超声谐波成像方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明揭示了一种超声谐波成像方法及装置，所述方法包括步骤：接收原始信号；对所述原始信号进行经验模态分解，得到若干个本征模态函数分量及一个余量分量；选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信号；对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。本发明的超声谐波成像方法能够得到谐波成分极高的谐波图像，在信噪比大幅度提高的同时，能够显著提高“谐波-基波”比例。
【专利说明】超声谐波成像方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学超声系统，尤其涉及一种超声谐波成像方法及装置。
【背景技术】
[0002] 对超声系统而言，人体是一个复杂的介质。不同的器官与组织，包括病理组织均有 其特定的声阻抗和衰减特性。当超声射入体内，由表面到深部经过不同的组织时，该种声阻 抗上的差别和衰减上的差异使得声波出现不同的反射与衰减。该种不同的反射与衰减就是 构成超声图像的基础。超声扫描仪将接收到的回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点依次 显示在影屏上，则可显出人体的断面超声图像。
[0003] 而人体的不同组织，器官均是非刚性的介质，因此，在反射声波时，除了将同发射 频率一致的信号发射的同时，自身由于声波的振荡，激励而出现谐振，产生处于较高频率范 围内的谐波成分。利用该种谐波来进行成像即被称为超声谐波成像，包括组织谐波成像和 使用造影剂时的造影剂谐波成像。谐波成像同普通的基波成像相比，具有成像频率高，分辨 力高，噪声干扰少，固有图像信噪比高等优点，其价值日益受到重视。
[0004] 在谐波成像中，谐波成分同基波成分相比比例较小，找到合适的方法来进行谐波 的提取存在着巨大的挑战。传统的方法如相位反向脉冲成像等均不能有效地去掉信号中的 基波成分，往往得到还是基波与谐波混淆的图像，使得图像质量受限。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种超声谐波成像方法及装置。
[0006] 为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种超声谐波成像方法，包 括步骤： 接收原始信号； 对所述原始信号进行经验模态分解，得到若干个本征模态函数分量及一个余量分量； 选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信号； 对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。
[0007] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述谐波信号由与所述原始信号中的谐波 成分的频率相同的所述本征模态函数分量相加得到。
[0008] 作为本发明一实施方式的进一步改进，步骤"接收原始信号"前还包含步骤： 发射第一脉冲波，接收得到第一脉冲信号； 发射第二脉冲波，接收得到第二脉冲信号； 将所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号相加，得到所述原始信号。
[0009] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号的 大小相同，且相位相反。
[0010] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述原始信号为射频信号。
[0011] 为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供了一种超声谐波成像装置，包 括接收模块、分解模块、选择模块及成像模块，接收模块用于接收从检查者体内反馈回来的 原始信号；分解模块用于对所述原始信号进行经验模态分解，得到若干个本征模态函数分 量及一个余量分量；选择模块用于选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并 相加，得到谐波信号；成像模块用于对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。
[0012] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述谐波信号由与所述原始信号中的谐波 成分的频率相同的所述本征模态函数分量相加得到。
