专利名称：自动扫掠和输出3d体积的2d超声图像的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声诊断系统，并且具体而言，涉及3D超声诊断成像系统，该3D超声诊断成像系统相对于参考平面自动扫掠2D图像平面，并将扫掠的平面输出为个体图像平面或图像序列。
背景技术：
美国专利6709394 (Frisa等人)与6755786 (Frisa等人)描述了超声双平面成像。在双平面成像中，二维矩阵阵列换能器探头以快速交替连续的方式扫描两个不同的2D图像平面，从而生成这两个平面的实况实时图像。所述图像平面中的一个被称作参考图像平面。这一图像平面通常定向为垂直于矩阵阵列换能器的平面，从围绕中心正交轴的探头径直向外延伸至所述阵列。参考图像取向通常维持为静止并且第二图像平面相对于这一参考平面是能移动的。‘394专利描述了双平面成像，在其中第二图像平面能够相对于参考平面进行倾斜或旋转。在来自AndoVer，MA飞利浦医疗保健部的商业可获得的实施案例中，倾斜的图像平面具有这样的标准取向，使得其中心轴与参考平面的中心轴对齐。倾斜平面能够被移动(倾斜)使得其定向在相对于参考平面的中心轴的不同角度，但是其中心轴始终定位在参考平面中。旋转双平面实施方式再次使得第二(旋转)图像平面的中心轴在开始与参考平面的中心轴对齐，并且第二图像取向正交于参考图像的平面。从这一开始位置，旋转平面能够绕其中心轴旋转到不同于正交的相对于参 考平面的角度。‘786专利描述了已知的高度(elevation)倾斜双平面成像。在高度倾斜成像中，第二图像具有与参考图像对齐的开始位置。第二图像之后在高度维度上从参考图像平面移动至与参考图像平面不相交的不同平面。所述两个平面因此能够完美地平行或有角度地平行，后者为这样的请况其中第二平面具有与参考平面公共顶点位置或在图像的顶部(最浅深度)之上相交于参考平面。双平面图像允许临床医师定位参考平面以观看感兴趣的目标解剖结构或区域，之后移动第二平面来观察目标解剖结构的其他平面图像。如在专利中示出的，将两个双平面图像同时并排显示，从而使得临床医师能够在移动第二平面的同时不断观看参考图像。双平面成像允许临床医师同时扫描和观察两个图像平面，与此同时不断地维持他或她的在被扫描的三维体积内的图像定位的导航方位。当临床医师在两个图像平面中都定位了感兴趣解剖结构时，单幅图像或循环(实况图像的序列)能够被获取或存储，并且之后在做最后的诊断时进行显示或重放。相比较于单幅图像的显示的尺寸，图像的双显示的获取将减小每幅图像的尺寸。在一些情况中，可能会期望仅存储已经被定位用于观察需要诊断的解剖结构的第二图像；而参考图像对于该诊断可能不是必要的。仅存储第二图像将能够使图像以更大的显示格式进行显示，这辅助细致的诊断。也可能期望存储不仅仅是单幅可移动图像，而是存储在一定范围的图像取向上的所有图像。手动地将可移动图像重新设置到一系列新的取向，之后连续地获取新图像，这一过程是冗长且耗时的，并且如果探头在该过程中不经意地移动，会呈现不完整的图像序列。因此更期望能够自动地逐步或扫掠一定范围的图像取向并获取在该范围内的或扫掠的全部图像。也期望当参考图像对于诊断不再有用时，能够仅存储独立于参考图像的、扫掠的第二图像的序列。
发明内容
根据本发明的原则，一种诊断超声成像系统执行双平面成像，其具有扫掠并存储来自一系列可移动双平面图像取向的图像的能力。在接触按钮时，双平面图像的第二 (可移动)平面跨整个范围的取向或选择的子范围被旋转、倾斜或升高，并且将序列存储以用于之后的观察。根据本发明的另一方面，可移动图像平面或这样的平面的序列，或静态的图像或实况的图像，都能够与参考平面图像分离地被获取以及存储。之后，能够将个体的图像或图像的循环输出以用于后续的观看与诊断。
在附图中图1以框图形式图示了根据本发明的原则构建的一种超声诊断成像系统。图2图示现有技术的双平面显示。图3以框图的形式图示了图1的超声系统的双平面图像格式选择子系统。图4为流程图，其图示了根据本发明的原则的双平面扫掠图像的设置和采集。图5a和5b图示了根据本发明的原则的单独存储的第二 (可移动)双平面图像。
