改善的多普勒成像背景技术
本实施例涉及多普勒超声，诸如，颜色流动(诸如，流动模式)成像或多普勒模式
(诸如，频谱)成像。通过传输一个或多个位置处的多个脉冲(诸如，脉冲波(PW))或连续波
(CW)，响应于已接收的回波信号，生成多普勒响应。对于频谱多普勒，单一空间区域的对象
运动或流动的频谱被评估，并作为时间的函数被显示。频谱多普勒超声成像提供作为速度
值(垂直轴)的频谱的图像，该速度值是通过作为门位置的时间(水平轴)的函数的能量而调
制的。该频谱可用于研究患者内的流体流动或组织运动。
由于电子和声学噪声以及信号处理的动态范围，医学超声中的频谱多普勒在灵敏
度方面受限制。在对患者扫描的困难上，信噪比经常不足以对关注的信号可视化，该信号诸
如，心脏喷射的最大速度或深部动脉或静脉中的流动的呈现。在其他的情景中，斑点噪声使
多普勒条带中的图像质量降级。
不同于采用较好的电子集件和换能器，使用图像处理可降低噪声。例如，斑点噪声
位于多普勒条带中并且减少。作为另一示例，在多普勒条带中发现了噪声和实际的信号之
间的边缘，并且该边缘增强。这些处理采用后处理非线性滤波器，但是，可能未充分地增加
信噪比和/或降低斑点。
发明内容
作为引言，在下面描述的优选的实施例包括用于频谱多普勒成像的方法、系统、计
算机可读介质和指令。为了减少斑点，相对于速度标尺的任意过采样用于创建在给定时间
的对于位置的不同数据集。该不同数据集至少具有部分独立的噪声。根据该不同数据集评
估频谱，并且将作为结果的频谱组合成具有较少斑点的频谱。为了改善信噪比，针对给定速
度标尺而获得的样本频带限制在不同的较窄频带中。针对每个窄频带而评估的该频谱的部
分具有高于针对整个频带而评估的频谱的信噪比。针对不同的窄频带而评估的频谱的部分
接合在一起，以提供具有较大信噪比的整个频带的频谱。在另一方法中，用户可相对于速度
标尺而输入窄频带，使得频谱的对应部分被提供有较大信噪比。可针对彩色或流动成像使
用类似的方法。
在第一方面中，提供一种用于频谱多普勒成像的方法。超声系统获取表示范围门
位置的样本。相对于针对频谱多普勒成像而设置的速度标尺，对样本进行过采样。将样本分
离成两个或更多个组，其中，每组样本满足速度标尺的奈奎斯特标准。多普勒评估器分别从
两个或更多个组的样本评估多普勒门位置的两个或更多个频谱。将两个或更多个频谱的信
息组合成组合的频谱。显示作为组合的频谱的函数的频谱多普勒条带。
在第二方面中，提供一种用于多普勒成像的方法。超声系统获取表示患者的位置
的样本。样本至少满足用于针对多普勒成像而设置的速度标尺的奈奎斯特标准。多普勒评
估器从样本对速度标尺内的不同的频率范围的值。将值接合在一起为接合的值。根据接合
的值而生成多普勒图像。
在第三方面中，提供一种用于多普勒成像的方法。将用于多普勒成像的速度标尺
设置为第一频率范围。滤波器接收第二频率范围的用户输入。第二频率范围小于第一频率
范围，并且在第一频率范围内。滤波器以作为通带的第二频率范围，对患者的位置的样本进
行滤波。多普勒评估器根据滤波后的样本，评估多普勒数据。根据评估的输出而生成图像。
本发明通过所附的权利要求限定，本部分中的内容不应认为是对那些权利要求的
限制。在下面，结合优选的实施例，对本发明的另外的方面和优点进行讨论。
附图说明：
部件和各图不一定是按比例的，代之以将重点放在说明本发明的原理上。此外，在
各图中，贯穿不同视图，相同的附图标记标明对应的部分。
图1为用于具有减少的斑点的频谱多普勒成像的方法的一个实施例的流程图；
图2A和图2B示出没有和有斑点减少的示例频谱条带；
图3为用于具有增加的信噪比的频谱多普勒成像的方法的一个实施例的流程图；
图4A、图4C和图4E分别示出全通带，第一半通带和第二半通带的滤波频谱，并且图
4B、图4D和图4F示出使用相应的通带的音调的示例显示；
图5A和图5B分别示出没有和有信噪比增加的音调的频谱多普勒图像；
图6示出作为与图5A和图5B相对应的频率的函数的信号和噪声；
图7为用于具有针对信噪比增加的用户选择的频带或频率范围的频谱多普勒成像
的方法的一个实施例的流程图；
图8A和图8B示出没有和有针对选择的频率范围或频带的信噪比增加的示例频谱
图像；以及
图9为用于多普勒成像的系统的一个实施例的方框图。
具体实施方式
可以针对诸如频谱多普勒成像或彩色成像的多普勒成像改善图像质量。对于信噪
比改善，超出多普勒信号处理中正常进行地减少带宽。窄于用户或系统要求的频率的频带
限制改善信噪比。由于缩窄频带可以消除关注的一些信号，所以在不同的窄频带处多次地
对原始数据进行重新处理(例如，评估频谱或速度)，以覆盖整个频谱。频谱数据的多个窄频
带被单独处理并接合在一起以形成多普勒显示。在另一方法中，用户或算法选择用于重新
处理的较窄的频率子集，以改善信噪比。
为了成像中的斑点减少，在采样中使用超额带宽。利用经过采样的多普勒信号将
数据抽取成多个组、独立地对每组进行处理并然后将多个结果组合成一个多普勒显示，减
少了斑点。
可使用用于减少斑点的用户选择的较窄频带、将来自不同窄频带的频谱接合在一
起或使用过采样的任意组合。在脉冲波(PW)多普勒、连续波(CW)多普勒、PW多普勒组织成像
