專利名稱：一種聲譜圖像的信號處理方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用頻譜多普勒技術測量流體流速并以聲譜圖形式顯示的超聲系統，
尤其涉及利用頻譜多普勒技術測量血流速度并以聲譜圖形式顯示的聲譜圖像的信號處理 方法和系統。
背景技術：
超聲技術因其無損性被廣泛用于醫學成像和測量。當超聲系統發射特定頻率的脈 沖波對組織掃描時，如遇到血流或組織運動，回波的頻率與發射波的頻率出現頻率差，稱為 多普勒頻率。根據多普勒頻率的大小，可測出血流或組織相對探頭的徑向相對運動速度；根 據發射脈沖和接收的時間差，可以測出血流或組織的距離。大多數情況下，血流和組織的運 動是同時存在的，其中血流多頻勒具有診斷意義，而組織多普勒信息則為干擾源；對于心臟 成像時，組織多普勒則可以和血流多頻勒同時具有診斷信息，分別代表心臟和血流的速度 信息。 具體實現時，超聲診斷系統發射超聲波到人體某血流區域內的某采樣容積內，并 接收來自采樣容積內血細胞的散射回波，這樣既可以提高信噪比，同時對抑制組織運動的 影響。射頻的超聲散射回波信號經過正交解調、濾波后，多普勒信號頻譜從發射中心頻率的 數兆赫茲搬遷到零頻率為中心，帶寬約幾千赫茲的音頻范圍內，因此所得的信號通常稱為 音頻多普勒信號(簡稱多普勒信號)。由于血液的黏性，血流速度在人體血管內具有一定 的分布，血管中心流速較大，近血管壁速度漸減，因此多普勒信號的頻譜具有一定的頻譜寬 度，其中信號的最大頻率正比于血管內最大血流速度。此外，由于血管內血流速度隨心臟的 收縮和舒張而不斷變化，檢測到的多普勒信號的頻譜也隨之改變。通過截取某一時刻附近 的多普勒信號進行頻譜分析，可以估計出該時刻的血管內血流狀況。按一定的時間間隔截 取多普勒信號進行頻譜計算，用灰度映射不同頻率成分的功率大小，并按時間連續顯示，即 可獲得多普勒信號的聲譜圖。 基于多普勒信號聲譜圖可以提取諸如平均流速，最大流速，最小流速，S/D(收縮 期、舒張末期最大流速比)，RI (阻尼指數)，PI (脈動指數)等參數。這些參數都是在聲譜 圖包絡曲線或者平均頻率曲線上計算得到的，對臨床超聲診斷意義重大。
如圖1所示，通常在超聲系統中，系統控制器根據提前設置的發射參數，控制發射 電路將具有取樣容積區域聚焦特性和特定頻率特性的窄帶脈沖波(PW)或連續波(CW)通過 換能器/探頭轉換為超聲信號，經過組織反射及散射，帶有組織或血流運動信息的散射回 波信號又經過換能器/探頭轉換為電信號，該電信號需要經過高壓隔離、放大、模數轉換、 波束合成后形成反應回波特性的射頻信號。波束合成后的射頻信號需要通過檢波與信號處 理分別對二維(B Mode)、血流(Color)、能量(Power)、多普勒(包括聲譜圖及聲音)進行 處理，處理結果根據系統所處的模式，經過DSC(Digital Scan Convert,數字掃描變換)及 圖像融合后，即可以形成相應的圖像送到顯示器進行顯示。在檢波與信號處理過程中，回波 射頻信號需要經過一系列的預處理后，再進行噪聲抑制，用于獲得高質量的聲譜圖。高質量的聲譜圖是多普勒定量診斷的基礎。由于血流脈動和噪聲的影響，聲譜圖效果的改善是一個難題。目前用于改善聲譜圖效果的方法是使用具有噪聲抑制功能的對數壓縮，對于聲譜圖功率譜中較小能量部分進行抑制，這樣的話就將問題轉換到如何去獲得抑制閾值上。在超聲診斷時不同的病人的回波效果是有明顯區別的，例如對于體型不同情況，由于同一血管的位置深度不同，衰減系數也不同，回波信號的噪聲水平及信噪比均是有區別的；此外，同一病人在不同體位時亦會有類似問題，這樣就會存在有時低強度信號和噪聲的不確定部分，影響聲譜圖的質量并最終影響診斷的可靠性。因此，在進行噪聲抑制時，抑制閾值的選擇是至關重要的，會影響到噪聲抑制效果，及聲譜圖的改善效果。
可見，現有技術中存在一定的問題，需要進一步的改進。
發明內容