具体实施例方式首先参考图1，以 框图形式示出了根据本发明的原则构建的超声系统10。所述超声系统由两个子系统进行配置，所述两个子系统为前端采集子系统IOA和显示子系统10B。超声探头耦合至所述采集子系统，其包括二维矩阵阵列换能器70和微波束形成器72。所述微波束形成器包含控制应用于阵列换能器70的多组元件(“衬片”)的信号的电路，并且对由每组的元件接收的回波信号进行一些处理。在所述探头中的微波束形成有利地减少了在所述探头与所述超声系统之间的线缆中导体的数量，并且这在美国专利5997479 (Savord等人)和美国专利6436048 (Pesque)中进行了描述，并且在所述探头中的微波束形成提供了对用于高帧率实时(实况)成像的发射和接收的电子操控。所述探头耦合至所述超声系统的采集子系统10A。所述采集子系统包括波束形成控制器74，波束形成控制器74响应于用户控制36并向微波束形成器72提供控制信号，从而根据发射波束的定时(timing)、频率、方向和聚焦来指导所述探头。所述波束形成控制器还控制由所述采集子系统通过其对模数(A/D)转换器18和波束形成器20的控制而接收的回波信号的波束形成。由所述探头接收的部分波束形成的回波信号由在所述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，之后由A/D转换器18数字化。经数字化的回波信号之后由主系统波束形成器20形成为完全受操控和聚焦的波束。所述回波信号之后由图像处理器22进行处理，图像处理器22执行数字滤波、B模式和M模式检测以及多普勒处理，并且图像处理器22还能够执行其他信号处理，诸如谐波分离、相干斑抑制以及其他期望的图像信号处理。由采集子系统IOA产生的回波信号被耦合至显示子系统10B，显示子系统IOB处理所述回波信号以用于以期望的图像格式进行显示。所述回波信号由图像线处理器24进行处理，图像线处理器24能够对所述回波信号进行采样、将波束的片段拼接成完整的线信号以及对线信号求平均以实现信噪比改善或流持续性。针对2D图像的图像线由扫描转换器26扫描转换为期望的图像格式，扫描转换器26执行如在本领域中已知的R-theta转换。所述扫描转换器因此能够制定出直线的或扇形的图像格式。所述图像之后被存储在图像存储器28中，所述图像能够从存储器28显示在显示器38上，如在图3中更详细描述的。存储器中的图像还利用将要与所述图像一同显示的图形覆盖，所述图形是由图形生成器34生成的，图形生成器34响应于用户控制36从而使所生成的图形与显示的图像相关联。各幅图像或图像序列能够在获取图像循环或序列的过程中存储在影像存储器30中。对于实时体积成像，显示子系统IOB还包括3D图像绘制处理器32，3D图像绘制处理器32接收来自图像线处理器24的图像线，以绘制实时三维图像。3D图像能够在显示器38上显示为实况(实时)3D图像，或者能够耦合至图像存储器28以用于存储3D数据集合，从而用于之后的复查和诊断。提供了一种在期望采集处在心脏循环的特定时相的图像时使用的ECG子系统。ECG导联50提供了 ECG信号以用于QRS处理器52，QRS处理器52识别每次心跳的R波。R波的定时用于采集特定心脏循环的图像。能够通过将R波定时耦合为来自触发器信号生成器54的触发器信号，来采集在连续心跳的心脏舒张期末端的心脏图像，以用于波束形成控制器74以及用于对控制面板36的控制，控制面板36用于选择期望的心脏时相，在该时相，将采集心脏时相选通图像。当所述矩阵阵列探头工作于通过对控制面板36的控制而选择的双平面模式中时，控制波束形成控制器74从而交替地以快速、实时连续的方式采集两个不同图像平面的图像。控制面板36的控制被用于选择期望的双平面模式，例如旋转、倾斜或高度倾斜模式。将两个平面的实况图像并排显示，如图2所示。超声检查从业人员将稳定地握住所述矩阵阵列探头从而使目标解剖结构一直显示于参考图像中，之后操作对所述控制面板的控制来倾斜、旋转或升高第二图像。如在图2的范例中图示的，参考图像L显示在显示器屏幕的左侧并且可调节的第二图像R显示在屏幕的右侧。图2中每个图像顶点的右侧为探头取向标记402、404，探头取向标记402、404显示为接近每个图像的点。所显示的标记对应于在探头上的标记，其根据超声检查从业人员如何握住探头来指示图像的左侧或右侧。这一标记根据超声检查从业人员如何握住探头以抵住患者的身体来对显示的图像定向。在屏幕中间，图像L和R上方是图像取向图标400,图像取向图标400指不了两个双平面图像平面的相对取向。图标400表示从探头的换能器阵列看到的图像平面的视图，并且其具有圆圈410，圆圈410图解地表示这样的空间当R图像旋转时其能够在该空间中移动。点406对应于左侧参考图像L的点402，并且其指示了在这一范例中，参考图像的平面处于横跨圆圈410的水平取向上，并且标记在图像的右侧。所述图标的直线412指示了右侧(可移动)图像R与右侧标记408处于相同的取向，标记408对应于在图像右侧的点404。在可移动图像平面被旋转时，线412围绕所述圆圈旋转以与平面的变化取向相一致。用于倾斜和旋转模式的这种标准双平面显示的进一步的细节会在‘394专利中找到。用于高度倾斜模式的双平面显示的细节会在‘786专利中找到。
