專利名稱：用于三維超聲成像的方法、裝置和計算機程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學超聲成像，并且尤其涉及一種用于三維超聲成像的方 法、裝置和計算機程序。
背景技術：
與經典二維成像相比，三維超聲心動圖(echocardiology)在醫(yī)學診斷 中具有許多優(yōu)點。例如，其允許進行更準確的量化(諸如左心室容積測量) 和射血分數(shù)的計算，這是因為未對左心室的形狀進行任何假設。而且，由 于在單次采集中可見心臟的大部分，總檢查時間減少。
另一方面，由于將收集的數(shù)據量大于二維情況，減少了空間和時間分 辨率。為了獲得高分辨率的大體積，對左心室的采集通常分成四個扇區(qū)， 每個扇區(qū)在不同的心動周期中獲得。然而，如果在數(shù)個心動周期期間心臟 運動不是精確周期性的，那么需要數(shù)個心動周期來獲得高分辨率體積，這 可能導致數(shù)據不同扇區(qū)之間的分離。
作為一個實例，根據US5，993,390的醫(yī)學超聲三維成像系統(tǒng)，與患者的 相應心動周期同步，采集表示患者中感興趣體積的三維扇區(qū)的超聲圖像數(shù) 據，并且將表示各扇區(qū)的圖像數(shù)據組合以提供表示該體積的三維超聲圖像 的圖像數(shù)據。
如在本專利中所述，該系統(tǒng)的缺點是心臟在心搏之間的運動可能導致 所顯示圖像的不連續(xù)。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種采集方法，其允許避免感興趣體積的三維圖 像中的接合偽影。
根據本發(fā)明， 一種用于醫(yī)學超聲成像的方法，包括如下步驟
a)在患者的一心動周期期間，以第一分辨率采集表示感興趣器官的體積的第一超聲圖像數(shù)據；
b) 在所述患者的另一心動周期期間，以高于所述第一分辨率的第二分 辨率采集表示所述體積的三維扇區(qū)的第二超聲圖像數(shù)據；
c) 比較所述第一和所述扇區(qū)的所述第二超聲圖像數(shù)據以檢測所述第一 和所述第二超聲圖像數(shù)據之間的相似度，并且根據所述比較，
一如果所述第一和所述第二超聲圖像數(shù)據基本相似，就使三維超聲第 二圖像數(shù)據有效，否則
一進一步處理所述扇區(qū)。
以第一低分辨率進行采集允許在單一心動周期中獲得整個感興趣體積 的圖像。該圖像用作以第二較高分辨率采集的扇區(qū)的參考。通過比較以高 分辨率采集的扇區(qū)與以低分辨率采集的體積的相應部分，可以評估在采集 該體積和采集該扇區(qū)之間，該扇區(qū)是否己經移動。該信息允許避免在最終 高分辨率圖像中產生偽影，這是因為如果未對在采集該體積和采集該扇區(qū) 之間已經移動的扇區(qū)進行進一步處理，該扇區(qū)在最終高分辨率圖像中會產 生偽影。
本發(fā)明還涉及一種用于醫(yī)學超聲成像的裝置，以及用于實現(xiàn)根據本發(fā) 明的方法的計算機程序。
現(xiàn)在將作為實例參考隨附附圖更詳細的描述本發(fā)明，其中
圖l是分成數(shù)個扇區(qū)(圖1B)的三維體積(圖1A)的橫截面視圖2是顯示出偽影的三維體積的示意圖3示出了分成二十個心動時相的ECG波形；
圖4示出了根據本發(fā)明采集圖像的流程圖。
具體實施例方式
所有已知現(xiàn)有技術的三維心臟成像技術己經具有低^^辭B/或長采集時間。 在長采集時間盼瞎況中，由于心臟、呼吸、患者和/或聲譜儀技師的運動，圖{魏 常呈現(xiàn)為不連續(xù)。如前戶脫，由于需要高辨,率，在多個、例如四個1>動周期中， 通常執(zhí)行心動描記全體積采集。在齡周肌4觀齡心臟4禍只的一部分(例如，四分之一)的扇區(qū)成像。成像的心血管器官還可以僅僅駐心室，但是仍然4頓 四個不同的扇區(qū)對其進行成像。應當注意到，根據本發(fā)明可以對其它感興趣的器 官成像，只要它們的運動具有與心動周期相關的某個周斯性。
然而，患者(呼吸、位移)、超聲探頭的運動或任何心率改變(即心律不齊)
