[发明专利]基于正交多频超声稳态回波信号的成像方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声波成像技术，具体涉及利用正交频分复用(OFDM)调制方式构造相互正交的连续多频超声信号，并通过测量该多频超声信号的稳态回波信号进行成像的方法与装置。

背景技术

目前通用的超声回波成像方法主要有两种：基于单脉冲和基于单频连续波。基于单脉冲的成像方法，是利用超声波在传播路径上遇到介质的不均匀界面时会发生反射的物理特性来实现的。发送端向人体组织发送一个脉冲，由于人体组织和脏器具有不同的声阻抗，使超声波在不均匀界面上反射回波，检测出这些回波信号，对其放大和处理，最后在显示器上显示，即可得到脉冲回波的图像。由发送脉冲和接收的回波脉冲的时间差来估算人体组织间的分布。

基于单频连续波的成像方法，是在发送端发送某一频率的连续波，通过比较发射超声波和其回波之间的相位差来获得回波相对于发射波的延时，从而估算不均匀界面的距离。但是，当有多个反射界面时，回波是由多个不同相位的连续波叠加形成的，会互相干扰，使得难以精确估计每个界面的回波与发射波的相位差。基于单频连续波的成像方法多用于利用多普勒频移来检测回波波源的速度分布。

基于脉冲的成像方法，因为每个脉冲是瞬时波，每个脉冲的宽度(持续时间)相当短，致使接收回波脉冲的检测难度大，容易漏检；若增加瞬时脉冲的宽度，又会给接收回波的装置增加定时(定位)的难度，定位的偏差会带来延时估计比较大的误差。同时，超声探头不能在同一时间发射和接收超声波，只有当探头发射完脉冲以后，处于静止期间，才能进行接收。假设有两个界面A和B相距很近，当一束脉冲射入时，一部分被A面反射，另一部分传到B面被反射，如果脉冲前沿经B反射到A时，A的反射脉冲后沿还没有离开，这样经A反射的脉冲后沿就和经B反射的脉冲前沿衔接起来，重叠成一个脉冲，不能分辨出两个脉冲，那么A、B两点将不能被分辨。所以，只有当脉冲宽度小于往返两点之间所需的时间时，回波显示器上才能显示出两个独立的回波信号。脉冲宽度愈小，纵向分辨力愈高。但是缩短脉冲宽度又会减小发射超声的能量，影响灵敏度。用单频连续波来获得超声波成像的方法，适合于只有单个反射界面的情况，因为此时只有一个回波，相位估算的精度高。对于有多个反射界面的情况，得到的是多个反射回波的叠加，此时很难估算出每个界面的反射回波。

由此可见，基于脉冲成像的方法会带来纵向分辨力和灵敏度之间的矛盾，而用单频连续波来获得超声波成像的方法又很难估算出多个界面的反射回波。并且这两种方法都易受噪声的干扰，而本发明基于正交多频超声稳态回波信号的成像方法与装置，可以很好地解决上述问题。因为该方法接收的反射回波是一个多频的稳态连续波，由于发射的是多频调制波，携带信息多，通过设计专门的算法，能够分解出每个界面的反射回波，并且可消除噪声的影响；由于是连续波，能量稳定，不需要定时，因而检测容易，不存在定时上的误差，同时还能够兼顾纵向分辨力和灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的测量误差大、难以兼顾纵向分辨力和灵敏度等不足，提供基于正交多频超声稳态回波信号的成像方法与装置，该方法利用正交频分复用(OFDM)调制方式来构造相互正交的多频连续基带信号，通过检测稳态的回波信号，计算回波信号相对于发射信号的延时来成像。本发明装置计算精度高，抗干扰性好，抗噪能力强，安装简单，使用方便，且成本低廉。本发明通过如下技术方案实现：

基于正交多频超声稳态回波信号的成像方法，包括如下步骤：利用正交频分复用(OFDM)调制方式构造相互正交的多频连续基带信号，并用超声载波(载波频率为f_c)将该多频连续基带信号调制为多频超声连续发射信号；超声波探头将该多频超声连续发射信号发送出去，相当于发送多路单频超声波连续信号，每一路信号经过待成像对象的每一个不均匀界面都会有反射；超声探头检测反射回来的稳态回波信号，该回波信号相当于多路反射波的叠加信号；该叠加信号经解调后得到接收的多频连续基带信号，对该多频连续基带信号进行正交分解，利用每路信号互为正交的特性分解出每路接收信号，列出关于每个不均匀界面反射波的幅度和相位的方程组；通过解方程组求出不均匀反射界面反射波的幅度和相位，计算每个界面反射回波的幅度和相对于发射波的延时(位置)来成像。

用于上述方法的装置包括超声波探头、控制单元及分别与控制单元连接的操作单元、收发单元、处理单元和显示单元，超声波探头与收发单元相连，处理单元还分别与收发单元和显示单元连接；

操作单元为人机交互模块，用于操作者选择测量信号的超声波频率和对显示单元的显示方式进行选择；

控制单元根据操作单元发出的操作指令来控制收发单元、处理单元和显示单元；