技术领域
[0001] 本
发明整体上涉及超声成像系统，例如用于医学成像的超声成像系统，并特别涉及用于在超声成像系统中抑制杂波效应的方法与系统。
背景技术
[0002] 超声医学成像在现代医学中发挥重要作用，随着新的开发产品进入市场其逐渐变得越来越重要。其中一种最常见的超声成像应用是超声心动图或心脏系统的超声成像。其它广泛的应用有产科学和妇科医学以及腹部成像，这里仅举几例。超声成像也在各种其它产业中使用，例如，用于
硬件制造过程中的探伤检验。
[0003] 超声成像系统一般产生相对地有噪声的图像，使得这些图像的分析和/或诊断成为受过高度训练的专家的任务。其中一种最有问题的成像副产物是妨碍感兴趣的数据的杂波，即，出现在成像平面中的不想要的信息。
[0004] 超声成像中的杂波的一个主要来源是
探头主瓣外面的物体的有效成像(也被称为旁瓣杂波)。例如，在超声心动图中，探头主瓣外的主反射体一般是胸腔和
肺。
[0005] 杂波的另一来源是多路径反射，也称为混响。在一些例子中，被扫描的组织相对于探头的几何关系以及组织的局部反射特性导致所传输的
能量的很大份额在到达探头之前在组织中来回反射。因此，所测量的相对于探头的特定范围的
信号可以包括来自想要的范围之外的其它范围的贡献。如果从其它范围发出的信号是高反射元件导致的，则它可以对图像
质量产生很大影响。
[0006] 用于加强想要的超声图像相对于杂波的可见性的常见方法(尤其在低回波反射性的病人中(肥胖病人中的一种常见现象))是采用
造影剂。这种造影剂加强来自血液的超声反向散射并有助于它与周围组织的区别。例如，Krishna等人于1999年在Physics in Medicine and Biology的44卷、第681-694页发表的名称为“Sub-harmonic Generation from Ultrasonic Contrast Agents”的论文中描述了这种方法，其通过引用结合到本文。
[0007] 采用谐波成像代替基波成像，即，以某个
频率传输超声信号并以传输频率的两倍频率接收，也减少杂波效应。Spencer等人于1998年在American Journal of Cardiology的第82卷、第794-799页发表的名称为“Use of Harmonic Imaging without Echocardiographic Contrast to Improve Two-Dimensional Image Quality”的论文中描述了这种方法，其通过引用结合于本文。
[0008] 在2001年6月26日公告的Averkiou等人的名称为“Ultrasonic Tissue Harmonic Imaging”的美国
专利6,251,074描述了超声诊断成像系统和方法，其根据发射的基频的谐波回波分量产生组织谐波超声图像。基频波由阵列换能器发射以在焦点深度聚焦。随着发射的波穿透身体，谐波效应由于波分量开始聚焦而发展。来自组织的谐波响应被检测和显示，同时通过排除基频而减少来自基频响应的杂波。
[0009] 此外，
图像处理方法通过后处理已经发展用于检测在超声心动图图像中的受杂波影响的
像素。Zwirn和Akselrod在2006年于Ultrasound in Medicine and Biology的32卷、第43-52页的名称为“Stationary Clutter Rejection in Echocardiography”的论文中提出了这种方法，其通过引用结合到本文。
[0010] 其它方法使用辅助接收
超声波束。在2011年10月25日公告的名称为“Clutter Suppression in Ultrasonic Imaging Systems”的美国专利8,045,777中，Zwirn描述了用于超声成像的方法，包括：朝目标发射超声
辐射；接收来自目标区域的主要反射信号和一个或多个辅助反射信号形式的超声辐射的反射，其中每个反射信号与不同且明显的波束方向图相关联，其中所有反射信号都具有相同的频率；确定下述各项中的至少一个的解相关时间：主反射信号和一个或多个辅助反射信号；将线性组合应用到主反射信号和一个或多个辅助反射信号，以产生具有减少的杂波的
输出信号，其中线性组合包括被确定用于每个
角度和用于目标组织内的每个范围的多个复数权重，其中每个复数权重被选择为使得每一个由于杂波而被估算的反射无效，其中如果被确定的解相关时间超过
指定阈值则反射会被确定为与杂波相关。
[0011] Yen和 Seo 在2009 年6 月 4发 表 的 名 称 为“Sidelobe Suppression in Ultrasound Imaging using Dual Apodization with Cross-Correlation”的美国专利
申请2009/0141957描述了在超声图像中抑制旁瓣的方法，该方法包括：发射聚焦的
超声波束穿过子孔径进入目标并收集产生的回波；在接收中，采用第一变迹函数(apodization function)来创建第一数据集；在接收中，采用第二变迹函数来创建第二数据集；组合这两个数据集来创建组合的RF数据；计算每个像素的归一化互相关；对每个相关值执行阈值操作；以及将产生的互相关矩阵与组合的RF数据相乘。
[0012] 另外一类当前可用的处理杂波的方法是在彩色多普勒流动成像中采用的一类杂波抑制
算法。这些方法估算心腔或其它血管内的流动速度并抑制缓慢移动物体的影响；假设血液流动速度比周围组织的运动速度要快很多。例如，Herment等人在1996年于IEEE Transactions on Biomedical Engineering的43卷、第919-927页的名称为“Improved Estimation of Low Velocities in Color Doppler Imaging by Adapting the Mean Frequency Estimator to the Clutter Rejection Filter”的论文中描述了这些方法，其通过引用结合到本文。
发明内容
[0013] 本发明的实施方式提供了用于在超声成像系统中减少杂波效应的方法与设备。
[0014] 本发明提供一种超声成像的方法，所述方法包括：朝目标发射超声辐射并接收来自目标区域的主要反射信号和一个或多个辅反射信号形式的超声辐射的反射，其中每个反射信号都包括输入数据组并与不同且明显的波束方向图相关联；通过复合函数的使用，复合来自主反射信号和一个或多个辅反射信号的输入数据组，所述复合函数使用由输入数据组的空间分析产生的参数，所述复合函数参数源于以下项中的至少一项：
[0015] (a)不同接收波束之间的局部
相位相位差和/或局部幅度差和/或局部幅度比和/或局部复信号比，和/或一个或多个前述的参数的函数；
[0016] (b)不同波束之间的局部相位差和/或局部幅度差和/或局部幅度比和/或局部复信号比的空间函数；
[0017] (c)不同接收波束中的局部幅度和/或局部相位和/或局部复信号的空间函数之间的局部差和/或局部比；
[0018] (d)应用多个时间带通
滤波器到不同接收波束中的局部幅度和/或局部相位和/或局部复信号，应用空间分析到多个时间
带通滤波器的输出并组合结果；
[0019] (e)应用多个时间带通滤波器到不同接收波束之间的局部相位差和/或局部幅度差和/或局部幅度比和/或局部复信号比，应用空间分析到多个时间带通滤波器的输出并组合结果；或
[0020] (f)不同波束之间的局部相位差和/或局部幅度差和/或局部幅度比的空时函数，其中不同波束之间的局部相位差和/或局部幅度差和/或局部幅度比的空间导数，在局部时间过滤之后应用；或其中不同波束中的幅度和/或相位和/或复信号的空间函数之间的局部差和/或局部比在局部时间过滤之后应用。
[0021] 本发明的其它方面在
权利要求书中被详述。
附图说明
[0022] 本发明用于在超声成像系统中的杂波抑制，其参考附图、仅通过实例的方式在本文中进行描述。
[0023] 现在详细地具体参考附图，需要强调的是，所示的详细说明是通过实例的方式并仅用于本发明的优选实施方式的说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明原理和概念方面的最有用且容易理解的描述而被示出。出于这个考虑，并不试图显示比用于本发明的基本理解所必须的更详细的本发明的结构细节，结合附图做出的描述使本领域的技术人员清楚本发明的各种形式可如何在实际中应用。
