CN104939869A - 用于弹性超声成像的获取控制的系统和方法 - Google Patents

用于弹性超声成像的获取控制的系统和方法 Download PDF

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Abstract

根据检测到的运动(26)控制(28)用于弹性成像的获取设置。不同于仅仅依靠用户设置，根据检测到的运动(26)自动设置(28)一个或多个获取参数。例如，这些设置对于与较大的运动相关的时刻在弹性成像中为更快的帧速率以及较小的分辨率提供，并且对于与较小的运动相关的时刻为较慢的帧速率以及较大的分辨率提供。

Description

用于弹性超声成像的获取控制的系统和方法
背景技术
本实施方式涉及弹性超声成像。弹性成像包括声辐射力脉冲(ARFI)成像、剪切波成像、应变成像和/或应变速率成像。弹性是一种参数成像测量组织特征。具有不同特征的组织不同地响应应力。测量响应应力的组织。例如，通过发送ARFI推动脉冲，可使用超声来直接地或经过剪切波或纵向波的生成来移位组织。可以使用另外的超声扫描来测量推动脉冲引起的位移。在测量响应该纵向波的位移的情况下，提供ARFI成像。在测量响应该剪切波的位移的情况下，提供剪切成像。
重复推动脉冲以在不同横向间隔位置下测量位移。然而，ARFI脉冲的重复可能导致不期望的换能器加热并且在扫描时引入延迟。弹性成像(诸如ARFI或剪切波弹性成像)比常规超声成像模式(如B-模式或频谱多普勒)通常需要更长的时间来获取数据(例如，几毫秒对几百微秒)。如果超声波扫描师正试图找寻以定位目标或者如果目标本身有太多运动，则这种较长的获取时间可能是个问题。超声波扫描师通常估算运动补偿、帧速率、分辨率以及图像质量之间的折衷，作为配置用于获取弹性图像的系统的一部分。关于弹性成像固定的预定设置的这种使用不应对运动的改变，并且对于存在的运动可能不是最佳的。
发明内容
通过介绍的方式，在下文描述的优选实施方式包括关于用于弹性成像的获取控制的方法、指令以及系统。根据检测到的运动控制弹性成像的获取设置。根据检测到的运动自动设置一个或多个获取参数，而不仅仅依靠用户设置。例如，这些设置对于与较大运动有关的时间在弹性成像时为较快的帧速率以及较小的分辨率提供，而对于与较少运动相关的时间为更慢的帧速率以及较大的分辨率提供。
在第一方面，提供用于弹性超声成像的获取控制的方法。检测超声换能器的运动、超声换能器扫描的患者的运动或者这二者。处理器计算获取参数的值。计算该值以根据检测到的运动的量提供帧速率。弹性超声成像使用该获取参数的值，以使得弹性超声成像以该帧速率执行。
在第二方面，非暂时性计算机可读存储介质已经在其中存储表示可通过编程式处理器执行的指令的数据，该指令有关于用于弹性超声成像的获取控制。该存储介质包括如下指令：用于响应弹性超声成像的启动确定换能器、组织或换能器与组织运动，计算弹性超声成像的帧速率，根据该帧速率计算获取参数的值以及以该值执行后续弹性超声成像。
在第三方面，提供用于弹性超声成像的获取控制的系统。发送波束形成器和接收波束形成器配置成生成推动脉冲和追踪响应该推动脉冲的位移。该发送和接收波束形成器配置为获取参数的设置的函数。处理器配置成估算不同于响应推动脉冲的位移的运动并且根据该不同于响应推动脉冲的位移的运动改变一个或多个设置作为分辨率的函数。显示器可操作地显示图像，该图像是位移的函数并且至少一些位移响应已改变的一个或多个设置。
本发明由所附权利要求书限定，并且在这部分没有任何内容应该用作对权利要求书的限制。本发明另外的方面和优点在下文结合优选实施方式论述并且可以在以后独立地或相结合要求。
附图说明
组件和附图并非必然按比例，而是强调展示出本发明的原理。此外，在附图中，类似的参考标记贯穿不同视图指定相应部分。
图1是关于用于弹性超声成像的获取控制的方法的一种实施方式的流程图；
图2和图3是在弹性成像时用来控制帧速率的推动脉冲的不同数量的实例；以及
图4是关于用于弹性超声成像的获取控制的系统的一种实施方式。
具体实施方式
在声辐射力脉冲成像、剪切波成像或其他弹性成像中自动确定获取帧速率。自动确定合适的获取时间给定的检测到的运动。相应地调节弹性成像中的获取参数以在当前运动条件下获得最佳图像。
在一种实施方式中，在成像时确定换能器和/或组织运动。系统对于所呈现的运动的量计算合适的ARFI或剪切波帧速率，并且自动调节获取参数(例如，行距、声输出、并行接收通道或波束的数量、推动脉冲的数量、追踪脉冲的数量、平静时间和/或B模式基准帧的数量)以实现期望的帧速率。在另一实施方式中，系统依赖于在获取期间呈现的运动的量自动改变ARFI或剪切波获取参数以提供最佳时间分辨率、空间分辨率和/或图像质量。
用于弹性成像的一个或多个获取参数的自动设置可以为弹性成像在扫描的同时实时地周期性地或连续地执行。作为替代，该自动设置对于弹性图像的单帧获取发生一次。例如，用户触发剪切或ARFI图像的获取。系统检测运动，至少部分基于运动的量设置获取参数，然后使用设置生成弹性图像。系统可以响应自动触发或来根据自用户的请求(例如，“更新”控制)自动调节获取参数。
可以使用诸如B模式、多普勒或基于弹性的运动检测之类的任何运动检测。可以以算法(例如，Nyquist采样)或凭经验确定期望的帧速率。
