CN107550516A - 频谱多普勒检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及频谱多普勒检测。在频谱脉冲波多普勒成像中，信号和/或噪声中的空间变化通过具有至少部分去相关的噪声的多个频谱的组合而减少。从不同空间信号创建针对一个多普勒门的多个频谱，而不是获取时间上的过采样。多普勒门被划分成子门，多普勒门中的经波束成形的样本位置使用任何选择准则而分组成两个或更多分组，和/或使用不同接收孔径来对多普勒门同时采样。针对门的频谱从具有不同空间成分的样本来估计并且然后被组合。

Description

频谱多普勒检测

背景技术

本实施例涉及多普勒模式（例如，频谱）成像。通过在一位置处发射多个脉冲（例如，脉冲波（PW）），生成多普勒响应。对于频谱多普勒，针对单个空间区的对象的运动或流动的频率谱被估计并且显示为时间的函数。频谱多普勒超声成像提供作为针对门（gate）的作为时间（水平轴）的函数的由能量调制的速度值（竖直轴）的频谱的图像。频谱可以用于研究患者内的流体流动或组织运动。

医用超声中的频谱多普勒由于电子和声学噪声和信号处理动态范围而在灵敏度方面受限制。除使用更好质量的电子组件和换能器之外，可以使用图像处理来减少噪声。例如，斑点噪声位于多普勒条带中并且被减少。作为另一个示例，噪声与实际信号之间的边缘在多普勒条带中发现并且被增强。这些过程使用后处理非线性滤波器，但是可能没有充分地减少斑点或其它变化。

另一个方案是相对于用户建立的速度尺度对信号进行过采样并且在给定时间处从过采样创建针对门的不同数据集。从不同数据集来估计频谱并且所得频谱组合成具有较少斑点的频谱。在过采样不可实现时，诸如在要求高采样速率的快速流动的情况下，或者在样本体积如此深使得过采样被往返时间（round-trip）所阻止时，该方案失效。

发明内容

通过介绍的方式，以下描述的优选实施例包括用于频谱多普勒成像的方法、***、计算机可读介质和指令。为了减少信号和/或噪声中的空间变化，组合了具有至少部分去相关（decorrelated）的噪声的多个频谱。从不同空间信号创建针对一个多普勒门的多个频谱，而不是要求时间上的过采样。多普勒门被划分成子门，使用任何选择准则将多普勒门中的经波束成形的样本位置分组成两个或更多分组，和/或使用不同接收孔径同时对多普勒门进行采样。针对门的频谱从具有不同空间成分（spatial content）的样本来估计并且然后组合。

在第一方面中，提供了一种用于频谱多普勒成像的方法。超声***获取样本的第一和第二集合，其分别表示具有第一和第二空间成分的来自距离门（range gate）的响应。第一空间成分不同于第二空间成分。多普勒估计器分别从第一和第二集合的样本估计针对距离门的第一和第二频谱。针对两个或更多频谱的信息被组合成组合的频谱。作为组合的频谱的函数来显示频谱多普勒条带。

在第二方面中，提供了一种用于脉冲波多普勒成像的方法。超声***获取样本，所述样本表示患者中的用户定义的多普勒门中的多个位置。多普勒估计器估计多个频谱，其中从针对位置的不同分组的样本来估计每一个频谱。频谱被组合成组合的频谱。显示作为组合的频谱的函数的频谱多普勒条带。

在第三方面中，提供了一种用于脉冲波多普勒成像的***。波束成形器被配置为以响应于速度尺度所建立的脉冲重复间隔对门进行采样。多普勒估计器被配置为从门的采样来生成多个脉冲波频谱。每一个脉冲波频谱响应于门的不同空间方面。处理器被配置为组合脉冲波频谱。显示器被配置为显示来自组合的频谱。

本发明由以下权利要求限定，并且该章节中的内容不应当视为对那些权利要求的限制。本发明的另外的方面和优点在下文结合优选实施例来讨论。

附图说明

组件和附图不一定按照比例，替代地将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，贯穿不同视图的相同参考标记指代对应部分。

图1是用于频谱脉冲波多普勒成像的方法的一个实施例的流程图；

图2图示了针对使用子门的多普勒门的不同空间成分的示例源；

图3图示了针对使用具有并行接收的子门的多普勒门的不同空间成分的示例源；

图4图示了针对使用不同接收孔径的多普勒门的不同空间成分的示例源；

图5示出了通过针对多普勒门而估计针对每一个时间的单个频谱的频谱条带的示例；

图6示出了通过组合来自图5的多普勒门的不同子门的频谱的频谱条带的示例；以及

图7用于频谱多普勒成像的***的一个实施例的框图。

具体实施方式

脉冲波频谱成像的解释常常受“斑点”外观频谱和背景噪声所阻碍，从而使信号与噪声之间的边界模糊。超声频谱脉冲波多普勒可检测性可以得到改进。通过创建响应于不同空间成分的样本，可以在还具有或者没有时间上的过采样的情况下针对给定多普勒门估计多个频谱。通过组合多个频谱与至少部分地非相关噪声而减少频谱变化。通过减少信号和噪声的变化，用户可以更加容易地区分流动与噪声。

