TW201336478A - 使用以回音為基及多孔徑都卜勒超音波之移動偵測 - Google Patents

Abstract

一種全域或「以回音為基」都卜勒超音波成像之方法允許於成像域中任何點偵測標示移動反射體之都卜勒信號，而不需預定義距離閘。在各式實施例中，該等全域都卜勒成像方法可包括從傳輸孔徑傳輸都卜勒聲納脈波、以一或多個不同接收孔徑接收該都卜勒聲納脈波之回音、偵測都卜勒信號及決定移動反射體之速度。在若干實施例中，該系統亦提供能力以藉由依據由多接收孔徑接收之回音資料解決一組聯立方程式而決定移動方向。

Description

使用以回音為基及多孔徑都卜勒超音波之移動偵測

本揭露大體上關於醫療成像，尤其關於使用具多孔徑探針之都卜勒超音波成像。

醫療超音波之都卜勒方法包含用於成像及量化血流之若干相關技術。對固定目標而言，從轉換器傳輸、從目標反射、及返回至轉換器之超音波脈衝的往返行進時間，每一傳輸脈衝是相同的。若為移動目標，相對於傳輸脈衝，連續回音圖形回傳將於不同時間抵達。例如，於短於固定往返時間之間隔接收之回音圖形回傳可代表朝TX/RX探針移動之反射體，同時於長於固定往返時間之間隔接收之回傳可代表遠離TX/RX探針移動之反射體。這是知名都卜勒效應的結果，其亦可以相對頻率說明。在頻域中，以高於預期頻率接收之反射信號可代表朝向發射器/接收器移動之反射體，同時以低於預期頻率接收之反射信號可代表遠離發射器/接收器移動之反射體。由此資訊，可估計移動反射體之速度。

習知超音波(或文中使用之「以掃描線為主」超音波)利用相位陣列控制器以產生及操縱實質上線性傳輸波形。為產生B模式影像，可產生及操縱一連串該等線性波形(或「掃描線」)以便掃描橫越感興趣之區域。回音係沿每一個別掃描線接收。個別掃描線接著可結合以形成完 整影像。

因為傳統以掃描線為主超音波路徑為定向(沿掃描線軸)，僅沿掃描線軸移動產生都卜勒(移動)信號。使用該等習知方法無法偵測橫向於掃描線之流動，因而以習知都卜勒方法獲得之速度大小僅代表沿傳輸/接收掃描線軸流動速度向量之分量。為估計流動速度向量之真實大小，採用向量都卜勒方法。該些方法依賴來自多相交掃描線之資料，以估計流動向量及流動速度向量之方向。

已開發若干以掃描線為主之都卜勒方法而呈現血流的不同態樣。典型地，流場之「空間成像」(否則稱為「B模式」成像或「區段掃描」成像)用以定位脈管，以測量其尺寸，及觀察流動結構。「流動成像」用於以「雙工」模式結合迴聲成像，其於覆疊件中結合影像之二種類型，並以灰階呈現迴聲振幅，及以顏色提供流動速度。

藉由於感興趣之區域內挑選更小之樣本音量，聲譜儀可獲得流動速度之詳細量化。藉由掃描線光束之軸長度(傳輸脈衝長度)及橫向光束寬度(在成像平面內及外)可獨立取樣及處理最小音量。使用以掃描線為主之都卜勒方法，小樣本音量亦已知為「距離閘」、「都卜勒閘」或「都卜勒距離閘」，必須於傳輸及接收都卜勒超音波信號之前經由使用者介面而由聲譜儀定義。用於預定義都卜勒距離閘之需要表示未定義新距離閘，則無法識別置於預定義的距離閘外之移動反射體，其可需要進行個別都卜勒成像對話。

以掃描線為主之都卜勒成像亦可施加實質限制於以掃描線為主超音波成像系統內之B模式影像的框率上。以掃描線為主之超音波成像系統的框率為脈衝重複頻率(PRF，其係受限於成像之媒體中超音波的往返行進時間)除以每訊框之掃描線數量。典型以掃描線為主之超音波成像系統使用每訊框約64至約192條掃描線。典型地，介於8至32件脈衝-回音事件之總體被用於感興趣之區域中的每一都卜勒掃描線。該等都卜勒總體有效地中斷B模式區段掃描，導致較系統所能夠之更低B模式框率(或每一B模式訊框需較少掃描線)。

在一態樣中，提供從轉換器陣列之複數轉換器元件選擇傳輸孔徑而進行都卜勒超音波之方法。其次，從該傳輸孔徑傳輸未聚焦的超音波信號進入感興趣之區域，接著於第一接收孔徑僅接收該未聚焦的超音波信號之回音。亦存在將接收之回音儲存於記憶體裝置中之步驟。接著存在波束成形該接收之回音以決定該感興趣之區域內複數反射體之每一者的顯示位置之步驟。從該感興趣之區域之該接收之回音資料選擇第一測試段之步驟，以及於該複數反射體之至少一者的該回音接收步驟內偵測都卜勒頻率偏移之步驟。亦存在決定該第一測試段內該至少一反射體之速度之步驟。最後，存在於影像中顯示該至少一反射體之移動資訊之步驟，其中，該移動資訊係部分依據該偵測步驟及該 決定步驟。

該方法亦可選擇地包括決定該第一測試段內該至少一反射體之移動方向之步驟。在該方法之一態樣中，存在選擇第二測試段之步驟，然後重複選擇、偵測、決定及顯示該第二測試段內該複數反射體之至少一者的該些步驟。

在仍另一態樣中，該方法亦可包括選擇第二測試段，其中，該第二測試段為該第一測試段內該感興趣之區域部分外部之感興趣之區域的一部分。在若干實施例中，實施該選擇傳輸及接收步驟而無該未聚焦的超音波信號之預先定義的距離閘。在一態樣中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之前實施。在另一態樣中，該偵測步驟係於該波束成形步驟之前實施。在仍其他態樣中，該選擇測試段步驟係依據該感興趣之區域內之像素位置予以選擇。更進一步，可進行若干態樣，據此該選擇測試段步驟係由使用者依據與來自該接收步驟之b模式影像及資訊的關聯而手動實施。

在若干其餘替代方式中，該選擇測試段步驟係由成像系統自動實施。在仍另一態樣中，可包含系統化地評估感興趣之區域內之每一測試段的步驟。評估該僅接收該未聚焦的超音波信號之回音內之每一測試段的步驟。在仍進一步態樣中，存在依據該感興趣之區域之同時期B模式影像的電腦輔助偵測分析及該感興趣之區域內之相關位置資訊而選擇測試段的步驟。在若干態樣中，該選擇測試段之步驟係依據該接收步驟中該些信號間之時序予以實施。在仍 其他態樣中，該選擇測試段之步驟部份係依據相應於該目標區域內感興趣之深度範圍的時間範圍。更進一步，該選擇測試段之步驟係藉由評估該感興趣之區域內所有測試段而予以實施。

在仍其他額外實施例中，亦存在接收與該第一接收孔徑分離之第二接收孔徑之回音的步驟。在另一替代方式中，存在計算藉由至該第一接收孔徑之聲音路徑成像之每一像素的調整因子及藉由至該第二接收孔徑之聲音路徑成像之每一像素的調整因子之程序。亦可提供藉由將該調整因子應用於該決定步驟之結果而獲得改進之速度測量的方法。在若干態樣中，存在調整因子為1/cos(Φ/2)，其中Φ為發射器至反射體線與接收器至反射體線之間之角度，用於使用該傳輸孔徑之位置、每一成像像素之位置及該第一接收孔徑及該第二接收孔徑之每一者之位置定義之角度。此外，存在結合從該第一接收孔徑獲得的調整之速度測量與從該第二接收孔徑獲得的調整之速度測量用於移動反射體之方法。更進一步，存在解決聯立方程式之方法，包括使用該第一接收孔徑之位置及使用該第一接收孔徑獲得之速度測量，及該第二接收孔徑之位置及使用該第二接收孔徑獲得之速度測量，以獲得代表第一反射體之移動方向及大小的速度向量。在其他態樣中，亦存在解決第二組聯立方程式之方法，包括使用該第一接收孔徑之位置及使用該第一接收孔徑獲得之速度測量，及第三接收孔徑之位置及使用該第三接收孔徑獲得之速度測量，以獲得代表第一反 射體之移動方向及大小的第二速度向量。在另一態樣中，亦存在平均該第一速度向量及該第二速度向量以獲得說明該第一反射體之移動速度及方向的新速度向量之步驟。

在若干其餘態樣中，亦存在使用來自第一聲音路徑及第二不同聲音路徑之速度測量計算複數反射體之第一複數速度向量之方法。在若干態樣中，存在實施該複數反射體之每一該速度向量的平均運算之步驟，以決定該複數反射體之移動的主要方向。在若干態樣中，存在將顏色應用於有關沿主要移動軸之該速度向量分量之該複數反射體的每一非零速度反射體之步驟。仍進一步替代方式可提供計算從該第一聲音路徑及第三聲音路徑獲得之第二複數速度向量；並平均該第一複數速度向量及該第二複數速度向量之方法。在仍其他實施例中，亦可存在於解決聯立方程式之該步驟之前應用調整因子之其餘步驟。在若干態樣中，該傳輸步驟可包括以選擇之頻率傳輸具有大於約七個週期之脈衝寬度之未聚焦的超音波信號，或在另一態樣中，傳輸具有低於用於B模式成像之頻率之未聚焦的超音波信號。

在以都卜勒超音波成像之方法的其餘替代方式中，提供從第一傳輸孔徑朝移動目標傳輸第一未聚焦的半圓超音波波前脈衝之步驟。其次，存在於第一接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音及於第二接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音之步驟。此後，存在依據於該第一及該第二接收孔徑接收之回音計算一或多個測試段之目標速度向量之步驟。在一態樣中，亦存在使用與影像中每一像素近似值無 關之資料計算最小目標速度之程序。仍其他態樣提供與近似值無關之該資料，包含以藉由該傳輸孔徑、第一測試段及該第二接收孔徑定義之第一角度之一半的反餘弦乘以第一測量之速度值。仍其他替代方式提供藉由依據多孔徑探針之幾何解決一組聯立方程式，而計算該移動反射體之速度及方向。在若干示範實施例中，亦可為計算該速度向量之方向或計算該速度向量之大小之方面。在一態樣中，該速度向量之大小係藉由採取第一速度測量及第二速度測量之大小加總的一半予以計算；該第一速度測量係沿平分該第一接收孔徑、測試段、及該第二接收孔徑之間角度之聲音路徑；以及該第二速度測量係沿從傳輸孔徑至測試段至該第二接收孔徑之聲音路徑。

在仍其他態樣中，存在接收標示該移動目標之主要移動軸的使用者輸入之步驟。

在仍其他態樣中，提供顯示至少一顏色以標示沿該標示之主要移動軸的移動之步驟。此外，亦為自動分析複數測量之速度向量以識別至少一主要移動軸之該些方法之態樣。

在另一替代方式中，實施例提供從第一傳輸孔徑傳輸第一未聚焦的半圓超音波波前脈衝，而測量感興趣之區域內目標移動速度之方法。亦存在以下步驟：於第一接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音；儲存該接收之回音的同相值；儲存該接收之回音的正交值；以及評估該同相值及該正交值以決定相對於該第一傳輸孔徑或該第一接收孔徑之 該感興趣之區域內目標移動之大小及方向。在一態樣中，該傳輸孔徑及該接收孔徑係設於共同轉換器陣列。在另一態樣中，亦存在於與該第一接收孔徑分離之第二接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音，並儲存該接收之回音的同相值及正交值之步驟。

在另一替代方式中，實施例提供偵測及顯示以多孔徑超音波成像系統成像之目標移動之方法，包括從多孔徑超音波探針之傳輸孔徑傳輸一連串未聚焦的半圓超音波脈衝之步驟。亦存在以該多孔徑超音波探針之接收孔徑分別從該一連串之每一脈衝接收回音之步驟。在一態樣中，成像框率等於連續未聚焦的半圓超音波脈衝於該傳輸步驟中傳輸之速率。態樣亦包括以下步驟：從每一傳輸脈衝之該回音形成一連串完整影像訊框，分析連續影像訊框中之差異以偵測成像之目標的移動，以及此外或另一態樣中，顯示該目標之影像並強調該偵測之移動之步驟。在若干態樣中，該強調包含應用顏色至沿主要移動軸之移動。

在仍另一態樣中，存在產生標示移動之超音波影像之方法：從非揮發性數位記憶體裝置擷取第一資料集，該第一資料集包含傳輸孔徑之位置及方位資訊；從非揮發性數位記憶體裝置擷取第二資料集，該第二資料集包含從一連串傳輸之都卜勒聲納脈波信號之回音產生之一系列回音大小值。此後，存在依據第一組都卜勒偵測參數偵測至少一部分該第二資料集內之都卜勒偏移頻率之步驟。在若干態樣中，存在依據第二組波束成形參數決定至少一移動反射 體之位置之步驟，其中，至少一參數具有不同於擷取該回音資料之實時成像對話期間使用之值。在其餘態樣中，該第一組參數或該第二組參數包括以下一或多項：傳輸孔徑定義、接收孔徑定義、測試段、主要方向軸、賦予快速移動值超越緩慢移動值特色之相對移動閾值、都卜勒移動估計演算法、音速假定、一或多個加權因子、反卷積過濾值、匹配過濾值、校準資料值、或傳輸資料值。在仍進一步替代方式態樣中，該都卜勒偵測參數包括測試段定義、主要方向軸定義、最小速度閾值、及都卜勒移動估計演算法之至少一項。在仍其他額外態樣中，該波束成形參數包括音速值、加權因子、應用過濾器類型、探針校準資料、及說明超音波傳輸信號之資料之至少一項。

在仍另一其餘或替代方式態樣中，提供將第一單一未聚焦的超音波信號傳輸進入目標物件，而進行都卜勒超音波之方法。其次，存在接收該第一單一未聚焦的超音波信號之回音之步驟。接著，存在從該第一單一未聚焦的超音波信號之該回音偵測該目標物件於至少二不同區域中移動之步驟。在若干態樣中，亦存在以一或多個接收實施該接收步驟，而未使用用以實施該傳輸步驟之孔徑之步驟。仍其他態樣亦可實施波束成形該接收之回音以決定包含該目標物件之感興趣之區域內之複數反射體之每一者的顯示位置。在仍其他態樣中，亦可用於偵測移動步驟，進一步偵測該第一單一未聚焦的超音波信號之該接收之回音內至少一像素的都卜勒頻率偏移。在另一態樣中，實施該選擇傳 輸及接收步驟而無該第一單一未聚焦的超音波信號之預先定義的距離閘。在仍另一態樣中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之前實施。在仍另一態樣中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之後實施。

