专利名称：用于超声波成像技术领域的方法和仪器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及超声波成像领域。特别的，本发明的具体实施例涉及用 于频谱图像的方法和系统。
背景技术：
超声波被用于对各种器官、心脏、肝脏、胎儿和血管进行成像。对于心 血管疾病的诊断，频谱多普勒通常被用于测量血流速度。由于与没有空间辨
别能力的连续波(cw)技术相比，脉冲频谱多普勒技术具有对血管中的速
度进行采样的空间采样能力，而且可以沿着超声波束对所有的信号进行采样， 因此脉冲频谱多普勒技术通常得到使用。
多普勒技术中，超声波以脉冲重复频率(PRF)进行传输，并且随着在 接收到的超声波信号中的频移(多普勒移频)而检测血流速度。接收到的超 声波与和传输超声波频率相同频率的同相(0度)和正交(90度)的基准信 号混合。经过低通滤波高频部件(即二次谐波)之后，只得到了基带信号。 壁滤波(wall-filtering)(如高通滤波)应用于基带信号以从组织去除强杂波 噪声和缓慢移动如血管壁的组织，从而产生复杂I-Q多普勒信号。
通常，I-Q多普勒信号被输入到诸如快速傅立叶变换(FFT)的频谱分析 器，以得到代表血流速度的多普勒频谱。多普勒移频与血流速度存在如下关 系
此处A/是多普勒移频，乂是传输频率，v是血流速度，0是超声波束方 向和速度矢量间的夹角，c是声速。
通常使用128点、256点或512点快速傅立叶变换(FFT)。因为多普勒 信号是通过脉冲超声波(以及采样)技术得到的，所以采样理论规定了最大 频率界限。最大频率通常是脉冲重复频率(PRF)或》w的一半。因为在复
10杂I-Q多普勒信号上执行FFT，所以负方向的血流速度出现于负频域。因此， 多普勒频谱FFT输出具有相应于负速度的负频率。这样，多普勒频谱通常具 有从—￥到￥的频率范围。但是，负频率范围可分配为表示大于,且一直到 》^的正频率。在相反的情形中，正频率范围可分配为表示小于—,且一直到 一力，的负频率。多普勒频谱模型中，上述情形是通过基线移动执行的。基 线移动在正频率或负频率方向上移动零频率基线的位置。这样，在极端的情 形中由于基线移动的作用，多普勒频谱可具有从一/zw^到0或从0到》^的范 围。全部频率范围恒为》w。
通常在心血管应用方面，血流速度可能超过这些最大速度，从而导致混 淆(aliasing)。混淆发生时，频谱可环绕在正的最大频率处，超过最大界限 的频率出现于负频率；或者可环绕在负的最大频率处，超过负的最大界限的 频率出现于正频率。混淆使得确定血流速度变得困难。
相反地，/zw可能太大以至于不能准确测量血流速度。最大血流速度(最 大频率)可能只有最大频率界限的大约十分之一，造成所显示的频谱太小以 至于不能准确测量。
大多数超声波应用中，用户手动调节相应于血流速度的PRF，和/或手动 调节相应于频谱标度中的零速度而作为零频率位置的基线。但是，用户在调 节这些设定中所花费的时间更应该用于诊断上面。
这就存在解决这些问题的必要。
发明内容
本发明的发明人发现人们期望存在一种获得多普勒频谱中的最大频率并 用作混淆检测器的系统和方法。当混淆发生时，最大频率从正频率巻绕到负 频率，或从负频率巻绕到正频率。当检测到混淆时，基线就被移动以适应在 正确的频率极性中被巻绕频率的大小。
本发明的一个方案提供了一种用于多普勒频谱中探测和校正混淆的方 法。根据本发明的该方案的方法包括随时间接收多普勒频谱信号；从多普勒 频谱计算最大频率/ 和最小频率随时间追踪最大频率/^和最小频率
如果在正频率区域中的频率变化(巻绕)到负频率区域，那么检测混淆 是否发生自最大频率或如果在负频率区域中的负频率变化(巻绕)到正频率区域，那么检测混淆是否发生自最小频率/^;并且如果检测到混淆， 那么根据最大频率偏差/a在正或负方向上移动分隔多普勒频谱的负和正频率 区域的零频率基线。
本发明的另一方案提供了一种用于确定超声波系统的脉冲重复频率的方 法。根据本发明的该方案的方法包括随时间接收多普勒频谱信号；从多普勒 频谱计算最大频率/自x，从多普勒频谱计算最小频率/^;随时间追踪最大频 率/^ 和最小频率/自；捕捉被追踪的最大频率/^;c的最高值Am和最小
频率的最低值将最高值/Wg/2和最低值作比较以确定
最大频率/,;c和最小频率/^是否是双极的、还是负或正的单极的；如果最大 频率/^ 和最小频率/^是双极的，贝U:基于最高最大频率/n'gA/^和最低最 小频率/ow /_之间的差值确定频带宽度，将频带宽度与当前PRF设定值作 比较，如果频带宽度大于当前PRF设定值，则增大PRF设定值，如果频带 宽度小于当前PRF设定值的预定分数，则减小PRF设定值，如果频带宽度 小于当前PRF设定值但同时大于当前PRF的预定分数，则使用当前PRF设 定值；如果最大频率/^和最小频率/^是正的单极的，贝U:将当前正的最大 频率界限6/麼与最高最大频率/2妙厶j乍比较，其中如果最高最大频率A妙 厶^大于当前正的最大频率界限6/^"则增大当前PRF设定值到相应于最高 最大频率/z/g/z / ^的设定，如果最高最大频率/H'g/z/,x小于当前正的最大频 率界限^/pw，则将低级阈值6力/^^与最高最大频率/"'g/2/,j乍比较，其中 