專利名稱：基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍的調(diào)整方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量，具體地說，涉及 基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍的調(diào)整方法及裝置。
背景技術(shù)：
諸如血流速度的物體運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量可以通過頻語(yǔ)多普勒技術(shù) 來完成。
例如，當(dāng)臨床醫(yī)生想要獲得有關(guān)病人的高速血流的有關(guān)信息時(shí)， 往往需要進(jìn)行連續(xù)波多普勒成像。醫(yī)用超聲波診斷系統(tǒng)中的連續(xù)波
(CW)多普勒成像的基本原理是通過探頭發(fā)射超聲波信號(hào)并檢測(cè) 超聲回波信號(hào)中的多普孝^頻移4言號(hào)，然后采用譜分析的方法來計(jì)算 血流和運(yùn)動(dòng)組織的速度，最后用聲語(yǔ)圖或者音頻信號(hào)來反映，其中 聲譜圖是將血流信號(hào)以速度(或者頻移)-時(shí)間曲線顯示在直角坐 標(biāo)上。


圖1示出連續(xù)波多普勒血流速度測(cè)量的聲譜圖，其中水平軸代表 時(shí)間，縱軸代表速度(或者頻移)?？v軸的正向最大值和負(fù)向最大 值分別代表朝向或者背離探頭方向血流信號(hào)的測(cè)量極限值，在連續(xù) 波多普勒成像中對(duì)應(yīng)的就是連續(xù)波多普勒信號(hào)的奈奎斯特采樣率。
圖2示出多普勒信號(hào)的處理流程。從人體返回的攜帶血流多普勒 頻移信息的回波信號(hào)Sjj在波束合成/放大單元中經(jīng)放大合成后形成射 頻回波信號(hào)Sk,射頻回波信號(hào),&又經(jīng)正交解調(diào)單元解調(diào)并經(jīng)濾波單元 濾波得到兩路正交的多普勒頻移信號(hào)^和Sc3,多普勒頻移信號(hào)&和S(j 在模數(shù)轉(zhuǎn)換單元中轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻移序列Dj和DQ (數(shù)據(jù))，數(shù)字頻移 序列D,和D。然后在數(shù)據(jù)處理單元中被緩存和處理，之后到達(dá)多普勒
5譜分析模塊進(jìn)行功率譜分析處理，最后通過圖像處理單元處理后顯 示在顯示單元上。
在許多情況下，血流速度的范圍在診斷開始之前是無(wú)法精準(zhǔn)預(yù) 測(cè)的。因此，臨床醫(yī)生在診斷過程中往往需要根據(jù)血流的實(shí)際速度
來改變多普勒成像血流速度的范圍測(cè)量(Scale),以達(dá)到最佳的測(cè) 量效果。
當(dāng)前，在連續(xù)波多普勒模式下實(shí)現(xiàn)改變速度測(cè)量范圍的方法一 般有兩種，它們都是基于對(duì)固定模數(shù)釆樣率下采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 二次采樣來實(shí)現(xiàn)的。方法一是通過對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字序列 (數(shù)據(jù))進(jìn)行簡(jiǎn)單降采樣處理來改變采樣率。方法二是對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元輸出的數(shù)字序列先進(jìn)行補(bǔ)零插值的升采樣、然后再進(jìn)行如方法 一所述的降采樣。
圖3示出使用降采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)血流速度測(cè)量范圍改變的超聲波診 斷系統(tǒng)的方框圖。當(dāng)醫(yī)生需要改變血流速度測(cè)量范圍時(shí)，通過輸入 超聲波診斷一個(gè)血流速度測(cè)量范圍值，超聲波診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 單元得到 一個(gè)降采樣因子。數(shù)據(jù)處理,單元按照這個(gè)降采樣因子對(duì)沖莫 數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行降采樣處理，即對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的 數(shù)據(jù)按這個(gè)降采樣因子進(jìn)行抽取或平均。以降采樣因子等于N (其中， N是正整數(shù))為例，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的離散數(shù)字序列每隔N個(gè)數(shù) 抽取一個(gè)或者對(duì)N個(gè)數(shù)據(jù)求取平均值以組成新的數(shù)字序列，抽取的過 程可以看作是在原模擬信號(hào)上將采樣率減小到1/N的結(jié)果。以降采樣 后頻率的 一半對(duì)應(yīng)的速度值為速度-時(shí)間曲線的縱軸最大值就達(dá)到了 改變血流速度測(cè)量范圍的目的。
如上所述的那樣，現(xiàn)有技術(shù)方案中改變血流速度測(cè)量范圍一般 是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理單元中對(duì)^莫數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字序 列進(jìn)行降釆樣來實(shí)現(xiàn)的。 .
