超聲信號的時延估計方法及系統

《超聲信號的時延估計方法及系統》是飛依諾科技（蘇州）有限公司於2015年1月22日申請的專利，該專利的申請號為2015100330383，公布號為CN104605888A，授權公布日為2015年5月13日，發明人是凌濤。

《超聲信號的時延估計方法及系統》提供一種超聲信號的時延估計方法及系統，所述方法包括：獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；其包括參考信號S_r、時延信號S_d；選取參考信號S_r和時延信號S_d中的一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；並分別對其進行Hilbert變換求得複數域解析信號；基於初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對當前位置的複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數，並根據其相位以及過零相位線性擬合的方法計算精細時延；將獲取的初始化時延與獲取的精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。該發明對獲取的超聲射頻信號直接進行處理，計算量小，精度高，魯棒性好，具有極高的實用價值。

2018年12月20日，《超聲信號的時延估計方法及系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《超聲信號的時延估計方法及系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：超聲信號的時延估計方法及系統
• 公布號：CN104605888A
• 授權日：2015年5月13日
• 申請號：2015100330383
• 申請日：2015年1月22日
• 申請人：飛依諾科技（蘇州）有限公司
• 地址：江蘇省蘇州市工業園區星湖街218號生物納米園C8樓501單元
• 發明人：凌濤
• Int.Cl.：A61B8/00(2006.01)I
• 代理機構：蘇州威世朋智慧財產權代理事務所（普通合夥）
• 代理人：楊林潔
• 類別：發明專利

專利背景

超聲成像因為其無創性、實時性、操作方便、價格便宜等諸多優勢，使其成為臨床上套用最為廣泛的診斷工具之一，時延估計（或位移估計）是超聲成像領域的一個重要研究內容，在組織彈性成像（即EI超聲成像）、高強度聚焦超聲治療的溫度監控、圖像引導過程中的目標跟蹤等實際套用中，針對超聲回波信號的時延估計均是關鍵步驟，其也是後續各種處理的基礎，因此時延估計方法的性能和效果在這類套用中具有決定性作用。

截至2015年1月，超聲成像領域中常用的時延估計方法很多，包括互相關方法、自相關方法、互相關結合自相關的方法、零相位疊代法、最大似然法、頻域處理方法等，各有各的優勢和缺陷。

其中，互相關方法是最經典的時延估計算法，通過計算相鄰超聲射頻信號之間的互相關係數來確定時延，互相關係數最大值對應的位置即信號之間的時延。採用互相關方法中，由於超聲信號採樣率有限，因此通過互相關係數最大值位置僅能確定採樣周期整數倍的時延，而在一些套用場合（比如剪下波彈性成像、溫度監控），超聲信號之間的時延甚至小於一個採樣周期。為了獲得亞採樣級的時延估計，互相關方法通常對超聲射頻信號或互相關係數進行插值，對超聲射頻信號進行插值往往會大幅增加計算量。如此，互相關方法需要對給定範圍的信號進行窮舉搜尋，計算量極大，而且當信號時延小於一個採樣周期時，通過插值法得到的亞採樣級時延估計誤差較大。

進一步的，為了減小互相關運算的計算量，一些簡化的互相關方法如絕對差值和（SAD）以及絕對差值平方和（SSD）的方法被提出：雖然這些方法計算量小，但計算精度不如互相關方法。

進一步的，自相關方法也是經典的時延或相移估計算法，在超聲都卜勒領域有廣泛套用，一般在複數域進行計算。自相關方法無需進行窮舉搜尋，計算量較小，而且可以精確獲得亞採樣級的時延估計，無需像互相關一樣進行插值運算。但自相關方法的固有缺陷是當信號時延較大時（大於信號半周期）會發生相位纏繞現象，也即混疊現象；另外，自相關方法比較適用於窄帶信號，對於寬頻信號誤差較大。

