專利名稱：用于液流成像的編碼激振方法和設(shè)備的制作方法
本專利申請為1999.4.23提出申請的美國專利申請序列No.09/299,034的后續(xù)部分；而該專利申請又是1998.4.23提出申請的美國專利申請序列No.09/065,212的后續(xù)部分；而該專利申請又是1998.3.31提出申請，今已放棄的美國專利申請序列09/052,789的后續(xù)部分。上述各項(xiàng)美國專利申請都引入于此以作參考。
本發(fā)明一般地涉及超聲成像系統(tǒng)，具體地說涉及到用于血液流動及造影劑成像的方法和設(shè)備。
常用的超聲掃描器產(chǎn)生組織的二維B型圖象。在這種圖象中，像素的亮度建立在回波強(qiáng)度的基礎(chǔ)上。在一種所謂“彩色流(colorflow)”模式中，可以對流動的血液或運(yùn)動的組織成像。常用的液流超聲成像方法是使用多普勒原理或時域互相關(guān)方法來估算液流的平均流速并以彩色的形式疊加顯示在B型圖象上。
利用多普勒效應(yīng)來測量心臟及血管中的血液流動這是眾所周知的。可以使用背散射超聲波的頻率偏移來測量組織或血液中的背散射體的速度。當(dāng)血液朝換能器的方向流動時背散射頻率向增加的方向偏移或改變；而當(dāng)血液朝離開換能器的方向流動時背散射頻率向減少的方向偏移或改變?？梢詫Χ嗥绽掌七M(jìn)行處理來估算平均流速并以不同的色彩來描述顯示該平均流速的速率及流動方向。這種彩色流動速度模式同時顯示幾百個鄰近的采樣體積，每個采樣體積都以編碼的色彩來描述其速度。
常用的液流超聲成像或是將平均多普勒功率(“功率多普勒成像”)或是將平均流速(“彩色流速成像”)以一種色彩疊加地顯示在B型圖象上。為了增進(jìn)多普勒靈敏度，所發(fā)送的脈沖串的帶寬一般都較B型的脈沖串更為窄。為了減少信號的動態(tài)范圍，用一個高通壁濾波器來拒斥來自運(yùn)動緩慢的組織或血管壁的回波，該壁濾波器是運(yùn)作在由16次發(fā)送所組成的信息包的基礎(chǔ)上的。每個信息包所包含的壁濾波器輸出采樣數(shù)目等于(N-W+1)，這里N為信息包尺寸，W為壁濾波器長度。隨后，按照每個壁濾波器的正交輸出信號的平方值算出瞬時多普勒功率并且按照所有正交輸出信號的平均值得出平均多普勒功率。也可以是，根據(jù)多普勒原理(相的改變)或兩次發(fā)射之間的時間延遲，由壁濾波器的正交輸出信號算出平均速度?？梢杂肒asai自相關(guān)算法或時域互相關(guān)算法來估算平均流動速度。
雖然常用的彩色液流成像方法的流動靈敏度非常好，但是由于它的動態(tài)范圍有限(部分地取決于壓縮曲線)，清晰度有限(由于是窄帶脈沖串)，幀速有限(由于信息包的尺寸大)，以及僅僅具有流動的軸向靈敏度(由于依賴于多普勒效應(yīng))，因此對實(shí)際存在的液流的查看能力有限。此外，常用的彩色液流成像方法還受到諸如混淆、色彩模糊和滲色等贗象的損害。
已經(jīng)有人提出對B型成像中的成像運(yùn)動反射體使用數(shù)字相減方法(見Ishihara等人的“Path Lines in Blood Flow Usiing High-SpeedDigital Subtraction Echography”，Proc.1992 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1277-1280，及Ishihara等人的“High-Speed DigitalSubtraction EchographyPrinciple and Preliminary Applicationto Arteriosclerosis，Arrhythmia and Blood FlowVisualization”，Proc.1990 IEEE U1trason.Symp.，pp.1473-1476)。這些方法使用幀對幀相減法，這本質(zhì)上是一種截止頻率非常低的雙抽頭壁濾波器。它的低截止頻率是由于鄰近兩幀之間的時間延遲較長，這就不適當(dāng)?shù)匾种屏藖碜跃徛\(yùn)動的組織或血管壁的信號。
常用的超聲圖象是由基波和諧波信號分量合成的，其中的諧波分量是在一種諸如組織等非線性介質(zhì)或一種含有造影劑的血液流中生成的。某些情況下，可以用抑制基波信號分量并增強(qiáng)諧波信號分量的方法來改善超聲圖象的質(zhì)量。
已經(jīng)研制出用于醫(yī)用超聲的造影劑以幫助對傳統(tǒng)上難以成像的脈管解剖學(xué)構(gòu)造進(jìn)行診斷。例如在de Jont等人的“Principle andRecent Developments in Ultrasound Contrast Agents”，Ultrasound，Vol.29，pp.324-280(1991)中討論了造影劑的應(yīng)用。造影劑通常是注射進(jìn)入血液流中的微泡，其直徑在1-10微米范圍內(nèi)。由于微泡的背散射信號大大地大于血液細(xì)胞，它便可用作為血液流動成像中的標(biāo)記物。一種更進(jìn)一步的分離出造影劑回波的方法是利用造影劑回波的諧波或次諧波分量，該諧波或次諧波分量大大地大于不含造影劑的周圍組織的諧波分量(見例如，Newhouse等人的“SecondHarmonic Doppler Ultrasound Blood Perfusion Measurement”，Proc.1992 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1175-1177；及Burns等人的“Harmonic Power Mode Doppler Using Microbubble ContrastAgentsAn Improved Method for Small Vessel Flow Imaging”，Proc.1994 IEEE Ultrason.Symp.，pp.1547-1550)。諧波或次諧波信號造影成像的實(shí)施基本上都是通過如下途徑發(fā)送一個頻率為/0(后文有說明乃“基波頻率”的符號，下同，譯注。)的窄帶信號，并以中心頻率為2/0(第二諧波)或/0/2(次諧波)的波帶來接收，隨后繼之以常用的彩色液流成像程序。該途徑具有常用彩色液流系統(tǒng)的全部的局限性，亦即低的清晰度、低的幀速以及僅僅在軸向具有流動靈敏度。
醫(yī)用診斷用超聲成像還要求有最佳的信噪比(SNR)。多余的SNR可以在給定的成像頻率下用來增加穿透深度，或通過提高超聲成像的頻率用來改善清晰度。在雷達(dá)領(lǐng)域里，當(dāng)發(fā)送信號的峰值功率不能再增加但其平均功率還可以增加時，編碼激振便是一個有名的用來提高信噪比的技術(shù)。在醫(yī)用超聲成像領(lǐng)域里，驅(qū)動換能器的信號峰值振幅常常受到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)局限性的制約。在這種情況下，便可以用諸如線性調(diào)頻壓縮脈沖串等較長的信號來遞送更高的平均功率，并用一個與之相匹配的濾波器來修正回波以恢復(fù)其時間清晰度。但對一個相控陣超聲系統(tǒng)來說，線性調(diào)頻脈沖串壓縮技術(shù)由于其電子設(shè)備的復(fù)雜性因而實(shí)施起來很昂貴，所以二進(jìn)制代碼，或其它可以簡易地進(jìn)行數(shù)字描述的數(shù)字系列，如+1、-1或0等其它代碼則要更現(xiàn)實(shí)可行得多。二進(jìn)制代碼則由于在給定的峰值振幅及脈沖持續(xù)時間下包含有最大的能量，因而還是優(yōu)選的代碼。
因此，一種通過直接使運(yùn)動中的反射體成像來使現(xiàn)實(shí)存在的液流成為可視的方法是符合需求的。這種方法要求成像系統(tǒng)具有高的信噪比和/或動力范圍、高的清晰度、高的幀速、對靜止或緩慢運(yùn)動的組織和血管壁產(chǎn)生的雜亂回波的拒斥能力以及各個方向上的流動靈敏度。
一種用于血液流動成像的方法及設(shè)備。該方法及設(shè)備具有高的清晰度、高的幀速、高的信噪比和/或動態(tài)范圍以及各個方向上的流動靈敏度。該方法及設(shè)備所獲得的臨床效益包括使復(fù)雜的血液動力學(xué)現(xiàn)象、狹窄內(nèi)的遺腔及血栓的運(yùn)動成為清晰可見。由于使用了寬帶脈沖串因而達(dá)到了高的清晰度。由于使用了小的信息包尺寸因而得到了高的幀速。由于使用了編碼激振因而維持了高的信噪比和/或動態(tài)范圍。流程方向上的流動靈敏度是最高的，這是由于脈沖—脈沖RF解聯(lián)的結(jié)果。同時，由于對整個流管截面上的反射體群(例如血液或造影劑)的脈沖一脈沖振幅解聯(lián)因而在正交于流程方向上具有流動靈敏度。
