专利名称：用于超声成像三维体积的超声成像系统和方法
技术领域：
本文公开的主题涉及超声成像系统和方法。
背景技术：
一些已知的超声成像系统用于获取周期性运动的主体(例如，跳动的心脏)的三维图像。这些系统可采用时空关联成像(STIC)来生成在心脏的周期性运动的多个相位处的一组三维图像。为了获取足够的图像数据以创建三维图像，以机械方式缓慢地操纵超声探头中的换能器元件横跨整个心脏。例如，可以机械方式将换能器元件扫过心脏，以使得在多种仰角向心脏传送许多超声脉冲并接收离开主体的脉冲的结果回波。基于接收的回波生成超声图像数据。换能器元件可在某个仰角范围(例如，O度到20度)上缓慢扫动，同时以较快帧速率获取超声图像数据。由此，获取数量可观的超声图像数据。快的帧速率允许系统在心脏周期性运动的若干相位期间获取超声图像数据。基于获取超声图像数据的时间和位置，将超声图像数据重构到三维图像中。例如，可将心脏周期性运动的共同相位期间在不同的空间位置获取的超声图像数据结合到三维图像中。但是，对于某些运动较快的主体(例如，胎儿心脏)，在三维图像中可能会生成图像伪像。例如，在母亲子宫中的胎儿可四处移动，由此使得难以在心脏的周期性运动的一个或多个相位期间获取空间上一致的超声图像数据。在换能器元件扫过心脏期间心脏的位置可能会相对地快速变更，导致在心脏的周期性运动的共同相位期间获取空间上不一致或不相干的超声图像数据。需要改进周期性运动主体的超声图像数据的获取，以生成一个或多个超声图像。
发明内容
在一个实施例中，提供一种超声成像方法。该方法包括在至少部分包含主体的成像体积中获取多组超声数据集。超声数据集的组包括通过从一个或多个换能器元件传送一个或多个超声脉冲到成像体积的不同区域获得的超声图像数据。该方法还包括基于获取超声数据集的时间将超声数据集安排到一个或多个时间组中。每个时间组中的超声数据集在共同时间间隔期间获取。该方法进一步包括基于至少一个时间组中的超声数据集构建对象的三维图像。在一个方面，该方法还包括获取周期性运动主体的超声数据集，并且安排超声数据集包括将超声数据集安排到与主体的周期性运动的不同相位相关联的时间组中。在另一个实施例中，提供一种超声成像系统。该超声系统包括超声探头、波束形成模块、定时模块以及时空关联成像(STIC)模块。超声探头包括配置成发射超声脉冲到包含主体的成像体积中并接收从主体反射的超声回波的换能器元件。波束形成模块与超声探头通信耦合并配置成操纵一个或多个超声脉冲以获取多组超声数据集，超声数据集的组来自成像体积的不同区域。定时模块与波束形成模块通信耦合以接收超声数据集。定时模块基于获取超声数据集的时间将超声数据集与不同时间组相关联。STIC与定时模块通信耦合以接收超声数据集的时间组。STIC模块配置成基于至少一个时间组中的超声数据集来构建对象的三维图像。在一个方面中，成像体积包括由分划平面分隔的多个区域，并且波束形成模块配置成在分划平面的相对侧上顺序获取每个组中的超声数据集。在另一个实施例中，提供具有处理器的超声成像系统的计算机可读存储介质。该介质包括其上存储的一个或多个指令集，用于指导处理器在至少部分包含周期性运动的主体的成像体积中获取多组超声数据集。超声数据集的组包括从成像体积的不同区域获得的数据。指令还指导处理器基于获取超声数据集的时间将超声数据集安排到一个或多个时间组中。每个时间组中的超声数据集在共同时间间隔期间获取。指令还指导处理器基于至少一个时间组中的超声数据集构建对象的三维图像。
通过参照附图阅读以下非限制实施例的描述将更好地理解当前公开的主题，其中在下文中图I是超声系统的一个实施例的框图；图2是图I所示超声系统的另一个框图，在一个实施例中实现以获得对象的三维成像体积；图3示出根据一个实施例的成像体积的一系列图像平面；图4示出根据另一个实施例的成像体积的一系列图像平面；图5示出若干图像平面的时间序列；图6示出对应于图5所示时间组的若干体积；图7示出用于获取在超声检查期间获取的图像平面的图像获取方案的一个示例；图8示出用于获取在超声检查期间获取的图像平面的图像获取方案的另一个示例；以及图9是用于超声成像的方法的一个实施例的流程图。
具体实施例方式如本文所使用的、以单数形式引述且跟随不定冠词“一”的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明了这种排除。此外，对本发明的“一个实施例” 的引用并不排除同样结合了引用特征的额外实施例的存在。除非另加相反的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加元件。本文描述的主题涉及用于超声成像三维体积的方法和超声成像系统。本文描述的一个或多个实施例可用于在主体的周期性运动的多个时间相位获取周期性运动的主体 (例如，胎儿心脏)的若干三维图像。通过以接近同时的方式从包含主体的成像体积的不同区域获得超声数据集的组，该系统和方法可以较快的方式获取超声数据集，例如二维图像平面。超声数据集基于获取图像平面的时间组织到时间组中。每个时间组中的超声数据集可在空间上缝合到一起、交织或以其它方式结合，从而形成运动主体在不同时间相位的不同三维图像。图I是超声系统100的一个实施例的框图。超声系统100包括由波束形成模块110控制的传送器102。波束形成模块110使换能器102驱动超声探头106的换能器元件 104的阵列120。波束形成模块110控制由换能器兀件104发射的超声脉冲的传送,例如发射脉冲的定时和发射脉冲的方向。在一个实施例中，阵列120是换能器元件104的二维阵列。如详细视图124中所示，阵列120可包括沿第一和第二正交方向126、128互相并排或邻近安置的多个换能器元件104。