CN111479513A - 具有多个换能器阵列的ice导管 - Google Patents

具有多个换能器阵列的ice导管 Download PDF

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Abstract

描述了一种适于与ICE导管一起使用的超声图像复合方法，所述ICE导管包括第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列，所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列沿着所述ICE导管的长度在轴向上分离。在该方法中，响应于由第一超声换能器阵列以第一声透射角对感兴趣区域的声透射的对应于由第一超声换能器阵列检测到的超声信号的第一阵列数据；以及响应于由第二超声换能器阵列以第二声透射角对感兴趣区域的声透射的对应于由第二超声换能器阵列检测到的超声信号的第二阵列数据；被接收。对应于感兴趣区域的复合图像是基于第一阵列数据和第二阵列数据来生成的。

Description

具有多个换能器阵列的ICE导管
技术领域
本发明涉及一种用于与心脏内回波描记(即，ICE)导管一起使用的超声图像复合方法。本发明适用于心脏医学流程的领域。
背景技术
ICE在介入心脏流程期间广泛用于可视化各种解剖特征，诸如房间隔、主动脉瓣、肺静脉等。ICE还被用于对用在对心脏执行医学流程中的介入设备(诸如消融导管和lasso导管)成像。ICE导管包括被用于生成超声图像的超声换能器元件的阵列。通常，ICE导管使用超声元件的一维阵列来生成二维图像切片。这样的二维图像切片具有稍微有限的视场，并且因此还已经开发使用超声元件的二维阵列来生成三维(即，体积)图像的ICE导管。
超声图像通常易受图像伪影影响。散斑是表现为随机波动亮和暗图像像素的一个这样的伪影。散斑起因于来自对象的表面的超声回波在超声成像系统中处理的方式。来自对象表面上的多个散射体的反射相干地添加，这允许这些反射的相位中的随机波动转换为幅度噪声，从而降低图像质量。
另一常见超声图像伪影是阴影。阴影特别地在二维超声图像中发生并且导致声学密集图像特征之后的较暗图像区域。阴影起因于传播超过这样的图像特征的降低的超声信号。
图像复合是指在超声场中被用于通过组合感兴趣区域的不同图像降低这样的图像伪影的技术的组；参见例如Jespersen,S.K.等人的题为“Multi-Angle CompoundImaging”(Ultrasonic Imaging，第20卷，第81–102页，1998)的文档。被称为“空间复合”的图像复合的一个形式涉及多个入射角处的感兴趣区域的声透射并且将信息组合为单幅图像。来自多个角的图像的组合降低这阴影，以及散斑的变化两者。在Gatenby,J.C.等人的文档“Phasing out speckle”(Phys Med Biol.1989年11月，34(11)，第1683-9页)中更详细描述的被称为“频率复合”的图像复合的另一形式涉及将在多个声透射频率处生成图像数据组合为单幅图像。来自每个频率的散斑图案从而被平均，并且得到的散斑同样降低。频率复合已经单独或者结合空间复合来使用。
Koolwal,A.B.等人的题为“A probabilistic framework for freehand 3Dultrasound reconstruction applied to catheter ablation guidance in the leftatrium”(Int.J.CARS(2009)4:425-437)的文档描述了使用ICE导管来收集来自多个配置的左心房体模的2D-ICE图像并且迭代地将所采集的数据复合为3D-ICE体积。描述了用于复合交叠超声数据的两个方法：占用似然度和响应-刚性复合，其自动将体素分类为“占用的”或“清除的”，并且减轻由信号衰落引起的重建伪影。
另一文档US20040044284A1涉及一种改变成像会话期间的仰角束图案的方法。提供了使用一个或多个仰角束厚度的基于用户的或者自动搜索模式，并且然后提供了最佳或者仰角束厚度被用于继续成像的诊断模式。1.25、1.5、1.75和2D阵列被用于响应于改变的仰角束图案而获得数据的帧。
Ralovich,K.等人的另一文档“Spatial compounding for 2D and 3D volumeICE,based on catheter pose tracking from fluoroscopy”(Prior Art Publishing,2014,XP040638683)公开了装备有利用C型臂坐标系跟踪的辐射不透明标记的ICE导管。导管的跟踪位置被用于确定不同的ICE成像帧之间的空间关系。其允许来自不同时间点的ICE体积的配准。
另一文档US5876345A涉及一种具有至少两个超声阵列的超声导管。
另一文档US20070167823 A1涉及一种用在体积超声成像和导管引导式流程中的成像导管组件和方法。成像导管组件包括：换能器阵列，其用于在给定图像平面处采集图像数据；以及运动控制器，其耦合到换能器阵列以用于沿着垂直于图像平面的方向的方向平移换能器阵列以便对三维(3D)体积进行成像。