導致各扇區(qū)之間的邊界，并且產生偽影(F)，如圖2中箭頭所示。
應當注意到，US2005/0228280公開了一種用于采集供顯示的超聲數(shù)據的方法。 該方飽括
(a) 以第一空間^P率在三維體積中進行掃描；以及
(b) 以第二空間^D摔在該術効勺三維子體積中進行掃描，i魏二空間辨井 率高于第一空間^f摔。
更詳細地，步驟(b)包括以第二空間分辨率在齡三維子體浙中進行掃描， 而步驟(a)包括以第一空間侖，率在除了該子體積之外的,三維體積中進行掃 描0
與具有較高空間分辨率的相同區(qū)域相比，可以更決速地掃描劍氐空間分辨率 的體積。通過以較高空間分辨率掃描該子體積，醫(yī)學診斷可以得以改進或者基于
更多信息內容。然而，這種醫(yī)學診斷意味著需要用戶具有足夠的醫(yī)學知識來fOT 該圖像。通過以較低分辨率掃描三維體積的乘除部分，可以提供較低分辨率的解 剖參考信息，用于幫助操作者定^立與較高分辨率成像相關的子體積。然而，本文 未公開的是，將以高分辨率采集的子體積的圖像與以較低分辨率采集的相同子體 積的圖像相比較。另外，三維子體積和除戶腿子體積之外的三維體積指的是將成 像的體積的兩個不同區(qū)域，并且因而在所述體積和子體積之間的邊界處可能發(fā)生 偽影。
下文描述的本發(fā)明是一種用于獲得不具有偽影的大的高分辨率圖像體積的采
集方法，用于實現(xiàn)這種方法的CT以及控制該^a操作的計^m禾，。 用于醫(yī)學超聲成像的，包括
—換能器，其包括換能器元件的陣列；
—對寸器，其用于4頓戶腐換育識將超聲能量激頓」感興趣器官的體積中， 作為多個^|寸 ;
_接收器，其用于j頓戶;M換能器、響應于戶皿超聲能量從戶;M體積接收超 聲回波，并且用于產生表示接收至啲超聲回波的接收信號；
一接收棘形臓，其用于處理戶脫接收至啲信號以對每條戶艦對t棘形成至少一 收波束，并且產生表示戶，接收波束中的超聲回波的圖像數(shù)據；
一電路，設置用于控制以第一^f摔對表示心動周期期間的體積的圖像數(shù)據 的采集和以第二較高分辨率對表示心動周期期間的體積的扇區(qū)的圖像數(shù)據的采 集，以及
一比較器，用于比，一和懶只扇區(qū)的第二^f,率圖像數(shù)據。 根據所述比較，將該裝置設置為使g該扇區(qū)的三維超聲第二分辨率圖像數(shù)
據有效，或者將該驢設置為進一步處理i^l區(qū)。
另外，可以提供其它部件，諸如用于存儲超聲數(shù)據的存儲器、顯示器和用戶 輸入。波束形成器可用于以一個空間分辨率在三維體積中進行掃描和可用于以較 高空間辨J摔在該三維體積的子體積或扇區(qū)中進行掃描。例如，掃描頻率、成像
帶寬、孑L徑大小、孔徑位置、變跡類型、掃描幾何形狀和掃描線強度中的一個或
多個，根據正掃描三維體積的哪部分而改變。使用較高的頻率，較大的孔徑和較 密集的掃描線分布，以較高的空間分辨率掃描子體積或扇區(qū)。與具有較高空間分
辨率的相同區(qū)域相比，可以更決速地掃臓低空間:5^J摔的4林R。
波束形麟可用于在對寸和接收事件之間的參數(shù)之間謝界刀換，以便于改變 橫向伸展、掃描位置或分辨率，所述參數(shù)諸如孔徑、頻率、變跡分布曲線、延遲 分布曲線及其組合。通過在波束形成參數(shù)之間進行切換，可以提供掃描模式的各 種組合中的任意一種，諸如在第一心動周期期間以第一分辨^m式、例如低分辨 率掃描#三維體積，并且隨后在另一心動周期期間以第二^P對莫式、例如較 高力，率掃描子體積^區(qū)。
該裝置可以使用計算機程序，其控制將波束形成器從一個分辨輛莫式切換至 第二較高力，斜莫式，其使得對圖像 的采集與由例如ECG (表示心電圖)傳 S^f專送的心動周期信號同步，并且其執(zhí)行根據本發(fā)明的方法的步驟。
波束形 信號可以存儲在圖像數(shù)據緩沖區(qū)中，如下所述，該緩沖區(qū)存儲用 于圖1A和1B所示的圖像體積(V)的不同體積扇區(qū)(VSi)的圖像數(shù)據(圖1B 中，扇區(qū)VSi、 VS2、 VS3和VS4分別命名為S1、 S2、 S3和S4)，以湖于圖3中 所示的心動周期Ck的不同心動時相(CPj)。
