CN110269643A - 在基于声学辐射力的超声成像中的自适应杂波滤波 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在基于声学辐射力的超声成像中的自适应杂波滤波。对于超声弹性成像（42）中的杂波减少，杂波对不同频率分量（例如发射基波以及传播所生成的二次谐波）的贡献是不同的。作为结果，在不同频带下所确定（40）的位移中的差用于减少（41）杂波对于用于弹性成像（42）的位移的贡献。

Description

在基于声学辐射力的超声成像中的自适应杂波滤波

背景技术

本实施例涉及弹性成像，其利用使用超声辐射力（ARF）的超声。超声弹性成像包括对组织的弹性性质进行表征的不同成像技术，诸如声学辐射力脉动（ARFI）成像或剪波弹性成像（SWEI）。这些技术表征结构和/或病理。

一个显著的噪声源是来自其它结构（例如体壁）的超声噪声，其通常被称为杂波。在射束成形期间，数据包含所接收的来自感兴趣的组织和其它结构二者的回波的组合。通过使用数据来为弹性成像追踪位移，所估计的位移因此是在所述其它结构和感兴趣的组织中的位移的组合。来自其它区的位移被视为噪声。

用于分离有效位移信号与噪声的一种方法是使用谐波追踪。谐波追踪在声学地分离来自所述其它结构与感兴趣的组织的信号方面一般是有效的，因为在谐波下所接收的回波优选在现场的高压力区中被生成，所述高压力区典型地对应于感兴趣的组织。其它方法包括从多个追踪发射合成剪波传播，与经时间对准的顺序追踪合成，或通过使用宽声学发射以及并行接收射束成形来同时追踪。在这些方法中，谐波追踪改善所接收的回波到肝脏的定位，但是所接收的回波中的一些仍来自体壁。对于具有相对高的体重指数的患者，甚至在谐波追踪的情况下，所接收的回波的较大比例是杂波。

发明内容

作为介绍，下述优选实施例包括用于超声弹性成像中的杂波减少的方法、指令和系统。杂波对不同频率分量（例如发射基波以及传播所生成的二次谐波）的贡献是不同的。作为结果，在不同频带下所确定的位移中的差用于减少杂波对于用于弹性成像的位移的贡献。

在第一方面中，提供了一种方法用于在利用超声扫描仪的弹性成像中的杂波减少。声学辐射力从超声扫描仪的换能器发射到患者的组织。组织响应于由声学辐射力所引起的应力。超声扫描仪发射超声脉冲的序列，并且接收响应于所述序列的超声脉冲的回波。超声回波的谐波和基波分量被隔离。确定超声回波的谐波分量的第一位移与超声回波的基波分量的第二位移。组合位移由从第一位移中减去一差而形成。该差是第一位移相距第二位移的。根据所述组合位移来估计弹性，并且生成弹性图像。

在第二方面中，提供了一种方法用于在利用超声扫描仪的弹性成像中的杂波减少。根据在追踪响应于声学辐射力的组织移动中所接收的信号的谐波和其它频率分量来独立地确定位移。来自谐波和其它频率分量的位移被组合。所述组合基于所接收的信号所源自的空间区而进行加权，在所述空间区中谐波或其它频率分量较强。根据所述组合位移来估计弹性，并且生成弹性图像。

在第三方面中，提供一种系统用于弹性成像中的杂波减少。发射射束成形器被配置成发射声学辐射力脉冲以及追踪脉冲。追踪脉冲具有反转的极性。接收射束成形器被配置成接收与追踪脉冲交错的信号。滤波器被配置成基于来自具有反转极性的追踪脉冲的接收信号的总和来输出偶次谐波信息，并且基于接收信号来输出基波信息。图像处理器被配置成根据偶次谐波和基波信息来检测响应于声学辐射力的组织位移，并且根据来自偶次谐波和基波信息的位移复合物来生成弹性。显示器被配置成显示弹性。

本发明由随后的权利要求来限定，并且本章节中没有什么应当被理解为对那些权利要求的限制。本发明的此外的方面和优点在以下结合优选实施例来被讨论，并且可以稍后独立地或组合地被要求保护。

附图说明

组件和图不一定是按比例的，代替地强调被置于说明本发明的原理上。此外，在各图中，同样的参考标号贯穿不同的视图指明对应的部分。

图1是用于弹性成像中的杂波减少的方法的一个实施例的流程图图解；

图2图示了具有不同极性的发射脉冲的示例序列；

图3示出了在体模（phantom）的不同方位位置处的基波、谐波以及经组合的基波和谐波的随时间的示例位移；

图4示出了针对图3的在基波、谐波和经组合的基波和谐波下的位移的、作为时间的函数的方位位置的示例图像；

图5示出了在高体重指数患者的不同方位位置处的基波、谐波以及经组合的基波和谐波的随时间的示例位移；

图6示出了针对图5的在基波、谐波和经组合的基波和谐波下的位移的、作为时间的函数的方位位置的示例图像；并且

图7是用于弹性成像中的杂波减少的系统的一个实施例的框图。

具体实施方式

基于声学辐射力（ARF）的超声成像使用自适应杂波滤波。对位移的谐波追踪有助于对位移进行定位，但是信号中的一部分仍源自某些成像场景（例如其中存在来自体壁的杂波的肝脏弹性成像）中的其它结构。当使用谐波追踪的时候，利用所接收的回波的基波分量以及所接收的回波的谐波分量来独立地估计位移。根据基波和谐波信号的位移估计以相比于单独使用谐波追踪而言进一步减少杂波噪声的方式被组合。来自其它结构和感兴趣的组织的信号的比例在基波信号中与谐波信号相比是不同的。基波和谐波追踪的位移数据二者优选地对来自感兴趣的组织的区的位移进行加权，在所述感兴趣的组织的区中，来自基波或谐波信号的回波更强。通过组合根据基波和谐波信号的位移估计，可以减少噪声源。使位移估计劣化的噪声源如相比于谐波追踪被进一步减少，从而提供对组织刚度的更稳健的量化。