不管这些开发，留下了改进ICE图像的空间。
发明内容
本发明试图减少ICE成像流程中的散斑。来自所描述的本发明的另外的优点对于技术人员而言也将是显而易见的。另外，呈现了超声图像复合方法、计算机程序产品、ICE导管和超声成像布置。
所述超声图像复合方法适于与包括第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列的ICE导管一起使用，其中，所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列沿着所述ICE导管的长度在轴向上分离。所述方法包括以下步骤：i)响应于由所述第一超声换能器阵列以第一声透射角对感兴趣区域的声透射而从所述第一超声收发器阵列接收对应于由所述第一超声换能器阵列检测到的超声信号的第一阵列数据；ii)响应于由所述第二超声换能器阵列以第二声透射角对所述感兴趣区域的声透射而从所述第二超声收发器阵列接收对应于由所述第二超声换能器阵列检测到的超声信号的第二阵列数据；并且iii)基于所述第一阵列数据和所述第二阵列数据来生成对应于所述感兴趣区域的复合图像。
在这样做时，所述第一阵列数据中的至少一些和所述第二阵列数据中的至少一些两者对应于相同感兴趣区域；即，其对应于交叠图像。通过如此将由两个轴向分离的换能器阵列生成的数据组合，得到的复合图像(即，已经由多个声透射角处的相同感兴趣区域的声透射所生成的组合图像)已经减少该感兴趣区域中的散斑。这是因为基于来自所述感兴趣区域的两个声透射角的检测到的超声信号的来自每个阵列的散斑图案在复合图像(即，组合图像)中平均，其减少散斑的变化。此外，所述感兴趣区域的两个不同声透射角导致与仅使用单个视角或单个阵列的ICE导管相比较声学密集图像特征后面的更小的阴影。两个轴向分离的换能器阵列的使用还有利地增加所述感兴趣区域能够经历的声透射角的范围，从而进一步减少阴影。通过减少这些图像伪影，提供了经改进的超声图像。在一些实施方式中，分离的阵列可以同时地操作。这减少跨期望的角范围扫描所述感兴趣区域的时间并且从而降低由扫描内ICE导管运动引起的图像模糊。在其他实施方式中，当两个阵列被包括在柔性导管上时，两个阵列之间的导管的弯曲可以被用于进一步减少阴影，因为这还增加了所述感兴趣区域能够经历的声透射角的范围。
根据一个方面，所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列具有相互空间布置。在该方面中，生成所述复合图像的步骤还基于所述相互空间布置。
相互空间布置方面可以包括例如以下步骤：响应于由所述第二超声换能器阵列发射的超声信号而从所述第一超声收发器阵列接收对应于由所述第一超声换能器阵列检测到的超声信号的第一阵列跟踪数据；或者响应于由所述第一超声换能器阵列发射的超声信号而从所述第二超声收发器阵列接收对应于由所述第二超声换能器阵列检测到的超声信号的第二阵列跟踪数据；并且相应地基于所述第一阵列跟踪数据或者所述第二阵列跟踪数据来确定所述相互空间布置。在这样做时，超声收发器阵列的跟踪数据通过由两个超声收发器阵列中的另一个发射的超声信号提供。以这种方式(即，使用超声信号)提供跟踪数据提供确定所述相互空间布置的简单手段，因为使用了现有超声收发器阵列。所述相互空间布置可以通过计算两个超声收发器阵列之间的距离来确定，所述距离是基于所述超声信号的飞行时间来计算的。在一个实施方式中，所述超声信号可以是特别地引导朝向相对的超声收发器阵列的专用跟踪信号。在另一实施方式中，所述超声信号可以是由另一超声收发器阵列发射的杂散超声信号，例如所述感兴趣区域的相对的超声收发器阵列的声透射的旁瓣。在另一实施方式中，在相互空间布置方面中由每个超声换能器阵列发射的超声信号可以形成向外辐照的半球形波前。在该最后实施方式中，接收超声换能器阵列的跟踪数据可以对应于指示发送阵列与接收超声收发器阵列的多个阵列元件中的每个之间的距离的飞行时间数据。相互空间布置可以随后基于接收超声换能器阵列的跟踪数据通过相对于发送阵列对接收超声收发器阵列的多个阵列元件中的每个的位置进行三角测量来确定。
备选地，相互空间布置方面可以包括来自所述ICE导管上的弯曲传感器或者弯曲致动器的数据的使用，弯曲传感器或者致动器被配置为提供指示所述第一超声收发器阵列与所述第二超声收发器阵列之间的导管的弯曲的弯曲数据。在该方面中，所述方法还包括以下步骤：接收所述弯曲数据并且基于模型来确定所述相互空间布置，所述模型被配置为基于所述弯曲数据来预测所述相互空间布置。有利地，该方面提供可靠的复合图像，因为准确地确定了两个超声换能器阵列的相互位置。
备选地，相互空间布置方面可以包括使用第一超声收发器阵列，其是用于生成体积超声图像的二维阵列。在该方面中，所述相互空间布置通过以下各项来确定：基于所述第一阵列数据来重建体积超声图像，所述体积超声图像包括多个二维图像切片；基于所述第二阵列数据来重建平面超声图像；并且基于所述感兴趣区域中的至少一个图像特征将多个二维图像切片之一与平面超声图像匹配。有利地，该方面不要求额外传感器以确定所述相互空间布置。
