KR101879848B1

KR101879848B1 - 개선된 도플러 이미징

Info

Publication number: KR101879848B1
Application number: KR1020160094559A
Authority: KR
Inventors: 폴 디. 프라이부르크; 미경 박
Original assignee: 지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-07-19
Also published as: CN106388862A; JP6305470B2; JP2017023722A; DE102016113783B4; CN110680385B; US10575825B2; DE102016113783A1; CN106388862B; US20170027546A1; KR20170013175A; CN110680385A

Abstract

스펙트럼 도플러 이미징에서 스페클을 감소시키기 위해, 속도 스케일에 대한 임의의 오버샘플링이 정해진 시간에 위치에 대한 상이한 데이터 세트들을 생성하는데 사용된다. 상이한 데이터 세트들은 적어도 부분적으로 독립적인 잡음을 갖는다. 상이한 데이터 세트들로부터 스펙트럼들이 추정되고, 그리고 결과적 스펙트럼들은 더 적은 스페클을 갖는 스펙트럼으로 결합된다. 신호-대-잡음비를 개선시키기 위해, 정해진 속도 스케일에 대해 취득되는 샘플들이 상이한 더 좁은 대역들로 대역-제한된다. 각각의 협대역에 대해 추정된 스펙트럼의 부분은 전체 대역에 대해 추정된 스펙트럼보다 더 높은 신호-대-잡음비를 갖는다. 상이한 협대역들에 대해 추정된 스펙트럼의 파트들이 서로 스티칭되어, 전체 대역에 대한 스펙트럼에 더 큰 신호-대-잡음비가 제공된다. 다른 접근법에서, 스펙트럼의 대응하는 파트에 더 큰 신호-대-잡음비가 제공되도록, 사용자는 속도 스케일에 대한 협대역을 입력할 수 있다. 유사한 접근법들이 색 또는 흐름 이미징에 사용될 수 있다.

Description

개선된 도플러 이미징{IMPROVED DOPPLER IMAGING}

[0001] 본 실시예들은 도플러(Doppler) 초음파, 예컨대, 색 흐름(예컨대, 흐름 모드(mode)) 이미징(imaging) 또는 도플러 모드(예컨대, 스펙트럼(spectral)) 이미징에 관한 것이다. 복수의 펄스(pulse)들(예컨대, 간헐파(PW:pulsed wave)) 또는 지속파(CW:continuous wave)를 하나 또는 그 초과의 위치들에서 송신함으로써, 수신된 에코(echo) 신호들에 대한 응답으로, 도플러 응답이 생성된다. 스펙트럼 도플러의 경우, 단일 공간 구역에 대한 대상의 모션(motion) 또는 흐름의 주파수 스펙트럼이 추정되고, 시간의 함수로써 디스플레이된다(displayed). 스펙트럼 도플러 초음파 이미징은, 스펙트럼들(spectra)의 이미지(image)를 게이트(gate) 위치에 대한 시간(수평 축)의 함수로써, 에너지(energy)에 의해 변조된 속도 값들(수직 축)로서 제공한다. 스펙트럼들은, 환자 내에서의 유체 흐름 또는 조직 모션을 연구하기 위해 사용될 수 있다.

[0002] 의료 초음파에서의 스펙트럼 도플러는, 전자 및 음향 잡음 그리고 신호 처리 다이내믹 레인지(dynamic range)로 인해, 감도가 제한된다. 환자들을 스캐닝(scan)하기 어렵기 때문에, 관심대상 신호, 예컨대, 심장 제트(cardiac jet)의 최대 속도 또는 깊은 동맥 또는 정맥에서의 흐름의 존재를 시각화하기에는 신호-대-잡음비가 종종 불충분하다. 다른 상황들에서, 스페클(speckle) 잡음은 도플러 스트립(strip)에서의 이미지 품질을 저하시킨다.

[0003] 더 나은 품질의 전자 컴포넌트(component)들 및 변환기들을 사용하는 것 이외에, 이미지 처리를 사용하여 잡음이 감소될 수 있다. 예컨대, 스페클 잡음이 도플러 스트립에 위치되고, 그리고 감소된다. 다른 예로서, 잡음과 실제 신호 사이의 에지(edge)들이 도플러 스트립에서 발견되고, 그리고 향상된다. 이들 프로세스(process)들은 후처리 비-선형 필터(filter)들을 사용하지만, 충분히 신호-대-잡음비를 증가시키고 그리고/또는 스페클을 감소시키지 못할 수 있다.

[0004] 도입부로서, 하기에 설명되는 바람직한 실시예들은 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법들, 시스템(system)들, 컴퓨터 판독가능 미디어(computer readable media), 및 명령들을 포함한다. 스페클을 감소시키기 위해, 속도 스케일(scale)에 대한 임의의 오버샘플링(oversampling)이, 정해진 시간에 위치에 대한 상이한 데이터 세트(data set)들을 생성하는데 사용된다. 상이한 데이터 세트들은 적어도 부분적으로 독립적인 잡음을 갖는다. 상이한 데이터 세트들로부터 스펙트럼들이 추정되고, 그리고 결과적 스펙트럼들은 더 적은 스페클을 갖는 스펙트럼으로 결합된다. 신호-대-잡음비를 개선시키기 위해, 정해진 속도 스케일에 대해 취득된 샘플(sample)들은 상이한 더 좁은 대역들로 대역-제한된다. 각각의 협대역에 대해 추정된 스펙트럼의 부분은 전체 대역에 대해 추정된 스펙트럼보다 더 높은 신호-대-잡음비를 갖는다. 상이한 협대역들에 대해 추정된 스펙트럼의 파트(part)들이 서로 스티칭되어(stitched), 전체 대역에 대한 스펙트럼에 더 큰 신호-대-잡음비가 제공된다. 다른 접근법에서, 스펙트럼의 대응하는 파트에 더 큰 신호-대-잡음비가 제공되도록, 사용자는 속도 스케일에 대한 협대역을 입력할 수 있다. 유사한 접근법들이 색 또는 흐름 이미징에 사용될 수 있다.

[0005] 제 1 양상에서, 스펙트럼 도플러 이미징(spectral Doppler imaging)을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템(system)은, 레인지 게이트(range gate) 위치를 표현하는 샘플들을 취득한다. 샘플들은, 스펙트럼 도플러 이미징을 위해 셋팅된(set) 속도 스케일(scale)에 대해 오버샘플링된다(oversampled). 샘플들의 각각의 그룹(group)이 속도 스케일에 대한 나이퀴스트(Nyquist) 기준을 충족시키게, 샘플들은 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리된다. 도플러 추정기는, 둘 또는 그 초과의 그룹들의 샘플들로부터 각각 도플러 게이트 위치에 대한 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들(spectra)을 추정한다. 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들에 대한 정보는 결합 스펙트럼(spectrum)으로 결합된다. 결합 스펙트럼의 함수로써 스펙트럼 도플러 스트립(strip)이 디스플레이(display)된다.

[0006] 제 2 양상에서, 도플러 이미징을 위한 방법이 제공된다. 초음파 시스템은, 환자의 위치를 표현하는 샘플들을 취득한다. 샘플들은 적어도, 도플러 이미징을 위해 셋팅된 속도 스케일에 대한 나이퀴스트 기준을 충족시킨다. 도플러 추정기는, 샘플들로부터 속도 스케일 내의 주파수들의 상이한 레인지들에 대한 값들을 추정한다. 값들은 스티칭된 값으로 서로 스티칭된다. 스티칭된 값의 함수로써 도플러 이미지(image)가 생성된다.

[0007] 제 3 양상에서, 도플러 이미징을 위한 방법이 제공된다. 도플러 이미징을 위한 속도 스케일이 제 1 주파수 레인지로서 셋팅된다(set). 필터(filter)는, 제 2 주파수 레인지의 사용자 입력을 수신한다. 제 2 주파수 레인지는 제 1 주파수 레인지 미만이면서 제 1 주파수 레인지 내에 있다. 필터는, 제 2 주파수 레인지를 통과 대역으로서 이용하여, 환자의 위치에 대한 샘플들을 필터링(filtering)한다. 도플러 추정기는, 필터링된 샘플들로부터 도플러 데이터(data)를 추정한다. 추정의 출력의 함수로써 이미지가 생성된다.

[0008] 본 발명은 하기의 청구항들에 의해 정의되며, 그리고 본 섹션(section)의 아무것도 그러한 청구항들에 대한 제한으로서 취해지지 않아야 한다. 본 발명의 추가적인 양상들 및 장점들은 바람직한 실시예들과 함께 하기에 논의된다.

[0009] 컴포넌트들 및 도면들이 반드시 축척에 맞는 것은 아니며, 대신에, 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 게다가, 도면들에서, 동일한 참조 부호들은 상이한 도면들을 통틀어 대응하는 파트들을 표기한다.
[0010] 도 1은 감소된 스페클을 갖는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름 차트 다이어그램(chart diagram)이다;
[0011] 도 2a 및 도 2b는 스페클 감소를 갖지 않는 예시적 스펙트럼 스트립, 및 스페클 감소를 갖는 예시적 스펙트럼 스트립을 도시한다;
[0012] 도 3은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름 차트 다이어그램이다;
[0013] 도 4a, 도 4c, 및 도 4e는 각각, 전체 통과 대역, 제 1 하프(half) 통과 대역, 및 제 2 하프 통과 대역에 대한 필터 스펙트럼들을 나타내고, 도 4b, 도 4d, 및 도 4f는 개개의 통과 대역들을 사용하는, 톤(tone)의 예시적 디스플레이(display)들을 나타낸다;
[0014] 도 5a 및 도 5b는 각각, 신호-대-잡음비 증가를 갖지 않는 톤에 대한 스펙트럼 도플러 이미지, 및 신호-대-잡음비 증가를 갖는 톤에 대한 스펙트럼 도플러 이미지를 나타낸다;
[0015] 도 6은 도 5a 및 도 5b에 대응하는 주파수의 함수로써 신호 및 잡음을 도시한다;
[0016] 도 7은 신호-대-잡음 증가를 위해, 사용자 선택 주파수 대역 또는 주파수 레인지를 이용하는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법의 일 실시예의 흐름 차트 다이어그램이다;
[0017] 도 8a 및 도 8b는 선택된 주파수 레인지 또는 대역에 대해, 신호-대-잡음 증가를 갖지 않는 예시적 스펙트럼 이미지 및 신호-대-잡음 증가를 갖는 예시적 스펙트럼 이미지를 도시한다; 그리고
[0018] 도 9는 도플러 이미징을 위한 시스템의 일 실시예의 블록도(block diagram)이다.

[0019] 도플러 이미징, 예컨대, 스펙트럼 도플러 이미징 또는 색 이미징의 경우, 이미지 품질이 개선될 수 있다. 신호-대-잡음 개선을 위해, 대역 폭은, 도플러 신호 처리에서 일반적으로 수행되는 것 이상으로 감소된다. 사용자 또는 시스템 요청 주파수들보다 더 좁게 하기 위한 대역-제한은 신호-대-잡음비를 개선시킨다. 대역을 좁게 하는 것(narrowing)은 일부 관심대상 신호들을 제거할 수 있기 때문에, 전체 스펙트럼을 커버(cover)하기 위해, 미가공 데이터는 상이한 협대역들에서 다수 회 재처리(예컨대, 스펙트럼 또는 속도 추정)된다. 스펙트럼 데이터의 다수의 협대역들은 별개로 처리되고, 그리고 서로 스티칭되어, 도플러 디스플레이가 형성된다. 다른 접근법에서, 사용자 또는 알고리즘(algorithm)은, 신호-대-잡음비를 개선시키기 위해, 재처리하기 위한 주파수들의 더 좁은 서브세트(subset)를 선택한다.

