用于映射超声剪切波弹性成像测量的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提供解剖部位的弹性成像测量结果的超声弹性成像系统，以及利用超声弹性成像系统来检查解剖部位的超声弹性成像方法。本发明还涉及用于实施这种方法的计算机程序。
【背景技术】
[0002]肝纤维化和肝硬化是由各种原因导致的慢性肝损伤的一种反应，所述各种原因包括病毒性、自身免疫性、药物诱发的、胆汁郁积的和代谢性的疾病。肝硬化可最终导致肝衰竭，并且与增加相对的死亡率的原发性肝癌肝细胞性癌变相关联。
[0003]对肝纤维化分期和量化肝纤维化的程度在管理具有慢性肝脏疾病的患者中是重要的。肝脏活检被视为对肝纤维化诊断和分期的“黄金标准”。然而，肝脏活检会使患者不适和焦虑。1-5%的患者发生严重的并发症，其中，报道的死亡率在1: 1000和1: 10000之间。肝脏活检样本只包含肝脏的大约1/50000，并且因此受采样变化和组织学评估期间的另外的观察者变异性的限制。
[0004]肝脏活检的局限性引起更适于筛查、处置监测和后续跟进的各种非侵入性肝纤维化评价的发展。超声剪切波弹性成像技术出现作为一种用于非侵入性的肝纤维化分期的技术，这是由于其绝对量化硬度能力、实时、低成本以及便携性特征。已经存在商业产品，例如Philips Ultrasound新发布的剪切波弹性成像点量化(ElastPQ)。针对这种方法，声福射力被用于向肝脏或者任何其他解剖部位机械地加压力，并产生剪切波。得到的组织位移被测量并且用于估计解剖部位的弹性，已经发现其在肝脏是解剖部位的情况下与肝纤维化的阶段相关。
[0005]由于诸如换能器加热的系统限制和诸如剪切波快速衰减的物理限制，当前商业剪切波弹性成像产品通常仅提供在用户选定的点位置或者空间限制在B模式视场内的较大的感兴趣区域(R0I)处的测量。在典型的工作流程中，用户在常规B模式超声图像下选择可疑区域，激活剪切波弹性成像工具，进行测量，并且在另一用户选定的位置处重复该过程。在成像平面中的R0I中进行的测量然后例如在超声弹性成像系统的显示器上被显示为与R0I关联的值。例如，通过这，与R0I关联的肝脏硬度值可以以杨氏模量(kPa)或剪切波速度(m/s)的单位被报告。通过移动R0I，用户可以以非侵入的方式检查肝脏。
[0006]推荐进行分布在整个肝脏中的多个硬度测量，例如大约10个，以具有对纤维化水平的综合评价。这麻烦并且费时。此外，其令检查者不确定测量结果的确切分布和模式。
[0007]文件W0 2012/078280 A1示出了一种用于生成组织弹性成像图像的系统，包括配置为在组织上移动的扫描设备。所述扫描设备包括超声换能器和剪切波换能器，其中，剪切波换能器被配置为用于在超声换能器的操作期间将剪切波引导到组织中。位置和取向传感器系统被耦合到扫描设备，一个接收器被配置为从超声换能器接收图像，一个接收器被配置为从传感器系统接收针对每幅图像的位置和取向数据，并且查看器被配置为提供所对接收的图像快速顺序显示。
[0008]需要进一步改进这样的弹性成像系统。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种改进的超声弹性成像系统和方法。本发明的另外的目的是提供一种用于实施这种方法的计算机程序。
[0010]在本发明的第一个方面中，提供了一种用于提供解剖部位的剪切波弹性成像测量结果的超声弹性成像系统，所述系统包括:便携式超声图像采集探头，其被配置为提供超声成像和剪切波弹性成像；超声信号和图像处理组件，其被配置为控制所述超声图像采集探头，以经由所述便携式超声图像采集探头来确定剪切波弹性成像测量结果，尤其是确定或计算从由所述超声图像采集探头接收的回声得到的剪切波弹性成像测量结果，并且提供所述解剖部位的超声图像，尤其是来自由所述超声图像采集探头接收的回声的；显示器，其用于显示由所述超声信号和图像处理组件提供的所述超声图像；存储器单元，其被配置为存储所述解剖部位的三维图像，其中，所述超声信号和图像处理组件还被配置为确定所述剪切波弹性成像测量结果在所述解剖部位的所述三维图像内的位置，并且将剪切波弹性成像测量结果的所述位置显示到用户。