根据另一方面，呈现了一种用于与前述方法中的任一个一起使用的ICE导管。所述ICE导管包括第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列，其中，所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列沿着所述ICE导管的长度在轴向上分离。所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列各自包括被配置为发送和接收超声信号的阵列表面。优选地，所述第一超声收发器阵列的阵列表面和所述第二超声收发器阵列的阵列表面在关于长度轴的旋转方向上相互平行，或者更特别地：在与通过关于长度轴垂直地旋转点形成的虚圆的圆周正切的方向上相互平行。该方面帮助改进所述感兴趣区域的大小，即，交叠声透射区域。任选地，所述ICE导管可以包括弯曲传感器或者弯曲致动器。
根据另一方面，呈现了一种超声成像布置。所述超声成像布置包括ICE导管，其包括第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列。所述第一超声收发器阵列和所述第二超声收发器阵列沿着所述ICE导管的长度在轴向上分离。所述超声成像布置还包括被配置为执行前述方法中的任一项的处理器。
参考权利要求书描述了另外的方面。
附图说明
图1图示了空间复合的现有技术形式，其中，超声换能器阵列110从多个方向对声学密集对象111进行声透射。
图2图示了本发明的第一实施例，其中，ICE导管220包括第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102。
图3图示了可以与图1的ICE导管一起使用的方法。
图4图示了ICE导管220的实施例，其中，第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102的相互空间布置是响应于由另一超声换能器阵列发射的超声信号而根据由超声换能器阵列检测到的超声信号来确定的。
图5图示了包括弯曲传感器215的ICE导管220的实施例。
图6图示了包括ICE导管220和处理器622的超声成像布置600。
具体实施方式
为了图示本发明的原理，特别参考被用于对心脏结构进行成像的ICE导管描述了超声图像复合方法。然而，应意识到，超声图像复合方法还适用于ICE导管，其被用于对介入设备进行成像，诸如消融导管、用于心脏结构的电生理映射的lasso导管等。此外，描述了包括第一和第二超声换能器阵列的ICE导管。阵列的相对位置不应当被解释为限制性的，其中，第一超声换能器阵列被图示为在导管的远端端部处。例如，这些阵列的相对位置可以反转，使得第二超声换能器阵列在远端端部处，或者实际上阵列可以定位在除远端端部之外的沿着ICE导管的长度的其他位置处。
ICE在介入心脏流程期间广泛被用于可视化各种解剖特征，诸如房间隔、主动脉瓣、肺静脉等。与其他常规超声成像系统一样，ICE存在两个常见图像伪影的问题：散斑和阴影。在超声场中被用于减轻这些伪影的一个技术是图像复合。空间复合是涉及若干入射角处的感兴趣区域的声透射并且将信息组合为单幅图像的图像复合的特定形式。参见例如Jespersen,S.K.等人的文档“Multi-Angle Compound Imaging”(Ultrasonic Imaging，第20卷，第81–102页，1998)。在该方面中，图1图示了空间复合的现有技术形式，其中，超声换能器阵列110从多个方向对声学密集对象111声透射。在一系列图1A...1E中，从若干不同角αA..E中的每个对声学密集对象111声透射的图像扫描线112i＝1..n通过向由形成超声换能器阵列110的多个阵列元件发射并且检测的超声信号应用相对延迟使用波束转向技术生成。通过相对于声学密集对象111调节声透射角，不同声影113i＝1..n在每个声透射角α处生成。声影是起因于由声学密集对象111对超声信号的阻挡的较低强度超声信号的区域。在超声B模式图像中，由于该区域中的降低的强度超声信号，该区域中的图像特征倾向于表现为比将预期的更暗。在空间复合的现有技术中，组合图像通过执行从每个声透射角在感兴趣区域中的对应位置处获得的超声图像数据(即，强度)的加权和来生成。如图1F中所图示的，所有图像扫描线112comb的组合效应是减少组合阴影113comb。该加权的副效应是散斑的减少。这起因于来自每个角α的散斑图案的平均，其中，平均减少散斑的变化。
频率复合是图像复合的另一特定形式。频率复合涉及若干频率处的对象的声透射并且将信息组合为单幅图像。参见例如Gatenby,J.C.等人Phys.的文档“Phasing outspeckle”(Med.Biol.,1989年，第34卷，第11号，第1683-1689页)。
参考图1，频率复合和空间复合的组合此外涉及在生成组合图像之前：在多个中心频率中的每个处带通滤波对应于多条图像扫描线112i＝1..n中的每条的时间超声信号，并且针对每条图像扫描线计算经带通滤波的超声信号的加权平均。作为来自组合图像中的每个频率的贡献的加权的结果，频率复合可以进一步减少散斑。