本發明提供了一種聲譜圖像的信號處理方法和系統，其采用閾值判定的方法選擇部分數據進行噪聲抑制，并且閾值可以根據回波屬性動態調整，提高了聲譜圖顯示的噪聲抑制效果，改善了聲譜圖顯示的效果。 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案 本發明提供的一種聲譜圖像的信號處理方法，其方法包括 對回波多普勒信號進行頻譜分析，獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜； 由所述功率譜估計噪聲平均功率； 根據所述噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值； 將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜； 對抑制處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。 本發明還提供了一種超聲系統，所述系統包括頻譜分析模塊，用于對超聲回波信
號依次進行解調、距離累積、頻譜分析獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜；所述系統還包
括估計模塊，用于根據所述功率譜估計噪聲平均功率；閾值設定模塊，用于根據所述噪聲
平均功率確定噪聲抑制閾值；噪聲抑制模塊，用于將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行
比較，根據比較結果進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜；對數壓縮模塊，用于對抑制
處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。 可見，本發明根據估計出的噪聲平均功率實時確定噪聲抑制閾值，用以進行噪聲
抑制的判定選擇，實現了對聲譜圖噪聲部分進行實時抑制，提高了譜圖信噪比。并且，噪聲
平均功率的估計是基于對回波多普勒信號進行頻譜分析后的功率譜，所以在實時估計噪聲
平均功率的基礎上即可實現噪聲抑制閾值的實時調整，從而能夠使本發明的方法根據回波
屬性動態調整噪聲抑制閾值，提高聲譜圖顯示的噪聲抑制效果。
圖1為現有技術中超聲系統的結構示意 圖2為本發明信號流程示意圖； 圖3為本發明改進的幾何法尋找最值的原理示意6
圖4為本發明動態調整的效果示意圖； 圖5為對一線聲譜圖效果改進的對比示意圖； 圖6為改進前的譜圖效果圖； 圖7為改進后的譜圖效果圖； 圖8為本發明超聲系統的部分結構示意圖； 圖9為圖8中部分模塊的內部結構示意圖。
具體實施例方式
為了提高聲譜圖像的噪聲抑制的效果，如圖2所示，本發明采用如下方法進行多普勒信號的處理 第一步對回波多普勒信號進行頻譜分析，獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜。這里的頻譜分析可以采用短時FFT變換。 第二步由所述功率譜估計噪聲平均功率，此噪聲平均值可以是進過一次噪聲估
計獲得的平均值，也可以是經過多次修正處理及估計后獲得的平均值。
第三步根據所述噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值； 第四步將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜； 第五步對抑制處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。 典型的超聲系統結構如圖1。系統控制器根據提前設置的發射參數，控制發射電路將具有取樣容積區域聚焦特性和特定頻率特性的窄帶脈沖波(PW)或連續波(CW)通過換能器/探頭轉換為超聲信號，經過組織反射及散射，帶有組織或血流運動信息的散射回波信號又經過換能器/探頭轉換為電信號，該電信號依次要經過隔離、放大、對回波信號隨深度遞增的衰減進行補償處理、波束合成后進入檢波與信號處理流程。在信號處理流程中，為了避免回波信號相位的不確定性，需要使用兩路相差90度的信號進行正交解調處理，并將結果求模，得到原是信號的半幅度解調結果；同時為了提高信噪比，對取樣門內的射頻點做距離累計，設取樣容積范圍為[RFs，RF丄則距離累積后的信號為 <formula>formula see original document page 7</formula> (1) 其中，RFi是解調后的回波信號，RF^u是距離累積結果，即上述回波多普勒信號，e/s分別表示結束(end)和開始點(start)。 對距離累積后的信號做短時FFT，并取譜模值或功率譜；相比較而言，功率譜具有更大的動態范圍，對譜的細節表現更為明顯，因此通常FFT結果都會以這種方式表示。由于回波信號中組織運動的具有較高的能量，較低的速度；而血流運動信號則反之，能量較低而速度相對較高。為了較好地顯示血流信息，抑制組織運動信息，在短時FFT前通常會增加一級壁濾波(Wall Filter)。短時FFT屬于現有技術，在此不作詳細說明。
