專利名稱：3-d超聲成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一方面涉及能夠執(zhí)行三維(3-D)超聲掃描以產(chǎn)生體積數(shù)據(jù)的超聲成像系統(tǒng)。該超聲成像系統(tǒng)例如可有助于胎兒檢查，尤其是胎兒心臟結(jié)構(gòu)異常的檢測(cè)。本發(fā)明的其他方面涉及超聲成像方法，以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
3-D超聲掃描典型地包括發(fā)射超聲波，該超聲波可以說照射身體內(nèi)可指定為目標(biāo)體積的特定體積。這例如可以通過以多個(gè)不同角度發(fā)射超聲波來實(shí)現(xiàn)。通過接收和處理反射波來獲得體積數(shù)據(jù)。該體積數(shù)據(jù)是身體內(nèi)該目標(biāo)體積的代表。該體積數(shù)據(jù)可以以提供三維表示的方式被顯示在顯示設(shè)備上，以給出寬度、高度和深度的效果。在產(chǎn)科應(yīng)用中，可能獲得胎兒的照片式或者膠片式圖像，其具有描繪面部、肢體和身體特征的表面細(xì)節(jié)。這允許準(zhǔn)父母?jìng)兛吹讲⒁庾R(shí)到醫(yī)師們所看到的。從診斷的考慮角度來看，3-D超聲掃描在產(chǎn)科應(yīng)用中是尤其有用的。例如，體積數(shù)據(jù)可以完全地捕獲胎兒的心臟。從該體積數(shù)據(jù)可以獲得任意切片并將該切片在顯示設(shè)備上可視化。因而切片可以提供很難手動(dòng)獲得或者完全不可能獲得的胎兒心臟中任意方向的二維O-D)視圖。此外，3-D超聲掃描允許與2-D超聲掃描相比更少的操作者依賴性視圖，其中在2-D超聲掃描中獲得所謂的標(biāo)準(zhǔn)視圖要求高度的技巧?？梢源鎯?chǔ)該體積數(shù)據(jù)以使得醫(yī)師在患者的3-D超聲掃描并且患者離開之后可獲得標(biāo)準(zhǔn)視圖。在胎兒心臟檢查中，標(biāo)準(zhǔn)視圖允許檢測(cè)結(jié)構(gòu)異常，通常是先天性心臟缺陷(CHD)。典型的標(biāo)準(zhǔn)視圖是所謂的四腔室視圖，以及評(píng)估左心室和右心室的流出管道的視圖。然而，發(fā)現(xiàn)這種允許可靠診斷的標(biāo)準(zhǔn)視圖仍然要求相對(duì)高的技巧水平。此外，這一過程相對(duì)地是易出錯(cuò)并且很費(fèi)時(shí)間的。以號(hào)碼US 2005/0004465-A1公布的美國專利申請(qǐng)描述了一種在醫(yī)學(xué)成像環(huán)境中使用的方法。在該方法中，針對(duì)特定的身體器官獲得參考平面，該參考平面可以用作基線以從其獲得其他感興趣的平面。該參考平面可以是在2-D超聲波檢查中相對(duì)容易獲得的標(biāo)準(zhǔn)代表性平面，例如胎兒心臟的四腔室視圖平面。然后3-D超聲成像設(shè)備可以用于從參考平面的水平開始或者相對(duì)于該參考平面獲取組織的體積。針對(duì)各種胎兒、新生兒和成人器官提供標(biāo)準(zhǔn)化平面相對(duì)于參考平面的空間數(shù)學(xué)關(guān)系。由通用計(jì)算機(jī)和/或標(biāo)準(zhǔn)超聲波檢查裝備利用的軟件和/或硬件然后可利用一個(gè)或多個(gè)該數(shù)學(xué)關(guān)系來顯示一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化平

發(fā)明內(nèi)容
需要一種改進(jìn)的超聲成像系統(tǒng)，其允許對(duì)體積數(shù)據(jù)更快和更可靠的分析。為了更好的解決這一需要，已經(jīng)考慮了以下觀點(diǎn)。在前述患者應(yīng)用中描述的方法受到幾種限制。該方法依賴于操作者的能力來獲得尤其在其幾何位置方面足夠好的參考視圖。在參考視圖是不準(zhǔn)確的情況下，基于空間數(shù)學(xué)關(guān)系而獲得的視圖也將是不準(zhǔn)確的，并因而背離允許可靠診斷的標(biāo)準(zhǔn)視圖。此外，獲得足夠好的參考視圖可能是很費(fèi)時(shí)間的，尤其對(duì)
4于經(jīng)驗(yàn)不足的操作者。此外，該方法要求手動(dòng)操縱，例如用戶單擊、平移或者旋轉(zhuǎn)以便獲得所需的標(biāo)準(zhǔn)視圖。這些操縱也遭受可能的錯(cuò)誤并且也可能是費(fèi)時(shí)的。在前述患者應(yīng)用中描述的方法包括空間數(shù)學(xué)關(guān)系，該空間數(shù)學(xué)關(guān)系基于先驗(yàn)知識(shí)并應(yīng)用于常態(tài)平均器官(例如，常態(tài)平均的胎兒心臟)。然而，在所關(guān)心的器官的幾何性質(zhì)方面，甚至在常態(tài)的情形下也具有顯著的可變性。在胎兒檢查的情況下，即使針對(duì)胎齡作出了調(diào)整，也仍然會(huì)有顯著的可變性。通過呈現(xiàn)操作者可從中選擇標(biāo)準(zhǔn)視圖的多個(gè)候選視圖， 可以應(yīng)對(duì)這一可變性。然而這對(duì)于操作者是容易混淆的，并且因此可導(dǎo)致錯(cuò)誤。此外，這種方法的效率相當(dāng)?shù)?。根?jù)本發(fā)明的一方面，一種超聲成像系統(tǒng)包括超聲掃描組件，該組件提供由身體三維掃描得到的體積數(shù)據(jù)。更明確地，該超聲成像系統(tǒng)還包括搜索體積數(shù)據(jù)和解剖實(shí)體的幾何模型之間的最佳匹配的特征提取器。該幾何模型包括代表相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)區(qū)段。 