用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊及方法、超聲掃描系統的製作方法
2023-04-24 20:40:11 1
專利名稱：用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊及方法、超聲掃描系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理技術，尤其涉及用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊及方法、超聲掃描系統。
背景技術：
隨著科學技術的不斷發展，超聲掃描診斷系統在醫學上得到越來越廣泛的應用。在超聲掃描診斷系統中，超聲的回波信號經過模擬放大，最後進行AD採集得到的數位訊號中是存在直流成分的，直流信號的存在會大大降低回波信號的信噪比，所以必須濾除，可見隔直濾波是超聲掃描系統中必不可缺的一部分。在現有技術中，隔直濾波器通常有兩種，一種是普通的高通濾波器；一種是希爾伯特濾波器。圖1，圖2分別是18階高通濾波器和11階希爾伯特濾波器的幅頻曲線，兩種濾波器都存在著相同的問題:一、在通帶內，紋波較大，會對有用信號造成較大的衰減；二、通帶截至頻率較高，在濾除直流信號的同時，會將部分低頻的有用信號一起濾除。為了改善這兩個缺陷，通常的做法便是提高濾波器的階數，以致濾波器的通帶更加平坦、截至頻率更加低、過渡帶更加陡峭，但是這種方法會消耗大量的資源，比如FPGA中的乘法器等。
發明內容
為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊。本發明提供了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊，包括用於存儲回波信號的緩存單元(31)、用於對回波信號進行低通濾波處理的第一級低通濾波器(32)、用於對經所述第一級低通濾波器(32)進行處理的回波信號再次進行低通濾波處理的第二級低通濾波器(33)、以及差分器(34)，所述第一級低通濾波器(32)輸出端與所述第二級低通濾波器
(33)輸入端相連，所述第一級低通濾波器(32)和所述第二級低通濾波器(33)用於對回波信號進行兩級低通濾波處理；所述第二級低通濾波器(33)輸出端與所述差分器(34)輸入端相連，所述緩存單元(31)輸出端與所述差分器(34)輸入端相連，所述差分器(34)用於對所述緩存單元(31)輸出的回波信號和經兩級低通濾波處理的回波信號進行差分處理。作為本發明的進一步改進，所述第一級低通濾波器為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器為無限脈衝響應濾波器。作為本發明的進一步改進，所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2S所述無限脈衝響應濾波器採用的階數為I階。作為本發明的進一步改進，所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2S其中L=4o本發明還提供了一種具有所述隔直濾波模塊的超聲掃描系統，包括依次相連的超聲發射接收模塊、信號採集模塊、所述隔直濾波模塊、回波數位訊號波束合成模塊、數據解調和圖像處理模塊、圖像數據輸出模塊，所述超聲發射接收模塊用於發射超聲信號並且接收超聲回波信號，所述信號採集模塊用於超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理；所述緩存單元輸入端和所述第一級低通濾波器輸入端分別與所述信號採集模塊輸出端相連，所述差分器輸出端與所述回波數位訊號波束合成模塊輸入端相連；所述回波數位訊號波束合成模塊用於完成波束合成；所述數據解調和圖像處理模塊用於將波束合成的回波信號進行正交解調，去除載波信號，經抽取後，將數據進行濾波和填黑洞圖像處理；所述圖像數據輸出模塊用於將數據解調和圖像處理模塊傳輸的圖像數據進行數字掃描變化處理。本發明還提供了一種超聲掃描系統的回波信號處理方法，通過超聲發射接收模塊進行超聲發射並接收回波信號；通過信號採集模塊將超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理，得到超聲回波數位訊號；將超聲回波數位訊號輸入隔直濾波模塊進行隔直濾波，得到無直流的超聲回波數位訊號；然後將隔直濾波模塊內無直流的超聲回波數位訊號輸入回波數位訊號波束合成模塊完成波束合成；然後通過數據解調和圖像處理模塊進行圖像處理，最後通過圖像數據輸出模塊進行處理將數據進行輸出。本發明還提供了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，包括如下步驟:
A.緩存單元和第一級低通濾波器分別接收超聲回波數位訊號；
B.第一級低通濾波器對超聲回波數位訊號進行處理，然後第一級低通濾波器將處理後的超聲回波數位訊號傳入第二級低通濾波器進行再次處理；