在這里所公開的方法中，一個小尺寸的編碼寬帶脈沖串信息包以給定的脈沖重復(fù)時間間隔被發(fā)送到一個發(fā)送聚焦位置上。該發(fā)射序列所形成的背散射信號經(jīng)過慢時濾波以去除掉發(fā)送路徑中的靜止或緩慢運(yùn)動反射體所形成的回波。信息包的尺寸較小(低于六次發(fā)射)以得到高的幀速，這雖然會因同時存在不希望有的邊緣效應(yīng)而降低信噪比。在優(yōu)選實(shí)施例中，這是通過編碼激振來使信噪比得到恢復(fù)。最好是通過一個高通FIR(有限脈沖響應(yīng))或IIR(無限脈沖響應(yīng))壁濾波器來實(shí)施慢時濾波。壁濾波器使流動的信雜比得到提高，還可在進(jìn)行成像前向病人輸入一種造影劑來進(jìn)一步提高信雜比。液流的圖象是通過對發(fā)送聚焦位置作橫跨感興趣部位的掃描來形成的。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，通過與流動方向相反的方向進(jìn)行掃描來得到最大的視在清晰度及流動靈敏度。還可以使用平行接收硬件來同時處理由單個發(fā)送矢量產(chǎn)生的多于一個的接收矢量以提高幀速。信息包尺寸、脈沖重復(fù)時間間隔(PRI)及感興趣部位(ROI)可以由用戶來進(jìn)行控制。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，向一個特定的發(fā)送聚焦位置多次地發(fā)送寬帶脈沖串(中心位于基波頻率處)編碼序列，每個編碼序列構(gòu)成一次發(fā)射。對所采集到的每次發(fā)射的接收脈沖串被進(jìn)行壓縮及帶通濾波，其目的為例如，將中心位于基波頻率的壓縮脈沖分離出來。然后將該經(jīng)過壓縮及分離的信號通過一個壁濾波器進(jìn)行跨越各次發(fā)射的高通濾波。經(jīng)過壁濾波的信號便用來使血液流動成像，而該血液中并沒有注入造影劑。
按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，在血液中注入了一種諸如充氣微泡那樣的造影劑來用作成像的血流的標(biāo)記物。如同上一個實(shí)施例那樣，向一個特定的發(fā)送聚焦位置多次地發(fā)送寬帶脈沖串編碼序列。由于所發(fā)送的超聲脈沖串與傳播介質(zhì)之間，特別是與注入的造影劑之間的交互作用而生成基波及諧波或次諧波信號。接收到的信號要進(jìn)行解碼及帶通濾波以分離出基波信號。分離出的基波信號要用壁濾波器進(jìn)行跨越各次發(fā)射的高通濾波。經(jīng)過這樣的濾波以后，便能提取出由發(fā)送路徑上的非靜止組織或流動部分所反射的基波信號。所得到的流動信號可以疊加到常用的B型圖象矢量數(shù)據(jù)上或求和計(jì)入該數(shù)據(jù)中并顯示出來。在基波頻率上來接收能量，這將有助于壁濾波器來抑制不希望有的靜止組織信號。
按照本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例，流動圖象可以通過求和計(jì)入或疊加的方法與靜止組織的圖象(亦即B型圖象)聯(lián)合起來以提供解剖學(xué)界標(biāo)，該靜止組織圖象是通過對基波或(次)諧波進(jìn)行檢波而采集到的。用疊加方法的一個優(yōu)點(diǎn)為流動部位可以用彩色來表示因此更顯得突出。然而，此方法要求更復(fù)雜的顯示硬件，并且在滿足流動圖象要求之外還要進(jìn)行更多次的發(fā)射以采集代表靜止組織的圖象數(shù)據(jù)，此外，閃爍假象也較嚴(yán)重。用求和計(jì)入的方法(不管是相干的還是不相干的)來注入B型背景圖象則閃爍假象比較柔和。用一種壁濾波器饋通方法來加入B型圖象時，如果是諧波B型圖象則要增加發(fā)射次數(shù)，如果是基波B型圖象則不需要增加發(fā)射次數(shù)。當(dāng)流動圖象和B型圖象是使用各自獨(dú)立的發(fā)射時，兩種發(fā)射之間要用一個空白來隔開，并且流動信號可以在B型信號居先顯示之后單獨(dú)的進(jìn)入顯示。
本發(fā)明的方法與常用的功率多普勒及彩色流速圖象在幾個方面都是不同的。例如，本發(fā)明方法并不提取多普勒信號，因此可以使用寬帶脈沖串；而且本發(fā)明方法既不需要基帶數(shù)據(jù)(雖然它也可以使用基帶數(shù)據(jù))也不需要進(jìn)行速度估算。此外用求和方法來得到B型背景與常用的疊加方法相比是更簡單的(需要的顯示硬件少)，效率更高的(使用饋通方法則不需要增加發(fā)送量來采集基波B型圖象)，以及更有效的(閃爍假象更柔和)。


圖1所示為一個常用的超聲成像系統(tǒng)的方框圖，圖中概略地表示了各個分系統(tǒng)。
圖2所示為符合本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)。
圖3所示為一個16-抽頭失諧濾波器的濾波系數(shù)。該濾波器適用于符合本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的一個例子，非巴克信號發(fā)送編碼激振[1，1，1，-1，-1，1，-1，1]。
圖4所示為圖3(原文為“圖5”，譯注)所描述的16-抽頭失諧濾波器當(dāng)它的濾波系數(shù)卷積(convolved)有編碼[1，1，1，-1，-1，1，-1，1]時所生成的解碼信號。
圖5所示為符合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的B型信號饋通“慢時”壁濾波的流程圖。
圖6所示為符合本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的方框圖。
圖1所示為一個常用的超聲成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個換能器陣列10。該換能器陣列10具有許多獨(dú)立驅(qū)動的換能元件12，每個換能元件12當(dāng)受到發(fā)送器14所產(chǎn)生的脈沖波激勵時便產(chǎn)生一串超聲能量。該超聲能量從所研究的目的物上反射回到換能器陣列10上并被各個換能元件12轉(zhuǎn)換成為模擬電信號。該模擬電信號又通過一套發(fā)送/接收(T/R)開關(guān)18單獨(dú)送到接收器16上。發(fā)送器14和接收器16在主機(jī)或主控制器20的控制下工作，應(yīng)答操作人員通過操作界面(圖中未表示)下達(dá)的指令。一次完整的掃描是通過采集一系列的回波來完成的。其中發(fā)送器14選通在0N狀態(tài)上并瞬時地激勵每個換能元件12，各個換能元件12產(chǎn)生的回波信號隨后便傳給接收器16。接收器16將模擬量的回波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并將分別得自各個換能元件的數(shù)字信號合成為單一的束和信號(beamsummed signal)，該束和信號被用來在顯示分系統(tǒng)22上所顯示的圖象中產(chǎn)生一條線。
在主機(jī)的指揮下，發(fā)送器14驅(qū)動換能器陣列10，使得所發(fā)送出去的超聲能量成為一股定向的聚焦束。為此，發(fā)送射束構(gòu)成器26要向許多脈沖發(fā)生器24分發(fā)各自的時間延遲量。由主機(jī)20來確定各個聲脈沖串的發(fā)送條件，而發(fā)送射束構(gòu)成器26則根據(jù)該條件來確定脈沖發(fā)生器24將生成的各個發(fā)送脈沖串的計(jì)時及振幅。各個發(fā)送脈沖的振幅是由一個旁瓣縮減法(apodization)生成線路36來生成的，該生成線路36的例子如一個設(shè)定各個脈沖發(fā)送器的供電電壓的高壓控制器。脈沖發(fā)送器24又轉(zhuǎn)而將發(fā)送脈沖串通過T/R開關(guān)18送到換能器陣列10的各個元件12上。該T/R開關(guān)18可防止位于換能器陣列上的時間增益補(bǔ)償(TGC)放大器28免受高電壓的作用。旁瓣縮減法的各個加權(quán)要經(jīng)過選擇以在發(fā)送功率和旁瓣大小之間達(dá)到最佳的折衷。各個加權(quán)值是由旁瓣縮減法生成線路36來生成的。該線路36可包括一套數(shù)—模轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器從發(fā)送射束構(gòu)成器26取得加權(quán)數(shù)據(jù)并將其提供給脈沖發(fā)生器24。由于適當(dāng)?shù)厥褂昧顺Ｒ?guī)的旁瓣縮減方法來調(diào)節(jié)發(fā)送聚焦時間延遲量，此外還對發(fā)送旁瓣縮減的加權(quán)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，因此由許多單獨(dú)的換能元件發(fā)送的大量超聲波可以合成而為一股定向的并且聚焦的發(fā)送射束。旁瓣縮減加權(quán)及發(fā)送聚焦時間延遲量可由主機(jī)根據(jù)系統(tǒng)程序及操作者的輸入來設(shè)定。
