[发明专利]一种噪声估计方法和一键优化方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及超声诊断成像系统的多普勒成像技术，具体涉及多普勒成 像一键优化过程中的混迭判决及参数优化的技术领域。

背景技术

频谱多普勒技术广泛应用于血管内血流速度的无损检测和测量，其基 本原理在于，超声换能器发射的超声波进入心脏或血管，被运动的红细胞 散射，产生频移，再由换能器接收背向散射回声，经信号放大处理检出多 普勒频移，经处理后得到红细胞的运动速度及其分布。红细胞的运动速度 随时间的变化就组成了多普勒声谱图。如图4所示，给出了超声多普勒信 号处理流程，超声回波信号经波束合成后形成射频回波信号，再经解调模 块分解成两路分量信号：同相位分量I(In-phase component)信号和正交分量 Q(quadrate component)信号。然后，在连续波多普勒系统中，该I、Q两路 分量直接进入壁滤波处理环节；在脉冲波多普勒系统中该I、Q两路分量分 别经距离选通，即在特定的时间段内累加，该累加时间段和脉冲多普勒发 射脉冲都由操作者根据实际情况选择，再进入壁滤波处理环节。所述壁滤 波是一个高通滤波器，可以滤除由静止或慢速运动组织引起的杂波。经该 环节处理后的I、Q两路分量，主要包含有红细胞运动引起的回波，被送往 功率谱估计模块，该模块一般采用快速傅立叶变换(FFT)来估算功率谱。快 速傅里叶变换的点数可以是128点或256点。由于估算出来的功率谱动态 范围太大，每次估算出来的功率谱需要经过压缩处理，以压缩到灰度显示 范围。最后在屏幕上显示的多普勒频谱图代表的是某时刻、某速度，即某 频率偏移的功率谱强度。所述经过壁滤波后的I、Q两路数据还可以送往声 音处理模块，以形成正相血流和逆向血流两路声音数据，并分别经D/A模 块转换后送往扬声器，产生正向和逆向血流声音。此外，系统还可以包括 自动包络检测模块，对谱压缩后的数据进行分析，以自动跟踪血流峰值速 度和平均速度随时间的变化，并在多普勒频谱图上实时显示。同时，还可 以在所述声谱图上提取平均频率曲线、最大频率曲线，并从中计算出一些 重要的临床诊断参数。

受脉冲重复频率(PRF)和基线位置的影响，在脉冲多普勒超声诊断仪 中，二维声谱图显示的幅度和位置可能会发生偏差。由奈奎斯特采样定理 可知，多普勒成像系统可无混迭观测到的最大多普勒频率f_d为PRF/2。当f_d＜PRF/2，系统能够正常显示频谱，多普勒频移信号的大小和方向均可得到 准确地显示，如图1所示，其中横坐标代表时间，纵坐标代表多普勒频移。 当f_d＞PRF/2但f_d＜PRF时，频移信号的最高频率在超越PRF/2后又反折 到-PRF/2的部分，表现为正负双向的单次反折，称为单次混迭，如图2 所示。此时，频移信号未充满最高显示范围，因此从图中仍可判断出频移 方向，或通过调整基线来去掉混迭现象。当f_d＞PRF时，这时频移信号在充 满频谱的正负最大范围之后，再次反折，表现为正负方向的多次反折，称 为多次混迭，如图3所示。这时从曲线中不能判断频移信号的方向和大小， 无法确定真实的多普勒频移，必须加以参数调整。

上述基线偏差、单次混迭及多次混迭的现象严重影响了多普勒成像效 果，因此在实际系统中通常利用一键优化功能自动进行混迭的判决和参数 优化，其原理是利用当前采集的声谱图数据分析处理，自动判断出谱图的 混迭现象，并相应的对各种不同情况进行适当调整，设计出最优的PRF和 基线位置等参数，使谱图达到最优的显示效果。现有技术中，通常有以下 两种方式：第一，通过测量不同系统增益设置下的噪声平均功率存储在主 机中，与当前数据信号比较，判断数据混迭与否，若混迭则增大PRF再进 行参数优化，若不混迭直接进行参数的优化处理。这种方法的噪声估计是 基于测量不同增益下的噪声存储在主机中，这与实际的噪声水平差异较大， 易受环境及信噪比等的影响，在实际应用过程中，固定阈值的噪声估计方 法经常会造成误判，因此噪声的估计应根据当前数据自适应的估计。第二， 在上述方法的基础上，当前数据可自适应进行的噪声估计，相当于把噪声 系数存储在主机中，这种方法一定程度上提高了混迭判断的准确性。但是 如果噪声估计误差较大，就很容易出现误判，特别是在多次混迭及信噪比 较低的情况下，噪声估计容易出现包络曲线计算错误，而把强信号引入噪 声估计中，使得噪声估计很可能受混迭的影响而增大，这样，直接导致混 迭现象判断的错误，从而参数优化失效，影响多普勒一键优化的性能。