CN107661120A - 利用多个并行接收波束的运动成像 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用多个并行接收波束的运动成像。在用于多普勒成像的多波束扫描中提供线伪影减少。分析解使用来自不同的发送波束的并置接收扫描线的估计速度来减少或者去除由多波束接收所引起的偏差。针对每个位置，线或曲线被作为所述发送扫描线到所述位置的距离的函数拟合到所述估计速度。在具有零距离的这条线的截距(与原点的截距)处的所述速度指示无偏速度。此方法甚至在所述速度估值中的全部具有带相同的符号的偏差的情况下（诸如由于所述位置在所述不同的发送扫描线的相同侧而具有带相同的符号的偏差）也允许解。

Description

利用多个并行接收波束的运动成像
技术领域
本实施例涉及使用超声的彩色多普勒、彩色流或其他运动成像。特别地，更高帧速率运动成像被提供有减少的线伪影。
背景技术
并行接收波束形成可以增加超声成像帧速率。然而，并行接收波束形成由于发送(tx)波束与接收(Rx)波束之间的不对准可能在彩色多普勒图像中引入线伪影。在彩色多普勒成像中，常常基于回波波前的法线方向与接收波束对准的假定计算速度。当在发送波束与接收波束之间存在不对准时不总是满足这个假定。回波波前的法线方向与接收波束的角偏移在速度估值中产生偏差。在发送波束的相对侧的接收波束引起具有不同的符号的偏差，其作为图像中的波束组伪影而展现。
空间滤波通常用于克服线伪影，但是空间滤波可以使分辨率降级。当每发送波束的并行接收波束的数量由于更快速扫描而增加时，线伪影变得更严重，并且最终可能不能用空间滤波器来管理。虽然先进的现代超声系统能够处理大量的并行接收波束，然而线伪影限制彩色多普勒成像中的并行接收波束的数量(例如，限于四个并行接收波束)。为了增加帧速率，彩色图像要么由于空间平滑而缺少细节，要么示出太多的线伪影。
在用于解决此困境的一个方法中，来自从两个相邻发送组获取的重叠波束的估值被线性地内插。当所有接收波束由发送波束很好地覆盖时，速度估值的线性内插可以是有效的。相邻发送波束组之间的接收波束中的完全重叠被使用，但是完全重叠可能限制帧速率。线性内插限于共线接收波束对。其他方法可以合成多于两个并置接收波束并且放松对来自相邻波束组的接收波束的完全重叠的需要，但是依靠组合具有偏差的相反符号的速度估值，从而为扫描创建空间分布要求。
发明内容
通过介绍，在下面所描述的优选实施例包括用于在多波束扫描中具有线伪影减少的多普勒或流成像的方法、指令、计算机可读存储介质和系统。分析解使用来自不同的发送波束的并置接收扫描线的估计速度来减少或者去除由多波束接收所引起的偏差。针对每个位置，线或曲线被作为所述发送扫描线到所述位置的距离的函数拟合到所述估计速度。在具有零距离的这条线或曲线的截距处的所述速度指示无偏速度。此方法甚至在所述速度估值中的全部诸如由于所述位置在所述不同的发送扫描线的相同侧而具有带相同的符号的偏差的情况下也允许线性回归解。
在第一方面，提供了用于利用医学诊断超声扫描器彩色成像的方法。在患者的平面区域中沿着第一扫描线发送发送波束的第一序列。响应于沿着所述第一扫描线的所述发送波束的所述第一序列，沿着第三扫描线接收第一接收波束的序列。所述第三扫描线在所述平面中与所述第一扫描线间隔开第一距离并且在所述第一扫描线的第一侧。在所述患者的所述平面区域中沿着第二扫描线发送发送波束的第二序列。所述第二扫描线在所述平面中与所述第三扫描线间隔开第二距离，并且所述第三扫描线在所述第二扫描线的所述第一侧。响应于沿着所述第二扫描线的所述发送波束的所述第二序列，沿着所述第三扫描线接收第二接收波束的序列。第一速度是根据所述第一接收波束为所述第三扫描上的位置而估计的，并且第二速度是根据所述第二接收波束为所述第三扫描线上的所述位置而估计的。线或曲线被作为所述第一和第二距离的函数拟合到所述第一和第二速度。所述位置的组合速度从所述线或曲线求解。所述患者的图像作为所述组合速度的函数被生成。
在第二方面，提供了用于多普勒成像的方法。从针对接收扫描线的不同整体的多个同时接收波束扫描的不同序列获取速度估值，其中所述不同序列的所述接收扫描线在患者的重叠区域中。针对从所述多个序列中的多于一个获取速度估值的每个位置，利用线性回归模型校正所述速度估值中的偏差。从经偏差校正的速度估值生成多普勒图像。
在第三方面，提供了用于多普勒成像的系统。发送波束形成器被配置成沿着多条发送扫描线中的每一条发送发送波束的整体。接收波束形成器被配置成响应于所述发送波束中的每一个而沿着接收扫描线接收多个接收波束。对所述发送整体中的一个响应的所述多条接收扫描线中的至少一条与对所述发送整体中的另一个响应的所述多条接收扫描线中的另一条并置。多普勒估计器被配置成根据来自所述一个发送整体和来自所述另一个发送整体的接收波束来为并置位置估计多普勒值。所述多普勒值具有分别带相同的符号的偏差。处理器被配置成根据估计多普勒值为所述并置位置确定组合值。显示器被配置成针对所述并置位置显示所述组合值的多普勒图像。
本发明由以下权利要求书来限定，并且本部分中的任何内容都不应该被视为对那些权利要求构成限制。在下面结合优选实施例讨论本发明的另外的方面和优点，并且可以稍后独立地或者相结合地要求保护本发明的另外的方面和优点。
附图说明
组件和图不一定按比例绘制，重点替代地被放在图示本发明的原理上。而且，在图中，相同的附图标记在所有不同的视图中标明对应的部分。
图1是具有由于多波束接收操作而导致的线伪影的多普勒速度图像的示例流区域或感兴趣区域；
图2示出针对多波束组的依照位置的速度偏差的示例；
图3是用于具有线伪影减少的彩色成像的方法的一个实施例的流程图；