[0024] 图1A是根据本发明的实施方式的超声成像系统的示意性的、形象化的图示；
[0025] 图1B是根据本发明的实施方式的在超声成像系统中所使用的探头的示意性的、形象化的图示；
[0026] 图2是根据本发明的实施方式的，根据作为方位角的函数的增益所限定的两个示例性接收波束的波束方向图的示意图；
[0027] 图3A是根据本发明的实施方式的，对于作为方位角的函数的点状
反射器所限定的图2的两个接收波束之间的预期幅度比的示意图，其中方位刻度与图2中的不同，提供了在接近0°的角度上的放大；
[0028] 图3B是根据本发明的实施方式的，对于作为方位角的函数的点状反射器所限定的图2的两个接收波束之间的预期相位差的示意图，其中方位刻度与图3A中的匹配。
具体实施方式
[0029] 系统描述
[0030] 广义上讲，本发明涉及用于在超声成像系统中抑制杂波效应的方法和系统。在一些实施方式中，这些方法与系统也导致超声图像的横向
分辨率(即，沿着垂直于超声波束的中心线方向的分辨率)的加强。
[0031] 在详细解释本发明的至少一个实施方式之前，应理解的是，本发明没有将其应用限制到在下面描述中阐述或在附图中示出的组件的结构和布置的细节。本发明能够是其它实施方式或能够以各种方式应用或实施。还应理解的是，本文采用的措辞和术语是以描述为目的的而不应该被当作限制。
[0032] 图1A是根据本发明的实施方式的超声成像系统20的示意性的、形象化的图示。
[0033] 系统20包括采用超声辐射来扫描病人的器官的超声扫描器22。显示单元24显示扫描的图像。探头26通过线缆28连接到扫描器22，其通常靠在病人身体上以便于成像出具体身体结构，例如心脏(称作“目标”)。可选择地，探头可以调整用于插入身体，例如，经食道或经
阴道的配置。探头发射和接收成像所需的超声波束。扫描器22包括用于控制探头26和处理由探头接收的信号的控制和处理
电路。
[0034] 图1B是根据本发明的实施方式的在成像系统20中使用的探头26的示意性、形象化的图示。探头包括换能器30的阵列，例如
压电换能器，其配置成作为
相控阵来运行。在发射时，换能器将由扫描器22产生的
电信号转换成发射到病人身体中的超声辐射的波束。在接收时，换能器接收从不同身体组织反射的超声辐射，并将它转换成发送到扫描器22以用于处理的电信号。
[0035] 探头26一般包括几十个甚至多达几百个以
水平线性阵列布置的换能器30。阵列的水平孔径(一般是几厘米数量级的)影响探头的最小水平波束宽度和产生的水平角分辨1
率。垂直的波束宽度可以通过声透镜调整。一些探头(称作“1/2维探头”)包括在垂直维度上的几行换能器，提供垂直扇形的波束方向图。其它探头包括完整的二维(或多维)换能器阵列，能够控制水平和垂直方向的波束方向图。词语“水平的”和“垂直的”在本文仅为使用方便，因为阵列在成像过程中可以放置成相对于病人身体的任何合适的方位上。
[0036] 单个换能器阵列可以产生不同波束方向图，其主瓣可以指向不同方向。在发射时，主瓣的方向的设定一般通过调整提供给不同换能器的信号的相对相位和/或相对时延。在接收时，主瓣的方向的设定一般通过调整引入到由每个换能器接收的信号的
相移和/或时延。
[0037] 在发射和接收时的波束方向图都可以通过应用不同的变迹法来调整。在接收时，变迹法是在结合所有换能器的输出以生成整个阵列的输出信号之前，将乘性系数(“变迹法系数”)乘以每个换能器的输出信号的过程。对等的过程在发射时执行(在很多例子中，在发射时采用恒定的变迹法)。
[0038] 令k为换能器索引(k应该
覆盖所有换能器，即使换能器阵列包括多于一个维度)，sk是由换能器k测得的信号，ak是换能器k在接收时的变迹法系数， 是换能器k在接收时的相移。用于获得在时间t的信号S，在接收时波束形成可以采用等式(1)执行：
[0039]
[0040] 可替代地，当采用时延代替相移时，其中τk是对于换能器k的时延，对于在接收时的波束形成可以采用等式(2)：
[0041] (2) S(t)＝Σkak(t)sk(t-τk)
[0042] 相似的等式可以用于组合的时延与相移设计。可比的等式也可以在发射时使用。
[0043] 基于系统设计，到达不同换能器的信号可以在不同的波束形成阶段
采样(通过在扫描器22中的一个或多个
模数转换器)，例如，分别对于每个换能器，对于不同的换能器组，或对于所有组合的换能器。等式(1)和等式(2)以及它们的组合或
变形可应用于所有这些例子。
[0044] 此外，一些系统对于所有组合的换能器(即，在波束级别)执行采样，但是采用多于一组变迹法系数ak和/或多于一组相移 和/或多于一组时延τk，设置通常被称作多线采集或MLA。在MLA配置中，在发射时采用的波束方向图一般比在接收时采用的波束方向图宽，以便给由不同接收波束覆盖的体积的大部分或全部提供超声能量。
[0045] 在采样之前，某些扫描器22应用与发射
波形匹配的模拟滤波和/或模拟下变频，然而其它的扫描器应用数字匹配滤波和/或数字下变频。匹配滤波和/或下变频可以在任何波束形成阶段应用。
[0046] 某些扫描器22在一个或多个波束形成阶段采样实数数据，然而其它的扫描器采用
正交接收器，提供复数采样，包括实数同相分量和虚数
正交分量。
[0047] 其他类型的扫描器22在接收时采用多个并行波束，其中的每一个具有不同的波形(例如，不同的中心发射频率、不同的脉冲编码配置)。在这些例子中，对应于其中一个发射波形，每个接收波束一般采用特定的
匹配滤波器生成。
[0048] 应当注意的是，在一些探头设计中，采用平面阵列代替相控阵。在这些例子中，仅有一小组预定时延和/或相移被换能器阵列支持，其中由这样的每个组形成的波束一般单独采样。其他探头设计不采用换能器阵列，而是代之以把单个换能器分配给每个发射波束和/或接收波束。
[0049] 探头26一般扫描感兴趣的区域，其可以是一维的(1D)、二维的(2D)或三维的(3D)，通过以下的一个或多个：
[0050] (a)
电子束控制，即，通过调整提供给不同换能器的信号的相对相位和/或相对时延来改变主瓣的方向。
[0051] (b)换能器阵列的相位中心的电子变化，通过调整变迹法模式来执行，例如，通过设定变迹法模式的某些部分为0。因此，波束相位中心和其主瓣的峰值(“波束方向”)之间的向量可以在空间上移位，产生与之前向量平行的另一个向量。
[0052] (c)
机械波束控制，即，机械地移动换能器阵列的部分或全部，由此影响其主瓣的方向。
[0053] 用于杂波抑制的系统配置
[0054] 在本发明的一些实施方式中，一个或多个辅助接收波束用来抑制杂波效应。辅助接收波束可以采用本领域中已知的任何配置来生成，包括但不局限于以上描述的那些。
[0055] 辅助接收波束可以单独分配给每个通常用于成像的波束(“主波束”)，或主波束组。后一种配置可能是有用的，例如在MLA配置中，其中一般在接收时并行采用多个主波束，对应于单个发射波束，并且可以定义一个或多个辅助波束。
[0056] 辅助接收波束可以与相应的主接收波束(或多个主接收波束)同时产生、或不同时产生。也能够考虑组合，即，一些辅助接收波束可以与相应的主接收波束(或多个主接收波束)同时产生，而其它的可以不同时产生。可以定义在不同波束之间的不同的相对定时顺序，例如，改变主接收波束与辅助接收波束的产生。如果一些或所有辅助接收波束与相应的主接收波束(或多个主接收波束)在不同的时间产生，那么分开的发射波束可以采用相同或不同的波束方向图而用于主接收波束和辅助接收波束或其组。
[0057] 在示例性实施方式中，使用一个主接收波束和一个辅助接收波束，与单个发射波束或两个独立的发射波束相对应。在这个例子中，辅助接收波束可以具有与主接收波束不同的波束方向图，例如，它可以指向同一方向但它的波束宽度可能会更宽(或更窄)。
[0058] 在其他的示例性实施方式中，与MLA配置相对应，多个并行的主接收波束(例如，16或32个)可以和单个传输波束一起使用，并且一个辅助接收波束被添加以用于所有并行的接收波束。在大多数MLA例子中，用于所有主接收波束的波束方向图是相似的，但每个主接收波束指向稍微不同的方向。为了提供用于所有主接收波束的参考信息，辅助接收波束可以比它们中的一些更宽，例如，它的宽度可能与发射波束的宽度相匹配。
[0059] 在另外的其他示例性实施方式中，多个主接收波束可以和单个发射波束一起使用，其中一个或多个辅助接收波束可以被添加用于每个主接收波束或主接收波束的每个组。
[0060] 在某些实施方式中，在不同的计算背景中，一个或多个接收波束可以被同时当作主接收波束和辅助接收波束。
