超聲諧波成像方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種超聲諧波成像方法及裝置，所述方法包括步驟：接收原始信號；對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到若干個本征模態(tài)函數(shù)分量及一個余量分量；選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信號；對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。本發(fā)明的超聲諧波成像方法能夠得到諧波成分極高的諧波圖像，在信噪比大幅度提高的同時，能夠顯著提高“諧波-基波”比例。
【專利說明】超聲諧波成像方法及裝置

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學超聲系統(tǒng)，尤其涉及一種超聲諧波成像方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 對超聲系統(tǒng)而言，人體是一個復雜的介質(zhì)。不同的器官與組織，包括病理組織均有 其特定的聲阻抗和衰減特性。當超聲射入體內(nèi)，由表面到深部經(jīng)過不同的組織時，該種聲阻 抗上的差別和衰減上的差異使得聲波出現(xiàn)不同的反射與衰減。該種不同的反射與衰減就是 構(gòu)成超聲圖像的基礎。超聲掃描儀將接收到的回聲，根據(jù)回聲強弱，用明暗不同的光點依次 顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像。
[0003] 而人體的不同組織，器官均是非剛性的介質(zhì)，因此，在反射聲波時，除了將同發(fā)射 頻率一致的信號發(fā)射的同時，自身由于聲波的振蕩，激勵而出現(xiàn)諧振，產(chǎn)生處于較高頻率范 圍內(nèi)的諧波成分。利用該種諧波來進行成像即被稱為超聲諧波成像，包括組織諧波成像和 使用造影劑時的造影劑諧波成像。諧波成像同普通的基波成像相比，具有成像頻率高，分辨 力高，噪聲干擾少，固有圖像信噪比高等優(yōu)點，其價值日益受到重視。
[0004] 在諧波成像中，諧波成分同基波成分相比比例較小，找到合適的方法來進行諧波 的提取存在著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法如相位反向脈沖成像等均不能有效地去掉信號中的 基波成分，往往得到還是基波與諧波混淆的圖像，使得圖像質(zhì)量受限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種超聲諧波成像方法及裝置。
[0006] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實施方式提供了一種超聲諧波成像方法，包 括步驟： 接收原始信號； 對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到若干個本征模態(tài)函數(shù)分量及一個余量分量； 選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信號； 對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。
[0007] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述諧波信號由與所述原始信號中的諧波 成分的頻率相同的所述本征模態(tài)函數(shù)分量相加得到。
[0008] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，步驟"接收原始信號"前還包含步驟： 發(fā)射第一脈沖波，接收得到第一脈沖信號； 發(fā)射第二脈沖波，接收得到第二脈沖信號； 將所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號相加，得到所述原始信號。
[0009] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的 大小相同，且相位相反。
[0010] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述原始信號為射頻信號。
