CN106461766A

CN106461766A - 来自多个声学窗口的同步相控阵列数据采集

Info

Publication number: CN106461766A
Application number: CN201580028798.3A
Authority: CN
Inventors: E·G·勒杜列斯库; S·科鲁孔达; J-L·罗贝尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: CN106461766B; EP3149512B1; US20170168148A1; WO2015181731A1; JP2017519558A; EP3149512A1; JP6591454B2; US11366208B2

Abstract

在一些实施例中，超声接收波束形成产生波束形成样本，基于其动态地重建空间中间像素(232、242、244)。已经根据分别通过不同的声学窗口(218、220)的采集相应地导出了所述样本。所述重建还基于所述样本的时间加权。在一些实施例中，所述采样经由来自分别面对要成像的中心区域(244)的相对侧的一对并排间隔开(211)的声学窗口的同步超声相控阵列数据采集。具体而言，交错地使用所述对以在对所述区域进行成像中在单个横向方向上联合地进行动态扫描。所述扫描中的所述采集是沿着跨所述区域横向地延伸的同步线(222)在所述方向上单调地行进的。分别来自窗口对的旋转扫描可同步到移动对象的复合扫描中。同步线(222)可以由发射的焦点来定义。所述行进可以严格增加。

Description

来自多个声学窗口的同步相控阵列数据采集

技术领域

本发明涉及超声扫描转换，并且更具体地，涉及对从多个声学窗口采集的超声的扫描转换。

背景技术

一旦超声相控阵列数据被采集，就执行扫描转换以将数据从极坐标转换到笛卡尔网格。因此，亮度值可以被分配给可显示的图像的像素。通常，通过根据空间对每个样本进行加权来执行坐标的该变换。

在Leavitt等人的美国专利No.4468747中描述了扫描转换的一个范例，通过引用将其整体内容并入本文。

Leavitt涉及来自单个声学窗口的扫描转换。

利用多个探头或跨越多个声学窗口执行的超声心动图可以提供心脏的较大的视场。然而，该配置要求从每个视图或探头获得的波束之间的配准和同步。存在若干技术来组合多个数据集，诸如基于ECG门控的采集、实时体积配准等。

发明内容

基于采集和时间体积配准的ECG门控的上述技术非常适于来自单个声学窗口的数据采集。

需要的是用于克服运动伪迹的多窗口采集方案，尤其地在对移动器官(诸如心脏)成像时。尤其地，在心脏介入手术期间，以最大的图像质量对高度移动客体(诸如心脏中的瓣膜)成像是重要的。用于达到图像质量的有效程度的关键因素之一是减轻运动伪迹。本文所提出的技术旨在尽可能同步地执行成像。此外，提出了在扫描转换期间减轻不可避免的心脏运动的效应的方法。

在本文提出的方面中，超声接收波束形成产生波束形成样本，基于其动态地重建空间中间像素。已经从分别通过不同的声学窗口的采集导出了所述样本。所述重建还基于所述样本的时间加权。

在相关方面中，提出一种用于来自分别面对要成像的中心区域的相对侧的并排间隔开的一对声学窗口的同步超声相控阵列数据采集的方法。具体而言，交错地使用所述对以在对所述区域进行成像中在单个横向方向上联合地进行动态扫描。所述扫描中的所述采集是沿着跨所述区域横向地延伸的同步线在所述方向上单调地行进的。

在未按比例绘制的以下附图的帮助下，以下还阐述了基于多个声学窗口的新颖的超声采集同步技术的细节。

附图说明

图1是通过范例示出根据本发明的用于基于多个声学窗口的超声采集同步技术的成像设备的示意图；

图2是例示扫描和使用图1的设备的扫描转换中的空间加权和时间加权两者的概念图；并且

图3A-图3C是根据本发明的扫描和像素重建的示范性流程图。

具体实施方式

图1通过说明性和非限制性的范例描绘了成像设备100，其可操作用于通过多个声学窗口的超声采集和采集的同步。设备100包括多个探头104、108。

对于探头104之一而言，出于说明性目的，在图1中示出了具有焦点116的发射波束(或“发射”)112。波束112在所指示的方向120上行进。在接收时，经由在与发射方向120相反的方向上返回的来自增加成像深度的超声回声渐进地采集图像样本的响应性接收波束(或“接收”或“A线”)124。由于探头104具有相控阵列，因此许多波束112经由操纵能力在扫描的过程期间在不同角度的方向上被发射。协议是发射112，跟随有对应的接收124。这然后在邻近方向上重复。具体而言，波束112、124在图像1中在扫描中顺时针旋转。