[0020] 이미징에서의 스페클 감소를 위해, 샘플링(sampling)에서 과잉 대역폭이 사용된다. 오버샘플링된 도플러 신호에 대해, 데이터를 다수의 그룹들로 데시메이팅(decimating)하고, 각각의 그룹을 독립적으로 처리하고, 그리고 이후, 다수의 결과들을 하나의 도플러 디스플레이로 결합시키는 것은 스페클을 감소시킨다.

[0021] 사용자 선택된 더 좁은 대역, 상이한 협대역들로부터의 스펙트럼들을 서로 스티칭시키는 것, 또는 스페클을 감소시키기 위해 오버샘플링을 사용하는 것의 임의의 결합이 사용될 수 있다. 이들 기술들 중 임의의 기술 또는 둘 또는 그 초과의 기술들의 결합이 간헐파(PW) 도플러, 지속파(CW) 도플러, PW 도플러 조직 이미징(DTI;Doppler tissue imaging), 및/또는 색 흐름 모드들에서 사용될 수 있다.

[0022] 도 1은 스페클 감소를 갖는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법을 도시한다. 주파수 컴파운딩(compounding)이 제공된다. 오버샘플링을 사용함으로써, 흐름 또는 모션을 표현하는, 동일한 레인지 게이트에 대한 상이한 스펙트럼들이 동시에 추정된다. 샘플들은 적어도 부분적으로 독립적인 잡음을 갖는 둘 또는 그 초과의 그룹들로 나누어진다. 상이한 그룹들로부터 추정된 스펙트럼들로부터의 정보를 결합시킴으로써, 스페클이 감소될 수 있다.

[0023] 방법은 간헐파(PW) 또는 지속파(CW) 스펙트럼 도플러에 대해 구현된다. "도플러"는 일반적으로 스펙트럼 처리를 표현하기 위해 사용되지만, 색 또는 흐름 모드들에 사용될 수 있다. 상이한 시간들로부터의 초음파 샘플들을 사용하는 다른 스펙트럼 프로세스들이 사용될 수 있다. PW에서는, 에코 수신과 인터리빙되는(interleaved) 펄스 파(pulse wave)(예컨대, 1-50개의 사이클(cycle)들) 송신들을 사용하여, 게이트 위치가 샘플링된다. PW는 이미징의 다른 모드들, 예컨대, B-모드 또는 흐름-모드와 인터리빙될 수 있다. CW에서는, 지속파(예컨대, 수백 또는 수천 개의 사이클들)가 게이트 위치에 송신되고, 그리고 송신하는 동안에, 에코들이 수신된다.

[0024] 스펙트럼 도플러 이미징을 위해, 샘플 게이트 또는 스펙트럼 도플러 게이트가 포지셔닝된다(positioned). 예컨대, B-모드 및/또는 흐름-모드 스캔(scan)이 수행된다. 사용자는 결과적 이미지 상에 게이트 위치를 표시한다. 다른 예들에서, 게이트는 자동으로 포지셔닝되는데, 예컨대, 흐름-모드 데이터로부터 결정된 최대 도플러 속도 또는 에너지의 위치에 포지셔닝된다.

[0025] 다른 실시예들에서, 방법은 색 또는 흐름 모드 이미징을 위한 것이다. 각각의 그룹으로부터 스펙트럼들을 추정함으로써 처리하는 것이 아니라, 도플러 속도들(예컨대, 평균 속도들)을 추정하기 위해 상이한 그룹들이 사용된다. 샘플들의 상이한 그룹들로부터의 결과적 속도들이 결합되고, 이는 일 구역의 흐름 또는 색 모드 이미징에 대한 감소된 스페클을 야기한다.

[0026] 방법은 도 9의 시스템(10) 또는 상이한 시스템에 의해 구현된다. 초음파 시스템, 예컨대, 빔포머(beamformer) 및 변환기는 샘플들을 취득한다. 프로세서(processor), 예컨대, 도플러 추정기는, 샘플들을 분리시키고, 스펙트럼들을 추정하고, 그리고 스펙트럼들로부터의 정보를 결합시킨다. 초음파 시스템은, 결합에 기초하여, 감소된 스펙트럼들을 갖는 이미지를 디스플레이한다. 프로세서는 동작들을 제어한다. 하나 또는 그 초과의 동작들이 사용자와의 상호작용을 통해 수행될 수 있다. 다른 동작들 또는 동작들 전부는, 초기 활성화 또는 게이트 위치 결정 이외의 사용자 입력 없이, 프로세서에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

[0027] 동작들은 도시된 순서로 수행되지만, 다른 순서들이 가능하다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 수의 동작들이 제공될 수 있다. 예컨대, 동작(38)은 수행되지 않는다. 또 다른 예에서, 필터링, 처리, 시간에 따른 최대 속도 결정, 또는 다른 도플러 기능들을 위한 동작들이 제공된다.

[0028] 동작(30)에서, 초음파 시스템은 레인지 게이트 위치를 표현하는 샘플들을 취득한다. 샘플들은 빔포밍된(beamformed) 샘플들이지만, 다른 미가공 데이터(예컨대, 채널(channel) 데이터)일 수 있다. 대안적 실시예들에서, 샘플들은, 메모리(memory)로부터의 로딩(loading) 또는 다른 디바이스(device)로부터의 전송에 의해 취득된다.

[0029] 스캐닝(scanning)에 의한 취득을 위해, 변환기는 음향 에너지의 복수의 빔(beam)들을 송신한다. 각각의 송신의 음향 또는 초음파 에너지는 게이트 위치로 또는 게이트 위치 근처로 포커싱된다(focused). 송신들의 시퀀스(sequence)가 수행된다. 반복은, 스펙트럼 또는 다른 도플러 분석을 수행하기 위한 충분한 샘플들의 수신을 허용한다. 도플러 게이트로부터의 응답의 스펙트럼이 추정될 수 있도록, 임의의 수, 예컨대, 3-512개의 송신 빔들이 송신된다.

[0030] 부가적인 송신들을 수행함으로써, 스펙트럼들을 다른 시간들에 추정하기 위한 부가적인 정보가 획득된다. 예컨대, 각각의 스펙트럼을 생성하기 위해 수신 응답들의 이동 윈도우(window)가 사용되는 경우, 정해진 빔에 대한 정해진 응답이 상이한 스펙트럼들에 사용될 수 있다.

[0031] 스페클 감소를 위해, 샘플들은 스펙트럼 도플러 이미징을 위해 셋팅된 속도 스케일에 대해 오버샘플링된다. 초음파 시스템은 이미징을 위해 속도 스케일을 사용한다. 속도 스케일은, 스펙트럼들 또는 속도가 추정 및 디스플레이되는 주파수들의 레인지를 정의한다. 속도 스케일은, 흐름 또는 모션의 속도의 추정시 앨리어싱(aliasing)을 회피하도록 선택되거나 또는 셋팅된다. 속도 스케일은 사용자, 디폴트(default) 또는 시스템의 미리결정된 값에 의해 선택되고, 그리고/또는 초음파 시스템에 의해 적응식으로 결정된다.

[0032] 속도 스케일에 기초하여, 송신들은 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency)로 수행되어, 게이트 위치에서의 모션 또는 흐름 신호를 오버샘플링한다. 임의의 양의 오버샘플링, 예컨대, 정수량(예컨대, 속도 스케일에 대한 나이퀴스트 레이트(rate)의 M배)의 오버샘플링이 사용될 수 있다. 비-정수량들의 오버샘플링이 사용될 수 있다.

[0033] 송신들에 대한 응답으로, 변환기는 음향 에코들을 수신한다. 수신 빔포머는, 게이트 위치에 대한 수신 신호들을 취득하기 위해 에코들을 샘플링한다. 게이트 위치를 표현하는 데이터를 코히어런트하게(coherently) 결합시키기 위해 수신 신호들을 포커싱함으로써, 수신 빔들이 형성된다. 게이트 위치를 표현하는 이러한 결합된 데이터는 빔포밍된 신호들 또는 샘플들이다.

[0034] 수신 동작은 반복적 송신들에 대한 응답으로 반복적으로 발생한다. 상이한 시간들에서 게이트 위치로부터 빔포밍된 샘플들이 수신된다. 동일한 위치에 대한 샘플들이 시간에 따라 취득된다. 도플러 분석의 경우, 동일한 위치로부터의 샘플들의 앙상블(ensemble)이 취득된다. 스펙트럼 또는 속도를 추정하기 위해 (예컨대, 매 샘플마다 또는 매 세 번째 샘플마다) 임의의 스텝 사이즈(step size)를 갖는 이동 윈도우(예컨대, 앙상블 또는 흐름 샘플 카운트(count))가 사용되도록, 샘플들은 계속 진행중인 방식으로 획득될 수 있다.

[0035] 이들 응답들(예컨대, 빔포밍된 샘플들 또는 빔포밍(beamforming)에 사용되는 채널 데이터)은 메모리, 예컨대, 주 메모리, 코너 터닝(corner turning) 메모리, 또는 CINE에 저장된다. 도플러 송신들에 대한 응답들이 저장된다. 추정에 앞서 이 미가공 도플러 데이터는 계속 진행중인 방식으로 저장되는데, 예컨대, 셋팅된 또는 더 높은 PRF에서의 레이트로 취득되는 빔포밍된 샘플들이 저장된다.

[0036] 저장은 선입 선출 또는 다른 저장 포맷(format)일 수 있다. 예컨대, 다수의 패스(pass)들 또는 추정들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 스펙트럼들 또는 속도들을 생성하기 위해 사용되는 빔포밍된 샘플들이 저장된다. 동일한 도플러 추정기를 이용하여 다수의 스펙트럼들을 추정하는데 동일한 샘플들을 사용하기 위해, 샘플들이 저장되어, 처리가 시퀀스로 제공된다. 대안적으로, 병렬 처리가 사용되고, 따라서 샘플들은 더 적은 시간 동안 저장된다. 상이한 시간들에 대해 추정하기 위해 이동 윈도우가 사용되는 경우, 정해진 샘플은 추정들에서 상이한 시간들에 대해 사용될 수 있다. 샘플들은 이러한 겹침을 고려하여 저장된다. 대안적으로, 더 많은 수의 또는 더 적은 수의 응답들이 저장된다.

[0037] 샘플들은 스펙트럼 도플러 처리를 위해 취득된다. 통상적인 스펙트럼 도플러 처리는, 고속 푸리에 변환(FFT;Fast Fourier Transform)을 샘플들에 적용하여, 정해진 시간에 대한 전력 스펙트럼을 제공하기 위한 것이다. 스펙트럼의 제곱근을 계산하고 결과들을 로그(log) 압축함으로써, 스펙트럼의 디스플레이가 생성된다. 다른 스펙트럼 도플러 처리가 사용될 수 있다.

[0038] 신호-대-잡음비를 개선시키기 위해 오버샘플링이 사용될 수 있다. FFT의 적용 이전에, 샘플들은 안티-앨리어싱 필터(anti-aliasing filter)로 필터링되고, 그리고 속도 스케일에 대한 나이퀴스트 기준을 위반하지 않는 임의의 팩터(factor)에 의해 데시메이팅된다. 추정에 앞선 필터링 및 데시메이션(decimation)은, 더 높은 신호-대-잡음비를 갖는 추정된 스펙트럼을 야기할 수 있다.