[0011]在本发明的另一方面中，提供了一种用于利用超声弹性成像系统来检查解剖部位的超声弹性成像方法，所述方法包括以下步骤:采集所述解剖部位的三维图像；经由被配置为提供超声成像和剪切波弹性成像的便携式超声图像采集探头，来采集剪切波弹性成像测量结果；确定剪切波弹性成像测量结果在所述解剖部位的所述三维图像内的位置；并且将所述剪切波弹性成像测量结果的位置显示到用户。
[0012]在本发明的第三个方面中，一种包括程序代码模块的优选的非暂态计算机程序，所述程序代码模块用于当所述计算机程序在计算机上被执行时，令计算机执行根据第二个方面或其改进之一的方法的步骤。
[0013]本发明的基本想法是提供一种集成的系统和方法来定位弹性成像测量位置和活检位置，尤其是在肝的三维解剖结构中。剪切波超声弹性成像和定位能够使用两种方法，即换能器的位置感测或基于纯图像的配准来实现。在第一方法中，传感器将被放置于换能器上，以便使用电磁或光学跟踪系统来实时监测所述换能器的位置。在第二方法中，其中硬度测量被实现的超声立体或横截面图像的子集被配准到延展的三维肝解剖结构上。超声系统的主要元件可以包括一维或二维换能器，其能够进行常规B模式成像和剪切波弹性成像；由扫描的一维超声换能器或二维超声换能器采集的三维肝解剖结构图像，或是由诸如CT/MR1、电磁或光学跟踪系统的其他模态在采集的先前采集的三维图像；以及应用包括以下的应用:与超声系统通信以获取硬度测量相关位置和超声图像的数据采集系统；与跟踪系统通信的数据采集系统，所述跟踪系统使用跟踪系统映射硬度测量和活检位置或者使用图像配准方法映射硬度测量位置；显示解决方案，其用于三维绘制和可视化硬度测量位置；以及量化工具，其能够计算任何硬度测量位置和活检位置之间的距离。
[0014]剪切波弹性成像和跟踪的组合在诊断成像和介入肿瘤手术中能够具有广泛的应用，并且能够被包括在未来超声成像系统中。除了确定肝纤维化分期，其中，所述解剖部位是肝脏，系统和技术还能够应用于在对乳房、甲状腺和前列腺癌进行分期对硬度测量和活检位置进行可视化和映射。因此，解剖部位也可以是乳腺、甲状腺或前列腺。
[0015]本发明的优化实施例被定义在从属权利要求中。应该理解，方法权利要求具有与要求保护的并且如在从属权利要求中定义的设备相似和/或相同的优选实施例。
[0016]根据系统的改善，该系统还包括跟踪设备以跟踪所述便携式超声图像采集探头的位置和取向。通过这，能够跟踪所述探头的位置和取向，并且使用该信息来确定剪切波弹性成像测量结果的位置.
[0017]在所述系统的另外的改善中，所述超声信号和图像处理组件还被配置为通过经由所述跟踪设备跟踪便携式超声图像采集探头的位置和取向，来确定剪切波弹性成像测量结果在所述解剖部位的所述三维图像内的位置。通过这，所述跟踪设备可以用于映射弹性成像测量的位置并且在三维图像内将它们显示到用户。
[0018]在所述系统的另外的改善中，所述系统还包括活检设备，并且其中，所述超声信号和图像处理组件还被配置为经由所述跟踪设备来跟踪活检设备在所述解剖部位的所述三维图像内的位置。通过这，还能够跟踪活检设备的位置。通过这，能够提供经由所述系统对对活检工作流程的引导。此外，活检样本的位置还能够与弹性成像测量位置进行比较，或者能确保活检样本的部位与先前确定的弹性成像测量结果一致。
[0019]在所述系统的另外的改善中，所述超声信号和图像处理组件还被配置为确定剪切波弹性成像测量结果的位置和活检设备的位置之间的距离。通过这，能够确定活检样本的一侧是否接近于其中弹性成像测量已经被实行的感兴趣区域。
[0020]在所述系统的另外的改善中，所述系统还包括用户输入设备，所述用户输入设备使得用户能够选择在所述超声图像内的感兴趣区域，在所述感兴趣区域中，弹性成像测量要被实行。通过这，用户能够在超声图像，尤其是公知的B模式超声图像中选择感兴趣区域，使得弹性成像测量在由用户识别的区域内被实行。
[0021]在所述系统的另外的改善中，所述超声信号和图像处理组件还被配置为通过配准所述感兴趣区域在其中被选择的所述超声图像与所述解剖部位的所述三维图像，来确定所述剪切波弹性成像测量结果在所述解剖部位的所述三维图像内的位置。通过这，配准能够以计算机实施的方式仅由超声信号和图像处理组件来实行。因此，能够避免另外的装备，例如跟踪设备，以适当对准活检测量结果与三维图像和弹性成像测量位置。
[0022]在