在仍另一態樣中，依據任何以上實施例提供偵測都卜勒偏移之方法，藉此由波束成形影像從回音配賦於相關b模式影像上之任何測試段的偏移，從每一聲納脈波或未聚焦的超音波信號返回。此後，依據測試段之每一聲納脈波的一連串樣本估計都卜勒頻率偏移。

依據任何以上實施例之偵測都卜勒偏移的方法，藉此測試段配賦為回音於接收元件啟動後之響應時間。此後，僅使用每一接收器之都卜勒資料的偵測時間作為至都卜勒之波束形成器的輸入，接著顏色依據方向及/或頻率編碼波束成形之都卜勒。此後，在一態樣中，存在將顏色資訊疊加於B模式影像上之步驟。在一替代態樣中，並不使用都卜勒偵測時間直接作為至都卜勒之波束形成器的輸入，方法進行使用都卜勒偵測時間選擇原始回音段而用作至都卜勒之波束形成器的輸入。在仍進一步態樣中，存在選擇回音段之步驟以提供結果影像之改進之橫向解析度的相干疊加。

應理解的是使用電腦可讀取指令或包含用於執行之步驟的碼，以上或文中所說明之任何以上實施例之方法可提供作為或實施使用經組配用於該等作業及處理之軟體、韌體或硬體的一或多個基於電腦之超音波信號處理系統。

應理解的是以上描繪態樣、實施例、替代及步驟亦可結合以提供文中所說明之發明方法的仍進一步替代實施例。

文中所說明之方法及設備解決今天超音波之都卜勒的許多問題。使用習知以掃描線為主之都卜勒，聲譜儀面對嘗試滿足定位超音波探針以獲得最佳B模式影像及亦定位探針而具有對齊血管中血流之掃描線光束的矛盾需要。基於習知都卜勒之第二問題為都卜勒之視野必須受限於預定義都卜勒距離閘使得選擇之掃描線上的脈衝重複頻率可夠高而對都卜勒頻率敏感。

文中所說明之方法及系統的若干實施例使用以回音為基之都卜勒成像技術，其中具相對長脈衝長度之未聚焦的半圓形(或圓柱形)超音波脈衝(都卜勒聲納脈波)用以聲穿透每一都卜勒聲納脈波中整個視野，使得於B模式視野中任何地方均可偵測都卜勒頻率而不需預定義都卜勒距離閘。此外，可偵測移動反射體之速度及方向而不需相對於移動方向對齊探針。在若干實施例中，使用多孔徑超音波探針可進一步允許偵測二維移動向量。以多孔徑回音為基之都卜勒及B模式成像之各式實施例可同步改進B模式影像之橫向解析度及都卜勒速度估計之正確性。

使用習知以掃描線為主之都卜勒成像，典型地藉由傳輸聚焦之掃描線光束並以沿相同掃描線聚焦之接收器接收 回音，而產生脈衝的都卜勒信號。使用該等系統，必須於傳輸及接收超音波信號之前沿掃描線定義距離閘，以便定義其中將偵測移動資訊之感興趣區域之深度。採取距離閘內之回音樣本同時沿相同掃描線傳輸連續脈衝。接著評估該些樣本以偵測都卜勒頻率而標示移動。

於美國專利No.8,007,439及美國公開專利申請案No.2010-0262013-A1、2010-0268503-A1、及2011-0201933-A1中顯示及說明使用多孔徑探針之超音波成像系統。以下實施例提供用於利用多孔徑探針及系統實施都卜勒速度測量及成像的系統及方法，諸如申請者的先前專利申請案及文中圖式及說明書中所顯示及說明者。

儘管文中參照各式解剖結構之超音波成像說明各式實施例，將理解的是文中所顯示及說明之許多方法及裝置亦可用於其他應用，諸如成像及評估非解剖結構及目標。例如，文中所說明之超音波探針、系統及方法可用於各種機械目標、結構目標或材料之非破壞式測試或評估，諸如焊接、管材、光束、板塊、壓力容器、分層結構等。此外，用於評估成像目標或物質之移動或速度之系統及方法的各式實施例亦可應用於非醫療方案，諸如測量流體移動通過管材、壓力容器或其他攜帶流體管路或容器之速度。因此，文中參照醫療或解剖成像目標，諸如血液、血管、心臟或其他器官，僅提供作為可使用文中所說明之各式設備及技術成像或評估之近乎無限種目標的非限制範例。

介紹以回音為基之都卜勒超音波技術

文中參照所說明之各式實施例提供用於偵測、估計及描述使用以回音為基之都卜勒成像及以回音為基之B模式成像技術之移動目標之速度特徵的系統及方法。若干實施例提供結合以回音為基成像技術與多孔徑超音波探針及成像技術之進一步優點，以下並將說明進一步細節。

當使用以回音為基之超音波成像技術時，可從依循傳輸之聲納脈波而返回至接收轉換器元件的反射體回音收集時序資訊及頻率資訊。可由以回音為基之波束成形程序從時序資訊決定回音位置(如文中其他地方及以上提及之申請者的先前申請案中說明)，同時可由應用都卜勒原理從頻率資訊決定移動反射體之速度。因而，從單一傳輸聲納脈波可決定聲穿透區域內每一反射體的位置及速度。藉由結合從多聲納脈波獲得之資訊可改進正確性及解析度。

參照圖1及2，現在將提供以回音為基之若干實施例及以回音為基之多孔徑移動偵測程序的概觀。以下將參照其餘圖式於後續各段中提供各式程序步驟之進一步細節及實施例。

圖1描繪以回音為基之都卜勒移動偵測/成像程序10之實施例，其中成像系統經由複數空間定義之「測試段」可自動循環，以便識別包含移動反射體之聲穿透感興趣之區域段。在若干實施例中，相應於最後影像之每一像素的回音資料可處理為不同測試段。可以選擇傳輸(TX)孔徑12開始圖1之程序。理想傳輸孔徑將提供感 興趣之區域的無阻擋視界(即不被凸肋或其他障礙阻擋)。在各種實施例中，可藉由自動程序或手動程序選擇適當TX孔徑(如以下說明)。

一旦選擇TX孔徑12，可傳輸第一都卜勒聲納脈波14進入感興趣之區域。可使用一或多個接收孔徑接收第一都卜勒聲納脈波之回音16(如以下將說明，取決於將使用之探針結構及是否將使用二維都卜勒偵測)。可分別針對每一接收轉換器元件儲存接收之回音18。在若干實施例中，藉由每一接收孔徑接收之回音可儲存於二或更多不同資料流中18。第一資料流可代表同相回音及第二資料流可代表「正交」回音，其代表於相對於同相資料之相當於延遲90度(π/2弧度)時間取樣的相同接收波形。在其他實施例中，藉由其他方法可達到類似結果，諸如超採樣接收之回音資料流。另一方面，亦可使用~90度以外之延遲。在若干實施例中，若處理硬體足以處理回音資料而無實質上延遲，可省略儲存回音資料之步驟。

在圖1之實施例中，接收之都卜勒聲納脈波接著可波束成形以決定感興趣之區域內每一反射體之位置(移動與否)。在若干實施例中，可使用諸如以下所說明之以回音為基之波束成形技術。一旦都卜勒聲納脈波已波束成形20，可選擇測試段(即其中將搜尋都卜勒偏移信號之接收之回音資料的有限段)。在圖1之程序10中，可參照感興趣之區域內相應反射體之位置而定義該等測試段22。在若干實施例中，成像系統可自動選擇測試段22。例 如，在若干實施例中，成像系統可經組配以循環經過感興趣之聲穿透區域中所有可能測試段。在其他實施例中，成像系統可經組配以允許依據與相同感興趣之區域的同時期B模式影像中之位置相關的位置選擇一或多個測試段22。在若干該等實施例中，藉由使用者從顯示之B模式影像可選擇任何尺寸之任何數量區域22，且都卜勒資料中相應區域可處理為一或多個測試段。在其他實施例中，自動試探可用以識別已知特徵(諸如血管、器官或其他結構)，以依據其中可預期或搜尋移動之該些識別特徵的部分而自動選擇測試段22。

一旦選擇第一測試段22(無論手動或自動)，可評估測試段內反射體之回音，以偵測可呈現之任何都卜勒頻率24。在若干實施例中，可使用以下參照圖9A及9B所說明之任何方法偵測都卜勒頻率24。在替代實施例中，亦可使用偵測都卜勒頻率之其他方法。

一旦識別測試段內都卜勒頻率24，可進一步分析資料以決定移動反射體之速度及方向26。在若干實施例中，決定移動反射體之速度的步驟26可包含應用閾值測試以決定反射體是否移動快過閾值速度。在其他實施例中，可應用尺寸、強度或頻率閾值測試以決定移動反射體是否大於閾值尺寸，至少如同閾值強度一般強，或落於特定頻率範圍內。例如，在B模式影像中，血管傾向於似乎較周圍組織暗。結果，藉由「較亮」區域環繞之相對地縱向「暗」區域可選擇作為良好的候選測試段，於其中搜尋 移動資訊。在若干實施例中，無法通過閾值測試之反射體可於後續步驟中忽略。在若干實施例中，可使用以下所說明之方法偵測移動反射體之速度。在替代實施例中，亦可使用依據都卜勒偏移原理而量化移動反射體速度的其他方法。

在若干實施例中，可相對於超音波探針一維偵測移動反射體之方向26。在該等一維移動偵測實施例中，移動可賦予特色為「朝向」或「遠離」探針移動。以下說明該等一維移動偵測方法之若干實施例。亦可使用任何其他適當方法。

在其他實施例中，當以至少二不同孔徑藉由接收轉換器元件接收回音時，移動反射體之方向可賦予特色為影像平面內二維向量26。以下參照圖16說明該等二維移動偵測方法之若干實施例細節。亦可使用其他二維移動偵測方法。

選擇測試段22、偵測都卜勒頻率24及決定移動反射體之速度及方向26的步驟可視需要多次重複30，直至已評估將測試的所有測試段為止。可存在充分資料處理硬體可用，可並列而非序列評估多測試段。

一旦已決定所有選擇之測試段中移動反射體的方向及速度26，該等資訊可編輯為可被B模式影像覆蓋或與其結合之影像而顯示予使用者。在其他實施例中，移動資訊可數值呈現為圖形或其他方式，不一定產生與B模式影像結合之影像。

圖2描繪以回音為基之都卜勒移動偵測/成像程序11的替代實施例。圖2之程序11實質上類似於圖1，當相對於圖1之程序10中該些步驟的順序，圖2之程序11中波束成形接收之回音20及偵測都卜勒頻率24之步驟的順序相反。

在圖2之程序11中，可在波束成形之前偵測回音中都卜勒頻率24，以決定造成回音之反射體的位置。圖2之順序表示，在選擇針對都卜勒頻率呈現而評估之「測試段」19之前不一定知道反射體的位置。此僅表示可參照特定回音資料流之回音接收時間的範圍，實施選擇測試段之步驟19。另一方面，如先前說明之實施例，可達成接收之回音的接收時間與B模式影像中相應反射體的位置之間之粗關聯。例如，因為接收回音之時間通常與反射體之深度相關，測試段之範圍可以相對於探針之深度定義，且該等深度資訊可轉化為回音接收時間之範圍。在若干該等狀況下，實質上可以以上所說明之相同方式至少從使用者的角度進行測試段之選擇。在完全自動的實施例中，成像系統可經組配以識別測試段19為特定接收元件之回音資料流的離散段。

一旦依據都卜勒偵測步驟24識別移動反射體，相應於移動反射體之回音可波束成形以決定其於感興趣之區域內的位置。在若干實施例中，可限制都卜勒聲納脈波資料之波束成形，以僅決定已識別為快於閾值速度(或通過若干其他閾值測試)之移動之該些反射體的位置。在其他實 施例中，從將波束成形之都卜勒聲納脈波資料選擇反射體可歷經任何其他過濾器或所欲限制。

一旦都卜勒聲納脈波已波束成形，可評估回音資料以決定相應移動反射體之速度及方向。如以下進一步細節中說明，可一維或二維實施該等速度及方向偵測。

另一方面，在若干實施例中，若程序11中偵測移動方向之步驟26僅以一維實施，諸如圖2中所示，可於方向偵測步驟26之後實施波束成形步驟20。這是因為一維方向偵測不需有關感興趣之區域內反射體位置之資訊。

在若干實施例中，在儲存回音資料之步驟18之後，可僅使用從記憶體擷取之回音資料實施所有步驟(例如19-30)。在該等實施例中，可針對步驟順序、進行之假定或影響都卜勒聲納脈波資料處理之其他因子進行各式調整。該等調整可反覆進行直至達到所欲品質水平。以下參照圖21說明重處理從記憶體擷取之原始都卜勒聲納脈波資料的程序範例。在若干實施例中，可使用完全獨立於用以傳輸及接收超音波信號之超音波成像系統的資料處理硬體實施該等處理。該等替代處理硬體可包含桌上型電腦、平板電腦、膝上型電腦、智慧型手機、伺服器或任何其他通用資料處理硬體。

多孔徑超音波成像程序之實施例

多孔徑超音波成像通常包含使用具有大於基於習知超音波技術所需之總寬度的超音波探針。多孔徑超音波成像 包含從少量轉換器元件傳輸超音波信號，並使用更大量轉換器元件接收回音。藉由將接收轉換器元件配置複數接收孔徑並實施各式處理及結合步驟，可形成超音波影像而具有戲劇性地超越使用習知窄探針可能之解析度的橫向解析度。

多孔徑成像可用於B模式成像以產生感興趣之區域的高解析度空間影像。多孔徑成像系統用於都卜勒成像在二維偵測移動能力方面可提供額外優點。

如文中所使用，「超音波轉換器」及「轉換器」用詞可攜帶熟悉超音波成像技術之人士所理解的普通意義，並可無限制的指可將電信號轉換為超音速信號及/或反之亦然的任何單一組件。例如，在若干實施例中，超音波轉換器可包含壓電裝置。在若干替代實施例中，超音波轉換器可包含電容式微機械超音波轉換器(CMUT)。轉換器通常係以多元件陣列組配。如熟悉本技藝之人士所理解的，該等陣列可具有一維(1D)、二維(2D)、或1.5維(1.5D)。轉換器陣列之元件可為陣列之最小離散分量。例如，在壓電轉換器元件陣列的狀況下，每一元件可為單一壓電結晶，或壓電結晶之單一加工段。