如果最高最大频率/H'g/z/^小于低级阈值^^/pw，那么减小PRF直到与最高 最大频率/2/g/2厶^相等；如果最大频率/ ^和最小频率/她是负的单极的，贝U: 将当前负的最大频率界限-(7-^i/w F的绝对值与最低最小频率/ow /,的绝对 值作比较，其中如果最低最小频率/cm/^的绝对值大于当前负的最大频率界 限-^-Z^々^的绝对值，那么增大当前PRF设定值到相应于最低最小频率/om; /^的绝对值的设定，如果最低最小频率/ow /一的绝对值小于当前负的最大 频率界限—y-6"/w^的绝对值，那么将低级阈值-6/7-6"/w^的绝对值与最低最 小频率fow 的绝对值作比较，其中如果最低最小频率fow 的绝对值小 于低级阈值-6/7-W》^的绝对值，那么减小PRF到与最低最小频率/， 的绝对值相等。
本发明的另一方案提供了一种用于确定超声波系统的脉冲重复频率的方 法。根据本发明的该方案的方法包括设定初始脉冲重复频率；随时间接收多普勒频谱信号；从多普勒频谱计算最大频率从多普勒频谱计算最小频
率/^;随时间追踪最大频率y;^和最小频率/^;捕捉被追踪的最大频率/^
的最高值Wg/z/^和最小频率/^的最低值将最低最小频率/ow/w,
的绝对值与最高最大值厶ox的绝对值作比较，以确定是正频区域还是负
频率区域占优势；如果最高最大值&gAAM较大，那么正频率区域占优势并 且计算正的低级阈值626/^^，并且将正的最大频率界限6/^^和正的低级阈 值^)/，与最高最大频率/z妙/,作比较，其中如果最高最大频率A妙/皿 小于正的低级阈值&^/^F，那么减小PRF直到正的最大频率界限6/mf与最
高最大频率相等，或混淆开始发生在负的最大频率界限-〃-^)/;w处， 无论哪个先发生，而且其中如果最高最大频率&g/2 /^大于正的最大频率界
限6/p^，那么增大PRF到与最高最大频率/ /g/z/,x相等，如果最低最小频
率/ow 的绝对值较大，那么负频率区域占优势而且计算低级阈值
-6/7-^/^，将负的最大频率界限-y-^/^的绝对值和低级阈值-6/7-W/p^ 的绝对值与最低最小频率fow /^的绝对值作比较，其中如果最低最小频率 /ow的绝对值小于低级阈值-^(7A)/w^的绝对值，那么减小PRF直到负的 最大频率界限-(7-&)/>^的绝对值为最低最小频率/ow /一的绝对值或混淆开 始发生于正频率界限处，无论哪个先发生，而且其中如果最低最小频率/ow 的绝对值大于负的最大频率界限-(7A)/pw的绝对值，那么增大PRF到与 最低最小频率fow厶w相等。
本发明另一方案提供了一种用于多普勒频谱中检测和校正混淆的系统。 根据本发明的该方面的系统包括用于随时间接收多普勒频谱信号的装置；用 于从多普勒频谱计算最大频率/^ 和最小频率的装置；用于随时间追踪最 大频率/^和最小频率/^的装置；如果在正频率区域中的频率变化(巻绕) 到负频率区域，用于检测混淆是否发生自最大频率A。x的装置；如果在负频 率区域中的负频率/^变化(巻绕)到正频率区域，用于检测混淆是否发生 自最小频率/一的装置；以及如果检测到混淆，根据最大频率偏差/a在正或
负方向移动分隔多普勒频谱的负和正频率区域的零频率基线的装置。
本发明另一方案提供了一种用于确定超声波系统的脉冲重复频率的系 统。根据本发明的该方面的系统包括用于设定初始脉冲重复频率的装置；用 于随时间接收多普勒频谱信号的装置；用于从多普勒频谱计算最大频率 的装置，用于从多普勒频谱计算最小频率/自的装置；用于随时间追踪最大频率/,和最小频率； 的装置， 用于捕捉被追踪的最大频率的最高值/2妙 /,和最小频率的最低值/0W的装置；用于将最低最小频率/，/w, 的 绝对值与最高最大值/2/g/2/^的绝对值作比较以确定正或负频率区域哪个占 优势的装置，如果最高最大值/2&/7/ ^较大，那么正频率区域占优势而且计 算正的低级阈值和用于将正的最大频率界限^/p^和正的低级阈值 W/，与最高最大频率/2妙/薩作比较的装置，其中如果最高最大频率/2妙 /^小于正的低级阈值6》/PW，则不管哪个先发生减小PRF直到正的最大频 率界限6/P^与最高最大频率/,j目等，或者混淆开始发生于负的最大频 率界限-"-^^^处，而且其中如果最高最大频率/2/gA/ ^大于正的最大频率
界限6/，，那么增大PRF到等于最高最大频率A妙/,，如果最低最小频率
/0w/^的绝对值较大，那么负频率区域占优势而且计算低级阈值-^(7-^)/pw;
用于将负的最大频率界限-(7-~)/ ^的绝对值和低级阈值-62(7-&)/^,的绝对
值与最低最小频率/mv的绝对值作比较的装置，其中如果最低最小频率
/ow/WOT的绝对值小于低级阈值-^(7-^)/p^的绝对值，那么减小PRF直到负的
最大频率界限-(7-6;)/p^的绝对值为最低最小频率foW /^的绝对值，或者混
淆就开始发生于正频率界限处，无论哪一个先发生，而且其中如果最低最小
频率/mv /她的绝对值大于负的最大频率界限-(/-^)/^的绝对值，那么增大 PRF直到与最低最小频率/歸/油相等。
在附图和下面的描述中将对本发明的一个或多个具体实施例的细节予以 阐述。本发明的其它特点、目的和优点将从说明书、附图和权利要求的阐述 中变得清晰。
