使用平面波傳輸?shù)挠糜谑噶慷嗥绽粘上竦墓烙?jì)和顯示的制作方法
【專利摘要】矢量多普勒成像(VDI)通過(guò)在由計(jì)算系統(tǒng)生成的顯示的每個(gè)像素處給出血流的速度和方向而對(duì)傳統(tǒng)彩色多普勒成像(CDI)有所改進(jìn)。通過(guò)超聲換能器的平面波傳輸(PWT)的多角度方便地給出在廣域視野上的投影多普勒測(cè)量，當(dāng)捕捉瞬時(shí)流動(dòng)態(tài)時(shí)，提供足夠的角差異以在短時(shí)窗中識(shí)別速度矢量。公開(kāi)了用于PWT的快速、防止混疊的速度矢量估計(jì)，并且使用新穎的綜合顆粒流可視化方法示出使用5MHz線性陣列的頸動(dòng)脈的VDI圖像。
【專利說(shuō)明】使用平面波傳輸?shù)挠糜谑噶慷嗥绽粘上竦墓烙?jì)和顯示
【背景技術(shù)】
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開(kāi)涉及超聲成像，更具體地，涉及利用速度矢量估計(jì)用于生成矢量多普勒彩色圖像的超聲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用綜合顆粒流可視化方法。
[0003]相關(guān)領(lǐng)域的描述
[0004]超聲成像已經(jīng)發(fā)展成診斷多種疾病狀態(tài)和狀況的有效工具。超聲設(shè)備的市場(chǎng)多年來(lái)已經(jīng)顯現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)，這由圖像質(zhì)量方面的改進(jìn)和區(qū)分各種組織的能力推動(dòng)。不幸的是，對(duì)于超聲系統(tǒng)，仍存在設(shè)備花費(fèi)對(duì)于重大采用來(lái)說(shuō)過(guò)高的許多應(yīng)用。示例是下面的應(yīng)用領(lǐng)域，如乳腺癌檢測(cè)、前列腺成像、肌肉骨骼成像和介入放射學(xué)。在這些和其它領(lǐng)域中，超聲成像的診斷效力依賴于用于各種組織類型的區(qū)分和識(shí)別的優(yōu)秀的空間和對(duì)比分辨率。這些性能能力僅在具有更廣泛處理能力的更昂貴超聲系統(tǒng)上得到。
[0005]超聲成像一直需要大量的信號(hào)和圖像處理方法，尤其對(duì)于采用多達(dá)128個(gè)或更多換能元件的陣列系統(tǒng)，每個(gè)換能元件具有獨(dú)特的信號(hào)處理要求。過(guò)去的十年已經(jīng)在除市場(chǎng)最底層的那些系統(tǒng)以外的幾乎所有系統(tǒng)中顯現(xiàn)出向數(shù)字信號(hào)處理的改進(jìn)精度和靈活性的過(guò)渡。通過(guò)使用高度集成的數(shù)字電路，該過(guò)渡從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看具有降低系統(tǒng)成本的可能性。不幸的是，超聲系統(tǒng)的低制造量導(dǎo)致用于這些獨(dú)特電路的大量開(kāi)支和固定花費(fèi)，因而向數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)渡未顯著降低系統(tǒng)成本。
[0006]醫(yī)學(xué)超聲中的多普勒方法包括用于對(duì)血流進(jìn)行成像和量化的多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)。對(duì)于靜止目標(biāo)，從目標(biāo)反射回?fù)Q能器的脈沖的往返行程時(shí)間對(duì)于每次傳輸是相同的。相反，來(lái)自移動(dòng)對(duì)象的連續(xù)的回聲影像返回將關(guān)于傳輸脈沖在不同時(shí)間到達(dá)，并且通過(guò)使這些回聲互相關(guān)，可以估計(jì)對(duì)象速度。由于超聲路徑是定向的(沿著波束軸線)，所以僅軸向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒信號(hào)。對(duì)于波束橫向的流是不可檢測(cè)的，因此傳統(tǒng)多普勒方法中獲得的速度幅度僅代表流速矢量的軸向分量。為了估計(jì)流速矢量的真實(shí)幅度，采用了矢量多普勒方法。通常，這些方法依賴于多波束角數(shù)據(jù)以估計(jì)流矢量和流速矢量的方向。