因此，特征提取器提供體積數(shù)據(jù)的解剖相關(guān)描述，該解剖相關(guān)描述識(shí)別體積數(shù)據(jù)中相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)幾何位置。解剖相關(guān)描述可以在處理步驟中被有利地使用，所述處理步驟出于分析體積數(shù)據(jù)并建立診斷的目的而應(yīng)用于體積數(shù)據(jù)。解剖相關(guān)描述可以說引導(dǎo)這種處理步驟。識(shí)別解剖特征不再是基本依賴于操作者能力并要求相對(duì)復(fù)雜技巧的處理。從體積數(shù)據(jù)獲得的標(biāo)準(zhǔn)視圖將更少地依賴于操作者，并且可以對(duì)操作者方要求更少的技巧而獲得，并允許更可靠的診斷。例如，在產(chǎn)科應(yīng)用中，這將典型地導(dǎo)致檢測(cè)到胎兒心臟中結(jié)構(gòu)異常的更高可能性。這種異常仍然未被檢測(cè)到的風(fēng)險(xiǎn)將更低。此外，解剖相關(guān)描述允許加速操縱和分析該體積數(shù)據(jù)的過程。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式有利地包括以下一個(gè)或多個(gè)附加特征，其在與單獨(dú)從屬權(quán)利要求對(duì)應(yīng)的分開段落中描述。超聲成像系統(tǒng)優(yōu)選包括用于基于體積數(shù)據(jù)的解剖相關(guān)描述從體積數(shù)據(jù)生成切片的切片發(fā)生器。特征提取器優(yōu)選在體積數(shù)據(jù)和幾何模型之間可以找到的最小匹配誤差超過給定閾值的情況下提供匹配失敗指示。超聲成像系統(tǒng)優(yōu)選包括允許操作者定義極小化準(zhǔn)則的用戶界面，該極小化準(zhǔn)則用于找到體積數(shù)據(jù)和幾何模型之間的最佳匹配。特征提取器優(yōu)選獲得用作找到體積數(shù)據(jù)和幾何模型之間的最佳匹配的開始點(diǎn)的參考切片。超聲成像系統(tǒng)優(yōu)選包括處理器，該處理器從解剖相關(guān)描述生成區(qū)段相關(guān)圖形信息，并將該區(qū)段相關(guān)圖形信息覆蓋于已經(jīng)從體積數(shù)據(jù)生成的切片上。處理器，其可以是前述的處理器，優(yōu)選基于解剖相關(guān)描述來確定切片的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。這種旋轉(zhuǎn)軸可以與該切片相關(guān)聯(lián)顯示。處理器，其可以是前述的處理器，優(yōu)選基于解剖相關(guān)描述來生成切片的注釋。這些注釋可以與該切片相關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。特征提取器優(yōu)選在找到體積數(shù)據(jù)和幾何模型之間的最佳匹配中向該幾何模型應(yīng)用變形。特征提取器優(yōu)選獲得在找到體積數(shù)據(jù)和幾何模型之間的最佳匹配中能夠應(yīng)用于該幾何模型的最大變形度。超聲掃描組件優(yōu)選提供生物周期之內(nèi)體積數(shù)據(jù)所屬于的時(shí)間位置的指示。特征提取器然后可以根據(jù)該時(shí)間位置的指示應(yīng)用該幾何模型。參考附圖的詳細(xì)描述說明了在上文中概述的本發(fā)明以及附加特征。


圖1是圖示了超聲成像系統(tǒng)的方框圖；圖2A和2B是圖示了超聲成像系統(tǒng)可以執(zhí)行的一系列步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1圖示了能夠執(zhí)行3-D超聲掃描的超聲成像系統(tǒng)UIS。該超聲成像系統(tǒng)UIS包括組成超聲成像采集-和-處理路徑的各種功能性實(shí)體探頭PRB、超聲掃描組件USC、特征提取器FEX、切片發(fā)生器SLG、以及顯示處理器DPR。探頭PRB例如可包括二維陣列壓電換能器。超聲掃描組件USC可包括超聲發(fā)射器和超聲接收器，其可每個(gè)都包含波束形成模塊。 超聲掃描組件USC可還包括一個(gè)或多個(gè)濾波器模塊、所謂的B模式處理模塊、以及多普勒模式處理模塊。特征提取器FEX可借助于例如已經(jīng)載入可編程處理器的一組指令來實(shí)現(xiàn)。在這種基于軟件的實(shí)現(xiàn)方式中，該組指令定義了特征提取器FEX執(zhí)行的操作，其將在下文中描述。 這同樣適用于其他功能性實(shí)體，例如切片發(fā)生器SLG、顯示處理器DPR、以及功能上屬于超聲掃描組件USC的一個(gè)或者多個(gè)模塊。這些中的每一個(gè)也可借助于已經(jīng)載入可編程處理器的一組指令、軟件模塊來實(shí)現(xiàn)。超聲成像系統(tǒng)UIS還包括存儲(chǔ)器MEM，其內(nèi)存儲(chǔ)著胎兒心臟的幾何模型GM。存儲(chǔ)器MEM例如可是硬盤或者固態(tài)存儲(chǔ)器的形式。存儲(chǔ)器MEM可包括其他數(shù)據(jù)，例如實(shí)現(xiàn)特征提取器FEX以及其他程序模塊的前述指令組。特征提取器FEX可利用幾何模型GM，如下文中將描述的。超聲成像系統(tǒng)UIS還包括顯示設(shè)備DPL、控制器CTRL、以及用戶界面UIF。控制器 CTRL例如可是適當(dāng)編程的處理器。用戶界面UIF可包括物理元件，例如各種字母數(shù)字鍵、 旋鈕、以及鼠標(biāo)或者軌跡球。然而，用戶界面UIF也可包括控制器CTRL所執(zhí)行的軟件部件。 例如，軟件部件可令顯示設(shè)備DPL顯示菜單，操作者可通過按下特定的鍵或者通過移動(dòng)光標(biāo)到所顯示的項(xiàng)目來從該菜單選擇一項(xiàng)目。超聲成像系統(tǒng)UIS主要如下操作。假設(shè)探頭PRB與懷有胎兒的孕婦的身體BDY接觸。超聲掃描組件USC將一組發(fā)射信號(hào)TX應(yīng)用于探頭PRB。這令探頭PRB向身體BDY發(fā)射可以說照射包括胎兒心臟的目標(biāo)體積的超聲波。為此，探頭PRB例如可以多個(gè)不同角度發(fā)射超聲波?？蛇x地，該組發(fā)射信號(hào)TX可令探頭PRB發(fā)射可被指定為“厚”束的相對(duì)寬的波
