专利名称：消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置，它包括一个具有延迟线型的滤波器(下面称为延迟线滤波器)。
本发明消除固定回波的装置特别适用于用超声回声测深自动记录仪对血液流速进行的测量和图象显示。
用超声回声测深自动记录仪对血液流速进行测量和图象显示需要解决的一般技术问题在于消除由具有高反射能力的生物组织(这里是指脉管的周壁)引起的固定回波，其反射能力可超过血液(红血球)反射能力40dB。所以，在测算流速分布以前，为了减少要处理信号的动态变化和正确测量脉管整个断面上的流速，特别是在脉管周壁附近的低流速被来自那些周壁的强信号掩盖的情况下，使用一个装置消除固定回波是必不可少的。
普遍存在的这一技术问题的一种解决方案已由申请号为2580076的法国专利给出。该专利描述了一种消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置，该装置包括延迟线滤波器，在这种情况下，这种滤波器具有一条平行于零延迟线的、延迟一个重复周期的线。提供给这些线的加权系数分别为+1和-1。加权后，这些线由一个加法器加起来。因此，这种已知的滤波器在两条连续的回声自动记录线之间产生差别;其结果在原理上对固定组织产生的回波进行了近乎完全的衰减。然而，这种技术的主要缺点在于相应低流速的信号也被衰减了。例如，能够证明，上述滤波器的灵敏度作为流速的一个函数是这样的当重复频率等于5KHz，传输频率等于5MHz时，一个相应于V＝5Cm/S的信号被衰减30dB。
这就使得已有技术在流速很低的地方，也就是说在靠近脉管周壁的地方很难或者不可能测量流速。但是了解这些流速对于研究和临床诊断是非常重要的，例如对于动脉。
本发明所要解决的问题是提供一种消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置，该装置能够对低的血流流速，特别是对在脉管周壁附近的血液流速进行满意的测算。本发明解决上述技术问题的方案在于该装置包括一个第一滤波器，一方面该滤波器具有M条分别延迟(i-1)T的平行线i(i＝1，…，M)，其中T是该回声测深自动记录仪的重复周期，另一方面该滤波器还具有给M条线i加权的部件，提供给所说线的加权系数之和为零，该滤波器还具有一个用于将这样延迟和加权的线i相加的加法器;该装置至少还包括一个第二滤波器，它具有和第一滤波器相同的结构，并且相对于第一滤波器的相位移为(M-1)T，与第一滤波器平行连接。第二滤波器的脉冲特性h2(t)和第一滤波器的脉冲特性h1(t)有如下关系h2(t)＝h1〔(M-1)T-t〕 (1)在滤波器截止区通过增加其级数来改善滤波器的斜率是公知的。当使用回声测深自动记录仪测量流速时，就意味着用分别延迟(i-1)T的M条平行线i所组成的延迟线滤波器处理的不是两条顺序回声自动记录线，而最好是M条线。为保证消除固定回波，M条线被总和为零的加权系数加权。然后，所有的线被相加。之后，再经流速测算电路进行相关性、相移等处理。但是使用这类滤波器很难在保证高成象品级的同时对所研究的液流的流速分布进行准确的测量。如果要处理的线的数目为N(通常，对圆周脉管，N＝16;对心脏，N＝8)，而且用于消除固定回波的滤波器使用M条线，那么实际上只有N-M+1条线用于测算流速，这样，要想保持和要处理线同样的数目，就必须降低成象品级。
本发明的装置包括两个M-1级滤波器，它们频率特性的模相同，这是这两个滤波器耦合的一个基本条件。从方程式(1)中可以推导出频率特性H1(f)和H2(f)的关系为H2(f)＝H1(f)exp〔j2πf(M-1)T〕从而｜H2(f)｜＝｜H1(f)｜。
另一方面，用来测算流速的不是N-M+1个信号，而是2(N-M+1)个信号。这些信号不是完全独立的。但是，当使用可以进行非线性运算(1位相关，相移，…)的流速计算机时，增益仍然是显著的。这样，在大体上不减少要处理的线的数目，从而不降低图象品级的情况下，能对低的血液流速进行满意的测算。
以下以举例的方式，结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。
图1是本发明消除固定回波装置的示意图。
图2是用于在三个点上消除固定回波的一种装置的流速响应特性示意图。
图3是固定回波消除装置和流速计算机连接的示意图。
图1是消除超声回声测深自动记录仪固定回波10的示意图。该装置通常安装在超声波束接收电路和流速计算机之间。如图1所示，消除固定回波的装置10包括一个第一滤波器100，一方面该滤波器具有M条分别延迟(i-1)T的线i(i＝1，…，M)，其中T是该回声测深自动记录仪的重复周期。通过延迟线103进行延迟。另一方面，滤波器100还具有用来给M条线i加权的加权部件1011，…，101M。为了保证消除固定回波，由加权部件1011，…，101M给所说线加权的加权系数a1，…，aM的和为零，即Σi = 1M]]>ai＝0最后由加法器102给出这样延迟和加权的线i的和。
滤波器100的脉冲特性h1(t)为h1(t)＝Σi = 1M]]>aiδ〔t-(i-1)T〕其中δ(t)为Dirac函数。
滤波器100对一个来自回声测深自动记录仪接收电路的回声自动记录信号SI(t)的响应特性是XI(t)＝Σi = 1M]]>aiSI-(i-1)(t)其中I是相应的激励信号。