[0007]已經(jīng)發(fā)展了幾種基于多普勒的方法來(lái)呈現(xiàn)血流的不同方面。通常，流場(chǎng)的“空間成像”用于定位血管，以測(cè)量血管尺寸和觀察流結(jié)構(gòu)?！傲鞒上瘛迸c回聲影像成像結(jié)合用于“雙功”模式，該“雙功”模式將覆蓋圖中的兩類圖像與以灰階呈現(xiàn)的回聲影像振幅和以彩色繪制的流速相結(jié)合。由于流成像在采集時(shí)間和處理載荷兩方面要求更高，所以在關(guān)心區(qū)(ROI)內(nèi)計(jì)算流場(chǎng)，該關(guān)心區(qū)是較大回聲影像圖像的子集。
[0008]在選自ROI內(nèi)的小得多的取樣容積內(nèi)，可能將流速詳細(xì)量化。能夠單獨(dú)地采樣并處理的最小容量由軸向長(zhǎng)度(傳輸脈沖長(zhǎng)度)和側(cè)向波束寬度(在成像平面之內(nèi)和之外)給出。任何方法的空間分辨率取決于采樣容積的大小，還取決于對(duì)于那個(gè)位置的系統(tǒng)靈敏度設(shè)置。
[0009]譜多普勒方法報(bào)告流速的譜以及在心動(dòng)周期(cardiac cycle)期間流速的譜如何變化，并且譜多普勒方法通常將譜通過(guò)圖形呈現(xiàn)為譜圖并通過(guò)揚(yáng)聲器可聽(tīng)見(jiàn)地呈現(xiàn)譜。此夕卜，譜多普勒方法對(duì)關(guān)于一系列傳輸獲得的流速功率譜進(jìn)行計(jì)算，并且通常將譜通過(guò)圖形呈現(xiàn)為譜圖并通過(guò)揚(yáng)聲器可聽(tīng)見(jiàn)地呈現(xiàn)譜。對(duì)血液速度的全時(shí)變譜的訪問(wèn)允許在取樣區(qū)內(nèi)準(zhǔn)確地計(jì)算平均流速和峰值流速，并提供全部超聲多普勒方法的流分布的最完整特征描述。
[0010]關(guān)心區(qū)內(nèi)速度場(chǎng)的彩色流多普勒成像是這樣一種方法，該方法使用調(diào)色板呈現(xiàn)流并且通過(guò)使用暖(略帶紅色的)色調(diào)和冷(略帶藍(lán)色的)色調(diào)區(qū)分不同流向(通常朝向換能器或離開(kāi)換能器)，調(diào)色板通常將較高速度比較低速度渲染得更明亮。不對(duì)移動(dòng)非常慢的區(qū)域和靜止區(qū)域進(jìn)行染色，并且使用“壁濾波器”閾值來(lái)設(shè)置最小截止速度。彩色流多普勒能夠在關(guān)心區(qū)內(nèi)提供近似平均的流速，但是由于保持合理的幀速率所需要的短采集序列的原因，所以精度是有限的。
[0011]彩色流多普勒需要采集一連串相同的傳輸一接收事件或者“系綜(ensemble)”，以通過(guò)多種方法檢測(cè)和量化運(yùn)動(dòng)，本質(zhì)上查找在信號(hào)的到達(dá)時(shí)間或相位方面的相關(guān)差異。脈沖重復(fù)頻率(PRF)能夠與由從換能器到圖像最大深度并返回的聲音的往返行程時(shí)間所允許的一樣快，但是通常將其調(diào)整至在沒(méi)有混疊的情況下顯現(xiàn)峰值血液速度所允許的最小值。在ROI中對(duì)于每條多普勒掃描線通常使用具有8到16個(gè)之間的脈沖一回聲事件的系綜。傳輸波束焦點(diǎn)參數(shù)的選擇通常導(dǎo)致比用于回聲影像成像的那些參數(shù)寬2至3倍的多普勒掃描線。需要在每個(gè)波束方向上傳輸一個(gè)脈沖系綜通常導(dǎo)致對(duì)于彩色流多普勒比對(duì)于回聲影像成像更慢的巾貞速率。來(lái)自慢巾貞速率的偽影(artifact)在多普勒成像中可能經(jīng)常比在灰階回聲影像中更明顯，這是因?yàn)樵谛膭?dòng)周期的一部分期間，流中可能發(fā)生顯著的變化，并且甚至輕微的探測(cè)運(yùn)動(dòng)都可能在整個(gè)ROI上導(dǎo)致明顯的流。
[0012]使用小的ROI能夠提高幀速率，但是可能限制流異常情況的評(píng)定。例如，使用10條多普勒線和12個(gè)脈沖系綜的彩色流ROI需要120個(gè)事件，這與全幀回聲影像圖像類似。
[0013]通常，在很大程度上，高質(zhì)量多普勒成像在技術(shù)上比回聲影像成像更困難，這是因?yàn)閬?lái)自血液的反向散射與組織相比十分弱。對(duì)產(chǎn)生整齊的且無(wú)偽影的彩色流圖像的公知基本挑戰(zhàn)包括:
[0014].對(duì)高度可重復(fù)的傳輸脈沖的需求和采集硬件中很低的噪聲和相位抖動(dòng)。
[0015].流信號(hào)經(jīng)常具有與各種噪聲源相同的數(shù)量級(jí)，但是平均值對(duì)幀速率和其它運(yùn)動(dòng)偽影具有不利影響。
