被检体信息获取装置、被检体信息获取方法和程序的制作方法_2

文档序号:9278111阅读:来源:国知局
量相同。换能器的数量可 能比输出信道的数量少。
[0032] 差分处理块006是获取差分信号的差分处理单元,并且包含诸如MTI滤波器的差 分滤波器。差分处理块006使用通过多次发送声波脉冲而获得的多个接收信号,以对各输 出信道计算表示接收信号之间的差值的差分信号。将在后面参照图2和图4中的步骤S102 详细描述由差分处理块006执行的处理。
[0033] 自适应信号处理块007是使用从差分处理块006输出的差分信号来执行自适应信 号处理的自适应信号处理单元。自适应信号处理与自适应波束形成相对应。更具体而言,自 适应信号处理指的是根据接收信号自适应地改变诸如相位和权重的处理参数,以选择性地 提取基于沿目标方向或来自目标位置的作为目标的希望的波的接收信号且减少基于不希 望的波的其它接收信号的处理。一般地,作为一种类型的自适应信号处理的CAPON方法是 在与目标方向和目标位置有关的灵敏度固定的情况下对多个输入信号使输出(功率强度) 最小化的方法。CAPON方法也被称为方向约束功率最小化(DCMP)和最小变化方法。这种自 适应信号处理具有提高空间分辨率的效果。将详细描述使用CAPON方法作为图2中的步骤 S103中的自适应信号处理的示例。作为在本实施例中使用的CAPON方法的替代,可以使用 另一自适应信号处理(MUSIC方法和ESPRIT方法)。
[0034] 流速计算块008使用从自适应信号处理块007输出的输出信号,以计算诸如血液 流速的关于对象的移动信息。例如,对象中的单个点(单个位置)处的速度,或深度方向上 的多个位置处的速度可以作为流速而被获得。作为替代方案,可以获得预定深度范围内的 平均速度或最大速度。作为又一替代方案,可以获得多个时序点处的速度,以便可以显示速 度可如何随时间变化。
[0035] 在本实施例中,处理单元至少包括接收电路系统005、差分处理块006、自适应信 号处理块007和流速计算块008。本实施例的处理单元还可包括延时叠加块以及包络检测 处理块(在图1中这二者均未示出)。通过延时叠加块和包络检测处理块,可以获取除了移 动信息以外的诸如B模式图像的反映声学阻抗的差异的分布(声学特性分布)。
[0036] 显示处理块009使用输入移动信息以产生显示数据,并向显示系统010输出显示 数据。更具体而言,显示处理块009处理输入移动信息,以产生用于显示速度值、示出速度 如何随时间变化的图示和指示多个位置处的速度的速度分布等的图像数据。当处理单元 还能够获取声学特性分布时,显示处理块009可产生用于在单个显示屏幕上并排显示移动 信息和声学特性分布的图像数据以及产生用于以重叠的方式显示作为移动信息而被获得 的速度分布和声学特性分布的图像数据。系统控制单元004从作为操作员的用户接收输入 后,可以通过来自该系统控制单元004的指令改变显示模式。
[0037] 在本实施例中,通过诸如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和现场可编程 门阵列(FPGA)芯片的处理设备实现差分处理块006、自适应信号处理块007、流速计算块 008、显示处理块009和系统控制单元004。
[0038] 显不系统010是显不基于从显不处理块009输出的显不数据的图像的显不设备, 并且为液晶显示器(IXD)、阴极射线管(CRT)或有机发光显示器等。显示系统010可以不被 设置在本发明的被检体信息获取装置中。取而代之的是,显示系统010可被单独设置并且 连接到被检体信息获取装置。
[0039] (处理单元的处理流程)
[0040] 下面,参照图2描述处理单元的处理流程。图2是示出示例1的处理流程的流程 图。
[0041] 首先,在步骤S101中,来自接收电路系统005的各输出信道的时序接收信号被输 入到差分处理块006。信号 Xlu[s]表示通过第1次声波发送获得并从接收电路系统005的 第k(k=l、2、…、M)个输出信道输出的第1个接收信号。符号"s"意味着信号是单个时 序接收信号的第s个采样(即,时序中的一个点)。