图1是表示展示出混淆的最大多普勒频率的示意图。
图2A是表示百分位数频谱的最大多普勒频率的示意图。
图2B是表示百分位数频谱的最小多普勒频率的示意图。
图3是表示校正的基线移动后的最大多普勒频率的示意图。
图4是表示频谱的最小、平均和最大频率的示意图。
图5A是表示多普勒频谱的双极最大和最小频率的示意图。
图5B是表示多普勒频谱的单极正的最大和最小频率的示意图。
图5C是表示多普勒频谱的单极负的最大和最小频率的示意图。图6是描述自动基线移动方法的示范性流程图。
图7是描述自动PRF设定和基线移动方法的示范性流程图。
图8是描述带有固定基线的自动PRF设定方法的示范性流程图。
图9是带有自动基线移动和PRF设定的示范性超声波系统。
图10是表示随时间变化的最大和最小频率的示范性多普勒频谱。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的具体实施例进行描述，其中相同的数字始终
代表相同的元件。在详细解释本发明的具体实施例之前，需要理解的是本 发明并不仅限应用于下面描述中所阐述或附图中所阐明的例子的细节。本发 明还能够以多种应用和多种方式实施或执行其它实施例。而且，需要理解的 是此处所使用的措词和术语是为了描述的目的，而不应被认为是进行限制。 这里使用的"包含"、"包括"或"具有"及其变形意味着包括后面所列的 项目及其等价物以及附加项目。术语"安装的"、"连接的"和"结合的" 被广泛地使用而且包括直接和间接的安装、连接和结合。甚至，"连接的" 和"结合的"并不限于物理或机械的连接或结合。
应该注意的是，本发明并不限于所描述的或在图中所暗示的任何特殊的 软件语言。本领域中的任一普通技术人员将会理解可使用多种可选择的软件 语言来实施本发明。同样可以理解的是，其中的一些部件和项目被当作硬件 阐明和描述，因为这在本领域内是常用做法。但是，基于对上述详细描述的 阅读，本领域中的任一普通技术人员将理解在至少一个实施例中，本方法和 系统中的部件可以以软件或硬件实施。
图9表示带有自动基线移动和PRF设定的超声波系统901。图6、图7 和图8表示了描述系统901所使用的各种方法的流程图。超声波信号从通过 发送/接收开关907的发送器905驱动的超声波探头903发送。接收器909接 收通过开关907从探头903接收到的超声波信号，并且处理信号911。
被处理的信号913结合到多普勒频谱处理器915、色流处理器(color flow processor) 921和B型图像处理器923。多普勒频谱处理器915包括多普勒信 号处理器917和频谱分析器919，并且处理多普勒流速信号，并计算且输出 多普勒频谱925。色流处理器921处理接收到的信号913，并计算且输出速度、功率和变化信号927。 B型图像处理器923处理接收到的信号913，并计算且 输出B型图像929或者通过振幅检测的信号振幅。
多普勒频谱信号925、色流处理器信号(速度、功率和变化)927和B 型处理器信号929结合到可将信号转换成扫描转换信号的扫描转换器931。 扫描转换器931的输出结合到用于显示超声波图像的显示监视器933。
被处理的信号913结合到用于计算时域中的多普勒流信号的多普勒信号 处理器917。多普勒流速信号结合到频谱分析器919，该频谱分析器919将时 域多普勒信号转换成其频谱频率分量925。频率分量或频谱925间接地结合 到脉冲重复频率(PRF)发生器935。依靠来自通过开关939结合到PRF生 成器935的手动用户输入937或来自自动基线移动和PRF设定处理器941的 输入，PRF发生器935产生脉冲重复频率(PRF)。自动基线移动和PRF设 定处理器941包括PRF设定装置943、基线位置装置945和可实施为DSP、 FPGA、 ASIC或作为分立部件的处理器947。处理器947得到基线移动和/或 结合到PRF发生器935的PRF设定。基线移动或者受控于通过开关959的 用户输入961，或者自动地受控于通过开关959的基线位置装置945。开关 959允许用户在用户输入模式或自动模式之间进行选择。
处理器947包括引擎，所述引擎可以计算最大频率和最小频率949，检 测混淆和偏差951，以及从多普勒频谱925中追踪最大频率953、最小频率 955和平均频率957。处理器947通过分析多普勒频谱925来最优化成像，并 且如果必要就产生PRF设定943和基线零频率移动945。
参照图6，在使用中，超声波系统901可使用用于如心脏、颈动脉或肝 脏成像的特殊应用的缺省PRF，以观察血流多普勒频谱(步骤602)。最大 PRF是超声波系统的最高频率范围或最高速度范围。
如图10所示，多普勒频谱图像输出925典型地是随时间变化的频谱，或 是以功率作为亮度相对于时间(横轴)变化的频率(竖轴)。多普勒频谱的亮 度表示在频率处的频谱功率。最大多普勒频率949计算自多普勒频谱925， 而且最大多普勒频率949作为如图IO所示的最大频率的曲线随时间被追踪。
最大频率引擎949将最大频率计算为百分位数频率。通过对所有频率中 的功率进行积分而首先得到多普勒频谱的总面积，如下面表达式的分母所示，
16此处^是频谱功率(或频谱振幅谱fl、或提高到"6的功率，此处6是实