每組發(fā)射的超聲能量都被依次排列在各個發(fā)送射束上的目的物所反射。所產(chǎn)生的回波信號分別被各個換能元件所感受，并且，一個特定時間點(diǎn)上的回波信號大小的采樣值便代表了一個特定區(qū)域所發(fā)生的反射的大小。由于反射點(diǎn)和各個換能元件12之間的傳播路徑是不同的，因此各個回波信號不是同時被檢測的并且它們的振幅也是不相等的。接收器16通過每個接收通道上的TGC放大器28來放大各個獨(dú)立的回波信號。時間增益補(bǔ)償(TGC)是通過將增益作為深度的函數(shù)而增加或減少來實(shí)現(xiàn)的。TGC放大器所提供的放大量受控于TGC線路(圖中未表示)，該線路由主機(jī)及手工操作電位器來設(shè)定。經(jīng)過放大的回波信號隨后便輸送給接收射束構(gòu)成器30。
接收射束構(gòu)成器30在主機(jī)20的指揮下跟蹤發(fā)送射束的方向。接收射束構(gòu)成器30將合適的時間延遲值及接收旁瓣縮減加權(quán)分發(fā)給各個經(jīng)過放大的回波信號，并且將這些信號求和后給出一個回波信號，該信號精確地代表著一個特定方向上的特定區(qū)域內(nèi)的一個點(diǎn)所反射的總超聲能量。接收聚焦時間延遲值是用一個專門硬件實(shí)時地計(jì)算出或查表得到。接收通道上還具有用來對接收脈沖串進(jìn)行濾波的線路。接收旁瓣縮減加權(quán)值及接收聚焦時間延遲值可由主機(jī)根據(jù)系統(tǒng)程序及操作者的輸入來設(shè)定。
經(jīng)過時間延遲的接收信號經(jīng)過求和后便輸送給一個信號處理器或檢波器32，該檢波器將總接收信號轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)。對一般的灰度尺標(biāo)顯示來說，顯示數(shù)據(jù)為經(jīng)過諸如邊緣增強(qiáng)及對數(shù)壓縮等某種附加處理的信號包絡(luò)線。對于RF數(shù)據(jù)，可用低通濾波器來對包絡(luò)線進(jìn)行檢波；對于基帶數(shù)據(jù)，可用一個包絡(luò)線檢波器來檢波。這種包絡(luò)線檢波器產(chǎn)生一個以(I2+Q2)1/2形式表示的信號，其中I為基帶數(shù)據(jù)的同相信號分量而Q為正交信號分量。
掃描轉(zhuǎn)換器34接收來自檢波器32的圖象顯示數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需的圖象而顯示出來。具體地說，掃描轉(zhuǎn)換器34將聲學(xué)圖象數(shù)據(jù)或是從極坐標(biāo)(R×θ)扇形格式或是從笛卡爾坐標(biāo)的線性矩陣形式轉(zhuǎn)換成為視頻等級的具有合適尺度的笛卡爾坐標(biāo)的顯示像素?cái)?shù)據(jù)。經(jīng)過掃描轉(zhuǎn)換的聲學(xué)數(shù)據(jù)被傳輸?shù)斤@示分系統(tǒng)22加以顯示。顯示分系統(tǒng)22將信號包絡(luò)線的時變振幅表示為灰度等級來成像。對于各個發(fā)送射束都用一條相應(yīng)的掃描線來顯示。
圖2所示為符合本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例的超聲流動成像系統(tǒng)。由于存儲器38向各個脈沖發(fā)生器提供相同的發(fā)送序列N次(N最好是小于等于6)，因而發(fā)送孔中的每一個換能元件都以相同的編碼波形發(fā)出脈沖N次。脈沖發(fā)生器24要如此地對換能器陣列10中的元件12來進(jìn)行驅(qū)動，要使得每次發(fā)送發(fā)射所產(chǎn)生的超聲能量被導(dǎo)向或?qū)б蔀橐粋€波束。為此，要根據(jù)存儲器38發(fā)出的發(fā)送序列將發(fā)送聚焦時間延遲值36分發(fā)給相應(yīng)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖波形。由于按照常用的方法合適地調(diào)整了發(fā)送聚焦時間延遲值，超聲射束便可以聚焦在要求的發(fā)送聚焦位置上。發(fā)送到發(fā)送聚焦位置上的N次脈沖串具有一個特定的脈沖重現(xiàn)時間間隔(PRI)。發(fā)送序列由主機(jī)根據(jù)系統(tǒng)程序及操作者的輸入來提供。
一次發(fā)送的編碼激振的基本概念包括根據(jù)一個長度為P的發(fā)送脈沖群(基礎(chǔ)序列)來調(diào)制一個特別設(shè)計(jì)的編碼序列。一個由n個脈沖群組成的編碼脈沖序列稱為n小片編碼。用來詢問流動血液的編碼序列其長度取為n×P，這可使其具有更大的聲學(xué)劑量和更短的基礎(chǔ)序列。解碼(亦即壓縮)濾波器的信號輸出是一種經(jīng)過壓縮的信號脈沖，其長度等于或接近于原來的發(fā)送脈沖群的長度P，但其振幅是由n倍長度的編碼脈沖序列所生成的。這種編碼技術(shù)對幀速沒有不良作用，但由于高的速度或自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)(adaptive rotation)，出現(xiàn)誤解碼的概率非常小。
發(fā)送出去一個單個的編碼波形后，要將接收到的波形與解碼濾波器脈沖響應(yīng)相卷繞以把波形能量壓縮在小的時間間隔內(nèi)。解碼濾波器可以是一個匹配濾波器(其濾波系數(shù)與發(fā)送編碼相同)或一個不匹配濾波器。不匹配濾波器設(shè)計(jì)成可以使濾波器輸出信號相對于克朗內(nèi)克德爾塔(δ)函數(shù)的誤差平方和最小。優(yōu)選的單發(fā)送編碼包括巴克編碼和諸如8位長的[1，1，1，-1，1，-1，1，1]等非巴克編碼。當(dāng)此編碼與圖3所示16位長的不匹配濾波器相卷繞時其輸出信號便如圖4所示。
對于每次傳輸來自換能元件12的各個發(fā)送的回波信號被輸送到接收射束構(gòu)成器的相應(yīng)接收通道40。在主機(jī)20(圖1)的導(dǎo)引下，接收射束構(gòu)成器對發(fā)送射束的方向進(jìn)行跟蹤。接收射束構(gòu)成器將合適的聚焦時間延遲值42分發(fā)給所接收到的回波信號并將它們相加而給出一個回波信號，該回波信號精確地描述了發(fā)送射束上的一個特定位置所反射的總超聲能量。對于聚焦在特定發(fā)送聚焦位置上的N次發(fā)送發(fā)射，其中每次發(fā)射的經(jīng)過時間延遲處理的接收信號在一個接收波束求和器44中求和。
逐次發(fā)送發(fā)射的的接收信號經(jīng)過求和后便輸送給一個執(zhí)行解碼、帶通濾波及壁濾波功能的濾波器46。主機(jī)根據(jù)系統(tǒng)程序及操作人員的輸入來選擇合適的濾波系數(shù)以履行上述功能。濾波器46跨越該N次發(fā)送發(fā)射進(jìn)行濾波并將經(jīng)過濾波的信號輸送給檢波器32，該檢波器32形成逐次發(fā)射濾波信號的包絡(luò)線。經(jīng)過后處理(包括邊緣增強(qiáng)及對數(shù)壓縮)及掃描轉(zhuǎn)換后便由顯示系統(tǒng)22(圖1)顯示出一條掃描線。此過程重復(fù)執(zhí)行直至每一個發(fā)射聚焦位置(在每個射束角僅包括一個發(fā)送聚焦位置的情況下)或每個矢量(在每個射束角包括多個發(fā)送聚焦位置的情況下)都顯示為一條相應(yīng)的掃描線。
符合本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，濾波器46包括一個FIR濾波器48及一個矢量求和器50。FIR濾波器48的輸入端與接收波束求和器44的輸出端相連，矢量求和器50的輸入端與FIR濾波器48相連而其輸出端與檢波器32相連。FIR濾波器上有M個濾波抽頭來分別接收對應(yīng)于各個發(fā)送發(fā)射的M個濾波系數(shù)的設(shè)定。對應(yīng)于第n個發(fā)送發(fā)射的濾波系數(shù)為anc1，anc2，……，ancM，這里an為第n個發(fā)送發(fā)射的標(biāo)量加權(quán)(scalar weighting)，n＝1，2，……，N，而這里的c1，c2，……，cM為一套經(jīng)過選擇的濾波系數(shù)，其選擇原則為使FIR濾波器既對接收脈沖串進(jìn)行壓縮又可讓所要求的基波頻帶的絕大部分脈沖通過。具體地說，濾波系數(shù)c1，c2，……，cM是通過卷繞第一套濾波系數(shù)b1，b2，……，bP和第二套濾波系數(shù)d1，d2，……，dQ而得到的，這里第一套濾波系數(shù)是打算通過的頻帶的函數(shù)，第二套濾波系數(shù)是匹配濾波器或不匹配濾波器的濾波系數(shù)，而M＝(P+Q-1)。標(biāo)量加權(quán)a1，a2，……，aM形成一個慢時的“壁”濾波器，該濾波器有選擇地允許來自運(yùn)動速度大于某預(yù)定門限的反射體的信號通過，亦即慢時濾波器的濾波系數(shù)選成為拒斥低頻率信號通過，該頻率對應(yīng)于較低速度的運(yùn)動。N個發(fā)送發(fā)射的FIR濾波器逐次輸出信號都被相干地累計(jì)在矢量求和器50中。這等效于壁濾波器的一個單一輸出信號采樣。矢量求和器的輸出信號經(jīng)過包絡(luò)線檢波、后處理、掃描轉(zhuǎn)換便以公知的方法來顯示。