图1示出了用于在利用超声扫描仪的弹性成像中的杂波减少的方法的一个实施例。通过使用任何发射和/或接收技术，产生不同频带下的接收信号。为每个频带计算位移。以减少杂波的方式来组合位移。为了进一步改善所估计的位移到感兴趣的组织（例如肝脏）内的定位，自适应杂波滤波在使用谐波追踪的时候组合根据不同频带二者所估计的位移。根据组合位移来生成弹性图像，从而提供更好的患者图像和/或弹性值方面的更多精度。

通过图7的系统或不同的系统来实现所述方法。发射和接收射束成形器使用换能器来自患者进行发射和接收，包括在动作28-38中应用ARFI作为推动脉冲并且追踪组织响应。在ARFI焦点处的组织或经受与焦点间隔开的剪波的组织被追踪。滤波器可以在动作39中隔离不同频带下的信息。在动作40-46中，图像处理器确定组织运动、组合位移，并且生成弹性图像。不同的设备、诸如超声扫描仪的其它部分可以执行动作中的任一个。

可以提供附加的、不同的或较少的动作。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。

动作以所描述或所示出的次序（即自顶向下）来被执行，但是可以用其它次序被执行。例如，可以在动作38之后执行动作28。作为另一示例，动作36和38被并行地执行或被重复（例如发射，然后接收，然后发射，然后接收，以此类推）。

在动作28中，超声扫描仪检测参照组织信息。为了确定由ARFI所引起的位移，扫描处于静息或不经受ARFI的组织。扫描发生在动作34中ARFI的发射之前，但是可以在其它时间被执行。由于可以在相对于峰值应力之前、之后或这二者下测量对于应力的组织响应，所以在应力施加之前或在组织返回到松弛状态之后执行针对参照组织定位的发射。

动作30和32提供针对参照信息进行扫描的两个示例。在动作30中，在应力施加以及响应于应力的组织测量之前将脉冲序列发射到组织。所述序列与动作36中所提供的相同，诸如是全部具有相同频带和中心频率的脉冲的序列。N个脉冲的一个集合在应用ARFI之前被发射，并且用于获取用于位移估计的参照数据。对于每个空间位置或空间位置群组，N可以是任何正整数。

在动作32中，接收参照信息。接收由换能器响应于来自发射的回波所生成的电信号。通过频带、诸如通过滤波、解调和滤波、和/或脉冲定相（反转）来分离信号。生成针对每个可分离信号的经射束成形的样本的同相和正交（IQ）对。可替换地，不通过频率分量来分离参照信息。

无检测的经射束成形的数据被用作参照。在其它实施例中，经分离的信号被用于检测参照组织信息。可以使用任何类型的检测，诸如对强度的B模式检测。所检测的信息响应于在动作30中在应力施加之前的发射。针对不同频率而分离地检测组织信息。可替换地，基于不同频率的平均值或基于一个频率来检测组织信息。

在动作34中，超声扫描仪使用换能器来将应力施加到组织。例如，聚焦于一点或感兴趣的区处的ARFI被发射。当ARFI被应用到所聚焦的区域的时候，组织通过移动而响应于所施加的力。相对于原始位置或松弛状态，组织有所位移。在每个给定的空间位置处，该位移增大，然后恢复到零，从而导致时间位移剖面。组织性质影响位移。

可以通过任何数目的循环（例如数十个或数百个循环）的循环脉冲波形来生成ARFI。例如，作为具有100-1000个循环的推动脉冲来发射ARFI。所发射的声波传播到感兴趣的区，从而引起能量沉积并且引发组织位移。

在施加了辐射力之后并且在组织响应于应力的时候发生动作36和38。例如，发射和接收发生在应力施加或应力中改变之后，以及发生在组织达到松弛状态之前。动作40中的运动检测随着动作38的接收实时地发生。可替换地，在组织达到松弛状态之后，根据所存储的信号来执行动作40的检测。

检测在扫描线下组织针对接收射束的响应。响应于超声发射而接收超声数据。针对单个空间位置（例如与所施加的应力的焦点相邻的点）、沿着线、在区域之上或在体积之上执行发射和接收。为每个空间位置提供发射和接收的序列以随着时间进行追踪。通过使用响应于每个追踪发射的多个接收射束的接收，针对多个横向间隔开的位置和/或深度的数据可以被同时接收。

在用于追踪的动作36中，超声扫描仪对发射射束的序列进行发射。响应于应力而将多个超声信号发射到组织。在分离的发射事件中发射所述多个的信号。发射事件是邻接的间隔，其中发生发射，而没有接收到响应于发射的回波。在发射期间，不存在任何接收。在其中执行发射事件的序列的情况下，在动作38中还执行接收事件的对应序列。响应于每个发射事件并且在下一个发射事件之前执行接收事件。

