本发明要求于2015年6月29日提交的专利名称为“多普勒频谱自适应采样系统及方法”，申请号为us62/186,2732的美国临时申请的权益和优先权，该美国临时专利申请通过引用形式被整体并入本文。
本发明涉及超声成像，尤其涉及通过减少频谱采样来提高超声图像质量的系统和方法。
背景技术：
超声成像对于多种应用(例如诊断医学成像、非诊断医学成像等)来说是重要且具有吸引力的工具。超声装置(例如超声成像系统、超声探头、便携式超声探头或扫描器等)通过换能器产生和发射超声波来生成患者图像。该换能器接收其产生的超声波的回波。该换能器对该超声波的回波进行检测，以提供与患者相关的数据。可以使用计算装置分析该数据并合成患者图像。超声图像质量受多种因素的影响，包括信噪比(signalnoiseratio)、载噪比(carriernoiseratio)、频率分辨率和双工及三重模式下的间隙伪像。
传统的超声成像系统为所显示的每一条频谱多普勒线计算条普。为了生成每一条频谱多普勒线，可以对由超声装置获得的一个或多个数据样本进行取样。可以基于扫描速度(例如超声信号束在整个目标区域扫描的速度)、脉冲重复频率(pulserepetitionfrequency)，例如一定时间段内的超声信号的脉冲数、以及基于可以是常数的样本采样因子“k”对数据样本进行采样。基于这些变量，可以对数据样本进行采样，使得每个第“n”个数据样本被显示为一条频谱多普勒线。数据样本的采样可以为频谱多普勒线的实时显示提供条件，但也可能导致图像质量的降低。
技术实现要素：
一个实施例涉及超声成像系统。该超声成像系统包括超声换能器和处理电路。该超声换能器获取包括超声数据样本的超声成像信息。该处理电路接收该超声成像信息，并且基于该超声成像信息的特征将组合函数应用于超声成像信息中，以将该超声成像信息组合成至少一条频谱多普勒线。该组合函数基于至少一条频谱多普勒线提高显示图像的图像质量。
另一实施例涉及超声成像系统。该超声成像系统包括处理电路和显示界面。该处理电路接收多个超声数据样本，并且为该多个超声数据样本中的每一个超声数据样本计算频谱多普勒线。该显示界面在高分辨率模式下操作，其中该显示界面显示每一条频谱多普勒线。
另一实施例涉及一种超声成像信息的自适应频谱采样方法。该方法包括接收具有多个超声数据样本的超声成像信息；基于该超声数据样本和取样成像来计算多条图像扫描线；基于该超声成像信息的特征来计算组合函数，以及基于该组合函数将图像扫描线合并入频谱多普勒线。
另一实施例涉及在高分辨率下显示超声信息的方法。该方法包括接收多个超声数据样本；为该多个超声数据样本中的每一个超声数据样本计算频谱多普勒线，以及在图像中显示每一条频谱多普勒线。
上述说明仅为示意性的，并非旨在以任何方式对本发明做出限制。除了上述描述性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，本发明的其它方面、实施例和特征将被更加清楚地体现。
附图说明
图1示出了结合本发明多个方面的超声成像系统的实施例；
图2示出了超声成像系统的一个实施例的正视图；
图3示出了超声成像系统的一个实施例的部件的框图；
图4示出了由超声成像系统获取的超声数据样本以及由超声成像系统显示的超声频谱多普勒线的一个实施例的示意图；
图5示出了多普勒频谱的自适应采样方法的一个实施例的框图；
图6示出了在由超声成像系统执行的信号处理路径中实现多普勒频谱自适应采样方法的一个实施例的框图。
具体实施方式
附图详细地说明了示例性实施例，在参考附图之前，应当理解，本发明不限于说明书记载内容或附图中示出的细节或方法。还应当理解，术语旨在描述本发明，而不应被视为对本发明的限制。为了说明目的，根据本文的各个示例性实施例示出了使用多普勒频谱自适应采样的超声处理和成像系统。
参考附图，文中公开的各个实施例涉及多普勒频谱自适应采样的系统和方法。根据本发明，超声成像系统接收由图像获取装置获取的超声成像信息(例如超声数据样本)，该图像获取装置如超声换能器/探头。该超声成像系统基于该成像信息的特性将组合函数应用于该超声成像信息中。在将超声数据样本组合到组合函数之前，可以为每个超声数据样本计算样本频谱，例如，图像扫描线。该组合函数将该超声成像信息组合成至少一条频谱多普勒线。该至少一条频谱多普勒线由该超声成像系统显示，例如在显示界面上。当至少一条频谱多普勒线在显示界面上被显示为图像时，该组合函数可提高该至少一条频谱多普勒线的图像质量。例如，该组合函数可以改善信噪比(signalnoiseratio)、载噪比(carriernoiseratio)频率分辨率以及在超声成像系统的双工和三重操作模式中的间隙伪影等。成像信息的特征可以包括成像信息的统计函数，例如该成像信息的信号分量或噪声分量的平均值、最大值、最小值和/或标准差。图像扫描线计算机的数量和获取的每个超声数据样本显示的频谱多普勒线的数量取决于诸如超声换能器/探头的扫描速度、脉冲重复频率、样本采样因子、取样成像因子等因素。在一些实施例中，高分辨率或缩放操作模式允许显示所有图像扫描线，或者用于在时间或空间范围内显示所有图像扫描线，该范围例如为用户选择的区域。
