专利名称：用于doppler超声成像系统中的自动图像选择的系统和方法
用于D0PPLER超声成像系统中的自动图像选择的系统和方
法 本发明涉及用于处理并向临床医师呈现Doppler模式的超声图像的系统和方法。
超声技术的进步使得能够通过测量反射超声波中的频移来成像目标体内的血液流动。通常，将速度测量结果映射到色标(color scale)并将其显示为覆盖在灰度组织密度图像上的彩色图像。这种图像可以用于测量主动脉或心脏自身内的血液流动，以便诊断疾病。 在现有系统中操作员以足够高的频率执行一系列超声测量，以生成处于心动周期内不同阶段的血流图像。该操作员然后滚读(scroll through)该图像并试图识别与患者的心动周期中特定点对应的图像，从而评估例如患者的心脏功能。这一过程通常是耗时的并且由于不同操作员的经验水平及人为误差而导致该过程变化。 有鉴于此，可能有利的是提供一种系统以便方便且始终如一地识别与患者的心动周期中预定点对应的超声图像。 在本发明的一个方面中，采集患者体内的血液流动的一系列Doppler图像。针对每个Doppler图像计算图像特征化参数。然后分析所述图像特征化参数以选择Doppler图像中的一个，例如与患者的心动周期中预定点对应的Do卯ler图像。然后向操作员显示所选择的图像。在一些实施例中，所述图像特征化参数是组成图像的像素颜色的标准偏差。
在本发明的另一方面中，处理Do卯ler图像以识别与单独血管对应的感兴趣区域。然后基于感兴趣区域计算所述图像特征化参数。可以通过接收用户输入，如将光标定位在图像上的特定点，来识别感兴趣区域。 在本发明的另一方面中，在执行超声扫描的同时测量患者的心电图(ECG)。然后分析该ECG以确定患者的心动周期中预定点的发生。然后识别基于与预定点的发生基本同时发生的超声测量的图像并且将其显示给操作员。
在附图中
图1是根据本发明的实施例的超声诊断成像系统的框图； 图2是根据本发明的实施例用于识别诊断图像的方法的处理流程图； 图3是利用超声系统产生的彩色Do卯ler画面的影片回环(cineloop)的镶嵌显
示； 图4是利用超声系统产生的彩色Doppler画面在随后处理以去除闪光伪影后的影片回环的镶嵌显示； 图5是分割彩色Doppler超声图像的图像； 图6是根据本发明的实施例利用超声系统产生的并且具有光标和重叠其上的相关感兴趣区域的图像； 图7是根据本发明的实施例用于选择感兴趣区域的方法的处理流程图； 图8是根据本发明的实施例用于利用心电图(ECG)监控器和超声系统选择诊断图
像的系统的框图； 图9是根据本发明的实施例图示说明超声扫描相对于ECG波形的定时的图表；
图10是根据本发明的实施例用于基于ECG波形识别诊断图像的方法的处理流程图； 图11是用于识别视频超声显示系统中的诊断图像的方法的处理流程 图12是用于识别视频超声显示系统中的诊断图像的可替代方法的处理流程图。
参考图l，超声诊断成像系统IO包括定位成与患者14接触的探头12。该探头优选包括换能器，该换能器发射超声波进入患者14体内并接收来自患者的组织的反射波。在一些实施例中，该换能器是包括压电元件的相控阵列换能器阵列。该换能器的元件耦合到波束形成器16，该波束形成器可操作以产生用于该换能器的驱动信号并且处理所接收的信号，以便如本领域所知将波束引导并聚焦到患者的解剖体上。 波束形成器16的输出耦合到图像处理器18和Doppler处理器20。如本领域所知，Doppler处理器20分析波束形成器16的输出，以便确定患者组织内的运动如血液流动的特征。图像处理器18将波束形成器16的输出转换成表示探头12的扫描区域内的组织的密度和边界的图像。图像处理器18也可以接收Doppler处理器20的输出并且产生扫描区域内的运动的彩色、灰度或其他图形表示。来自图像处理器18的图像22被存储在图像缓冲器24中。图像缓冲器24具有与其关联的指针26，该指针指示图像22中的一个并且由用户界面34改变。 可以由图像分析模块28分析图像22以便于基于图像22进行诊断。