(DTI)和/或彩色流动模式中可使用这些技术中的任意一个或者两个或更多个的任意组合。
图1示出用于具有斑点减少的频谱多普勒成像的方法。提供频率复合。通过使用过
采样，针对表示在相同时间的流动或运动的相同范围门评估不同的频谱。将样本划分成具
有至少部分独立噪声的两个或更多个组。通过组合来自从不同组评估的频谱的信息，可减
少斑点。
方法被实现用于脉冲波(PW)或连续波(CW)频谱多普勒。“多普勒”一般用于表达频
谱处理，但是可用于彩色或流动模式。使用来自不同的时间的超声样本的其他的频谱处理
可以使用。在PW中，使用与回波接收相交织的脉冲波(诸如，1-50周期)传输对门位置进行采
样。PW可与其他的成像模式(诸如，B模式或流动模式)交织。在CW中，将连续波(例如，数百个
或数千个周期)传输给门位置，并且在传输的同时接收回波。
为了频谱多普勒成像，定位样本门或频谱多普勒门。例如，执行B模式和/或流动模
式扫描。用户在作为结果的图像上指示门位置。在其他的示例中，将门自动地定位于诸如根
据流动模式数据而确定的最大的多普勒速度或能量的位置。
在其他的实施例中，本方法用于彩色或流动模式成像。不是通过从每个组评估频
谱而进行处理，而是不同的组被用于评估多普勒速度(例如，均值速度)。将来自不同样本组
的作为结果的速度组合，从而导致减少的斑点用于区的流动或彩色模式成像。
本方法通过图9的系统10或不同的系统而实施。诸如波束成形器和换能器的超声
系统获采样本。诸如多普勒评估器的处理器将样本分离，对频谱评估，以及将来自频谱的信
息组合。超声系统基于组合，显示具有减少的频谱的图像。处理器控制动作。可通过与用户
的交互来执行一个或多个动作。可通过处理器在没有除初始激活或门位置确定以外的用户
输入的情况下自动地执行其他的动作或全部的动作。
按照示出的顺序执行动作，但是其他的顺序是可能的。可提供附加的，不同的或更
少的动作。例如，不执行动作38。在又一示例中，提供用于滤波、处理、随时间的最大速度确
定或其他的多普勒功能的动作。
在动作30中，超声系统获取表示范围门位置的样本。样本为经波束成形的样本，但
是可为其他的原始数据(例如，信道数据)。在替换实施例中，样本通过从存储器加载或从另
一装置传送来获取。
为了通过扫描来获取，换能器传输声能的多个波束。每个传输的声能或超声能聚
焦于门位置处或门位置附近。执行传输序列。重复允许接收足够的样本，以执行频谱或其他
的多普勒分析。诸如3-512的任意数量的传输波束被传输，使得可评估来自多普勒门的响应
的频谱。
通过执行附加传输，获取附加信息用于在其他的时间评估频谱。针对给定波束的
给定响应可以用于不同频谱，诸如其中接收到的响应的移动窗口用于生成每个频谱。
为了斑点减少，相对于针对频谱多普勒成像设置的速度标尺，对样本过采样。超声
系统使用用于成像的速度标尺。速度标尺定义频率的范围，在所述范围内，评估和显示频谱
或速度。选择或设置速度标尺，以避免流动或运动的速度的评估的混叠。速度标尺通过用
户、系统的默认或预定值来选择，和/或通过超声系统自适应地确定。
基于速度标尺，传输以在门位置处对运动或流动信号过采样的脉冲重复频率来执
行。可使用过任意量的过采样，诸如，整数量(例如，M乘以速度标尺的奈奎斯特速率)。可使
用非整数量的过采样。
响应于传输，换能器接收声回波。接收波束成形器对回波采样，以获取针对门位置
的接收的信号。通过对接收的信号聚焦来形成接收波束，以相干地组合表示门位置的数据。
表示门位置的该组合的数据为经波束成形的信号或样本。
响应于重复传输，接收操作重复地发生。接收在不同时间来自门位置的经波束成
形的样本。随时间获取相同的位置的样本。对于多普勒分析，获取来自相同位置的样本的总
体。可以以持续(ongoing)的方式获得样本，使得具有任何步进尺寸(例如，每个样本或每第
3样本)的移动窗口(例如，总体或流动样本计数)，用于评估频谱或速度。
这些响应(例如，用于波束成形的经波束成形的样本或信道数据)存储于诸如主存
储器、转置存储器或CINE的存储器中。存储对多普勒传输的响应。以持续的方式存储评估之
前的该原始多普勒数据，诸如存储如以设置的速率或较高的PRF获取的经波束成形的样本。
存储可为先进先出，或其他的存储格式。例如，存储经波形生成的样本，其用于使
用多遍或评估而生成一个或多个频谱或速度。为了使用相同的样本以利用相同的多普勒评
估器而评估多个频谱，存储样本以依次执行处理。可替换地，使用并行处理，从而在更少的
时间内存储样本。在使用移动窗口以针对不同时间评估的情况下，可在针对不同时间的评
估中使用给定样本。存储样本以计及该重叠。可替换地，存储较多或较少数量的响应。
针对频谱多普勒处理获取样本。典型的频谱多普勒处理用于将快速傅立叶变换
(FFT)施加给样本，针对给定时间提供功率频谱。通过计算频谱的平方根和对结果对数压
缩，生成频谱的显示。也可使用其他频谱多普勒处理。
可使用过采样来改善信噪比。在FFT的施加之前，样本利用抗混叠滤波器被滤波，
并且通过不破坏速度标尺的奈奎斯特标准的任何因素而抽取。评估之前的滤波和抽取可以
导致具有较高信噪比的经评估的频谱。
给定经过采样的信号从信噪比已经可接受(例如，PW DTI)的情况开始，超额经过
