專利名稱：利用淡變控制的超聲彈性應變成像的制作方法
利用淡變控制的超聲彈性應變成像此發(fā)明涉及醫(yī)學診斷超聲系統(tǒng)，并且特別涉及通過彈性成像(elastography)來評估身體中的組織區(qū)域的硬度的超聲系統(tǒng)。彈性成像是對身體中的組織的彈性性質(zhì)的評估。已發(fā)現(xiàn)身體中的組織的硬度能夠給予組織可能是惡性還是良性的指示。女性乳房例如能夠包含各種不同腫塊、囊腫(cyst)、 和其它增生(growth)，它們中的一些可以是惡性的并且它們中的一些可以是良性的。為了省掉對患者的不必要的活組織檢查，而在需要的時候執(zhí)行它們，超聲頻繁地用于評估組織特性以確定是否對可疑組織進行活組織檢查。能夠執(zhí)行彈性成像以確定乳房是否包含較軟或較硬(較堅硬)區(qū)域。因為較堅硬的組織更大地與惡性團塊關聯(lián)，所以較堅硬組織區(qū)域的標識能夠指示要通過活組織檢查進行明確的診斷的需要。彈性成像引起的問題是需要在身體內(nèi)非侵入式地測量組織的可量化性質(zhì)。這意味著不能直接在組織的位置測量目標組織的性質(zhì)，而是僅通過借助于介入組織而在身體的表面處進行的測量來進行測量。因此，期望簡化問題并進行將導致有效數(shù)據(jù)和分析的某些近似和假設。頻繁地進行的一組假設是被檢查的組織是均質(zhì)的和各向同性的。這些假設能夠使得材料等式的某一性質(zhì)適用于該問題、泊松比和楊氏模量。泊松比是樣品被在給定方向上被拉伸或壓縮時，垂直于拉伸或壓縮力的伸展或收縮(應變)與在力的方向上的軸向伸展或收縮之比。相關的測量是楊氏模量，其是硬度的量度，并定義為施加于樣品的單軸應力 (stress)(壓力)與得到的單軸應變(變形)之比。然而，在目標組織處的應力分量是通常未知的并難以非侵入性地測量。因為這些材料性質(zhì)中的每一個能夠表述為變形(應變)的函數(shù)，所以多個研究者集中于評估在不同地施加壓力時，組織展示的應變或變形。雖然應變已經(jīng)示為有用參數(shù)，但是其缺點是其隨施加的壓力變化。其從而與由施加不同壓力給組織或使用不同技術(shù)來施加壓力的研究者獲得的不同結(jié)果是技術(shù)上相關的。結(jié)果是從患者到患者的應變測量或從檢查到檢查的應變測量不是直接可比較的。與遭受不同壓力形式或壓力量的另一患者相比，遭受一種類型的壓力的患者將呈現(xiàn)不同應變(變形)值。為了補償患者之間的壓力變化，指示壓力水平的參考點的應變能夠用于標準化目標區(qū)域的應變。另外，假定在患者內(nèi)的兩個區(qū)域之間有類似壓力，則正常組織和腫瘤之間的應變比能夠指示它們的相對硬度。研究者已經(jīng)報告了正常和可疑組織的比較評估能夠有診斷重要性。因此，本發(fā)明人計算了應變比，其是正?；騾⒖冀M織的應變與目標組織的應變之比。(現(xiàn)有技術(shù)已使用術(shù)語“應變比”來以泊松比的方式引用橫向與軸應變之比，但是其不是該術(shù)語如何用于此患者中。)惡性損傷往往比良性損傷更堅硬。惡性損傷的應變比可以比良性損傷的那些高得多。通過測量應變比，能夠確定目標組織的相對硬度和惡性可能性。能夠通過以光標指示或標記目標組織、指示或標記正常組織、測量像場中的每個位置處的應變、然后計算應變比，來執(zhí)行圖像中的目標組織中的應變比的計算。然而，此處理能夠是耗時的，因為臨床醫(yī)生可能需要在像場中的多個點進行測量。此外，臨床醫(yī)生可能想要在B模式圖像中以其空間上對應的應變特性比較地評估腫瘤或其它病理學的外觀，當病理學在B模式圖像中僅是微弱可見時，問題變得困難。根據(jù)本發(fā)明的原理，超聲系統(tǒng)形成像場中的應變值的解剖應變圖像。系統(tǒng)也形成對應的解剖B模式圖像，并且覆蓋兩個圖像來進行顯示。系統(tǒng)的淡變控制用于改變所覆蓋的B模式和應變圖像的相對透明度，使得能夠比較地評估它們的邊界、硬度、和其它特性。附圖中，