当存在大量的呈现的运动时，系统可以自动切换到另一弹性模式(例如，从ARFI到应变、从剪切到ARFI、从剪切到应变等等)，而并非在ARFI或剪切波成像中增加帧速率并折衷图像质量。当不存在大量的呈现的运动时，系统可以自动切换到另一弹性模式(例如，从应变到ARFI、从应变到剪切、从ARFI到剪切等等)，而并非在弹性模式中降低帧速率。
图1显示关于用于弹性超声成像的获取控制的方法。在弹性成像之前或期间检测运动的量。响应该运动的量，设置一个或多个获取参数以实现合适的帧速率和/或分辨率(例如，图像质量)。获取参数的设置自动发生。不依靠用户的猜测，由系统设置一个或多个值。系统可以对于后续弹性成像改变先前的用户设置或默认值。可以发生运动确定以及帧速率、分辨率和/或一个或多个获取参数的值的计算，而不需要用户输入值或改变设置成控制帧速率的已输入的值。
该方法由图4的系统或不同的系统实现。例如，超声成像系统的处理器、控制器或图像处理器确定运动的量并计算。发送波束生成器、存储器、检测器和/或其他装置可以用来获取数据、执行一个或多个动作和/或输出数据。处理器可以控制这些装置以执行图1的方法。
另外，可以提供不同的或很少的动作。例如，可以执行该方法而不用在动作38中生成图像。作为另一实例，不执行动作32。获取参数的值被映射到该运动，以响应帧速率的运动有效地提供弹性成像而不计算要用的特定帧速率。在另一实例中，不执行动作34。在又一实例中，提供用于B模式扫描或其他类型的扫描的动作，诸如与执行弹性成像分开地扫描以检测运动。
动作以描述或示出的次序执行，但可以以其他次序执行。可以执行分开的扫描以检测运动，因此使用所示的次序。一旦确定该运动并计算获取参数，随后执行弹性成像。该次序可能适合于进行中的或重复执行的弹性扫描或者适合于响应用户或自动的触发器获得单个弹性图像的一次拍摄方法。以替代的次序，执行弹性成像。使用作为弹性成像一部分获取的数据来检测运动。然后，将所计算出的获取参数用于后续弹性扫描中。该次序可能适合于进行中的或实时的弹性扫描。以任何周期重复该运动检测和计算。
在动作26中检测运动。该运动由患者相对于换能器的移动引起。由于患者和/或换能器移动的缘故，视场也移动。由于该运动，患者体内要成像的平面或体积改变在患者体内的位置。例如，超声扫描师可能寻找感兴趣区域，因此在患者的皮肤表面上四处移动该换能器。在移动期间观察得到的图像，直到定位到感兴趣区域(例如，器官)。然后，降低移动量或停止移动以在定位到的感兴趣区域生成器官图像。
另一运动源是患者体内的运动。例如，心脏和/或肺运动引起器官或组织相对于其他器官和/或组织移动位置。患者的内部组织运动，诸如心脏或心脏壁周期性地运动。在换能器或组织运动期间需要较大的时间分辨率(例如，较高的帧速率)。
响应弹性超声成像的启动确定该运动。对于进行中的弹性成像，连续地或周期性地重复确定该运动，该重复是对于序列中的每一个或其他整数个弹性图像。作为替代，对于进行中的弹性成像发生一次运动确定。对于一次拍摄的弹性成像(即响应用户启动获取单个弹性图像)，响应用户启动或弹性扫描的其他触发器确定该运动。例如，按下触发按钮。在弹性成像之前且响应弹性成像的启动，检测该运动。可以使用其他触发器，诸如确定运动的量以响应检测到足够大的运动来改变获取参数。在一种实施方式中，由用户输入的弹性成像中的任何改变触发运动确定。
确定运动的量。由处理器计算一维、二维或三维下的运动矢量。找到平移或横向移动。在其他实施方式中，确定旋转量和/或尺寸变化。运动幅度指示已经发生多少运动或位置改变。可以使用确定运动的任何周期，诸如连续的弹性帧或图像之间的运动或不同心脏周期的相同阶段之间的运动。
从任何来源确定该运动。在一种实施方式中使用传感器。例如，使用在换能器上的磁性位置传感器来检测换能器的运动。在其他实施方式中，使用超声数据来检测运动。可以使用用于检测运动的技术的组合。
为了从超声数据检测该运动，可以使用B模式数据。B模式数据的两个帧或图像以不同的量相对地移位。对于每个位移，计算一些或所有的数据的相关性。具有最大相关性的位移(例如，带有或不带旋转的平移)提供运动矢量。在另一实施方式中，去相关性指示在垂直方向上的运动。不带相对偏移的连续帧或图像之间的去相关性的量示出扫描之外的平面运动(out-of-scanplane motion)的量。在又一实施方式中，使用了多普勒数据。计算全局速度，诸如在图像或图像的一部分中的平均组织速度。全局速度表示运动的量。
在一种方法中，用于弹性成像的超声数据也用于检测运动。弹性成像使用一系列不同的获取数据。例如，获取数据的基准帧(例如，B模式帧)。发送推动脉冲(例如，ARFI脉冲)。然后，对于ARFI成像，以一系列获取来监视具有或不具有相邻扫描线的相同扫描线。然后，对于剪切波成像，以一系列获取来监视相邻或横向移位的扫描线。使用推动脉冲之后的序列来检测由纵向波或剪切波引起的组织的局部位移。对于感兴趣区域中的其他横向间隔的位置可以重复该过程。
由于关于弹性成像执行的获取的数量的缘故，可以使用运动补偿。监视全局运动或远离由推动脉冲生成的纵向波或剪切波而间隔的组织的运动。从用于检测弹性的局部运动的计算中减去该全局运动或并非由生成的波引起的运动，或者将其计算在用于检测弹性的局部运动的计算内。相同的全局运动或并非由生成的波引起的运动可以用作检测到的运动，以用于计算获取参数和/或帧速率。
