CN102469980A - 空间上精细的剪切波分散超声振动测定采样 - Google Patents

Abstract

在一些实施例中实施剪切波分散超声振动测定(SDUV)以从单个跟踪脉冲形成平行取向的接收线(411-426)，以用于对单色剪切波进行测量。在一些实施例中，以交错模式(600)，通过在空间位置上的传送来在空间位置上执行采样，以用于进行波的测量。在一些实施例中，对波进行测量，并且对该测量应用一组被调谐到相应候选波速的滤波器(S724)，所有这些不需要确定在不同空间位置(451-454)的波相位之间的差别。

Description

空间上精细的剪切波分散超声振动测定采样

技术领域

本发明针对测量剪切波，更具体地，针对通过剪切波分散超声振动测定(SDUV)来测量剪切波。

背景技术

活组织中的机械变化与病理学变化相关。因为在健康组织与病理组织之间，剪切弹性模量(硬度)和粘度可能显著变化。随着过去十年超声弹性成像的发展，很多临床研究已经显示：组织粘弹特性为医师提供了有用的信息以便于更好的癌症诊断和治疗评估。

剪切波分散超声振动测定(SDUV)是一种基于声辐射力的技术，该技术通过描述剪切波速度分散(即频率)的特征来测量组织剪切弹性和粘度。该技术的应用是无创测量肝硬度以区分肝纤维化和肝硬化的阶段。

用于医学成像的超声探查经常使用纵波。在体内组织中，超声以波形式传播。实际上，沿传播路径的所有粒子在适当位置往复振动，并且振动发生在传播方向上。振动产生压缩和稀疏。这些被模拟成正弦曲线的波峰和波谷。能量被传递给靶标，并且通过振荡的粒子移动返回。

与之相比，超声剪切波(或横波)特征为垂直于传播方向在适当位置的往复移动。振荡一方面产生波峰，另一方面产生波谷。

执行SDUV必须发出一系列聚焦的纵波推动脉冲。它们为高强度的窄带宽信号，其以(假定)100Hz的重复率发射。在这些脉冲中的若干个被发射之后(每个横向一致并且在相同方向)，它们建立了从焦点传播出的并且方向与推动脉冲的方向垂直的剪切波。焦深已被选择，使得剪切波行进穿过感兴趣区域(ROI)。

向ROI发出纵波跟踪脉冲以便在采样点评价剪切波的振幅。该测量被用于估计被采样位置处的剪切波的相位。

为了对另一位置采样，另一推动脉冲发往相同的推动焦点，接着向该位置发出跟踪脉冲。需要该第二个循环，因为两点间的相位差被用于确定弹性和粘度。

因为推动脉冲的包络是方波，所以存在频率通常为100Hz的剪切波和谐波(200Hz、300Hz、400Hz)，即分量(或“单色剪切波”)。不同频率处的速度估计被用于推导组织剪切弹性和粘度。

发明内容

下文解决了记录的现有技术的不足之处。

与使用SDUV检测辐射力引导的剪切波相关联的一个主要挑战在于相对低振幅的振动。轴向位移大约10μm。振动振幅因而易受噪声影响。***电子噪声和诸如心脏运动或呼吸运动的患者运动将对剪切波位移估计造成显著的噪声。

此外，快速成像要求检测剪切波。必须记录达到400Hz的振动，因为更高频率的剪切波被介质衰减。因此，为了可靠地超过奈奎斯特(Nyquist)阈值，必须在大于1000Hz的频率下对每个空间位置进行采样以防止混叠。由于跟踪脉冲重复频率受限于声音在组织中的速度以及ROI的深度，因此这限制了使用常规非多线检测序列可以采样的空间位置的数量。

如下文提出的，使用多线波束形成器允许对位移场进行更精细的空间采样，和/或在垂向成像平面和横向成像平面两者中的空间采样(当使用与常规1D阵列相比的2D阵列时)。由于从每个检测脉冲提取出更多信息，因此增加了SDUV的弹性测量的鲁棒性。作为增加的优点，流程花费的总时间因此缩短。这从患者的便利性立场来看是有利的，并且有利于减小来自向激励点重复发送推动(push)的热效应的潜在影响。此外，更快节奏的射频(RF)数据采集促进了要求高速度及高空间分辨率的其他剪切波成像/量化技术的应用。

在本发明的一个版本中，通过从单个跟踪脉冲形成平行取向的接收线以用于对单色剪切波进行测量来执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)。

作为一方面，从至少一个其他追踪脉冲执行所述形成以便将得到的接收线进行重叠以增加场深。

更具体而言，在一些实施例中，该增加必需从重叠的接收线进行组合以建立至少一条重建A线。

相关的其他可能的方面包含从所述至少一个其他追踪脉冲中的不同时间的复数个跟踪脉冲形成相应的多条通过所述组合建立的重建A线。

作为具体实施例，进行测量包括对单色剪切波进行振幅测量。

本文提出可实施的是一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的装置，该装置被配置为从单个跟踪脉冲形成多条平行取向的接收线，以用于对单色剪切波进行测量。

