CN1287740C - 测定组织或血液的运动速度的方法和超声波诊断装置 - Google Patents

Abstract

用一个超声波探头把多个超声波脉冲传送至人体内，并从人体内接收超声波回波信号。一个自相关器对这个超声波回波信号进行自相关处理以产生一个实部分量和一个虚部分量。实部分量校正器把一个偏置值加到实部分量中以产生一个新的实部分量。速度检测器根据新的实部分量和虚部分量来检测组织或血液的运动速度。

Description

测定组织或血液的运动速度的方法和超声波诊断装置

技术领域

本发明涉及检测组织的运动速度(即与心脏壁等组织的运动有关的速度)或血液的运动速度(即血流速度)的方法，用该方法能防止所测得的运动速度比实际速度大，  本发明还涉及一种采用该方法的超声波诊断装置。

背景技术

图4是说明传统超声波诊断装置一个实施例的方框图。

把超声波探头1放在人体表面上，超声波诊断装置500以时间间隔T沿每个声线方向向人体内发射一系列的多个超声波脉冲，并且接收从人体内返回的超声波回波信号。由超声波探头1接收的超声波回波信号通过传输—接收器2被输入到正交检测器4。

正交检测器4用超声波回波信号乘以从参考信号发生器3所产生的参考信号，以便输出一个同相分量I和一个正交分量Q。

各个A/D变换器5和6完成同相分量I和正交分量Q的A/D转换。

当从人体测定组织运动速度时，开关7a和8b分别转换到如图4中实线所示的一侧，以使经过了A/D转换后的同相分量I和正交分量Q不用通过MTI(移动式目标指示)滤波器7和8就被输入到一个自相关器9。另一方面，当进行血液流动速度测定时，开关7a和8b分别转换到图4中虚线所示的一侧，以使经过A/D转换的同相分量I和正交分量Q被输入到它们各自对应的MTI滤波器7和8中。

MTI滤波器7和8分别滤掉来自同相分量I和正交分量Q的无用分量(由心脏壁一类运动速度比较低的组织产生的低频分量)，然后把经过这种处理的分量输入至自相关器9。

自相关器9的乘法器9C将相应于多个超声波脉冲中的第i(＝2，3，···)个脉冲的正交分量Qi与相应于第(i-1)个脉冲的正交分量Qi-1相乘，(其中Qi-1是由有时间延迟作用的延迟器9a输出的)，并且输出乘积结果Qi·Qi-1。同样地，乘法器9d把正交分量Qi-1与同相分量Ii相乘，然后输出Ii·Qi-1的乘积结果。以及同样地，乘法器9e把正交分量Qi与由带有时间延迟的延迟器9b产生的同相分量Ii-1相乘，然后输出Qi·Ii-1的乘积结果。另外，乘法器9g把同相分量Ii与同相分量Ii-1相乘，然后输出Ii·Ii-1的乘积结果。

加法器9h把乘法器9c的输出Qi·Qi-1与乘法器9g的输出Ii·Ii-1相加，并且把相当于实部分量Rei(＝Ii·Ii-1+Qi·Qi-1)的乘积结果送至平均运算器9P。平均运算器9P对与所有i有关的实部分量Rei进行平均，然后把所得到的平均实部分量Re输出给速度检测器12。

另一方面，减法器9K从乘法器9e的输出Qi·Ii-1减去乘法器9d的输出Ii·Qi-1，并且把相应于虚部分量Imi(＝Qi·Ii-1-Ii·Qi-1)的相减结果输出至一个平均运算器9q。平均运算器9q对相对于所有i的虚部分量Imi执行平均操作，并且把得到的平均虚部分量Im输出给速度检测器12。

速度检测器12按下式计算出速度V：

V＝K·tan-1(Im/Re)

(这里K＝C/(4π·fo·T)

C：人体内超声波的速度

fo：所传输超声波的频率

T：脉冲重复间隔T＝2d/c

d：诊断距离)

