一种超声信号TOF自动提取方法技术

本发明专利技术属于超声成像领域，具体涉及一种超声信号TOF自动提取方法，包括：进行USCT成像系统数学建模，获得原始信号阵列数据集；对原始信号匹配滤波；计算理论窗；进行质量评估；进行线谱提取；进行直达波检测；进行对称性检查，得到最终提取结果。本发明专利技术基于匹配滤波的方法进行改进，结合线谱提取技术，综合利用USCT超声阵列的位置信息和校准参考信号，可以自动判别信号质量并提取TOF，具有计算速度快，准确度高的优点。尤其是在低信噪比信号的情况下，提取结果依然具有较高的准确度。结果依然具有较高的准确度。结果依然具有较高的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种超声信号TOF自动提取方法


[0001]本专利技术属于超声成像领域，具体涉及一种超声信号TOF自动提取方法。

技术介绍

[0002]超声信号TOF(Time of Flight)自动提取技术，可获取图像重建所需的TOF信息，是超声信号处理的重要内容。常规的TOF提取方法的准确度依赖于信号的信噪比，低信噪比情况下，TOF提取结果准确度不高。
[0003]基于上述问题，本申请提出一种超声信号TOF自动提取方法。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种超声信号TOF自动提取方法的技术方案。
[0005]一种超声信号TOF自动提取方法，包括：
[0006]步骤1，进行USCT成像系统数学建模，获得原始信号阵列数据集；
[0007]步骤2，对原始信号匹配滤波；
[0008]步骤3，计算理论窗；
[0009]步骤4，进行质量评估；
[0010]步骤5，进行线谱提取；
[0011]步骤6，进行直达波检测；
[0012]步骤7，进行对称性检查，得到最终提取结果。
[0013]进一步地，所述的步骤1包括：
[0014]设定USCT成像系统由M个换能器阵元组成，M个换能器阵元在空间上呈半球形分布，换能器阵元在空间的坐标为G
M
×3；
[0015]实际成像时，其中一个换能器阵元发射超声波时，其他所有阵元进行接收，每个接收通路获取T点接收信号，待所有换能器阵元均发射完成后，数据采集结束，此时得到原始信号阵列数据集U
M
×
N
×
T
，M为发射阵元数目，N为接收阵元数目，T表示采集点数。
[0016]进一步地，所述的步骤2包括：
[0017]USCT成像系统获取阵元自发自收情况下的电路信号，作为系统的参考信号，记为R
M
×
T
，M表示阵元数目；
[0018]当发射阵元为i，接收阵元j的时域信号为U
ij
(t)，对应的参考信号为R
i
(t)，首先依据信号的绝对幅度初步评估信号是否正常，对在经验阈值范围的信号进行匹配滤波，得到信号MF
ij
(t)：
[0019]MF
ij
(t)＝U
ij
(t)*R
i*
(
‑
t)
[0020]信号正包络为处理的目标部分，这里对匹配滤波后的信号进行希尔伯特变换提取正包络：
[0021]Env
ij
(t)＝|HT(MF
ij
(t))|
[0022]其中，Env表示正包络信号，HT表示希尔波尔变换，1≤i,j≤M，1≤t≤T，i代表发射阵元序号，j代表接收阵元序号，t表示时间点，T表示采集点数。
[0023]进一步地，所述的步骤3包括：
[0024]通过采集过程中的测量的水的温度Te，计算出声速c(Te)，再根据发射接收阵元的几何坐标信息，计算信号理论到达时间：
[0025]TheroyTOF
ij
＝|G(x
i
,y
i
,z
i
)
‑
G(x
j
,y
j
,z
j
)|/c(Te)
[0026]其中，TheroyTOF
ij
为信号理论到达时间，G(x
i
,y
i
,z
i
)为发射阵元坐标，G(x
j
,y
j
,z
j
)为接收阵元坐标；
[0027]通过数据采样率将时间映射到接收信号的位置点TheroyTOF
ij
→
TheroyL
ij
，以该点为中心，左右各取若干点数构造处理窗；
[0028]处理窗左右边界分别为TheroyL
ij
‑
winLen和TheroyL
ij
+2winLen，这里winLen设为表示窗长，即后续的处理对象W
ij
变为：
[0029]W
ij
＝Env
ij
(TheroyL
ij
‑
winLen:TheroyL
ij
+2winLen)。
[0030]进一步地，所述的步骤4包括：
[0031]计算处理对象W
ij
的离散系数作为质量评估指标：
[0032]CV
ij
＝std(W
ij
)/mean(W
ij
)
[0033]其中，CV
ij
表示第i个阵元发射时，第j个阵元接收信号计算得到的离散系数，std表示求标准差，mean代表求均值；
[0034]设定离散系数门限CV
threshold
，门限以下的数据认为是纯噪声，直接将对应的TOF提取结果置零，不做后续的处理。
[0035]进一步地，所述的步骤5包括：
[0036]步骤5.1，极值提取
[0037]首先通过对相邻数据点的连续两次差分，寻找极大值的位置，保留极值点的位置的数据，其他位置的数据直接置零，即：