[0013] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述成像装置还包括发射模块，用于依次 发射第一脉冲波及第二脉冲波至所述检查者；其中，当所述发射模块发射所述第一脉冲波 时，所述接收模块接收所述第一脉冲波并得到第一脉冲信号，当所述发射模块发射所述第 二脉冲波时，所述接收模块接收所述第二脉冲波并得到第二脉冲信号，所述接收模块将所 述第一脉冲信号及所述第二脉冲信号相加得到所述原始信号。
[0014] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号的 大小相同，且相位相反。
[0015] 作为本发明一实施方式的进一步改进，所述原始信号为射频信号。
[0016] 与现有技术相比，本发明的超声谐波成像方法能够得到谐波成分极高的谐波图 像，在信噪比大幅度提高的同时，能够显著提高"谐波-基波"比例。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明一实施方式的超声谐波成像方法流程图。
[0018] 图2是本发明一实施方式的一种超声谐波成像装置框架示意图。
【具体实施方式】
[0019] W下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但该些实施方式并 不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的 变换均包含在本发明的保护范围内。
[0020] 如图1所示，为本发明一实施方式的超声谐波成像方法流程图，包括W下步骤： Sl ;接收原始信号； S2;对所述原始信号进行经验模态分解（Emprical Mode Decompostion, EMD)，得到若 干个本征模态函数（Intrinsic mode化nction, IMF)分量及一个余量分量； 53 ;选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信号； 54 ;对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。
[0021] 其中，所述谐波信号由与所述原始信号中的谐波成分的频率相同的所述本征模态 函数分量相加得到，即可W根据实际原始信号中的谐波成分的情况分析选取若干个与谐波 成分频率相同的本征模态函数分量作为最终形成谐波图像的分量。原始信号可W通过相位 反向脉冲成像方式得到，即在步骤Sl之前还包含步骤；发射第一脉冲波至检查者，第一脉 冲波由检查者身体表面到深部经过不同的组织，再反馈回来，接收得到第一脉冲信号；接着 发射第二脉冲波至检查者，第二脉冲波由检查者身体表面到深部经过不同的组织，再反馈 回来，接收得到第二脉冲信号。第一脉冲波及第二脉冲波为依次发射的脉冲波，且是在第一 脉冲波接收完毕之后再发射第二脉冲波，第一脉冲波及第二脉冲波为大小相同、相位相反 的脉冲波。接着，将接收到的第一脉冲信号及第二脉冲信号相加，即可得到步骤SI中所述 的原始信号。第一脉冲信号及第二脉冲信号均包含基波信号及谐波信号，第一脉冲信号的 基波信号及第二脉冲信号的基波信号理论上大小相同，相位相反，当第一脉冲信号及第二 脉冲信号相加时会使基波信号抵消，而谐波信号会叠加，但实际情况中，相加得到的原始信 号中仍然包含基波信号，且谐波信号的比例较低，因此，接收得到的原始信号还需进一步处 理，即继续执行如上所述的步骤S1-S4。本实施方式的原始信号不仅限于由上述的相位反向 脉冲成像方式得到，也可W是其他的任意信号，所述原始信号可为射频信号，可W接收得到 若干组射频信号，再对每组射频信号进行上述步骤S1-S4,最终即可得到新的谐波图像。同 相位反向脉冲成像方式得到的脉冲信号直接进行解包络处理得到的图像相比，使用经验模 态分解后的谐波图像信噪比W及造影组织对比均具有统计学意义的显著提高，本实施方式 提出的新的超声谐波成像方法可W稳定并且有效地提取出原始信号中的谐波成分，得到具 有高信噪比和组织造影对比的真正的谐波图像。
[0022] 下面就W-个具体示例来详述本发明一实施方式的超声谐波成像方法。所述方法 包括： 首先，利用相位反向脉冲成像方式得到原始信号s(t); 然后，对所述原始信号s(t)进行经验模态分解，经验模态分解是根据数据本身自适应 地选择有限数量的本征模态函数，对原始信号进行分解。同传统的傅里叶变换，小波变换不 同，该种方法对于信号的分解是基于信号自身的波动特性所决定的，有效地避免预先设定 的线性基对于信号分解的影响，并且得到的本征模态函数IMF -般都能和一定的影响因素 对应起来。该就使得经验模态分解方法在非线性非平稳过程中的分析具有无可替代的优 势。经验模态分解的具体过程如下： (1) 找出原始信号s(t)的局部极大值和局部极小值，利用H次样条曲线将所述极大值 及极小值分别连接形成上包络线T (t)及下包络D (t); (2) 计算平均包络nil (t)，即计算上包络线T(t)及下包络线D(t)的均值， nil (t) = [T (t)-D (t)]，将平均包络nil (t)从原始信号S (t)中去除得到一个新函数ki (t)，新函 数 ki (t)表示为 ki (t) =S (t) -mi (t); (3) 检查该个新函数ki(t)是否为本征模态函数，即检查新函数ki(t)是否同时满足 两个条件：1、新函数ki (t)过零点的个数和极值点的个数相等，或者数目相差不超过一个； 2.