数或任何获得自振幅的信号)。如99%或99.9%的百分位数应用于产生百分 位数面积的全部面积(即公式(2)的分母)。第二个积分(公式(2)的分子) 始于零频率，且当此积分达到百分位数面积时终止。最大频率是积分停止处 的频率。在频谱发生混淆的情况下，即使积分(公式(2)的分子)达到最大 频率范围，公式(2)也可能得不到满足。在这种情况下，积分继续到负的最 大频率范围并且在负频率范围中继续进行到零频率，直到公式(2)得到满足。
图2A表示在给定时间作为频率相对功率的多普勒频谱。图2A所示的多 普勒频谱表示了，对于介于正、负频率范围界限之间、即-(7-^)/w^到 之间的频谱样本，99%的频率代表了最大频率值/ ^ (步骤604)，此处&为 介于0和1之间的分数而且确定了零频率基线的位置，这样就确定了从0到 ^6^的正频率范围和从-(7Aypw到0的负频率范围。如果6尸1/2，那么正 频率范围和负频率范围相等。对于每个频谱样本的最大频率值/^就如同曲 线的最大频率值那样随时间而被追踪。
可使用降噪技术来降低来自多普勒频谱925中的噪声。多普勒频谱功率 可由降噪增益控制来抑制。功率谱可由振幅谱"或提高到^的功率来代替， 此处b是实数或任何来自振幅的信号。
图1表示了被混淆的最大频率/^曲线101。最大频率曲线101可相对 于零频率基线103在正或负频率方向上移动。
但是，如果最大频率二^超过PRF频率范围界限，即正的最大频率界限 ^/p^或负的最大频率界限-(7-^)/^"那么如^/p^处所示，大于频率界限的 频率就改变(巻绕)到相反的最大频率区域。所述突然的极性改变由混淆检 测器和偏差引擎951检测为混淆(步骤606， 610)。在频率由正转变到负105 的基线附近，可以自然地发生极性变化而没有混淆。
当检测到混淆时，由偏差引擎951计算最大频率偏差/。，该最大频率偏 差/。相应于从最大正频率范围界限6^^或最大负频率范围界限-(7-~//，巻 绕的频率的振幅。图1中，计算来自负的最大频率范围-(7-6;)/p^的最大偏差/a。当PRF太小而且混淆发生时， 一个以上的频率极值可能发生混淆(频率
巻绕)，如X" /。2、 /。3等。混淆检测器和偏差引擎951检测每个混淆(频率
巻绕)，并且将所有被混淆的频率作比较以发现在观察期间内的最大频率偏差 /"。
取决于正或负频率是否被混淆，最大频率偏差x被用于在正或负频率方
向上偏移基线103。预定频率安全余量乂可被增加到最大频率偏差力，以确 保在实施基线103的移动之后，将不会有大于最大正频率界限6/mf或最大
负频率界限-(A^)/p^的频率。基线移动由下式决定
基线移动=±(/^+乂) (3)
式(3)中的符号显示了基线移动的方向。负号显示基线在负频率方向移 动，而正号显示基线在正频率方向的移动。
图3表示基线移动到图1中被混淆的最大频率/,x曲线101的结果。基 线移动301在正或负频率方向调节基线以得到没有被混淆的最大频率；Lu曲 线303。因为图1中的最大频率偏差乂在负频率范围被检测到，所以式(3) 中的方向是负的，并且基线103由被计算出的基线移动303所代替，该基线 移动303包括最大频率偏差/fl和预定的频率安全余量乂 (式(3 ))(步骤608)。 图6中的方法调节了基线而且维持了恒定的PRF设定。
当基线被移动时，正和负频率范围随着基线移动而改变。在基线移动之 后，正的最大频率界限变成^^,/。+^，而负的最大频率界限变成-(1如}^, /a+/w。例如，如果用于图1的被i力算出的基线偏移为—(3)，那么图3 中的基线301在负频率方向被，动+"。如果当前PRF分数&为1/2，那么 这意味着负和正频率范围是从—*"到0和从0到" 新的负频率范围变成从 一士^到0而且新的正频率范围变成从0至U^"f 。基线移动调节PRF分数
-基线移动 (4)
以上描述了使用最大频率的基线移动来校正在正频率界限处所经历 的混淆。这种方法通过使用最小频率/一而应用于负频率界限处。最小频率
y^被计算为百分位数值。如下的表达式的分母所示，首先通过对所有频率的 功率积分得到多普勒频谱的总面积，此处P是频谱功率(或频谱振幅谱"、或提高到^的功率，此处6为实
数或从振幅导出的任何信号)。如99%或99.9%的百分位数被应用于产生百 分位数面积的总面积。第二个积分(式(5)的分子)始于零频率且当积分达 到如图2B所示的百分位数面积时终止。最大频率是积分停止处的频率。在 混淆涉及负的最大频率的情况下，将使用最大频率的基线移动简单地通过最 小频率转换成基线移动。当最小频率从负的最大频率界限改变(巻绕)到正 的最大频率界限时，检测到位于负频率范围处的混淆。被混淆的部分将由前 述混淆在正的最大频率范围处相反方向上的基线移动所校正。
此外，最大频率和最小频率可由如下的交替的方法而得到。
首先，平均频率厶自由下式得到
(6)
然后，最大频率/^和最小频率/ 由下式计算:
此处/是频率，p是多普勒频谱功率(或频谱振幅谱a,或提高到^的 功率，此处6是实数或从振幅导出的任何信号)。
图7表示描述了同样包括调节PRF设定的基线移动的变量的流程图。最 大PRF首先可用于观察不会发生混淆的血流多普勒频谱(步骤702)。可选 地，首先可使用预置的PRF。
=0.999
(5)
=0.499，及 (7)
=0.499 (8).-.