速度V表示组织或血液的运动速度，它被输入到一个DSC13中。

由超声波探头1接收到的超声波回波信号通过与所述超声回波信号隔开的传输—接收器2输入给一个B模式处理器15。

B模式处理器15根据超声波回声信号产生B模式图像数据，并且把它输入给DSC13。

DSC13根据上述的速度V和B模式图象数据，把通过对组织或血液的运动速度进行彩色编码得到的图象与B模式图象叠加起来，得到一幅彩色图象，并生成与该彩色图象有关的数据。

CRT14根据彩色图象数据在屏幕上显示出彩色的图象。

图5是用于描述实部分量Re，虚部分量Im，速度V和功率P之间关系的一个草图。

在复数座标上向量(Re，Im)的角度tan-1(Im/Re)表示速度V，幅度＝{Re²+Im²}^1/2代表功率P。换句话说，速度不取决于功率P。

因此，由超声波诊断装置500测定的速度Vb和功率P之间的相对关系如图6所示。测得的速度Vb取决于功率P，当功率P降低时，Vb成为一个与实际速度V大不相同的更加不规则的值。

据信，这是因为由杂音或类似的干扰所产生的非指定矢量Na以及Ni被加进一步指定矢量(Re，Im)中，这些指定矢量是不确定的，其如图7中的圆Nc所示，当功率P较低时，被测定速度Vb就变成一个更不规则的值，而且它的不规则性的程度达到实际速度V的几倍。

因此，就出现这样一个问题，当被测速度Vb远大于实际速度V时，组织或血液流动看起来就不正常。另一个问题是，由于毫无意义地给图象上色，会出现一幅不合适的彩色流动图象。

发明内容

为此，本发明的一个目的是提供检测组织或血液运动速度的方法，当功率P降低时，其能够防止被测速度比实际速度的值更大。

根据本发明的第一个方面，所提供的方法包括以下步骤：把一系列的多个超声波脉冲从一个超声波探头传输至人体内部，接收由人体内返回的超声波回波信号，对该超声波回波信号进行自相关处理，得到一个实部分量和一个虚部分量，根据所述实部分量和虚部分量来检测人体组织或血液的运动速度，其中所述方法还包括步骤：把一个偏置值加入所述实部分量中后，检测组织或血液的运动速度，以使得在低功率时，所检测的运动速度不超过实际的运动速度。

根据本发明的第二个方面，所提供的超声波诊断装置，包括：一个超声波探头，用于把多个超声波脉冲传送给人体内部，并且从人体内接收超声波回波信号；自相关装置，用于对所接收到的超声波回波信号进行自相关处理；运动速度检测装置，用于根据从所述自相关装置输出的一个实部分量和一个虚部分量来检测运动速度；其中所述超声波诊断装置还包括：设置在所述自相关装置和所述运动速度检测装置之间的实部分量校正装置，用于把一个偏置值加入所述实部分量中，以使得在低功率时，所检测的运动速度不超过实际的运动速度。

在所述的组织或血液运动速度检测方法和超声波诊断装置中，由超声波探头将多个超声波脉冲送入人体内，并从人体内接收超声波回波信号。对超声波回波信号进行自相关处理，以便产生实部分量和虚部分量。接着，把一个偏置值加到实部分量中以便产生一个新的实部分量。然后，根据这个新的实部分量和所述虚部分量来测定出组织或血液的运动速度。

原始的实部分量和虚部分量分别用Re和Im来表示，偏置值用r表示，这样可得出下列不等式：

tan-1{Im/(Re+r)}＜tan-1(Im/Re)

如果偏置值r被设置成一个合适值，就能防止当功率P减小时速度V到达远大于实际速度的一个值。

当功率P大时，原始实部分量Re就变得比偏置值r大得多，这时可得出下列不等式：

tan-1{Im/Re+r)}＝tan-1(Im/Re)