方法一中采樣率的改變受P艮于模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣率。在已知超聲 波診斷系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入時(shí)鐘的頻率是固定的，所以輸出的數(shù)字序列的采樣率是固定(或者是有限幾檔可調(diào)的)，因而這種 改變血流速度測(cè)量范圍的方法最大的缺點(diǎn)就是會(huì)造成血流速度測(cè)量
范圍只能是超聲波診斷系統(tǒng)最大測(cè)量范圍的1/2、 1/3、 1/4……，測(cè) 量范圍的檔位變化過于粗糙，并且對(duì)于f/2 f之間的測(cè)量范圍就無(wú)法 實(shí)現(xiàn)。
方法二中雖然也t以實(shí)現(xiàn)精細(xì)改變血流速度測(cè)量范圍，但是由 于需要先對(duì)原來的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值、濾波再降采樣處理，所以需要占 用超聲波診斷系統(tǒng)的大量資源用于后處理。例如，為了完成插值、 濾波，會(huì)占用超聲波診斷系統(tǒng)更多的資源。這樣會(huì)帶來成本、功耗 的增加。例如，在使用FPGA實(shí)現(xiàn)這種功能時(shí)，計(jì)算的工作量增加， 需要相應(yīng)地增加FPGA芯片的力見才莫，從而增加了系統(tǒng)的成本。即使 在不需要增加或改變FPGA芯片的情況下(原有FPGA處理能力有 足夠的冗余)，也同樣會(huì)或多或少的影響功耗，這對(duì)電源等系統(tǒng)的 要求就會(huì)增加，特別在便攜系統(tǒng)中，這種影響往往更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
勒的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍的調(diào)整方法及裝置來克服。
本發(fā)明提供一種基于頻語(yǔ)多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整 方法，包括以下步驟接收輸入的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍；提供采樣 時(shí)鐘信號(hào)，其中所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率隨所接收的測(cè)量范圍的不 同而不同；按照所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒 頻移信號(hào)進(jìn)行采樣以得到所接收的測(cè)量范圍內(nèi)的多普勒頻移數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還提供一種基于頻i普多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào) 整裝置，其中包括測(cè)量范圍輸入單元，用于接收輸入的運(yùn)動(dòng)速度 的測(cè)量范圍；采樣時(shí)鐘提供單元，用于提供采樣時(shí)鐘信號(hào)，其中所 述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率隨所接收的測(cè)量范圍的不同而不同；數(shù)模轉(zhuǎn) 換單元，用于按照所述牟樣時(shí)4H言號(hào)的頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行采樣以得到所接收的測(cè)量范圍內(nèi)的多普勒頻移數(shù) 據(jù)。
本發(fā)明還提供一種超聲波成像系統(tǒng)，其中采用了本發(fā)明的基于 頻鐠多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整方法/裝置。
按照本發(fā)明的方法、裝置和系統(tǒng)，通過將現(xiàn)有技術(shù)中模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元采用的固定頻率時(shí)鐘信號(hào)(f)改為根據(jù)所接收的測(cè)量范圍而變 化的可調(diào)頻率時(shí)鐘信號(hào)，省老了現(xiàn)有技術(shù)中的變換采樣率單元，并
且克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于f/2 ~ f之間的測(cè)量范圍無(wú)法實(shí)現(xiàn)的缺陷。
優(yōu)選地，根據(jù)所接收的測(cè)量范圍，對(duì)一個(gè)較高固定頻率的時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)行分頻來得到上述可調(diào)頻率時(shí)鐘信號(hào)。由于只需要對(duì)較高固 定頻率的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分頻處理就可以得到速度測(cè)量范圍的 精細(xì)變化，達(dá)到精確的測(cè)量效果，因此，無(wú)需占用太多資源，對(duì)電 源的要求也會(huì)相應(yīng)地降低。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說巧，其中 圖1是連續(xù)波多普勒血流速度測(cè)量的聲譜圖； 圖2是多普勒信號(hào)的處理流程圖3是使用降采樣改變血k速度測(cè)量范圍的超聲波診斷系統(tǒng)的
方框圖4是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的超聲波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)的方框圖； 圖5示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速 度的測(cè)量范圍的調(diào)整方法；