圖1以框圖形式示例了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成的超聲診斷成像系統(tǒng)；圖2示例了用于產(chǎn)生像場的應變比圖像的方法的步驟；圖3示例了鄰近相同組織的應變圖像的B模式圖像，光標用于指定用于確定應變比圖像的正常組織的點；圖4示例了鄰近相同組織的應變圖像的B模式圖像，圓圖形用于指定用于確定應變比圖像的正常組織的區(qū)域；圖5示例覆蓋較大B模式圖像的應變圖像窗口，方形圖形用于指定用于確定應變比圖像的正常組織的區(qū)域；圖6示例圖6的圖像窗口中覆蓋其對應的B模式圖像的應變比圖像；圖7示例另一圖像顯示，其中，與應變比圖像的硬度彩色條一起，并排示出了目標區(qū)域的B模式圖像和具有覆蓋應變比圖像的B模式。首先參照圖1，以框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)成的超聲系統(tǒng)。超聲探頭 10具有陣列變換器12，用于發(fā)送超聲波至身體的區(qū)域并接收來自身體的回聲。陣列變換器能夠是變換器元件的一維陣列或變換器元件的二維陣列，用于掃描身體中的二維像場或三維像場。陣列變換器的元件由發(fā)送束形成器16驅(qū)動，其控制來自陣列的發(fā)送束的操縱、聚焦和穿透。接收束形成器18接收來自變換器元件的回聲并組合它們以形成來自像場中的點的相干回聲信號。發(fā)送和接收束形成器通過在傳輸期間保護敏感接收電路的發(fā)送/接收開關14耦合至變換器陣列元件。束形成器控制器20對束形成器的操作進行同步和控制。接收的回波信號通過正交帶通(QBP)濾波器22解調(diào)為正交(I和Q)采樣。QBP濾波器也能夠提供對接收的信號的帶限制和單通濾波。接收的信號于是可以通過信號處理器 24進行諸如諧波分離和頻率組合的另外的信號處理。處理的回聲信號施加于探測器25和多普勒處理器觀，探測器25通過用于B模式處理器沈的方程式(I2+Q2)"2執(zhí)行回聲信號的幅度探測，多普勒處理器觀用于像場中點的多普勒頻移探測。根據(jù)本發(fā)明的原理，每個圖像幀的基帶I和Q回聲信號(像場的每個掃描)施加于幀存儲器30。B模式處理器沈和多普勒處理器觀的輸出也耦合到幀存儲器30。幀存儲器在空間基礎上存儲像場的連續(xù)采樣，用于由應變估計器32根據(jù)像場中顆粒的幀至幀的移位來計算應變；應變計算為移位的空間導數(shù)?？梢愿鶕?jù)射頻(RF)或基帶I和Q數(shù)據(jù)來計算應變，并且也可以根據(jù)幅度探測的(B模式)或組織多普勒數(shù)據(jù)來計算應變?？梢圆捎弥T如應變、橫向與軸應變之比、以及應變速度估計的任何形式的應變計算。例如，在連續(xù)幀中的公共點接收的回聲可以關聯(lián)地估計在該點的移位。如果沒有運動存在于該點，則來自連續(xù)幀的回聲將相同。如果存在運動，則回聲將不同并且運動向量指示移位。US專利6558324(Von Behren等)描述用于估計應變的幅度和相位敏感技術(shù)并通過框匹配和關聯(lián)采用斑追蹤進行應變估計。US專利 5524636 (Sarvazyan等)也使用斑追蹤來執(zhí)行彈性成像，并且US專利6527717 (Jackson等) 通過關聯(lián)斑來確定組織移動。US專利M74070(0phir等)根據(jù)A線對的段中的時移差估計組織壓縮。US專利6099471 (Torp等)描述計算為組織速度的梯度的應變速度的估計。US 專利5800356 (Criton等)描述使用多普勒向量來選擇用于施加的力的方向上的應變估計的點。優(yōu)選地，使用相位敏感技術(shù)，如Von Behren等認識到的，r.f.數(shù)據(jù)將典型地產(chǎn)生應變的最精確的估計?？梢酝ㄟ^改變由探頭施加于身體的壓力來引起組織移位，或優(yōu)選地，通過由身體的生理學運動引起的移位來引起組織移位。