厶
卵f^ =与上面情况类似，当计算多普勒最大频率A^、最小多普勒频率/^和平
均多普勒频率A,时，通过最大频率引擎953、最小频率引擎955和平均频率引擎957计算。图4表示多普勒功率谱，识别该频谱的已被计算出的最大频率二^、最小频率/皿"和平均频率^,的值。对于每个频谱样本，其最大频率A 、最小频率/一和平均频率/n,的值像曲线一样被随时间追踪。可如下首先从频谱925计算平均频率A,作为一阶矩<formula>formula see original document page 20</formula>
(9)
此处/是频率，且p是多普勒频谱功率(或频谱振幅谱"，或提高到"力的功率，此处6是实数或从振幅导出的任何信号)。
在平均频率A，从频谱被计算出来后，最大多普勒频率/皿x和最小多普勒频率/^也被计算出。
最大频率/,x和最小频率被计算为从被计算的平均频率/^。"值的频谱的百分位数。例如，从平均频率A,， 49.9%的最大频率/^可在从平均频
率A,开始的正频率方向上被计算出来。相似地，最小频率/一在负方向上被计算出来。
最大频率/匿和最小频率/油一起设定了全部频谱功率的99.8%的合并边界，如下
,max
=0.499 ,及
(10)
勺
=0.499
(11)
因为平均频率^，值是频谱的加权平均频率，只要百分值小于50%，那么最大频率/^和最小频率/^的值就通过使用公式(10)和(11)由最大引擎953和最小引擎955计算出来(步骤704)。可选地，最大频率和最小频率的值可分别使用公式(2)和(5)来计算。
20图5A、图5B和图5C表示了随时间变化的被计算出的最大频率厶。《501和最小频率503的值。所述曲线设定了高的多普勒频谱边界/ 'g/2/w。, 505和低的多普勒频谱边界/ow507。最大多普勒频率曲线的最高值/z/g/z505和最小多普勒频率/一曲线的最低值fow/^被捕捉并被记录。
如果最大频率/自x曲线或最小频率曲线在观察期间经历混淆(如图1所示)，那么混淆检测器和偏差引擎951通过将每个被巻绕的频率所经历的偏差加到其各自的被削减的峰值(clipped peak)而继续追踪最大频率/,曲线和最小频率曲线。如果在正的最大频率范围和负的最大频率这两个范围都检测到削减(clipping),那么当前PRF的设定就太小了。
如果所有频率分量都位于可能包括校正过的混淆频率(如果频谱曾被混淆)的正频率区域中，那么频谱就是单极正的。如果所有频率分量都位于可能包括校正过的混淆频率(如果频谱曾被混淆)的负频率区域中，那么频谱就是单极负的。在校正混淆(如果频谱曾被混淆)之后，如果频率分量位于正和负频率两个区域中，那么频谱就是双极的。
图5A表示了双极的频谱。最高最大频率/2妙505和最低最小频率507之间的频带宽度509被计算并被用于确定用于基于观察期间的最佳图像显示的新PRF。所述频带宽度为，
频带宽度=(/n'^/,)-( fow/她) (12)
其可被认为用于记录被观察的血流的最小PRF。可添加频率安全余量A和,2以调节确保在频谱和最大频率范围之间的余量充足的频带宽度509。
调节过的频带宽度=((/^"/臓)-("w/加"》+/w+/j2 (13)
调节过的频带宽度与当前PRF设定作比较(步骤706)。如果调节过的频带宽度大于当前PRF设定943，
调节过的频带宽度 > 当前(14)
那么当前PRF设定943由处理器947增加到相应于调节过的频带宽度的设定，并且被输出到PRF发生器935(步骤718)。如果调节过的频带宽度小于当前PRF设定，那么可能不发生混淆但是当前PRF设定可能会太大。进一步，将当前PRF设定的分数与调节过的频带宽度作比较，以将PRF 减小到产生最佳图像显示的值。如果PRF设定对于血流速度太大，那么多 普勒频谱925显示将会太小以至于不能准确表示血流速度。
当前PRF的分数被用作低级阈值。介于0和1之间的预定的分数，如l ，
可用作分数。
(分数)(当前户^<调节过的频带宽度 < 当前Pi F (15)
如果调节过的频带宽度小于分数PRF，那么多普勒频谱图像需要增大 尺寸(步骤708)。因此，PRF 943被减小到调节过的频带宽度并且被输出 到PRF发生器935(步骤716)。减小或增大PRF设定，直到调节过的频带宽 度小于当前PRF设定而大于分数PRF。
图5B表示的是单极正频谱。此情形中，最高最大频率505加 上频率安全余量A被用于确定新的PRF。将最高最大频率/H'g/^X^ 505加上 频率安全余量乂/与当前正的最大频率界限6//^作比较。如果最高最大频率 A妙/皿505加上频率安全余量,7大于当前正的最大频率界限943，
(/ 'g/ /max> (16)
那么当前PRF设定943由处理器947增大到对应于最高最大频率/n'g/z ^。， 505加上频率安全余量A的设定，并且被输出到PRF发生器935。如果 最高最大频率&gA/^505加上频率安全余量/w小于当前正的最大频率界限
6//^，那么可能不发生混淆但是当前PRF可能被设定得太大。
进一步，将最高最大频率/2&/2/ ^505加上频率安全余量/^与当前正的 最大频率界限6//>^的分数作比较以减小PRF到产生最佳图像显示的值。如 果对于血流速度的测量而言PRF设定太小，那么就将发生混淆。但是，如 果对于血流速度而言PRF设定太大，那么多普勒频谱925显示将太小以至 于不能准确表示血流速度。
22正的低级阈值(此处^是介于0和1之间的分数)被计算并且
与最高最大频率505加上频率安全余量&作比较。<formula>formula see original document page 23</formula>
如果最高最大频率/2^/2/^ 505加上频率安全余量乂7小于当前正的最大
频率界限6/p^，那么多普勒频谱图像就需要增大尺寸。因此，PRF 943被 减小到最高最大频率加上频率安全余量Mg/2 而且被输出到PRF发生
器935。减小或者增大PRF设定，直到最高最大频率/2/g/2/目，505加上频率 安全余量乂；小于当前正的最大频率界限6/^F，同时大于正的低级阈值