上述第二步中在估計噪聲平均功率時，采用如下方法 首先，針對頻譜分析后的功率譜，對一預定時刻的功率譜估計所述多普勒信號對應的正向最大頻率和反向最大頻率；
然后，根據所述正向最大頻率和反向最大頻率確定噪聲的頻率范圍，并在該范圍內估計噪聲平均功率。這里噪聲的頻率范圍是所述正向最大頻率和反向最大頻率的函數，表示為[f。，F(f隨—)]U [F(U，fJ，其中，自變量x表示估計的頻率值，F(x)為根據估計值，取一定置信區間后的實際頻率值，[f。， fj為功率譜的頻率范圍，f^-和f^+表示的是使用過閾值法、幾何法等等方法估計的正反向最大頻率，而F(fm『)、F(fmax+)表示的是取一定置信區間后的實際正反向最大頻率。上述表達式中采用數學中常用的集合表示方法，如[a， b]的形式表示頻率f的范圍為a《f《b，而[f。， F(f隨—)]U [F(f隨+) ， fj為頻率范圍[f。，F(f隨—)]和[F(f隨+)，fJ的并集，表示兩個頻率區間的范圍總和。
上述可以采用改進的幾何法初步估計所述多普勒信號對應的正向最大頻率和反向最大頻率，或者還可以采用其他類似的方法來進行正反最大頻率的估計。在此以改進的幾何法為例進行說明，其原理如圖3(a)和(b)所示，圖中橫坐標是FFT的輸入點數，其與系統設置有關，系統可以定義是256，則橫坐標從0 255或1 256，也可以定義成128，那么橫坐標作相應的修改，縱坐標表示能量強度；而圖中的縱坐標是功率譜的大小。如圖3(a)所示，為了對FFT后聲譜圖的噪聲水平進行準確估計，首先要對有效信號和噪聲進行區分，其中一種方法是使用改進的幾何法尋找到信號的正向最大頻率和反向最大頻率。圖3(a)顯示了一次FFT獲得的功率譜函數P(f)，將該函數從頻率f。開始按如下公式積分獲得 =《[P(/') - ￡(P(/))}T ( 2 ) 其中，小(f)是改進幾何法得到的結果，如圖3(b)所示。E()是求均值運算，P(f')是對P(f)去除本底噪聲的結果，當不進行去除時，P(f')與P(f)相同，其結果即圖3(b)。由此可以得到最大和最小頻率點，對應上圖中為128和141點位置，從而可以認為
及[142,255]區間內為噪聲區間，對以上區間內信號求均值則為
Ni = E (P (f)) f G [f。， F (fm『)]U [F U ， f J (3) 通過適當調整噪聲區間的確定方法，例如不計算噪聲與信號臨界處的數據，可以獲得更準確的噪聲估計。例如，調整頻率范圍為 f G [f。， F (f隨—)-k] U [F (f隨—)+k， f J ，其中k為調整值。實際計算出的F (f隨—)、F(fmax—)可能靠近信號臨界處，所以需要通過增加一個調整值k使其遠離信號臨界處，從而得到更有利于噪聲估計的頻率范圍。上述表達式f G [f。，F(f隨—)-k] U [F(f隨—)+k，fJ表示頻率的范圍為[f。，F(f隨—)-k]與[F(f隨—)+k， fj的并集。 為了減少雜散信號及心動周期的影響，需要對噪聲估計值進行相關處理，設當前噪聲估計水平為Ni，上一次的噪聲估計及相關后結果為N卜p則有
& = a XNi+(l-a ) XN卜！ (4) 上述相關過程實際上是一個IIR濾波器，也可以采用其它方法實現類似功能，其原理是基于系統的本底噪聲在固定增益情況下是穩定的，因此噪聲水平不可能發生階躍變化；甚至在特定條件下，例如組織無運動且取樣容積位置相同時可以認為平均噪聲功率就是一個固定值。基于以上原理，可以認為噪聲的突變都是異常的，那么可以通過噪聲估計的相關處理可以減弱各種雜散信號(clutter)對聲譜圖的影響。 在獲得每線聲圖的噪聲水平后，可以按以下思想進行噪聲抑制對于小于噪聲水平的功率譜結果，可以認為是譜圖上的底噪聲，這部分信號通常不具備診斷信息，可以進行