该装置特征可能在于：跟踪脉冲以及至少一个横向偏移的跟踪脉冲被聚焦到共同的深度，该装置被配置为基于从聚焦到该深度的脉冲的回波数据来重建更浅的传输焦点。

或者，在可替代的或补充的方面中，该装置被配置为针对至少一个其他跟踪脉冲进行如此形成并且以便重叠接收线，并且该装置还被配置为在确定相位差的时候***脉冲发射时间以校正采样间波传输。

在一个形式中，一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的计算机软件产品包括收录有计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括能够由处理器执行以从单个跟踪脉冲形成平行取向的接收线以用于对单色剪切波进行测量的指令。

另外，在一些版本中，执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)包括：在多个位置处通过在该位置处的多个传送(pass)，以交错模式进行采样，以用于对单色剪切波进行测量。

在这些版本中的具体变型中，在多个传送中的一个中被采样的位置与在所述多个传送中的下一个中被采样的位置交错。

作为可能的方面，将在在多个传送中在给定一个位置处采样的结果与参考A线进行比较，以确定单色剪切波在该位置处的位移。

同样地，在一些方面，一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的设备被配置为：在多个位置处通过在该位置处的多个传送(pass)，以交错模式进行采样，以用于对单色剪切波进行测量。

与本文提出类似的可以采用以下形式：一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的方法，所述方法包括对单色剪切波进行测量，并且对该测量应用一组(bank)滤波器，该滤波器被调谐到所述波的相应候选速度，不需要确定波在不同空间位置处的相位差。

在其他方面，针对该测量可以使用低通滤波器，以来减小所述应用的制备噪声。

在再另一方面，在该组(bank)中的滤波器是二维的，一维是空间位置，并且另一维是时间。

在附加的方面，一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的设备被配置为对单色剪切波进行测量，并且对该测量应用一组滤波器，该滤波器被调谐到所述波的相应候选速度，所有这些不需要确定波在不同空间位置处的相位差。

作为进一步附加的方面，上述装置和设备可以被实施为一个或多个集成电路。

下文参考附图给出了用于SDUV的新颖的精细空间采样方法的细节。

附图说明

图1为例示出两个连续SDUV采样的示意图；

图2为表示SDUV顺序跟踪的范例的时间线；

图3为对应于图2的时间线的流程图；

图4为示意性的传输-接收图，其通过举例图示出如在16x多线波束形成器中实施的使用回顾性动态传输(RDT)的SDUV采样采集；

图5为展示出RDT背景下检测波束传输焦点的可能放置的示意图；

图6为示例***错采样方案的图形再现；以及

图7为表示作为如何确定组织剪切弹性和粘度的范例的具体实施例的流程图。

具体实施方式

首先大致讨论具有更快采样的SDUV的一个版本。在这一背景下，下文从图4开始是与更精细空间采样有关的进一步示例性发展。

图1以说明性而非限制性范例的方式描绘了在两个连续SDUV采样之间的关系。示出了超声推动探头104，以及通过超声跟踪探头(未示出)分别在采样时间t1、t2发出的第一跟踪脉冲108和第二跟踪脉冲112。推动探头104发送一系列聚焦的推动脉冲(或“推动”)114以建立剪切波115，该剪切波115(或“单色剪切波”)的频率分量被表示为第一轨迹116。组织沿着y方向振动，并且剪切波115沿着x方向传播。

可以分别将两个分离的探头用于推动和跟踪。然而这一类型的大体积配置对于临床应用是不实用的。

此外，在分离的单元(single-element)换能器的情况下，要求重复发射推动脉冲以便测量在不同横向位置处的剪切波相位延迟，从而导致重复的组织加热。

在另一方面，如果利用阵列换能器实施跟踪，则根据本文的提议缓和了对重复推动的需要。

此外，一个单阵列换能器能够同时实现推动和跟踪的功能。两用的单阵列换能器将使***更加紧凑并且更容易控制。然而，该配置需要更多的硬件支持和软件支持，以便保证能够通过单个换能器产生声辐射力并且对得到的剪切波115进行成像。单个换能器可以为允许横向和垂向(elevation)推动和/或跟踪脉冲位置的单排阵列(1D换能器)或多排阵列(1.75或2D换能器)。

改进的2D阵列技术将允许以3D维度发送跟踪脉冲；然而，下文的讨论涉及跟踪轴向-横向平面上的组织运动。在不失普遍性的情况下，相同的处置应用于轴向-垂向平面。

跟踪脉冲108、112被靶向到空间上分隔位置间距离128、Δr的相应位置120、124。距离128通常在毫米的范围内，因为剪切波115随传播距离衰减。测量如在y轴136上表示的振幅(或位移)132。假如采样频率满足奈奎斯特阈值，则基于振幅132可以导出位置120处的相位140、Φ₁。可以通过以足够帧率(即以足够的频率在位置120上的多个采样传送(pass))来满足该奈奎斯特阈值。

