用于实时胎儿心脏评估的标准平面的自动定位的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医学诊断超声系统，并且具体涉及能够通过对诊断上有用的图像平面进行实时成像来执行胎儿心脏诊断的超声系统。
【背景技术】
[0002]超声成像常规地用于在妊娠期间评价在母亲的子宫中的胎儿的发育。胎儿心脏超声筛查旨在检测结构性异常(一般为先天性心脏缺损或CHD)，并且包括对胎儿心脏的标准二维(2D)图像视图的分析。典型的标准视图包括四腔观和使得能够评价左心室(LV)流出道和右心室(RV)流出道的视图。可以要求的其他视图包括五腔观、三血管观以及气管观。实际上，这些视图常常揭露大部分的CHD。临床医生采集每个要求的视图的图像的传统方式是，当超声探头与腹部声接触时，操纵超声探头直到期望的解剖结构取向处于2D成像探头的平面中。比如，临床医生首先操纵探头，直到在四腔观中看到胎儿心脏。临床医生然后存储在一个或多个心跳上的该视图的图像或图像序列。结束图像存储，并且临床医生再次操纵探头，此时试图将图像平面与LV流出道的视图对齐。当临床医生已经成功地将图像平面与该视图对齐时，存储另一图像或图像序列。针对所要求的第三视图和其他视图重复探头操纵和存储的处理。利用该过程，能够存在遗漏异常的大量案例，这是因为获得并分析这些视图要求高的技能:胎儿超声心动图是非常依赖操作者的。另外，在该过程期间胎儿可以移动，每当胎儿移动时，要求临床医生随着胎儿心脏使她自己重新取向。
[0003]随着三维(3D)超声图像采集(尤其是时空图像关联，或STIC，协议)的出现，现在能够捕捉胎儿心脏和相邻血管的整个体积，并且能够执行对心脏中的任何取向处的2D视图的计算重建，包括标准计算重建，甚至在释放患者之后。通过做出胎儿心脏上的2D图像平面的缓慢扫掠来引导STIC过程，其可以花费10秒或更多。该目的是采集在胎儿心搏周期的每个阶段处的胎儿心脏的每个相邻解剖结构平面的图像。这通过采集在许多心搏周期上的大量图像来完成，这是因为所述图像平面是在心脏上扫掠的。给用户指导的图像处理然后用于从所采集的2D帧中提取整个胎儿心脏的主要时间周期。该信息然后用于将所述帧重新组装成一系列体积图像，每幅图像在心搏周期的不同阶段处。然后通过被称为多平面重建(MPR)的处理，由用户从所述体积中提取标准2D视图。临床医生必须搜索遍及不同平面取向处的体积，搜索每个标准视图。取决于对图像平面的扫掠的速度和均匀性，一些视图可以被扭曲或是解剖结构上不正确的。从一个检查到下一个检查，STIC体积的质量和一致性能够变化很大。此外，STIC图像不是实时的，而是从多个不同的心搏周期构建的解剖结构视图的合成回顾性重建。尽管存在STIC过程的困难和限制，但是假设3D工作流是直观的并且提供可以胜任的工具(例如，MPR)来研宄体积图像数据，现在接受的做法是3D胎儿心脏检查能够潜在地减少误诊率并且改善工作流和操作者的依赖性(更少的技能)。
[0004]人们也许认为实时3D超声成像能够用于采集胎儿心脏的实况体积图像。遗憾的是，在大多数情况下，当前的体积帧速率不够高，不足以提供足够的空间分辨率和时间分辨率两者(体积率)来做出可实际用于胎儿心脏成像的实况3D成像。此外，由于仅仅要求特定的2D图像平面来对胎儿心脏进行诊断，因此不利用太多的3D信息。如果能够仅仅采集需要的平面，则原理上这些能够以高的多的帧速率且以好的多的分辨率来采集。因此。存在能够以好的空间分辨率和时间分辨率来同时实时采集提供所要求的2D标准视图的超声数据的需要。
【发明内容】
[0005]根据本发明的原理，描述了一种诊断超声系统和方法，所述诊断超声系统和方法使得能够实时采集诸如胎儿心脏的靶解剖结构的多个标准视图。矩阵阵列探头被放置在母亲的身体上与合适的声窗接触，以查看所述胎儿心脏。矩阵阵列探头能够快速连续地扫描可选择的、不同取向的图像平面，使得能够对选定的图像平面进行实时成像。当对一个平面进行实时成像时，首先操纵所述探头，直到采集到诸如四腔观的第一参考平面。诸如心脏模型的所述靶解剖结构的模型然后用于将所述四腔观的超声图像与所述心脏模型中的对应的四腔观进行匹配。根据所述模型中的期望的平面的相对取向，所述心脏模型提供关于与所采集的参考平面有关的其他标准视图的所述相对取向的信息。该信息用于控制所述矩阵阵列探头来额外地实时扫描一个或多个其他视图的图像平面。用户然后能够同时实时显示参考标准视图和一个或多个其他期望的视图。