[0011] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實施方式提供了一種超聲諧波成像裝置，包 括接收模塊、分解模塊、選擇模塊及成像模塊，接收模塊用于接收從檢查者體內(nèi)反饋回來的 原始信號；分解模塊用于對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到若干個本征模態(tài)函數(shù)分 量及一個余量分量；選擇模塊用于選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并 相加，得到諧波信號；成像模塊用于對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。
[0012] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述諧波信號由與所述原始信號中的諧波 成分的頻率相同的所述本征模態(tài)函數(shù)分量相加得到。
[0013] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述成像裝置還包括發(fā)射模塊，用于依次 發(fā)射第一脈沖波及第二脈沖波至所述檢查者；其中，當所述發(fā)射模塊發(fā)射所述第一脈沖波 時，所述接收模塊接收所述第一脈沖波并得到第一脈沖信號，當所述發(fā)射模塊發(fā)射所述第 二脈沖波時，所述接收模塊接收所述第二脈沖波并得到第二脈沖信號，所述接收模塊將所 述第一脈沖信號及所述第二脈沖信號相加得到所述原始信號。
[0014] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號的 大小相同，且相位相反。
[0015] 作為本發(fā)明一實施方式的進一步改進，所述原始信號為射頻信號。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的超聲諧波成像方法能夠得到諧波成分極高的諧波圖 像，在信噪比大幅度提高的同時，能夠顯著提高"諧波-基波"比例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一實施方式的超聲諧波成像方法流程圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明一實施方式的一種超聲諧波成像裝置框架示意圖。

【具體實施方式】
[0019] W下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但該些實施方式并 不限制本發(fā)明，本領域的普通技術(shù)人員根據(jù)該些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的 變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0020] 如圖1所示，為本發(fā)明一實施方式的超聲諧波成像方法流程圖，包括W下步驟： Sl ;接收原始信號； S2;對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解（Emprical Mode Decompostion, EMD)，得到若 干個本征模態(tài)函數(shù)（Intrinsic mode化nction, IMF)分量及一個余量分量； 53 ;選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信號； 54 ;對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。
[0021] 其中，所述諧波信號由與所述原始信號中的諧波成分的頻率相同的所述本征模態(tài) 函數(shù)分量相加得到，即可W根據(jù)實際原始信號中的諧波成分的情況分析選取若干個與諧波 成分頻率相同的本征模態(tài)函數(shù)分量作為最終形成諧波圖像的分量。原始信號可W通過相位 反向脈沖成像方式得到，即在步驟Sl之前還包含步驟；發(fā)射第一脈沖波至檢查者，第一脈 沖波由檢查者身體表面到深部經(jīng)過不同的組織，再反饋回來，接收得到第一脈沖信號；接著 發(fā)射第二脈沖波至檢查者，第二脈沖波由檢查者身體表面到深部經(jīng)過不同的組織，再反饋 回來，接收得到第二脈沖信號。第一脈沖波及第二脈沖波為依次發(fā)射的脈沖波，且是在第一 脈沖波接收完畢之后再發(fā)射第二脈沖波，第一脈沖波及第二脈沖波為大小相同、相位相反 的脈沖波。接著，將接收到的第一脈沖信號及第二脈沖信號相加，即可得到步驟SI中所述 的原始信號。