使用稳态束来估计参数的用于三维超声成像的方法和仪器的制作方法

专利名称：使用稳态束来估计参数的用于三维超声成像的方法和仪器的制作方法
^^稳态束来估计参数的用于三维超声成像的方法和仪器
本实 魏常涉及医用超声系统，并且具体而言，涉及一种三维超声成 像的方法和仪器，例如，超声三维胎心成像。
在已知用于胎心成像的方法中，心电图(ECG)是不能得到的。结果，超 声系统使用时间空间相关成像(STIC: spatial-temporal image correlation),当成像
平面横穿成像体正被扫描时，从二维(2D)图像的谱分析中导出心动相位。使 用由STIC导出的心动相位，iM声系统重新安排2D图像用于三维(3D)处理。 然而，STIC分析的精度从一个成像平面到另一个成像平面会发生变化，特别是 如果心率不能保持稳定。
对于先前己知的方法，胎儿STIC成像包括，从在许多次心搏上采集的图 像中构造胎心的3D视图。另外，当前用于胎儿STIC成像的鄉处理技术要求 心率保持稳定。然而，不正常(odd)的心跳或心率改变，M31^^自不同心动相 位的信息混合在应4樣单个心动相位的视图中，从而降低三维视图的品质。 从而，需要一种克服现有技术中该问题的改进方法和超声系统。 根据当前公开的一种实施方案， 一种三维(3D)超声成像方法包括采集作 为时间的函数4 成像体的超声数据，从这些超声M中能够获得多个二维图 像，并与采集4樣成像体的超声数据并衍也采集来自稳态超声束的魏。稳态 超声束数据被分析，以便从稳态超声束数据中导出参数。该方法进一步包括作 为该导出参数的函数，对从所采集的超声数据中获得的多个2D超声图像重新排 歹lj，用于3D处理。在一个实 案中，从稳态超声束采集 包括M模錄 集，多普勒模式采集，或特殊超声成像应用的专用采集中的一种或多种。此方
法能M3i超声成像系统实施，也可是计^m禾聘产品形式。


图1是根据当前公开的一种实施方案的一种超声系统的局部框图；.
图2是说明Mil使用根据当前公开的一种实M^案中的超声成像系统和方 法，目标体的3D超声成像的简化原理图；禾口
图3是说明根据当前公开的另一种实 案的一种三维超声成像方法的流 程图。
在这些图中，同样的参考数字指示同样的元件。另外，需要注意这些图可 能不是按比例画的。
如上面讨论的，先前已知的胎儿STIC成像的方法涉及从在许多次心搏上 采集的图像中构造胎心的3D视图。另外，用于早先的胎儿STIC成像方法的数 据处理技术要求心率保持稳定，然而，不正常的心跳或心率改变，M^跌自 不同心动相位的信息混合到应代表单个心动相位的视图中，降低了三维视图的 品质。相反，根据当前公开的3D超声成像的一种实脏案，这种方飽括d) 监测心脏以便确定M二维图像的实际心动相位和(ii)使用确定的心动相位信 息避免在单个3D视图中混合不同的相位。ffi^顿超声完雌测心脏，并且更 具体而言，^顿稳态超声束并且其中换能器保持稳态。从而，多普勒模式或M-模^^集能被用于在精确时间亥岐擅测所选择的解剖位置。
需要进一步注意，对于先前的使用机械换能器移动来采集用于胎儿STIC 的3D体积的胎儿STIC成像方法，多普勒模式或M模式采集的使用是不可能 的。换句话说，移动换能器使得多普勒或M模式线不可能保持4^f选择的解剖 位置上。根据当前公开内容的实施方案的这种方法包括考虑到克服这种限制， 实王赠射奂能器不需要机械移动即可进行扫描3D懒只(例如，2D阵列離阵换 肖g器)。简而言之， 一种不需机械移动就可扫描3D体积的换能器可被配置用来 在旨3D体积中发射线。另外，该换能器倉詢多3D扫描而不需机i^动，下文 中称之为具有3D电子操控的换能器,它能进一步被隨成使稳态监测脉冲和用 于采集3D体积的脉冲交替进行，例如，与胎儿STIC有关。