在从弹性成像中的运动校准使用该运动的一种实施方式中，根据来自弹性超声成像的数据的相关性来检测该运动。数据的一个或平均基准帧与数据帧做比较，以用于追踪波位移。为了将波引起的失真最小化，使用在给定推动脉冲之后追踪的最后帧或最后几个帧。使用相对于相同的推动脉冲的关于弹性成像数据的基准帧和追踪帧，但也可以使用来自不同推动脉冲的帧(例如，来自沿着相同的扫描线或相邻的扫描线的推动脉冲的基准帧)。用于追踪的这些最后帧有可能不包括来自生成的波阵面的运动，因为该波阵面可能已经经过了。通过寻在基准帧和最后的追踪帧之间具有最大的或足够的相关性的找该运动或者偏移，检测该运动的量。通过使用所有数据、来自一个或多个位置的组织数据或者其他子集，检测在基准帧和追踪帧之间发生的全局运动。
帧间周期从获取中知晓并且包括足够的时间以发送推动脉冲并监视或追踪由生成的波阵面引起的局部移位。可以使用该偏移和该周期来计算速度矢量。作为替代，使用运动的量而不计算特定周期和/或速度。可以使用该过程的规律性来对时间标准化(即，由于基准帧和最后追踪帧之间的时间对于每次重复来说是相同的，所以该偏移仅仅相对地指示运动的量)。
在另一实例中，使用进行中的追踪帧之间的去相关性的量。获取一系列追踪帧以寻找由剪切波或纵向波引起的局部移位。对于与波阵面的可能位置间隔开的组织区域或者对于所有帧，去相关性的量可以指示运动的量。局部运动可能导致某种去相关性，因此可以使用阈值来识别足够的去相关性以指示用于改变获取参数的足够运动。
可以使用在任意两个时刻之间测量的运动。作为替代，随时间多次检测运动。例如，使用两个或多个检测到的运动(即从三个或更多个时刻得到的数据)检测随时间的全局位移。获得随时间全局位移的量的轮廓。可以对于该轮廓使用任何周期。从该轮廓计算运动的速度、平均值或其他测量值(例如，轮廓的最大值)以提供运动的量。从该轮廓确定运动的幅度。
由于噪声或其他误差源，可以在运动检测中应用阈值。该阈值限定当前运动的量与之前运动的范围或差异。如果该运动充分地变化(例如，运动少于或大于阈值的量)，那么可以改变一个或多个获取参数的一个或多个值。如果运动变化很少的量(例如，少于阈值的量)，则对于后续弹性成像仍然使用先前的一个或多个值。对于初始的运动检测，基于检测到的运动的幅度设置该一个或多个值。
在动作28中，对于相应一个或多个获取参数计算一个或多个值。处理器使用运动的量来确定获取参数的值。对于在进行过程中的运动中的充分变化和/或对于进行过程的一次拍摄或开始的最初检测到的运动，来执行计算。运动的量可以直接用于映射到获取参数的一个或多个值或者值的集合。作为替代，运动的量映射到期望的帧速率或分辨率，其然后用于计算获取参数的值。
最初根据运动设置一个或多个值。作为替代，用户设置值或使用默认值来设置该一个或多个值。使用运动来改变或重新设置该一个或多个值。改变该一个或多个值以提供相对于没改变时更大或更小的帧速率。
根据运动的量计算该一个或多个值以提供期望的帧速率和/或分辨率。对于较大的运动需要较高的帧速率，以使得该运动对弹性成像有较小的影响和/或更好观察该运动。较高的帧速率通常引起较小的空间分辨率和/或较差的图像质量。因为有较大量的运动，所以可以接受较差的质量和/或空间分辨率。根据运动的量可以设置分辨率，来代替根据运动的量设置帧速率。
该一个或多个值的计算使用了解析计算。例如，使用Nyquist原理来确定具有给定一速度的足够采样的帧速率。可以使用其他函数。在其他实施方式中，使用映射或查找表来计算该一个或多个值。不同的运动的量映射到不同的值或值的集合。可以找到和使用帧速率到运动的经验性建立的关系。例如，找到对于每个给定量或范围的运动由用户的采样期望的帧速率并用于映射。
在一种实施方式中，运动的量直接映射到获取参数的一个或多个值。在其他实施方式中，在动作32中将运动的量映射到期望的帧速率和/或分辨率。然后，选择获取参数的一个或多个值以实现帧速率和/或分辨率。例如，关于给定的运动量计算用于弹性成像的帧速率。一个范围的运动可以映射到相同的帧速率，但不同范围的运动以步进式关系映射到不同的帧速率。使用连续或步进式映射，对于较大幅度的运动计算较大的帧速率，并且对于较小的幅度计算较小的帧速率。
不使用或除了使用帧速率，可以使用分辨率或图像质量。计算用以提供赋予特定运动的量的期望的分辨率或质量的该一个或多个值。
为了控制帧速率，设置一个或多个值。多个获取参数限定了用于弹性成像的发送、接收和/或序列。可以使用单个获取参数调节帧速率。可以使用多于一个(例如两个或多个)获取参数来调节帧速率。在一种实施方式中，提供完全限定波束生成以及弹性成像的序列的集合。每个集合与一个不同的帧速率和/或运动相联系。在集合之间，一个、多个或所有值可以不同。集合之间的一个或多个值可以相同。使用该运动来通过选择一个集合计算该一个或多个值。与另一个比较而选择一个集合引起仅仅一个或多个值改变，以用于将帧速率从一个水平改变到另一水平。作为替代，改变值而不用选择集合。
获取参数是影响超声数据获取(诸如用来弹性成像的数据的获取)的变量。获取参数用于发送操作、接收操作或者这二者。例如，获取参数是任何的波束生成器设置。可以使用控制从换能器发送的声能方面的任何设置和/或形成在接收时的波束的任何设置。用于弹性成像的序列响应获取参数，诸如发送和/或接收之间的定时为获取参数。一旦系统已经确定呈现的运动的量和/或关于该运动状态的合适的帧速率，然后处理器就计算弹性序列以及获取参数的相应值以匹配该期望的帧速率。
