实现超声彩色多普勒血流成像的壁滤波方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超声诊断成像领域，设及一种实现超声彩色多普勒血流成像的壁滤波 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 超声成像因为其无创性、实时性、操作方便、价格便宜等诸多优势，使其成为临床 上应用最为广泛的诊断工具之一。超声成像最主要的两种功能模式分别是组织黑白度）模 式和彩色血流（C巧模式，B模式根据组织不同深度的反射信号强度进行成像，反射信号强 度越大则图像灰度值越大，反之则图像灰度值越小；CF模式则计算由于多普勒效应引起的 超声信号频移，通过频移得到血流速度并用不同的颜色（红、蓝）和深浅表示，从而得到实 时的彩色血流图像，通常该彩色血流图象附加在B模式图像上一起显示。
[0003] 如图1所示，图1为超声彩色多普勒血流成像的简化处理流程示意图，在该过程 中，I/Q信号首先经过壁滤波处理滤除静止或缓慢蠕动的组织信号，然后进行自相关运算得 到N、D、R(0)，再对每帖N、D、R(0)进行空间平滑滤波，然后计算出血流速度、能量、方差。
[0004] 本实施方式中，
其中，I和Q分别是超声多普勒血流信号的同相分 量和正交分量，ps是对同一扫查线重复扫查的次数，为保证一定的帖频和计算精度，ps的 取值范围通常在8~24之间。
[0005] 该超声彩色多普勒血流成像过程中，壁滤波是超声彩色多普勒血流成像中必不可 少的核屯、步骤，其主要作用是最大程度上滤除和抑制杂波，也即静止或缓慢蠕动的组织低 频信号，杂波信号相对于血流信号具有能量高、频率低的特点，壁滤波器通常是一个高通滤 波器，拥有合适的截止频率、足够的衰减系数，实际应用中要求滤波器的截止频率可调，进 一步的，为了保证彩色血流成像的实时性（足够的帖频），同一扫查线重复扫查的次数通常 不能太高，实际应用中数据长度一般都小于24,运给超声彩色多普勒血流成像过程中实现 壁滤波的壁滤波器设计带来了很大的挑战。
[0006] 目前，常用的壁滤波器主要有S种，FIRfilter、IIRfilter、Regression filter；
[0007]FIR滤波器简单，但也有较为明显的缺陷，经过FIR滤波器的处理后，数据的有效 点数有一定的损失，损失的点数为滤波器阶次，当滤波器阶次较低时，过渡带太宽，滤波效 果不理想；滤波器阶次较高时（不能超过数据长度），数据损失点数太多，增加了血流参数 估计的误差。
[0008]IIR滤波器的特点是过渡带较窄，在较低的阶次下即可获得较好的滤波效果，但其 暂态响应较长，因此在多普勒血流信号较短的数据长度下，暂态响应将使血流参数的估计 产生较大偏差，直接影响滤波器的性能。
[0009]Regressionfilter滤波器具有平滑、单调的频率响应，阻带衰减大、过渡带窄，而 且不损失数据点数，因此非常适合作为多普勒血流信号的壁滤波器，通常认为在上述滤波 器中拥有更好的性能。
[0010] 然而，传统的FIR/IIR滤波器基于信号不同频率成分用不同频率的正弦波表示， 因此可W设计出任意不同截止频率的滤波器，而回归滤波器的基本原理和滤波方法决定了 无法设计任意截止频率的回归滤波器，在较小的数据长度下，相邻阶次的回归滤波器截止 频率跳跃过大，无法获得最优截止频率的壁滤波器，比如1阶回归滤波器对应截止频率是 100化，2阶回归滤波器对应截止频率是200监，那么回归滤波器难W获得100~200监之间 的截止频率，运是回归滤波器的一大缺陷。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种实现超声彩色多普勒血流成像的壁滤波方法及系统。
[0012] 为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式的实现超声彩色多普勒血流成像 的壁滤波方法，所述方法包括：
[0013] 获取输入信号；
[0014] 根据输入信号数据长度获得回归滤波器各阶次的滤波器系数矩阵；
[0015] 将相邻阶次的滤波器系数矩阵进行线性组合构建新的滤波器系数矩阵；
[0016] 根据新的滤波器系数矩阵对输入信号进行滤波得到输出信号。
[0017] 作为本实施方式的进一步改进，所述"根据输入信号数据长度获得回归滤波器各 阶次的滤波器系数矩阵"具体包括：
[0018] 将所述输入信号中的低频杂波成分通过给定阶次的多项式近似拟合形成低频杂 波信号；
[0019] 将所述输入信号中的低频杂波信号滤除得到回归滤波器的输出信号；