图2图示了本发明的第一实施例，其中，ICE导管220包括第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102。ICE导管220包括长度轴214。第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102沿着ICE导管220的长度在轴向上分离。第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列各自包括被配置为发送和接收超声信号的阵列表面。优选地，第一超声收发器阵列的阵列表面和第二超声收发器阵列的阵列表面在关于长度轴214的旋转方向上相互平行，或者更特别地：在与通过关于长度轴214垂直地旋转点形成的虚圆的圆周正切的方向上相互平行。这有助于改进感兴趣区域221的大小，即，交叠声透射区域。图3图示了可以与图2的ICE导管一起使用的方法。参考图3和图2，方法包括以下步骤：响应于由第一超声换能器阵列2101以第一声透射角θ1对感兴趣区域221的声透射而从第一超声收发器阵列2101接收330对应于由第一超声换能器阵列2101检测到的超声信号的第一阵列数据；响应于由第二超声换能器阵列2102以第二声透射角θ2对感兴趣区域221的声透射而从第二超声收发器阵列2102接收331对应于由第二超声换能器阵列2102检测到的超声信号的第二阵列数据；并且基于第一阵列数据和第二阵列数据来生成332对应于感兴趣区域221的复合图像。
通过这样组合由轴向分离的换能器阵列2101、2102生成的数据，得到的空间复合图像已经减少散斑。来自每个阵列的散斑图案在复合图像中平均，从而减少散斑的变化。此外，感兴趣区域的不同声透射角导致与仅使用单个视角或单个阵列的ICE导管相比较声学密集图像特征后面的更小的阴影。通过减少这些图像伪影，提供了经改进的超声图像。轴向分离的换能器阵列2101、2102的使用有利地增加感兴趣区域221能够经历的声透射角θ1、θ2的范围，从而进一步减少阴影。此外，分离的阵列2101、2102可以同时操作。这降低跨期望的角范围扫描感兴趣区域221的时间并且从而降低由ICE导管220的扫描内运动引起的图像模糊。当柔性导管被用于ICE导管220时，两个阵列2101、2102之间的ICE导管220中的弯曲可以被用于进一步减少阴影，因为该弯曲进一步增加感兴趣区域能经历的声透射角的范围。这样的柔性导管还被称为可转向导管并且可以包括被配置为提供期望的弯曲的控制单元。这促进例如导管围绕心脏中的心室的转向。
尽管在图2中图示了平行图像扫描线1121,n和1122,n的理想化阵列，但是应意识到，可以使用备选波束图案。这样的波束图案可以示范性地包括具有波束腰的波束图案、使用超声换能器阵列的子集阵列元件生成的波束、或者使用在除相对于图2中图示的阵列2101、2102的垂直方向之外的方向上使用已知波束形成技术转向的波束。如图2中所图示的，清楚地这样的备选波束必须同样地在感兴趣区域221处交叠。
图2中的ICE导管220被图示为包括超声换能器阵列2101、2102之间的弯曲，然而，可以备选地使用其他形状导管，包括例如直导管或可弯曲或可转向导管。
超声换能器阵列2101、2102可以是一维或二维阵列，每个包括多个阵列元件。另外，阵列可以相应地被用于生成并且检查对应于要么平面要么体积(即，3D)超声图像的超声信号。此外，超过两个超声换能器阵列可以以相同的方式包括在导管220上。在稍后所描述的一个实施例中，阵列中的一个是二维阵列，并且阵列中的另一个是要么一维要么二维阵列。阵列元件可以包括例如压电材料或者可以是基于膜的，即，电容性微机械超声换能器，被称为CMUT的技术。
根据一个实施方式，生成332的方法步骤包括：对感兴趣区域221中的对应的位置处的第一阵列数据和第二阵列数据加权；并且将对应的位置处的加权的第一阵列数据和加权的第二阵列数据加和以提供复合图像。在一些实例中，可以使用第一和第二阵列数据的相等权重。可以备选地使用不同的权重值。
根据一个实施方式，生成332的方法步骤包括：基于第一阵列数据来重建第一超声图像，第一超声图像包括第一超声图像强度数据；基于第二阵列数据来重建第二超声图像，第二超声图像包括第二超声图像强度数据；将感兴趣区域221中的对应的位置处的第一超声图像强度数据和第二超声图像强度数据加权；并且将对应的位置处的加权第一超声图像强度数据和加权第二超声图像强度数据加和以提供复合图像。例如，许多已知超声图像重建技术之一可以被用于重建亮度、或者包括超声图像强度数据的B模式超声图像。尽管可以使用其他加权因子，但是优选地使用两幅超声图像中的每幅同样地贡献于复合图像中的对应的位置的加权。
根据另一实施方式，生成332的方法步骤包括：将感兴趣区域221中的对应的位置处的第一阵列数据和第二阵列数据比较；并且选择每个对应的位置处的所述数据的最大值以提供复合图像。图像复合的该形式以稍微降低的散斑减少为代价提供经改进的边界定义。