一些示例性的获取参数包括推动脉冲的数量、响应于每个推动脉冲的追踪扫描的数量、基准扫描的数量、追踪扫描的脉冲重复间隔、基准扫描的脉冲重复间隔、每个推动脉冲的持续时间以及平静时间。这些示例性的获取参数涉及帧速率，表示为：
Framepri＝Mpush×(NTrack×Trackpri+LRef×Refpri+Pushtime)+Cool_Downtime
包括在ARFI成像和剪切成像中影响帧速率的因素。Framepri是捕获ARFI或剪切数据的单个帧需要的时间，Mpush是该帧中推动脉冲的数量，Ntrack和Lref是追踪和基准获取的数量，Trackpri和Refpri是它们有关的脉冲重复间隔，Pushtime是推动脉冲所需的时间，以及Cool_Downtime是每帧任意的缓冲时间以保持在声输出限定内。其他获取参数可能影响帧速率，诸如同时发送的追踪波束的数量、同时接收的追踪波束的数量和/或视场的深度。
自动权衡获取参数或其他成像参数以依赖于呈现的运动的量来增加帧速率或减少帧速率。帧速率＝1/Framepri，所以减少Framepri的任何操作都会增加帧速率。存在涉及这些权衡中的任何一个成像折中。减少推动脉冲的数量需要以较小的密度间隔跨越感兴趣区域(对比图2和图3，其中纵向箭头指示推动脉冲)。在给定的感兴趣区域减少推动脉冲的数量会减少在ARFI图像中的分辨率，和/或减少由于跨越更长的距离追踪剪切波引起的在剪切波图像中的信噪比。减少追踪和/或基准脉冲的数量通过减少位移评估的准确性而减少在ARFI和剪切波图像中的图像质量。减少Pushtime(例如，很少的推动脉冲的周期)通过减少在ARFI成像中的位移的量或在剪切波成像中生成的剪切波的幅度而减少图像质量。减少平静时间必然减少推动脉冲的幅度。幅度的减少减少了在ARFI成像中的位移的量或在剪切波成像中生成的剪切波的幅度。
对于最佳图像质量和分辨率，期望在弹性成像中尽可能低的帧速率。换能器运动或组织运动可能需要使用较高的帧速率。通过检测该运动并使用检测到的运动来计算关于获取参数的一个或多个值，对于当前成像条件选择在帧速率和图像质量以及分辨率之间最佳的或可接受的权衡。如果有很多的换能器或组织运动，则与只有很少运动的速率相比，帧速率增加，但空间分辨率和图像质量下降。如果换能器稳定和/或有很少组织运动，那么系统提供较高的分辨率和较高质量的弹性图像。帧速率的变化相对于在给定或进行中的弹性成像期间事先使用的其他帧速率。作为替代，根据关于给定弹性图像的运动设置帧速率。该帧速率涉及弹性成像获取对单个帧或多个帧发生经历的时间的量。
推动脉冲的数量Mpush可能对帧速率具有最深刻的影响。图2和图3示出对于给定的感兴趣区域两个不同数量的推动脉冲的实例(图2中是5个，而图3中是3个)。水平箭头表示由推动脉冲生成的剪切波。相比于图3，由于图2的感兴趣区域中的高推动脉冲强度的缘故，在受限距离上追踪该剪切波。在该实例中的帧速率为3Hz。在系统确定应当发生改变或者首先应当使用不同数量的情况下，使用不同帧速率，诸如5Hz。为了实现该帧速率，推动脉冲的数据设置为或降低到3，如图3所示。如所期望，帧速率为5Hz或改变以增加到5Hz，但由于在感兴趣区域中的较低推动脉冲强度以及在较长距离内(例如，对于水平箭头的较长范围)追踪剪切波的需要的缘故，图像质量有可能要降低。每区域或图像的较大数量的推动脉冲比较少数量提供更低的帧速率。
可以使用其他的获取参数来控制帧速率，代替或与推动脉冲的数量结合更加细化。例如，设置在每个推动脉冲之后响应或执行的追踪扫描的数量。为了检测弹性，确定随时间由生成的波引起的位移。通过使用更多的追踪扫描，可以为检测弹性而提供更大的时间分辨率。较大数量的追踪扫描花费较多的时间，因而降低了帧速率。较小数量的追踪扫描花费较少的时间，特别是在不追踪组织返回到松弛状态的检测的情况下。
在动作34中，根据运动计算获取序列的另一方面。根据运动的量设置被使用的弹性成像的类型。不同类型的弹性成像花费不同的时间量来获取帧或图像。例如，可以以B模式帧速率(例如，15-30Hz)执行应变速率成像。ARFI成像可能相比于剪切波成像，对于给定区域需要更大数量的横向推动脉冲，但与重复不同深度的推动脉冲的剪切成像相反，在ARFI成像时可以使用单个推动脉冲来追踪跨越许多深度的纵波。依赖于视场的深度，用于ARFI成像的帧速率比起剪切波成像来可能更快。
例如，用户选择剪切波成像。在启动进行中或实时剪切波成像之后，用户通过移动换能器寻找感兴趣区域。由于大量的运动，设置获取参数以提供应变图像来代替剪切波图像。一旦找到该区域并且换能器稳定，处理器就检测较小的运动，所以切换获取参数的值和弹性成像的类型到剪切波成像。用于剪切波成像的值也可以由于运动而随时间改变。
在动作36中，执行弹性成像。提供ARFI成像、剪切成像、应变成像或应变速率成像。使用获取参数的值来执行弹性成像。至少部分地根据检测到的运动来设置或改变一个或多个值，因此该弹性成像响应于该运动。弹性成像的帧速率和/或分辨率基于运动的量。
检测该运动并根据该运动计算或基于该运动改变设置。弹性成像的后续的执行使用计算出的设置。在一种实施方式中，在同一成像会话期间(例如，对于在相同15分钟超声检查中的同一患者)弹性成像处于进行中或被重复。在重复期间，使用相同或不同的设置。如果在成像期间运动的量充分变化，则改变设置以改变成像期间的帧速率。随着弹性超声成像自动并且重复地执行运动的检测和该一个或多个值的计算。使用处理器或控制器发生作为后台操作的帧速率调节，而不是用户必须使用键盘、滑动条、旋钮或按钮来手动地改变该值。仅仅移动换能器可能导致自动变化，而不需另外的用户输入。组织运动(诸如心脏运动)可能会引起自动变化，而不需另外的用户输入。根据运动变化的量将用于获取弹性成像数据的单个或多个帧的帧速率设置为当前值的变更，或者根据使用运动的量的映射设置用于获取弹性成像数据的单个或多个帧的帧速率，而不考虑当前设置。