在一些实施例中，图像分析模块28遮掩图像22的一些部分或者创建图像覆盖图。将来自分析模块28的图像22和图像覆盖图输入到视频处理器30，该视频处理器生成信号以在显示器32上显示图像22和图像覆盖图中的一个或多个。在一些实施例中，将图像覆盖图存储在图像存储器24中，且视频处理器30从图像存储器24读取图像和覆盖图。由视频处理器30在显示器32上呈现的图像22可以是指针26指示的图像。用户界面34耦合到图像分析模块28并且接收关于已执行的分析、将显示的覆盖图等的操作员输入。在一些实施例中，用户界面34使操作员能够滚读显示器32上的图像22。例如，用户界面34可以与图像存储器24耦合以调整指针26的数值或者调整显示哪个图像22，以便使用户能够滚读图像22。用户界面34也可以包括鼠标、键盘、触摸屏或类似设备。在一些实施例中，用户界面34耦合到视频处理器30以便显示图形用户界面元件。 图像处理器18、 Doppler处理器20、图像缓冲器24和图像分析模块28可以表示超声系统的单独组件或表示由单一计算设备执行的不同功能。系统10可以是专用超声系统或执行适用于处理来自探头12的信号并为探头12生成控制信号的软件的通用计算机。
参考图2，超声系统如系统10可以执行方法36以便于利用系统10进行诊断。在步骤38，优选在邻近时段内紧密隔开的时间间隔处以足够高的速率执行一系列扫描，以采集单独心动周期内的血液流动的变化。因此，例如在患者心跳速率的10倍至30倍之间的图像采集速率可能是足够的。也优选在包括至少一个完整心动周期的时段内执行扫描。
在步骤40，由图像处理器18针对每次扫描生成表示探头12的扫描区域内的组织密度的组织密度(灰度)图像。在步骤42，由Do卯ler处理器20针对每次扫描生成表示探头12的扫描区域内的血液流动速度的Do卯ler图像。Doppler图像通常用颜色表示速度信息。如图3所示，针对每次扫描的Do卯ler图像44和组织密度图像46可以进行组合。如图3清楚可见，在一系列组织密度图像中看到近端大动脉的壁48和内腔50。血液流动52
5被显示在Do卯ler图像覆盖图44中。 可以对Do卯ler图像44和组织密度图像46进行进一步处理以便改进图像质量和去除噪声。例如，在步骤54，可以将阈值应用于Do卯ler图像44以便去除噪声。在步骤56生成流动掩模。生成流动掩模可以包括分析Do卯ler图像44和/或组织密度图像46以识别与血管对应的图像部分。生成流动掩模可以包括对许多图像44求平均以去除脉动效应。可以应用不同的平均算法以生成包括绝对速度平均和矢量速度平均的流动掩模。绝对速度平均忽略被平均的速度像素的符号(或方向)，而矢量速度平均将速度像素作为角相位值进行处理。矢量平均将在相干流动区域内显示高数值，且它将由于矢量抵消而在彩色Doppler噪声区域内显示小数值。 在步骤58将流动掩模应用于Doppler图像44。在步骤58应用流动掩模将去除与噪声对应的那部分Do卯ler图像46。 在步骤60，对Do卯ler图像执行闪光减少。闪光指的是作为换能器或组织运动而非血液流动的结果的Doppler图像数据。在图4所示的闪光减少步骤60期间去除如图3所示的闪光缺陷62，在图4中缺陷62已经被去除。 在步骤64，执行脉管分割。为了本公开的目的，脉管还可以包括心脏的腔室。在这一示例中，脉管分割包括分析Do卯ler图像44以将像素块与单独血管相关联。在步骤58应用的流动掩模可以通过识别每个血管的范围来促进分割步骤。在一些实施例中，将经典的"连通分量算法"应用于流动掩模图像以对图像内的不同脉管进行分割。例如，如图5所示，区域66已经被识别为与近端大动脉内的血液流动对应的邻近像素块。