[0039] 신호-대-잡음비가 이미 수용가능한 경우에 시작하는 오버샘플링된 신호를 고려해 볼 때(예컨대, PW DTI), 여분의 오버샘플링된 대역폭은, 신호-대-잡음비를 개선시키기 위한 필터링 및 데시메이팅 대신에, 스페클 감소 또는 컴파운딩에 사용된다.

[0040] 동작(32)에서, 샘플들은 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리된다. 분리는 라벨(label)에 의해, 예컨대, 샘플들을 갖는 각각의 메모리 위치에 대한 플래그(flag)를 셋팅함으로써 이루어진다. 대안적으로, 각각의 그룹의 샘플들은 그룹들에 대한 특정 메모리 위치들에 복사된다. 다른 대안들에서, 분리는, 필요할 때, 지정된 메모리 위치들로부터의 로딩에 의해 구현된다. 다른 분리들이 사용될 수 있다.

[0041] 신호가 M배 오버샘플링되면, 스페클 감소를 위해 다운-샘플링(down-sampling)이 사용될 수 있다. 오버샘플링으로 인해, 속도 스케일의 주파수 레인지에 대한 나이퀴스트 기준을 충족시키는데 필요한 것보다 더 많은 수의 샘플들이 존재한다. 그 결과, 샘플들은 샘플들의 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리될 수 있는데, 각각의 그룹은 나이퀴스트 기준을 충족시킨다. 예컨대, M이 3이고, 따라서 세 개의 그룹들이 형성되는데, 각각의 그룹은 스펙트럼을 속도 스케일로 추정하기 위한 충분한 샘플들을 갖는다. 세 개의 그룹들이 존재하기 때문에, 동일한 시간에 대해 세 개의 스펙트럼들을 추정하기 위한 샘플들이 제공된다. 각각의 그룹은 동일한 시간에서의 게이트 위치로부터의 응답을 표현한다.

[0042] 임의의 분리 포맷이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 분리는 인터리빙된다. 예컨대, M=2일 경우, 하나 걸러마다의 샘플이 하나의 그룹에 배치된다. 나머지 샘플들은 다른 그룹에 배치된다. M=3의 경우, 샘플 1로 시작하여 매 세 번째 샘플이 하나의 그룹에 배치되고, 샘플 2로 시작하여 매 세 번째 샘플이 다른 그룹에 배치되며, 그리고 샘플 3으로 시작하여 매 세 번째 샘플이 또 다른 그룹에 배치된다. 이러한 인터리빙된 포맷은, M개 그룹들: S(1:M:N-M+1), S(2:M:N-M+2), ..., S(M:M:N)로 나누어지는 샘플@M*PRF으로서 표현될 수 있는데, N은 샘플들의 개수이다. 다른 포맷들이 사용될 수 있는데, 예컨대, 샘플들의 인터리빙 세트들(예컨대, M=3일 경우, 하나의 그룹에서, 샘플 1 및 샘플 2, 샘플 7 및 샘플 8, ...)이 사용될 수 있다.

[0043] 정해진 시간에 대해 사용될 각각의 샘플은 분리 이후 단 하나의 그룹에 있다. 다른 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 샘플들이 다수의 그룹들에 포지셔닝될 수 있다. 각각의 그룹은 고유한 콜렉션(collection)을 갖지만, 다른 그룹들과 하나 또는 그 초과의 샘플들을 공유할 수 있다.

[0044] M이 정수가 아닐 경우, 과잉 샘플들은 폐기될 수 있거나 또는 사용되지 않을 수 있다. 대안적으로, M은 반내림되지만(rounded down), 과잉 샘플들이 M개 그룹들에 배치되고, 이는 M개 그룹들 각각에서 오버샘플링을 제공한다.

[0045] 샘플들의 각각의 그룹을 고유하게 함으로써, 그룹들은 적어도 부분적으로 독립적인 잡음 샘플링을 표현한다. 정해진 시간에 대해 각각의 샘플이 단 하나의 그룹에서 사용되게 함으로써, 잡음은 각각의 그룹에 대해 독립적으로 샘플링된다. 이 독립성을 제공하기 위해, 샘플들은, 분리에 앞서 샘플들에 걸쳐 필터링되지 않는다. 시간적인 안티-앨리어싱 또는 클러터(clutter) 필터가 분리 이전에 샘플들에 적용되지 않는다. 예컨대, 신호-대-잡음 향상에서 대역 제한시키기 위한 임의의 필터링이 각각의 그룹의 샘플들에 별개로 적용된다.

[0046] 동작(34)에서, 도플러 추정기는 각각, 둘 또는 그 초과의 그룹들의 샘플들로부터 도플러 게이트 위치에 대한 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들을 추정한다. M개 그룹들로부터 M개 스펙트럼들이 추정된다. 각각의 스펙트럼은, 잡음 또는 스페클의 적어도 부분적으로 독립적인 표현을 갖는다.

[0047] 각각의 스펙트럼은 동일한 시간에 대해 주파수 또는 속도의 함수로써 에너지를 표현한다. 주파수는 속도에 대한 알려진 관계식을 갖고, 따라서 주파수 면에서의 표현식은 속도를 제공하고, 속도 면에서의 표현식은 주파수를 제공한다.

[0048] 도플러 추정기는 응답들 또는 샘플들로부터 스펙트럼들을 추정한다. 스펙트럼들은 도플러 게이트 위치에 대해 추정된다. 스펙트럼들은, 푸리에 변환, 웨이블릿(wavelet) 변환, 또는 와그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution)를 초음파 응답들의 시퀀스에 적용함으로써 추정된다. 스펙트럼들을 결정하기 위해, 임의의 변환이 적용될 수 있다.

[0049] 스펙트럼들은, 속도 스케일을 사용하여 추정된다. 유체 또는 조직으로부터의 신호는 포지티브(positive) 및 네거티브(negative) 속도들의 레인지에 걸쳐 있다. 추정에서 사용되는 레인지는 속도 스케일이다. 속도 스케일 이상의 임의의 속도들은 랩 어라운드(wrap around)되거나 또는 앨리어싱된다(aliased). 스펙트럼들은 속도 스케일에 의해 셋팅된 주파수들의 레인지에 걸쳐 주파수의 함수로써 에너지를 제공한다.

[0050] 스펙트럼들은, 도플러 게이트 위치로부터의 샘플들의 시퀀스에서의 초음파 샘플들로부터 추정된다. 각각의 스펙트럼은, 샘플들이 취득되었던 기간에 대응한다. 상이한 그룹들로부터 추정된 스펙트럼들은 동일한 시간 또는 기간을 표현한다.

[0051] 동작(36)에서, 도플러 추정기 또는 다른 프로세서는 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들에 대한 정보를 결합 스펙트럼으로 결합시킨다. 일 실시예에서, 동일한 위치를 동시에 표현하는 스펙트럼들이 합산된다. 각각의 속도 또는 주파수에 대해, 대응하는 에너지들이 가산된다. 대안적으로, 스펙트럼들은 평균되고, 이는 합산을 포함한다. 결과적 스펙트럼은 필터링될 수 있다. 스펙트럼들의 다른 결합 기능들, 예컨대, 피크(peak) 검출에 의한 결합이 사용될 수 있다.

[0052] 다른 실시예에서, 별개로 추정된 스펙트럼들은 추가로, 별개로 처리되는데, 예컨대, 제곱근이 취해지고, 로그 또는 다른 압축이 적용되고, 그리고 디스플레이 값들에 맵핑(mapping)된다. 결합은 프로세스를 따라 임의의 지점에서 발생한다. 예컨대, 정해진 시간에 대한 상이한 스펙트럼들로부터의 픽셀(pixel) 또는 디스플레이 값들이 평균된다. 게이트 위치에 대한 응답의 스펙트럼을 표현하기 위해, 각각의 스펙트럼은 픽셀들의 열에 맵핑된다(mapped). 열의 각각의 픽셀은 동일한 시간에 대한 것이지만, 상이한 속도에 대한 것이다. 픽셀 값은 스펙트럼의 에너지로부터 맵핑된다. 이 맵핑(mapping)은 그 시간을 표현하는 각각의 스펙트럼에 대해 발생하기 때문에, 각각의 픽셀에 대한 디스플레이 값들의 평균이 계산되고, 이는 스펙트럼을 맵핑된 디스플레이로서 제공한다. 프로세스의 다른 지점들에서의 다른 결합들이 사용될 수 있다.

[0053] 동작들(30, 32, 34, 및 36)은 상이한 시간들에 대해 반복된다. 스펙트럼 스트립을 생성하기 위해, 상이한 시간들 각각에 대한 스펙트럼이 결정된다. 도 2a 및 도 2b는 동일한 위치에 대한 스펙트럼들의 스펙트럼 스트립들을 시간에 따라 도시한다. 스펙트럼 스트립에서의 정해진 시간에 대한 스펙트럼은, 수평 축 상의 속도, 및 세기를 변조하는 에너지와 맵핑된다. 다른 맵핑이 사용될 수 있다.

[0054] 동작들을 반복함으로써, 상이한 시간들에 대한 스펙트럼들이 취득된다. 추가적인 샘플들이 취득될 때, 추가적인 샘플들은 그룹들에 가산되고, 오래된(old) 샘플들은 제거된다. 각각의 그룹에 대한 스펙트럼들의 시퀀스는 상이한 시간들에서의 도플러 게이트 위치를 표현한다. 취득의 상이한 기간들 또는 앙상블들에 대응하는 다른 기간들 또는 상이한 시간들에 대해 다른 스펙트럼들이 추정될 수 있다. 기간들은, 예컨대, 앙상블 기간 미만의 스텝 사이즈를 갖는 이동 윈도우를 사용할 때 겹칠 수 있거나, 또는 고유할 수 있다. 상이한 기간에 대한 샘플들의 취득 및 추정은, 스펙트럼들을 시간에 따라 제공하기 위해 반복된다. 스펙트럼 스트립에 대해, 프로세스 및 대응하는 반복은 계속 진행중이거나, 또는 다수 회 발생한다.

[0055] 스펙트럼 스트립의 각각의 스펙트럼은 다수의 스펙트럼들로부터 형성된다. 각각의 시간에 대해 하나보다 많은 스펙트럼을 추정하기 위해 오버샘플링이 사용되고, 이는 스페클을 감소시킬 수 있는 결합을 허용한다.

[0056] 동작(38)에서, 프로세서 또는 도플러 추정기는 디스플레이 상에 이미지를 생성한다. 이미지는 예컨대, 도 2a 및 도 2b에 도시된 스펙트럼들의 함수이다. 스펙트럼 스트립을 생성하기 위해, 스펙트럼 또는 일련의 스펙트럼들이 사용될 수 있다. 스펙트럼 스트립은 도플러 게이트에 대해 디스플레이된다. 시간 및/또는 주파수 차원(dimension)들에 따라 또는 에너지에 걸쳐 스펙트럼들을 평탄화시키기 위해, 필터링이 적용될 수 있다. 스펙트럼 스트립은, 시간의 함수로써 에너지에 의해 변조된 주파수를 나타낸다. 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 스펙트럼 스트립 맵핑, 예컨대, 에너지를 표현하는 세기에 대한 그레이 스케일(gray scale) 맵핑이 사용될 수 있다. 에너지들은 픽셀들을 변조시킨다. 그레이 스케일 또는 색은 에너지 값들로부터 맵핑된다. 디스플레이된 이미지는 단일 스펙트럼 또는 다수의 스펙트럼들의 함수일 수 있다.