圖6A和6B示出了可用于本發(fā)明的分頻單元；以及
圖7示出現(xiàn)有技術(shù)方法一與本發(fā)明方法得到的采樣率的對(duì)比。
具體實(shí)施例方式
圖4是可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種超聲波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)的方框
8圖。圖4所示的超聲波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)包含多普勒探頭，用于 接收攜帶有運(yùn)動(dòng)速度信息的超聲波回波信號(hào)；波束合成/放大單元， 用于對(duì)上述超聲波回波信號(hào)進(jìn)行波束合成和信號(hào)放大，得到射頻回 波信號(hào)；正交解調(diào)單元，對(duì)合成后的射頻回波信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)； 濾波單元對(duì)正交解調(diào)單元輸出的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波，得到運(yùn)動(dòng)速度 的多普勒頻移信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將模擬的多普勒頻移信號(hào)轉(zhuǎn)化 為數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)緩存單元，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 緩存；頻語(yǔ)多普勒譜分析單元,對(duì)多普勒信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，形 成聲譜圖；圖像處理單元，對(duì)聲鐠圖進(jìn)行圖像化處理，形成灰度圖 像；顯示單元，用于顯示灰度圖象；測(cè)量范圍接收單元，用于接收 輸入的多普勒成像中的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍；釆樣時(shí)鐘提供單元，根 據(jù)所接收的測(cè)量范圍給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元提供相應(yīng)的采樣時(shí)鐘信號(hào)。
應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施例中的多普勒探頭可以是CW多普勒變換 器陣列，它包括CW超聲波發(fā)射單元和反射CW超聲波接收單元。CW 超聲波發(fā)射單元將CW超聲波發(fā)射到感興趣的對(duì)象(例如工業(yè)流)， 被發(fā)射的CW超聲波由上述感興趣的對(duì)象散射，其中的一部分作為 回波由反射CW超聲波接收單元接收。應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施例中的 多普勒探頭還可以是其他已知的可用于連續(xù)波多普勒成像的其它探 頭。
波束合成/放大單元對(duì)多普勒探頭接收的反射CW超聲波進(jìn)行波 束合成，并進(jìn)行放大處理，輸出射頻信號(hào)SR。應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施 例中的波束合成/》丈大單元可以是已知的波束合成/放大單元。
在正交解調(diào)單元中，合成后的射頻回波信號(hào)與一對(duì)正交向量分 別相乘，以便得到諸如工業(yè)流的感興趣多普勒頻移信號(hào)。應(yīng)用于本 發(fā)明的實(shí)施例中的正交解調(diào)單元可以是任何可以實(shí)現(xiàn)上述功能的正 交解調(diào)單元。
濾波單元例如包括兩路濾波單元，分別對(duì)正交解調(diào)單元輸出的 兩個(gè)正交的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行濾波，每一路濾,波單元例如包括串接的CIC濾波器和FIR低通濾波器，用于濾除無(wú)用的信號(hào)分量，得到兩個(gè)正 交的多普勒頻移信號(hào)^和SQ。應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施例中的濾波單元 可以是任何可以實(shí)現(xiàn)上述功能的濾波單元。
模數(shù)轉(zhuǎn)換單元以采樣時(shí)鐘提供單元提供的時(shí)鐘信號(hào)的頻率做為 采用頻率，對(duì)兩個(gè)正交的多普勒頻移信號(hào)Sj和S(j進(jìn)行采樣，得到數(shù) 字多普勒頻移數(shù)據(jù)D,和DQ。
頻譜多普勒譜分析單元，對(duì)多普勒信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，形成 聲譜圖。應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施例中的頻譜多普勒譜分析單元可以是 任何可以實(shí)現(xiàn)上述功能的正交解調(diào)單元。
圖像處理單元，對(duì)聲譜圖進(jìn)行圖像化處理，形成灰度圖像供顯 示單元顯示。本發(fā)明的實(shí)施例不限于聲譜圖的顯示，還可以采用音 頻方式來再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度。