采样的带宽用于斑点减少或复合而不是滤波和抽取，以改善信噪比。
在动作32中，将样本分离成两个或更多个组。分离通过标记来进行，诸如针对具有
样本的每个存储器位置设置标志。可替换地，将每组的样本复制到组的特定存储器位置。在
其他替换中，分离通过按照需要从指明的存储器位置加载来实现。可使用其他的分离。
如果信号被过采样M次，则降低采样可以用于斑点减少。归因于过采样，存在多于
所需要的样本，以满足速度标尺的频率范围的奈奎斯特标准。作为结果，可以将样本分离成
两个或更多个样本组，其中，每组满足奈奎斯特标准。例如，M为3，从而形成三个组，其中每
组具有足够的样本来以速度标尺评估频谱。由于存在三个组，故提供用于在相同时间内评
估三个频谱的样本。每组表示在相同时间来自门位置的响应。
可使用任何的分离格式。在一个实施例中，分离被交织。例如，在M＝2的情况下，每
隔一个样本放置在一个组中。剩余样本放置在另一组中。对于M＝3，从样本1开始每三个样
本放置在一个组中，从样本2开始每三个样本放置在另一组中，以及从样本3开始每三个样
本放置在再另一组中。交织的格式可表示为样本@M*PRF，其分成M组：S(1∶M∶N-M+1)，S(2∶M∶
N-M+2)，......S(M∶M∶N)，其中，N为样本的数量。可使用其他的格式，诸如，交织样本的集合
(例如，在M＝3的情况下，样本1和2，7和8，......在一个组中)。
在分离后，要针对给定时间而使用的每个样本在仅仅一个组中。在其他实施例中，
一个或多个样本可定位于多个组中。每组具有独特集，但是可与其他的组共享一个或多个
样本。
在M不为整数的情况下，可丢弃或不使用多余的组。可替换地，使M向下舍入，但是
将多余的样本放置于M组中，在M组中的每个中提供过采样。
通过具有独特的每个样本组，组表示至少部分的独立的噪声采样。通过在给定时
间具有仅在一个组中使用的每个样本，针对每组独立地对噪声采样。为了提供该独立性，在
分离前，不跨样本对样本滤波。在分离前，不对样本施加时间性的、抗混叠的或杂波滤波器。
诸如用于在信噪增强中的频带限制的任何滤波单独地施加给每组的样本。
在动作34中，多普勒评估器分别根据两个或更多个组的样本，评估多普勒门位置
的两个或更多个频谱。M个频谱根据M个组而评估。每个频谱具有噪声或斑点的至少部分独
立的表示。
每个频谱表示作为相同时间内的频率或速度的函数的能量。频率与速度具有已知
的关系，从而频率方面的表达提供速度，并且速度方面的表达提供频率。
多普勒评估器根据响应或样本来评估频谱。针对多普勒门位置评估频谱。通过对
超声响应的序列施加傅立叶变换、小波变换或Wigner-Ville分布来评估频谱。可施加任何
的变换来确定频谱。
使用速度标尺评估频谱。来自流体或组织的信号在正和负的速度的范围内。用在
评估中的范围为速度标尺。超出速度标尺的任何的速度都是环绕(wrap around)或混叠的。
频谱提供作为在通过速度标尺设置的频率的范围内的频率的函数的能量。
根据来自多普勒门位置的样本序列中的超声样本而评估频谱。每个频谱与其中获
取样本的时段相对应。从不同的组而评估的频谱表示相同时间或时段。
在动作36中，多普勒评估器或其他的处理器将两个或更多个频谱的信息组合为组
合的频谱。在一个实施例中，对表示相同时间的相同位置的频谱求和。对于每个速度或频
率，相加对应的能量。可替换地，对频谱求平均，这包括求和。可对作为结果的频谱滤波。可
使用频谱的其他的组合函数，诸如通过峰值检测的组合。
在另一实施例中，单独地另外处理单独评估的频谱，诸如取平方根，施加对数或其
他的压缩，以及映射到显示值。组合沿该过程在任何点发生。例如，对给定时间来自不同的
频谱的像素或显示值求平均。每个频谱被映射到像素列以表示针对门位置的响应的频谱。
列中的每个像素针对相同时间，但是针对不同的速度。从频谱的能量映射像素值。由于该映
射针对表示该时间的每个频谱发生，故计算每个像素的显示值的平均，从而提供作为映射
的显示的频谱。可使用在该过程中的其他点处的其他的组合。
针对不同时间而重复动作30、32、34和36。为了创建频谱条带，确定不同时间中的
每个的频谱。图2A和图2B示出随时间的相同位置的频谱的频谱条带。利用水平轴上的速度
和调制强度的能量，对频谱条带中的给定时间的频谱进行映射。可使用其他的映射。
通过重复动作，获取不同时间内的频谱。在获取另外的样本时，将另外的样本添加
于组中，并且去除旧的样本。每组的频谱序列表示不同时间的多普勒门位置。可针对与获取
的不同的时段或总体相对应的其他时段或不同时间评估其他的频谱。诸如在使用具有小于
总体时段的步进尺寸的移动窗口时，时段可重叠，或可以是独特的。重复样本的获取和不同
时段的评估以提供随时间的频谱。对于频谱条带，过程和相对应的重复正在执行或发生多
次。
根据多个频谱形成频谱条带的每个频谱。使用过采样来每次评估一个以上的频
谱，从而允许可减少斑点的组合。
在动作38中，处理器或多普勒评估器在显示器中生成图像。诸如图2A和图2B中所
示的，图像为频谱的函数。可使用频谱或系列频谱来生成频谱条带。频谱条带针对多普勒门
而显示。可施加滤波以使沿时间和/或频率维度或能量上的频谱平滑。频谱条带示出通过作