[0061] 杂波抑制方法
[0062] 在本发明的实施方式中，复合信息由一个或多个主接收波束以及一个或多个辅助接收波束提供，以便于提供杂波抑制的输出。在匹配滤波和/或
下采样之前或之后，该过程可以在扫描器22的各个处理阶段中应用并且可以应用到不同的数据类型上(例如，模拟的或数字的)，也可应用到实数或复数样本上。
[0063] 在一些例子中，可能需要将被本领域的专业人员轻易理解的转换。例如，一些实施方式要求用于每个接收波束的输入数据是复数。在这些例子中，如果用于一个或多个接收波束的输入数据是实数，则对于每个接收波束Hilbert变换可被用于实数数据，如果必要的话，Hilbert反变换可以应用到杂波抑制输出。
[0064] 在扫描器22分别为每个换能器或换能器的不同组执行采样的配置中，杂波抑制处理可以分别应用于换能器的不同组。在这种例子中，“合成的”主接收波束和辅助接收波束可以仅用于计算目的而分别对于换能器的每个组定义，并且用于不同换能器组的杂波抑制的输出可以用于波束形成的其他阶段。
[0065] 在某些实施方式中，用于每个主接收波束和/或辅助接收波束的信息可以描述为实数或复数测量数组，其中的每一个对应于被可应用波束的主瓣(和旁瓣)覆盖的特定体积，其在介质(相对于探头26)中的超声波的连续相同时间表面之间，一般但不一定匹配恒定的时间间隔。每个这样的体积一般被称为体积像素或体元。样本通常被称作距离
门限，因为当穿过软组织时声速没有很大改变，使得相同时间表面能近似被称作等距(iso-range)表面。
[0066] 在一些实施方式中，感兴趣的一维、二维或三维区域由扫描器22扫描。扫描可以通过本领域已知的任何方法实施，包括但不局限于以上所提到的技术。例如，不同的波束可以具有相同的相位中心但不同的波束方向。在这种例子中，在2D扫描中一般采用极
坐标系，而在3D扫描中一般采用球坐标系。当采用极坐标系时，每个体元的
位置可以通过相应的
距离门限索引和相对于探头26的宽面(broadside)的波束的角方向限定，其中探头的宽面由在其相位中心垂直于探头26的表面的线来限定，并且其中所述角方向在欧氏空间中可由方位角来限定，或由正弦空间中的u坐标限定。相似地，当采用球坐标系时，每个体元的位置可以由相应的距离门限索引和相对于探头26的宽面的波束的角方向来限定，其中角方向可以由方位角和仰角来限定和/或由正弦空间中的(u，v)坐标来限定。
[0067] 另外地或选择性地，不同波束可以具有不同的相位中心，其中波束可以或可以不相互平行。在平行波束的例子中，可以采用2D或3D笛卡尔坐标系，其中每个体元的位置通过其对应的距离门限索引和相位中心的位置来限定。
[0068] 不管使用的扫描方法和坐标系，由一个或多个接收波束(其可以是或可以不是并行的)收集的在每个时间带(“
帧”)中的数据集可以采用本领域中已知的任何体元布置而组织在1D、2D或3D数组(“扫描的数据数组”)中，其中进入到阵列中的每个索引相关于不同的轴(例如，在极坐标系中，可以使用距离门限索引和方向索引)，使得在坐标系的一个或多个轴中的相互临近的体元在相应的轴中也具有相似的索引。在某些例子中，扫描的数据数组可以采用与扫描方法不对应的坐标系，例如，所有接收波束可以具有相同的相位中心但不同的波束方向，但扫描的数据数组可以使用笛卡尔坐标系而不是极坐标系或球坐标系。这可以采用本领域中已知的任何方法通过空间内插和/或外插获得，例如，最近邻插值法、线性内插法、样条函数或平滑样条内插法、等等。
[0069] 在一些实施方式中，扫描的数据数组遵守下面的要求，在该例子中扫描的数据数组被称作“通用配置扫描数据数组”：
[0070] (a)在扫描数据数组中的所有数据对应于有着相同波束方向图的接收波束，也许，除了平移和/或旋转。
[0071] (b)在扫描数据数组中的所有数据都对应于在接收时采用相同中心频率的接收波束。
[0072] (c)在扫描数据数组中的所有数据对应于与采用相同波形和相同发射波束方向图的发射波束一起使用的接收波束，也许，除了平移和/或旋转。
[0073] (d)扫描数据数组中的数据来源于接收波束，其可能是并行的，被分成多个组，其每个是并行的(这是当使用MLA配置时的最常见情况)，或非并行的。在其它实施方式中，可能不满足要求(a)-(d)中的一个或多个。
[0074] 复合函数
[0075] 在示例性实施方式中，由主接收波束与一个或多个相关联的辅助接收波束提供的信息的整合，通过计算两个或多个接收波束中局部信号的函数(“复合函数”)来执行，其中词语“局部信号”指的是某体积区域，其被多于一个的接收波束部分或完全地覆盖，例如，在多个接收波束具有相同
采样频率的情况中的不同接收波束的特定距离门限索引。在每个这种接收波束中的局部信号可以通过为基波成像设置匹配滤波器而生成(即，利用中心位于相应的发射波束的中心频率的接收频带)，或为谐波成像设置匹配滤波器而生成(即，利用中心位于一个频率的接收频带，该频率为相应的发射波束的中心频率乘以自然数得到的频率(发射频率的谐波)。在一些实施方式中，不同接收波束可以使用发射频率的不同谐波，包括但不局限于第一谐波(即，基波成像)。对于进入扫描数据数组的每个记录和/或每一帧可以使用复合函数的输出，而非在由超声成像系统进行的任何进一步处理中对于主接收波束的测量信号，例如：
[0076] (a)对数压缩，即，计算局部信号幅度的对数。
[0077] (b)时间增益控制，即，将距离相关的校正应用于介质中的信号衰减。
[0078] (c)全局增益控制。
[0079] (d)多普勒处理，例如，用于彩色多普勒流动成像、组织
多普勒成像和/或脉冲多普勒研究。注意，多普勒处理一般需要分析来自用于每个可应用体元的两个或多个脉冲的数据。
[0080] 在一些实施方式中，复合函数可以采用从以下至少一个中得到的参数(“复合函数参数”)：
[0081] (a)在不同接收波束之间的局部相位差和/或幅度差和/或幅度比，和/或前述参数的一个或多个的函数，例如，转换成分贝单位的幅度比；
[0082] (b)在不同波束间的局部相位差和/或幅度差和/或幅度比的空间函数，例如，所述参数的的空间导数，使用的是本领域已知的任何算子，比如 和[0083] (c)在不同接收波束中的局部幅度和/或相位和/或复信号的空间函数间的局部差和/或局部比，例如，沿特定空间轴的局部幅度的导数比；沿特定空间轴的局部归一化的幅度的导数比，其中局部归一化的导数被定义为由局部信号导数除以局部信号；局部幅度的空间导数比，其中空间导数用“拉普拉斯滤波器” 来计算；局部幅度归一化的空间导数的比，其中的空间导数用“拉普拉斯滤波器”来计算；归一化的幅度范围的比，其中归一化的信号范围被定义为最大值与最小值间的差，除以均值，其中异常排除(outlier rejection)方案可在最小、最大和/或平均统计函数之前应用；如此等等。
[0084] (d)不同波束之间的局部相位差和/或幅度差和/或幅度比的时间函数，例如，不同的时间上的低通、带通或
高通滤波器。
[0085] (e)不同波束之间的局部相位差和/或幅度差和/或幅度比的空时函数，例如，在局部的时间滤波之后应用的，不同波束之间的局部相位差和/或幅度差和/或幅度比的空间导数；在局部时间滤波之后应用的，不同波束中的幅度和/或相位和/或复信号的空间导数之间的局部差和/或比；如此等等。
[0086] 在那种情形下，空间滤波可被用于对于特定帧的扫描数据数组，然而时间滤波可被用于在多个连续帧上的特定体元或相邻体元的组。
[0087] 在一些实施方式中，当选择和/或使用复合函数参数时，可以使用以下假设中的一个或多个：
[0088] (a)局部相位差和/或幅度差和/或幅度比说明了信号源的角方向。根据定义，无杂波信号源于靠近主接收波束的主瓣的角方向。例如，当采用其主瓣指向同样的空间角度的主接收波束和辅助接收波束时，人们将会期望它用于在主瓣中心的反射器，其根据定义产生无杂波信号：
[0089] (i)主接收波束和辅助接收波束之间的局部相位差将接近0；
[0090] (ii)主接收波束和辅助接收波束之间的局部幅度比，其中辅助接收波束的信号被归一化使得它的最大增益匹配主接收波束的最大增益，将接近1.0；以及
[0091] (iii)主接收波束和辅助接收波束之间的局部幅度差，其中辅助接收波束的信号被归一化使得它的最大增益匹配主接收波束的最大增益，将接近0。
