一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，涉及数字信号处理技术领域，本发明专利技术中提出了一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，其特点在于将传统对数正态滤波器乘以频率指数加权的系数，获得新表达式

A high noise immunity local frequency estimation algorithm for elastic imaging

The invention discloses a high-noise-resistant local frequency estimation algorithm for elastic imaging, which relates to the technical field of digital signal processing. A high-noise-resistant local frequency estimation algorithm for elastic imaging is proposed in the invention. The characteristic of the algorithm is that the traditional lognormal filter is multiplied by the coefficients weighted by frequency exponents to obtain the high-noise-resistant local frequency estimation algorithm. New expression

【技术实现步骤摘要】
一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法
本专利技术主要涉及数字信号处理
，具体为一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法。
技术介绍
在临床上医生采用手工触诊判定组织病变历史非常悠久，组织穿刺也是一种获取组织特性的重要手段，但是其非常不利于病人的健康。核磁共振弹性成像是一种非常有用的无损组织弹性测量技术，但是目前主要还是科研使用，没有形成正式临床诊断标准及规范。核磁共振弹性成像需要通过在人体组织输入机械波，让组织产生振动，通过核磁共振弹性成像专用相位敏感序列采集机械波在人体组织中的位移分布，然后通过核磁共振弹性成像反演算法获得组织弹性。众所周知，机械波的衰减随着频率的升高而变得迅速，意味着频率越高，能传入身体组织的深度越浅。为了获得完整的组织特性，我们需要尽可能低的机械波驱动频率，然而为了获得更精确更多细节的信息，需要用更高的机械波驱动频率。然而这是一对矛盾，不可能同时满足。其中重要的一个环节就在于核磁共振弹性成像的反演，反演算法目前最成熟常用的算法有两种，局部频率估计算法(LFE)和基于波动方程的代数反演算法(AIDE)，都还存在居多问题。特别是在低频率驱动的情况下，AIDE算法虽然探测灵敏度高，但是存在反演伪影严重、抗噪声性能差等问题，LFE算法虽然反演伪影少，但对噪声干扰也非常敏感，并且小肿瘤探测灵敏度不高；申请人在申请号为2018100995910的专利申请中，提出了一种基于对数正态滤波器的局部频率估计算法，该估计方法的主要步骤为：步骤1、获取需要分析局部频率性质的待分析信号SA，根据灵敏度需求设定估计带宽B，并用相邻中心频率之比相等的N个中心频率划分整个0到π频率范围，根据公式确定β＝1/log2(ρi+1/ρi)，β为相邻中心频率的对数倒数比例关系系数；步骤2、将SA分别通过由中心频率ρi确定的传递函数为的对数正态滤波器，获得N个输出结果，其中第i个输出结果为SAi；步骤3、将0～360度方向顺序等分为M块，其中第k个块的方向表示为且该方向为表达式为的方向滤波器的方向，将步骤2所得到的每一个SAi分别送给M个表达式为的方向滤波器，得到M个输出结果；其中第k个输出结果为其中是空间向量场u与第k个方向滤波器方向的夹角；步骤4、将步骤3中每个SAi对应所得到的M个输出结果组合计算，得到中心频率为ρi时的输出结果步骤5、取相邻的ρi+1和ρi为一组，利用步骤4计算得到的N个fAi输出结果计算各组窄带估计结果，共计得到N-1组窄带估计集结果，其中第h个窄带估计结果的表达式为其中h＝i＝1,2,......N-1，α是由B和β共同确定的参数，且α＝B2β/8；步骤6、由步骤5所得的窄带估计结果ωh计算宽带估计结果W虽然之前提出的方法解决了带宽不能随意调节的问题并一定程度上提高了抗噪声性能，但是应用中发现算法对带宽的调节响应不敏感，带宽的调节不能带来显著的估计效果变化，特别是在高信噪比下希望通过增加带宽来获得更灵敏的小肿瘤检出能力时不能达到理想效果，抗噪声性能也还离低场弹性成像实际应用存在一定的差距。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，以解决现有算法中对带宽的调节响应不敏感、带宽的调节不能带来显著的估计效果变化等技术问题。