根据另一实施方式，频率复合可以结合上文所描述的空间复合技术使用。另外，在该实施方式中，第一阵列数据包括对应于第一声透射角处的多条图像扫描线中的每条的时间超声信号1121,n；并且第二阵列数据包括对应于第二声透射角处的多条图像扫描线中的每条的时间超声信号1122,n。此外，生成对应于感兴趣区域221的复合图像的步骤包括：在多个中心频率中的每个处带通滤波对应于第一声透射角处的多条图像扫描线中的每条的时间超声信号1121,n；并且针对每条图像扫描线计算经带通滤波的超声信号的加权平均；
在多个中心频率中的每个处带通滤波对应于第二声透射角处的多条图像扫描线中的每条的时间超声信号1122,n；并且针对每条图像扫描线计算经带通滤波的超声信号的加权平均；并且将感兴趣区域221中的对应的位置处的第一声透射角处的经带通滤波的超声信号1121,n的加权平均和第二声透射角处的经带通滤波的超声信号的加权平均1122,n加和以提供复合图像。这样做时，可以实现额外的散斑减少。
根据另一实施方式，第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102具有相互空间布置。在该实施方式中，生成332的步骤还基于相互空间布置。在这样做时，相互空间布置中的任何改变可以在生成的复合图像中考虑。
在该相互空间布置实施方式的一个实施例中，阵列跟踪数据由超声收发器阵列2101、2102之一或两者生成。在该实施例中，超声收发器阵列的跟踪数据通过由两个超声收发器阵列中的另一个发射的超声信号提供。另外，方法可以包括以下步骤：响应于由第二超声换能器阵列2102发射的超声信号而从第一超声收发器阵列2101接收对应于由第一超声换能器阵列2101检测到的超声信号的第一阵列跟踪数据；或者响应于由第一超声换能器阵列2101发射的超声信号而从第二超声收发器阵列2102接收对应于由第二超声换能器阵列2102检测到的超声信号的第二阵列跟踪数据；并且相应地基于第一阵列跟踪数据或者第二阵列跟踪数据来确定相互空间布置。超声换能器阵列的发射信号可以是专用跟踪脉冲，或者实际上杂散超声信号，诸如由该超声换能器阵列使用以声透射感兴趣区域的杂散超声信号的旁瓣。后者具有简化由阵列发射的超声信号的控制的益处，因为其涉及检测另一超声换能器阵列的杂散成像信号。这样的旁瓣通常存在作为被用于声透射相应声透射角θ1、θ2处的感兴趣区域221的波束形成技术的结果。使用专用跟踪脉冲的益处在于，这些可以有利地指向另一接收阵列的预期位置，从而使发射的超声功率最小化。在图4中图示了该相互空间布置的一个范例实施方式，图4图示了ICE导管220的实施例，其中，第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102的相互空间布置响应于由另一超声换能器阵列发射的超声信号根据由超声换能器阵列检测到的超声信号来确定。
在图4A和图4B中，第一超声收发器阵列2101操作为具有发射器元件Tx的发射器，并且第二超声收发器阵列2102操作为具有多个检测器元件Rx1..3的检测器。如图4B和图4C中所图示的，由发射器Tx发射的超声脉冲的形式的超声信号入射在检测器Rx1..3上。脉冲由如由信号Det(Rx1..3)图示的检测器Rx1..3检测，并且超声信号中的每个的飞行时间对应于发射器Tx与对应的接收器Rx1..3之间的距离。这些飞行时间中的差T12、T13对应于这些距离中的差S12、S13。第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102的相互空间布置可以随后基于这些距离经由三角测量来计算。清楚地，相同效应还可以通过反转第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102的功能来实现，使得第一超声收发器阵列2101操作为检测器。尽管在图4中图示了基于三个距离的三角测量，但是在一些情况下，不要求三个距离：例如，当ICE导管220的弯曲被约束使得其可以仅在一个维度上弯曲时。在这种情况下，单个距离测量结果可能足够。
如图4A中所图示的，由第一超声换能器阵列2101发射的超声信号可以形成相对于第一超声换能器阵列向外辐照的半球形波前。由于在其远离第一超声换能器阵列2101的方向上的相对均匀功率分布，当ICE导管220具有显著的弯曲自由度时，这样的波前可以是有益的。备选地，波束转向技术可以被用于生成更特别地引导在相对的换能器阵列处的更多引导波束以便降低从超声信号要求的功率。作为这和半球形波前范例的专用超声信号的备选方案，如上文所提到的，杂散超声信号(即，感兴趣区域的另一阵列的声透射的旁瓣)可以以相同的方式检测。