[0057] 일 실시예에서, 스펙트럼 스트립은 공간 이미지, 예컨대, 일차원 M-모드, 이차원 B-모드, 이차원 F-모드(흐름 모드), 또는 이들의 결합 이미지로 디스플레이된다. 게이트의 위치는 이미지에서 그래픽으로(graphically) 표시될 수 있는데, 예컨대, 시야의 관심대상 구역에서 원으로 표현된다. 예컨대, 텍스트(text), 색, 심볼(symbol), 또는 다른 표시자가 스펙트럼 스트립에 대응하는 레인지 게이트에 대한 위치를 나타낸다. 대안적으로, 스펙트럼 스트립은, 다른 모드로부터의 이미징 없이, 디스플레이된다.

[0058] 이미지의 스펙트럼 스트립은 속도 스케일에 대해 추정되는 하나 또는 그 초과의 스펙트럼들을 포함한다. 속도 스케일은 스펙트럼 스트립 상에서 수직 레인지를 정의한다. 부가적인 샘플들이 취득될 때, 상이한 시간들에 대한 결과적 스펙트럼들이 스펙트럼 스트립에 가산되는데, 예컨대, 스펙트럼들이 스트립의 우측에 가산되고, 나머지 스펙트럼들이 좌측으로 하나의 시간 단계만큼 시프팅(shifting)되고, 그리고 맨 좌측 스펙트럼 스트립이 제거된다. 각각의 가산되는 스펙트럼은, 상이한 그룹들로부터의 스펙트럼들에 대한 정보의 결합으로부터 나온다. 스펙트럼 스트립의 다른 업데이트(update) 또는 스크롤링(scrolling)이 사용될 수 있다.

[0059] 각각의 시간에 대한 다수의 스펙트럼들로부터의 정보를 결합시킴으로써, 스펙트럼 스트립에서의 스페클의 양이 감소될 수 있다. 적어도 부분적인 독립적 잡음을 고려해 볼 때, 스페클을 비롯한 잡음은 변화(variation)가 소거되거나 또는 감소될 수 있다 . 도 2a는 신장 위치에 있는 레인지 게이트 위치에 대한 스펙트럼 스트립을 도시한다. 스펙트럼 스트립은, 샘플들을 분리시키지 않고, 따라서 스페클 감소 없이, 생성된다. 도 2b는 도 2a와 동일한 샘플들로부터 생성된 스펙트럼 스트립을 도시하지만, 샘플들이 분리(여기서, M=4)되어 있다. 네 개의 그룹들로부터 각각의 시간에 대한 스펙트럼들을 결합시킴으로써, 스펙트럼 스트립에서의 스페클의 양이 감소된다.

[0060] 도 1에 대해 위에서 논의된 실시예는 스펙트럼 도플러 모드의 이미징이다. 다른 실시예들에서, 동작들은 도플러 흐름 또는 색 모드에 대해 수행될 수 있다. 정해진 기간 또는 시간에 일차원, 이차원, 또는 삼차원 구역에서의 각각의 위치에 대한 속도(예컨대, 평균 도플러 속도)를 추정하기 위해, 흐름 샘플 카운트(즉, 샘플들의 세트)가 취득된다. 오버샘플링함으로써, 정해진 위치에 대한 속도의 상이한 추정들이 수행될 수 있다. 상이한 추정들로부터의 정보는 예컨대 평균함으로써 결합된다. 결과적 색 또는 흐름 모드 이미지는 더 적은 스페클을 가질 수 있다.

[0061] 다른 실시예들에서, 스페클 감소 및 신호-대-잡음비 증가 둘 다를 위해 오버샘플링이 사용된다. 오버샘플링으로 인해 이용가능한 여분의 대역폭의 일부는, 스펙트럼들의 추정을 위해 그리고 스페클 감소의 결과적 정보를 결합시키기 위해, 별개의 그룹들을 형성하는데 사용된다. 각각의 그룹의 샘플들은 오버샘플링된 샘플들로서 할당되고, 이는 스펙트럼들을 추정하기 위해 푸리에 변환을 적용하기에 앞서 데시메이션(decimation)을 허용한다. 결과적 스펙트럼들은 더 큰 신호-대-잡음비를 갖는다. 이전 그룹-기반 안티-앨리어싱 필터를 이용한 다운-샘플링은 분리된 그룹들에 대한 스펙트럼들에서 신호-대-잡음비를 증가시킬 수 있다.

[0062] 다른 실시예들에서, 스페클 감소 및 신호-대-잡음비 증가 둘 다를 사용하여, 도 3의 방법이 사용된다. 각각의 그룹에 대해, 속도 스케일의 주파수 레인지의 상이한 파트들에 대해 별개로 추정하기 위해, 샘플들은 반복적으로 사용된다. 각각의 그룹 내의 부분적 스펙트럼이 서로 스티칭되어, 그룹에 대한 스펙트럼이 형성된다. 이들 그룹-특정 스펙트럼들은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는다. 상이한 그룹들로부터의 스펙트럼들을 결합시킴으로써, 스페클은 감소될 수 있다.

[0063] 대안적 실시예들에서, 샘플들의 전부가, 스페클 감소 및 신호-대-잡음비 증가 둘 다를 위해 사용된다. 동일한 샘플들이 두 번 처리되는데, 신호-대-잡음비를 증가시키기 위해 한 번, 그리고 스페클 감소를 위해 한 번 처리된다. 각각의 반복으로부터 도출되는 스펙트럼 스트립들이 결합되는데, 예컨대, 평균되거나 또는 가중 평균된다.

[0064] 도 3은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법을 도시한다. 속도 스케일의 상이한 레인지들에 대해 동일한 샘플들을 대역-제한시킴으로써, 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 부분적 스펙트럼들이 생성된다. 부분적 스펙트럼들이 서로 스티칭되어, 전체 속도 스케일에 대해 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 스펙트럼이 형성된다.

[0065] 다른 실시예들에서, 방법은 색 또는 흐름 모드 이미징을 위한 것이다. 속도 스케일로 상이한 하위-대역들에 대한 스펙트럼들을 추정함으로써 처리하는 것이 아니라, 각각의 하위-대역에 대해 도플러 속도(예컨대, 평균 속도)가 추정된다. 상이한 하위-대역들로부터의 결과적 속도들은 평균된다.

[0066] 방법은 도 9의 시스템(10) 또는 상이한 시스템에 의해 구현된다. 초음파 시스템, 예컨대, 빔포머 및 변환기는 샘플들을 취득한다. 필터, 예컨대, 클러터 또는 안티-앨리어싱 필터는 샘플들을 대역-제한시킨다. 도플러 추정기 또는 프로세서가 스펙트럼들(예컨대, 부분적 스펙트럼)을 추정하고 이 스펙트럼들을 스티칭하여, 정해진 시간 또는 기간에 레인지 게이트에 대한 일 스펙트럼이 형성된다. 초음파 시스템은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 이미지를 디스플레이한다. 프로세서는 동작들을 제어한다. 하나 또는 그 초과의 동작들은 사용자와의 상호작용을 통해 수행될 수 있다. 다른 동작들 또는 동작들 전부는, 초기 활성화 또는 게이트 위치 결정 이외의 사용자 입력 없이, 프로세서에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

[0067] 동작들은 도시된 순서로 수행되지만, 다른 순서들이 가능하다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 수의 동작들이 제공될 수 있다. 예컨대, 동작(48)은 수행되지 않는다. 또 다른 예에서, 스페클 감소, 처리, 시간에 따른 최대 속도 결정, 또는 다른 도플러 기능들을 위한 동작들이 제공된다.

[0068] 동작(40)에서, 초음파 시스템(예컨대, 빔포머들 및 변환기)은 환자의 위치를 표현하는 샘플들을 취득한다. 샘플들은 적어도, 도플러 이미징을 위해 셋팅된 속도 스케일에 대한 나이퀴스트 기준을 충족시킨다. 취득은 도 1의 동작(30)에 대해 위에서 논의된 것과 동일하거나 또는 상이하다. 스페클 감소와 달리, 오버샘플링은 사용되지 않는다. 대안적 실시예에서, 속도 스케일에 대한 오버샘플링이 사용된다.

[0069] 시스템이 샘플들에 액세스(access)하면, 시스템은,

에 의해 표현되는 신호-대-잡음비(SNR;signal-to-noise ratio)를 개선시키기 위해 대역폭을 감소시킬 수 있다. 대역폭의 감소는 신호-대-잡음비를 증가시킨다. 속도 스케일 이상으로 스펙트럼을 좁게 하는 것에 대한 문제점은, 좁게 하는 것이 관심대상 신호들을 컷오프(cut off)시킬 수 있다는 점이다. 오버샘플링하고, 그리고 속도 스케일과 동일하거나 또는 그보다 더 넓게, 좁게 하는 것이 아니라, 좁게 하는 것은, 속도 스케일 미만이지만 통틀어 속도 스케일을 표현하는 상이한 레인지들에 대해 이루어질 수 있다. 샘플들은 둘 또는 그 초과의 세트들에서 속도 스케일 미만으로 대역-제한되고, 따라서 좁게 하는 것은 속도 스케일 미만의 레인지들에 대해 이루어질 수 있다.

[0070] 동작(42)에서, 샘플들은 상이한 세트들에서 필터링된다. 동일한 샘플들이 2회 또는 그 초과의 횟수로 필터링되는데, 예컨대, 동일한 시작 샘플들이 상이한 협대역들로 필터링된다. 일 실시예에서, 샘플들은, 신호를 주파수들의 속도 스케일 레인지의 ½(예컨대, 포지티브 주파수들)로 격리시키도록 필터링되고, 그리고 샘플들은 또한, 신호를 주파수들의 속도 스케일 레인지의 다른 ½(예컨대, 네거티브 주파수들)로 격리시키도록 필터링된다. 도 4a, 도 4c, 및 도 4e는 일 예를 도시한다. 도 4a는 전체 속도 스케일에 대해, 샘플들을 통과 대역으로 필터링하는 것에 대한 필터 응답을 도시한다. 본 예에 대한 속도 스케일의 대역폭은 12.5 ㎑이지만, 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 도 4c 및 도 4e는 샘플들을 속도 스케일의 네거티브 하프 및 포지티브 하프(즉, -π/2 내지 0, 그리고 0 내지 π/2) 통과 대역들로 필터링하는 것에 대한 필터 응답을 도시한다. 베이스라인(baseline)은, 레인지에서의 중심 주파수가 0이 되도록 시프팅된다(shifted). 이들 예들에 대한 대역폭은 12.5 ㎑의 ½이다.

[0071] 속도 스케일의 임의의 분할, 예컨대, 3분할, 또는 4분할이 사용될 수 있다. 샘플들은, 전체 속도 스케일을 커버하기 위해 시프팅되는 대역-패스(band-pass)들을 이용하여 다수 회 처리된다. 나누기는 동일한 사이즈의 하위-대역 주파수 레인지들을 제공한다. 대안적으로, 레인지들의 사이즈는 변하거나 또는 상이할 수 있는데, 예컨대, -π/2 내지 -π/4, -π/4 내지 π/4, 그리고 π/4 내지 π/2일 수 있다.

[0072] 하위-대역들은 겹칠 수 있다. 예컨대, 도 4c 및 도 4e의 예들은 0 ㎐ 주위에서 일부 겹침을 도시한다. 이러한 겹침은 비-이상적인 필터링에 기인한다. 필터는 유한 임펄스(impulse) 응답에서 임의의 수의 탭(tap)들, 예컨대, 128개 또는 256개 탭들을 사용한다. 0 ㎐의 컷-오프(cut-off) 주파수에서의 강하는 강력할 수 있지만, 여전히 겹침을 야기한다. 겹침은 설계에 의한 것일 수 있다. 대안적으로, 상이한 레인지들은 배타적이다.