图2描绘了SDUV顺序跟踪的一个范例。在任何推动脉冲114振动感兴趣区域(ROI)之前，参考跟踪脉冲202、204、206、208发出，并被靶向到相应的采样位置x₁、x₂、x₃、x₄。位置x₁、x₂、x₃、x₄从点x₀向外放射性排列(aligned radially)，即排列在将由推动脉动建立的剪切波115的传播方向上。参考跟踪脉冲202、204、206、208每个都分别跟随有其各自的回波210、212、214、216。然后在位置x0(即激励点的位置)建立剪切波115。这通过以推动频率219(可能通常为大约100Hz)发射的推动脉冲218的初始系列(在图2中未示出)来完成。一旦波115已经建立，则可以发出推动脉冲218中的跟踪序列开始的一个(onet)。接着是逐个脉冲地顺次导引的跟踪脉冲222、224、226、228的传送220。跟踪脉冲222、224、226、228被靶向到相应的采样位置x₁、x₂、x₃、x₄。脉冲222、224、226、228中的每个跟随有其相应的回波230、232、234、236，然后从其相应的回波230、232、234、236波束形成相应的接收A线。以2KHz的相同位置跟踪频率238发出传送220。由此，推动脉冲218后跟随20个传送(即“帧”)220。并且，2KHz的相同位置跟踪频率238允许对达到约1kHz(奈奎斯特阈值)的频率分量116进行相位测量。跟踪脉冲222、224、226、228中的每个都可以用于在奈奎斯特阈值的内在极限内同时提供对每个频率分量的测量。

利用常规B模式成像，即，将跟踪脉冲222、224、226、228在两个邻近的推动脉冲218之间的不同位置x₁、x₂、x₃、x₄上进行电子聚焦并且横向往复导引。因此顺序形成在不同位置x₁、x₂、x₃、x₄上的接收A线。

应当限制在每个B模式帧内的传输线的数量，以使剪切波115的采样RPF(脉冲重复频率)足够高。如在图2中看到的，例如，对于每个位置x₁、x₂、x₃、x₄，相同位置跟踪频率238为2KHz(PRF₂)，同时传输A线频率242为8KHz(PRF₃)。这仅仅是说明性的。如果所测量的最高次谐波为400Hz，这表明检测脉冲(在给定方向上同样是横向的)应当在假定1000Hz的最小速率下发射(允许在奈奎斯特上的小余量)。在该情况下，PRF₂将被设定为1kHz。因此，将有可能传输波束到8kHz/1kHz＝8个位置。

仅仅需要单个推动/跟踪序列240来获得剪切波速度估计所需要的所有SDUV信息。更快的数据采集是将SDUV技术从单点“虚拟活检”工具改进到可能的实时成像模态的关键要求。同样显著的是，当维持剪切波跟踪所观察的横向位置x₁、x₂、x₃、x₄……的数量时，可以减小在组织和换能器中产生的热。更快的数据采集还可以进一步减小在剪切波位移估计中的噪声，因此尤其避免了大的时间-尺度噪声，例如在不同的推动/跟踪序列240的过程中组织可能以其他方式经历的呼吸运动。

图3为对应于图2中的时间线的流程图。焦点被设定在第一位置x₁(步骤S304)。发射当前参考跟踪脉冲202(步骤S308)。跟着是其回波210(步骤S312)。如果存在更多待测位置(即x₂、x₃、x4)(步骤S316)，焦点被导引到下个位置(步骤S320)，并且进程返回到参考跟踪脉冲发射步骤S308，其中将下个位置作为当前位置。另一方面，如果不存在其他待测位置(步骤S316)，则连续发射推动脉冲218以建立剪切波115(步骤S324)。焦点然后被设定到第一位置x₁(步骤S328)。发射当前跟踪参考脉冲222(步骤S330)，并且返回其回波230(步骤S332)。如果存在更多的跟踪脉冲(即224、226、228)以在当前传送220中发出(步骤S333)，则焦点被设定到对应的下个位置(步骤S334)，并且进程返回到跟踪脉冲发射步骤S330，其中将下个位置作为当前位置。否则，如果不存在下个待发射的跟踪脉冲，询问是否将在位置x₁、x₂、x₃、x₄上进行下次传送(步骤S336)。如果将进行下次传送，将该下次传送作为当前传送(S340)，并且进程返回到下次传送220的开端，到步骤S328。然而，如果(在当前推动/跟踪序列240中)不存在待进行的下次传送220，则采样完成。在本文提出的技术中，单个推动/跟踪序列240足够提供剪切波速度的SDUV确定(在实际实施例中，组织弹性和粘度的计算)所需要的所有采样。

图4表示如在16x多线波束形成器(即从一个传输波束(或简称“传输”)形成16条接收线的波束形成器)中实施的，使用回顾性动态传输(RDT)的SDUV采样采集方案400的一个范例。

利用多线波束形成器，SDUV采样将仍然为顺序的，但是采用成组的空间位置。将传输波束发送到每个组。如果ROI位于与传输波束的焦点不同的深度，那么传输波束将比在焦点处更宽，并且将声透射(insonify)该组空间位置。或者，波束可以以对于声透射该组空间位置来说足够的宽度来被微弱聚焦到与ROI相同的深度。

从单个跟踪脉冲404建立的传输波束的回波，16x波束形成电路形成16条平行取向的接收线411-426，以用于对单色剪切波116进行测量。如由斜线的子孔径跟踪线427所表示的，前八条接收线411-418在传输中心的一侧，而后八条接收线419-426在另一侧。

其他跟踪脉冲428、429、430以及第一跟踪脉冲404都是不同时间的。如果传输A线(或“跟踪脉冲”)PRF 242被设定为等于例如10kHz，单个跟踪脉冲404在下个跟踪脉冲428之前100μs发出。100μs后，发射下个脉冲429，以此类推。