束ο探頭PRB接收在身體BDY之內(nèi)的目標(biāo)體積中發(fā)生的超聲波反射。響應(yīng)于這些接收的反射，探頭PRB提供了一組接收信號(hào)RX。超聲掃描組件USC處理該組接收信號(hào)RX以獲得體積數(shù)據(jù)VD。該體積數(shù)據(jù)VD例如可是所謂的B模式3-D圖像的形式，或者是可包括代表運(yùn)動(dòng)速度的彩色信息的基于3-D多普勒的圖像的形式。體積數(shù)據(jù)VD典型地包括所謂的體素，該體素是與構(gòu)成2-D圖像的基本單元的像素類似的基本單元。特征提取器FEX提供體積數(shù)據(jù)VD的解剖相關(guān)描述ARD。為此，特征提取器FEX使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器MEM中的胎兒心臟幾何模型GM。從某種意義上說，特征提取器FEX試著找到幾何模型GM和體積數(shù)據(jù)VD之間的最佳匹配。這將在下文中將更加詳細(xì)的描述。一旦已經(jīng)找到了最佳匹配，特征提取器FEX可以基于幾何模型GM在體積數(shù)據(jù)VD中定義各種區(qū)段。這些各種區(qū)段與胎兒心臟的相應(yīng)解剖特征對(duì)應(yīng)，并搜索例如心室、主血管(胸主動(dòng)脈、 胸弓、肺動(dòng)脈、腔靜脈……)、隔膜、大瓣膜。解剖相關(guān)描述ARD在體積數(shù)據(jù)VD中識(shí)別這些區(qū)段。切片發(fā)生器SLG從體積數(shù)據(jù)VD生成切片SX。解剖相關(guān)描述ARD確定切片SX從體積數(shù)據(jù)VD的哪里生成以及如何生成。解剖相關(guān)描述ARD可以說引導(dǎo)切片發(fā)生器SLG生成切片SX從而使這些與胎兒心臟的標(biāo)準(zhǔn)視圖組基本對(duì)應(yīng)。這些二維的標(biāo)準(zhǔn)視圖可包括所謂的4腔室視圖，以及評(píng)估左心室和右心室的流出管道的視圖。這些標(biāo)準(zhǔn)視圖便于體積數(shù)據(jù)VD的診斷分析并改善了其可靠性。前述的標(biāo)準(zhǔn)視圖可展現(xiàn)先天性心臟缺陷。除了標(biāo)準(zhǔn)視圖之外的其他視圖，例如導(dǎo)管弓視圖、5腔室視圖、3血管視圖等，也可通過該切片發(fā)生器 SLG生成。顯示處理器Dra生成顯示圖像DIS，該顯示圖像DIS典型地包括切片發(fā)生器SLG已經(jīng)從體積數(shù)據(jù)VD生成的切片SX的可視化表示。每個(gè)切片可例如借助于在顯示圖像DIS中的單獨(dú)子圖像SI進(jìn)行可視化。代表相應(yīng)切片SX的相應(yīng)子圖像可以矩陣的形式并排顯示， 如圖1中所圖示，或者以操作者期望的任意其他形式顯示。顯示圖像DIS也可包括切片的全屏可視化表示。切片的可視化表示可還包括指示胎兒心臟解剖特征的各種注釋。這種注釋可自動(dòng)產(chǎn)生，如在下文中將更加詳細(xì)描述的。顯示圖像DIS可還包括例如與切片SX的位置、取向以及間隔相關(guān)的附加信息Al。 顯示圖像DIS可還包括體積數(shù)據(jù)VD的可視化表示，該表示可構(gòu)成附加的子圖像。如在上文中指出地，這一可視化表示可包括在當(dāng)前可視化的，或者需要可視化的體積數(shù)據(jù)VD之內(nèi)分別指示切片SX的實(shí)際或者期望位置和取向的附加元件。超聲成像系統(tǒng)UIS可以在幾個(gè)連續(xù)時(shí)刻中采集體積數(shù)據(jù)VD。這提供了時(shí)間維度， 從而允許切片SX如視頻一樣顯示在顯示設(shè)備DPL上，而不是如靜止圖片一樣。因此，可以捕獲并可視化胎兒心臟的心動(dòng)周期。在特定時(shí)刻采集的體積數(shù)據(jù)VD代表在心動(dòng)周期的特定時(shí)間位置，例如舒張期或者收縮期的胎兒心臟。超聲掃描組件USC，或者超聲成像系統(tǒng)UIS 的另一功能性實(shí)體優(yōu)選布置成為體積數(shù)據(jù)VD提供心動(dòng)周期中的時(shí)間位置的指示。圖2A和2B圖示了超聲成像系統(tǒng)UIS可以執(zhí)行以便提供解剖相關(guān)描述ARD的一系列步驟S1-S15。如在上文中所提及地，特征提取器FEX、以及其他功能性實(shí)體可借助于可編程處理器來實(shí)現(xiàn)。因此圖2A和2B可被視為軟件程序的流程圖表示，也就是，使得可編程處理器能夠執(zhí)行參考圖2在下文中描述的各種操作的一組指令。在步驟Sl (RCV_VD)中，特征提取器FEX接收超聲掃描組件USC在3-D超聲掃描之后提供的體積數(shù)據(jù)VD。如在上文中所提及地，體積數(shù)據(jù)VD可是包括體素的3-D圖像形式， 該體素是與構(gòu)成2-D圖像的基本單元的像素類似的基本單元。體積數(shù)據(jù)VD可包括B模式信息，或者與運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)的多普勒信息，或者這些信息類型的組合，以及借助于3-D超聲掃描獲得的其他信息。
