專利名稱：超聲波圖像的穩(wěn)定系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這個(gè)發(fā)明涉及超聲波診斷成像系統(tǒng)，且特別地涉及在探頭或解剖體運(yùn)動(dòng)存在下產(chǎn)生穩(wěn)定圖像的超聲波診斷成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波診斷成像系統(tǒng)使能通過實(shí)時(shí)的兩及三維成像對(duì)患者解剖體的診斷。超聲波圖像的質(zhì)量和分辨率已經(jīng)先進(jìn)到如此地步，以致于外科醫(yī)生可以甚至定位和研究最小的解剖體細(xì)節(jié)，如在個(gè)別血管中的心瓣運(yùn)動(dòng)和流動(dòng)特征。但是運(yùn)動(dòng)影響可以致使這種先進(jìn)性無效。例如，外科醫(yī)生可正在試圖對(duì)嬰兒的腎進(jìn)行成像以評(píng)估器官中的血流灌注。然而，嬰兒將不理解這個(gè)程序且當(dāng)外科醫(yī)生嘗試將超聲波系統(tǒng)探頭與嬰兒腹部保持穩(wěn)定接觸時(shí)嬰兒可掙扎或扭動(dòng)。嬰兒的掙扎可以妨礙任何連續(xù)穩(wěn)定的探頭接觸，從而當(dāng)探頭不自覺地移動(dòng)時(shí)引起圖像中的解剖體發(fā)生抖動(dòng)并且不規(guī)律地移動(dòng)。當(dāng)外科醫(yī)生感覺到她具有適當(dāng)?shù)哪I圖像時(shí)，通過按下Freeze按鈕來捕捉圖像她可嘗試克服這些環(huán)境，但是這可以是偶然性的、無論成功與否的行動(dòng)。在這些條件下外科醫(yī)生可能不能夠獲得使能確信診斷的圖像。
甚至對(duì)于合作患者的有害運(yùn)動(dòng)影響的另一實(shí)例是心臟成像。心臟學(xué)家可正在對(duì)心臟成像且正在嘗試鑒別是否存在來自心臟的任何噴射或泄漏。在它們?cè)趫D像平面或體積中時(shí)，這些影響在圖像中可以是非常微小的且可能僅瞬間地出現(xiàn)。然而，當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)它經(jīng)常并不在同一位置進(jìn)行，而是可以在胸腔中從一端到另一端擺動(dòng)。整個(gè)器官的這個(gè)運(yùn)動(dòng)可以使難以聚焦在心瓣附近的恒定點(diǎn)上。如果超聲波系統(tǒng)被操作在其中較大視場(chǎng)的放大部分得到觀察的“變焦”模式，則所感興趣的解剖體可以因這個(gè)運(yùn)動(dòng)被完全地移出變焦視場(chǎng)。再次，運(yùn)動(dòng)可以妨礙確信診斷所需要的圖像的采集。在這種情況下，運(yùn)動(dòng)是身體內(nèi)解剖體的動(dòng)作而不是超聲波探頭的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于超聲波系統(tǒng)將需要自動(dòng)地改善這些運(yùn)動(dòng)問題以便于更好地便利于在困難的成像環(huán)境下采集從診斷上有效的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，提供一種超聲波系統(tǒng)和方法，用于在存在探頭和/或解剖體運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定顯示屏幕上的圖像。當(dāng)臨床醫(yī)生正在以測(cè)量模式移動(dòng)探頭來搜索具體的解剖體時(shí)；所述系統(tǒng)以正常的方式執(zhí)行。但是當(dāng)臨床醫(yī)生正在集中精力于具體的解剖體時(shí)，所述系統(tǒng)穩(wěn)定正在顯示屏幕上被加以觀察的解剖體。這可以在臨床醫(yī)生的命令下或通過系統(tǒng)自適應(yīng)地加以完成。當(dāng)在穩(wěn)定模式下，系統(tǒng)基于降低穩(wěn)定的利用或指示臨床醫(yī)生開始操作測(cè)量模式的需求的操作條件將結(jié)束圖像穩(wěn)定的努力。


在附圖中圖1以方框圖形式示例根據(jù)本發(fā)明原理而構(gòu)建的一種超聲波系統(tǒng)；圖2a和2b示例超聲波圖像的穩(wěn)定；圖3示例通過機(jī)械等效物進(jìn)行圖像穩(wěn)定的原理；圖4示例一判斷表，通過所述判斷表本發(fā)明的實(shí)施例起到維持或終止穩(wěn)定操作模式的作用；以及圖5示例帶有描畫出感興趣區(qū)域的框的超聲波圖像。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1，根據(jù)本發(fā)明原理而構(gòu)建的超聲波系統(tǒng)以方框圖的形式被示出。包括變送器陣列12的探頭被用來掃描患者的解剖體。在附圖中解剖體從符號(hào)上由變送器陣列12孔徑前面的心臟14的形狀來表示，以如下述實(shí)例之一中所說明的那樣指示探頭正在掃描心臟。