進一步的，基於解析信號的自相關方法用於對超聲信號的時延估計，該方法首先對超聲射頻信號進行Hilbert變化得到複數域解析信號，然後對解析信號在一定範圍內進行自相關運算，自相關係數模的最大值位置即對應採樣周期整數倍的時延，再利用自相關係數最大值位置的相位及前後相鄰點的相位計算亞採樣級時延，累加後得到最終的時延估計。該方法解決了自相關運算的混疊現象，而且適用於任意頻寬的信號。不過該方法對複數域解析信號進行處理（含實部和虛部），而且仍然需要對一定範圍的信號進行窮舉搜尋，計算量比互相關方法更大，而且必須準確計算出採樣周期整數倍的時延才能得到精確的亞採樣級時延，魯棒性較差。

進一步的，互相關結合自相關的方法用於對超聲信號的時延估計。該方法首先通過步進為信號半波長（半周期）的互相關運算得到一個“粗時延”，然後以該“粗時延”為信號參考點進行自相關運算得到“精時延”，“粗時延”和“精時延”相加即為最終的時延估計。這種方式大大降低了互相關運算的計算量，而結合自相關運算保證了亞採樣級時延的估計精度，因此是一種較實用的方法。但由於實際套用中正交基帶信號通常經過降採樣，互相關運算的步進長度過大有可能導致互相關係數錯過真實峰值而產生偽峰，因此“粗時延”可能是完全錯誤的值，導致最終的時延估計產生奇異值；另外超聲信號在人體組織中會不斷衰減，信號中心頻率f0實際會隨深度逐漸減小，這也會導致“精時延”的估計誤差。

進一步的，零相位疊代法用於對超聲信號的時延估計。其基本原理是通過對正交基帶信號S_r和S_d進行自相關運算得一個初始相位，然後根據該初始相位對S_d插值出新的S’_d，計算S_r和S’_d之間的相位，再根據前面累加的相位對S_d插值出新的S’_d，重複上述疊代過程直至S_r和S’_d之間的相位趨近於零，所以稱之為零相位疊代法。可以設定最大疊代次數或相位閾值，當疊代次數達到最大值或相位小於閾值時，疊代過程即結束，每次疊代所得相位累加的結果即最終的相移。零相位疊代法解決了自相關方法中的混疊問題，但該方法存在信號中心頻率f0隨深度逐漸減小所帶來的計算誤差的問題。

另外，其他一些對超聲信號的時延估計方法，諸如最大似然法、頻域處理方法等存在缺陷較大，2015年1月之前技術中已經很少使用，故不再詳細贅述。

發明內容

專利目的

《超聲信號的時延估計方法及系統》的目在於提供一種超聲信號的時延估計方法及系統。

技術方案

《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供了一種超聲信號的時延估計方法，所述方法包括以下步驟：

獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號S_r，以及時延信號S_d；

選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；

對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；

基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；

所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延；

根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延；

將獲取的所述初始化時延與獲取的所述精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，一幀信號中包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計；

所述方法還包括：

基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；

所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，所述方法還包括：

將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，所述“選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；”具體包括：

獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；

對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理；

將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，“根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延”具體包括：

根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；

對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；

將根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

為實現上述發明目的之一，《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供了一種超聲信號的時延估計系統，所述系統包括：

超聲射頻信號傳輸存儲模組：用於獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號SS_r，以及時延信號S_d；

信號處理模組：用於選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；

對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；

基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；

所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延；

根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延；

將獲取的所述初始化時延與獲取的所述精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，一幀信號中包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計；

信號處理模組還用於：基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；

所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，所述信號處理模組還用於：將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，所述信號處理模組還用於：

獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；

對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理；

將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

作為《超聲信號的時延估計方法及系統》的進一步改進，所述信號處理模組具體用於：

根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；

對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；

根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

有益效果

《超聲信號的時延估計方法及系統》的超聲信號的時延估計方法及系統，對獲取的超聲射頻信號直接進行處理，計算量小，精度高，魯棒性好，具有極高的實用價值。

附圖說明

圖1是《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供的超聲信號的時延估計方法的流程圖；

圖2是圖1的簡化結構示意圖；

圖3是《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供的超聲信號的時延估計系統的模組示意圖；

圖4A、4B是《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式中過零相位線性擬合示意圖；

圖5是《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式中獲取一幀信號中多個位置的初始化時延的結構示意圖。