换能器元件104将脉冲超声信号发射到至少部分包含待成像对象的图像体积中。虽然示出换能器104的弯曲几何形状，但可使用一个或多个其它几何形状。至少一些由换能器元件104发射的超声信号可从对象中的结构反向散射以产生由换能器元件104接收的多种强度的回波。由换能器元件104接收回波，并且由一个或多个换能器元件104基于多种强度生成电信号。电信号传递到由波束形成模块110控制的接收器108。波束形成模块110对信号执行波束形成处理以形成表示获取的超声图像数据的波束形成射频(RF)信号。例如，波束形成模块110可将通过单独换能器元件104获取的超声数据在空间上结合到超声图像中。在一个实施例中，波束形成模块110表示存储在有形且非暂时计算机可读介质 (例如，计算机硬盘驱动器、RAM、ROM、EEPR0M、闪速存储器等)上的一个或多个指令集，例如软件应用程序。波束形成模块110电操纵由换能器元件104(或换能器元件104的子集) 沿一个或多个方向或图像平面发射的超声脉冲。“电操纵”表示波束形成模块110指导换能器元件104在多个方向发射超声信号，而无需相对超声系统100成像的对象移动换能器元件104或探头106。备选地，波束形成模块110可指导换能器元件104相对成像对象机械操纵。例如，波束形成模块110可指导一个或多个电动机或其它致动器以相对成像对象移动换能器元件104和/或探头106，以便沿不同方向和/或图像平面传送超声信号。沿不同方向和/或图像平面获取的超声图像数据传递到处理器112。在另一个实施例中，处理器112可包含解调RF信号以形成表示获取的超声图像数据的IQ数据对的复杂解调器。获取的超声图像数据可路由到RF/IQ存储缓冲器114，用于临时或长期存储和/ 或检索。超声系统100还包括信号处理器116，用于处理获取的超声图像数据并预备图像平面以便在显示系统118上向一个或多个操作员进行可视呈现。可提供图像缓冲器122用于存储未立即显示的获取的超声图像数据的已处理图像平面。图像缓冲器122可在有形且非暂时计算机可读介质中实现，例如计算机硬盘驱动器、闪存驱动器、RAM、ROM、EEPROM等。在一个实施例中，信号处理器116对获取的超声图像数据执行一个或多个处理操作。可当接收到回波信号时在扫描会话期间实时处理获取的超声图像数据。作为补充或替代，超声图像数据可在扫描会话期间临时存储在缓冲器114中，并在即时或离线操作中以低于实时的方式来处理。图2是图I所示超声系统100的另一个框图，其在一个实施例中实现以获得表示对象202的三维体积200的超声数据。成像体积200至少部分包含对象202。例如，对象 202可完全安置在成像体积200内或部分处于成像体积200外。在一个实施例中，对象202 是运动对象，例如周期性运动的对象，或按照时间相位反复运动的对象。例如，对象202可以是按照重复的相位(例如，胎儿心脏的舒张相位和收缩相位)运动的跳动的胎儿心脏。备选地,对象202可以是另一运动主体，例如成人心脏或非周期性运动的对象。成像体积200可由二维分划平面204和位于分划平面204相对侧的二维端平面206、208空间定义。如图 2所示，分划平面204位于距各端平面206、208接近等距的位置。波束形成模块110指导传送器102操纵由超声探头106中的一个或多个换能器元件104沿贯穿成像体积200的若干二维图像平面210发射的超声脉冲。在一个实施例中，沿方向126(例如高度方向、方位方向或横向方向)操纵由换能器元件104发射的超声脉冲， 以获得端平面206、208和/或分划平面204之间的若干空间上不同的超声数据集，例如图像平面210。虽然本文中的描述集中于作为图像平面获取的超声数据集，但备选地，超声数据集可包括少于整个图像平面。一个或多个超声数据集可包括通过从单独换能器元件或多个换能器元件传送超声脉冲获取的、不足以获取整个图像平面的超声数据。例如，一个超声数据集可包括通过传送单个超声波束或多个超声波束获取的、不足以生成整个图像平面的数据。因此，对图像平面的引用可同样应用于通过传送一个或多个超声波束获取的超声数据。如下所述，图像平面210可互相结合，例如通过交织图像210，以形成三维成像体积200。图2所示的图像平面210的数量仅用作示例提供，而不是要限制本文所述的所有实施例。波束形成模块110操纵超声脉冲以沿图像平面210接收超声回波。从沿图像平面 210定向的脉冲接收的超声回波被作为获取的超声图像数据传递到接收器108和波束形成模块110，然后传递到处理器112、缓冲器114及信号处理器116，如上所述。超声回波用于形成由图像平面210表示的二维图像。图像平面210的空间位置可被存储或与为每个图像平面210获取的超声图像数据关联。空间位置可用于确定在成像体积200中获取每个图像平面210的位置。在操作中，波束形成模块110可电操纵超声脉冲并沿若干图像平面210在获取时间间隔上接收结果回波。获取时间间隔可足够长，以使得对象202 (例如，周期性运动的对象)完成周期性运动的一个或多个周期。例如，如果对象202是跳动的胎儿心脏，获取时间间隔可足够长(例如，0. 4到6秒)，以使得心脏通过多个心动周期。成像体积200的不同图像平面210在不同空间位置和/或获取时间间隔内的不同时间获取。图3示出根据一个实施例的、类似于图2的成像体积200的图像平面210的成像体积302的一系列图像平面300。波束形成模块110(图I中示出)操纵超声脉冲以在获取时间间隔上获取成像对象(例如，胎儿心脏)的若干图像平面300。如上所述，获取时间间隔可持续对象的若干周期性运动，例如持续胎儿心脏的若干心动周期。