[0016].組織的散射振幅和血液的散射振幅之間的大對(duì)比度導(dǎo)致難以辨別血管壁(強(qiáng)回聲)和移動(dòng)血液(弱回聲)，甚至在速度對(duì)比度高時(shí)。此外，血流速度在血管壁附近經(jīng)常很慢，其經(jīng)常與心動(dòng)周期同步移動(dòng)(脈動(dòng))。
[0017].多普勒脈沖通常長(zhǎng)于回聲影像脈沖，并且必須小心記錄具有不同分辨率的流圖像和回聲圖像。由于多普勒脈沖的取樣容積可能大于血管壁直徑，因此對(duì)于小的血管壁，這是特別有挑戰(zhàn)性的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0018]矢量多普勒成像(VDI)通過(guò)在每個(gè)像素處給出血流的速度和方向?qū)鹘y(tǒng)彩色多普勒成像(CDI)有所改進(jìn)。平面波傳輸(PWT)的多角度方便地給出在廣域視野上的投影多普勒測(cè)量結(jié)果，當(dāng)捕捉瞬時(shí)流動(dòng)態(tài)時(shí)，提供足夠的角差異以在短時(shí)窗中向識(shí)別速度矢量。在變形方法中，只需要一個(gè)平面波角度，向?qū)Ω顚咏M織成像的情況提供靈活的應(yīng)用。公開(kāi)了用于PWT方案的快速、防止混疊的速度矢量估計(jì)。
[0019]VDI成像動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)給使用本文公開(kāi)的新穎的綜合顆粒流可視化方法的用戶。該系統(tǒng)和方法已經(jīng)通過(guò)使用5MHz線性陣列對(duì)人類志愿者頸動(dòng)脈的成像所展示。
[0020]在本公開(kāi)中，描述了兩種方法:基于多普勒的方法，該方法使用平面波傳輸?shù)亩嘟嵌?；以及基于梯度的方法，該方法能夠有效地操作傳輸?shù)囊粋€(gè)平面波角度(但是如果存在多于一個(gè)的角度，能夠?qū)⑺鼈兒喜?。在兩種方法中，PWT測(cè)量模型以簡(jiǎn)化矢量速度計(jì)算的方式劃分為非線性和線性分量。
[0021]在矢量流估計(jì)的基于多角度多普勒的方法中，每個(gè)像素的速度矢量通過(guò)非線性模型在PWT系綜的不同角度預(yù)示同相/正交(IQ)測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量結(jié)果通過(guò)使用傳統(tǒng)的CDI處理(雜波濾波和Kasai自相關(guān))轉(zhuǎn)換至一組多普勒頻率得以線性化。取決于由于混疊的假設(shè)測(cè)量偏置，血速度矢量估計(jì)之后簡(jiǎn)化為小的線性加權(quán)最小二乘(WLS)問(wèn)題的解。來(lái)源于⑶I自相關(guān)滯后差異的權(quán)重是產(chǎn)生雜波濾波器效果的原因。初始問(wèn)題的非線性因此簡(jiǎn)化為對(duì)有限數(shù)目的已知混疊偏置矢量進(jìn)行的離散搜索。另外，WLS估計(jì)量協(xié)方差提供信息，以便對(duì)于血流存在證明像素合格。
[0022]在基于梯度的矢量血流估計(jì)方法中，PW傳輸和重建在多普勒脈沖重復(fù)頻率(PRF)狀態(tài)中的幀速率生成B型流(B-流)形態(tài)的血運(yùn)動(dòng)圖像序列。在像素點(diǎn)P = [x，z]的圖像系列中的IQ數(shù)據(jù)的像素系綜和PRI t由IQ數(shù)量值組成，該IQ數(shù)量值由將系綜壁濾波后的每個(gè)像素P處的IQ數(shù)據(jù)計(jì)算得出。值序列因此在與PRF相同的幀速率捕捉運(yùn)動(dòng)，從而精密標(biāo)度的流動(dòng)態(tài)顯示為在血反射率中的移動(dòng)紋理。使用鏈?zhǔn)椒▌t，由圖像序列的空時(shí)梯度造成的空間導(dǎo)數(shù)和時(shí)間導(dǎo)數(shù)與每個(gè)像素P處的紋理流速矢量場(chǎng)[vx(X，z, t), vz (x, z, t)]和PRIt相結(jié)合。所產(chǎn)生的估計(jì)等式通過(guò)在高斯-馬爾科夫(Gauss-Markov)模型環(huán)境中的最小二乘解出以給出矢量流速度估計(jì)，該等式在模型中公式化以對(duì)于估計(jì)窗是恒定的。
[0023]基于梯度的方法允許使用除零滯后(IQ大小的情況)的共軛滯后積樣本(自相關(guān)被加數(shù))在具有更多數(shù)量的滯后下，并使用由瞬時(shí)多普勒推導(dǎo)速度估計(jì)在估計(jì)模型中擴(kuò)大觀察。這種擴(kuò)大以犧牲準(zhǔn)度來(lái)提供改進(jìn)的精度。