图5图示了包括弯曲传感器215的ICE导管220的实施例。弯曲传感器215可以被用于确定第一超声收发器阵列2101和第二超声收发器阵列2102的相互空间布置作为上文所描述的超声信号的备选方案。弯曲传感器215在第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102之间延伸。弯曲传感器215可以例如是应变规，诸如光纤布拉格光栅、或电容位置传感器或总之另一类型的传感器。在这样做时，弯曲传感器215提供指示第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102之间的ICE导管220的弯曲的弯曲数据。弯曲数据可以结合基于弯曲数据描述第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102的相互空间布置的模型使用，以确定相互空间布置。在未图示的另一配置中，ICE导管220可以包括被配置为提供期望弯曲和指示第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102之间的ICE导管220的弯曲的对应的弯曲数据。以相同的方式，弯曲数据可以结合基于弯曲数据描述第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102的相互空间布置的模型使用，以确定相互空间布置。用在这样的可转向导管中的已知类型的致动器使用在导管内延伸的接线，其当提供有预定张力时提供期望的导管弯曲。在释放张力时，导管放松回到其原始形状。这样的模型可以例如使预定弯曲或者ICE导管尖端位移与经验应变测量结果相关。
在参考2所描述的另一实施例中，代替于使用上文所描述的弯曲数据并且代替于使用上文所描述的超声信号来确定第一超声收发器阵列2101与第二超声收发器阵列2102的相互空间布置，相互空间布置可以通过匹配由每个超声收发器阵列生成的超声图像来确定。在该实施例中，第一超声收发器阵列2101是用于生成体积超声图像的二维阵列。相互空间布置通过以下来确定：基于第一阵列数据来重建体积超声图像，体积超声图像包括多个二维图像切片；基于第二阵列数据来重建平面超声图像；并且基于感兴趣区域中的至少一个图像特征将多个二维图像切片之一与平面超声图像匹配。各种已知图像匹配算法可以被用于执行匹配。尺度不变量特征变换SIFT是一个适合的范例。还可以使用从医学图像处理领域已知的刚性或非刚性图像变换。可以备选地使用在美国专利US 5655535中所描述的相关性技术或者美国专利US 8303505中所描述的实时图像对准流程。清楚地，相同效应还可以通过使第二超声收发器阵列2101为用于生成体积超声图像的二维阵列来实现。在该方面中，这两个阵列2101、2102可以是二维阵列，其中，阵列之一被配置为生成体积图像，并且另一个被配置为生成平面图像。
本文呈现的任何方法步骤可以以当在处理器上运行时使处理器执行这样的方法步骤的指令的形式记录。此外，图6图示了包括ICE导管220和处理器622的超声成像布置600。超声换能器阵列2101、2102之间的数据传送通过这些项之间的链路图示。应意识到，针对该链接预期要么有线要么无线的数据通信。指令可以存储在计算机程序产品上。计算机程序产品可以由专用硬件以及能够运行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以通过单个专用处理器、通过单个共享处理器、或者通过多个个体处理器提供，其中的一些可以共享。此外，术语“处理器”或者“控制器”的明确使用不应当被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器“DSP”硬件、用于存储软件的只读存储器“ROM”、随机存取存储器“RAM”、非易失性存储设备等。此外，本发明的实施例可以采取可从提供由或结合计算机或任何指令执行系统使用的程序代码的计算机可用或计算机可读存储介质存取的计算机程序产品的形式。出于该描述的目的，计算机可用或者计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、传递、传播或者传输由或者结合指令执行系统、装置或者设备使用的程序的任何装置。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或者半导体系统、或者装置或者设备、或者传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或者固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、刚性磁盘和光盘。光盘的当前范例包括压缩磁盘-只读存储器“CD-ROM”、压缩磁盘-读/写“CD-R/W”、Blu-RayTM和DVD。
总之，已经描述了适于与包括第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列的ICE导管一起使用的超声图像复合方法，第一超声收发器阵列和第二超声收发器阵列沿着ICE导管的长度在轴向上分离。在方法中，响应于由第一超声换能器阵列以第一声透射角对感兴趣区域的声透射的对应于由第一超声换能器阵列检测到的超声信号的第一阵列数据；以及响应于由第二超声换能器阵列以第二声透射角对感兴趣区域的声透射的对应于由第二超声换能器阵列检测到的超声信号的第二阵列数据；被接收。对应于感兴趣区域的复合图像基于第一阵列数据和第二阵列数据来生成。
各种实施例和实施方式已经在上文中描述，并且应注意到这些可以组合以实现进一步的有利效果。

Claims (17)

1.一种用于与ICE导管(220)一起使用的超声图像复合方法(300)，所述ICE导管包括第一超声收发器阵列(2101)和第二超声收发器阵列(2102)，其中，所述第一超声收发器阵列(2101)和所述第二超声收发器阵列(2102)沿着所述ICE导管(220)的长度轴(214)在轴向上分离；所述方法(300)包括以下步骤：