由跟踪探头的相应的当时(then-currently)有效的子孔径形成跟踪脉冲404、428、429、430中的每个。有效的子孔径为对于传输超声当前有效的换能器元件的子集。因而，例如，在跟踪脉冲404发射之后，当前有效的子孔径移位(例如，排除在孔径一侧的一个或多个元件并且包括在另一侧的一个或多个元件)。当下个跟踪脉冲428稍后发射时，其从经移位的子孔径发生。邻近的孔径之间的空间距离在下文被称为传输间隔434，该传输间隔434在当前范例中为0.5mm。跟踪脉冲的焦点也移位连续跟踪脉冲之间的传输间隔434。

从传输404之后接收的回波数据中形成16条平行取向的接收线411-426(即，动态形成的接收线在空间上是平行的)。由接收子孔径形成接收线411-426中的每条。接收子孔径为促成给定接收线的换能器元件中的子集。

接收线411-426之间的空间距离在下文被称为接收间隔438。在该范例中，其为0.125mm，或者为0.5mm传输间隔434的四分之一。

如将在下文更详细讨论的，使接收间隔438为传输间隔434的一部分允许更加密实的采样。

所有所获取的回波射频数据被保存在暂存器中。所获取数据的保存将随着子孔径移位并且最终假定其最终位置在变换器阵列中而继续，即使得获取整个传送的数据。此外，将逐个传送来保存数据。

由于在发射第一跟踪脉冲404和下一跟踪脉冲428之间的子孔径移位，所以该第一脉冲的最后十二条接收线415-426与该下一脉冲的前十二条接收线分别在空间上重叠。同样的，由于每个随后的跟踪脉冲的子孔径移位，跟踪脉冲428的最后十二条接收线与下一跟踪脉冲429的前十二条接收线重叠，以此类推。

在第四跟踪脉冲430发射时，所有四个跟踪脉冲404、428、429、430的相应接收线重叠，并且可以被组合形成四条重建A线441-444。

例如，第一重建A线441由第一接收线423组合紧接着的跟踪脉冲428-430的三条相应接收线形成。根据回顾性动态传输(RDT)进行该组合。可使用由Passman和Ermert在1996年提出的虚拟换能器近似法来分析RDT聚焦的效果。参见C.Passmann和H.Ermert，“A 100-MHz ultrasound imagingsystem for dermatologic and ophthalmologic diagnostics”，IEEE Trans.Ultrasonics，Ferroelectrics and Frequency Control，第43卷，第4期，第545-52页(1996)。在共同待决的Burcher等人的名为“Retrospective DynamicTransmit Focusing for Spatial Compounding”的美国专利公开文本US2009/0069693(下文称为“‘693公开文本”)中进一步讨论该技术。这两份出版物的公开内容以引用方式并入本文。

第一重建A线441用于测量空间位置451处的剪切波115。同样地，紧接着的重建A线442-444(其与第一重建A线441横向偏移)用于测量相应空间位置452-454处的剪切波115。

虽然在此每个重建A线可组合四条接收线，但是可以组合更少的接收线。实际上进行组合的数量依赖于ROI的深度以及其随之的由跟踪脉冲的声透射范围。而且，该范例是非限制性的。因此，孔径移位可以到以下程度：更多或更少的接收线可以组合形成重建A线。

凭借所述组合，提高了场深(DOF)(传输良好聚焦所在的区域)和信噪比(SNR)。在重建A线441与重建出该重建A线441的任意接收A线进行比较中，其有用的空间分辨率的长度已经通过RDT提供的更大DOF得到增加。

基于可能的四条接收线的A线重建开始于前四条重建A线441-444，并且以每个新跟踪脉冲继续。因此，下一跟踪脉冲允许在相应空间位置上形成四条新的重建A线。同样地，对于其余的帧，每个随后的跟踪脉冲形成相应的多条重建A线，该多条重建A线在当前范例中由四条重建A线构成。

剪切波115因此被精细地采样，而不会降低发出跟踪脉冲的节奏。

应当注意的是，非RDT的实施例是可能的，其中它们的接收焦点位置不交错重叠但是仅仅是彼此邻接。剪切波115仍旧被精细地采样，而不会降低发出跟踪脉冲的节奏。每个跟踪脉冲的平行取向的接收线的数量可以为四个，例如两个在跟踪波束的一侧并且两个在另一侧。

图5例示了在RDT的背景下由跟踪脉冲404形成的检测波束508的焦点504的可能放置。如由方形轮廓指示的感兴趣区域(ROI)512是存在剪切波516的位置。为了保证检测波束508的声透射借助于待获取的接收线跨越待采样的位置，有利的是将焦点504在深度上放置到ROI 512中。图5示出的物理焦点位置在70mm，用于声透射在ROI中的给定点并且因此将被RDT组合的传输的共同深度518。虽然检测波束508在ROI 512的深度520处是宽的，但是RDT重建检测波束在该深度将是窄的(具有与在(物理)焦点504的宽度相同的宽度)。实际上并且通过范例的方式，从时间上最初的跟踪脉冲404以及形成将被与时间上最初的跟踪脉冲进行RDT组合的传输的至少一个横向偏移的跟踪脉冲428-430之中，至少一些被聚焦到共同深度518。比深度520更浅的传输焦点基于来自那些聚焦到共同深度518的脉冲404、428、429、430的回波数据进行重建。