主機(jī)從濾波系數(shù)存儲器52中提取與各個發(fā)送發(fā)射相應(yīng)的濾波系數(shù)anc1，anc2，……，ancM并提供給濾波器48。例如，對應(yīng)于第一個發(fā)送發(fā)射，提供給FIR濾波器一套濾波系數(shù)為a1c1，a1c2，……，a1cM；對應(yīng)于第二個發(fā)送發(fā)射，提供給FIR濾波器一套濾波系數(shù)為a2c1，a2c2，……，a2cM；等等。濾波系數(shù)是可以根據(jù)于具體的診斷用途而編程的。在主機(jī)的存儲器的備查表格中可以儲存多套不同的濾波系數(shù)供系統(tǒng)操作人員選擇。對于發(fā)送發(fā)射次數(shù)N＝2的用途，存儲器中存有兩套選定的濾波系數(shù)，其中的一套濾波系數(shù)在第一次發(fā)送發(fā)射之前輸送給FIR濾波器，另一套則在第一次發(fā)送發(fā)射之后第二次發(fā)送發(fā)射之前輸送給FIR濾波器。與此相似，對于發(fā)送發(fā)射次數(shù)N＝3的用途，存儲器中存有兩套或三套選定的濾波系數(shù)，以供對第一至第三次發(fā)射所產(chǎn)生的接收信號進(jìn)行濾波。對于發(fā)送發(fā)射次數(shù)N＞3的用途也遵循相似的方法。
每個聚焦位置的每N次發(fā)送之間的時間間隔是可由使用者來控制以決定慢時濾波的截止頻率。如果一個特定聚焦位置上的各個N次發(fā)送發(fā)射之間的間隔較長其結(jié)果是截止頻率較低而對慢速度的流動靈敏度較高。
液流的圖象可以自己單獨(dú)顯示出來以得到最大的流動對比度，或可以與一個B型的背景圖象相加。將一個液流圖象重疊在常用的B型圖象上可以使得在診斷中觀察到血液流動與診斷時的已知解剖學(xué)界標(biāo)之間的相對關(guān)系。液流及B型圖象相加方法中所看到的閃爍贗象比在常用的彩色液流圖象中看到的更為溫和。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，將一個由基波頻帶驅(qū)動的B型圖象與液流圖象相加。這是通過對“慢時”濾波的加權(quán)值其中的一個值進(jìn)行微擾來達(dá)到的，這樣做使得基礎(chǔ)B型信號分量得以通過或輸過壁濾波器。例如，對于第一次發(fā)送發(fā)射(或任何其它發(fā)送發(fā)射)可以以一個量α1如圖5所示對加權(quán)a1進(jìn)行微擾。采用B型饋通方法使得液流圖象得以重疊在常用的B型圖象上顯示出來。這種饋通技術(shù)是一個不需附加的發(fā)射便可獲得B型背景圖象的途徑。其它獲得B型背景圖象的途徑包括專門為B型圖象發(fā)送脈沖串(該方法需要一個ROI)，以及使信息包中的各個發(fā)送脈沖串相互之間稍有不同以致即使對于任何靜止的物體壁濾波器的輸出信號也不為零。
在一個備選的優(yōu)選實(shí)施例中，B型背景圖象也可以是一個諧波或次諧波圖象，這有助于消除諸如混響及計(jì)劃外的聲學(xué)噪音等某些圖象贗象，這些贗象可使液流圖象變得模糊。下面介紹幾個方法，采用其中任何一個方法便可達(dá)到這個目的。
在一個用于產(chǎn)生諧波B型背景圖象的優(yōu)選實(shí)施例中，以/0(通常為換能器頻帶的低端)發(fā)送一次附加的非編碼脈沖，并且以一個中心頻率為2/0(對于第二諧波)或/0/2(對于次諧波)的帶通濾波器(在圖2中被并入FIR濾波器48中)來對回波進(jìn)行濾波。緊隨在這種非編碼發(fā)送之后的是至少為兩次如前面所述的編碼發(fā)送。所有這些發(fā)送的接收信號都以壁濾波器進(jìn)行慢時濾波。這里跟在一個非編碼發(fā)送后面的是兩個編碼發(fā)送，壁濾波器的標(biāo)量加權(quán)[a0，a1，a2]＝[1，1，-1]。編碼發(fā)送和非編碼發(fā)送之間的次序是可以改變的，因此非編碼發(fā)送可以放在中間或最后。這種方案具有的效果是既允許諧波B型背景圖象矢量通過又允許從一個液流圖象矢量中減去另一個液流圖象矢量。
在另一個用來產(chǎn)生諧波B型背景圖象的優(yōu)選實(shí)施例中，在逐次的發(fā)送偶數(shù)次非編碼脈沖串之后接著發(fā)送至少為兩次編碼脈沖串。所發(fā)送的信息包中的任何相繼的兩次非編碼脈沖都是倒相的，因此在將反相的非編碼脈沖串的回波與正相的非編碼脈沖串的回波相加以后便將基波信號刪除而僅留下諧波信號。隨后將該諧波信號在檢波之前(對于相干的)或檢波之后(對于不相干的)加到液流信號上。例如，在發(fā)送信息包中可以包括兩個非編碼脈沖串和至少兩個編碼脈沖串，第一非編碼脈沖的極性為正，第二非編碼脈沖的極性為負(fù)。所有這些次發(fā)送的接收信號都由壁濾波器進(jìn)行慢時濾波。這里，跟隨在兩個極性相反的非編碼發(fā)送后面的是兩個編碼發(fā)送，壁濾波器的標(biāo)量加權(quán)[a0，a1，a2，a3]＝[1，1，1，-1]。編碼發(fā)送和非編碼發(fā)送之間的次序是可以改變的。這種方案具有的效果是，既允許諧波B型背景圖象矢量通過壁濾波器又允許從一個液流圖象矢量中減去另一個液流圖象矢量。
在本發(fā)明的一個備選的優(yōu)選實(shí)施例中，使用了雙發(fā)送編碼激振，如戈雷代碼對(Go1ay code pairs)，來恢復(fù)信噪比。具體地說，在聚焦于相同位置的各個射束上連貫地發(fā)送一對經(jīng)戈雷編碼的基礎(chǔ)序列，然后對束和數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。再將一個基礎(chǔ)序列與一個經(jīng)過脈沖過采樣(oversampling)的戈雷代碼對相卷繞便可形成一對經(jīng)過戈雷編碼的基礎(chǔ)序列。一個戈雷代碼對是一對二碼(+1，-1)序列，該代碼對的兩個序列的自相關(guān)總和是克朗內(nèi)克δ函數(shù)。脈沖過采樣戈雷序列是一個在每一對+1及-1之間有一個0的戈雷序列，這里0的數(shù)目為大于或等于基礎(chǔ)序列的長度減去1。戈雷編碼是沒有縱向旁瓣的。對于各次發(fā)射，是使用脈沖過采樣戈雷序列來進(jìn)行解碼的，所使用的過采樣序列是與發(fā)送時所使用的經(jīng)過戈雷編碼的基礎(chǔ)序列相對應(yīng)的。通過發(fā)送兩個按戈雷代碼對進(jìn)行了極化編碼的脈沖序列，則由于所接收的每一個束和信號和與它相對應(yīng)的脈沖過采樣戈雷序列之間的交互作用以及這些交互作用的總和，使信噪比能夠得到提高，而同時實(shí)質(zhì)上又不降低圖象的清晰度和對比度。在實(shí)踐中發(fā)生了由于代碼畸變而產(chǎn)生的縱向旁瓣，但傾向?yàn)榈陀诨自肼?，因而不影響圖象質(zhì)量。在兩次戈雷編碼序列發(fā)送之間發(fā)生的組織運(yùn)動也會造成代碼畸變，這也會使縱向旁瓣增強(qiáng)。因此在第一序列的回波被完全接受的時刻就要立刻發(fā)送出第二序列，這可以使兩次發(fā)送之間的時間間隔達(dá)到最小。盡量減小發(fā)送之間的時間間隔可使由于組織運(yùn)動所引起的代碼畸變達(dá)到最小。
圖2所示的超聲成像系統(tǒng)使用了互補(bǔ)的編碼程序。與信息包是由N個發(fā)送脈沖串(例如，各個脈沖都是單音脈沖)組成的情況不同，該超聲成像系統(tǒng)所發(fā)送的信息包是由2N個發(fā)送脈沖串組成，逐次發(fā)送的脈沖串是交變地用相應(yīng)的互補(bǔ)的代碼對(例如戈雷代碼對)來進(jìn)行編碼以形成交變的編碼脈沖序列A及B。舉例來說，編碼脈沖序列A及B(原文僅有A，譯注)可通過用第一數(shù)字發(fā)送代碼來對M發(fā)送脈沖串序列進(jìn)行編碼及用第二數(shù)字發(fā)送代碼來對另一個M發(fā)送脈沖串序列進(jìn)行編碼的方法來形成，其中第一和第二發(fā)送代碼是互補(bǔ)的。將一個與該發(fā)射的發(fā)送代碼相同的接收代碼加載到解碼濾波器上并對接收信號進(jìn)行濾波便可實(shí)現(xiàn)各個發(fā)送發(fā)射的自相關(guān)。然后用壁濾波器將已自相關(guān)的序列求和，該壁濾波器的標(biāo)量加權(quán)為，例如每個奇數(shù)發(fā)送對的標(biāo)量加權(quán)是每個偶數(shù)發(fā)送對的標(biāo)量加權(quán)的負(fù)值。在符合圖6所示的優(yōu)選實(shí)施例中，由波束構(gòu)成器54中的發(fā)送器(圖中未表示)發(fā)射出一個信息包，該信息包是由交替發(fā)送的兩種互補(bǔ)編碼脈沖序列A及B，亦即A B A B……組成的。由這個信息包所得到的接收信號可表示為A1B1A2B2A3B3……ANBN這里Ai為編碼A的第i次發(fā)射的接收信號，Bi為編碼B的第i次發(fā)射的接收信號，編碼B是編碼A的補(bǔ)碼，2N是這個信息包中的發(fā)射次數(shù)。這些接收信號用濾波器48進(jìn)行壓縮及帶通濾波。在一個RF(射頻)波束構(gòu)成器輸出信號的例子中，解調(diào)器56將經(jīng)過壓縮的RF信號變換成I及Q分量，并將該I及Q分量加載到角旋轉(zhuǎn)器存儲器(cornerturner memory)58。一個(1，1，-1，-1)壁濾波器60被施加到跨越每次發(fā)射的每個射程末端位置上，亦即對各個縱向終點(diǎn)進(jìn)行慢時濾波，以產(chǎn)生相應(yīng)的不同信號(A1+B1)-(A2+B2)(B1+A2)-(B2+A3)(A2+B2)-(A3+B3)(B2+A3)-(B3+A4)…………(AN-1+BN-1)-(AN+BB)(括號的插入是為了使數(shù)學(xué)關(guān)系更為清楚)。這樣就將鄰近的互補(bǔ)編碼序列加在一起并對所得到的和進(jìn)行了壁濾波。隨后用檢波器32對壁濾波輸出信號進(jìn)行檢波；用掃描轉(zhuǎn)換器34進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換；用視頻處理器62進(jìn)行彩色繪制并顯示在顯示監(jiān)視器64上。壁濾波器60一般可以產(chǎn)生(N-W+1)個信號采樣，這里N為信息包尺寸W為壁濾波器長度。在圖2所示的實(shí)施例中，壁濾波器的N＝W。除了使用寬帶脈沖串及小尺寸信息包之外，還要對壓縮曲線及顯示圖型(display maps)進(jìn)行選擇以得到更大數(shù)量的有效顯示比特。還要增加矢量密度以提高清晰度。液流圖象是以一種彩色(從裝載在視頻處理器62中的色板上來選擇)疊加顯示在一個B型圖象上。
