专利名称：改进多普勒超声成像中hprf性能的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲波频谱多普勒成像，特别是涉及一种改进多普勒超声成像中 HPRF性能的方法和装置。
背景技术：
在医用超声成像系统的脉冲波频谱多普勒成像(Pulsed WaveSpectral Doppler Imaging,以下简称PW成像)过程中，超声前端每隔固定时间发射超声脉冲信号进入人体 目标组织，检测其多普勒频移(Doppler Frequency Siif t)信息。在传统的PW成像中，为 了实现目标定位功能，也就是保证所得到的速度信息确实来自目标位置(即取样门深度 (Sample Volume Depth, SVD))，脉冲重复发射的时间间隔(Pulse Repeat Interval, PRI) 会受到目标位置深度的限制，即相邻两次脉冲的时间间隔PRI必须大于超声波从探头到达 SVD再返回探头的时间。如果在上一个发射脉冲的超声回波信号返回探头之前，下一个发 射脉冲已经发射了，那么接收到的信息就会混有来自其他深度位置的速度信息。而脉冲重 复频率(Pulse Repeat Frequency, PRF)，即脉冲重复时间间隔PRI的倒数，又决定着当前 多普勒频谱所能识别的最大速度范围。在某些情况下，比如某些大的动脉血管，其血流速度 较高，需要较高的PRF，但是其血管位置较深，超声信号从发射到返回的时间长，需要较大的 PRI或较低的PRF，此时传统的PW技术无法满足要求。为此，人们提出了一种 HPRF 技术(High PRF Pulsed Wave SpectralDoppler
Imaging)，也就是采用较高的PRF，使得第η个发射脉冲的回波信号与第n_l、n-2.....
η-m+l个发射脉冲的回波信号同时返回探头。这样，每次接收到的回波信号就同时包含了 前m次发射脉冲的回波信息。因此，所得到的频谱信息可能来自m个深度位置，除了真实的 目标位置SVD外，其他m-1个深度位置称为虚拟取样门位置，原SVD叫做真实取样门位置。 实际使用中，用户根据经验来判断所获得的速度信息来自哪个深度位置，例如，若已知某个 取样门位置并无血流也无组织运动，那么所获得的大的速度信息就不可能来自该取样门位 置。上述m-1个虚拟取样门与真实取样门深度的关系如下其中，c为声波在组织中的传播速度。根据该HPRF技术，其中PRF都是系统预先设定好的固定档位。对于每个档位下的 PRF值，获得该PRF发射下的多普勒频谱图，并通过上式计算出其对应的一个或多个虚拟取 样门的位置，供用户判断所得频谱信息来自哪个位置。现有HPRF技术的缺点在于，上述PRF是预先设定的固定档位，实际应用时只是由 用户选取某个档位来进行发射接收，而真实取样门的位置是根据目标病人的目标血管或组 织的位置来决定的，是任意可变的。在某些真实取样门位置下，这些PRF可能会造成目标信 号到达探头的时间与脉冲发射时间过于接近，从而降低所获目标频谱的信噪比，影响用户 对目标速度信息的采集判断。也就是说，对于某些任意选定的真实取样门的位置，这些预先设定的PRF可能并不是最优的，甚至是不可取的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种实时根据用户选定的 PRF档位及取样门位置计算出最优的PRF进行发射，从而改进多普勒超声成像中HPRF性能 的方法和装置。为了实现这一目的，本发明所采取的技术方案如下。按照本发明实施例的第一方面，提供一种用于改进多普勒超声成像中HPRF性能 的方法，包括采集步骤，用于通过交互界面采集用户所选的参数，包括所选PRF档位、真实 取样门深度和取样门大小；设定步骤，用于根据所选PRF档位对应的标准PRF值设定可选 PRF范围；以及评分步骤，用于在可选PRF范围中按预定步长依次选取PRF进行评分；其中 将评分最优的PRF作为所选档位的最优PRF用于发射超声脉冲。按照本发明实施例的第二方面，提供一种用于改进多普勒超声成像中HPRF性能 的装置，包括采集单元，配置成通过交互界面采集用户所选的参数，包括所选PRF档位、真 实取样门深度和取样门大小；设定单元，配置成根据所选PRF档位对应的标准PRF值设定可 选PRF范围；以及评分单元，配置成在可选PRF范围中按预定步长依次选取PRF进行评分； 其中将评分最优的PRF作为所选档位的最优PRF用于发射超声脉冲。按照本发明实施例的第三方面，提供一种多普勒超声成像系统，包括按照本发明 实施例第二方面的装置。按照本发明实施例的方法与装置，实时根据用户选定的PRF档位及取样门位置计 算出最优的PRF进行发射，提高HPRF下所获多普勒频谱图的信噪比，从而改善多普勒频谱 的成像效果。下面将结合附图并通过具体的实施例对本发明进行进一步说明。
图1是按照本发明一个实施例的用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的方法的 示意性流程图；图2是按照本发明一个实施例的取样门位置示意图；图3是按照本发明一个实施例的死区位置及长度的示意图；图4是按照本发明另一个实施例的用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的方法 的示意性流程图；图5是按照本发明一个实施例的HPRF模式下发射PRF自动优化前后的多普勒频 谱对比图，其中fe为优化前频谱，恥为优化后的频谱；图6是按照本发明一个实施例的用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的装置的 示意性框图；图7是按照本发明另一个实施例的用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的装置 的示意框图；图8是一种多普勒超声成像系统示意图，其中包括按照本发明一个实施例的用于 改进多普勒超声成像中HPRF性能的装置。