在步驟S2 (FTCH_GM)中，特征提取器FEX取來在如圖1所圖示的存儲(chǔ)器MEM中存儲(chǔ)的胎兒心臟的幾何模型GM。該幾何模型GM可視為是包括各種區(qū)段的三維結(jié)構(gòu)。區(qū)段代表具有特定形狀和尺寸的特定解剖特征，以及相對(duì)于其他區(qū)段的特定幾何位置。該幾何模型GM可以為數(shù)據(jù)元素組的形式，每個(gè)與特定解剖特征相關(guān)并定義該特征的幾何性質(zhì)。為此，數(shù)據(jù)元素可以包括各種域，例如識(shí)別該數(shù)據(jù)元素所相關(guān)的解剖特征的域，以及借助于例如三維笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)中的一組坐標(biāo)來定義解剖特征的幾何輪廓的一系列域。幾何模型GM優(yōu)選包括時(shí)間維度。也就是說，幾何模型GM優(yōu)選定義了基于區(qū)段的一系列三維結(jié)構(gòu)，每個(gè)該三維結(jié)構(gòu)屬于心動(dòng)周期的特定時(shí)間位置，例如收縮期或者舒張期。 與特定解剖特征相關(guān)的數(shù)據(jù)元素因而可針對(duì)心動(dòng)周期中的幾個(gè)不同時(shí)間位置定義那一特征的幾何性質(zhì)。為此，數(shù)據(jù)元素可以包括一個(gè)或多個(gè)域，該域根據(jù)心動(dòng)周期中的時(shí)間位置定義所關(guān)心解剖特征的幾何性質(zhì)的變化。在步驟S3 (ADPT_GM = > GMe)中，特征提取器FEX可調(diào)整幾何模型GM以獲得將用于生成解剖相關(guān)描述ARD的有效幾何模型GMe。為此，特征提取器FEX，或者控制器CTRL可以令顯示設(shè)備DPL顯示消息來邀請(qǐng)操作者指定與胎兒相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，例如胎齡。 操作者可以借助于用戶界面UIF來指定這種參數(shù)。特征提取器FEX然后可以將操作者已經(jīng)指定的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)與應(yīng)用于幾何模型GM的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較。如果需要的話，特征提取器FEX然后可調(diào)整該幾何模型GM。例如，胎兒的胎齡可能與應(yīng)用于該幾何模型GM的胎齡顯著不同。特征提取器FEX然后將相應(yīng)地調(diào)整該幾何模型GM。在幾何模型GM包括時(shí)間維度的情況下，特征提取器FEX使用在上文中提及的心動(dòng)周期中時(shí)間位置的指示來獲得有效的幾何模型GMe。因此，將對(duì)有效幾何模型GMe進(jìn)行調(diào)整從而使其最佳地表示在所關(guān)心的心動(dòng)周期時(shí)間位置中的胎兒心臟。這有助于將有效幾何模型GMe與感興趣的體積數(shù)據(jù)VD匹配的過程。將在下文中更加詳細(xì)描述的這一匹配過程有更大的可能性將是成功的。此外，可以獲得來自這一匹配過程的更加準(zhǔn)確的結(jié)果，通過下文中描述將顯而易見的是該結(jié)果最終有助于可靠的診斷。 在步驟S4 (RCV_MNC)中，特征提取器FEX獲得將被應(yīng)用于生成解剖相關(guān)描述ARD 的極小化準(zhǔn)則。該極小化準(zhǔn)則定義了找出有效幾何模型GMe和體積數(shù)據(jù)VD之間的最佳匹配的過程。極小化準(zhǔn)則例如可以包括共有信息的最大化。該極小化準(zhǔn)則可是預(yù)定義的。那樣的話，特征提取器FEX可從存儲(chǔ)器MEM取來該極小化準(zhǔn)則，或者極小化準(zhǔn)則可以說內(nèi)置于實(shí)現(xiàn)特征提取器FEX的指令組中?？蛇x地，極小化準(zhǔn)則可以是操作者定義的。那樣的話，特征提取器FEX，或者控制器CTRL可以令顯示設(shè)備DPL顯示消息來邀請(qǐng)操作者指定該極小化準(zhǔn)則。該消息例如可以是各種不同極小化準(zhǔn)則的菜單形式，操作者可以借助于用戶界面UIF 從該菜單中選擇一個(gè)。 在步驟S5 (RCV_RVff)中，特征提取器FEX接收體積數(shù)據(jù)VD之內(nèi)的參考切片的幾何定義，其與標(biāo)準(zhǔn)視圖對(duì)應(yīng)。該參考切片，或者更確切地說，其幾何定義，可用作找出有效幾何模型GMe和體積數(shù)據(jù)VD之間的最佳匹配的過程的開始點(diǎn)。定義這種開始點(diǎn)可以加速該過程或者使得其更加可靠，或者兩者都實(shí)現(xiàn)。該參考切片例如可以是前述的胎兒心臟4腔室視圖。操作者可以徹底掃描體積數(shù)據(jù)VD以便獲得可用作參考的適當(dāng)4腔室視圖。那樣的話， 操作者提供參考切片的定義。然而，這要求相對(duì)高的技巧水平。在更優(yōu)選的方法中，特征提取器FEX可以自動(dòng)搜索并識(shí)別提供感興趣標(biāo)準(zhǔn)視圖的切片。
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在步驟S6 (MTCH—GMe^ VD)中，特征提取器FEX試著根據(jù)所應(yīng)用的極小化準(zhǔn)則來將有效幾何模型GMe和體積數(shù)據(jù)VD進(jìn)行匹配。為此，特征提取器FEX可對(duì)幾何模型 GM或者體積數(shù)據(jù)VD或者兩者都應(yīng)用各種幾何操縱。這些幾何操縱例如可包括平移、旋轉(zhuǎn)和縮放。特征提取器FEX可進(jìn)一步以平滑的方式將有效幾何模型GMe變形，以便將因而獲得的平滑變形幾何模型與體積數(shù)據(jù)VD對(duì)準(zhǔn)。存在可以被應(yīng)用于那一效果的典型最大變形度。 該最大變形度可被預(yù)定義或者由操作者指定。在后一種情況下，最大變形度可包含于在上文中提及的極小化準(zhǔn)則中。實(shí)際上，在上文中描述的步驟S1-S6可以被視為是形狀識(shí)別過程，其應(yīng)用于體積數(shù)據(jù)VD并基于胎兒心臟的幾何模型GM。這一形狀識(shí)別過程提取胎兒心臟的主要解剖部分， 例如，心腔、主血管(胸主動(dòng)脈、胸弓、肺動(dòng)脈、腔靜脈……)、隔膜、大瓣膜。