以不要求时间上的过采样的方式来生成多个频谱，所以可检测性方面的改进不受时间采样约束所限制。多个频谱通过以下而生成：将样本体积细分到重叠或者不重叠的子门中；利用重叠的接收孔径而使用每个发射多个接收；在空间上对门进行子采样以创建多个子序列；或者其组合。例如，从单个PW样本体积获取每个发射具有重叠接收孔径的相同门中的多个接收线。多个脉冲波频谱还在相同单个样本体积中通过将样本体积细分成重叠子门每个接收线地生成。通过调节接收孔径和/或子门的重叠度，可以在每一个频谱中实现变化程度的非相关噪声。通过这些单独频谱的加权平均而形成复合频谱。统计上，该复合频谱展现了信号和噪声二者中的减少的频谱变化，并且因而改进了流动可检测性。

图1示出了用于脉冲波频谱多普勒成像的方法。通过针对给定多普勒门获取具有不同空间成分的样本，针对表示相同时间处的流动或运动的相同多普勒门来估计不同频谱。将样本划分成具有至少部分独立噪声的两个或更多分组。通过组合来自从不同分组估计的频谱的信息，可以减少斑点或变化。

实现了用于脉冲波（PW）频谱多普勒的方法。在PW中，使用与回波接收交错的脉冲波（例如，每一个脉冲使用1-50个周期的波形）发射对门位置进行采样。PW可以与其它成像模式（诸如B模式或流动模式（flow-mode））交错。

对于频谱多普勒成像，定位了采样门、距离门或频谱多普勒门。例如，执行B模式和/或流动模式扫描。用户指示所得到的图像上的门位置。在其它示例中，自动地定位门，诸如在从流动模式数据确定的最大多普勒速度或能量的位置处。用户或自动化过程还确定门的大小，诸如距离中的长度或深度。横向范围和/或距离范围可以是默认的，基于数据的，用户设定的或以其它方式选择的。

方法由图7的***10或者不同的***实现。超声***（诸如波束成形器和换能器）获取样本。处理器（诸如多普勒估计器）分离样本，估计频谱，并且组合来自频谱的信息。超声***基于组合而显示具有减少的变化的图像。处理器控制动作。一个或多个动作可以通过与用户的交互来执行。其它动作或者所有动作可以在没有除初始激活或门位置确定之外的用户输入的情况下自动地执行。

动作以所示出的次序执行，但是其它次序是可能的。可以提供附加、不同或更少的动作。例如，可以不执行动作38。在又一个示例中，提供了针对门放置、门定尺寸、速度尺度设定、脉冲重复频率设定、滤波、处理、随时间的最大速度确定或者其它多普勒功能的动作。

在动作30中，超声***获取表示距离门位置的样本。样本是经波束成形的样本，但是可以是其它原始数据（例如，信道数据）。在可替换实施例中，通过从存储器加载或者从另一个设备传递来获取样本。

对于通过扫描的获取，换能器顺序地发射多个声学能量波束。每一个发射的声学或超声能量聚焦在门处或门附近。执行发射序列。重复允许充足样本的接收以便执行频谱或其它多普勒分析。发射了任何总体数目（诸如3-512）的发射波束，使得可以估计来自多普勒门的响应的频谱。

通过执行附加发射，获得附加信息以用于估计其它时间处的频谱。对给定波束的给定响应可以用于不同频谱（即，不同时间），诸如在所接收的响应的移动窗口用于生成每一个频谱的情况下。

针对对于频谱多普勒成像设定的速度尺度获取充足数目的样本。超声***使用速度尺度以用于成像。速度尺度定义了频率范围，在所述频率范围内估计和显示频谱或速度。速度尺度被选择或设定为避免流动或运动的速度的估计中的混淆（aliasing）。速度尺度是由用户选择的、***的默认值或预确定值、和/或由超声***自适应地确定的。基于速度尺度，以在在门位置处对运动或流动信号进行采样的脉冲重复频率执行发射。

响应于发射，换能器接收声学回波。接收波束成形器对回波进行采样以便获取针对门的所接收的信号。通过聚焦所接收的信号而形成接收波束以便相干地组合表示门的数据。表示门的该组合的数据是经波束成形的信号或样本。

接收操作响应于重复发射而重复地发生。接收到在不同时间处来自门位置的经波束成形的样本。随时间总体地获取用于相同位置的样本。对于多普勒分析，获取来自相同位置的样本的总体。样本可以以进行中的方式来获得，使得具有任何步长大小（例如，每一样本或每三个样本）的移动窗口（例如，总体或流动样本计数）用于估计频谱。

接收波束成形器在多普勒门内的任何数目的位置处进行采样。例如，多普勒门的横向范围和/或距离范围覆盖两个或更多波束成形采样位置。图2示出了多普勒门42内的沿接收扫描线40的四个样本位置44。图3示出了八个采样位置44。针对患者中的用户或***定义的多普勒门中的多个位置来获取样本。

超声***针对每一个位置获取样本，所述样本表示来自门内的响应。以脉冲重复频率的发射用于获取来自各种位置的样本。响应于每一个发射，获取来自不同位置的样本。样本表示相同时间或时段，但是处在不同的空间位置。在可替换实施例中，针对门中的仅一个波束成形器样本位置、但是针对空间成分中的变化使用具有不同接收孔径的并行接收来获取样本。