[0092] 这些假设可以源于波束形成等式，例如等式(1)和等式(2)。图2中示出根据作为方位角的函数的增益而定义的两个示例性波束方向图51和52的示意图示。在图3A中的曲线图55中能看到，为作为方位角的函数的点状反射器定义的主接收波束和辅助接收波束之间产生的幅度比。在图3B中的曲线图56中能看到，为作为方位角的函数的点状反射器定义的主接收波束和辅助接收波束之间产生的相位差。注意，图3B中的方位角刻度匹配图3A的刻度，但不匹配图2的刻度。
[0093] 相似地，当采用其主瓣不指向相同的空间角的主接收波束和辅助接收波束时，人们将期望它用于在主瓣中心的反射器，其根据定义产生无杂波信号：
[0094] (i)主接收波束和辅助接收波束之间的局部相位差将接近常数，其可以基于主接收波束和辅助接收波束的主瓣的空间角来计算；以及
[0095] (ii)主接收波束和辅助接收波束之间的局部幅度比，其中辅助接收波束的信号被归一化使得其最大增益匹配主接收波束的最大增益，将接近常数，其可以基于主接收波束和辅助接收波束的主瓣的空间角来计算。
[0096] 应注意的是，任何局部相位差和/或幅度差和/或幅度比都可以对应于信号源的多于一个的角方向。例如，当采用其主瓣指向相同的空间角的主接收波束和辅助接收波束时，其中主接收波束和辅助接收波束都具有关于在它们主瓣的中心对称的波束方向图(例如，圆锥形的波束方向图)，在相对于换能器阵列的相位中心的任意给定范围中，人们将期望局部相位差和幅度差和幅度比沿着同心圆曲线相等，其中心落在主瓣的中心线上，其中曲线位于相对于换能器阵列的相位中心的相对应的范围内。源于此规则的一些偏差可能由介质中的物理效应导致，例如，影响扫描区域内的实际波束方向图的衍射。
[0097] 通过采用多于一个的以下参数：局部相位差、局部幅度差和局部幅度比，人们可降低关于信号源的角方向的信息的模糊度。通过使用来自多个用于给定主接收波束的辅助接收波束的信息，所述模糊度将进一步被降低。
[0098] (b)对于无杂波信号，其源于根据定义与主接收波束的主瓣的中心近似相对应的角方向，人们将期望信号水平和/或它的幅度作为空间位置的函数，以便在主和辅助接收波束中以类似的方式改变，假设主和辅助接收波束的主瓣充分重叠，并且假设用于辅助波束的数据被归一化使得辅助波束的最大增益将匹配相对应的主波束的最大增益。在这种情况下，作为空间位置函数的信号水平可以被定义，例如，通过局部信号水平、局部空间导数和/或局部归一化空间导数定义，其中局部归一化的空间导数定义为局部空间导数除以局部信号。
[0099] 应注意的是，各种接收波束的横向分辨率由于相应的波束方向图中的差异可能是不同的，并且各种接收波束的纵向分辨率由于在发射和/或接收时不相似的波形也可能是不同的。因而，在一些实施方式中，在比较不同接收波束之间作为空间位置函数的信号水平和/或它的幅度之前，空间滤波可以应用到一个或多个数据集，其每个对应于波束方向图和/或波形的特定类型，以便确保在比较的波束中的局部信号的横向和/或纵向分辨率将匹配。当采用多个常用配置扫描数据数组时，其每个对应于具有特定横向和/或轴向分辨率的接收波束，在比较不同接收波束之间作为空间位置函数的信号水平和/或它的幅度之前，空间滤波可以应用到一个或多个常用配置扫描数据数组。例如，当采用窄的主接收波束和宽的辅助接收波束时，其中对于每个主接收波束存在其主瓣指向相同方向的相对应的辅助波束，人们可以将空间
低通滤波器应用到使用主接收波束获得的常用配置扫描数据数组。
[0100] (c)不同目标区域可以具有不同动态模型。例如，在超声心动图中，常常导致杂波反射的胸腔以比感兴趣区域内的心肌慢得多的速率运动。各种时间滤波器可以应用以便估计对于具有预定动态特性的组织的信号水平。在本文中描述的杂波抑制处理可以应用到特定频带。附加地或可选择地，人们可以将本文描述的杂波抑制处理分别应用到若干时间滤波器的输出，然后复合结果以便获得最终数据集。
[0101] 复合函数参数可以通过以下方式中的一种或多种(“复合函数实现方式”)来导出和/或使用：
[0102] (a)分别计算进入扫描数据数组的每个记录和每一帧并相应地应用。
[0103] (b)针对帧的预
定子集进行计算，并且在每一帧中，针对进入扫描数据数组的每个记录或相邻记录的组进行计算，且应用到所有帧，其中应用到特定帧中的参数可以是针对最近的帧索引进行计算的那些参数，或可替代地，是针对等于或低于当前帧索引的最近帧索引进行计算的那些参数。空间内插和/或时间内插也可以被采用以便导出在给定帧中应用的参数。
[0104] (c)针对特定帧进行计算，但是针对进入扫描数据数组的每个记录或相邻记录的组进行计算，且应用到所有帧。
[0105] (d)针对所有帧进行计算，但是针对进入扫描数据数组的记录的特定集合进行计算，且应用到进入扫描数据数组的所有记录，其中在每一帧中，用于每个体元的参数值由内插和/或外插导出，例如，采用最近邻内插。
[0106] (e)针对帧的预定子集进行计算，其长度也可以等于1，并且针对进入扫描数据数组的记录的特定集合进行计算，其中在每一帧中，参数值是取决于针对最近帧索引进行计算的那些参数值，取决于针对等于或低于当前帧索引的最近帧索引进行计算的那些参数值，或者取决于时间上的内插和外插，并且其中空间内插和/或外插被用于进入扫描数据数组的每个记录。内插和/或外插可使用本领域已知的任何方法。
[0107] 方法(b)-(e)被设计为减少计算的时间和/或存储复杂度。
[0108] 广义度量
[0109] 在某些实施方式中，复合函数参数的一个或多个可以定义为遵守以下选项中的至少一项：
[0110] (a)表明对应体元基本上仅被杂波效应影响(即，几乎它所有的接收能量都源于杂波效应)的概率，如使用某种物理假设和/或生理上的假设而得到。
[0111] (b)表明对应体元基本上不被杂波效应影响的概率，如使用某种物理上和/或生理上的假设而得到。注意，对于每个特定体元，在(a)和(b)中的概率的和总是1.0。
[0112] (c)表明对应体元内的源于杂波效应的接收能量的百分比。
[0113] (d)如果对应体元不被杂波效应显著影响，则设置为某个常数，例如，0.0，否则设定为不同的常数，例如1.0。
[0114] 这种复合函数参数在本文被称为“广义度量”。它们可以采用本领域已知的任何方法来计算。在一些实施方式中，例如，在选项(d)中，分割技术可以应用到以下至少一个(一般被称作“分割技术参数”)：(a)在接收波束的一个或多个中的局部接收信号；以及(b)复合函数参数的一个或多个的局部值。
[0115] 例如，经典
边缘检测(例如，参见于2004年4月6日公告的Geiser和Wilson的名为“Autonomous boundary detection system for echocardiographic image”的美国专利6,716,175)，或者径向搜索技术(例如，参见Han等人的在1995年10月10日公告的名为“Method for automatic contour extraction of a cardiac image”的美国专利5,457,754)，可被用于分割的目的。这些技术可能会结合旨在针对性能增强的基于认知的算法，其可在后处理阶段引入或者作为与初始边界估计结合的代价函数。对于可行的分割方法的另一个实例是解决限制优化问题，其基于主动轮廓线模型(例如，参见Mishra等人在2003年的Image and Vision Computing的第21卷的第967—976页的论文“A GA based approach for boundary detection of left ventricle with echocardiographic image sequence”，其通过引用结合于此)。附加地或选择性地，人们可将预定
阀值应用于一个或多个分割技术参数，以便得到在受杂波效应影响严重的体元与不受杂波效应影响的体元之间的初始划分。在一些实施方式中，
迭代区域增长技术可随后被运用，其中用于一个或多个分割技术参数的预定阀值可以在连续迭代中改变。
[0116] 在其他实施方式中，广义度量可被定义为值为从0.0至1.0范围的实数，其中值0.0被分配给基本上不受杂波效应影响的体元，而值1.0被分配给其中基本上所有测量信号都源于杂波效应的体元(“归一化的广义度量”)。在紧接的上文中的选项(a)-(b)中，归一化的广义度量可视为对应体元基本上只受杂波效应影响的估计概率；在紧接的上文中的选项(c)中，归一化的广义度量可视为所估计的对应体元内接收的源自杂波效应的能量的百分比。这样的定义简化了信号校准，尤其当复合函数是线性的时候。在那种情况下，词语“信号校准”指的是确保由于杂波抑制处理使得完全不受杂波效应影响的体元中的信号能量尽可能小地变化，然而在其唯一的能量源为杂波的体元中的信号能量将因杂波抑制处理而尽可能多地被抑制。