在圖6所示的實(shí)施例中，雖然每個發(fā)送發(fā)射要求有兩個編碼脈沖序列，但是諸編碼脈沖序列的交錯使得信息包內(nèi)總的發(fā)射次數(shù)將要增加到的倍數(shù)不是2，而是僅取決于壁濾波器的附加抽頭數(shù)也就是它所供給的液流檢波器的點(diǎn)數(shù)。采用相對較短的壁濾波器可以維持足夠高的幀速。該實(shí)施例的速度動態(tài)范圍還是維持其原值±PRF/2，這里PFR是單個的編碼脈沖序列A或B發(fā)射時的頻率，而不是一對互補(bǔ)的編碼脈沖序列發(fā)射時的頻率。
當(dāng)使用單一的發(fā)送編碼時，本發(fā)明要求至少有兩次編碼發(fā)送，所產(chǎn)生的回波將由壁濾波器進(jìn)行慢時濾波。作為對比，當(dāng)使用戈雷代碼對時，由于要在不同的時間點(diǎn)上采集兩個數(shù)據(jù)，兩個戈雷代碼中的每個戈雷代碼采集兩次，因此要有四次發(fā)送。所以，由于采用了雙發(fā)送代碼就要求至少有四次編碼發(fā)送。在進(jìn)行壁濾波時，對一個戈雷代碼對中的兩個戈雷代碼的回波使用了同一套標(biāo)量加權(quán)。如前面已經(jīng)敘述過那樣，信息包中可以包括有附加的非編碼發(fā)送以得到一個諧波B型背景圖象。
在以圖2為基礎(chǔ)的實(shí)施例中，解碼濾波器、帶通濾波器及壁濾波器集成在一個FIR濾波器中，該FIR濾波器可動態(tài)地使用合適的濾波系數(shù)并配備了一個矢量求和器。也可以采用分立的幾個濾波器。在圖6所示的實(shí)施例中，解碼濾波器及帶通濾波器組合在一個FIR濾波器中而壁濾波器是分立的。這里應(yīng)當(dāng)了解的是，不管是圖2所示還是圖6所示的實(shí)施例都可以用來進(jìn)行單一發(fā)送或多樣發(fā)送編碼激振。
圖2及圖6所示的實(shí)施例二者的幀速都可以通過采用平行的接收硬件而得到提高，該平行接收硬件同時處理由一個單一的發(fā)送矢量產(chǎn)生的多于一個的接收矢量。信息包尺寸、脈沖重現(xiàn)時間間隔(PRI)、及感興趣區(qū)域是可以由用戶來控制的。PRI決定了壁濾波器的截止頻率，PRI越大截止頻率越低，對低速液流的靈敏度也越高。在產(chǎn)生背景B型圖象的發(fā)射與產(chǎn)生液流圖象的發(fā)射是分離的情況下(亦即，不是饋通式的)，獨(dú)立的B型發(fā)射可以與液流發(fā)射間隔開以增加幀速，并且液流圖象可以與B型圖象先后分別進(jìn)入屏幕。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，超聲波束的掃描方向與血液流動的方向相反，因此提供了更大的視在液流靈敏度(更均勻的擴(kuò)展到血管邊緣)和更高的清晰度(更小的散射體尺寸)。掃描方向是由使用者以電動或手動的方式使探頭旋轉(zhuǎn)來操縱改變的。
一個能夠顯著提高液流對比度(亦即在背景中明顯可見的程度)的方法為在基本成像模式中使用造影劑。造影劑一般為封閉的微氣泡，其直徑在0.1到10微米之間。當(dāng)將其通過注射導(dǎo)入體內(nèi)時，造影劑便在血液的流動和灌注過程中起到高反射率標(biāo)記物的作用。入射到微泡上的超聲能量在入射(基波)頻率及諧振(諧波及次諧波)頻率上被強(qiáng)烈的反射，因此基波成像及諧波成像兩種技術(shù)都被用來使造影劑成像。優(yōu)選的方法為使用強(qiáng)反差回波中的基波頻率而不是諧波頻率。向一個特定的發(fā)送聚焦位置連續(xù)地發(fā)送發(fā)射多次的相同脈沖串。具體地說就是向各個發(fā)送聚焦位置發(fā)送N個中心位于基波頻率/0的編碼脈沖串。用一個中心為基波頻率的FIR濾波器來對所接收的脈沖串進(jìn)行壓縮并將所要求的基波分量基本上分離出來。隨后用一個壁濾波器將包含在這N個發(fā)送上的基波液流信號提取出來。
以上僅僅是圖示和描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選特征，本專業(yè)的技術(shù)人員將可對此作出許多修改及變更。例如，本發(fā)明并不僅限于使用二相代碼，多相的代碼也是可以使用的。所以，所附的權(quán)利要求書打算覆蓋落入本發(fā)明精神準(zhǔn)確范圍內(nèi)的所有這類修改及變更。
權(quán)利要求
1.一個成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括一個換能器陣列，該換能器陣列具有多個換能元件，該換能元件是用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出中心位于基波頻率的波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號；一個與所述換能器陣列相耦合的發(fā)送器，該發(fā)送器設(shè)計(jì)成為在第一及第二發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種發(fā)送代碼進(jìn)行了編碼的；一個接收器，該接收器設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第一及第二發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一及第二接收信號；一個壁濾波器，該濾波器設(shè)計(jì)成為具有第一及第二套濾波系數(shù)以相應(yīng)地對所述第一及第二接收信號的第一及第二基波信號分量進(jìn)行壓縮及帶通濾波并且有選擇地允許一定頻率的信號通過，該頻率與運(yùn)動速度大于預(yù)定門限的波動能反射體相對應(yīng)，該壁濾波器由于至少是部分地受到經(jīng)過壓縮及帶通濾波的第一及第二基波信號分量和有選擇地通過的頻率的驅(qū)動而形成一個液流信號；以及一個分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來顯示一種圖象，該圖象中的至少是部分地為所述液流信號的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述第二套濾波系數(shù)是所述第一套濾波系數(shù)的負(fù)值。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所有的所述第二套濾波系數(shù)中處除去至少一個以外其余的都是所述第一套濾波系數(shù)的負(fù)值，所述濾波系數(shù)中的至少一個要受到微擾以允許B型基波信號饋通。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述壁濾波器包括一個FIR濾波器及一個與所述FIR濾波器相耦合的矢量求和器。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送代碼包括n個數(shù)字并且所述第一及第二套濾波系數(shù)中的每一套的數(shù)目大于或等于n。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送代碼包括巴克代碼。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送代碼為[1，1，1，-1，1，-1，-1，1，]。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器還設(shè)計(jì)成為在第三發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量，所述接收器還設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第三發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第三接收信號；以及所述壁濾波器還設(shè)計(jì)成為具有第三套濾波系數(shù)來帶通所述第三接收信號的諧波信號分量并將其與所述液流信號相加而加以顯示。