體積(V)具有圓錐形，其頂點位于換能器陣列的中心。本發(fā)明的tt應用 是心臟成像。為了有助于心臟成像，可以將體積(V)分成用于對患者心臟成像的 三維扇區(qū)(VSi)。
因而，例如，扇區(qū)的橫截面可以是正方形、長方形、圓形或不規(guī)則的皿。而且，單一體積中，不同的扇區(qū)可以具有不同的大小和微。
對于給定體積，扇區(qū)的大小、皿和數(shù)量的選擇可以部分地基于為如下所述 的特定心臟相位期間的圖像 采集劍共的時間。
將理解的是，體積自身不局限于圓錐形，并且可以具有各種不同的形狀和大 小。例如，該體積可以是棱錐體或者截棱錐。對該體積的大小和形狀的選擇可以 基于正在{頓的換能器的應用和類型。
本發(fā)明的特征基于與患者心動周期同步地采集用于一個或多個扇區(qū)的圖像數(shù)
據。在圖3中示出了ECG波形的一個實例。在圖3的實例中，ECG波形示出了每 860毫秒一次心搏。心動周期可以分鵬于成像的多個l^臟相位。在一個實例中， 可以禾傭約433毫秒的20個O臟相位CPj中的每一個。對心臟相位f群賣時間的選 擇典型地基于心臟不顯著運動的最大時間?？梢院虃蚋嗷蚋俚男呐K相位。
使用患者的ECG波形來觸發(fā)圖像 采集，從而 采,每個患者的心動 周期同步。更特別地，圖像數(shù)據采集與心動周期中的特定相位同步。而且，在每 個心動周期中的齡相位期間，可以采集圖像 。在每個已、臟相位期間采集的 圖像 的量是心臟相位的辦賣時間和圖像 的采 ^的函數(shù)。
參考圖4描述了對用于構成該體^只的大量扇區(qū)的圖像iyg采集。該體積(V) 定義為具有數(shù)個扇區(qū)(VS1—VS4)。齡心動周期Ck定義為具有數(shù)個心臟相位 (CP0—CP19)。在例如四個。、動周期CO—C3期間采集圖像繊。4頓該符號， 以第一^f,率(fr)在心動周期C0的心臟相位CP0期間采集用于體積(V)的圖 像麵 CPQ,。在心動周期C0的心臟相位CP1—CP19期間采集用于體積(V)
的 CP1 ~C0 ， …，Vcpi9"C0 °
在本文中，fr (Vcpj,) Si二FRsi指示相應于扇區(qū)(Si)和在第一心動周期CO 的相位CPj期間以第一:5)f摔采集的用于體積(V)的 部分。在心動周期C1 的齡心臟相位(CPO—CP19)期間，以第二力，辛率(sr)類似她采集用于j輛只扇 區(qū)VS1的圖像M Slcro《"，S1qm《"……，，S1ot9勺。下文中，"VSicPj ^k=SRi指示在心動周期Ck的心臟相位(CPj)期間在扇區(qū)Si JliS行的第二^H辛 率采集的圖{象 。
根據圖4上所示的本發(fā)明方法，將相同扇區(qū)Si的第一& (VcPd) Si和第二 SicPo,圖像翻與確定斜牛相比較，以當比較結果滿足該斜牛時使標i繊區(qū) 的三維超聲第二圖像 有效。
將^SR扇區(qū)(SRi)與FR采集(FRsi)相比較(1)。在一個實施例中，M3i以，方和(a sum of squared difference)的形式計算FR和SR扇區(qū)的圖像數(shù)
據之間的相^itTi，來使不同扇區(qū)有效(2)。 7; = min J](她/(x) - 57 , (x))2
如果和未超出預定值，貝鵬第二^f摔的圖像數(shù)據保存(3)在裝置的存儲器 中或者直接顯示在顯示器上。否則，在下一個心動周期開始時觸發(fā)相同扇區(qū)的新 采集(4)，直到圖像 滿足劍?；蛑钡皆谙嗤纳葏^(qū)上給定數(shù)量的采集不成功， 并且在該后一種情況下，將警告信號發(fā)送至操作者。 一旦上述和超出預定值，也 可以輸出警告信號。該方法的一個優(yōu)點是獲得不具有偽影的大的高分辨率圖像體 積。
作為圖4中所示的實例，如果在(frVCPQ《。)S2和 S2cpo力之間謝亍比較期 間，戰(zhàn)和超出了預定值，貝懷將在心動周期C2期間獲得的第二分辨率的圖像數(shù) 據保存(3)在驢的存儲器中。在下一個心動周期C3期間觸發(fā)(4)和實現(xiàn)新采 集，直到圖像 滿足剝牛，或者已經嘗試了大量的不成功采集。