第一脈沖信號及第二脈沖信號均包含基波信號及諧波信號，第一脈沖信號的 基波信號及第二脈沖信號的基波信號理論上大小相同，相位相反，當?shù)谝幻}沖信號及第二 脈沖信號相加時會使基波信號抵消，而諧波信號會疊加，但實際情況中，相加得到的原始信 號中仍然包含基波信號，且諧波信號的比例較低，因此，接收得到的原始信號還需進一步處 理，即繼續(xù)執(zhí)行如上所述的步驟S1-S4。本實施方式的原始信號不僅限于由上述的相位反向 脈沖成像方式得到，也可W是其他的任意信號，所述原始信號可為射頻信號，可W接收得到 若干組射頻信號，再對每組射頻信號進行上述步驟S1-S4,最終即可得到新的諧波圖像。同 相位反向脈沖成像方式得到的脈沖信號直接進行解包絡處理得到的圖像相比，使用經(jīng)驗模 態(tài)分解后的諧波圖像信噪比W及造影組織對比均具有統(tǒng)計學意義的顯著提高，本實施方式 提出的新的超聲諧波成像方法可W穩(wěn)定并且有效地提取出原始信號中的諧波成分，得到具 有高信噪比和組織造影對比的真正的諧波圖像。
[0022] 下面就W-個具體示例來詳述本發(fā)明一實施方式的超聲諧波成像方法。所述方法 包括： 首先，利用相位反向脈沖成像方式得到原始信號s(t); 然后，對所述原始信號s(t)進行經(jīng)驗模態(tài)分解，經(jīng)驗模態(tài)分解是根據(jù)數(shù)據(jù)本身自適應 地選擇有限數(shù)量的本征模態(tài)函數(shù)，對原始信號進行分解。同傳統(tǒng)的傅里葉變換，小波變換不 同，該種方法對于信號的分解是基于信號自身的波動特性所決定的，有效地避免預先設定 的線性基對于信號分解的影響，并且得到的本征模態(tài)函數(shù)IMF -般都能和一定的影響因素 對應起來。該就使得經(jīng)驗模態(tài)分解方法在非線性非平穩(wěn)過程中的分析具有無可替代的優(yōu) 勢。經(jīng)驗模態(tài)分解的具體過程如下： (1) 找出原始信號s(t)的局部極大值和局部極小值，利用H次樣條曲線將所述極大值 及極小值分別連接形成上包絡線T (t)及下包絡D (t); (2) 計算平均包絡nil (t)，即計算上包絡線T(t)及下包絡線D(t)的均值， nil (t) = [T (t)-D (t)]，將平均包絡nil (t)從原始信號S (t)中去除得到一個新函數(shù)ki (t)，新函 數(shù) ki (t)表示為 ki (t) =S (t) -mi (t); (3) 檢查該個新函數(shù)ki(t)是否為本征模態(tài)函數(shù)，即檢查新函數(shù)ki(t)是否同時滿足 兩個條件：1、新函數(shù)ki (t)過零點的個數(shù)和極值點的個數(shù)相等，或者數(shù)目相差不超過一個； 2.在其任意時間點由上包絡線與下包絡線確定的平均包絡值為零；如果新函數(shù)ki(t)滿足 W上兩個條件，則新函數(shù)ki(t)為本征模態(tài)函數(shù)，即IMF,如果新函數(shù)ki(t)不滿足W上兩個 條件，則令s(t)=ki(t)，即將此時的新函數(shù)ki(t)看成原始信號，重復上述經(jīng)驗模態(tài)分解步 驟，即1^(*)=1^1(*)-1112(*)，其中1112(*)是1^1(*)的上包絡線及下包絡線的平均值，重復進行 上述經(jīng)驗模態(tài)分解步驟，直到得到的新函數(shù)k"(t)滿足本征模態(tài)函數(shù)的兩個條件，此時即得 到第一個本征模態(tài)函數(shù)分量IMFi,將第一個本征模態(tài)函數(shù)分量IMFi表示為Ci= k"(t); (4) 從原始信號中去除所述本征模態(tài)函數(shù)分量IMFi,得到一個余量分量ri (t)，余量分 量Tl (t) =S (t) -Cl,對余量分量Tl (t)執(zhí)行上述經(jīng)驗模態(tài)分解步驟，得到第二個本征模態(tài)函 數(shù)分量IMF2,即C2,此時的余量分量r2 (t) = ri (t)-C2，重復進行上述經(jīng)驗模態(tài)分解步驟，直 到某個余量分量r"(t)或某個本征模態(tài)函數(shù)分量C。小于一個預設的感興趣值或余量分量 r"(t)為單調(diào)函數(shù)時，經(jīng)驗模態(tài)分解過程終止，此時，原始信號S (t)可被表示為： 啦)=ix: + 地） J-I 即原始信號S(t)被分解為一系列的本征模態(tài)函數(shù)分量Cj.和一個余量分量r"(t)。經(jīng) 驗模態(tài)分解過程就是直接從原始信號中提取與某個時間尺度相關的分量，把所提取的分量 表示成本征模態(tài)函數(shù)后，它們均具有很好的希爾伯特變換性質(zhì)，由此，就能進一步計算出其 瞬時頻率，該樣就可W對時域中的任何時間局部化。