图5C表示的是单极负频谱。此情形中，最低最小频率/mv/^507加上 频率安全余量/^被用于确定新的PRF。将最低最小频率/ow/*507加上频 率安全余量义2与当前负的最小频率界限-(/A)/p^作比较。如果最低最小频 率/ow /w/ 507的绝对值加上频率安全余量乂2大于当前负的最大频率界限 -(l-bl)fPRF943的绝对值，
<formula>formula see original document page 23</formula>当前PRF设定943由处理器947增加到对应于最低最小频率/ow/顯507 的绝对值加上频率安全余量,2的设定，并被输出到PRF发生器935。如果 最低最小频率/ow/w》507的绝对值加上频率安全余量/^小于当前负的最大 频率界限-(/"^)/w^的绝对值，那么可能不发生混淆但是当前PRF设定可能 会太大。
进一步，将最低最小频率fow /*507的绝对值加上频率安全余量,2与
当前负的最大频率界限-(7-^)/p^的绝对值的分数作比较，以将PRF减小到 产生最佳图像显示的值。如果对于测量血流速度来说PRF设定太小，那么 将会发生混淆。但是，如果对于血流速度来说PRF设定太大，那么多普勒 频谱925显示将会太小以至于不能准确表示血流速度。
负的低级阈值-62(7-^)/p^ (此处62是介于0和1之间的分数)被计算 并且与最低最小频率/ow/OT/ 507加上频率安全余量乂2作比较，最低最小频率/，/一507加上频率安全余量力2又与当前负的最大频率界限-(7-~)/^作 比较。
&(7-&)//^<| l+X (19)
如果最低最小频率/ow/ 507的绝对值加上频率安全余量乂2小于当前 负的最大频率界限-(7A)/w^的绝对值的分数，那么多普勒频谱图像就需要 增大尺寸。因此，PRF943被减小到最低最小频率/ow/一507的绝对值加上 频率安全余量/w，并且被输出到PRF发生器935上。减小或者增大PRF设 定，直到最低最小频率fow/一507的绝对值加上频率安全余量&小于当前 负的最大频率界限-(/-6;)/>^的绝对值，同时大于负的低级阈值-62 C -6;)/w^ 的绝对值。
如果不管频谱是双极的、还是正或负的单极，在调节PRF后检测到混 淆，那么如上所述通过基线移动校正(步骤710、 720、 712、 714)。因为频 谱不必位于频率范围的中心，所以即使在PRF被确定的观察期间混淆没有 发生，在调节PRF之后混淆还是可能发生。在减小PRF之后，高的最大频 率或者低的最小频率可能超过相应的界限。
图8表示的流程图描述了调节PRF设定但没有进行基线移动的变量。 基线可被固定在正的最大频率范围和负的最大频率范围之间的任何预定的 位置。最初，PRF被设定为缺省的PRF值，或者最大PRF (步骤802)。在 所述PRF处被输超声波，而且执行多普勒频谱925处理以得到多普勒频谱。
如上述公式(10)和(11)，计算最大多普勒频率y^c和最小多普勒频
率/*。在观察期间(例如，至少一个心搏周期，心跳，或小于一个心搏周 期)监控最大多普勒频率/ ^和最小多普勒频率/*，并且记录最大多普勒 频率曲线的最高值&妙/,和最小多普勒频率/,曲线的最低值/嫌/一。 可以将频率安全余量力、/^加到最高最大频率Zn'g//的绝对值和最低 最小频率fow/^的绝对值，
l力妙/應l+A，及 (20)
(21)<formula>formula see original document page 24</formula>公式(20)和(21)被用于发现最佳PRF设定,将最高最大频率加上频率安全余量乂；与最大正的频率界限 ^/iW作比较。如果最高最大频率/H'gA/^加上频率安全余量/w大于正的最 大频率界限6/PfiF，那么将PRF增大到最高最大频率/,《加上频率安全
余量乂;的水平。相反地，将最低最小频率/ow/^的绝对值加上频率安全余
量力2与负的最大频率界限-(7-^)/^F作比较。如果最低最小频率fow/MW的绝 对值加上频率安全余量乂2大于负的最大频率界限-GA)/pw的绝对值，那么 将PRF增大到最低最小频率fow的绝对值加上频率安全余量,2 (步骤
806， 818)。
如果最高最大频率/n'g/z /,加上频率安全余量A小于正的最大频率界 限Z)/p^，而且最低最小频率/ow / ^加上频率安全余量乂2小于负的最大频 率界限-(7-^yp，那么将最高最大频率的绝对值与最低最小频率 /ow/一的绝对值作比较以确定哪侧的频率分量占优势(步骤808)。
所述比较确定正频率区域还是负频率区域占优势。如果
(I/w'g/ /,J+力/) > (I/ow/m, ) (22)
成立，那么正频率区域占优势而且计算正的低级阈值6》^w，此处^ 是介于0和1之间的分数。
将最高最大频率Wg/2/^加上频率安全余量力与正的低级阈值 作比较(步骤820)
6^/w^< ( +乂;) ( 23 )
如果条件(23)满足，那么PRF设定就完成(步骤814)。如果最高最 大频率/7妙/,加上频率安全余量义/ (12)小于低级阈值&6/，，那么将PRF 减小以满足条件(23)，与此同时维持在负频率范围没有混淆发生(步骤 816)。如果混淆开始发生，甚至在满足上述条件(23)之前停止减小PRF。
如果条件(22)不满足，那么负频率区域占优势并且计算负的低级阈 值-^CZ-^)/^^ (步骤808)。
最低最小频率/ow 的绝对值加上频率安全余量乂2与负的低级阈值(I > W-W， (24)
如果条件(24)满足，那么PRF设定就完成(步骤814)。如果最低最 小频率fow /她的绝对值加上频率安全余量乂2小于低级阈值-62(/-6;)/^的绝 对值，那么将PRF减小以满足条件(24)，与此同时在正频率一侧维持没有 混淆发生。如果混淆开始发生，那么甚至在满足上述条件(24)之前停止减 小PRF。
一个测试确定最高最大频率/皿加上频率安全余量A是否大于用
于混淆的最大正频率界限6//^，或者，最低最小频率/ow/目的绝对值加上
频率安全余量是否大于用于混淆的最小负频率界限-^(7-^yp^的绝对值。
如果最高最大频率/H'w /^加上频率安全余量A小于最大正频率界限
6/P炉而且，如果最低最小频率/ow/画的绝对值加上频率安全余量力2小于 最小负频率界限-^-^)/ ^的绝对值，那么就进行另一个测试。