为了执行弹性成像动作36，发送声辐射力脉冲(ARFI)波束。超声换能器中的元件阵列发送由电波形转换而来的ARFI波束。发送声能到患者体内的组织。发送声波形用于生成剪切、纵向或其它波作为应力来移位组织。该激励是超声推动脉冲。聚焦声能以施加足够的能量以引起从焦点位置经过该组织行进的一个或多个波的生成。该声波形自身可以移位该组织。可以使用其他应力源。
在焦点区域生成一个或多个剪切波并且侧向、轴向和/或以其它方向从焦点区域传播。该波可以在多个方向上行进。当该波行进通过组织时，该波幅度上减少。
为了生成该波，期望高幅度或高功率(power)激励。例如，该激励在任何焦点位置上和/或视场内具有接近但不超过1.9的机械指数。为了保守并且考虑到探测变化，可以使用1.7或其它级别的机械指数作为上限。可以使用更大(例如，超过1.9的机械指数)或更小的功率。
利用具有带任何数量的周期的波形发送推动脉冲。在一种实施方式中，用于发送事件的一个、大多数或全部波形具有100-2,000个周期。对于推动脉冲，对于施加到元件阵列的连续发送波形，周期的数量是几十、几百、几千或更大。不同于为1-5个周期的成像脉冲，ARFI推动脉冲具有更大数量的周期，以生成足够的应力来引起用于移位组织的波具有足以检测的幅度。
发送的长度结合该幅度提供声能给组织。该功率可以引起组织中温度的上升。沿着相同或相邻的扫描线发送可以引起组织随时间在温度上增加。生物学影响可包括在大约41-45℃的组织温度下的体温过高、在高于43-45℃温度下的蛋白质变性以及在高于50℃温度下的组织坏死。甚至可以在低于43-45℃的温度下受到组织僵硬的影响。在高于43-45℃的温度时，可能发生粘度和/或硬度的增加。在高于50℃的温度时，组织可能具有高硬度和/或高衰减。通过防止温度增加超过2摄氏度来限制生物学影响。作为替代，发送可能会引起生物学影响。通过在推动脉冲间提供平静，可以限制温度的变化。
追踪由推动脉冲引起的位移。组织响应是由ARFI波束和组织特性创建的波函数。组织随时间的位移可以表达为波形与组织特性或响应的卷积。组织响应反映了组织的粘弹性特性。
根据由推动脉冲引起的位移测量一个或多个粘弹性特性。为了测量粘弹性特性，测量响应于推动脉冲的组织随时间的位移。随时间确定由所创建的波或ARFI脉冲自身引起的组织的位移。当波经过给定的位置时，组织移位一个量或距离，该量或距离增加到波峰然后当组织返回到静止时减少。
多次扫描组织以确定位移，诸如扫描一区域至少三次以在两个不同的时间确定位移。使用任何能够在组织响应推动波形期间(诸如在施加ARFI推动脉冲期间或之后)扫描该位移的成像形态来扫描组织。该扫描发生在期望的波形(例如，剪切波)将要经过该组织的时间范围内。
对于超声扫描，在临近和/或与ARFI推动脉冲的聚焦区域间隔开的位置上检测该波。为了检测该位移，发送超声能量到经历移位的组织，并接收能量的反射。为了检测在感兴趣区域中响应波的组织，进行向该区域的发送，并在该区域内执行检测。这些其他发送用于检测波或位移而并非引起波或位移。用于检测的发送可以具有较低的功率和/或短脉冲(例如，1-5个载波周期)并且使用与ARFI波束相同或不同的扫描线。用于检测的发送沿着至少一个维度(例如侧向)可具有较宽的波束轮廓，用于沿着多条扫描线同时形成接收样本。在一个、两个或更多方向上可以监视该波或位移。
监视感兴趣区域以检测该波。感兴趣区域具有任何尺寸。例如，在ARFI成像时沿着一个或多条线的各种深度检测该波。作为另一实例，在剪切波成像时在多个横向间隔开的位置的每一个上以限定的深度追踪该位移。通过侧向包括更宽的ARFI波束，对于每个ARFI波束的轴向位移可以监视更大数量的扫描线。例如，对于每个ARFI推动脉冲监视八条或更多(例如，16条)扫描线。
执行用于检测或追踪发送和接收多次，以确定由于随时间的位移而引起的改变。可以使用任何发送和接收序列。位移的检测可以与其他的扫描交错，诸如分别地扫描不同区域的位移。
根据超声扫描数据计算该位移。组织在两次扫描之间移动。一次扫描的数据相对于在其他扫描中的数据在一维、二维或三维上平移。对于每个可能的相对位置，对于一个位置周围的数据计算相似性的量。该相似性的量用相关性(诸如互相关性)来确定。可以使用绝对误差的最小和或其它函数。具有最高或足够的相关性的空间偏移指示对于给定位置的位移的量和方向。在其它实施方式中，计算从不同时刻接收到的数据的相位偏移。相位偏移指示位移的量。在其他实施方式中，使在不同时刻表示线(例如，轴向)的数据相互关联，以确定沿着该线对于多个深度的每一个的偏移。
对于给定的位置在不同时刻(诸如与顺序扫描相关联)确定移位。关于扫描数据的初始或基准帧确定位移(即，累积位移)。作为替代，从扫描数据的直接在前帧确定该位移，诸如以进行为基础指定先前帧为基准(即，递增位移)。关于给定位置的时间轮廓指示由该波随时间引起的位移。