陣列變送器12可以是一維或兩維陣列，其掃描患者的單個(gè)平面或體積區(qū)域。通過移動(dòng)陣列以掃描圖像，來自陣列的束可以從電子上或機(jī)械上被操縱。用來形成相干回波信號(hào)的來自探頭10的超聲波束發(fā)射及所接收回波的處理由束形成器16加以執(zhí)行，所述束形成器16響應(yīng)于探頭的發(fā)射-接收序列可形成圖像的一個(gè)或更多個(gè)被接收的掃描線。然后所接收的掃描線信號(hào)被圖像處理器20處理成所要求類型的圖像。圖像處理器可對(duì)所接收的回波信號(hào)進(jìn)行處理以形成例如基波或諧波圖像信號(hào)，并且可產(chǎn)生多普勒效應(yīng)(Doppler)或B模式信號(hào)用于顯示。不希望的信號(hào)或圖像組分可由圖像處理器20進(jìn)行減少或消除。運(yùn)動(dòng)假象如不希望的閃爍假象可以由閃爍檢測(cè)器加以檢測(cè)，然后通過信號(hào)或圖像處理加以去除。用于檢測(cè)且抑制閃爍的各種技術(shù)是已知的，如在US專利5,197,477和5,782,769中針對(duì)多普勒效應(yīng)閃爍所示的那些技術(shù)，以及于2000年10月20日提交的針對(duì)諧波分離閃爍假象的US專利申請(qǐng)序號(hào)09/693,059。圖像處理器還執(zhí)行圖像形成操作如掃描轉(zhuǎn)換。在標(biāo)準(zhǔn)的超聲波系統(tǒng)中圖像信號(hào)被耦合到視頻處理器24，所述視頻處理器24將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于驅(qū)動(dòng)圖像顯示器26的顯示信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的原理提供一種能夠估計(jì)幾種運(yùn)動(dòng)影響的運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30?？梢杂绊懗暡▓D像穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)影響包括探頭的運(yùn)動(dòng)和正在被成像解剖體的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30估計(jì)來自這些源中的一個(gè)或兩者的運(yùn)動(dòng)影響。例如，探頭10可包括給運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30提供探頭運(yùn)動(dòng)指示的運(yùn)動(dòng)傳感器，如在US專利5,529,070中所說明的加速慣性傳感器。光學(xué)或機(jī)械傳感器還可被用在探頭中以感測(cè)探頭的運(yùn)動(dòng)。在圖1的系統(tǒng)中來自這些傳感器的信號(hào)經(jīng)過線52被耦合到運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30。引起閃爍的運(yùn)動(dòng)假象可以源于探頭或解剖體運(yùn)動(dòng)，且這些運(yùn)動(dòng)的感測(cè)經(jīng)過線54被耦合到運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30。被估計(jì)的運(yùn)動(dòng)還可以經(jīng)過線55被耦合回到閃爍檢測(cè)器22，以改進(jìn)閃爍抑制的效能。如美國(guó)專利5,127,409所說明多普勒效應(yīng)信號(hào)還可以被用來檢測(cè)探頭的運(yùn)動(dòng)并且經(jīng)過線54或線56被耦合到運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30。
通過圖像中的解剖體在從一個(gè)圖像幀到另一圖像幀的位移，在超聲波圖像中解剖體或探頭的運(yùn)動(dòng)還將顯現(xiàn)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)可通過圖像處理被加以估計(jì)，其中一個(gè)幀的信號(hào)或圖像內(nèi)容被與在不同時(shí)間點(diǎn)處所采集的另一圖像幀進(jìn)行比較?？梢杂糜趫D像中的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的技術(shù)包括特征匹配，交互信息，相關(guān)，歸一化相關(guān)，在掃描線軸向方向上的r.f.相關(guān)，或如在1999年6月30日提交的US專利申請(qǐng)序號(hào)09/345,244中所說明的絕對(duì)差(MSAD)處理的最小和。為此目的連續(xù)的圖像經(jīng)過線56被耦合到運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30。被如此處理的圖像可以是一、二或三維圖像。一維圖像的實(shí)例是例如相對(duì)于血管被穩(wěn)定的采樣體積。