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器還設(shè)計(jì)成為在第三及第四發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量，所述第三發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量與所述第四發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量是極性相反的，所述接收器還設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第三及第四發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第三及第四接收信號，以及所述壁濾波器還設(shè)計(jì)成為具有第三及第四套濾波系數(shù)來帶通所述第三及第四接收信號的相應(yīng)諧波信號分量并將其與所述液流信號相加而加以顯示并同時將所述第三及第四接收信號的相應(yīng)基波信號分量基本消除。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述分系統(tǒng)包括一個處理分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)用于根據(jù)所述液流信號來形成液流圖象信號；以及一個顯示分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來顯示所述的圖象部分，該圖象部分是所述液流圖象信號的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述換能元件包括有壓電元件用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出超聲波并將返回的超聲波變換成為電信號。
12.一個成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括一個換能器陣列，該換能器陣列具有多個換能元件，該換能元件是用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出中心位于基波頻率的波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號；一個與所述換能器陣列相耦合的發(fā)送器，該發(fā)送器設(shè)計(jì)成為在第一及第三發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第一戈雷代碼進(jìn)行了編碼的，以及在第二及第四發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第二戈雷代碼進(jìn)行了編碼的；一個接收器，該接收器設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第一到第四發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一到第四接收信號；一個壁濾波器，該濾波器設(shè)計(jì)成為具有第一到第四套濾波系數(shù)以相應(yīng)地對所述第一到第四接收信號的第一到第四基波信號分量進(jìn)行解碼及帶通濾波并且有選擇地允許一定頻率的信號通過，該頻率與運(yùn)動速度大于預(yù)定門限的波動能反射體相對應(yīng)，該壁濾波器由于至少部分地受到經(jīng)過解碼及帶通濾波的第一到第四基波信號分量和有選擇地通過的頻率的驅(qū)動而形成一個液流信號；以及一個分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來顯示一種圖象，該圖象中的一部分至少是所述液流信號的函數(shù)。
13.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述第三套濾波系數(shù)是所述第一套濾波系數(shù)的負(fù)值而所述第四套濾波系數(shù)是所述第二套濾波系數(shù)的負(fù)值。
14.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述第三套濾波系數(shù)是所述第一套濾波系數(shù)的負(fù)值而所述第四套濾波系數(shù)是所述第二套濾波系數(shù)的負(fù)值，同時至少有一對所述的濾波系數(shù)要受到微擾以允許B型基波信號饋通。
15.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述壁濾波器包括一個FIR濾波器及一個與所述FIR濾波器相耦合的矢量求和器。
16.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器還設(shè)計(jì)成為在第五發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量，所述接收器還設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第五發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第五接收信號；以及所述壁濾波器還設(shè)計(jì)成為具有第五套濾波系數(shù)來帶通所述第五接收信號的諧波信號分量并將其與所述液流信號相加而加以顯示。
17.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器還設(shè)計(jì)成為在第五及第六發(fā)送事件時激勵許多所述換能元件來發(fā)送聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量，所述第五發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量與所述第六發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量是極性相反的，所述接收器還設(shè)計(jì)成為根據(jù)所述第五及第六發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述許多換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第五及第六接收信號，以及所述壁濾波器還設(shè)計(jì)成為具有第五及第六套濾波系數(shù)來帶通所述第五及第六接收信號的相應(yīng)諧波信號分量并將其與所述液流信號相加而加以顯示而同時將所述第五及第六接收信號的相應(yīng)基波信號分量基本消除。
18.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述分系統(tǒng)包括一個處理分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)用于根據(jù)所述液流信號來形成液流圖象信號；以及一個顯示分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來顯示所述的圖象部分，該圖象部分是所述液流圖象信號的函數(shù)。
19.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中所述換能元件包括有壓電元件來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出超聲波并將返回的超聲波變換成為電信號的。
20.一個成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括一個換能器陣列，該換能器陣列具有多個換能元件，該換能元件用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出中心位于基波頻率的波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號；一個顯示監(jiān)視器，該監(jiān)視器用來顯示一種圖象，該圖象中的一部分是一個液流圖象信號的函數(shù)；以及一臺設(shè)計(jì)用來執(zhí)行以下步驟的計(jì)算機(jī)(A)激勵所述陣列的換能元件在第一及第二發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種發(fā)送代碼進(jìn)行了編碼的；(B)根據(jù)所述第一及第二發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一及第二接收信號；(C)相應(yīng)地對所述第一及第二接收信號的第一及第二基波信號分量進(jìn)行壓縮及帶通濾波及壁濾波以形成一個液流信號；(D)在至少一部分所述液流信號的驅(qū)動下形成一個液流圖象信號；(E)將所述液流圖象信號施加到所述顯示監(jiān)視器上。