此外，如果在心動周期Ck的第一相位期間采集的給定數(shù)量的圖像數(shù)據，Sicpj 力滿足剝牛，并且在其余相位期間的其余圖像 采集不滿足斜牛，那么該系統(tǒng) 可以對這些不滿足或無效采集進行插值，因而避免在下一心動周期期間對相同扇 區(qū)的其余相位開始新采集。實際上，滿足條件的圖像數(shù)據可以用于對不滿足斜牛 的圖像數(shù)據進行插值。換句話說，不滿足條件的圖像數(shù)據可以重新計算以定位在 與滿足剝牛的圖像翻相同的位置處。
作為選擇，可以重新計算不滿足斜牛的圖像數(shù)據以不同地定位它們，直到它 們滿足劍牛。這樣，；碰免另一采集，借助于重fH十算齡無 媳區(qū)的圖像繊， 實現(xiàn)對體積中的扇區(qū)的適當定位。
在足夠量的心動周期、例如六個C0—C5期間，4頓戶誠方法。第一周期C0 用于體積(V)上的第一^f摔采集，并且假設例如一個體積扇區(qū)(例如S2)需 要新采集，需要五個其它周期(C1一C5)以采集四個扇區(qū)(S1—S4)，從而在心 動周期的心臟相位(CP0—CP19)中每個期間采集用于這四個體積扇區(qū)的圖像數(shù) 據，以J^共滿足^f牛的圖像翻。
因而，本發(fā)明描述了具有魯棒性的采集協(xié)議，以克服源自全#%口、采集過程的 可能接合偽影。
如果SR和FR圖像t^之間的最終差別超出t寺定閾值，可以警告操作者，在i魏集中可能存在偽影。而且，關于從扇區(qū)至扇區(qū)的無縫轉變的較后確認，可以 Mil^查梯度圖像或其它類似低級圖像處理算法而執(zhí)行。
根據本發(fā)明的一種改進方式，選擇扇區(qū)從而使得至少兩個扇區(qū)部分地重疊。
該瞎況示出在圖1B中。在無偽影盼瞎況下，重疊區(qū)域中的圖像M對于兩鋪分
重疊扇區(qū)應當相同。結果，如果重疊區(qū)域中的圖像數(shù)據從一個扇區(qū)至另一個連續(xù) 或重疊扇區(qū)有所區(qū)別，這意味著存在偽影，并且應當使所述連續(xù)扇區(qū)無效或進一 糊亍處理。
根據該^i4方式，重疊部分的比較可以通過以差平方和的形式計算扇區(qū)之間
的相似度而執(zhí)行，即
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中假設To為恒等式(第一扇區(qū)作為參考)。
該M方式允許進一步改進在最終圖像中減少偽影，因為其可以用作另外確 認存在或不存在偽影。
在另一實施例中，采集的 嬌也可能是重要的。如果首先進行FR采集，一 旦采集到，可以將SR扇區(qū)圖像麵與其相比，而無需等到所有采集者院成。然而， 其它采集 嬌也是可能的。如果在中間采集RF體積，也就是說實行2個SR采集， 隨后是FR采集，而隨后進行其余的2個SR采集，LR采劁各更^i50 有SR采集， 因而在采集中減少存在連綴票移的情況下產生偽影的可能性。
通過獲得表^^心臟相位中心臟的三維圖像，可以獲得大量信息。連續(xù)心 臟相位中心臟的三維圖像可以顯示為時間的函數(shù)以表示心臟運動。可以使用運動 的圖像來識別心臟收縮末期和心臟舒張末期并且執(zhí)行其它診斷。用于選定心臟相 位的圖像可以旋轉至所需定向以用于改進的分析?？梢岳脠D像分析技術以量化 左心室的最大和最小術只。根據該信息，可以計算射血4科只和射血分數(shù)。
本發(fā)明不局限于基于差平方和的相1娘的計算?？梢?頓其它相似度的度量， 諸如纟敘寸差和、歸一化相關性和歸一化妊信息。
下列權利要求中的任何附圖標己不應理解為限制權禾腰求。將顯然的是，使 用動詞"包括"及其變化形式不排除存在除在任意權利要求中界定的那些元件之 外的任何其它元件。元件前的措辭"一"或"一個"不排除存在多個這種元件。
權利要求
1、一種用于醫(yī)學超聲成像的方法，包括如下步驟a)在患者的一心動周期期間，以第一分辨率采集表示感興趣器官的體積的第一超聲圖像數(shù)據；b)在所述患者的另一心動周期期間，以高于所述第一分辨率的第二分辨率采集表示所述體積的三維扇區(qū)的第二超聲圖像數(shù)據；c)比較所述第一和所述扇區(qū)的所述第二超聲圖像數(shù)據以檢測所述第一和所述第二超聲圖像數(shù)據之間的相似度，并且根據所述比較，如果所述第一和所述第二超聲圖像數(shù)據基本相似，就使所述三維超聲第二圖像數(shù)據有效，否則進一步處理所述扇區(qū)。
