專利名稱：實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖類超聲多普勒檢測的方法、系統(tǒng)、裝置及發(fā)射機和接收機領(lǐng)域，更具體的說，改進(jìn)涉及的是一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收機。
背景技術(shù)：
目前，在超聲檢測領(lǐng)域，絕大部分的應(yīng)用項目采用的都是短脈沖發(fā)射，然后依靠回 波來估計聲傳播路徑中的多普勒頻移現(xiàn)象，即所謂的脈沖類超聲多普勒；在傳統(tǒng)的超聲檢 測中，短脈沖發(fā)射易受到系統(tǒng)和傳感器帶寬的限制，有著時間一頻率上的矛盾，不能有效 地利用系統(tǒng)的時間與頻率資源，存在著平均功率、信噪比、檢測靈敏度、分辨率以及穿透力 等多項超聲檢測指標(biāo)受限和相互制約的問題；為此，通過編碼擴譜技術(shù)對發(fā)射的短脈沖進(jìn) 行編碼調(diào)制，充分利用脈沖寬度和系統(tǒng)的頻帶寬度資源，然后對回波進(jìn)行相關(guān)處理的反調(diào) 制，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息，最后采用頻率估計的手段來測量多普勒頻移現(xiàn)象， 從而達(dá)到有效地提高超聲檢測的各項指標(biāo)，和提高系統(tǒng)資源的利用率的目的。盡管編碼擴譜技術(shù)已成功應(yīng)用于超聲連續(xù)波系統(tǒng)，但是對于超聲脈沖類系統(tǒng)來 說，在實際應(yīng)用中仍然存在著較大的技術(shù)障礙，這是因為用于編碼發(fā)射的時間間隔會受到 脈沖寬度和聲場的局限；包括中國以及國外的大多數(shù)研究機構(gòu)在內(nèi)，大部分的研究工作都 集中在尋找和發(fā)現(xiàn)不易受到脈沖寬度和聲場局限的碼序列和碼序列對上；尤其是對于醫(yī)療 超聲的應(yīng)用，即使是數(shù)個分貝或是數(shù)十個分貝的改進(jìn)也沒有太大的實用價值，短碼的自相 關(guān)和互相關(guān)特性根本無法滿足超聲檢測的要求，成為長久以來為什么沒能將編碼擴譜技術(shù) 應(yīng)用到實際產(chǎn)品和設(shè)備中的主要原因之一，也極大地限制了超聲無損檢測、超聲流體檢測、 超聲血流測量和超聲血流成像等多種超聲多普勒檢測應(yīng)用項目的發(fā)展。因此，現(xiàn)有技術(shù)尚有待改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目在于，提供一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收 機，增加檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍，可突破脈沖類系統(tǒng)的脈沖寬度和聲場對用于編碼發(fā)射的時 間間隔的限制，減少脈沖類超聲檢測編碼調(diào)制在實際應(yīng)用中的瓶頸，推進(jìn)超聲多普勒檢測 的多種應(yīng)用項目發(fā)展。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法，包括以下步驟A、將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間 范圍內(nèi)；B、用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖，相關(guān)處理其回波， 獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；C、相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻移。所述的方法，其中，所述步驟B中參與調(diào)制的短碼序列或短碼序列組在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同。所述的方法，其中，所述步驟B中調(diào)制的操作包括Bi、將整個所述編碼長度的長碼或長碼組切分為多個短碼序列或短碼序列組；B2、將切分后的所述短碼序列或序列組分布在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)進(jìn)行調(diào) 制 。所述的方法，其中，所述步驟A中超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍包括整 個譜估計參數(shù)估計窗口所允許的時間范圍。所述的方法，其中，所述譜估計參數(shù)估計窗口所允許的時間范圍包括譜估計的步 進(jìn)時間。所述的方法，其中，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括對于相位隨時間變化的脈沖回波及其多普勒頻移進(jìn)行相應(yīng)的相位補償。所述的方法，其中，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括在相關(guān)疊加處理之前對所述脈沖回波及其多普勒頻移進(jìn)行相位補償?shù)耐瑫r進(jìn)行 譜估計。所述的方法，其中，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括將相位補償與譜估計簡化合并成一離散的傅立葉變換。所述的方法，其中，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括將參與相關(guān)處理的短碼列或短碼序列組作移位相關(guān)的操作，以獲取各自回波的聲 場以及深度信息。所述的方法，其中，所述移位相關(guān)的操作包括在調(diào)制發(fā)射每一超聲脈沖之后，對其回波進(jìn)行復(fù)數(shù)基帶的相關(guān)處理。