運(yùn)動(dòng)估計(jì)處理的結(jié)果借助于線58被耦合到圖像對(duì)準(zhǔn)器32。當(dāng)超聲波系統(tǒng)要產(chǎn)生穩(wěn)定圖像時(shí)，圖像對(duì)準(zhǔn)器使用被估計(jì)的運(yùn)動(dòng)來對(duì)準(zhǔn)在順序的圖像中的解剖體，所述被估計(jì)的運(yùn)動(dòng)能夠采用由MSAD過程所分析的時(shí)間順序圖像的交叉相關(guān)系數(shù)的形式。結(jié)果是將據(jù)臨床醫(yī)生看來圖像在顯示屏幕上是穩(wěn)定的，而沒有不希望的運(yùn)動(dòng)或抖動(dòng)。圖像對(duì)準(zhǔn)器借助于線62接收時(shí)間順序的圖像并且在線64上產(chǎn)生序列穩(wěn)定圖像，其然后被耦合到視頻處理器24用于顯示。當(dāng)經(jīng)過來自穩(wěn)定判斷處理器34的控制線68被命令如此做時(shí)，圖像對(duì)準(zhǔn)器32對(duì)該順序的圖像進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。如由受到控制線66所控制的開關(guān)76所象征的，穩(wěn)定判斷處理器34還禁止被處理的圖像信號(hào)到視頻處理器24的通常路徑，這樣被處理用于顯示的視頻信號(hào)是由存在于線64上的圖像對(duì)準(zhǔn)器所產(chǎn)生的穩(wěn)定信號(hào)。
超聲波圖像穩(wěn)定的原理被示例于圖2a和2b。圖2a示例心臟的三個(gè)圖像82、84、88，當(dāng)探頭或心臟正在移動(dòng)時(shí)所述圖像被加以采集。圖像將在時(shí)間上被順序地顯示，但是出于示例目的，其被一起示于重疊附圖中。當(dāng)圖像被采集時(shí)如果探頭正在運(yùn)動(dòng)，這可是針對(duì)不合作患者的情況，則心臟可一度出現(xiàn)在被示為82的位置，然后在下一個(gè)圖像中可出現(xiàn)在被示為84的位置，以及再后來可出現(xiàn)在被示為88的位置。作為選擇地，當(dāng)心臟正在跳動(dòng)時(shí)它可來回移動(dòng)，且因此每當(dāng)新的實(shí)時(shí)圖像被采集時(shí)其出現(xiàn)在變送器孔徑98的不同位置。當(dāng)這些圖像被順序?qū)崟r(shí)加以顯示時(shí)，在任一條件下心臟將看來從一個(gè)位置抖動(dòng)或跳動(dòng)到另一個(gè)位置。如果臨床醫(yī)生正在試圖診斷心臟中具體位置如從符號(hào)上由在一個(gè)心臟圖像中的框83、在下一個(gè)圖像中的框8S及第三圖像中的框87所指示的心瓣的性能時(shí)，當(dāng)這個(gè)小部分圖像在屏幕上來回跳動(dòng)時(shí)，則這樣的診斷將幾乎不可能。通過壓下超聲波系統(tǒng)控制面板40上的“Freeze”按鈕，臨床醫(yī)生可以嘗試克服所述問題，以希望被凍結(jié)的圖像將包含對(duì)正在考慮之中解剖體的清晰顯示。這可能是或可能不是所述情況，并且無論如何取決于運(yùn)氣而不是診斷經(jīng)驗(yàn)。此外，臨床醫(yī)生可對(duì)評(píng)估解剖體如心瓣的動(dòng)態(tài)特征感興趣，其利用單一的凍結(jié)圖像則不可能做到。
本發(fā)明的實(shí)施例通過始終如一地將同一解剖體顯示在顯示屏幕上的同一位置，來嘗試消除這樣圖像的跳動(dòng)或抖動(dòng)或模糊。當(dāng)圖像對(duì)準(zhǔn)器成功地正在對(duì)準(zhǔn)順序的圖像的解剖體時(shí)，每個(gè)順序的圖像將被顯示為與從前圖像中同一解剖體的位置對(duì)準(zhǔn)。據(jù)臨床醫(yī)生將看來解剖體正在維持靜止或正在運(yùn)動(dòng)而無在屏幕上的抖動(dòng)。這在圖2b中被加以說明，其中心臟的每個(gè)順序圖像82，84，88被顯示在與從前心臟圖像相同的位置上，使心瓣在順序圖像中位于相同的位置83，85，87。這有效地去除了在實(shí)時(shí)圖像顯示中的抖動(dòng)或跳動(dòng)。臨床醫(yī)生可因此能夠根據(jù)被穩(wěn)定的圖像做出可靠的診斷，或當(dāng)所希望的解剖體被成象在被穩(wěn)定的圖像中時(shí)，可以可靠地按下“Freeze”按鈕。當(dāng)解剖體的動(dòng)態(tài)特征被加以評(píng)估時(shí)，序列實(shí)時(shí)圖像被加以捕捉且被存儲(chǔ)在Cineloop存儲(chǔ)器中，圖像中的解剖體被對(duì)準(zhǔn)，且被穩(wěn)定的序列作為被穩(wěn)定的實(shí)時(shí)序列得到重新顯示。于是對(duì)Cineloop存儲(chǔ)器中穩(wěn)定序列的回顧將允許對(duì)動(dòng)態(tài)特征如心瓣的動(dòng)作的評(píng)估。