8可調整的抑制。那么，本發明利用上述估計出的含有回波信號特性的功率平均值來作為噪 聲抑制閾值，進行比較，確定功率譜中哪些是需要抑制的本底噪聲，哪些不用抑制。具體在 抑制時，可以首先根據上述估計出的噪聲平均功率設定噪聲抑制閾值，然后將功率譜與噪 聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行選擇性的噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜。在 這里的噪聲抑制閾值可以為一個與噪聲平均值相關的函數F(N)的值，其中，其中N為噪聲 平均功率，F()表示求值運算函數。比如，將上述噪聲平均功率Ni乘以一預設常數K作為噪 聲抑制閾值C進行功率譜的比較，即C = NiXK，此預設常數K通常可以在
內取值， 最優取值為1 ;又如，將上述噪聲平均功率Ni與一常數的和作為噪聲抑制閾值C進行功率譜 的比較，即C = K+k。同理也可以采用其他的函數表達形式，比如，噪聲抑制閾值C為噪聲 平均功率Ni的平方、三次方等等。然而，噪聲抑制閾值還可以采用非函數計算的方式獲取， 比如在內存中建立一數據表，記錄根據經驗選擇的噪聲抑制閾值與各個噪聲平均值區域的 對應關系，然后，在實時計算每線聲譜的噪聲平均值后，通過查表獲得估計的噪聲平均值所 對應的區域范圍，之后對應查找噪聲抑制閾值。 在上述功率譜與噪聲抑制閾值進行比較時存在以下兩種情況 1、功率譜P(f)大于NiXK，則認為此部分是具有診斷迭放信息的部分，要保持原信
號屬性； 2、功率譜P(f)小于NiXK，則認為此部分是應該抑制的本底噪聲，需要將此部分的
信號按照預設衰減規則進行衰減處理，用以獲得抑制處理后的功率譜。此處的預設衰減規
則包括統計所述本底噪聲區域，按本底噪聲大小分為至少一個數據區間段，對不同的數據
區間段進行衰減處理時，選擇不同的衰減系數，并將所述本底噪聲的功率譜乘以所述衰減
系數，這里的衰減系數可以在[O，l]內取值。這里所給出的分段衰減規則可以使噪聲區域
顯示效果更平滑，如果本底噪聲區分檔位更多，效果會更好。另外，上述分段衰減規則有一
特殊情況，即只劃分為一個數據區間段，也就是說在判斷完P(f)小于KXK后，立即將本底
噪聲的功率譜乘以一個衰減系數，這個衰減系數的典型值取0. 1，即_20dB。 由此可見，本發明通過與閾值進行比較進行了選擇性的抑制過程，避免信號的損
失，并且將上述估計出的噪聲平均功率作為比較用的閾值，使得本發明的噪聲抑制可以根
據回波信號的實際功率譜屬性調整噪聲的抑制效果。 另外，為了減弱上述處理引起功率譜上的突變，還可以對進行過噪聲抑制的功率
譜進行譜平滑處理，此平滑處理可以參見現有技術中的相關方法。 上述第五步中的限制輸入動態范圍的對數壓縮過程包括以下步驟 首先，設定對數壓縮處理的最大顯示值Pmax以及對數壓縮數據輸入的動態范圍值
DRp，其單位是dB ; 然后，將抑制處理后的功率譜與所述最大顯示值的商取對數，并將取對數的結果 與所述動態范圍值相加，即按照以下公式處理； 丄。g, = logio (廠)+ 其中，Logi為求和結果，P(i)為抑制處理后的功率譜。 再次，將所述求和結果在零到所述動態范圍值DRp之間進行范圍限制，獲得限制結 果，這里的范圍限制過程包括
9
判斷抑制處理后的功率譜是否在[
10
肌
-，PJ內，若是，則保持所述求和結果；若
否，則修正所述求和結果使其在零到所述動態范圍值之間，其中，Pmax指所述最大顯示值， DRp指所述動態范圍值。此處求和結果的修正過程存在以下兩個判斷步驟
1、判斷所述抑制處理后的功率譜是否大于所述最大顯示值P^，若是，則將所述求 和結果值修正為所述動態范圍值；
凡 2、判斷所述抑制處理后的功率譜是否小于1()/^
，若是，則所述求和結果值修正為
零。這兩個判斷在執行時不分先后順序。 上述過程中針對噪聲抑制后的信號，首先進行對數壓縮，實現對功率譜信號顯示
范圍的選擇；然后進行[O，DRp]內限制，實現輸出顯示對數據在[
擇，歸納總結壓縮后的聲譜圖如下所示 一 尸
尺
10
-，Pmax]數據段上的選
幾
《尸隱
"g,=log10(|^) + /^P
(6)
10"'
尸(,)〉戶隨 針對壓縮后的數據，還可以將所述限制結果映射到預設值域上，使其與顯示范圍 匹配，例如將預設值域設置為
