基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法和系统。所述方法包括：转换步骤，将整帧的超声回波射频信号转换为解析信号；划分步骤，将整帧的解析信号根据预设窗口长度进行分段，得到分段窗口数据段；积和步骤，对相邻的两帧信号，将对应分段窗口数据段进行一次无偏移的积和运算，得到目标复数；相位计算步骤，计算所述目标复数的相位；速度估算步骤，利用所述相位计算得到两帧信号间隔中血流的平均移动速度。上述基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，不需进行信号分解和低通滤波，既简化了计算，也消除了滤波对结果的负面影响，减小了计算量，大大缩短了计算时间。
【专利说明】基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声成像领域，特别是涉及一种基于超声回波射频信号的多普勒血流 速度估测方法和系统。
【背景技术】
[0002] 多普勒效应是指物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运 动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高；在运动的波源在后面时，会产生相 反的效应。
[0003] 将超声回波的多普勒效应用于对动脉血流速度的测量，即超声Doppler (多普勒） 速度估测。由于血管内的血液是流动的物体，所以超声波振源与相对运动的血液间就产生 多普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩，因而频率增加。血管离开声源 运动时，反射波的波长变长，因而在单位时间频率减少。反射波频率增加或减少的量，与血 液流运速度成正比，从而根据超声波的频移量，测定血液的流速，计算公式如下：
[0004]
【权利要求】
1. 一种基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，包括： 转换步骤，将整帧的超声回波射频信号转换为解析信号； 划分步骤，将整帧的解析信号根据预设窗口长度进行分段，得到分段窗口数据段； 积和步骤，对相邻的两帧信号，将对应分段窗口数据段进行一次无偏移的积和运算，得 到目标复数； 相位计算步骤，计算所述目标复数的相位； 速度估算步骤，利用所述相位计算得到两帧信号间隔中血流的平均移动速度。
2. 根据权利要求1所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，其特征 在于，在所述转换步骤之前，还包括： 分块步骤，将超声回波射频信号分成多个数据矩阵，每个数据矩阵包括若干帧整帧的 超声回波射频信号，每一巾贞超声回波射频信号对应于超声探头轴向方向的一条超声扫描 线. 所述转换步骤包括： 将每个数据矩阵的整帧的超声回波射频信号转换为解析信号； 在所述速度估算步骤之后，还包括： 二维速度分布图像步骤，根据计算得到多个数据矩阵中每个数据矩阵中相邻两帧数据 间隔中血流的平均移动速度，形成血流的二维速度分布图像。
3. 根据权利要求2所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，其特征 在于，所述转换步骤包括： 将整帧的超声回波射频信号采用傅里叶变换和逆变换得到解析信号。
4. 根据权利要求2所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，其特征 在于，所述转换步骤采用由图形处理器实现的第一内核函数进行处理，所述第一内核函数 的block数为数据矩阵的行数，所述行数是指整帧的超声回波射频信号的帧数，所述第一 内核函数的thread数为数据矩阵的列数，所述列数是指超声探头轴向方向扫描线上的数 据点数。
5. 根据权利要求2所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，其特征 在于，所述积和步骤、相位计算步骤和速度估算步骤采用由图形处理器实现的第二内核函 数计算；所述第二内核函数的block数为数据矩阵的行数减1,每个block的thread数为分 段窗口数，所述分段窗口数通过所述数据矩阵的列数与窗口宽度之差，除以步长，再加1得 至IJ，其中，所述步长是指两个相邻的分段窗口除了互相重叠的部分外所包含的数据点数。
6. 根据权利要求1所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测方法，其特征 在于，所述速度估算步骤还包括：若两帧信号间隔中血流的平均移动速度小于超声回波射 频信号波长的四分之一除以两帧信号间隔时间，则无需进行额外计算；若两帧信号间隔中 血流的平均移动速度大于超声回波射频信号波长的四分之一除以两帧信号间隔时间，则进 行时域互相关计算和结果修正计算。
7. -种基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特征在于，包括： 转换模块，用于将整帧的超声回波射频信号转换为解析信号； 划分模块，用于将整帧的解析信号根据预设窗口长度进行分段，得到分段窗口数据 段； 积和模块，用于对相邻的两帧信号，将对应分段窗口数据段进行一次无偏移的积和运 算，得到目标复数； 相位计算模块，用于计算所述目标复数的相位； 速度估算模块，用于利用所述相位计算得到两帧信号间隔中血流的平均移动速度。
8. 根据权利要求7所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特征 在于，所述系统还包括分块模块和二维速度分布图像模块， 所述分块模块用于将超声回波射频信号分成多个数据矩阵，每个数据矩阵包括若干帧 整中贞的超声回波射频信号，每一巾贞超声回波射频信号对应于超声探头轴向方向的一条超声 扫描线； 所述转换模块还用于将每个数据矩阵的整帧的超声回波射频信号转换为解析信号； 所述二维速度分布图像模块用于根据计算得到多个数据矩阵中每个数据矩阵中相邻 两帧数据间隔中血流的平均移动速度，形成血流的二维速度分布图像。
9. 根据权利要求8所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特征 在于，所述转换模块还用于将整帧的超声回波射频信号采用傅里叶变换和逆变换得到解析 信号。
10. 根据权利要求8所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特 征在于，所述转换模块采用由图形处理器实现的第一内核函数进行处理，所述第一内核函 数的block数为数据矩阵的行数，所述行数是指整帧的超声回波射频信号的帧数，所述第 一内核函数的thread数为数据矩阵的列数，所述列数是指超声探头轴向方向扫描线上的 数据点数。
11. 根据权利要求8所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特 征在于，所述积和模块、相位计算模块和速度估算模块采用由图形处理器实现的第二内核 函数计算；所述第二内核函数的block数为数据矩阵的行数减1，每个block的thread数 为分段窗口数，所述分段窗口数通过所述数据矩阵的列数与窗口宽度之差，除以步长，再加 1得到，所述步长是指两个相邻的分段窗口除了互相重叠的部分外所包含的数据点数。
12. 根据权利要求7所述的基于超声回波射频信号的多普勒血流速度估测系统，其特 征在于，所述速度估算模块还用于若两帧信号间隔中血流的平均移动速度小于超声回波射 频信号波长的四分之一除以两帧信号间隔时间，则无需进行额外计算，以及若两帧信号间 隔中血流的平均移动速度大于超声回波射频信号波长的四分之一除以两帧信号间隔时间， 则进行时域互相关计算和结果修正计算。
【文档编号】A61B8/06GK104188687SQ201410378474
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】王丛知, 郑海荣, 曾成志, 杨戈, 冯歌, 肖杨 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院