[0020]公式表示为：
n= 1，2, . . .，N，y(n) =X(n)-c(n);
[0021] 上式的平方差可表示为
[0022] 采用最小二乘法拟合需满足下列条件：
[0023]即：
[0024] 引入向量矩阵：
[00 巧]
[0026]同时，将输入信号为X(n)、输出信号y(n)都视为N*1维的向量：
[0027]则：x = [x(0)x(l). . . x(N-1)]t，y = [y(0)y(l). . . ;y(N-l)]T，
[0028]那么，上式可表示为：(mTm) a=MTx，a=Px，P= ((MTm) V;
[0029]得出：y=x-c=x-Ma=x-MPx= (I-MP)X=Ax,
[0030] A = I-MP = I-M(MTm) V;
[003。 其中，y(n)表示输出信号，x(n)表示输入信号，c(n)表示低频杂波信号；a,为多 项式系数，K为滤波器阶次，N为数据长度，A为滤波器系数矩阵，T表示矩阵转置，-1表示 矩阵求逆，I为单位矩阵。
[0032] 作为本实施方式的进一步改进，所述"根据输入信号数据长度获得回归滤波器各 阶次的滤波器系数矩阵"具体包括：
[0033]W勒让德多项式作为基向量构建所述回归滤波器，勒让德多项式通过对多项式 (1，ni，n2,n3,….nKHK为滤波器阶次）进行格拉姆-施密特正交化得到；
[0034] 假设勒让德多项式构建的标准正交基为{be，bi，……相，那么回归滤波器的滤波 过程为：
[0035] 获取输入信号沿着每一个基向量的投影，滤波后的信号为从所述输入信号减去相 应的所述投影；
[0036] 将其旣滤波器系数矩阵{a(n，m)}和频率响应函数H(w)表示：
[0037]贝IJ :
其中，N为数据长度，K为滤波器阶次，{a(n，m)} (1《n《N，1《m《N) 构成滤波器系数矩阵，He(w)为所述回归滤波器的频率响应函数。
[0038] 作为本实施方式的进一步改进，所述"将相邻阶次的滤波器系数矩阵进行线性组 合构建新的滤波器系数矩阵；根据新的滤波器系数矩阵对输入信号进行滤波得到输出信 号"具体包括：
[0039] 设y=Ax，则k阶滤波器表示为：yk=A片，k+1阶滤波器表示为：yw=Awx;
[0040] 在k阶滤波器和k+1阶滤波器的等式两侧均乘W-个权重系数，所述权重系数分 别为a、0，且a+P= 1 ;
[0041]得出：ayk=aAkX，Pyw= 0AwX;
[0042] 将上述k阶滤波器和k+1阶滤波器的等式两侧分别相加得出：
[004引aYk+ 0yw=aAkX+ 0Awx= (aAk+ 0Aw)X，所述新的滤波器系数矩阵为A' = (曰Ak+0Aw)，所述输出信号y' =曰yk+0yk+i=A'x。
[0044] 作为本实施方式的进一步改进，所述方法还包括：
[0045] 通过改变所述构建新的滤波器系数矩阵的权重系数，获得任意截止频率的壁滤波 器。
[0046] 为实现上述目的之一，本发明一实施方式的实现超声彩色多普勒血流成像的壁滤 波系统，所述系统包括：
[0047] 信号获取模块，用于获取输入信号；
[0048] 信号处理模块，用于根据输入信号数据长度获得回归滤波器各阶次的滤波器系数 矩阵；
[0049] 将相邻阶次的滤波器系数矩阵进行线性组合构建新的滤波器系数矩阵；
[0050] 根据新的滤波器系数矩阵对输入信号进行滤波得到输出信号。
[0051] 作为本实施方式的进一步改进，所述信号处理模块具体用于：
[0052] 将所述输入信号中的低频杂波成分通过给定阶次多项式近似拟合形成低频杂波 信号；
[0053] 将所述输入信号中的低频杂波信号滤除得到回归滤波器的输出信号；
[0054]公式表示为
，n = 1，2, . . .，N，y(n)=x(n)-c(n);
[00巧]上式的平方差可表示为
[0056] 采用最小二乘法拟合需满足下列条件：
[0057]即；
i = l，2，...，K;
[005引 引入向量矩阵：
[0059]
[0060]同时，将输入信号为X (n)、输出信号y (n)都视为N*1维的向量：
[006"则：x = [X(0)X(1). . . X(N-1)]t，y = [y(0)5Kl). . . ;y(N-l)]T，
[0062]那么，上式可表示为：(mTm) a = MTx，a = Px，P = ( (MTm) V;
[0063]得出：y = x-c = x-Ma = x-MPx = (I-MP) X = Ax,
[0064] A = I-MP = I-M(MTm) V;
[006引其中，y(n)表示输出信号，x(n)表示输入信号，c(n)表示低