21.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)包括一個FIR濾波器及一個與所述FIR濾波器相耦合的矢量求和器以執(zhí)行步驟(C)。
22.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述換能元件包括有壓電元件來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出超聲波并將返回的超聲波變換成為電信號。
23.一個成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括一個換能器陣列，該換能器陣列具有多個換能元件，該換能元件是用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出中心位于基波頻率的波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號；一個顯示監(jiān)視器，該監(jiān)視器用來顯示一種圖象，該圖象中的一部分是一個液流圖象信號的函數(shù)；以及一臺設(shè)計(jì)用來執(zhí)行以下步驟的計(jì)算機(jī)(A)激勵所述陣列的換能元件在第一及第三發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第一戈雷代碼進(jìn)行了編碼的，以及在第二及第四發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第二戈雷代碼進(jìn)行了編碼的；(B)根據(jù)所述第一到第四發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一到第四接收信號；(C)相應(yīng)地對所述第一到第四接收信號的第一到第四基波信號分量進(jìn)行解碼、帶通濾波及壁濾波以形成一個液流信號；(D)在至少一部分所述液流信號的驅(qū)動下形成一個液流圖象信號；以及(E)將所述液流圖象信號施加到所述顯示監(jiān)視器上。
24.如權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述計(jì)算機(jī)包括一個FIR濾波器及一個與所述FIR濾波器相耦合的矢量求和器以執(zhí)行步驟(C)。
25.如權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述換能元件包括有壓電元件來響應(yīng)電激勵而發(fā)送出超聲波并將返回的超聲波變換成為電信號。
26.一個操作成像系統(tǒng)的方法，該成像系統(tǒng)包括多個換能元件，該換能元件是用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號的，該成像系統(tǒng)還包括一個顯示監(jiān)視器，該監(jiān)視器用來顯示一種圖象，該圖象中的一部分是一個液流圖象信號的函數(shù)，所述方法包括以下步驟(A)激勵所述陣列的換能元件在第一及第二發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種發(fā)送代碼進(jìn)行了編碼的；(B)根據(jù)所述第一及第二發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一及第二接收信號；(C)相應(yīng)地對所述第一及第二接收信號的第一及第二基波信號分量進(jìn)行壓縮及帶通濾波及壁濾波以形成一個液流信號；(D)在至少一部分所述液流信號的驅(qū)動下形成一個液流圖象信號；(E)將所述液流圖象信號施加到所述顯示監(jiān)視器上。
27.如權(quán)利要求26的方法，該方法還包括以下步驟(F)激勵所述陣列的換能元件在第三發(fā)送事件時發(fā)送出未編碼的聚焦波動能量；(G)根據(jù)所述第三發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成第三接收信號；(H)帶通所述第三接收信號的一個諧波信號分量；(I)對所述諧波信號分量及所述液流信號求和。
28.如權(quán)利要求26的方法，該方法還包括以下步驟(F)激勵所述陣列的換能元件在第三及第四發(fā)送事件中發(fā)送聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量，所述第三發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量與所述第四發(fā)送事件的所述聚焦了的未經(jīng)編碼的波動能量是極性相反的；(G)根據(jù)所述第三及第四發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第三及第四接收信號；(H)帶通所述第三及第四接收信號的相應(yīng)諧波信號分量并同時將所述第三及第四接收信號的相應(yīng)基波信號分量基本消除以形成一個諧波背景信號；以及(I)將所述諧波背景信號與所述液流信號求和。
29.一個操作成像系統(tǒng)的方法，該成像系統(tǒng)包括多個換能元件，該換能元件是用來響應(yīng)電激勵而發(fā)送波動能量以及將返回的波動能量變換成電信號的，該成像系統(tǒng)還包括一個顯示監(jiān)視器，該監(jiān)視器用來顯示一種圖象，該圖象中的一部分是一個液流圖象信號的函數(shù)，所述方法包括以下步驟(A)激勵所述陣列的換能元件在第一及第三發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第一戈雷代碼進(jìn)行了編碼的，以及在第二及第四發(fā)送事件時發(fā)送聚焦了的波動能量，該波動能量是以一種戈雷代碼對中的第二戈雷代碼進(jìn)行了編碼的；(B)根據(jù)所述第一到第四發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第一到第四接收信號；(C)相應(yīng)地對所述第一到第四接收信號的第一到第四基波信號分量進(jìn)行解碼、帶通濾波及壁濾波以形成一個液流信號；(D)在至少一部分所述液流信號的驅(qū)動下形成一個液流圖象信號；(E)將所述液流圖象信號施加到所述顯示監(jiān)視器上。
30.如權(quán)利要求29的方法，該方法還包括以下步驟(F)激勵所述陣列的換能元件在第五發(fā)送事件時發(fā)送出經(jīng)過聚焦的波動能量，該波動能量是未編碼的；(G)根據(jù)所述第五發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成第五接收信號；(H)帶通所述第五接收信號的一個諧波信號分量；(I)對所述諧波信號分量及所述液流信號求和。
31.如權(quán)利要求26的方法，該方法還包括以下步驟(F)激勵所述陣列的換能元件在第五及第六發(fā)送事件中發(fā)送經(jīng)過聚焦的波動能量，該波動能量是未編碼的，所述第五發(fā)送事件的所述未編碼的經(jīng)過聚焦的波動能量與所述第六發(fā)送事件的所述未編碼的經(jīng)過聚焦的波動能量是極性相反的；(G)根據(jù)所述第五及第六發(fā)送事件后相應(yīng)發(fā)生的所述換能元件產(chǎn)生的電信號來形成相應(yīng)的第五及第六接收信號；(H)帶通所述第五及第六接收信號的相應(yīng)諧波信號分量并同時將所述第五及第六接收信號的相應(yīng)基波信號分量基本消除以形成一個諧波背景信號；以及(I)將所述諧波背景信號與所述液流信號求和。
32.一個超聲醫(yī)用診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在病人體內(nèi)一個感興趣區(qū)域里對靜止的及運(yùn)動的反射體成像，該系統(tǒng)包括一個發(fā)送器，該發(fā)送器向一個發(fā)送聚焦區(qū)域發(fā)送一個至少包括兩個B型脈沖串的序列；一個接收器，該接收器用來接收與所述至少包括兩個B型脈沖串的序列有關(guān)的至少兩個B型回波信號，該B型回波信號包含有一種基波頻率分量；一個濾波器，該濾波器用來從所述至少兩個B型回波信號中得出含有運(yùn)動反射體流動圖象信息的濾波信號，所述濾波信號還根據(jù)所述至少兩個B型回波信號而含有靜止反射體的B型信息，該靜止反射體的B型信息包括所述基波頻率分量；以及一個顯示器，該顯示器用來根據(jù)所述濾波器提供的的所述濾波信號顯示運(yùn)動反射體的一個B型流動圖象及靜止反射體的一個B型圖象。
33.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述顯示器適于將所述B型流動圖象和所述B型圖象合并在一起以圖示運(yùn)動反射體相對于靜止反射體的流動情況。