[0073] 동작(44)에서, 도플러 프로세서는 협대역들 각각에 대한 스펙트럼들을 추정한다. 각각의 대역의 필터링된 샘플들은, 스펙트럼을 추정하기 위해 별개로 사용된다. 도출되는 스펙트럼이 단지 속도 스케일의 일부에 대한 것이기 때문에, 스펙트럼은 속도 스케일에 대한 부분적 스펙트럼이다. 상이한 하위-대역들에 대한 필터링은 데이터의 상이한 세트들을 제공한다. 세트들 각각에 대해 부분적 스펙트럼이 추정된다. 속도 스케일 내의 주파수들의 상이한 레인지들에 대한 값들이 대역-제한된 샘플들로부터 추정된다. 스펙트럼 추정은 주파수들의 상이한 레인지들 각각에 대해 수행된다.

[0074] 색 흐름의 경우, 추정은 평균 속도를 갖는다. 상이한 레인지들에서의 필터링으로부터 출력된 샘플들은 스펙트럼 추정이 아니라 평균 속도 추정에 의해 처리된다. 필터링을 위해 동일한 샘플들이 사용되기 때문에, 추정은 샘플들의 재처리이지만, 주파수들의 상이한 레인지들에서의 재처리이다. 순차 또는 병렬 처리가 사용될 수 있다.

[0075] 동일한 샘플들을 상이한 감소된 대역폭들로 다수 회 재처리함으로써, 여전히 전체 속도 스케일에 걸쳐 정보를 제공하면서, 신호-대-잡음비를 증가시키기 위해, 동일한 데이터가 사용될 수 있다. 스펙트럼 도플러 실시예들에서, 부분적 스펙트럼들은 정해진 시간에 대한 스펙트럼의 배타적이거나 또는 겹치는 파트들을 표현한다.

[0076] 도 4b, 도 4d, 및 도 4f는 각각, 도 4a, 도 4c, 및 도 4e의 필터들을 적용한 이후 대역-제한된 샘플들에 대해 수행된 추정으로부터의 스펙트럼 스트립들을 도시한다. 입력 신호는 12.5 ㎑에서 샘플링된, 가산된 백색 잡음을 갖는 5.2 ㎑에서의 톤이다. 256개 샘플들이 정해진 기간 또는 시간에 대해 사용되고, 추정은 256개 지점 FFT를 이용하여 이루어진다. 주파수들의 레인지는 0-12.5 ㎑가 되도록 시프팅되고, 따라서 정규화된 베이스라인은 6.25 ㎑에 있다. 그 결과, 도 4b는, 베이스 라인 근처이지만 베이스 라인에 네거티브인 백색 라인(line)으로서 톤을 나타낸다. 대역폭의 네거티브 하프로 대역 제한시키는 도 4d는, 베이스라인 근처이거나 또는 더 낮은 부분에서의 톤을 나타낸다. 대역폭의 포지티브 하프로 대역 제한시키는 도 4e는 톤을 나타내지 않는다. 대역-제한된 스펙트럼들은 단지, 총 속도 스케일의 상이한 파트들을 표현한다.

[0077] 동작(46)에서, 추정으로부터의 값들이 서로 스티칭된다. 스펙트럼 도플러의 경우, 값들은 부분적 스펙트럼들이다. 도 4c 및 도 4e의 예에서, 부분적 스펙트럼들은 스펙트럼의 (베이스라인에 대한) 포지티브 및 네거티브 파트들이다. 부분적 스펙트럼이 연결되거나 또는 링크되어(linked), 전체 스펙트럼이 형성된다. 결과적 스펙트럼은 주파수의 함수로써 에너지에 대해 로우 패스(low pass) 필터링될 수 있다. 임의의 겹침에 대해, 각각의 겹쳐진 주파수에 대한 에너지들이 평균된다. 상이한 좁은 레인지들에 대해 추정된 스펙트럼들은 속도 스케일에 걸쳐 스티칭된 스펙트럼으로 서로 링크되고, 이는 전체 속도 스케일에 대한 스티칭된 값을 제공한다. 이러한 스티칭된 전체는 관심대상 주파수들 전부를 표현하는데, 예컨대, 속도 스케일의 주파수들이지만 대역 제한으로 인해 개선된 신호-대-잡음비를 갖는 주파수들을 표현한다.

[0078] 색 또는 흐름 도플러의 경우, 스티칭은 평균 또는 합산에 의해 이루어진다. 상이한 협대역들에서 추정된 속도들이 서로 스티칭되어, 위치에 대한 스티칭된 값이 제공된다. 스티칭에 의해, 스티칭된 값은 전체 속도 스케일에 걸쳐 신호에 응답적이다.

[0079] 동작(48)에서, 도플러 이미지가 생성된다. 스펙트럼 도플러의 경우, 이미지는 도 1에 대해 위에서 논의된 바와 같이 생성된다. 스펙트럼 스트립이 생성되며, 정해진 시간에 대한 스펙트럼이 이 스펙트럼 스트립에 가산된다. 협대역 정보로부터 스펙트럼이 서로 스티칭된다.

[0080] 색 또는 흐름 이미징의 경우, 스티칭된 값은 색에 맵핑된다. 그 시간에 그 위치에 대한 결과적 색이 이미징을 위한 픽셀 값으로서 출력된다. 정해진 시간에 환자를 표현하는 색 또는 흐름 이미지를 제공하기 위해, 프로세스는 다른 위치들에 대해 반복된다. 색 또는 흐름 이미지들의 시퀀스를 제공하기 위해, 프로세스는 다른 시간들에 대해 반복된다.

[0081] 프로세스는 각각의 시간 또는 기간에 대해 반복된다. 동작(48)으로부터 동작(40)으로의 피드백(feedback)은 스펙트럼 스트립 또는 색 또는 흐름 이미지들의 시퀀스를 형성하기 위한 반복을 표현한다.

[0082] 도 5a 및 도 5b는 스펙트럼 스트립들을 나타낸다. 도 5a는, 동일한 톤 및 잡음에 대해 도 4a의 필터링을 사용하여 생성된 스펙트럼 스트립을 나타낸다. 도 5a는 도 4b와 동일하지만, 확대된다. 도 5b는, 도 4c 및 도 4e에 대한 대역-제한 및 스펙트럼들의 서로 간의 스티칭으로부터 도출되는 스펙트럼 스트립을 나타낸다. 도 5a 및 도 5b를 비교할 때, 도 5b는 눈에 띄게 개선된 신호-대-잡음비를 갖는다. 도 6은 도 5a 및 도 5b로부터의 주파수의 함수로써 에너지의 오십 개 열(즉, 오십 개 시간들 또는 기간들 또는 오십 개 스펙트럼들) 평균 트레이스(trace)들을 도시한다. 상위 트레이스는 대역-제한이 없고(도 5a), 따라서 잡음 구역들(즉, 5.2 ㎑의 밖)에서 더 큰 에너지를 갖는다. 하위 트레이스는 좌측/우측 대역-제한을 갖고(도 5b), 따라서 잡음 구역들에서 더 적은 에너지를 갖는다. 신호-대-잡음비는 개선된다.

[0083] 추가적인 실시예들에서, 신호-대-잡음비의 증가는 도 1에 대해 위에서 설명된 스페클 감소와 함께 제공된다. 샘플들은 상이한 그룹들로 분리된다. 각각의 그룹 내에서, 도 3의 신호-대-잡음 증가 프로세스가 수행된다. 상이한 그룹들로부터의 결과적 스펙트럼들은 각각의 스티칭된 스펙트럼들이다. 스티칭된 스펙트럼 추정으로부터 도출되는 정보는, 예컨대, 스티칭된 스펙트럼들을 합산하거나 또는 평균함으로써 결합된다.

[0084] 다른 접근법에서, 샘플들은, 도 1의 프로세스를 사용하여 한 번, 그리고 도 3의 프로세스를 사용하여 다른 시간에, 별개로 처리된다. 스펙트럼들로서든 또는 스펙트럼들로부터 맵핑된 픽셀 값들로서든, 결과적 스펙트럼들(예컨대, 도 1 방법으로부터의 결합 스펙트럼 및 도 3 방법으로부터의 스티칭된 스펙트럼)은 결합된다.

[0085] 도 7은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법을 도시한다. 동일한 샘플들을 전체 속도 스케일의 상이한 레인지들에 대해 대역-제한시키는 것이 아니라, 심지어 전체적으로 속도 스케일의 전부보다는 더 적은 하나 또는 그 초과의 사용자 선택 대역들에 대해 대역 제한이 수행된다.

[0086] 다른 실시예들에서, 방법은 색 또는 흐름 모드 이미징을 위한 것이다. 속도 스케일의 상이한 하위-대역들에 대한 스펙트럼들을 추정함으로써 처리하는 것이 아니라, 하나 또는 그 초과의 하위-대역들에 대해 도플러 속도들(예컨대, 평균 속도들)이 추정된다. 상이한 하위-대역들로부터의 결과적 속도들은 별개로 디스플레이되거나, 또는 예컨대 합산 또는 평균에 의해 서로 스티칭된다.

[0087] 방법은 도 9의 시스템(10) 또는 상이한 시스템에 의해 구현된다. 초음파 시스템, 예컨대, 빔포머 및 변환기는 샘플들을 취득한다. 필터, 예컨대, 클러터 필터는 샘플들을 대역-제한시킨다. 도플러 추정기 또는 프로세서가 스펙트럼들(예컨대, 부분적 스펙트럼)을 추정하고 스펙트럼들을 스티칭하여, 정해진 시간 또는 기간에 레인지 게이트에 대한 스펙트럼이 형성된다. 초음파 시스템은 증가된 신호-대-잡음비를 갖는 이미지를 디스플레이한다. 프로세서는 동작들을 제어한다. 하나 또는 그 초과의 동작들이 사용자와의 상호작용을 통해 수행될 수 있다. 다른 동작들 또는 동작들 전부는, 초기 활성화 또는 게이트 위치 결정 이외의 사용자 입력 없이, 프로세서에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

[0088] 동작들은 도시된 순서로 수행되지만, 다른 순서들이 가능하다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 수의 동작들이 제공될 수 있다. 예컨대, 동작(80)은 수행되지 않는다. 또 다른 예에서, 스페클 감소, 처리, 시간에 따른 최대 속도 결정, 또는 다른 도플러 기능들을 위한 동작들이 제공된다.

[0089] 동작(70)에서, 속도 스케일이 셋팅된다. 속도 스케일은, 앨리어싱을 회피하기 위해 사용자에 의해 셋팅된다. 다른 실시예들에서, 디폴트 또는 미리결정된 속도 스케일이 사용된다. 예컨대, 프로세서는 특정 이미징 애플리케이션(application)의 사용자 선택에 대한 응답으로 속도 스케일을 셋팅한다. 또 다른 실시예들에서, 프로세서에 의해 속도 스케일을 적응식으로 셋팅하기 위해, 샘플들이 취득 및 사용된다. 셋팅된 속도 스케일은 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 관심대상 주파수 레인지를 제공한다. 디스플레이된 도플러 정보는 속도 스케일에 대한 주파수들의 레인지에 대한 것이다.

