CN107303186A - 弹性成像中的频率复合 - Google Patents

Abstract

本发明公开弹性成像中的频率复合。为了弹性成像中的噪声降低，使用频率复合。归因于跟踪脉冲的发射和在不同频率处的接收或者归因于在不同子带处处理所接收到的信号，使用在不同频率处的信号测量由声辐射力脉冲引起的位移。位移被（a）组合以复合并且经过复合的位移被用来确定弹性或者（b）用来确定弹性并且来自不同频率处的信息的弹性被复合。

Description

弹性成像中的频率复合

技术领域

本实施例涉及使用声辐射力（ARF）的利用超声的弹性成像。超声弹性成像包括表征组织的弹性性质的不同成像技术，诸如声辐射力脉冲（ARFI）成像或剪切波弹性成像（SWEI）。这些技术表征结构和/或病理。

背景技术

在超声弹性成像技术中，向组织施加力，并且测量结果得到的组织位移以便确定组织的机械性质。引起的位移通常是小的，对于ARFI来说大约10µm。当估计组织内的位移时，一个主要的噪声源是用于估计运动的超声信号的潜在斑点。该噪声可能在估计给定小的位移量方面具有不相称的影响。

发明内容

通过介绍的方式，下面描述的优选实施例包括用于使用声辐射力的弹性成像中的噪声降低的方法、指令和系统。使用频率复合。归因于跟踪脉冲的发射和在不同频率处的接收或者归因于在不同子带处处理所接收到的信号，使用在不同频率处的信号测量由声辐射力脉冲引起的位移。位移被（a）复合并且经过复合的位移被用来确定弹性或者（b）用来确定弹性并且来自不同频率处的信息的弹性被复合。

在第一方面中，提供一种用于利用超声扫描仪进行的弹性成像中的噪声降低的方法。所述超声扫描仪的换能器将声辐射力发射至患者的组织。该组织对由声辐射力引起的应力进行响应。所述超声扫描仪发射具有第一中心频率的第一超声脉冲的序列。所述超声扫描仪接收响应于该第一超声脉冲的序列的第一超声回波。第一超声回波的接收与第一超声脉冲的发射交织使得在该第一超声脉冲中的每一个之后且在发射该第一超声脉冲中的下一个之前接收到该第一超声回波中的一些。所述超声扫描仪发射具有第二中心频率的第二超声脉冲的序列。该第二中心频率不同于该第一中心频率，并且在与该第一超声脉冲分离的发射事件中发射该第二超声脉冲。所述超声扫描仪接收响应于该第二超声脉冲的序列的第二超声回波。该第二超声回波的接收与该第二超声脉冲的发射交织使得在该第二超声脉冲中的每一个之后且在发射该第二超声脉冲中的下一个之前接收到该第二超声回波中的一些。分别根据第一和第二超声回波确定在第一和第二频带处组织随着时间流逝的位移。根据在第一和第二频带处的位移的组合估计输出弹性。生成输出弹性的图像。

在第二方面中，提供一种用于利用超声扫描仪进行的弹性成像中的噪声降低的方法。超声扫描仪的换能器将声辐射力发射至患者的组织。该组织对由声辐射力引起的应力进行响应。所述超声扫描仪发射发射波束的序列，其中每个发射波束都具有带有单个峰值的频率响应。所述超声扫描仪响应于发射波束中的每一个接收接收信号的序列，其中接收信号的接收与发射波束的发射交织。所述超声扫描仪根据接收信号的不同频率确定组织运动。所述超声扫描仪生成弹性的图像，其中该图像基于在不同频率处的组织运动。

在第三方面中，提供一种用于弹性成像中的噪声降低的系统。发射波束形成器被配置成发射脉冲。脉冲中的每一个都具有带有仅一个中心频率的单个频带。接收波束形成器被配置成与发射脉冲交织地接收信号。滤波器被配置成输出对于所接收到的信号的在不同频带中的信息。处理器被配置成根据在不同频带中的信息检测组织响应于声辐射力的位移并且根据不同频带的复合生成弹性。显示器被配置成输出弹性。

本发明由下面的权利要求限定，并且在该部分中的任何内容都不应该被视为对那些权利要求的限制。下面结合优选实施例来讨论本发明的另外的方面和优点，并且稍后可以独立地或组合地要求保护本发明的另外的方面和优点。

附图说明

部件和图未必成比例，而是将重点放在图示本发明的原理上。此外，在图中，遍及不同视图相似的参考数字指定对应部分。

图1是用于弹性成像中的噪声降低的方法的一个实施例的流程图；

图2图示具有不同频率的发射脉冲的示例序列；

图3示出用于子带的示例滤波器；

图4示出经过图3的滤波器滤波的示例接收数据；

图5示出在有和没有图4的滤波的情况下基于图4的所接收到的数据的示例剪切速度图像；

图6示出在有和没有频率复合的情况下的剪切波速度中的方差；以及

图7是用于弹性成像中的噪声降低的系统的一个实施例的框图。

具体实施方式

在基于辐射力的弹性成像中使用频率复合。频率复合提供噪声降低。频率复合传统上涉及获得具有充分不同频率谱的B型超声信号，执行包络检波（非线性操作），以及最后重新组合检测到的数据。

对于弹性成像，频率复合发生在位移确定之后。提出了两种可能的频率复合技术：发射-接收以及仅接收。发射-接收技术在组织内引起位移之前和之后关于连续发射利用不同频率，导致处于不同频带的接收信号。仅接收技术在接收到来自处于单一频率的发射的散射回波之后将射频（RF）或同相和正交（IQ）数据滤波成多个频带。这两种方法可以被组合使得对于不同发射频率中的每一个的所接收到的信号被滤波成多个接收频带。针对频带中的每一个确定位移。然后立即（例如，对初始位移估计求平均）或者在进一步成像处理之后（例如，生成针对每个频率的剪切速度图像并取得各个图像之间的中值剪切速度值）组合各位移。