这还允许使用更大的传输孔径524，这可以增大可以在检测波束508中被传输的总功率。更高的功率提供了对小(minute)波振幅位移132(大约为10μm)的更大的灵敏度。

或者，检测波束508的焦点504可以被放置到比ROI 512浅的位置。

在将RDT应用于SDUV时有附加的考虑。

首先，RDT假定：组织在传输事件之间并不移动。如果发生位移，那么其将减小在被组合的传输之间的相干性并且导致信号相消。因此，这将表现为与SDUV不相容，因为组织正在被剪切波位移。然而，实际上，位移132的量很小(通常＜10μm)，以致其是跟踪脉冲的波长(例如在5MHz下的300μm)的小部分。因此，在传输重建期间，剪切波位移132将不引起相干性的任何显著损失。

其次，即使利用非多线序列220，因为连续发射不同横向位置x₁、x₂、x₃、x₄的波束，所以在不同时间t1、t2……采样不同横向位置的位移估计。

再次参考图1，并且，为便于例示假定例如非多线序列，如果采样时间t1、t2是同时的，来自跟踪脉冲112的返回数据(即回波数据)将建议与第一个波形116上的采样点148对应的相位142。

然而，如果针对这两个位置120、124顺序发射跟踪脉冲，采样时间t1、t2是非同时的。(同样地，在帧中重建A线444后面的重建A线将是在不同时间的波115的采样。)

实际上，在时间t₂，剪切波分量116已经向前传播，如由第二轨迹144表示的具有频率分量的波形。

在第二轨迹144上，对应的采样相位152、Φ₂不同于在第一轨迹116上的相位140、Φ₁，其中相位差为ΔΦ＝Φ₂-Φ₁。

如从图1中看到的那样，ΔΦ小于在提取同时跟踪脉冲的相位140、142之间的差别。

如从图1中进一步看到的那样，由基于采样间延迟的相位校正156、ωΔt使ΔΦ更小，“ω”表示单色剪切波116的角频率，“Δt”表示在相应采样时间t1、t2进行的两个采样之间的延迟。

另外，相位140、142之间的差别，连同ω和Δr，定义了剪切波频率分量116的传播速度。

相位140、142之间的差别是通过将相位差ΔΦ加上基于采样间延迟的相位校正156ωΔt而计算得到的。

单色剪切波116的速度由以下公式给出：

$c_s\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{\mathrm{\ω\Δr}}{\mathrm{\Δ\φ}+\mathrm{\ω\Δt}}$ (公式1)

公式1的推导如下：

c_s(ω)＝λf，其中c_s为传播速度，λ为波长，“ω”表示单色剪切波116的角频率并且f为该波的频率。

同样，ω＝2πf，并且Δr＝λΔΦ/2π，其中ΔΦ表示对于给定时刻在同时进行的两个采样之间的相位差。

假定所有参数都是正的。

代入值得出

如上文参考图1所解释的，为了考虑在时间t1、t2进行的两个不同时间采样之间的采样间延迟，将基于采样间延迟的相位校正156ωΔt加上ΔΦ来得到公式(1)。

RDT序列发生相同现象，并且当基于不同取向且在不同时间获取的A线(例如，重建A线444以及在帧中稍后获取的重建A线)来提取振幅信息时必须考虑该现象。

为了在公式1的应用中考虑该现象，当RDT组合传输以对即时传输位置插值时(如在‘693出版物中公开的)，在传输之间对采样时间(以及采样位置)插值。换言之，在脉冲发射时间的情况下，并且在发射时的传输位置的情况下(例如，沿着重建中使用的用于传输的子孔径跟踪线427的那些传输位置)，这些传输位置***值相同RDT插值权重。因此，可以计算出Δt和Δr来用于代入方程(1)。

注意，公式(1)假定在剪切波传播的(径向)向外方向上进行跟踪(即跟踪脉冲的发射)。如果在相反方向上执行跟踪，在分母上的“+”号变为“-”号。通过类似推理，如果跟踪方向随着传送220交变，一对空间位置120、124的ΔΦ计算可以用基于邻近的传送做出的相同计算来求平均，使得分母为简单的ΔΦ_平均。

公式(1)还假定在不同时间获取两个不同位置的采样。

在图2和图3示出的非RDT、非多线的范例中，在不同时间获取不同位置的采样。

在非RDT、多线的实施例中，给定传输的接收线是不同时间的。因此，如果存在，基于给定传输的接收线，从用于那些速度计算的公式(1)的分母中略去基于采样间延迟的相位校正156、ωΔt。然而，否则按照原样来使用公式(1)。

在RDT的背景下，在帧中重建A线444之后的重建A线将是在不同时间的波115的采样。同样地，重建A线441-444通常将具有不同的采样时间，后者基于传输发射时间的相应插值。那些相应***中的每个使用不同插值权重，该权重与在沿着待重建的A线的靶标位置处的传输场强成比例。那么，通常，第一重建A线441与紧接着的重建A线442相比将具有更早的采样时间，以便于速度计算。因此，公式(1)可按照原样应用。