以上全部还应用于第二探头108。

两个探头的成像中的一些成像将因此交叠，如由视场线126、128的交叉所表示的。另外，两个探头104、108的扫描是同步的。一方面，第二探头108的扫描的开始关于针对第一探头104的扫描的开始被延迟。另外，在交叠区域132中，两个探头104、108的扫描逐波束交错。两个探头104、108的同步扫描共同地等于复合扫描134。

尽管仅图示了两个探头104、108，但是可以横向地添加任何数目的额外探头，每次导致额外的类似交叠区域132。

而且，扫描可以是三维(3D)的。在这样的备选实施例中，图1中的给定方向上的每个发射/接收实际牵涉垂直于图1的板的成像平面的采集。平面采集自身可以是正交于交叠从而导致交叠区域132的扫描的扫描。平面采集将因此关于两个探头104、108交错地一个接一个跟随。3D重建可以因此基于交叠的扫描的单个扫掠。

成像设备100还包括图像采集电路136，其用于操作探头104、108来采集成像。电路136包括发射波束形成器140和接收波束形成器144，其用于分别形成发射波束112和接收波束124。

在成像设备100中还包括扫描转换电路148和显示器152。除空间地或基于几何结构对图像样本加权之外，扫描转换电路148时间地对相同样本加权。因此，对扫描转换的输入是经过时间156以及空间距离160。空间距离针对2D扫描由Δx、Δy来指代，并且针对3D扫描由Δx、Δy、Δz来指代。具体而言，尽管2D像素重建可以使用用于选择样本的接近的圆，3D模拟是接近的球。

经过时间156是样本的新近性的指示符。在时间权重被应用的时间处，较小的经过时间156意味着样本较不“过时”。因此与不太新的样本相比较，样本将在加权平均计算中被给予额外时间权重。时间权重基于例如与相对新近性成比例。其可以被完成为与经过时间156成反比地。备选地，经过时间156中的差异可以用作相对时间权重的量度。以下在本文中还呈现了关于这些计算和范例的更多细节。

图2提供了扫描和后续扫描转换的范例。当并排205保持就位时，相应的探头104、108的两个相控阵列换能器202、204被用于联合地对患者的胸部的区进行成像。遮挡层包括患者的肋骨206、208、210。探头104、108被间隔开211设置以围绕中心肋骨208进行成像。换能器202、204具有相应的超声接口表面212、214。尽管存在声学凝胶的薄中介层，但是表面212、214被按压为与患者的皮肤216接触。由虚线和点虚线示出的接收波束穿过皮肤216，与相应的发射一样。通过其完成成像的皮肤216的部分在下文中被称为声学窗口。说明性地在图2中，对于每个换能器202、204的短垂直线对划定相应的声学窗口218、220。在当前实施例中，每个发射的焦点116在本文中称为同步或“synch”线222的分析结构上。然而，更一般地，同步线222可以是复合扫描的接收波束124以从左到右的顺序穿过的任何线。线222的形状不是限制的。在图2中，形状通过焦点或“焦点深度”116来定义。其在图2中还被配置使得声学窗口218、220的视场的相应的平分线相交从而划定synch线222的曲率半径。

对于第一探头104而言，第一接收124在图2中被标记“1”。四个后续的接收分别被标记“2”、“3”、“4”和“6”。

对于第二探头108而言，五个接收124分别被标记“5”、“7”、“8”、“9”和“10”。

每个探头104、108进行旋转扫描，并且两个扫描被同步为复合扫描。旋转扫描的旋转中心223被设置在超声接口表面212、214的前面。在3D扫描背景下，其是旋转线。

10个标记涉及发射112的激励序列，或等价地，接收124的顺序。

上面在本文中所提到的10个波束124在横向方向上(从左到右)一个接一个地穿过synch线222。在图2中，该方向上的行进被看作在该方向上严格地增加。更具体而言，其在该方向上单调地行进。

在实际的采样中，将存在许多超过10个波束。通常，将存在超过100个波束。

在图2中示出了额外的中间波束124。在波束“1”与“2”之间，例如，存在波束1.1、1.3、1.5、1.7和1.9。而且，关于第一探头104和通过另一范例，在波束“6”与波束“7”之间存在两个波束6.1和6.3。

图2中的全部波束在横向方向上(从左到右)一个接一个地穿过synch线222。

例如，以波束3.9开始，波束124穿过synch线222的顺序是：4、4.1、4.3、4.5、5、5.1、4.7、5.3、4.9、5.5、6、6.1、5.7、6.3、5.9等。该顺序等价地是相应的发射112的激励顺序。