图4是发送和接收波束相互关系的一个实施例的图形表示；
图5A示出两个发送波束与产生具有相反符号的偏差的并置接收波束之间的示例位置关系，并且图5B示出作为图5A的波前的法线与并置接收波束之间的角度的函数的速度的曲线图；
图6A示出两个发送波束与产生具有相同符号的偏差的并置接收波束之间的示例位置关系，并且图6B示出作为图6A的波前的法线与并置接收波束之间的角度的函数的速度的曲线图；
图7A-C示出基于任意数量的并置接收波束的作为角度的函数的速度的示例曲线图；
图8图示(a)到波前法线和接收扫描线的角度与(b)发送扫描线与接收扫描线之间的距离之间的关系；
图9是针对具有线伪影减少的彩色成像的系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
可以处理当在彩色多普勒成像中使用并行接收波束时的线伪影，从而允许在维持细节的同时改进帧速率。可以使用多个估值来校正引入线伪影的速度估值偏差，所述多个估值包括具有偏差的任何极性或符号的来自两个或更多个重叠发送波束组的估值。可以在彩色多普勒成像中使用大规模并行接收波束形成(诸如用于体积成像)以在没有线伪影的情况下实现高帧速率和精细细节。
图1说明在附图中呈现为灰度的彩色多普勒速度图像中的线伪影。该图像是彩色多普勒速度图像中的管状流区域的放大提取。该图像是利用每发送使用八个并行接收波束的西门子SC2000超声系统和9L4换能器在流模型上获取的。未提供内插。图1中的像素的亮度表示估计速度。线伪影作为规则地间隔开的垂直带而出现。彩色线伪影是由于发送波束与接收波束之间的不对准而创建的。
图2标绘沿着图1中的水平线的速度数据的样本。箭头指示发送波束位置。波束组图案是按照归一化速度示出的。接收波束离所对应的发送波束(其通过箭头来指示)越远，在速度估值方面与中心波束的速度的估值出现更多的偏移(即，偏差)。偏差是有符号的，导致在发送扫描线的一侧的接收波束的速度更大并且在发送扫描线的另一侧的接收波束的速度更小。接收扫描线位置离所对应的发送扫描线的方位间距更改引入到速度的估值中的偏差的量，从而引起偏差在接收扫描线组之间切换符号的线伪影。
为了说明具有不同符号的速度偏差，位于其发送波束的左侧(例如，在方位上)的接收波束被标记为“+”波束并且在右侧的接收波束被标记为“-”波束。用于处理线伪影的现有内插或平均方法依靠组合来自给定输出位置处的至少一个“+”波束和一个“-”波束的速度以抵消偏差。相比之下，分析解可以用于在无需混合的“+”和“-”接收波束的情况下组合来自任意数量的并置接收波束的速度。基于具有偏差的估计速度以及发送波前法线到接收扫描线的角度的线性回归确定无偏速度。
偏差校正可以使用仅仅具有相同符号的接收波束(所有“+”或所有“-”接收波束)。偏差有混合符号的速度是不需要的，所以速度估值偏差在无需来自发送波束的相对侧的并置接收波束的情况下被校正。当使用多个发送波束组来创建彩色多普勒成像以改进扫描的速度和/或美感时，仍然可以校正未被“+”接收波束和“-”接收波束两者覆盖的波束位置。针对在多普勒成像的区域侧的斜升波束，这可以使帧速率保持高，从而减少在多普勒成像扫描区域或感兴趣区域外发送的需要。针对在边缘附近的扫描线，可以避免在感兴趣区域外沿着扫描线的发送和/或接收。
通过使用分析解，可以组合来自任意数量的并置接收波束的速度。显式解可以组合来自两个或更多个并置接收波束的速度。
图3示出用于由医学诊断超声扫描器彩色成像的方法的一个实施例。彩色成像包括具有线伪影减少的多波束扫描。可以使用任何多普勒、流或彩色成像。通过使用线性模型或回归，分析解去除或者减少偏差。作为使用分析解(例如，线性回归)的结果，可以在不用依靠由于具有相反符号的偏差而导致的抵消的情况下确定经校正的速度。
图3的方法由图9的系统、超声扫描器、处理器、工作站、计算机或不同系统来实现或者被实现在图9的系统、超声扫描器、处理器、工作站、计算机或不同系统上。该方法由医学诊断超声成像系统来执行。在其他实施例中，超声数据由超声扫描器实时地获取并且其他动作由计算机、超声扫描器或另一装置实时地或者在不同时间执行。
可以提供附加的、不同的或更少的动作。例如，动作14、16和18被重复多于两次。作为另一示例，不提供动作22、24和/或26。在又一个示例中，用于空间和时间滤波的动作被包括。未示出但是可以提供用于用户与超声扫描器的交互和超声扫描器的激活的动作。
动作被按照所示顺序或其他顺序执行。动作14、16和18用于从成组同时接收线获取流估值。发送事件和并行或多波束接收事件发生以扫描整体区域一次。此类发送和接收事件的序列(整体)用于获取用于生成给定速度、运动或多普勒估值的样本。相同扫描线的任何数量的发送和接收事件对可以用于创建估值。相同位置的任何数量的正在进行的扫描可以用于为那些位置生成任何数量的估值。动作被重复来针对整体的给定对在有或没有整体区域的重叠的情况下在不同位置处扫描。扫描的整体或序列的数据在对另一整体进行扫描之前被收集，但是可以使用任何图案的交织。发送和响应接收事件的不同整体用于扫描视场或感兴趣区域的不同部分。可以在针对其他或相同的整体执行动作18之前或者与针对其他或相同的整体执行动作18并行地执行动作14和16。
在动作12中，流数据被获取。流数据是图3中的速度，但是可以同样地或替换地包括能量(例如，功率)或变化。速度自始至终被用作示例，但是可以使用运动(组织或流)的其他量度。
流数据通过扫描患者来获取。可以实时地处理结果得到的扫描数据以生成图像。替换地，扫描数据通过网络被保存和/或发送到存储器。所保存的数据被从存储器加载或者经由传输接收以用于处理。