在其任意时间点由上包络线与下包络线确定的平均包络值为零；如果新函数ki(t)满足 W上两个条件，则新函数ki(t)为本征模态函数，即IMF,如果新函数ki(t)不满足W上两个 条件，则令s(t)=ki(t)，即将此时的新函数ki(t)看成原始信号，重复上述经验模态分解步 骤，即1^(*)=1^1(*)-1112(*)，其中1112(*)是1^1(*)的上包络线及下包络线的平均值，重复进行 上述经验模态分解步骤，直到得到的新函数k"(t)满足本征模态函数的两个条件，此时即得 到第一个本征模态函数分量IMFi,将第一个本征模态函数分量IMFi表示为Ci= k"(t); (4) 从原始信号中去除所述本征模态函数分量IMFi,得到一个余量分量ri (t)，余量分 量Tl (t) =S (t) -Cl,对余量分量Tl (t)执行上述经验模态分解步骤，得到第二个本征模态函 数分量IMF2,即C2,此时的余量分量r2 (t) = ri (t)-C2，重复进行上述经验模态分解步骤，直 到某个余量分量r"(t)或某个本征模态函数分量C。小于一个预设的感兴趣值或余量分量 r"(t)为单调函数时，经验模态分解过程终止，此时，原始信号S (t)可被表示为： 啦)=ix: + 地） J-I 即原始信号S(t)被分解为一系列的本征模态函数分量Cj.和一个余量分量r"(t)。经 验模态分解过程就是直接从原始信号中提取与某个时间尺度相关的分量，把所提取的分量 表示成本征模态函数后，它们均具有很好的希尔伯特变换性质，由此，就能进一步计算出其 瞬时频率，该样就可W对时域中的任何时间局部化。
[0023] 接着，选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信 号，所述谐波信号由与所述原始信号中的谐波成分的频率相同的所述本征模态函数分量 相加得到，即可W根据实际原始信号中的谐波成分的情况分析选取若干个与谐波成分频率 相同的本征模态函数分量作为最终形成谐波图像的分量。
[0024] 最后，对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。同相位反向脉冲成像方式 得到的脉冲信号直接进行解包络处理得到的图像相比，使用经验模态分解后的图像信噪比 W及造影组织对比均具有统计学意义的显著提高，本实施方式提出的新的超声谐波成像方 法可W稳定并且有效地提取出原始信号中的谐波成分，得到具有高信噪比和组织造影对比 的真正的谐波图像。
[0025] 本实施方式采用经验模态分解方法，对采集得到的原始信号进行分解，从分解后 的一系列本征模态函数中则能够找到谐波成分所对应的一些本征模态函数分量，并去掉同 谐波成分无关的分量，再进行后续的操作，最后就能得到谐波成分极高的谐波图像，同传统 方法相比，本实施方式在信噪比大幅度提高的同时，能够显著提高"谐波-基波"比例，比女口 在造影剂成像中的高"造影-组织"对比（Contrast to Tissue ratio, CTR)。本实施方式 提出的超声谐波成像方法稳定性好，成像结果可靠，且无参数选择等，可W在包括造影剂成 像中的所有谐波成像应用当中使用。本实施方式使用的经验模态分解是一种非线性的数据 处理方法，通过信号本身的波动特性来对信号进行分解，有效地避免预先设定的线性基对 于信号分解的影响。
[0026] 如图2所示，为本发明一实施方式提供的一种超声谐波成像装置，所述装置包括： 接收模块100、分解模块200、选择模块300及成像模块400。接收模块100用于接收从检查 者体内反馈回来的原始信号；分解模块200用于对所述原始信号进行经验模态分解，得到 若干个本征模态函数分量及一个余量分量；选择模块300用于选取所述若干个本征模态函 数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信号；成像模块400用于对所述谐波信号进行 解包络处理，得到谐波图像。