C.將緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號傳入差分器進行差處理。作為本發明的進一步改進，在所述步驟C中，緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號同步傳入差分器進行差分處理。作為本發明的進一步改進，設緩存單元的超聲回波數位訊號為yl，第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號為12 ;在所述步驟C中，差分器進行差處理輸出的為Y，那麼:Y=yl - a*y2，其中a為增益因子用於補償第一級低通濾波器和第二級低通濾波器造成的信號衰減，a取值範圍為a大於等於I且小於等於1.5。作為本發明的進一步改進，所述第一級低通濾波器為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器為無限脈衝響應濾波器；所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2SL=4 ;所述無限脈衝響應濾波器採用的階數為I階。本發明的有益效果是:本發明通過先對超聲回波數位訊號進行兩級低通濾波處理，然後再將處理後的信號與超聲回波數位訊號做差分，得到的隔直濾波器通帶紋波更加小、通帶截止頻率更加低，其具有算法簡單，易於實現，實用性強等優點。
圖1是18階高通濾波器的幅頻曲線。圖2是11階希爾伯特濾波器的幅頻曲線。圖3是本發明的隔直濾波模塊原理框圖。圖4是本發明的超聲掃描系統原理框圖。圖5是本發明的隔直濾波方法流程圖。圖6是本發明的隔直濾波 模塊的濾波效果圖。
具體實施例方式如圖3所示，本發明公開了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊30，包括用於存儲回波信號的緩存單元31、用於對回波信號進行低通濾波處理的第一級低通濾波器32、用於對經所述第一級低通濾波器32進行處理的回波信號再次進行低通濾波處理的第二級低通濾波器33、以及差分器34，所述第一級低通濾波器32輸出端與所述第二級低通濾波器33輸入端相連，所述第一級低通濾波器32和所述第二級低通濾波器33用於對回波信號進行兩級低通濾波處理；所述第二級低通濾波器33輸出端與所述差分器34輸入端相連，所述緩存單元31輸出端與所述差分器34輸入端相連，所述差分器34用於對所述緩存單元31輸出的回波信號和經兩級低通濾波處理的回波信號進行差分處理。所述第一級低通濾波器32為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器33為無限脈衝響應濾波器或者回歸型濾波器。所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2S所述無限脈衝響應濾波器採用的階數為I階。所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2l，其中L=4。隔直濾波模塊30負責對信號進行隔直濾波處理，濾掉信號中的直流成分。工作時，緩存單元31和第一級低通濾波器32分別接收超聲回波數位訊號，然後第一級低通濾波器32對超聲回波數位訊號進行處理，然後第一級低通濾波器32將處理後的超聲回波數位訊號傳入第二級低通濾波器33進行再次處理，最後將緩存單元31內的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器33處理後的超聲回波數位訊號傳入差分器34進行差處理。如圖4所示，本發明還公開了一種具有所述隔直濾波模塊的超聲掃描系統，包括依次相連的超聲發射接收模 塊10、信號採集模塊20、所述隔直濾波模塊30、回波數位訊號波束合成模塊40、數據解調和圖像處理模塊50、圖像數據輸出模塊60，所述超聲發射接收模塊10用於發射超聲信號並且接收超聲回波信號，所述信號採集模塊20用於超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理；所述緩存單元31輸入端和所述第一級低通濾波器32輸入端分別與所述信號採集模塊20輸出端相連，所述差分器34輸出端與所述回波數位訊號波束合成模塊40輸入端相連；所述回波數位訊號波束合成模塊40用於完成波束合成；所述數據解調和圖像處理模塊50用於將波束合成的回波信號進行正交解調，去除載波信號，經抽取後，將數據進行濾波和填黑洞圖像處理；所述圖像數據輸出模塊60用於將數據解調和圖像處理模塊50傳輸的圖像數據進行數字掃描變化處理，即圖像數據輸出模塊60將圖像數據進行插值、坐標變換等一系列變化處理，最終得到可供顯示裝置直接顯示的數據，並且送往顯示裝置顯示或者列印。本發明還公開了一種超聲掃描系統的回波信號處理方法，通過超聲發射接收模塊進行超聲發射並接收回波信號；通過信號採集模塊將超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理，得到超聲回波數位訊號；將超聲回波數位訊號輸入隔直濾波模塊進行隔直濾波，得到無直流的超聲回波數位訊號；然後將隔直濾波模塊內無直流的超聲回波數位訊號輸入回波數位訊號波束合成模塊完成波束合成；然後通過數據解調和圖像處理模塊進行圖像處理，最後通過圖像數據輸出模塊進行處理將數據進行輸出。