这里可以忽略附加偏置值r对实部分量的影响。

因此，按照这个组织或血液运动速度测定方法和这个超声波诊断装置，当功率P被降低时，可以防止被测定速率变得大于实际速度。所以能够防止错误地将组织或血液流动判断为异常。此外，还可以防止由于毫无意义地给图象上色而出现不合适的彩色流动图。

附图说明

本发明的上述以及其他目的，特征和优点将从下述说明书和附属各权利要求中结合各个附图明显看出，其中本发明的最佳实施例可以通过例子来加以描述。

图1是按照本发明的超声波诊断装置的一个实施例的方框图；

图2是用于描述原始实部分量Re，原始虚部分量Im，真实速度V，功率P，新的实部分量Re′和被测定速度V′之间相应关系的一个草图；

图3是用于描述功率P和被测定速度V′之间关系的一个草图；

图4是说明传统超声波诊断装置的一个例子的方块图；

图5是用于描述实部分子量Re，虚部分量Im，真实速度V和功率P之间关系的一个草图；

图6是用于描述功率P和被测定速度Vb之间关系的一个草图；

图7是用于描述被测定速度的紊乱情况的一个图。

具体实施方式

本发明将在后面参考几个附图，使用最佳实施例做进一步详细描述。本发明不受到上述实施倒的限制。

图1是按照本发明的超声波诊断装置的一个实施例的方框图。

超声波诊断装置100，通过放在人体表面的一个超声波探头1，以时间间隔T沿每个声线方向向人体内发送一系列或序列的多个超声波脉冲，并且从人体内接收超声波回波信号。由超声波探头1接收的超声波回波信号通过一个传输—接收器4输出给一个正交检测器4。

正交检测器4用超声波回波信号乘以由参考信号发生器3所产生的参考信号，这样就可以输出一个同相分量I和一个正交分量Q。

各个A/D变换器5和6对同相分量I和正交分量Q进行A/D变换。

当从人体测定组织的运动速度时，开关7a和8b分别转换到图1中的实线所示一侧，使得经过了A/D转换的同相分量I和正交分量Q不用通过MTI滤波器7和8就输出到一个自相关器9。另一方面，当测定血液流动速度时，开关7a和8b分别转换到如图1中虚线所示一侧，使得经过了A/D转换的同相分量I和正交分量Q被输入到它们各自对应的MTI滤波7和8。

MTI滤波器7和8分别滤掉来自于同相分量I和正交分量Q的无用低频分量，并且把经过这样的处理后的分量输入给自相关器9。

自相关器9的一个乘法器9C把相应于多个超声波脉冲中的第i(＝2，3，···)个脉冲的正交分量Qi与相应于第(i-1)个脉冲的正交分量Qi-1相乘(Qi-1是从带有时间延迟的延迟器9a输出的)，并输出乘积结果Qi·Qi-1。类似地，乘法器9d把同相分量Ii与正交分量Qi-1相乘，并且输出乘积结果Ii·Qi-1。以及同样地，乘法器9e把正交分量Qi与从带有时间延迟的延迟器9b产生的同相分量Ii-1相乘，然后输出乘积结果Qi·Ii-1。另外，乘法器9g把同相分量Ii与同相分量Ii-1相乘，输出乘积结果Ii·Ii-1。

加法器9h把乘法器9c的输出Qi·Qi-1与乘法器9g的输出Ii·Ii-1相加，并把相当于一个实部分量Rei＝(Ii·Ii-1+Qi·Qi-1)的乘积结果送至一个平均运算器9p。平均运算器9p对涉及所有i的实部分量Rei进行平均操作，并且把所得到的平均实部分量Re输给实部分量校正器10。

另一方面，减法器9K从乘法器9e的输出Qi·Ii-1减去乘法器9d的输出Ii·Qi-1，而且把相当于虚部分量Imi(＝Qi·Ii-1-Ii·Qi-1)的相减结果输出给一个平均运算器9q。平均运算器9q对涉及所有i的虚部分量Imi进行平均运算，并且把所得到的平均虚部分量Im输出给速度检测器12。