—種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的系統(tǒng)，包括一調(diào)制模塊、一解調(diào)模塊和一相關(guān)疊加處理 模塊；其中，所述調(diào)制模塊用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù) 估計所允許的時間范圍內(nèi)，用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖；所 述解調(diào)模塊用于相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；所述相關(guān)疊加處理 模塊用于相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻移。所述的系統(tǒng)，其中，參與調(diào)制的碼為偽隨機碼。所述的系統(tǒng)，其中，所述偽隨機碼為二進(jìn)制偽隨機碼或多值偽隨機碼。一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的裝置，包括一探頭，所述探頭包括一發(fā)射單元和一接收 單元；其中，所述發(fā)射單元用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù) 估計所允許的時間范圍內(nèi)，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短碼 序列組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖；所述接收單元用于相關(guān)處理其回波， 獲得超聲傳播的聲場以及深度信息，相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回 波，估計測量多普勒頻移。一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的發(fā)射機，包括一發(fā)射探頭，其中，所述發(fā)射探頭包括一編 碼調(diào)制單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的 時間范圍內(nèi)的情況下，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短碼序列 組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖。一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的接收機，包括一接收探頭，其中，所述接收探頭包括一相位補償單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的 時間范圍內(nèi)的情況下，在相關(guān)疊加處理之前對相位隨時間變化的脈沖回波及其多普勒頻移 進(jìn)行相應(yīng)的相位補償。 本發(fā)明所提供的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收機，由 于引入了各自不相同的短碼以及相關(guān)合并其形成為長碼的概念，將脈沖類超聲編碼發(fā)射的 編碼長度延伸到實時或非實時的超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍，大大增加了編碼 的長度，從而使檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍大大增加，不再局限于對單個脈沖編碼的較短時間，突 破了脈沖類系統(tǒng)的脈沖寬度和聲場對用于編碼發(fā)射時間間隔的限制，使得碼與碼組的尋找 和選擇不再成為脈沖超聲檢測在實際應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸，大大推進(jìn)了超聲多普勒檢測的多 種應(yīng)用項目發(fā)展。


圖1為本發(fā)明N個短碼的長碼分布在不同的發(fā)射脈沖中的示意圖；圖2為本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)的發(fā)射部分的原理方框簡圖；圖3為本發(fā)明實現(xiàn)系統(tǒng)的接收部分的原理方框簡圖；圖4為本發(fā)明中用單一的短碼調(diào)制發(fā)射脈沖后的譜估計模糊函數(shù)圖；圖5為本發(fā)明中用不同的短碼調(diào)制不同發(fā)射脈沖后的譜估計模糊函數(shù)圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
和實施例加以詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收機，其核心發(fā) 明點在于，將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度延伸到實時或非實時的超聲檢測和參數(shù)估計所允許 的時間范圍內(nèi)，不再局限于對單個脈沖的較短時間間隔，使得編碼的長度大大增加，從而使 檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍大大增加；至于多普勒頻移、自相關(guān)、互相關(guān)、調(diào)制、頻率估計、譜估計 等技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法，先將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度延伸到超 聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)；再用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度內(nèi)不同的發(fā)射 脈沖，相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；最后相關(guān)疊加處理所述編碼長 度內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻移。