改進多普勒超聲成像中hprf性能的方法與裝置的制作方法

專利名稱：改進多普勒超聲成像中hprf性能的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種脈沖波頻譜多普勒成像，特別是涉及一種改進多普勒超聲成像中 HPRF性能的方法和裝置。
背景技術：
在醫用超聲成像系統的脈沖波頻譜多普勒成像(Pulsed WaveSpectral Doppler Imaging,以下簡稱PW成像)過程中，超聲前端每隔固定時間發射超聲脈沖信號進入人體 目標組織，檢測其多普勒頻移(Doppler Frequency Siif t)信息。在傳統的PW成像中，為 了實現目標定位功能，也就是保證所得到的速度信息確實來自目標位置(即取樣門深度 (Sample Volume Depth, SVD))，脈沖重復發射的時間間隔(Pulse Repeat Interval, PRI) 會受到目標位置深度的限制，即相鄰兩次脈沖的時間間隔PRI必須大于超聲波從探頭到達 SVD再返回探頭的時間。如果在上一個發射脈沖的超聲回波信號返回探頭之前，下一個發 射脈沖已經發射了，那么接收到的信息就會混有來自其他深度位置的速度信息。而脈沖重 復頻率(Pulse Repeat Frequency, PRF)，即脈沖重復時間間隔PRI的倒數，又決定著當前 多普勒頻譜所能識別的最大速度范圍。在某些情況下，比如某些大的動脈血管，其血流速度 較高，需要較高的PRF，但是其血管位置較深，超聲信號從發射到返回的時間長，需要較大的 PRI或較低的PRF，此時傳統的PW技術無法滿足要求。為此，人們提出了一種 HPRF 技術(High PRF Pulsed Wave SpectralDoppler
Imaging)，也就是采用較高的PRF，使得第η個發射脈沖的回波信號與第n_l、n-2.....
η-m+l個發射脈沖的回波信號同時返回探頭。這樣，每次接收到的回波信號就同時包含了 前m次發射脈沖的回波信息。因此，所得到的頻譜信息可能來自m個深度位置，除了真實的 目標位置SVD外，其他m-1個深度位置稱為虛擬取樣門位置，原SVD叫做真實取樣門位置。 實際使用中，用戶根據經驗來判斷所獲得的速度信息來自哪個深度位置，例如，若已知某個 取樣門位置并無血流也無組織運動，那么所獲得的大的速度信息就不可能來自該取樣門位 置。上述m-1個虛擬取樣門與真實取樣門深度的關系如下其中，c為聲波在組織中的傳播速度。根據該HPRF技術，其中PRF都是系統預先設定好的固定檔位。對于每個檔位下的 PRF值，獲得該PRF發射下的多普勒頻譜圖，并通過上式計算出其對應的一個或多個虛擬取 樣門的位置，供用戶判斷所得頻譜信息來自哪個位置。現有HPRF技術的缺點在于，上述PRF是預先設定的固定檔位，實際應用時只是由 用戶選取某個檔位來進行發射接收，而真實取樣門的位置是根據目標病人的目標血管或組 織的位置來決定的，是任意可變的。在某些真實取樣門位置下，這些PRF可能會造成目標信 號到達探頭的時間與脈沖發射時間過于接近，從而降低所獲目標頻譜的信噪比，影響用戶 對目標速度信息的采集判斷。也就是說，對于某些任意選定的真實取樣門的位置，這些預先設定的PRF可能并不是最優的，甚至是不可取的。

發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種實時根據用戶選定的 PRF檔位及取樣門位置計算出最優的PRF進行發射，從而改進多普勒超聲成像中HPRF性能 的方法和裝置。為了實現這一目的，本發明所采取的技術方案如下。按照本發明實施例的第一方面，提供一種用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能 的方法，包括采集步驟，用于通過交互界面采集用戶所選的參數，包括所選PRF檔位、真實 取樣門深度和取樣門大小；設定步驟，用于根據所選PRF檔位對應的標準PRF值設定可選 PRF范圍；以及評分步驟，用于在可選PRF范圍中按預定步長依次選取PRF進行評分；其中 將評分最優的PRF作為所選檔位的最優PRF用于發射超聲脈沖。