图6例示了交错采样方案600。其不依赖于多线波束形成器或RDT。简单起见，因此其将针对基本波束形成器进行描述，该基本波束形成器仅为每个跟踪脉冲222形成单条接收线。x轴604为从第一采样位置x1出发的横向位置，单位为毫米。y轴608为自第一跟踪脉冲222过去的时间。表示了所测量的位移616的运动场612，其位移量级未示出。指示出在采样位置x1、x2、x3、x4……上的若干采样传送的观察(observation)616。

本发明人已经观察到期望创建这样的采样方案，其中，依次匹配适当间隔开的模式的采样(例如1^st、4^th、7^th、10^th……)以相位的方式在适当位置“骑”在传播波上，或者与此近似。因此，相应位移616中的每个将几乎相同，由此减小采样伪影。这样的设备在面对紧密(tight)的PRF和其他实施约束时特别有利。

如上所述，时间采样的速率受限于剪切波的最大频率。为了很好地采样400Hz的剪切波，要求至少1000Hz的时间采样速率。反过来，成像深度所允许的最大PRF 242约束了(在所有位置上的)总采样率。如上文参考范例所述，最大PRF 242可以为10kHz，这表明，可以最多采样10个空间位置，在不会有出现采样伪影(例如混叠)的风险。

总之，为了鲁棒性，期望采样很多横向位置x₁、x₂、x₃、x₄以增加测量的数量。如上所述，横向位置的数量受限于最大PRF 242，虽然PRF应当足够大以允许采样足够的位置，而没有采样伪影。

还有利的是，横向位置尽可能靠近激励点x₀以避免剪切波振幅的衰减，剪切波振幅的衰减使得难以测量振幅，虽然由于近场效应，第一横向位置x₁受限于其与激励点的紧密度。然而，在位置x_i、x_i+1之间的紧密度受限于其他工程约束。

在交错采样方案600中，一个传送中的采样与下个传送中的采样之间位置交错，该交错采样方案600首先利用以下事实，待测量的运动场是结构紧凑的：其包括具有有限速度范围的剪切波116。

其次，两个轴604、608(分别与位置和时间相关)的特性使得：采样的连续位置x_i、x_i+1、x_i+2……意味着恒定的跟踪脉冲平移(translation)速度。这是从图6中的观察的第一排620中看出的。因为它们意味着恒定斜率的线，所以暗示了恒定的跟踪脉冲平移速度。在该背景下并且关于恒定跟踪脉冲“平移”，如果以非平行的方式导引波束，可以认为“平移”发生在横向位置x_i、x_i+1之间。

然而，上述设计标准要求比任何单色波速c_s更高的平移速度。

不过，可以通过借助分离的传送220将评核(scrutiny)限制到两个连续位置x_i、x_i+1的采样来辨别出较慢的恒定跟踪脉冲平移速度。这由斜线624例示出，其特征在于在两个位置x_i、x_i+1的感兴趣采样在连续的传送220中。

对于非交错运动场(即其中在每个传送220中采样连续位置x_i、x_i+1而不跳过位置的场)，存在更高速度模式和更慢速度模式的相同现象。

然而，交错采样是一种这样的工具：通过其来制作(craft)更不同的恒定跟踪脉冲平移速度，由此增加实现与靶向剪切波116速度的匹配(或者如从线624看接近匹配)的可能性。由于在假设上述设计约束的情况下，难以以其他方式操纵参数以改变平移速度，因此增加了对这种技术的需求。同样显著地，交错采样得到相同数量的采样。并且，不会对跟踪脉冲的RPF242(其保持恒定)产生不利影响。

如从图6看出的，运动场612可被分割为与中央斜线624平行的观察线。

采样伪影的随之减少可以用于缓和更精细空间采样的任何潜在副作用。

图7示出了作为如何确定组织剪切弹性和粘度的范例的具体实施例。将剪切波115的第一分量116(例如基本分量)选择为当前分量(步骤S704)。

根据作为范例的多线采样采集方案400，获取回波RF数据(步骤S708)，所述回波RF数据在RDT背景下由时间上最初的重建A线441-444、在帧中后续的复数条重建A线以及在其他帧中的复数条重建A线构成。对于空间位置451-454……中的每个，在该位置的重建A线中的每个与对应的参考重建A线进行比较，以确定在该位置的当前波分量116的位移132。可以使用诸如互相关或多普勒方法的若干已知方法来计算位移132。

同样地，在非RDT、多线和非多线的背景下，比较相同位置的采样(步骤S712)。

由于根据本文提出的方法的更精细采样，在一些实施例中任选地对测量132应用低通滤波器(LPF)，以减小测量中的噪声。LPF可以为作用于位置和时间维度604、608上的二维滤波器。这种滤波器的范例将是各向异性滤波器，例如高斯核(Gaussian kernel)：

kg＝exp(-(r²/σ₁ ²+t²/σ₂ ²))        公式(2)