对于发射事件，形成发射射束。每个发射射束具有频率响应。例如，通过2个循环的2.0MHz脉冲来形成发射射束。脉冲的频谱提供以2.0MHz的能量峰值，而没有在另一频率处往下10或20dB内的其它峰值。可以提供任何带宽。该发射频带是基波频带。

用于形成发射射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。更大数目的循环可以缩减脉冲的带宽，从而允许在接收时更完全的频率分离。可以使用任何包络、脉冲类型（例如单极型、双极型或正弦型）或波形。

对于杂波减少，发射射束的序列可全部具有相同的中心频率和带宽。例如，序列中的每个发射具有带相同脉冲或带宽的2.0MHz中心频率。在其中使用脉冲反转或其它定相的情况中，不同的发射脉冲和对应的射束可具有不同的相位和/或最大幅度。例如，序列中的发射脉冲是180度异相的（例如0度、180度、0度、180度……）。使用不同脉冲的重复模式。可以使用任何模式，诸如每隔一个或每三个的模式。在序列中可以使用任何数目的不同发射脉冲。

图2示出了具有两个不同极性的超声脉冲的序列的示例。每个实线箭头表示如下发射射束：所述发射射束具有一脉冲，该脉冲具有一个相位（例如起始于低电压或0度相位的脉冲）；并且每个虚线箭头表示如下发射射束：所述发射射束具有一脉冲，所述脉冲具有另一相位（例如起始于高电压或180度相位的脉冲）。实线框表示动作34的ARFI发射，因此图2示出了在ARFI之前和之后二者的具有脉冲反转的交替相位的发射射束的序列，其诸如实现动作30和36二者。在ARFI之前和/或之后可以使用任何数目的发射射束。可以使用任何谐波成像发射序列。

在动作38中，换能器接收超声回波，其响应于每个发射事件。换能器将回波转换成接收信号，其被接收射束成形为超声数据，所述超声数据表示一个或多个空间位置。超声扫描仪对接收信号的序列进行接收，其中接收射束被接收，其响应于发射序列中的每一个发射射束。

接收与序列发射交错。对于每个发射事件，发生接收事件。接收事件是连续的间隔，以用于接收来自感兴趣的一个或多个深度的回波。在停止发射事件之后发生接收事件。在换能器完成用于给定发射的声学能量的生成之后，换能器用于接收响应性回波。换能器然后用于为相同的一个或多个空间位置重复另一发射和接收事件对，其提供交错（例如发射、接收、发射、接收……）以随时间而追踪组织响应。

图2示出了用于基于辐射力的弹性成像的两脉冲谐波成像的脉冲序列。发射和接收操作是交错的。用于不同极性发射脉冲的发射操作是交错的，因此针对不同极性发射的对应接收操作是交错的。

超声扫描仪发射具有对于其它脉冲的第一相对定相的第一超声脉冲的序列。在该示例中，每隔一个的发射脉冲具有相同的定相。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。响应于每个发射而接收回波，因此第一超声回波的序列被接收，其与第一超声脉冲的发射相交错。在图2的示例中，该发射事件，然后针对给定相位的接收事件发生九次。接收事件发生在图2中箭头所表示的每个发射事件中间，因此针对一个事件的第一超声回波的接收发生在接下来第二超声脉冲的发射之前。

超声扫描仪还以第二相位来发射第二超声脉冲的序列。第二相位不同于第一相位，诸如差180度（相反的极性）。超声扫描仪发射具有第二相对定相的第二超声脉冲的序列。在该示例中，每隔一个的发射脉冲具有相同的第二相位。第二超声脉冲在与彼此以及针对第一超声脉冲的发射事件分离的发射事件（即通过接收事件被分离）中被发射。

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而接收回波，因此第二超声回波的序列被接收，其与第二超声脉冲的发射相交错。针对第二超声脉冲的序列而接收第二超声回波的序列。在图2的示例中，该发射事件，然后针对给定相位的接收事件发生九次。接收事件发生在图2中箭头所表示的每个发射事件中间，因此针对一个事件的第二超声回波的接收发生在接下来第一超声脉冲的发射之前。

在可替换的实施例中，追踪脉冲的序列自始至终使用相同的脉冲。相同的相位和幅度、而不是变化的相位和/或幅度用于每个发射事件，以用于追踪来自给定ARFI的组织运动。

在动作39中，滤波器或图像处理器隔离超声回波的不同频率分量。经射束成形的信号被滤波以确定不同频带下的分量。可以使用任何带宽和/或中心频率。频带可以或可以不重叠。

在一个实施例中，使用谐波和基波带。基波（即第一谐波）是发射脉冲的频带和中心频率。谐波是除了第一谐波（即基波）之外的任何分数（例如½）或整数谐波。谐波是一频带，其中大多数信号内容来自通过传播和/或回波所生成的、而不是被发射的信号。某种基波可以在谐波中，但是大多数信号（例如在频谱下方的区域）是谐波。类似地，某种谐波可以在基波中，但是大多数信号是基波。

隔离可以不是绝对的。在频带外部的频率的10dB或更大缩减被提供用于隔离。在可替换的实施例中，隔离是充分的，使得分量信号响应于不同水平的杂波。

在一个实施例中，隔离是通过脉冲反转。通过对响应于具有相反相位的发射脉冲的信号求和，奇次谐波和/或基波频率分量被减小或抵消。结果得到的二次谐波和/或偶次谐波信息作为一个频率分量而提供信息。通过减去响应于具有相反相位的发射脉冲的信号，偶次谐波和/或二次谐波被减小或抵消。结果得到的基波（即发射脉冲频带和/或中心频率）和/或奇次谐波信息作为另一频率分量而提供信息。该加法和减法被重复贯通序列（例如移动两个发射-接收事件的时间窗口），从而以不同的频率分量来提供信号序列。