如文中所使用，「傳輸元件」及「接收元件」用詞可攜帶熟悉超音波成像技術之人士所理解的普通意義。「傳輸元件」用詞可無限制的指至少瞬間實施將電信號轉換為超音波波前之傳輸功能的超音波轉換器元件。類似地，「接收元件」用詞可無限制的指至少瞬間實施將影響元件 之超音波波前轉換為電信號之接收功能的超音波轉換器元件。超音波傳輸進入媒體文中亦可稱為「聲穿透」。反射超音波之目標或結構可稱為「反射體」或「散射體」。

如文中所使用，「孔徑」用詞係指概念上「開口」，經此可發送及/或接收超音波信號。在實際應用中，孔徑簡單地為一組轉換器元件，其藉由成像控制電子器件統合管理為共同群組。例如，在若干實施例中，孔徑可為實體成群元件，其可與相鄰孔徑之元件實體相離。例如，圖3之探針中三轉換器陣列之每一者可處理為不同孔徑。然而，相鄰孔徑不一定需為實體相離。

如文中所使用，「總孔徑」用詞係指所有成像孔徑之總累積尺寸。換言之，「總孔徑」用詞可指藉由用於特定成像循環之發送及/或接收元件之任何組合的最遠轉換器元件之間之最大距離所定義之一或多個尺寸。因而，總孔徑係由配賦作為特定循環之發送或接收孔徑的任何數量次孔徑組成。在單一孔徑成像配置之狀況下，總孔徑、次孔徑、傳輸孔徑、及接收孔徑將均具有相同尺寸。在多孔徑成像配置之狀況下，總孔徑之尺寸包括所有發送及接收孔徑之尺寸及其之間之任何距離的總和。

如文中所使用，「接收孔徑」、「聲穿透孔徑」及/或「傳輸孔徑」用詞可攜帶熟悉超音波成像技藝之人士所理解的普通意義，並可指從所欲實體觀點或特定時間孔徑實施所欲傳輸或接收功能之個別元件、陣列內元件群組、或甚至共同外殼內之整個陣列。在若干實施例中，該些各 種孔徑可製造為具專用功能性之實體不同組件。在替代實施例中，功能性可視需要而電子配賦及改變。在仍進一步實施例中，孔徑功能性可包含固定及可變元件之組合。在若干實施例中，二孔徑可設於連續陣列上彼此相鄰。在仍其他實施例中，二孔徑可於連續陣列上彼此重疊，使得至少一元件充當部分二不同孔徑。位置、功能、元件數量及孔徑實體尺寸可以特定應用所需之任何方式動態定義。以下將討論及/或技術熟練技工將清楚之特定應用之該些參數的限制。

在若干實施例中，藉由假定從反射體至接收孔徑之每一元件的每一路徑之聲音速度相同，可限制接收孔徑之寬度。在夠窄的接收孔徑中，此簡化假定是可接受的。然而，隨著接收孔徑寬度增加，達到臨界點(文中係指「最大連貫孔徑寬度」)，在此點路徑將典型地通過具有不同聲音速度之不同類型材料。(此在醫療成像中特別真實，其中改變組織類型可具有實質上不同聲音速度)。當此差異導致接近180度相位偏移時，超過最大連貫接收孔徑寬度之其餘接收元件將實際上將低而非改進影像。

因此，在若干實施例中，為使用具大於最大連貫寬度之總孔徑寬度的寬探針，全探針寬度可實體或邏輯分為多孔徑，每一者可限制為小於最大連貫孔徑寬度之寬度，並夠小而避免接收之信號的相位取消。不同病人及相同病人之不同探針位置的最大連貫寬度可不同。在若干實施例中，可建立特定探針系統之折衷(例如預期成像方案範圍 之最小或平均最適)寬度。在其他實施例中，多孔徑超音波成像控制系統可組配動態演算法以將多孔徑中可用元件再分為群組，其夠小以避免顯著相位取消。

如文中所使用，「聲音路徑」用語係指超音速聲波依循之路徑。在多孔徑成像之情況下，源於傳輸孔徑(其可包括一或多個轉換器元件)之聲音路徑前進進入聲穿透材料(例如人類組織、動物組織、或無生命材料)至反射體，接著返回至接收孔徑之元件。在若干實施例中，聲音路徑可說明為終止於接收孔徑而非個別接收元件。當藉由接收孔徑之多個元件接收匯總資料時，可發生該等實施例。因為多孔徑探針可利用任何數量傳輸孔徑及任何數量接收孔徑(每一者可利用任何數量個別轉換器元件)，聲穿透區域內之任何特定反射體可藉由許多聲音路徑成像。因而，聲音路徑通常為傳輸孔徑、接收元件(或接收孔徑)及反射體之獨特組合。如將於以下進一步細節中說明，多孔徑探針之幾何必須為已知，以便實施多孔徑波束成形。

「內孔徑聲音路徑」為聲音路徑，其中傳輸孔徑及接收孔徑中心位於相同點。例如，其中單一元件用作傳輸孔徑亦用作接收元件之聲音路徑可說明為內孔徑聲音路徑。因此，「內孔徑」聲音路徑可為傳輸孔徑及接收孔徑中心未位於相同點之任何聲音路徑。

多孔徑探針之範例

圖3描繪多孔徑探針1000之一實施例，其在若干實施例中可用於都卜勒成像。圖3之探針1000包含三轉換器陣列1001、1002、1003，每一者為1D、2D或矩陣轉換器陣列。如同所示，橫向陣列1001及1003可朝向相對於中心陣列1002之角度。在若干實施例中，橫向陣列相對於中央陣列之角度可為0度，但亦可為大於0度之任何角度。在一實施例中，一對橫向陣列1001及1003可以水平中央陣列1002以下約30度的角度配置。在若干實施例中，圖3之探針1000可具有實質上寬於2cm之總寬度，在若干實施例中可為10cm或更大。

如圖1中所示，在若干實施例中，探針1000可包含不同轉換器陣列1001、1002、1003，其彼此可實體不同。例如，在圖1中，左陣列1001與中心陣列1002實體上相離距離「d」。距離「d」可為孔徑1001上之轉換器元件及孔徑1002上之轉換器元件之間之最小距離。在若干實施例中，距離「d」可為零或與特定應用所欲者等大。在替代實施例中，孔徑之間之距離可等大，可能增加特定應用之限制內多孔徑成像系統的橫向解析度。在若干實施例中，可建構探針以提供相鄰轉換器陣列之間之可調整距離或角度。該等調整性可提供成像寬範圍解剖結構之彈性。

圖4描繪多孔徑探針1010之替代實施例，在若干實施例中，其可用於都卜勒成像。圖4之探針包含具有實質上寬於任何預期成像方案之最大連貫寬度之總寬度1020 的單一連續1D、1.5D、2D或CMUT轉換器陣列1012。例如，在若干實施例中，圖4中探針1010之陣列1012的總寬度1020可大於約2cm，且在若干實施例中可為10cm或更大。在圖2之實施例中，可視需要動態配賦任何數量孔徑。陣列1012經顯示具對稱連續凹曲線，然而在替代實施例中，陣列1012可如所欲具有任何其他對稱或不對稱凹面或平面形狀。

在若干實施例中，相鄰孔徑之間之距離及方位可相對於彼此固定，諸如藉由使用堅硬外殼。在替代實施例中，孔徑之距離及方位相對於彼此可為可變，諸如具可動結合。在替代實施例中，以下系統及方法可如所欲使用任何多孔徑探針。在仍進一步實施例中，以上提及之申請者的先前申請案中說明之任何多孔徑超音波探針組態可與文中所說明之都卜勒成像系統及方法的各式實施例組合使用。

在若干實施例中，多孔徑超音波探針及成像程序可與以掃描線為主之相位陣列傳輸系統組合使用。在其他實施例中，多孔徑超音波探針及成像程序獨特適於從完全不同傳輸波形得益。

介紹以回音為基成像

相對於習知以掃描線為主之相位陣列超音波成像系統，多孔徑超音波成像系統之若干實施例可於傳輸脈衝期間使用點源傳輸。從點源傳輸之超音波波前(文中亦稱為「聲納脈波」)以每一圓形或球形波前闡明整個感興趣之 區域。藉由單一接收轉換器元件從單一聲納脈波接收之回音可波束成形以形成聲穿透感興趣之區域之完整影像。結合來自多接收轉換器並橫越寬探針的資料及影像，並結合來自多聲納脈波之資料，可獲得極高解析度影像。再者，由於框率僅受限於聲納脈波重複頻率(即傳輸之波前於傳輸轉換器元件、最大深度反射體、及最遠接收轉換器元件之間行進之往返行進時間的倒數)，該等系統允許以極高框率成像。在若干實施例中，以回音為基之成像系統的框率可僅等於聲納脈波重複頻率。在其他實施例中，若所欲從一個以上之聲納脈波形成訊框，以回音為基之成像系統的框率可等於聲納脈波重複頻率除以每訊框之聲納脈波數。

如文中所使用，「點源傳輸」及「聲納脈波」可指傳輸之超音波能量從單一空間位置導入媒體。此可使用單一超音波轉換器元件或結合相鄰傳輸轉換器元件而予完成。來自該元件之單一傳輸可近似均勻球形波前，或在成像2D薄片之狀況下，便於2D薄片內製造均勻圓形波前。在若干狀況下，來自點源傳輸孔徑之圓形或球形波前的單一傳輸文中可稱為「聲納脈波」、「點源脈衝」或「未聚焦的脈衝」。

點源傳輸於其空間特性分歧，從以掃描線為主之「相位陣列傳輸」，或從轉換器元件陣列以特定方向(沿掃描線)聚焦能量之「直接脈衝傳輸」。相位陣列傳輸依次操縱轉換器元件群組之相位，以便強化或操縱聲穿透波至特 定感興趣之區域。

在若干實施例中，使用一系列傳輸聲納脈波之多孔徑成像可藉由從第一傳輸孔徑傳輸點源聲納脈波並以二或更多接收孔徑之元件接收傳輸之聲納脈波的回音進行操作。依據傳輸及接收回音之間之延遲時間，可藉由三角測量反射體之位置而形成完整影像。結果，每一接收孔徑可從每一傳輸之聲納脈波的回音形成完整影像。在若干實施例中，藉由結合以二或更多接收孔徑從單一傳輸之聲納脈波接收之回音所形成之影像，可形成單一時域訊框。在其他實施例中，藉由結合以一或多個接收孔徑從二或更多傳輸之聲納脈波接收之回音所形成之影像，可形成單一時域訊框。在若干該等實施例中，多傳輸之聲納脈波可源於不同傳輸孔徑。

以回音為基之波束成形的實施例

波束成形通常被理解為程序，藉此以多離散接收器接收之成像信號結合以形成完整連貫影像。以回音為基之波束成形的程序符合此理解。以回音為基之波束成形的實施例通常包含依據超音波信號行進之路徑、假定不變之聲音速度及傳輸聲納脈波與接收回音之時間之間之消逝時間，決定相應於接收之回音部分之反射體的位置。換言之，以回音為基之成像包含依據假定速度及測量之時間計算距離。一旦計算該等距離，便可三角測量任何特定反射體之可能位置。距離計算係以傳輸及接收轉換器元件之有關位 置的準確資訊進行。(如以上提及之申請者的先前申請案中所討論，可校準多孔徑探針至至少所欲正確性程度以決定每一轉換器元件之聲音位置。)在若干實施例中，以回音為基之波束成形可稱為「動態波束成形」。

動態波束形成器可用以決定相應於從每一傳輸之聲納脈波產生之每一回音的影像像素之位置及亮度。當傳輸回音信號時，不需將波束成形應用至傳輸之波形，但動態波束成形可用以結合以複數接收轉換器接收之回音而形成像素資料。

如文中所使用，動態波束成形係指波束形成器之焦點可連續改變而聚焦於每一像素位置，因而像素成像。在若干實施例中，動態波束形成器可描繪出從發射器至每一接收轉換器元件之每一回音於每一瞬間之軌跡。單一反射體(例如圖5中之點(n,p))的軌跡沿圖5中橢圓52在於傳輸轉換器元件54之位置的第一焦點及接收轉換器元件56之位置的第二焦點。儘管若干其他可能反射體沿相同橢圓(如藉由反射體(g,h)、(i,j)、(k,m)等所標示)，相同反射體(n,p)之回音亦將藉由接收孔徑之其他接收轉換器元件的每一者接收。每一接收轉換器元件(R1、R2、R3)之略為不同位置表示如圖6中所描繪，每一接收元件將具有反射體(n,p)之略為不同橢圓。藉由連貫加總共同接收孔徑之所有元件的橢圓(例如52、57、58)而累積結果將標示接收孔徑之所有橢圓的交集，藉此朝向顯示代表反射體(n,p)之像素的點收斂。藉由 任何數量接收元件接收之回音振幅可藉此結合為每一像素值。該等系統亦可稱為累積器。在其他實施例中，計算可不同地組織而達實質上相同影像。

藉由結合藉波束形成器從一或多個後續傳輸之聲納脈波形成之影像，可進一步改進影像品質。藉由結合藉一個以上接收孔徑形成之影像，可獲得影像品質之仍進一步改進。重要考量為來自不同聲納脈波或接收孔徑之影像的加總是否應連貫加總(相位敏感)或不連貫加總(信號的加總大小而無相位資訊)。在若干實施例中，連貫(相位敏感)加總可用以結合源於一或多個聲納脈波而藉由設於共同接收孔徑上之轉換器元件接收之回音資料。在若干實施例中，不連貫加總可用以結合藉由接收孔徑接收之回音資料或影像資料，其可能包含取消相位資料。該等狀況可能具具有大於特定成像目標之最大連貫孔徑寬度之結合總孔徑的接收孔徑。

在若干實施例中，使用同相資料可獲得第一組影像，且從正交資料可獲得第二組影像。

在申請者的先前申請案中說明用於B模式成像之該等動態波束形成器的各式實施例，包括美國專利No.8,007,439及美國專利公佈申請案No.2011-0201933-A1。