图1示出用于利用超声扫描仪的弹性成像中的噪声降低的方法的一个实施例。使用任何发射和/或接收技术，创建处于不同频带的接收信号。针对每个频带计算位移。组合位移，从而提供频率复合，并且估计弹性图像。替换地，根据在不同频带处的位移来估计弹性图像，并且组合图像，从而提供频率复合。频率复合降低斑点的影响，从而提供患者的更好图像和/或弹性值中的更高精度。

该方法由图7的系统或不同系统来实施。发射和接收波束形成器使用换能器来发射并且从患者接收，包括在动作28-38中的应用ARFI和跟踪组织响应。跟踪处于ARFI焦点处的组织或经受与焦点隔开的剪切波的组织。滤波器可以使不同频带处的信息隔离。图像处理器在动作40和42中确定组织运动并生成弹性图像。诸如超声扫描仪的其他部分之类的不同设备可以执行各动作中的任一个。

可以提供附加、不同或更少的动作。例如，不执行动作28、30和/或32。作为另一示例，提供用于配置超声扫描仪、定位换能器和/或记录结果的动作。

以描述的或示出的次序（即，从上到下）来执行动作，但是可以以其他次序来执行该动作。例如，动作28可以在动作38之后执行。作为另一示例，并行或重复执行动作36和38（例如，发射，然后接收，然后发射，然后接收等等）。

在动作28中，超声扫描仪检测参考组织信息。为了确定由ARFI引起的位移，扫描处于静止或者没有经受ARFI的组织。扫描发生在动作34中的ARFI的发射之前，但是可以在其他时间执行。

动作30和32提供对参考信息的扫描的两个示例。在动作30中，在施加应力和测量对应力的组织响应之前向组织发射脉冲的序列。因为可以在相对于峰值应力之前、之后或二者测量对应力的组织响应，所以在施加应力之前或在组织返回到放松状态之后执行对参考组织位置的发射。

该序列与在动作36中提供的相同，诸如是都具有相同频带和中心频率的脉冲的序列或使跨脉冲的中心频率和频带变化的脉冲的序列。一个N个脉冲的集合在施加ARFI之前被发射，并且被用来获取参考数据用于位移估计。N可以是针对每个空间位置或空间位置组的任何正整数。

在动作32中，接收参考信息。接收由换能器响应于来自发射的回波生成的电气信号。通过频带将该信号分离，诸如通滤波波、解调和滤波、和/或者响应于发射在不同频带处接收。例如，生成对于每个可分离信号的经过波束形成的样本的同相和正交（IQ）对。

分离的信号被用来检测参考组织信息。可以使用任何类型的检测，诸如对强度的B型检测。检测到的信息是对动作30中的施加应力之前的发射的响应。针对不同的频率分离地检测组织信息。替换地，基于不同频率的平均或基于一个频率来检测组织信息。在其他实施例中，在没有检测的情况下的经过波束形成的数据被用作参考。

在动作34中，超声扫描仪使用换能器来向组织施加应力。例如，发射聚焦在感兴趣的区或一点处的ARFI。当将ARFI施加于聚焦区域时，组织通过移动对所施加的力做出响应。相对于最初位置或放松的状态，组织被移位。在每个给定空间位置处，该位移增大然后恢复到零，从而产生时间的位移分布。组织性质影响位移。

可以通过任何数目的循环（例如，数十或数百个循环）的循环脉冲波形生成辐射力脉冲。例如，ARFI被发射为具有100-1000个循环的推进脉冲。所发射的声波传播至感兴趣的区，从而造成能量沉积并引起组织位移。

动作36和38在施加辐射力之后并且在组织对应力进行响应同时发生。例如，发射和接收在应力的施加或应力中的改变之后并且在组织达到放松状态之前发生。动作40中的运动的检测关于动作38的接收实时地发生。替换地，在组织达到放松状态之后根据所存储的信号来执行动作40的检测。

检测组织在扫描线处对发射或接收波束的响应。多普勒或B型扫描可以被用来跟踪对应力的组织响应。在施加应力之前、期间和/或之后执行超声成像。响应于超声的发射接收到超声数据。对于单个空间位置（例如，邻近施加应力的焦点的点）沿着一条线、在一个区域上或在一个体积上执行发射和接收。为每个空间位置提供发射和接收的序列以随着时间流逝进行跟踪。使用响应于每个跟踪发射的多个接收波束的接收，可以同时接收对于多个横向隔开的位置和/或深度的数据。

在用于跟踪的动作36中，超声扫描仪发射发射波束的序列。将多个超声信号发射至对应力进行响应的组织。在分离的发射事件中发射多个信号。发射事件是连续的间隔，其中发射发生而没有响应于发射的回波的接收。在发射阶段期间，不存在接收。在执行一系列发射事件的场合，还在动作38中执行对应的一系列接收事件。响应于每个发射事件并且在下一发射事件之前执行接收事件。

对于发射事件，形成发射波束。每个发射波束都具有一个频率响应。例如，发射波束由2个循环的2.0MHz脉冲形成。脉冲的频谱提供2.0MHz处的能量峰值，其中没有另一频率处的下方10或20dB内的其他峰值。可以提供任何带宽。

用以形成发射波束的脉冲具有任何数目的循环。例如，可以使用三个或更多循环。较大数目的循环可以降低脉冲的带宽，从而允许在接收时的更完全频率分离。在一个实施例中，每个脉冲是至少4个循环。可以使用任何包络、脉冲的类型（例如，单极、双极、或正弦曲线）或波形。

对于频率复合，发射波束的序列可以全部具有相同的中心频率和带宽。例如，该序列中的每个发射都具有2.0MHz中心频率与相同的脉冲或带宽。仅接收技术将任何标准脉冲序列用于B型或其他型的超声成像。

