【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗设备与方法领域，具体涉及一种基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法及装置。
技术介绍
1、超声成像是基础科学研究及临床实践中运用最为广泛的诊断工具之一。该技术兼具非侵入式、无造影、高时空分辨率及高成像深度的优势，能够实现血管结构和血流动力学等多种参数评估，被广泛应用于血液微循环疾病的早期筛查。其中，如何精确估计血管流速是评估血流动力学参数的关键。
2、国内外探究者已经提出了一系列超声流速评估方法用于获取血管流速信息。传统的超声彩色多普勒，可以通过量化频移来测量血流的轴向速度。然而，该方法仅能探测血管的轴向流速分量，且测量的速度值依赖于超声探头与待探测血管之间的角度，使得流速评估具有很大的不确定性。超声矢量多普勒，通过在不同探测角度下测量血管流速，可以精准估计血流的二维(轴向与横向)流速分量，但是该方法仍然无法测量仰角方向(与超声探测面垂直的方向)流速分量。基于微泡追踪的超声定位显微成像技术可以测量血管的三维流速分量，但该技术往往需要结合二维超声换能器及多个超声成像平台，运行成本及计算成本高昂。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术针对现有技术中存在的仅能估计血管一维轴向流速分量或二维(轴向及横向)流速分量，且流速评估效果受探测角度及操作人员校准的影响的问题，提供一种基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法及装置，通过在波束合成过程中采用不同接收孔径对超声回波信号进行重建，调制重建数据的横向分辨率，并结合超声散斑
3、(二)技术方案
4、本专利技术为解决其技术问题，提供了一种基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法及装置，具体技术方案如下。
5、本专利技术公开了一种基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
6、步骤a：使用一维超声换能器阵列发射超声波脉冲，并接收经样本反射的回波信号；
7、步骤b：使用波束合成方法对所述回波信号进行重建，波束合成过程中采用两个不同的接收孔径，分别为第一接收孔径与第二接收孔径，得到2组具有不同横向分辨率的重建数据，分别为iq1与iq2，所述第一接收孔径与第二接收孔径均小于一维超声换能器阵列的有效接收孔径；
8、步骤c：分别提取所述重建数据iq1与iq2中包含的动态血流信号siq1与siq2；
9、步骤d：分别对所述动态血流信号siq1与siq2进行自相关计算，得到2组具有不同衰减特性的自相关数据g1，exp(τ)与g2，exp(τ)，所述g1，exp(τ)与g2，exp(τ)的幅值与血管的三维流速分量vx，vy与vz均相关，虚数部分仅与血管的轴向流速分量vz相关，所述三维分别为横向，仰角方向与轴向三个空间指向；
10、步骤e：对所述自相关数据g1，exp(τ)的虚数部分进行相位分析，计算得到轴向流速分量vz；
11、步骤f：利用所述自相关数据g1，exp(τ)除以所述自相关数据g2，exp(τ)获得商值δg1，exp(τ)，所述δg1，exp(τ)仅与未知的血管横向流速分量vx相关，基于最小二乘法拟合原理，计算得到血管的横向流速分量vx；
12、步骤g：将步骤f计算的横向流速分量vx与步骤e计算的轴向流速分量vz代入到所述自相关数据g1，exp(τ)，血管的仰角方向流速分量为影响g1，exp(τ)幅值的唯一未知量，基于最小二乘法拟合原理，计算得到血管的仰角方向流速分量vy，所述仰角方向为垂直于超声探测面的方向。
13、优选地，所述步骤b中，使用不同的接收孔径仅改变重建数据的横向分辨率，所述重建数据iq１与iq2的三维分辨率满足：σx1≠σx2，σy1＝σy2，σz1＝σz2，所述σx1，σy1与σz1为重建数据iq1对应的横向，仰角方向与轴向分辨率，所述σx2，σy2与σz2为重建数据iq2对应的横向，仰角方向与轴向分辨率。
14、优选地，所述步骤d中，分别对所述动态血流信号siq1与siq2进行自相关算，得到2组具有不同衰减特性的自相关数据g1，exp(τ)与g2，exp(τ)的计算公式为：
15、
16、
17、其中，*代表复数共轭，<…>t代表总体时间平均，t为总体时间，τ为时间延迟。
18、优选地，所述步骤e中，对所述自相关数据g1，exp(τ)的虚数部分进行相位分析，计算得到轴向流速分量vz的计算公式为：
19、
20、其中，λ0为所述步骤a中发射的超声波脉冲的波长，τc为所述步骤e中自相关数据g1,exp(τ)的虚数部分的第一个极值对应的时间。
21、优选地，所述步骤f中，最小二乘法拟合过程涉及商值理论模型δg1,theory(τ)，表达式为：
22、
23、其中，g1,theory(τ)和g2,theory(τ)分别指重建数据iq1与iq2对应的自相关数据理论模型。
24、自相关数据理论模型由重建数据的三维分辨率及血管的三维流速分量决定，所述三维分别为横向，仰角方向与轴向三个空间指向，g1,theory(τ)与g2,theory(τ)表达式分别为：
25、
26、