在聚焦区域为了期望的测量而充分延伸的情况下，使用单个ARFI推动脉冲。在存在更宽广的感兴趣区域的情况下，对于不同的深度可以重复该推动脉冲和追踪。用于移位检测的发送和接收与ARFI波束交错以扫描组织的不同区域。为了监视更大的横向区域，对于其他位置重复推动脉冲和追踪。对于每个接收波束位置，提供运动的时间轮廓信息(即，位移)。为每个轴向深度和/或横向位置提供单独的时间轮廓。
使用具有或不具有时间轮廓的位移信息来确定组织的特征。在每个位置处确定该特征。可以确定任何的特征，诸如弹性、应变、剪切速度、纵波速度、模量或其它的粘弹性特性。位移自身可用来代表组织，诸如由距离推动脉冲的焦点的距离来衡量的峰值位移的幅度。
在动作38中生成图像。该图像代表组织特征或特性。该图像是位移的函数。使用局部移位本身或从该位移得出的特征(例如，剪切模量)，计算要被显示的信息。例如，可以显示该特性的数字或文字表达。在其他实施方式中，输出标绘图(plot)和/或线性拟合和坡度值。例如，对于一个或多个位置的每一个显示随时间的位移。在图像中将粘弹性特性传达给用户。该图像可以是图表，诸如作为位置的函数的值的标绘图。
该图像可以额外地包括该特性、移位或其他波信息的一维、二维或三维表示作为空间或位置的函数。例如，显示贯穿区域的剪切速度。在灰度调制的B模式图像中，剪切速度值调制区域内的像素的颜色。该图像可以表示位移信息，诸如不同位置的剪切或模量(例如，剪切模量)。显示网格可能与扫描网格和/或用于计算位移的网格不同。调制像素的颜色、辉度、亮度、色调或其他特征作为从位移得到的信息的函数。
在其他实施方式中，该位移用于剪切波速成像或ARFI速度成像。确定在二维或三维区域内的速度分布并映射到图像值。
用于弹性图像的帧速率基于该运动。其他成像(例如，B模式或多普勒)可以以其他帧速率发生。通过根据运动的量设置获取参数，设置用于弹性成像的帧速率。对于正在进行的弹性成像或弹性成像中的其他重复，帧速率和/或分辨率可能会由于运动的量的不同而改变。对于单次拍摄或单个给定弹性图像，依赖于运动的量而帧速率(例如，获取的时间)和/或分辨率可能会不同。
图4示出关于用于弹性超声成像的获取控制的系统10的一种实施方式。超声波生成组织位移(诸如经过剪切波或纵波的创建)并且使用响应位移的响应组织的扫描数据来确定特性。用于检测该组织特性的帧速率和/或分辨率根据检测到的运动的量或者作为检测到的运动的量的函数被控制。
系统10是医学诊断超声成像系统。在替代实施方式中，系统10是个人电脑、工作站、PACS工作站或在相同位置或分布在网络用于实时成像或后获取成像的其他布置。
系统10执行图1的方法或其他方法。系统10包括发送波束形成器12、换能器14、接收波束形成器16、图像处理器18、显示器20和存储器22。另外，可以提供不同的或很少的组件。例如，提供用户输入用于要获得信息的感兴趣区域的手动或辅助标示。
发送波束形成器12是超声发送器、存储器、脉冲发生器、模拟电路、数字电路或它们的结合。发送波束形成器12配置成生成用于多个通道具有不同或相对幅度、延迟和/或相位的波形。以任意的定时或脉冲重复频率生成该波形并施加到换能器阵列。例如，发送波束形成器12生成推动脉冲序列用于不同侧向和/或范围区域以及相应发送用于以超声波追踪生成的位移。
发送波束形成器12诸如通过发送/接收开关连接换能器14。一经响应生成的波从换能器14发送声波，就在给定发送事件期间形成一个或多个波束。该波束是推动脉冲和/或追踪波束。为了扫描组织位移，生成发送波束序列来扫描一维、二维或三维区域。可以使用扇形、线性或其他扫描格式。相同区域扫描多次。通过发送波束形成器12的扫描发生在发送推动脉冲之后，但可以包括在发送推动脉冲之前用在追踪中的关于基准帧的扫描。换能器14的相同元件用于扫描和移位组织，但可以使用不同的元件、换能器和/或波束形成器。
换能器14是1-、1.25-、1.5-、1.75-或2-维压电或电容膜元件阵列。换能器14包括多个用于在声和电能之间换能的元件。例如，换能器14是具有大约64-256个元件的一维PZT阵列。
换能器14与用于转换电波形为声波形的发送波束形成器12连接，并且与用于转换声反射为电信号的接收波束形成器16连接。换能器14发送推动脉冲和追踪波束。波形聚焦在患者体内感兴趣的组织区域或者位置。响应于施加电波形到换能器元件而生成声波形。为了以超声波扫描来检测位移，换能器14发送声能并接收反射。响应冲击在换能器14的元件上的超声能量(反射)生成接收信号。
接收波束形成器16包括多个具有放大器、延迟器和/或相位旋转器以及一个或多个求和器的通道。每个通道与一个或多个换能器元件连接。接收波束形成器16应用相对延迟、相位和/或切趾(apodization)以响应用于检测的每个发送形成一个或多个接收波束。可以提供在接收上的动态聚焦。接收波束形成器16使用接收到的声信号输出表示空间位置的数据。来自不同元件的信号的相对延迟和/或定相以及总和提供波束形成。在替代实施方式中，接收波束形成器16是使用傅立叶或其它变换生成样本的处理器。
接收波束形成器16可以包括滤波器，诸如用于隔离在二谐波或相对于发送频带的其它频带上的信息的滤波器。这种信息很有可能包括期望的组织、造影剂和/或流动信息。在另一实施方式中，接收波束形成器16包括存储器或缓冲存储器以及滤波器或加法器。合并两个或多个接收波束以隔离在期望的频带(诸如二谐波、三次基波或其它频带)上的信息。
接收波束形成器16输出表示空间位置的波束总和数据。输出关于单个位置、沿着线的位置、区域的位置或关于体积的位置的数据。该数据可以用于不同的目的。例如，对于B模式或组织检测与对于剪切波或纵波检测相比，执行不同的扫描。作为替代，也使用B模式数据来确定由剪切波或纵波引起的位移。