为时间的函数的能量而调制的频率。可使用任何现在已知的或以后研发的频谱条带映射，
诸如利用表示能量的强度的灰阶映射。能量调制像素。从能量值映射灰阶或颜色。显示的图
像可为单个频谱或多个频谱的函数。
在一个实施例中，利用空间图像(诸如一维M模式、二维B模式、二维F模式(流动模
式)或它们的组合的图像)显示频谱条带。门的位置可在图像中图形指示，诸如通过关注视
场的区中的圆来表示。例如，文本、颜色、符号或其他的指示物示出与频谱条带相对应的范
围门的位置。可替换地，显示频谱条带，而不用从另一模式映射。
图像的频谱条带包括利用速度标尺而评估的一个或多个频谱。速度标尺定义频谱
条带上的竖向范围。在获取附加样本时，将不同时间内的作为结果的频谱添加给频谱条带，
诸如将频谱添加给条带的右侧，将剩余的频谱移位一个时间步长到左侧，以及去除最左的
频谱条带。每个添加的频谱来自不同组的频谱的信息的组合。可使用频谱条带的其他的更
新或滚动。
通过每次将来自多个频谱的信息组合，可减少频谱条带中的斑点量。给定至少部
分独立的噪声，包括斑点的噪声可取消或在变化方面减少。图2A示出肾脏位置处的范围门
位置的频谱条带。频谱条带在不对样本分离的情况下生成，从而没有斑点减少。图2B示出从
与图2A相同的样本生成的频谱条带，但具有样本分离，其中M＝4。通过每次组合来自四个组
的频谱，减少了频谱条带中的斑点量。
以上针对图1讨论的实施例为成像的频谱多普勒模式。在其他实施例中，动作可针
对多普勒流动或彩色模式而执行。为了评估在给定时段或时间的一维、二维或三维区中的
每个位置的速度(例如，均值多普勒速度)，获取流动样本计数(即，样本集合)。通过过采样，
可执行给定位置的速度的不同评估。诸如通过平均将来自不同评估的信息组合。作为结果
的彩色或流动模式图像可具有较少的斑点。
在其他的实施例中，过采样用于斑点减少和信噪比的增加。归因于过采样而可用
的一些超额带宽用于形成用于频谱的评估和将斑点减少中的作为结果的信息组合的单独
组。指派每组中的样本为经过采样的它们自身，从而允许在施加傅立叶变换之前抽取以评
估频谱。作为结果的频谱具有较大的信噪比。利用基于先验组的抗混叠滤波器的降采样可
以增加分离的组的频谱中的信噪比。
在使用斑点减少和信噪比增加这两者的其他的实施例中，使用图3的方法。对于每
组，重复使用样本以针对速度标尺的频率范围的不同部分单独评估。将每组内的部分频谱
接合在一起以形成组的频谱。这些组特定频谱具有增加的信噪比。通过将来自不同组的频
谱组合，可减少斑点。
在替换实施例中，所有样本用于斑点减少和增加信噪比二者。对相同样本处理二
次——一次用于增加信噪比且一次用于斑点减少。将从每次重复产生的频谱条带组合，诸
如平均或加权平均。
图3示出用于具有增加的信噪比的频谱多普勒成像的方法。通过对速度标尺的不
同范围的相同样本频带限制，创建具有增加的信噪比的部分频谱。将部分频谱接合在一起，
以针对整个速度标尺形成具有增加的信噪比的一个频谱。
在其他的实施例中，方法用于彩色或流动模式成像。不是通过评估速度标尺的不
同的子带的频谱而处理，而是针对每个子带评估多普勒速度(例如，均值速度)。对来自不同
子带的作为结果的速度进行平均。
方法通过图9的系统10或不同的系统而实施。超声系统(诸如波束成形器和换能
器)获取样本。滤波器(诸如杂波或抗混叠滤波器)对样本频带限制。多普勒评估器或处理器
评估频谱(例如，部分频谱)，并且将频谱接合以形成给定时间或时段处的范围门的频谱。超
声系统显示具有增加的信噪比的图像。处理器控制动作。可通过与用户的交互而执行一个
或多个动作。可通过处理器，在没有不同于初始激活的用户输入或门位置确定的情况下，自
动地执行其他的动作或所有的动作。
按照示出的顺序执行动作，但是其他的顺序是可能的。可提供附加的、不同的或更
少的动作。例如，不执行动作48。在再一示例中，提供用于斑点减少、处理，随时间的最大速
度确定或者其他的多普勒功能的动作。
在动作40中，超声系统(例如，波束成形器和换能器)获取表示患者的位置的样本。
样本至少满足针对多普勒成像设置的速度标尺的奈奎斯特标准。获取与以上针对图1的动
作30讨论的相同或不同。与斑点减少不同，没有使用过采样。在替换实施例中，使用相对于
速度标尺的过采样。
如果系统能访问样本，则系统可以减少带宽以改善信噪比(SNR)，如
带宽的减少使信噪比增加。超出速度标尺而缩窄频谱的问题在
于缩窄可能截止关注的信号。不是过采样以及缩窄到宽于或等于速度标尺，而是缩窄可达
到小于速度标尺的不同的范围，但是从总体上表示速度标尺。样本被频带限制到小于两个
或更多个集合中的速度标尺，从而缩窄可达到小于速度标尺的范围。
在动作42中，以不同集合中对样本滤波。两次或更多次对样本滤波，诸如对具有不
同的窄频带的相同起始样本滤波。在一个实施例中，对样本滤波，以隔离频率(例如，正频
率)的1/2速度标尺范围的中的信号，并且还对样本滤波以隔离频率(例如，负频率)的另1/2
速度标尺范围中的信号。图4A、图4C和图4E示出一个示例。图4A示出利用总体速度标尺的通
带对样本滤波的滤波器响应。该示例的速度标尺的带宽为12.5kHz，但是可更大或更小。图
4C和图4E示出利用速度标尺的负和正一半(即，-π/2到0和0到π/2)通带对样本滤波的滤波