参考图1，图中示出了便携式超声系统100的一个实施例。便携式超声系统100可以包括用于提高显示器系统的耐用性的显示器支持系统200。便携式超声系统100还可以包括用于固定超声探头和/或换能器的锁定杆系统500。便携式超声系统100的一些实施例包括用于提高便携性和可用性的人机工程学手柄系统400。其他实施例包括向用户显示与便携式超声系统100相关的信息的状态指示器系统600。便携式超声系统100还可以包括诸如易于操作的可定制用户界面、可调脚、备用电池、模块化结构和冷却系统等特征。
请参考图2，图中示出了便携式超声系统100的一个实施例的正视图。主壳体150容纳便携式超声系统100的部件。在一些实施例中，容纳在主壳体150内的部件包括锁定杆系统500、人体工程学手柄系统400和状态指示器系统600。主壳体150还可被配置为支撑电子模块；由于便携式超声系统100的模块化构造，该电子模块可被替换和/或升级。在一些实施例中，便携式超声系统100包括显示器壳体140。显示器壳体140可以包括显示器支撑系统200。在一些实施例中，便携式超声系统100包括用于接收用户输入并显示信息的触摸板110；用于接收用户输入并显示信息的触摸屏120；以及用于显示信息的主屏幕130。
请参考图3，以框图形式示出了便携式超声系统100的一个实施例的内部部件。便携式超声系统100包括主电路板161。主电路板161执行计算任务，以支持便携式超声系统100的功能，并且为便携式超声系统100的多个部件之间提供连接和通信。在一些实施例中，主电路板161被配置为可替换的和/或可升级的模块。
为了执行计算、控制和/或通信任务，主电路板161包括处理电路163。处理电路163执行一般处理并执行与便携式超声系统100的特定功能相关联的处理和计算任务。例如，处理电路163可以执行与生成图像、运行便携式超声系统100的操作系统、接收用户输入等相关的计算和/或操作，其中该图像来自由超声装置提供的信号和/或数据。处理电路163可以包括用于任务处理的存储器165和处理器167。例如，处理电路163可以执行计算和/或操作。处理电路163可以执行与超声数据采样、显示频谱多普勒线、组合超声数据样本和样本频谱等相关的操作用以提高显示图像的信噪比和其他质量、实时生成图像、以及生成高分辨率图像。
处理器167可以是，或可以包括一个或多个微处理器、专用集成电路(asic)、包含一个或多个处理部件的电路、一组分布式处理部件、用于支持微处理器的电路系统、或其它具有处理功能的硬件。处理器167执行计算机代码。该计算机代码可以存储在存储器165中以完成和促进本文描述的与便携式超声系统100相关的活动。在其他实施例中，可以检索计算机代码并且通过硬盘存储设备169或通信接口175将该计算机代码提供给处理器167(例如可以从外部源将该计算机代码提供到主电路板161)。
存储器165可以是能够存储与本文所述的活动相关的数据或计算机代码的任何易失性或非易失性计算机可读存储介质。例如，存储器165可以包括由处理器167执行的计算机代码模块(例如可执行代码、目标代码、源代码、脚本代码、机器代码等)。存储器165可以包括与功能相关的计算机可执行代码，其中该功能包括超声成像、电池管理、处理用户输入、显示数据、使用无线通信装置发送和接收数据等。例如，存储器165可以包括与超声数据采样和分析相关的计算机可执行代码，该超声数据采样和分析包括自适应频谱采样，组合超声数据样本等。在一些实施例中，处理电路163可以表示多个处理装置(例如多个处理器等)的集合。在这种情况下，处理器167表示该装置的集合处理器，而存储器165表示该装置的集合存储装置。当由处理器167执行时，处理电路163完成本文所述的与便携式超声系统100相关联的活动。在一些实施例中，本文公开的用于自适应频谱采样的系统和方法改善了便携式超声系统100的功能，包括通过减少处理电路163的计算开销，使得该处理电路为实时显示频谱多普勒线提供了条件，提高了信噪比、载噪比和频率分辨率，减少了便携式超声系统100的双工和三重操作模式中的间隙伪影等。