其中，“r”表示位置，“t”表示时间，并且σ_1和σ₂分别控制滤波器在空间和时间维度上的尺寸。

如果运动场612由单个剪切波116构成，那么具有恒定位移的运动场的轮廓(即，由于通过在轴604、608上适当的采样间间隔来布置交错方案600，以产生基本恒定的位移616的斜线624)为向右下倾斜的直线，并且该直线的斜率或“梯度”由剪切波116的速度来确定。

可以通过位移616的二维矩阵来表示运动场612，一维是位置并且另一维是时间。类似地，估算公式(1)的右侧的表达式以建立另一二维矩阵，将这两个矩阵进行卷积以减小测量616中的噪声。

可替代的滤波器为导引(steered)滤波器：

ks＝exp(-(u²/σ₃ ²+v²/σ₄ ²))，公式(3)

u＝r+cs×t

v＝r-cs×t

其中cs为滤波器的角度(其表示速度)，“u”为与以速度cs向前传播的波的轮廓对准的方向，并且“v”为与可以想象为以速度cs向后(即朝向激励点x₀)传播的假想波的轮廓对准的相反方向。尺寸参数σ₃、σ₄控制滤波器在两个方向u和v上的尺寸。通常，σ₃将比σ₄更大，使得与u方向相比，在v方向上应用更多的平滑。

如果运动场612由以速度cs向前传播的单个剪切波116构成，那么恒定v的线将沿着具有恒定位移的运动场的轮廓。公式(3)中的滤波器核ks将与运动场612对准。在该背景下，滤波器的角度由剪切波116的先验速度给出。任选地，可以使用剪切波速度的当前估计迭代地调节滤波器角度。

用核ks与测量132进行卷积将使在与轮廓的平行方向上比起在垂直方向上更加平滑。因此对于给定的噪声减小量，将倾向于保存运动场612的结构，而不是各向异同性滤波器(步骤S716)。

如根据公式(1)，一种确定在不同空间位置x_i、x_j的剪切波116的相位差的替代方案为应用一组(bank)二维滤波器，每个滤波器被调谐到特定候选波速。

如果要应用该滤波器组(步骤S720)，使用若干滤波器，覆盖期望的波速范围。将运动场612与每个滤波器进行卷积(依次或并行)。将具有最大输出的滤波器当作波速的最佳估计。围绕当前估计，可以迭代该进程，通过将滤波器调谐到与波速的更加紧密间隔选择来使估计更加精确。

作为一个范例，以下列形式表示运动场：

d(r，t)＝d(nΔr，mΔt)    公式(4)

其中，“r”为横向位置，“t”为采集时间，并且“n”和“m”为采样指数，Δr为横向采样间隔并且Δt为相同横向位置的位移采样之间的时间。

为了便于例示，在该范例中运动场特征为有规律的、均匀间隔的网格，其中初始值“t”(如果“r”)隐含地初始为零。然后，这对应于非交错模式的采样，而不是交错采样方案600中的采样。然而，通过适当修改上述公式(4)以及下面的公式(5)和(6)，可以将该范例调整为交错采样方案。

继续参考该范例，对应于波速c_si的滤波器具有同相(in-phase)核：

ki(c_si，r，t)＝sin(2π/λ_s*(nΔr-c_si*mΔt))；  公式(5)

以及正交核：

kq(c_si，r，t)＝cos(2π/λ_s*(nΔr-c_si*mΔt))    公式(6)

其中λ_s为剪切波116的波长。

滤波器的输出由下式给出：

y(c_si)＝(∑_r，t d(r，t)×ki(c_si，r，t))²+(∑_r，t d(r，t)×kq(c_si，r，t))²    公式(7)

在公式(5)和(6)中使用c_si的先验估计来推导出第一滤波器的核。然后将该核用于公式(7)以得出第一输出。通过改变公式(5)和(6)中c_si的值并且重新计算公式(7)中的y(c_si)来产生在该组中的其他滤波器。由与y(c_si)为最大值的c_si值来给出具有剪切波116的速度。

可以通过对核进行加窗来得到改进的结果。这缓和了由截断引起的偏置(步骤S724)，该截断由采样数据和核的有限程度导致。

再次参考步骤S720，如果不用滤波器组进行基于相位差的波速计算，推导出该计算的输入参数。具体而言，确定位移132的相位Φ。这可以通过基于在给定空间位置451、452、453、454……上观察的位移132的奈奎斯特重建来实现，并且这要针对每个不同空间位置执行。成对地计算相位差ΔΦ＝Φ₂-Φ₁以估计将被代入公式(1)的相位差ΔΦ。对于在不同时间获取的相应采样执行这些相位差计算，例如在时间上第一的重建A线444和在帧中任何后续的一个重建A线的情况下。使用基于采样间延迟的相位校正156、ωΔt分别校正针对不同时间采样的所计算的相位差ΔΦ。所选择的对中的至少一些可以在空间上相对远离，以便提高计算的精度。可以对相位差(经校正或未经校正，根据可能的情况)以及它们的相应位置间距离128、Δr使用最小二乘分析。然后应用公式(1)(具有或不具有校正156，根据可能的情况)以估计当前波分量116的速度(步骤S728)。

对于任一路径(即，经由步骤S724或S728)，如果当前波分量不是要进行速度估计的最后一个(步骤S732)，将下个分量作为当前分量(步骤S736)。

如果将针对前一分量的波速确定中使用的相同RF数据用于当前分量，例如因为跟踪脉冲PRF 242对于最高次谐波是足够的(步骤S740)，所以进程返回到步骤S712。否则，如果针对当前分量要进行进一步的采集，进程替代地返回到步骤S708。