介紹以回音為基之都卜勒

相對於習知以掃描線為主之相位陣列超音波成像系 統，多孔徑超音波成像系統之若干實施例於傳輸脈衝期間可使用點源傳輸。從點源傳輸之超音波波前(文中亦稱為「聲納脈波」)闡明具圓形或球形波前之整個感興趣之區域。結果，因為從成像視野之任何點可偵測都卜勒信號，在以回音為基之成像系統傳輸之前，不需建立都卜勒測量之限制的感興趣之區域(例如在本技藝中俗稱「距離閘」作為該等限制區域)。結果，文中所說明之系統及方法的若干實施例可經組配而循環通過並從複數「測試段」個別搜尋整個聲穿透感興趣之區域內的移動資訊，以決定哪一該等測試段包括移動反射體。此顯著優點應用至一維都卜勒信號(即朝向或遠離探針或陣列流動)及應用至向量都卜勒，其利用一個以上轉換器陣列來偵測影像平面內之二維移動向量。當使用向量都卜勒(即使用橫向間隔陣列或陣列段之都卜勒成像)結合聲納脈波傳輸時，反射體可沿影像平面內具有任何方位之軸配賦。軸甚至可正切於多孔徑轉換器，且不限於與轉換器對齊。因為可以所有方向計算流動，多孔徑探針僅需闡明感興趣之區域。

在各式實施例中，多孔徑超音波成像系統可經組配而以使用未聚焦的寬廣波前脈衝之多孔徑探針實施B模式成像，諸如半圓或球形波前脈衝。該等寬廣波前脈衝可藉由從點源元件(或元件群組)傳輸短時超音波波前信號而予形成。在該等實施例中，亦可希望使用寬廣波前傳輸光束用於偵測使用都卜勒技術成像之目標或物質的移動。該等系統之優點包括不需傳輸波束形成器及共同接收波束形成 器可能用於都卜勒及B模式成像。此外，距離閘不需預先配賦於窄區段。而是，影像中每一像素可個別以「測試段」測試。此外，在若干實施例中，以具有至少二孔徑之多孔徑探針實施都卜勒成像，表示可以所有方向偵測血流速度。具有三或更多孔徑之多孔徑探針可提供進一步改進。

以回音為基之都卜勒傳輸波形的實施例

圖7提供方塊圖，描繪用於測量目標110內之移動的以回音為基之都卜勒處理次系統100之實施例。都卜勒處理次系統100可獨立或整合為寬廣超音波成像系統。在若干實施例中，藉由以回音為基之都卜勒次系統100控制的傳輸轉換器元件120及接收轉換器元件112可為超音波探針之所有元件的次組(例如圖3、3、8或10-13之任一者或任何其他多孔徑探針組態)。藉由接收轉換器元件112接收之回音信號可傳輸至通道特定接收電子器件122，其可包括各式類比至數位及過濾電子器件。在若干實施例中，以回音為基之都卜勒次系統100可經組配以控制探針的所有可用轉換器元件。在若干實施例中，傳輸元件120可為專用於都卜勒傳輸功能之單一轉換器元件，但在其他實施例中，傳輸元件120可包含探針之任何數量轉換器元件，其可瞬間配賦並操作為都卜勒傳輸元件。如以下進一步細節將說明，可提供延遲控制器124以應用通道特定延遲126至接收之回音信號，用於儲存同相及正交回音信 號。亦可包括記憶體220及顯示裝置244，諸如以下更多細節說明。

如以下進一步細節將說明，圖7之都卜勒次系統100亦可包括(軟體或硬體)波束形成器，經組配以實施以回音為基之波束成形程序。複雜波形處理器140可用以實施同相及正交回音信號之複雜處理，以便偵測都卜勒偏移頻率及/或決定都卜勒信號之移動方向。

圖8描繪探針1030之實施例，包含許多接收元件'rx'但相對小之傳輸孔徑'tx'(其可包含單一轉換器元件或可包括二、三、四、五或更多元件組合)，用以傳輸未聚焦的點源脈衝信號(又名「聲納脈波」)。在若干實施例中，傳輸孔徑可包括標準陣列之一或更多元件，其可為設計用以耐受較大電壓擺動之特殊轉換器，並作為發射器較接收器更有效率。在若干實施例中，可於僅接收模式使用接收元件'rx'，因此不需要昂貴及遭受傳輸/接收開啟每一元件之衰減。

在若干實施例中，諸如圖8中示意描繪之探針1030可為「單一孔徑探針」，其中總孔徑經設計窄於設計探針之大部分成像方案的最大連貫寬度。另一方面，圖8之示意亦可代表多孔徑探針之任何單一孔徑。

使用中，以回音為基之都卜勒次系統(例如圖7中所示)可控制探針，諸如圖8中所示，以重複地以高聲納脈波重複率從傳輸轉換器'tx'傳輸聲納脈波，且藉由接收轉換器'rx'接收之回音可藉由都卜勒次系統100數位化。在 若干實施例中，最大理論上聲納脈波重複率可藉由感興趣之區域之目標組織及目標深度中聲音速度予以限制(為任何衰減負責)。例如，最大聲納脈波重複率較佳地夠慢，使得從傳輸轉換器行進之第一傳輸波前藉由感興趣之區域中之目標而反射，並於傳輸第二波前之前達到接收轉換器。然而，聲納脈波重複率不需較往返行進時間慢。在若干實施例中，脈衝之間之時間可添加進一步安全邊限以避免在接收轉換器脈衝重疊。在各式實施例中，可支援約2,000 Hz至約8,000 Hz或更高之聲納脈波重複率。在若干實施例中，可使用約2500 Hz之聲納脈波重複率。

圖7之系統可進一步包括脈衝發生器，經組配以產生都卜勒傳輸波形。在各式實施例中，為了評估使用都卜勒技術之移動而傳輸之超音波聲納脈波可具有與為成像(例如B模式)而傳輸之聲納脈波(或其他超音波信號)不同特性。在若干實施例中，都卜勒成像中使用之波形可以較用於相同感興趣之區域的B模式成像而傳輸之波形頻率更低之頻率傳輸。例如，若使用以3 MHz頻率傳輸之超音波信號獲得B模式影像，可使用以2 MHZ傳輸之超音波波形獲得相應都卜勒色流成像(例如將覆蓋於B模式影像上)。如同本技藝中所熟知，可偵測而無圖形失真之最高都卜勒頻率為PRF/2。在以回音為基都卜勒之上下文中，表示可偵測而無圖形失真之最大都卜勒頻率為傳輸之都卜勒聲納脈波頻率的一半。因此以低於B模式成像之中心頻率傳輸都卜勒聲納脈波可減少都卜勒信號之圖形失真的發 生。

都卜勒成像之超音波聲納脈波亦可以較B模式成像傳輸之聲納脈波更長脈衝長度(即更多週期)傳輸。更長脈衝長度造成波前停留在特定測試段達充分長時間，使得可於返回之回音中偵測都卜勒偏移。可於週期中測量該等都卜勒傳輸聲納脈波之脈衝長度。在各式實施例中，依據成像之媒體特性、傳輸信號頻率、感興趣之區域深度及其他因子，都卜勒聲納脈波可具有單一週期直至數十週期或更多之脈衝長度。在若干特定實施例中，都卜勒聲納脈波可具有約10週期及約32週期之間之脈衝長度。在少數特定範例中，都卜勒聲納脈波可具有約10週期、12週期、13週期、14週期、15週期、16週期、17週期、18週期、19週期或20週期之脈衝長度。

增加之脈衝長度可導致增加之「都卜勒解析度」(即移動反射體速度之測量品質)，但較長脈衝長度典型地亦將導致減少的「空間解析度」(即說明移動反射體位置之資訊品質)。結果，都卜勒傳輸聲納脈波之脈衝長度的任何選擇將包含平衡該二競爭因子。在若干實施例中，可提供使用者介面控制以允許使用者增加或減少傳輸脈衝長度。依據使用者的因子評估，諸如將成像目標之材料、尺寸或密度、所欲成像深度、或移動偵測正確性相對於移動反射體位置正確性之偏好或其他相關因子，可手動實施脈衝長度調整。在其他實施例中，超音波成像系統依據自動評估或手動輸入有關該等因子之資訊，可自動調整傳輸脈 衝長度。

在若干實施例中，超音波系統可經組配而於傳輸都卜勒信號及B模式成像信號之間交替。在該等實施例中，在從單一傳輸孔徑傳輸長都卜勒聲納脈波之後，可從一或多個B模式成像傳輸孔徑傳輸一或多個B模式成像信號。在若干實施例中，B模式成像傳輸信號可包含具較都卜勒聲納脈波更短脈衝長度及更高頻率之一或多個聲納脈波，並可從與都卜勒信號相同傳輸孔徑或從一或多個不同傳輸孔徑傳輸。在其他實施例中，都卜勒成像系統可經組配以傳輸第二都卜勒聲納脈波，或從與第一都卜勒聲納脈波相同傳輸孔徑傳輸一連串都卜勒聲納脈波。在仍其他實施例中，在從第一傳輸孔徑傳輸第一都卜勒聲納脈波之後，都卜勒成像系統可經組配以從第二傳輸孔徑傳輸第二都卜勒聲納脈波。在仍進一步實施例中，任何數量傳輸孔徑可用以傳輸都卜勒聲納脈波。在大部分實施例中，在從其他傳輸孔徑進行傳輸進一步都卜勒聲納脈波之前，典型地將從一傳輸孔徑傳輸完整都卜勒聲納脈波。

在若干實施例中，都卜勒聲納脈波亦可包括前導及/或後同步信號，其可藉由接收系統使用以(個別)識別都卜勒聲納脈波信號之開始及/或終止。該等前導及/或後同步信號可如所欲包括任何信號形狀。

接收及儲存以回音為基之都卜勒聲納脈波資料之實施例

在各式實施例中，藉由接收孔徑接收之回音可數位化 並儲存於記憶體裝置中(例如使用諸如以下進一步細節中所說明之系統)。在若干實施例中，從都卜勒聲納脈波接收之回音資料可儲存於二資料集中，文中稱為同相資料集及正交資料集。同相資料代表以零延遲接收之回音信號。正交資料代表相同回音信號但具相對於同相資料之傳輸波形之中心頻率期間的約四分之一延遲。如以下進一步細節中所說明，可分析及比較同相及正交資料以決定任何都卜勒偏移之方向。

如以下參照圖19進一步細節中所說明，回音資料可儲存於每一接收轉換器元件之不同資料流中。在若干實施例中，二資料流(例如同相及正交)或更多者可儲存用於每一轉換器元件。

如文中所使用，「測試段」用詞係指檢查所接收之都卜勒回音資料的離散部分。測試段之概念類似習知以掃描線為主之都卜勒成像中所使用之都卜勒距離閘之概念，但更具包容性。在以掃描線為主之都卜勒成像中，可用測試段僅限制於在傳輸及接收超音波信號前已預定義為都卜勒距離閘之聲穿透目標段。在該等習知以掃描線為主之超音波成像系統中，僅沿掃描線之資料在任何時間為顯著聲穿透。因而，在以掃描線為主之系統中，都卜勒閘必須以沿最小及最大目標深度之間之掃描線的區域組成。

相反地，在利用寬廣波前或點源傳輸脈衝(例如聲納脈波)之以回音為基之都卜勒成像系統中，整個影像平面以每一傳輸之聲納脈波聲穿透，結果，影像平面中任何 (或每一)像素可分析為不同測試段而不需預定義測試都卜勒頻率之窄區域。在其他實施例中，測試段可定義為一群相鄰像素。在若干實施例中，一或多個測試段之尺寸可藉由使用者經由適當使用者介面裝置予以選擇，諸如表盤、滑蓋、數字鍵盤、觸控螢幕手勢等。

使用如以上所說明之動態波束成形技術，藉由接收孔徑之所有元件接收之都卜勒聲納脈波的回音可予結合，以決定每一反射體(由一或多個像素代表)之位置。如此定位之反射體接著可配置進入都卜勒頻率偵測評估之測試段。在其他實施例中，回音資料可僅依據回音資料之抵達時間而配置進入測試段。

都卜勒頻率偵測之實施例

藉由將由單一轉換器元件接收之單一都卜勒聲納脈波的回音劃分為若干樣本，可識別都卜勒偏移頻率。在若干實施例中，回音信號可劃分為樣本，使得每一樣本約為傳輸頻率之單一週期尺寸。例如，若都卜勒傳輸聲納脈波具有16週期之脈衝長度，從該等都卜勒聲納脈波接收之回音可劃分為16個都卜勒頻率偵測之均等長度樣本。接著可分析樣本以決定接收之回音的頻率是否具有較相應傳輸之都卜勒聲納脈波之頻率更高或更低頻率。具較相應傳輸之都卜勒聲納脈波更高或更低頻率之回音標示移動反射體。若反射體未移動，來自反射體之回音信號的所有樣本之振幅實質上將彼此相等。若反射體移動，樣本之振幅可 預期以都卜勒頻率改變。在若干實施例中，如以上說明藉由將接收之回音信號劃分為同相及正交資料流可進一步輔助都卜勒頻率之偵測。此將參照圖9A及9B進一步描繪。

圖9A描繪從都卜勒聲納脈波獲得之單一測試段的同相回音資料之波形62之範例，及圖9B描繪從相同都卜勒聲納脈波獲得之相同測試段的正交回音資料之相應波形64。若考慮中的測試段定位於零移動之點，圖9A及9B之波形將具有恆定振幅，並將具有實質上等於傳輸之都卜勒聲納脈波(加上不可避免之雜訊)頻率之頻率。事實上，圖9A及9B之波形代表移動之點及因而為相應都卜勒頻率之樣本。因而，藉由比較接收之回音信號的偵測頻率與傳輸之回音信號的已知頻率，可偵測都卜勒偏移。基於二該等信號其間具約90度的相位偏移(即同相信號及正交信號)，可能決定移動係朝向或遠離轉換器探針。在替代實施例中，亦可使用偵測來自接收之波形之都卜勒頻率的任何其他已知方法。

一旦偵測到特定移動反射體之都卜勒偏移頻率，可依據接收之都卜勒聲納脈波之時序及諸如成像之媒體中聲音速度(「c」)之已知資訊，可直接計算與偵測之都卜勒頻率有關的速度。例如，在若干實施例中，可使用已知為時域關聯(TDC)之技術，其中反射體移位(△x)係藉由採取聲音速度(「c」)及偵測之時間偏移(△t，相應於都卜勒頻率偏移)之積的一半予以決定。