为了获取流数据，患者被扫描以在对动作14的空间上不同的传输响应的动作16中获取不同组的接收波束。例如，两个或更多个共线接收波束对空间上不同的传输响应。不同整体(即，沿着给定发送扫描线的发送波束以及响应于发送波束沿着多条接收扫描线接收的对应的多个波束)覆盖重叠区域。由接收扫描线覆盖的区域的一部分被多于一个整体覆盖。可以存在完全重叠，诸如其中一个整体的一半被另一整体的一半覆盖并且另一半被又一个整体的一半覆盖。重叠可以是不完全的，诸如其中由给定整体(发送波束和响应接收波束)扫描的区域的不到全部由另一整体扫描。例如，少于½的¼、1/8或其他部分被两个周围(紧邻)整体的相等的或不相等的但是少于½部分覆盖。在下面的一些示例，重叠覆盖范围具有来自不同整体的共线或同位接收波束。在其他实施例中，来自不同整体的接收扫描线中的一条或多条是不共线的，但是仍然可以被内插来为相同的位置提供估值。
为了为来自不同的发送扫描线的相同位置获取估值，两个或更多个不同整体被定位为扫描重叠区域。参考图4，多个非共线接收波束的两个集合(RX1A和RX1B以及RX2A和RX2B)响应于两个整体(1和2)的每个发送发射(分别为TX1和TX2)而在每个集合内随着并行或基本上同时的接收依次形成。并行地形成的空间上不同的波束的集合被称作非共线多波束或多波束(即，同时接收扫描线的整体)。
随着多波束中的波束的数量增加(例如，三个或更多个)，发送波束更宽以适当地使接收波束的位置声穿透。更宽的发送波束可以引起分辨率降低、伪影增加和信噪比(SNR)降低。可以利用多波束更快速地扫描给定扫描区域，从而产生更大的帧速率。
在图4的示例中，来自一个整体的一个发送事件的一个接收波束(RX2A)与来自另一整体的另一发送事件的另一接收波束(RX1B)共线。在发送波束和/或整体覆盖范围中存在½重叠。利用一个整体中的多于两个接收波束和对应的扫描线，整体的每对多于一条扫描线可以是共线的或者无论共线与否都在重叠区域中。
在动作14的每个发送事件(例如，TX1或TX2)处，发送波束形成器发送波束。图4示出在不同时间(不同整体)处生成的两个发送波束。图4、图5A和图6A各自示出针对两个整体的两个发送波束和对应的发送扫描线。每个发送波束被聚焦(即，使波前会聚)、未聚焦(平面波前)或散焦(使波前发散)并且沿着特定标称发送波束轴或发送线传播。
在动作16的每个接收事件处，接收波束形成器接收来自物体的回波，并且并行地和/或同时地形成多个波束。图4示出两个空间上不同的发送事件，以及响应于每个发送事件彼此并行地或基本上同时地形成的两个接收波束。基本上说明波束形成器电子装置的定时或共享使用方面的任何差异。可以同时地形成三个或更多个接收波束(例如，8、16、32、数百个或其他数量)，包括具有或没有沿着发送线或者与发送波束共线的接收波束。每个接收波束被沿着特定标称接收波束轴或接收扫描线动态地聚焦。作为整体的一部分并行地形成的接收波束是不共线的。接收多波束的非共线波束具有不同的延迟和/或相位剖面。剩余的接收波束形成或回波成形参数(诸如孔径中心、孔径宽度、切趾类型、接收滤波器中心频率、带宽和频谱形状)可以是相同的或不同的。
图4示出分布在平面中(诸如沿着具有深度的方位维度)的接收多波束。所示出的格式在接收扫描线并行的情况下是线性的。在其他实施例中，可以使用接收和/或发送扫描线的扇区、Vector®或其他格式。在方位平面内，接收波束中的至少一些或全部在发送波束的一侧或两侧。在图4中，对每个整体来说一个接收波束形成在每侧(例如，左侧或右侧)。可以提供扫描线分布在方位和高度上的三维或体积扫描，诸如使用摇动器或多维换能器阵列。发送波束的一侧无论在平面中还是在另一维度上间隔开都可以沿着任何维度，诸如对给定整体来说接收波束形成在不同的方位侧但是在相同的高度平面中。
方位沿着换能器阵列的一个维度，诸如长度。高度沿着另一维度，诸如换能器阵列的正交维度(例如，宽度)。深度或范围与阵列面或从阵列起沿着扫描线的距离正交。
发送事件和对应的接收事件被重复以在空间上且在时间上对区域进行采样。为了在空间上对物体进行采样，具有非共线发送波束的不同整体被使用。扫描区域的不同部分被顺序地扫描，如通过图3中的动作14和16的重复所表示的。图3示出两个整体区域被扫描，但是可以扫描三个或更多个。可以使用任何数量的空间上不同的整体和对应的整体扫描区域，诸如整个扫描区域、感兴趣区域或被10至50个重叠整体区域覆盖的视场。
为了在时间上对物体进行采样，具有相同的波束形成和脉冲成形参数的发送接收事件被使用。例如，针对每个彩色流模式线，在时间上均匀地分布的多个发送接收事件用于以脉冲重复频率沿着每条接收扫描线获得样本的合集。整体的发送和接收的序列被执行以随着时间的推移获取表示相同的整体区域的样本。所述合集用于针对所表示的位置估计给定参数值(例如，速度值)。移动窗口可以用于估计通过在不同时间在整体中对相同位置的发送和接收所获取的流数据的序列。
发送和接收事件对随着时间的推移被针对每个整体重复以获取足够的样本以用于针对相应的整体区域估计运动。不同整体正用于扫描不同的重叠区域。这为每个整体区域产生估值的样本，其中从不同整体产生的估值中的一些是针对相同的位置和时间的。尽管样本被按照扫描图案顺序地获取，但从用户角度看是使用相同的时间。扫描的快速性一次为感兴趣区域(运动扫描区域)的所有位置提供估值的帧。通过重复扫描，其他时间的帧被获取。
在图4的示例中，两个接收波束是共线的或并置的(RX1b和RX2a)。因为每个接收波束在相应的发送波束的相对侧，所以针对接收波束从整体估计的结果得到的速度具有相反的或不同的有符号偏差。