响应于由所述第一超声换能器阵列(2101)以第一声透射角(θ1)对感兴趣区域(221)的声透射而从所述第一超声收发器阵列(2101)接收(330)对应于由所述第一超声换能器阵列(2101)检测到的超声信号的第一阵列数据；
响应于由所述第二超声换能器阵列(2102)以第二声透射角(θ2)对所述感兴趣区域(221)的声透射而从所述第二超声收发器阵列(2102)接收(331)对应于由所述第二超声换能器阵列(2102)检测到的超声信号的第二阵列数据；
基于所述第一阵列数据和所述第二阵列数据来生成(332)对应于所述感兴趣区域(221)的复合图像。
2.根据权利要求1所述的超声图像复合方法，其中，所述第一阵列数据和所述第二阵列数据两者对应于穿过并且平行于所述ICE导管(220)的所述长度轴(214)的成像平面，和/或所述第一声透射角(θ1)和所述第二声透射角(θ2)在所述成像平面内，和/或其中，所述感兴趣区域包括多个点，由所述第一超声换能器阵列(2101)并且由所述第二超声换能器阵列(2102)从两个不同的声透射角对每个点进行声透射。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的超声图像复合方法，其中，所述生成(332)包括：
对所述感兴趣区域(221)中的对应的位置处的所述第一阵列数据和所述第二阵列数据进行加权；并且
将所述对应的位置处的加权的第一阵列数据和加权的第二阵列数据进行加和以提供所述复合图像。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的超声图像复合方法，其中，所述生成(332)包括：
基于所述第一阵列数据来重建第一超声图像，所述第一超声图像包括第一超声图像强度数据；
基于所述第二阵列数据来重建第二超声图像，所述第二超声图像包括第二超声图像强度数据；
对所述感兴趣区域(221)中的对应的位置处的所述第一超声图像强度数据和所述第二超声图像强度数据进行加权；并且
将所述对应的位置处的加权的第一超声图像强度数据和加权的第二超声图像强度数据进行加和以提供所述复合图像。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的超声图像复合方法，其中，所述生成(332)包括：
将所述感兴趣区域(221)中的对应的位置处的所述第一阵列数据与所述第二阵列数据进行比较，并且选择每个对应的位置处的所述数据的最大值以提供所述复合图像。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的超声图像复合方法，其中：
所述第一阵列数据包括对应于所述第一声透射角处的多条图像扫描线(1121,n)中的每条的时间超声信号；
所述第二阵列数据包括对应于所述第二声透射角处的多条图像扫描线(1122,n)中的每条的时间超声信号；
其中，所述生成(332)包括：
在多个中心频率中的每个处对对应于所述第一声透射角处的多条图像扫描线中的每条的所述时间超声信号(1121,n)进行带通滤波，并且
针对每条图像扫描线来计算经带通滤波的超声信号的加权平均；
在多个中心频率中的每个处对对应于所述第二声透射角处的多条图像扫描线中的每条的所述时间超声信号(1122,n)进行带通滤波，并且针对每条图像扫描线来计算经带通滤波的超声信号的加权平均；并且
将所述感兴趣区域(221)中的对应的位置处的所述第一声透射角处的所述经带通滤波的超声信号(1121,n)的所述加权平均和所述第二声透射角处的所述经带通滤波的超声信号(1122,n)的所述加权平均进行加和，以提供所述复合图像。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的超声图像复合方法，其中，所述第一超声收发器阵列(2101)和所述第二超声收发器阵列(2102)具有相互空间布置；并且其中，生成(332)的步骤还基于所述相互空间布置。
8.根据权利要求7所述的超声图像复合方法，还包括以下步骤：
响应于由所述第二超声换能器阵列(2102)发射的超声信号而从所述第一超声收发器阵列(2101)接收对应于由所述第一超声换能器阵列(2101)检测到的超声信号的第一阵列跟踪数据；或者
响应于由所述第一超声换能器阵列(2101)发射的超声信号而从所述第二超声收发器阵列(2102)接收对应于由所述第二超声换能器阵列(2102)检测到的超声信号的第二阵列跟踪数据；并且
相应地基于所述第一阵列跟踪数据或者所述第二阵列跟踪数据来确定所述相互空间布置。
9.根据权利要求7所述的超声图像复合方法，其中，由所述第二超声换能器阵列(2102)发射的所述超声信号对应于由所述第二超声换能器阵列(2102)以所述第二声透射角(θ2)对所述感兴趣区域(221)的所述声透射的至少一个旁瓣；或者其中，由所述第一超声换能器阵列(2101)发射的所述超声信号对应于由所述第一超声换能器阵列以所述第一声透射角(θ1)对所述感兴趣区域(221)的所述声透射的至少一个旁瓣；相应地。
