[发明专利]信号分析方法、超声波图像分析方法以及超声波成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号分析方法，且特别涉及一种超声波图像信号的分析方法以及其应用。

背景技术

在已知技术中，超声波成像已广泛应用于各种领域中，例如工业、军事、医学等各种不同领域范围。其中，超声波成像系统于医学应用时，可用来测量人体组织的生理特性，诸如血管或血液的流速等。其利用多普勒(Doppler)原理将超声波能量传送到待测的人体组织区域，再接收由待测区域反射的超声波能量值。根据所反射的超声波能量，超声波成像系统可显示此待测区域的二维超声波图像。然而，对于欲检测血管中血液的低流速或较小血管管径而言，其信息必须搭配特定的信号分析方法来分析待测区域所反射的超声波能量值始可获得。

已知的信号分析方法是在频率域中对反射的超声波能量进行分析。然而，此种频率域(frequency domain)方法存在有部分缺失，不易克服。详细而言，根据多普勒原理，当超声波成像系统将超声波发射至待测区域内的待检测物质，例如血管中的红血球，而由该待检测物质反射的回波信号(echo)，其频率会偏移，此频率偏移量与待检测物质的速度在发射方向上的分量成正比。在脉冲波(pulsed wave)多普勒模式中，超声波成像系统的探头向待测区域发射一系列的短脉冲，超声波成像系统所接收的反射信号可表示为二维的数据集，其中一维代表脉冲发射索引(即慢时间轴(slow time axis))，另一维则为飞行时间(即快时间轴(fast time axis))。慢轴上的信号即携有多普勒频移的讯息。因此，分析慢轴信号的相位即可获得待检测物质的图像信息。

已知的信号分析方法通常是计算两相邻慢轴的自相关(selfcorrelation)函数，以估计相位偏移(phase shift)，并据此计算待检测物质的速度等信息。但此已知的信号分析方法是将慢轴上的信号经傅立叶变换(Fourier transform)后始进行计算，也就是在频率域中进行信号的分析。然而，目前已知的信号分析方法存在如底下的缺失。一是多普勒信号容易受到低频信号的干扰，例如血管壁的脉动、心脏脉搏、呼吸或不自主运动。而此方法必须利用wall filter高通滤波器来滤除噪声，始可进行后续的分析。设计理想的高通滤波器并非易事，从而提高了频率域分析方法的困难度。二是频率域分析方法的核心算法-傅立叶变换，其本质上为积分变换，时间域信号一旦经过变换，所有的时变讯息将完全遗失。因此已知的信号分析方法无法提供实际测量情况下，特定瞬时的频率信息。

发明内容

本发明的一实施例提出一种时间域(Time domain)的信号分析方法。所述信号分析方法包括如下步骤：(a)接收待分析信号。(b)利用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)，以迭代方式(iterative method)对待分析信号进行筛选(iteratively sift)，以分解出至少一本质模态函数(intrinsic function，IMF)。(c)对本质模态函数进行希尔伯特变换(normalized Hilbert transform)。经变换后的本质模态函数包含相位信息(phase information)。(d)利用相位处理手段来处理经变换后的本质模态函数，以获得包含角频率(angular frequency)信息的本质模态函数。

本发明的另一实施例提出一种超声波图像分析方法，其适用于超声波成像系统。所述超声波图像分析方法包括如下步骤：(a)接收待分析信号。(b)利用经验模态分解，以迭代的方式对于待分析信号进行筛选，以分解出至少一本质模态函数。(c)对本质模态函数进行希尔伯特变换。经变换后的本质模态函数包含相位信息。(d)利用相位处理手段来处理经变换后的本质模态函数，以获得包含角频率信息的本质模态函数。(e)比对经处理后的本质模态函数与相关待分析信号的超声波图像，以辨识超声波图像信息。

本发明的另一实施例提出一种超声波成像系统，其包括信号收发模块、信号处理模块以及图像显示模块。信号收发模块接收待分析信号。信号处理模块利用经验模态分解，以迭代方式对待分析信号进行筛选，以分解出至少一本质模态函数。信号处理模块对本质模态函数进行希尔伯特变换。经变换后的本质模态函数包含相位信息。信号处理模块利用相位处理手段来处理经变换后的本质模态函数，以获得包含角频率信息的本质模态函数。信号处理模块比对经处理后的本质模态函数与相关待分析信号的超声波图像，以辨识超声波图像的图像信息。图像显示模块根据信号处理模块对于待分析信号的处理结果来显示对应一待测区域的该超声波图像。