能夠替代地使用任何其它類型的壓縮源，包括機械振動或聲輻射力脈沖。例如，移位可以由呼吸期間胸腔壁的運動或諸如頸或肝動脈的附近血管的血流脈動引起。優(yōu)選利用相位敏感技術(shù)進行應變估計的另一原因是由這些生理學活動產(chǎn)生的和甚至來自在將探頭保持靠著身體時發(fā)生的小的事實上察覺不到的運動的輕微運動能夠被感測到并用于由應變估計器32估計應變。應變估計器32產(chǎn)生像場中每個點的估計的應變值，并且這些值在34存儲為像場的應變圖像。應變圖像耦合至圖像處理器42，其是B模式處理器沈和多普勒處理器28的輸出。圖像處理器例如通過至期望圖像格式的掃描轉(zhuǎn)換、圖像覆蓋(overlay)等來處理來自這些源的圖像數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生用于在顯示器50上顯示的圖像。如以下圖中所示，用于應變圖像的顯示的一種格式覆蓋在用于結(jié)構(gòu)取向的B模式圖像上。根據(jù)本發(fā)明的原理，應變圖像也用于在36產(chǎn)生應變比圖像。通過由用于正常組織的應變值除應變圖像的每個應變值來產(chǎn)生應變比圖像。通過對多個應變值進行平均或取平均數(shù)或中間值，可以自動地提供此值，多個應變值諸如是圖像的角落中的區(qū)域中的應變值 (假設用戶將在圖像的中心定位可疑腫瘤)。在本發(fā)明的實施中，從用戶指示的圖像中的正常組織的指示取得用于正常組織的應變值。為此目的，應變比圖像從用戶操控的控制面板 40響應于參考光標，以指示圖像中的正常組織的點或區(qū)域。應變圖像中的每個應變值被正常組織的應變值相除，以在36產(chǎn)生應變比圖像。為了在應變比圖像中更好地描繪可疑組織區(qū)域，用戶可以操控控制面板40的控制，以設定用于與應變比值進行比較的值的閾值或范圍。超過值的閾值或范圍的應變比值在應變比圖像中是獨特加亮的，如通過以獨特彩色或亮度顯示它們。例如，用戶能夠在5設定閾值，并且能夠以亮的紅彩色顯示指示高硬度的具有5或更大的值的應變比顯示中的所有點。用戶能夠根據(jù)應變比圖像中的區(qū)別的亮的紅彩色來迅速地認出圖像中的可疑區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用戶能夠在控制面板40上操控淡變控制，控制面板40耦合至圖像處理器42。當圖像處理器顯示覆蓋B模式圖像的對應部分的應變比圖像時，淡變控制能夠使得用戶調(diào)整B模式和應變比圖像的相對透明度。用戶能夠使應變比圖像淡變?yōu)橥耆该鞯模詢H看到對應的結(jié)構(gòu)圖像，或能夠使B模式組織圖像淡變，以僅看到應變比圖像，或用于兩個覆蓋的圖像的中間透明度設定。圖2示例了用于使用上述超聲系統(tǒng)產(chǎn)生應變比圖像的處理。在60，在參考時間、 采集超聲數(shù)據(jù)的幀。在60，在參考時間^采集超聲數(shù)據(jù)的另一幀。于是在64使用兩個幀的超聲數(shù)據(jù)，以取決于數(shù)據(jù)的性質(zhì)以兩維或三維來估計應變(移位)?？梢允褂萌魏螒児烙嫾夹g(shù)，包括上述那些中的任何技術(shù)。估計的應變值空間上構(gòu)圖為在66產(chǎn)生應變圖像。根據(jù)應變圖像，用戶在68指定正常組織。替代地，用戶能夠指定諸如B模式圖像的另一圖像中的正常組織，并且使用應變圖像的空間上對應的應變值。在70，用戶設定應變比閾值，在該應變比閾值以上，應變比圖像中的應變比值是待加亮的。在72，根據(jù)應變值和正常組織應變值來計算應變比，并且對應變比進行彩色編碼(color-coded)以產(chǎn)生在74顯示的彩色應變比圖像。在76，用戶可選地使用于這樣裝備有此能力的超聲系統(tǒng)的所覆蓋的應變比和B 模式圖像淡變。圖3是本發(fā)明的實施的顯示的范例，其中，幻像的B模式圖像80顯示在顯示器的左側(cè)上，并且應變圖像82顯示在右邊。