△x=c*△t

移動反射體之速度(Vr)簡單地為移位(△x)除以傳輸之波形之連續週期之間之期間(PP)：Vr=△x/PP

在各式替代實施例中，亦可使用依據偵測之都卜勒頻率而量化反射體速度的任何其他已知方法。

除了反射體的純量速度外，亦可以正確性之改變度、依據使用之分析類型、可用處理電力、使用之探針類型及其他因子，決定移動之向量方向。通常，可一維或多維偵測移動。

一維都卜勒移動偵測之實施例

在若干實施例中，諸如圖9A及9B中所描繪，藉由在同相波形62及正交波形64之複雜(真實及虛擬)結合上實施快速傅立葉轉換，可完成該等處理。該等作業之結果將產生N元素之複雜向量。複雜元素接著可轉換為振幅或可計算功率譜。元素之一半相應於正都卜勒偏移(朝向探針移動)及另一半相應於負偏移(遠離探針移動)。在替代實施例中，該等處理可以傳輸之都卜勒聲納脈波頻率取樣之三或更多訊框的無線脈衝響應(IIR)過濾器予以完成。在進一步實施例中，任何其他正交偵測方法或任何其他已知方法可用以實施依據偵測之都卜勒頻率之移動反射體方向之一維決定。在若干實施例中，可向臨床醫生顯示該等都卜勒處理之結果，亦可連帶提供音頻輸出。在 若干實施例中，都卜勒資料可顯示為至B模式掃描之覆疊件。

在若干實施例中，如以上參照圖2所說明，在實施任何波束成形20之前，可分析藉由依循傳輸之都卜勒聲納脈波的接收孔徑之每一元件接收之原始非波束成形回音資料，以偵測標示移動反射體之都卜勒頻率偏移24。在該等實施例中，如以上實施例中，可依據藉由接收元件接收之回音的相對時序而非依據反射體之位置(藉由波束成形決定)而定義及選擇「測試段」19。在該等實施例中，可以以上所說明之實質上相同方式偵測都卜勒頻率24，而非依據反射體位置定義測試段，可藉由藉由每一接收元件接收之回音信號的時序定義測試段。

在若干該等實施例中，一旦於回音資料之一或多個段偵測移動24，標示移動反射體之該些回音接著可波束成形20。以決定代表該些移動反射體之像素的位置。經由該等波束成形(例如使用諸如以上所說明之動態波束成形程序)，可決定都卜勒聲納脈波資料中移動反射體之位置。於單一接收孔徑之所有接收元件接收之都卜勒聲納脈波資料可藉由連貫加總結合，以便改進結果位置資訊之橫向解析度。

在若干實施例中，當波束成形以於將顯示之影像(或影像層)中配置代表移動像素之像素位置時，標示無移動之都卜勒聲納脈波資料集部分或標示閾值以下之移動速度部分可予以忽略。以此方式，僅源自移動快於閾值之反射 體的都卜勒聲納脈波資料可用於建立都卜勒影像。

在若干實施例中，B模式影像之自動啟發式分析可用以改進最後都卜勒影像(或混合影像之都卜勒影像層)中所包括之都卜勒資訊的空間解析度。例如，可評估B模式影像以識別血管(例如使用諸如美國專利8,105,239中所說明之程序)。基於該等資訊，成像系統可經組配以產生僅於識別為血管之區域中標示移動之影像。類似方法可應用於其他醫療或非醫療應用中。

在若干實施例中，偵測之移動可於顯示器標示顏色。在實施例中，其中偵測之移動為一維(即朝向或遠離探針)，以一方向移動(例如朝向探針)可標示為諸如紅色之顏色，以相反方向移動(例如遠離探針)可標示為另一顏色，諸如藍色。改變都卜勒頻率可藉由改變二挑選顏色之亮度予以標示。該等著色之都卜勒影像接著可以B模式影像覆蓋，以便提供都卜勒移動資訊之背景。在其他實施例中，都卜勒影像可獨立地顯示。使用一維以回音為基之都卜勒方法於任何點移動，其中，可顯示B模式影像而不需預先具體定義感興趣之都卜勒區域(或測試段)。這是因為都卜勒聲納脈波將聲穿透藉由相應B模式影像之範圍定義的感興趣之整個區域。

多維都卜勒移動偵測之實施例

藉由使用一個以上接收孔徑或一個以上傳輸元件，亦可偵測沿一個以上軸流動之分量。在該等實施例中，沿不 同軸流動之分量可結合以發現每一閘或像素的流動總速度及方向。例如參照圖8，在探針1030之傳輸孔徑'tx'左側的接收元件'rx'可處理為一接收孔徑(例如使用以上所說明之一維程序之一者)，且在傳輸孔徑'tx'右側的接收元件'rx'可處理為不同接收孔徑。在此狀況下，相較於左側孔徑，右側孔徑之最大流動靈敏性的方向將略為不同。在若干實施例中，可利用定向靈敏性差異而推斷目標物件之總流動及方向(例如動脈中血液)。

在替代實施例中，藉由利用多傳輸孔徑及單一接收孔徑可達到相同利益。例如，圖10描繪在每一端具傳輸轉換器元件之線性轉換器陣列1034。在若干實施例中，圖10之陣列1034可夠寬而包括多接收孔徑。以下更詳細說明該些方法之每一者的實施例。

在若干實施例中，具有較設計之成像方案的最大連貫孔徑寬度大二、三或更多倍之總孔徑的多孔徑超音波探針可用以增加點源傳輸孔徑'tx'、將評估之像素、及每一接收孔徑面對之角度。藉由增加至評估之像素的路徑之間之角度，於不同接收孔徑測量之間之差異通常將較大，且推斷之總流動及方向將較不易錯誤。在若干實施例中，多孔徑探針可為二孔徑系統，諸如圖11中所示之陣列1032或圖12之陣列1036。在其他實施例中，多孔徑探針可為如圖13中所示之三孔徑探針1038。進一步實施例提供許多其他可能性，諸如將一或多個傳輸孔徑置於接收陣列邊緣而非中心、凸面或凹面彎曲陣列、或置於沿陣列改變點之 複數傳輸孔徑。在若干實施例中，可使用一個以上傳輸孔徑，且藉由使用每一傳輸孔徑接收之都卜勒結果可與來自其他傳輸孔徑之結果平均，以進一步改進結果。圖10中描繪具多傳輸孔徑之探針1034之範例。

圖14描繪使用多孔徑超音波探針及依據探針幾何製造回音資料獨立近似值而偵測純量速度測量的程序300之實施例。依據圖14之程序300，超音波成像系統可首先決定302使用多孔徑超音波探針。當連接探針時，藉由探針及成像系統之間之交握通信可發生該等識別302。另一方面，該等偵測302可簡單地包含決定使用多孔徑探針收集儲存之資料集。

程序300亦可包含計算或獲得304影像範圍中每一像素之修正因子陣列(即藉此而成像特定反射體之每一聲音路徑的修正因子)。如以下進一步細節中所說明，可依據所使用多孔徑探針之傳輸及接收孔徑的幾何而計算每一內孔徑聲音路徑的資料獨立近似值因子。可使用任何可用方法識別及定位移動反射體306，包括文中所說明者。藉由該等資料獨立近似值因子乘以測量之速度可計算最小反射體速度308。藉由平均、加權平均或任何其他方法可合計多速度測量310，以進一步改進最小速度估計之正確性。

參照圖15及以下更多細節中所說明，連接傳輸孔徑320及像素位置315之第一線321及連接像素位置315至接收孔徑322之第二線之間之角度Φ1僅取決於使用之探針及影像視窗的已知幾何。圖15進一步描繪傳輸線321 及個別接收線325及327之間之角度Φ2及Φ3。結果，角度Φ可預計算用於特定探針及影像視窗之傳輸孔徑320、像素位置315及接收孔徑322、324或326(即每一聲音路徑)之每一結合。一旦已決定角度Φ，等於1/cos(Φ/2)的資料獨立近似值因子可預計算用於該像素之每一像素位置及每一聲音視窗。對Φ為零(即內孔徑聲音路徑)之任何聲音路徑而言，修正因子將簡單地為1(cos(0)=1)。對Φ接近零之任何聲音路徑而言，修正因子亦可假定為1。

再次參照圖14，使用以上所說明之任何方法，或任何其他適當方法，都卜勒頻率偵測可用以識別、定位及決定於使用一或多個聲音路徑之任何(或每一)像素位置之移動反射體306的速度。接著，對任何特定像素而言，藉由每一聲音路徑所獲得之速度可乘以聲音路徑之資料獨立近似值因子308，以獲得代表反射體最小速度之速度測量。藉由多聲音路徑獲得之速度測量可予以結合(諸如藉由平均或加權平均)以進一步改進測量之正確性。在其他實施例中，可採取藉由多聲音路徑所獲得之最大速度測量作為最小速度測量。

圖16描繪程序350之實施例，用於偵測代表影像平面內移動反射體之速度及方向的二維速度向量。圖16之程序350可以實質上與圖14之程序300的相同步驟開始，包括偵測多孔徑超音波探針之存在302、計算將使用之聲音路徑的調整因子304、識別及定位使用都卜勒偵測 技術之移動反射體306、及應用資料獨立調整因子308。在計算速度方向之前，可應用資料獨立調整因子以修正速度。接著可藉由結合使用二不同聲音路徑獲得之測量而計算速度向量360。藉由解決源自所使用二路徑之聲音路徑幾何的一組聯立方程式，可計算影像平面內反射體移動的速度及方向360。以下參照方程式1-7提供該等聯立方程式之範例。

接著可結合使用從多對聲音路徑測量獲得之速度向量362，諸如藉由發現向量叉積。在若干實施例中，可識別一或多個聲音路徑(藉由使用者手動或藉由成像系統或影像處理系統自動)而更可能提供特定反射體之移動速度及方向的準確測量。在該等實施例中，當結合藉由多聲音路徑獲得之向量時，使用該等更高品質聲音路徑獲得之速度向量可提供更高加權。

為說明簡單，將參照圖12之探針1036說明多孔徑都卜勒成像系統之作業。鑒於文中說明及描繪，此分析延伸至圖13之探針1038或任何其他可能的探針組態對於技術熟練之技工將是清楚的。

圖12之探針1036包含其上至少配賦一傳輸元件'tx'的第一水平陣列。如同所示，傳輸元件可設於第一水平陣列中心。在若干實施例中，未用於傳輸功能之轉換器元件可轉換用於接收功能。位於線內或與第一陣列具相對角度的第二陣列可完全配賦用於接收回音。在第一及第二陣列上每一元件之聲音位置較佳地已知精確到至少所欲正確性 程度。

圖17描繪圖12之系統的進一步簡化代表。在圖17中，點c1050代表將估計之流動速度及方向之測試段(文中稱為候選點1050)。為了此討論，點c1050之真實速度以V代表及真實方向以角度γ代表。點'a'1052代表水平陣列中心亦相應於傳輸孔徑'tx'位置以及第一接收孔徑'Rx1'中心。點'b'代表第二接收孔徑'Rx2'之中心元件。

線'a-c'1062代表從傳輸元件'tx'行進至候選點1050之傳輸之波前的路徑。線'a-c'1062亦代表回音從候選點1050返回至第一接收孔徑'Rx1'中心之路徑。線'b-c'1064代表回音從候選點1050行進至第二接收陣列'Rx2'之點'b'1054之路徑。角度α為線'a-c'1062相對於水平參考線1070之角度。類似地，角度β代表線'b-c'1064相對於相同水平參考線1070之角度。

若候選點'c'1050係藉由第一接收孔徑'Rx1'從傳輸孔徑'tx'(即沿聲音路徑'a-c')傳輸之脈衝的回音成像，都卜勒資訊對於沿線'a-c'1062移動之分量將最敏感。從第二接收孔徑'Rx2'以從傳輸孔徑'tx'(即沿聲音路徑'a-c-b')傳輸之都卜勒信號成像相同候選點'c'1050，都卜勒資訊之最敏感軸為所描繪之線'd-c'1066，其平分角度'a-c-b'1068。這是因為都卜勒資訊(即接收之回音的頻率相對於傳輸之都卜勒聲納脈波頻率增加或減少)將受沿線'd-c'1066之傳輸及接收路徑影響。從水平參考1070之線'd-c'1066的角度為δ=(α+β)/2。結果，未進行任何進一步 分析，可採用以上說明之決定移動方向的一維方法，以測量點'c'之反射體沿線'd-c'1066之速度分量。

為了此討論，Vmax代表可偵測特定都卜勒聲納脈波頻率之最大速度。如同本技藝中所熟知，可偵測而無圖形失真之最大都卜勒頻率為PRF/2。在以回音為基之都卜勒的上下文中，此表示可偵測而無圖形失真之最大都卜勒頻率為傳輸之都卜勒聲納脈波頻率的一半。藉由粒子於候選點'c'以Vmax移動沿路徑'a-c'返回之相位偏移為每脈衝π弧度。此等同於粒子於脈衝之間之時間內移動四分之一波長(λ/4)。然而，沿路徑'd-c'及藉由第二接收孔徑'Rx2'沿路徑'a-c-b'之相位偏移感測之相同速度導致僅πcos(δ-α)之相位偏移。此可藉由參照圖18見到，其中候選點1050之粒子標示為沿路徑'd-c'行進距離λ/4至點e 1074(圖中距離被誇大)。於點'c'拉垂直線1076至線'a-e'上之點'f'1080製造三角形'c-e-f'，其中段'e-f'1082代表隨著點'c'1050之反射體移動至點'e'1074之位置，路徑'a-c'之路徑長度增加。請注意，角度'd-e-a'幾乎等於角度'd-c-a'(因為距離'c-e'極小)，接著'e-f'~=λ/4 cos(δ-α)。由於路徑'c-b'增加之路徑長度相同，總相位偏移為πcos(δ-α)。因此沿路徑'a-c-d'之所有測量可藉由該等測量乘以1/cos(δ-α)予以修正。

幸運地，如以上計算角度差異及修正，針對每一影像像素可預先已知且並不取決於傳輸或回音資料。這是因為每一影像像素映射至感興趣之區域內已知位置，且因為成 像系統已知每一轉換器元件之聲音位置(例如藉由諸如以上提及之申請者的先前申請案中所討論之校準系統所決定)。因而，對於挑選之影像深度而言，可從已知探針幾何計算每一影像像素之角度δ及α及每一傳輸孔徑/接收孔徑組合(即每一聲音路徑)。因此可預先計算於任何挑選之成像深度或影像視窗的每一像素之修正因子陣列，並儲存於記憶體中於都卜勒測量程序期間使用。在其他實施例中，可動態計算該等修正因子。