在其中两个探头104、108的扫描空间地交叠的中心区域224中，两个探头的扫描关于跨中心区域横向地延伸的synch线222的部分225时间地交错。这从以上扫描顺序序列的子集看到：4.5、5、5.1、4.7、5.3、4.9、5.5、6、6.1、5.7、6.3、5.9。说明性地，在针对波束对应地列出两个探头104、108时，子集序列是：4.5(探头1)、5(探头2)、5.1(探头2)、4.7(探头1)、5.3(探头2)、4.9(探头1)、5.5(探头2)、6(探头1)、6.1(探头1)、5.7(探头2)、6.3(探头1)、5.9(探头2)。扫描序列可以代替地被布置，使得交错是两个探头104、108之间的切换(即，二元)交替。超声接口表面212、214面对中心区域224的相对侧226、228。复合扫描在两个声学窗口218、220之间的横向方向230上。

为了重建空间中间像素232，选择至少两个邻近样本。一个技术将是选择逐步距离在接近阈值T_P内的样本。在图2中，从四个相应的接收波束5.3、4.9、5.5和6选择四个样本。阈值T_P可以迭代地应用(每次降低其)以便降低使用在重建像素232中的样本的数目。

在重建(即，扫描转换)中，来自接收波束4.9的样本比来自接收波束5.3的样本更重地被空间加权，如从图2中所示的来自像素232的相应距离234、236证明的。具体而言，第一距离234比第二距离236更短。

时间上，此处假定出于说明的目的，在复合扫描的结尾处执行扫描转换；但是扫描转换可以针对更大的帧速率更频繁地发生。

在对于像素232的扫描转换的时间处，关于被用于扫描转换的样本的经过时间156指示扫描转换中的那些样本的相对相关性。

具体而言，针对波束4.9样本的经过时间238小于针对波束5.3样本的经过时间240。因此，时间上波束4.9波束比波束5.3样本也更重地加权。

然而，相对空间和时间加权可以仅针对任何给定像素容易证明是不同得多的。

首先并且通过范例，像素242可以比接收波束1.5更接近接收波束1.3，并且因此由前者波束更重地空间地加权，并且针对其重建然而时间地符合对后者波束的更多权重，因为后者波束在权重应用(即，重建或扫描转换，针对像素242)的时间处是更加新的。

其次，更远离synch线222，时间加权可以假定更多重要性。因此，例如，对于像素244的时间加权解释针对波束4.5与波束5.5的经过时间之间的差异。synch线222示出这是相对大的时间差异。在比synch线222背景更浅的中，还基于相对大的时间差异计算正好在接收波束4和波束5的交点附近的像素，如从在两个波束与synch线相交处可见的。实际上，被选择用或碰巧被选择用于重建像素的synch线222上的样本可以备选地相等地时间加权或仅空间地加权。

在标准扫描中，两个声学窗口的扫描之间的时间差别引起中心区域中的运动伪迹。

然而，根据本文所提出的技术，结合扫描转换中的时间加权逐波束同步来自相应的横向对齐的声学窗口的扫描减轻中心定位的运动伪迹。实况移动图像的显示器152上的得到的描绘相对无伪迹并且被偏置有利于针对较大的保真度的更新近地采集的图像数据。

图2中所示的复合扫描关于在两个声学窗口218、220之间的相同横向方向230中严格地增加的synch线222上的采样而行进。如以上在本文中所提到的，声学窗口218、220关于接收波束形成的时间交错可以是两个窗口之间的切换交替。针对2D复合扫描的情况，这在图3A中被证明。第一探头104的扫描被初始化为从左侧开始(步骤S302)。清除探头交替标签(步骤S304)。如果当前不存在两个探头104、108的扫描的空间交叠(步骤S306)，则实现关于这当前是否是扫描的第一个时间半的询问(步骤S308)。如果其是第一半(步骤S308)，则第一探头104发射波束112(步骤S310)并且接收返回波束124(步骤S312)。波束操纵关于synch线222向右偏移(步骤S314)，并且返回到步骤S306。相反，如果这当前是扫描的第二时间半(步骤S308)，则第二探头108发射波束112(步骤S316)并且接收返回波束124(步骤S318)。如果另一波束针对当前扫描保持(步骤S320)，则波束操纵关于synch线222向右偏移(步骤S314)，并且返回到步骤S306。另一方面，如果当前存在两个探头104、108的扫描的空间交叠(步骤S306)，做出关于探头交替标签是否清除的询问(步骤S322)。如果标签清除(步骤S322)，则现在设置标签(步骤S324)并且处理分支到步骤S316。否则，如果标签相反未清除(步骤S322)，则标记现在被清除(步骤S326)，并且处理分支到步骤S310。当在不存在另一波束124(步骤S320)的扫描中到达点时，做出关于是否要实现下一扫描的询问(步骤S328)。如果要实现下一扫描(步骤S328)，则处理返回到例程的开始(即，步骤S302)。否则，如果不存在要实现的下一扫描(步骤S328)，则扫描现在完成。