測(cè)量范圍接收單元，用于4妾收輸入的多普勒成像中運(yùn)動(dòng)速度測(cè) 量范圍。用戶將所要設(shè)定的運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍輸入到測(cè)量范圍接收 單元，測(cè)量范圍接收單元將對(duì)應(yīng)于用戶輸入的測(cè)量范圍的輸出信號(hào) 提供給采樣時(shí)鐘提供單元。測(cè)量范圍接收單元例如可以是鍵盤裝置， 其上設(shè)有數(shù)字/符號(hào)鍵，用戶通過數(shù)字/符號(hào)鍵輸入運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍 值。測(cè)量范圍接收單元也可以是其他接收裝置，例如指針輸入裝置 等。本發(fā)明的實(shí)施例中，測(cè)量范圍接收單元也可以是接收端子，運(yùn) 動(dòng)速度測(cè)量范圍來自外部，通過該測(cè)量范圍接收單元進(jìn)入釆樣時(shí)鐘 提供單元。 ，
采樣時(shí)鐘提供單元，根據(jù)所接收的測(cè)量范圍值給模數(shù)轉(zhuǎn)換提供 相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)。按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，采樣提供單元包括 分頻因子設(shè)置單元和分頻單元。按照一種實(shí)現(xiàn)方式，分頻因子設(shè)置 單元可以包括映射表，用于將運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍映射成相應(yīng)的分頻 因子M/N,其中N和M是正整數(shù)。圖6A示出一種分頻單元，該分 頻單元接收對(duì)應(yīng)于所接收的測(cè)量范圍值的分頻因子M (其中N = l) 和來自超聲波診斷系統(tǒng)的固定頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，分頻單元按照該分頻因子M對(duì)固定頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘(頻率-f)進(jìn)行分頻，并將分 頻所得的采樣時(shí)鐘信號(hào)(頻率-f/M)提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
釆樣時(shí)鐘提供單元不限于上述結(jié)構(gòu)，例如，分頻因子設(shè)置單元 可以不在采樣時(shí)鐘提供單元中，并且，分頻因子設(shè)置單元不必包含 映射表，而是通過其他方式(例如運(yùn)算單元等)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量 范圍到相應(yīng)的分頻因子的轉(zhuǎn)換。
通常，超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘一般較高(數(shù)十兆赫茲到數(shù) 百兆赫茲)，超聲波診斷系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣時(shí)鐘在各測(cè)量范圍的 精度約為數(shù)十赫茲，所以模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣率的精度也在數(shù)十赫 茲。而本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的CW運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量過程中對(duì)速度測(cè)量 范圍的要求約為數(shù)十千赫茲，因此在這個(gè)精度下可以認(rèn)為滿足了在 測(cè)量中的精細(xì)變化的需求。
進(jìn)一步地，采樣時(shí)鐘提供單元可包括鎖相環(huán)(PLL),以產(chǎn)生頻 率變化間隔進(jìn)一步減小的采樣時(shí)鐘信號(hào)。圖6B示出一種帶有PLL的 分頻單元，超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)(頻率-f)作為PLL的 一個(gè)輸入信號(hào)，PLL的輸出信號(hào)分別提供給第一分頻器和第二分頻 器，第二分頻器的輸出信號(hào)作為PLL的另一個(gè)輸入信號(hào)，第一分頻 器的輸出信號(hào)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣時(shí)鐘信號(hào)。如圖6B所示，分 頻因子為N/M，第一分頻器對(duì)輸入其中6"言號(hào)進(jìn)行M分頻，第二分 頻器對(duì)輸入其中的信號(hào)進(jìn)行N分頻，從第一分頻器輸出的最終采樣 時(shí)鐘信號(hào)的頻率為PN/M。，
本發(fā)明實(shí)施例的采樣時(shí)鐘提供單元可以借助FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程 門電路)、CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)、DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)、 ASIC (專用集成電路)、單片機(jī)等器件來實(shí)現(xiàn)。