图2是滤波器100在M等于3，加权系数a1、a2和a3分别为1、-1/2、-1/2时的流速响应特性曲线G(V)。它表明该滤波器对低流速响应的灵敏度比相应的一级滤波器(a1＝1和a2＝-1)高出许多。特别是流速为6Cm/S的情况，响应灵敏度增加6dB。
但是，它也表明当要处理的是N条顺序的线(I＝1，…，N)，M条线用于消除固定回波，从而只有N-M+1条线真正用于测算流速。其结果不是降低测量精度就是迫使图象品级降低。
如图1所示，消除固定回波的装置10还包括与第一滤波器100平行连接的第二滤波器200，它与上述第一滤波器100的结构相同。第二滤波器200与第一滤波器100耦合且相位移为(M-1)T，其脉冲特性h2(t)与h1(t)的关系为h2(t)＝h1〔(M-1)T-t〕 (2)但是，因为h2(t)也给定为h2(t)＝Σi = 1M]]>ai′δ〔t-(i-1)T〕其中系数ai′是由加权部件201提供的系数，这表明系数ai和ai′之间必然存在一种联系。例如，如果M等于3，则h1(t)＝a1δ(t)+a2δ(t-T)+a3δ(t-2T)h2(t)＝a1′δ(t)+a2′δ(t-T)+a3′δ(t-2T)关系式(2)意味着a2′＝a3a1′＝a2a3′＝a1在加法器202的输出端，滤波器200输出的信号为YI(t)＝Σi = 1M]]>ai′SI-(i-1)(t)第二滤波器200的流速响应特性G(V)和第一滤波器100相同，当系数a1′、a2′和a3′分别等于-1/2、-1/2、1时，图2所示的点划曲线便是第二滤波器的特性曲线G(V)。
以上已经证明，当满足关系式(2)时，两个滤波器100和200频率特性的模相同，因而它们具有相同的能量特性。
这样，本发明消除固定回波的装置10可看成是一个单一的滤波器，其流速响应特性及能量特性的模分别和两个滤波器100和200的综合流速响应特性G(V)及综合能量特性的模相等。图1所示消除固定回波的装置10的优点在于它能够处理2(N-M+1)条线来测算流速，而不是分开使用滤波器100和200中的每一个来处理N-M+1条线。
然而很明显，来自滤波器100和200的信号XI(t)和YI(t)不是互相独立的，因为它们是基于同一个输入信号SI(t)而产生的。但是，由于加权系数ai和ai′不同，它们又是不相同的。为了把这个差别考虑进去，处理信号XI(t)和YI(t)的流速计算机必须采用非线性运算。
图3给出了本发明消除固定回波的装置10怎样与流速计算机20连接的实例。由滤波器100和200分别产生的信号XI(t)和YI(t)，通过延迟线203延迟一个重复周期T，一方面使得顺序信号XI(t)、XI-1(t)，另一方面也使YI(t)、YI-1(t)能够通过相同线路204进行处理。这些线路204可以是相关仪，它能够取出相关函数CI和CI′。申请号为8517851的法国专利记载的就是这种相关仪的一个实例。这项专利还公开了通过测量相关函数怎样确定相关液流速度。最后，在累积器205中，这些相关函数CI和CI′不仅在整个I(I＝1，…，N-M+1)上累积，而且在它们自身之间累积，这将使流速计算机的信噪比大为提高。
线路204也可采用移相器代替相关仪，这时在两条回声自动记录线之间的损耗(defacing)是液流速度的函数。
权利要求
1.一种消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置，包括一个延迟线滤波器，其特征在于该装置包括一个第一滤波器(100)，一方面该滤波器具有M条分别延迟(i-1)T的平行线i(i=1，…，M)，其中T是该回声测深自动记录仪的重复周期，另一方面该滤波器还具有给M条线i加权的加权部件(101i)，提供给所说线的加权系数(ai)之和为零，该滤波器还具有一个用于将这样延迟和加权的线i相加的加法器(102)；该装置至少还包括一个第二滤波器(200)，它具有和第一滤波器相同的结构，并且相对于第一滤波器(100)的相位移为(M-1)T，与第一滤波器(100)平行连接，第二滤波器的脉冲性h2(t)和第一滤波器的脉冲特性h1(t)有如下关系h2(t)=h1[(M-1)T-t]
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，M等于3并且所述的加权系数a1、a2和a3分别为1、-1/2、-1/2时，第一和第二滤波器的脉冲特性为h1(t)＝δ(t)- 1/2 δ(t-T)- 1/2 δ(t-2T)h2(t)＝- 1/2 δ(t)- 1/2 δ(t-T)+δ(t-2T)其中δ(t)为Dirac函数。
全文摘要
一种消除超声回声测深自动记录仪固定回波的装置，适用于对血液流速进行测量和成象的场合。它包括第一滤波器(100)，该滤波器由M条分别延迟(i—1)T的平行线i(T为重复周期)、给线i加权的部件(101i)和将延迟和加权后的线i相加的加法器(102)构成。它至少还包括一个与第一滤波器平行连接的结构相同、相位移为(M—1)T的第二滤波器(200)。第二滤波器和第一滤波器的脉冲特性h
文档编号G01S7/526GK1030827SQ88106018
公开日1989年2月1日 申请日期1988年7月6日 优先权日1987年7月9日
发明者帕德里克·勒内·佩斯基, 奥迪尔·玛丽亚·安德烈·博尼富 申请人:菲利浦光灯制造公司