另外說明，分割體積數(shù)據(jù)VD，由此相應(yīng)區(qū)段與相應(yīng)解剖特征對(duì)應(yīng)。超聲掃描組件通過多普勒模式處理可以提供的流動(dòng)信息可輔助這一分割。這尤其應(yīng)用于胎兒心臟的腔室和主血管。這些解剖特征在流動(dòng)信息(其可為彩色的形式)的幫助下可更加容易地被識(shí)別。在步驟S7 (MTCH = OK ？)中，特征提取器FEX確定是否已經(jīng)在步驟S6中獲得有效幾何模型GMe和體積數(shù)據(jù)VD之間足夠好的匹配。特征提取器FEX可基于從步驟S6得到的匹配誤差來做出這一確定。在體積數(shù)據(jù)VD和幾何模型GM之間可以找到的最小匹配誤差超出給定閾值的情況下，特征提取器FEX確定沒有獲得足夠好的匹配。該最小匹配誤差可取決于允許幾何模型GM和體積數(shù)據(jù)VD對(duì)準(zhǔn)的最大變形度。在已經(jīng)獲得足夠好匹配的情況下，特征提取器FEX隨后執(zhí)行在下文中將描述的步驟S9。在相反的情況下，特征提取器FEX 隨后執(zhí)行步驟S8。在步驟S8 (MFI)中，特征提取器FEX提供匹配失敗指示以信號(hào)告知在幾何模型GM 和體積數(shù)據(jù)VD之間沒有找到足夠好的匹配。特征提取器FEX可將這一指示應(yīng)用于控制器 CTRL。作為響應(yīng)，控制器CTRL可令顯示設(shè)備DPL顯示警告消息以通知操作者匹配過程已經(jīng)失敗。該警告消息可以進(jìn)一步指示這一失敗的可能原因。體積數(shù)據(jù)VD可是質(zhì)量欠佳的。另一原因在于胎兒心臟具有嚴(yán)重缺陷。一旦已經(jīng)顯示了警告消息，控制器CTRL可以允許手動(dòng)操縱。因此，操作者可以手動(dòng)方式檢查體積數(shù)據(jù)VD。例如，操作者可以定義切片SX將從體積數(shù)據(jù)VD的哪些幾何位置生成。該警告消息可以通過指示匹配特別困難的位置(就在這一位置處的匹配誤差特別重要的意義上來說)來幫助操作者。這一信息本身對(duì)于操作者是有診斷價(jià)值的。在當(dāng)已經(jīng)獲得足夠好匹配時(shí)執(zhí)行的步驟S9 (ARD)中，特征提取器FEX提供體積數(shù)據(jù)VD的解剖相關(guān)描述ARD。如在上文中所提及地，解剖相關(guān)描述ARD在體積數(shù)據(jù)VD中識(shí)別出與胎兒心臟的相應(yīng)解剖特征，例如心腔、主血管、隔膜和大瓣膜對(duì)應(yīng)的相應(yīng)區(qū)段?？山柚诎ㄌ卣髯R(shí)別域和一個(gè)或多個(gè)幾何坐標(biāo)域的一組域來識(shí)別區(qū)段。在這一例子中，特征識(shí)別域指定所關(guān)心的解剖特征，并且一個(gè)或多個(gè)幾何坐標(biāo)域指定體積數(shù)據(jù)VD之內(nèi)代表所關(guān)心解剖特征的區(qū)域。在步驟SlO (GEN_SX)中，切片發(fā)生器SLG基于特征提取器FEX提供的解剖相關(guān)描述ARD來從體積數(shù)據(jù)VD生成一組切片SX。為此，切片發(fā)生器SLG可以包括從解剖相關(guān)描述 ARD計(jì)算相應(yīng)切片位置以便獲得一組所謂的標(biāo)準(zhǔn)視圖的預(yù)定義算法?？蓪⒈粰z查的胎兒心臟的標(biāo)準(zhǔn)視圖與作為參考的，或者作為針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)視圖的參考模型的另一胎兒心臟的標(biāo)準(zhǔn)視圖相比較。因此標(biāo)準(zhǔn)視圖允許相對(duì)快而可靠的診斷。在傳統(tǒng)的超聲系統(tǒng)中，只能以基本手動(dòng)的方式獲得標(biāo)準(zhǔn)視圖，該手動(dòng)方式包含操作者需要執(zhí)行的大量操縱。這要求相對(duì)高的技能水平和經(jīng)驗(yàn)，并且盡管如此，這一過程是易出錯(cuò)并且相對(duì)很費(fèi)時(shí)間的。在根據(jù)本發(fā)明的超聲系統(tǒng)中，例如參考附圖所描述的超聲系統(tǒng)，特征提取器FEX允許操作者更加快速和更加可靠地得到標(biāo)準(zhǔn)視圖。在步驟S11(GEN_SGI)中，控制器CTRL，或者特征提取器FEX可生成可以覆蓋在切片上的區(qū)段相關(guān)圖形信息。該區(qū)段相關(guān)圖形信息可以指示相應(yīng)解剖特征和它們?cè)谇衅械南鄳?yīng)位置。例如，可指示IV隔膜和AV瓣膜的輪廓、腔室、主動(dòng)脈弓、導(dǎo)管弓、或者心十字 (crux)位置。區(qū)段相關(guān)圖形信息可以從解剖相關(guān)描述ARD中生成。區(qū)段相關(guān)圖形信息可包括各種顏色，每個(gè)顏色指示特定的解剖特征。覆蓋的區(qū)段相關(guān)圖形信息構(gòu)成了允許操作者驗(yàn)證或者校正已經(jīng)生成的切片SX的工具。用戶可察覺到切片是否具有足夠的質(zhì)量，尤其在定位方面。在這一方面中，應(yīng)該注意的是可能歸因于下列各項(xiàng)導(dǎo)致解剖相關(guān)描述ARD會(huì)是不精確的。一方面，在上文中描述的匹配過程的魯棒性(例如，在對(duì)噪聲、缺失數(shù)據(jù)、以及解剖變化免疫力的方面)，以及另一方面，解剖特征被識(shí)別的精確度和它們的幾何性質(zhì)之間具有一折衷。感興趣的解剖特征在體素變化方面可以是細(xì)微的，并且相對(duì)于中間(broker)分辨率可以是很小的。例如，流出管道邊界和小瓣膜在體積數(shù)據(jù)VD中趨向于微弱地顯示。在步驟S12 (DET_RAX)中，控制器CTRL，或者特征提取器FEX可以基于解剖相關(guān)描述ARD為特定切片確定一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。