硬盘存储设备169可以是存储器165的一部分和/或用在便携式超声系统100中的非易失性长期存储设备。硬盘存储设备169可存储本地文件、临时文件、超声图像、患者数据、操作系统、可执行代码以及用于支持本文所述的便携式超声装置100的活动的任何其它数据。在一些实施例中，硬盘存储设备嵌入到主电路板161上。在其它实施例中，硬盘存储设备169位于主电路板161远端，并与该主电路板161连接以允许传输数据、电功率和/或控制信号。硬盘169可以是光盘驱动器、磁盘驱动器、固态硬盘、闪存等。
在一些实施例中，主电路板161包括通信接口175。通信接口175可以包括可实现主电路板161的部件与通信硬件之间的通信的连接件。例如，通信接口175可以提供主电路板161和网络装置(例如网卡、无线发射器/接收器等)之间的连接件。在另一实施例中，通信接口175可以包括附加电路系统，以支持连接通信硬件的功能，或者促进通信硬件和主电路板161之间的数据传输。在其它实施例中，通信接口175可以是支持数据传输和数据接收的片上系统(systemonchip)或其他集成系统。在这种情况下，通信接口175可以作为直接连接到主电路板161的可拆卸套件或嵌入式套件。
便携式超声系统100的一些实施例包括电源板179。电源板179包括用于向便携式超声系统100内部和/或连接到该便携式超声系统100的部件和装置传送电力的部件和电路系统。在一些实施例中，电源板179包括用于交流/直流转换的部件、电压转换部件、传递稳定的电源的部件等。这些部件可以包括变压器、电容器、调制器等以执行上述功能。在另一实施例中，电源板179包括用于确定电池电源的可用功率的电路系统。在其它实施例中，电源板179可以从位于电源板179远端的电路系统处接收与电池电源的可用功率相关的信息。例如，该电路系统可以位于电池内。在一些实施例中，电源板179包括用于在电源之间进行切换的电路系统。例如，当主电池被切换时，电源板179可以从备用电池中获取电力。在另一实施例中，电源板179包括与备用电池结合使用的作为不间断电源运作的电路系统。电源板179还包括连接到主电路板161的连接件。该连接件可以支持电源板179从主电路板161发送和接收信息。例如，电源板179可以向主电路板161发送信息，以支持确定剩余电池电量。与主电路板161的连接也可允许主电路板161向电源板179发送命令。例如，主电路板161可以向电源板179发送命令，以将一电源切换到另一电源(例如在主电池被切换时切换到备用电池)。在一些实施例中，电源板179被配置为模块。在这种情况下，电源板179可以被配置为可替换和/或可升级的模块。在一些实施例中，电源板179是供电单元或包括供电单元。该供电单元可以将交流电转换为用于在便携式超声系统100中使用的直流电。该电源可以执行其他功能，例如短路保护、过载保护、欠压保护等。电源可以符合atx规范。在其它实施例中，上述功能中的一个或多个可以由主电路板161执行。
主电路板161还可以包括促进电源板179和主电路板161之间进行上述通信的电源接口177。电源接口177可以包括能够实现主电路板161的部件和电源供电板179之间的通信的连接件。在另一实施例中，电源接口177包括用于支持电源板179的功能的附加电路系统。例如，电源接口177可以包括便于计算剩余电池电量、管理可用电源之间切换等的电路系统。在其他实施例中，电源板179的上述功能可以由电源接口177执行。例如，电源接口177可以是片上系统或其他集成系统。在这种情况下，电源接口177可以作为可拆卸套件或嵌入式套件，直接连接到主电路板161。
请继续参考图3，主电路板161的一些实施例包括用户输入接口173。用户输入接口173可包括能够实现主电路板161的部件与用户输入装置硬件之间的通信的连接件。例如，用户输入接口173可以提供主电路板161和电容式触摸屏、电阻式触摸屏、鼠标、键盘、按钮和/或用于该事项的控制器之间的连接件。在一个实施例中，用户输入接口173将触摸板110、触摸屏120和主屏幕130的控制器连接到主电路板161。在其它实施例中，用户输入接口173包括用于触摸板110、触摸屏120和主屏幕130的控制器电路系统。在一些实施例中，主电路板161包括多个用户输入接口173。例如，每个用户输入接口173可以与单个输入装置(例如触摸板110、触摸屏120、键盘、按钮等)相关联。