不同图像平面300 在不同时间获取，并因此可在周期性运动对象的不同时间相位期间获取。另外，不同图像平面300安置在成像体积302内的不同位置中，如图3所示。在一个实施例中，波束形成模块110(图I中示出)操纵超声脉冲以在交替或非线性的序列中获取图像平面300。交替序列可包括以接近同时的方式顺序获得成像体积的不同非重叠区域中的图像平面。例如，波束形成模块110可在较短时间间隔内(例如，在10 毫秒或更短时间内，在20毫秒或更短时间内，在30毫秒或更短时间内)沿间隔开并安置在成像体积302的分划平面304的相对侧上的两个不同图像平面300操纵超声脉冲。在所示实施例中，成像体积302可包括两个非重叠体积区域306、308。备选地，体积302可包括数量更多的区域306、308。区域306从分划平面304延伸到成像体积302的第一端平面310，而区域308从分划平面304延伸到成像体积302的相对端平面312。波束形成模块110(图I中示出)可操纵发射的超声脉冲以获取图像平面300的组，每一组图像平面300包括顺序获取的图像平面300，其中至少一个图像平面300位于不同区域306、308 中。在另一个实施例中，每一组图像平面300可包括在分划平面304的至少一侧上获取的多个图像平面300。备选地，区域306、308可至少部分重叠，以使得一个或多个图像平面300 由多个区域306、308共享。波束形成模块110(图I中示出)可操纵超声脉冲以获取图像平面300a、300b的第一组318。如图3所示，图像平面300a位于区域306中，而图像平面300b位于区域308 中。图像平面300a可在图像平面300b之前获取，或反之亦然。第一组318中的图像平面 300a、300b可以接近同时的方式获取，例如通过在波束形成模块110以某个帧速率获取图像帧300时在时间邻近或接续的帧中获取图像平面300a、300b。在一个实施例中，如果波束形成模块110操纵超声脉冲以120到150Hz或更高的速率获取图像平面300，则例如可在彼此10毫秒或更短时间内，彼此20毫秒或更短时间内，彼此30毫秒或更短时间内获取图像平面 300a、300b。在获取图像平面300a、300b的第一组318后，波束形成模块110(图I中示出)获取图像平面300c、300d的第二组320。如图3所示，第二组320的图像平面300c、300d位于不同区域306、308中。图像平面300c可在图像平面300d之前获取，或反之亦然。类似于图像平面300a、300b的第一组318，图像平面300c、300d可以接近同时的方式顺序获取。 在所示实施例中，图像平面300c、300d互相间隔开。例如，图像平面300c、300d可由间隔距离322间隔。间隔距离322可表示图像平面300c、300d之间的角距离。备选地，间隔距离 322可表示成像对象202 (图2中示出)的平面内的图像平面300c、300d之间的直线距离。 在所示实施例中，第一组318的图像平面300a、300b互相邻近或间隔比第二组320的图像平面300c、300d更近。在获取第二组320图像平面300c、300d后，波束形成模块110(图I中示出)获取图像平面300e、300f的第三组324。如图3所示，第三组324的图像平面300e、300f位于不同区域306、308中。图像平面300e可在图像平面300f之前获取，或反之亦然。类似于第一组和第二组318、320，图像平面300e、300f可以接近同时的方式顺序获取。图像平面 300e、300f互相间隔开间隔距离326。在所示实施例中，第三组324的图像平面300e、300f 间隔比第二组320的图像平面300c、300d更远，而第二组320的图像平面300c、300d间隔比第一组318的图像平面300a、300b更远。波束形成模块110(图I中示出)可继续获取额外的图像平面300的组，每一组中的图像平面300从不同区域306、308获取和/或以接近同时的方式获取。超声脉冲的电操纵可允许波束形成模块110以接近同时的方式获取每一组中的间隔开的图像平面300。在所示实施例中，波束形成模块110在外向进展中获取额外的图像平面300的组。“外向进展”表示顺序获取的组中的图像平面300比一个或多个先前获取的图像平面组的间隔距离 (例如，间隔距离322、326)更大。如图3所示，在区域306中获取的图像平面300沿箭头 314表示的方向顺序获取，而在区域308中获取的图像平面300沿箭头316表示的方向顺序获取。箭头314、316表示从分划平面304向不同端平面310、312延伸的方向。在所示的外向进展中，顺序获取的组中的图像帧300之间的间隔距离增大。例如，第一获取组中的间隔距离可小于第二获取组的间隔距离，而第二获取组的间隔距离可小于第三获取组的间隔距
亩維維