为了4顿不能在齡体积内电子操控的换能器扫描3D体积，下文中称之 为不带有3D电子驗的换能器，该换能器必须被机械地移动。例如， 一种3D 体积可以用1D相控阵换能器M31移动换能器以便它的2D扫描平面移动横穿被 扫描的体积而被扫描。如上面所指示的，以这种方式移动不带有3D电子操控的 换能器不可能保持稳态监测束。这种情形与被称为1.5D换能激艮相似，这种换 能器具有某种控制高度调焦或高度调整或二者都能控制的能力。相反，带有有 3D电子操控的换能器保持稳态并f顿电子操魏扫描fflil 3D #^只，而不带有 3D电子操控的换能器必须移动以扫描M3D体积。
回顾2D超声成像，M模式禾哆普勒 采集下文中被衛共。注意此处包 括的数字仅仅代表一种如何可实施的单个实施例，并且可使用其他的数字。对
于简单的2D超声成像，图像数据能被^M90度^^物的50条发射线中采集。 帧频可以是50赫兹，或每帧20毫秒。相邻线之间时间是0.4毫秒。另外，在相 同线的重复视图间的时间就是帧时间，20毫秒。
关于M模^^集，M模式被用于在更精确的时间刻^h^l察运动。例如， 一系 作者从2D帧中选择一^3描线。此后这条被选择的线在2D帧的50 条线中被均匀地隔开(时间上)采集5次。扫描器将釆集10条2D扫描线，并 接着重新采集M模式扫描线，以便M模式视图每4ms更新。从而，M模微 集使得旨,在比单单2D成像更小的时间刻度JlM察到运动，其中图像每20毫 秒仅仅更新一次。 一种M模式fAMil并排显示采集的M模式扫描线来组成。 M模式fli^包括一种滚动轨迹，类似于带状记录器。另外，关于M模式车爐， 竖轴fW深度和横轴代表时间。
双功能多普勒(DuplexDopplerM顿与M模式采集相似的采集策略；然而， 一条双功能多普勒线典型地在針2D图像线后被采集。另外，对于多普勒采集， 采集的数据被用于确定血流而不是被用于形成空间图像。多普勒采集$ 的竖 轴fW (流动血液的)被并且横轴j该时间。另外，注意心动周期在M模式 和多普勒轨迹中是明显的。
而且，尽管4OT双功能多普勒陶氐2D帧频大约一半时，但是它将几乎确 定不能与已知胎儿ST1C成像方法一起使用。然而，使用根据当前公开内容的实 M^案的3D成像方法，通过采用与M模式相似的采集定时，双功能多普勒提 供用于一种胎儿STIC 。
根据当前公开内容的一种实施方案， 一种3D超声成像方雜括4柳一禾中 具有3D电子操控的换能器(例如， 一种2D阵列换能器)不带有额外的经由机 鹏动的驗，其中舰分析稳态超声束代替成像平面(包含3D 的收集， 来改善心动相位的导出。同样的稳态超声束能被用于所有图像平面，例如，在 特定胎心成像过程期间，以便对于所有成像平面获得一致的结果。换句话说， 当前公开内容的该实施方案正确确定每个图像的心动相位，即使在心动采集期 间心率改变了。根据一种实 案，稳态束可包括一禾中M模錄集，多普勒模 式采集，或一种为了适合特殊成像过程的超声成像要求而专门设计的釆集。监 测束可比典型地用于或者M模式的采集或者多普勒的采集，更少频次地被采集， 可能仅仅2D图像每帧采集一次，并可能甚至更少。
根据当前公开内容的一种实施方案，一种超声系统包括一种具有3D电子 操控的换能器，被配置为使扫描2D 釆集和稳态釆集交替进行，其中稳态采 集包括M模式采集或多普勒采集。如这里要注意的，或者M31机动化，g通 过其 作，机械地扫描以执行3D采集的换能器，不能使扫描2D娜采集和 稳态采集交替进行。