，則進行的是歸一化處理，具體操作可以參見現有技術 的相關說明。 為了實現顯示范圍匹配后的數據，還可以選擇其中的一段映射到顯示范圍。如圖 4所示，映射有線性映射和非線性映射兩種，圖中的橫坐標是輸入灰度，縱坐標是輸出灰度。 圖4(a)給出的是一種線性映射，它可以選擇顯示映射的范圍，但映射范圍內均為線性變 換，只能調整整體的動態范圍；而圖4(b)給出的是一種非線性映射，可以實現對組織強度 的回波區域實現調整，其除了可以調整整體動態范圍外，還能實現局部細節的顯示調整，例 如對于多數圖像可以使用實線部分，得到噪聲信息抑制，強回聲突出而整體適中的效果，而 虛線部分則尤其突出128灰度附近的回波區域。本發明利用圖4所述的方法進行顯示動態 范圍調整，其具體過程是設定一個視覺上適中的旋轉點；根據要求的顯示效果選擇一條 經旋轉點的映射線實現顯示動態范圍映射；若映射線同時通過最小點、旋轉點和最大點，則 等同映射；若映射線斜率偏小時，實現高動態范圍低對比顯示；若映射線斜率偏高時，則實 現低動態范圍高對比顯示。匹配后的數據。 上述方法在超聲系統上可通過軟件編程來實現，或者通過在超聲系統中增加如 FPGA等等實現上述各個功能的電路來實現。基于超聲系統的硬件系統，如圖8所示，本發明 給出的超聲成像系統中在包括用于對超聲回波信號依次進行解調、距離累積、頻譜分析獲 得多普勒信號隨時間變化功率譜的頻譜分析模塊的基礎上；還包括估計模塊，用于根據 所述功率譜估計噪聲平均功率；閾值設定模塊，用于通過修正所述噪聲平均功率設定噪聲 抑制閾值；噪聲抑制模塊，用于將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果 進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜；對數壓縮模塊，用于對抑制處理后的功率譜進行 限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。上述系統還包括匹配模塊，用于將壓縮后的聲譜圖映射到預設值域，使其與顯示范圍匹配，獲得匹配后的聲譜圖。上述系統還 包括動態范圍調整模塊，用于對匹配后的聲譜圖進行顯示動態范圍調整，實現灰度映射調 整。上述噪聲抑制閾值為所述噪聲平均功率一相關數據，可以采用上述函數計算的方法得 到，也可以在系統中設置一與閾值設定模塊通訊連接的內存塊，該內存塊記錄有根據經驗 選擇的噪聲抑制閾值與各個噪聲平均值區域之間的對應關系，閾值設定模塊通過查表操作 實時在內存塊中獲取相應的噪聲抑制閾值。 如圖9所示，上述估計模塊包括最大頻率估計單元，用于對一預定時刻的功率譜 估計所述多普勒信號對應的正向最大頻率和反向最大頻率；噪聲平均功率估計單元，根據 所述正向最大頻率和反向最大頻率確定純噪聲的頻率范圍，并在該范圍內估計噪聲平均功 率。
如圖9所示，上述噪聲抑制模塊包括比較判斷單元，用于比較所述功率譜與所述
噪聲抑制閾值，并將小于所述噪聲抑制閾值的功率譜作為底噪聲，輸出判定結果；抑制單
元，用于將所述底噪聲的功率譜乘以一個衰減系數，用以獲得抑制處理后的功率譜。
如圖9所示，上述噪聲抑制模塊還包括平滑處理單元，用于對所述抑制單元輸出
的功率譜進行平滑處理。 如圖9所示，上述對數壓縮模塊包括輸入單元，用于設定對數壓縮處理的最大顯 示值以及對數壓縮數據輸入的動態范圍值；對數計算單元，用于將抑制處理后的功率譜與 所述最大顯示值的商取對數，并將取對數的結果與所述動態范圍值相加，獲得求和結果；范 圍限制單元，用于將所述求和結果在零到所述動態范圍值之間進行范圍限制，獲得限制結 果。 如圖9所示，上述范圍限制單元包括判斷單元，用于判斷抑制處理后的功率譜是 否在[^7，Pmax]內，并輸出判定結果；修正單元，用于根據所述判定結果，在零到所述動 態范圍值之間修正所述求和結果。 綜上所述，本發明采用改進的幾何算法等方法實時估計噪聲平均功率，并將該噪 聲平均功率作為噪聲抑制時噪聲抑制閾值確定的基礎，使得噪聲抑制根據回波信號實際功 率屬性調整噪聲抑制效果。并且對于抑制后的聲譜圖采用對數壓縮方法對信號噪聲水平進 行調整，用以提高聲譜圖顯示的動態范圍效果和整體聲譜圖質量。可見，本發明在不需要 特殊掃描的前提下，實時分析聲譜圖上的噪聲水平，并同時應用到聲譜圖顯示的噪聲抑制 上，可以提高聲譜圖的動態范圍并抑制雜散(clutter)噪聲；在對部分多普勒信號進行抑 制后，進行動態范圍的對數壓縮，實現對功率譜信號顯示范圍的選擇，通過選擇輸入信號的 范圍，將最有用的信息部分顯示出來，實現譜圖診斷信息部分的顯示。