按照本發明實施例的第二方面，提供一種用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能 的裝置，包括采集單元，配置成通過交互界面采集用戶所選的參數，包括所選PRF檔位、真 實取樣門深度和取樣門大小；設定單元，配置成根據所選PRF檔位對應的標準PRF值設定可 選PRF范圍；以及評分單元，配置成在可選PRF范圍中按預定步長依次選取PRF進行評分； 其中將評分最優的PRF作為所選檔位的最優PRF用于發射超聲脈沖。按照本發明實施例的第三方面，提供一種多普勒超聲成像系統，包括按照本發明 實施例第二方面的裝置。按照本發明實施例的方法與裝置，實時根據用戶選定的PRF檔位及取樣門位置計 算出最優的PRF進行發射，提高HPRF下所獲多普勒頻譜圖的信噪比，從而改善多普勒頻譜 的成像效果。下面將結合附圖并通過具體的實施例對本發明進行進一步說明。


圖1是按照本發明一個實施例的用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的方法的 示意性流程圖；圖2是按照本發明一個實施例的取樣門位置示意圖；圖3是按照本發明一個實施例的死區位置及長度的示意圖；圖4是按照本發明另一個實施例的用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的方法 的示意性流程圖；圖5是按照本發明一個實施例的HPRF模式下發射PRF自動優化前后的多普勒頻 譜對比圖，其中fe為優化前頻譜，恥為優化后的頻譜；圖6是按照本發明一個實施例的用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的裝置的 示意性框圖；圖7是按照本發明另一個實施例的用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的裝置 的示意框圖；圖8是一種多普勒超聲成像系統示意圖，其中包括按照本發明一個實施例的用于 改進多普勒超聲成像中HPRF性能的裝置。
具體實施例方式按照本發明一個實施例的用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的方法包括采 集步驟100，設定步驟102，以及評分步驟106。在其他實施例中，還可選地包括取樣門大小 判斷步驟104和/或強化判斷步驟108，如圖1所示。下面對所述步驟進行具體說明。首先，獲取通過用戶界面選定的參數，包括取樣門位置信息以及獲取用戶界面 選定的PRF檔位(步驟100)，其中取樣門位置信息包括取樣門深度SVD，即圖2中的 (iateD印th，以及取樣門大小(iateSize，如圖2所示。其中此處的取樣門即為真實的取樣門， 相應的取樣門深度即為真實的取樣門深度。另外，將通過用戶界面選定的PRF檔位對應的 標準PRF值記為usePRF。其次，設定用于優化的可選PRF范圍 I^rfJligh (步驟102)，其中，Prf_ Low <= usePRF，Prf_High >= usePRF。此可選PRF范圍可以是由使用者通過用戶界面直 接設定，也可以是由超聲系統自動生成。例如，在一個實施例中，將所選PRF檔位對應的標準PRF值分別乘以預定的下限參 數和上限參數，從而來設定可選PRF范圍。具體來說，可令Prf_Low = α *usePRFPrf_High = β 氺usePRF其中，α與β是系統預先設定的PRF調整下限參數和上限參數，且α <= 1，β >=1。該下限參數和上限參數主要影響每個PRF檔位的可優化調節范圍，可根據用戶需求 及圖像優化效果來確定。在一個實施例中，通過將所選PRF檔位對應的標準PRF值分別減去和加上預定的 調整參數，從而來設定可選PRF范圍。例如，可令Prf_Low = usePRF-aPrf_High = usePRF+b其中，a與b分別是系統預先設定的PRF調整參數，且a > = 0，b > = 0。該參數 主要影響每個PRF檔位的可優化調節范圍，可根據用戶需求及圖像優化效果來確定。前述實施例中，參數α、β、a、b可以由用戶根據需要，通過用戶界面直接設定，也 可以由超聲系統默認自動設定。前述實施例中描述了多種設定可選PRF范圍的方法。本領域技術人員從前述實施 例的描述中可以理解，還可以根據實際情況選用其它的設定PRF的方法，只要其能夠滿足 用戶的需求，以及能夠達到圖像優化效果的要求即可。前述實施例中的設定PRF范圍的方 法是為清楚說明本發明實施例的目的，而不是對本發明的限定。如圖3所示，是超聲脈沖發射接收時序及死區位置的示意圖。