CN112087971A - 超声成像系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于采集对象中的感兴趣解剖特征的超声图像的超声成像系统，包括控制器，所述控制器能够由用户操作并被配置为：处理输入超声图像以提取解剖数据；确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束是从提取的解剖数据和/或基于用户输入导出的；在接收所述超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；并且根据确定的遵从性来输出指示。用户可以使用这些指示的反馈来调整成像过程，并可以基于令人满意的指示来决定停止该过程。
Description
技术领域
本发明涉及超声成像系统和方法。它适用于针对心血管疾病的诊断或处置的心血管成像，并且适用于对象中其他感兴趣解剖区域的成像。
背景技术
超声在心血管成像中起着至关重要的作用。在这种情况下，诊断和处置计划通常依赖于对相关解剖部位(例如心室、心房或周围的血管)的清晰描绘。在WO 2016/142204A1中公开了一种心脏模型。可以在成像之后使用心脏模型作为辅助，以使超声图像中的映射的心脏结构经受分割算法，以便获得正在研究的心脏解剖部位的感兴趣维度，例如通过将这种模型映射到体积图像上。通过使用基于解剖学智能模型的分割，所述过程已经针对单个帧或帧的时间序列自动化，其中将通用的、形状受限的模型被拟合到成像数据[Ecabert,O.；Peters,J.；Schramm,H.；Lorenz,C.；von Berg,J.；Walker,M.；Vembar,M.；Olszewski,M.；Subramanyan,K.；Lavi,G.&Weese,J.Automatic Model-Based Segmentation of theHeart in CT Images Medical Imaging,IEEE Transactions,2008,27,第1189-1201页]。该过程类似地适用于其他感兴趣解剖特征的模型的放置，例如器官模型、胎儿模型等。
对于特定的临床应用，准确的描绘以及随后的定量测量对图像采集提出了特定要求。取决于应用，这些可能是时间、空间和/或图像质量(例如图像对比度)的限制。在实况采集期间，超声医师同时考虑所有约束通常是有挑战的。
在空间上，例如，3D图像覆盖了特定的视场。例如，为了量化经胸超声心动图TTE中左心室(LV)的射血分数，在视场范围内至少针对收缩末期和舒张末期都需要整个腔室。通过快速使模型适应实时采集(作为后台过程)，所述模型注意到LV的部分不在视场之内。为了说明的目的，然后需要通过投影或切割平面来将3D数据映射到2D空间中，使得超声医师总是错过数据的特定部分，或者可能难以快速将所有视觉信息设置到上场景中。这也带来了如下挑战，即在所有相关图像部分都必须保证特定图像质量标准，而这些部分中的一些甚至可能一开始就难以在图像中识别。
在时间上，特定解剖学行为可能对于超声医师来说太快而无法在实时取景期间判断图像数据，或者可能难以在一个或几个心动周期上维持特定的采集状态。例如，为了在TEE中表征二尖瓣反流，需要跟踪瓣膜小叶的状态(关闭或打开)，例如以测量瓣膜孔面积。
由于这些原因，在存储帧后进行回顾性数据分析可能会遇到无法充分满足要求或再现性差的问题。此时，重复记录可能已经很低效或繁重，甚至不再可能。本发明针对该问题并且旨在对一组约束和/或指南的更好的引导和遵从。
发明内容
本发明由权利要求所定义。
根据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于采集对象中的感兴趣解剖特征的超声图像的超声成像系统，包括：
输入部，其用于接收超声图像；
控制器，其能够由用户操作并且被配置为：
处理所述超声图像以提取解剖数据；
确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束是从提取的解剖数据和/或基于用户输入导出的；