发射-接收技术发射具有不同频率谱的脉冲。使用不同脉冲的重复模式。该序列的多个成像脉冲可以具有不同中心频率。可以使用任何频率改变模式，诸如每隔一个或每隔两个的模式。可以在该序列中使用任何数目的不同发射脉冲，诸如在两个不同中心频率之间或通过三个不同中心频率循环。

图2示出具有两个不同中心频率的超声脉冲的序列的示例。每个实线箭头都表示具有在一个中心频率（例如，1.5MHz）周围的频带的发射波束，并且每个虚线箭头都表示具有在不同中心频率（例如，2.25MHz）周围的频带的发射波束。实心块表示动作34的ARFI发射，因此图2示出具有在ARFI之前和之后二者的交替中心频率的发射波束的序列，诸如实施动作30和36二者。可以在ARFI之前和/或之后使用任何数目的发射波束。换能器的带宽可以限制或确定要使用的频率分离和频率的范围。

发射-接收技术在组织内引起位移之前和之后将不同频率用在连续发射上。该方案可以被扩展到N个频率，其中每个频率在第N个发射上重复。在该方法中，对于在一个给定频率处的信号，跟踪的有效脉冲重复频率（PRF）减小至N分之一。

在动作38中，换能器响应于每个发射事件接收超声回波。换能器将回波转换至接收信号，其被接收波束形成为表示一个或多个空间位置的超声数据。超声扫描仪接收接收信号的序列，其中接收波束响应于发射序列中的发射波束中的每一个被接收。

接收与该序列的发射交织。对于每个发射事件，一个接收事件发生。接收事件是用于从感兴趣的一个或多个深度接收回波的连续间隔。该事件在使发射事件停止之后发生。在换能器完成为给定发射生成声能之后，该换能器被用于接收响应回波。然后该换能器被用来针对一个或多个相同的空间位置重复另一发射和接收事件对，从而提供交织（例如，发射、接收、发射、接收、…）以跟踪随着时间流逝的组织响应。

对于频率复合的仅接收技术，接收信号被滤波成对于不同频率的频带。该序列的发射波束使用相同的中心频率和频带。在与发射中使用的相同或相似的频带和中心频率处执行接收。为了提供多于一个频带处的信息，接收频带被分离成两个或更多子带。接收信号和/或波束形成样本被滤波以隔离在不同中心频率和/或频带处的信息。仅接收技术利用标准脉冲序列并且将所接收到的超声回波滤波成较窄的频带。例如，接收信号处于1-3MHz（中心频率为2MHz），因此被滤波成两个1-2MHz（中心频率为1.5MHz）和2-3MHz（中心频率为2.5MHz）的频带。

以上示例中的子带不重叠。可以使用重叠的子带。可以使用通过频率范围分离的子带。

在射频（RF）数据的情况下，将多个带通滤波器应用于原始接收信号。对于同相和正交（IQ）数据，将复数（complex）低通滤波器应用于经解调或经下移信号。可以使用其他滤波。

对于发射-接收技术，来自不同事件的发射频率处于不同频率，因此接收信号也处于不同频率。例如，发射波束的一半以2MHz为中心并且另一半以3MHz为中心。接收信号同样以2和3MHz为中心，这取决于给定接收信号响应哪个发射波束。可以应用滤波以降低噪声。

在替换实施例中，超声扫描仪使用仅接收和发射-接收技术的组合。以给定频带接收的信号可以被滤波以将信号分成多个子带。例如，发射-接收技术提供处于两个频带（例如，1-3MHz和3-5MHz）的信号。将仅接收技术应用于频带中的一个或两个中的信号（例如，1-3MHz信号被滤波以提供1-2MHz和2-3MHz子带并且3-5MHz信号被滤波以提供3-4MHz和4-5MHz子带）。对于每个发射频带，接收信号被分离为多个子带。发射频率中的每一个都在位移估计之前被拆分成多个子带。

与仅接收技术相比，发射-接收技术或者发射-接收和仅接收技术的组合可以更有效地降低斑点，因为斑点降低与频率谱的重叠成反比。通过使发射脉冲以不同频率为中心，与仅对接收信号进行滤波相比，该频谱可以更不同。一些超声扫描仪可能不能够使发射波束排序以通过跟踪发射的序列具有不同频率，因此依赖于仅接收技术。该仅接收技术可能受益地降低斑点。

图2示出用于发射-接收技术的发射事件的示例序列。该脉冲序列用于针对基于辐射力的弹性成像两频率复合。发射和接收操作被交织。针对不同频率的发射操作被交织，因此针对不同频率的对应接收操作也被交织。

超声扫描仪发射具有第一中心频率的第一超声脉冲的序列。在该示例中，每个其他发射脉冲都具有相同的第一中心频率和/或频带。响应于这些发射脉冲中的每一个，超声扫描仪接收第一超声回波。响应于每个发射接收回波，因此与第一超声脉冲的发射交织地接收第一超声回波的序列。在然后发射第一超声脉冲中的下一个之前，接收针对一个第一超声脉冲的第一超声回波。在图2的示例中，该发射事件、然后针对给定频带的接收事件发生九次。接收事件在由图2中的箭头表示的每个发射事件中间发生，因此对于一个事件的第一超声回波的收到发生在下一第二超声脉冲的发射之前。

超声扫描仪还发射位于第二中心频率和/或频带的第二超声脉冲的序列。第二中心频率不同于第一中心频率。超声扫描仪发射具有第二中心频率的第二超声脉冲的序列。在该示例中，每隔一个发射脉冲具有相同的第二中心频率和/或频带。在与彼此并与对于第一超声脉冲的发射事件分离的发射事件（即，由接收事件分离）中发射第二超声脉冲。