雖然本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的固定時(shí)鐘信號(hào)是超聲波運(yùn)動(dòng)速度 檢測(cè)系統(tǒng)中的系統(tǒng)時(shí)鐘，然而，本發(fā)明的固定時(shí)鐘不限于超聲波運(yùn) 動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)中的系統(tǒng)時(shí)鐘，它也可以是超聲波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系 統(tǒng)外部來的時(shí)鐘信號(hào)。并且，上述鎖相環(huán)電路可以位于超聲波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)的外部，或者，上述時(shí)鐘信號(hào)提供單元可以位于超聲 波運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)系統(tǒng)的外部。
本發(fā)明的采樣時(shí)鐘提供單元不限于上述形式，例如，它還可以 是諸如可變頻率文氏電橋振蕩器，根據(jù)接收的速度測(cè)量范圍來選擇
文氏電橋振蕩器的RC參數(shù)，從而獲得相應(yīng)的輸出頻率的信號(hào)，作為 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的釆樣時(shí)鐘信號(hào)。
圖5示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速 度的測(cè)量范圍的調(diào)整方法。在步驟Sl,接收輸入的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量 范圍。在步驟S2,提供采樣時(shí)鐘信號(hào)，其中采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率隨 所接收的測(cè)量范圍的不同而不同。在步* S3,按照采樣時(shí)鐘信號(hào)的 頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行采樣以得到所接收的測(cè) 量范圍內(nèi)的多普勒頻移數(shù)據(jù)。我一個(gè)實(shí)施例中，步驟S2包括基于所 接收的測(cè)量范圍對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻來得到采樣時(shí) 鐘信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S2包括基于所接收的測(cè)量范圍得到 分頻因子的步驟S21;及按照所述分頻因子對(duì)所述固定頻率的固定時(shí) 鐘信號(hào)進(jìn)行分頻的步驟S22。
本發(fā)明的上述實(shí)施例不限于測(cè)量工業(yè)流的應(yīng)用，還可用于連續(xù) 波(CW)多普勒模式下可精細(xì)改變顯示血流運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍的超 聲波it斷系統(tǒng)和方法。
在這樣的連續(xù)波(CW)多普勒模式下可精細(xì)改變顯示血流運(yùn)動(dòng) 速度測(cè)量范圍的超聲波診斷系統(tǒng)中，與以往的超聲波診斷系統(tǒng)不同 的是，其連續(xù)波多普勒處理中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的模數(shù)采樣時(shí)鐘由超 聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘變頻來得到，這個(gè)由系統(tǒng)時(shí)鐘變頻得到的 采樣時(shí)鐘可以根據(jù)需要顯示的信號(hào)的速度范圍來確定。通過這樣一 個(gè)可精細(xì)變化的模數(shù)采樣時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)在連續(xù)波多普勒模式下精細(xì) 改變連續(xù)波多普勒成像中血流運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量的范圍。
按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的連續(xù)波(CW)多普勒沖莫式下可精細(xì)改 變顯示血流運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量范圍的超聲波診斷系統(tǒng)對(duì)血流流速測(cè)量的過程按以下步驟進(jìn)行
A:從超聲波探頭接收諸如血流的感興趣對(duì)象返回的超聲波回波 信號(hào)SE;對(duì)該回波信號(hào)Se迸行合成、放大處理以得到射頻信號(hào)SR;
對(duì)該射頻信號(hào)Sj^進(jìn)行正交解調(diào)、濾波處理，得到血流流體的模擬多
普勒頻移信號(hào)；
B:根據(jù)超聲波診斷系統(tǒng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換單元提供一個(gè)默認(rèn)的采樣時(shí) 鐘，在這個(gè)默認(rèn)的釆樣時(shí)鐘下，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將以相應(yīng)的采樣率將 解調(diào)后的模擬多普勒頻移信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字多普勒數(shù)據(jù)^和DQ;
C:對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字多普勒數(shù)據(jù)DT和DQ進(jìn)行數(shù)據(jù)緩 存并把緩存的數(shù)據(jù)送往多普勒語(yǔ)分析單元進(jìn)行頻譜分析，獲得血流 信號(hào)的聲諳圖，并通過圖像處理單元將其變換成灰階圖譜顯示出來。
D:臨床醫(yī)生可以根據(jù)這個(gè)譜圖，4定是否需要改變當(dāng)前的血流 速度的測(cè)量范圍，若需要改變，刑通過測(cè)量范圍接收單元接收一個(gè)
! 國(guó)
確定的測(cè)量范圍； ，.'