可以使用用于隔离所期望的频率下的信息的其它脉冲反转，诸如通过使用三个或更多发射脉冲以及对应的三个或更多接收信号。例如，通过使用三个不同的相对相位和幅度用于发射并且组合对应的接收信号来隔离三次基波。作为另一示例，以基波频带的接收信号使用来自给定发射脉冲的接收信号，其没有减法或加法。

在另一实施例中，接收信号被滤波成针对不同频率的带。为了以多于一个频带来提供信息，接收带被分离成两个或更多子带。接收信号和/或经射束成形的样本被滤波以隔离以不同中心频率和/或频带的信息。例如，响应于1-2MHz发射脉冲的接收信号是以1-3MHz（2MHz的中心频率），因此被滤波成1-2MHz（1.5MHz的中心频率）以及2-3MHz（2.5MHz的中心频率）的两个带。频率分量之一包括在基波或发射带之外的带的至少部分。

在射频（RF）数据的情况中，多个带通滤波器被应用到原始接收信号。对于同相和正交（IQ）数据，复杂的低通滤波器被应用到经解调或向下移位（downshifted）的信号。可以使用其它滤波。

在动作40中，图像处理器根据不同的频率分量来确定位移。例如，针对超声回波的谐波分量和超声回波的基波分量分离地确定位移。

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。例如，确定沿着扫描线的组织位移。响应于所施加的力、所生成的剪波或其它波的运动可以被检测。在不同的时间检测组织运动。所述不同的时间对应于不同的追踪扫描（即发射和接收事件对）。

利用经射束成形的样本（例如针对扫描线的I/Q或RF数据）来测量位移，但是组织数据（例如根据经射束成形的样本所检测的B模式（B-mode）数据）或流数据（例如根据经射束成形的样本所估计的速度）可以被使用。

通过估计相对于参照组织信息的位移来检测组织运动。相关、互相关、相移估计、绝对差的最小总和或者其它相似性度量用于确定扫描之间（例如在参照和当前的之间）的位移。例如，每个IQ数据对相互关联于其对应的参照以获得沿着一个维度（例如沿着扫描线）的位移。表示多个空间位置的数据与参照数据相互关联。作为另一示例，来自多个空间位置（例如沿着扫描线）的数据作为时间的函数而被相互关联。对于每个深度或空间位置，在多个深度或空间位置（例如64个深度的内核，其中中心深度是为其计算剖面的点）上的相关被执行。在给定时间处具有最高或充分相关的空间偏移指示位移量。

为任何数目的扫描线来执行监控。例如，响应于每个发射而形成四个、八个、十六个、三十二个、六十四个或其它数目的接收射束。在其它实施例中，响应于每个发射仅仅形成单个接收射束或其它数目的接收射束。

对于每个位置，确定作为时间的函数的位移。在发射声学辐射力以引发位移之后，被配置用于B模式成像的发射沿着单个扫描线被重复地执行，并且沿着任何数目的相邻扫描线的接收被执行。每个重复对相同的区或位置进行监控以用于确定针对那些位置的组织响应。通过随时间而重复超声脉冲的发射以及超声回波的接收，确定随时间的位移。追踪被重复。重复是用于不同的发射和接收事件。任何数目的M重复可以被使用，诸如重复大约50-100次。重复尽可能频繁地发生，而同时组织从应力中恢复，但是不干扰接收。通过如下来获得组织时间位移剖面：以与多普勒方法所做的类似方式重复地向相同的目标区域发射并且从所述相同的目标区域接收信号。

针对以不同频率的接收信号分离地确定位移。根据以相应两个或更多中心频率或频带的所接收信号的两个或更多时间序列来为给定位置确定位移的两个或更多时间序列。根据以不同频率的信号来检测组织运动。针对每个频带而估计位移，诸如针对基波分量以及针对二次谐波分量的随时间的位移。根据不同的频率分量、通过使用针对不同频率分量的经隔离的信号来独立地确定位移。例如，针对二次谐波所隔离的经射束成形的样本（例如I/Q数据）与来自所接收信号的基波分量的减少的信息的相关用于根据二次谐波下的参照信息来确定位移，并且针对另一频率分量（例如基波或发射频率）所隔离的经射束成形的样本与来自所接收信号的二次谐波的减少的信息的相关用于根据所述另一频率下的参照信息来确定位移。

针对不同位置的、作为时间的函数的位移剖面和/或针对不同时间的、作为位置的函数的位移剖面被确定。可以使用任何数目的位置和/或时间。对于每个位置和时间，提供与不同频带相对应的多个位移。

在动作41中，图像处理器形成组合位移。对于每个位置和/或时间，来自不同频带的位移被组合。在一个实施例中，来自谐波频率分量的位移与来自其它频率（例如基波）分量的位移相组合。

组合起作用以减少杂波。组合基于所接收的信号所源自的空间区而进行加权，在所述空间区中谐波或其它频率分量较强。组合使用不同强度的杂波响应来减少杂波，而不是求平均，其诸如用于频率复合以减少斑点。用于减少杂波的组合中的权重使用在来自体壁或其它结构的信号与来自感兴趣的组织（例如肝脏）的信号的比例中的差。