具體的說，本發(fā)明方法要考慮的是一個譜估計系統(tǒng)，故應(yīng)該以譜估計的整體時間 間隔來決定編碼的長度。從整個系統(tǒng)來看，在對超聲回波進(jìn)行多普勒頻移的估計過程中，可 以作為估計的時間窗口并不是由單一的發(fā)射脈沖來決定的，所以，編碼長度也不應(yīng)該受到 單一脈沖的重復(fù)頻率和單一脈沖的聲場間隔的限制，即編碼長度可以在譜估計參數(shù)估計窗 口所允許的時間范圍內(nèi)來選擇，如此一來，就可以選擇很長的碼序列或碼序列對，獲得好的 自相關(guān)以及互相關(guān)特性，取得良好的幅度與時間(空間)分辨率；而超聲檢測系統(tǒng)就需要更 高的動態(tài)范圍來保證其測量的幅度與時間(空間)分辨率；不像在數(shù)字通訊中所面臨的是 單純的0和1的分辨問題。在本發(fā)明方法的較佳實施方式中，所謂的短碼，指的是只有數(shù)個、數(shù)十個碼元的碼 序列或碼序列組；而相對該短碼而言，長碼則具有數(shù)百、數(shù)千個甚至更多的碼元；另外，用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖，指的是在所述編碼長度時間段 內(nèi)，用于調(diào)制發(fā)射每一超聲脈沖所采用的短碼不相同，換句話說，所述編碼長度時間段內(nèi)用 于調(diào)制發(fā)射脈沖的短碼具有差異性；例如，在所述編碼長度時間段內(nèi)若有256個脈沖，則需 要用256個短碼分別調(diào)制256個脈沖，而這256個短碼的碼序列或碼序列組是兩兩不相同 的。
要對每一個超聲脈沖進(jìn)行調(diào)制，而參與調(diào)制的短碼序列或短碼序列組在不同時間 發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同；再將這些短碼序列或短碼序列組聯(lián)合起來進(jìn)行譜估計，即可 得到一個長碼的概念和長碼的效果，如附圖1所示，存在N個超聲脈沖發(fā)射，為了使所有的 脈沖編碼都兩兩不同，也采用了 N個兩兩不同的短碼序列或短碼序列組。為達(dá)到將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范 圍內(nèi)的目標(biāo)，以及為實現(xiàn)在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)參與調(diào)制的短碼序列或短碼序列組 兩兩不同，具體的實現(xiàn)方法之一，可采用長碼切斷的方式，即將長碼切開分成數(shù)個、數(shù)十個 乃至數(shù)百個短碼序列或短碼序列組，再將其分布在不同時間的發(fā)射脈沖內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，仍如 附圖1所示，如果每一個脈沖的調(diào)制的編碼長度為m，用作譜估計的脈沖數(shù)目為N，那么該長 碼的長度為mN。例如做血流譜分析時，假定編碼可用長度定義為20毫秒，如果在這個時間段內(nèi)有 200個超聲脈沖，對每個超聲脈沖進(jìn)行編碼的短碼長度為16，那么整體的編碼長度可長達(dá) 16X200 = 3200 ；如此的編碼長度完全可以取得好的自相關(guān)特性，滿足空間分辨率以及抗 碼組間互干擾能力的要求。作為本發(fā)明方法的較佳實施方式，在對回波進(jìn)行相關(guān)處理的過程中，由于回波受 到多普勒頻移的影響，其相位會隨著時間變化，對不同的多普勒頻移相位有不同的變化，故 不能簡單地直接對長碼進(jìn)行相關(guān)處理，而是要針對不同時間的脈沖回波以及不同的多普勒 頻移做不同的相位補償，然后才能進(jìn)行相關(guān)疊加處理。 在聲場的深度方面，可將用來進(jìn)行相關(guān)的碼序列或碼序列組做移位相關(guān)來取得深 度信息，不同的移位代表不同的深度，這一過程是一個二維處理的過程，可以在每一個超聲 脈沖作調(diào)制發(fā)射后對相應(yīng)的回波進(jìn)行，例如，可以進(jìn)行復(fù)數(shù)基帶的相關(guān)處理，但這個算法不 是唯一的，實際上還存在著其他一些算法來實現(xiàn)這個過程，又如，滑動窗濾波的相關(guān)處理； 需要說明的是，作為分段后的長碼，在合并時必須進(jìn)行相位校正以滿足其相關(guān)疊加各部分 之間的相關(guān)性；在此僅以復(fù)數(shù)基帶的算法為例，詳細(xì)說明實現(xiàn)這一過程的可能性。以相關(guān)處理的復(fù)數(shù)基帶公式為例
<image>image see original document page 7</image>
其中，d代表深度，yn(d)表示不同深度的回波信息；下標(biāo)η代表脈沖編號，η = O,
1,2,3,......N-I，N表示譜估計窗內(nèi)的脈沖個數(shù)；χη⑴表示第η個脈沖發(fā)射后取得的回波
基帶序列；cn(i)表示第η個脈沖的編碼序列(即短碼)；m表示單個脈沖的編碼長度，公式 1中的*表示共軛。N個脈沖經(jīng)過各自短碼對回波解調(diào)，得到不同深度的回波信息，為了體現(xiàn)出長碼的 優(yōu)勢，可將其疊加起來以便抑制自相關(guān)的次峰(即旁瓣)以及互干擾的干擾。但受多普勒 頻移的影響，不同時間的脈沖回波對不同的多普勒頻移具有不同的相移，故可在回波疊加前對不同時間的脈沖回波以及對不同的多普勒頻移做出相應(yīng)的相位補償<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，T表示每個脈沖之間的時間間隔；Δ t(d)表示深度取樣之間的時間差為 相位因子；公式2中，對同一深度而言，Σ之外的因子^2nfAtid)只是一個常數(shù)相位因子，為簡 化起見，可將其忽略不計；另外，令<formula>formula see original document page 8</formula>(公式 3)則有<formula>formula see original document page 8</formula>