藉由決定傳輸孔徑形成之角度Φ、反射體點及接收元件(例如圖15中所示)，可計算任何內孔徑聲音路徑之類似修正因子，接著計算聲音路徑之資料獨立修正因子為1/cos(Φ/2)。任何孔徑聲音路徑內(Φ為零)之修正因子等於1(由於cos(0)=1)。

沿路徑a-c-b之都卜勒偏移修正=1/cos(δ-α)) (1)

假定實施此修正(並相對於諸如圖13之多孔徑組態的傳輸-接收路徑)，可進行V及γ之計算如下。

令V_a為使用聲音路徑'd-c'於點'c'之V的測量，及令V_b為使用聲音路徑'a-c'於點'c'之V的測量。那麼：V _a =V cos(γ-α) (2)

V _b =V cos(γ-δ) (3)

由於V_a、V_b、α及δ為已知或已測量，可發現V及γ如下： 令K=V _a /V _b (4)

若V_b不為零或接近零，cos(γ-α)=K cos(γ-δ)cosγcosα+sin γsinα=K cosγcosδ+K sin γsinδ(cosα-K cosδ)cosγ=(K sin δ-sin α)sin γ tan γ=(cosα-K cosδ)/(K sin δ-sin α) 若V _b ≠0 γ=arctan((cosα-K cosδ)/(K sin δ-sin α)) 若V _b ≠0 (5)

另一方面，若V_a不為零或接近零，K’=V _b /V _a (6)

cosγcosδ+sin γsinδ=K’(cosγcosα+sin γsinα)(cosδ-K’cosα)cosγ=(K’sin α-sin δ)sin γ tanγ=(cosδ-K’cosα)/(K’sin α-sin δ) 若V _a ≠0 γ=arctan((cosδ-K’cosα)/(K’sin α-sin δ)) 若V _a ≠0 (7)

在使用適當方程式發現γ之後，方程式(2)或(3)可用以評估速度V，不論流體流動之方向。

對許多應用而言，方程式(4)及(5)或(6)及(7)之相對複雜計算是合理的。若僅進行方程式(1)之修正，其並非依靠數據(即該些值依據探針幾何及成像深度及像素位置而為已知，無需任何回音資料)，最大錯誤在於使用方程式估計總速度：S(速度)=(V _a +V _b )/2 (8)

可計算如下：S=V/2(cos(γ-α)+cos(γ-δ))

最大速度發生於dS/dγ=-V/2(sin(γ-α)+sin(γ-δ))=0

接著sin(γ-α)=-sin(γ-δ)=sin(δ-γ)

γ-α=δ-γ

2γ=α+δ

γ=(α+δ)/2

因而最大速度發生於V搭配角度(α+δ)/2。

系統對於與線'd-c'垂直之方向的流動最不敏感，即(α+δ)/2+π/2。

S=V/2[cos((-α+δ+π)/2)+cos((α-δ+π)/2)]=V/2[sin((δ-α)/2)+sin((δ-α)/2)]=V sin((δ-α)/2)

在角度(δ-α)大於30度之影像的任何區域中，使用此簡式將低估垂直方向之速度不超過50%。

對搭配角度(α+δ)/2之流動而言，S=V cos((δ-α)/2)。

因此在(δ-α)/2小於60度之任何區域中，使用此簡式亦將低估方向(α+δ)/2之速度分量不超過50%。

相反地，藉由單一角度(或一維)色流都卜勒估計速度，沿垂直於測量角度之方向可完全未達速度。

在以上分析中，依據接收孔徑繞中心點而對稱之假定，且藉由接收孔徑之個別元件接收之回音於實施速度計算之前連貫加總，而使用接收孔徑rx之中心實施計算。在其他實施例中，在以上速度計算中可使用接收孔徑上之任何其他點。在進一步實施例中，隨著藉由接收孔徑之每一個別元件測量，可延伸以上分析而分別計算速度。

類似地，鑒於文中說明，以上分析亦可延伸至利用二 個以上接收孔徑及/或一個以上傳輸孔徑之系統對於技術熟練之技工將是清楚的。例如，以上分析可應用於包括第三接收孔徑之超音波探針，諸如圖13中之中心陣列'rx3'。在該等實施例中，隨著應用於中心接收孔徑'rx3'及左接收孔徑'rx2'，可使用以上分析計算任何特定移動反射體'c'之速度的第一測量。隨著應用於中心接收孔徑'rx3'及右接收孔徑'rx1'，可使用以上分析計算反射體'c'之速度的第二測量。接著可平均第一及第二速度向量以獲得最後速度測量。在若干實施例中，第一及第二速度向量可與提供更多加權至提供測量之點最佳檢視之傳輸/接收孔徑對的加權平均結合。類似地，可平均使用二傳輸孔徑及一或多個接收孔徑測量之速度向量以改進速度測量之正確性。

例如，在若干實施例中，以上程序可用以獲得同步使用第一接收孔徑連同第二、第三、第四、第五(或任何數量其餘)接收孔徑之速度測量。在該等實施例中，可結合(例如藉由平均或加權平均)從所有接收孔徑獲得之速度大小及方向測量，以進一步增加該等測量之正確性。

非都卜勒移動偵測

圖20描繪程序400之範例，藉此可使用以回音為基之成像系統偵測移動而不需偵測都卜勒頻率。該等實施例可使用高訊框率聲納脈波成像及影像處理技術以偵測成像像素之移動。因為從單一傳輸聲納脈波之回音可計算完整影像(如以上及以上提及之申請者的先前申請案中所說 明)，可以如最大可能聲納脈波重複率般高之框率獲得聲納脈波影像，其僅受限於單一聲納脈波信號之往返行進時間。換言之，因為僅需單一聲納脈波形成影像，框率之唯一顯著限制為成像之媒體中超音波聲音的速度。例如，在若干實施例中，以回音為基之成像系統可達到每秒4000訊框或更高之框率，當以一連串影像及充分高框率成像至18cm深度時，可直接看到目標移動。此外，可進行一連串高訊框率影像之電腦分析以自動識別及使用色流或任何其他技術強調移動。

因而，在若干實施例中，非都卜勒移動偵測方法之程序400可包含藉由選擇傳輸孔徑402、傳輸B模式聲納脈波404、以多孔徑接收B模式聲納脈波之回音406而獲得單一訊框。408可重複步驟402-406以獲得若干訊框(例如數十、數百或數千訊框)。(在若干實施例中，可以不同傳輸孔徑重複步驟402-406以獲得第一訊框之其餘資料)。接著每一訊框可波束成形以獲得一系列影像410。

在若干實施例中，接著可使用任何通常用於影像處理之許多已知移動估計技術進行高框率影像之順序的自動分析412。使用該等技術，可區別快速移動反射體(諸如管中血液或流體)與固定或慢速移動目標(諸如管壁、血管壁或實心組織)之較慢移動。較預期固定或慢速移動目標快速之像素值中改變可偵測為移動並顯示為疊加於B模式影像上之顏色。接著可強調識別為代表移動目標或物質之像素414，類似於文中所說明之其他實施例，諸如藉由應 用顏色且其亮度或陰影隨移動之方向及速度而異。在若干實施例中，諸如以每一像素為基透過若干訊框之頻率分析的信號處理可用以於快速移動小反射體及緩慢移動大反射體之間區別。在各式實施例中，該等技術可用以決定感興趣之成像區域內任何方向之移動速度向量。

顯示移動資訊

不論使用都卜勒技術或高訊框率移動估計技術偵測移動，可建立一或多個閾值以提供用於區別「快速移動」點與「緩慢移動」或「固定」點之測試。在各種實施例中，可藉由使用者手動或藉由軟體代理器依據諸如偵測之移動的分析及/或有關已知成像目標中預期移動範圍之資訊的因子自動建立閾值。在若干實施例中，可以與快速移動點不同之顏色或亮度顯示緩慢移動或固定點。

相對於色流都卜勒，本發明之實施例可能提供過多資訊用於可用之顯示。在若干實施例中，將流動之每一角度賦予不同色碼，但解譯該等顏色可能混淆。目前醫療實施中色流都卜勒之重要使用為偵測血流逆流及湍流。為該些目的，可需要二顏色系統。

在該等實施例中，偵測流動之本區，可決定流動之最大軸(諸如沿動脈或通過瓣膜)。接著可藉由一顏色(諸如紅色)之陰影標示沿最大流動軸之一方向移動，並藉由另一顏色(諸如藍色)標示沿相反方向移動。因而，在若干實施例中，依據發現沿最大軸之每一方向的分量，可將 所有方向顯示為紅色或藍色。

在該等實施例中，超音波成像系統或影像顯示工作站可組配使用者介面，基此使用者可識別將指定顏色之軸(單一維)或座標系統(二維)。例如，使用者可識別單一維，使得影像中每一像素可依據沿選擇之軸的速度分量符號及大小而指定顏色(例如紅色或藍色)。在其他實施例中，可定義二維顏色系統使得依據沿第二軸之速度分量至少可應用第三顏色。在各種實施例中，藉由移動資料之軟體分析可自動識別或藉由使用者通過適當使用者介面而手動識別主要流動之一、二或更多軸。例如，主要移動之軸可藉由計算所有(或若干)速度向量之平均而予決定。

例如，可定義座標系統使得具沿水平軸之速度正分量的像素著紅色並具與沿水平軸之速度分量大小成比例之亮度。在相同範例中，具沿水平軸之速度負分量的像素著藍色並具與負水平速度分量大小成比例之亮度。接著具沿垂直軸之速度正分量的像素可著另一顏色，諸如黃色，並具與正垂直速度分量大小成比例之亮度。亦可使用任何其他座標系統(例如徑向座標或非直角座標系統)及顏色方案。

對更複雜情況而言，其中流體流動不具有主要方向，可偏好採用每一流動角度不同顏色之顯示。

光譜都卜勒為超音波影像顯示之形式，其中流動速度之光譜係於Y軸以圖形代表，且X軸代表時間。在若干實施例中，所有光譜分析所需資料可用於B模式影像中每 一像素。需要控制而將游標定位於感興趣之區域並決定樣本尺寸，以集中結合於游標位置。

在若干實施例中，以上所討論之類似技術可用於本技藝中之「功率都卜勒」。功率都卜勒為非定向並已用以偵測極低流動率。為於極低流動率之間區別，系統需以都卜勒聲納脈波頻率傳輸更長都卜勒聲納脈波以達到更多樣本。此可具有降低框率之效應。在若干實施例中，定向資訊在傳統功率都卜勒中可丟棄，或定向資訊可相對於顏色都卜勒而如以上說明加以顯示。

記憶體架構

藉由使用超音波成像系統經組配以於成像對話期間儲存數位化回音波形，可進一步增強以上所說明之系統及方法的各式實施例。該等數位回音資料可於成像系統或獨立電腦上後續處理，或其他工作站經組配以波束成形及處理回音資料而形成影像。在若干實施例中，該等工作站裝置可包含具軟體之任何數位處理系統以動態波束成形，並使用以上所說明之任何技術處理回音資料。

圖19為描繪分量之方塊圖，其可包括於超音波成像系統之若干實施例中，經組配以儲存回音資料。圖19之圖表包括若干子系統之傳輸控制子系統204、探針子系統202、接收子系統210、影像產生子系統230、及視訊子系統240。不同於大部分超音波系統，圖19之系統提供記憶體裝置，經組配以儲存原始非波束成形之回音資料用於 之後的擷取及處理。

在各式實施例中，接收之回音資料可於各式階段儲存，從純類比回音信號至全處理數位影像或甚至數位視訊。例如，純原始類比信號可使用類比記錄媒體儲存，諸如類比磁帶。在略高處理等級，在類比信號通過類比至數位轉換器之後可立即儲存數位資料。諸如帶通過濾、插補、下取樣、上取樣、其他過濾等進一步處理可於數位化回音資料上實施，並可於該等其餘過濾或處理步驟之後儲存原始資料。該等原始資料接著可波束成形以決定每一接收之回音的像素位置，藉此形成影像。個別影像可結合為訊框以形成視訊。在若干實施例中，可希望於實施極少處理之後(例如在數位回音資料之若干過濾及調節之後，但在實施任何波束成形或影像處理之前)，儲存數位化回音資料。若干超音波系統儲存波束成形之回音資料或全處理之影像資料。儘管如此，如文中所使用，「原始回音資料」及「原始資料」用詞可指波束成形之前說明於任何處理等級接收之超音波回音(RX資料)的儲存之回音資訊。原始回音資料可包括源自B模式聲納脈波、都卜勒聲納脈波、或任何其他超音波傳輸信號之回音資料。

除了接收之回音資料以外，亦可攜望儲存有關產生特定回音資料組之一或更多超音波傳輸信號的資訊。例如，當以如以上所說明之多孔徑聲納脈波超音波方法成像時，希望了解有關產生特定回音組之傳輸之聲納脈波的資訊。該等資訊可包括一或多個傳輸元件之密度及/或位置以及 頻率、大小、脈衝長度、期間或說明傳輸之超音波信號之其他資訊。傳輸資料文中統稱為「TX資料」。在若干實施例中，該等TX資料可明確地儲存於相同原始資料記憶體裝置中，其中儲存原始回音資料。例如，說明傳輸之信號的TX資料可儲存為藉由傳輸之信號產生之原始回音資料組之前的報頭或之後的報尾。在其他實施例中，TX資料可明確地儲存於不同記憶體裝置中，其亦可存取實施波束成形程序之系統。在明確儲存傳輸資料之實施例中，「原始回音資料」或「原始資料」用詞亦可包括該等明確儲存之TX資料。在仍進一步實施例中，轉換器元件位置資訊可明確儲存於相同或不同記憶體裝置中。該等元件位置資料可稱為「校準資料」或「元件位置資料」，且在若干實施例中，通常包括於「原始資料」內。

TX資料亦可暗中儲存。例如，若成像系統經組配而以一致或已知順序一貫地傳輸定義之超音波信號(例如一致大小、形狀、頻率、期間等)，那麼該等資訊可假定於波束成形程序期間。在該等狀況下，需與回音資料結合之唯一資訊為傳輸轉換器之位置(或特性)。在若干實施例中，該等資訊可依據原始資料記憶體中原始回音資料之組織而暗中獲得。例如，系統可經組配依循每一聲納脈波而儲存固定數量回音記錄。在該等實施例中，來自第一聲納脈波之回音可儲存於記憶體位置0至'n'(其中'n'為每一聲納脈波儲存之記錄數量)，且來自第二聲納脈波之回音可儲存於記憶體位置n+1至2n+1。在其他實施例中，一 或多個空記錄可留在回音組之間。在若干實施例中，接收之回音資料可使用各式記憶體交錯技術儲存以暗示傳輸之聲納脈波及接收之回音資料點(或一組回音)之間之關係。類似地，假定資料係以一致、已知的取樣率取樣，可從記憶體中資料點之位置推斷接收之每一回音資料點的時間。在若干實施例中，亦可使用相同技術從單一原始資料記憶體裝置中之多接收通道暗中儲存資料。