可以使用用于抵消杂波的任何组合函数。通过减法和/或比率所表示的差被用于减少杂波。在利用谐波信号所追踪的位移与利用基波信号所追踪的位移中的差被发现，并且然后从利用谐波信号所追踪的位移中减去该差。该组合通过如下来被表示：

其中是组合位移，是利用基波信号所追踪的位移，并且是利用谐波信号所追踪的位移。权重可以被加到任何项，诸如对差、谐波位移和/或基波位移进行加权。可以使用追踪基波，其中对于基波位移减去或加上差。所述差可以是基波位移相距谐波位移的。可以使用比率。可以加上常量或其它变量。

在等式1当被应用到肝脏的剪波成像的时候的组合位移估计中，来自体壁的信号相比于来自肝脏内的信号有所减小。另外，在具有低噪声的媒介中，位移信号被保护，因为利用基波信号所追踪的位移与利用谐波信号所追踪的位移是相同或相似的。杂波滤波进行适配，使得具有较高噪声（例如较高BMI）的患者使更多杂波被移除。

组合为每个位置和时间提供组合位移。时间和/或空间位移剖面被提供以用于通过使用任何弹性估计来生成弹性图像。

在动作42中，超声扫描仪生成弹性图像。弹性和结果得到的图像是基于组织运动，所述组织运动根据杂波滤波之后（例如在来自谐波和基波频带的位移的组合之后）的位移而被确定。在其中通过使用来自不同频率的信息所计算的位移被复合的情况中，根据位移所估计的弹性包括杂波减少。弹性针对一个或多个位置而被输出，并且基于来自具有不同的相对杂波贡献的信息的位移的某种组合。

动作42的图像生成被表示为在动作44中估计弹性，并且在动作46中创建图像。其它表示可以被使用来得到输出值，所述输出值用于根据组合位移来成像。

在动作44的一个实施例中，峰值组合位移的出现时间用于表示针对该位置的组织弹性。在位移剖面中的峰值组合位移的时间在多个位置处被确定并且用于估计波速，诸如在剪波速度成像中。在动作36、38中的发射和接收事件的多个重复在一时段上提供样本。

可以通过找到最大组合位移来标识峰值位移。对于剪波成像，针对给定位置的时间剖面指示剪波的检测。在具有或没有时间性低通滤波情况下的剖面中的峰值指示剪波波前的通过。在可替换的实施例中，在不同位置处的位移剖面之间的相位关系用于在不标识峰值位移的情况下估计速度。

在可替换的实施例中，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。由于剪波速度是线性的，所以具有自动化异常值检测的稳健线性回归可以指示剪波速度。针对感兴趣的区中的所有样本点的超声数据作为时间的函数而针对距离、或按时间和距离来被绘制。线性回归被应用到绘图或数据，从而提供对于数据的线拟合。在另一示例中，使用样条内插。在对剖面的数据进行了排序之后，三次样条内插用于重构最终的时间位移剖面。在其它实施例中，使用傅里叶变换。在移除了不期望的频率下的分量之后，在频域中标识曲线。逆变换提供时间曲线。

组织响应、诸如峰值可以用作结果。通过如下来获得剪切速度：确定从剪波生成直到在不同的位置处检测到剪波为止的时间。距离从扫描线间隔（即用于生成剪波的发射射束定位以及用于检测剪波的接收射束定位）中已知。时间从剪波的生成和检测之间的相对时间中是已知的。

作为另一示例，特征从时间剖面提取。可以使用主分量分解。在不同时间剖面之间的相关被执行。与针对不同时间剖面的不同距离相关联的滞后提供剪切速度。可替换地，可以执行小波分析。小波变换被应用到时间剖面以标识与剪波相对应的峰值或其它特性。根据峰值到每个空间位置的行进时间来标识速度值。

可替换地，执行另外的计算来用于估计弹性。组织机械性质可以被表征为组织响应的函数。峰值及其在时间位移剖面中的时间位置可以用于表征组织的机械性质，诸如应变、应变率、弹性、黏性、阻抗或其它。任何弹性信息可以被估计。

一个位置处的弹性被估计。单个弹性值可以是来自周围位置的值的平均值。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。超声脉冲的发射、随时间对超声回波的接收、位移的确定、以及针对不同空间位置的估计被重复。针对不同位置的弹性的结果得到的估计用于生成弹性图像，其表示沿着一维、二维或三维的弹性。在弹性成像中使用针对不同空间位置的输出弹性。

ARFI脉冲的发射可以或可以不被重复。为了监控更大的区，响应于监控发射射束可以形成附加的接收射束。可替换地，另一ARFI脉冲被发射，并且在不同的空间位置处提供发射射束和接收射束。在6mm x 10mm监控区示例中，可以提供36个接收扫描线。在每发射射束四个接收射束下，为不同的横向间隔重复所述过程九次。对于每个接收射束位置，提供运动信息的时间剖面，其由超声数据表示。

可以针对一个深度而获取样本。可替换地，采样可以被布置以提供一个门，其覆盖感兴趣的区的整个轴向范围。在另一实施例中，针对每个接收射束、在多个深度处获得样本。分离的时间剖面被提供给每个轴向深度，以及横向位置。可以使用任何数目的深度，诸如大约针对5mm的200个样本或针对10mm的400个样本。