不難看出，公式4是一個典型的離散傅立葉變換過程，這一離散傅立葉變換可同 時起到兩個作用其一是對長碼在各個脈沖時間段和各個多普勒頻移的影響下的相位進(jìn)行 了補償，使其能夠相關(guān)疊加以獲得長碼的優(yōu)點，其二是在補償?shù)耐瑫r還進(jìn)行了譜估計，說明 可以將相位補償和譜估計合并成為一個離散的傅立葉變換過程，一舉兩得，算法簡單快捷。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的系統(tǒng)，包括一調(diào)制模塊、一解調(diào)模塊和一相關(guān) 疊加處理模塊；其中，所述調(diào)制模塊用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢 測和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)，用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射 脈沖；所述解調(diào)模塊用于相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；所述相關(guān) 疊加處理模塊用于相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒 頻移；本發(fā)明的檢測系統(tǒng)可以用于實時的檢測，也可以用于非實時的檢測。例如，一個IOKHz脈沖重復(fù)頻率的多普勒測量系統(tǒng)，每個單脈沖之間的時間間隔 為0. 1毫秒，另外考慮到探頭與目標(biāo)之間即聲場距離的限制，編碼序列充其量不過數(shù)十個 碼元；這樣短的碼序列要取得好的相關(guān)特性是很難的，換句話說，很難保證空間分辨率；對 于多重編碼來說，序列間的抗互干擾能力做多也只能做到十來個分貝，再加上聲場非線性 傳播的影響，這個指標(biāo)還要大打折扣，顯然，這對于估計聲場的多普勒空間分布非常不利， 因為編碼增益很容易就被碼序列自身產(chǎn)生的干擾所吞食，得不償失。但是，從實時的多普勒譜估計系統(tǒng)來考慮，假定將實時的概念定義為以觀察者視 神經(jīng)的閃爍為界，那么每一次的譜估計時間可長達(dá)20毫秒；而實際上遠(yuǎn)不止這么短，例如 做血流譜分析的超聲血流儀，譜估計的時間長度為20至200毫秒，即每獲得一次譜分布的 步進(jìn)時間可以達(dá)到數(shù)十個毫秒；也就是說，譜估計是數(shù)十個毫秒一次，而不是每個單脈沖一 次，可見，在編碼超聲多普勒的應(yīng)用中，至少可以將譜估計的步進(jìn)時間作為選擇編碼長度的 依據(jù)，可將編碼的長度大大提高到數(shù)千乃至數(shù)萬，從而自相關(guān)以及互相關(guān)的特性可以做的 非常好，可滿足超聲檢測系統(tǒng)的大動態(tài)范圍要求，以保證其測量的幅度與時間(空間)分辨 率。較好的是，參與調(diào)制的碼為偽隨機碼；所述偽隨機碼為二進(jìn)制偽隨機碼或多值偽 隨機碼。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的裝置，包括一探頭，所述探頭包括一發(fā)射單元和一接收單元；所述發(fā)射單元用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短 碼序列組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖；所述接收單元用于相關(guān)處理其回 波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息，相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖 回波，估計測量多普勒頻移。以超聲血流儀為例，對比說明用同一短碼和用兩兩不同的短碼調(diào)制發(fā)射脈沖的回 波效果，例如，超聲發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率為ΙΟΚΗζ，在回波的基帶中，某一深度區(qū)間，存在一 個2. 45KHz的多普勒頻移，此時需要檢測這個多普勒頻移在使用編碼技術(shù)后的模糊函數(shù)。首先，采用同一短碼對所有的超聲脈沖進(jìn)行調(diào)制，碼長為16，譜估計的窗口為 25. 6毫秒(即256個脈沖)，計算機模擬后的結(jié)果如附圖4所示，由于編碼長度有限，次峰 即旁瓣現(xiàn)象非常嚴(yán)重，顯然會產(chǎn)生偽像，干擾成像的質(zhì)量。其次，采用不同的短碼對每一脈沖進(jìn)行調(diào)制，即用256個兩兩不相同的具有16個 碼元的短碼對各個脈沖進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，用相應(yīng)的短碼對回波信號進(jìn)行相關(guān)處理取得深度信 息，然后將其進(jìn)行相關(guān)疊加并進(jìn)行譜估計得到模糊函數(shù)；可預(yù)見的是，由256個短碼疊加的 效果是一個具有256X16 = 4096碼元的長碼的效果，計算機模擬后的結(jié)果如附圖5所示， 可以看出，由于相關(guān)疊加后取得了長碼的效果，在深度編碼方向，次峰即旁瓣消失了，從而 可有效地保證成像的空間分辨率。