当前公开内容的实施方案可通ii/人使用稳态超声束获得的M模式和/或多 普勒数据流的STIC分析中导出心动相位而被实现。可替换地，该STIC算法可 被修改以便与M模式和/或多普勒娜流一起更好地执行。而且， 一禾中附加的新 的分析方法可被实现用于与M模式和/或多普勒 流一起更好地执行。而且， 一种新颖的为了适于3D超声成像应用而专门设计的采集形式可以被^顿，或者 代替M模式和/或多普勒数据流，或者除M模式和/或多普勒数据流之外使用。 而且，如此处讨论的，当前公开内容的实M"案能在艮肢持3D胎心成像又支持 矩阵(2D阵列)超声换能器的超声系统中实现。
根据另一实施方案， 一种三维(3D)超声成像的方法包括作为时间的函数 采集代表成像体的超声 ，从这些超声 中能够获得多个二维(2D)超声 图像。这种方法迸一步包括与采集< 成像体的超声数据并行地从稳态超声束 采集数据。稳态超声束数据被分析以便从稳态超声束数据中导出参数。另外， 作为导出参数的函数，对被采集的超声数据重新排列用于3D处理。从重新排列 的超声数据中可获得一个或多个2D图像，它们根据导出的参数排序。同样的， /AS新排列的超声数据中可获得一个或多个3D表面着色图像(surface rendered image),它们根据导出的参数排序。采難声M能进i包括下列一个或多个 G) —种连续横穿成像体的采集^/￥， (ii〉 一种非连续横穿成像体的采集 :W， 或(iii) 一种横穿成像体的规定的采集次序。该规定的采集 ，能够包括根概寺 定采集要，择的任意^^。
现在参考附图，图1是根据当前公开内容的实 案的三维GD)超声成 像系统10的框图。此3D超声成像系统10包括一控制驢本单元12，配置为 与超声换能，头14 一起使用，进一步用于执行根据当前公开的实施方案的这 里讨论的超声成像方法。探头14包含超声换能器16。在一种实M^案中，控制 单元12被配置用于(i)控制超声换能器16和问根据当前公开的3D超声成像方法 执行3D超声成像。
在一种实齢案中，超声换能器16包括一^巨阵换能器，也称之为2D阵 列换能器。还有，基本单元12包括适于执行此处讨论的3D超声成像的控制电 子装置。例如，在一种实施方案中，基本单元12可以包括此，一步讨论的计 ^a。超声换能fl^头14经适宜的连接连接到基本单元12，例如经电缆、无线 连接，或其他合适的方式。
图2是说明3151使用根据当前公开的一种实| 案中的超声成像系统10， 目标術只的3D超声成像的简化原理图。具体地，超声换能器16产生定向进入 成像体(未示出)的2D成像平面的超声束的扫描20以响应来自基本单元单元 12的激刮言号。例如，扫描20能包括从初始2D成像平面22到最后2D成像平 面24的扫描。超声能量可根据需要被调节，例如根^f寺定3D超声成像应用的 要求，通过超声换能器16相对于目标位置或成像体的重新定位(iM^头14 的重新定位)，和/顿魏自基本单元12的适当的激活信号。另外，根据当前 公开的方法，成像体被安拥瞎被成像的目标内感兴趣区域中。
根据当前公开的一种实驗案，三维(3D)超声成像方法包括当2D成像 平面被横穿成像体扫描时，采集多个二维(2D)超声图像28。例如，2D超声 图像28包括从初始图像30到最后图像32的图像，相应于从初始2D成像平面 22到最后成像平面24间的扫描20。与采集多个2D超声图像并行地，来自稳态 超声束26的 集。该稳态超声束数据被分析以便从稳态超声束数据中导 出参数34。而且，如图2中参考数字36所示，作为导出参数的函数，该2D超 声图像被重新排列到新的图像组中，用于3D处理。在此新组中有许多图像。如 图2所示，仅仅为了说明，该新组包括11个2D图像。由于使用已知的位置坐 标所有这些图像都已出现在空间上的不同位置，3D超声系统的基本单元12被 隨鹏新的组内3D空间上排列这些图像。在图2的实施例中，显示了两个体 38和49。 一个体38在心脏收縮期和另一体40在心脏舒张期。另外，其中在这 两个^IR (38,40)之间，有额外的体积以及它们的相应^S,如参考数字42 所示。