[0023] 接著，選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信 號，所述諧波信號由與所述原始信號中的諧波成分的頻率相同的所述本征模態(tài)函數(shù)分量 相加得到，即可W根據(jù)實際原始信號中的諧波成分的情況分析選取若干個與諧波成分頻率 相同的本征模態(tài)函數(shù)分量作為最終形成諧波圖像的分量。
[0024] 最后，對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。同相位反向脈沖成像方式 得到的脈沖信號直接進行解包絡處理得到的圖像相比，使用經(jīng)驗模態(tài)分解后的圖像信噪比 W及造影組織對比均具有統(tǒng)計學意義的顯著提高，本實施方式提出的新的超聲諧波成像方 法可W穩(wěn)定并且有效地提取出原始信號中的諧波成分，得到具有高信噪比和組織造影對比 的真正的諧波圖像。
[0025] 本實施方式采用經(jīng)驗模態(tài)分解方法，對采集得到的原始信號進行分解，從分解后 的一系列本征模態(tài)函數(shù)中則能夠找到諧波成分所對應的一些本征模態(tài)函數(shù)分量，并去掉同 諧波成分無關的分量，再進行后續(xù)的操作，最后就能得到諧波成分極高的諧波圖像，同傳統(tǒng) 方法相比，本實施方式在信噪比大幅度提高的同時，能夠顯著提高"諧波-基波"比例，比女口 在造影劑成像中的高"造影-組織"對比（Contrast to Tissue ratio, CTR)。本實施方式 提出的超聲諧波成像方法穩(wěn)定性好，成像結(jié)果可靠，且無參數(shù)選擇等，可W在包括造影劑成 像中的所有諧波成像應用當中使用。本實施方式使用的經(jīng)驗模態(tài)分解是一種非線性的數(shù)據(jù) 處理方法，通過信號本身的波動特性來對信號進行分解，有效地避免預先設定的線性基對 于信號分解的影響。
[0026] 如圖2所示，為本發(fā)明一實施方式提供的一種超聲諧波成像裝置，所述裝置包括： 接收模塊100、分解模塊200、選擇模塊300及成像模塊400。接收模塊100用于接收從檢查 者體內(nèi)反饋回來的原始信號；分解模塊200用于對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到 若干個本征模態(tài)函數(shù)分量及一個余量分量；選擇模塊300用于選取所述若干個本征模態(tài)函 數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信號；成像模塊400用于對所述諧波信號進行 解包絡處理，得到諧波圖像。
[0027] 其中，所述諧波信號由與所述原始信號中的諧波成分的頻率相同的所述本征模態(tài) 函數(shù)分量相加得到，即可W根據(jù)實際原始信號中的諧波成分的情況分析選取若干個與諧波 成分頻率相同的本征模態(tài)函數(shù)分量作為最終形成諧波圖像的分量。所述裝置還包括發(fā)射模 塊，用于依次發(fā)射第一脈沖波及第二脈沖波至所述檢查者。其中，當所述發(fā)射模塊發(fā)射所 述第一脈沖波時，所述接收模塊100接收所述第一脈沖波并得到第一脈沖信號，當所述發(fā) 射模塊發(fā)射所述第二脈沖波時，所述接收模塊100接收所述第二脈沖波并得到第二脈沖信 號。第一脈沖波及第二脈沖波為依次發(fā)射的脈沖波，且是在第一脈沖波接收完畢之后再發(fā) 射第二脈沖波，第一脈沖波及第二脈沖波為大小相同、相位相反的脈沖波。接收模塊100將 接收到的第一脈沖信號及第二脈沖信號相加，即可得到原始信號，但不W此為限，例如可W 包含計算模塊，用于將接收到的第一脈沖信號及第二脈沖信號相加。第一脈沖信號及第二 脈沖信號均包含基波信號及諧波信號，第一脈沖信號的基波信號及第二脈沖信號的基波信 號理論上大小相同，相位相反，當?shù)谝幻}沖信號及第二脈沖信號相加時會使基波信號抵消， 而諧波信號會疊加，但實際情況中，相加得到的原始信號中仍然包含基波信號，且諧波信號 的比例較低，因此，接收得到的原始信號還需進一步處理。本實施方式的原始信號不僅限于 由上述的相位反向脈沖成像方式得到，也可W是其他的任意信號，所述原始信號可為射頻 信號，可W接收得到若干組射頻信號，再對每組射頻信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解及解包絡等，最 終即可得到新的諧波圖像。同相位反向脈沖成像方式得到的脈沖信號直接進行解包絡處理 得到的圖像相比，使用經(jīng)驗模態(tài)分解后的諧波圖像信噪比W及造影組織對比均具有統(tǒng)計學 意義的顯著提高，本實施方式提出的新的超聲諧波成像方法可W穩(wěn)定并且有效地提取出原 始信號中的諧波成分，得到具有高信噪比和組織造影對比的真正的諧波圖像。
