去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统。该方法包括：采集动脉血管超声射频回波信号；根据动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；对脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；采用入射波频谱‑能量阈值法对各级经验模态函数进行入射波成分筛选；对不满足筛选条件的经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；对重构信号进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；将所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。本发明专利技术能够提高局部脉搏波波速估计精度。

Method and system for removing reflected wave and quantization noise in the upper part of ultrasonic pulse wave

【技术实现步骤摘要】
去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统
本专利技术涉及超声射频信号处理
，特别是涉及一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统。
技术介绍
局部脉搏波波速(PWV)是定量评价血管局部硬化程度的金指标，对早期诊断和有效预防心脑血管疾病具有重要临床意义。超声技术操作简单，具有实时性、价格适中等优点，已成为局部PWV检测的主要手段。随着超快速超声成像的发展，其高帧频高线密度特点对超声传输时间法在局部PWV的检测更有优势。超声传输时间法检测PWV通常是根据血管一段特定距离上各声束位置上脉搏波上冲段时间基准点估计脉搏波传输时间，从而得到PWV。然而，利用血管超声射频回波信号估计脉搏波过程中主要受扫描帧频引入的量化噪声、以及来自动脉窦或毛细血管反射波信号干扰，导致脉搏波在各个声束位置发生不同的形变，进而影响PWV检测的准确性。因此，滤除脉搏波上冲段量化噪声和反射波是PWV估计中一个重要的信号处理过程。目前，滤除脉搏波高频量化噪声常用方法有低通滤波、带通滤波和Savitzky-Golay平滑滤波器。其中，Chiu等使用截止频率为15Hz的无线脉冲响应低通滤波器进行数字滤波去除脉搏波高频噪声，实验为了保持血压曲线之间的线性相位，分别对血压曲线进行了正向和反向两次滤波；Munakata等对脉搏波预处理方法是首先使用截止频率为50Hz的低通滤波器去除脉搏波曲线的高频噪声，然后利用截止频率在5～30Hz范围内的带通滤波器去除脉搏波上冲段高频成分；Hermeling等利用阶数和截止频率分别为8阶、2Hz(滤波器A)，2阶、2Hz(滤波器B)，以及8阶、4Hz(滤波器C)的零相位巴斯沃特滤波器去除脉搏波的高频噪声，结果发现三种滤波结果各不相同，其中滤波器A条件下PWV估计准确度较高，而滤波器B和C的估计精确度明显下降；Huang等利用长度为0.02秒的Savitzky-Golay滤波器对血管壁径向搏动位移曲线进行平滑滤波处理。对比上述研究中脉搏波预处理方法可知，实验中脉搏波滤波方法的选择尚无统一共识；且各滤波方法中需设定截止频率、滤波阶数或窗长等参数，不同参数选择对脉搏波相位或形变均会产生一定影响。除此之外，针对反射波对脉搏波上冲段形变影响问题，仍未发现去除脉搏波中反射波滤波研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法及系统，无需预设滤波参数，自适应去除脉搏波上冲段量化噪声和反射波，进一步提高血管局部脉搏波速(PWV)估计精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，包括：采集动脉血管超声射频回波信号；根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；对所述脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选；对本次分解中首次出现不满足筛选条件的经验模态函数及在该级不满足筛选条件的经验模态函数之前的各级经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；将最后一次分解中所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到累加信号，所述累加信号为去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。可选的，所述根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号，具体包括：对所述动脉血管超声射频回波信号进行处理，得到血管径向搏动的脉搏波曲线；根据所述血管径向搏动的脉搏波曲线，得到脉搏波上冲段信号。可选的，所述采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选，具体包括：获取入射波频率阈值和入射波能量阈值；判断所述傅里叶频谱边界值是否大于所述入射波频率阈值；若是，则将所述经验模态函数视为混有反射波或量化误差成分的模态函数，并计算所述经验模态函数的能量值；若否，则所述经验模态函数仅含入射波成分；判断所述混有反射波或量化误差成分的模态函数的能量值是否大于入射波能量阈值；若是，则将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数；若否，则无需将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数。可选的，所述对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数，具体包括：对所述重构信号再次进行经验小波变换分解和入射波成分筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数。一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的系统，包括：回波信号采集模块，用于采集动脉血管超声射频回波信号；脉搏波上冲段信号确定模块，用于根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；经验小波变换分解模块，用于对所述脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；第一筛选模块，用于采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选；脉搏波上冲段信号重构模块，用于对本次分解中首次出现不满足筛选条件的经验模态函数及在该级不满足筛选条件的经验模态函数之前的各级经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；第二筛选模块，用于对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；累加模块，用于将最后一次分解中所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到累加信号，所述累加信号为去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。可选的，所述脉搏波上冲段信号确定模块，具体包括：脉搏波曲线确定单元，用于对所述动脉血管超声射频回波信号进行处理，得到血管径向搏动的脉搏波曲线；脉搏波上冲段信号确定单元，用于根据所述血管径向搏动的脉搏波曲线，得到脉搏波上冲段信号。可选的，所述第一筛选模块，具体包括：获取单元，用于获取入射波频率阈值和入射波能量阈值；第一判断单元，用于判断所述傅里叶频谱边界值是否大于所述入射波频率阈值；能量值计算单元，用于当所述傅里叶频谱边界值大于所述入射波频率阈值时，将所述经验模态函数视为混有反射波或量化误差成分的模态函数，并计算所述经验模态函数的能量值；入射波成分确定单元，用于当所述傅里叶频谱边界值小于或等于所述入射波频率阈值时，确定所述经验模态函数仅含入射波成分；第二判断单元，用于判断所述混有反射波或量化误差成分的模态函数的能量值是否大于入射波能量阈值；需累加重构的经验模态函数确定单元，用于当所述能量值大于入射波能量阈值时，将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数；无需累加重构的经验模态函数确定单元，用于当所述能量值小于或等于入射波能量阈值时，无需将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数。可选的，所述第二筛选模块，具体包括：分解/筛选单元，用于对所述重构信号再次进行经验小波变换分解和入射波成分筛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，其特征在于，包括：/n采集动脉血管超声射频回波信号；/n根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；/n对所述脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；/n采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选；/n对本次分解中首次出现不满足筛选条件的经验模态函数及在该级不满足筛选条件的经验模态函数之前的各级经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；/n对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；/n将最后一次分解中所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到累加信号，所述累加信号为去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，其特征在于，包括：
采集动脉血管超声射频回波信号；
根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号；
对所述脉搏波上冲段信号进行经验小波变换分解，得到多级经验模态函数和傅里叶频谱边界值；
采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选；
对本次分解中首次出现不满足筛选条件的经验模态函数及在该级不满足筛选条件的经验模态函数之前的各级经验模态函数进行累加重构，得到重构脉搏波上冲段信号；
对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数；
将最后一次分解中所有满足筛选条件的经验模态函数进行累加，得到累加信号，所述累加信号为去除反射波和量化误差成分的脉搏波信号。