在一种实驗案中，导出参数包括一种心动相位，换句话说，成像体包括
一种心动源，该心动源具有多个心动相位。例如心动^I包含胎儿心脏。
根据另一实齢案，雜針2D，,繊鹏矩阵换育離。顿阵换能 器M2S成(i)用于电子^4g^^^集2D^翻象和(ii)用来横穿成像術3 描2D成像平面。另外，采簾急态超^^繊也育^^顿矩阵换育離，其中矩阵
换倉^^^Kg^于(iii)使2D ^1#的^^禾職态|^^ ^集交替进 行。
在一种实 案中，具有3D电子操控的换能器16被Kg用于操控在成像 体内育娥得最佳信号的健生成稳态超声束26。也就是，稳态超声束26能被操 控，并且稳态超声束的定位能根据需要调节至撮佳或成像体内其^iS合的"f體， 以便改善用于采集^^成像体的超声数据和获得多个2D超声图像28的参数的 导出。例如， 一种稳态超声束的定位可在成像体采集序列期间被调节，以提供 所需的心动相位的iti宗。而且，稳态超声束 的采集可包括，例如M模叙 集或多普勒模式采集。在另外的实施方案中，采集稳态超声束数据可包括一种 为特定超声成像应用设计的采集。
在另一实 案中，采集稳态超声束数据包括与多个2D超声图像28中的 每一个的采集并^i4采集稳态超声束数据。相应地，分析稳态超声束数据包括 分析来自每个单独的稳态超声束 采集的数据以导出用于对应2D超声图像 的参数34。在一种实施方案中，分析进一步包括执行一种对稳态超声束麵的 时间空间相关成像(STIC)分析，其中对采集的 使用恰当适配了的STIC方法。 稳态超声束f^可以包括例如M模式M流，多普勒模^ 流，或其他 流中的一个或多个。另外，同样的稳态超声束26能被并fi^用于所有2D成像 平面，以便使得會嫩对于多个2D超声图像一至她导出参数。
在另一种实施方案中， 一种三维(3D)超声成像方駒括当2D成像平面 被横穿包含一种心动源的成像体扫描时，采集多个二维(2D)超声图像，该心 动源具有多个b动相位，其中采集多个2D超声图像包括{顿具有3D电子鹏 的换能器，配置(i)用于电子化操控超声束以lK集2D超声图像和(ii)用于横 穿成像体的扫描该2D成像平面。此方法进一步包括与多个2D超声图像采集并 行地，从稳态超声束中采集数据，其中采集稳态超声束数据进一步包括使用矩 阵换能器，其中具有3D电子驗的换能器进一步配置用于(in)使2D超声图 像的采集与稳态超声束娜的采集交替进行。另外，稳态超声束娜被分析以 便从稳态超声束数据中导出心动相位。而且，作为导出的心动相位的函数，2D 超声图像被重新排列，用于3D处理。
在前述的段落中的实施方案中，采集稳态超声束f^能包括M模^集，
多普勒模微集，或对于特殊超声成像应用设计的采集中一个或多个。另外， 在另一种实施方案中，该分析包括执行稳态超声束数据的时间空间相关成像
(STIC)分析。还有，在另一实施方案中同样的稳态超声束被并fi^fe用于所有2D 成像平面以便使得倉,对于多个2D超声图像一致的导出心动相位。而且，此稳 态超声束被可选 定位用于获得最佳信号，从而改善用于多个2D超声图像的 心动相位的导出。
图3是说明根据当前公开的另一实船案的3D超声成像方法的淑呈图， 一般用参考数字50矛^。此方法从步骤52开始，其中由系统操作者采取的初 始动作用于粒为所需成像体的3D超声图像采集而准备的超声成像设备。在步 骤54，此方法包括当2D成像平面被横穿成像体扫描时，采集多个二维(2D) 超声图像。在步骤56，与釆集多个2D超声图像并行地，此方法包括从稳态超 声束采集M。在步骤58,稳态超声束数据被分析以便从稳态超声束数据中导 出参数。在一种实施方案中，参数包括心动相位。在步骤60，此方法包括作为 导出参数的函数，重新排列2D超声图像用于3D鹏。可以适当地f細刊寺别 的3D超声成像应用的另外的处理连续和/或与步骤62 —起发生。