10.根据权利要求8-9所述的超声图像复合方法，其中，基于对应的第一阵列跟踪数据或者对应的第二阵列跟踪数据来确定所述相互空间布置的步骤包括：
针对所述第一阵列跟踪数据，响应于由所述第二超声换能器阵列(2102)发射的超声信号而基于由所述第一超声换能器阵列(2101)检测到的所述超声信号的飞行时间来计算所述第一超声收发器阵列(2101)与所述第二超声收发器阵列(2102)之间的至少一个距离，并且
包括针对所述第二阵列跟踪数据，响应于由所述第一超声换能器阵列(2101)发射的超声信号而基于由所述第二超声换能器阵列(2102)检测到的所述超声信号的飞行时间来计算所述第一超声收发器阵列(2101)与所述第二超声收发器阵列(2102)之间的至少一个距离。
11.根据权利要求8所述的超声图像复合方法，其中：
由所述第二超声换能器阵列(2102)发射的所述超声信号形成相对于所述第二超声换能器阵列(2102)向外辐照的半球形波前，其中，所述第一阵列跟踪数据对应于指示所述第二超声换能器阵列(2102)与所述第一超声收发器阵列(2101)的多个阵列元件中的每个阵列元件之间的距离的飞行时间数据，并且其中，所述相互空间布置是基于所述第一阵列跟踪数据通过相对于所述第二超声换能器阵列(2102)对所述第一超声收发器阵列(2101)的所述多个阵列元件中的每个阵列元件的位置进行三角测量来确定的；或者
其中，由所述第一超声换能器阵列(Tx,2101)发射的所述超声信号形成相对于所述第一超声换能器阵列(Tx,2101)向外辐照的半球形波前，其中，所述第二阵列跟踪数据对应于指示所述第一超声换能器阵列(Tx,2101)与所述第二超声收发器阵列(Rx1..3,2102)的多个阵列元件中的每个阵列元件之间的距离的飞行时间数据，并且其中，所述相互空间布置是基于所述第二阵列跟踪数据通过相对于所述第一超声换能器阵列(Tx,2101)对所述第二超声收发器阵列(Rx1..3,2102)的所述多个阵列元件中的每个阵列元件的位置进行三角测量来确定的；相应地。
12.根据权利要求7所述的超声图像复合方法，其中，所述ICE导管(220)还包括：i)弯曲传感器(215)，诸如应变规，诸如光纤布拉格光栅、或者电容位置传感器，所述弯曲传感器(215)被配置为提供指示所述第一超声收发器阵列(2101)与所述第二超声收发器阵列(2102)之间的所述ICE导管(220)的弯曲的弯曲数据；或者ii)弯曲致动器，其被配置为提供期望的弯曲和指示所述第一超声收发器阵列(2101)与所述第二超声收发器阵列(2102)之间的所述ICE导管(220)的弯曲的对应的弯曲数据；
并且其中，所述方法还包括以下步骤：接收所述弯曲数据并且基于模型来确定所述相互空间布置，所述模型被配置为基于所述弯曲数据来预测所述相互空间布置。
13.根据权利要求7所述的超声图像复合方法，其中，所述第一超声收发器阵列(2101)是用于生成体积超声图像的二维阵列，并且其中，所述相互空间布置是通过以下来确定的：
基于所述第一阵列数据来重建体积超声图像，所述体积超声图像包括多个二维图像切片；
基于所述第二阵列数据来重建平面超声图像；并且基于所述感兴趣区域中的至少一个图像特征将所述多个二维图像切片中的一个与所述平面超声图像进行匹配。
14.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当在处理器上运行时被配置为使所述处理器执行根据权利要求1或权利要求2所述的方法的步骤。
15.一种用于与根据权利要求1或权利要求2所述的方法一起使用的ICE导管(220)，所述ICE导管(220)包括第一超声收发器阵列(2101)和第二超声收发器阵列(2102)，其中，所述第一超声收发器阵列(2101)和所述第二超声收发器阵列(2102)沿着所述ICE导管(220)的长度轴(214)在轴向上分离。
16.根据权利要求15所述的ICE导管(220)，其中，所述第一超声收发器阵列(2101)被配置为响应于由所述第一超声换能器阵列(2101)以第一声透射角(θ1)对感兴趣区域(221)的声透射而生成对应于由所述第一超声换能器阵列(2101)检测到的超声信号的第一阵列数据；并且其中，
所述第二超声收发器阵列(2102)被配置为响应于由所述第二超声换能器阵列(2102)以第二声透射角(θ2)对所述感兴趣区域(221)的声透射而生成对应于由所述第二超声换能器阵列(2102)检测到的超声信号的第二阵列数据；并且其中，
所述第一阵列数据和所述第二阵列数据两者对应于穿过并且平行于所述ICE导管(220)的所述长度轴(214)的成像平面，和/或所述第一声透射角(θ1)和所述第二声透射角(θ2)在所述成像平面内，和/或其中，所述感兴趣区域包括多个点，由所述第一超声换能器阵列(2101)并且由所述第二超声换能器阵列(2102)从两个不同的声透射角对每个点进行声透射。
17.一种超声成像布置(600)，包括：
根据权利要求15或权利要求16所述的ICE导管(220)；以及
处理器(622)，其被配置为执行根据权利要求1或权利要求2所述的方法。
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