[0117] 在某些实施方式中，对于帧的集合中的体元的集合的广义度量可以采用以下四步过程来获得：
[0118] (a)选择采用一个或多个复合函数参数(“复合函数参数设置”)。用于复合函数参数设置的一些实例：
[0119] (i)参数#1：两个不同接收波束(主和辅助波束)之间的局部幅度比；
[0120] 参数#2：两个不同接收波束之间的局部相位差；
[0121] (ii)参数#1：两个不同接收波束之间沿着第一空间轴(例如，X轴)的空间幅度导数的局部比；
[0122] 参数#2：两个不同接收波束之间沿着第二空间轴(例如，Y轴)的空间幅度导数的局部比；
[0123] (iii)参数#1：两个不同接收波束之间沿着第一空间轴(例如，X轴)的归一化空间幅度导数的局部比；
[0124] 参数#2：两个不同接收波束之间沿着第二空间轴(例如，Y轴)的归一化空间幅度导数的局部比；
[0125] 其中归一化的局部信号导数定义为局部信号导数除以局部信号；
[0126] (ⅳ)参数#1：两个不同接收波束之间的局部幅度空间导数的比，其中空间导数采用“拉普拉斯滤波器”来计算；
[0127] 参数#2：两个不同波束之间的局部幅度比；
[0128] (v)参数#1：两个不同接收波束之间局部归一化的幅度空间导数的比，其中归一化的空间导数通过“拉普拉斯滤波器”(适用于局部信号幅度)的局部输出除以局部信号幅度来计算；
[0129] 参数#2：两个不同接收波束之间的局部幅度比；以及
[0130] (vi)参数#1：两个不同接收波束之间的归一化的幅度范围的比，其中归一化的幅度范围被定义为在局部区域里最大与最小幅度之间的差(有或没有异常排除)除以在所述区域内的平均幅度，其中局部区域被定义使得其宽度大于其高度；
[0131] 参数#2：两个不同波束之间的归一化的幅度范围的比，其中局部区域被定义使得其高度大于其宽度。
[0132] (b)定义用于以下至少一个的模型：
[0133] (i)体元基本上仅被杂波效应影响的概率(或其简单函数，例如，概率
密度函数)；
[0134] (ii)体元基本上不被杂波效应影响的概率(或其简单函数，例如，概率密度函数)；以及
[0135] (iii)对应体元内的源于杂波效应的能量的百分比(或其简单函数)；作为复合函数参数集合值或用于复合函数参数集合的子集的值的函数(“复合模型”)。在一些例子中，使用复合函数参数集合的一个或多个子集(“复合函数参数子集”)，可以运用多于一个的复合模型。在这种情况下中，词语“子集”也包括全部集合的选项。
[0136] (c)对于每个相关体元和/或其紧邻计算复合函数参数。在这种情况中，紧邻可以定义为在空间上和/或时间上横跨扫描数据数组。
[0137] (d)对于每个相关体元，采用一个或多个复合模型来估计以下至少一个(或其简单函数)：
[0138] (i)对于其基本上仅被杂波效应影响的概率；
[0139] (ii)对于其基本上没有被杂波效应影响的概率；以及
[0140] (iii)对应体元内源于杂波效应的能量的百分比。
[0141] 对于每个复合模型，每个相关体元的结果可以被用作对于该体元的广义度量或归一化广义度量。因此可以为每个体元定义多个广义度量。
[0142] 复合模型可以采用本领域中已知的任何方法来定义。附加地或选择性地，它可以通过以下方法中的一个或多个来定义：
[0143] (a)预定的模型(“预定的复合模型”)，其可以从理论上确定或从实验中得出。这种模型可以取决于可应用的发射和/或接收波束的波束方向图。例如，可以考虑每个这种波束的一个或多个轴上的波束宽度。它可以独立于空间位置和时间，但其可能也取决于空间位置和/或时间。例如，人们可以利用如下事实，在远场中，标称发射波束宽度根据与探头的距离而变化，在焦距处达到最小值。另一个实例将采用用于不同波束方向图的不同模型，如果多个波束方向图类型可利用的话。
[0144] (b)简化自适应模型(“简化自适应复合模型”)，取决于关于作为可应用的复合函数参数子集的函数(“复合模型PDF”)的体元基本上被(或基本上没被)杂波效应影响的概率密度函数(PDF)形状的假设。例如，可以采用一维或多维高斯函数，其中函数的维数应该对应于在复合函数参数子集中的参数的个数。
[0145] 自由参数(在高斯函数的实例中，是期望值和协方差矩阵的矢量)可以通过在合适的接收波束中的一些或所有的相关体元上的复合函数参数集合的值的统计分析来确定。在一些实施方式中，可以同时采用所有帧中的所有相关体元。在其它的实施方式中，可以分别为每一帧和/或每组体元实施计算。在这种情况中，体元组可以在一个或多个扫描数据数组轴中被分开(例如，相对于探头的宽侧的不同距离和/或不同角区域)。在其他的实施方式中，可以对帧的子集和/或体元的子集执行计算，其中空间和/或时间内插和/或外插可以用来估计对于任何体元的复合模型PDF。内插和/或外插可以使用本领域中已知的任何方法。
[0146] (c)自适应模型(“自适应复合模型”)，其中的复合模型PDF，即，作为可应用的复合函数参数子集的函数的体元基本上被(或基本上没被)杂波效应影响的PDF被直接计算，而不需关于PDF形状的任何先验假设。复合模型PDF可以采用本领域中已知的任何方法来计算。例如，可以计算所有相关体元的可应用的复合函数参数子集的值的一维或多维柱状图，其中柱状图的维数应该对应于复合函数参数子集中的参数个数。为了遵循PDF的定义，柱状图应该被归一化使得其所有元素的和等于1.0。如果人们假设：
[0147] (i)在大多数的体元中，测量信号的主要来源位于接近双向波束方向图的主瓣中心的空间角(这是因为波束方向图提供更高增益给这个角区域，而大多数软组织近似具有相同的反射特性)，并且因而几乎没有杂波的体元比被杂波强烈影响的体元更普遍；以及[0148] (ii)复合函数参数子集提供关于局部杂波水平和/或测量信号主要来源的角方向的信息。
[0149] 结果可以用作对于基本上不被杂波效应影响的体元的PDF的估计。如果细看每个柱状图元素，并且用1减去原始值来代替它的值，结果可以用作对于基本上被杂波效应影响的体元的PDF的估计。在计算柱状图之前，人们可以在它的一个或多个轴中采用异常排除，即，对于在复合函数参数子集中的一个或多个参数采用异常排除，因而限制柱状图的动态范围。在一些实施方式中，在每个柱状图轴中使用的柱形可以是同一宽度。在其它实施方式中，在一个或多个柱状图轴中使用的柱形可以是自适应的宽度，其中更窄的柱形宽度被分配给具有更高PDF值的区域。在另外的其他实施方式中，可以使用Vornoni图表代替柱状图。
[0150] 在某些实施方式中，可以同时采用所有帧中的所有相关体元来计算复合模型PDF。在其它实施方式中，可以为每一帧和/或每组体元分别计算复合模型PDF。在这种情况下，体元组可以在一个或多个扫描数据数组轴中被分开(例如，相对于探头宽侧的不同地带和/或不同角区域)。在其他的实施方式中，可以为帧的子集和/或体元的子集计算复合模型PDF，其中空间和/或时间的内插和/或外插可以用来估计对于任何体元的复合模型PDF。
内插和/或外插可以使用本领域中已知的任何方法。例如，人们可以计算对于Nf个连续帧的每个集合中的第一帧的复合模型PDF，并且对于所有Nf个连续帧采用该复合模型PDF。
[0151] 在三个模型中，预定的复合模型预期是计算效率最高的，但它不能考虑介质特有的副产物(artifact)，例如，局部衰减、散射、折射和衍射效应，其可以沿着波束产生，改变它的有效波束方向图。自适应复合模型是最准确的，然而它可以是更密集计算的。为了减少时间复杂度，人们可以采用上面定义的复合函数实现方式。
[0152] 在其他的实施方式中，以上描述的复合模型的稍微变化可以允许其产生归一化的广义度量值。如以上所定义，归一化的广义度量是被定义为其值范围在0.0到1.0之间的实数的广义度量，其中值0.0被分配给基本上不被杂波效应影响的体元，值1.0被分配给其中基本上所有测量信号都源于杂波效应的体元。因此，对于预定的复合模型，通过正确地校准预定模型，人们能够获得归一化的广义度量而不是非归一化的广义度量。对于简化的多个自适应复合模型或一个自适应复合模型，归一化的广义度量可以通过使用对于基本上仅被杂波效应影响的体元的概率(作为可应用的复合函数参数子集的函数)获得(其取代了复合模型PDF)，而不是获得非归一化的广义度量。