响应于这些第二发射脉冲中的每一个，超声扫描仪接收第二超声回波。响应于每个第二发射接收回波，因此与第二超声脉冲的发射交织地接收第二超声回波的序列。接收针对第二超声脉冲的序列的第二超声回波的序列。在然后发射第二超声脉冲中的下一个之前，接收针对一个第二超声脉冲的第二超声回波。在图2的示例中，该发射事件、然后对于给定频带的接收事件发生九次。接收事件发生在由图2中的箭头表示的每个发射事件中间，因此对于一个事件的第二超声回波的收到发生在下一第一超声脉冲的发射之前。

图3-4示出仅接收技术的一个实施例。在该示例中，超声扫描仪通过扫描体模柱状靶（在平行和垂直几何结构二者中成像的）和均匀体模来获取IQ数据。扫描是为了剪切波速度。将复数低通滤波器应用于IQ数据以便获得用于处理的不同频率谱。在该示例中，图3中表示了四个复数滤波器。这些是无限脉冲响应（IIR）滤波器，但是可以使用有限脉冲响应（FIR）滤波器。中心频率被示出为归一化值。图4将输入IQ数据的频率谱示出为轻型线（原始数据）。该输入数据对于四个滤波器中的每一个是相同的。在图4中将使用图3的滤波器之后的针对IQ数据的频率谱示出为四个频带中的每一个中的深色线。结果得到的经滤波波的频率谱然后被用来确定位移。

返回到图1，在动作40中超声扫描仪确定组织运动。组织运动被检测为一维、二维或三维中的位移。可以检测到响应于所施加的力的运动、所生成的剪切波或其他波。在不同时间检测组织运动。该不同时间对应于不同跟踪扫描（即，发射和接收事件对）。

通过估计相对于参考位置信息的位移来检测组织运动。例如，确定沿着扫描线的组织的位移。该位移可以从组织数据（诸如B型超声数据）测得，但是可以使用检测之前的流动（例如，速度）或IQ信息。

相关、互相关、相移估计、最小绝对差值和或者其他相似性测量被用来确定各扫描之间（例如，参考和当前之间）的位移。例如，使每个IQ数据对与其对应参考相关联以获得位移。使表示多个空间位置的数据与参考数据相关联。作为另一示例，使来自多个空间位置（例如，沿着扫描线）的数据关联为时间的函数。对于每个深度或空间位置，执行在多个深度或空间位置上的相关（例如，64个深度关于中心深度的核心（kernel）是针对其来计算分布的点）。在给定时间具有最高或足够相关的空间偏移指示位移量。对于每个位置，确定作为时间的函数的位移。

可以使用空间中的二维或三维位移。可以使用沿着不同于扫描线或波束的方向的一维位移。

针对任何数目的扫描线来执行监视。例如，响应于每个发射形成四个接收波束。在其他实施例中，响应于每个发射形成仅单个接收波束或其他数目的接收波束。

在发射声辐射力以引起位移之后，沿着单个扫描线重复执行B型发射并沿着四个邻近扫描线执行接收。每个重复都监视相同区或位置以便确定针对那些位置的组织响应。通过随着时间流逝重复超声脉冲的发射和超声回波的接收，确定随着时间流逝的位移。跟踪被重复。重复是针对不同发射和接收事件的。可以使用任何数目M次重复，诸如重复约50-100次。重复尽可能频繁地发生，虽然组织从应力恢复但是不妨碍接收。通过以与多普勒方法进行的相似的方式来重复向同一靶区域发射信号并从该同一靶区域接收信号来获得组织时间的位移分布。

因为沿着扫描线被成像的组织变形，B型强度可能变化。对于被监视的扫描线，数据的序列被提供表示组织运动的时间分布。

组织运动的检测在回波被接收的同时或之后发生。在一个实施例中，接收到的信息被存储并且可以用于稍后的检测。在其他实施例中，在数据被接收时，所接收到的信息被用于检测。

对于不同频率处的接收信号分离地确定位移。对于给定位置根据在相应两个或更多中心频率或频带处的所接收到的信号的两个或更多时间序列来确定位移的两个或更多时间序列。根据不同频率处的信号检测组织运动。估计针对每个频带的位移。对于不同频带和/或子带分离地确定组织随着时间流逝的位移，从而提供不同位移分布。

对于仅接收技术，确定对于每个频率、对于每个时间的位移。对于每个频率提供在每个样本时间处的接收信号。对于发射-接收技术，在样本时间中的仅一些处提供对于一个频率的位移并且在其他时间处提供对于其他频率的位移。可以使用插值和/或线拟合来提供对于相同时间的位移。对于组合方法，对于时间的子集（例如，每个偶数样本时间）提供对于一个发射频带中的每个子带的位移，并且对于时间的另一子集（例如，每个奇数样本时间）提供对于另一发射频带的每个子带的位移。插值和/或线拟合可以被用来提供对于相同时间的位移。

对于频率复合，将来自不同频率的信息组合。在一个实施例中，针对位移发生组合。对于每个给定时间，对于该时间的位移被求平均、加权求平均或以其他方式复合。针对每个时间发生求平均，从而产生频率-复合的位移的位移分布。可以使用对来自不同频率信息的位移分布的其他求平均。在发射-接收技术中，插值和/或线拟合通过创建对于所有时间对于频率中的每一个的位移来合成地获得最初脉冲重复频率，从而提供时间上完全采样的信号。在替换实施例中，在如下面讨论的弹性成像的稍后阶段处发生频率复合。

在动作42中，超声扫描仪生成弹性的图像。弹性和结果得到的图像基于从不同频率处的信息确定的组织运动。在使用来自不同频率的信息计算的位移被复合的场合，根据位移估计的弹性包括斑点降低。替换地，根据基于不同频率处的信息的位移分别估计不同弹性。对于频率复合，不同弹性或从不同弹性导出的值（例如，RGB显示值）被求平均或组合。结果得到的弹性包括斑点降低。使用任一种方法，弹性针对位置被输出并且基于来自不同频带和/或中心频率处的信息的位移的某一组合。