门内的多个空间位置处的采样和/或不同孔径的使用提供了具有不同空间成分的样本。来自距离门的响应具有不同空间成分。

将样本分离成两个或更多分组或集合。分离是通过标签的，诸如针对每一个波束成形器样本位置设定标志。可替换地，将每一个分组的样本复制到针对分组的特定存储器位置。在其它可替换方案中，分离通过按照需要从指定存储器位置进行加载而实现。可以使用其它分离。

通过使每一个样本分组或集合在空间上唯一，分组表示至少部分独立的噪声采样。一些样本可以包括在多于一个分组中，但是具有一个分组而不是另一个中的至少一个波束成形器样本位置提供空间成分中的差异。噪声至少部分地针对每一个分组独立地采样。为了提供这种独立性，在分离之前没有跨样本对针对整个门的样本进行滤波。在分离成分组之前，不向样本应用时间、抗混淆或者杂波滤波器。单独地向每一个分组的样本应用任何滤波，诸如用于信噪比增强中的波带限制。

图2-4表示用于针对给定时间或时段而对样本进行分组以便提供分组之间的不同空间成分的不同方案。定义用于估计相应M个频谱的M个样本分组。每一个分组具有带有不同空间成分的样本。

图2示出了子门的使用。在该示例中，在多普勒门42内存在四个波束成形器样本位置44。接收波束响应于每一个发射而沿扫描线40形成，因此响应于每一个发射而在四个样本位置44处获取样本。

将所获取的样本放置到不同的子门46中。每一个子门46仅包括用户或***建立的门42内的位置44中的一些。一个子门46可以包括所有位置，但是不同的子门46包括位置44的不同组合。在图2的示例中，一个子门46包括顶部三个位置44，并且另一个子门46包括底部三个位置44，导致中心两个位置44处于两个子门中并且顶部和底部位置44在仅一个子门46中。可以提供附加的子门46。子门46中的位置44的数目相等或不等（图2示出了相等）。可以使用子门46的更多或更少重叠（即，共享样本位置44）。可以不使用重叠，诸如图3中所示。

图2示出了在子门46重叠但是覆盖距离门42内的不同深度范围的情况下进行获取。在其它实施例中，子门46具有不同横向范围，诸如子门46具有相同深度范围，但是用于距离门42内的不同横向间隔的扫描线40。

图3示出了其中使用并行接收波束成形的示例。用于子门46的样本表示相同时间或时段处的距离门42。响应于每一个发射波束，形成一个或多个接收波束。图2示出了形成每个发射一个接收波束以用于频谱多普勒成像。图3示出了形成每个发射两个接收波束。可以响应于给定发射而形成三个或更多接收波束。在同时形成两个或更多接收波束的情况下，可以沿两个或更多扫描线40收集样本。因为在两维或三维中而不是仅仅沿着距离分布样本位置44，向子门46中的划分包括将位置44横向与距离或没有距离地分离成具有不同空间成分的样本的分组。

图3示出了子门46，每一个包括四个位置44（假设位置44的二维分布）。子门46不重叠。在其它实施例中，子门46在距离方面重叠，诸如图2中所示。在又其它实施例中，子门46通过具有相同距离范围或者覆盖但是不同横向范围或覆盖而建立不同的空间成分（例如，一个子门46用于沿一个线40的位置44，并且另一个子门46用于沿另一个线40的位置）。可以使用位置的任何组合。

在一个实施例中，包括在每一个分组中的位置44基于毗邻子门46的空间范围（即，给定子门46中的位置44彼此沿着正交的线或x、y、z维度邻近）。在其它实施例中，使用非毗邻子门46。例如，位置44通过以行乘以列的数字标记。可以使用其它标记。每隔一个位置44（例如，偶数）包括在一个子门46中并且其它位置44（例如，奇数）包括在另一个子门46中。位置44的任何采样或选择可以用于给定分组。

图4示出了使用并行接收波束成形来分组具有不同空间成分的样本的另一个方案。位置44沿着相同线，其中相同位置44用于每一个分组中。仅一个位置44需要用于距离门42，但是在该示例中示出四个。为了提供针对每一个分组的样本的空间成分中的差异，利用换能器14的不同接收孔径48获取样本。换能器14阵列的元件的不同分组用于形成不同接收波束。接收孔径48包括元件的毗邻分组，但是可以使用元件的非毗邻分组。图4的接收孔径48没有共享任何元件（例如，左半部/右半部），但是可以使用重叠（即，共享元件）的接收孔径48（例如，右边2/3的元件以及左边2/3的元件）。

由于元件的不同分组，接收扫描线40可以彼此偏移。可替换地，两个或更多有区别的孔径用于提供针对不同接收孔径48的相同扫描线40。每一个接收孔径48用于响应于每一个发射波束而对位置44处的样本分离地进行波束成形。来自对应位置44的每一个样本分组的空间成分由于接收孔径48中的差异而不同。