[0153] 对于基本上仅被杂波效应影响的体元的概率(“复合模型概率函数”)可以源于如下的复合模型PDF：
[0154] 令{pn}为复合函数参数子集，fPDF({pn})为复合模型PDF，P({pn})为复合模型概率函数。
[0155] 对于关于体元基本上仅被杂波效应影响的PDF的复合模型PDF，对于给定{pn}的P({pn})可以通过模型中fPDF({pn})的所有值的总和来估计，其低于或等于对于特定{pn}的fPDF的值。在fPDF({pn})是非离散的例子中，应该采用积分而不是总和。注意，根据定义PDF被归一化使得它在整个模型上的总和(或积分)是1.0，使得复合模型概率函数的范围如所期望的从0.0到1.0。
[0156] 对于关于体元基本上不被杂波效应影响的PDF的复合模型PDF，对于给定{pn}的P({pn})可以通过模型中fPDF({pn})的所有值的总和来估计，其高于或等于对于特定{pn}的fPDF的值。在fPDF({pn})是非离散的例子中，应该采用积分而不是总和。
[0157] 波束方向图测量
[0158] 在一些实施方式中，复合模型PDF和/或复合模型概率函数可以用于估计在给定介质内的局部波束方向图，和/或该波束方向图的特征，例如一个或多个轴上的主瓣的宽度。例如，如果发射波束方向图对于主接收波束和它关联的辅助接收波束是共同的，则可以估计接收波束方向图和/或接收波束方向图的特征。对于该目的应该定义合适的模型，其可以从理论上确定和/或从实验中获得(“波束方向图测量模型”)。
[0159] 例如，当采用单个发射波束、单个主接收波束和单个辅助接收波束时，其中所有波束的方位角波束宽度是相同的，但主接收波束的仰角波束宽度低于发射波束和辅助接收波束的仰角波束宽度，复合模型PDF和/或复合模型概率函数被期望在接收时包含关于仰角波束宽度的信息。相似的，当采用单个发射波束、单个主接收波束和两个辅助接收波束(一个仅在方位角上比主接收波束宽，而另一个仅在仰角上)时，人们可以分别采用每个辅助接收波束以便推断出关于在接收时沿着可应用轴的波束宽度的信息。
[0160] 在其他的实施方式中，利用波束方向图测量模型，广义度量和/或归一化的广义度量可以用来估计在接收时测量的对于一个或多个帧中的一个或多个体元的信号的主能量源的角方向。例如，当采用单个发射波束、单个主接收波束和单个辅助接收波束时，其中所有波束的方位角波束宽度都是相同的，但主接收波束的仰角波束宽度比发射波束和辅助接收波束的窄，广义度量和/或归一化的广义度量被期望是表明其每个体元或每一帧的大多数接收能量所来源于的仰角角度。发射波束、主接收波束和/或辅助接收波束的各种配置可以用于估计在接收时对于每个体元的主能量源的空间角度。
[0161] 线性复合函数
[0162] 在一些实施方式中，复合函数可以定义为关于主接收波束和一个或多个关联的辅助接收波束的局部信息的线性函数。例如，如果使用单辅助接收波束，且对于进入扫描数据数组的记录 和/或每一帧n(或对于进入扫描数据数组记录的子集和/或对于帧的子集)分别计算单独的归一化的广义度量m，则复合函数可以定义如下：
[0163]
[0164] 其中S主是主接收波束的局部测量信号，S输出是杂波抑制局部信号。该等式衰减杂波影响的体元的信号，使得对于其中基本上所有的测量信号都源于杂波效应的体元的信号被抵消，然而被确定为没有杂波的体元没有被影响。
[0165] 在其它的实施方式中，如果使用单辅助接收波束，且对于进入扫描数据数组的每个记录和每一帧(或其子集)计算单独的归一化的广义度量，则复合函数可以是主接收波束的局部信号和辅助接收波束的局部信号的S辅助的线性组合：
[0166]
[0167] 其中 是局部复权重(“杂波抑制权重”)，其可以针对进入扫描数据数组的每个记录和每一帧(或其子集)进行计算。杂波抑制权重被计算以便最小化杂波贡献对S输出的影响，然而相关信号的贡献被尽可能的保留。
[0168] 如果人们归一化关于不同辅助接受波束的信号 其中i是辅助波束索引，使得与主接受波束中心相对应的角方向上的所有辅助接收波束的增益将与主接收波束的增益匹配，从而得到归一化的辅助接收波束 则人们能把来自主接收波束中心的信号视作“无杂波”信号S无杂波，并且对于每个接收波束的其他信号可看作是杂波信号，对于主接收波束标记为 对于第i个归一化的辅助接收波束标记为
[0169]
[0170] 因此，杂波抑制权重应以S输出尽可能趋于S无杂波的方式计算。与在等式(3)中的方法不同，其极大地衰减了其中大多数测量信号源于杂波的体元中的信号，这种方法可以从在其中杂波是测量信号的主要来源的体元中提取出相关信息。
[0171] 为了简化下面的描述，让我们用归一化的辅助接收波束信号重写等式(4)：
[0172]
[0173] 其中，W是用归一化的辅助接收波束信号计算的局部复权重。
[0174] 当使用等式(6)时，S输出的幅度和/或相位在局部和/或整体上可能会偏斜。这是因为杂波抑制权重旨在抵消杂波贡献，但是作为负面效应它也能影响到无杂波信号。例如，在无杂波体元中，S输出＝(1-W)S无杂波。为了避免这些影响，归一化因子应被引入到等式(6)中：
[0175]
[0176] 特别应注意对于W近似等于1.0的体元，使得等式(7)由于“除以零”的效果而产生非常高的信号幅度。例如，对于该体元的S输出可定义为等于S主，使得在该体元中的信号保持不变。选择性地，对于该体元的S输出可设置为在当前体元的紧邻区域中的S输出的平均或中值信号水平，其中紧邻区域可以在空间上和/或在时间上被定义，且其中对于其由等式(7)提供的值已经被替换的体元在计算时被排除在外。这种技术在其它“除以零”的效果发生的地方也可被用到。
[0177] 在实施方式中，对于进入扫描数据数组的可用记录 和/或每个可用帧n的杂波抑制权重可由如下进行估计:
[0178] (a)定义在 周围的区域，其中，该区域可能是空间上的(即，包含进入扫描数据数组的记录附近的集合)和/或时间上的(即，包含其索引接近n的连续帧的集合)(“空时区域”)。
[0179] (b)设置对于 的杂波抑制权重为以下至少一个的函数：
[0180] (i)在该空时区域内的一个或多个广义度量和/或归一化的广义度量的值；以及[0181] (ii)在该空时区域内，对于主接收波束的信号S主和归一化的辅助接收波束的一个中的信号 的局部复数比(“局部复数主辅比”)。
[0182] 例如，对于 的杂波抑制权重可能被设定为对于在空时区域内的体元的局部复数主辅比，该空时区域的广义度量和/或归一化的广义度量的值最能表明显著杂波效应。这种示例性函数取决于以下假设：
[0183] (i)杂波信号贡献在空间和/或时间上变化得足够缓慢，使得人们可认为它在小的空时区域里近似于常数。
[0184] (ii)超声成像中的散斑效应在无杂波信号水平上(甚至在近似同质的组织区域内)常造成局部变化，使得人们期望在空时区域中的至少一个体元包括低
自由度的信号水平。
[0185] 在空时区域内被发现具有最实质的杂波效应的体元可被视为几乎纯的杂波，因此对于该体元的局部复数主辅比被期望于大幅减少局部杂波水平。为了更明确，如果我们把代入等式(7)里，我们可得到
[0186] (c)特别应注意的是这样的情况，即，局部复数主辅比由于“除以零”的效果而很高。例如，在其中计算出的杂波抑制权重很高的体元中，人们可用预定值(例如，1.0或0.0)来替换它。在后一种情形中，杂波抑制将不会应用于这些体元。
[0187] 在进一步的实施方式中，人们可以计算复合函数的输出和主接收波束信号的线性组合，其中的权重取决于归一化的广义度量。这种技术的潜在好处是降低复合函数对于无杂波体元的影响。例如，如果我们把我们的方法建立在等式(7)的
基础上，我们会得到：
[0188]
[0189] 在另外的其他实施方式中，两个或多于两个的归一化广义度量能通过复合函数被定义并被使用。例如，当使用两个归一化广义度量m1和m2时,我们能使用如下等式，其中对于进入扫描数据数组的每个可用记录和/或对于每个可用帧，根据定义全部系数的和是1.0：
[0190]
[0191] 其中，S1和S2是分别基于m1和m2的杂波抑制处理的输出，其使用本文前面的任何方法应用；而S1,2是基于m1和m2两者的杂波抑制处理的输出。例如，这可通过以下方式实现，将基于m1的以上处理的一种同时应用于主接收波束和辅助接收波束(即，每次把不同波束视为主接收波束)，然后使用基于m2的上述处理的一种，在合适等式里用基于m1的杂波抑制处理的相应输出替代主接收波束信号。选择性地，S1,2可被计算作为S1和S2的简单局部统计函数，例如，局部最小值(在S1和S2之间)、局部平均值(在S1和S2之间)、等等。