器响应。基线被移位，使得范围中的中心频率为0。这些示例的带宽为12.5kHz的1/2。
可使用速度标尺的任何划分，诸如，1/3或1//4。利用移位的带通多次处理样本以
便覆盖整个速度标尺。划分提供相等设计尺寸的子带频率范围。可替换地，范围的尺寸可变
化或是不同的，诸如-π/2到-π/4、-π/4到π/4，以及π/4到π/2。
子带可重叠。例如，图4C和图4E的示例示出0Hz附近的一些重叠。该重叠是归因于
非理想的滤波。滤波器使用有限冲激响应中诸如128或256抽头的任何数量的抽头。0Hz的截
止频率处的下降可以是强烈的但是仍造成重叠。重叠可以是通过设计的。可替换地，不同的
范围是排他的。
在动作44中，多普勒处理器评估每个窄频带的频谱。每个频带的滤波后的样本单
独用于评估频谱。由于产生的频谱仅仅针对部分速度标尺，故频谱为相对于速度标尺的部
分频谱。针对不同的子带的滤波提供不同的数据集。部分频谱是针对每个集合而评估的。速
度标尺内的不同频率范围的值根据频带限制的样本而评估。频谱评估针对不同的频率范围
的每一个而执行。
针对颜色流动，评估具有均值速度。从不同范围处的滤波而输出的样本通过均值
速度评估而不是频谱评估来处理。由于相同的样本用于滤波，故评估是对样本的再处理，但
是在不同的频率范围处。可使用时序或并行的处理。
通过利用不同的减少的带宽多次对相同样本重新处理，可使用相同数据来增加信
噪比，同时仍跨整个速度标尺提供信息。在频谱多普勒实施例中，部分频谱表示给定时间的
频谱的排他的或重叠的部分。
图4B、图4D和图4F分别示出来自在施加图4A、图4C和图4E的滤波器之后，对频带限
制的样本执行的评估的频谱条带。输入信号为5.2kHz处的音调，具有在12.5kHz处采样的添
加的白噪声。256个样本用于给定时段或时间，并且评估是具有256个点的FFT。频率范围移
位到0-12.5kHz，从而正规化的基线在6.25kHz处。作为结果，图4B示出作为白线的音调，白
线靠近基线但是相对于基线是负的。其频带限制到带宽的负的一半的图4D示出处于较低部
分或靠近基线的音调。其频带限制到带宽的正的一半的图4E没有示出音调。频带限制的频
谱仅仅表示总体速度标尺的不同部分。
在动作46中，来自评估的值接合在一起的。对于频谱多普勒，这些值是部分频谱。
在图4C和图4E的示例中，部分频谱为频谱的正和负(相对于基线)的部分。部分频谱连接或
链接以形成整个频谱。作为结果的频谱可针对作为频率的函数的能量而被低通滤波。对于
任意的重叠，针对每个重叠频率的能量被求平均。针对不同窄的范围而评估的频谱跨速度
标尺链接在一起到接合的频谱中，从而提供整个速度标尺的接合值。接合的整体表示关注
的所有频率，诸如速度标尺的频率，但是归因于频带限制而具有改善的信噪比。
对于彩色或流动多普勒，接合是通过求平均和求和的。不同的窄频带处的评估的
速度接合在一起，以提供该位置的接合值。通过接合，接合值对整个速度标尺上的信号作出
响应。
在动作48中，生成多普勒图像。对于频谱多普勒，如以上针对图1所讨论的那样生
成图像。生成频谱条带，其中，给定时间的频谱添加给频率条带。根据窄频带信息，将频谱接
合在一起。
对于彩色或流动成像，接合值映射到颜色。该时间处的该位置的作为结果的颜色
输出为用于成像的像素值。针对其他的位置重复该处理，以提供在给定时间处表示患者的
彩色或流动图像。针对其他的时间重复该处理，以提供颜色或流动图像的序列。
针对每个时间或时段重复该处理。动作48到动作40的反馈表示重复以形成频率条
带或彩色或流动图像的序列。
图5A和图5B示出频谱条带。图5A示出使用图4A的对相同音调和噪声滤波而生成的
频谱条带。图5A与图4B相同，但是被放大。图5B示出从针对图4C和4E的频带限制并且将频谱
接合在一起而产生的频谱条带。在比较图5A和图5B中，图5B具有可见的改善的信噪比。图6
示出来自图5A和图5B的作为频率的函数的能量的50个列(即，50个时间或时段或者50个频
谱)平均踪迹。上部踪迹没有频带限制(图5A)，从而在噪声区(即，5.2kHz之外)中具有较大
的能量。下部踪迹具有左侧/右侧频带限制(图5B)，从而在噪声区中具有较小的能量。信噪
比被改善。
在另外的实施例中，增加的信噪比与如以上针对图1所描述的斑点减少一起提供。
将样本分离成多组。在每组中，执行图3的信噪比增加过程。来自不同组的作为结果的频谱
为各自接合的频谱。诸如通过对接合的频谱求和或求平均，将从接合的频谱评估产生的信
息组合。
在另一方法中，一次使用图1的过程单独处理样本，另一次使用图3的过程处理样
本。将作为结果的频谱(例如，从图1的方法组合的频谱和从图3的方法接合的频谱)组合，作
为频谱或作为从频谱映射的像素值。
图7示出用于具有增加的信噪比的频谱多普勒成像的方法。不是对整个速度标尺
的不同范围的相同样本频带限制，而是针对一个或多个用户选择的频带而执行频带限制，
所述一个或多个用户选择的频带小于速度标尺、甚至总体小于速度标尺、是全部的速度标
尺。
在其他的实施例中，方法是针对彩色或流动成像。不是通过评估速度标尺的不同
子带的频谱而处理，而是针对一个或多个子带评估多普勒速度(例如，均值速度)。诸如通过