如圖5所示，本發明還公開了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，包括如下步驟:
在步驟SI中，緩存單元和第一級低通濾波器分別接收超聲回波數位訊號；
在步驟S2中，第一級低通濾波器對超聲回波數位訊號進行處理，然後第一級低通濾波器將處理後的超聲回波數位訊號傳入第二級低通濾波器進行再次處理；
在步驟S3中，將緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號傳入差分器進行差處理。在步驟S3中，緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號同步傳入差分器進行差分處理；例如第一級低通濾波器和第二級低通濾波器總共需要40個處理時鐘，那麼該緩存單元也需緩存超聲回波數位訊號40個處理時鐘，然後一起送往差分器進行處理。設緩存單元的超聲回波數位訊號為yl，第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號為y2;在所述步驟C中，差分器進行差處理輸出的為Y，那麼:Y=y1- a*y2，其中a為增益因子用於補償第一級低通濾波器和第二級低通濾波器造成的信號衰減，a取值範圍為a大於等於I且小於等於1.5。差分處理後，隔直濾波完成，便可得到無直流的回波信號。所述第一級低通濾波器為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器為無限脈衝響應濾波器。所述有限脈衝響應濾波器具有良好的穩定性和嚴格的線性相位特性，其採用的階數為N=2S L的取值由調試的實際效果而定，優選為L=4 ；L的定義為:第一級隔直因子。所述無限脈衝響應濾波器目的在於對有限脈衝響應濾波器效果的加強，無限脈衝響應濾波器的優勢在於利用較低的階數就能實現較高的濾波性能，由於其階數越高，暫態效應越強，所以在一般的·典型設計中都不會採用較高的階數。本實例中採用的無限脈衝響應濾波器為I階，用投影初始化法消除暫態效應，其表達式如下:Y(n) = (l-2_m) * X(n) +2_m * Y(n-l)，公式中m的取值由調試的實際效果而定，典型值為m=3;Y(n):當前輸出結果，X(n):當前輸入數據，Y(n-l):上一次的輸出結果，m:第二級隔直因子。本發明中的有限脈衝響應濾波器為FIR (Finite Impulse Response)濾波器,無限脈衝響應濾波器為IIR (Infinite Impulse Response)濾波器。在本發明的超聲掃描系統中，通過超聲發射接收模塊進行超聲發射並接收回波信號；通過信號採集模塊將超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理，得到超聲回波數位訊號；將超聲回波數位訊號輸入隔直濾波模塊通過本發明的隔直濾波方法進行隔直濾波，得到無直流的超聲回波數位訊號；然後將隔直濾波模塊內無直流的超聲回波數位訊號輸入回波數位訊號波束合成模塊，每條通道的超聲回波數位訊號同時進入各自的數據儲存器，在聚焦延遲電路的控制下再根據通道間不同的延時，按照不同的讀地址讀出各條通道數據，每條通道按照各自的插值係數完成插值處理，然後乘以不同的權重進行變跡處理，再將每條通道信號進行求和，求和後變為一路信號，至此完成波束合成；然後通過數據解調和圖像處理模塊進行圖像處理，最後通過圖像數據輸出模塊進行處理將數據進行輸出。本發明通過先對超聲回波數位訊號進行兩級低通濾波處理，然後再將處理後的信號與超聲回波數位訊號做差分，得到的隔直濾波器通帶紋波更加小、通帶截止頻率更加低，其具有算法簡單，易於實現，實用性強等優點，其濾波效果如圖6所示。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範 圍。
權利要求
1.一種用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊，其特徵在於包括用於存儲回波信號的緩存單元(31)、用於對回波信號進行低通濾波處理的第一級低通濾波器(32)、用於對經所述第一級低通濾波器(32)進行處理的回波信號再次進行低通濾波處理的第二級低通濾波器(33)、以及差分器(34)，所述第一級低通濾波器(32)輸出端與所述第二級低通濾波器(33)輸入端相連，所述第一級低通濾波器(32)和所述第二級低通濾波器(33)用於對回波信號進行兩級低通濾波處理；所述第二級低通濾波器(33)輸出端與所述差分器(34)輸入端相連，所述緩存單元(31)輸出端與所述差分器(34)輸入端相連，所述差分器(34)用於對所述緩存單元(31)輸出的回波信號和經兩級低通濾波處理的回波信號進行差分處理。
2.根據權利要求I所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊，其特徵在於所述第一級低通濾波器(32)為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器(33)為無限脈衝響應濾波器。