由于所期望的扫描图案和/或在扫描区域的边缘处，仅共线接收波束可以在相应的发送扫描线的相同侧。例如，图6A说明两个接收波束何时位于发送波束的左侧。发送扫描线与接收扫描线间隔开不同的量。这可以发生在运动扫描区域或感兴趣区域的边缘处。为了避免在区域外部沿着扫描线的发送和/或接收，发送扫描线可以在区域中间隔开并且远离边缘。在边缘处和/或边缘附近的一条或多条接收扫描线全部在发送扫描线的相同侧。此布置可以出于除位于边缘处外的其他原因而发生。
在使用来自并置接收扫描线的速度的任意组合的其他实施例中，可以提供偏差的任何组合，使得偏差可以不彼此抵消。例如，与“-”偏差相比具有“+”偏差的不同数量的并置接收波束被使用。可以使用按发送扫描线的不同间距沿着并置接收扫描线提供速度估计的任何扫描图案。发送扫描线与接收扫描线间隔开相同或不同的量到相同或不同的侧。基于对整体进行扫描，为沿着并置接收扫描线的每个位置提供了具有不同的偏差符号和/或量的速度。
在动作18中，针对多个位置中的每一个估计运动数据。针对每个给定整体沿着接收扫描线中的每一条创建估值。针对给定整体，发送和多波束接收的时间重复提供用于估计流的样本。流值是根据沿着扫描线的重复(整体)的序列针对沿着接收扫描线中的每一条的任何数量的位置来估计的。针对每个整体区域重复此估计，因此为不同整体区域的多条接收扫描线提供了估值。
可以在每个整体区域中执行扫描多次并且跨越整体依次执行扫描多次以覆盖整个扫描区域。动作被重复以扫描感兴趣区域的不同部分。
在不同时间扫描获取与流或运动相关联的空间样本。可以在每个整体内使用任何现在已知的或稍后开发的脉冲序列。来自同一条发送扫描线的至少两个(流样本计数)发送的序列被沿着每条接收扫描线提供。可以使用任何脉冲重复频率、流样本计数和脉冲重复间隔。沿着一条（或多条）线的发送可以与沿着另一条（或多条）线的发送交织。在有或没有交织的情况下，给定时间的空间样本使用来自不同时间的发送来获取。可以顺序地但足够快速地获取来自不同扫描线的估值以从用户角度看表示相同的时间。多个扫描被执行以获取不同时间的估值。
可以对在整体内所接收到的空间样本进行杂波滤波。杂波滤波将对脉冲序列中的信号进行调节，以估计在给定位置和时间的运动。给定信号可以被用于表示不同时间的估值，诸如与用于杂波滤波和估计的移动窗口相关联。杂波滤波器去除与缓慢或快速移动相关联的样本以使组织运动或流体运动隔离。不同的滤波器输出用于估计在不同时间的位置的运动。
对序列的发送的回波响应用于估计在给定时间的速度、杂波滤波或未滤波能量(功率)和/或变化。彩色数据从空间样本生成。可以生成任何运动数据，诸如速度、能量(功率)和/或变化。可以使用多普勒处理，诸如自相关。在其他实施例中，可以使用时间相关。另一过程可以用于估计流数据。彩色多普勒参数值(例如，速度、能量或变化值)是根据在不同时间获取的空间样本来估计的。“彩色”用于与估计范围门的功率频谱的频谱多普勒成像区分开。在不同时间的相同位置的两个样本之间的频率或相位的改变指示速度。多于两个样本的序列可以用于估计彩色多普勒参数值。针对接收到的信号的不同分组(诸如完全单独的或独立的分组或重叠分组)形成估值。针对每个分组的估值表示在给定时间的空间位置。
针对不同采样的空间位置执行估计。例如，平面中的不同位置的速度是根据响应于扫描的回波来估计的。可以获取流数据的多个帧以分别表示在不同时间的感兴趣区域。针对不同整体中的每一个为接收波束中的每一个估计运动值。
针对并置接收波束，从不同整体为相同的位置和时间提供多个速度。这些速度中的每一个来自不同整体和对应的发送扫描线位置。例如，表示相同或相邻位置但是根据不同的发送波束和响应接收多波束组合估计的多普勒速度被估计。
处理器组合与使用空间上不同的或非共线发送波束的扫描的不同序列相关联的估值。可以组合相同位置的任何数量的估值。例如，来自两个、三个或更多个不同整体的估值被组合来为给定位置提供估值。
图5A示出组合具有相反的有符号偏差的两个并置波束。Rx 1和Rx 2分别是来自发送波束组Tx1和Tx2的两个并置接收波束。发送波束的波前被示出为弯曲点划线。这些波前和沿着接收扫描线的位置P相交。在点P处的这些接收波束与回波波前的法线方向(接收回波法线)之间的角度是α1和α2，如图5A中所图示。在图5A的示例中，角度是不相等的。在其他实施例中，角度是相等的。
图5B示出作为角度的函数的估计速度的曲线图。横轴是接收回波法线角度，而垂直轴是估计速度。在P处的估计速度是来自Rx1的和来自Rx 2的，但是这些速度估值是有偏的。理想地，当接收扫描线和发送扫描线对准时产生无偏速度，这通过图5B中的O (α=0，)来指示。因此，问题变成从和得到，其中是将点A和B与零角度轴连接的线的截距。
图6A和图6B对应于图5A和图5B，但是其中偏差由于并置接收扫描线对两个整体来说在发送扫描线的相同侧而具有相同的符号。如果图5B的速度是平均的，则偏差将基本上抵消(例如，偏差减少一半或更多)。如果图6B的速度是平均的，则偏差将不抵消同样多。然而，与理想的关系是相同的。解保留为线AB到y轴的截距。图6B的曲线图的原点指示没有偏差的速度。
图7A-C图示具有不同的有偏速度和不同角度的不同数量的并置接收波束的另外的示例。图7A示出其中两个速度具有“-”符号偏差并且一个速度具有“+”符号偏差的估计速度。图7B示出其中没有速度具有“-”符号偏差并且四个速度具有“+”符号偏差的估计速度。图7C示出其中一个速度具有“-”符号偏差并且四个速度具有“+”符号偏差的估计速度。可以使用其他波束位置、速度的偏差组合和/或波束位置的数量(例如，具有并置接收波束的整体的数量)。
再次参考图3，处理器(例如，分析解算器、控制处理器、多普勒处理器或其他)去除或者减少估计速度中的偏差。可以计算并去除偏差。替换地，偏差是通过针对位置和时间使用多个有偏速度来求解单个无偏速度来去除的。针对不同整体的发送扫描线与并置接收扫描线的相对位置用于去除偏差。