在另一实施例中，用户输入接口173可以包括用于支持附接的用户输入硬件的功能或者便于在用户输入硬件和主电路板161之间传输数据的附加电路系统。例如，用户输入接口173可以包括控制器电路系统，以便用作触摸屏控制器。用户输入接口173还可以包括用于控制与用户输入硬件相关联的触觉反馈装置的电路系统。在其他实施例中，用户输入接口173可以是允许接收用户输入或以其它方式控制用户输入硬件的片上系统或其它集成系统。在这种情况下，用户输入接口173可以作为被直接连接到主电路板161的可拆卸套件或嵌入式套件。在一些实施例中，用户界面173允许用户选择便携式超声系统100及其部件的操作模式，例如选择缩放模式、高分辨率模式和/或显示界面171的实时操作模式。
主电路板161还可以包括促进超声板179和主电路板161之间的通信的超声板接口189。该超声板接口189可以包括可实现主电路板161和超声板191的部件之间的通信的连接件。在另一实施例中，超声板接口189包括用于支持超声板191的功能的附加电路。例如，超声板接口189可以包括有助于计算生成图像所使用的参数的电路系统，该图像来自超声板191提供的超声数据。在一些实施例中，超声板接口189是片上系统或其他集成系统。在这种情况下，超声板接口189可作为被直接连接到主电路板161的可拆卸的套件或嵌入式套件。
在其它实施例中，超声板接口189包括有助于模块化超声板191的使用的连接件。超声板191可以是能够执行与超声成像相关的功能(例如，多路传输来自超声探头/换能器的传感器信号、控制超声探头/换能器产生的超声波的频率等)的模块(例如超声模块)。超声板接口189的连接件可有助于超声板191的更换(例如用升级板或用于不同应用的板来替代超声板191)。例如，超声板接口189可以包括有助于精确对准超声板191和/或降低在移除和/或附接期间对超声板191造成损坏的可能性的连接件(例如通过减小连接和/或移除该板所需的力，利用机械优势协助连接和/或移除该板等)。
在包括超声板191的便携式超声系统100的实施例中，超声板191包括用于支持便携式超声系统100的超声成像功能的部件和电路系统。在一些实施例中，超声板191包括集成电路、处理器和存储器。超声板191还可以包括一个或多个换能器/探头套接口185。换能器/探头套接口185使得超声换能器/探头187(例如具有插座型连接器的探头)能够与超声板191接合。例如，换能器/探头套接口185可以包括将超声换能器/探头187连接到超声板191的用于传输电功率和/或数据的电路和/或硬件。换能器/探头套接口185可以包括将超声换能器/探头187锁定在适当位置(例如当超声换能器/探头187旋转时，可将一引脚容纳在超声换能器/探头187上的狭槽)的硬件。在一些实施例中，超声板191包括两个换能器/探头套接口185，以允许连接两个插座式超声换能器/探头187。超声换能器/探头187获取超声数据以及超声成像信息(例如图4所示的超声数据样本710等)等。
在一些实施例中，超声板191还包括一个或多个换能器/探头引脚接口181。换能器/探头引脚接口181使得具有针式连接器的超声换能器/探头187能够与超声板191相接。换能器/探头引脚接口181可以包括将超声换能器/探头187连接到用于传输电功率和/或数据的超声板191的电路系统和/或硬件。换能器/探头引脚接口181可以包括将超声换能器/探头187锁定就位的硬件。在一些实施例中，超声换能器/探头187被锁定杆系统500锁定到位。在一些实施例中，超声板191包括多于一个换能器/探头引脚接口181，以允许两个或更多个针型超声换能器/探头连接。在这种情况下，便携式超声系统100可以包括一个或多个锁定杆系统500。在另一实施例中，超声板191可以包括用于其它类型的换能器/探头连接件的接口。
请继续参考图3，主电路板161的一些实施例包括显示界面171。显示界面171可以包括能够实现主电路板161的部件和显示器装置硬件之间的通信的连接件。例如，显示界面171可以提供主电路板161与液晶显示器、等离子体显示器、阴极射线管显示器、发光二极管显示器和/或前述显示器的显示器控制器或图形处理单元或其他类型的显示器硬件之间的连接。在一些实施例中，显示界面171使显示器硬件与主电路板161的连接允许主电路板161上的处理器或专用图形处理单元控制和/或发送数据以显示器硬件。显示界面171可以向显示器装置硬件发送显示数据以生成图像。例如，显示界面171可以显示通过频谱多普勒线生成的图像。显示界面171可以基于便携式超声系统100获取的数据实时地显示图像。在一些实施例中，主电路板161包括用于多个显示器装置的多个显示界面171(例如三个显示界面171将三个显示器连接到主电路板161)。在其它实施例中，一个显示界面171可以连接和/或支持多个显示器。在一个实施例中，三个显示界面171将触摸板110、触摸屏120和主屏幕130连接到主电路板161。