技術領域

《超聲信號的時延估計方法及系統》屬於超聲成像技術領域，具體涉及一種 超聲信號的時延估計方法及系統。

權利要求

1.一種超聲信號的時延估計方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號S_r，以及時延信號S_d；選取所述參考信號S_r，和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延；根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延；將獲取的所述初始化時延與獲取的所述精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。

2.根據權利要求1所述的超聲信號的時延估計方法，其特徵在於，一幀信號中包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計；所述方法還包括：基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

3.根據權利要求2所述的超聲信號的時延估計方法，其特徵在於，所述方法還包括：將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

4.根據權利要求1至3任一項所述的超聲信號的時延估計方法，其特徵在於，所述“選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；”具體包括：獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理；將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

5.根據權利要求1至3任一項所述的超聲信號的時延估計方法，其特徵在於，“根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延”具體包括：根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

6.一種超聲信號的時延估計系統，其特徵在於，所述系統包括：超聲射頻信號傳輸存儲模組：用於獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號S_r，以及時延信號S_d；信號處理模組：用於選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延；對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延；根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延；將獲取的所述初始化時延與獲取的所述精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。

7.根據權利要求6所述超聲信號的時延估計系統，其特徵在於，一幀信號中包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計；信號處理模組還用於：基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

8.根據權利要求7所述超聲信號的時延估計系統，其特徵在於，所述信號處理模組還用於：將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

9.根據權利要求6至8任一項所述超聲信號的時延估計系統，其特徵在於，所述信號處理模組還用於：獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理；將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

10.根據權利要求6至8任一項所述超聲信號的時延估計系統，其特徵在於，所述信號處理模組具體用於：根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

實施方式

在超聲成像領域，對超聲信號進行時延估計是一種常用技術，比如彈性成像中的位移估計，組織速度成像中的速度估計等，所得結果可以形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

結合圖1、圖2所示，《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供的超聲信號的時延估計方法，所述方法包括以下步驟：

獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號S_r，以及時延信號S_d。

該實施方式中，所述超聲射頻信號為RF數據。所述RF數據中的“RF”為英文：radiofrequency，中文：射頻的縮寫。

基於所述RF數據直接進行處理以獲取目標圖像。如此，簡化超聲信號的時延估計方法，且不損失數據信息；提高了採用該處理方法超聲診斷儀的實時性能和圖像質量。

進一步的，該實施方式中，所述方法包括：選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延。

可以理解的是，為了便於計算，以及減小計算量，通常選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，另外，在《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，選取的一段信號，可以為以當前位置為中心的一段信號，在此不做詳細介紹。

該實施方式中，對所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算後，其互相關函式可表示為：

其中，m表示信號軸向位置，n表示信號橫向位置；m'的取值範圍為-M到M，n'的取值範圍為-N到N；-M到M表示以（m，n）點為中心在軸向上取2M+1個點，-N到N表示以（m，n）點為中心在橫向上取2N+1個點，即位置（m，n）的互相關窗為[2M+1，2N+1]；d表示信號軸向相對偏移；Rcc（m，n，d）表示信號在位置（m，n）處，且軸向相對偏移為d的互相關係數；若最大搜尋範圍d∈[-D，D]，計算該範圍所有的互相關係數後，假設互相關係數最大值位置為d0，則d0Ts即為當前位置採樣周期整數倍的初始化時延。

《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；該實施方式中，採用獲取當前位置的採樣周期整數倍的初始化時延相同的方法獲取其相鄰位置的採樣周期整數倍的初始化時延，在此不做詳細贅述。

一般的情況下互相關運算只是提供了當前位置採樣周期整數倍的初始化時延，並沒有伴隨整個計算過程，為了保證當前位置採樣周期整數倍的初始化時延不是奇異值，通常對該當前位置相鄰的多個位置做互相關運算並獲取其相應的採樣周期整數倍的初始化時延，然後對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理，將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

進一步的，該實施方式中，所述方法包括：對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號。

該實施方式中，以CS_r和CS_d分別代表所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；其自相關函式可表示為：