本专利技术提出了一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，该方法包括以下步骤：步骤1、根据待分析信号SA设定估计带宽B，顺序划分整个0到π频率范围为N份，其中第i个频率范围的中心频率为ρi,ρi+1/ρi为定值步骤2、将SA分别通过由中心频率ρi确定的滤波器Ri(ρ)，获得N个输出结果，其中第i个输出结果为SAi步骤3、顺序等分0～360度为M个方向范围，其中第k个方向范围内的方向为将每个SAi分别输入M个表达式为的方向滤波器，得到M个输出结果；其中第k个输出结果为是空间向量场u与第k个方向滤波器方向的夹角步骤4、对每个SAi对应的输出结果组合计算后得到中心频率为ρi时的空域数据共计得到N个空域数据fAi步骤5、取相邻的ρi+1和ρi为一组，利用步骤4计算得到的N个fAi输出结果使用窄带估计算法计算各组窄带估计结果，其中第h个窄带估计结果记为ωh，h＝i＝1,2,......N-1步骤6、由步骤5所得的窄带估计结果ωh计算宽带估计结果W其中：步骤2所述滤波器的表达式为ξ＝0.03*SNR+0.15-0.2*B，且ξ∈[-1,0)∪(0,1]是加权调节因子，SNR是待分析波动图像的信噪比。进一步，步骤5中ωh的表达式如下:或者其中FT-1为傅立叶逆变换，FA(i+1)和FAi分别对应空域信号fA(i+1)和fAi的频域表示，α＝B2β/8，β＝1/log2(ρi+1/ρi)。本专利技术相比现有技术具有以下优点：1、提出了考虑环境因素的频率指数加权的对数正态滤波器；2、提出了对带宽响应精确灵活的局部频率估计算法；3、实现了高信噪比SNR下的超高灵敏度响应；4、实现了超低信噪比SNR下的超高抗噪性能。附图说明图1为本专利技术实施验证步骤；图2为验证方法用的模型原型；图3是为仿真获得的频域复数波动图集；图4是为本专利技术方法与原方法反演结果的性能对比；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例本实施例提供一种基于对数正态滤波器的局部频率估计算法，该方法包括以下步骤：步骤1、获得需要分析局部频率性质的待分析信号SA，根据灵敏度需求设定估计带宽B，将整个0到π频率范围用N个中心频率顺序分割，第i个中心频率为ρi，i＝1,2,..........,N，且使得相邻两个频率范围内的中心频率ρi+1/ρi为定值，确定参数，β＝1/log2(ρi+1/ρi)，β为相邻中心频率的对数倒数比例关系系数；步骤2、将SA分别通过由中心频率ρi确定的对应算法的传递函数Ri(ρ)的对数正态滤波器，之前方法传递函数本专利技术方法获得N个输出结果，其中第i个输出结果为SAi其中ξ＝0.03*SNR+0.15-0.2*Bξ∈[-1,0)∪(0,1]是加权调节因子，即当计算结果超出限定范围时取对应的极限值，其中B是数据分析设定的带宽，SNR是待分析波动图像的信噪比；步骤3、将0～360度方向顺序等分为M块，其中第k个块的方向表示为且该方向为表达式为的方向滤波器的方向，将步骤2所得到的每一个SAi分别送给M个表达式为的方向滤波器，得到M个输出结果；其中第k个输出结果为k＝1,2,3,...,M，其中是空间向量场u与第k个方向滤波器方向的夹角；步骤4、将步骤3中每个SAi对应所得到的M个输出结果组合计算，得到中心频率为ρi时的输出结果步骤5、取相邻的ρi+1和ρi为一组，利用步骤4计算得到的N个fAi输出结果计算各组窄带估计结果，共计得到N-1组窄带估计集结果，第h个窄带估计结果的表达式为对应算法的ωh，即之前方法窄带估计表达式本专利技术方法窄带估计表达式或者其中h＝i＝1,2,......N-1，α是由B和β共同确定的参数，且α＝B2β本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，该方法包括以下步骤：步骤1、根据待分析信号SA设定估计带宽B，顺序划分整个0到π频率范围为N份，其中第i个频率范围的中心频率为ρi,ρi+1/ρi为定值步骤2、将SA分别通过由中心频率ρi确定的滤波器Ri(ρ)，获得N个输出结果，其中第i个输出结果为SAi步骤3、顺序等分0～360度为M个方向范围，其中第k个方向范围内的方向为

【技术特征摘要】
1.一种适用于弹性成像的高抗噪局部频率估计算法，该方法包括以下步骤：步骤1、根据待分析信号SA设定估计带宽B，顺序划分整个0到π频率范围为N份，其中第i个频率范围的中心频率为ρi,ρi+1/ρi为定值步骤2、将SA分别通过由中心频率ρi确定的滤波器Ri(ρ)，获得N个输出结果，其中第i个输出结果为SAi步骤3、顺序等分0～360度为M个方向范围，其中第k个方向范围内的方向为将每个SAi分别输入M个表达式为的方向滤波器，得到M个输出结果；第k个输出结果为k＝1,2,3,...,M，其中是空间向量场u与第k个方向滤波器方向的夹角步骤4、对每个SAi对应的输出结果组合计算后得到中心频率为ρi时的空域数据共计得到N个空域...

【专利技术属性】
技术研发人员：于连栋，胡亮亮，王露露，单翔，高荣科，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34