在其它实施例中，显示界面171可以包括附加电路系统，以支持附接的显示器硬件的功能，或者便于显示器硬件和主电路板161之间的传输数据。例如，显示界面171可以包括控制器电路系统、图形处理单元、视频显示控制器等。在一些实施例中，显示界面171可以是允许用显示器硬件显示图像或以其他方式控制显示器硬件的片上系统或其他集成系统。显示界面171可以作为可拆卸套件或嵌入式套件，直接连接到主电路板161。处理电路163可结合一个或多个显示界面171，在触摸板110、触摸屏120和主屏幕130中的一个或多个上显示图像。
在各种实施例中，各种超声成像系统可以具有图1-3所示的便携式超声系统的一些或全部特征。在多个实施例中，可以提供各种超声成像系统作为便携式超声系统、便携式超声换能器、手持超声装置、基于推车的超声系统、集成到其他诊断系统的超声系统等。
请参考图4，图中示出了用于显示频谱多普勒线750的超声成像系统(例如包括图1所示的便携式超声系统100的超声成像系统等)获取的超声数据样本710的实施例。超声数据样本710以脉冲重复频率714出现。显示间隔“s”712用于确定频谱多普勒线750的显示频率。显示间隔s712可以基于包括扫描速度(例如由便携式超声系统100的操作参数等确定的扫描速度)、样本采样因子“k”(例如1和16之间的常数、1和128之间的常数、等于脉冲重复频率714的常数、显示间隔s的倒数的常数、作为便携式超声系统100的存储容量或其他计算容量的函数的常数等)和脉冲重复频率714的因素确定。在一些实施例中，显示间隔s712被确定为：
s＝k*扫描速度/prf等式1
取样成像“i”716用于确定将哪个超声数据样本710转换成图像扫描线740。例如，如图4所示，每个图像扫描线740基于多个超声数据样本710，并且每条图像扫描线740(例如表示该多个超声数据样本710的功能的图像扫描线740)通过取样成像i716从先前和/或之后的图像扫描线偏离。可以基于包括扫描速度、脉冲重复频率714、样本采样因子k和取样成像因子r的因素来确定取样成像i176，其中取样成像因子r小于样本采样因子k。在一些实施例中，取样成像i716被确定为：
i＝r*扫描速度/prf等式2
可以将间隔比“m”确定为显示间隔s712与取样成像i716的比率。因此，间隔比m可以被表示为r与k的比率，进而被表示为如何确定图像扫描线及如何显示频谱多普勒线750的之间的关联的比率。在一些实施例中，间隔比m是预定值，例如存储在存储器165和/或硬盘存储设备169中的计算机可执行代码中的预定值。在一些实施例中，用户可以使用用户界面(例如图3所示的用户界面173)控制间隔比m。例如，用户可以控制间隔比m，以便调整所显示的图像，例如用于调整频谱多普勒线750的显示，以改善显示图像的信噪比、载噪比和/或其它质量。
在一些实施例中，图像扫描线740被确定为超声数据样本710的频率f和时间t的函数。例如，可以基于从时间点t开始获取的多个超声数据采样710的频率来确定第一图像扫描线740；可以基于从时间点(t+i)开始获取的多个超声数据采样710的频率来确定第二图像扫描线740；可以基于从时间点(t+2*i)开始采集的多个超声数据样本710的频率来确定第三图像扫描线740；并且可以进而基于从时间点t到时间点(t+m*i)采集的超声数据样本710的频率确定m条图像扫描线。在各种实施例中，可以使用超声数据样本710的各个特征(例如幅度、快速傅里叶变换等)来确定图像扫描线740。在一些实施例中，每条图像扫描线740基于“n”个超声数据样本710。在各个实施例中，用于确定特定的图像扫描线740的超声数据样本710的数量的变化，例如基于被成像目标的性质的变化等。如图4所示，i小于n，因此，用于确定至少两条连续图像扫描线740的超声数据样本710之间存在重叠。
基于图像扫描线740确定频谱多普勒线750，并且该频谱多普勒线750在先前显示的频谱多普勒线750之后，从时间点t起的显示间隔s712个单位(例如时间单位)之后被显示。正如在此被描述的内容，可以使用各种方法来确定频谱多普勒线750，包括但不限于组合图像扫描线740、使用图像扫描线740的特性、使用要被成像的目标的特征以及使用用户提供的偏好。
