，x，y，e)，如图4中S41所示，其中n为子帧集合序号，n∈[1，N]，N为可划分的最大子帧集合数，本实施案例N等于Δ，SubF(n，t，x，y，e)的复数表达式如下：
SubF(n，t，x，y，e)＝SubFI(n，t，x，y，e)+SubFQ(n，t，x，y，e)*j
如图1中S13步骤中对多个子帧集合SubF(n，t，x，y，e，l)进行相位帧集合phase(n，x，y，l)和幅度帧集合A(n，x，y，l)的计算，计算公式如下：
其中：
Imag{}表示去复数的虚部
Real{}表示取复数的实部
表示对SubF(n，t，x，y，e)虚部变符号，即复数共轭；
atan()表示反正切运算。
**表示卷积运算；
如图1中步骤S14所示，对所有的子相位帧集合phase(n，x，y)和子幅度帧集合A(n，x，y)加权融合处理，如图5中S51所指示F0、F1、…Fn-2、Fn-1可代表phase(n，x，y)或A(n，x，y)；加权融合系数如图5中S50中的w0、w1、…wn-2、wn-1所示，因此幅度帧A(x，y)加权公式如下：
本实施案例相位帧phase(x，y)加权公式如下：
其中：
sign{}表示取符号函数；
||表示取绝对值运算；
如图1中步骤S15所示，对相位帧phase(x，y)和幅度帧A(x，y)经过图像处理获得最终的显示图像，图像处理过程分别对相位和幅度进行帧间滤波、帧内滤波、彩色映射等常用美化映射过程，映射后的图像相位帧或者幅度帧或者组合后形成新的图像送入显示器显示。
在医疗彩超系统中，最重要的关键技术之一是如何提高低速血流的灵敏度。本专利提出了一种简单便于实现的提高低速血流灵敏度的方法，可以满足线阵、凸阵、相控阵等各类探头成像需求。本专利不仅可提高低速血流的灵敏度，同时对于一些常规中高速血流也有较好的效果。
本申请技术方案的优点如下：
1、简单。不改变传统医疗彩超设备中系统架构，利用现有系统的模块和装置即可快速部署；
2、精度高。理论上可在传统提高血流灵敏度基础上进一步获取低速血流信号；
3、可实施性强，可以简单、迅速的部署在医疗彩超设备中，不受系统限制。
本发明实施例提供的提高低速血流灵敏度的装置，如图2所示，包括：
发射接收装置S20，用以发射和接收超声回波信号帧集合；
信号处理装置S21，用以获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
子帧获取装置S22，用以划分多普勒信号主帧集合为多个多普勒信号子帧集合；
参数计算装置S23，用以计算多普勒信号的相位集合帧和幅度集合帧；
参数融合转置S24，用以融合各子相位帧集合和子幅度帧集合为一帧相位帧和一帧幅度帧；
图像显示装置S25，用以显示经过图像处理的相位帧或幅度帧或者其他组合帧；
本发明实施例提供的计算机可存储介质，该计算机可存储介质用于执行上述的提高低速血流灵敏度的方法。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.提高低速血流灵敏度的方法，应用于医疗超声设备，其特征在于，包括：
对感兴趣区的组织信号发射和接收超声回波信号帧集合；
对超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合；
对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合；
对所有的子相位帧集合和子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧和子幅度帧；
对相位帧和幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像。
2.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，感兴趣区为三维方向，包含横向线方向，纵向点方向，时间帧方向。
3.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，在对感兴趣区的组织信号采用交叉发射接收方式，交叉发射接收间隔用户可调节，根据用户设定的交叉扫描间隔重新调整重复扫描次数，重复扫描次数用户可调节或工程师可调节。
4.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，对发射接收获得的超声回波信号帧集合进行信号处理获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合中，信号处理包含提取基带信号、降低基带信号纵向采样点处理、组织滤除处理；降低基带信号纵向采样点处理为适应感兴趣区纵向；组织滤波处理为去除低速组织信号保留包含低速血流所有血流信号；高频多普勒信号主帧集合为复数信号帧集合。
5.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，划分高频多普勒信号主帧集合为多个高频多普勒信号子帧集合中，划分主帧集合为多个子帧集合的方向为时间方向；多个高频多普勒信号子帧集合在时间方向可连续或部分重叠。
6.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，对多个子帧集合进行多普勒相位和幅度的计算获取子相位帧集合和子幅度帧集合中，计算多普勒相位帧和子幅度帧方向为时间方向，子帧集合包含多个子帧。
7.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，对所有的子相位帧集合或子幅度帧集合加权融合处理获取最终的相位帧或子幅度帧中，相位帧集合的加权融合包含相位混叠的融合计算，幅度帧集合进行加权求和融合，相位帧或子幅度帧同步计算获得。
8.如权利要求1的提高低速血流灵敏度的方法，其特征在于，对相位帧或幅度帧经过图像处理获得最终的显示图像中，图像处理包含速度参数计算，能量参数计算以及各参数美化处理；最终显示图像包含各参数单独显示图像或各参数组合显示图像。
9.提高低速血流灵敏度的装置，应用于医疗超声设备，其特征在于，包括：
发射接收模块，用以发射和接收超声回波信号帧集合；
信号处理模块，用以获取稀疏的高频多普勒信号主帧集合；
子帧获取模块，用以划分多普勒信号主帧集合为多个多普勒信号子帧集合；
参数计算模块，用以计算多普勒信号的相位集合帧和幅度集合帧；
参数融合模块，用以融合各子相位帧集合和子幅度帧集合为一帧相位帧和一帧幅度帧；
图像显示模块，用以显示经过图像处理的相位帧或幅度帧或者其他组合帧。
10.一种计算机可存储介质，其特征在于，该计算机可存储介质用于执行如权利要求1至8任一项的提高低速血流灵敏度的方法。
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