[0024]與本文公開(kāi)的基于多角度多普勒的處理相比，由于采集幀不需要為不同的平面波傳輸角度劃分分離的部分，因此基于梯度的方法對(duì)壁濾波允許更長(zhǎng)的間隔。則對(duì)于相當(dāng)?shù)拇皶r(shí)間，使用更急劇的過(guò)渡帶進(jìn)行更長(zhǎng)的壁濾波器脈沖響應(yīng)成為可能。這允許對(duì)幀速率和靈敏度的彈性進(jìn)行平衡，且當(dāng)在高幀速率獲得平面波角度差異變得困難時(shí)使得深層組織的矢量流成像能夠應(yīng)用。
[0025]為了顯現(xiàn)所得到的速度矢量圖像，使用一種新技術(shù)，其綜合表示產(chǎn)生在流體中的顆粒的點(diǎn)的移動(dòng)場(chǎng)。在其形成中，每個(gè)顆粒概率性地生成在檢測(cè)到流的像素處，并具有與速度矢量估計(jì)成比例的運(yùn)動(dòng)，并被按比例縮小，以使得觀察者可容易地察覺(jué)運(yùn)動(dòng)。顆粒根據(jù)將顆粒密度控制至用戶偏好的守恒規(guī)則在圖像上在幀與幀之間遷移。顆粒運(yùn)動(dòng)在被檢測(cè)的流區(qū)域上進(jìn)行，其中被檢測(cè)的流區(qū)域被顏色標(biāo)記以表示速度大小。
[0026]使用Philips L7-4換能器和Verasonics采集系統(tǒng)，在活體中，使用基于多普勒的和基于梯度的方法展示在頸動(dòng)脈上的VDI。在適應(yīng)30fps的收集率的GPU實(shí)施中，在七個(gè)角度收集的PWT系綜利用基于多普勒的VDI處理被處理。一個(gè)PWT角度用于展示在約60FPS的數(shù)據(jù)收集速率的基于梯度的處理。視頻顯示揭示了流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)并顯示了心臟舒張期間流的良好檢測(cè)。該矢量速度成像框架展示了足以捕獲頸動(dòng)脈中的流動(dòng)態(tài)的采集幀速率?；谔荻鹊腣DI處理方法還使用多普勒弦線式模體被評(píng)價(jià)了準(zhǔn)確度和精確度。
[0027]在塞流、層流以及湍流情況下，顆粒流可視化技術(shù)主觀上是提供信息的。
[0028]注意本公開(kāi)全文中使用的術(shù)語(yǔ)“矢量流”、“矢量速度”和“矢量多普勒”的意思相同。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0029]因?yàn)楫?dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從本公開(kāi)的下面詳細(xì)描述中本公開(kāi)的前述和其它特征和優(yōu)勢(shì)變得更好理解，所以將更容易地體會(huì)到本公開(kāi)的上述和其它特征和優(yōu)勢(shì)，在附圖中:
[0030]圖1是根據(jù)本公開(kāi)的用于多角度平面波采集方案的幾何定義的圖；
[0031]圖2是關(guān)于自相關(guān)值大小的自相關(guān)滯后一方差的示例的圖；
[0032]圖3是自相關(guān)滯后一角度分布作為DSNR函數(shù)的示例的圖；
[0033]圖4是從DSNRm映射到O}的圖示;
[0034]圖5是示出在處理函數(shù)和數(shù)據(jù)分量之間關(guān)系的流程圖；
[0035]圖6是施加于頸動(dòng)脈矢量流成像的顆粒流可視化的示例幀的圖；
[0036]圖7是本公開(kāi)的顆粒流可視化處理的主要階段的圖；
[0037]圖8示出用于本公開(kāi)的處理的系統(tǒng)架構(gòu)的高層表示；
[0038]圖9是面向像素處理的一個(gè)實(shí)施方式的基于軟件架構(gòu)的示意圖；
[0039]圖10是根據(jù)面向像素處理形成的插件模塊的圖；
[0040]圖11是對(duì)于根據(jù)面向像素處理形成的128元線性陣列的采集數(shù)據(jù)的示意圖；以及，