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的發(fā)射機，包括一發(fā)射探頭，所述發(fā)射探頭包括 一編碼調(diào)制單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允 許的時間范圍內(nèi)的情況下，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短碼 序列組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖。如附圖2所示，在系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)射部分的環(huán)節(jié)中，對每一個超聲脈沖進(jìn)行調(diào)制，這些 參與調(diào)制的短碼序列或短碼序列組在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)是兩兩不同的；然后可調(diào) 制在高頻載波上進(jìn)行發(fā)射。本發(fā)明的一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的接收機，包括一接收探頭，所述接收探頭包括 一相位補償單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允 許的時間范圍內(nèi)的情況下，在相關(guān)疊加處理之前對相位隨時間變化脈沖回波及其多普勒頻 移進(jìn)行相應(yīng)的相位補償。較好的是，所述接收機的接收探頭與所述發(fā)射機的發(fā)射探頭可設(shè)置為同一探頭。如附圖3所示，在系統(tǒng)實現(xiàn)接收部分的環(huán)節(jié)中，射頻RF返回的回波由前置低通濾 波后，經(jīng)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換，進(jìn)入復(fù)數(shù)基帶的相關(guān)處理，對各自短碼發(fā)射的相應(yīng)回波進(jìn)行相關(guān)處 理，然后進(jìn)行長碼的相關(guān)疊加和譜估計；圖中I和Q分別代表數(shù)字基帶信號的實部和虛部。工業(yè)實用性在脈沖類超聲檢測編碼調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用中，碼與碼組的選擇是最為關(guān)鍵的部分。 以往的工作都局限于尋找具有良好相關(guān)特性的短碼和短碼組，考慮的編碼區(qū)間針對的是單 個脈沖的時間間隔，編碼長度受到局限；在一般情況下，對于直擴來說，只能做到少至數(shù)個 多至數(shù)十個碼元的調(diào)制，即通常所說的短碼調(diào)制；這種數(shù)十個碼元的短碼調(diào)制最多能給出 十來個分貝的抗自相關(guān)的次峰干擾以及碼序列間的互相關(guān)干擾的能力；中國國內(nèi)和國外的 大多數(shù)研究都出現(xiàn)了這種情況，而且絕大部分的精力都浪費在尋找所謂的好的短碼序列上
其實，系統(tǒng)的非線性會很輕易地破壞碼與碼組的相關(guān)特性，在醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用中尤 為如此，甚至所謂的正交碼在實際應(yīng)用中還不如信手拈來的二進(jìn)制偽隨機碼，其魯棒性更 是不能相比，所以，選擇好的短碼序列作脈沖類超聲發(fā)射所帶來的數(shù)個分貝的改進(jìn)并沒有 什么實際的意義，也不會產(chǎn)生出應(yīng)用價值。但是，由于超聲檢測動態(tài)范圍的需求，尤其是聲場非線性的影響，短碼很難滿足要 求，而本發(fā)明提出的各自不相同的短碼以及相關(guān)合并其成為長碼的概念，使編碼的長度大 大增加，從而使檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍大大增加；有了長碼的相關(guān)特性作支持，應(yīng)用不再局限 于碼與碼組的選擇，可使超聲檢測的技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用大大跨進(jìn)一步；盡管碼與碼組的選擇 還是必須的，但不再是技術(shù)應(yīng)用的瓶頸；由此，可以預(yù)見，多種應(yīng)用項目的簡化、規(guī)劃將不斷 出現(xiàn)，對于中國的自主知識產(chǎn)權(quán)有著十分重要的意義。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換而 所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
10
權(quán)利要求
一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法，包括以下步驟；A、將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)；B、用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖，相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；C、相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中參與調(diào)制的短碼序列或短碼 序列組在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟B中調(diào)制的操作包括 Bi、將整個所述編碼長度的長碼或長碼組切分為多個短碼序列或短碼序列組；B2、將切分后的所述短碼序列或序列組分布在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)進(jìn)行調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中超聲檢測和參數(shù)估計所允許 的時間范圍包括整個譜估計參數(shù)估計窗口所允許的時間范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述譜估計參數(shù)估計窗口所允許的時間 范圍包括譜估計的步進(jìn)時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括 對于相位隨時間變化的脈沖回波及其多普勒頻移進(jìn)行相應(yīng)的相位補償。