2.根据权利要求1所述的去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，其特征在于，所述根据所述动脉血管超声射频回波信号，得到脉搏波上冲段信号，具体包括：
对所述动脉血管超声射频回波信号进行处理，得到血管径向搏动的脉搏波曲线；
根据所述血管径向搏动的脉搏波曲线，得到脉搏波上冲段信号。


3.根据权利要求1所述的去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，其特征在于，所述采用入射波频谱-能量阈值法逐次对各级所述经验模态函数进行入射波成分筛选，具体包括：
获取入射波频率阈值和入射波能量阈值；
判断所述傅里叶频谱边界值是否大于所述入射波频率阈值；
若是，则将所述经验模态函数视为混有反射波或量化误差成分的模态函数，并计算所述经验模态函数的能量值；
若否，则所述经验模态函数仅含入射波成分；
判断所述混有反射波或量化误差成分的模态函数的能量值是否大于入射波能量阈值；
若是，则将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数；
若否，则无需将所述经验模态函数视为需进行累加重构的经验模态函数。


4.根据权利要求1所述的去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的方法，其特征在于，所述对所述重构信号再次进行分解和筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数，具体包括：
对所述重构信号再次进行经验小波变换分解和入射波成分筛选，直至出现满足筛选条件的经验模态函数。


5.一种去除超声脉搏波上冲段反射波和量化噪声的系统，其特征在于，包括：
回波信号采集模块，用于采集动脉血管超声射频回波信号；
脉搏波上冲段信号确定模块，用于根据所述动脉血管超声射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓丽，张榆锋，魏嘉银，李浩，赵征鹏，陈珊珊，
申请(专利权)人：贵州民族大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52