在步骤68，将经分割的脉管显示给操作员。在步骤70，系统IO接收指示要分析哪个经分割的脉管的操作员输入。在可替代实施例中，基于某些标准如尺寸、图像质量等自动选择一个或多个单独脉管，而不用手动执行步骤68和70。可以应用不同的脉管选择技术，包括利用对象面积和偏心率等测量值选择最大纵向脉管的形状分析技术。试探信息可以用于脉管选择过程中，其中由超声系统提供的背景信息如当前临床预置(动脉相对静脉)和当前Doppler光标(采样体积)位置可以指引脉管选择算法。 在步骤72，将脉管选择掩模应用于Do卯ler图像44以排除与那些和在步骤70选择的脉管中的血液流动相对应的像素不同的像素。在步骤74，针对每个图像44计算一个或多个图像特征化参数。图像特征化参数是从所选脉管内的血液速度推导出的数值，由图像44中的像素的颜色和/或强度表示，其优选包括在步骤72中选择的单一血管。图像特征化参数可以包括每个图像44的流动面积和速度内容的统计测量，如速度加权的流动面积；有符号或无符号的平均速度；50%、90%或其他速度百分比；和/或有符号或无符号的速度传播测量，如标准偏差。在一些实施例中，仅针对每个图像44计算上述参数之一。在其他实施例中，针对每个图像44计算两个或更多个参数。在一些实施例中，操作员可以输入哪些参数将被计算并用于分析图像44。 在步骤76，分析图像44的图像特征化参数以识别有利于诊断心脏状况的图像44中的一个。所识别的图像可以优选对应于患者14的心动周期中的预定点，诸如峰值收縮流动的出现。例如，脉管内的血液流动的标准偏差通常在峰值收縮流动期间达到其最大值。因此，在一些实施例中，图像特征化参数是标准偏差，且在步骤76分析图像特征化参数可以包括识别具有最大标准偏差的图像44。
然而，可以识别与心动周期中的其他点如心房收縮或心脏舒张相关的图像44。也可以分析图像44以识别具有最多图形失真或出现最多紊乱的图像44。可以分析图像44以确定哪个出现反流束或峰值跨瓣膜流(trans-valvular flow)。 在步骤78，根据在步骤76执行的分析来选择诊断图像，并且在步骤80，显示该诊断图像。在本发明的一些实施例中，显示诊断图像可以包括设置指针26以指示诊断图像。
参考图6，在可替代的实施例中，用户界面34可以接收来自操作员的输入，例如来自鼠标、跟踪球、触摸屏等，该输入指示光标82在所显示的图像如Do卯ler图像44、组织密度图像46或Do卯ler图像44和组织密度图像46的组合上的期望位置。然后如关于方法36中的步骤76所述，图像分析模块28可以针对每个图像44分析围绕光标的区域84，以便确定将哪个图像44显示为诊断图像。区域84可以是围绕光标82的预置尺寸或者可以具有由操作员指定的尺寸。 参考图7，一种利用超声系统10方便诊断的方法86可以包括执行如方法36中的图像采集和处理步骤38-54，并进一步包括在步骤88显示图像44和/或其相应的组织密度图像46的步骤。该一个或多个图像44、46可以由操作员选择或随机选择，或者可以是与在步骤38执行的一系列扫描中的第一个、最后一个或其他扫描对应的一个或多个图像44、46。所显示的一个或多个图像44、46可以由操作员选择，例如通过允许操作员滚读图像44、46并提供指示使用哪个图像44、46的输入。作为替代，用户界面34可以接收来自操作员的输入，该输入导致图像滚动通过显示器32，且最后显示的图像将仍然被显示以允许利用光标82选择感兴趣的点。 在步骤90，用户界面34接收操作员输入，该输入指示一个或多个图像44、46上的光标位置。在步骤92，针对每个Doppler图像44分析包含或邻近在步骤90确定的位置的区域84，以便针对每个图像44计算一个或多个特征化参数。区域84的尺寸可以是固定的，基于图像44自动确定或者由操作员指定。 图像特征化参数可以包括每个图像44的区域84内的图像数据的流动面积和速度内容的统计测量，诸如速度加权的流动面积；有符号或无符号的平均速度；50%、90%或其他速度百分比；和/或有符号或无符号的速度传播测量，诸如标准偏差。在一些实施例中，仅针对每个图像44计算上述参数之一。在其他实施例中，针对每个图像44计算两个或多个参数。在一些实施例中，操作员可以输入哪些参数将被计算并用于分析图像44。然后如上述方法36所述，可以在步骤78选择诊断图像并且在步骤80显示该诊断图像。