Rate表示每次發射 接收周期的開始，nTxgate是發射時序。其中每個周期中發射有效時間T3即為死區時間， 相鄰兩次Rate的時間間隔即為當前發射PRF對應的重復發射時間間隔PRI = 1/PRF。HPRF 模式下，如果當前取樣門深度下目標信號返回探頭的時間剛好落入死區范圍內或者離死區 時間過于接近，就可能導致對目標信號的接收受到阻礙或干擾，最終所得多普勒頻譜信息 的信噪比太低。當HPRF的取樣線確定后，探頭發射孔徑內各陣元的發射先后順序以及相對時延 即可確定，時序中的發射有效時間T3從而可以確定。實際使用中，死區時間長度取為在發射有效時間基礎上加上一小段附加時間后的結果，即DeadTime = T3+AdditionalDeadTime ；其中AdditionalDeadTime為附加死區時間，是系統預先設定好的一個固定值，該 值主要與系統時序設計方法及發射相關硬件性能有關。計算出取樣門起始位置及結束位置處目標信號返回探頭的時間(iateMart與 GateEnd,如下
權利要求
1.一種用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的方法，其特征在于，包括采集步驟，用于通過交互界面采集用戶所選的參數，所述參數包括所選PRF檔位、真實 取樣門深度和取樣門大小；設定步驟，用于根據所選PRF檔位對應的標準PRF值設定可選PRF范圍；以及評分步驟，用于在可選PRF范圍中按預定步長依次選取PRF進行評分；其中將評分最優的PRF作為所選檔位的最優PRF用于發射超聲脈沖。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括取樣門大小判斷步驟，用于判斷當前取樣門限制的可選PRF范圍的下限與設定的可選 PRF范圍的下限中的最大值是否小于當前取樣門限制的可選PRF范圍的上限與設定的可選 PRF范圍的上限中的最小值，如果所述最大值小于所述最小值，則進入評分步驟；否則，減 小取樣門大小，并重新進行取樣門大小判斷步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括強化判斷步驟，用于根據最優PRF和當前真實取樣門深度計算虛擬取樣門深度，以判 斷計算的虛擬取樣門深度是否小于預定閾值；其中如果計算的虛擬取樣門深度小于預定閾 值，則跳到下一個PRF檔位根據所述設定步驟和評分步驟尋找相應的最優PRF ；否則，將所 述最優PRF用于發射超聲脈沖。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述評分步驟之前還包括強化判斷步驟，用于根據所選的PRF和當前真實取樣門深度計算虛擬取樣門深度，以 判斷計算的虛擬取樣門深度是否小于預定閾值；其中如果計算的虛擬取樣門深度小于預定 閾值，則跳到下一個PRF檔位重新進行強化判斷步驟；否則，進入評分步驟。
5.如權利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于在所述設定步驟中，通過將所 選PRF檔位對應的標準PRF值分別乘以預定的下限參數和上限參數，來設定可選PRF范圍， 其中下限參數小于等于1，上限參數大于等于1。
6.如權利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于在所述設定步驟中，通過將所 選PRF檔位對應的標準PRF值分別減去和加上預定的調整參數，來設定可選PRF范圍，其中 調整參數大于等于零。
7.如權利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于，在所述評分步驟中，如果當前 參與評分的PRF的死區個數大于等于預定的死區個數上限值，則將該PRF的評分置為最差； 否則，該PRF的評分為下述三項評分之一的函數或至少其中兩項評分的函數距前一個相 鄰死區的距離評分，距后一個相鄰死區的距離評分，以及與當前檔位所對應的標準PRF值 相似度評分。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述距前一個相鄰死區的距離評分是取樣 門起始位置處信號返回探頭的時間距前一個死區的時間距離的函數，其中該距離值越大， 評分越優。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述距后一個相鄰死區的距離評分是取樣 門起始位置處信號返回探頭的時間距后一個死區的時間距離的函數，其中該距離值越大， 評分越優。