E:基于所接收的測(cè)量范圍對(duì)固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，并以分頻 后的信號(hào)的頻率作為采樣頻率，重復(fù)步驟C,得到醫(yī)生希望得到的譜 圖。
在前面的描述中已經(jīng)指出，在連續(xù)波多普勒血流速度測(cè)量中， 改變血流速度的測(cè)量范圍實(shí)質(zhì)上是改變對(duì)多普勒頻移信號(hào)的采樣 率。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣鐘是固定的，為了改 變信號(hào)的采樣率，需要對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采樣得到的數(shù)字序列進(jìn)行二 次采樣來改變血流速度的測(cè)量范圍，如果按前面提及的方法 一 那樣 只是對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的降采樣處理的話，則會(huì) 導(dǎo)致血流速度測(cè)量范圍的變化過;f粗糙。例如，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換單元 的采樣率為f,通過降采樣的方法能實(shí)現(xiàn)的實(shí)際采樣率則只能為f/2，
3/f, f/4......，這樣的測(cè)量范圍的變化過于粗糙，并且對(duì)于f/2 f之
間的測(cè)量范圍就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
如果需要在這種變采樣的方法基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)血流速度測(cè)量范圍的精細(xì)變化，就需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)tt一系列復(fù)雜的處理，即如 前面提及的方法二所述的那樣對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)據(jù)先進(jìn)行升 采樣然后再進(jìn)行抽取。例如，假設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸出采樣率為f,
而當(dāng)前的測(cè)量范圍需要達(dá)到(N/M)的釆樣率。那么，首先需要 對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)補(bǔ)零插值處理，在每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)
之間插入(N-l )個(gè)數(shù)據(jù)零。為了防止混疊，還需要進(jìn)行一個(gè)低通濾 波處理。最后再進(jìn)行每M個(gè)數(shù)據(jù)抽取一個(gè)的處理，從而得到所需的 采樣率P (N/M)。這個(gè)過程十分的復(fù)雜，計(jì)算量龐大，需要大量 的數(shù)字運(yùn)算資源并相應(yīng)占用大量的數(shù)字器件資源，這樣會(huì)帶來成本、 功耗等的增加。
如圖4所示，相對(duì)于圖3的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例把 現(xiàn)有技術(shù)中原先模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用的固定頻率時(shí)鐘信號(hào)(可以由晶 振或者其他時(shí)鐘產(chǎn)生設(shè)備提供)變換成t現(xiàn)在的根據(jù)血流的速度范 圍而變化的可調(diào)頻率時(shí)鐘信號(hào)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，省去了 變換采樣率單元，增力。了一個(gè)向模數(shù)轉(zhuǎn)換單元提供不同頻率時(shí)鐘信 號(hào)的采樣時(shí)鐘提供單元。
圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)的方法一和本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可達(dá)到的 采樣率檔位精度。由于超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘通常比較高(可 達(dá)幾百兆赫茲)，通過將系統(tǒng)時(shí)鐘分頻后提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元使用， 可以實(shí)現(xiàn)采樣率的變化間隔更加精細(xì)化。例如，假設(shè)方法一中的才莫 數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣率為96KHz而超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘為 160MHz (兆赫茲)，假定血流信號(hào)的頻移最大為48KHz，根據(jù)奈奎 斯特定理，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的采樣率需要96KHz。如果象現(xiàn)有技術(shù)的 方法一那樣利用降采樣的方式，所能得到的各降釆樣因子對(duì)應(yīng)的檔 位只能為96KHz、 48KHz、 16KHz、 8 KHz……。而按照本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施例，模數(shù)轉(zhuǎn)換單^的采樣率在不同的分頻因子下各檔位之間 的間隔可做到只有幾十赫茲，即連續(xù)波多普勒血流速度測(cè)量范圍的
檔位最小可在幾十赫茲之間變^b,這大大提高了測(cè)量的精度。當(dāng)超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的頻率大于160MHz時(shí)，連續(xù)波多普 勒血流速度測(cè)量范圍的檔位可能更加精細(xì)。同時(shí)，由于本發(fā)明的一 個(gè)實(shí)施例的方法只是對(duì)超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行簡(jiǎn)單的分頻 處理，所以又避免了現(xiàn)有技術(shù)的方法二中大量占用超聲波診斷系統(tǒng) 的系統(tǒng)CPU資源和數(shù)字邏輯器件資源，且運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性好， 可降低超聲波診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)功耗。如果利用鎖相環(huán)來產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn) 換單元的采樣時(shí)鐘，頻率變化的間隔還可以進(jìn)一步減小，從而實(shí)現(xiàn) 真正意義上的連續(xù)變化。
雖然以上是結(jié)合連續(xù)波多普勒成像時(shí)工業(yè)流速度測(cè)量范圍的精 細(xì)改變、超聲波診斷系統(tǒng)中連續(xù)波多普勒成像時(shí)血流速度測(cè)量范圍 的精細(xì)改變來介紹本發(fā)明，然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明同樣也適用于 進(jìn)行速度檢測(cè)的其他超聲系統(tǒng)(如聲納系統(tǒng))或雷達(dá)系統(tǒng)。