在方法86中，可以省略以下步骤生成流动掩模(步骤56)、应用流动掩模(步骤58)、执行脉管分割(步骤64)、显示被分割的脉管(步骤68)以及接收操作员对被分割的脉管的选择(步骤70)。作为替代，这些步骤中的一些或全部可以被包括在该方法中。例如，对脉管进行分割(步骤64)以及接收操作员对脉管的选择(步骤70)可以先于指定光标82的位置的步骤，从而可以将光标82定位于在步骤70选择的脉管的子区域84内。
参考图8，在可替代实施例中，将超声系统10耦连以接收来自心电图(ECG)监控系统94的信号，该心电图监控系统94接收来自耦连到患者14的电极96的信号以测量患者心脏的电活动。 参考图9，图8的系统可以用于基于所测量的ECG波形98选择超声图像44。在一个实施例中，测量ECG波形且同时执行由标记IOO指示的一系列超声扫描。可以分析波
7形98以确定患者的心脏周期中诸如心脏收縮峰值、心房收縮、心脏舒张或心动周期中的其他正常点或异常点的发生的时机102。然后选择与和发生102同步或几乎同时执行的扫描104对应的图像44作为显示给操作员的诊断图像。 参考图IO，使用图8的系统的方法108包括在步骤110执行一系列超声扫描且同时在步骤112测量患者的ECG。可以使步骤110和112相对于彼此配准或同步，从而可以将超声扫描的时机映射到沿ECG输出的点。例如，可以根据第一时钟确定ECG测量的开始时间和结束时间，且可以根据第一时钟或与第一时钟同步的第二时钟对每次超声扫描加盖时间戳。作为替换，可以记录所述一系列超声扫描的开始时间和结束时间或者使其与ECG测量的开始时间和结束时间相等。然后可以使用超声扫描的速率将每个ECG扫描映射到ECG波形上的点。 在步骤114，可以处理该超声信号以产生Do卯ler图像44，且在步骤116可以处理该信号以产生组织密度(灰度)图像46。在步骤118处理该图像。在步骤118处理所述图像可以包括执行方法36的步骤中的一些或全部，包括应用阈值(步骤54)、生成流动掩模(步骤56)、应用流动掩模(步骤58)、执行脉管分割(步骤64)、显示被分割的脉管(步骤68)以及接收操作员对被分割的脉管的选择(步骤70)。 在步骤120，分析ECG波形以定位患者的心动周期中的事件的发生。在步骤122，通过确定在步骤120定位的事件的时机，并且识别与在该时刻附近发生的扫描对应的图像44，来识别时间上与该事件对应的图像44。在步骤123，显示在步骤122识别的图像44。
在一些实施例中，将一系列超声图像如Do卯ler图像44或组织密度图像46中的一个或二者显示为视频，以图形显示血液流动随时间的变化。在这种实施例中，用户可以提供一输入，该输入导致中断视频显示并且在接收到该输入后将显示图像的静态显示。相应地，在一些实施例中，超声系统如系统10可以可选地执行如图11所示的方法124。
在方法124的步骤126，执行超声扫描，优选以适于在单一心动周期内多次获取血液流动的速率执行一系列连续扫描。在步骤128，生成针对每次扫描的图像，如Do卯ler图像44和/或组织密度(灰度)图像46。在步骤130，将图像显示为视频。该视频可以连续循环播放或在接收到导致视频显示开始的操作员输入时仅显示一次。在步骤132，接收用户中断。可以在用户按下按钮或与标注为"静止"、"停止"等的图形用户界面元件互动时生成该用户中断。在步骤134，中断视频显示。在步骤136，根据任一上述方法如图2至图6所示的方法来选择诊断图像。在步骤138，静态显示在步骤136所选择的诊断图像。
进一步参考图l，在可替代的实施例中，超声系统如系统10可以执行如图12所示的方法140。在方法140的步骤142，执行超声扫描，优选以适于在单一心动周期内多次获取血液流动的速率执行一系列连续扫描。在步骤144，生成针对每次扫描的图像，如Do卯ler图像44和/或组织密度(灰度)图像46。在步骤146，将图像存储在图像缓冲器中，如系统10的图像缓冲器24。在步骤148，显示图像缓冲器24内的图像的视频回路(videoloop)。例如，视频处理器30可以自动依序显示图像缓冲器24内的图像。 在步骤150，接收用户中断，例如响应于用户按下按钮或与标注为"静止"、"停止"等的图形用户界面元件互动。