[发明专利]用于超声诊断成像的正交多普勒信号间隙填充方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声诊断成像方法与装置，具体涉及一种多普 勒信号间隙填充方法与装置。

背景技术

超声诊断成像系统实时显示两维图像(B模式成像、彩色血流成 像等)和频谱多普勒信息具有重要的临床诊断意义。临床医生可以 在实时观察人体组织解剖结构的同时，获得某多普勒采样容积内的 血流状况。该血流状况信息的获得有两种途径：显示器上实时显示 的声谱图和扬声器上实时播放的多普勒声音信号。为了实现上述两 种(甚至三种)不同成像模式的实时显示，超声成像系统利用时分 复用技术，为不同的成像模式分配不同的时间段，而且系统周期地 在不同模式下快速切换。以临床上常用的B+D模式(B模式+脉冲频 谱多普勒模式)为例，系统通过控制发射脉冲的时序，实现两种模 式的轮换扫描。最简单的一种方法就是单个B脉冲和单个多普勒脉 冲交替发射，该方法最大的缺点是多普勒脉冲的重复发射频率(PRF) 降低，导致可检测的最大流速大大降低。另外一种相似的实现方法 是单个B脉冲和多个多普勒脉冲交替发射，该方法虽然改善了多普 勒检测最大流速的问题，但单帧B型图像的成像时间加长，两维图 像的实时性受到影响。考虑到两维图像的成像质量，本发明关注的 是另一种扫描方式，即成像系统在扫描完一帧两维图像后启动多普 勒脉冲的发射，且多普勒脉冲的发射次数足够多，保证获得至少一 条完整的多普勒功率谱谱线。由于多普勒信号在2-40ms内可以认为 是准平稳的，因此要求间隙的长度尽量小于40ms。由于在B模式成 像的时间段，无法采集到多普勒信号，导致多普勒信号的不连续。 该不连续现象(称为间隙，即Gap)在声谱图上表现为断裂的频谱， 如图1所示，可能导致计算机自动提取多普勒频谱参数失效，而在声 音输出上更是出现周期性的突然静音，使得声音输出失去临床诊断 参考意义。因此，多普勒信号间隙填充技术已经成为超声诊断成像 设备必备的一项重要技术。

多普勒信号间隙填充技术用于提高超声诊断成像设备中频谱多 普勒信号质量，尤其是用于超声诊断成像设备同时工作在两维图像 成像模式(B模式、彩色血流成像模式等)和频谱多普勒模式的情况 下。超声诊断成像设备利用时分复用技术实现不同模式的同时成像， 系统为不同的成像模式分配不同的时间段。当系统同时工作在两维 图像成像模式和频谱多普勒模式的时候，音频多普勒信号和声谱图 会产生明显的不连续现象(称为间隙，gap)，该不连续会对诊断信 息的提取带来很大的不便；另外，两维图像的成像帧频率会有所降 低，但对诊断性能的影响相对较小。多普勒信号间隙填充技术利用 信号处理的方法对该间隙进行填充，使得填充后的信号在声音和频 谱上都能保持很好的连续性，减小多普勒信号采集的不连续性对诊 断准确性的影响。然而，如何有效地填充多普勒信号间隙一直是频 谱多普勒技术应用中的一个难点。随着数字计算机技术的高速发展， 研究者提出了许多方法来解决这一问题。根据声谱图的输出方式， 目前填充间隙的方法大体上可以分成两大类：一类是直接对二维的 声谱图进行插值填充，另外一类则是对正交多普勒信号进行填充后 计算出填充后信号的声谱图。

1991年5月，给予G.Schwartz的、名称“Spectral Interpolation of Ultrasound Doppler Signal”的专利US 5,016,641公开了一种填充方法， 其是利用间隙产生前的功率谱填充间隙阶段的功率谱，产生一个具 有一定随机性的相位，根据填充的功率谱和产生的随机相位，由逆 快速傅里叶变换(IFFT)得到时域信号，该时域信号经窗函数加权， 部分重叠相加后得到没有跳变的填充信号。该方法需要每次谱线更 新的时候进行IFFT计算，增加了计算量。