1 ，寺寺。各组中的图像平面300可以是非相交平面。“非相交”表示沿每一组中的图像平面 300操纵超声脉冲的路径在超声探头或换能器元件外互相不相交。例如，波束形成模块110 可在导致互相离开的发散路径中操纵来自超声探头的超声脉冲到体积302中。图4示出根据另一个实施例获取的一系列图像平面400。图4示出另一个序列，其中波束形成模块110 (图I中示出)可操纵超声脉冲以在成像体积402中获取图像平面400。 类似于成像体积302(图3中示出)，成像体积402具有分划平面404、相对端平面410、412 以及体积区域406、408。波束形成模块110(图I中示出)可操纵超声脉冲以获取非相交图像平面400a、 400b的第一组418。如图4所示，图像平面400a位于区域406中，而图像平面400b位于区域408中。图像平面400a可在图像平面400b之前获取，或反之亦然。第一组418中的图像平面400a、400b可以接近同时的方式获取。图像平面400a、400b可由间隔距离420间隔。 在获取图像平面400a、400b的第一组418后，波束形成模块110获取图像平面400c、400d的第二组422。如图4所示，第二组422的图像平面400c、400d位于不同区域406、408中。类似于第一组418，图像平面400c、400d可以接近同时的方式顺序获取。图像平面400c、400d 可互相间隔开小于第一组418的间隔距离420的间隔距离424。在获取图像平面400c、400d的第二组422后，波束形成模块110(图I中示出)获取图像平面400e、400f的第三组426。第三组426的图像平面400e、400f可位于不同区域 406,408中。图像平面400e、400f可互相间隔开小于第二组422的间隔距离424的间隔距离428，第二组422的间隔距离424小于第一组418的间隔距离420。波束形成模块110(图I中示出)可继续获取额外的图像平面400的组，每一组中的图像平面400从不同区域406、408获取和/或以接近同时的方式获取。超声脉冲的电操纵可允许波束形成模块110以接近同时的方式获取每一组中的间隔开的图像平面400。在所示实施例中，波束形成模块110在内向进展中获取额外的图像平面400的组。“内向进展” 表示顺序获取的组中的图像平面400比一个或多个先前获取的图像平面组的间隔距离(例如，间隔距离420、424、428)更小。如图4所示，在区域406中获取的图像平面400沿箭头 414表示的方向顺序获取，而在区域408中获取的图像平面400沿箭头416表示的方向顺序获取。箭头414、416表示从相应端平面410、412向分划平面404延伸的方向。在所示的内向进展中，顺序获取的组中的图像平面400之间的间隔距离减小。例如，第一获取组中的间隔距离可大于第二获取组的间隔距离，而第二获取组的间隔距离可大于第三获取组的间隔距离，等等。虽然图3和图4中的获取图像平面组的内向进展和外向进展提供了可获取图像的顺序的一些示例，但所示示例并非意在包括所公开主题的所有实施例。可使用其它进展。例如，一个或多个进展可在对立于针对图3和图4描述的相反方向的同一方向中、在不同体积区域中获取图像平面。在另一个示例中，进展可在一个体积区域中开始并在另一个体积区域中终止。例如，进展可从第一体积区域中心的图像平面开始，并通过在延伸到成像体积的分划平面的方向中获取图像平面继续，接着线性地继续通过第二体积区域。返回讨论图2中示出的超声系统100，波束形成模块110可在彼此间隔较短的时间间隔内获取每一组图像平面中的图像平面210。超声系统100的帧速率表示超声系统100 获取图像平面210的速度。例如，如果超声系统100的帧速率为120Hz，则超声系统100可以约每秒120个图像平面的速率获取图像平面210。备选地，超声系统100可具有不同的帧速率，例如60Hz至150Hz，尽管可使用更慢或更快的速率。在近似相同时间获取每一组中的图像平面210可导致在周期性运动对象202的同一时间相位中获取图像平面210。例如，在彼此10到30毫秒内获取同一组中的图像平面 210可导致在共同相位(例如，胎儿心脏的同一舒张相位和收缩相位内)期间获取该组的图像平面210。当波束形成器110操纵超声脉冲通过成像体积200时(例如，按照上述交替序列)，可在成像体积200内的不同位置和相对彼此不同的时间获取图像平面210的多个组。 因此，图像平面210的不同组可表示对象202在不同位置和/或对象202的周期性运动的不同时间相位期间的图像。波束形成器110可指导换能器元件104，以在对象202移过周期性运动的若干相位的足够长的时间间隔上获取图像平面210。例如，对于以每分钟125到 175跳的速率跳动的胎儿心脏，可在3到6秒的获取时间间隔上获取图像平面210，以便在胎儿心脏的6到12个心动周期期间获取图像平面210。备选地，可使用更长或更短的获取时间间隔。在这种获取时间间隔上获取图像平面210可导致在对象202的不同位置获得图像平面210的若干组，但其中的图像平面210表示对象202的同一时间相位。在一个实施例中，超声系统100以足够快的速率获得图像平面210的组，以使得可缩短获得对象202的若干三维体积200所需的获取时间间隔。例如，约120Hz到150Hz或更高的帧速率和/或超声脉冲的电操纵可允许超声系统100在周期性运动对象202的同一时间间隔或时间相位内在成像体积的不同、非重叠区域中获取间隔开或非邻近的图像平面 210的多个组。在一个实施例中，超声系统100在胎儿心脏的同一舒张相位或收缩相位内、 在体积200的不同位置中获取图像平面210的多个组。增大较短时间间隔内的体积200的空间上不同的图像平面210的数量可缩短获得包含周期性运动对象202的不同时间相位的成像体积200所需的获取时间间隔。信号处理器116包括定时模块212和时空关联成像模块214 ( “STIC模块”)。定时模块212和/或STIC模块214可实现为存储在有形和/或非暂时计算机可读存储介质 (例如，计算机硬盘驱动器、RAM、R0M、EEPR0M、闪速驱动器或其它存储器装置)上的、指导信号处理器116 (例如，计算机处理器或控制器)执行一个或多个操作的一个或多个指令集。 备选地，定时模块212和/或STIC模块214可实现为在信号处理器116中硬连线的指令。定时模块212识别图像平面210之间和/或图像平面210的组之间的时间关系。 时间关系表示获取图像平面210的不同时间。