求和或求平均，将来自不同子带的作为结果的速度单独显示或接合在一起。
方法通过图9的系统10或不同的系统而实施。超声系统(诸如波束成形器和换能
器)获取样本。滤波器(诸如杂波滤波器)对样本频带限制。多普勒评估器或处理器评估频谱
(例如，部分频谱)，并且将频谱接合以形成给定时间或时段处的范围门的频谱。超声系统显
示具有增加的信噪比的图像。处理器控制动作。可通过与用户的交互而执行一个或多个动
作。可通过处理器，在没有不同于初始激活的用户输入或门位置确定的情况下，自动地执行
其他的动作或所有的动作。
按照示出的顺序执行动作，但是其他的顺序是可能的。可提供附加的、不同的或更
少的动作。例如，不执行动作80。在再一示例中，提供用于斑点减少、处理，随时间的最大速
度确定或者其他的多普勒功能的动作。
在动作70在，速度标尺被设置。速度标尺通过用户来设置以避免混叠。在其他的实
施例中，使用默认或预定的速度标尺。例如，处理器响应于对特定成像应用的用户选择而设
置速度标尺。在再其他实施例中，样本被获取并用于通过处理器自适应地设置速度标尺。设
置的速度标尺提供频谱多普勒成像的关注的频率范围。显示的多普勒信息用于速度标尺的
频率范围。
在动作72中，接收小于速度标尺的频率范围的用户输入。用户指示速度标尺的子
带，其中该子带是特别关注的。子带小于速度标尺的频率范围并且整体在速度标尺的频率
范围内。例如，用户关注最大速度，从而在速度标尺的高端(例如，π/2到π/4)处选择负或正
范围。在替换实施例中，用户输入范围超过速度标尺的频率范围，诸如其中，对样本过采样。
滤波器接收用户输入。用户输入可直接从用户接口接收。可替换地，滤波器接收用
户输入作为滤波器参数，或通过控制处理器基于用户输入确定的编程。用户可选择范围，或
选择与频率范围的选择相对应的应用(例如，具有最大踪迹突出的频谱多谱勒)。选择具有
针对增强的信噪比的频谱多谱勒显示的子区段。对于彩色或流动多谱勒，选择针对要在单
独的或邻接的图像中使用的范围。
在动作74中，使用窄的频率范围或由用户选择的范围来增加信噪比。动作76和78
表示一种方法。在动作76中通过具有选择的范围处的带通的抗混叠滤波器或其他的可编程
或可选择的滤波器对样本滤波。针对不同的范围执行单独的滤波，诸如不针对速度标尺的
范围滤波，且针对子带滤波。在动作78中，针对每个选择的范围，通过多普勒评估器评估均
值速度或频谱。系统使用减少的带宽对显示的选择的频带的样本重新处理，以在关注的频
谱中得到“较干净的”信号。
可附加地评估速度标尺的频谱。可使用任何的过采样以利用速度标尺带通对样本
滤波。使用速度标尺，针对频谱多普勒成像评估频谱。
在动作80中，生成多普勒图像，诸如频谱条带或彩色流动图像。从用户选择的窄频
带(例如，速度标尺的子带)中的评估的输出(例如，频谱)生成图像。例如，生成频谱条带显
示，其中，频率范围具有窄的或用户选择的频带。归因于频带限制，与速度标尺的整个频率
范围的频谱条带相比较，作为结果的频谱条带具有增加的信噪比。
可将使用窄频带的图像与用于总体速度标尺的图像组合。例如，在整个速度标尺
上对应于窄频带的频谱条带的部分用诸如图8B中所示的来自窄频带评估的信息或频谱条
带代替。使用相同的样本创建整个速度标尺上的频谱条带以及速度标尺的子部分上的频带
限制的频谱条带。作为另一示例，整个速度标尺的频谱条带邻近窄频带的频谱条带而显示。
对于彩色或流动多普勒，来自使用整个速度标尺和使用窄频带的评估的图像相互邻近地显
示。
为了尽管频带限制仍维持相同时间标尺，使用较少数量的样本用于针对窄频带进
行评估。样本的数量随降采样的量而减少。
图8A示出针对CW中的心脏喷射的具有带有256点FFT的全带宽(例如，5kHz速度标
尺)的频谱条带。图8B示出与图8A相同的频谱条带，但是针对500-1800Hz频带具有改善的
(较小的白噪声)信噪比。在滤波后针对较窄频带评估的频谱被覆盖或代替针对整个速度标
尺评估的频谱的部分。
图9示出用于频谱或彩色多普勒成像的系统10。系统10为医疗诊断超声成像系统，
但是可使用其他的成像系统，诸如工作站。系统10以高速率获取在一个或多个位置处的响
应、来自每个位置对诸如评估频谱或均值速度的评估速度的采样响应。
系统10包括发射波束成形器12、换能器14、接收波束成形器16、多普勒处理器18、
显示器20、处理器21与存储器22。可提供附加地、不同的或更少的部件，诸如没有前端波束
成形器12、16和换能器14的系统10，或者具有扫描转换器的系统10。多普勒处理器18和处理
器21可组合成充当两个处理器18、21的一个设备，或者可使用用于顺序或并行处理的附加
处理器。
换能器14为多个元件的阵列。元件为压电或电容性薄膜元件。阵列配置为一维阵
列、二维阵列、1.5D阵列、1.25D阵列、1.75D阵列、环形阵列、多维阵列、它们的组合，或任何
其他的现在已知的或将来研发的阵列。换能器元件在声能和电能之间换能。换能器14通过
发射/接收开关与发射波束成形器12和接收波束成形器16连接，但是在其他的实施例中可
使用分离的连接。
发射波束成形器12示出为与接收波束成形器16分离。可替换地，发射和接收波束