該一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸典型地與已經(jīng)在匹配過程中被識(shí)別的解剖特征相關(guān)。例如，旋轉(zhuǎn)軸可以與左心室的長軸、或者升主動(dòng)脈、或者任意血管的筆直部分對(duì)應(yīng)。這種自動(dòng)確定的旋轉(zhuǎn)軸可以幫助操作者調(diào)整所關(guān)心的切片。在這一方面中，值得注意的是可被視為“飛穿過”體積數(shù)據(jù)VD的平移切片是相對(duì)直觀的。旋轉(zhuǎn)更加復(fù)雜，因?yàn)樗笤O(shè)置旋轉(zhuǎn)軸和圍繞這一軸的旋轉(zhuǎn)角度。為了手動(dòng)實(shí)現(xiàn)給定的旋轉(zhuǎn)，操作者必須組成一系列圍繞沿著各種主軸X、Y和Z以及相對(duì)于中心的旋轉(zhuǎn)?？刂破鰿TRL，或者特征提取器FEX可以進(jìn)一步使用解剖相關(guān)描述ARD以用于與切片生成或者調(diào)整相關(guān)的其他操作。例如，可以基于解剖相關(guān)描述ARD來確定血管的中心線。 可以生成切片以使得該切片垂直于所關(guān)心的血管中心線。更為重要的是，沿著該中心線可以產(chǎn)生一系列等距間隔的切片SX，由此每個(gè)切片垂直于該血管的中心線。因此，可以以自動(dòng)方式提供感興趣區(qū)域的多切片視圖。在步驟S13 (DPL_SX&SGI&RAX)中，顯示處理器生成包括一個(gè)或多個(gè)切片SX的顯示圖像DIS。在顯示圖像DIS中，切片被覆蓋著如上文中關(guān)于步驟Sll描述的已經(jīng)生成的區(qū)段相關(guān)圖形信息。該顯示圖像DIS可以進(jìn)一步可視化如上文中關(guān)于步驟S12和S13描述的已經(jīng)自動(dòng)確定的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)或多個(gè)中心線。這可以進(jìn)一步幫助操作者評(píng)估和操縱從體積數(shù)據(jù)VD生成的切片SX。在步驟S14(ADJ )中，控制器CTRL檢測(cè)操作者是否已經(jīng)針對(duì)特定的切片定義了調(diào)整。該調(diào)整例如可以為旋轉(zhuǎn)形式，其包括如上文中描述的已經(jīng)自動(dòng)確定的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。該調(diào)整例如也可以為平移形式，其沿著如上文中描述的已經(jīng)自動(dòng)確定的中心線。雖然已經(jīng)前述，但是該調(diào)整可以完全是操作者定義(就解剖相關(guān)描述ARD不在定義該調(diào)整中發(fā)揮任何特殊作用的意義上說)。在控制器CTRL沒有針對(duì)任何切片定義調(diào)整的情況下，隨
10后執(zhí)行步驟S16，其將在下文中描述。在控制器CTRL檢測(cè)到操作者已經(jīng)針對(duì)特定切片定義調(diào)整的情況下，控制器CTRL隨后執(zhí)行步驟S15。在步驟S15 (SXP)中，控制器CTRL基于操作者已經(jīng)定義的調(diào)整來生成一組切片提取參數(shù)?？刂破鰿TRL將這一組切片提取參數(shù)應(yīng)用于切片發(fā)生器SLG。這可以被視為返回至步驟S9。切片發(fā)生器SLG從體積數(shù)據(jù)VD生成切片，其是在步驟S13中所顯示切片的調(diào)整版本。區(qū)段相關(guān)信息可以覆蓋在這一經(jīng)調(diào)整的切片上，這對(duì)應(yīng)于步驟。經(jīng)調(diào)整的切片包含于顯示圖像DIS中，這與步驟S13對(duì)應(yīng)。在步驟S16 (SX = SVW )中，控制器CTRL檢測(cè)操作者是否已經(jīng)指定一切片作為標(biāo)準(zhǔn)視圖，該視圖例如出于報(bào)告的目的而將被存儲(chǔ)。在操作者未指定切片的情況下，控制器 CTRL可以返回步驟S14。在控制器CTRL檢測(cè)到已經(jīng)指定標(biāo)準(zhǔn)視圖的情況下，控制器CTRL 可以隨后執(zhí)行步驟S17。在步驟S17(ANN_SX)中，控制器CTRL自動(dòng)對(duì)已經(jīng)被指定為標(biāo)準(zhǔn)視圖的切片進(jìn)行注釋。解剖相關(guān)描述ARD使這成為可能。注釋可以提供幾個(gè)益處，例如，容易學(xué)習(xí)，幫助非專家的用戶，以及加速報(bào)告?？刂破鰿TRL優(yōu)選允許操作者修改或者完成已經(jīng)自動(dòng)生成的注釋。 解剖相關(guān)描述ARD可以進(jìn)一步使得控制器CTRL能夠自動(dòng)選擇和激活適當(dāng)?shù)臏y(cè)量工具以用于測(cè)量，例如心室體積和主血管直徑。通過這種工具獲得的測(cè)量結(jié)果可以完善該注釋?？梢詫?gòu)成標(biāo)準(zhǔn)視圖的帶注釋版本切片存儲(chǔ)并將其自動(dòng)包含于適當(dāng)?shù)膱?bào)告部分中。結(jié)論性評(píng)論在上文中參考附圖的詳細(xì)描述只是在權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明和附加特征的舉例說明。本發(fā)明可以以許多不同方式實(shí)現(xiàn)。為了舉例說明這一點(diǎn)，簡(jiǎn)要指出了一些備選內(nèi)容。本發(fā)明可以在與體積超聲成像相關(guān)的許多產(chǎn)品或者方法類型中有利地使用。例如，本發(fā)明可以在出于體積超聲成像目的配置的便攜式計(jì)算機(jī)中應(yīng)用。