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括 在相關(guān)疊加處理之前對所述脈沖回波及其多普勒頻移進(jìn)行相位補償?shù)耐瑫r進(jìn)行譜估計。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括 將相位補償與譜估計簡化合并成一離散的傅立葉變換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中相關(guān)處理的操作包括 將參與相關(guān)處理的短碼列或短碼序列組作移位相關(guān)的操作，以獲取各自回波的聲場以及深度信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述移位相關(guān)的操作包括 在調(diào)制發(fā)射每一超聲脈沖之后，對其回波進(jìn)行復(fù)數(shù)基帶的相關(guān)處理。
11.一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的系統(tǒng)，包括一調(diào)制模塊、一解調(diào)模塊和一相關(guān)疊加處理 模塊；其特征在于，所述調(diào)制模塊用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測 和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)，用不同的短碼調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈 沖；所述解調(diào)模塊用于相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息；所述相關(guān)疊 加處理模塊用于相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻 移。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，參與調(diào)制的碼為偽隨機碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偽隨機碼為二進(jìn)制偽隨機碼或多 值偽隨機碼。
14.一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的裝置，包括一探頭，所述探頭包括一發(fā)射單元和一接收單 元；其特征在于，所述發(fā)射單元用于將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和 參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短碼序列組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖；所述接收單元用于相關(guān)處理其回 波，獲得超聲傳播的聲場以及深度信息，相關(guān)疊加處理所述編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖 回波，估計測量多普勒頻移。
15.一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的發(fā)射機，包括一發(fā)射探頭，其特征在于，所述發(fā)射探頭包 括一編碼調(diào)制單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所 允許的時間范圍內(nèi)的情況下，通過在不同時間發(fā)射的超聲脈沖內(nèi)兩兩不同的短碼序列或短 碼序列組調(diào)制所述編碼長度時間段內(nèi)不同的發(fā)射脈沖。
16.一種實現(xiàn)脈沖超聲檢測的接收機，包括一接收探頭，其特征在于，所述接收探頭包 括一相位補償單元，用于在調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所 允許的時間范圍內(nèi)的情況下，在相關(guān)疊加處理之前對相位隨時間變化的脈沖回波及其多普 勒頻移進(jìn)行相應(yīng)的相位補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了實現(xiàn)脈沖超聲檢測的方法、系統(tǒng)、裝置、發(fā)射機和接收機，該方法包括將調(diào)制發(fā)射脈沖的編碼長度時間段延伸到超聲檢測和參數(shù)估計所允許的時間范圍內(nèi)；用不同的短碼調(diào)制不同的發(fā)射脈沖，相關(guān)處理其回波，獲得超聲傳播的聲場和深度信息；相關(guān)疊加處理編碼長度時間段內(nèi)所有的脈沖回波，估計測量多普勒頻移。由于將脈沖類超聲編碼發(fā)射的編碼長度延伸到實時或非實時檢測所允許的時間范圍，大大增加了編碼的長度，從而，大大增加了檢測系統(tǒng)的動態(tài)范圍，突破了脈沖類系統(tǒng)的脈沖寬度和聲場對用于編碼發(fā)射時間間隔的限制，使得碼與碼組的尋找和選擇不再成為脈沖超聲檢測在實際應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸，大大推進(jìn)了超聲多普勒檢測的多種應(yīng)用項目發(fā)展。
文檔編號G01N29/22GK101819185SQ200910238930
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者覃正笛, 金程, 陳思平 申請人:深圳大學(xué)