2、 根據權利要求1所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，比較所述 第一和所述第二超聲圖像數(shù)據的所述步驟包括根據對差平方和、絕對差和、 歸一化相關性或歸一化交互信息中之一計算它們的相似度。
3、 根據權利要求1所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，使所述數(shù) 據有效的所述步驟包括將所述扇區(qū)的第二超聲圖像數(shù)據記錄在存儲器中或 顯示在顯示器上。
4、 根據權利要求1所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，進一步處 理所述扇區(qū)的所述步驟包括采集所述扇區(qū)的新第二分辨率超聲圖像數(shù)據且 重復所述比較步驟，或者對所述三維超聲第二圖像數(shù)據進行插值。
5、 根據權利要求1所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，所述體積 是患者的整個心血管器官，并且所述方法包括在所述患者的多個心動周期 期間以所述第二分辨率采集表示多個扇區(qū)的多個第二超聲圖像數(shù)據，所述 多個扇區(qū)覆蓋所述患者的整個心血管器官。
6、 根據權利要求5所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，至少兩個 扇區(qū)部分重疊。
7、 根據權利要求5所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，對所述體 積或扇區(qū)進行采集的所述步驟包括在心動周期的數(shù)個相位期間采集圖像數(shù) 據，而所述比較步驟將在一心臟相位期間以第一分辨率采集的一扇區(qū)的所 述圖像數(shù)據與在相同心臟相位期間以第二分辨率采集的相同扇區(qū)的所述圖 像數(shù)據進行比較。
8、 根據權利要求1所述的用于醫(yī)學超聲成像的方法，其中，進一步處 理的所述步驟包括輸出警告信號的步驟。
9、 一種用于醫(yī)學超聲成像的裝置，包括一種采集系統(tǒng)，其設置為在患者的一心動周期期間以第一分辨率采集表示感興趣器官的體積的第一超聲圖像數(shù)據；在所述患者的另一心動周期期間以高于所述第一分辨率的第二分 辨率采集表示所述體積的三維扇區(qū)的第二超聲圖像數(shù)據；以及比較器，用于比較所述第一和所述扇區(qū)的所述第二超聲圖像數(shù)據。
10、 一種用于控制醫(yī)學超聲成像裝置的計算機程序，所述計算機程序實現(xiàn)為用于控制在患者的一心動周期期間以第一分辨率采集表示感興趣器官的體積的第一超聲圖像數(shù)據的模塊；用于控制在所述患者的另一心動周期期間以高于所述第一分辨率的第 二分辨率采集表示所述體積的三維扇區(qū)的第二超聲圖像數(shù)據的模塊；以及用于比較所述第一和所述扇區(qū)的所述第二超聲圖像數(shù)據的模塊。
全文摘要
一種用于醫(yī)學超聲成像的方法和裝置。在一心動周期期間，以第一分辨率采集整個器官的三維圖像數(shù)據。在另一心動周期期間，以較高的第二分辨率采集器官一個扇區(qū)的三維圖像數(shù)據。比較這些數(shù)據以允許關于扇區(qū)整個器官配準。
文檔編號G06T7/00GK101473349SQ200780023292
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權日2006年6月23日
發(fā)明者G·德爾索, O·熱拉爾, P·索萊爾, P·阿蘭 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司