圖3描繪了本發(fā)明圖像穩(wěn)定系統(tǒng)操作的機(jī)械模擬。在這個(gè)附圖中質(zhì)量92相對(duì)于基礎(chǔ)或底板90被示出。底板的(x，y)坐標(biāo)等效于當(dāng)前圖像的坐標(biāo)。質(zhì)量92的坐標(biāo)表示被穩(wěn)定圖像(質(zhì)量)的坐標(biāo)，其將相對(duì)于底板被穩(wěn)定地放置。在這種情況下質(zhì)量92相對(duì)于底板的任何平移被表示運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定元件的彈簧95，97及緩沖器94，96所阻尼。然后被檢測(cè)的圖像(質(zhì)量)的運(yùn)動(dòng)和速度被用來計(jì)算質(zhì)量相對(duì)于底板90的位置。這樣通過將質(zhì)量坐標(biāo)作為穩(wěn)定的基準(zhǔn)，獲得實(shí)時(shí)被穩(wěn)定的圖像序列。
圖1的穩(wěn)定判斷處理器用來智能地判斷何時(shí)嘗試穩(wěn)定探頭或解剖體運(yùn)動(dòng)的圖像，以及何時(shí)抑制這一嘗試。抑制包括不僅停止穩(wěn)定過程，而且包括阻止對(duì)其中已經(jīng)嘗試進(jìn)行穩(wěn)定的圖像的顯示。穩(wěn)定判斷處理器34可以通過手動(dòng)或自動(dòng)，自適應(yīng)控制進(jìn)行操作。例如，臨床醫(yī)生可正在以測(cè)量模式操作超聲波系統(tǒng)，其中臨床醫(yī)生正在試圖定位所感興趣的解剖體。當(dāng)如此做時(shí)，臨床醫(yī)生可在控制面板40上將控制設(shè)定到“測(cè)量模式”。當(dāng)超聲波系統(tǒng)處于測(cè)量模式時(shí)，穩(wěn)定判斷處理器34將不做任何嘗試來穩(wěn)定圖像，因?yàn)楫?dāng)臨床醫(yī)生搜索所感興趣的解剖體時(shí)臨床醫(yī)生希望看到不斷變化的身體內(nèi)部視圖。然后來自穩(wěn)定判斷處理器34的控制線66，68將禁止圖像對(duì)準(zhǔn)器32嘗試對(duì)順序圖像加以對(duì)準(zhǔn)，并且將有效地閉合開關(guān)76，從而使能實(shí)時(shí)圖像的正常順序，以從圖像處理器20繼續(xù)進(jìn)行到視頻處理器24。
然而在測(cè)量模式中，臨床醫(yī)生可在圖像中認(rèn)出其想要詳細(xì)檢查的解剖體特征。然后臨床醫(yī)生將停止移動(dòng)探頭，以便于所感興趣的特征連續(xù)地維持在象場(chǎng)中，并且將控制面板設(shè)定到操作的“Target Mode”。在目標(biāo)模式中超聲波系統(tǒng)將嘗試穩(wěn)定圖像以便于所感興趣的解剖體特征將在圖像中維持靜止。圖像對(duì)準(zhǔn)器32將得到命令以開始穩(wěn)定順序圖像，并且開關(guān)76將有效地被打開以便于來自圖像對(duì)準(zhǔn)器32的穩(wěn)定圖像的流動(dòng)將出現(xiàn)在顯示屏幕26上。
除了如剛剛所說明的依賴于圖像穩(wěn)定的手動(dòng)啟動(dòng)，穩(wěn)定判斷處理器34可自適應(yīng)地確定何時(shí)開始和停止圖像穩(wěn)定的嘗試。通過如圖1所示對(duì)在其輸入線上所接收的信息加以處理，以及如圖4的判斷表所示例基于所接收的信息做出判斷，穩(wěn)定判斷處理器做到這點(diǎn)。在剛剛討論的測(cè)量和目標(biāo)模式情況下，當(dāng)臨床醫(yī)生正在快速地或沿著身體經(jīng)過大的距離移動(dòng)探頭時(shí)，這個(gè)行為可以幾種方法被加以檢測(cè)。這個(gè)探頭運(yùn)動(dòng)可由探頭運(yùn)動(dòng)傳感器加以估計(jì)并且經(jīng)過線52被通信到運(yùn)動(dòng)估計(jì)器，或，它可由圖像中明顯的運(yùn)動(dòng)假象，或由來自圖像到圖像的強(qiáng)多普勒效應(yīng)信號(hào)，或由一個(gè)圖像到另一圖像內(nèi)容的零或接近零的交叉相關(guān)來加以估計(jì)，當(dāng)不同的解剖體進(jìn)入且隨后離開圖像時(shí)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)信息經(jīng)過線74被通信到穩(wěn)定判斷處理器34。然后穩(wěn)定判斷處理器斷定圖像中的探頭或解剖體已經(jīng)移動(dòng)了大的距離或探頭或解剖體正在快速移動(dòng)。如果穩(wěn)定從前被進(jìn)行，則在這些條件下圖像穩(wěn)定將不開始，或?qū)⒔怄i(被抑制)。