动作42的图像的生成被表示为在动作44中估计弹性和在动作46中创建图像。其他表示可以被用来导出用于根据位移来成像的输出值。

在动作44的一个实施例中，峰值位移的出现时间被用来表示组织对于该位置的弹性。峰值位移在位移分布中的时间在多个位置处被确定，并且被用于诸如在剪切波速度成像中估计波速度。动作36、38中的发射和接收事件的多次重复提供在一段时间上的样本。

可以通过找出最大位移标识峰值位移。在替换实施例中，曲线被拟合到组织运动样本。可以使用任何曲线拟合。例如，应用回归。因为剪切波速度是线性的，所以利用自动孤立点检测的鲁棒线性回归可以指示剪切波速度。对于感兴趣的区中的所有样本点的超声数据被绘制为作为时间的函数的距离或者被按照时间和距离绘制。将线性回归应用于图表或数据，从而提供对数据的线拟合。在另一示例中，使用样条插值。在对分布的数据分类之后，三次样条插值被用来重构最终的时间的位移分布。在其他实施例中，使用傅里叶变换。在移除不期望频率处的分量之后在频率域中标识曲线。逆变换提供时间曲线。

可以根据曲线或时间的分布计算峰值位移。最大位移指示峰值位移。对于剪切波成像，对于给定位置的时间的分布指示剪切波的检测。分布中的峰值，在有或没有时间的低通滤波的情况下，指示剪切波前的通过。在替换实施例中，在没有标识峰值位移的情况下，在不同位置处的位移分布之间的相位关系被用来估计速度。

组织响应诸如峰值可以被用作结果。替换地，执行另外的计算用于弹性的估计。组织机械性质可以被表征为组织响应的函数。时间的位移分布中的峰值以及其时间的位置可以被用来表征组织的机械性质，诸如应变、应变率、弹性、黏性、阻抗或其他。

通过确定从剪切波的生成直到剪切波在不同位置处被检测到为止的时间来获得剪切速度。时间以及到该位置的距离确定速度。根据扫描线间距（即，用于生成剪切波的发射波束位置和用于检测剪切波的接收波束位置）来获知距离。从剪切波的生成和检测之间的相对时间来获知时间。位移分布峰值或分布的其他特性指示剪切波。

作为另一示例，从时间的分布提取特征。可以使用主分量分解。执行不同时间的分布之间的相关。与对于不同时间的分布的不同距离相关联的滞后提供剪切速度。替换地，可以执行小波分析。将小波变换应用于时间的分布，以标识峰值或对应于剪切波的其他特性。根据峰值到每个空间位置的行进时间来标识速度值。

可以执行其他估计。可以使用峰值位移、到达峰值位移的时间、从ARFI焦点到该位置的波速度、杨氏模量或其他弹性值。可以估计任何弹性信息。

在来自不同频率的位移被组合的场合，使用频率复合的位移分布。找到该位移分布的峰值，或者将来自多个位置的位移分布的信息用于估计弹性。

在来自不同频率的位移没有被组合的场合，针对不同频率分离地估计弹性。例如，针对来自两个不同频带的信息确定位移分布。根据两个位移分布来估计两个弹性值。结果得到的标量弹性值或从弹性导出的值被求平均或以其他方式组合以提供输出弹性。响应于在不同频带或中心频率处的信息的弹性被复合。如果位移分布被很好地表征，则图像可以根据对于每个频率的信息被生成并被组合（例如，取得图像的平均值）以降低斑点噪声。

图5和6示出分离地处理来自每个频带的数据以创建对于每个频率的分离的剪切速度图像然后将结果复合的示例。图5和6的示例使用图3-4的IQ数据和仅接收技术。在根据每个频带的数据估计剪切速度之后，在每个空间位置处获得频带之间的中值。在图5中示出示例损伤靶图像。在该示例中损伤是体模中的倾斜柱状靶。在横截面中示出两个不同硬度靶（顶部、中间），并且顶部靶被示出平行于柱状体（底部）。左侧图像对应于没有频率复合的剪切速度估计，并且右侧图像对应于经过频率复合的图像。可以将空间滤波应用于这些图像，但是空间滤波被省略以表明斑点噪声的影响。

对于图6，将相同的处理应用于在均匀体模中收集的数据。在这种情况下，遍及体模在不同空间位置处执行10次获取。呈现在2D剪切速度图像上的平均和标准偏差。误差线指示剪切波速度在二维图像上的标准偏差。在均匀体模中，跨图像存在标准偏差的34%降低。

为了在动作46中创建空间图像，在动作44中估计不同位置处的弹性。重复随着时间流逝的超声脉冲的发射、超声回波接收，位移的确定，以及对于不同空间位置的估计。结果得到的对于不同位置的弹性的估计被用来生成表示沿着一维、二维或三维的弹性的弹性图像。在弹性成像中使用对于不同空间位置的输出弹性。

ARFI脉冲的发射可以重复或者可以不重复。为了监视更大的区，可以响应于监视发射波束来形成附加的接收波束。替换地，另一ARFI脉冲被发射，并且发射波束和接收波束被提供在不同空间位置处。在6mm×10mm监视区示例中，可以提供36条接收扫描线。以每个发射波束的四个接收波束，该过程对于不同横向间距重复九次。对于每个接收波束位置，提供由超声数据表示的运动信息的时间分布。

可以获取针对一个深度的样本。替换地，采样可以被布置成提供覆盖感兴趣的区的整个轴向范围的一个门。在另一实施例中，对于每个接收波束在多个深度处获得样本。对于每个轴向深度以及横向位置提供单独的时间分布。可以使用任何数目的深度，诸如对于5mm约200个样本或者对于10mm约400个样本。