请参考图5，图5中示出了多普勒频谱自适应采样方法800的框图。方法800可以使用各种超声成像系统，包括图1-3所示的便携式超声系统100来实现，。例如，可以使用图3所示的便携式超声系统100的部件来实现方法800的一些或全部步骤，该部件包括但不限于处理电路163、显示界面171和超声换能器/探头187。在一些实施例中，方法800被实时地实现。在一些实施例中，方法800可以被设想为作为包括步骤804-848的单独方法800执行。在一些实施例中，方法800可以被设想为使用包括步骤804-820的子过程801、包括步骤824、844和848的子过程802、和包括步骤828-840的子过程803执行。在多个实施例中，可以使用方法800的步骤来组织各个其它子过程。在多个实施例中，可以同步执行子过程801、802和803(例如，在重复方法800之前单个数据流贯穿方法800；贯穿方法800的单个逻辑流发生在方法800重复之前)。在各种实施例中，子过程801,802和803可以异步执行(例如，其中数据流可以在传递到不同的子过程801、802和/或803之前多次通过至少一个子过程801、802和/或803；其中在连接到不同的子过程801、802和/或803之前，不同数量的逻辑流可以发生在至少一个子过程801、802和/或803中等)。在步骤801，接收数据样本并准备该超声分析系统的参数以便进行自适应采样；在步骤802，计算样本频谱(例如通过基于数据样本迭代地计算成像显示行)；在步骤803，计算并显示显示行。
在步骤804中，接收引入的超声数据样本d(i)。该引入的超声数据样本d(i)可以包括至少一个数据点，如图4所示的至少一个超声数据样本710。引入的超声数据样本d(i)可以包括多个数据点，例如多个超声数据样本710。引入的超声数据样本d(i)可以从便携式超声系统100接收，例如来自如图3所示便携式超声系统100的超声换能器187。
在步骤808中，确定扫描速度。扫描速度可以基于便携式超声系统100的操作参数或其他属性，如通过用户输入接口173输入的用户输入、存储在存储器165和/或硬盘存储设备169中的超声分析计算机代码、要被成像的目标、由超声换能器/探头187确定的扫描速度等来确定。在一些实施例中，可以基于引入的超声数据样本d(i)的属性修改扫描速度。
在步骤812中，确定脉冲重复频率。脉冲重复频率可以基于便携式超声系统100的操作参数或其他属性来确定，如通过用户输入接口173输入的用户输入、存储在存储器165和/或硬盘存储设备169的超声分析计算机代码、被成像的目标的属性、基于超声换能器/探头187的操作参数或其他属性确定的脉冲重复频率等。在一些实施例中，可以基于引入的超声数据样本d(i)的属性来修改扫描速度。
在步骤816中，基于扫描速度和脉冲重复频率确定样本频谱的数量m和样本取样i(例如图4所示的取样成像i716等)。例如，可以使用公式2确定取样成像i716。如上所述的样本采样因子k和取样成像因子r可用于确定样本频谱的数量m和取样成像i716。在一些实施例中，样本采样因子k、取样成像因子r、样本频谱的数量m和取样成像i中的至少一项是预先确定的，例如由存储在存储器165和/或硬盘存储设备169中的超声分析计算机代码提供。在一些实施例中，样本采样因子k、取样成像因子r、样本频谱的数量m和取样成像i至少部分地通过用户输入，例如通过用户输入接口173来确定。在各种实施例中，样本频谱的数量m可以根据因素而变化，该因素包括但不限于要成像的目标的位置、要显示的图像的位置、脉冲重复频率和流特征(例如最大速度、平均速度等)。
在步骤820中，选择用于频谱估计的n个超声数据样本d(i)。如果要迭代地执行频谱估计和计算(例如使用步骤802)，则迭代参数“iter”被初始化为零。样本频谱的数量m和取样成像i716可以贯穿步骤820，并且可以得出所选超声数据样本d(i)的数量n。在各个实施例中，超声数据样本d(i)的数量n可在n和n*m之间变化。
在步骤824中，通过检查iter相对于样本频谱的数量m的大小来执行控制迭代子过程802的控制步骤。例如在一些实施例中，基于超声数据样本d(i)来计算多条图像扫描线740)。
如果iter小于m，则在步骤844处，计算(例如对超声数据样本d(i)执行快速傅里叶变换)样本频谱(例如图4所示的图像扫描线740等)。在步骤848处，样本频谱被存储在如存储器165和/或硬盘存储设备169中。随后可以检索样本频谱以便显示和/或组合成显示的频谱多普勒线750。