另一方面，當(dāng)臨床醫(yī)生定位一些所感興趣的解剖體時(shí)，當(dāng)臨床醫(yī)生聚焦于圖像中的解剖體時(shí)探頭的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上將停止。僅有的運(yùn)動(dòng)將是探頭或解剖體的運(yùn)動(dòng)，其中解剖體緩慢移動(dòng)或僅看起來移動(dòng)短的距離。這可以是因不配合的患者，患者的呼吸，或器官如心臟的自然運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的不希望運(yùn)動(dòng)。當(dāng)經(jīng)過短距離的這個(gè)緩慢運(yùn)動(dòng)被運(yùn)動(dòng)傳感器加以檢測(cè)時(shí)，穩(wěn)定判斷處理器34將經(jīng)過控制線66，68啟動(dòng)穩(wěn)定過程，或?qū)⒅率箯那八鶈?dòng)的穩(wěn)定處理維持被鎖定在操作狀態(tài)。
如果臨床醫(yī)生結(jié)束解剖體一部分的診斷且開始探索所感興趣的另一特征時(shí)，圖像中的探頭或解剖體將開始緩慢移動(dòng)經(jīng)過一相當(dāng)大的距離并且新的解剖體進(jìn)入且隨后離開探頭的圖像孔徑。當(dāng)這個(gè)條件被加以探測(cè)時(shí)，穩(wěn)定判斷處理器34通過對(duì)穩(wěn)定處理解鎖而做出響應(yīng)，這樣臨床醫(yī)生可以再次開始測(cè)量解剖體。嘗試對(duì)移進(jìn)且隨后移出視場(chǎng)的解剖體進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)將是無用的，因?yàn)樵趫D像中正在維持的任何特征將很快從視線中消失且不可用于隨后的對(duì)準(zhǔn)。
圖4的判斷表示例基于圖像處理的一些判斷標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)是在從一個(gè)圖像幀到另一圖像幀的圖像中僅幾個(gè)像素的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致這樣的判斷，即穩(wěn)定過程保持被鎖定且繼續(xù)操作。這樣條件的一個(gè)實(shí)例是心臟的成像，其中心臟可在圖像中維持穩(wěn)定和靜止但是瓣將被看到正在打開和正在閉合。心瓣的這個(gè)運(yùn)動(dòng)將引起心瓣出現(xiàn)處的像素在它們所處的圖像的小區(qū)域內(nèi)顯著地變化，而顯示心臟其余部分的像素可相對(duì)地從一個(gè)幀到另一個(gè)幀維持靜止且僅當(dāng)心臟跳動(dòng)時(shí)才移動(dòng)。當(dāng)穩(wěn)定判斷處理器34檢測(cè)這個(gè)條件時(shí)它假定臨床醫(yī)生正在嘗試保持探頭穩(wěn)定且將在圖像相同區(qū)域中穩(wěn)定跳動(dòng)的心臟。如果在穩(wěn)定過程當(dāng)中可能的話，將使心臟的總運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)被去除，但是將不嘗試補(bǔ)償局部運(yùn)動(dòng)，如心臟跳動(dòng)時(shí)其變化的形狀以及當(dāng)心瓣打開和閉合時(shí)的其運(yùn)動(dòng)。
被示于判斷表中的另一條件是其中在圖像中的許多像素從一個(gè)幀移動(dòng)到另一個(gè)幀的條件。這是可以被圖像處理如MSAD處理加以檢測(cè)的另一條件。當(dāng)圖像中的許多像素移動(dòng)(全局運(yùn)動(dòng)的條件)時(shí)，它通常是因?yàn)榕R床醫(yī)生正在尋找不同的解剖體，特別是如果條件持續(xù)幾個(gè)幀或重復(fù)性地在相同方向上時(shí)。在這些條件下穩(wěn)定判斷處理器34將致使穩(wěn)定過程被解鎖。然而，可希望地是當(dāng)臨床醫(yī)生正在以“測(cè)量”模式移動(dòng)探頭時(shí)去除抖動(dòng)，如下面所說明。所述判斷在圖4表中被示出帶有星號(hào)，因?yàn)閳D像中許多像素的短且突然的運(yùn)動(dòng)可因臨床醫(yī)生或不合作患者的反射運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致。因此，針對(duì)許多像素的瞬間運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定判斷處理器34可斷定以繼續(xù)保持被鎖定在穩(wěn)定模式下直至較長(zhǎng)時(shí)間的影響被配準(zhǔn)(register)。
圖4的表還示出因順序圖像的配準(zhǔn)處理(registrationprocessing)如MSAD而導(dǎo)致的差的配準(zhǔn)系數(shù)的條件。例如，當(dāng)探頭相對(duì)于兩維圖像在高程方向上移動(dòng)時(shí)，或經(jīng)過大距離的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，差的配準(zhǔn)系數(shù)將出現(xiàn)。這些為其中如果不可能維持穩(wěn)定則其將是困難的條件，因此對(duì)于差的配準(zhǔn)系數(shù)的通常響應(yīng)是解鎖或抑制穩(wěn)定操作。