【附图说明】
[0006]在附图中:
[0007]图1以方框图的形式图示了根据本发明的原理构建的超声系统。
[0008]图2图示了根据本发明的用于胎儿图像采集和显示的一种方法。
[0009]图3图示了根据本发明的用于胎儿图像采集和显示的第二方法。
[0010]图4图示了根据本发明的用于胎儿图像采集和显示的第三方法。
[0011]图5图示了与胎儿心脏模型的胎儿心脏的三个标准视图的对应平面相关联的所述胎儿心脏的三个标准视图。
[0012]图6图示了具有根据本发明的原理产生的胎儿心脏的标准图像平面的三个实时视图的超声系统显示。
【具体实施方式】
[0013]首先参考图1，以方框图的形式示出了一种根据本发明的原理构建的超声系统10。所述超声系统被两个子系统配置:前端采集子系统1A和显示子系统10B。超声探头被耦合到采集子系统，所述采集子系统包括二维矩阵阵列换能器70和微射束形成器72。所述微射束形成器包含电路，所述电路控制应用于阵列换能器70的元件(“模块”)的组的信号，并且对由每个组的元件接收的回波信号进行初步处理。在探头中的微射束形成有利地减少了在探头与超声系统之间的缆线中的导体的数目，并且在美国专利5997479 (Savord等人)和在美国专利6436048 (Pesque)中得以描述。
[0014]所述探头被耦合到超声系统的采集子系统10A。所述采集子系统包括射束形成控制器74，所述射束形成控制器74对如以下所描述的产生的门控信号做出响应，并且将控制信号提供给微射束形成器72，向探头发出关于2D图像平面或3D体积中的发射射束的时间计定、频率、方向以及聚焦的指令。通过控制模数(A/D)转换器18和射束形成器20，射束形成控制器也控制由采集子系统接收的回波信号的射束形成。由探头接收的回波信号通过在采集子系统中的前置放大器和TGC(时间增益控制)电路16进行放大，然后由A/D转换器18进行数字化。然后将数字化的回波信号形成为由射束形成器20完全操控和聚焦的射束。然后由图像处理器22处理所述回波信号，所述图像处理器22执行数字滤波、B模式检测以及多普勒处理，并且也能够执行其他信号处理，例如，谐波分离、相干斑抑制以及其他期望的图像信号处理。
[0015]由采集子系统1A产生的回波信号被耦合到显示子系统10B，所述显示子系统1B处理所述回波信号以用于以期望的图像格式进行显示。图像线处理器24处理所述回波信号，所述图像线处理器24能够对所述回波信号进行采样，将射束的节段拼接成完整的线信号，并且对线信号取平均以用于信噪比改善或流的持久性。由扫描转换器26将针对2D图像的图像线扫描转换成期望的图像格式，所述扫描转换器26执行本领域公知的R-theta转换。然后所述图像被存储在图像存储器28中，来自所述图像存储器28的所述图像能够被显示在显示器38上。存储器中的图像也与要与所述图像一起显示的图形进行叠加，由图形生成器34生成所述图形。在对图像环或序列的捕捉期间，个体图像或图像序列能够被存储在电影存储器30中。
[0016]在一些实施方案中，可以期望采集在胎儿心搏周期的具体阶段处的图像。胎儿心率生成器54提供该能力。如在国际专利出版物WO 2011/001309 (Jago等人)和WO2011/158136 (Schauf)中所描述的，胎儿心率生成器合成胎儿心搏周期的周期性。胎儿心率生成器产生在胎儿心脏的选定阶段处的门控信号，所述门控信号能够用于对如下所述的图像采集或处理进行门控。
[0017]根据本发明的原理，显示子系统包括胎儿心脏的心脏模型数据32。所述心脏模型数据是如在美国专利出版号2008/0304744 (Peters等人)和在2011年12月12日提交的美国临时申请号61/569450 (Radulescu等人)中所描述的胎儿心脏的3D解剖结构网格模型的数据。这样的模型表示心脏的结构，包括其内部结构和外部结构，例如，血管和瓣膜。心脏模型可以是心脏的单个阶段(例如，舒张末期)，或者心脏模型可以包括心脏在心搏周期的不同阶段处的多个模型。对于本发明重要的是，从心脏模型数据能够提取个体平面，并且所述个体平面能够被