如果iter大于或等于m，则完成样本频谱的计算，并且继续进行自适应频谱采样和显示。在步骤828，确定数据是否应在“高分辨率显示”模式下被显示。例如，可以在存储器165和/或硬盘存储设备169的超声分析计算机代码中提供显示模式设置，并且该显示模式可以被设置为高分辨率显示模式。用户还可以例如通过与用户输入接口173交互、通过提供在高分辨率显示模式下显示样本频谱的指令等方式选择高分辨率模式。
如果高分辨率显示模式已被选择，则在步骤832中，以高分辨率显示模式显示样本频谱。样本频谱可以显示在显示界面上，例如显示界面171。在一些实施例中，高分辨率显示模式显示用于计算给定的一组超声数据样本d(i)的所有m个样本频谱。因此，高分辨率显示模式可以提供表示超声图像的无损或其他高保真度。在一些实施例中，高分辨率显示模式显示用于为一个时间区域和/或空间区域计算的所有样本频谱。用户可以通过与用户输入接口173进行交互来选择时间区域和/或空间区域。
在一些实施例中，提供类似于高分辨率显示模式的“缩放”模式。例如，用户可以与用户输入接口173和/或显示界面171交互以选择要放大的所显示的超声图像的区域，并且可以在所选择的放大区域中显示多个样本频谱。
如果高分辨率显示模式未被选择，则在步骤836中计算组合函数。该组合函数支持样本频谱自适应采样，以改善信噪比、载噪比、频率分辨率以及双工和三重模式下的间隙伪影。在步骤840处，组合一个或多个样本频谱以生成显示线(例如图4所示的显示频谱多普勒线750)。
可以基于超声数据样本d(i)、便携式超声系统100、超声换能器/探头187、存储在存储器165和/或硬盘存储设备169中的超声分析软件、通过用户输入接口173输入的用户输入、通过通信接口175输入的远程输入等的各种特性或质量来计算在步骤836中计算的组合函数。在一些实施例中，组合函数通过对样本频谱进行平均来组合样本频谱。在一些实施例中，通过选择信号的最大函数和噪声的最小函数来实现便携式超声系统100的输出的改善，例如改善信噪比。在一些实施例中，通过使用组合函数的自适应频谱采样来保持或提高图像质量，同时降低处理电路163的计算负荷。
在一些实施例中，使用超声数据样本d(i)的特征计算组合函数。例如，可以使用超声数据样本d(i)和/或样本频谱的统计来计算组合函数，例如最大值、最小值、平均值、标准差等。在一些实施例中，统计可以是基于标称值或由信号与噪声分组的值。在一些实施例中，特征可以包括超声数据样本d(i)的信号分量和超声数据样本d(i)的噪声分量的统计函数。例如，等式3-4示出了组合函数的实施例，以改善所要显示的频谱多普勒线750的信噪比：
out(f,t)＝a*max(f,t)+(1-a)*mean(f,t)；t∈{1,2,....m}等式3
其中th1和th2表示阈值。在一些实施例中，组合函数基于频谱特性通过权衡频谱自适应地采样频谱。在一些实施例中，阈值具有存储于图3所示的存储器165和/或硬盘存储设备169中的计算机可执行的超声分析代码。在一些实施例中，动态地确定阈值，例如通过向处理电路163提供关于图像质量的反馈，以便基于图像质量更新该阈值。
在一些实施例中，例如当一组超声数据样本d(i)具有低信噪比时，可以使用应用到超声数据样本d(i)的快速傅里叶变换的平均值来计算组合函数，以便提供频谱多普勒线750；在一些实施例中，例如当一组超声数据样本d(i)具有高信噪比时，可以使用应用于超声数据样本d(i)的快速傅里叶变换的最大值来计算组合函数。
在一些实施例中，组合函数随着空间的函数而变化。例如，组合函数可以依图像中脉冲宽度门的深度而定。
在一些实施例中，组合函数随着流特征的函数例如最大速度或平均速度而变化。例如，组合函数可以根据与相应的超声数据样本d(i)相关联的平均速度的提高或降低、平均速度与最大速度的关系(例如比率)、局部速度与空间或时间区域上的区域平均或最大速度的关系等来缩放某些样本频谱的显著性。
在一些实施例中，基于诸如平均速度或最大速度的频谱特性，使用二维频率-时间方法来计算组合函数。
在一些实施例中，使用图像处理方法，将多条频谱多普勒线750和样本频谱看作二维图像处理(例如多个频谱多普勒谱线750和/或样本频谱出现在二维空间)，以计算该组合函数。
在一些实施例中，使用图像转换函数来计算组合函数，该图像转换函数应用于样本频谱和/或超声数据样本d(i)的特征。例如，小波转换函数可以用于聚焦或隔离由该组合函数操作的数据的某些特征。模糊逻辑可用于将样本频谱和/或超声数据样本d(i)的信号分量和噪声分量作为模糊区域处理。