处理器18或单独的波束形成器控制器配置波束形成器12、16。通过装载值进入寄存器或用于操作的表，设置由波束形成器12、16使用用于弹性成像的获取参数的值。可以使用任意的控制结构或格式来建立弹性成像序列。引起波束形成器12、16以一帧速率和/或分辨率获取用于弹性成像的数据。一个或多个获取参数的不同值可能导致不同的帧速率和/或分辨率。
处理器18是B模式检测器、多普勒检测器、脉冲波多普勒检测器、相关性处理器、傅立叶变换处理器、专用集成电路、通用处理器、控制处理器、图像处理器、现场可编程门阵列、数字信号处理器、模拟电路、数字电路及其组合或者其他目前已知的或以后开发的用于检测和处理来自形成波束的超声样本的装置。
在一种实施方式中，处理器18包括一个或多个检测器以及单独的处理器。该单独的处理器是控制处理器、通用处理器、数字信号处理器、图形处理单元、专用集成电路、现场可编辑门阵列、网络、服务器、处理器群、数据路径、它们的组合或者其他目前已知的或以后开发的用于确定位移和/或计算组织性质的装置。处理器18由软件和/或硬件配置来执行这些动作。
在用于弹性成像的一种实施方式中，处理器18估算组织随时间的位移作为来自接收波束形成器16的输出数据的函数。将位移估算成表示位移的幅度曲线作为时间的函数的轮廓或数据。通过相关或以其它方式确定基准数据和获得来在不同时间代表组织的数据之间的相似程度，可以获得位移轮廓。
处理器18配置成根据组织随时间的位移计算组织特征。例如，根据随时间的位移计算剪切速度。被除以时间的位移量提供速度。在一种实施方式中，处理器18计算粘度和模数。处理器18可以计算其他性质，诸如应力或弹性。在其他实施方式中，处理器18确定最大位移或位移的其他特征或者作为特征的位移的轮廓。
处理器18还配置成估算运动。该估算的运动不同于响应推动脉冲或由推动脉冲生成的波阵面的局部位移。该估算的运动是全局运动或与用于弹性成像的波阵面不同的运动。估算与波阵面监视的位置间隔开的组织的运动和/或归一化为经由波阵面说明位移的运动(例如，当未受到任何一个或很多个波阵面的影响时，从该组织检测到的运动)。
处理器18或单独的处理器配置成设置用于弹性成像的波束形成器12、16的获取参数。通过查找来计算、使用方程式或函数来根据痕迹(scratch)计算或者作为从当前值的变化量来计算这些参数的值。作为估算的运动的函数计算这些值。改变或初始设置一个或多个设置作为分辨率或帧速率的函数。期望的分辨率或帧速率基于该运动。例如，较小的分辨率将根据较大的运动的量提供在具有这些设置的图像中。作为替代，运动的量可以直接地映射成值，其中该值引起期望的帧速率和/或分辨率。
处理器18生成和输出从该特性映射来的图像或显示值到显示器20。例如，确定剪切模量或其它值。显示该特性的文本或数字指示给用户。可以显示该特性随时间的图表。
在一种实施方式中，显示该特性作为位置的函数。可以使用在不同位置处的位移显示值、图表和/或组织表示。对于组织的表示，组织特征的幅度调制表示组织区域的不同像素的颜色、色调、辉度和/或其它显示特征。处理器18确定像素值(例如RGB)或转换为像素值的标量值。作为标量值或像素值生成图像。可以输出该图像到视频处理器、查找表、色图和直接到显示器20。
显示器20是用于显示图像或图像序列的CRT、LCD、监视器、等离子体、投影仪、打印机或其它装置。可以使用任何现在已知的或以后开发的显示器20。显示器20可操作来显示一幅图像或图像序列。显示器20显示二维图像或三维表示。显示器20显示一个或多个表示从位移得到的组织特征或其它信息的图像。作为实例，显示作为位置的函数的位移或组织特征的二维图像或三维表示。作为替代或额外地，该图像是图表、数字或值或图表的文本表示。例如，剪切模量、应力、弹性或其它值或图表显示为该图像。
弹性图像序列的显示速率与获取帧速率相同或基于获取帧速率。在帧速率变化的情况下，图像显示的速率也变化。对于给定的感兴趣区域，以任意的帧速率(诸如3-6Hz)显示该弹性图像。用在给定情况下的帧速率基于检测到的运动并使用获取参数的值设置。
类似地，空间分辨率和/或图像质量部分地基于获取参数。弹性图像的空间分辨率和/或质量可以基于检测到的运动并使用获取参数的值设置。不同的获取参数可能导致显示图像的不同的空间分辨率、时间分辨率或图像质量。序列的获取参数的变化可能导致具有不同空间分辨率、帧速率和/或图像质量的图像序列。在获取参数的值变化的情况下，得到的关于弹性成像的检测到的位移响应该变化。
处理器18、接收波束形成器16和发送波束形成器12按照存储在存储器22或其它存储器中的指令运行。该指令配置该系统执行图1的动作。该指令通过被装载进入控制器、通过引起装载值表(例如，弹性成像序列)和/或通过被执行来配置处理器18、接收波束形成器16和/或发送波束形成器12。发送波束形成器12通过该指令配置成引起生成推动波束和追踪波束。接收波束形成器16通过该指令配置成获取追踪数据。处理器18配置成检测运动的量并至少部分根据该运动的量设置用于弹性成像的获取参数的值。处理器18还配置成测量组织位移或特征并生成弹性图像。