34.權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述顯示器適于將一個彩色B型液流圖象和一個B型圖象合并在一起來顯示。
35.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述濾波器包括一個壁濾波器，該壁濾波器用來產(chǎn)生一個所述第一及第二B型回波信號的加權(quán)總和以形成一個壁濾波信號，而其中的靜止反射體對運(yùn)動反射體的比率是由壁濾波標(biāo)量加權(quán)因子確定的。
36.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括用來對所述濾波輸出信號進(jìn)行振幅檢波的手段以形成一個B型液流圖象信號。
37.一個超聲醫(yī)用診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在病人體內(nèi)一個感興趣區(qū)域里對靜止的及運(yùn)動的反射體成像，該系統(tǒng)包括一個發(fā)送器，該發(fā)送器用來發(fā)送至少為第一及第二脈沖串；一個接收器，該接收器用來相應(yīng)地接收與所述至少為第一及第二脈沖串有關(guān)的至少為第一及第二回波信號；一個濾波器，該濾波器用來提供所述第一及第二回波信號的加權(quán)總和以讓運(yùn)動反射體信號通過并且讓靜止反射體信號經(jīng)一定程度的衰減后通過，該靜止反射體信號包括所述第一及第二回波信號的基波分量，而所述加權(quán)總和包括至少為第一及第二加權(quán)值；以及一個顯示器，該顯示器用來對通過所述濾波器的靜止分量進(jìn)行成像。
38.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中的第一及第二加權(quán)值為標(biāo)量加權(quán)值。
39.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中的濾波器適于接收來自一個壁濾波器的標(biāo)量加權(quán)值以選通來自運(yùn)動反射體的信號。
40.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中的濾波器適于接收與第一及第二回波信號有關(guān)的相應(yīng)的第一及第二套濾波系數(shù)，所述第一及第二套濾波系數(shù)是互不相同的。
41.一個方法，該方法用來顯示B型超聲圖象，該方法包括向一個共同的發(fā)送聚焦位置發(fā)送至少為第一及第二寬帶脈沖串；接收與所述至少為第一及第二寬帶脈沖串有關(guān)的至少為第一及第二超聲反射；根據(jù)所述至少為第一及第二超聲反射來形成一個B型液流信號分量；根據(jù)所述至少為第一及第二超聲反射來形成一個B型信號分量；以及根據(jù)所述B型液流信號分量及所述B型信號分量來顯示一個B型液流超聲圖象，該B型液流超聲圖象包括有一個B型液流圖象分量及一個B型圖象分量。
42.如權(quán)利要求41的方法，其中的發(fā)送步驟包括生成一個為多個脈沖串所公用的波形。
43.如權(quán)利要求41的方法，該方法還包括跨越所述第一及第二超聲反射的壁濾波器。
44.如權(quán)利要求42的方法，該方法還包括形成一個信號包絡(luò)線，該信號包括有所述B型液流信號分量及所述B型信號分量。
45.如權(quán)利要求43的方法，該方法還包括讓一個信號的基波頻率分量通過，該信號包括有所述B型液流信號分量及所述B型信號分量。
46.如權(quán)利要求41的方法，該方法還包括讓一個信號的諧波頻率分量通過，該信號包括有所述B型液流信號分量及所述B型信號分量。
47.如權(quán)利要求41的方法，該方法還包括讓一個信號的次諧波頻率分量通過，該信號包括有所述B型液流信號分量及所述B型信號分量。
48.如權(quán)利要求41的方法，該方法還包括對超聲反射求和以形成所述B型液流信號分量及所述B型信號分量。
49.如權(quán)利要求41的方法，其中的反射步驟包括向一特定的發(fā)送聚焦位置發(fā)送一個相同寬帶脈沖串的序列，該寬帶脈沖串的中心位于基波頻率處。
50.如權(quán)利要求41的方法，該方法還包括對所述第一及第二超聲反射的基波頻率進(jìn)行帶通濾波，將超聲反射中所要求的分量基本分離出來。
51.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以一種發(fā)送代碼對所述至少為兩個B型脈沖串的序列進(jìn)行編碼來形成一個信息包，該信息包包括六個以下的以給定的脈沖重現(xiàn)間隔向發(fā)送聚焦位置發(fā)送的編碼寬帶脈沖串。
52.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以一種預(yù)定的代碼序列對每個所述B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制，每個所述B型脈沖串具有一個預(yù)先確定的發(fā)送發(fā)射長度。
53.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以分別預(yù)定的第一及第二代碼序列相應(yīng)地對第一及第二B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
54.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以第一到第四戈雷代碼對序列對第一到第四B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
55.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以一種發(fā)送代碼對所述至少為第一及第二脈沖串進(jìn)行編碼來形成一個信息包，該信息包包括六個以下的以給定的脈沖重現(xiàn)間隔發(fā)送的編碼寬帶脈沖串。
56.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以一種預(yù)定的代碼序列對每個所述至少為第一及第二脈沖串進(jìn)行調(diào)制，每個所述B型脈沖串具有一個預(yù)先確定的發(fā)送發(fā)射長度。
57.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以分別預(yù)定的第一及第二代碼序列對所述第一及第二脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
58.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器適于以第一到第四戈雷代碼對序列相應(yīng)地對第一到第四B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
59.如權(quán)利要求41的方法，其中的發(fā)送步驟包括以一種發(fā)送代碼對所述至少為兩個B型脈沖串的序列進(jìn)行編碼來形成一個信息包，該信息包包括六個以下的以給定的脈沖重現(xiàn)間隔向發(fā)送聚焦位置發(fā)送的編碼寬帶脈沖串。
60.如權(quán)利要求41的方法，其中的發(fā)送步驟包括以一種預(yù)定的代碼序列對每個所述B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制，每個所述B型脈沖串具有一個預(yù)先確定的發(fā)送發(fā)射長度。
61.如權(quán)利要求41的方法，其中的發(fā)送步驟包括以分別預(yù)定的第一及第二代碼序列相應(yīng)地對第一及第二B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
62.如權(quán)利要求41的方法，其中的發(fā)送步驟包括以第一到第四戈雷代碼對序列相應(yīng)地對第一到第四B型脈沖串進(jìn)行調(diào)制。
全文摘要
在實(shí)施液流成像時使用了編碼激振及壁濾波技術(shù)。向一個特定的發(fā)送聚焦位置多次地發(fā)送寬帶脈沖串(中心位于基波頻率處)編碼序列,每個編碼序列構(gòu)成一次發(fā)射。所采集到的每次發(fā)射的接收信號被輸送到一個有限的脈沖響應(yīng)濾波器進(jìn)行壓縮及帶通濾波,其目的為例如分離出一種中心位于基波頻率的壓縮脈沖。然后將該經(jīng)過壓縮及分離的信號通過一個壁濾波器進(jìn)行跨越各次發(fā)射的高通濾波。經(jīng)過壁濾波的信號便用來使血流及造影劑成像。
文檔編號G01S15/00GK1360877SQ0013772
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者R·Y·赤奧, D·J·穆茲拉, A·L·哈爾, C·A·歐文 申請人:通用電氣公司