如圖5所示，給出了 一線聲譜圖數據采用本方明方法處理前后的對比，圖中實線是未處理聲譜圖，粗虛線部分 是進行過噪聲抑制后的效果圖，橫縱坐標是FFT的輸入點數，從圖中可以明顯地看出，抑制 準確地選擇了噪聲部分，而對于包含診斷信息部分沒有損失，詳細對比可見圖6和圖7的效 果對比圖。圖6給出的是一段處理前的聲譜圖，而圖7是經過本發明的動態噪聲抑制后的 同一段聲譜圖，其中橫坐標均為時間，單位是1/PRF秒，PRF是PW的脈沖重復頻率(pulse r印eatfrequency)，縱坐標均為速度，通常單位為cm/s，從圖中可以看出，可以看到不僅噪 聲得到了有效地抑制，同時還明顯地提高了譜圖的對比度，信號分量基本保持不變，而噪聲分量被大幅度衰減。 上述各具體步驟的舉例說明較為具體，并不能因此而認為是對本發明的專利保護 范圍的限制，本發明的專利保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
一種聲譜圖像的信號處理方法，其特征在于，所述方法包括對回波多普勒信號進行頻譜分析，獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜；由所述功率譜估計噪聲平均功率；根據所述噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值；將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜；對抑制處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將壓縮后的聲譜圖映射 到預設值域，使其與顯示范圍匹配，獲得匹配后的聲譜圖。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對匹配后的聲譜圖進行 顯示動態范圍調整，實現灰度映射調整。
4. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述噪聲平均功率的估計過程包括對一預定時刻的功率譜估計所述多普勒信號對應的正向最大頻率和反向最大頻率； 根據所述正向最大頻率和反向最大頻率確定純噪聲的頻率范圍，并在該范圍內估計噪 聲平均功率。
5. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述剔除門限等于一個與噪聲平均 值相關的函數F(N)的值，其中，N為噪聲平均功率，F()表示求值運算函數。
6. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述噪聲抑制閾值通過查找預存的 關系表獲得，該關系表記錄有根據經驗選擇的噪聲抑制閾值與各個噪聲平均值區域之間的 對應關系。
7. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進 行比較時，將小于所述噪聲抑制閾值的功率譜判定為本底噪聲，將該本底噪聲的功率譜按 照預設衰減規則進行衰減處理，用以獲得抑制處理后的功率譜。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述預設衰減規則包括統計所述本底噪 聲區域，按本底噪聲大小分為至少一個數據區間段，對不同的數據區間段進行衰減處理時， 選擇不同的衰減系數，并將所述本底噪聲的功率譜乘以所述衰減系數。
9. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在噪聲抑制處理之后還包括對抑 制處理后的功率譜進行平滑處理。
10. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述限制輸入動態范圍的對數壓 縮過程包括設定對數壓縮處理的最大顯示值以及對數壓縮數據輸入的動態范圍值； 將抑制處理后的功率譜與所述最大顯示值的商取對數，并將取對數的結果與所述動態 范圍值相加；將所述求和結果在零到所述動態范圍值之間進行范圍限制，獲得限制結果。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述范圍限制的過程包括判斷抑制處理后的功率譜是否在.[:^7，Pmax]內，若是，則保持所述求和結果，若否， 則修正所述求和結果使其在零到所述動態范圍值之間，其中，Pmax指所述最大顯示值，DRp指所述動態范圍值。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特征在于，所述求和結果的修正過程包括以下兩 個判斷步驟判斷所述抑制處理后的功率譜是否大于所述最大顯示值，若是，則將所述求和結果值 修正為所述動態范圍值；判斷所述抑制處理后的功率譜是否小于^17 ，若是，則所述求和結果值修正為零，其中，Pmax指所述最大顯示值，DRP指所述動態范圍值。