如上所述，一些图像平面210可在近似同一时间(例如，在彼此20或10毫秒或更短时间内获取的共同组的图像平面210)获取。其它图像平面210可在不同时间(例如，其它组中的图像平面210或以同图像平面210的获取之间的时间差超过10或30毫秒获取的图像平面210)获取。定时模块212确定相对于一个或多个其它图像平面210获得每个图像平面210的时间。例如，定时模块212可在获取图像平面210时跟踪获得不同图像平面210的时间。定时模块212可将每个图像平面210 与表示获取该图像平面210的时间的时间特征相关联。例如，定时模块212可将图像平面 210与获得该图像平面210的时间相关联。STIC模块214接收来自定时模块212的图像平面210的时间特征和图像平面210的组。基于图像平面210的时间和空间特征，STIC模块214将二维图像平面210结合到一个或多个三维成像体积200中。STIC模块214可结合或交织在相同时间或近似相同时间、 或周期性运动主体的相同相位或近似相同相位获取的图像平面210，以形成成像体积200。 例如，如果成像对象202为周期性运动的主体，则STIC模块214可将在对象202的周期性运动的共同相位期间获得的图像平面210结合或交织到第一成像体积200中，将另一共同相位期间获得的图像平面210结合或交织到第二成像体积200中，等等。图5示出类似于图2的图像平面210的若干图像平面500的时间序列。图像平面 500可在不同时间和/或周期性运动主体的不同时间相位期间的组中获取，如上所述。STIC 模块214可基于图像平面500的时间关系将图像平面500组织到时间组502、504、506、508 中。在图5所示的实施例中，基于获取图像平面500的时间并且不一定按照获取图像平面 500的位置安排图像平面500。例如，第一时间组502包括在成像体积的不同位置中但在成像主体202 (图2中示出)的共同时间相位期间获取的图像平面502a、502b、502c、502d。第二时间组504包括在不同位置中但在与第一时间组502不同的共同时间相位期间获取的图像平面504a、504b、504c、504d。第三时间组506包括在不同位置中但在与第一时间组和第二时间组502、504不同的共同时间相位期间获取的图像平面506a、506b、506c、506d。第四时间组508包括在不同位置中但在与第一时间组、第二时间组和第三时间组502、504、506 不同的共同时间相位期间获取的图像平面508a、508b、508c、508d。但是，在如前所述成像胎儿心脏或其它解剖结构时，可在每个时间组502、504、506、508内获取更多图像平面。一旦STIC模块214基于获取时间临时组织图像平面500或分组图像平面500， STIC模块214可基于获取图像平面500的位置在空间上安排图像平面500。STIC模块214 可结合或交织每个时间组502、504、506、508中的图像平面500，以形成不同的三维成像体积。例如，STIC模块214可将在心动周期内的在相同相位或相同时间点但不同横向位置获取的图像平面500结合到体积中。在所示实施例中，第一时间组502的图像平面502a、 502b、502c、502d可在心动周期的相同相位期间、但在不同位置中获取，而其它时间组504、 506,508的图像平面可在与时间组502中的图像平面相同或相似的位置中但在心动周期的不同相位期间获取。在另一个实施例中，STIC模块214可基于各个换能器元件104获得超声图像数据的时间将各个换能器元件104获得的所得超声图像数据组织到不同时间组中。例如，类似于图像平面的时间组织，STIC模块214可基于每个换能器元件104获取超声图像数据的时间安排超声图像数据。然后，可基于获得每个超声图像数据的位置结合按时间组织的超声图像以形成三维成像体积。图6示出对应于图像平面500的时间组502、504、506、508的若干体积602、604、 606、608。体积602、604、606、608表示在不同时间相位获得的不同三维成像体积(例如图 2中示出的成像体积200)。例如，体积602、604、606、608中的每一个可由不同时间组502、 504、506、508(图5中示出)中的二维图像平面500形成。因此，每一个体积602、604、606、 608可包括在成像主体的周期性运动的不同时间(例如，胎儿心脏的心动周期期间的不同时间)获取的超声图像数据。为了形成体积602、604、606、608，511(模块214(图2中示出)将每个时间组502、 504、506、508(图5中示出)的图像平面500 (图5中示出)结合到不同体积中。例如，就图5而言，第一时间组502的图像平面502a-502d结合到体积602中，第二时间组504的图像平面504a-504d结合到体积604中，第三时间组506的图像平面506a_506d结合到体积 606中，以及第四时间组508的图像平面508a-508d结合到体积608中。在一个实施例中， 每个体积602、604、606、608可提供胎儿心脏在心动周期的单次心跳期间的特定相位的三维图像或快照。虽然只显示四个体积602、604、606、608，但备选地可获取更小或更大数量的体积 602、604、606、608。体积602、604、606、608可由显示系统118(图I中示出)在一个循环的三个正交平面(例如，电影环(cineloop))中显示，允许操作员浏览体积602、604、606、608和/或查看单独体积602、604、606、608。备选地,可通过其它方式处理和显示图像平面。