3.根據權利要求2所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊，其特徵在於所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2S所述無限脈衝響應濾波器採用的階數為I階。
4.根據權利要求3所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊，其特徵在於所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2l，其中L=4。
5.一種具有權利要求I至4任一項所述用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊的超聲掃描系統，其特徵在於包括依次相連的超聲發射接收模塊(10)、信號採集模塊(20)、所述隔直濾波模塊、回波數位訊號波束合成模塊(40)、數據解調和圖像處理模塊(50)、圖像數據輸出模塊(60)，所述超聲發射接收模塊(10)用於發射超聲信號並且接收超聲回波信號，所述信號採集模塊(20)用於超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理；所述緩存單元(31)輸入端和所述第一級低通濾波器(32 )輸入端分別與所述信號採集模塊(20 )輸出端相連，所述差分器(34)輸出端與所述回波數位訊號波束合成模塊(40)輸入端相連；所述回波數位訊號波束合成模塊(40)用於完成波束合成；所述數據解調和圖像處理模塊(50 )用於將波束合成的回波信號進行正交解調，去除載波信號，經抽取後，將數據進行濾波和填黑洞圖像處理；所述圖像數據輸出模塊(60)用於將數據解調和圖像處理模塊(50)傳輸的圖像數據進行數字掃描變化處理。
6.一種超聲掃描系統的回波信號處理方法，其特徵在於通過超聲發射接收模塊進行超聲發射並接收回波信號；通過信號採集模塊將超聲回波信號採集並進行信號濾波、放大、模數轉換處理，得到超聲回波數位訊號；將超聲回波數位訊號輸入隔直濾波模塊進行隔直濾波，得到無直流的超聲回波數位訊號；然後將隔直濾波模塊內無直流的超聲回波數位訊號輸入回波數位訊號波束合成模塊完成波束合成；然後通過數據解調和圖像處理模塊進行圖像處理，最後通過圖像數據輸出模塊進行處理將數據進行輸出。
7.一種用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，其特徵在於，包括如下步驟 A.緩存單元和第一級低通濾波器分別接收超聲回波數位訊號； B.第一級低通濾波器對超聲回波數位訊號進行處理，然後第一級低通濾波器將處理後的超聲回波數位訊號傳入第二級低通濾波器進行再次處理； C.將緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號傳入差分器進行差處理。
8.根據權利要求7所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，其特徵在於在所述步驟C中，緩存單元的超聲回波數位訊號和第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號同步傳入差分器進行差分處理。
9.根據權利要求8所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，其特徵在於設緩存單元的超聲回波數位訊號為yl，第二級低通濾波器處理後的超聲回波數位訊號為12 ;在所述步驟C中，差分器進行差處理輸出的為Y，那麼Y=yI - a*y2，其中a為增益因子用於補償第一級低通濾波器和第二級低通濾波器造成的信號衰減，a取值範圍為a大於等於I且小於等於1.5。
10.根據權利要求8或9所述的用於超聲掃描系統的隔直濾波方法，其特徵在於所述第一級低通濾波器為有限脈衝響應濾波器，所述第二級低通濾波器為無限脈衝響應濾波器；所述有限脈衝響應濾波器採用的階數為N=2S L=4 ;所述無限脈衝響應濾波器採用的階數為I階。
全文摘要
本發明提供了一種用於超聲掃描系統的隔直濾波模塊及方法、超聲掃描系統，該隔直濾波模塊包括緩存單元、第一級低通濾波器、第二級低通濾波器、差分器，所述第一級低通濾波器輸出端與所述第二級低通濾波器輸入端相連，所述第二級低通濾波器輸出端與所述差分器輸入端相連，所述緩存單元輸出端與所述差分器輸入端相連。本發明的有益效果是本發明通過先對超聲回波數位訊號進行兩級低通濾波處理，然後再將處理後的信號與超聲回波數位訊號做差分，得到的隔直濾波器通帶紋波更加小、通帶截止頻率更加低，其具有算法簡單，易於實現，實用性強等優點。
文檔編號A61B8/00GK103251428SQ20131013342
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者覃偉和, 陳敏 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司