这些响应（例如，经波束成形的样本或用于波束成形的信道数据）存储在存储器中，诸如主存储器、转置存储器（corner turning memory）或CINE。存储对多普勒发射的响应。在估计之前的这种原始多普勒数据以进行中的方式来存储，诸如存储以在所设定或较高的PRF的速率所获取的经波束成形的样本。

存储可以是先入先出或者其它存储格式。例如，存储经波束成形的样本，其用于使用多次通过（pass）或估计来生成一个或多个频谱。为了使用相同样本以利用相同多普勒估计器来估计多个频谱，存储样本以便顺序地提供处理。可替换地，使用并行处理，因此在较少时间内存储样本。在使用移动窗口针对不同时间进行估计的情况下，可以在估计中使用给定样本用于不同时间。存储样本以计及这种重叠。可替换地，存储更大或更小数目的响应。

在多于一个分组（例如，子门46）中使用针对相同位置44的样本的情况下，样本可以复制。针对相同位置44的样本可以存储在多于一个位置中，诸如其中针对给定分组的样本被窗口化并且与用于另一个分组的样本分离地累积。可替换地，在针对给定分组进行估计时，如所需要的那样从存储器加载期望的样本。

可以对每一个分组或集合的样本进行滤波。例如，针对每一个分组所累积的样本被杂波滤波以便移除与不合期望的运动相关联的频率成分或速度（例如，在频谱估计是针对流动的情况下，移除缓慢组织相关运动，或者反之亦然）。

在图1的动作34中，多普勒估计器从两个或更多分组的样本分别估计针对多普勒门的两个或更多频谱。从M个分组估计M个频谱。每一个频谱至少具有噪声和/或信号的部分独立表示。

每一个频谱表示针对相同时间或时段的作为频率或速度的函数的能量。频率具有与速度的已知关系，因此在频率方面的表达提供了速度，并且在速度方面的表达提供了频率。每一个频谱表示在距离门的距离和/或横向范围上作为频率的函数的能量。由于位置的选择，表示了距离门的不同空间范围。可替换地或者附加地，表示了相同空间幅度，但是具有来自不同接收孔径的使用的不同空间成分。

多普勒估计器从分组的响应或样本估计频谱。针对多普勒门估计频谱。通过向超声响应或样本的序列应用傅里叶变换、小波变换或维格纳-威尔分布来估计频谱。可以应用任何变换来确定频谱。

使用速度尺度来估计频谱。来自流体或组织的信号在正和负速度的范围内。在估计中使用的范围是速度尺度。超出速度尺度的任何速度卷绕（wrap around）或者混淆。频谱提供在由速度尺度设定的频率范围上的作为频率的函数的能量。

从来自多普勒门的样本序列中的超声样本来估计频谱。每一个频谱对应于在其中获取样本的时段。从不同分组估计的频谱表示相同时间或时段。

频谱由具有不同空间成分的样本产生。例如，从具有距离门内的位置的不同分组的样本来估计每一个频谱。使用位置的不同深度和/或横向分组。可以使用位置的不同子采样（例如，一个分组中的3N和3N+1，以及另一个分组中的3N+1和3N+2）。位置的分组具有任何量的重叠，但是一个分组包括来自至少一个位置但是处在另一个分组中的样本。其它分组可以针对不同接收孔径。从来自不同分组的样本估计的频谱具有噪声和/或信号中的至少部分地去相关的变化。

在动作36中，多普勒估计器或其它处理器将针对两个或更多频谱的信息组合成组合的频谱。在一个实施例中，对表示相同时间处的相同门的频谱进行求和。对于每一个速度或频率，将对应能量相加。可替换地，对频谱进行平均，其包括求和。可以对所得到的频谱进行滤波。可以使用频谱的其它组合函数，诸如通过峰值检测的组合。可以使用加权组合。一些频谱可以比其它频谱更重地加权，或者使用相等加权。

在另一个实施例中，进一步单独地处理单独估计的频谱，诸如取平方根、应用对数或其它压缩、以及映射到显示值。组合发生在沿过程的任何点处。例如，对来自针对给定时间的不同频谱的像素或显示值进行平均。将每一个频谱映射到像素列以便表示针对门位置的响应的频谱。该列中的每一个像素针对相同时间，但是不同速度。像素值从频谱的能量映射。因为该映射针对表示该时间的每一个频谱而发生，所以计算针对每一个像素的显示值的平均，其提供组合的频谱作为所映射的显示。可以使用过程中的其它点处的其它组合。

动作30、34和36针对不同时间或时段而重复。为了创建频谱条带，确定针对不同时间中的每一个的组合的频谱。图5和6示出了随时间的针对相同门的频谱的频谱条带。用水平轴上的速度以及调制强度的能量来映射频谱条带中针对给定时间的频谱。可以使用其它映射。

通过重复动作，获取针对不同时间的组合的频谱。当获取另外的样本时，将另外的样本添加到分组并且移除旧样本。针对每一个分组的频谱序列表示不同时间处的多普勒门。可以针对与获取的不同时段或总体对应的不同时间或其它时段来估计其它频谱。时段可以重叠，诸如当使用具有比总体时段小的步长大小的移动窗口时，或者时段可以是唯一的。重复针对不同时段的估计和样本的获取以便提供随时间的频谱。对于频谱条带，过程和对应重复在进行中或者发生多次。