例如,显示系统118可呈现图像数据以示出心脏的内部3D结构。例如，可计算和显示最大强度投射、 最小强度投射，平均投射等。可选择单个体积602、604、606、608或体积602、604、606、608 的一部分或一块以供显示。可在显示系统118上旋转或分离于其余体积数据进一步处理所选的部分。另外，可随时间显示表示体积602、604、606、608内的单个所选线条的解剖M模式图像。体积602、604、606、608可结合到时间序列中并存储到存储器(例如，缓冲器122) 或网络服务器上。体积602、604、606、608的序列和/或未处理的体积数据也可经由网络或便携式光盘传输以便在患者离开检查后在不同位置做进一步处理和审核。让数据可用于稍后审核和处理是有利的，特别是在怀孕早期胎儿与羊水之间的关系允许大量运动时。在超声检查期间获得预定数量的体积602、604、606、608所需的获取时间可基于为每个体积602、604、606、608获取的图像平面的数量和/或体积602、604、606、608所需的图像分辨率而有所不同。一般来说，相对较少的图像平面数量和/或较小的图像分辨率，每个体积602、604、606、608的较多图像平面数量和/或体积602、604、606、608的较大图像分辨率需要更长的获取时间。图7和图8示出用于获取在超声检查期间获取的图像平面的图像获取方案700、 800的示例。获取方案700、800用于在周期性运动对象的多个时间相位获取图像平面的多个组，以便创建多个时间相位的对象的多个三维成像体积。获取方案700、800在表示时间的横轴702、802以及表示高度方向的纵轴704、804 附近显示。获取方案700、800以虚线表示，包括表示在超声检查期间获取各高度图像平面的时间的标记706、806。例如，获取方案700、800的每个标记706、806可表示在不同位置 (例如，成像体积中的不同高度位置)的图像平面的获取。获取方案700、800分别各包括发散腿708、710和发散腿808、810。每个腿708、 710、808、810表示从成像体积的不同非重叠区域获得的高度图像平面。例如，参照图3中示出的成像体积302，获取方案700的发散腿708中的标记706可表示在区域306中获得的不同图像平面300a、300c等，而发散腿710中的标记706可表示在区域308中获得的不同图像平面300b、300d等。相似地，方案800的发散腿808中的标记806可表示在区域306中获得的不同图像平面300a、300c等，而发散腿810中的标记806可表示在区域308中获得的不同图像平面300b、300d等。图7和图8中示出的垂直组712、812表示同时或接近同时(例如在彼此10到30 毫秒或更短时间内)获取的图像平面组。例如，就图3而言，垂直组712或812可表示接近同时顺序获得的共同组的图像平面300a、300b。如图7和8所示，若干垂直组712、812在发散腿708、710和808、810的每个中包括标记706、806。发散腿708,710和808,810从纵轴704,804延伸到端点714、814。端点714,814 表示超声检查期间获取的最后一个图像平面。获取时间716、816表示发散腿708、710和 808,810分别从纵轴704,804延伸到端点714,814的时间间隔。如通过对比方案700,800 所示，则方案700的获取时间716比方案800的获取时间816更长。但是，方案700也提供比方案800更多的图像平面。例如，如果方案700、800以相同帧速率获取图像平面，方案 700比方案800获取更多的图像平面，因为方案700具有更长的获取时间716。获取更多图像平面可提供使用方案700创建的成像体积，其比使用方案800创建的成像体积分辨率更高。另一方面，方案800可在使用方案800创建的成像体积中提供足够的分辨率，同时具有大大缩短的获取时间816。在所示实施例中，发散腿708、710在分划平面718相交，发散腿808、810在分划平面818相交。分划平面718、818可表示体积302(图3中示出)的分划平面304(图3中示出)。备选地，发散腿708、710和/或发散腿808、810可在对应于沿横轴702、802的正或负获取时间的位置相交。图9是用于超声成像的方法900的一个实施例的流程图。方法900可与超声系统 100(图I中示出)结合使用以在较短的获取时间间隔内获取周期性运动对象(例如，胎儿心脏)的不同时间相位的多个三维成像体积，如上所述。在902，确定要在对象的成像体积中获取的图像平面组的数量(N)。例如，要从成像体积200(图2中示出)获得的图像平面210(图2中示出)的组总数可由操作员输入。 备选地，图像平面的组总数可以是与超声系统100(图I中示出)相关联的预定或默认数量。在另一个实施例中，可基于成像对象202(图2中示出)的类型自动确定图像平面的组总数。在所示实施例中，字母“N”表示为成像体积获取的图像平面的组总数。在904，初始化图像平面组计数器(i)。图像平面组计数器可用于确定已获取或计划获取哪些图像平面组。在所示实施例中，字母“i”表示图像平面组计数器。可通过将图像平面组计数器的值设置为I来初始化图像平面组计数器。备选地，可使用不同的数字。在906，操纵一个或多个超声脉冲朝向图像平面的第i组中的第一图像平面。例如，波束形成模块110(图I中示出)可电操纵一个或多个超声脉冲朝向成像体积200 (图 2中示出)中的第一图像平面210(图2中示出)(例如，第一高度方向、方位方向或横向方向)。第一图像平面210可位于成像体积的分划平面处或其附近，成像体积的端平面处或其附近，或分划平面与端平面之间的另一个位置处。