以上通過特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本發(fā)明 并不限于上述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明精神的前提下，可以對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行各種修改和變更。本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1. 一種基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整方法，包括以下步驟接收輸入的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍；提供采樣時(shí)鐘信號(hào)，其中所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率隨所接收的測(cè)量范圍的不同而不同；按照所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行采樣以得到所接收的測(cè)量范圍內(nèi)的多普勒頻移數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述提供采樣時(shí)鐘信號(hào)的 步驟包括以下步驟基于所接收的測(cè)量范圍對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻以 得到所述采樣時(shí)鐘信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述基于所接收的測(cè)量范 圍對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻而得到所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的 步驟包括以下步驟基于所接收的測(cè)量范圍得到分頻因子；按照所述分頻因子對(duì)所述固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述按照所述分頻因子對(duì) 固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分f貞的步驟包括利用鎖相環(huán)和分頻器 對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻的步驟。'
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述基于所接收的測(cè)量范 圍得到分頻因子的步驟包括基于所接收的測(cè)量范圍利用測(cè)量范圍-分 頻因子映射表得到分頻因子。
6. 如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多普勒 頻移信號(hào)是連續(xù)波的多普勒頻移信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述測(cè)量范圍是血流速度 的測(cè)量范圍。
8. —種基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整裝置，其 中包括測(cè)量范圍接收單元，用于4矣收輸入的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍； 釆樣時(shí)鐘提供單元，用于提供采樣時(shí)鐘信號(hào)，其中所述采樣時(shí) 鐘信號(hào)的頻率隨所接收的測(cè)量范圍的不同而不同；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于按照所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行采^f以得到所接收的測(cè)量范圍內(nèi)的多普 勒頻移數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述釆樣時(shí)鐘提供單元還 包括分頻單元，用于基于所接收的測(cè)量范圍對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)行分頻以得到所述采樣時(shí)鐘信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述采樣時(shí)鐘提供單元還包括分頻因子獲取單元，用于基于所接收的測(cè)量范圍得到分頻因子； 其中，所述分頻單元按照所述分頻因子對(duì)所述固定頻率的固定 時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻以得到所述采樣時(shí)鐘信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述采樣時(shí)鐘提供單元 還包括鎖相環(huán)，所述鎖相環(huán)和所述分頻單元被結(jié)合成按照所述分頻因 子對(duì)固定頻率的固定時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻。
12. 如權(quán)利要求11所述的《法，其中，所述分頻因子獲取單元 還包括 ；測(cè)量范圍-分頻因子映射表，所述分頻因子獲取單元基于所接收 的測(cè)量范圍利用所述測(cè)量范圍-分頻因子映射表得到分頻因子。
13. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述分頻單元通過至少 一個(gè)以下組件來實(shí)現(xiàn)FPGA、 CPLD、 DSP、 ASIC及PLL。
14. 如權(quán)利要求8-13所述的裝置，其中，所述多普勒頻移信號(hào)是連續(xù)波的多普勒頻移信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述測(cè)量范圍是血流速 度的測(cè)量范圍。
16. —種超聲波成像系統(tǒng)，包括權(quán)利要求8-15中任何一項(xiàng)所述 的基于頻鐠多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的調(diào)整裝置，其中包括測(cè)量范圍接收單元，用于接收輸入的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍；采樣時(shí)鐘提供單元，用于提供采樣時(shí)鐘信號(hào)，其中所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率隨所接收的測(cè)量范圍的不同而不同；數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，用于按照所述采樣時(shí)鐘信號(hào)的頻率對(duì)反映運(yùn)動(dòng)速度的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行采樣以得到所接收的測(cè)量范圍內(nèi)的多普勒頻移數(shù)據(jù)。按照本發(fā)明，通過一種簡(jiǎn)單而易實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)了基于頻譜多普勒的運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)量范圍的精細(xì)變化，達(dá)到精確的測(cè)量效果。
文檔編號(hào)A61B8/06GK101461720SQ200710300809
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者奎 尤, 勇 李, 皮興俊, 銳 胡 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司