通過本發(fā)明實(shí)施例被極大增強(qiáng)的超聲波成像的特征是“變焦”特征，其中在寬視場(chǎng)圖像中所發(fā)現(xiàn)的特征被放大用于更詳細(xì)的分析。圖5示例出示出血管70的超聲波圖像60?？傮w上這樣的圖像被顯示為色流圖像，其中在血管70中的血流速度或強(qiáng)度被顯示以顏色。在這個(gè)實(shí)例中，血管70的分支72被作為臨床醫(yī)生的目標(biāo)用于更詳細(xì)的檢查。在包含分支72的圖像中的感興趣區(qū)域(ROI)由框86加以描畫。通過以與整個(gè)圖像60相同大小的放大視圖將解剖體顯示于框86中，所述分支72被放大或被圖像放大。這可通過將框86中的像素重新繪制到較大的顯示地圖上而實(shí)現(xiàn)，其中被圖像放大的ROI作為全尺寸圖像被示出。當(dāng)對(duì)圖像放大時(shí)，希望放大時(shí)穩(wěn)定ROI框內(nèi)的解剖體，以使臨床醫(yī)生能夠?qū)馄鼠w進(jìn)行詳細(xì)的評(píng)估。根據(jù)本發(fā)明原理可以做到這點(diǎn)的一個(gè)方法是要注意到全圖像60可被n個(gè)掃描線掃描，其中邊緣掃描線1和n被標(biāo)注在圖像60的頂部。ROI框86僅由n個(gè)掃描線的掃描線j至k進(jìn)行掃描。然而，如果解剖體72或成像探頭移動(dòng)時(shí)，ROI框?qū)⑻幱诓煌瑨呙杈€集合的視場(chǎng)之內(nèi)。例如，如果框86將向左移動(dòng)兩個(gè)掃描線的距離，則它將由掃描線j-2至k-2進(jìn)行掃描。通過經(jīng)過線78向束形成器發(fā)布命令來以掃描線j-2到k-2對(duì)ROI進(jìn)行掃描，或通過給圖像處理器發(fā)出將掃描線j-2至k-2橫向跨度之內(nèi)的ROI進(jìn)行圖像放大的命令，圖1的穩(wěn)定系統(tǒng)對(duì)這個(gè)運(yùn)動(dòng)做出反應(yīng)。在任一情況下，對(duì)ROI框86中的解剖體執(zhí)行穩(wěn)定。
對(duì)移動(dòng)ROI框問題的另一解決方案是跟蹤解剖體的運(yùn)動(dòng)，然后針對(duì)超聲波系統(tǒng)同步于解剖體或探頭的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)ROI框86。這將使血管72恒定地位于ROI框86中，即使當(dāng)整個(gè)圖像移動(dòng)時(shí)。這將維持完整的合格測(cè)量隨著時(shí)間例如在ROI框內(nèi)的解剖體上被得以進(jìn)行。當(dāng)高程尺度存在于圖像數(shù)據(jù)集合中時(shí)，正如具有三維成像的情況，在所有三個(gè)方向中的運(yùn)動(dòng)可以被加以分析以跟蹤所感興趣的解剖體并且將解剖體的穩(wěn)定維持鎖定。在相鄰且平行圖像平面的三個(gè)圖像平面的簡(jiǎn)單情況下，被顯示的平面將總體上是中央的那個(gè)，其處于高程孔徑的中心。但是如果運(yùn)動(dòng)發(fā)生在高程尺度上以便于正在被顯示的解剖體移進(jìn)相鄰的高程平面，則通過將相鄰的高程平面用作被顯示平面還可以執(zhí)行圖像穩(wěn)定。將理解到兩維陣列將使超聲波系統(tǒng)能夠跟蹤從一個(gè)平面到另一個(gè)平面的在高程方向上的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)能力還使當(dāng)所感興趣的解剖體從MPR平面移動(dòng)到另一個(gè)時(shí)，多平面的重新格式化(MPR)平面能夠被加以跟蹤，其中MPR平面是從3D數(shù)據(jù)集合而合成的平面。當(dāng)解剖體移動(dòng)到不同的MPR平面時(shí)，新的平面坐標(biāo)集合被用于MPR圖像，從而使解剖體能夠在顯示屏幕上被維持靜止，甚至在運(yùn)動(dòng)存在時(shí)。在用來跟隨平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)中，幀到幀相關(guān)的交叉相關(guān)系數(shù)被總體上用于穩(wěn)定。當(dāng)在與平面內(nèi)尺度相反的高程尺度上對(duì)運(yùn)動(dòng)加以跟蹤時(shí)，幀到幀抗相關(guān)的使用將經(jīng)常是優(yōu)選的用于穩(wěn)定判斷的指示器。