除了上面的情况之外，当前公开的实驗案还包^i十穀几软件或计^m程 序产品。计算mf呈序产品包括带有一套可被计算机执行用于实施此处说明和讨
论的3D超声成像方法附旨令的计^m可读媒质。该计郷可读媒质能包括任何
适合的用于给定超声成像系统应用的计算机可读媒质。还有，此计算机可读媒 质可包括网络通讯媒质。网络通讯媒质的例子包括例如企业内联网，互联网，
激卜联网。在一种实施方案中，控制单元12育g包括计^m。
尽管在上面仅仅很少典型的实施方案被详细说明，在没有本质上偏离当前 公开的实施方案中的新的教导和优点时，本领域技术人员将容易理解在典型实 施方案中许多可行的修改。例如，当前公开的实施方案可被用于3D超声成像， 例如3D胎心超声成像。相应地，所有这样的修改都被意图包括在如下面的权利 要求书中定义的公开内容的实施方案的范围内。在权利要求书中，装置加功能 术语意图覆盖执行所述的功能的此处说明的结构，并且不仅是构造性等价物， 而且还有等价的结构。
另外招可在一个或多个权利要求中的放置在括号中的参考符号不用于解释 作为权利要求的限制。词"包括(comprising)"和"包括(comprises)"等等不排
斥存在不同于任何权利要求中或整体说明中的元件或步骤。 一种元件的单数引 用不排斥存在多个这种元件，并且反之亦然。实施方案中的一个或多个可以借 助包括几个不同元件的硬件，和/或借助适当编程的计算机实现。在列举 几个装置的设备权利要求中，这几个装置可以集成在一起成为同一项硬 件。仅仅某些措施在互相不同的从属权利要求中被阐述的事实不表示这 些措施的组合不能被有利地使用。
权利要求
1、一种三维(3D)超声成像方法，包括作为时间的函数采集代表成像体的超声数据，从中能获得多个二维(2D)超声图像；与代表成像体的超声数据的采集并行地，从稳态超声束中采集数据；分析稳态超声束数据以便从稳态超声束数据中导出一种参数；和作为该导出参数的函数，重新排列从所采集的超声数据中获得的多个2D超声图像，用于3D处理。
2、 权利要求1的方法，其中导出参数包括心动相位。
3、 权利要求l的方法，其中该成像体包含一种心动源，该心动源具有若干心动相位。
4、 权利要求3的方法，其中该心动源包括胎儿心脏。
5、 权利要求l的方法，其中采集超声数据包括4顿一种具有3D电子操控 的换能器，被配置(0用于电子地操纵超声束以便在成像体的2D成像平面内 采集〗樣2D超声图像的織以及(ii)用于横穿成像体扫描2D成像平面，和其中采集稳态超声束数据进一步包括l顿具有3D电子操控的换能器，其 中该具有3D电子操控的换能器被进一步配置用于(iii)使2D超声图像数据的采集和稳态超声束 的采集交替进行。
6、 权利要求5的方法，其中采集稳态超声束 包括M模式或一种多普勒模錄集。
7、 权利要求5的方法，其中采集稳态超声束 包括为特定超声成像应用 设计的采集。
8、 权利要求l的方法，其中采集稳态超声束,包括M模式采集，多普 勒模媒集，或为特定超声成像应用设计的采集中的一个或多个。
9、 权利要求l的方法，其中采集稳态超声束数据包括与采集用于多个2D 超声图像的每一个的超声数据采集并行地，采集稳态超声束数据，和其中分析 稳态超声束数据包括分析分别来自每个稳态超声束M采集的数据，以便导出 一种用于相应2D超声图像的参数。
10、 权利要求9的方法，其中分析迸一步包括对稳态超声束数据执行时间空间相关成像(STIC)分析。