[0090] 동작(72)에서, 속도 스케일 미만의 주파수 레인지의 사용자 입력이 수신된다. 사용자는 속도 스케일의 하위-대역을 표시하는데, 이 하위-대역은 특정 관심대상 하위-대역이다. 하위-대역은, 속도 스케일의 주파수 레인지 미만이고, 그리고 전체적으로 속도 스케일의 주파수 레인지 내에 있다. 예컨대, 사용자는 최대 속도에 관심이 있고, 따라서 속도 스케일의 하이 엔드(high end)(예컨대, π/2 내지 π/4)에서 네거티브 또는 포지티브 레인지를 선택한다. 대안적 실시예들에서, 예컨대, 샘플들이 오버샘플링되는 경우, 사용자 입력 레인지는 속도 스케일의 주파수 레인지 이상으로 연장된다.

[0091] 필터는 사용자 입력을 수신한다. 사용자 입력은 사용자 인터페이스(interface)로부터 직접 수신될 수 있다. 대안적으로, 필터는 사용자 입력에 기초하여 제어 프로세서에 의해 결정된 필터 매개변수들 또는 프로그래밍(programming)으로서 사용자 입력을 수신한다. 사용자가 레인지를 선택할 수 있거나, 또는 주파수 레인지(예컨대, 최대 트레이스 강조를 갖는 스펙트럼 도플러)의 선택에 대응하는 애플리케이션을 선택할 수 있다. 선택은 향상된 신호-대-잡음비를 위한 스펙트럼 도플러 디스플레이의 하위-섹션(section)의 선택이다. 색 또는 흐름 도플러의 경우, 선택은 레인지가 별개의 또는 인접한 이미지에서 사용되도록 하기 위한 것이다.

[0092] 동작(74)에서, 사용자에 의해 선택된 좁은 주파수 레인지 또는 레인지들을 사용하여, 신호-대-잡음비가 증가된다. 동작들(76 및 78)은 일 접근법을 표현한다. 동작(76)에서, 샘플들은 안티-앨리어싱 필터에 의해, 또는 선택된 레인지에서 대역 패스를 갖는 다른 프로그램가능(programmable) 또는 선택가능 필터에 의해 필터링된다. 상이한 레인지들에 대해 별개의 필터링이 수행되는데, 예컨대, 속도 스케일의 레인지에 대해 필터링이 수행되지 않고, 하위-대역에 대해 필터링이 수행된다. 동작(78)에서, 선택된 레인지들 각각에 대해, 도플러 추정기에 의해, 평균 속도 또는 스펙트럼이 추정된다. 시스템은, 관심대상 스펙트럼에서 "더 깨끗한(cleaner)" 신호를 얻기 위해, 감소된 대역폭을 사용하여, 디스플레이의 선택된 대역에 대한 샘플들을 재처리한다.

[0093] 부가적으로, 속도 스케일에 대한 스펙트럼이 추정될 수 있다. 속도 스케일 대역 패스로 샘플들을 필터링하기 위해, 임의의 오버샘플링이 사용될 수 있다. 속도 스케일을 사용하여, 스펙트럼 도플러 이미징을 위한 스펙트럼이 추정된다.

[0094] 동작(80)에서, 도플러 이미지, 예컨대, 스펙트럼 스트립 또는 색 흐름 이미지가 생성된다. 이미지는 사용자 선택된 협대역(예컨대, 속도 스케일의 하위-대역)에서의 추정의 출력(예컨대, 스펙트럼)으로부터 생성된다. 예컨대, 주파수 레인지가 협대역 또는 사용자 선택 대역을 갖는 경우, 스펙트럼 스트립 디스플레이가 생성된다. 대역 제한으로 인해, 결과적 스펙트럼 스트립은, 속도 스케일의 전체 주파수 레인지에 대한 스펙트럼 스트립과 비교할 때 증가된 신호-대-잡음비를 갖는다.

[0095] 협대역을 사용하는 이미지는 전체 속도 스케일에 대한 이미지와 결합될 수 있다. 예컨대, 협대역에 대응하는, 전체 속도 스케일에 걸친 스펙트럼 스트립의 부분들은 예컨대 도 8b에 도시된 협대역 추정으로부터의 스펙트럼 스트립 또는 정보로 대체된다. 전체 속도 스케일에 걸친 스펙트럼 스트립 뿐만 아니라 속도 스케일의 하위-부분에 걸친 대역 제한된 스펙트럼 스트립을 생성하기 위해, 동일한 샘플들이 사용된다. 다른 예로서, 전체 속도 스케일에 대한 스펙트럼 스트립이 협대역에 대한 스펙트럼 스트립에 인접하게 디스플레이된다. 색 또는 흐름 도플러의 경우, 전체 속도 스케일을 사용하는 추정으로부터의 이미지 및 더 좁은 대역을 사용하는 추정으로부터의 이미지가 서로 인접하게 디스플레이된다.

[0096] 대역 제한에도 불구하고 동일한 시간 스케일을 유지시키기 위해, 협대역에 대해 추정하기 위해 더 적은 수의 샘플들이 사용된다. 샘플들의 수는 다운-샘플링의 양에 따라 감소한다.

[0097] 도 8a는 256개 지점 FFT을 이용하여 전체 대역 폭(예컨대, 5 ㎑ 속도 스케일)을 갖는 CW에서 심장 제트에 대한 스펙트럼 스트립을 나타낸다. 도 8b는, 도 8a와 동일하지만 500-1800 ㎐ 대역에 대해 개선된(더 적은 백색 잡음) 신호-대-잡음비를 갖는 스펙트럼 스트립을 나타낸다. 필터링 이후 더 좁은 대역에 대해 추정된 스펙트럼들은 전체 속도 스케일에 대해 추정된 스펙트럼들의 파트들에 겹쳐지거나 또는 이 스펙트럼들의 파트들을 대체한다.

[0098] 도 9는 스펙트럼 또는 색 도플러 이미징을 위한 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 의료 진단 초음파 이미징 시스템이지만, 다른 이미징 시스템들, 예컨대, 워크스테이션(workstation)이 사용될 수 있다. 시스템(10)은 하나 또는 그 초과의 위치들에서 높은 레이트로 응답들을 취득하여, 속도를 추정하기 위해, 예컨대, 스펙트럼들 또는 평균 속도를 추정하기 위해 각각의 위치로부터의 응답을 샘플링한다.

[0099] 시스템(10)은 송신 빔포머(12), 변환기(14), 수신 빔포머(16), 도플러 프로세서(18), 디스플레이(20), 프로세서(21), 및 메모리(22)를 포함한다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 수의 컴포넌트들이 제공될 수 있는데, 예컨대, 프론트-엔드(front-end) 빔포머들(12, 16) 및 변환기(14)가 없는 시스템(10) 또는 스캔 컨버터(converter)를 갖는 시스템(10)이 제공될 수 있다. 도플러 프로세서(18) 및 프로세서(21)는 프로세서들(18, 21) 둘 다로서 동작하는 하나의 디바이스로 결합될 수 있거나, 또는 순차 또는 병렬 처리를 위한 부가적인 프로세서들이 사용될 수 있다.

[00100] 변환기(14)는 복수의 엘리먼트(element)들의 어레이(array)이다. 엘리먼트들은 압전성 또는 용량성 멤브레인(membrane) 엘리먼트들이다. 어레이는 일차원 어레이, 이차원 어레이, 1.5D 어레이, 1.25D 어레이, 1.75D 어레이, 환형 어레이, 다차원 어레이, 이들의 결합들, 또는 임의의 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 어레이로서 구성된다. 변환기 엘리먼트들은 음향 에너지와 전기 에너지 사이를 변환시킨다. 변환기(14)는 송신/수신 스위치(switch)를 통해 송신 빔포머(12) 및 수신 빔포머(16)와 연결되지만, 다른 실시예들에서, 별개의 연결들이 사용될 수 있다.

[00101] 송신 빔포머(12)는 수신 빔포머(16)와는 별개로 도시된다. 대안적으로, 송신 및 수신 빔포머들(12, 16)에는 일부 컴포넌트들이 공통으로 제공될 수 있다. 함께 또는 단독으로 동작하여, 송신 및 수신 빔포머들(12, 16)은 게이트 위치를 샘플링하고 그리고/또는 일차원, 이차원 또는 삼차원 구역을 스캐닝하기 위해 음향 에너지의 빔들을 형성한다.

[00102] 송신 빔포머(12)는 프로세서, 딜레이(delay), 필터, 파형 생성기, 메모리, 위상 로테이터(rotator), 디지털-아날로그(digital-to-analog) 컨버터, 증폭기, 이들의 결합들, 또는 임의의 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 송신 빔포머 컴포넌트들이다. 일 실시예에서, 송신 빔포머(12)는 송신 파형 엔벨로프(envelope) 샘플들을 디지털식으로(digitally) 생성한다. 필터링, 딜레이들, 위상 로테이션(phase rotation), 디지털-아날로그 변환 및 증폭을 사용하여, 원하는 송신 파형이 생성된다. 다른 실시예들에서, 송신 빔포머(12)는 스위칭 펄서(switching pulser)들 또는 송신될 파형들을 저장하는 파형 메모리들을 포함한다. 다른 송신 빔포머들(12)이 사용될 수 있다.

[00103] 송신 빔포머(12)는 변환기(14) 상의 송신 어퍼처(aperture)의 각각의 엘리먼트에 대한 송신 파형의 전기 신호들을 생성하기 위한 복수의 채널들로서 구성된다. 파형들은 하나의, 다수의, 또는 분수의 사이클들을 갖는 원하는 중심 주파수 또는 주파수 대역의 단극, 양극, 계단형, 사인(sinusoidal), 또는 다른 파형들이다. 대안적으로, 송신 빔포머(12)는 CW 이미징을 위한 지속파들을 생성한다. 파형들은, 음향 에너지를 포커싱(focusing)하기 위해 상대 딜레이 및/또는 페이징(phasing) 그리고 진폭을 갖는다. 송신 빔포머(12)는, 어퍼처(예컨대, 활성 엘리먼트들의 수), 복수의 채널들에 걸친 아포다이제이션 프로파일(apodization profile)(예컨대, 유형 또는 질량 중심), 복수의 채널들에 걸친 딜레이 프로파일, 복수의 채널들에 걸친 위상 프로파일, 중심 주파수, 주파수 대역, 파형 형상, 사이클들의 수, 코딩(coding), 또는 이들의 결합들을 변경시키기 위한 제어기를 포함한다.

[00104] 송신 빔포머(12)는 초음파 에너지의 송신 빔들의 시퀀스를 송신하도록 구성된다. 송신 빔은 변환기(14)로부터 송신 어퍼처의 일 위치에서 기원한다. 송신 빔은 스캔 라인을 따라 임의의 원하는 각도로 형성된다. 음향 에너지는 스캔 라인을 따라 일 지점에서 포커싱되지만(focused), 다수의 지점들, 라인 포커스(line focus), 무 포커스(no focus), 또는 다른 스프레드(spread)가 사용될 수 있다. 음향 에너지는 도플러 게이트 위치에 포커싱되지만, 다른 곳에 포커싱될 수 있다(예컨대, 도플러 게이트는 포커스에 있는 것이 아니라 스캔 라인을 따른다). 음향 에너지의 빔은 도플러 게이트에 또는 다른 위치들에 송신된다.