由用于圖像穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)估計(jì)器30所估計(jì)的運(yùn)動(dòng)可以用于其它目的。被檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)可以被供給到例如閃爍抑制算法，用來改善算法性能的魯棒性。根據(jù)本發(fā)明被加以穩(wěn)定的圖像將總體上展示出得到改善的持續(xù)(persistence)處理，其通常涉及一些形式的時(shí)間平均化。通過使空間坐標(biāo)在圖像的時(shí)間序列中被維持，持續(xù)算法可以更好地執(zhí)行，如在US專利5,215,094中所示的那個(gè)算法，其中峰值流速在時(shí)間上被加以維持。
如從前所提到的，當(dāng)探頭正在有意地沿著身體移動(dòng)時(shí)，有時(shí)可有益地是去掉圖像中的“抖動(dòng)”，而允許所希望的視場(chǎng)運(yùn)動(dòng)得到繼續(xù)。所不希望的抖動(dòng)經(jīng)常由相對(duì)高的頻率、短的持續(xù)運(yùn)動(dòng)來表征，并且在那個(gè)基礎(chǔ)上被加以辨別。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過估計(jì)在x和y方向上順序圖像之間的平移，在存在抖動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)成像被穩(wěn)定。在兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的速度還可以被估計(jì)，其為在給定方向上平移的速率除以幀間時(shí)間間隔的比率。然后在每個(gè)方向上的當(dāng)前及先前圖像的平移，以及數(shù)目為N的先前圖像，如10-15個(gè)圖像之間的平移被選取，并且被有效地低通濾波以相對(duì)于先前圖像在當(dāng)前圖像的每個(gè)方向上產(chǎn)生經(jīng)濾波的平移值。低通濾波可以通過數(shù)字濾波器如具有截止頻率低于所不希望的高頻率運(yùn)動(dòng)(抖動(dòng))截止頻率的Butterworth濾波器而執(zhí)行。低通濾波還可以通過將N個(gè)先前圖像的累積運(yùn)動(dòng)由平均化過程，或由圖3中所模型化的慣性濾波器進(jìn)行積分而得到執(zhí)行。慣性濾波器將使用上面所提到的速度估計(jì)。當(dāng)前圖像中的參考點(diǎn)就有關(guān)像素起點(diǎn)，圖像隅角、或其它被識(shí)別的參考點(diǎn)被加以確定，并且新的圖像根據(jù)經(jīng)濾波的平移值被翹曲或被平移到新的參考點(diǎn)。這個(gè)經(jīng)濾波的平移值將基本上表示使用者對(duì)探頭的有意運(yùn)動(dòng)，但是將通過濾波過程被阻尼以減少因不希望的圖像抖動(dòng)所導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)。如果持續(xù)正在被使用，則用于持續(xù)計(jì)算中的先前幀應(yīng)該被對(duì)準(zhǔn)到當(dāng)前圖像用于持續(xù)算法的成功運(yùn)算。當(dāng)探頭正在沿著身體表面被移動(dòng)時(shí)，由探頭運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的大多數(shù)有意的運(yùn)動(dòng)將處于x方向上，而小量有意運(yùn)動(dòng)處于y方向上。在選擇濾波過程的時(shí)間常數(shù)或截止時(shí)這個(gè)事實(shí)可以被加以考慮，與被用于x方向?yàn)V波過程中的時(shí)間常數(shù)和截止頻率相比較小的時(shí)間常數(shù)或較低的截止頻率被用于y方向?yàn)V波過程。如果需要的話，幀對(duì)幀平移中的最大極限可以被加以設(shè)定，并且具有超出極限的估計(jì)的平移被約束到極限值。
權(quán)利要求
1.一種具有圖像穩(wěn)定的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其包括在視場(chǎng)內(nèi)對(duì)解剖體成像的超聲波探頭；被耦合到所述超聲波探頭的束形成器；被耦合到所述束形成器的圖像處理器；被耦合到所述圖像處理器的圖像顯示器；估計(jì)至少探頭運(yùn)動(dòng)和解剖體運(yùn)動(dòng)之一的運(yùn)動(dòng)估計(jì)器；以及響應(yīng)于至少探頭運(yùn)動(dòng)估計(jì)器和解剖體運(yùn)動(dòng)估計(jì)器之一的穩(wěn)定判斷處理器，其確定是維持還是結(jié)束圖像穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其中所述圖像處理器包括響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)估計(jì)器的圖像對(duì)準(zhǔn)器，其對(duì)在時(shí)間上的不同圖像加以對(duì)準(zhǔn)，其中在解剖學(xué)上被對(duì)準