用于超声波信号的局部频谱分析的改进方法和设备技术

本方法通过时间－频率变换之类的滤波而将射频信号分解到子频带中。从通过所述分解而采集的系数获取频谱系数矩阵，并且从该矩阵获取局部估计量，特别地，所述局部估计量是由内插多项式的系数构成的。局部估计量的统计分布在重叠在超声帧上的窗口中被评估。这些频谱系数分布直方图的构造提供了一个参数，该参数与局部估计量相结合，提供加权的局部估计量，所述加权局部估计量包含可以在对接受超声分析的器官中的特定结构进行识别的过程中使用的频谱信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于处理超声波信号的方法，尤其涉及基于超声波方法来进行无侵害临床测试的领域。此外，本专利技术还涉及一种用于实施超声波信号处理方法的超声设备。
技术介绍
超声扫描是一种用于对人类和动物身体的内部器官进行检查的方法，此外，它还是一种用于对包括非生物和无机物结构在内的其他类型的结构进行无侵害检查的方法。众所周知，该扫描是以产生一系列超声波信号(形成一个声束)为基础的，这些超声波信号将被引导到病人体内，并且将会激励一个超声波响应信号，该响应信号由存在于所观察的器官内部的散射体和/或反射体通过反射和/或散射声波而产生。发射和接收超声波信号的探测器将这个响应信号发送到接收和处理系统，此后，该信号将会变换成一个二维超声图像。商用的超声扫描器提供的是与超声波信号幅度相关的图像，其中该超声波信号是由受到声束撞击的不同组织或界面反向传播的。受到碰撞的不同组织或不同接触面是基于其回声特性而被检测到的，所述回声特性则由其声阻抗决定的，而所述声阻抗则又是密度与声速的乘积。常规超声扫描器的目的是借助于时域中检测的幅度来重构和保持被检查组织的空间顺序，而这可以提供深度上的空间位置。针对信号所执行的调节处理旨在将信噪比增至最大，并在深度发生变化的时候使调查灵敏度保持恒定。当在介质中传播声波并且声波遭遇到不均匀区域的时候，其中某些能量会朝着传感器反向传播，某些能量则会传播到组织内。反向传播的声学信号包括各个反射体和/或散射体提供的时间重叠成分，由于分布的随机特性以及散射体和反射体的不同形状和机械特性，因此，结果得到的是一个形状极为复杂的信号。而传感器则会将所检查的介质反向传播的声学信号变换成被称为射频信号的电信号。图1显示的是形成与生物组织有关的超声描迹的射频信号的部分。特别地，图1显示的是受到超声检查的器官的一部分返回的超声信号描迹的一部分。在这里，横坐标显示的是响应时间，也就是产生传感器得到的返回信号的散射体或反射体的深度位置。而在纵坐标上显示的则是信号幅度。对所检查的器官而言，其超声图像是从这种轨迹或描迹集合中重构的，其中所述轨迹或描迹集合将会形成信号帧。有时，这些描迹或轨迹也被称为扫描线。第一种针对所述射频信号所执行的简单处理操作是借助于包络提取操作来提取信号幅度。在图2中，字母I表示的是对图1所示的射频信号执行包络操作所得到的结果。应该指出的是，包络信号跟随的是射频信号的正值波峰，由此提供了信号幅度的估计。当前，在所有的超声成像技术中都使用了包络操作，该操作构成了单独描迹的A模式显示(其中A代表幅度)以及合成图像的B模式显示(其中B代表亮度)的基础，其中每一个单独的A模式描迹的幅度都是依照灰度或色标来进行编码的。在现代的超声扫描器中，其中使用了超声波信号的包络，也就是说，检测到的信号是在A模式、B模式以及M模式描迹中描绘的。对这种解决方案而言，包含在射频信号中的信息是有损耗的，也就是说，在接收传感器产生的形式中包含载波频率与所述接收传感器频带的中心频率近似相等的信号，其中该信号经过了具有相位阶跃(频率峰值)的调频(非对称频谱)，并且在介质呈现出非线性效应(谐波频谱的产物)的情况下具有因为非线性失真所导致的形态。图3显示的是图1的射频描迹在常规A模式显示中所具有的包络信号。应该指出的是，这其中不可挽回地损耗了关于原始信号频率和相位的信息。特别地，如果通过包络提取操作而消除了射频那么下列信息将会丢失●从超声和生物组织(局部声阻抗，该阻抗依取决于介质密度，所述密度又取决于入射超声波强度、对比剂中存在的气泡在谐波和次谐波上的次级辐射等等)之间的非线性交互中获取的信息；●从线性交互中获取的信息，也就是因为选择性吸收、尤其是依赖于深度的选择性吸收以及轴向变化(scalloping)效应(在由于不连续性而被反向散射的信号中呈现的幅度频谱形状的缺口(indentation)，其中所述不连续性包括空间中周期性分布的点类型的不连续性)所导致的信号频谱的修正。