实部分量校正器10把一个来自于偏置值供给器11的偏置值r加入到实部分量Re中以产生一个新的实部分量Re′(＝Re+r)，其被输出至速度检测器12。

现在，当对人体组织的运动速度进行检测时，在无信号时，偏置值r最好定到相当于实部分量Re的几倍大，以消除相应于非指定速度分量的噪声。另一方面，当对血液的流速进行检测时，偏置r最好定到相应于2cm/s到3cm/s范围内的任何运动速度值的几倍大，以消除或控制住代表非指定速度分量的组织运动分量。

速度检测器12根据下面的公式计算出速度V′。另外，速度检测器12把计算结果输出给一个DSC13。

V′＝K·tan-1(Im/Re′)

(这里K＝C/(4π·fo·T)

C：人体内超声波的速度

fo：所传输超声波的频率

T：脉冲重复间隔T＝2d/c

d：诊断距离)

由超声波探头1接收到的超声波回波信号通过与所述超声波回波信号分离开的传输—接收器2输入给一个B模式处理器15。

B模式处理器15根据超声波回声信号产生B模式图象数据，并把它输入至DSC13。

DSC13根据上述的速度V′和B模式图象数据，把通过对组织或血液的运动速度进行彩色编码得到的图象与B模式图象叠加起来，得到一幅彩色图象，并生成与该彩色图象有关的数据。

CRT14根据彩色图象数据在屏幕上显示出带彩色的图象。

图2是用于描述原始实部分量Re原始虚部分量Im，实际速度V，功率P，新的实部分量Re′和被测速度V′之间相互关系的一个草图。

矢量(Re，Im)的角度tan-1(Im/Re)代表实际速度V，长度＝{Re2+Im2}代表功率P。矢量(Re′，Im)的角度tan-1(Im/Re′)代表被测定速度′。

从图2可以知道，当非指定矢量Na和Ni被加进原始矢量(Re，Im)中时，一旦功率P减小，被测定速度Vbmin到Vbmax达到实际速度V的几倍。但是，即使是在非指定矢量Na和Ni被加到新的矢量(Re′，Im)中时，被测速度Vb′min到Vb′max仍会落入比实际速度V还低的速度范围内。

因此，图3表示了速度V′和功率P之间的关系。速度V′受到了限制，其设定值不会比实际速度V大。这样还可防止看到组织或血液流动的不合适的现象。另外，还可防止由于无意义地给图象上色而出现不合适的彩色流动图。

现在已整个地描述了本发明，对于本领域的技术人员来说许多变化和变形将是显而易见的，且都没脱离本发明前述的精神和范围。

Claims (2)

1.一种测定组织或血液的运动速度的方法，包括以下步骤：把一系列的多个超声波脉冲从一个超声波探头传输至人体内部，接收由人体内返回的超声波回波信号，对该超声波回波信号进行自相关处理，得到一个实部分量和一个虚部分量，根据所述实部分量和虚部分量来检测人体组织或血液的运动速度，其中所述方法还包括步骤：把一个偏置值加入所述实部分量中后，检测组织或血液的运动速度，以使得在低功率时，所检测的运动速度不超过实际的运动速度。

2.一种超声波诊断装置，包括：

一个超声波探头，用于把多个超声波脉冲传送给人体内部，并且从人体内接收超声波回波信号；

自相关装置，用于对所接收到的超声波回波信号进行自相关处理；

运动速度检测装置，用于根据从所述自相关装置输出的一个实部分量和一个虚部分量来检测运动速度；其中所述超声波诊断装置还包括：

设置在所述自相关装置和所述运动速度检测装置之间的实部分量校正装置，用于把一个偏置值加入所述实部分量中，以使得在低功率时，所检测的运动速度不超过实际的运动速度。

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