在908，向第i组的第一图像平面传送超声波。例如，操纵朝向第i组的第一图像平面的一个或多个超声脉冲可被指引朝向第一图像平面。在910，超声波的回波由一个或多个换能器元件接收，并基于回波创建超声图像数据。例如，一个或多个换能器元件104(图I中示出)可接收向第i组的第一图像平面 210(图I中示出)传送并从成像对象202(图2中示出)反射的超声波的回波。换能器元件104和超声探头106(图I中示出)可将回波转换成表示所接收回波的变化强度的模拟信号和/或数字信号。这些信号可包括称作获取的超声图像数据的数据。在912，操纵一个或多个超声脉冲朝向图像平面的第i组中的第二图像平面。例如，波束形成模块110(图I中示出)可电操纵一个或多个超声脉冲朝向成像体积200 (图 2中示出)中的第二图像平面210(图2中示出)(例如，第一高度方向、方位方向或横向方向)。第二图像平面210可位于成像体积的分划平面处或其附近，成像体积的端平面处或其附近，或分划平面与端平面之间的另一个位置处。如上所述，第i组中的第一图像平面和第二图像平面210可位于成像体积的不同区域中。例如，第一图像平面210可安置在成像体积的第一区域中，而第二图像平面210安置在成像体积的第二非重叠区域中。方法900可前后交替以在成像体积的不同区域中获取每个组的图像帧。在914，向第i组的第二图像平面传送超声波。例如，可操纵一个或多个超声脉冲朝向第i组的第二图像平面。在916，超声波的回波由一个或多个换能器元件接收，并基于回波创建超声图像数据。例如，一个或多个换能器元件104(图I中示出)可接收向第i组的第二图像平面 210(图2中示出)传送并从成像对象202(图2中示出)反射的超声波的回波。换能器元件104和超声探头106(图I中示出)可将回波转换成表示接收的回波的变化强度的模拟
信号和/或数字信号。如果第i图像组包括两个以上的图像平面，则方法900可继续操纵更多超声脉冲朝向第i组的第三、第四、第五等图像平面，以从第i图像组的每个图像平面获取超声图像数据。在918，将图像平面组计数器(i)与从成像体积获取的图像平面的数量(N)进行比较。例如，可将计数器与图像平面的数量进行比较以确定是否已获取所有图像平面。如果图像平面组计数器(i)小于要从成像体积获取的图像平面的数量(N)，则图像平面组计数器(i)可指示并非待获取的所有图像平面均已获取。因此，方法900的流程继续到920。在920，图像平面组计数器的值逐步增大。例如，i的值可根据以下等式增大I :i = i+1(等式 I)方法900的流程返回906，其中操纵一个或多个超声脉冲以获得第i图像帧组的第一图像平面。在方法900返回906时，在920增大图像帧组的值导致方法900获得下一个图像帧组的图像帧。通过逐步增大图像平面组计数器(i)的值并获取每个图像平面组的图像平面，方法900可以循环方式继续从N个总图像帧组获取图像帧。备选地，如果图像平面组计数器⑴的值等于待获取的图像平面的数量(N)，则图像平面组计数器(i)的值可指示已获得成像体积中待获取的所有图像平面。因此，方法900 的流程可继续到922。在922，将从N个图像帧组获取的图像帧组织到时间组中。例如，如上所述，可基于获取图像帧的时间将图像帧安排到时间组中。在周期性运动对象的相同时间相位中或期间获取的图像帧可分组到相同时间组中。备选地，在互相的预定时间窗口中获取的图像帧可收集到相同时间组中。在924，在空间上安排每个时间组中的图像帧，以形成每个时间组的三维成像体积。例如，在相同时间相位或彼此预定时间间隔内获取的图像帧可互相结合或交织，以重构获得图像帧的时间相位或时间间隔期间对象的三维图像。如果获得若干时间组，则可构建若干三维体积。在926，成像体积在显示装置(例如，监视器)上向操作员可视呈现。成像体积可用于可视化周期性运动主体在主体的周期性运动的不同相位期间的快照或图像。要理解，以上描述只是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可相互结合使用。另外，可对公开的主题的教导进行多种修改以适合具体情况或材料， 而没有背离其范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型意在定义主题的一个或多个实施例的参数，但是实施例决不是限制性的，而是示范实施例。通过阅读以上描述，本领域普通技术人员将会清楚地知道许多其它实施例。因此，本文描述的主题的范围应当参照所附权利要求连同这类权利要求涵盖的完整等效范围共同确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通英语等效体。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等只用作标记，而不是意在对它们的对象施加数字要求。此外，所附权利要求的限制并不是按照部件加功能格式编写的，并且不是意在根据美国专利法第112 条第六款来解释，除非这类要求权益的限制明确使用词语“用于. 的部件”并跟随没有进一步结构的功能陈述。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种超声成像方法(900)，所述方法(900)包括获取至少部分包含对象(202) (202)的成像体积(200、302、402)中的超声数据集(300、 400)的多个组(318、320、324、418、422、426)，数据集(300,400)的所述组(318、320、324、 418、422、426)包括通过从一个或多个换能器元件(104)传送一个或多个超声脉冲到所述成像体积(200、302、402)的不同区域(306、308、406、408)中获得的超声图像数据；基于获取所述超声数据集(300、400)的时间将所述超声数据集(300、400)安排到一个或多个时间组(502、504、506、508)中，每个时间组(502、504、506、508)中的所述超声数据集(300、400)在共同时间间隔期间获取；以及基于至少一个所述时间组(502、504、506、508)中的所述超声数据集(300、400)来构建所述对象(202)的三维图像。