[0028] 所屬領域的技術(shù)人員可W清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的模塊 的具體工作過程，可W參考前述方法實施方式中的對應過程，在此不再費述。
[0029] 應當理解，雖然本說明書按照實施方式加W描述，但并非每個實施方式僅包含一 個獨立的技術(shù)方案，說明書的該種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術(shù)人員應當將說 明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可W經(jīng)適當組合，形成本領域技術(shù)人員可 W理解的其他實施方式。
[0030] 上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說 明，它們并非用W限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式 或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種超聲諧波成像方法，其特征在于包括步驟： 接收原始信號； 對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到若干個本征模態(tài)函數(shù)分量及一個余量分量； 選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧波信號； 對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的超聲諧波成像方法，其特征在于，所述諧波信號由與所述原始 信號中的諧波成分的頻率相同的所述本征模態(tài)函數(shù)分量相加得到。
3. 如權(quán)利要求1所述的超聲諧波成像方法，其特征在于，在步驟"接收原始信號"前還 包含步驟： 發(fā)射第一脈沖波，接收得到第一脈沖信號； 發(fā)射第二脈沖波，接收得到第二脈沖信號； 將所述第一脈沖信號與所述第二脈沖信號相加，得到所述原始信號。
4. 如權(quán)利要求3所述的超聲諧波成像方法，其特征在于，所述第一脈沖信號與所述第 二脈沖信號的大小相同，且相位相反。
5. 如權(quán)利要求1所述的超聲諧波成像方法，其特征在于，所述原始信號為射頻信號。
6. -種超聲諧波成像裝置，其特征在于包括： 接收模塊，用于接收從檢查者體內(nèi)反饋回來的原始信號； 分解模塊，用于對所述原始信號進行經(jīng)驗模態(tài)分解，得到若干個本征模態(tài)函數(shù)分量及 一個余量分量； 選擇模塊，用于選取所述若干個本征模態(tài)函數(shù)分量的其中部分或全部并相加，得到諧 波信號；以及 成像模塊，用于對所述諧波信號進行解包絡處理，得到諧波圖像。
7. 如權(quán)利要求6所述的超聲諧波成像裝置，其特征在于，所述諧波信號由與所述原始 信號中的諧波成分的頻率相同的所述本征模態(tài)函數(shù)分量相加得到。
8. 如權(quán)利要求6所述的超聲諧波成像裝置，其特征在于，所述成像裝置還包括： 發(fā)射模塊，用于依次發(fā)射第一脈沖波及第二脈沖波至所述檢查者； 其中，當所述發(fā)射模塊發(fā)射所述第一脈沖波時，所述接收模塊接收所述第一脈沖波并 得到第一脈沖信號，當所述發(fā)射模塊發(fā)射所述第二脈沖波時，所述接收模塊接收所述第二 脈沖波并得到第二脈沖信號，所述接收模塊將所述第一脈沖信號及所述第二脈沖信號相加 得到所述原始信號。
9. 如權(quán)利要求7所述的超聲諧波成像裝置，其特征在于，所述第一脈沖信號與所述第 二脈沖信號的大小相同，且相位相反。
10. 如權(quán)利要求6所述的超聲諧波成像裝置，其特征在于，所述原始信號為射頻信號。
【文檔編號】A61B8/00GK104224232SQ201410496619
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】周俊鴻, 陳惠人 申請人:飛依諾科技(蘇州)有限公司