基于曲线图中的信息(即，有偏速度和角度)，回归被执行以确定该位置处的无偏速度。此回归用作通过找到没有偏差的速度来去除偏差。回归针对时间组合来自不同整体的有偏速度，从而产生该位置的一个估计速度。针对从多个序列中的多于一个获取速度估值的每个位置，利用线性回归模型在速度估值方面对偏差进行说明。
为了分析地解决问题，在第k个输出位置(例如，P)处的速度估值通过来自第j个发送的接收波束来给出，并且无偏速度估值是。在图6A和图6B的示例中，k是P，其中两个(j)发送扫描线用于估计两个速度和。线性回归模型诸如通过下面的等式1来建立：
， (等式1)
其中是表示作为角度的函数拟合到图6B的曲线图或的速度的其他曲线图的线或曲线的任意函数。是误差项或噪声。任务在这里是为了从多个(, )对中找到。
线性回归模型被用于每个位置。线或曲线在动作22中被拟合到位置的速度估值并且在动作24中求解线性回归模型。拟合和求解可以作为一个操作被执行，诸如对线或曲线进行拟合的解。拟合和/或解提供在零角度下的截距或估计无偏速度。
动作22的线或曲线拟合作为角度的函数拟合到有偏速度。任何数量的样本点可以被用于拟合，诸如两个(例如，参见图5B和图6B)、三个(例如，参见图7A)、四个(例如，参见图7B)、五个(例如，参见图7C)或更多个。
在一个实施例中，线作为一阶线性回归模型被拟合。假定一阶模型，等式1变成：
， (等式2)
其中β是线的斜率。针对的解是：
， (等式3)
其中是在位置k处的所有贡献接收波束的速度平均值，是来自所有贡献接收波束的接收回波法线角度的平均值，是与之间的相关系数(和是和的向量(曲线图中的所有速度角度对))，并且是的自相关。的比率给出斜率β。
在另一实施例中，曲线作为二阶线性回归模型被拟合。当考虑二阶项时，等式1变成：
， (等式4)
解被写为：
(等式5)。
组合速度使用等式3或5来求解。线或曲线拟合提供截距处的速度。在图5B、图6B和图7A-C的示例中，截距是曲线图中的原点。可以提供没有到原点的归一化的解。作为角度的函数的速度的曲线图用于对线或曲线进行拟合并且将无偏速度求解为从有偏速度组合的速度。
角度使用用于发送波束的发送波束形成参数、发送传播模型、波方程和/或经验检验来计算。角度取决于深度和波束形状两者。在实施方式中，每个曲线图样本的角度计算起来可能是困难的或效率低的。
在另一实施例中，距离被使用。距离替换或者用于近似角度。角度像由下式所表示的那样被近似：
， (等式6)
其中是在第k个输出位置的接收波束与第j条发送扫描线之间的距离，并且是第j条发送扫描线的原点与P之间的距离。图8示出示例。在接收扫描线和发送扫描线并行的情况下，x是并行线之间的距离。在接收扫描线和发送扫描线不并行的情况下，从接收扫描线上的P到沿着发送扫描线的最近点的距离被测量。在其他实施例中，近似被进一步简化。所有样本的被视为是相等的，因此由来近似。在等式3和5中用和替换，被抵消。解简单地用替换。线或曲线被拟合到速度估值和位置到发送扫描线的距离。在此方法中，线性回归模型的曲线图是作为从位置到相应的发送扫描线的距离的函数的有偏速度。
图4-7的示例用于平面成像。在体积成像中，可以使用类似的方法。接收扫描线分布在体积(方位和高度)而不是仅仅平面(方位)中。整体的扫描图案在方位和高度两者上提供重叠，从而提供用于分析地求解在来自分布在体积中(即，沿着方位和高度两者)的发送扫描线的位置处的组合速度。在三个维度上计算计算距离。曲线图提供沿着三个维度分布的点，所以线性回归将曲线或表面拟合到这些点以找到截距(在零距离位置处的速度)。
在图3的动作26中，多普勒或其他运动图像被生成。例如，彩色多普勒或彩色流图像被生成。速度被映射到颜色，并且颜色被显示。流信息针对流的区域(诸如发生足够(例如，阈值)高的速度和/或能量的地方)被显示。针对其他位置，B模式、其他或无数据被用于图像。在一个实施例中，彩色流图像是B模式图像上的彩色覆盖图。作为颜色的替代方案，可以将流估值映射到灰度值。在仍然其他的替代方案中，估值是针对运动组织的，并且组织多普勒图像被生成。
运动图像是从组合估值(即，从动作24的解提供的无偏估值和/或从去除了偏差的相同位置的不同整体组合的估值)生成的。经偏差校正的速度或其他偏差校正的估值用于生成多普勒图像。针对图像中所表示的各种位置，组合估值(即，偏差校正的估值)被使用。运动值被用于显示运动所针对的位置中的一些或全部。解的结果包括更少的偏差，所以结果得到的图像包括更少的线伪影。在一些估值不是通过分析解来提供的情况下，结果得到的图像用由线性回归产生的估值和无线性回归的估值(例如，仅一个整体对位置进行采样的估值、在没有线性回归的情况下根据多个估值内插的估值和/或在没有线性回归的情况下平均的估值)生成。通过将线性回归模型用于仅接收扫描线的子集(例如，在多普勒成像扫描区域的边缘附近的接收扫描线)，可以是更高效的其他过程可以被用于其他位置。替换地，遍及感兴趣区域或所有运动估值使用线性回归方法。在更少的或没有线伪影情况下，运动图像可以被用于诊断。
在一个实施例中，图像被生成为表示患者内的平面，诸如扫描平面。图像的序列可以随着时间的推移表示扫描平面。扫描和估计被重复以示出在不同时间的运动。在另一实施例中，图像表示体积。三维渲染(诸如表面渲染、体积渲染、投影渲染)(例如，最大值)、路径跟踪渲染或阿尔法混合)从给定视图使用运动估值来执行。可以使用任何现在已知的或稍后开发的三维渲染。可以使用多平面重建(例如，从体积信息中提取多个不同的成像平面)。可以从表示体积的估值生成任意平面图像。