[0041]圖12是用于面向像素處理的像素映射處理的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]在矢量流估計(jì)的基于多角度多普勒的方法中，PWT測(cè)量模型以簡(jiǎn)化矢量速度計(jì)算的方式分成非線性分量和線性分量。每個(gè)像素的速度矢量預(yù)示通過(guò)非線性模型在PWT系綜的不同角度處的IQ測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量結(jié)果通過(guò)使用傳統(tǒng)的CDI處理(雜波濾波和Kasai自相關(guān))轉(zhuǎn)換至一組多普勒頻率得以線性化。取決于由于混疊的假設(shè)測(cè)量偏置，速度矢量估計(jì)之后簡(jiǎn)化為小線性加權(quán)最小二乘(WLS)問(wèn)題的解。來(lái)源于⑶I自相關(guān)滯后差異的權(quán)重是產(chǎn)生雜波濾波效果的原因。初始問(wèn)題的非線性因此減少為對(duì)有限數(shù)目的已知混疊偏置矢量進(jìn)行的離散搜索。另外，WLS估計(jì)量協(xié)方差提供證明像素合格的信息。
[0043]在基于梯度的矢量血流估計(jì)方法中，Pff傳輸和重建在多普勒PRF狀態(tài)中的幀速率生成B型流(B-流)形態(tài)的血運(yùn)動(dòng)圖像序列。在像素點(diǎn)P = [X，z]的圖像系列中的IQ數(shù)據(jù)的像素系綜和PRI t由IQ數(shù)量值組成，該IQ數(shù)量值由將系綜壁濾波后的每個(gè)像素P處的IQ數(shù)據(jù)計(jì)算得出。值序列因此在與PRF相同的幀速率捕捉運(yùn)動(dòng)，從而精密標(biāo)度的流動(dòng)態(tài)顯示為在血反射率中的移動(dòng)紋理。使用鏈?zhǔn)椒▌t，由圖像序列的空時(shí)梯度生成的空間導(dǎo)數(shù)和時(shí)間導(dǎo)數(shù)與每個(gè)像素P處的紋理流速矢量場(chǎng)[vx (X，z, t) ,vz (x, z, t)]和PRI t相結(jié)合。所產(chǎn)生的估計(jì)等式通過(guò)在高斯-馬爾科夫模型環(huán)境中的最小二乘解出以給出矢量流速度估計(jì)，上述等式在模型中公式化以在估計(jì)窗是恒定的。
[0044]為了顯現(xiàn)所得到的速度矢量圖像，使用一種新技術(shù)，其綜合表示產(chǎn)生在流體中的顆粒的點(diǎn)的移動(dòng)場(chǎng)。在其形成中，每個(gè)顆粒概率性地生成在檢測(cè)到流的像素處，并具有與速度矢量估計(jì)成比例的運(yùn)動(dòng)，并被按比例縮小，以使得觀察者可容易地察覺(jué)“實(shí)時(shí)、慢運(yùn)動(dòng)”表示中的運(yùn)動(dòng)。顆粒根據(jù)將顆粒密度控制至用戶偏好的守恒規(guī)則在圖像上在幀與幀之間遷移。顆粒運(yùn)動(dòng)在被檢測(cè)的流區(qū)域上進(jìn)行，其中被檢測(cè)的流區(qū)域進(jìn)行顏色標(biāo)記以表示速度大小。還公開(kāi)了用于將血流矢量速度圖像顯示為定量的速度譜和血管流速的方法。
[0045]使用例如Philips (飛利浦)L7_4換能器和Verasonics (維拉聲學(xué))采集系統(tǒng)，本公開(kāi)展示了頸部脈管系統(tǒng)上的活體VDI。在適應(yīng)30fps的收集率的GPU實(shí)施中，在七個(gè)角度收集的PWT系綜利用基于多角度多普勒的VDI處理被處理。視頻顯示揭示了流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)并顯示了心臟舒張期間流的良好檢測(cè)。該矢量速度成像框架展示了足以捕獲頸動(dòng)脈中的流動(dòng)態(tài)的采集幀速率。該過(guò)程概念上簡(jiǎn)單并且計(jì)算上有效，并且其通過(guò)杠桿作用使標(biāo)準(zhǔn)CDI處理作為其前端。一個(gè)PWT角度用于展示在約60FPS的數(shù)據(jù)收集速率的基于梯度的VDI處理。基于梯度的VDI處理方法還使用多普勒弦線式模體被評(píng)價(jià)了準(zhǔn)確度和精確度。
[0046]應(yīng)理解，平面波的角度相對(duì)于如圖1所示的換能器面的法線被測(cè)量作為平面波波前與換能器陣列之間的角度。
[0047]在塞流、層流以及湍流情況下，顆粒流可視化技術(shù)主觀上是提供信息的。
[0048]幀速率分析:這里，使用基于多角度多普勒的血流速度矢量計(jì)算方法對(duì)幀速率的益處與傳統(tǒng)基于射線的成像系統(tǒng)進(jìn)行比較。假設(shè)系綜長(zhǎng)度為18PRI，并且PRF為4KHz。然后，對(duì)于七個(gè)平面波角度，所公開(kāi)的方法的幀速率(不包括B型采集)為32fps。將該幀速率與被引導(dǎo)的線性陣列采集方法進(jìn)行比較，該被引導(dǎo)的線性陣列采集方法具有2:1多線采集和30傳輸線每幀，具有慢32倍的Ifps的幀速率。