从响应于不同空间成分组合多个频谱而形成频谱条带的每一个频谱。使用分组来估计针对每一个时间的多于一个频谱，从而允许针对在频谱条带中使用的频谱的组合。

在图1的动作38中，处理器或多普勒估计器生成显示器上的图像。图像是频谱的函数，诸如在图6中所示。组合的频谱或者组合的频谱的系列可以用于生成频谱条带。针对多普勒门显示频谱条带。可以应用滤波来沿时间和/或频率维度或者在能量上平滑频谱。频谱条带示出作为时间的函数的通过能量调制的频率。可以使用任何现在已知的或者随后开发的频谱条带映射，诸如具有表示能量的强度的灰度映射。能量对像素进行调制。从能量值映射灰度或颜色。所显示的图像可以是多个组合的频谱或者单个组合的频谱的函数。

在一个实施例中，利用空间图像显示频谱条带，诸如一维M模式、二维B模式、二维F模式（流动模式）或者其组合图像。门的位置可以在图像中以图形方式指示，诸如由视场的感兴趣区中的圆圈表示。例如，文本、颜色、符号或其它指示符示出了针对与频谱条带对应的距离门的位置。可替换地，在没有从另一个模式成像的情况下显示频谱条带。

图像的频谱条带包括利用速度尺度估计的组合的频谱。速度尺度定义频谱条带上的竖直范围。当获取附加样本时，将针对不同时间的所得到的频谱添加到频谱条带，诸如将频谱添加到条带的右侧、使其余频谱向左边移位一个时间步长、以及移除最左边的频谱条带。每一个所添加的频谱是来自针对来自不同分组的频谱的信息的组合。可以使用频谱条带的其它更新或滚动。

通过组合来自针对每一个时间的多个频谱的信息，可以减少频谱条带中的斑点或者变化的量。考虑到由于不同空间成分的至少部分独立噪声或信号，包括斑点的噪声可以消除或者在变化方面减少。图5示出了针对距离门的频谱条带。频谱条带在没有分离样本的情况下生成。来自门中的各种位置的样本被累积并且用于估计每个时段一个频谱。图6示出了从与图5相同的样本生成的频谱条带，但是其中位置被细分到以30%重叠的四个子门中。在图5和6的示例中，35个样本位置在距离门内，并且每一个子门具有11个样本且从位置（以深度计）0、8、16和24开始，从而导致按3个样本重叠的子门。可以容易领会到如与图5相比的图6中的噪声和信号二者中的频谱变化减少。在图6中存在更少和/或更小团块或斑点。通过组合来自四个分组的针对每一个时间的频谱，减少了频谱条带中的斑点或者变化的量。

在以上实施例中，使用了脉冲波频谱多普勒处理。在其它实施例中，可以使用连续波频谱多普勒。对于连续波，脉冲重复频谱不适用，因为发射是连续的。因此，子门或者多线方案可能不适用。替代地，在CW模式中，多个接收孔径用于产生多个频谱。这些频谱可以被组合。

图7示出了用于频谱脉冲波多普勒成像的***10。***10获取一个或多个位置处的响应，从而对来自每一个位置的响应进行采样以用于估计作为速度或频率的函数的能量。获取来自门的样本的分组。从每一个分组的样本估计频谱，提供具有不同噪声和/或信号变化的频谱。通过组合表示相同时间处的门的频谱，提供了具有减少的信号和/或噪声变化的频谱，从而导致可以更容易用于诊断的图像。

***10是医用诊断超声成像***。可以使用其它成像***，诸如从存储器或其它源加载样本的工作站。

***10包括发射波束成形器12、换能器14、接收波束成形器16、多普勒处理器18、显示器20、处理器21和存储器22。可以提供附加、不同或更少的组件，诸如没有前端波束成形器12、16和换能器14的***10，或者具有扫描转换器的***10。多普勒处理器18和处理器21可以组合到充当两个处理器18、21的一个设备中，或者可以使用用于顺序或并行处理的附加的处理器。可以提供用户输入以用于放置门和/或对门进行定尺寸。

***10实现图1的方法。波束成形器12、16和换能器14用于获取具有不同空间成分的样本。多普勒处理器18针对每一个时间或时段从具有不同空间成分的样本来估计针对门的频谱。多普勒处理器18和/或处理器21组合频谱并且使组合的频谱在显示器上显示。可以实现其它方法。多普勒处理可以在CINE之前或之后执行。

换能器14是多个元件的阵列。元件是压电或电容膜元件。阵列被配置为一维阵列、二维阵列、1.5D阵列、1.25D阵列、1.75D阵列、环形阵列、多维阵列、其组合、或者任何其它现在已知或之后开发的阵列。换能器元件在声学和电子能量之间进行换能。换能器14通过发射/接收切换器与发射波束成形器12和接收波束成形器16连接，但是可以在其它实施例中使用单独的连接。

将发射波束成形器12示为与接收波束成形器16分离。可替换地，发射和接收波束成形器12、16可以被提供有一些共同组件。一起或者单独操作，发射和接收波束成形器12、16形成声学能量波束以用于对距离门进行采样和/或扫描一维、二维或三维区。