获得对感兴趣的区中的不同位置进行表示的超声数据。作为时间的函数来确定针对每个位置的组织运动。对于每个位置，运动信息表示不同时间处的响应，从而提供时间剖面。其它扫描、监控或技术可以用于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，所述图像是剪波速度图像。作为位置的函数的剪波速度被输出。可以使用其它弹性信息。在可替换的或附加的实施例中，弹性被输出为值（例如针对所选点的剪波速度）。弹性的图、表或图表可以被输出为图像。由于自适应的杂波滤波，任何输出弹性可以更准确，其表示弹性具有来自杂波的较小贡献。

图3示出了体模中的二十个不同的并行接收射束的随时间的位移剖面。根据如下来确定位移剖面：发射ARFI，然后通过使用针对每次二十个接收扫描线的同时形成的接收射束来随时间进行追踪。针对基波带的位移剖面包含主要是奇次谐波，以及主要是相对于其它奇次谐波的基波分量。其中减去所接收的信号的反转极性追踪脉冲用于在基波（即发射）频带下进行隔离。针对谐波的位移剖面包含主要是偶次谐波，以及主要是相对于其它偶次谐波的二次谐波。其中加上所接收的信号的反转极性追踪脉冲用于在二次谐波（即非发射的）频带下进行隔离。通过使用谐波和基波位移以及等式1来形成针对组合位移的位移剖面。体模类似于低BMI，所以基波和谐波追踪的位移近似相同。因而，组合位移信号也非常相似。

图4示出了其中位移被映射到灰度的图3的位移剖面，其提供了作为扫描线和时间的函数的位移。由于存在很少杂波，所以位移剖面和最大位移定时是类似的。

图5和图6示出了针对图3和图4的相同途径，但是代替于体模具有高BMI患者。在该患者体中，基波的位移剖面中的峰值与对于谐波相比较早地出现，尤其是对于与剪波原点（原点在扫描线0处，最远的扫描线是扫描线20）间隔开的横向或方位接收扫描线位置。来自体壁的信号（即杂波）在较远的方位位置处、在时间上较早地引起位移中的峰值。甚至是在谐波中的杂波也可使得峰值位移的时间不太精确。在组合位移中，在体壁信号之上强调肝脏内的剪波信号，其至少部分地校正峰值的定时。

图7示出了用于在声学辐射力脉动或弹性成像中的杂波减少的系统70的一个实施例。来自不同频率（例如基波和二次谐波）的信息用于自适应的杂波滤波，其通过移除由于杂波内容所引起的差。系统70实现图1的方法或其它方法。

系统70是医学诊断超声成像系统或超声扫描仪。在可替换的实施例中，系统70是个人计算机、工作站、PACS站、或者在相同位置处或通过网络被分布的用于实时或获取后成像的其它布置，因此可以不包括射束成形器12、16和换能器74。

系统70包括发射射束成形器72、换能器74、接收射束成形器76、图像处理器78、显示器80、存储器82、和滤波器84。可以提供附加的、不同的或较少的组件。例如，用户输入被提供用于对显示图的手动或辅助的选择、将被确定的组织性质的选择、感兴趣的区的选择、发射序列的选择、或另一控制。

发射射束成形器72是超声发射器、存储器、脉冲发生器、波形生成器、模拟电路、数字电路或其组合。发射射束成形器72可配置成为多个通道生成波形，其具有不同或相对的幅度、延迟和/或定相。

发射射束成形器72生成脉冲并且引起脉冲的发射，所述脉冲具有中心频率和带宽、基波频带。发射射束成形器72被配置成发射脉冲的序列。对于给定的脉冲或发射射束，发射射束成形器72生成脉冲如具有一相位。脉冲形成发射事件，以用于响应性的接收操作。在序列中，不同的发射脉冲具有不同的相位，诸如反转极性脉冲的序列（例如每隔一个脉冲具有相反或180度不同的相位）。脉冲在具有时间间隙的情况下被重复地生成，以用于每个脉冲之后的接收操作。例如，使用图2的序列。在可替换的实施例中，相同的相位用于每个脉冲。相同或不同的中心频率和/或频带可以用于不同的脉冲。

在响应于所生成的波而来自换能器74的声学波的发射时，形成一个或多个射束。对于弹性成像，相同的区被扫描多次。在多普勒成像和弹性估计中，序列可以包括在扫描相邻扫描线之前沿着相同扫描线的多个射束。ARFI发射可以由发射射束成形器72生成，作为序列的部分。通过为不同的位置重复弹性估计过程，发射射束的序列被生成以扫描二维或三维区。可以使用扇区、矢量、线性或其它扫描格式。发射射束成形器72可以生成平面波或发散的波以用于更迅速的扫描。

以相同或不同的幅度水平来形成发射射束。针对每个通道和/或孔径尺寸的放大器控制所发射的射束的幅度。与对于成像或检测组织运动相比，ARFI发射射束可具有较大的幅度。可替换地或附加地，所使用的ARFI脉冲或波形中的循环的数目典型地大于用于追踪的脉冲（例如用于ARFI的100或更多循环，以及用于追踪的1-6个循环）。

换能器74是压电或电容性膜元件的1-、1.25-、1.5-、1.75-、或2-维阵列。换能器74包括用于在声学和电学能量之间进行换能的多个元件。响应于撞击在换能器元件上的超声能量（回波）而生成接收信号。所述元件与发射和接收射束成形器12、16的通道连接。

