[发明专利]一种基于线性调频编码的超声脐带血流测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，涉及超声波对脐带血流的测量，尤其涉及一种基于线性调频编码的超声脐带血流测量系统及方法。

背景技术

超声波对脐带血流的测量，其基本的原理是多普勒原理。当声源与接收者的位置在均匀介质中发生相对运动时，接收者所接收的声波频率将发生改变，当声源远离接收器运动时，声波频率降低，相反运动时，声波频率增高，这种现象称为多普勒效应。当物体以速度v朝向声源运动，并且此时声源不动，假设此时声源连续发射频率为f₀的超声波，那么从物体上反射回来的超声波频率为如果声波发射方向与物体运动方向并不在一条直线上，假设此时声束和物体运动方向的夹角为θ，并且声源与物体都在相对运动时，则取v沿声速方向的有效值vcosθ得出下列公式：则有f与f₀的差值得到多普勒频移f_D,则其中c为声源在某种介质中的传播速度。在超声波测量脐带血流中，其测量原理图如图1所示，超声探头分为发射和接收两个晶片，分别发射和接收连续超声波。探头安放于孕妇腹表，对准胎儿脐带中段。由于脐血流（血细胞等）相对于超声波探头有运动，故发射波碰到血流后其反射波会产生频率偏移（频移），频移的符号及大小与相对运动的速度的方向和大小有关，可由此推算出脐带内血流速度、方向及其分布情况，利用现代数字信号处理技术和计算机成像技术，形成脐带血流的彩色声谱图。

对于医学超声成像（包括B超成像、彩超成像、脐带血流测量等），信噪比（signal to noise ratio,SNR）是决定成像质量的最重要因素。在传统超声系统中，超声信号在人体组织中严重衰减，使深处的回波被噪声淹没。尤其对于血流测量，还受到人体心跳等信号影响，SNR往往很低，对后端检测处理电路的要求非常高。

超声多普勒血流速度测量方法按信号类型可分为连续波超声多普勒血流速度测量和脉冲波多普勒血流速度测量。连续波多普勒系统发射连续信号，沿波束方向得到的血流和组织运动多普勒频移信号均被接收，并通过多普勒频谱分析，显示出来。灵敏度高、拥有很强的速度分别能力，能够检测高速血流速度信息，而且不会受到深度的限制，能够检测心脏等的高速血流信息。但由于连续波多普勒接收的回波信号并不区分不同距离或不同延时的回波，所有回波混叠在一起，因而所有的运动物体所产生的多普勒频移也混叠在一起，因此无法确定产生多普勒频移的运动目标的具体位置，无法进行定位诊断。为了克服连续波多普勒测量系统在测量运动目标时不具备距离信息的不足，脉冲波多普勒测量系统发展了起来。通过多普勒技术和脉冲回波技术的结合，可以通过延迟控制进行距离选定，测得选定位置的多普勒频移信息。但是，脉冲多普勒测量系统的最大测量深度和最大可测速度之间彼此受到制约，同时功率要求较高，信噪比差。针对普通连续波和脉冲波多普勒测量系统存在的不足，调频连续波多普勒测量系统的提出，很好地解决了两者的不足。调频连续波多普勒测量系统把多普勒技术和正交解调技术结合起来，通过延迟时间选通距离，通过获得的最大多普勒频谱值所对应的多普勒频率和参考距离，确定距离信息和速度信息。连续的发射信号具有频率调制的标志后，就具有测得目标距离的能力了。调频连续波血流速度测量系统的发射信号是调频信号，其发射频率是改变的，通过改变发射频率，并测量接收信号相对于发射信号的频率特征的方法来测定目标距离。因此调频连续波测量系统具有普通连续波测量系统低功率特点，同时能够获得被测物体速度和位置信息。调频是一种载波频率随调制信号改变的调制方式，其频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化，其幅值则是一个常数。一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值，所以调频波虽然受到干扰后幅度也会发生变化，但是在接收端可以通过限幅器将信号的幅度变化滤掉，所以调频波信号的抗干扰性较好。调频连续波分为调频等幅连续波和随机调频连续波。常用的调频等幅连续波调制方式主要有三角波调频、锯齿波调频、正弦波调频和平方律波调频，其中三角波调频和锯齿波调频又属于线性调频，正弦波调频和平方律波调频又属于非线性调频；随机调频连续波调制方式主要有高斯白噪声调频和混沌波调频。

三角波调频连续波发射信号表达式为：