該便攜式計(jì)算機(jī)可以與例如專用的超聲成像模塊接口，該超聲成像模塊例如包括一個(gè)或多個(gè)波束成形器，以及用于給探頭應(yīng)用激活信號(hào)并用于處理來自該探頭的接收信號(hào)的其他電路。這種專用超聲成像模塊典型地將包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明可在包含超聲掃描的許多檢查類型中有利地使用。雖然詳細(xì)描述具體提及胎兒心臟檢查作為例子，但是這并不排除其他檢查類型，例如，胎兒頭部、女性盆骨、以及其他臨床目標(biāo)的檢查。有許多方式來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法或者系統(tǒng)，其包括搜索體積數(shù)據(jù)和解剖實(shí)體的幾何模型之間的最佳匹配。例如，可以提供基于軟件的模塊以允許操作者指示體積數(shù)據(jù)中的一個(gè)或多個(gè)解剖特征，尤其在幾何方面。這具體應(yīng)用于通常容易識(shí)別的解剖特征，例如，心十字。參考圖1，這些指示可用作“種子”點(diǎn)，可以說它可以幫助特征提取器FEX或者切片發(fā)生器SLG，或者兩者來實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求書中限定和在上文中描述的操作。因此，可以達(dá)到更大的魯棒性，雖然提供種子點(diǎn)潛在地增加了用戶交互。雖然附圖中將不同功能性實(shí)體示出為不同方框，但這并不排除單一實(shí)體執(zhí)行幾個(gè)功能，或者幾個(gè)實(shí)體執(zhí)行單一功能的實(shí)現(xiàn)方式。在這一方面中，附圖是極概略性的。例如， 參考圖1，特征提取器FEX和切片發(fā)生器SLG可以借助于單一的處理器來實(shí)現(xiàn)，該單一處理器也實(shí)現(xiàn)控制器CTRL。
借助于硬件或者軟件，或者兩者的組合有很多方式來實(shí)現(xiàn)功能性實(shí)體。如在上文中參考圖1提及地，超聲掃描組件USC、特征提取器FEX和切片發(fā)生器SLG是每一個(gè)均借助于已經(jīng)載入到可編程處理器中的一組指令來實(shí)現(xiàn)的功能性實(shí)體。在這一方面中，圖1可以被視為代表一方法，由此超聲掃描組件USC代表超聲掃描步驟，特征提取器FEX代表特征提取步驟，并且切片發(fā)生器SLG代表切片生成步驟。雖然已經(jīng)提及了這些功能性實(shí)體基于軟件的實(shí)現(xiàn)方式，但是并不排除基于硬件的實(shí)現(xiàn)方式。基于硬件的實(shí)現(xiàn)方式典型地包括專用電路，其每個(gè)具有定義了相關(guān)專用電路所執(zhí)行的操作的具體布局。在系統(tǒng)或者其中的功能性實(shí)體包括一個(gè)或多個(gè)專用電路以及一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)編程處理器的意義上說，混合實(shí)現(xiàn)方式也是可能的。有許多方式來存儲(chǔ)和分布指令組，也就是允許超聲成像系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明來操作的軟件。例如，軟件可存儲(chǔ)在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)中，例如光盤或者存儲(chǔ)器電路?？梢源鎯?chǔ)軟件的介質(zhì)可作為單獨(dú)的產(chǎn)品或者與可執(zhí)行軟件的另一產(chǎn)品一起被提供。這種介質(zhì)也可以是使得能夠執(zhí)行軟件的產(chǎn)品的一部分。軟件也可以經(jīng)由可以是有線、無線或者混合式的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布。例如，軟件可經(jīng)由因特網(wǎng)進(jìn)行分布。軟件可以借助于服務(wù)器下載獲得。下載可以是須付費(fèi)的。在論證參考附圖的詳細(xì)描述之前于此作出的評(píng)論只是舉例說明而不是限制本發(fā)明。有許多的可選項(xiàng)都落在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在權(quán)利要求中的任意附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求。詞語“包括”不排除在權(quán)利要求中列出的那些元件或者步驟以外的其他元件或者步驟的存在。元件或者步驟之前的詞語“一”或者“一個(gè)”不排除多個(gè)這種元件或者步驟的存在。相應(yīng)從屬權(quán)利要求限定相應(yīng)附加特征的這個(gè)純粹事實(shí)不排除與從屬權(quán)利要求的組合對(duì)應(yīng)的附加特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種超聲成像系統(tǒng)，包括-超聲掃描組件，將其布置為提供由身體的三維掃描得到的體積數(shù)據(jù)；以及-特征提取器，將其布置為找到所述體積數(shù)據(jù)和解剖實(shí)體的幾何模型之間的最佳匹配， 所述幾何模型包括代表相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)區(qū)段，以便提供所述體積數(shù)據(jù)的解剖相關(guān)描述，所述解剖相關(guān)描述識(shí)別所述體積數(shù)據(jù)中相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)幾何位置。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，包括-切片發(fā)生器，其用于基于所述體積數(shù)據(jù)的所述解剖相關(guān)描述來從所述體積數(shù)據(jù)生成切片。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，將所述特征提取器布置為在所述體積數(shù)據(jù)和所述幾何模型之間可以找到的最小匹配誤差超過給定閾值的情況下提供匹配失敗指示。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，包括-用戶界面，將其布置為允許操作者定義用于找到所述體積數(shù)據(jù)和所述幾何模型之間的最佳匹配的極小化準(zhǔn)則。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，將所述特征提取器布置為獲得在找到所述體積數(shù)據(jù)和所述幾何模型之間的最佳匹配中用作開始點(diǎn)的參考切片。