其中，符號*表示取共軛，m表示信號軸向位置，n表示信號橫向位置；m'的取值範圍為-M到M，n'的取值範圍為-N到N；-M到M表示以（m，n）點為中心在軸向上取2M+1個點，-N到N表示以（m，n）點為中心在橫向上取2N+1個點，即位置（m，n）的互相關窗為[2M+1，2N+1]；d表示信號軸向相對偏移，Rac（m，n，d）表示信號在位置（m，n）處且軸向相對偏移為d的自相關係數。

由於超聲信號的中心頻率隨深度是緩慢變化的，因此局部的信號相位保持線性特性。

進一步的，該實施方式中，所述方法還包括：基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延。

考慮到超聲信號時延在空間上的連續性，每次計算得到的當前位置輸出時延，都可以作為下一位置（軸向）或相鄰位置（橫向）的初始化時延，因此後續計算過程擺脫了對互相關窮舉搜尋的依賴，僅需根據初始化時延計算至少2個點的自相關係數即可，大大減少了計算量。

上述示例中，確定位置（m，n）處的初始化時延為d0Ts。該實施方式中，計算相對偏移為d0及其相鄰的至少2點以上的自相關係數，此處以3點為例，依次計算得到的自相關係數為[R（m ,n ,d0-1），R（m ,n ,d0），R（m ,n ,d0+1）]。

進一步的，該實施方式中，所述方法還包括：根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延。

《超聲信號的時延估計方法及系統》一具體示例中，結合圖4A、4B所示，圖3所示的過零相位線性擬合示意圖中，初始化時延和實際時延相差小於一個採樣周期；圖4所示的過零相位線性擬合示意圖中，初始化時延和實際時延相差大於一個採樣周期。

相應的，根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延具體包括：

根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；將根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

過零相位線性擬合確保了亞採樣級時延的精度，使最終的時延估計精度得到保障。具體的，基於局部信號相位線性特性可以對上述自相關係數的相位進行線性擬合，得到直線y=kx+b，其中，k表示斜率和b表示截距，符號∠表示求相位角，即∠（x+jy）=arctan（y/x），如此，直線與X軸的交點即表示零相位位置，且該交點對應的時延為，進一步的，將時延為作為上述精細時延。

進一步的，該實施方式中，所述方法還包括：將獲取的所述初始化時延與獲取的所述精細時延相加，得到當前位置的高精度輸出時延。

接續上述示例，得出當前位置的高精度輸出時延。

可以理解的是，該實施方式中的線性擬合可以採用最小二乘法進行計算，此處不做詳細介紹。

進一步的，通常情況下，超聲掃查過程中，需要計算一幀信號的所有位置的時延估計。所述一幀信號通常包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計。

進一步的，該實施方式中，所述方法還包括：基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；在此不做詳細贅述。

所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

結合圖5所示，《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，中間一列信號所有位置的初始化時延均通過互相關運算獲得，為了去除奇異值，進一步的，對該列信號上所有初始化時延做中值濾波處理，然後計算得到該列信號上所有位置的高精度輸出時延，圖中箭頭表示將該位置的高精度輸出時延作為相鄰信號對應位置的初始化時延，依次進行下去，直到向左向右都達到邊界即完成計算。

進一步的，將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

結合圖3所示，《超聲信號的時延估計方法及系統》一實施方式提供的超聲信號的時延估計系統包括：超聲射頻信號傳輸存儲模組100、信號處理模組200。

超聲射頻信號傳輸存儲模組100用於獲取同一掃查目標在不同掃查時間的超聲射頻信號；所述超聲射頻信號包括參考信號S_r，以及時延信號S_d。該實施方式中，所述超聲射頻信號為RF數據。

信號處理模組200選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，得到當前位置採樣周期整數倍的初始化時延。

可以理解的是，為了便於計算，以及減小計算量，信號處理模組200通常選取所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算，另外，在《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，選取的一段信號，可以為以當前位置為中心的一段信號，在此不做詳細介紹。