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述與當前檔位所對應的標準PRF值相似 度評分是當前參與評分的PRF與當前檔位所對應的標準PRF值之差的函數，其中所述差越小，評分越優。
11.一種用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的裝置，其特征在于，包括采集單元，配置成通過交互界面采集用戶所選的參數，所述參數包括所選PRF檔位、真 實取樣門深度和取樣門大小；設定單元，配置成根據所選PRF檔位對應的標準PRF值設定可選PRF范圍；以及評分單元，配置成在可選PRF范圍中按預定步長依次選取PRF進行評分；其中將評分最優的PRF作為所選檔位的最優PRF用于發射超聲脈沖。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括取樣門大小判斷單元，配置成判斷當前取樣門限制的可選PRF范圍的下限與設定的可 選PRF范圍的下限中的最大值是否小于當前取樣門限制的可選PRF范圍的上限與設定的可 選PRF范圍的上限中的最小值，如果所述最大值小于所述最小值，則進入評分單元；否則， 減小取樣門大小，并重新進行取樣門大小判斷。
13.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括強化判斷單元，配置成根據最優PRF和當前真實取樣門深度計算虛擬取樣門深度，以 判斷計算的虛擬取樣門深度是否小于預定閾值；其中如果計算的虛擬取樣門深度小于預定 閾值，則跳到下一個PRF檔位用所述設定單元和評分單元尋找相應的最優PRF;否則，將所 述最優PRF用于發射超聲脈沖。
14.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括強化判斷單元，配置成根據所選的PRF和當前真實取樣門深度計算虛擬取樣門深度， 以判斷計算的虛擬取樣門深度是否小于預定閾值；其中如果計算的虛擬取樣門深度小于預 定閾值，則跳到下一個PRF檔位重新進行強化判斷；否則，進入評分單元。
15.如權利要求11至14其中之一所述的裝置，其特征在于所述設定步單元通過將所 選PRF檔位對應的標準PRF值分別乘以預定的下限參數和上限參數，來設定可選PRF范圍， 其中下限參數小于等于1，上限參數大于等于1。
16.如權利要求11至14其中之一所述的裝置，其特征在于所述設定單元通過將所選 PRF檔位對應的標準PRF值分別減去和加上預定的調整參數，來設定可選PRF范圍，其中調 整參數大于等于零。
17.如權利要求11至14其中之一所述的裝置，其特征在于，如果當前參與評分的PRF 死區個數大于等于預定的死區個數上限值，則所述評分單元將該PRF的評分置為最差；否 則，該PRF的評分為下述三項評分之一的函數或至少其中兩項評分的函數距前一個相鄰 死區的距離評分，距后一個相鄰死區的距離評分，以及與當前檔位所對應的標準PRF值相 似度評分。
18.一種多普勒超聲成像系統，其特征在于，包括權利要求11至17任一項所述的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種用于改進多普勒超聲成像中HPRF性能的方法與裝置，其中所述方法包括采集步驟，用于通過交互界面采集用戶所選的PRF檔位、取樣門深度和取樣門大小；設定步驟，用于根據所選PRF檔位對應的標準PRF值設定可選PRF范圍；以及評分步驟，用于在可選PRF范圍中按預定步長依次選取PRF進行評分；其中將評分最大的PRF作為所選檔位的最優PRF用于發射超聲脈沖。按照本發明實施例的方法與裝置通過實時根據用戶選定的PRF檔位及取樣門位置計算出最優的PRF進行發射，能提高HPRF下所獲多普勒頻譜圖的信噪比，從而改善多普勒頻譜的成像效果。
文檔編號A61B8/00GK102133107SQ20101004445
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者李雙雙, 李雷 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司