6.如權(quán)利要求2所述的超聲成像系統(tǒng)，包括-處理器，將其布置為從所述解剖相關(guān)描述生成區(qū)段相關(guān)圖形信息，并將所述區(qū)段相關(guān)圖形信息覆蓋于已經(jīng)從所述體積數(shù)據(jù)生成的切片上。
7.如權(quán)利要求2所述的超聲成像系統(tǒng)，包括-處理器，將其布置為基于所述解剖相關(guān)描述來確定切片的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，其中旋轉(zhuǎn)軸可以與所述切片相關(guān)聯(lián)顯示。
8.如權(quán)利要求2所述的超聲成像系統(tǒng)，包括-處理器，將其布置為基于所述解剖相關(guān)描述來生成切片的注釋，其中注釋可以與所述切片相關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，將所述特征提取器布置為在找到所述體積數(shù)據(jù)和所述幾何模型之間的最佳匹配中向所述幾何模型應(yīng)用變形。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，將所述特征提取器布置為獲得在找到所述體積數(shù)據(jù)和所述幾何模型之間的最佳匹配中能夠應(yīng)用于所述幾何模型的最大變形度。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲成像系統(tǒng)，將所述超聲掃描組件布置為提供生物周期之內(nèi)所述體積數(shù)據(jù)所屬于的時(shí)間位置的指示，將所述特征提取器布置為根據(jù)所述時(shí)間位置的所述指示應(yīng)用所述幾何模型。
12.—種超聲成像方法，涉及布置為提供由身體的三維掃描得到的體積數(shù)據(jù)的超聲掃描組件，所述方法包括-特征提取步驟，其中搜索所述體積數(shù)據(jù)和解剖實(shí)體的幾何模型之間的最佳匹配，所述幾何模型包括代表相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)區(qū)段，以便提供所述體積數(shù)據(jù)的解剖相關(guān)描述，所述解剖相關(guān)描述識(shí)別所述體積數(shù)據(jù)中相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)幾何位置。
13.如權(quán)利要求12所述的超聲成像方法，包括-切片生成步驟，其中基于所述體積數(shù)據(jù)的所述解剖相關(guān)描述來從所述體積數(shù)據(jù)生成切片。
14. 一種用于超聲成像系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括 -超聲掃描組件，將其布置為提供由身體的三維掃描得到的體積數(shù)據(jù) -可編程處理器，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括指令組，當(dāng)被載入到所述可編程處理器時(shí)，所述指令組使得所述可編程處理器能夠執(zhí)行特征提取步驟，其中搜索所述體積數(shù)據(jù)和解剖實(shí)體的幾何模型之間的最佳匹配，所述幾何模型包括代表相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)區(qū)段，以便提供所述體積數(shù)據(jù)的解剖相關(guān)描述，所述解剖相關(guān)描述識(shí)別所述體積數(shù)據(jù)中相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)幾何位置。
全文摘要
在一種超聲成像系統(tǒng)(UIS)中，超聲掃描組件(USC)提供由身體(BDY)的三維掃描得到的體積數(shù)據(jù)(VD)。特征提取器(FEX)搜索該體積數(shù)據(jù)(VD)和解剖實(shí)體的幾何模型(GM)之間的最佳匹配。該幾何模型(GM)包括代表相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)區(qū)段。因此，該特征提取器(FEX)提供該體積數(shù)據(jù)(VD)的解剖相關(guān)描述(ARD)，該解剖相關(guān)描述識(shí)別在該體積數(shù)據(jù)(VD)中相應(yīng)解剖特征的相應(yīng)幾何位置。在優(yōu)選實(shí)施例中，切片發(fā)生器(SLG)基于該體積數(shù)據(jù)(VD)的該解剖相關(guān)描述(ARD)從該體積數(shù)據(jù)(VD)生成切片(SX)。
文檔編號(hào)G01S15/89GK102197316SQ200980141827
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者A·科萊-比永, A·道, J·杰戈, L·龐弗里 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司