[0192] 在其它实施方式中，两个或多个的归一化广义度量在复合函数中可被定义和使用，其中至少一种归一化广义度量被直接使用，并且至少一种归一化广义度量被用来计算杂波抑制权重。例如，当使用两个归一化广义度量m1和m2时，其中杂波抑制权重W2使用m2来计算，如下等式可被用到：
[0193]
[0194] 注意到，定义为主接收波束和辅助接收波束的局部信号的线性组合的复合函数可通过以下两种方法中的至少一种进行考虑：
[0195] (a)通过代数表达式，其设计用于抑制杂波效应。
[0196] (b)通过自适应波束形成方案，其设计用来把零值(null)引入到整个过程中的有效波束方向图的对应于杂波源的方向上。
[0197] 应该认识到，数学等式只是作为具体实例而提供的。此外，虽然具体实例指的是线性等式，但非线性等式也可以被用到。
[0198] 广义度量的滤波和/或杂波抑制权重
[0199] 在使用广义度量和/或归一化的广义度量来计算杂波抑制权重和/或将其用于复合函数之前，可以进行时间和空间上的滤波。相似地，在复合函数中使用杂波抑制权重前，也可以进行空间滤波和/或时间滤波。这种滤波可使用扫描数据数组的坐标系来进行，其中时间轴可通过结合在多帧里收集的扫描数据数组而形成，其中连续帧是相互并排放置的。
[0200] 本领域已知的任何滤波器都可用于该目的。例如，线性低通滤波器、带通滤波器或高通滤波器可适用于一个或多个空间轴和/或时间轴。附加地或选择性地，非
线性滤波器(比如，中值滤波器)可用于一个或多个空间轴或时间轴。这种滤波器预期能降低广义度量、归一化的广义度量和/或杂波抑制权重中的局部不规则。
[0201] 可以考虑应用于空间轴和/或时间轴中的一个或多个中的其他非线性滤波器。例如，人们可以使用局部最小值、局部最大值、局部均值加上局部标准偏差、局部平均值减去局部标准偏差、局部信号的特定百分位数等等。当应用于归一化广义度量时，局部最小值预期来降低由杂波影响的体元的误检，由于存在使得归一化的广义度量值低的体元(即，确定为包含低的杂波水平，因此能包含几乎所有相关信息的体元)，因此也降低了在其紧邻区域中的归一化广义度量值。相似地，当应用于归一化广义度量时，局部最大值预期来提高杂波影响的体元的检测概率，由于存在使得归一化的广义度量值高的体元(即，确定为包含大部分杂波的体元)，因此也提高了在其紧邻区域中的归一化广义度量值。
[0202] 此外，也可以考虑稍微复杂一些的非线性滤波器。例如，对于在空间和/或时间上的每个局部区域，非线性滤波器的输出可由以下过程产生：如果局部中值或局部均值或局部加权平均值比预定值高，则使用特定统计算符，否则使用另一种统计算符。这样的统计算符的实例为局部最小值、局部最大值、局部均值、局部均值加局部标准偏差、局部均值减局部标准偏差、局部信号的特定百分位数等。当应用于归一化的广义度量时，这种滤波器可能允许例如提高在杂波影响区域中的受杂波影响的体元的检测概率，与此同时，也可能会降低在无杂波区域中的误检概率，假设杂波水平在空间和时间上相对渐进地变化。
[0203] 附加地或选择性地，传递函数可应用于广义度量和/或归一化广义度量和/或在杂波抑制处理的不同阶段中的杂波抑制权重。在本领域中已知的任何传递函数都可以用于所设想的各种目的。应用于根据定义范围在0.0至1.0之间的归一化广义度量的传递函数应当优选地：(a)取得在0.0至1.0之间的值；以及(b)对于每一对值，其中第二个值比第一个值大，对于第二个值的传递函数的结果应该大于或等于对于第一个值的传递函数的结果。
[0204] 例如，在传递函数用于杂波抑制之前，其在等式(3)或/和等式(8)中应用于归一化的广义度量m。一些示例性传递函数如下所示：
[0205] (a)饱和线性函数，即，传递函数是线性的直到预定输入值，并且对于更大的输入值，输出值等于对于该预定输入值的输出值。
[0206] (b)对数函数。
[0207] (c)指数函数。
[0208] (d)S形函数。
[0209] 后处理
[0210] 在将复合函数的输出用于任何其他的运算之前，可对该输出进行空间和/或时间处理。该处理可以采用扫描数据数组的坐标系来实施，其中时间轴可通过组合在多帧中收集的扫描数据数组而形成，其中连续帧是彼此并列放置的。
[0211] 在一些实施方式中，空间和/或时间处理可以包括本领域已知的各种空间和/或时间滤波器。
[0212] 附加地或选择性地，对于进入扫描数据数组的每个可用记录和每个可用帧，如果满足一定的标准，可以把复合函数的输出替代成主接收波束的对应体元。选择性地，人们可以把复合函数的局部输出用在空间和/或时间上定义的复合函数输出的小的局部区域内的平均信号、加权平均信号或中值信号替代。
[0213] 例如，如果复合函数输出的局部信号幅度大于主接收波束的局部信号幅度，则复合函数的输出的局部值能被主接收波束中的对应体元的局部值所替代。可以考虑这种处理，因为杂波抑制处理理应减少杂波水平，而不会放大无杂波区域。例如，高信号幅度可以产生于诸如“除以零”的数值效果。
[0214] 另一种示例性后处理：
[0215] (a)在扫描数据数组里定义
块(“数据块”)，其在当前体元的中心或近似中心。基于扫描数据数组的维数(其可能含有空间轴且也可能含有时间轴)，所述块可以是1D、2D、3D或四维(4D)的。
[0216] (b)对于主接收波束的每一个和复合函数的输出，计算数据块内包含或不包含当前体元的平均幅度或加权平均幅度，然后将结果除以当前体元的幅度(可替代地，可以使用在扫描数据数组内的更小块的平均幅度)。
[0217] (c)如果在上一步的主接收波束的输出与复合函数的输出之间的比高于(或低于)预定常数，那么在复合函数输出中的当前体元的值应被在主接收波束里的对应体元的值所替代。可替代地，如果前述标准被满足，则复合函数输出中的当前体元的值能被复合函数输出的数据块(包括或不包括当前体元)里的平均信号、加权平均信号或中值信号代替。
[0218] 例如，这种后处理可被使用以便处理在复合函数输出内的小的暗区域，其在图像的明亮连续(或较大)区域中出现。
[0219] 使用多个主接收波束和/或多个辅助接收波束
[0220] 在一些实施方式中，多个主接收波束可并行被使用，如在MLA配置中。在这种情况下，可定义一个或多个辅助接收波束，其中每个辅助接收波束与一个或多个主接收波束一起使用。
[0221] 在这种情况下，一种可能的杂波抑制方法是计算至少一个如下的“复合处理函数”：
[0222] (a)复合模型PDF。
[0223] (b)广义度量或/和归一化的广义度量。
[0224] (c)杂波抑制权重。
[0225] (d)复合函数。
[0226] 对于进入扫描数据数组的每个可用记录和/或每个可用帧采用被分别使用的每对主接收波束以及与其相关的辅助接收波束(“主辅波束对”)。
[0227] 附加地或选择性地，人们可定义复合模型PDF(或者其他复合处理函数)，其常见的是多于一个主辅波束对，例如，对于多个主接收波束和一个公共辅助接收波束。在这种情况下，对于在对的组内的每个主辅波束对，可对数据进行转换，其对应于不同主辅波束对间的估计差(“主辅波束对数据转换)。例如：
[0228] (a)当使用简化自适应复合模型和/或自适应复合模型时，其中单个复合模型PDF(“通用复合模型PDF”)用于多个主辅波束对，在利用主辅波束对以产生复合模型PDF(“主辅波束对数据转换”)之前，人们可以对来自每个主辅波束对的数据进行定制转换。
[0229] (b)当计算广义度量和/或归一化的广义度量时，在将通用复合模型PDF用于广义度量和/或归一化的广义度量计算前，可以为了每个主辅波束对转换通用复合模型PDF。
[0230] 当添加信息到通用复合模型PDF时，可以使用对主辅波束对进行数据转换的实例中的一个或多个实例(当把通用复合模型PDF值用于广义度量和/或归一化的广义度量计算时，可使用类似但相反的转换)：
[0231] (a)在把基于给定的主辅波束对的信息添加到通用复合模型PDF之前，可添加常数到一个或多个信息分量中，其对应于被复合模型PDF引用的复合函数参数中的一个或几个。这种转换被称为复合模型PDF的平移。例如，如果两个或多于两个主接收波束和一个辅助接收波束被使用，其中主接收波束的波束方向图除了关于换能器阵列的相位中心的空间转动之外都是相同的，可预期的是对于两个或多于两个主辅波束对中的每对计算的复合模型PDF将是相似的，但在被复合模型PDF引用的复合函数参数的一个或多个发生了平移。