在本发明的其他实施例中，当操作员在不同观察模式之间切换时发生用户中断。例如，超声系统10可以具有双工(duplex)显示模式，其中显示器32的一部分示出Doppler图像44和/或组织密度图像46，且显示器32的另一部分示出光谱Doppler数据或每个Do卯ler图像44的被选择部分。在这种系统中，只有一部分的显示器是"直播的(live)"(即连续滚读图像缓冲器24中的图像，或连续采集并显示来自所采集的Doppler数据的光谱数据)。用户可以通过提供输入例如按下"更新"键来选择哪些部分是直播的。在提供输入之后，直播部分被静止且其他部分变成是直播的。因此，在Doppler图像44和/或组织密度图像46已经是直播的情况下，按下这种系统中的更新键将停止这些图像的视频显示并且提供用户中断，该用户中断如上所述触发诊断图像的自动选择和显示。作为替代，在一些实施例中按下更新键并不触发诊断图像的选择和显示，而是只有当"静止"按钮被按下时才停止图像的视频显示或光谱数据的采集。 在步骤152，中断视频显示。在步骤154，从图像缓冲器24读取图像。在一些实施例中，图像分析模块28从图像缓冲器24读取图像。在步骤156，根据上述任何一种方法选择诊断图像，诸如图2至图6说明的方法。在步骤158可以更新图像缓冲器中的图像，且在步骤160显示在步骤156选择的被选静态诊断图像。
权利要求
一种用于呈现超声数据的方法，包括向目标区域发射一系列超声波并接收反射波；分析所述反射波以生成与所述目标区域内的血液速度对应的速度数据；生成表示所述速度数据的多个图像；针对每个图像计算图像特征化参数；分析所述图像特征化参数以选择参数值中的一个；以及显示与所选择的参数值对应的图像。
2. 如权利要求1所述的方法，其还包括提供用于接收来自操作员的输入并根据所述输入可见地滚读所述图像的界面，并且其中，显示所选择的图像包括自动滚读到所选择的图像。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，为每个图像计算图像特征化参数包括计算所述图像中的每个的至少一部分的标准偏差。
4. 如权利要求1所述的方法，其还包括识别每个图像内的感兴趣区域，并且其中，分析所述图像包括分析所述感兴趣区域。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，识别感兴趣区域包括识别与血管对应的区域。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，识别感兴趣区域包括分析所述图像中的多个以确定血液流动区域；生成与所述血液流动区域对应的掩模；以及将所述掩模应用于所述图像以生成遮掩图像。
7. 如权利要求6所述的方法，其还包括从所述遮掩图像中去除闪光伪影。
8. 如权利要求6所述的方法，其还包括分析所述遮掩图像以识别与单独血管对应的脉管部分。
9. 如权利要求8所述的方法，其还包括接收操作员输入以识别所述脉管部分的所选择脉管部分，并且其中，分析所述图像以确定所选择的图像包括分析每个图像的所选择脉管部分以确定所选择的图像。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，分析每个图像的所选择脉管部分包括计算和分析每个图像的所选择脉管部分的标准偏差、速度加权的流动面积、平均速度、中值速度和指定百分点速度中的至少一个以选择所述图像。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，分析所述图像特征化参数以选择所述多个图像中的一个包括识别所述图像特征化参数中与患者的心动周期中的预定点对应的一个图像特征化参数。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，患者的心动周期中的所述预定点是峰值收縮和舒张中的一个。
13. 如权利要求11所述的方法，其中，患者的心动周期中的所述预定点是反流束和跨瓣膜流中的至少一个的发生。