发射波束成形器12是处理器、延迟器、滤波器、波形发生器、存储器、相位旋转器、数模转换器、放大器、其组合、或者任何其它现在已知或之后开发的发射波束成形器组件。在一个实施例中，发射波束成形器12以数字方式生成发射波形包络样本。使用滤波、延迟、相位旋转、数模转换和放大，生成期望的发射波形。在其它实施例中，发射波束成形器12包括存储要发射的波形的波形存储器或开关脉冲器。可以使用其它发射波束成形器12。

发射波束成形器12被配置为多个信道以用于生成针对换能器14上的发射孔径的每一个元件的发射波形的电气信号。波形是具有一个、多个或分数个循环的期望中心频率或频带的单极、双极、阶梯、正弦或其它波形。波形具有用于聚焦声学能量的相对延迟和/或相位和振幅。发射波束成形器12包括控制器以用于更改孔径（例如，有源元件的数目）、跨多个信道的切趾（apodization）分布（例如，类型或质心）、跨多个信道的延迟分布、跨多个信道的相位分布、中心频率、频带、波形形状、循环数目、编码或其组合。

发射波束成形器12被配置为发射超声能量的发射波束的序列。发射波束源自于发射孔径中的位置处的换能器14。发射波束沿扫描线以任何期望的角度形成。声学能量聚焦在沿扫描线的一点处，但是可以使用多个点、线聚焦、没有聚焦或者其它扩展。声学能量定向在多普勒门，但是可以聚焦在其它地方（例如，多普勒门沿扫描线，但是不在焦点处）。将声学能量波束被发射到多普勒门或其它位置。

对于每一个门，以PRF生成发射波束的进行中的序列。PRF确定时间上邻近的发射或发射波束之间的间隔。PRF可以足够低以便具有行进时间不需要的没有发射的时段，与其它成像模式交错，以及回响减少。在一个实施例中，基于速度尺度、行进时间、交错和回响减少来建立PRF。在其它实施例中，基于速度尺度和奈奎斯特准则来设定PRF。

接收波束成形器16是预放大器、滤波器、相位旋转器、延迟器、求和器、基带滤波器、处理器、缓冲器、存储器、其组合、或者任何现在已知或之后开发的接收波束成形器组件。可以使用能够响应于发射事件而接收一个或多个波束的模拟或数字接收波束成形器。

接收波束成形器16被配置到多个信道中以用于接收电气信号，所述电气信号表示撞击在换能器14的元件上的回波或声学能量。来自换能器14内的接收孔径的每一个元件的信道包括用于应用切趾放大的放大器。控制器选择元件和对应的信道以便包括在给定接收孔径中。一些元件可以同时（at a time）被包括在多于一个接收孔径中。模数转换器可以数字化经放大的回波信号。射频接收数据被解调到基带频率。任何接收延迟（诸如动态接收延迟）和/或相位旋转然后由放大器和/或延迟器来应用。数字或模拟求和器组合来自接收孔径的不同信道的数据以形成接收波束。求和器是单个求和器或级联求和器。求和器将经相对延迟和切趾的信道信息一起求和以形成接收波束。获得来自一个或多个位置的回波的经波束成形的样本，诸如在接收波束中沿接收扫描线在多个位置处进行采样。

在一个实施例中，波束成形求和器可操作为以复数方式对同相和正交信道数据求和，使得针对所形成的波束维持相位信息。可替换地，波束成形求和器对数据振幅或强度进行求和而不维持相位信息。可以提供其它接收波束成形，诸如利用向中间频带的解调和/或在信道的不同部分处的模数转换。

包括接收孔径（例如，元件的数目，以及哪些元件用于给定的接收处理）、切趾分布、延迟分布、相位分布、成像频率、逆编码或其组合的波束成形参数应用于接收信号以用于接收波束成形。例如，相对延迟和振幅或切趾聚焦沿一个或多个扫描线的声学能量。控制处理器控制用于接收波束成形的各种波束成形参数。

响应于每一个发射波束而生成一个或多个接收波束。由换能器14响应于所发射的声学能量而接收声学回波。通过换能器14将回波转换成电气信号，并且接收波束成形器16从电气信号形成接收波束以便生成表示距离门内的一个或多个位置的样本。相同接收回波可以用于形成沿不同扫描线和/或具有不同接收孔径的接收波束。

在给定针对每一个位置的以PRF的进行中的发射波束的情况下，还以进行中的方式生成样本。针对位置和/或接收孔径中的每一个获取随时间的响应。针对不同位置和/或接收孔径的响应是响应于相同的发射序列的，因此创建样本的总体或累积，其用于估计表示相同时段的频谱。