如能夠從這些圖像看到的，硬的包涵物在B模式圖像的中心幾乎是不可見的，但是在應變圖像中在84處區(qū)別地出現(xiàn)。光標86示于應變圖像的左上側(cè)中。用戶能夠操控控制面板的控制以移動此光標86，以便其覆蓋并指定正常組織的圖像區(qū)域。超聲系統(tǒng)于是將根據(jù)光標86的位置使用一個或多個應變值，以產(chǎn)生正常組織應變值。例如，系統(tǒng)可以對光標的中心處的十乘十的組的像素進行平均，以產(chǎn)生平均的正常組織應變值。于是使用正常組織應變值以產(chǎn)生應變比圖像。圖4類似于圖3，除在此情況下用戶在應變圖像上操控圖形88以指定正常組織的區(qū)域。在此范例中，圖形是圓。用戶能夠在圖像上操控圓圖形88，并且還能夠選擇或控制圓的大小?？梢蕴娲厥褂闷渌螤畹膱D形。超聲系統(tǒng)將采用圖形內(nèi)的像素的應變值并組合它們以產(chǎn)生代表性正常組織應變值，諸如對正常組織應變值進行平均或計算正常組織應變值的中數(shù)和中間值。優(yōu)選地，系統(tǒng)連續(xù)地計算正常組織應變值，并可以在圖形被操控時同時示出應變比圖像，或在彩色條上指示其對應的彩色值。圖5示出了顯示，其中，應變圖像82在解剖配準中覆蓋B模式圖像80。在此范例中，硬內(nèi)涵物84的應變圖像覆蓋B模式圖像80中的內(nèi)涵物的位置。用戶在正常組織上操控盒子90，用于計算應變比圖像。圖6示出了以與圖5的應變圖像82中相同的參考盒子產(chǎn)生的應變比圖像92。應變比圖像92與正常組織的應變值相關地銳利地描繪腫瘤和彩色盒子內(nèi)的像素的應變值。在圖像的右側(cè)的彩色條94示出了應變比值的彩色編碼。彩色條表示彩色圖像的此黑-和-白表示中的非常暗的影線中的較高硬度值，并且腫瘤84在應變比圖像92中被看見為非常暗的，指示腫瘤組織的相對高的硬度。用戶能夠在控制面板40上操控透明度控制，以在實心(solid)、半透明與透明B模式和應變比圖像之間來回淡變。隨著用戶從如圖6中所示的實心(不透明)圖像至全透明使應變比圖像92淡變，用戶于是能夠在灰度級中看到腫瘤，其描繪應變比圖像中的暗腫瘤區(qū)域。用戶于是能夠在腫瘤的外觀和其邊界在應變比圖像和B模式圖像中出現(xiàn)時，借助于它們在顯示中的解剖配準來評估腫瘤的外觀和其邊界。圖7示例本發(fā)明的另一應變比顯示和具有應變比圖像92的配準的覆蓋的B模式圖像，此次B模式圖像80單獨示于顯示器的左側(cè)上。在此范例中，利用出現(xiàn)為彩色圖像的此黑-和-白表示中的白陰影對較大的硬度進行了彩色編碼。彩色條94的彩色的硬度從 “軟”至“硬”定性地指示。在此范例中，看到腫瘤84相對地比圍繞組織硬。此圖還利用位于應變比圖像92的右邊的I形光標示出了指示于覆蓋圖像對的B模式圖像中的正常組織。 在光標96的正常組織位置處計算的應變值于是用于產(chǎn)生應變比圖像92。本領域技術(shù)人員將容易想到其它顯示變化。例如，在圖7中，應變圖像能夠示于應變比圖像旁邊，使得用戶能夠描繪應變圖像中的正常組織的區(qū)域并看到鄰近應變圖像的得到的應變比圖像。應變和應變比圖像中的一個或其二者能夠示為在解剖配準中覆蓋B模式圖像。淡變控制可以用于改變應變圖像的相對透明度，該應變圖像覆蓋其對應配準B模式圖像。應變比值可以計算為上述那些的逆，即點處的應變值上的參考值。可以實時地或在后處理圖像回顧中產(chǎn)生應變比圖像。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生應變圖像的超聲診斷成像系統(tǒng)，包括超聲探頭，具有可操作用于采集像場的多幀圖像數(shù)據(jù)的陣列變換器； 應變估計器，響應于所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生在所述像場中的多個點處的估計的應變值；應變圖像處理器，響應于所述像場中的點處的所述估計的應變值，以產(chǎn)生所述像場的解剖應變圖像；B模式處理器，響應于所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生空間上對應于所述解剖應變圖像的解剖B 模式圖像；顯示器，耦合至所述應變圖像處理器和所述B模式處理器，以在解剖配準中產(chǎn)生解剖應變圖像和解剖B模式圖像的覆蓋；以及用戶可操作的淡變控制器，用于改變所覆蓋的解剖應變圖像和解剖B模式圖像的相對透明度。