[发明专利]用于超声成像系统的帧平均电路

说明书

技术领域

本发明涉及超声成像领域，并且更具体地，涉及一种用于超声 成像系统的帧平均电路。

背景技术

对于医学超声系统成像，在B型成像时，二维剖面图中像素点 的灰度代表超声回波数据的幅度；在彩色血流成像时，不同的颜色 代表血管中红细胞的运动速度或者组织的运动速度。心脏和血管中 的血流速度根据红细胞运动产生的多普勒效应来检测。超声成像系 统通过计算超声回波信号的频率偏移来推算出血流的运动速度。超 声回波信号的频率偏移正比于血管内红细胞的移动速度。频率的正 向偏移表示血管内红细胞沿着探头扫描方向运动；频率的负向偏移 表示血管内红细胞远离探头扫描方向运动。频率的偏移采用颜色编 码后，形成二维彩色血流图。彩色血流图像通过颜色来表示血流速 度的大小和方向。彩色血流图像一般是叠加在B型图像上一起显示， 在血管外显示B型图像，在血管内显示血流图像，形成二维彩色图 像。

如图1所示，医学超声成像系统一般由以下七部分组成：发射 和接收模块100、波束合成模块200、信号处理模块300、后处理模 块400、扫描显示控制模块500、显示监视器600和系统控制模块700。 系统控制模块700是软硬件接口，包含软件控制器和硬件控制器。 硬件控制器接收由软件写入的参数，进行相关处理，转换成以下模 块的控制信号：波束合成模块200、信号处理模块300、后处理模块 400和扫描显示控制模块500。另外，系统控制模块700通过硬件控 制和扫描控制总线，对整个系统的时序和运行进行总体控制。

数据流处理如下。发射和接收模块100、如探头接收超声回波数 据，接收的超声回波数据经过A/D转换后，进入到波束合成模块200 中。波束合成模块200对超声回波数据进行处理。根据扫描模式的 不同，分别生成两种不同类型的数据。一种和B型成像相关，另一 种和彩色血流成像相关。与B型成像相关的超声回波数据进入到黑 白信号处理模块310中；与彩色血流成像相关的超声回波数据进入 到彩色信号处理模块320中。黑白信号处理模块310和彩色信号处 理模块320根据系统参数和控制信号对输入的超声回波数据进行处 理，然后将处理结果输出到后处理模块400。后处理模块400的输出 结果输入到扫描显示控制模块500。扫描显示控制模块500将超声成 像结果转换成为标准视频数据，然后输出到显示监视器600进行显 示。

黑白信号处理模块310对波束合成数据进行对数压缩、包络信 号检测和降采样等处理，并将和B型成像相关的超声回波数据处理 成8比特的灰阶数据流。数据流中的每一个数据点表示扫描线上的 采样点，数据大小表示该点对应的灰阶。

彩色信号处理模块320可以计算采样点上的速度、方差、能量 和壁滤波前的能量。彩色信号处理模块320利用红细胞运动产生的 多普勒效应，采用自相关算法计算出扫描剖面上血流的速度、方差、 能量和壁滤波前的能量。这些数据分量分别采用8比特数据进行表 示。

后处理模块400对来自黑白信号处理模块310的数据和来自彩 色信号处理模块320的数据进行电影回放保存、帧平均和优先权编 码等处理。处理完成后的结果输出到扫描显示控制模块500。本发明 的帧平均处理在后处理模块400中完成。

在超声成像系统中，传统上需要对图像进行帧平均处理，以减 弱随机噪声对图像的影响。一般是采用IIR滤波器来实现帧平均处理 功能。这种滤波器采用当前输入的图像数据和上一帧图像数据作为 输入数据来进行计算。滤波器函数如下：

Y(n)＝A×Y(n-1)+(1-A)×X(n)

公式中，Y(n)是帧平均处理的结果，A为常数值。Y(n-1)为上一帧帧 平均处理的结果，X(n)是当前新的一帧图像。在彩色血流成像时，该 方法能够减少噪声和斑点，但是同时也对有效的速度信号在时间上 进行了平均处理，从而不能检测出速度的微小变化和慢速血流。这 种方法尤其是对速度方向的变化不敏感，而速度方向的变化对实际 临床诊断有重要的帮助。同时，由于常数A使得速度衰减比较慢， 所以不能够非常快地反映运动的变化。当探头已经离开移动物体后， 由于帧平均的原因，仍然能够在血流图像中显示血流。