[0049]表I
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生血流速度矢量圖像的方法，其包括以下步驟: 在相對(duì)換能器陣列的至少兩個(gè)具體角度處，將至少兩個(gè)未聚焦平面波聲信號(hào)發(fā)射至位于基本上整個(gè)測(cè)量場(chǎng)上方的介質(zhì)中； 響應(yīng)于發(fā)射，接收所述換能器陣列上散射和反射的超聲信號(hào)； 處理所接收的超聲信號(hào)以提取信息； 通過(guò)以下步驟，使用所提取的信息構(gòu)建血流矢量速度信號(hào): 對(duì)所提取的信息進(jìn)行壁濾波； 采用經(jīng)過(guò)壁濾波的信息來(lái)形成自相關(guān)值和多普勒頻率估計(jì)值； 將具有混疊干擾的雙基距離率模型劃分為線性部分和非線性部分； 通過(guò)加權(quán)最小二乘方案求解所述雙基距離率模型，所述血流矢量速度信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述介質(zhì)中至少一個(gè)點(diǎn)； 生成所述血流矢量速度信號(hào)； 由通過(guò)對(duì)作為血流速度向量估計(jì)程序的副產(chǎn)物產(chǎn)生的質(zhì)量度量的值的一系列測(cè)試使所述血流矢量速度信號(hào)證明合格，來(lái)檢測(cè)對(duì)應(yīng)于顯示裝置像素的血流的存在；以及從所述血流矢量速度信號(hào)在顯示裝置上生成血流矢量速度圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，發(fā)射步驟和接收步驟包括傳輸多個(gè)平面波聲信號(hào)以及接收系綜中的散射和反射的超聲波信號(hào)，具有與多普勒測(cè)量一致的定時(shí)，并且在至所述換能器陣列的一個(gè)或多個(gè)離散的角度處，相對(duì)于換能器坐標(biāo)，將傳輸?shù)钠矫娌▊鞑サ耐Ｑ又了鼋橘|(zhì)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括使用壁濾波、自相關(guān)和多普勒頻率估計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)為每個(gè)傳輸角度獨(dú)立處理所接收的超聲波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括從特定雙基距離率模型中的所有傳輸角度組合多普勒頻率估計(jì)，以及計(jì)算所述測(cè)量場(chǎng)內(nèi)血流矢量速度估計(jì)的推斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括用混疊偏置將所述雙基距離率模型劃分為線性部分和非線性部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括對(duì)于與每個(gè)平面波角數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的頻率估計(jì)，將方差分量用作質(zhì)量估計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括類似于與復(fù)Rice隨機(jī)變量相關(guān)聯(lián)的角度的方差，從多普勒信噪比計(jì)算多普勒頻率估計(jì)方差。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括從參考平均頻率的瞬時(shí)頻率偏差計(jì)算多普勒頻率估計(jì)方差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括多普勒頻率的假定混疊偏置的建模以及提供在受混疊影響的單個(gè)平面波角通道上的隨后矯正調(diào)整，以允許高達(dá)脈沖速率頻率兩倍的混疊的正確解釋，并且防止通常在心臟收縮階段過(guò)程中出現(xiàn)的、在多普勒混疊事件過(guò)程中的圖像黑視。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括在所述模型中一個(gè)或多個(gè)混疊的平面波角通道的組中，對(duì)至相鄰的平面波角度的假設(shè)混疊偏置分量提供限制。