存储器22是非暂时性计算机可读存储介质。在计算机可读存储介质或存储器(诸如高速缓冲存储器、缓冲器、RAM、可移除介质、硬盘或其他计算机可读存储介质)上提供用于实现在此讨论的过程、方法和/或技术的指令。计算机可读存储介质包括各种类型的易失性或永久性存储介质。响应存储在计算机可读存储介质中或上的一个或多个指令集合，来执行在图中示出或在此讨论的函数、动作或任务。该函数、动作或任务不依赖于指令集合、存储介质、处理器或处理策略的特定类型，并且可以由单独或组合运行的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等执行。同样地，处理策略可包括多重处理、多任务、并行处理等等。在一种实施方式中，指令存储在通过本地或远程系统读取的可移除介质装置上。在其他实施方式中，指令存储在远程位置中以便经由计算机网络或通过电话线传送。在其他实施方式中，指令存储在给定的计算机、CPU、GPU或系统中。
尽管已经在上文参考各种实施方式描述了本发明，但应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以做许多的变化和修改。因此，前面的详细描述的意图是作为说明性的而并非限制性的，并且应该理解，下列的权利要求，包括所有的同等物，意图是限定本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种关于用于弹性超声成像的获取控制的方法，该方法包括：
检测(26)超声换能器的运动、被超声换能器扫描的患者的运动或者这二者；
用处理器(18)计算(28)获取参数的值，根据检测到的运动的量计算该值以提供帧速率；以及
使用该获取参数的值执行(36)弹性超声成像，以该帧速率执行该弹性超声成像。
2.如权利要求1的方法，其中检测(26)该运动包括根据由来自弹性超声成像的数据的相关性来检测(26)该运动。
3.如权利要求2的方法，其中检测(26)该运动包括根据在患者体内生成纵波或剪切波之前获取的基准帧和在生成纵波或剪切波之后获取的最后追踪帧之间的全局运动矢量检测(26)。
4.如权利要求1的方法，其中检测(26)该运动包括检测(26)该运动作为弹性超声成像的运动补偿的一部分。
5.如权利要求1的方法，其中检测(26)该运动包括检测位移的量随时间的轮廓。
6.如权利要求1的方法，其中计算(28)该值包括根据该运动选择(32)帧速率并计算(28)关于该选择的帧速率的值。
7.如权利要求1的方法，其中计算(28)该值包括计算(28)关于一区域的推动脉冲的数量，较大的数量比起较小的数量提供更低的帧速率。
8.如权利要求1的方法，其中计算(28)该值包括计算响应于每个推动脉冲的追踪扫描的数量，较大的数量比起较小的数量提供更低的帧速率。
9.如权利要求1的方法，其中计算(28)该值包括计算(28)该值和额外值，该值和该额外值包括来自以下组中的至少三个：推动脉冲的数量、响应每个推动脉冲的追踪扫描的数量、基准扫描的数量、追踪扫描的脉冲重复间隔、基准扫描的脉冲重复间隔、每个推动脉冲的持续时间以及平静时间。
10.如权利要求1的方法，其中检测(26)该运动包括检测(26)具有高于阈值的量的运动，并且其中计算(28)包括改变该值以提供比没有改变时更大的帧速率。
11.如权利要求1的方法，其中检测(26)该运动包括检测(26)具有低于阈值的量的运动，并且其中计算(28)包括改变该值以提供比没有改变时更小的帧速率。
12.如权利要求1的方法，其中执行(36)弹性超声成像包括重复执行(36)并且其中伴随着弹性超声成像自动和重复执行检测(26)该运动和计算(28)该值。
13.如权利要求1的方法，其中执行(36)弹性超声成像包括执行(36)剪切波成像或执行(36)声辐射力成像。
14.如权利要求1的方法，其中计算(28)该值包括计算(28)该值以提供根据检测到的运动的量的分辨率。
15.如权利要求1的方法，进一步包括根据运动的量从第一种弹性成像切换(34)到第二种弹性成像。
16.一种非暂时性计算机可读存储介质，其中已经存储了表示可由编程式处理器(18)执行的、关于用于弹性超声成像的获取控制的指令的数据，该存储介质包括指令，用于：
确定(26)响应弹性超声成像的启动的换能器、组织或换能器与组织的运动；
计算(32)用于弹性超声成像的帧速率；
根据该帧速率计算(28)获取参数的值；以及
以该值执行(36)后续弹性超声成像。
17.如权利要求16的非暂时性计算机可读存储介质，其中自动执行该确定(26)和两个计算(32，28)而不用用户输入值。
18.如权利要求16的非暂时性计算机可读存储介质，其中确定(26)该运动包括确定运动的幅度，并且其中计算(32)该帧速率包括计算用于较大幅度的较大帧速率以及用于较小幅度的较小帧速率。
19.一种关于用于弹性超声成像的获取控制的系统，该系统包括：
发送波束形成器(12)和接收波束形成器(16)，其配置成生成推动脉冲并追踪响应该推动脉冲的位移，该发送和接收波束形成器(12，16)配置为获取参数的设置的函数；
处理器(18)，其配置成估算不同于响应该推动脉冲的位移的运动，并且根据该不同于响应该推动脉冲的位移的运动改变一个或多个作为分辨率的函数的设置；以及
显示器(20)，其可操作来显示图像，该图像是该位移的函数，至少一些位移响应于改变后的一个或多个设置。
20.如权利要求19的系统，其中处理器(18)配置成以根据较大的运动的量以所述设置提供在图像中较小的分辨率。
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