13. 根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述顯示動態范圍調整的過程包括設定一個視覺上適中的旋轉點；根據要求的顯示效果選擇一條經旋轉點的映射線實現顯示動態范圍映射；若映射線同 時通過最小點、旋轉點和最大點，則等同映射；若映射線斜率偏小時，實現高動態范圍低對 比顯示；若映射線斜率偏高時，則實現低動態范圍高對比顯示。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述映射包括線性映射或非線性映射。
15. —種超聲成像系統，所述系統包括頻譜分析模塊，用于對超聲回波信號依次進行 解調、距離累積、頻譜分析獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜；其特征在于，所述系統還 包括估計模塊，用于根據所述功率譜估計噪聲平均功率； 閾值設定模塊，用于根據所述噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值；噪聲抑制模塊，用于將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行 噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜；對數壓縮模塊，用于對抑制處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得 壓縮后的聲譜圖。
16. 根據權利要求15所述的系統，其特征在于，所述系統還包括匹配模塊，用于將壓縮后的聲譜圖映射到預設值域，使其與顯示范圍匹配，獲得匹配后 的聲譜圖。
17. 根據權利要求15所述的系統，其特征在于，所述系統還包括動態范圍調整模塊，用于對匹配后的聲譜圖進行顯示動態范圍調整，實現灰度映射調整。
18. 根據權利要求15、 16或17所述的系統，其特征在于，所述估計模塊包括 最大頻率估計單元，用于對一預定時刻的功率譜估計所述多普勒信號對應的正向最大頻率和反向最大頻率；噪聲平均功率估計單元，根據所述正向最大頻率和反向最大頻率確定純噪聲的頻率范 圍，并在該范圍內估計噪聲平均功率。
19. 根據權利要求15、 16或17所述的系統，其特征在于，所述系統還包括一與所述閾 值設定模塊通訊連接的內存塊，該內存塊記錄有根據經驗選擇的噪聲抑制閾值與各個噪聲 平均值區域之間的對應關系。
20. 根據權利要求15、 16或17所述的系統，其特征在于，所述噪聲抑制模塊包括比較判斷單元，用于比較所述功率譜與所述噪聲抑制閾值，并將小于所述噪聲抑制閾 值的功率譜作為本底噪聲，輸出判定結果；抑制單元，用于將所述本底噪聲按照預設衰減規則進行衰減處理，用以獲得抑制處理 后的功率譜。
全文摘要
本發明公開了一種聲譜圖像的信號處理方法和系統，其包括對回波多普勒信號進行頻譜分析，獲得多普勒信號隨時間變化的功率譜；由所述功率譜估計噪聲平均功率；根據所述噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值；將所述功率譜與所述噪聲抑制閾值進行比較，根據比較結果進行噪聲抑制，獲得抑制處理后的功率譜；對抑制處理后的功率譜進行限制輸入動態范圍的對數壓縮，獲得壓縮后的聲譜圖。本發明根據估計出的噪聲平均功率確定噪聲抑制閾值，用以進行噪聲抑制的判定選擇，實現了對聲譜圖噪聲部分進行實時抑制，提高了譜圖信噪比。
文檔編號A61B8/06GK101766497SQ20081024212
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月31日 優先權日2008年12月31日
發明者胡勤軍, 黃勇 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司