发射射束成形器72和接收射束成形器76通过发射/接收开关或复用器而与换能器74的相同元件连接。元件被共享用于发射和接收事件二者。一个或多个元件可不被共享，诸如在其中发射和接收孔径不同（仅仅重叠或使用完全不同的元件）的情况中。

接收射束成形器76包括多个通道，其具有放大器、延迟器和/或相位旋转器、以及一个或多个求和器。每个通道与一个或多个换能器元件连接。接收射束成形器76应用相对延迟、相位和/或切趾以响应于发射而形成一个或多个接收射束。可以提供动态聚焦。接收射束成形器76可以包括用于并行接收射束成形、诸如响应于每个发射事件形成两个或更多接收射束的通道。接收射束成形器76为每个射束输出经射束求和的数据，诸如IQ值。

接收射束成形器76在发射事件序列中的间隙期间运作。通过交错信号的接收与发射追踪脉冲，响应于发射追踪射束的序列而形成接收射束的序列。在每个发射追踪脉冲之后，以及在下一个发射脉冲之前，接收射束成形器76接收来自声学回波的信号。在其期间不发生接收和发射操作的死区时间可以交错以允许混响减小。

接收射束成形器76输出经射束求和的数据，其表示给定时间的空间位置。输出如下数据：所述数据针对单个位置、沿着线的位置、针对区域的位置、或针对体积的位置。数据可以用于不同的目的。例如，与用于剪波速度估计不同的扫描被执行以用于B模式或组织数据。针对B模式或其它成像所接收的数据可以用于弹性图像的估计。与推动脉冲的焦点或所述焦点处的组织响应间隔开的位置处的剪波被监控以确定弹性。

接收射束成形器76可以包括滤波器84。分立的硬件（例如电阻器、电容器、电感器、缓冲器、复用器和/或求和器）可以被使用。可替换地，滤波器84是分立的组件或由图像处理器78实现。滤波器84可以被定位成对接收射束成形器76所输出的经射束成形的数据进行滤波，对被输入到接收射束成形器76的射频数据进行滤波，或对沿着超声处理的其它点处的其它数据进行滤波。滤波器84可以包括并行的路径，其用于将相同的接收信号或经射束成形的数据滤波成不同的频带或子带。波波器84是可编程的。

滤波器84隔离所期望的频带下的信息，和/或减小在所期望的频带之外的频率下的信息的贡献。在一个实施例中，滤波器是缓冲器、求和器、减法器和/或其组合。对于脉冲反转或其它多相位发射，来自不同接收事件的接收信号被组合以隔离特定的频率分量。对来自相反相位发射的接收信号进行求和可减少包括基波的奇次谐波，从而留下二次或其它偶次谐波下的信息。减去来自相反相位发射的接收信号可减少包括二次谐波的偶次谐波，从而留下基波下的信息。可替换地和/或附加地，滤波器84是带通滤波器或解调器，以及带通或低通滤波器。例如，基波下的接收信号通过在没有减法的情况下对接收信号进行带通或低通滤波而被形成。

滤波器84针对所接收的信号在不同的频带中输出信息。在一个实施例中，相同的接收信号用于隔离在基波频率下的以及在不是所发射的脉冲的部分的频率下（例如在二次谐波下）的信息。对于每个接收事件或接收事件的组合，应用相同的滤波。在可替换或附加的实施例中，响应于不同发射事件的接收信号被不同地滤波。

图像处理器78是B模式检测器、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、处理器群组、数据路径、其组合、或用于处理信息来用于根据经射束成形的超声样本的显示的其它现在已知或稍后开发的设备。在一个实施例中，图像处理器78包括一个或多个检测器以及分离的处理器，以用于弹性成像。图像处理器78执行图1中所示的动作40-46中的一个或多个的任何组合。

在两个或更多不同的频带中提供经射束成形的数据，和/或其具有两个或更多中心频率。针对每个带的杂波内容是不同的。在检测之前或之后，图像处理器78被配置成根据不同频带和/或中心频率中（例如来自偶次谐波和基波）的信息来检测响应于声学辐射力的组织位移。通过使用针对不同频带或中心频率分离地和/或独立地执行的相关性或其它相似性度量来检测位移。通过在一维、二维或三维空间中相对于参照数据集来在空间上偏移追踪数据集，具有最大相似性的偏移指示组织的位移。可以使用其它位移检测。可以创建位移剖面或随时间的位移。

图像处理器78被配置成估计弹性。对于追踪中所采样的每个空间位置，图像处理器78确定在该位置处的波传播的特性或组织的机械性质。例如，计算剪波速度。位移剖面中与相邻位置的相对相位和/或在感兴趣的位置处在位移剖面中的峰值的定时被标识并且与相对于剪波原点的位置的几何结构以及剪波生成的定时一起使用以计算速度。

根据来自不同频率（例如来自偶次谐波和基波频率）的位移的复合来估计弹性。来自不同频率的位移的差指示杂波的相对量，其从其它位移之一中被移除。例如，使用等式1。通过根据谐波和基波接收信号的复合位移来估计弹性，杂波可以自适应地被减少。

图像处理器78为一个或多个位置中的每一个输出弹性。由于杂波移除，弹性更加精确或准确。

图像处理器78生成显示数据，诸如图形叠覆和图像。显示数据是以任何格式，诸如在映射之前的值、经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、或其它数据。图像处理器78输出适合于显示设备20的弹性。