图3B和图3C描述了作为除了扫描转换中的空间加权外的考虑的时间加权。

参考图3B，出于像素重建中的时间加权目的，时间将与每个样本相关联。对于在接收上的每个声学窗口218、220，在接收窗口尚未终止(步骤S330)时，并且在接收到样本时(步骤S332)，采集的时间戳与样本链接(步骤S334)。确定回程的持续时间(步骤S336)。具体而言，超声以1540米每秒的速度穿过软体组织。存在在其处取得样本的场点与通过其感测来自场点的返回回声的换能器元件之间的已知距离。可以考虑在接收窗口期间在任何时间处的接收孔中的任何元件或这样的元件的任何组合。而且，发射时间和其到场点的定向性是已知的。因此，时间戳的时间与发射的时间之间的差异可以分为针对样本的发射时间和回声返回时间。回程的持续时间从采集的时间戳减去以产生采集样本中的超声反射的时间戳(步骤S338)。反射时间戳被记录在空间矩阵中，在对应于场点的条目中(步骤S340)。备选地，为了简单起见，矩阵可以填充有要么发射的时间(尤其是如果仅一个样本每近端接收线126要被选择用于像素重建)，要么换能器处的样本采集的时间。在任何情况下，构成矩阵条目的时间戳尤其是与相应的场点处的样本相关联。

在图3C中例示像素重建。记录当前时间(步骤S342)。选择要重建的当前像素232(步骤S344)。选择像素232的预定接近T_P内的样本(步骤S346)。来自每个接收波束124的一个或多个样本可以有资格用于选择。处理指向所选择的样本中的第一个(步骤S348)。针对当前样本(即，针对其场点位置)的矩阵条目从在步骤S342中记录的当前时间被减去(步骤S350)。相减产生经过时间156。如果存在针对要重建的当前像素的更多选择的样本(步骤S352)，则处理指向下一样本(步骤S354)，其用作分支返回到相减步骤S350后的当前样本。否则，如果不存在剩余的选择的样本(步骤S352)，则当前像素232空间并且时间地两者加权(步骤S356)。空间权重w_s1、w_s2、……、w_sn均在范围[0,1]内并且共同地总计到一。同样地，时间权重w_t1、w_t2、……w_tn均在范围[0,1]内并且共同地总计到一。存在至少两个空间权重和至少两个时间权重。其可以被平均以产生总体权重w_oi＝(w_si+w_ti)/2,i＝1,……,n。总体权重然后被应用到如用于重建相应的中间像素的任何扫描转换中的样本。在两个选择的样本的最简单情况下，利用之间的像素中途，权重被应用到相应的样本亮度值以利用为产生于所应用的权重的加权平均的亮度来重建像素。

在一些实施例中，超声接收波束形成产生波束形成的样本，基于其动态地重建空间中间像素。已经对应地从通过分别地不同的声学窗口的采集导出了样本。重建还基于样本的时间加权。在一些实施例中，采样经由来自分别地面对要成像的中心区域的相对侧的一对并排间隔开的声学窗口的同步超声相控阵列数据采集。具体而言，所述对交错地被用于在对所述区域成像中在单个横向方向上联合地进行动态扫描。扫描中的采集沿着跨区域横向延伸的同步线在该方向上单调地行进。分别地来自窗口对的旋转扫描可同步到移动对象的复合扫描中。线可以由发射的焦点定义。行进可以严格增加。

所提出的技术的临床应用包括对心脏、肾脏、肝脏进行成像并且包括对其他产科/妇科和新生儿流程进行成像。

尽管本发明的方法可以有利地应用在提供用于人类或动物对象的医学诊断中，但是本发明的范围不限于此。更广泛地，本文所公开的技术涉及对体内或体外移动结构的改进的宽视图成像。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