14. 一种用于呈现超声数据的方法，包括向目标区域发射超声波并接收反射波，并同时测量患者的心电图即ECG ;针对每次超声测量分析所述反射波以生成与每次测量的所述目标区域内的血液速度对应的速度数据；分析所述ECG以确定与患者的心动周期中的预定点的发生对应的ECG数据点，并识别与测量所述ECG数据点基本同时得到的所选择的图像；以及显示所选择的图像。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，患者的心动周期中的所述预定点是峰值收縮和舒张中的至少一个。
16. —种用于呈现超声数据的方法，包括利用所接收的超声回声生成患者的多个图像；显示包含所述图像的视频回路；针对每个图像计算图像特征化参数；针对所述多个图像中的每个分析所计算的图像特征化参数以选择所述多个图像中的一个.在接收到用户生成的中断后中断所述视频回路的显示；以及响应于所述用户生成的中断，静态显示所选择的诊断图像。
17. 如权利要求16所述的方法，其中，选择诊断图像包括针对每个图像计算图像特征化参数；分析所述图像特征化参数以识别与患者的心动周期中的预定点对应的诊断图像。
18. —种用于呈现超声数据的系统，包括换能器，其可操作以向患者体内的目标区域发射超声波，接收来自所述目标区域的反射波，并生成与所述反射波对应的输出信号；处理器，其耦合到所述换能器，并且可操作以接收所述输出信号并基于所述输出信号生成一系列图像，所述处理器还可操作以分析所述一系列图像来计算图像特征化参数的相应值，所述处理器还可操作以基于所述图像特征化参数的值选择所述图像中的一个；以及显示器，其耦合到所述处理器，并且可操作以显示所选择的图像。
19. 如权利要求18所述的系统，其还包括存储所述一系列图像的缓冲器，所述缓冲器具有与其关联以识别所述一系列图像中的一个的指针，其中，所述显示器可操作以显示与所述指针关联的图像，并且其中，所述处理器可操作以使所述指针与所选择的图像关联。
20. 如权利要求18所述的系统，其还包括用于接收来自操作员的输入的输入设备，所述处理器可操作以接收所述输入并使得所述显示器根据所述输入滚读所述图像。
21. 如权利要求18所述的系统，其中，所述图像特征化参数包括所述图像中的每个的至少一部分的标准偏差。
22. 如权利要求18所述的系统，其还包括用于接收来自操作员的输入的输入设备，所述处理器可操作以接收指示所述图像内的感兴趣区域的输入并计算每个图像的所述感兴趣区域中的所述图像特征化参数的相应值。
23. 如权利要求22所述的系统，其中，所述处理器可操作以在所述显示器上呈现光标并解释来自所述操作员的输入以改变所述显示器上的所述光标的位置，并且其中，所述感兴趣区域与靠近所述光标的所述图像的区域对应。
24. 如权利要求22所述的系统，其中，所述处理器可操作以分析所述图像并识别与单独脉管对应的脉管部分，并且其中，所述处理器可操作以将所述输入解释为选择所述脉管部分中的一个作为所述感兴趣区域。
全文摘要
公开一种用于从一系列超声图像中选择诊断图像的超声系统(10)。为一系列Doppler超声图像中的每个计算图像特征化参数，如标准偏差。然后分析该图像特征化参数以选择与患者的心动周期中的预定点对应的图像。然后显示所选择的图像。在一些实施例中，处理Doppler图像以识别与单独血管对应的感兴趣区域。然后基于该感兴趣区域计算该图像特征化参数。可以通过接收用户输入，例如将光标定位在图像上的特定点来识别该感兴趣区域。在其他实施例中，将超声图像映射到ECG波形上的点，且基于该ECG波形的分析来选择图像。
文档编号G01S15/89GK101790351SQ200880100367
公开日2010年7月28日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月26日
发明者A·萨阿德, S·希尔, T·卢帕斯, X·史 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司