如圖19中所示，超音波成像系統200可包含超音波探針202，其可包括複數個別超音波轉換器元件，其中若干可指定為傳輸元件，而其他則可指定為接收元件。在若干實施例中，每一探針轉換器元件可將超音波震動轉換為時變電信號，反之亦然。在若干實施例中，探針202可包括任何所欲組態之任何數量超音波轉換器陣列。用於連接文中所說明之系統及方法的探針202可為所欲任何組態，包括單一孔徑及多孔徑探針。

來自探針202元件之超音波信號的傳輸可藉由傳輸控制器204控制。一旦接收傳輸信號之回音，探針元件可相應於接收之超音波震動而產生時變電信號。代表接收之回音的信號可從探針202輸出，並發送至接收子系統210。在若干實施例中，接收子系統可包括多通道，其中每一者可包括類比前端裝置(「AFE」)212及類比至數位轉換裝置(ADC)214。在若干實施例中，接收子系統210之每一通道於ADC 214之後亦可包括數位過濾器及資料調節器(未顯示)。在若干實施例中，在ADC 214之前亦 可提供類比過濾器。每一ADC 214之輸出可直接進入原始資料記憶體裝置220。在若干實施例中，接收子系統210之獨立通道可提供用於探針202之每一接收轉換器元件。在其他實施例中，二或更多轉換器元件可共用共同接收通道。

在若干實施例中，類比前端裝置212(AFE)在傳送信號至類比至數位轉換裝置214(ADC)之前可實施某些過濾程序。ADC 214可經組配而以若干預決定取樣率將接收之類比信號轉換為一系列數位資料點。不同時大部分超音波系統，圖19之超音波成像系統的若干實施例接著可於實施任何進一步波束成形、過濾、影像層結合或其他影像處理之前，將藉由每一個別接收元件接收之代表超音波回音信號之時序、相位、大小及/或頻率的數位資料儲存於原始資料記憶體裝置220中。

為將擷取之數位樣本轉換為影像，資料轉換為影像，可藉由影像產生子系統230從原始資料記憶體220擷取資料。如同所示，影像產生子系統230可包括波束成形方塊232及影像層結合(「ILC」)方塊234。在若干實施例中，波束形成器232可與包含探針校準資料之校準記憶體238通訊。探針校準資料可包括有關精準聲音位置之資訊、作業品質、及/或有關個別探針轉換器元件之其他資訊。校準記憶體238可實體上設於探針內、成像系統內、或於探針及成像系統二者外部之位置。

在若干實施例中，在通過影像產生方塊230之後，影 像資料接著可儲存於影像緩衝器記憶體236中，其可儲存波束成形及(在若干實施例中)分層結合之影像訊框。視訊子系統240內之視訊處理器242接著可從影像緩衝器擷取影像訊框，並可將影像處理為視訊流而可顯示於視訊顯示器244上及/或儲存於視訊記憶體246中作為數位視訊剪輯，例如本技藝中稱為「電影回放」(cine loop)。

在若干實施例中，傳輸控制器204可包括類比及數位分量之任何組合，用於控制探針202之轉換器元件而依據所欲成像演算法以所欲頻率及從選擇之傳輸孔徑的間隔傳輸非聚焦超音波聲納脈波。在若干實施例中，傳輸控制器204可經組配而以超音波頻率之範圍傳輸超音波聲納脈波。在若干(儘管非全部)實施例中，傳輸控制器亦可經組配以操作作為相位陣列，傳輸聚焦之(即傳輸波束成形之)超音波掃描線光束。

在若干實施例中，AFE 212可經組配而在傳送類比信號至類比至數位轉換裝置之前，實施各種放大及過濾程序至接收之類比信號。例如，AFE 212可包括放大器諸如低雜訊放大器(LNA)、可變增益放大器(VGA)、帶通過濾器、及/或其他放大或過濾裝置。在若干實施例中，AFE裝置212可經組配而在接收到處發信號時開始發送類比信號至ADC 214。在其他實施例中，AFE裝置可為「自由運行」，連續傳送類比信號至ADC。

在若干實施例中，每一類比至數位轉換器214通常可包括任何裝置，經組配而以若干一致、預決定之取樣率， 取樣接收之類比信號。例如，在若干實施例中，類比至數位轉換器可經組配而以25MHz記錄時變類比信號之數位樣本，其係每秒2千5百萬個樣本或每40奈秒一個樣本。因而，藉由ADC取樣之資料可簡單地包括資料點清單，每一者可相應於特定瞬間之信號值。在若干實施例中，ADC 214可經組配而在接收到觸發信號時開始數位取樣類比信號。在其他實施例中，ADC裝置可為「自由運行」，連續取樣接收之類比信號。

在若干實施例中，原始資料記憶體裝置220可包括任何適當揮發性或非揮發性數位記憶體儲存裝置。在若干實施例中，原始資料記憶體220亦可包含通訊電子器件用於透過有線或無線網路而傳輸原始數位超音波資料至外部裝置。在該等狀況下，傳輸之原始回音資料可以任何所欲格式儲存於外部裝置上。在其他實施例中，原始資料記憶體220可包括揮發性記憶體、非揮發性記憶體及通訊電子器件之組合。

在若干實施例中，原始資料記憶體裝置220可包含暫時(揮發性或非揮發性)記憶體段，及長期非揮發性記憶體段。在該等實施例之範例中，若波束形成器無法足夠快速操作以適應來自ADC全速率之資料，暫時記憶體可充當ADC及波束形成器之間之緩衝器。

在若干實施例中，長期非揮發性記憶體裝置可經組配而從暫時記憶體裝置或直接從ADC接收資料。該等長期記憶體裝置可經組配以儲存若干原始回音資料進行後續處 理、分析或傳輸至外部裝置。

在若干實施例中，原始資料記憶體中之資料量可取決於數位取樣率、每一資料樣本之尺寸(位元或位元組)、任何應用之資料壓縮及其他因子。因而，在若干實施例中，具約2GB容量之記憶體裝置可儲存相應於約六秒實時顯示之原始回音資料。在其他實施例中，代表更短或更長期間之資料可儲存於相同數量記憶體中。

在若干實施例中，波束成形方塊232及影像層結合方塊234可各包括任何數位信號處理及/或計算分量經組配以實施特定程序(例如以下說明)。例如，在各種實施例中，藉由於GPU上運行之軟體或藉由於FPGA架構上運行之韌體可實施波束成形232及影像層結合234。

在若干實施例中，視訊處理器242可包括任何視訊處理硬體、韌體及軟體分量，可經組配以組合影像訊框為視訊流用於顯示及/或儲存。

在若干實施例中，可接收、波束成形、處理及實質上實時顯示回音資料(在若干實施例中具若干容限)，同時同步將回音資料儲存於記憶體裝置中。在若干該等實施例中，用於實時顯示之處理及/或波束成形可包括從記憶體裝置擷取源自多聲納脈波之回音資料(其可以圓形緩衝器模式操作)，並可從不同時間傳輸之複數聲納脈波所接收之回音資料同步實施波束成形或處理。在其他實施例中，回音資料可儲存於長期記憶體儲存裝置中，並可波束成形及處理用於之後顯示，及/或使用與用以傳輸及接收超音 波信號之系統完全不同的計算硬體。該等不同計算系統通常稱為成像工作站。

在成像對話期間，其中如同一或多個以上實施例中所說明而傳輸都卜勒聲納脈波信號，實質上可使用以上所說明之設備(或等效設備)擷取及儲存非處理之回音資料。可擷取及儲存該等原始回音資料，不論回音是否處理，以顯示最初成像對話期間都卜勒分析之結果。因而，在若干實施例中，從都卜勒聲納脈波接收之回音僅可使用從原始資料記憶體裝置擷取之擷取的原始回音資料及有關成像對話之任何其他可用資訊(諸如說明都卜勒聲納脈波之相應TX資料)予以解譯或分析。

在一範例中，可於成像對話期間傳輸多孔徑都卜勒形樣，並可擷取及儲存結果都卜勒聲納脈波資料而未於實時成像對話期間處理或顯示色流都卜勒。之後可從記憶體擷取儲存之原始回音資料，並使用相同或不同處理硬體處理，以形象化及分析都卜勒成像之結果。在另一範例中，可於成像對話期間於B模式成像信號之間或與其同步傳輸多孔徑都卜勒形樣，並可接收、擷取及儲存結果都卜勒聲納脈波資料及結果B模式成像資料，同時於單一顯示上(例如在覆疊件影像中或作為不同並行影像)同步波束成形、處理及顯示B模式影像及都卜勒影像。

使用多孔徑聲納脈波成像程序產生超音波影像意即來自整個感興趣之區域的影像在所有時間均為「焦點對準」。這是真的，因為每一傳輸之聲納脈波闡明整個區 域，接收孔徑從整個區域接收回音，且動態多孔徑波束成形程序可形成聲穿透區域之任何部分或全部影像。在該等狀況下，影像之最大範圍主要係藉由衰減及信號對雜訊因子限制，而非藉由傳輸或接收波束成形設備之限制焦點所限制。結果，可使用相同原始回音資料組從感興趣之區域的任何部分形成全解析度影像。如文中所使用，「影像視窗」用詞係用以指感興趣之整個聲穿透區域的選擇之部分。在若干實施例中，可形成聲穿透區域內多重疊聲納脈波或非重疊聲納脈波區域(影像視窗)之同步影像。

以相同方式，可從感興趣之聲穿透區域內任何選擇之區域形成色流影像(或強調一或多個成像之區域之移動的其他影像)。因而，在若干實施例中，可從記憶體裝置擷取回音資料，並可完全獨立於即時成像對話期間使用之成像視窗而定義影像視窗。在該等實施例中，可獨立於實時成像對話期間進行之挑選而評估都卜勒聲納脈波資料。例如，當從記憶體裝置擷取重處理回音資料時，諸如影像視窗、移動軸、「快速」相對於「緩慢」移動閾值、都卜勒移動估計演算法、聲音速度假定、加權因子、各式過濾(例如反卷積過濾或匹配過濾)、校準資料、TX資料、轉換器-元件至孔徑群組、或B模式或都卜勒分析、波束成形或影像處理中使用之任何其他項資訊等因子，可相對於實時成像對話期間使用之值而改變。

圖21描繪程序420之實施例，用於在實時成像對話之後的若干時間重處理儲存之原始都卜勒聲納脈波資料。 在實時成像對話422期間，可傳輸都卜勒聲納脈波，並可接收該等都卜勒聲納脈波之回音。可將代表接收之回音信號的原始回音資料儲存於記憶體裝置中424。在若干稍後時間，可從記憶體裝置擷取儲存之原始都卜勒聲納脈波資料426，並藉由相對於實時成像對話期間422使用之值而改變至少一處理參數而重處理428。接著使用新參數重新計算移動資訊430，接著可顯示源自重新計算之移動資訊的新影像432。

在一範例中，在實時成像對話期間，可選擇及顯示聚焦於聲穿透感興趣之區域之特定小區域部分上之第一影像視窗，同時可擷取原始回音資料並儲存至記憶體裝置。在擷取儲存之回音資料的對話期間，可定義僅部分重疊第一影像視窗之第二影像視窗。在其他狀況下，第二影像視窗可與第一影像視窗完全非重疊。類似地，可於第二影像視窗中定義完全不同色流移動軸。結果，因為選擇之影像視窗不同或因為實時成像對話進行之其他假定可修訂，可定義第二影像視窗以顯示實時成像對話期間不可見之移動資訊。在若干實施例中，來自單一成像對話之回音資料可波束成形並處理用於二或更多獨立影像視窗。在該等狀況下，可於一影像視窗中覆蓋都卜勒資料，同時並行顯示二影像視窗。因為二影像係產生自相同資料集，成像之目標的移動影像將較佳地同步，並可同步檢視二(可能完全非重疊)影像視窗中目標之移動，以形象化目標之不同區域的同步化動作(例如心動週期中相同點之心臟)。

在另一範例中，當相對於實時成像對話而重處理儲存之回音資料時，可改變接收「孔徑」之定義。因為回音資料可針對每一接收元件分別儲存，轉換器元件成群進入接收孔徑可於任何時間改變。因而，在在若干實施例中，若決定即時都卜勒成像對話期間使用之接收孔徑分配在測量特定速度向量方面為次佳，可改變接收孔徑分配，並可重複使用以上說明之一或多個方法而估計速度向量，嘗試改進速度向量測量。在若干實施例中，相對於實時成像對話期間使用之若干接收孔徑，可增加或減少若干接收孔徑。在其他實施例中，相對於實時成像對話期間使用之位置，可改變沿陣列之一或更多孔徑之位置。

儘管本發明已於某些較佳實施例及範例的上下文中揭露，本技藝中技術熟練人士將理解的是本發明延伸超越具體揭露之實施例至本發明之其他替代實施例及/或使用，及顯著修改及其等效物件。因而，希望文中所揭露之本發明的範圍不應受限於以上所說明之具體揭露之實施例，而應僅由下列申請專利範圍之公平讀取決定。尤其，可於相關技藝中技術熟練之程度內採用材料及製造技術。此外，參照單數，包括複數相同項目出現之可能性。更具體地，如文中及申請專利範圍中所使用，除非上下文清楚指出，單數形式「一」、「及」、「該」及「此」包括複數指示對象。進一步注意的是，申請專利範圍可經設計以排除任何選用元件。同樣地，此陳述希望充當使用「單獨」、「僅」等該等排他術語的先行基礎，以連接申請專利範圍 元件之敘述，或使用「負」限制。除非文中定義，文中使用之所有技術及科學用詞具有本發明所屬技藝之一般技術人士通常理解之相同意義。

10、11、300、350、400、420‧‧‧程序

12、14、16、18、19、20、22、24、26、28、30、302、304、306、308、310、360、362、402、404、406、408、410、412、414、422、424、426、428、430、432‧‧‧步驟