图9示出用于具有线伪影减少的运动或多普勒成像的系统的一个实施例。该系统是医学诊断超声成像系统，但是可以使用利用多个同时接收波束扫描的其他成像系统。在其他实施例中，该系统是用于对通过网络接收或者从存储器加载的扫描数据进行操作的计算机、工作站、服务器或其他处理器。
该系统包括换能器32、发送波束形成器30、接收波束形成器34、估计器38、分析解算器或处理器40、显示器44以及控制处理器和存储器42。可以提供附加的、不同的或更少的组件。例如，提供了扫描转换器。作为另一示例，存储器与处理器42分开。在又一个示例中，处理器42实现分析解算器40。
换能器32是多个元件的阵列。元件是压电或电容性膜元件。换能器元件在声能与电能之间换能。阵列被配置为一维阵列、二维阵列、1.5维阵列、1.25维阵列、1.75维阵列、环状阵列、多维阵列、其组合，或任何其他现在已知的或稍后开发的阵列。换能器32通过发送/接收开关与发送波束形成器30和接收波束形成器34连接，但是可以在其他实施例中使用单独的连接。
在系统10中示出了两个不同的波束形成器：发送波束形成器30和接收波束形成器34。虽然被单独地示出，但是发送波束形成器30和接收波束形成器34可以被提供有共同的一些或所有组件。两个波束形成器与换能器32连接。
发送波束形成器30是处理器、延迟、滤波器、波形生成器、存储器、相位旋转器、数字至模拟转换器、放大器、脉冲器、开关、其组合，或任何其他现在已知的或稍后开发的发送波束形成器组件。发送波束形成器30被配置为用于为换能器32上的发送孔径的每个元件生成发送波形的电信号的多个通道。波形具有用于沿着发送扫描线转向或者以发送扫描线为中心的声能的聚焦、散焦或平面聚焦的相对延迟或定相和幅度。发送波束形成器30包括用于更改孔径(例如，有效元件的数量)、跨越多个通道的切趾剖面、跨越多个通道的延迟剖面、跨越多个通道的相位剖面和/或其组合的控制器。
发送波束形成器30是为宽波束发送而配置的，诸如为了同时接收波束形成使声能遍布整体区域。宽波束是发散的(散焦、未聚焦或者聚焦在阵列后面或在感兴趣区域之前)、会聚的(聚焦在感兴趣区域中或之外)或平面的(无限聚焦)，但是具有沿着发送扫描线为中心传播的波前。
为了估计运动，发送波束形成器30被配置成沿着多条发送扫描线中的每一条发送发送波束的整体。发送波束的整体被沿着每条发送扫描线顺序地发送。整体提供用于估计运动的流样本计数。
接收波束形成器34是前置放大器、滤波器、相位旋转器、延迟、加法器、基带滤波器、处理器、缓冲器、存储器、其组合或其他现在已知的或稍后开发的接收波束形成器组件。接收波束形成器34被配置到用于接收表示冲击在换能器32上的回波或声能的电信号的多个通道中。包括接收孔径(例如，元件的数量以及哪些元件被用于接收处理)、切趾剖面、延迟剖面、相位剖面或其组合的波束形成参数被应用于接收信号以便于接收波束形成。例如，相对延迟和幅度或切趾沿着一条或多条扫描线使声能聚焦。控制处理器控制用于接收波束形成的各种波束形成参数。接收波束形成器34的波束形成器参数是相同的或者不同于发送波束形成器30。
接收波束形成器34包括可操作来组合来自接收孔径的不同通道的数据以形成一个或多个接收波束的一个或多个数字或模拟加法器。可以使用级联加法器或单个加法器。在一个实施例中，波束形成加法器可操作来以复杂方式求和同相且正交通道数据，使得针对所形成的波束维持相位信息。替选地，波束形成加法器在不用维持相位信息的情况下求和数据幅度或强度。
针对同时多波束，接收波束形成器34包括用于对相同的接收到的数据应用不同的延迟或相位剖面的电路、通道、存储器或其他组件。针对相应的多条接收扫描线的多个接收波束是响应于来自单个发送波束的回波而形成的。
响应于沿着发送扫描线的发送波束的整体，样本的整体沿着多条接收扫描线中的每一条被接收波束形成。针对不同的发送扫描线重复整体的接收波束形成。针对不同的发送扫描线的接收扫描线中的一些是并置的。为并置接收扫描线提供多个不同整体的样本。例如，一个发送整体的发送扫描线和另一发送整体的发送扫描线具有一条或多条并置接收扫描线并且与彼此和并置接收扫描线间隔开。针对一些扫描图案，并置接收扫描线和沿着并置接收扫描线采样的位置在共享并置接收扫描线的所有发送扫描线的相同侧。作为此布置的结果，来自样本的估计速度中的偏差中的全部具有相同的符号或极性。可以使用在并置接收扫描线的相同或不同侧的发送扫描线的任一任意组合。
估计器38是多普勒处理器、通用处理器、数字信号处理器、控制处理器、专用集成电路、数字电路、数字信号处理器、模拟电路、其组合或者用于流或运动估计的其他现在已知的或稍后开发的处理器。估计器38检测各种特性中的任一个，诸如速度、能量(即，功率)和/或变化。
可以提供杂波滤波器以用于在估计之前对样本进行滤波。转置存储器（cornerturning memory）可以用于存储随着时间的推移用于针对给定位置估计流的样本。
在一个实施例中，估计器38是用于根据相移估计的多普勒处理器。可以使用相关器或其他处理器。估计器38输出每个位置的估值。为接收扫描线的每个整体提供单独的估值。在相同整体中针对每条接收扫描线的每个位置的多个样本用于针对给定时间估计流。可以按移动窗口重复估计以随着时间的推移为每个位置提供估值。针对每个整体重复估计，从而响应于不同的发送扫描线位置为重叠区域提供估值。估计器38根据来自一个发送整体的接收波束估计并置位置的多普勒值并且根据来自另一发送整体的接收波束估计并置位置的多普勒值。由于接收扫描线与发送扫描线间隔开，所以多普勒值具有偏差。在并置接收扫描线在相应的发送扫描线的相同侧的情况下，估计多普勒值具有相同的符号(即，在相同方向上全部是有偏的，诸如全部有偏具有更大的幅度或者全部有偏具有更小的幅度)。针对给定位置，所有估值具有带相同符号的偏差或者一些估值具有带一个符号的偏差并且其他估值具有带另一符号的偏差。