該實施方式中，信號處理模組200對所述參考信號S_r和所述時延信號S_d中包含當前位置的其中一段進行互相關運算後，其互相關函式可表示為：

其中，m表示信號軸向位置，n表示信號橫向位置；m'的取值範圍為-M到M，n'的取值範圍為-N到N；-M到M表示以（m，n）點為中心在軸向上取2M+1個點，-N到N表示以（m，n）點為中心在橫向上取2N+1個點，即位置（m，n）的互相關窗為[2M+1，2N+1]；d表示信號軸向相對偏移；Rcc（m，n，d）表示信號在位置（m，n）處，且軸向相對偏移為d的互相關係數；若最大搜尋範圍d∈[-D，D]，計算該範圍所有的互相關係數後，假設互相關係數最大值位置為d0，則d0Ts即為當前位置採樣周期整數倍的初始化時延。

《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，信號處理模組200獲取與當前位置相鄰的多個位置對應的多個採樣周期整數倍的初始化時延；該實施方式中，信號處理模組200採用獲取當前位置的採樣周期整數倍的初始化時延相同的方法獲取其相鄰位置的採樣周期整數倍的初始化時延，在此不做詳細贅述。

一般的情況下互相關運算只是提供了當前位置採樣周期整數倍的初始化時延，並沒有伴隨整個計算過程，為了保證當前位置採樣周期整數倍的初始化時延不是奇異值，信號處理模組200通常對該當前位置相鄰的多個位置做互相關運算並獲取其相應的採樣周期整數倍的初始化時延，然後對獲取的多個初始化時延做中值濾波處理，將獲取的中值作為當前位置的初始化時延。

進一步的，該實施方式中，信號處理模組200對所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號。

該實施方式中，以CS_r和CS_d分別代表所述參考信號S_r和時延信號S_d分別進行Hilbert變換求得複數域解析信號；其自相關函式可表示為：

其中，符號*表示取共軛，m表示信號軸向位置，n表示信號橫向位置；m'的取值範圍為-M到M，n'的取值範圍為-N到N；-M到M表示以（m，n）點為中心在軸向上取2M+1個點，-N到N表示以（m，n）點為中心在橫向上取2N+1個點，即位置（m，n）的互相關窗為[2M+1，2N+1]；d表示信號軸向相對偏移，Rac（m，n，d）表示信號在位置（m，n）處且軸向相對偏移為d的自相關係數。

由於超聲信號的中心頻率隨深度是緩慢變化的，因此局部的信號相位保持線性特性。

進一步的，該實施方式中，信號處理模組200基於所述初始化時延和二次初始化時延作為相對偏移分別對所述當前位置的所述複數域解析信號進行自相關運算，得到相鄰的至少2個點的自相關係數；所述二次初始化時延為與所述初始化時延在數值上相鄰、且相對於所述初始化時延再次取採樣周期整數倍的時延。

考慮到超聲信號時延在空間上的連續性，每次計算得到的當前位置輸出時延，都可以作為下一位置（軸向）或相鄰位置（橫向）的初始化時延，因此後續計算過程擺脫了對互相關窮舉搜尋的依賴，僅需根據初始化時延計算至少2個點的自相關係數即可，大大減少了計算量。

上述示例中，確定位置（m，n）處的初始化時延為d0Ts。該實施方式中，計算相對偏移為d0及其相鄰的至少2點以上的自相關係數，此處以3點為例，依次計算得到的自相關係數為[R（m ,n ,d0-1），R（m ,n ,d0 ），R（m ,n ,d0+1）]。

進一步的，該實施方式中，信號處理模組200用於根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延。

《超聲信號的時延估計方法及系統》一具體示例中，結合圖4A、4B所示，圖3所示的過零相位線性擬合示意圖中，初始化時延和實際時延相差小於一個採樣周期；圖4所示的過零相位線性擬合示意圖中，初始化時延和實際時延相差大於一個採樣周期。

相應的，信號處理模組200根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數得到的相位以及過零相位線性擬合方法得到精細時延具體包括：根據所述相鄰的至少2個點的自相關係數計算各點的相位；對獲取的至少2個點的相位進行線性擬合運算，得到斜率和截距；將根據所述斜率和截距計算所擬合的直線過零相位時對應的時延作為所述精細時延。