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括使用在每個(gè)平面波發(fā)射角處的多普勒頻率方差來(lái)制定計(jì)算血流矢量速度估計(jì)和最佳混疊偏置假設(shè)的加權(quán)最小二乘估計(jì)方案。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 通過(guò)對(duì)所述血流矢量速度估計(jì)程序的副產(chǎn)物的資格測(cè)試執(zhí)行血流檢測(cè)，包括: a.測(cè)試血流速度矢量估計(jì)的計(jì)算值的精確度； b.測(cè)試滯后一自相關(guān)值的組合功率的計(jì)算值； c.測(cè)試歸一化速度值的計(jì)算值； d.測(cè)試自相關(guān)殘差的計(jì)算 值；以及 e.如果由測(cè)試證明合格，那么測(cè)試導(dǎo)致作為流信息顯示的像素的聲明的白化頻率殘差的計(jì)算值；
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括: 用所述雙基距離率模型的倒數(shù)校正譜多普勒?qǐng)D像跡頻率標(biāo)度；以及 從所述譜多普勒?qǐng)D像跡頻率標(biāo)度的校正，在顯示裝置上從所述血流矢量速度信號(hào)生成作為定量血流速度譜的血流矢量速度圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括: 通過(guò)以下步驟，在所述顯示裝置上從所述血流矢量速度信號(hào)生成作為定量瞬時(shí)血流速度的血流矢量速度圖像: 對(duì)投影至切斷血管的體素表面上的表面法向的血流速度向量進(jìn)行積分；以及 用以流量單位標(biāo)記的縱軸，在類似于譜多普勒?qǐng)D像的格式上，將結(jié)果顯示為瞬時(shí)流量。
15.一種用于產(chǎn)生血流速度矢量圖像的方法，包括: 在相對(duì)換能器陣列的至少兩個(gè)具體角度處，將未聚焦平面波聲信號(hào)發(fā)射至位于基本上整個(gè)測(cè)量場(chǎng)上方的介質(zhì)中； 響應(yīng)于發(fā)射，以與多普勒測(cè)量相一致的方式接收所述換能器陣列上散射和反射的超聲信號(hào); 處理所接收的超聲信號(hào)以提取信息； 使用所提取的信息構(gòu)建血流矢量速度信號(hào)，所述血流矢量速度信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述介質(zhì)中的至少一個(gè)點(diǎn)，構(gòu)建包括以下步驟: 對(duì)所提取的信息進(jìn)行壁濾波； 采用經(jīng)過(guò)壁濾波的信息來(lái)形成壓縮格式的共軛滯后積； 通過(guò)在所述積上使用時(shí)空梯度運(yùn)算來(lái)形成矢量速度測(cè)量模型，并且通過(guò)加權(quán)最小二乘方案求解所述模型； 由通過(guò)對(duì)作為血流速度向量估計(jì)程序的副產(chǎn)物產(chǎn)生的質(zhì)量度量的值的一系列測(cè)試使所述血流矢量速度信號(hào)證明合格來(lái)檢測(cè)在像素處存在血流；以及 從所述血流矢量速度信號(hào)在顯示裝置上生成血流矢量速度圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括通過(guò)壁濾波進(jìn)行預(yù)處理，并且以O(shè)或更大值的滯后，計(jì)算產(chǎn)生的系綜數(shù)據(jù)的壓縮格式共軛滯后積。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述處理包括用多普勒推導(dǎo)速度估計(jì)增加血流IQ數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括計(jì)算時(shí)空梯度分量，以使得在系綜時(shí)間窗上計(jì)算血流滯后積的瞬時(shí)時(shí)間導(dǎo)數(shù)和空間導(dǎo)數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括采用鏈?zhǔn)椒▌t，因此，所述流速矢量由計(jì)算的一個(gè)或多個(gè)PW傳輸角的梯度數(shù)量來(lái)約束，從而使得能夠計(jì)算血流矢量速度估計(jì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括對(duì)于每個(gè)平面波傳輸角度的系綜，用瞬時(shí)多普勒推導(dǎo)速度估計(jì)增加所計(jì)算的梯度數(shù)量。