根据本发明的原则，所述双平面图像可以以两幅图像处在相同显示帧中的标准格式或者作为独立的图像加以显示、存储和/或输出。图3图示了用于图1的超声系统的显示处理器的范例，其提供了这种能力。来自扫描转换器26的图像显示线由开关80交替地引向第一图像缓冲器82或第二图像缓冲器84。开关80的设置由来自波束形成器控制器74的信号进行控制，以与由所述系统当前采集的双平面图像相对应。参考双平面图像在第一图像缓冲器82中组合，并且第二 (可变取向)图像在第二图像缓冲器84中组合。从这两个图像缓冲器，能够产生不同的存储和显示格式。图像缓冲器82和84耦合至图像格式选择器88的输入。图像缓冲器82和84还耦合至双平面图像缓冲器86的输入，在双平面图像缓冲器86中两个双平面图像都被格式化以用于存储和/或显示为单个图像帧。双平面图像缓冲器86的输出被耦合为图像格式选择器88的第三输入。图像格式选择器88之后能够产生参考图像的图像帧，第二 (可变取向)图像的图像帧，或者同时地，两个图像的标准双平面显示的图像帧，以作为输出，如由来自控制面板36的用户控制信号命令的。图形生成器34被耦合至选择器88以为了提供用于选定的图像类型的相应图形覆盖。所选择的格式的图像帧能够显示在图像显示器38上，存储在图像存储器28中，和/或通过系统的图像数据端口(未示出)向外传输。这意味着仅可变取向图像的序列能够存储和输出到其他存储或显示装置，独立于参考图像。还能够存储和/或输出同时采集的参考图像的序列和可变取向图像的独立序列全部两者。通过使用存储于图像数据的元数据中的图像采集时间，或参考指示两组图像采集定时的定时(ECG)信号，这两个图像序列能够同时重放以用于同步显示。应该理解，所采集的图像可以为静态图像，或者为身体内流动或运动的实况图像。
根据本发明的另一方面，图4图示了一种方法，用于操作图1的超声系统以自动扫掠并采集双平面图像对的可变取向图像的序列。例如，参考图像可以为具有从+45°到-45°范围的扇形角的扇形图像；扇形参考图像的0°角为扇形图像中心轴，所述扇形图像中心轴为从所述阵列换能器延伸的法线。可变倾斜图像之后能够被定位在+45°到-45°倾斜角的范围中的任何位置。在现有技术的双平面成像系统中，第二图像的倾斜取向是能够手动调节的。图4的操作序列图示了如何令所述超声系统自动扫掠第二图像取向的全部范围或部分范围。例如，接着上述范例，能够令所述系统扫掠并采集在从+45°到-45°倾斜角的整个范围上的图像。或者，能够在这整个范围的部分上采集图像。所述方法开始于选择期望双平面模式的步骤60。在上文中给出了双平面模式的范例，包括倾斜、旋转和高度倾斜模式。一旦模式被选定，在步骤62中操作探头直到在期望的双平面模式的参考图像中看到感兴趣的解剖区域。例如，对于心脏成像而言，感兴趣的区域可以为心脏的左心室。在步骤64中，按照期望选择待扫掠的定向的范围。通常，定向的整个范围会被默认为扫掠范围，例如，在这一范例中的+45°到-45°。在步骤66中，按照期望选择扫掠的触发。例如，可以期望，当心脏接近并且继续通过心跳的心脏舒张期末端时开始扫掠。一旦用于采集的期望参数全部被设置，就按下控制面板36上的按钮来开始扫掠，或者在期望的定时激活触发器来开始扫掠。所述波束形成器控制器快速地采集第二(定向可变)图像的序列，每个图像处于连续不同的定向上。在采集的末期，将图像序列存储以用于之后的复查或输出至诸如诊断工作站的另一系统。除了图4中图示的设置，额外的设置也能够是在连续图像之间的角度间隔。读者应当认识到，扫掠间隔紧密的图像序列将采集很多图像，但这将比间隔更粗略的序列花费更长时间以采集更多数量的图像。
图5a和5b图示了根据本发明的可以被显示、存储和/或传送至另一装置的两种类型的双平面图像。图5a示出了单个静态图像90，诸如参考图像，其能够在第一图像缓冲器82中组合，之后在显示器38上显示并且存储为单个图像。图像90能够为单个双平面参考图像或单个双平面可变取向图像。不同于静态图像，图像90也能够为实况图像的循环或序列，在其中，可以观察在单个图像中的解剖结构实时运动。图5b图示了图像92的序列，可以通过自动扫掠图像平面取向角度的范围来采集这样的序列，如上文描述的。在这一范例中示出的序列包括开始于+45°的倾斜取向，之后以一度的增量运动从而使序列中的第二图像具有+44°的倾斜取向，等等。在这一范例中，所述序列的中间为具有标定的0°倾斜的图像，并且在扫掠从+45°到-45°范围的序列的末端为倾斜在-45°取向的图像。当临床医师能够继续通过所述序列找到最适合用于做诊断的取向时，扫掠的序列92能够存储并调出以用于之后的复查和诊断。还应当认识到，每个倾斜的图像能够为单个静态图像、实况图像循环和/或在运动解剖结构的预先确定的时相处采集的选通图像。