获得表示感兴趣的区中的不同位置的超声数据。利用扫描实时获得超声数据，或者从存储器获得超声数据。针对每个位置的组织运动被确定为时间的函数。对于每个位置，运动信息表示在不同时间的响应，从而提供时间的分布。可以使用其他扫描、监视或技术来获得超声数据以估计弹性图像。

在动作46中，超声扫描仪生成输出弹性的图像。在一个实施例中，图像是剪切波速度图像。输出是作为位置的函数的剪切波速度。可以使用其他弹性信息。在替换或附加实施例中，弹性被输出为值（例如，对于所选点的剪切波速度）。弹性的曲线图、表或图表可以被输出为图像。归因于频率复合，任何一维、二维或三维渲染可以包括较少的斑点噪声。归因于频率复合，诸如曲线图中的任何值可以具有更大的精度。

图7示出用于在声辐射力脉冲成像中的噪声降低的系统10的一个实施例。频率复合被用来降低基于ARFI的弹性成像中（诸如剪切波成像中）的斑点。系统10实施图1的方法或其他方法。

系统10是医疗诊断超声成像系统或超声扫描仪。在替换实施例中，系统10是在相同位置处或在网络上分布用于实时或获取后成像的个人计算机、工作站、PACS站或其他布置，因此可以不包括波束形成器12、16和换能器14。

系统10包括发射波束形成器12、换能器14、接收波束形成器16、图像处理器18、显示器20、存储器22和滤波器24。可以提供附加、不同或更少的部件。例如，用户输入被提供用于显示映射的手动或辅助选择、要被确定的组织性质的选择、感兴趣区选择、发射序列的选择、或其他控制。

发射波束形成器12是超声发射器、存储器、脉冲器、模拟电路、数字电路、或其组合。发射波束形成器12可配置成为多个通道生成具有不同或相对幅度、延迟和/或定相的波形。

发射波束形成器12生成并引起具有中心频率和带宽的脉冲的发射。具有仅一个中心频率的单个频带被用于任何给定发射。而不使用频率编码，对于给定发射的频谱具有单个峰值，诸如在中心频率处，其中单个峰值的20dB内没有峰值。归因于波形发生器的实现可以提供其他峰值，但是其他峰值缺少在中心频率峰值的20dB内的足够功率，因此存在单个峰值。

发射波束形成器12被配置成发射脉冲的序列。使用可编程波形发生器、存储器、脉冲器控制或其他设备，设置循环的数目、波形的类型、频率或其他建立中心频率和带宽的特性。对于给定脉冲或发射波束，发射波束形成器12将脉冲生成为具有单个中心频率，诸如在自该峰值向下20dB内具有一个峰值的频谱。脉冲形成针对响应接收操作的发射事件。

在一个实施例中，在每个脉冲之后以针对接收操作的时间上的间隙重复地生成相同脉冲。该序列中的每个脉冲都是相同的，至少在中心频率和/或频带以及对于硬件的给定容差方面是相同的。对于其他发射来说，用于不同发射的中心频率和频带是相同的。在另一实施例中，通过脉冲的分组或其他重复步骤来更改对于每个脉冲的控制、缓冲或编程以发射具有不同中心频率和/或频带的脉冲。例如，一个脉冲以一个中心频率被发射，然后发射波束形成器12被重新配置（例如，在接收事件期间）以便下一脉冲以不同中心频率被发射。发射波束形成器12被配置成以序列发射脉冲，其中每个脉冲的中心频率以及单个频带通过该序列在不同频带之间切换。

在响应于所生成的波从换能器14发射声波时，形成一个或多个波束。为了弹性成像，同一区被扫描多次。在多普勒成像和弹性估计中，在扫描邻近扫描线之前该序列可以包括沿着同一扫描线的多个波束。可以由发射波束形成器12生成ARFI发射作为该序列的部分。通过对不同位置重复弹性估计过程，生成发射波束的序列来扫描二维或三维区。可以使用扇形、矢量、线性或其他扫描格式。发射波束形成器12可以生成平面波或发散波用于更快速扫描。

形成处于不同能量或幅度等级的发射波束。用于每个通道和/或孔径尺寸的放大器控制所发射的波束的幅度。ARFI发射波束可以具有比用于对组织运动成像或检测的更大的幅度。替换地或附加地，所使用的ARFI脉冲或波形中的循环的数目通常大于用于跟踪的脉冲（例如，100个或更多循环用于ARFI而1-6个循环用于跟踪）。

换能器14是压电或电容膜元件的1-、1.25-、1.5-、1.75-、或2-维阵列。换能器14包括用于在声能和电能之间换能的多个元件。响应于碰撞在换能器的元件上的超声能（回波）生成接收信号。该元件与发射和接收波束形成器12、16的通道连接。

发射波束形成器12和接收波束形成器16通过发射/接收开关或多路复用器与换能器14的相同元件连接。该元件被共享用于发射和接收事件二者。一个或多个元件可能不被共享，诸如在发射和接收孔径不同的场合（仅重叠，或使用完全不同的元件）。

接收波束形成器16包括具有放大器、延迟和/或相位旋转器、以及一个或多个加法器的多个通道。每个通道与一个或多个换能器元件连接。接收波束形成器16响应于发射应用相对延迟、相位和/或切趾来形成一个或多个接收波束。在替换实施例中，接收波束形成器16是用于使用傅里叶或其他变换生成样本的处理器。接收波束形成器16可以包括用于并行接收波束形成的通道，诸如响应于每个发射事件形成两个或更多接收波束。接收波束形成器16为每个波束输出波束加和的数据，诸如IQ值。

接收波束形成器16在发射事件的序列中的间隙期间操作。通过使信号的收到与发射脉冲交织，响应于发射波束的序列形成接收波束的序列。在每个发射脉冲之后且在下一发射脉冲之前，接收波束形成器16从声回波接收信号。在其期间不发生接收和发射操作的静寂时间可以被交织以允许混响降低。