分析解算器40是处理器、电路、数字电路、现场可编程门阵列、数字信号处理器、专用集成电路、其组合、乘法器、加法器、缓冲器，或用于应用线性回归模型的其他装置。在一个实施例中，分析解算器40由控制处理器42来实现。分析解算器40由硬件和/或软件配置成组合估值。分析解算器40和/或控制处理器42被配置成至少部分地针对多普勒值中的偏差进行校正。
分析解算器40被配置成组合来自不同整体的共线接收扫描线或空间上不同的发送波束位置的估值。组合值是根据给定并置位置的估计多普勒值来确定的。组合值是根据有偏估计多普勒值以及位置到估计多普勒值响应于的不同的发送扫描线的距离用分析解来确定的。在一个实施例中，分析解算器40根据作为发送扫描线离并置位置的距离的函数拟合到估计多普勒值的线或曲线来确定组合值。通过求解线性回归模型，没有偏差的多普勒值被计算，如同估值来自在所述位置处与发送扫描线并置的接收位置一样。组合值针对沿着并置接收扫描线和/或沿着其他并置接收扫描线的多个位置中的每一个被计算。
滤波器可以被提供用于空间滤波。可以通过空间滤波来去除任何残留线伪影。因为线伪影中的一些或全部通过分析解被去除，所以可能需要更少的或不需要空间滤波。
提供由分析解产生的估值所针对的位置在同一声学或扫描网格上。此网格可以和显示器44的显示网格匹配。替换地，空间变换或扫描转换使估值与显示网格对准。数据被作为一维、二维或三维表示输出在显示器44上。也可以执行其他过程(诸如文本或图形的生成)以便在显示器44上生成图像。例如，显示动态范围被设置，使用可以是FIR或IIR滤波器或基于表的线性或非线性滤波器在空间和时间上滤波被提供，和/或信号幅度被作为线性或非线性映射的函数映射到显示值。
显示器44是液晶显示器、等离子体、计算机终端、发光二极管、投影仪、打印机或其他显示器。显示器44被配置成显示多普勒图像或多普勒图像的序列。通过将图像的显示值加载到显示平面存储器中，显示值被输出到显示器44以在显示器44上创建图像。
控制处理器42是通用处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路、图形处理单元、数字处理器、模拟处理器、电路或其组合。控制处理器42与一个或多个组件交互以控制系统。替换地或附加地，控制处理器42执行过程的一部分，诸如对线或曲线进行拟合、求解无偏估值和/或引起按照任何图案扫描。
作为图像形成过程的一部分，控制处理器42设置扫描图案或获取顺序、同时接收波束的数目、顺序波束的数目、复合在一起的分量波束的数目、接收多波束参数、线性回归模型、其组合，或者用于使用多波束的运动成像中的线伪影减少的其他现在已知的或稍后开发的参数。
用于实现上面所讨论的过程、方法和/或技术的指令被提供在非暂时性计算机可读存储介质或存储器上，所述计算机可读存储介质或存储器诸如高速缓存器、缓冲器、RAM、可移动介质、硬盘或其他计算机可读存储介质。指令被实现在单个装置(诸如控制处理器42或分析解算器40)上，或者以分布式方式实现在多个装置上。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。在图中图示的或本文中所描述的功能、动作或任务响应于存储在计算机可读存储介质中或存储在其上的一个或多个指令集被执行。功能、动作或任务独立于指令集、存储介质、处理器或处理策略的特定类型，并且可以由单独或相结合地操作的软件、硬件、集成电路、固件、微码等等来执行。同样地，处理策略可以包括多处理、多任务处理、并行处理等等。在一个实施例中，指令被存储在可移动介质装置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以便通过计算机网络或在电话线上转移。在仍然其他的实施例中，指令被存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。
虽然已经在上面通过参考各个实施例对本发明进行了描述，但是应该理解的是，可在不脱离本发明的范围的情况下做出许多改变和修改。因此意图是，上述详细描述被认为是说明性的而不是限制性的，并且应理解，它是旨在由以下权利要求，包括所有等同物来限定本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于利用医学诊断超声扫描器彩色成像的方法，所述方法包括：
在患者的平面区域中沿着第一扫描线发送发送波束的第一序列；
响应于沿着所述第一扫描线的所述发送波束的所述第一序列，沿着第三扫描线接收第一接收波束的序列，所述第三扫描线在所述平面中与所述第一扫描线间隔开第一距离并且在所述第一扫描线的第一侧；
在所述患者的所述平面区域中沿着第二扫描线发送发送波束的第二序列，所述第二扫描线在所述平面中与所述第三扫描线间隔开第二距离并且所述第三扫描线在所述第二扫描线的所述第一侧；
响应于沿着所述第二扫描线的所述发送波束的所述第二序列，沿着所述第三扫描线接收第二接收波束的序列；
根据所述第一接收波束为所述第三扫描上的位置估计第一速度；
根据所述第二接收波束为所述第三扫描线上的所述位置估计第二速度；
将线或曲线作为所述第一和第二距离的函数拟合到所述第一和第二速度；
根据所述线或曲线来求解所述位置的组合速度；以及