具体实施例方式按照本发明一个实施例的用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的方法包括采 集步骤100，设定步骤102，以及评分步骤106。在其他实施例中，还可选地包括取样门大小 判断步骤104和/或强化判断步骤108，如图1所示。下面对所述步骤进行具体说明。首先，获取通过用户界面选定的参数，包括取样门位置信息以及获取用户界面 选定的PRF档位(步骤100)，其中取样门位置信息包括取样门深度SVD，即图2中的 (iateD印th，以及取样门大小(iateSize，如图2所示。其中此处的取样门即为真实的取样门， 相应的取样门深度即为真实的取样门深度。另外，将通过用户界面选定的PRF档位对应的 标准PRF值记为usePRF。其次，设定用于优化的可选PRF范围 I^rfJligh (步骤102)，其中，Prf_ Low <= usePRF，Prf_High >= usePRF。此可选PRF范围可以是由使用者通过用户界面直 接设定，也可以是由超声系统自动生成。例如，在一个实施例中，将所选PRF档位对应的标准PRF值分别乘以预定的下限参 数和上限参数，从而来设定可选PRF范围。具体来说，可令Prf_Low = α *usePRFPrf_High = β 氺usePRF其中，α与β是系统预先设定的PRF调整下限参数和上限参数，且α <= 1，β >=1。该下限参数和上限参数主要影响每个PRF档位的可优化调节范围，可根据用户需求 及图像优化效果来确定。在一个实施例中，通过将所选PRF档位对应的标准PRF值分别减去和加上预定的 调整参数，从而来设定可选PRF范围。例如，可令Prf_Low = usePRF-aPrf_High = usePRF+b其中，a与b分别是系统预先设定的PRF调整参数，且a > = 0，b > = 0。该参数 主要影响每个PRF档位的可优化调节范围，可根据用户需求及图像优化效果来确定。前述实施例中，参数α、β、a、b可以由用户根据需要，通过用户界面直接设定，也 可以由超声系统默认自动设定。前述实施例中描述了多种设定可选PRF范围的方法。本领域技术人员从前述实施 例的描述中可以理解，还可以根据实际情况选用其它的设定PRF的方法，只要其能够满足 用户的需求，以及能够达到图像优化效果的要求即可。前述实施例中的设定PRF范围的方 法是为清楚说明本发明实施例的目的，而不是对本发明的限定。如图3所示，是超声脉冲发射接收时序及死区位置的示意图。Rate表示每次发射 接收周期的开始，nTxgate是发射时序。其中每个周期中发射有效时间T3即为死区时间， 相邻两次Rate的时间间隔即为当前发射PRF对应的重复发射时间间隔PRI = 1/PRF。HPRF 模式下，如果当前取样门深度下目标信号返回探头的时间刚好落入死区范围内或者离死区 时间过于接近，就可能导致对目标信号的接收受到阻碍或干扰，最终所得多普勒频谱信息 的信噪比太低。当HPRF的取样线确定后，探头发射孔径内各阵元的发射先后顺序以及相对时延 即可确定，时序中的发射有效时间T3从而可以确定。实际使用中，死区时间长度取为在发射有效时间基础上加上一小段附加时间后的结果，即DeadTime = T3+AdditionalDeadTime ；其中AdditionalDeadTime为附加死区时间，是系统预先设定好的一个固定值，该 值主要与系统时序设计方法及发射相关硬件性能有关。计算出取样门起始位置及结束位置处目标信号返回探头的时间(iateMart与 GateEnd,如下
权利要求
1.一种用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的方法，其特征在于，包括采集步骤，用于通过交互界面采集用户所选的参数，所述参数包括所选PRF档位、真实 取样门深度和取样门大小；设定步骤，用于根据所选PRF档位对应的标准PRF值设定可选PRF范围；以及评分步骤，用于在可选PRF范围中按预定步长依次选取PRF进行评分；其中将评分最优的PRF作为所选档位的最优PRF用于发射超声脉冲。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括取样门大小判断步骤，用于判断当前取样门限制的可选PRF范围的下限与设定的可选 PRF范围的下限中的最大值是否小于当前取样门限制的可选PRF范围的上限与设定的可选 PRF范围的上限中的最小值，如果所述最大值小于所述最小值，则进入评分步骤；否则，减 小取样门大小，并重新进行取样门大小判断步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括强化判断步骤，用于根据最优PRF和当前真实取样门深度计算虚拟取样门深度，以判 断计算的虚拟取样门深度是否小于预定阈值；其中如果计算的虚拟取样门深度小于预定阈 值，则跳到下一个PRF档位根据所述设定步骤和评分步骤寻找相应的最优PRF ；否则，将所 述最优PRF用于发射超声脉冲。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述评分步骤之前还包括强化判断步骤，用于根据所选的PRF和当前真实取样门深度计算虚拟取样门深度，以 判断计算的虚拟取样门深度是否小于预定阈值；其中如果计算的虚拟取样门深度小于预定 阈值，则跳到下一个PRF档位重新进行强化判断步骤；否则，进入评分步骤。