另一个测试确定，如果正频率占优势(或者说条件(22)成立)，那么
最高最大频率Wg/z/^加上频率安全余量/w是否大于正的低级阈值Z^/^^ 或者，如果负频率占优势(或者说条件(22)不成立)，那么最低最小频率 /ovt;/^的绝对值加上频率安全余量乂2是否大于负的低级阈值-^(/-^^^的 绝对值。所述测试确保多普勒频谱对于显示足够大。如果PRF太高，那么 多普勒频谱显示受损，而且这对于准确的医疗诊断来说是不可接受的。在所 述变量中，基线103被固定且不能作基线移动。
因为基线没有被移动，所以在没有占优势的频率区域中减小的PRF可 能在频谱中导致混淆。例如，如果正频率占优势，那么上述有条件的测试就 基于正频率最大值调节当前PRF而且相应地调节PRF。减小PRF的过程中， 联合了频谱的负的部分可能开始被混淆。当频谱的负的部分开始混淆，停止 减小PRF。
已经描述了本发明的一个或多个实施例。不过，可以理解的是，在不 脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实施各种改变。因此，其它实施例 包括于随后的权利要求的范围内。
权利要求
1、一种用于检测和校正多普勒频谱中的混淆的方法，其包括随时间接收多普勒频谱信号；由所述多普勒频谱计算最大频率fmax和最小频率fmin；随时间追踪所述最大频率fmax和最小频率fmin；如果正频率区域中的频率改变(卷绕)到负频率区域，则检测混淆是否发生自所述最大频率fmax，或如果负频率区域中的频率改变(卷绕)到正频率区域，则检测混淆是否发生自所述最小频率fmin；及如果检测到混淆，则根据最大频率偏差fa在正或负方向上对分隔多普勒频谱的负频率区域和正频率区域的零频率基线进行移动。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述多普勒频谱信号来自由振幅谱 、功率谱"2或提高到^的功率组成的组，这里6是实数。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，所述最大频率/^是所述多普勒频 谱的百分值。
4、 如权利要求l所述的方法，其中，所述最小频率/一是所述多普勒频 谱的百分值。
5、 如权利要求1所述的方法，进一步包括由自一个(正或负的)区域巻绕到另一个(负或正的)区域的频率的大小确定最大频率偏差/a。
6、 如权利要求1所述的方法，进一步包括 将频率安全余量乂加到所述最大频率偏差/。；及 将所述频谱基线移动所述最大频率偏差加上安全余量±"+乂)。
7、 一种用于确定超声波系统的脉冲重复频率的方法，其包括随时间接收多普勒频谱信号； 由所述多普勒频谱计算最大频率/w^由所述多普勒频谱计算最小频率/^; 随时间追踪所述最大频率/MM和最小频率/一；捕捉被追踪的所述最大频率/^的最高值/"'g/2/^^和所述最小频率/_的 最低值W/腿；将所述最高值/2/g/2/ _和所述最低值fow/一作比较，以确定所述最大频率/,x和最小频率/^是双极、负的单极还是正的单极的；如果是双极的情况基于所述最高最大频率A妙/皿和所述最低最小频率/，/#之间的 差而确定频带宽度；将所述频带宽度与当前脉冲重复频率设定值作比较；如果所述频带宽度大于所述当前脉冲重复频率设定值，则增大所述 脉冲重复频率设定值；如果所述频带宽度小于预定分数的当前脉冲重复频率设定值，则减 小所述脉冲重复频率设定值；及如果所述频带宽度小于所述当前脉冲重复频率设定值且大于所述预 定分数的当前脉冲重复频率设定值，则使用所述当前脉冲重复频率设定值；如果是正的单极的情况；将所述最高最大频率Wg/2厶^与当前正的最大频率界限^/pw作比 较，其中如果所述最高最大频率/H'g/z /^大于所述当前正的最大频率界限 6//^，则将当前脉冲重复频率设定值增大到对应于所述最高最大频率"g/7 / ^的设定；如果所述最高最大频率/2妙/,小于当前正的最大频率界限 则将所述最高最大频率/2/g/2/^与低级阈值^^/p^作比较，其中如果所述最 高最大频率小于所述低级阈值Z>》//^，则减小所述脉冲重复频率直 到等于所述最高最大频率及如果是负的单极的情况将所述最低最小频率/ovv 的绝对值与当前负的最大频率界限 -(7-&)/^,的绝对值作比较，其中如果所述最低最小频率/ow /^的绝对值大 于所述当前负的最大频率界限-(7-^)/p^的绝对值，则将所述当前脉冲重复频 率设定值增大到对应于所述最低最小频率/ow的绝对值的设定；如果所述最低最小频率/ow 的绝对值小于所述当前负的最大频 率界限-(7-^)/p^的绝对值，则将所述最低最小频率/ow /^的绝对值与低级阈值A(/Ay，的绝对值作比较，其中如果所述最低最小频率/ow/一的绝对值小于所述低级阈值-62(7-^)/ ^的绝对值，则减小所述脉冲重复频率到等于 所述最低最小频率/ow的绝对值。
8、 如权利要求7所述的方法，其中，所述多普勒频谱信号来自由振幅谱 a、功率谱^或提高到^的功率组成的组，这里6是实数。
9、 如权利要求7所述的方法，其中，所述最大频率/^是所述多普勒频 谱的百分位数频率。
10、 如权利要求7所述的方法，其中，所述最小频率/牆是所述多普勒 频谱的百分位数频率。
11、 如权利要求7所述的方法，进一步包括如果在正频率区域中的频率巻绕到负频率区域，则检测混淆是否发生自 所述最大频率二w如果在所述负频率区域中的负频率巻绕到所述正频率区域，则检测混淆 是否发生自所述最小频率/^;以及如果检测到混淆，则根据最大频率偏差/。在正或负方向上对分隔多普勒 频谱的所述负频率区域和正频率区域的零频率基线进行移动。
12、 如权利要求7所述的方法，进一步包括如果在正频率区域中的频率巻绕到负频率区域，则检测混淆是否发生自 所述最大频率/ma;c;如果在所述负频率区域中的频率巻绕到所述正频率区域，则检测混淆是 否发生自所述最小频率/^;以及如果检测到混淆，则将被混淆的频率偏差加到所述被混淆的最大频率以 及加到被混淆的最小频率。
13、 如权利要求ll所述的方法，其中，所述频率偏差还包括由自一个(正或负的)区域巻绕到另一个(负或正的)区域的频率的大 小确定所述最大偏差/。，以计算所述最大频率/皿Y和所述最小频率/^。