27、其中，e是自然指数，τ为时间延迟，σx1，σy1与σz1分别代表重建数据iq1的三维分辨率，σx2，σy2与σz2分别代表重建数据iq2的三维分辨率，vx，vy与vz分别代表血管的三维流速分量，i是虚数单位，k0是波数，其计算公式是λ0为所述步骤a中发射的超声波脉冲的波长。
28、根据步骤b，重建数据iq1与iq2的三维分辨率分别满足σx1≠σx2，σy1＝σy2，σz1＝σz2，理论模型δg1,theory的表达式可以替换为：
29、
30、其中，e是自然指数，vx代表血管的横向流速分量，σx1与σx2分别代表重建数据iq1与iq2的横向分辨率，τ为时间延迟。
31、优选地，所述步骤f中，血管的横向流速分量vx由拟合因子r决定，将一系列速度数值vx，i代入到r中，其中使得r最大的vx，i即为血管的横向流速分量，其中r的计算公式为：
32、
33、其中，e是自然指数，σx1与σx2分别代表重建数据iq1与iq2的横向分辨率，τ为时间延迟，<…>代表总体时间平均，|...|代表取绝对值。
34、优选地，所述步骤g中，血管的仰角方向流速分量vy由拟合因子rr决定，将步骤e计算所得vz与步骤f计算所得vx以及一系列速度数值vy，i代入到rr中，其中使得rr最大的v本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤B中，使用不同的接收孔径仅改变重建数据的横向分辨率，所述重建数据IQ1与IQ2的三维分辨率满足：σx1≠σx2，σy1＝σy2，σz1＝σz2，所述σx1，σy1与σz1为重建数据IQ1对应的横向，仰角方向与轴向分辨率，所述σx2，σy2与σz2为重建数据IQ2对应的横向，仰角方向与轴向分辨率。
3.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤D中，分别对所述动态血流信号sIQ1与sIQ2进行自相关计算，得到2组具有不同衰减特性的自相关数据g1,exp(τ)与g2,exp(τ)的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤E中，对所述自相关数据g1,exp(τ)的虚数部分进行相位分析，计算得到轴向流速分量Vz的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于超声散斑去
6.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤F中，血管的横向流速分量Vx由拟合因子R决定，将一系列速度数值Vx,i代入到R中，其中使得R最大的Vx,i即为血管的横向流速分量，其中R的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤G中，最小二乘法拟合过程涉及自相关数据理论模型g1,theory(τ),表达式为：
8.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤G中，血管的仰角方向流速分量Vy由拟合因子RR决定，将步骤E计算所得Vz与步骤F计算所得Vx以及一系列速度数值Vy,i代入到RR中，其中使得RR最大的Vy,i即为血管的仰角方向流速分量，其中RR的计算公式为：
9.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，该方法还包括提取血管的总流速的步骤，为提取三个血流速度分量合成的总速度向量的模长，由下式表达：
10.基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计装置，其特征在于，其采用如权利要求1-9中任意一项所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法进行三维流速估计。
...【技术特征摘要】
1.基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤b中，使用不同的接收孔径仅改变重建数据的横向分辨率，所述重建数据iq1与iq2的三维分辨率满足：σx1≠σx2，σy1＝σy2，σz1＝σz2，所述σx1，σy1与σz1为重建数据iq1对应的横向，仰角方向与轴向分辨率，所述σx2，σy2与σz2为重建数据iq2对应的横向，仰角方向与轴向分辨率。
3.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤d中，分别对所述动态血流信号siq1与siq2进行自相关计算，得到2组具有不同衰减特性的自相关数据g1,exp(τ)与g2,exp(τ)的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤e中，对所述自相关数据g1,exp(τ)的虚数部分进行相位分析，计算得到轴向流速分量vz的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于超声散斑去相关分析的血管三维流速估计方法，其特征在于，所述步骤f中，最小二乘法拟合过程涉及商值理论模型δg1,theory(τ)，表达式为...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐建波，王永超，何叶韬，陈文恺，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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