過零相位線性擬合確保了亞採樣級時延的精度，使最終的時延估計精度得到保障。具體的，信號處理模組200基於局部信號相位線性特性可以對上述自相關係數的相位進行線性擬合，得到直線y=kx+b，其中，k表示斜率和b表示截距，符號∠表示求相位角，即∠（x+jy）=arctan（y/x），如此，直線與X軸的交點即表示零相位位置，且該交點對應的時延為，進一步的，將時延為作為上述精細時延。

可以理解的是，該實施方式中的線性擬合可以採用最小二乘法進行計算，此處不做詳細介紹。

進一步的，通常情況下，超聲掃查過程中，需要計算一幀信號的所有位置的時延估計。所述一幀信號通常包括多列信號，每列信號中均包括不同深度多個位置的時延估計。

進一步的，信號處理模組200基於所述當前位置的高精度輸出時延對採樣周期取整作為下一位置的初始化時延，並依據上述方法計算所述下一位置的高精度輸出時延；在此不做詳細贅述。所述下一位置為所述當前位置同列信號的下一深度的位置或相鄰列信號的同一深度的位置。

結合圖5所示，《超聲信號的時延估計方法及系統》的優選實施方式中，中間一列信號所有位置的初始化時延均通過互相關運算獲得，為了去除奇異值，進一步的，信號處理模組200對該列信號上所有初始化時延做中值濾波處理，然後計算得到該列信號上所有位置的高精度輸出時延，圖中箭頭表示將該位置的高精度輸出時延作為相鄰信號對應位置的初始化時延，依次進行下去，直到向左向右都達到邊界即完成計算。

進一步的，信號處理模組200還用於將獲取的一幀信號中的所有位置的高精度輸出時延進行整合，形成圖像或基於該圖像進行後續處理得到新的圖像。

綜上所述，《超聲信號的時延估計方法及系統》的超聲信號的時延估計方法及系統，

對獲取的超聲射頻信號直接進行處理，計算量小，精度高，魯棒性好，具有極高的實用價值。

為了描述的方便，描述以上系統時以功能分為各種模組分別描述。當然，在實施《超聲信號的時延估計方法及系統》時可以把各模組的功能在同一個或多個軟體和/或硬體中實現。

通過以上的實施方式的描述可知，該領域的技術人員可以清楚地了解到《超聲信號的時延估計方法及系統》可藉助軟體加必需的通用硬體平台的方式來實現。基於這樣的理解，《超聲信號的時延估計方法及系統》的技術方案本質上或者說對2015年1月之前技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以保存在保存介質中，如ROM/RAM、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一台計算機設備（可以是個人計算機，信息推送伺服器，或者網路設備等）執行《超聲信號的時延估計方法及系統》各個實施方式或者實施方式的某些部分所述的方法。

以上所描述的系統實施方式僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的模組可以是或者也可以不是物理上分開的，作為模組顯示的部件可以是或者也可以不是物理模組，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網路模組上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模組來實現該實施方式方案的目的。該領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解並實施。

《超聲信號的時延估計方法及系統》可用於眾多通用或專用的計算系統環境或配置中。例如：個人計算機、信息推送伺服器計算機、手持設備或攜帶型設備、平板型設備、多處理模組系統、基於微處理模組的系統、置頂盒、可程式的消費電子設備、網路PC、小型計算機、大型計算機、包括以上任何系統或設備的分散式計算環境等等。

《超聲信號的時延估計方法及系統》可以在由計算機執行的計算機可執行指令的一般上下文中描述，例如程式模組。一般地，程式模組包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程式、對象、組件、數據結構等等。也可以在分散式計算環境中實踐《超聲信號的時延估計方法及系統》，在這些分散式計算環境中，由通過通信網路而被連線的遠程處理設備來執行任務。在分散式計算環境中，程式模組可以位於包括保存設備在內的本地和遠程計算機保存介質中。

榮譽表彰

2018年12月20日，《超聲信號的時延估計方法及系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。