生成所述患者的图像，所述图像作为所述组合速度的函数被生成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一和第二接收波束包括响应于所述第一和第二序列的所述发送波束中的每一个而接收至少三个接收波束。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一和第二接收波束包括在扫描区域的边缘处随着所述第三扫描线而接收，并且其中，沿着所述第一和第二扫描线发送包括在所述第一和第二扫描线在所述扫描区域内并且与所述边缘间隔开的情况下发送。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，接收所述第一和第二接收波束包括响应于所述发送波束中的每一个而沿着所述第三扫描线并且沿着附加扫描线接收，并且还包括估计附加速度、对附加线或曲线进行拟合以及针对所述附加扫描线上的位置求解附加组合速度。
5.根据权利要求1所述的方法还包括：
在所述患者的所述平面区域中沿着第四扫描线发送发送波束的第三序列，所述第四扫描线在所述平面中与所述第三扫描线间隔开第三距离并且所述第三扫描线在所述第二扫描线的除所述第一侧外的相对侧；
响应于沿着所述第四扫描线的所述发送波束的所述第三序列，沿着所述第四扫描线接收第三接收波束的序列；以及
根据所述第三接收波束估计所述第三扫描线上的所述位置的第三速度；
其中，拟合包括将所述线或曲线作为所述第一、第二和第三距离的函数拟合到所述第一、第二和第三速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，估计包括多普勒估计。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合和求解包括去除在所述第一和第二速度中由于所述第一和第二扫描线的相对位置而导致的偏差。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合包括将所述线拟合为一阶模型，并且其中，求解包括基于所述一阶模型，确定在作为距离的函数的速度的曲线图的原点处的所述组合速度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合包括将所述曲线拟合为二阶模型，并且其中，求解包括基于所述二阶模型，确定在作为距离的函数的速度的曲线图的原点处的所述组合速度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合和求解包括执行回归。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，生成包括将所述图像生成为多普勒速度图像。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一、第二和第三扫描线分布在方位和高度上，所述第一侧在所述方位上，并且其中，生成所述图像包括渲染三维图像。
13.一种用于多普勒成像的方法，所述方法包括：
从针对接收扫描线的不同整体的多个同时接收波束扫描的不同序列获取速度估值，其中所述不同序列的所述接收扫描线在患者的重叠区域中；
针对从所述多个序列中的多于一个获取速度估值的每个位置，利用线性回归模型校正所述速度估值中的偏差；以及
从经偏差校正的速度估值生成多普勒图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，获取包括按所述不同序列扫描并且针对通过各自具有不同的发送扫描线的所述序列中的两个或更多个的所述接收扫描线所表示的所述位置中的每个来估计所述速度估值，所述位置对于所述不同的发送扫描线中的每一条来说在相同侧。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，作为所述线性回归模型的函数的校正包括针对每个位置，将线拟合到所述位置的所述速度估值并且按所述拟合线将所述线性回归模型求解为一阶模型。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，拟合包括将所述线拟合到所述速度估值和发送扫描线到所述位置的距离。
17.一种用于多普勒成像的系统，所述系统包括：
发送波束形成器，其被配置成沿着多条发送扫描线中的每一条发送发送波束的整体；
接收波束形成器，其被配置成响应于所述发送波束中的每一个而沿着接收扫描线接收多个接收波束，对所述发送整体中的一个响应的所述多条接收扫描线中的至少一条与对所述发送整体中的另一个响应的所述多条接收扫描线中的另一条并置；
多普勒估计器，其被配置成根据来自所述一个发送整体和来自所述另一个发送整体的接收波束来为并置位置估计多普勒值，所述多普勒值具有分别带相同的符号的偏差；
处理器，其被配置成根据估计多普勒值为所述并置位置确定组合值；以及
显示器，其被配置成针对所述并置位置显示所述组合值的多普勒图像。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述一个发送整体的所述发送扫描线和所述另一个发送整体的所述发送扫描线在相同侧与所述并置位置间隔开，使得所述偏差具有所述相同的符号。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置成根据所述并置位置的估计多普勒值将所述组合值确定为分析解。
20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置成针对来自所述并置位置的所述一个和另一个发送整体根据作为所述发送扫描线的距离的函数拟合到所述估计多普勒值的线或曲线来确定所述组合值。
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