[00105] 각각의 위치에 대해, 송신 빔들의 계속 진행중인 시퀀스가 PRF로 생성된다. PRF는, 시간상 인접한 송신들 또는 송신 빔들 사이의 간격을 결정한다. PRF는, 이동 시간, 다른 이미징 모드들과의 인터리빙, 및 잔향 감소에는 필요 없는 무(no) 송신 기간을 갖도록 충분히 낮을 수 있다. 일 실시예에서, PRF는 이동 시간, 인터리빙, 및 이동 시간의 ½ 또는 그 미만의 잔향 감소가 주어진다면 가능한 한 신속하게 이루어진다. 더 높은 PRF는 오버샘플링을 제공할 가능성이 더 크다. 다른 실시예들에서, PRF는 속도 스케일 및 나이퀴스트 기준에 기초하여 셋팅된다.

[00106] 수신 빔포머(16)는 전치증폭기, 필터, 위상 로테이터, 딜레이, 합산기, 기저 대역 필터, 프로세서, 버퍼(buffer)들, 메모리, 이들의 결합들, 또는 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 수신 빔포머 컴포넌트이다. 송신 이벤트(event)에 대한 응답으로 하나 또는 그 초과의 빔들을 수신할 수 있는 아날로그 또는 디지털 수신 빔포머들이 사용될 수 있다.

[00107] 수신 빔포머(16)는 변환기(14)의 엘리먼트들에 영향을 끼치는 에코들 또는 음향 에너지를 표현하는 전기 신호들을 수신하기 위한 복수의 채널들로 구성된다. 변환기(14) 내의 수신 어퍼처의 엘리먼트들 각각으로부터의 채널은 아포다이제이션 증폭을 적용하기 위한 증폭기에 연결된다. 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter)는 증폭된 에코 신호를 디지털화(digitize)할 수 있다. 라디오(radio) 주파수 수신 데이터는 기저 대역 주파수로 복조된다. 이후, 임의의 수신 딜레이들, 예컨대, 다이내믹 수신 딜레이들, 및/또는 위상 로테이션들이 증폭기 및/또는 딜레이에 의해 적용된다. 디지털 또는 아날로그 합산기는, 하나의 또는 복수의 수신 빔들을 형성하기 위해, 수신 어퍼처의 상이한 채널들로부터의 데이터를 결합시킨다. 합산기는 단일 합산기 또는 캐스케이드형(cascaded) 합산기들이다. 합산기는, 수신 빔을 형성하기 위해, 상대적으로 딜레이된(delayed) 그리고 아포다이징된(apodized) 채널 정보를 서로 합산한다. 하나 또는 그 초과의 위치들로부터(예컨대, 스펙트럼 도플러의 경우 하나의 게이트 위치로부터, 또는 색 또는 흐름 이미징의 경우 다수의 위치들로부터)의 에코들의 빔포밍된 샘플들이 획득된다.

[00108] 일 실시예에서, 빔포밍 합산기는, 위상 정보가 형성된 빔에 대해 유지되게 하기 위한 복잡한 방식으로, 동상 및 쿼드러처(quadrature) 채널 데이터를 합산하도록 동작가능하다. 대안적으로, 빔포밍 합산기는, 위상 정보를 유지시키지 않고, 데이터 진폭들 또는 세기들을 합산한다. 다른 수신 빔포메이션(beamformation)이 제공될 수 있는데, 예컨대, 중간 주파수 대역으로의 복조 및/또는 채널의 상이한 파트에서의 아날로그-디지털 변환이 제공될 수 있다.

[00109] 수신 어퍼처(예컨대, 엘리먼트들의 수, 및 수신 처리에 어느 엘리먼트들이 사용되는지), 아포다이제이션 프로파일, 딜레이 프로파일, 위상 프로파일, 이미징 주파수, 역 코딩, 또는 이들의 결합들을 비롯한 빔포밍 매개변수들이 수신 빔포밍을 위해 수신 신호들에 적용된다. 예컨대, 상대 딜레이들 및 진폭들 또는 아포다이제이션은 음향 에너지를 하나 또는 그 초과의 스캔 라인들을 따라 포커싱한다. 제어 프로세서는 수신 빔포메이션을 위해 다양한 빔포밍 매개변수들을 제어한다.

[00110] 각각의 송신 빔에 대한 응답으로, 하나 또는 그 초과의 수신 빔들이 생성된다. 송신된 음향 에너지에 대한 응답으로, 음향 에코들이 변환기(14)에 의해 수신된다. 에코들은 변환기(14)에 의해 전기 신호들로 변환되고, 수신 빔포머(16)는, 위치 또는 위치들을 표현하는 샘플들을 생성하기 위해, 전기 신호들로부터 수신 빔들을 형성한다. 각각의 위치에 대해 PRF로 계속 진행중인 송신 빔들이 주어진다면, 샘플들 역시 계속 진행중인 방식으로 생성된다. 시간에 따른 응답들이 취득된다.

[00111] 도플러 프로세서(18)는 스펙트럼 도플러 추정기 또는 색 또는 흐름 도플러 추정기이다. 예컨대 B-모드의 다른 이미징 검출기들이 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 도플러 프로세서(18)는 디지털 신호 프로세서 또는 수신 빔 샘플 데이터에 변환을 적용하기 위한 다른 디바이스이다. 송신 및 수신 이벤트들의 시퀀스는 기간에 걸쳐 수행된다. 버퍼(예컨대, 코너 터닝 메모리) 또는 메모리(22)는 각각의 송신 및 수신 이벤트로부터의 수신 빔포밍된 데이터를 저장한다. 조직 모션과 유체 모션 사이를 구분하기 위한 벽 필터, 예컨대, 프로그램가능 필터는 변환의 적용에 앞서 샘플들을 필터링할 수 있다. 벽 필터와는 별개이거나 또는 벽 필터에 의해 구현되는 안티-앨리어싱 필터는 신호-대-잡음비를 증가시키기 위해 데이터를 다운 샘플링할 수 있다. 스펙트럼을 결정하기 위해, 임의의 수, 예컨대, 셋 또는 그 초과의 송신 및 수신 이벤트들이 사용될 수 있다. 도플러 프로세서(18)는 게이트 위치에 대한 스펙트럼을 추정하거나 또는 평균 속도를 추정한다. 이산 또는 고속 푸리에 변환, 또는 다른 변환을 동일한 공간 위치에 대한 초음파 샘플들에 적용함으로써, 이 위치로부터의 응답을 표현하는 스펙트럼이 결정된다. 샘플들을 취득하기 위한 기간에 대해 상이한 주파수들에서의 에너지 레벨(level)을 표현하는 히스토그램(histogram) 또는 데이터가 획득된다. 속도가 주파수로부터 결정될 수 있거나, 또는 주파수가 속도로의 변환 없이 사용된다.

[00112] 프로세스를 반복함으로써, 도플러 프로세서(18)는 상이한 시간들에 정해진 위치에 대한 상이한 스펙트럼들을 획득할 수 있다. 겹치는 데이터가 사용될 수 있는데, 예컨대, 선택된 초음파 샘플들의 이동 윈도우를 이용하여 각각의 스펙트럼이 계산된다. 대안적으로, 단일 기간 및 대응하는 스펙트럼에 대해 각각의 초음파 샘플이 사용된다. 상이한 위치들에 대해 반복함으로써, 평균 속도들의 공간 분포가 추정될 수 있다.

[00113] 도플러 프로세서(18)는 주파수들의 레인지에 대해 변환을 적용한다. 속도 스케일 또는 주파수들의 레인지는 추정으로부터 도출되는 포지티브 및 네거티브 속도들을 제한시킨다. 송신 PRF와 동일한 속도 스케일을 포함하여 그 이하의 다양한 속도 스케일들 중 임의의 속도 스케일이 사용될 수 있다. 정해진 속도 스케일을 사용하여, 스펙트럼들이 추정된다. 유사하게, 속도 스케일의 베이스라인 또는 중심이 셋팅될 수 있다.

[00114] 도플러 프로세서(18)는, 오버샘플링된 샘플들을 별개의 추정을 위해 상이한 그룹들로 분리시킴으로써, 그리고 이후, 별개의 추정으로부터 도출되는 정보의 결합에 의해, 스페클 또는 다른 잡음을 감소시킬 수 있다. 도플러 프로세서(18)는, 속도 스케일의 주파수들의 레인지보다 더 좁은 대역들에 대한 샘플들을 다수 회 처리하고 결과들을 서로 스티칭함으로써, 신호-대-잡음비를 증가시킬 수 있다. 도플러 프로세서(18)는, 하위-대역 단독의 신호들로부터 추정함으로써, 속도 스케일의 대역의 하위-대역에 대해 더 큰 신호-대-잡음비로 추정치들을 제공할 수 있다. 이들 접근법들 중 임의의 둘 또는 전부의 결합들이 사용될 수 있다.

[00115] 프로세서(21)는 도플러 프로세서(18)의 일부 또는 별개의 프로세서일 수 있다. 샘플 선택 또는 분포, 추정을 위해 그리고/또는 이미징 및/또는 시스템(10)을 제어하기 위해, 프로세서(21), 도플러 프로세서(18), 또는 프로세서들(18, 21) 둘 다가 사용된다. 프로세서(21)는 일반 프로세서, 제어 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 주문형 집적 회로, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 그래픽스 처리 유닛(graphics processing unit), 아날로그 회로, 디지털 회로, 이들의 결합들 또는 처리를 위한 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 디바이스이다.

[00116] 프로세서(21)는, 하드웨어(hardware), 소프트웨어(software), 또는 이 둘 다에 의해, 다양한 동작들, 예컨대, 도 1, 도 3 및/또는 도 7에 대해 위에서 논의된 동작들을 수행하고 그리고/또는 이 동작들의 수행을 유발하도록 구성된다. 프로세서(21)는 도플러 프로세서(18)의 일부로서 또는 이 도플러 프로세서(18)와 통신하게 구성된다. 변환기(14)에 대한 도플러 게이트의 위치가 주어진다면, 프로세서(21)는 빔포머들(12, 16)에 대한 PRF를 셋팅한다. 프로세서(21)는 스펙트럼 스트립을 생성하거나, 또는 도플러 프로세서(18)로 하여금 스펙트럼 스트립을 생성하게 한다. 취득 및 추정이 계속됨에 따라, 스펙트럼들은 스트립에 부가되고, 오래된 스펙트럼들은 선입 선출 스크롤(scroll)로 제거된다.

[00117] 프로세서(21)는 자동으로 동작한다. 사용자는 스펙트럼 도플러 모드를 활성화시키고, 속도 스케일을 표시하고, 베이스라인을 표시하며, 그리고/또는 게이트를 포지셔닝시킬(position) 수 있다. 스페클 감소 및/또는 신호-대-잡음비 증가는, 추가적인 사용자 입력 없이, 그리고/또는 도플러 이미징 매개변수들 중 하나 또는 그 초과에 대한 값들의 사용자 입력 없이 수행된다. 대안적 실시예들에서, 사용자는 매개변수의 셋팅(setting)을 입력하는데, 예컨대, 속도 스케일보다 더 좁은 대역을 입력한다. 프로세서(21)는 시간에 따른 스펙트럼들의 추정을 유발한다.

[00118] 부가적인 프로세스들, 예컨대, 필터링, 보간, 및/또는 스캔 변환이 도플러 프로세서(18), 프로세서(21), 또는 다른 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 스펙트럼들은 디스플레이를 위해 준비 및 포맷팅된다(formatted). 예컨대, 도플러 프로세서(18)는, 위치들에 대해 추정된 스펙트럼들의 함수로써 디스플레이 값들을 생성한다. 디스플레이 값들은, 디스플레이를 위해 변환될 세기 또는 다른 값들(예컨대, 적색, 녹색, 청색 값들) 또는 디스플레이(20)를 동작시키도록 생성된 아날로그 값들을 포함한다. 디스플레이 값들은 세기, 색상, 색, 밝기, 또는 다른 픽셀 특성을 표시할 수 있다. 예컨대, 색은 스펙트럼의 일 특성의 함수로써 할당되고, 밝기는 다른 스펙트럼 특성 또는 다른 정보의 함수이다. 디스플레이 값들은 스펙트럼 스트립 디스플레이를 위해 생성된다.