因此，用于医疗诊断的常规超声扫描系统是以观察A模式描迹或B模式图像为基础的，但是该图像只显示了与所遭遇的不同组织结构相关联的回声信号的幅度。由此存在这样一种情况，其中发现常规方法因为灵敏度低或是特异性差而无法获取可靠的病状诊断，由此将会受到限制。但是，射频信号不仅包含了与幅度有关的信息，而且还包含了频率和相位信息(该信息与回声因为散射体个体差异而延迟到达传感器的时延相关联)。最新的信号处理方法倾向于提取用于表征信号的所有参数，尤其是通常所说的频谱内容。在从传感器返回回声信号的时候，直接施加于射频信号的频谱分析可以从回声信号的所有特征中提取信息。用于“读取”频域中的信号的频谱分析方法可以提供特征值，以便对不同类型的信号加以区分，进而对与之交互的生物结构加以区分。图4中的图示(A)再次显示了图1中的频谱，而图示(B)和(C)显示的则是与图4A中的描迹的两个部分有关的信号的频谱内容，由此显示了组织中的结构差异如何导致产生不同类型的超声波脉冲，进而产生相应频谱中的不同频率变化。图4B和4C所显示的信号的这两个部分的频谱内容是从0Hz延伸到12MHz的。应该指出的是，这两个频谱具有邻近4MHz(该信号涉及的是用标称频率为5MHz的超声波探测器实施的扫描操作)的大致相同的中心频率(可以发现峰值的频率)，但却具有不同的频率变化，这是因为第一个图形具有成分(大于5MHz)，这些成分在信号的其他部分中较少出现。在实践中，由于传播路径存在差异，因此，从微观结构反向散射的超声波信号会在接收传感器表面以一种破坏性或建设性方式产生干涉，由此导致图像中出现“斑点”效应。对取决于干涉类型的回声信号幅度差异、即回声特性(echogenicity)同样会受到组织反射率的影响，而所述反射率是由微观结构成分的机械特性、密度以及弹性确定的；其中举例来说，含量很高的胶原质将会增大局部机械阻抗，由此将会提升回声特性。因此，以下特性有助于展现典型的超声波图像确定斑点特性的微观结构的空间结块，以及用于确定回声特性的微观结构的机械特性。这样一来，受随机构成的各种形态因素的影响，空间上的平均幅度变化似乎并没有提供组织的单义特征。如果可以在斑点上提取有关空间周期性(空间频率)的信息，那么可以获取与被检查结块的任何空间周期性有关的信息。射频超声波信号在超声波信号的特定幅度和相位调制方面将会受到图像斑点所产生的信息的影响。在时域中存在的信息在频域中被保留，并且斑点的影响将会转变成轴向变化效应，这种效应包含了依照图4D所示图示的幅度变化。实际上，以超声波束碰撞N个散射体或反射体(它们是结合超声波信号波长来区分的，但是这种区别并不是非常明确的)为例，对依照傅立叶变换所计算的接收回声信号而言，其功率谱密度|X(ω)|2可以表示如下|X(ω)|2=|S(ω)|2]]>其中S(ω)|2所传送的信号的功率谱密度ri第i个反射体的反射系数li第一个与第i个反射体之间的距离c超声速度如果只有两个反射体并且这两个反射体之间的距离等于1，那么该表达式可以采用一种更简单的形式|X(ω)|2=|S(ω)|2]]>T=2π&Del本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对从接受超声检查的结构返回的射频超声信号进行频谱分析的方法，该方法包括以下阶段：ａ）将超声激励信号传送到被检查的所述结构的一部分；ｂ）接收来自所述结构的射频响应信号；ｃ）应用一系列滤波操作，来获得将射频响应信号的频带分解成多个频带；ｄ）从所述滤波操作产生的系数计算局部估计量（ａ↓［ｉｊ］，ｃ↓［ｉｊ］），所述局部估计量包含关于射频信号频谱的信息；其特征在于：所述局部估计量（ａ↓［ｉｊ］，ｃ↓［ｉｊ］）与表示所述局部估计量的统计分布形状的参数（σ↓［ｉｊ］）组合到超声图像的一部分中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦纳尔多玛索蒂，艾娜比亚吉，西蒙纳格兰奇，卢卡布莱斯奇，
申请(专利权)人：艾克提斯有源传感器有限公司，埃萨奥特股份公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]