[0232] (b)在把基于已知主辅波束对的信息添加到通用复合模型PDF之前，线性或非线性转换可被用于一个或多个信息分量，其对应于被复合模型PDF引用的一个或多个复合函数参数。线性或非线性转换可分别用于一个或多个复合函数参数，但这种转换还可用于两个或多于两个结合的复合函数参数。例如，如果使用两个或多于两个主接收波束和一个辅助接收波束，其中所有主接收波束的主瓣的波束方向图指向相同方向，但是其波束宽度不同，则可预期的是对于两个或多于两个主辅接收波束对中的每一对计算的复合模型PDF将是相似的，但却随着由复合模型PDF所引用的复合函数参数的一个或多个而伸展/压缩。
[0233] 在其他实施方式中，多个辅助接收波束可与单个主接收波束或与多个主接收波束并行使用。可以利用以下技术中的一个或多个，诸如：
[0234] (a)一个或多个前述杂波抑制方案可分别适用于每个主辅波束对。随后，对于每个可用的小的空间体积和/或对于每个可用帧，对于一个或多个关联的主辅波束对(“多对组合函数”)，函数可以应用于杂波抑制输出。在本领域内已知的任何函数可被使用，例如，平均值函数、最大值函数、最小值函数、中值函数、预定百分位数函数、加权求和函数等等。对于诸如中值的序数算子(ordinal operator)，算子计算应基于根据它们的幅度而排序相关值。多对组合函数也可以考虑一个或多个广义度量和/或归一化的广义度量，如用于一个或多个主辅波束对所计算的，例如，可以计算加权和，其中较高权重被分配给其中信号被考虑为包括较低杂波水平的主辅波束对的值。
[0235] (b)对于每个可用的小的空间体积和/或可用帧，一个或多个前述杂波抑制方案可用于特定主辅波束对。杂波抑制输出之后可被看作新的(合成的)主或辅助接收波束，其与另一个辅助和/或主接收波束一起使用，作为上述一个或多个杂波抑制方案的输入。这个过程可以迭代重复若干次。
[0236] (c)对于每个可用的小的空间体积和/或对于每个可用帧，复合函数可被用于主接收波束和多个辅助接收波束，从而产生杂波抑制输出，其中复合函数使用一个或多个杂波抑制权重。例如，如果将等式(6)进行拓展从而与多个辅助接收波束联系起来，可得到：
[0237]
[0238] 可写出用于本文描述的任何其他杂波抑制方法的相似的等式。
[0239] 在等式(11)中的权重向量Wm或者在其他涉及多个辅助接收波束的杂波抑制等式中的相似系数，可利用本领域内已知的任何技术给估计出来。例如，可使用均方误差优化，即，对于等式(11)，每个可用的小的空间和/或时间区域的权重向量Wm可被设定以便最小化输出信号功率的期望值，即， 其中E是期望算子。
[0240] 另一个实例将对每个主辅波束对分别计算等式(11)中的权重向量Wm、或者在引用多个辅助接收波束的其他杂波抑制等式中的相似系数，而不用考虑其它的主辅波束对。这种方法可能有用，例如，当主接收波束与一个或多个辅助接收波束的主瓣指向同一空间方向，并且对于每对主辅接收波束对，主和辅助接收波束的波束宽度沿某一方向相同，而沿另一方向不同时，其中沿着在不同主辅波束对中具有不同宽度的波束方向可能垂直也可能不垂直。这种情况下，不同主辅波束对可能被用来抑制从不同空间角度产生的相对于主接收波束的主瓣的杂波。
[0241] (d)对于每个可用的小的空间体积和/或每个可用帧，复合函数可适用于主接收波束和多个辅助接收波束，从而形成杂波抑制的输出，其中复合函数是线性的，但是没有使
用例如在等式(3)中描述的杂波抑制权重。在这种情况下，广义度量和/或归一化的广义度量可能取决于复合函数参数，其涉及与一个或多个主接收波束关联的多于一个的辅助接收波束。例如，当使用与单个主接收波束关联的两个辅助接收波束时，可使用如下的复合函数参数：
[0242] (i)在主接收波束和第一辅助接收波束之间的局部相对幅度；
[0243] (ii)在主接收波束和第一辅助接收波束之间的局部相位差；
[0244] (iii)在主接收波束和第二辅助接收波束之间的局部相对幅度；
[0245] (iv)在主接收波束和第二辅助接收波束之间的局部相位差。
[0246] (e)对于每个可用的小的空间体积和/或每个可用帧，复合函数可适用于主接收波束和多个辅助接收波束，从而形成杂波抑制的输出，其中：
[0247] (i)复合函数使用一个或多个杂波抑制权重；以及
[0248] (ii)一个或多个广义度量和归一化的广义度量可能取决于复合函数参数，其涉及与一个或多个主接收波束关联的多于一个的辅助接收波束。
[0249] (f)对于每个可用的小的空间体积和/或每个可用帧，复合函数可适用于主接收波束和多个辅助接收波束，从而形成杂波抑制的输出，其中任何复合函数都可以使用。
[0250] 如上所述，一个或多个接收波束在不同主辅波束对的情况中，可既被用作主接收波束又被用作辅助接收波束。
[0251] 使用具有不同的相位中心的主接收波束和辅助接收波束
[0252] 在一些实施方式中，对于每个主接收波束，所有关联的辅助接收波束的相位中心与对应的主接收波束的相位中心相同。在另一些实施方式中，至少有一个主辅接收波束对的主接收波束和辅助接收波束有不同的相位中心(“非同心主辅波束对”)。
[0253] 这种配置的示例性应用是对除了旁瓣杂波效应之外的混响效应的抑制。对不同接收相位中心测量的混响副产物预期是不同的，使得复合函数可以既会抑制旁瓣杂波又会抑制混响。
[0254] 在非同心主辅波束对中，与辅助接收波束相关联的扫描数据数组相对于与对应的主接收波束相关联的扫描数据数组可平移和/或旋转。在某些实施方式中，空间配准可被用于在非同心主辅波束对中与主接收波束和辅助接收波束相关联的扫描数据数组之间(“主辅波束对配准”)。这种配准可被执行，用于整个成像循环(cine-loop)、分别用于每一帧，用于每一帧中进入扫描数据数组的每个记录或邻近记录的组、或用于在整个成像循环中的进入扫描数据数组的每个记录或邻近记录的组。空间配准可用本领域内的任何已知技术进行。在一些例子中，空间配准可能是僵化的(rigid)，要考虑全局平移和/或全局旋转。附加地或选择性地，空间配准可能是不僵化的(non-rigid)，也应考虑到因介质里的物理效应而引起的局部变形。在一些例子中，一些平移参数(诸如全局平移和全局旋转)可能直接源于已知且可控的主和辅助接收波束的中心线的相对几何关系。附加地或可选择地，一些平移参数可根据主辅接收波束中心线的相对几何关系来进行初始估计，然后根据各自得到的扫描数据数组进行微调。
[0255] 在非同心主辅波束对中，体元的中心和主接收波束的中心线之间的空间角(“主空间角”)通常与所述体元的中心和各个辅助接收波束的中心线之间的空间角(“辅空间角”)不同。而且，主空间角和辅空间角之间的差别对于不同体元可能是不同的。因此，如对于沿主接收波束的中心线的反射器所计算的，局部相对幅度和/或主和辅助接收波束的局部相位差可能会根据范围而改变(“参数范围可变性”)。在某些实施方式中，可对复合函数进行调整以处理这种参数范围可变性。例如，可利用如上述的主辅波束对数据转换，其中对一些体元的转换可从每个体元或体元组的主空间角和辅空间角得到，其中主空间角和辅空间角可基于体元中心相对于主接收波束和辅助接收波束的相位中心的几何位置而进行计算，和/或如果适用的话根据主辅波束对配准过程的输出计算得到。
[0256] 基于杂波解相关时间和
时空分析的杂波抑制
[0257] 如上引用的，美国专利8,045,777描述了杂波抑制方法，其基于计算在主接收波束中以及在一个或多个辅助接收波束中的信号的线性组合，其中线性组合的相关系数(“时间杂波抑制权重”)被计算，从而抑制由于杂
波导致的反射，其中反射被确定为在确定的解相关时间高于指定阈值时与杂波相关联(“时间杂波抑制处理”)。当单个辅助接收波束与每个主接收波束关联时，可用以下的等式：
[0258]
[0259] 其中，对于进入扫描数据数组的每个可用记录 和/或每个可用帧n的复权重Wt计算如下：
[0260]
[0261] 其中Ft是时间低通滤波器，应用于进入扫描数据数组的每个可用记录和/或每个可用帧。
[0262] 这种技术可利用同样取决于时间杂波抑制权重的复合函数来与其杂波抑制技术结合起来。例如，除了一个或多个时间杂波抑制权重以外，一种或多种广义度量和归一化的广义度量可被使用，如可参考以下示例性等式：
[0263]
[0264] 其中m是归一化的广义度量，用来基于估计的局部杂波贡献来调整每个体元里的时间杂波抑制处理的效果。