权利要求
1.一种超声诊断成像系统，其用于自动采集渐进不同的图像平面取向的双平面图像的序列，所述超声诊断成像系统包括超声探头，其包括二维矩阵阵列换能器；控制器，其控制所述探头以采集不同图像取向的双平面图像；以及用户控制，其能够由用户进行操作以命令所述控制器采集并存储在取向变化的范围上渐进不同的图像取向的图像的序列；以及显示器，其用于显示双平面图像。
2.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括用户控制，用户能够操作所述用户控制以设置所述取向变化的范围，其中将要在所述取向变化的范围上采集图像。
3.根据权利要求2所述的超声诊断成像系统，还包括触发器信号源，所述触发器信号源耦合至所述控制器，用于选通采集渐进不同的图像取向的图像的序列。
4.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括图像存储器，所述图像存储器用于存储所采集的渐进不同的图像取向的图像的序列。
5.根据权利要求4所述的超声诊断成像系统，其中，所述渐进不同的图像取向为不同的倾斜角度取向、不同的旋转角度取向或者不同的高度倾斜角度取向。
6.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括用户控制，用户能够操作所述用户控制以设置不同图像取向之间的取向的差异。
7.根据权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述双平面图像还包括相对于所述矩阵阵列换能器的固定取向的第一图像，以及相对于所述第一图像的用户可变取向的第二图像。
8.根据权利要求7所述的超声诊断成像系统，还包括用户控制，用户能够操作所述用户控制以将双平面模式选择为如下之一具有相对于所述第一图像的倾斜取向并且与所述第一图像的平面相交的第二图像；具有相对于所述第一图像的旋转取向的第二图像；或者在高度上倾斜并且不与所述第一图像相交的第二图像。
9.一种用于操作超声诊断成像系统以采集双平面图像的方法，所述方法包括选择双平面成像模式；以所选择的双平面成像模式对身体内的感兴趣区域进行成像；开始对渐进不同的图像取向的双平面图像的扫掠采集；以及存储渐进不同的图像取向的所述双平面图像的图像序列。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括选择渐进不同的图像采集的范围，其中在所述范围上要开始所述扫掠采集。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括选择不同图像取向之间的取向的增量差异。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，开始还包括开始渐进不同的图像平面倾斜的双平面图像的扫掠采集。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，开始还包括开始渐进不同的图像平面旋转的双平面图像的扫掠采集。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括将所存储的图像序列输出至不同的图像显示装置。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括采集触发器信号；并且其中，开始还包括开始渐进不同的图像取向的双平面图像的选通、扫掠采集。
全文摘要
一种能够进行双平面成像的超声系统(10)，其能够显示、存储以及输出仅参考图像或者仅可变取向图像的独立图像帧，或者全部两种图像的标准显示。所述系统还能够扫掠图像平面取向的范围，并且能够自动采集在所述平面取向的范围内的每个取向上的图像。所述系统优选能够工作于双平面倾斜模式、双平面旋转模式或双平面高度倾斜模式中。
文档编号G01S15/89GK103037774SQ201180037234
公开日2013年4月10日 申请日期2011年7月20日 优先权日2010年7月30日
发明者M·绍夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司