成形器12、16可被提供有共同的一些部件。通过一起或单独操作，发射和接收波束成形器
12、16形成用于对门位置采样和/或对一维、二维或三维区扫描的声能的波束。
发射波束成形器12为处理器、延迟部、滤波器、波形发生器、存储器、相位旋转器、
数模转换器、放大器、它们的组合，或任何其他的现在已知或将来研发的发射波束成形器部
件。在一个实施例中，发射波束成形器12以数字地生成发射波形包络样本。使用滤波、延迟、
相位旋转、数模转换和放大，生成期望的发射波形。在其他的实施例中，发射波束成形器12
包括切换脉冲发生器或存储要发射的波形的波形存储器。可使用其他的发射波束成形器
12。
发射波束成形器12配置为多个信道，用于生成用于换能器14上的发射孔的每个元
件的发射波形的电信号。波形是单极的、双极的、阶跃的、正弦曲线，或所期望的中心频率或
者具有一个、多个或分数数量的周期的频带的其他波形。可替换地，发射波束成形器12生成
用于CW成像的连续波。波形具有用于聚焦声能的相对延迟和/或定相与幅度。发射波束成形
器12包括控制器，用于更改孔(例如，活动元件的数量)、跨多个信道的切趾(apodization)
轮廓(例如，质量的类型或中心)、跨多个信道的延迟轮廓、跨多个信道的相位轮廓、中心频
率、频带、波形形状、周期数量、编码，或它们的组合。
发射波束成形器12配置为发射超声能量的发射波束序列。发射波束源自在发射孔
中的位置处的换能器14。发射波束沿扫描线以任何期望角度形成。声能聚焦于沿扫描线的
点，但是可使用多个点、线聚焦、非聚焦或其他的扩展。声能聚焦于多普勒门位置，但是可聚
焦于其他的地方(例如，多普勒门沿着扫描线，但是不位于焦点处)。声能的波束发射给多普
勒门或其他的位置。
对于每个位置，在PRF处生成发射波束的持续序列(ongoing sequence)。PRF确定
时间上邻接的发射或发射波束之间的间隔。PRF可足够低以具有没有对于行进时间不需要
的发射、与其他的成像模式相交织以及混响(reverberation)减少的时段。在一个实施例
中，给定行进时间、交织以及1/2行进时间或更少时间的混响减少，PRF尽可能地块。较高的
PRF更可能提供过采样。在其他的实施例中，PRF基于速度标尺和奈奎斯特标准而设置。
接收波束成形器16为前置放大器、滤波器、相位旋转器、延迟部、求和器、基带滤波
器、处理器、缓冲器、存储器、它们的组合，或任何其他的现在已知或将来研发的接收波束成
形器部件。可使用能够响应于发射事件而接收一个或多个波束的模拟或数字接收波束成形
器。
接收波束成形器16配置成多个信道，用于接收表示在换能器14的元件上的回波或
声能映射的电信号。来自换能器14内的接收孔的每个元件的信道连接到用于施加切趾放大
的放大器。模数转换器可对经放大的回波信号数字化。将射频接收的数据解调为基带频率。
然后，通过放大器和/或延迟部施加任何接收延迟，诸如动态接收延迟，和/或相位旋转。数
字或模拟求和器将来自接收孔的不同信道的数据组合，以形成一个或多个接收波束。求和
器为单个求和器或级联求和器。求和器对相对延迟的和切趾的信道信息求和在一起以形成
接收波束。获得来自一个或多个位置的(例如，来自频谱多普勒的一个门位置，或来自彩色
或流动成像的多个位置的)回波的经波束成形的样本。
在一个实施例中，波束求和器可操作来以复合方式对同相和正交信道数据求和，
使得针对形成的波束维持相位信息。可替换地，波束成形求和器在不维持相位信息的情况
下对数据幅度或强度求和。可提供其他的波束成形，诸如利用至中间频带的解调和/或信道
的不同部分处的模数转换。
波束成形参数施加于接收信号以用于接收波束成形，所述波束成形参数包括接收
孔(例如，元件的数量和哪个元件用于接收处理)、切趾轮廓、延迟轮廓、相位轮廓、成像频
率、逆编码、或它们的组合。例如，相对的延迟和幅度或切趾聚焦沿一个或多个扫描线的声
能。控制处理器控制用于接收波束成形的各个波束成形参数。
响应于每个发射波束而生成一个或多个接收波束。响应于发射的声能，换能器14
接收声回波。通过换能器14将回波转换成电信号，并且接收波束成形器16根据电信号形成
接收波束，以生成表示一个或多个位置的样本。给定针对每个位置的PRF处的持续的发射波
束，也以持续方式生成样本。获取随时间的响应。
多普勒处理器18是频谱多普勒评估器或彩色或流动多普勒评估器。可包括其他的
成像检测器，诸如B模式。在一个实施例中，多普勒处理器18为数字信号处理器或用于对接
收波束样本数据施加变换的其他设备。在一时段内执行发射和接收事件的序列。缓冲器(例
如，转置存储器(corner turning memory))或存储器22存储来自每个发射和接收事件的接
收经波束成形的数据。壁滤波器(诸如用于在组织和流体运动之间区分的可编程滤波器)可
在施加变换之前对样本滤波。与壁滤波器分离或通过壁滤波器实现的抗混叠滤波器可对数
据降采样以用于增加信噪比。任何数量的发射和接收事件可以用于确定频谱，诸如三个或
更多。多普勒处理器18评估门位置的频谱，或评估均值速度。通过对相同空间位置的超声样
本施加离散或快速傅立叶变换或其他的变换，确定表示来自位置的响应的频谱。获得表示