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括相對(duì)增加的梯度數(shù)量中的梯度時(shí)間導(dǎo)數(shù)，在使用梯度噪聲方差和多普勒速度方差來(lái)加權(quán)多普勒值。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括: 通過(guò)用獨(dú)立顆粒處理的合成顆粒夾帶，在顯示裝置上從所述血流矢量速度信號(hào)生成所述血流矢量速度圖像，其步驟包括: 對(duì)于多個(gè)未連接的流區(qū)域，調(diào)節(jié)顆粒密度以遵循逐幀延伸的流的動(dòng)力學(xué)； 對(duì)離開(kāi)流區(qū)域的顆粒進(jìn)行測(cè)試，并且通過(guò)從顆粒列表刪除相關(guān)的顆粒來(lái)響應(yīng)于肯定；對(duì)進(jìn)入流區(qū)域的顆粒進(jìn)行測(cè)試，并且通過(guò)在所關(guān)聯(lián)的像素中以概率方式創(chuàng)建顆粒來(lái)響應(yīng)于肯定； 通過(guò)根據(jù)所述顆粒列表中每個(gè)顆粒的最接近的重合血流矢量速度估計(jì)使其空間位置前進(jìn)來(lái)及時(shí)將其向前移動(dòng)；以及 將顯示的顆粒傳播速度的集合以期望的“放緩”因數(shù)縮放，以使得能夠以隨意減小的速度查看顆粒流路徑。
23.—種超聲波處理系統(tǒng),包括: 模塊，適于產(chǎn)生聲信號(hào)、在所述模塊中的多個(gè)接收元件處接收聲信號(hào)的至少一個(gè)回聲以及從中獲得多個(gè)回聲信號(hào)；以及 處理器，聯(lián)接至所述模塊，并且配置成: 從所述多個(gè)回聲信號(hào)中提取信息； 通過(guò)以下步驟，使用所提取的信息構(gòu)建血流矢量速度信號(hào): 對(duì)所提取的信息進(jìn)行壁濾波； 使用經(jīng)過(guò)壁濾波的信息來(lái)形成自相關(guān)值和多普勒頻率估計(jì)值； 將具有混疊干擾的雙基距離率模型劃分為線性部分和非線性部分；以及通過(guò)加權(quán)最小二乘方案求解所述模型，所述血流矢量速度信號(hào)對(duì)應(yīng)于介質(zhì)中至少一個(gè)點(diǎn)；以及 由通過(guò)對(duì)作為血流速度向量估計(jì)程序的副產(chǎn)物產(chǎn)生的質(zhì)量度量的值的一系列測(cè)試使所述血流矢量速度信號(hào)證明合格，來(lái)檢測(cè)在顯示裝置像素處存在血流；以及顯示裝置，配置成從所述血流矢量速度信號(hào)生成血流矢量速度圖像。
24.—種超聲波處理系統(tǒng),包括: 模塊，適于產(chǎn)生聲信號(hào)、在所述模塊中的多個(gè)接收元件處接收所述聲信號(hào)的至少一個(gè)回聲以及從中獲得多個(gè)回聲信號(hào)；以及處理器，聯(lián)接至所述模塊，并且配置成: 從所述多個(gè)回聲信號(hào)中提取信息； 通過(guò)與所述介質(zhì)中至少一個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的血流矢量速度信號(hào)使用所提取的信息構(gòu)建所述血流矢量速度信號(hào)，所述構(gòu)建包括以下步驟: 對(duì)所提取的信息進(jìn)行壁濾波； 使用經(jīng)過(guò)壁濾波的信息來(lái)形成壓縮格式的共軛滯后積；通過(guò)在所述積上使用時(shí)空梯度運(yùn)算來(lái)形成矢量速度測(cè)量模型，并且通過(guò)加權(quán)最小二乘方案求解所述模型； 由通過(guò)對(duì)作為血流矢量速度估計(jì)程序的副產(chǎn)物產(chǎn)生的質(zhì)量度量的值的一系列測(cè)試使所述血流矢量速度信號(hào)證明合格，來(lái)檢測(cè)在像素處存在血流；以及 顯示裝置，配置成從所述 血流矢量速度信號(hào)生成血流矢量速度圖像。
【文檔編號(hào)】G01S15/89GK104011559SQ201280052019
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月19日
【發(fā)明者】約翰·弗林, 羅納德·埃爾文·戴格爾 申請(qǐng)人:維拉聲學(xué)公司
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