显示设备20是CRT、LCD、投影仪、等离子体、打印机、或其它显示器，其用于显示弹性（例如剪切速度）、图形、用户接口、二维图像或三维表示。显示设备20显示超声图像、弹性和/或其它信息。例如，显示器80输出组织响应信息，诸如弹性的一维、二维或三维表示。针对不同空间位置的弹性形成图像。也可以输出其它图像，诸如将弹性作为经颜色编码的调制而叠覆在灰度B模式图像上。

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模式图像。图像包括针对弹性的位置指示符。与为其计算了弹性值的所成像的组织相对的位置被示出。弹性被提供为该区的图像上或与其相邻的数字字母值。图像可以具有数字字母值，其具有或没有患者的空间表示。可替换地或附加地，为多个位置确定弹性，并且根据所述弹性来调制图形像素以用于在空间上表示剪切速度。

图像处理器78按照被存储在存储器82或另一存储器中的指令而运作。存储器82是计算机可读存储介质。用于实现本文中所讨论的过程、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上，所述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、硬驱动器或其它计算机可读存储介质。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。图中所图示的或本文中所描述的功能、动作或任务响应于被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，并且可以由单独地或以组合地操作的软件、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处理、多任务化、并行处理等等。在一个实施例中，指令被存储在可移除介质设备上以用于由本地或远程系统读取。在一个实施例中，指令被存储在远程位置中，以用于通过计算机网络或在电话线上传递。在还其它的实施例中，指令被存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。

虽然以上已经通过参考各种实施例而描述了本发明，但是应当理解的是，可以做出许多改变和修改而不偏离本发明的范围。因此所意图的是，前述详细描述被视为说明性的而不是限制性的，并且理解的是，是以下权利要求、包括所有等同物意图限定本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于利用超声扫描仪的弹性成像中的杂波减少，所述方法包括：

从超声扫描仪的换能器向患者的组织发射（34）声学辐射力，所述组织响应于由声学辐射力所引起的应力；

由超声扫描仪发射（36）超声脉冲的序列；

由超声扫描仪接收（38）响应于所述序列的超声脉冲的超声回波；

隔离（39）超声回波的谐波和基波分量；

确定（40）超声回波的谐波分量的第一位移与超声回波的基波分量的第二位移；

由从第一位移中减去一差来形成（41）组合位移，所述差是第一位移相距第二位移的；

根据所述组合位移来估计（44）弹性；以及

生成（42）弹性的图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中隔离（39）包括根据对来自超声脉冲中的反转脉冲的超声回波进行求和来隔离（39）谐波分量，以及根据从超声脉冲中的反转脉冲减去超声回波来隔离（39）基波分量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定（40）第一和第二位移包括确定（40）作为时间和位置的函数的位移的第一和第二位移剖面。

4.根据权利要求1所述的方法，其中形成（41）包括对所述差、第一位移、第二位移和/或其组合进行加权。

5.根据权利要求1所述的方法，此外包括重复超声脉冲的发射，随时间接收（38）超声回波，针对不同空间位置进行确定（40）、形成（41）以及估计（44），并且其中生成（42）图像包括生成（42）将弹性表示为不同空间位置的函数的图像。

6.一种用于利用超声扫描仪的弹性成像中的杂波减少的方法，所述方法包括：

根据在追踪响应于声学辐射力的组织移动中所接收的信号的谐波和其它频率分量来独立地确定（40）位移；

组合（41）来自所述谐波和其它频率分量的位移，所述组合（41）基于所接收的信号所源自的空间区来进行加权，在所述空间区中谐波或其它频率分量较强；

根据所述组合位移来估计（44）弹性；以及

生成（42）弹性的图像。

7.根据权利要求6所述的方法，其中独立地确定（40）包括将来自谐波的位移确定（40）为来自二次谐波的位移，其具有来自所接收的信号的基波分量的减少的信息；以及将来自其它频率分量的位移确定（40）为来自基波的位移，其具有来自二次谐波的减少的信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其中组合（41）包括从来自谐波频率分量的位移中减去一差，所述差是在来自所述其它频率分量的位移与来自谐波频率分量的位移之间。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述组合（41）加权包括使用在谐波和其它频率分量中来自体壁的信号与来自感兴趣的组织的信号的比例中的差。

10.一种用于弹性成像中的杂波减少的系统，所述系统包括：

发射射束成形器（72），其被配置成发射声学辐射力脉冲以及追踪脉冲，所述追踪脉冲具有反转的极性；

接收射束成形器（76），其被配置成接收与追踪脉冲交错的信号；

滤波器（84），其被配置成基于来自具有反转极性的追踪脉冲的接收信号的总和来输出偶次谐波信息，并且基于接收信号来输出基波信息；

图像处理装置（78），其被配置成根据偶次谐波和基波信息来检测响应于声学辐射力的组织位移，并且根据来自偶次谐波和基波信息的位移的复合物来生成弹性；以及

显示器（80），其被配置成显示弹性。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述发射射束成形器（72）被配置成在其中每隔一个脉冲与相邻一个脉冲呈180度异相的序列中发射追踪脉冲，并且其中所述滤波器（84）被配置成将基波信息输出为从具有反转极性的追踪脉冲中减去接收信号。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像处理装置（78）被配置成分离地检测来自偶次谐波信息与基波信息的位移。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像处理装置（78）被配置成根据所述复合物来生成弹性，其中所述复合物包括来自偶次谐波信息的位移与来自基波信息的位移的差。