[0027] 其中，所述谐波信号由与所述原始信号中的谐波成分的频率相同的所述本征模态 函数分量相加得到，即可W根据实际原始信号中的谐波成分的情况分析选取若干个与谐波 成分频率相同的本征模态函数分量作为最终形成谐波图像的分量。所述装置还包括发射模 块，用于依次发射第一脉冲波及第二脉冲波至所述检查者。其中，当所述发射模块发射所 述第一脉冲波时，所述接收模块100接收所述第一脉冲波并得到第一脉冲信号，当所述发 射模块发射所述第二脉冲波时，所述接收模块100接收所述第二脉冲波并得到第二脉冲信 号。第一脉冲波及第二脉冲波为依次发射的脉冲波，且是在第一脉冲波接收完毕之后再发 射第二脉冲波，第一脉冲波及第二脉冲波为大小相同、相位相反的脉冲波。接收模块100将 接收到的第一脉冲信号及第二脉冲信号相加，即可得到原始信号，但不W此为限，例如可W 包含计算模块，用于将接收到的第一脉冲信号及第二脉冲信号相加。第一脉冲信号及第二 脉冲信号均包含基波信号及谐波信号，第一脉冲信号的基波信号及第二脉冲信号的基波信 号理论上大小相同，相位相反，当第一脉冲信号及第二脉冲信号相加时会使基波信号抵消， 而谐波信号会叠加，但实际情况中，相加得到的原始信号中仍然包含基波信号，且谐波信号 的比例较低，因此，接收得到的原始信号还需进一步处理。本实施方式的原始信号不仅限于 由上述的相位反向脉冲成像方式得到，也可W是其他的任意信号，所述原始信号可为射频 信号，可W接收得到若干组射频信号，再对每组射频信号进行经验模态分解及解包络等，最 终即可得到新的谐波图像。同相位反向脉冲成像方式得到的脉冲信号直接进行解包络处理 得到的图像相比，使用经验模态分解后的谐波图像信噪比W及造影组织对比均具有统计学 意义的显著提高，本实施方式提出的新的超声谐波成像方法可W稳定并且有效地提取出原 始信号中的谐波成分，得到具有高信噪比和组织造影对比的真正的谐波图像。
[0028] 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，上述描述的模块 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，在此不再费述。
[0029] 应当理解，虽然本说明书按照实施方式加W描述，但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案，说明书的该种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可W经适当组合，形成本领域技术人员可 W理解的其他实施方式。
[0030] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明，它们并非用W限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种超声谐波成像方法，其特征在于包括步骤： 接收原始信号； 对所述原始信号进行经验模态分解，得到若干个本征模态函数分量及一个余量分量； 选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐波信号； 对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。
2. 如权利要求1所述的超声谐波成像方法，其特征在于，所述谐波信号由与所述原始 信号中的谐波成分的频率相同的所述本征模态函数分量相加得到。
3. 如权利要求1所述的超声谐波成像方法，其特征在于，在步骤"接收原始信号"前还 包含步骤： 发射第一脉冲波，接收得到第一脉冲信号； 发射第二脉冲波，接收得到第二脉冲信号； 将所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号相加，得到所述原始信号。
4. 如权利要求3所述的超声谐波成像方法，其特征在于，所述第一脉冲信号与所述第 二脉冲信号的大小相同，且相位相反。
5. 如权利要求1所述的超声谐波成像方法，其特征在于，所述原始信号为射频信号。
6. -种超声谐波成像装置，其特征在于包括： 接收模块，用于接收从检查者体内反馈回来的原始信号； 分解模块，用于对所述原始信号进行经验模态分解，得到若干个本征模态函数分量及 一个余量分量； 选择模块，用于选取所述若干个本征模态函数分量的其中部分或全部并相加，得到谐 波信号；以及 成像模块，用于对所述谐波信号进行解包络处理，得到谐波图像。
7. 如权利要求6所述的超声谐波成像装置，其特征在于，所述谐波信号由与所述原始 信号中的谐波成分的频率相同的所述本征模态函数分量相加得到。
8. 如权利要求6所述的超声谐波成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括： 发射模块，用于依次发射第一脉冲波及第二脉冲波至所述检查者； 其中，当所述发射模块发射所述第一脉冲波时，所述接收模块接收所述第一脉冲波并 得到第一脉冲信号，当所述发射模块发射所述第二脉冲波时，所述接收模块接收所述第二 脉冲波并得到第二脉冲信号，所述接收模块将所述第一脉冲信号及所述第二脉冲信号相加 得到所述原始信号。
9. 如权利要求7所述的超声谐波成像装置，其特征在于，所述第一脉冲信号与所述第 二脉冲信号的大小相同，且相位相反。
10. 如权利要求6所述的超声谐波成像装置，其特征在于，所述原始信号为射频信号。
【文档编号】A61B8/00GK104224232SQ201410496619
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】周俊鸿, 陈惠人 申请人:飞依诺科技(苏州)有限公司