例如，横向邻近声学窗口的阵列可以是二维的，在这种情况下，逐对邻近、甚至逐倾斜邻近的窗口可以遵循上文所描述的扫描协议。

通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

计算机程序可以临时、暂时或者针对更长时间存储在诸如光学存储介质或者固态介质的适合的计算机可读介质上。这样的介质仅在不暂态传播信号的意义上是非暂态的，但是包括其他形式的计算机可读介质，诸如寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM。

单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims

1.一种超声成像设备，包括：

接收波束形成器(144)，其用于波束形成以产生波束形成样本；以及

扫描转换电路(148)，其被配置用于基于所述样本来动态地重建空间中间像素，所述样本根据分别地通过不同的声学窗口的采集来相应地导出，所述重建还基于所述样本的时间加权。

2.根据权利要求1所述的设备，包括图像采集电路(136)，其包括所述波束形成器和一对成像探头，所述设备被配置用于经由所述图像采集电路来操作用于通过一对所述窗口的所述采集的所述探头。

3.根据权利要求2所述的设备，来自所述一对探头(104、108)之中的探头包括用于所述波束形成的相控阵列。

4.根据权利要求1所述的设备，所述采集在扫描中被执行(S328)。

5.根据权利要求4所述的设备，所述扫描经由所述窗口(218、220)联合地交错地被执行。

6.根据权利要求4所述的设备，经由一对所述窗口的所述采集在所述扫描的中心区域(224)中关于所述两个窗口交替。

7.根据权利要求4所述的设备，所述扫描在采集所述扫描中的数据的一对所述窗口之间的方向(230)上。

8.根据权利要求7所述的设备，基于所述扫描的单个执行，所述重建是三维的。

9.根据权利要求1所述的设备，所述电路被配置用于利用被并排设置并且间隔开(21)的所述一对窗口进行所述重建。

10.根据权利要求9所述的设备，所述电路被配置用于具有基于所述采集关于所述一对窗口中心地被设置的成像的交叠区域(132)的所述重建。

11.根据权利要求10所述的设备，所述窗口分别面对所述区域的相对侧(226、228)。

12.根据权利要求10所述的设备，关于其一部分驻留在所述区域内并且跨所述区域横向地延伸的同步线(222)，经由所述一对窗口的联合交错扫描中沿所述部分的所述采集在沿所述线的相同方向上行进。

13.根据权利要求12所述的设备，所述行进在所述方向上是单调的。

14.根据权利要求13所述的设备，所述行进在所述方向上是严格增加的(S314)。

15.根据权利要求12所述的设备，还包括图像采集电路，其包括所述波束形成器，所述设备被配置用于经由所述图像采集电路在具有相应焦点(116)的不同方向上发出波束，所述焦点沿着所述线被设置。

16.根据权利要求1所述的设备，所述采集经由相应的旋转扫描。

17.根据权利要求16所述的设备，根据来自所述扫描中的扫描的所述采集经由具有超声接口表面的换能器，用于所述扫描的旋转中心(223)被设置在所述表面的前面。

18.根据权利要求1所述的设备，一对所述窗口被横向地布置，所述设备被配置用于经由所述一对窗口被布置在其中的相同横向方向上的相应的同步旋转扫描的通过所述一对所述窗口的所述采集。

19.根据权利要求1所述的设备，所述时间加权基于所述样本的相对新近性(156)。

20.根据权利要求19所述的设备，所述样本是从相应的接收波束(124)导出的，所述设备被配置用于在计算所述新近性中使用与所述波束相关联的时间戳。

21.根据权利要求1所述的设备，还被配置用于在对来自所述像素(232、242、244)之中的像素的所述重建中对所述样本中的相应样本进行时间加权，所述加权基于分别与所述样本中的所述样本相特异性关联的时间戳。

22.根据权利要求1所述的设备，所述采集贯穿扫描交错地经由所述窗口并且关于同步线在沿着所述线的相同方向上渐进地行进(S304)。

23.一种用于来自分别面对要成像的中心区域的相对侧的一对并排(205)间隔开的声学窗口的同步超声相控阵列数据采集的方法，包括：

交错地使用所述对以在对所述区域进行成像中在单个横向方向上联合地进行动态扫描，所述扫描中的所述采集是沿着跨所述区域横向地延伸的同步线在所述方向上单调地行进的。

24.一种实现程序的计算机可读介质，所述程序用于基于波束形成样本的扫描转换(S332)，所述程序具有能够由用于执行多个动作的处理器执行的指令，在所述动作当中存在以下动作：

根据分别地通过不同的声学窗口的采集来导出所述样本；以及

部分基于所述样本的时间加权来动态地重建空间中间像素。