5.如权利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于在所述设定步骤中，通过将所 选PRF档位对应的标准PRF值分别乘以预定的下限参数和上限参数，来设定可选PRF范围， 其中下限参数小于等于1，上限参数大于等于1。
6.如权利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于在所述设定步骤中，通过将所 选PRF档位对应的标准PRF值分别减去和加上预定的调整参数，来设定可选PRF范围，其中 调整参数大于等于零。
7.如权利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于，在所述评分步骤中，如果当前 参与评分的PRF的死区个数大于等于预定的死区个数上限值，则将该PRF的评分置为最差； 否则，该PRF的评分为下述三项评分之一的函数或至少其中两项评分的函数距前一个相 邻死区的距离评分，距后一个相邻死区的距离评分，以及与当前档位所对应的标准PRF值 相似度评分。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述距前一个相邻死区的距离评分是取样 门起始位置处信号返回探头的时间距前一个死区的时间距离的函数，其中该距离值越大， 评分越优。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述距后一个相邻死区的距离评分是取样 门起始位置处信号返回探头的时间距后一个死区的时间距离的函数，其中该距离值越大， 评分越优。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于所述与当前档位所对应的标准PRF值相似 度评分是当前参与评分的PRF与当前档位所对应的标准PRF值之差的函数，其中所述差越小，评分越优。
11.一种用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的装置，其特征在于，包括采集单元，配置成通过交互界面采集用户所选的参数，所述参数包括所选PRF档位、真 实取样门深度和取样门大小；设定单元，配置成根据所选PRF档位对应的标准PRF值设定可选PRF范围；以及评分单元，配置成在可选PRF范围中按预定步长依次选取PRF进行评分；其中将评分最优的PRF作为所选档位的最优PRF用于发射超声脉冲。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括取样门大小判断单元，配置成判断当前取样门限制的可选PRF范围的下限与设定的可 选PRF范围的下限中的最大值是否小于当前取样门限制的可选PRF范围的上限与设定的可 选PRF范围的上限中的最小值，如果所述最大值小于所述最小值，则进入评分单元；否则， 减小取样门大小，并重新进行取样门大小判断。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括强化判断单元，配置成根据最优PRF和当前真实取样门深度计算虚拟取样门深度，以 判断计算的虚拟取样门深度是否小于预定阈值；其中如果计算的虚拟取样门深度小于预定 阈值，则跳到下一个PRF档位用所述设定单元和评分单元寻找相应的最优PRF;否则，将所 述最优PRF用于发射超声脉冲。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括强化判断单元，配置成根据所选的PRF和当前真实取样门深度计算虚拟取样门深度， 以判断计算的虚拟取样门深度是否小于预定阈值；其中如果计算的虚拟取样门深度小于预 定阈值，则跳到下一个PRF档位重新进行强化判断；否则，进入评分单元。
15.如权利要求11至14其中之一所述的装置，其特征在于所述设定步单元通过将所 选PRF档位对应的标准PRF值分别乘以预定的下限参数和上限参数，来设定可选PRF范围， 其中下限参数小于等于1，上限参数大于等于1。
16.如权利要求11至14其中之一所述的装置，其特征在于所述设定单元通过将所选 PRF档位对应的标准PRF值分别减去和加上预定的调整参数，来设定可选PRF范围，其中调 整参数大于等于零。
17.如权利要求11至14其中之一所述的装置，其特征在于，如果当前参与评分的PRF 死区个数大于等于预定的死区个数上限值，则所述评分单元将该PRF的评分置为最差；否 则，该PRF的评分为下述三项评分之一的函数或至少其中两项评分的函数距前一个相邻 死区的距离评分，距后一个相邻死区的距离评分，以及与当前档位所对应的标准PRF值相 似度评分。
18.一种多普勒超声成像系统，其特征在于，包括权利要求11至17任一项所述的装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于改进多普勒超声成像中HPRF性能的方法与装置，其中所述方法包括采集步骤，用于通过交互界面采集用户所选的PRF档位、取样门深度和取样门大小；设定步骤，用于根据所选PRF档位对应的标准PRF值设定可选PRF范围；以及评分步骤，用于在可选PRF范围中按预定步长依次选取PRF进行评分；其中将评分最大的PRF作为所选档位的最优PRF用于发射超声脉冲。按照本发明实施例的方法与装置通过实时根据用户选定的PRF档位及取样门位置计算出最优的PRF进行发射，能提高HPRF下所获多普勒频谱图的信噪比，从而改善多普勒频谱的成像效果。
文档编号A61B8/00GK102133107SQ20101004445
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者李双双, 李雷 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司