14、 如权利要求13所述的方法，进一步包括 将频率安全余量加到所述最大频率偏差/a;及将所述频谱基线移动所述最大频率偏差乂加安全余量。
15、 如权利要求7所述的方法，进一步包括将频率安全余量加到所述频带宽度、最高最大频率&g/7 y;^或最低最小频率fow/^的绝对值；及与所述当前脉冲重复频率作比较。
16、 一种确定用于超声波系统的脉冲重复频率的方法，其包括 设定初始脉冲重复频率；随时间接收多普勒频谱信号；由所述多普勒频谱计算最大频率/^; 由所述多普勒频谱计算最小频率/^; 随时间追踪所述最大频率/,-和最小频率/^;捕捉被追踪的所述最大频率/皿的最高值A妙/^和所述最小频率/自的 最低值/ow/"将所述最高最大值/2/g/z的绝对值与所述最低最小频率的绝对值作比较，以确定所述正频率区域和负频率区域哪个占优势；如果所述最高最大值/H'g/2yL,较大，则所述正频率区域占优势且计算正的低级阈值6^/zw;及将所述最高最大频率/z妙/,与所述正的最大频率界限6/，和所述正的低级阈值W/，作比较，其中如果所述最高最大频率/2妙/_小于所述正的低级阈值&6//>w，则执行减小所述PRF直到所述正的最大频率界限 等于所述最高最大频率Zn'gA /,r或者混淆开始发生于所述负的最大频率界限-(7-6;)/p^处，这里执行先到来的那个，而且其中如果所述最高最大频率AM大于所述正的最大频率界限6/i^，则增大所述脉冲重复频率直到等于所述最高最大频率/"'gA/Mw;如果所述最低最小频率/ovt;/m, 的绝对值较大，则所述负频率区域占优势 并且计算负的低级阈值-62(7-&/，；将所述最低最小频率/ovv 的绝对值与所述负的最大频率界限 -(7-&)/ ^的绝对值和所述低级阈值-&(7-~)/^^作比较，其中如果所述最低最 小频率fow/m,. 的绝对值小于低级阈值-62(7-&)/^^的绝对值，则执行减小所述 脉冲重复频率直到所述负的最大频率界限-(7-^/wyr的绝对值为所述最低最小频率/mv/^的绝对值，或者混淆开始发生于所述正的频率界限处，这里执 行先到来的那个，而且其中如果所述最低最小频率/ow/,的绝对值大于所述 负的最大频率界限-(7-^)/w^的绝对值，则增大所述脉冲重复频率直到等于所 述最低最小频率/ow/TO 。
17、 如权利要求16所述的方法，进一步包括将频率安全余量加到所述最 高最大频率厶M和所述最低最小频率/OW/*的绝对值。
18、 如权利要求16所述的方法，其中，所述正的最大频率界限6^^和 所述负的最大频率界限-(7-^)/w^由所述脉冲重复频率和固定的零频率基线位置所确定。
19、 如权利要求16所述的方法， 频谱的百分位数频率。
20、 如权利要求16所述的方法， 频谱的百分位数频率。
21、 如权利要求16所述的方法， 于至少一个心搏周期的长周期。其中，所述最大频率/ ^是所述多普勒 其中，所述最小频率/一是所述多普勒 其中，观察期能够小于心搏周期，或小
22、 如权利要求16所述的方法，其中，由带有或不带有降噪的多普勒频 谱计算所述最大频率/^和所述最小频率/^。
23、 一种用于检测和校正多普勒频谱中的混淆的系统，其包括 用于随时间接收多普勒频谱信号的装置；用于由所述多普勒频谱计算最大频率/,;c和最小频率的装置；用于随时间追踪所述最大频率/^和最小频率/ 的装置；如果在正频率区域中的频率改变(巻绕)到负频率区域，检测混淆是否 发生自所述最大频率/^^的装置；如果在所述负频率区域中的频率改变(巻绕)到所述正频率区域，检测 混淆是否发生自所述最小频率/ , 的装置；以及如果检测到混淆，根据最大频率偏差/。对在正或负方向上分隔所述多普 勒频谱的负频率区域和正频率区域的零频率基线进行移动的装置。
24、 一种用于确定用于超声波系统的脉冲重复频率的系统，其包括用于设定初始脉冲重复频率的装置；用于随时间接收多普勒频谱信号的装置；用于由所述多普勒频谱计算最大频率厶^的装置， 用于由所述多普勒频谱计算最小频率/^的装置；用于随时间追踪所述最大频率/ ^和最小频率/,的装置；用于捕捉被追踪的所述最大频率Aw的最高值/^和所述最小频率 的最低值fow/^的装置；用于将所述最高最大频率/h'^二m的绝对值与所述最低最小频率 的绝对值作比较，以确定所述正频率区域和负频率区域哪个占优势的装置；如果所述最高最大频率/z/g/z / ^较大，则所述正频率区域占优势而且计 算正的低级阈值^^/w^;及用于将所述最高最大频率A妙/,与所述正的最大频率界限 述正的低级阈值6》/p^作比较的装置，其中如果最高最大频率/n'g^/^小于 所述正的低级阈值^6/mF，则执行减小脉冲重复频率直到所述正的最大频率 界限6//^等于所述最高最大频率/"'g/z/ ^，或者混淆开始发生于所述负的最 大频率界限-(/A)/w^处，这里执行先到来的那个，而且其中如果所述最高最 大频率/H'g/2/ ^大于所述正的最大频率界限6/w&，则增大所述脉冲重复频率 到等于所述最高最大频率/ 'g/2/ ^;如果所述最低最小频率/ow的绝对值较大，则所述负的频率区域占优 势而且计算低级阈值-^(/A)/w^用于将所述最低最小频率/ow 的绝对值与所述负的最大频率界限 -(^7/，的绝对值和所述低级阈值-62(7-^/，的绝对值作比较的装置，其中 如果所述最低最小频率/ow /^的绝对值小于所述低级阈值-^(7-^)/pw的绝对值，则执行减小所述脉冲重复频率直到所述负的最大频率界限-(7-6;y/，的绝对值为所述最低最小频率/0W的绝对值，或者混淆开始发生于所述正频率界限处，这里执行先到来的那个，而且其中如果所述最低最小频率/ovv/^" 的绝对值大于所述负的最大频率界限-(/-&)/^^的绝对值，则增大所述脉冲重 复频率到等于所述最低最小频率/ow/一。
全文摘要
获得多普勒频谱中的最大频率并用作混淆检测器。当混淆发生时，大于频率界限的频率从一个频率区域变化到另一个频率区域。当检测到混淆时，移动零频率基线以防止以后的混淆。
文档编号A61B8/06GK101646390SQ20088001058
公开日2010年2月10日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月29日
发明者田村正 申请人:阿洛卡株式会社