[发明专利]去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统

说明书

本发明涉及一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统。该方法包括：采集动脉血管超声射频回波信号；根据动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；对脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；采用入射波频谱‑能量阈值法对各级经验模态函数进行入射波成分筛选；对不满足筛选条件的经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；对重构信号进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；将所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。本发明能够提高局部脉搏波波速估计精度。

技术领域

本发明涉及超声射频信号处理技术领域，特别是涉及一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统。

背景技术

局部脉搏波波速(PWV)是定量评价血管局部硬化程度的金指标，对早期诊断和有效预防心脑血管疾病具有重要临床意义。超声技术操作简单，具有实时性、价格适中等优点，已成为局部PWV检测的主要手段。随着超快速超声成像的发展，其高帧频高线密度特点对超声传输时间法在局部PWV的检测更有优势。超声传输时间法检测PWV通常是根据血管一段特定距离上各声束位置上脉搏波上冲段时间基准点估计脉搏波传输时间，从而得到PWV。然而，利用血管超声射频回波信号估计脉搏波过程中主要受扫描帧频引入的量化噪声、以及来自动脉窦或毛细血管反射波信号干扰，导致脉搏波在各个声束位置发生不同的形变，进而影响PWV检测的准确性。因此，滤除脉搏波上冲段量化噪声和反射波是PWV估计中一个重要的信号处理过程。

目前，滤除脉搏波高频量化噪声常用方法有低通滤波、带通滤波和Savitzky-Golay平滑滤波器。其中，Chiu等使用截止频率为15Hz的无线脉冲响应低通滤波器进行数字滤波去除脉搏波高频噪声，实验为了保持血压曲线之间的线性相位，分别对血压曲线进行了正向和反向两次滤波；Munakata等对脉搏波预处理方法是首先使用截止频率为50Hz的低通滤波器去除脉搏波曲线的高频噪声，然后利用截止频率在5～30Hz范围内的带通滤波器去除脉搏波上冲段高频成分；Hermeling等利用阶数和截止频率分别为8阶、2Hz(滤波器A)，2阶、2Hz(滤波器B)，以及8阶、4Hz(滤波器C)的零相位巴斯沃特滤波器去除脉搏波的高频噪声，结果发现三种滤波结果各不相同，其中滤波器A条件下PWV估计准确度较高，而滤波器B和C的估计精确度明显下降；Huang等利用长度为0.02秒的Savitzky-Golay滤波器对血管壁径向搏动位移曲线进行平滑滤波处理。对比上述研究中脉搏波预处理方法可知，实验中脉搏波滤波方法的选择尚无统一共识；且各滤波方法中需设定截止频率、滤波阶数或窗长等参数，不同参数选择对脉搏波相位或形变均会产生一定影响。除此之外，针对反射波对脉搏波上冲段形变影响问题，仍未发现去除脉搏波中反射波滤波研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统，无需预设滤波参数，自适应去除脉搏波上冲段量化噪声和反射波，进一步提高血管局部脉搏波速(PWV)估计精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，包括：

采集动脉血管超声射频回波信号；

根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；

对所述脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；

采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选；

对本次分解中首次出现不满足筛选条件的经验模态函数及在该级不满足筛选条件的经验模态函数之前的各级经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；

对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；