2.如权利要求I所述的方法(900)，其中，每个超声数据集(300、400)表示来自所述成像体积(200、302、402)的单个图像平面的所述超声图像数据。
3.如权利要求I所述的方法(900)，其中，获取超声数据集(300、400)的所述组包括获取周期性运动主体的所述超声数据集(300、400)，并且安排所述超声数据集(300、400)包括将所述超声数据集(300、400)安排到与所述主体的周期性运动的不同相位相关联的所述时间组(502、504、506、508)中。
4.如权利要求I所述的方法(900)，其中，所述成像体积(200、302、402)包括多个非重叠区域(306、308、406、408)或部分重叠区域(306、308、406、408)中的至少一个，并且获取超声数据集(300、400)的所述组包括获取所述超声数据集(300、400)以使得每个所述组包括来自每个所述区域(306、308、406、408)的分离的超声数据集。
5.如权利要求I所述的方法(900)，其中，所述成像体积(200、302、402)包括由分划平面分离的多个区域(306、308、406、408)，并且获取超声数据集(300、400)的所述组包括顺序获取所述分划平面的相对侧上的每个所述组中的所述超声数据集(300、400)。
6.一种超声成像系统(100)，包括超声探头(106)，包括配置成发射超声脉冲到包含主体(202)的成像体积(200、302、 402)中并接收从所述主体(202)反射的超声回波的换能器元件(104)；与所述超声探头(106)通信耦合的波束形成模块(110) (110)，所述波束形成模块(110)(110)配置成操纵一个或多个的所述超声脉冲以获取超声数据集(300、400)的多个组(318、320、324、418、422、426)，所述组(318、320、324、418、422、426)包括来自所述成像体积(200、302、402)的不同区域(306、308、406、408)的超声数据集(300、400)；与所述波束形成模块(110) (110)通信耦合以接收所述超声数据集(300、400)的定时模块(212)，所述定时模块(212)基于获取所述超声数据集(300、400)的时间将所述超声数据集(300,400)与不同时间组(502、504、506、508)相关联；以及与所述定时模块(212)通信耦合以接收所述超声数据集(300、400)的所述时间组 (502、504、506、508)的时空关联成像(STIC)模块(214)，所述STIC模块(214)配置成基于至少一个所述时间组(502、504、506、508)中的所述超声数据集(300、400)来构建所述对象 (202)的三维图像。
7.如权利要求6所述的系统(100)，其中，所述超声数据集(300、400)包括图像平面。
8.如权利要求6所述的系统(100)，其中，所述成像体积(200、302、402)包括多个非重叠区域(306、308、406、408)，并且所述波束形成模块(110)配置成获取所述超声数据集 (300、400)，以使得每个所述组(318、320、324、418、422、426)包括来自每个所述区域(306、 308、406、408)的超声数据集(300,400)。
9.如权利要求6所述的系统(100)，其中，所述波束形成模块(110)配置成在第一方向中电操纵所述一个或多个超声脉冲，以获取所述成像体积(200、302、402)的第一区域 (306、308、406、408)中的第一超声数据集(300、400)，以及在不同的第二方向中电操纵所述超声脉冲的一个或多个以获取所述成像体积(200、302、402)的第二区域(306、308、406、 408)中的第二超声数据集(300、400)。
10.如权利要求6所述的系统(100)，其中，所述成像体积(200、302、402)包括由分划平面(304、404)分离的多个区域(306、308、406、408)，并且所述波束形成模块(110)配置成顺序获取所述分划平面(304、404)的相对侧上的每个所述组(318、320、324、418、422、426) 中的所述超声数据集(300、400)。
全文摘要
本发明名称为“用于超声成像三维体积的超声成像系统和方法”。一种超声成像方法，包括获取至少部分包含对象的成像体积中的超声数据集的多个组。超声数据集的组包括通过从一个或多个换能器元件传送一个或多个超声脉冲到成像体积的不同区域获得的超声图像数据。方法还包括基于获取超声数据集的时间将超声数据集安排到一个或多个时间组中。每个时间组中的超声数据集在共同时间间隔期间获取。方法进一步包括基于至少一个时间组中的超声数据集来构建对象的三维图像。
文档编号A61B8/00GK102599930SQ20111042937
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月9日 优先权日2010年12月10日
发明者C·佩里, D·巴克顿 申请人:通用电气公司