接收波束形成器16输出表示在给定时间的空间位置的波束加和的数据。输出用于单个位置、沿着线的位置、针对区域的位置、或针对体积的位置的数据。可以提供动态聚焦。该数据可以用于不同目的。例如，针对B型或组织数据执行不同于针对剪切波速度估计的扫描。针对B型或其他成像接收到的数据可以被用于弹性图像的估计。监视与推进脉冲的焦点隔开的位置处的剪切波或该焦点处的组织响应以确定弹性。

接收波束形成器16可以包括滤波器24。替换地，滤波器24是单独的部件。滤波器24可以被定位成对由接收波束形成器16输出的经过波束形成的数据滤波，对输入到接收波束形成器16的射频数据滤波，或对沿着超声处理的其他点处的其他数据滤波。

滤波器24将期望频带处的信息隔离和/或降低期望频带之外的频率处的信息的贡献。滤波器24是带通滤波器或解调器和带通或低通滤波器。可以使用分立硬件（例如，电阻器、电容器、电感器、缓冲器、乘法器和/或加法器）。替换地，处理器实施滤波器24。该滤波器24可以包括用于将相同的接收信号或经过波束形成的数据滤波成不同频带或子带的并行路径。滤波器24是可被编程的或者是用于进行滤波以使不同频带和/或中心频率通过的单独的滤波器的组。

滤波器24输出针对所接收到的信号的处于不同频带的信息。在一个实施例中，相同的接收信号被滤波成不同的子带或频带。对于每个接收事件，应用相同的滤波。在替换或附加实施例中，响应于不同发射事件的接收信号被不同地滤波。接收滤波匹配发射中心频率和/或频带，因此在发射脉冲通过序列在频率方面变化的场合下变化。

处理器18是B型检测器、多普勒检测器、脉冲波多普勒检测器、相关处理器、傅里叶变换处理器、专用集成电路、通用处理器、控制处理器、图像处理器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模拟电路、数字电路、网络、服务器、处理器组、数据通路、其组合或用于根据经过波束形成的超声样本检测和处理信息以便显示的其他现在已知或稍后开发的设备。在一个实施例中，处理器18包括一个或多个检测器和单独的处理器。处理器18执行图1中示出的动作40-46中的一个或多个的任何组合。

在两个或更多不同频带中提供经过波束形成的数据，和/或提供具有两个或更多中心频率的经过波束形成的数据。在检测之前或之后，处理器18被配置成根据不同频带和/或中心频率中的信息检测组织响应于声辐射力的位移。在仅接收技术中，处理器18对于每个时间和位置检测多于一个位移，诸如对于不同频率中的每一个的位移。在发射-接收技术中，处理器18对于每个时间检测一个位移，但是对于不同时间的位移来自处于与其他时间中的一些不同的频率的信息（例如，每隔一个时间属于一个频率并且其他时间属于另一频率）。

处理器18使用相关或相似性的其他度量来检测位移。通过使跟踪的数据集相对于参考数据集在一维、二维或三维空间中在空间上偏移，具有最大相似性的偏移指示组织的位移。可以使用其他位移检测，可以创建位移分布或随着时间流逝的位移。

处理器18被配置成估计弹性。对于在跟踪中被采样的每个空间位置，处理器18确定组织的机械性质或该位置处的波传播特性。例如，计算剪切波速度。与邻近位置的位移分布中的相对相位和/或感兴趣位置处的位移分布中的峰值的时序被标识，并与该位置相对于剪切波原点的几何形状和剪切波生成的时序一起用来计算速度。

通过处理器18来实施弹性成像中的频率复合。在一个实施例中，与不同频率中的信息相关联的位移被组合。例如，对于相同位置和时间但来自不同频率处的信息的位移被求平均。作为另一示例，曲线拟合或插值被用来生成在相同时间或采样处来自不同频率的信息。对于相同时间但来自不同频率处的信息的位移被求平均。

在另一实施例中，处理器18估计对于每个位置且对于每个频率的弹性。来自不同频率处的信息的标量弹性或显示值然后被求平均或以其他方式组合。

在任一种方法中，处理器18输出对于一个或多个位置中的每一个的弹性。该弹性来自频率复合，因此具有降低的斑点噪声。

处理器18生成显示数据，诸如图形重叠和图像。显示数据以任何格式，诸如映射之前的值、灰度或颜色映射的值、红-绿-蓝（RGB）值、扫描格式数据、显示或笛卡尔坐标格式数据、或其他数据。处理器18输出适用于显示设备20的弹性。

显示设备20是CRT、LCD、投影仪、等离子体、印刷机或用于显示弹性（例如，剪切速度）、图形、用户界面、验证指示、二维图像或三维表示的其他显示器。显示设备20显示超声图像、弹性和/或其他信息。例如，显示器20输出组织响应信息，诸如弹性的一维、二维或三维表示。对于不同空间位置的弹性形成图像。还可以输出其他图像，诸如将弹性作为颜色编码的调制覆盖在灰度B型图像上。

在一个实施例中，显示设备20输出患者的区的图像，诸如二维弹性、多普勒组织或B型图像。该图像包括对于弹性的位置指示符。示出相对于为其计算弹性值的成像组织的位置。弹性被提供为该区的图像上或邻近其的字母数字值。图像可以是具有或不具有患者的空间表示的字母数字值。替换地或附加地，确定针对多个位置的弹性并且将图像像素调制为弹性的函数以便在空间上表示剪切速度。

处理器18按照存储在存储器22或另一存储器中的指令操作。存储器22是计算机可读存储介质。用于实施本文中讨论的过程、方法和/或技术的指令被提供在计算机可读存储介质或存储器诸如高速缓冲存储器、缓冲器、RAM、可移动介质、硬盘驱动器或其他计算机可读存储介质上。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。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执行在图中图示或在本文中描述的功能、动作或任务。该功能、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，并且可以通过单独或组合操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等等来执行。同样地，处理策略可以包括多重处理、多任务、并行处理等等。在一个实施例中，指令被存储在可移动介质设备上以便由本地或远程系统读取。在其他实施例中，指令被存储在远程位置中用于通过计算机网络或通过电话线传递。在又其他实施例中，该指令被存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。