(zhǔn)的圖像作為穩(wěn)定圖像被順序地顯示在圖像顯示器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)估計(jì)器通過對(duì)兩個(gè)在時(shí)間上不同的圖像進(jìn)行圖像處理來估計(jì)運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)估計(jì)器執(zhí)行至少M(fèi)SAD分析、特征匹配、交互信息、相關(guān)及歸一化相關(guān)中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用戶接口，借此用戶接口用戶手動(dòng)地設(shè)定操作條件，其中穩(wěn)定判斷處理器響應(yīng)于操作條件的設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波診斷成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括被耦合到圖像顯示器的圖形顯示器，借助于此用戶描畫所感興趣的區(qū)域，其中穩(wěn)定判斷處理器致使在感興趣區(qū)域內(nèi)解剖體的圖像得到穩(wěn)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其中穩(wěn)定判斷處理器被耦合到束形成器以致使在感興趣區(qū)域內(nèi)解剖體的圖像得到穩(wěn)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的超聲波診斷成像系統(tǒng)，其中穩(wěn)定判斷處理器被耦合到圖像處理器以致使在感興趣區(qū)域內(nèi)解剖體的圖像通過圖像處理得到穩(wěn)定。
9.一種用于穩(wěn)定超聲波圖像顯示的方法，包括接收第一實(shí)時(shí)超聲波圖像；接收在時(shí)間上不同于所述第一圖像的第二實(shí)時(shí)超聲波圖像；估計(jì)發(fā)生在所述第一和第二圖像之間的至少探頭或解剖體運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)；在解剖學(xué)上對(duì)準(zhǔn)所述第一和第二圖像；以及順序地顯示在解剖學(xué)上被對(duì)準(zhǔn)的圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中估計(jì)包括使所述第一和第二圖像相關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中估計(jì)包括感測(cè)所述第一和第二圖像之間的探頭運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在解剖學(xué)上的對(duì)準(zhǔn)包括跟隨具有超聲波探頭的不同掃描線的感興趣區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在解剖學(xué)上的對(duì)準(zhǔn)包括將被顯示的解剖體保持在所描畫的感興趣區(qū)域之內(nèi)。
14.一種減少在超聲波實(shí)時(shí)圖像中由移動(dòng)超聲波探頭所產(chǎn)生的抖動(dòng)的方法包括采集超聲波實(shí)時(shí)圖像序列；估計(jì)實(shí)時(shí)圖像的順序圖像之間的運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生多個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)；將運(yùn)動(dòng)估計(jì)進(jìn)行濾波以產(chǎn)生得到濾波的估計(jì)值；以及利用被濾波的估計(jì)值以相對(duì)于序列的先前實(shí)時(shí)圖像平移新近的實(shí)時(shí)圖像。
全文摘要
一種超聲波診斷成像系統(tǒng)被提供，其中在存在探頭運(yùn)動(dòng)、解剖體運(yùn)動(dòng)或兩個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)解剖體圖像被穩(wěn)定。判斷處理器分析運(yùn)動(dòng)的影響并且確定是抑制還是允許成像穩(wěn)定?；谔筋^的運(yùn)動(dòng)感測(cè)、圖像分析，或其兩者圖像被在解剖學(xué)上加以對(duì)準(zhǔn)。穩(wěn)定系統(tǒng)既可以被手動(dòng)地或自動(dòng)地以及自適應(yīng)地啟動(dòng)。
文檔編號(hào)G01S15/66GK1599578SQ02824224
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月5日
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