[發(fā)明專利]信號分析方法、超聲波圖像分析方法以及超聲波成像系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210073203.4
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN103181780A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李皇德;邵耀華;張幼青;黃百綱;施明
• 申請（專利權(quán)）人: 財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B8/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳小雯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種信號分析方法，且特別涉及一種超聲波圖像信號的分析方法以及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在已知技術(shù)中，超聲波成像已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域中，例如工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)等各種不同領(lǐng)域范圍。其中，超聲波成像系統(tǒng)于醫(yī)學(xué)應(yīng)用時，可用來測量人體組織的生理特性，諸如血管或血液的流速等。其利用多普勒(Doppler)原理將超聲波能量傳送到待測的人體組織區(qū)域，再接收由待測區(qū)域反射的超聲波能量值。根據(jù)所反射的超聲波能量，超聲波成像系統(tǒng)可顯示此待測區(qū)域的二維超聲波圖像。然而，對于欲檢測血管中血液的低流速或較小血管管徑而言，其信息必須搭配特定的信號分析方法來分析待測區(qū)域所反射的超聲波能量值始可獲得。

已知的信號分析方法是在頻率域中對反射的超聲波能量進(jìn)行分析。然而，此種頻率域(frequency?domain)方法存在有部分缺失，不易克服。詳細(xì)而言，根據(jù)多普勒原理，當(dāng)超聲波成像系統(tǒng)將超聲波發(fā)射至待測區(qū)域內(nèi)的待檢測物質(zhì)，例如血管中的紅血球，而由該待檢測物質(zhì)反射的回波信號(echo)，其頻率會偏移，此頻率偏移量與待檢測物質(zhì)的速度在發(fā)射方向上的分量成正比。在脈沖波(pulsed?wave)多普勒模式中，超聲波成像系統(tǒng)的探頭向待測區(qū)域發(fā)射一系列的短脈沖，超聲波成像系統(tǒng)所接收的反射信號可表示為二維的數(shù)據(jù)集，其中一維代表脈沖發(fā)射索引(即慢時間軸(slow?time?axis))，另一維則為飛行時間(即快時間軸(fast?time?axis))。慢軸上的信號即攜有多普勒頻移的訊息。因此，分析慢軸信號的相位即可獲得待檢測物質(zhì)的圖像信息。

已知的信號分析方法通常是計(jì)算兩相鄰慢軸的自相關(guān)(selfcorrelation)函數(shù)，以估計(jì)相位偏移(phase?shift)，并據(jù)此計(jì)算待檢測物質(zhì)的速度等信息。但此已知的信號分析方法是將慢軸上的信號經(jīng)傅立葉變換(Fourier?transform)后始進(jìn)行計(jì)算，也就是在頻率域中進(jìn)行信號的分析。然而，目前已知的信號分析方法存在如底下的缺失。一是多普勒信號容易受到低頻信號的干擾，例如血管壁的脈動、心臟脈搏、呼吸或不自主運(yùn)動。而此方法必須利用wall?filter高通濾波器來濾除噪聲，始可進(jìn)行后續(xù)的分析。設(shè)計(jì)理想的高通濾波器并非易事，從而提高了頻率域分析方法的困難度。二是頻率域分析方法的核心算法-傅立葉變換，其本質(zhì)上為積分變換，時間域信號一旦經(jīng)過變換，所有的時變訊息將完全遺失。因此已知的信號分析方法無法提供實(shí)際測量情況下，特定瞬時的頻率信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一實(shí)施例提出一種時間域(Time?domain)的信號分析方法。所述信號分析方法包括如下步驟：(a)接收待分析信號。(b)利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical?Mode?Decomposition，EMD)，以迭代方式(iterative?method)對待分析信號進(jìn)行篩選(iteratively?sift)，以分解出至少一本質(zhì)模態(tài)函數(shù)(intrinsic?function，IMF)。(c)對本質(zhì)模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換(normalized?Hilbert?transform)。經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)包含相位信息(phase?information)。(d)利用相位處理手段來處理經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)，以獲得包含角頻率(angular?frequency)信息的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提出一種超聲波圖像分析方法，其適用于超聲波成像系統(tǒng)。所述超聲波圖像分析方法包括如下步驟：(a)接收待分析信號。(b)利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，以迭代的方式對于待分析信號進(jìn)行篩選，以分解出至少一本質(zhì)模態(tài)函數(shù)。(c)對本質(zhì)模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換。經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)包含相位信息。(d)利用相位處理手段來處理經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)，以獲得包含角頻率信息的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)。(e)比對經(jīng)處理后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)與相關(guān)待分析信號的超聲波圖像，以辨識超聲波圖像信息。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提出一種超聲波成像系統(tǒng)，其包括信號收發(fā)模塊、信號處理模塊以及圖像顯示模塊。信號收發(fā)模塊接收待分析信號。信號處理模塊利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，以迭代方式對待分析信號進(jìn)行篩選，以分解出至少一本質(zhì)模態(tài)函數(shù)。信號處理模塊對本質(zhì)模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換。經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)包含相位信息。信號處理模塊利用相位處理手段來處理經(jīng)變換后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)，以獲得包含角頻率信息的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)。信號處理模塊比對經(jīng)處理后的本質(zhì)模態(tài)函數(shù)與相關(guān)待分析信號的超聲波圖像，以辨識超聲波圖像的圖像信息。圖像顯示模塊根據(jù)信號處理模塊對于待分析信號的處理結(jié)果來顯示對應(yīng)一待測區(qū)域的該超聲波圖像。