52、57、58‧‧‧橢圓

54、120‧‧‧傳輸轉換器元件

56、112‧‧‧接收轉換器元件

100‧‧‧都卜勒處理次系統

110‧‧‧目標

114‧‧‧脈衝發生器

122‧‧‧接收電子器件

124‧‧‧延遲控制器

126‧‧‧延遲

130‧‧‧波束生成器

140‧‧‧複雜波形處理器

200‧‧‧超音波成像系統

202‧‧‧探針子系統

204‧‧‧傳輸控制子系統

210‧‧‧接收子系統

212‧‧‧類比前端裝置

214‧‧‧類比至數位轉換裝置

220‧‧‧記憶體

230‧‧‧影像產生子系統

232‧‧‧波束形成器

234‧‧‧影像層結合方塊

236‧‧‧影像緩衝器記憶體

238‧‧‧校準記憶體

240‧‧‧視訊子系統

242‧‧‧視訊處理器

244‧‧‧顯示裝置

246‧‧‧視訊記憶體

315‧‧‧像素位置

320‧‧‧傳輸孔徑

321‧‧‧第一線

322、324、326‧‧‧接收孔徑

325、327‧‧‧接收線

1000、1010、1030‧‧‧探針

1001、1002、1003、1012‧‧‧轉換器陣列

1020‧‧‧總寬度

1032、1036‧‧‧陣列

1034‧‧‧線性轉換器陣列

1038‧‧‧三孔徑探針

1050、1052、1054、1074、1080‧‧‧點

1062、1064、1066‧‧‧線

1068‧‧‧角度

1070‧‧‧水平參考線

1076‧‧‧垂直線

1082‧‧‧段

接著特別於申請專利範圍中提出本發明之新穎特徵。藉由參照提出描繪實施例之下列詳細說明將獲得本發明之特徵及優點的較佳理解，其中係利用本發明之原理，及其附圖：圖1為流程圖，描繪使用以回音為基之都卜勒超音波成像技術用於偵測移動之程序的實施例。

圖2為流程圖，描繪使用以回音為基之都卜勒超音波成像技術用於偵測移動之程序的另一實施例。

圖3為包含多轉換器陣列之多孔徑超音波探針的截面圖。

圖4為具有單一連續彎曲1D、1.5D、2D或CMUT轉換器陣列之超音波探針的截面圖。

圖5為以回音為基之波束成形技術之實施例的示意描繪。

圖6為以回音為基之波束成形技術之實施例的第二示意描繪。

圖7為方塊圖，描繪都卜勒次系統之實施例。

圖8為包含許多接收元件但僅單一傳輸元件之超音波轉換器陣列的示意描繪。

圖9A為從都卜勒聲納脈波接收之同相回音的振幅相對於時間圖。

圖9B為從都卜勒聲納脈波接收之正交回音的振幅相對於時間圖。

圖10為包含許多接收元件且任一端具傳輸元件之陣列之超音波探針的示意描繪。

圖11為具包含分為二不同孔徑之許多接收元件的二轉換器陣列之超音波探針的示意描繪。右邊孔徑顯示為具有至少一傳輸元件。

圖12為多孔徑探針，其包含具至少一配賦之傳輸元件的水平轉換器陣列及以相對於第一陣列之角度配置元件的第二陣列。

圖13為包含具至少一配賦之傳輸元件之水平陣列的多孔徑探針。元件之第二及第三陣列係配置於水平陣列之任一側，並顯示以相對於第一陣列之角度方位。

圖14為流程圖，描繪使用資料獨立近似值因子用於估計移動反射體速度之程序的實施例。

圖15為多孔徑成像方案之示意描繪。

圖16為流程圖，描繪用於使用多孔徑超音波成像探針獲得二維速度向量之程序的實施例。

圖17為示意描繪，顯示使用圖12之系統的都卜勒速度測量程序之一實施例方面。

圖18為示意描繪，顯示都卜勒速度測量程序之實施例方面。

圖19為方塊圖，描繪超音波成像系統之組件。

圖20為流程圖，描繪用於使用以回音為基之成像系統偵測移動而未偵測都卜勒偏移之程序的實施例。

圖21為流程圖，描繪用於重處理儲存之都卜勒原始回音資料之程序的實施例。

Claims (57)

1. 一種進行都卜勒超音波之方法，該方法包含：從轉換器陣列之複數轉換器元件選擇傳輸孔徑；從該傳輸孔徑傳輸未聚焦的超音波信號進入感興趣之區域；於第一接收孔徑僅接收該未聚焦的超音波信號之回音；將該接收之回音儲存於記憶體裝置中；波束成形該接收之回音以決定該感興趣之區域內複數反射體之每一者的顯示位置；從該感興趣之區域之該接收之回音資料選擇第一測試段；於該複數反射體之至少一者的該回音接收步驟內偵測都卜勒頻率偏移；決定該第一測試段內該至少一反射體之速度；以及於影像中顯示該至少一反射體之移動資訊，其中，該移動資訊係部分依據該偵測步驟及該決定步驟。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，該決定步驟進一步包含：決定該第一測試段內該至少一反射體之移動方向。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：選擇第二測試段，然後重複選擇、偵測、決定及顯示該第二測試段內該複數反射體之至少一者的該些步驟。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：選擇第二測試段，其中，該第二測試段為該第一測試 段內該感興趣之區域部分外部之感興趣之區域的一部分。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，實施該選擇傳輸及接收步驟而無該未聚焦的超音波信號之預定義的距離閘。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之前實施。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該偵測步驟係於該波束成形步驟之前實施。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該選擇測試段步驟係依據該感興趣之區域內之像素位置予以選擇。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中，該選擇測試段步驟係由使用者依據與來自該接收步驟之b模式影像及資訊的關聯而手動實施。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該選擇測試段步驟係由成像系統自動實施。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含系統化地評估感興趣之區域內之每一測試段的步驟。
12. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含評估該僅接收該未聚焦的超音波信號之回音內之每一測試段的步驟。
13. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含依據該感興趣之區域之同時期B模式影像的電腦輔助偵測分析及該感興趣之區域內之相關位置資訊而選擇測試段的步驟。
14. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該選擇測試段之步驟係依據該接收步驟中該些信號間之時序予以實施。
15. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該選擇測試段之步驟部份係依據相應於該目標區域內感興趣之深度範圍的時間範圍。
16. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該選擇測試段之步驟係藉由評估該感興趣之區域內所有測試段而予以實施。
17. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：接收與該第一接收孔徑分離之第二接收孔徑之回音。
18. 如申請專利範圍第17項之方法，進一步包含：計算藉由至該第一接收孔徑之聲音路徑成像之每一像素的調整因子及藉由至該第二接收孔徑之聲音路徑成像之每一像素的調整因子。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，進一步包含：藉由將該調整因子應用於該決定步驟之結果而獲得改進之速度測量。
20. 如申請專利範圍第18項之方法，其中，該調整因子為1/cos(Φ/2)，其中Φ為發射器至反射體線與接收器至反射體線之間之角度，用於使用該傳輸孔徑之位置、每一成像像素之位置及該第一接收孔徑及該第二接收孔徑之每一者之位置定義之角度。
21. 如申請專利範圍第19項之方法，進一步包含：結 合從該第一接收孔徑獲得的調整之速度測量與從該第二接收孔徑獲得的調整之速度測量用於移動反射體。
22. 如申請專利範圍第17項之方法，進一步包含：解決聯立方程式，包括使用該第一接收孔徑之位置及使用該第一接收孔徑獲得之速度測量，及該第二接收孔徑之位置及使用該第二接收孔徑獲得之速度測量，以獲得代表第一反射體之移動方向及大小的速度向量。
23. 如申請專利範圍第22項之方法，進一步包含解決第二組聯立方程式，包括使用該第一接收孔徑之位置及使用該第一接收孔徑獲得之速度測量，及第三接收孔徑之位置及使用該第三接收孔徑獲得之速度測量，以獲得代表該第一反射體之移動方向及大小的第二速度向量。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，進一步包含平均該第一速度向量及該第二速度向量以獲得說明該第一反射體之移動速度及方向的新速度向量。
25. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：使用來自第一聲音路徑及第二不同聲音路徑之速度測量計算複數反射體之第一複數速度向量。
26. 如申請專利範圍第25項之方法，實施該複數反射體之每一該速度向量的平均運算，以決定該複數反射體之移動的主要方向。
27. 如申請專利範圍第26項之方法，進一步包含：將顏色應用於有關沿主要移動軸之該速度向量分量之該複數反射體的每一非零速度反射體。
28. 如申請專利範圍第25項之方法，進一步包含：計算從該第一聲音路徑及第三聲音路徑獲得之第二複數速度向量；並平均該第一複數速度向量及該第二複數速度向量。
29. 如申請專利範圍第22項之方法，進一步包含：於解決聯立方程式之該步驟之前應用調整因子。
30. 如申請專利範圍第1項之方法，該傳輸步驟進一步包含：以選擇之頻率傳輸具有大於約七個週期之脈衝寬度之未聚焦的超音波信號。
31. 如申請專利範圍第1項之方法，該傳輸步驟進一步包含：傳輸具有頻率低於用於B模式成像之頻率之未聚焦的超音波信號。
32. 一種以都卜勒超音波成像之方法，包含：從第一傳輸孔徑朝移動目標傳輸第一未聚焦的半圓超音波波前脈衝；於第一接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音；於第二接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音；以及依據於該第一及該第二接收孔徑接收之回音計算一或多個測試段之目標速度向量。
33. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：使用與影像中每一像素近似值無關之資料計算最小目標速度。
34. 如申請專利範圍第33項之方法，其中，與近似值無關之該資料包含以藉由該傳輸孔徑、第一測試段及該第 二接收孔徑定義之第一角度之一半的反餘弦乘以第一測量之速度值。
35. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：藉由依據多孔徑探針之幾何解決一組聯立方程式，而計算該移動反射體之速度及方向。
36. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：計算該速度向量之方向。
37. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：計算該速度向量之大小。
38. 如申請專利範圍第32項之方法，其中，該速度向量之大小係藉由採取第一速度測量及第二速度測量之大小加總的一半予以計算；該第一速度測量係沿平分該第一接收孔徑、測試段、及該第二接收孔徑之間角度之聲音路徑；以及該第二速度測量係沿從傳輸孔徑至測試段至該第二接收孔徑之聲音路徑。
39. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：接收標示該移動目標之主要移動軸的使用者輸入。
40. 如申請專利範圍第39項之方法，進一步包含：顯示至少一顏色以標示沿該標示之主要移動軸的移動。
41. 如申請專利範圍第32項之方法，進一步包含：自動分析複數測量之速度向量以識別至少一主要移動軸。
42. 一種測量感興趣之區域內目標移動速度之方法，該方法包含：從第一傳輸孔徑傳輸第一未聚焦的半圓超音波波前脈 衝；於第一接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音；儲存該接收之回音的同相值；儲存該接收之回音的正交值；以及評估該同相值及該正交值以決定相對於該第一傳輸孔徑或該第一接收孔徑之該感興趣之區域內目標移動之大小及方向。
43. 如申請專利範圍第42項之方法，其中，該傳輸孔徑及該接收孔徑係設於共同轉換器陣列。
44. 如申請專利範圍第42項之方法，進一步包含：於與該第一接收孔徑分離之第二接收孔徑接收該第一波前脈衝之回音，並儲存該接收之回音的同相值及正交值。
45. 一種偵測及顯示以多孔徑超音波成像系統成像之目標移動之方法，該方法包含：從多孔徑超音波探針之傳輸孔徑傳輸一連串未聚焦的半圓超音波脈衝；以該多孔徑超音波探針之接收孔徑分別從該一連串之每一脈衝接收回音；其中，成像框率等於連續未聚焦的半圓超音波脈衝於該傳輸步驟中傳輸之速率；從每一傳輸脈衝之該回音形成一連串完整影像訊框；分析連續影像訊框中之差異以偵測成像之目標的移動；以及顯示該目標之影像並強調該偵測之移動。
46. 如申請專利範圍第45項之方法，其中，該強調包含應用顏色至沿主要移動軸之移動。
47. 一種產生標示移動之超音波影像之方法，該方法包含：從非揮發性數位記憶體裝置擷取第一資料集，該第一資料集包含傳輸孔徑之位置及方位資訊；從非揮發性數位記憶體裝置擷取第二資料集，該第二資料集包含從一連串傳輸之都卜勒回音信號(ping signal)之回音產生之一系列回音大小值；依據第一組都卜勒偵測參數偵測至少一部分該第二資料集內之都卜勒偏移頻率；依據第二組波束成形參數決定至少一移動反射體之位置，其中，至少一參數具有不同於擷取該回音資料之實時成像對話期間使用之值。
48. 如申請專利範圍第47項之方法，其中，該第一組參數或該第二組參數包括以下一或多項：傳輸孔徑定義、接收孔徑定義、測試段、主要方向軸、賦予快速移動值超越緩慢移動值特色之相對移動閾值、都卜勒移動估計演算法、音速假定、一或多個加權因子、反卷積過濾值、匹配過濾值、校準資料值、或傳輸資料值。
49. 如申請專利範圍第47項之方法，其中，該都卜勒偵測參數包括測試段定義、主要方向軸定義、最小速度閾值、及都卜勒移動估計演算法之至少一項。
50. 如申請專利範圍第47項之方法，其中，該波束成 形參數包括音速值、加權因子、應用過濾器類型、探針校準資料、及說明超音波傳輸信號之資料之至少一項。
51. 一種進行都卜勒超音波之方法，該方法包含：將第一單一未聚焦的超音波信號傳輸進入目標物件；接收該第一單一未聚焦的超音波信號之回音；以及從該第一單一未聚焦的超音波信號之該回音偵測該目標物件於至少二不同區域中之移動。
52. 如申請專利範圍第51項之方法，進一步包含：以一或多個接收實施該接收步驟，而未使用用以實施該傳輸步驟之孔徑。
53. 如申請專利範圍第51項之方法，進一步包含：波束成形該接收之回音以決定包含該目標物件之感興趣之區域內之複數反射體之每一者的顯示位置。
54. 如申請專利範圍第51項之方法，該偵測移動步驟進一步包含：偵測該第一單一未聚焦的超音波信號之該接收之回音內至少一像素的都卜勒頻率偏移。
55. 如申請專利範圍第51項之方法，其中，實施該選擇傳輸及接收步驟而無該第一單一未聚焦的超音波信號之預定義的距離閘。
56. 如申請專利範圍第53項之方法，其中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之前實施。
57. 如申請專利範圍第53項之方法，其中，該波束成形步驟係於該偵測步驟之後實施。