虽然以上已参考各种实施例描述了本发明，但是应该理解在不脱离本发明范围的情况下可以做出许多改变和修改。因此，意图是将上述详细描述视为说明性的而非限制性的，并且理解的是，正是下面的权利要求（包括所有等同物）意图限定本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于利用超声扫描仪进行的弹性成像中的噪声降低的方法，该方法包括：

将声辐射力从所述超声扫描仪的换能器发射至患者的组织，该组织对由声辐射力引起的应力进行响应；

由所述超声扫描仪发射具有第一中心频率的第一超声脉冲的序列；

由所述超声扫描仪接收响应于该第一超声脉冲的序列的第一超声回波，该第一超声回波的接收与该第一超声脉冲的发射交织使得在该第一超声脉冲中的每一个之后且在发射该第一超声脉冲中的下一个之前接收到该第一超声回波中的一些；

由所述超声扫描仪发射具有第二中心频率的第二超声脉冲的序列，该第二中心频率不同于该第一中心频率，在与该第一超声脉冲分离的发射事件中发射该第二超声脉冲；

由所述超声扫描仪接收响应于该第二超声脉冲的序列的第二超声回波，该第二超声回波的接收与该第二超声脉冲的发射交织使得在该第二超声脉冲中的每一个之后且在发射该第二超声脉冲中的下一个之前接收到该第二超声回波中的一些；

分别根据第一和第二超声回波确定在第一和第二频带处组织随着时间流逝的位移；

根据在第一和第二频带处的位移的组合估计输出弹性；以及

生成输出弹性的图像。

2.权利要求1所述的方法，进一步包括：

在发射声辐射力之前检测参考组织信息；以及

确定作为参考组织信息的函数的位移。

3.权利要求1所述的方法，其中确定位移包括检测响应于剪切波的运动。

4.权利要求1所述的方法，其中估计包括确定峰值位移。

5.权利要求1所述的方法，确定位移包括确定在第一和第二频带处的第一和第二位移分布，将第一和第二位移分布组合成第三位移分布，并且其中估计输出弹性包括根据第三位移分布进行估计。

6.权利要求1所述的方法，其中确定位移包括确定在第一和第二频带处的第一和第二位移分布，并且其中估计弹性包括根据第一和第二位移提供来估计第一和第二弹性并且组合第一和第二弹性，输出弹性包括该组合。

7.权利要求1所述的方法，其中生成图像包括生成剪切波速度图像，输出弹性包括对于位置的剪切波速度。

8.权利要求1所述的方法，进一步包括随着时间流逝重复第一和第二超声脉冲的发射、第一和第二超声回波的接收，并且其中确定随着时间流逝的位移使用该重复。

9.权利要求1所述的方法，进一步包括重复随着时间流逝的第一和第二超声脉冲的发射、第一和第二超声回波的接收，确定，以及对于不同空间位置的估计，并且其中生成图像包括生成表示作为不同空间位置的函数的输出弹性的图像。

10.一种用于利用超声扫描仪进行的弹性成像中的噪声降低的方法，该方法包括：

将声辐射力从所述超声扫描仪的换能器发射至患者的组织，该组织对由声辐射力引起的应力进行响应；

由所述超声扫描仪发射发射波束的序列，每个发射波束都具有带有单个峰值的频率响应；

由所述超声扫描仪响应于发射波束中的每一个接收接收信号的序列，接收信号的接收与发射波束的发射交织；

由所述超声扫描仪根据接收信号的不同频率确定组织运动；以及

由所述超声扫描仪生成弹性的图像，该图像基于在不同频率处的组织运动。

11.权利要求10所述的方法，其中发射该序列包括用包括不同频率的重复模式的发射波束进行发射，其中接收包括接收在不同频率处的接收信号，并且其中不同频率的组织运动是在不同频率处检测到的位移。

12.权利要求11所述的方法，其中接收包括将接收信号滤波成针对不同频率中的每一个的多个子带，并且其中位移是在不同频率的不同子带处检测到的。

13.权利要求10所述的方法，其中发射该序列包括用全部具有相同中心频率的发射波束进行发射，并且其中接收包括将接收信号滤波成针对不同频率的频带。

14.权利要求10所述的方法，其中生成图像包括生成针对不同频率的不同弹性以及组合不同弹性，图像具有组合的弹性。

15.权利要求10所述的方法，其中生成图像包括组合在不同频率处的组织运动以及根据组合的组织运动估计弹性。

16.一种用于弹性成像中的噪声降低的系统，该系统包括：

发射波束形成器，其被配置成发射脉冲，脉冲中的每一个都具有带有仅一个中心频率的单个频带；

接收波束形成器，其被配置成与发射脉冲交织地接收信号；

滤波器，其被配置成输出针对所接收到的信号的在不同频带中的信息；

处理器，其被配置成根据在不同频带中的信息检测组织响应于声辐射力的位移并且根据不同频带的复合生成弹性；以及

显示器，被配置成输出弹性。

17.权利要求16所述的系统，其中该发射波束形成器被配置成以序列发射脉冲，其中单个频带通过该序列在不同频带之间切换。

18.权利要求16所述的系统，其中该发射波束形成器被配置成以序列发射脉冲，其中脉冲中的每一个都具有相同的单个频带，并且其中该滤波器被配置成将不同频带创建为该单个频带的子带。

19.权利要求16所述的系统，其中该处理器被配置成根据来自不同频带中的信息的位移的组合生成弹性。

20.权利要求16所述的系统，其中该处理器被配置成根据来自不同频带中的信息的弹性的组合生成弹性。