11、 权利要求9的方法，其中稳态超声束翻包括M模式数据流，多普勒 模，据流，或其他数据流中的一种或多种。
12、 权利要求9的方法，其中同样的稳态超声束被并行用于多个2D超声 图像的所有2D成像平面，以便使得能够一致地导出参数，用于多个2D超声图 像。
13、 权利要求1的方法，进一步包括调节稳态超声束位置用于获得最佳信号，以便改善用于多个2D超声图像 的参数的导出。
14、 权利要求1的方法，其中采難声繊包括以下一种或多种(i)横穿 成像体的连续采集次序，或(ii)横穿成像体的非连续采集IW，或(iii)横穿成像体的规定采集次序。
15、 一种三维(3D)超声成像仪器，包括 控制单元；和耦合到该控制单元的超声换能器，其中所述控制单元被配置用于(i)控制 i繊声换育^器和(ii)根据权利要求1的方法执行3D超声成像。
16、 一种计算机程序产品，包括具有一组可被计算机执行的指令的计算机 可读媒质，其中该指令被配置用于根据权利要求1的方法执行三维(3D)超声成像。
17、 一种三维(3D)超声成像方法，包括当2D成像平面被横穿包含心动源的一种成像体扫描时，采集多个二维(2D) 超声图像，该心动源具有若干心动相位，和其中采集多个2D超声图像包括使用 一种具有3D电子操控的换能器，被配置(i)用于电子地操纵超声束以采集 2D超声图像和(ii)用于橫穿成像体扫描2D成像平面；与多个2D超声图像的采集荆亍地，从稳态超声束中采集数据，其中采集稳态 超声束数据进一步包括4顿具有3D电子操控的换能器，其中该具有3D电子操 控的换能^M进一步配置用于(in)使2D超声图像采集和稳态超声束数据采集 交替进行；分析稳态超声束数据以便从稳态超声束导中导出一种心动相位,和 作为该导出心动相位的函数，重新排列2D超声图像，用于3D处理。3
18、 权利要求17的方法，其中采集稳态超声束数据包括M模式采集，多 普勒模式采集，或为特定超声成像应用设计的采集中的一个或多个
19、 权利要求17的方法，其中分析包括对稳态超声束数据执行时间空间相 关成像(STIC)分析。
20、 权利要求17的方法，其中同样的稳态超声束被并行用于所有的2D成 像平面，以便使得能够一致地导出心动相位，用于多个2D超声图像。
21、 权利要求17的方法，进一步包括调节稳态超声束CT用于获得最佳信号，以便改善用于多个2D超声图像 的心动相位的导出。
22、 权利要求1的方法，其中作为该导出的参数的函数，该采集超声被重新排列。
23、 权利要求22的方法，其中3D表面图像被从这些重新排列的超声数据中获得。
24、 权利要求22的方法，其中一个或多个2D图像被从这些重新排列的数 据中获得。
25、 权利要求22的方法，其中一个或多个其它量度，描述符，或着色从这 些重新排列的数据中获得。
全文摘要
一种三维(3D)超声成像方法包括作为时间的函数采集代表成像体的超声数据，从中能获得多个二维超声图像(28)，和与代表成像体的数据采集并行地，从稳态超声束(26)中采集数据。该稳态超声束数据被分析以便从稳态超声束数据中导出一种参数(34)。该方法进一步包括作为该导出参数的函数，对由重新排列(36)从所采集的超声数据中获得的多个2D超声图像，用于3D处理。在一种实施方案中，从稳态超声束采集数据包括M模式采集，多普勒模式采集，或为特定超声成像应用设计的采集中的一个或多个。优选地，此方法被用于三维胎心成像。
文档编号A61B8/14GK101203184SQ200680022349
公开日2008年6月18日 申请日期2006年6月15日 优先权日2005年6月23日
发明者D·S·谢里尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司