[0038]if W
ij
(t)>W
ij
(t+1)&W
ij
(t)>W
ij
(t
‑
1)W
ij
(t)＝W
ij
(t),else W
ij
(t)＝0
[0039]其中，TheroyL
ij
‑
winLen<t<TheroyL
ij
+2winLen；
[0040]步骤5.2，线谱筛选
[0041]计算理论窗内所有原始数据点的平均值，设定q倍的平均值作为线谱的幅度门限A
threshold
：A
threshold
＝q*mean(Env
ij
(TheroyL
ij
‑
winLen:TheroyL
ij
+2winLen))，保留大于幅度门限的数据点，其他位置的数据置零，即：
[0042]W
ij
(t)＝0,W
ij
(t)<A
threshold
[0043]其中，TheroyL
ij
‑
winLen≤t≤TheroyL
ij
+2winLen；
[0044]步骤5.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，包括：步骤1，进行USCT成像系统数学建模，获得原始信号阵列数据集；步骤2，对原始信号匹配滤波；步骤3，计算理论窗；步骤4，进行质量评估；步骤5，进行线谱提取；步骤6，进行直达波检测；步骤7，进行对称性检查，得到最终提取结果。2.根据权利要求1所述的一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，所述的步骤1包括：设定USCT成像系统由M个换能器阵元组成，M个换能器阵元在空间上呈半球形分布，换能器阵元在空间的坐标为G
M
×3；实际成像时，其中一个换能器阵元发射超声波时，其他所有阵元进行接收，每个接收通路获取T点接收信号，待所有换能器阵元均发射完成后，数据采集结束，此时得到原始信号阵列数据集U
M
×
N
×
T
，M为发射阵元数目，N为接收阵元数目，T表示采集点数。3.根据权利要求1所述的一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，所述的步骤2包括：USCT成像系统获取阵元自发自收情况下的电路信号，作为系统的参考信号，记为R
M
×
T
，M表示阵元数目；当发射阵元为i，接收阵元j的时域信号为U
ij
(t)，对应的参考信号为R
i
(t)，首先依据信号的绝对幅度初步评估信号是否正常，对在经验阈值范围的信号进行匹配滤波，得到信号MF
ij
(t)：MF
ij
(t)＝U
ij
(t)*R
i*
(
‑
t)信号正包络为处理的目标部分，这里对匹配滤波后的信号进行希尔伯特变换提取正包络：Env
ij
(t)＝|HT(MF
ij
(t))|其中，Env表示正包络信号，HT表示希尔波尔变换，1≤i,j≤M，1≤t≤T，i代表发射阵元序号，j代表接收阵元序号，t表示时间点，T表示采集点数。4.根据权利要求3所述的一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，所述的步骤3包括：通过采集过程中的测量的水的温度Te，计算出声速c(Te)，再根据发射接收阵元的几何坐标信息，计算信号理论到达时间：TheroyTOF
ij
＝|G(x
i
,y
i
,z
i
)
‑
G(x
j
,y
j
,z
j
)|/c(Te)其中，TheroyTOF
ij
为信号理论到达时间，G(x
i
,y
i
,z
i
)为发射阵元坐标，G(x
j
,y
j
,z
j
)为接收阵元坐标；通过数据采样率将时间映射到接收信号的位置点TheroyTOF
ij
→
TheroyL
ij
，以该点为中心，左右各取若干点数构造处理窗；处理窗左右边界分别为TheroyL
ij
‑
winLen和TheroyL
ij
+2winLen，这里winLen设为表示窗长，即后续的处理对象W
ij
变为：
W
ij
＝Env
ij
(TheroyL
ij
‑
winLen:TheroyL
ij
+2winLen)。5.根据权利要求4所述的一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，所述的步骤4包括：计算处理对象W
ij
的离散系数作为质量评估指标：CV
ij
＝std(W
ij
)/mean(W
ij
)其中，CV
ij
表示第i个阵元发射时，第j个阵元接收信号计算得到的离散系数，std表示求标准差，mean代表求均值；设定离散系数门限CV
threshold
，门限以下的数据认为是纯噪声，直接将对应的TOF提取结果置零，不做后续的处理。6.根据权利要求5所述的一种超声信号TOF自动提取方法，其特征在于，所述的步骤5包括：步骤5.1，极值提取首先通过对相邻数据点的连续两次差分，寻找极大值的位置，保留极值点的位置的数据，其他位...

【专利技术属性】
技术研发人员：付君宇，韩春林，黄跃龙，
申请(专利权)人：浙江衡玖医疗器械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：