[0042] 然后,在步骤S103中,差分处理块006使用下式(1)对各输出信道计算两个输入 接收信号之间的差值(例如,分别由第一声波脉冲和第二声波脉冲获得的接收信号之间的 差值),并且输出差分信号d tl[S]:
[0043] dulls] = Xu+JsH-Xulis]式(1)
[0044] 图3A是示出对使用差分滤波器的差分处理使用的示例差分滤波器的示意图。与 声波脉冲之间的发送间隔(第(1+1)次发送和第1次发送之间的时间间隔)相对应的时间 段被设定为延时T。因此,xk, 1+1[s]与xtl[s]之间的差值被输出。差分处理块006对各输出 信道通过上述的处理提取多个差分信号,并将这些差分信号输入到自适应信号处理块007。 在图3A所示的结构中,对各输出信道需要至少两个差分信号。在本实施例中使用的差分滤 波器不限于图3A所示的计算两个接收信号之间的差值的差分滤波器,并且还可以使用具 有图3B所示的结构的差分滤波器。
[0045] 在步骤S104中,自适应信号处理块007使用多个输入差分信号来执行自适应信号 处理。差分信号的数量与输出信道的数量相同。在示例1中,描述使用CAPON方法的处理 作为自适应信号处理。
[0046] 自适应信号处理块007首先使用从系统控制单元004指示的目标位置(被检体中 的预定位置)的信息以执行所谓的整相处理。具体而言,执行延时处理,以使与目标位置相 对应的接收信号的相位同步。对这样通过整相处理获得的信号执行Hilbert变换。这样获 得的信号的复数表示被定义为? uts']。第s'个采样的输入矢量Xjs']通过该信 号被定义如下。
[0047] V [s,] = [? uEs,],x,Js,],...,?mJs,]]T [式 1]
[0048] 自适应信号处理块007使用输入矢量)(1 [s']以计算相关矩阵Rxu。
[0049]
[0050] 在图2中,上标H表示复共轭转置,上标*表示复共轭。E[ ?]表示计算时间平均 的处理。具体而言,采样序号(这里为s')是变动的,并且计算平均值。因此,这是沿深 度方向将通过使用输入矢量计算的相关矩阵平均化的处理。深度方向与从探测器发送的声 波(超声波束)的行进方向相对应。时间平均范围优选不超过预定深度中的分辨率,并且 在各种观察的深度之间改变。作为在本实施例中使用的不包含空间平均化的CAPON方法的 替代,可以使用包含空间平均化的CAPON方法。
[0051] 下面,自适应信号处理块007在下式3的条件下获得权重矢量:
[0052]
[0053] 受约束于WHa = 1 [式3]
[0054] 这些条件意味着,在希望的方向(目标方向)的灵敏度被固定为1的情况下输出 (功率强度)被最小化。式中,"a"表示限定希望的方向(即观察方向)的转向矢量。在以 下的条件下计算最佳权重Wopt :
[0055]
[0056] 式中,添加nE以使逆矩阵计算稳定化,n是常数或者根据Rxxa等的值改变的值, 而"E"是单位矩阵。通过最佳权重,功率输出可在希望方向的灵敏度被设定为1的状态下 被最小化。通过最佳权重,可以获得具有希望方向上的灵敏度为1而噪声分量的到达方向 上的灵敏度较低的这种指向性的接收模式。自适应信号处理块007将最佳权重Wopt乘以 输入矢量n[s']以获得输出信号 71[8']。
[0057] y1[s, ] = ffHopt X/ [s' ][式 5]
[0058] 在步骤S104中,流速计算块008使用从自适应信号处理块007输出的yi [s']以 通过式6计算作为移动信息的流速v。:
[0059]
[0060] 式中,3。1^表示与观察深度(深度方向上的预定位置)相对应的采样序号,
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