在步骤S732，如果当前波分量(替代地)是要进行速度确定的最后一个，应用(本领域熟知的)沃伊特模型以确定剪切弹性和粘度(步骤S744)。

在一些实施例中实施剪切波分散超声振动测定(SDUV)以从单个跟踪脉冲形成平行取向的接收线，以用于对单色剪切波进行测量。在一些实施例中，以交错模式，通过在空间位置上的传送来在空间位置上执行采样，以用于进行波的测量。在一些实施例中，对波进行测量，并且在该测量中应用一组被调谐到相应候选波速的滤波器，所有这些不需要确定在不同空间位置的波相位之间的差别。

通过从每个发射的跟踪脉冲提取更多的信息，本文提出的方法和装置提供了对剪切波位移场的更完整采样。因此这允许对剪切波速以及介质的弹性属性更加鲁棒的估计。

本文提出的方法可以在软件或者例如在包括设备在内的制造物品中实施，该设备可以被实现为一个或多个集成电路。

采用RDT的实施例可以被实施为例如单个波束形成器(例如16x或32x的多线波束形成器)、被加入的仅用于缓冲的硬件以及重叠的接收线的组合。

应当注意的是，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离权利要求书的保护范围的情况下设计出很多替代的实施例。例如，可以在各种扫描几何结构(线性的、相控的或弯曲的)中实施本发明所公开的方法。在权利要求书中，任何置于括号内的附图标记不应解释为对权利要求保护范围的限制。动词“包括”及类似词的使用并不排除存在权利要求未记载的那些部件或步骤。部件之前的不定冠词“一个”或“一种”并不排除存在多个或多种这样的部件。本发明可以实现为包括若干分立部件的硬件，并且可以实现为具有计算机可读介质的适当编程的计算机。在相互不同的从属权利要求中记载某些手段并不代表不能使用这些手段的组合以获得优点。

Claims (20)

1.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的方法，包括：

从单个跟踪脉冲(404)形成多条平行取向的接收线(411-426)，以用于对单色剪切波(116)进行测量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从至少一个其他跟踪脉冲，执行所述形成，以便将所得到的接收线中的复数条接收线(423-426)进行重叠以增加场深。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述增加必需从所重叠的复数条接收线中进行组合以建立至少一条重建A线(441-444)。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括从所述至少一个其他跟踪脉冲的不同时间的复数个跟踪脉冲(428-430)形成相应的多条通过所述组合建立的重建A线。

5.根据权利要求1所述的方法，所述进行测量包括对所述单色剪切波进行振幅(132)测量。

6.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的装置，其被配置为从单个跟踪脉冲形成多条平行取向的接收线，以用于对单色剪切波进行测量(132)。

7.根据权利要求6所述的装置，所述跟踪脉冲以及至少一个横向偏移的跟踪脉冲被聚焦到共同的深度(504)，所述装置还被配置为基于来自聚焦到所述深度的脉冲的回波数据重建更浅的传输焦点。

8.根据权利要求6所述的装置，其被配置为针对至少一个其他跟踪脉冲进行所述形成，并且以便将接收线进行重叠，并且所述装置还被配置为在确定相位差时对脉冲发射时间插值以校正采样间波传播(156)。

9.根据权利要求6所述的装置，其被实施为一个或多个集成电路。

10.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的计算机软件产品，所述产品包括收录有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括能够由处理器执行以执行多个动作的指令，所述多个动作包括以下动作：

从单个跟踪脉冲(404)形成多条平行取向的接收线，以用于对单色剪切波进行测量。

11.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的方法，包括：

在多个位置上在多个传送期间，以交错模式(600)进行采样，以用于对单色剪切波进行测量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述多个传送中的一个(620)中被采样的位置与在所述多个传送中的下一个中被采样的位置交错。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：将在所述多个传送中的复数个上所述多个位置中的给定一个处进行所述采样的结果与参考A线(210)进行比较，以确定所述单色剪切波在所述多个位置中的所述一个处的位移。

14.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的设备，所述设备被配置为在多个位置上通过在所述位置上的多个传送，以交错模式进行采样，以用于对单色剪切波进行测量(616)。

15.根据权利要求14所述的设备，其被实施为一个或多个集成电路。

16.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的方法，包括：

对单色剪切波进行测量(616)；并且

对所述测量应用一组滤波器(S724)，所述滤波器被调谐到所述波的相应候选速度，所有这些不需要确定所述波在不同空间位置处的相位差。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括对所述测量使用低通滤波器(S716)，以减小所述应用中的制备噪声。

18.根据权利要求16所述的方法，所述滤波器为二维的，一维是空间位置(451)并且另一维是时间。

19.一种用于执行剪切波分散超声振动测定(SDUV)的设备，所述设备被配置为对单色剪切波进行测量并且对所述测量应用一组滤波器(S724)，所述滤波器被调谐到所述波的相应候选速度，所有这些不需要确定所述波在不同空间位置处的相位差。

20.根据权利要求19所述的设备，其被实施为一个或多个集成电路。

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