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_3

文档序号:9460382阅读:来源:国知局
滤波器的频率响应曲线之间,截止频率也介于k阶和k+1阶回归滤波器的截止频率之间。
[0122] 进一步的,本实施方式中,所述方法还包括:
[0123]S5、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。
[0124]本实施方式中,新的回归滤波器的截止频率取决于权重系数a和P,例如:a= 1、P=0,该滤波器即为k阶回归滤波器;a=0、P=1,则该滤波器为k+1阶回归滤波 器。
[0125] 为了便于理解新的回归滤波器,W下将对比列举两个实施例W供理解本发明。
[0126] 结合图4A、图4B所示,图4中,设定数据长度N= 8,0~4阶各阶回归滤波器的频 响曲线(图中横坐标表示归一化频率,实际频率应再乘W脉冲重复频率PRF,纵坐标表示幅 度),阶次越大,截止频率越大同时,回归滤波器截止频率有限,相邻两阶回归滤波器的截止 频率跳跃很大。
[0127] 进一步的,如图4B所示,图4B所示示例中,同样设定数据长度N= 8,在k= 1阶 回归滤波器和k= 2阶回归滤波器之间按照线性组合的方式插值出的2条频响曲线,2条 频响曲线的形成过程中,a和P的取值分别为.GC= 、P二a二^、P二一从图4B 4 4 2 2 中可W明确得出,随着权重系数a和P取值的变化,新的回归滤波器的频响曲线和截止频 率在相邻的两个回归滤波器频响曲线和截止频率之间变化,a越大,滤波器越接近于k阶 回归滤波器,P越大,滤波器越接近于k+1阶回归滤波器。
[012引结合图5A、图5B所示,图5A中,设定数据长度N= 12时,其0~4阶各阶回归滤 波器的频响曲线随着阶次越大,截止频率越大,同时,该回归滤波器的截止频率有限,相邻 两阶回归滤波器的截止频率跳跃很大。
[0129] 进一步的,如图5B所示,图5B所示示例中,同样设定数据长度N= 12,在k= 2阶 回归滤波器和k= 3阶回归滤波器之间按照线性组合的方式插值出的2条频响曲线,2条 频响曲线的形成过程中,a和P的取值分别为a=I巧=I,《二I、P=I,从图5B 中同样可W明确得出,随着权重系数a和P取值的变化,新的回归滤波器的频响曲线和截 止频率在相邻的两个回归滤波器频响曲线和截止频率之间变化,a越大,滤波器越接近于 k阶回归滤波器,P越大,滤波器越接近于k+1阶回归滤波器。
[0130] 如图3所示,图3是本发明一实施方式提供的实现超声彩色多普勒血流成像的壁 滤波系统的模块示意图;本实施方式中,所述系统包括:信号获取模块100、信号处理模块 200。
[0131] 信号获取模块100用于获取输入信号;信号处理模块200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。
[0132] 本发明第一实施方式中,信号处理模块200具体用于:将获取的所述输入信号作 为时域的一个多项式函数,所述输入信号Wx(n)表示;将所述输入信号x(n)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,所述低频杂波信号Wc(n)表示, 且
n=l,2,...,N;
[0133] 进一步的,信号处理模块200用于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,该处构建的回归滤波器为整数阶次的回归滤波器,相应的,所述回归 滤波器的输出信号Wy(n)表示,且y(n) =x(n)-c(n);
[0134] 本实施方式中,上式的平方差可表示为:
[013引其中,a,为多项式系数,K为滤波器阶次,N为数据长度;
[0136] 采用最小二乘法拟合需满足下列条件
[0137] 旨P
'i= 1,2, . ..,K;
[013引进一步的,引入向量矩阵:
[0139]
[0140]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:
[0141]则:X=[X(0)X(1). . . X(N-1)]t,y = [y(0)y(l). . . ;y(N-l)]T,
[014引那么,上式可表示为:(MTm) a=MTx,a=Px,P= ((MTm) V;
[0143] 则进一步得出:y=x-c=x-Ma=x-MPx= (I-MP)X=Ax,
[0144]A=I-MP=I-M(MTm)V;
[0145] 该式中,X为输入信号,y为回归滤波器的输出信号向量,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。因此,回归滤波器的壁滤波方式W矩阵的 乘法实现。