多普勒处理器18是频谱多普勒估计器。可以包括其它成像检测器，诸如B模式检测器。在一个实施例中，多普勒处理器18是用于向接收波束样本数据应用变换的数字信号处理器或者其它设备。在一时段内执行发射和接收事件的序列。缓冲器（例如，转置存储器）或存储器22存储来自每一个发射和接收事件的接收波束成形的数据。壁滤波器，诸如用于在组织和流体运动之间进行区分的可编程滤波器，可以在变换的应用之前对样本进行滤波。任何数目的发射和接收事件可以用于确定频谱，诸如三个或更多。多普勒处理器18估计针对门的频谱。通过向针对相同门的超声样本应用离散或快速傅里叶变换或其它变换，确定表示来自门的响应的频谱。获得表示在获取样本的时段内的不同频率处的能量水平的直方图或数据。可以从频率确定速度，或者在没有转换成速度的情况下使用频率。

通过重复过程，多普勒处理器18可以在不同时间获得针对给定门的不同频谱。可以使用重叠数据，诸如利用所选超声样本的移动窗口来计算每一个频谱。可替换地，每一个超声样本用于单个时段和对应频谱。

多普勒处理器18应用变换用于频率范围。频率范围或速度尺度限制了由估计产生的正和负速度。可以使用各种速度尺度中的任一个，直到并且包括等于发射PRF的速度尺度。使用给定速度尺度来估计频谱。类似地，可以设定速度尺度的基线或中心。

多普勒处理器18可以通过组合从具有不同空间成分的样本估计的频谱来减少噪声和/或信号变化。多普勒处理器18被配置为从门的采样生成多个脉冲波频谱。针对给定时间或时段的每一个脉冲波频谱是响应于门的不同空间方面的。例如，针对在门中采样的位置的不同集合或分组从随时间或者在总体序列期间所累积的样本生成每一个频谱。作为另一个示例，使用不同接收孔径从随时间或者在总体序列期间所累积的样本来生成每一个频谱。从一个接收孔径的样本生成多个脉冲波频谱中的一个，并且从接收孔径中的另一个的样本生成多个脉冲波频谱中的另一个。两个或更多接收孔径是重叠或者不重叠的。

处理器21可以是多普勒处理器18的部分或者是分离的处理器。处理器21是通用处理器、控制处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、图形处理单元、模拟单元、数字单元、其组合、或者其它现在已知或之后开发的用于处理的设备。

处理器21被配置为组合脉冲波频谱。由多普勒处理器18针对不同空间成分所估计的频谱被组合以减少变化。频谱被平均或求和以用于组合。在可替换实施例中，多普勒处理器18执行该组合。

处理器21、多普勒处理器18或两个处理器18、21用于采样、定位或接收孔径选择、估计和/或控制成像和/或***10。处理器21被配置为执行各种动作和/或引起各种动作的执行，所述动作诸如以上针对图1讨论的动作。处理器21被配置为多普勒处理器18的部分或者与多普勒处理器18通信。在给定多普勒门相对于换能器14的位置的情况下，处理器21设定用于波束成形器12、16的PRF。处理器21生成或者使多普勒处理器18生成频谱条带。当获取和估计继续时，将频谱添加到条带并且在先入先出滚动中移除旧的频谱。

处理器21自动地操作。用户激活频谱多普勒模式，指示速度尺度，指示基线，可以定位门，和/或可以对门定尺寸。在没有另外的用户输入的情况下和/或在没有针对多普勒成像参数中的一个或多个的值的用户输入的情况下执行斑点减少。在可替换实施例中，用户输入参数的设定，诸如输入子门的数目。处理器21引起随时间的频谱的估计。

附加过程（诸如滤波、内插和/或扫描转换）可以由多普勒处理器18、处理器21或者另一个设备提供。准备并且格式化频谱以用于显示。例如，多普勒处理器18生成作为针对门所估计的频谱的函数的显示值。显示值包括要被转换用于显示的强度或其它值（例如，红色、绿色、蓝色值）或者被生成为操作显示器20的模拟值。显示值可以指示强度、色调、颜色、亮度或其它像素特性。例如，颜色被分配为频谱的一个特性的函数，并且亮度是另一个频谱特性或其它信息的函数。显示值被生成以用于频谱条带显示。

显示器18是CRT、监视器、LCD、等离子体屏幕、投影仪、或者其它现在已知或之后开发的显示器，以用于响应于一个或多个组合的频谱而显示图像。对于灰度频谱多普勒图像，作为时间的函数而提供具有作为能量的函数所调制的每一个速度的速度范围。给定的组合频谱指示针对给定时间的速度和能量信息。给定像素或像素区的强度表示能量，其中在竖直尺度上提供速度并且在水平尺度上提供时间。可以提供其它图像配置，包括有色频谱多普勒图像。可以生成彩色或流动模式图像，诸如在灰度B模式中示出作为感兴趣的区中的位置的函数的平均速度。

波束成形器12、16、多普勒处理器18和/或处理器21由硬件、软件、固件或其组合来配置。可以使用使得设备执行动作的任何配置。

存储器22存储针对门中的位置和/或针对不同接收孔径的超声样本，存储所估计的频谱，存储针对参数的设定（例如，值），存储图像数据，或者存储其它信息。存储器22可以存储来自处理的任何阶段或者用于生成显示的信息。