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所覆蓋的解剖應變圖像的透明度可在從完全透明至完全不透明的范圍上變化。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述應變圖像處理器產(chǎn)生與估計的應變值對應的彩色編碼應變圖像顯示值；以及其中，所述顯示器還可操作以產(chǎn)生所述彩色編碼應變圖像顯示值的彩色條。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述應變估計器還可操作以通過斑追蹤來探測多幀圖像數(shù)據(jù)上的移位。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括響應于所述圖像數(shù)據(jù)并耦合至所述應變估計器的多普勒處理器，用于提供用于應變估計的多普勒頻移數(shù)據(jù)或組織多普勒速度數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括響應于所述圖像數(shù)據(jù)并耦合至所述應變估計器的B模式處理器，用于提供用于應變估計的幅度探測的圖像數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括可操作以指定應變圖像中的參考組織的用戶控制器，其中，所述應變圖像處理器還可操作以產(chǎn)生所述像場中的點處的估計的應變值與參考組織應變值之比的解剖應變圖像。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述應變估計器還可操作以產(chǎn)生應變值作為幀至幀圖像變形的局部估計。
9.如權(quán)利要求8所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述圖像變形由被成像的主體的生理運動產(chǎn)生。
10.如權(quán)利要求8所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述圖像變形由被成像的主體的用戶壓縮產(chǎn)生。
11.如權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括可操作以自動指定應變圖像中的參考組織的參考組織選擇器，其中，所述應變圖像處理器還可操作以產(chǎn)生所述像場中的點處的估計的應變值與參考組織應變值之比的解剖應變圖像。
全文摘要
一種產(chǎn)生應變圖像的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，用戶能夠描繪參考組織的點或區(qū)域。于是利用圖像中的點產(chǎn)生應變比圖像，該應變比為該點處的應變值與參考組織的應變值之比。對應變比圖像中的應變比值與應變比值對應地進行彩色編碼，并且彩色條指示彩色編碼。范圍或閾值以上的應變比值能夠區(qū)別地著色為可容易地識別的。能夠在解剖配準中以對應B模式圖像覆蓋應變比圖像，并且一個或兩個圖像來回淡變以僅看到B模式圖像、實應變比圖像、或兩個圖像的半透明組合。
文檔編號G01S7/52GK102483455SQ201080038916
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
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