在一些实施例中，动态地计算组合函数。例如，可以随时间跟踪超声数据样本d(i)的质量，并用于得出组合函数。例如，如等式4所示的噪声平均值(noisemean)的质量(例如超声数据样本d(i)的噪声分量的平均值)可以通过最新的一定数量的超声数据样本d(i)编译(例如最近的10个采样、最近的40个采样、与显示间隔s712或取样成像i716相关的一定数量的最新采样等)。
现在请参考图6，图中示出了信号处理路径900的实施例的框图。可以使用图1-3所示的便携式超声系统100或其内的多种部件，包括处理电路163、用户输入接口173和硬盘存储设备169来实现。
在步骤910中，进行频谱估计。步骤910与图5所示的步骤844类似或相同。例如，可以基于数据样本(例如图4所示的超声数据样本710等)来估计样本频谱(例如图4所示的图像扫描线740等)。在步骤920，对样本频谱进行增益。在步骤930，进行动态范围计算/处理。在步骤940，对样本频谱进行映射或其他后处理，例如基于样本频谱的曲线等。
在步骤950中，组合多个样本频谱以提供显示的频谱多普勒线(例如图4中所示的频谱多普勒线750等)。步骤950可与图5所示的步骤836和/或840类似或相同。例如基于等式3的组合函数可以用于将多个样本频谱组合成频谱多普勒线750。如图6所示，可以在沿信号处理路径的各个点执行步骤950。例如，步骤950可以在频谱估计910之后的步骤911中执行；或在增益步骤920之前的步骤919中执行；或在增益步骤920之后的步骤921执行；或在动态范围计算步骤930之前的步骤929中执行；或在动态范围计算步骤930之后的步骤931中执行；或在映射/后处理步骤940之前的步骤939中执行；和/或在映射/后处理之后的步骤941中执行。
本发明聚焦于用于完成各种操作的，承载于任何机器可读介质上的方法，系统和程序产品。本发明的实施例可以使用现有的计算机处理器实现，或者由合适的系统的专用计算机处理器来实现，该处理器以此目的或其他目的被并入到该系统，或通过硬连线系统实现。本发明范围内的实施例包括具有机器可识别介质的程序产品，该计算机可读介质用于携带或具有机器可执行指令或者存储于该指令内的数据结构。这种机器可读介质可以是通用或专用计算机或具有处理器的其他机器可访问的任何可用介质。作为示例，这种机器可读介质可以包括随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦可编程只读存储器、只读光盘驱动器或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置，或可用于携带或存储的机器可执行指令或数据结构形式的所需程序代码，并且可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当信息通过网络或其他通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)传输或提供给机器时，机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接均被适当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括致使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或一组功能的指令和数据。
尽管图中可以显示方法步骤的特定顺序，但这些步骤顺序可能与在附图中显示的步骤顺序不同。还可以同时或部分同时执行两个或多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计人员的选择。所有这些变化都包含在本发明的范围内。同样，软件实现可以用基于规则逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，用以实现各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。
虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是，对于本领域技术人员而言，其他方面和实施例同样是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例旨在阐述而非限制本发明，本发明确切的保护范围及精神在随后的权利要求中被体现。