在一个实施例中，存储器22是非暂时性计算机可读存储介质，其存储有数据，所述数据表示由经编程的多普勒处理器18和/或处理器21可执行以用于多普勒成像的指令。在计算机可读存储介质或存储器（诸如高速缓存、缓冲器、RAM、可移除介质、硬驱动或其它计算机可读存储介质）上提供用于实现本文讨论的过程、方法和/或技术的指令。计算机可读存储介质包括各种类型的易失性和非易失性存储介质。本文中描述或者附图中图示的功能、动作或任务响应于存储在计算机可读存储介质中或其上的一个或多个指令集而执行。功能、动作或任务独立于特定类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可以通过软件、硬件、集成电路、固件、微代码等单独地或者组合地操作来执行。同样地，处理策略可以包括多处理、多任务、并行处理等。

在一个实施例中，指令被存储在可移除介质设备上以供本地或远程***读取。在其它实施例中，指令被存储在远程位置中以用于通过计算机网络或者通过电话线传递。在又其它的实施例中，指令被存储在给定计算机、CPU、GPU或***内。

尽管已经通过参照各种实施例在上文描述了本发明，但是应当理解到，可以做出许多改变和修改而不脱离本发明的范围。因此旨在将前述详细描述视为说明性而非限制性的，并且要理解到，包括所有等同方案的以下权利要求旨在限定本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于频谱多普勒成像的方法，所述方法包括：

利用超声***获取样本的第一和第二集合，其分别表示具有第一和第二空间成分的来自距离门的响应，所述第一空间成分不同于所述第二空间成分；

通过多普勒估计器分别从第一和第二集合的样本来估计针对距离门的第一和第二频谱；

将针对两个或更多频谱的信息组合成组合的频谱；以及

显示作为组合的频谱的函数的频谱多普勒条带。

2.根据权利要求1所述的方法，其中获取包括以脉冲重复频率进行发射并且响应于每一个重复而获取针对每一个集合的样本。

3.根据权利要求1所述的方法，其中获取包括从只是覆盖距离门的第一部分的第一子门获取样本的第一集合以及从只是覆盖距离门的第二部分的第二子门获取样本的第二集合，第一和第二子门定义第一和第二空间成分。

4.根据权利要求3所述的方法，其中获取包括在第一和第二子门重叠但是覆盖距离门内的不同深度范围的情况下进行获取。

5.根据权利要求3所述的方法，其中获取包括在第一和第二子门均包括毗邻波束成形样本位置的集合的情况下进行获取。

6.根据权利要求3所述的方法，其中获取包括在第一和第二子门均包括非毗邻波束成形样本位置的集合的情况下进行获取。

7.根据权利要求1所述的方法，其中获取包括利用使用换能器阵列的不同接收孔径的接收形成具有响应于按序列的发射的第一和第二空间成分的第一和第二集合的样本。

8.根据权利要求7所述的方法，其中形成包括利用换能器阵列上重叠的不同接收孔径来形成。

9.根据权利要求1所述的方法，其中估计包括向第一和第二集合的样本应用傅里叶变换，第一和第二频谱均包括在距离门的范围上的作为频率的函数的能量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中组合包括对所述两个或更多频谱进行求和。

11.根据权利要求1所述的方法，其中显示包括显示具有表示时间的组合的频谱的频谱多普勒条带。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括针对不同时间重复获取、估计和组合，并且其中显示包括显示具有表示不同时间的每一个组合的频谱的频谱多普勒条带。

13.一种用于脉冲波频谱多普勒成像的方法，所述方法包括：

利用超声***获取样本，所述样本表示患者中的用户定义的多普勒门中的多个位置；

利用多普勒估计器估计多个频谱，频谱中的每一个从针对所述位置的不同分组的样本来估计；

将频谱组合成组合的频谱；以及

显示作为组合的频谱的函数的频谱多普勒条带。

14.根据权利要求13所述的方法，其中估计包括在不同分组包括位置的深度和/或横向分组的情况下进行估计。

15.根据权利要求14所述的方法，其中估计包括在位置的深度和/或横向分组具有分组中的位置的重叠的情况下进行估计。

16.根据权利要求13所述的方法，其中估计包括在不同分组包括不同位置的不同子采样的情况下进行估计。

17.根据权利要求13所述的方法，其中获取包括利用不同接收孔径针对发射序列中的每一个发射来获取样本，并且其中估计包括在不同分组包括响应于不同接收孔径的位置的情况下进行估计。

18.一种用于脉冲波频谱多普勒成像的***，所述***包括：

波束成形器，其被配置为以响应于速度尺度所建立的脉冲重复间隔对门进行采样；

多普勒估计器，其配置为从门的采样生成多个脉冲波频谱，每一个脉冲波频谱响应于门的不同空间方面；

处理器，其被配置为组合脉冲波频谱；以及

显示器，其被配置为显示来自组合的频谱。

19.根据权利要求18所述的***，其中波束成形器被配置为在多个位置处对门进行采样，并且其中每一个频谱从针对位置的不同集合所累积的样本来生成。

20.根据权利要求18所述的***，其中波束成形器被配置为利用重叠接收孔径对门进行采样，并且其中多普勒估计器被配置为从重叠接收孔径中的一个的样本而生成多个脉冲波频谱中的一个并且从重叠接收孔径中的另一个的样本而生成多个脉冲波频谱中的另一个。