[0146] 进一步的,本实施方式中,信号处理模块200将相邻阶次的滤波器分别设定为k阶 滤波器和k+1阶滤波器,0《k《K;通过上述构建回归滤波器的过程,信号处理模块200将 k阶滤波器的输出信号表示为k阶滤波器系数矩阵与输入信号的乘积,k阶滤波器的滤波过 程表示为:yk=AkX;将k+1阶滤波器的输出信号向量表示为k+1阶滤波器系数矩阵与输入 信号的乘积,k+1阶滤波器的滤波过程表示为:yw=Awx,其中,y,为k阶滤波器的输出信 号,Ak为k阶滤波器的滤波器系数矩阵,yW为k+1阶滤波器的输出信号,AW为k+1阶滤波 器的滤波器系数矩阵,X为输入信号。
[0147] 在本发明第二实施方式中,信号处理模块200W勒让德多项式作为基向量构建的 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,假设勒让德多项式构建的标准正交基为化。,bi,……M,那么 回归滤波器的壁滤波过程如下:
[0148] 信号处理模块200用于计算所述输入信号沿着每一个基向量的投影,从所述输入 信号减去该投影即为滤波后的输出信号;
[0149] 将所述输出信号表示为滤波器系数矩阵与输入信号的乘积。
[0150] 该实施方式中,构建所述回归滤波器的过程也可W通过矩阵乘法实现,所述回归 滤波器的滤波器系数矩阵{a(n,m)}和频率响应函数H(w)可表示为:
[0151]

其中,N为数据长度,K为滤波器阶次,{a(n,m)} (1《n《N,1《m《脚构成的滤波器系数矩阵即对应所述第一实施方式中所述回归滤波 器的系数矩阵A,H。(W)为所述回归滤波器的频率响应函数,在此不做详细寶述。
[0152] 进一步的,本实施方式中,信号处理模块200将相邻阶次的滤波器分别设定为k阶 滤波器和k+1阶滤波器,0《k《K;通过上述构建回归滤波器的过程,信号处理模块200将 k阶滤波器的输出信号表示为k阶滤波器系数矩阵与输入信号的乘积,k阶滤波器的滤波过 程表示为:yk=AkX;将k+1阶滤波器的输出信号向量表示为k+1阶滤波器系数矩阵与输入 信号的乘积,k+1阶滤波器的滤波过程表示为:yw=Awx,其中,y,为k阶滤波器的输出信 号,Ak为k阶滤波器的滤波器系数矩阵,yW为k+1阶滤波器的输出信号,AW为k+1阶滤波 器的滤波器系数矩阵,X为输入信号。
[0153] 如上可知:k阶回归滤波器的滤波器系数矩阵为Ak,k+1阶回归滤波器的滤波器系 数矩阵为Aw,滤波后的相邻阶次的输出信号分别为yk和yW,则其滤波过程分别表示为:yk =AkX, Yk,i= Ak+iXo
[0154] 进一步的,本发明的一实施方式中,信号处理模块200还用于: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。
[01巧]本实施方式中,信号处理模块200在k阶滤波器和k+1阶滤波器的等式左右均乘W-个相同的权重系数,由于等式的固有特性,不会影响等式成立,本实施方式中,在k阶 回归滤波器的两侧同乘W权重系数a,在k+1阶回归滤波器的两侧同乘W权重系数0, [015引 得出下式:ayk=aAkX,Pyw= 0AwX;
[0157] 其中,为了保证归一化的幅度相应,所述a和P满足条件a+P= 1,进一步的, 将相邻阶次的滤波器系数矩阵进行线性组合,即: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:
[015引 aYk+Pyw= °AkX+PAwX= (aAk+PAw)x
[0159] 信号处理模块200将该结果作为输出信号,并将该所述输出信号对应的输出信号 向量表示为y',则有:y'=曰yk+0 yw= A' X,A'=曰Ak+P Aw,曰+ P = 1 ;
[0160] 如此,通过k阶回归滤波器的滤波器系数矩阵Ak,和k+1阶回归滤波器的滤波器系 数矩阵AwW线性组合的方式构建新的回归滤波器,并通过新的所述回归滤波器可W获取 新的滤波器系数矩阵A',在k阶回归滤波器和k+1阶回归滤波器之间通过线性插值的方式 得到新的回归滤波器,最终得到的新的回归滤波器的频率响应曲线介于k阶和k+1阶回归 滤波器的频率响应曲线之间,截止频率也介于k阶和k+1阶回归滤波器的截止频率之间。
[0161] 进一步的,本实施方式中,信号处理模块200还用于: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。
[0162] 本实施方式中,新的回归滤波器的截止频率取决于权重系数a和P,例如:a= 1、0 =0,该滤波器即为k阶回归滤波器;a=0、P=1,则该滤波器为k+1阶回归滤波 器。
[0163] 所属领域的技术人员可W清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统 的具体工作过程,可W参考前述方法实施方式中的对应过程,在此不再寶述。
[0164] 综上所述,本发明的实现超声彩色多普勒血流成像的壁滤波方法及系统,具有平 滑、单调的频率响应,阻带衰减大、过渡带窄,无暂态响应
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