[00119] 디스플레이(18)는 CRT, 모니터(monitor), LCD, 플라즈마 스크린(plasma screen), 프로젝터(projector) 또는 스펙트럼들에 응답적인 이미지를 디스플레이하기 위한 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 디스플레이이다. 그레이 스케일(grey scale) 스펙트럼 도플러 이미지의 경우, 에너지의 함수로써 변조된 각각의 속도를 갖는 속도들의 레인지가 시간의 함수로써 제공된다. 정해진 스펙트럼이 정해진 시간에 대한 속도 및 에너지 정보를 표시한다. 정해진 픽셀 또는 픽셀 구역의 세기는 속도가 수직 스케일 상에 제공되고 시간이 수평 스케일 상에 제공되는 에너지를 표현한다. 컬러화된(colorized) 스펙트럼 도플러 이미지들을 포함하는 다른 이미지 구성들이 제공될 수 있다. 그레이스케일 B-모드에서 관심대상 구역에서의 위치의 함수로써 평균 속도를 나타내는 것과 같은 색 또는 흐름 모드 이미지가 생성될 수 있다.

[00120] 메모리(22)는 위치 또는 위치들에 대한 초음파 샘플들, 추정된 스펙트럼들, 부분적 스펙트럼들, 매개변수들에 대한 셋팅들(예컨대, 값들), 이미지 데이터, 또는 다른 정보를 저장한다. 메모리(22)는 임의의 처리 단계로부터의, 또는 디스플레이를 생성하기 위해 사용되는 정보를 저장할 수 있다.

[00121] 일 실시예에서, 메모리(22)는, 도플러 이미징을 위해 프로그래밍된(programmed) 프로세서(18) 및/또는 프로세서(21)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터를 저장하고 있는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체이다. 본원에 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기술들을 구현하기 위한 명령들은 컴퓨터-판독가능 저장 미디어 또는 메모리들, 예컨대, 캐시(cache), 버퍼, RAM, 탈착가능 미디어, 하드 드라이브(hard drive) 또는 다른 컴퓨터 판독가능 저장 미디어 상에 제공된다. 컴퓨터 판독가능 저장 미디어는 다양한 유형들의 휘발성 및 비휘발성 저장 미디어를 포함한다. 도면들에 예시되거나 또는 본원에 설명된 기능들, 동작들, 또는 작업들은, 컴퓨터 판독가능 저장 미디어에 또는 컴퓨터 판독가능 저장 미디어 상에 저장된 명령들의 하나 또는 그 초과의 세트들에 대한 응답으로 실행된다. 기능들, 동작들, 또는 작업들은 특정 유형의 명령들 세트, 저장 미디어, 프로세서, 또는 처리 전략에 독립적이며, 단독으로 또는 결합으로 동작하여, 소프트웨어, 하드웨어, 집적 회로들, 펌웨어(firmware), 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 처리 전략들은 멀티프로세싱(multiprocessing), 멀티태스킹(multitasking), 병렬 처리 등을 포함할 수 있다.

[00122] 일 실시예에서, 명령들은 로컬(local) 또는 원격 시스템들에 의한 판독을 위해 탈착가능 미디어 디바이스 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크(network)를 통한 또는 전화선들을 통한 전송을 위해 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 정해진 컴퓨터, CPU, GPU 또는 시스템 내에 저장된다.

[00123] 본 발명이 다양한 실시예들에 대한 참조에 의해 위에서 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 많은 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 그러므로, 앞선 상세한 설명이 제한이 아니라 예시적인 것으로서 간주되어야 하는 것과, 제한하는 것이 모든 등가물들을 비롯해 본 발명의 사상 및 범위를 정의하도록 의도되는 하기의 청구항들임이 이해되어야 하는 것이 의도된다.

Claims

스펙트럼 도플러 이미징(spectral Doppler imaging)을 위한 방법으로서,
초음파 시스템(system)을 이용하여, 레인지 게이트(range gate) 위치를 표현하는 샘플(sample)들을 취득하는 단계 ―상기 샘플들은, 상기 스펙트럼 도플러 이미징을 위해 셋팅된(set) 속도 스케일(scale)에 대해 오버샘플링됨(oversampled)―;
상기 샘플들의 각각의 그룹(group)이 상기 속도 스케일에 대한 나이퀴스트(Nyquist) 기준을 충족시키게, 상기 샘플들을 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리시키는 단계;
도플러 추정기에 의해, 상기 둘 또는 그 초과의 그룹들의 샘플들로부터 각각 도플러 게이트 위치에 대한 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들(spectra)을 추정하는 단계;
상기 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들에 대한 정보를 결합 스펙트럼(spectrum)으로 결합시키는 단계; 및
상기 결합 스펙트럼의 함수로써 스펙트럼 도플러 스트립(strip)을 디스플레이(display)하는 단계
를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 취득하는 단계는, 오버샘플링(oversampling)을 위한 펄스(pulse) 반복 주파수로 복수의 음향 에너지 빔(beam)들을 송신하는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 취득하는 단계는, 상기 샘플들이 M배 오버샘플링되게 취득하는 단계를 포함하고, 상기 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리시키는 단계는 M개의 그룹들로 분리시키는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플들을 분리시키는 단계는, 각각의 그룹이 독립적인 잡음을 갖게, 상기 둘 또는 그 초과의 그룹들로 분리시키는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플들을 분리시키는 단계는, 각각의 샘플이 단지 하나의 그룹에 있도록, 상기 샘플들을 상기 둘 또는 그 초과의 그룹들로 인터리빙(interleaving)시키는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 추정하는 단계는, 상기 샘플들에 푸리에(Fourier) 변환을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들 각각은 상기 속도 스케일에 의해 셋팅된 레인지(range)에 걸친 주파수의 함수로써 에너지(energy)를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 결합시키는 단계는, 상기 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들을 합산하는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이하는 단계는, 상기 결합 스펙트럼이 시간을 표현하게, 상기 스펙트럼 도플러 스트립을 디스플레이하는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 취득하는 단계, 상기 분리시키는 단계, 상기 추정하는 단계, 및 상기 결합시키는 단계를 상이한 시간들에 대해 반복하는 단계
를 더 포함하고,
상기 디스플레이하는 단계는, 상기 결합 스펙트럼들 각각이 상이한 시간들을 표현하게, 상기 스펙트럼 도플러 스트립을 디스플레이하는 단계를 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플들의 다운-샘플링(down-sampling)을 이용하여 상기 스펙트럼 도플러 스트립의 신호-대-잡음비를 증가시키는 단계
를 더 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플들을 둘 또는 그 초과의 세트(set)들에서 상기 속도 스케일 미만으로 대역-제한시키는 단계;
상기 둘 또는 그 초과의 세트들에 대한 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들을 추정하는 단계;
상기 둘 또는 그 초과의 스펙트럼들을 스티칭된(stitched) 스펙트럼으로 서로 스티칭(stitching)시키는 단계; 및
상기 스티칭된 스펙트럼을 상기 결합 스펙트럼과 결합시키는 단계
를 더 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 속도 스케일 미만의 주파수 레인지의 사용자 입력을 수신하는 단계; 및
상기 주파수 레인지를 사용하여 신호-대-잡음비를 증가시키는 단계
를 더 포함하는,
스펙트럼 도플러 이미징을 위한 방법.
도플러 이미징을 위한 방법으로서,
초음파 시스템을 이용하여, 환자를 표현하는 샘플들을 취득하는 단계 ―상기 샘플들은 적어도, 상기 도플러 이미징을 위해 셋팅된 속도 스케일에 대한 나이퀴스트 기준을 충족시킴―;
도플러 추정기를 이용하여, 상기 샘플들로부터 상기 속도 스케일 내의 주파수들의 상이한 레인지들에 대한 값들을 추정하는 단계;
상기 값들을 스티칭된 값으로 서로 스티칭시키는 단계; 및
상기 스티칭된 값의 함수로써 도플러 이미지(image)를 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 취득하는 단계는, 상기 속도 스케일에 대해 오버샘플링하는 단계를 포함하고;
상기 방법은,
상기 샘플들을 상이한 그룹들로 분리시키는 단계; 및
상기 상이한 그룹들로부터 추정된 정보를 상기 상이한 레인지들에 대한 값들로 결합시키는 단계
를 더 포함하고;
상기 추정하는 단계는, 상기 상이한 그룹들 각각에 대해 추정하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 추정하는 단계는 상기 값들로서 도플러 속도들을 추정하는 단계를 포함하고, 상기 스티칭시키는 단계는 상기 도플러 속도들을 평균내는(average) 단계를 포함하고, 그리고 상기 도플러 이미지를 생성하는 단계는 색 흐름 이미지를 생성하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 추정하는 단계는 상기 값들로서 스펙트럼들을 추정하는 단계를 포함하고, 상기 스티칭시키는 단계는 상기 속도 스케일 전체에 걸쳐 상기 스펙트럼들을 서로, 스티칭된 스펙트럼으로 상기 스티칭된 값으로서 링크(link)시키는 단계를 포함하고, 그리고 상기 도플러 이미지를 생성하는 단계는 상기 스티칭된 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 스트립을 생성하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 추정하는 단계는 상기 샘플들을 상기 주파수들의 상기 상이한 레인지들에서 재처리하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
삭제
도플러 이미징을 위한 방법으로서,
상기 도플러 이미징을 위한 속도 스케일을 셋팅(setting)하는 단계 ―상기 속도 스케일은 제 1 주파수 레인지임―;
필터(filter)에 의해, 제 2 주파수 레인지의 사용자 입력을 수신하는 단계 ―상기 제 2 주파수 레인지는 상기 제 1 주파수 레인지 미만이면서 상기 제 1 주파수 레인지 내에 있음―;
상기 필터에 의해, 환자의 위치에 대한 샘플들을 필터링(filtering)하는 단계 ―상기 필터링은 상기 제 1 주파수 레인지 및 상기 제 2 주파수 레인지를 통과 대역으로서 이용하고, 상기 샘플들은 상기 도플러 이미징을 위해 세팅된 속도 스케일에 대해 오버샘플링됨―;
도플러 추정기에 의해, 필터링된 샘플들로부터 제 1 도플러 데이터(data)를 추정하는 단계; 및
상기 추정하는 단계의 출력의 함수로써 이미지를 생성하는 단계
를 포함하고,
상기 필터링하는 단계는 상기 제 1 주파수 레인지 및 상기 제 2 주파수 레인지를 포함하는, 상이한 레인지들에 대해 상기 샘플들을 분리하여 필터링하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 추정하는 단계는 상기 제 1 도플러 데이터로서 스펙트럼을 추정하는 단계를 포함하고, 상기 이미지를 생성하는 단계는 상기 스펙트럼을 이용하여 스펙트럼 도플러 스트립을 생성하는 단계를 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 필터링에 앞서 상기 샘플들을 이용하여 제 2 도플러 데이터를 추정하는 단계, 및
상기 제 1 도플러 데이터를, 상기 필터링에 앞서 상기 샘플들을 이용하여 추정하는 단계로부터의 상기 제 2 도플러 데이터와 결합시키는 단계
를 더 포함하는,
도플러 이미징을 위한 방법.