用于获取样本的时段的不同频率处的能量等级的数据或柱状图。可根据频率确定速度，或
在不转换速度的情况下使用频率。
通过重复该过程，多普勒处理器18可获得在不同时间处给定位置的不同频谱。可
使用重叠数据，诸如利用选择的超声样本的移动窗口来计算每个频谱。可替换地，每个超声
样本用于单个时段和对应频谱。通过针对不同位置重复，可评估均值速度的空间分布。
多普勒处理器18施加频率的范围的变换。频率的范围或速度标尺限制从评估产生
的正和负速度。可使用各种速度标尺中的任意一种，多达并且包括和发射PRF相等的速度标
尺。使用给定的速度标尺来评估频谱。类似地，可设置速度标尺的中心或基线。
多普勒处理器18可通过将经过采样的样本分离成用于单独评估的不同组并然后
将从单独评估产生的信息组合，来减少斑点或其他噪声。多普勒处理器18可通过针对窄于
速度标尺的频率范围的频带处理样本多次并将结果接合在一起，来增加信噪比。多普勒处
理器18可通过从单独子带的信号进行评估，来提供以较大信噪比针对速度标尺的频带的子
带的评估。可使用这些方法中的任意两个或全部的组合。
处理器21可为多普勒处理器18的部分或分离的处理器。处理器21、多普勒处理器
18或两个处理器18、21用于样本选择或分布、评估和/或控制成像和/或系统10。处理器21为
通用处理器、控制处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、图形处理单
元、模拟电路、数字电路、它们的组合，或其他的现在已知的或将来研发的用于处理的设备。
处理器21通过硬件、软件或二者配置为执行和/或导致各种动作的执行，诸如以上
针对图1、图3和/或图7所讨论的动作。处理器21被配置为多普勒处理器18的部分或者与多
普勒处理器18通信。给定多普勒门相对于换能器14的位置，处理器21设置用于波束成形器
12、16的PRF。处理器21生成或导致多普勒处理器18生成频谱条带。在获取和评估继续时，在
先进先出滚动中，将频谱添加给条带和去除旧的频谱。
处理器21自动地操作。用户激活频谱多普勒模式，指示速度标尺，指示基线，和/或
可将门定位。在没有另外的用户输入和/或在没有针对多普勒成像参数的一个或多个的值
的用户输入的情况下，执行斑点减少和/或信噪比增加。在替换实施例中，用户输入参数的
设置，诸如输入窄于速度标尺的频带。处理器21导致随时间的频谱的评估。
可通过多普勒处理器18、处理器21或另一设备提供附加的处理，诸如滤波、内插
和/或扫描转换。频谱被准备和格式化以供显示。例如，多普勒处理器18生成作为针对位置
评估的频谱的函数的显示值。显示值包括强度或要被转换以供显示的其他值(例如，红色、
绿色、蓝色值)或被生成来操作显示器20的模拟值。显示值可指示强度、色调、颜色、亮度或
其他的像素特性。例如，颜色作为频谱的一个特性的函数被指派，并且亮度为另一频谱特性
或其他信息的函数。显示值被生成用于频谱条带显示。
显示器18为CRT、监示器、LCD、等离子屏幕、投影仪，或用于响应于频谱而显示图像
的其他现在已知的或将来研发的显示器。对于灰阶频谱多普勒图像，其中每个速度作为能
量的函数而调制的速度范围作为时间的函数被提供。给定的频谱指示给定时间的速度和能
量信息。给定像素或像素区的强度表示能量，其中在垂直标尺上提供速度，并且在水平标尺
上提供时间。可提供其他的图像配置，包括着色的频谱多普勒图像。可生成彩色或流动模式
图像，诸如示出作为灰阶B模式中关注的区中的位置的函数的均值速度。
存储器22存储一个位置或多个位置的超声样本、评估的频谱、部分频谱、参数的设
置(例如，值)、图像数据或其他的信息。存储器22可存储来自处理的任何阶段或用于生成显
示的信息。
在一个实施例中，存储器22为非暂态计算机可读存储介质，具有存储在其中的表
示可通过用于多普勒成像的经编程的处理器18和/或处理器21执行的指令的数据。用于实
施本文讨论的处理、方法和/或技术的指令提供在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、硬盘驱动或其他的计算机可读存储介质)上。计算机可读存
储介质包括各种类型的易失性和非易失性存储介质。响应于存储于计算机可读存储介质中
或上的一个或多个指令集而执行本文描述的或图中图示的功能、动作或任务。所述功能、动
作或任务独立于特定类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可通过单独或组合
操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行。同样地，处理策略可包括多处理、多任
务、并行处理等。
在一个实施例中，指令存储在可移除介质设备上以供本地或远程系统读取。在其
他的实施例中，指令存储在远程位置以供通过计算机网络或通过电话线传送。在再其他实
施例中，指令存储于给定的计算机、CPU、GPU或系统内。
虽然以上已经参照各种实施例描述了本发明，但是应理解的是，可在不脱离本发
明的范围的情况下做出许多改变和修改。因此意图将前面的详细描述视为说明性的而不是
限制性的，并应理解的是，是包括所有等同物的所附权利要求意图限定本发明的精神和范
围。