在接收到超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；
并且根据所确定的遵从性来生成指示；
以及输出部，其用于向所述用户提供指示。
本发明可以使用户在实时采集图像的同时，确保图像符合预定标准，从而避免了所采集的图像集不足的风险。这将避免需要至少部分重复成像过程，至少部分重复成像过程可能是不切实际或麻烦的。该指示可以被实时地给予用户，并且对于每个相关的约束可以有一个指示，示出其实况状态。还可以给出累积指示，以指示最近一段时间(例如在心动周期中)有多好地遵从约束。还可以给出关于在历史时段内(例如自成像过程开始以来)输入的最佳图像有多好地遵从约束的指示，这可以帮助用户确定是否已经执行了足够的成像。
控制器优选地包括分割处理器，所述分割处理器被配置为根据感兴趣解剖特征的映射模型来分割所述超声图像。这可以帮助识别感兴趣的解剖特征的各个部分，并且可以用于自动确定要在监测过程中使用的约束。它也可以用来确定图像是否符合约束条件。
该系统优选地包括与解剖数据有关的图像约束的数据库，所述控制器被配置为从所述数据库获得约束的集合。这使得系统能够获得给定类型的解剖图像的最佳约束集，并且选择可以取决于系统已经从图像识别出的解剖部分。
针对约束的指南已在若干资源中公开，并且对于本领域技术人员来说是已知的，例如：
Zamorano等人，“EAE/ASE Recommendations for the Use of Echocardiographyin New Transcatheter Interventions for Valvular Heart Disease”,Journal of theAmerican Society of chocardiography，第24卷，第9期，2011年9月，第937-965页。
例如，环形直径通常在胸骨旁长轴视图中在收缩期测量，放大LVOT左室流出道；或者其可以是特定于诊所的，也可以根据个人偏好进行选择。
该系统可以从至少一个身体传感器接收与对象有关的生理数据，并且至少部分地基于所述生理数据来确定所接收的超声图像对所确定的约束的遵从性。这些生理数据可以包括例如来自一个或多个身体传感器的ECG或EMG。然后，ECG可以帮助识别图像的心跳时相，以便对图像施加时间约束。替代的或额外的传感器是可能的，例如用于监测身体运动的程度的加速度传感器，以便确定禁止的时间区间，即，由于运动而导致测量不可靠并且因此不应使用的时间。
控制器可以被配置为存储超声图像，并且将当前接收的超声图像与存储的超声图像进行比较，以确定它们与所确定的约束的遵从程度的一致性，并且基于所确定的一致性来向用户提供指示。这可以在一个心跳(即一个心动周期)上完成。它也可以在更长的时间内完成，例如从成像过程开始的时段。在这种情况下，系统可以指示获得的最佳图像对约束的遵从的水平。
控制器优选地被配置为存储相继的时段内所确定的超声图像的遵从性，以确定是否已经接收到预定图像类型，并且基于是否已经接收到该图像类型来向用户提供指示。预定图像类型可以例如是满足一个或多个遵从性约束的图像，所述遵从性约束可以包括关于测量是否与预定测量一致的约束，使得用户将知道该要求已经被满足并且满足所有此类要求后，可以安全地停止该过程。
控制器优选地被配置为基于在相继的周期内对超声图像的不同的相应约束的所确定的遵从性来向用户提供单独的视觉和/或听觉指示。这使用户能够直观、轻松地实时确定成像过程的进展情况，并快速适应以弥补任何不足，例如通过重新放置探头或调整视场或其他成像参数。
所述系统可以包括：监视器，其被布置为向用户显示所接收的超声图像；以及光显示器，其被配置为基于所确定的遵从性来向用户显示指示。所述监视器当然可以是通常是常规成像系统的一部分的监视器，因为它不必特别地适于与本发明一起使用。与监视器同时使用可见光显示，使用户可以实时地完全控制过程。灯光显示可以与监视器上显示的图像集成在一起。
控制器可以被配置为从所提取的解剖数据评估预定的测量结果，并基于该评估向用户提供输出。这样可以更直接地利用被监测的测量，因此它们可用于设置约束或确定约束遵从性。例如，系统可以输出主动脉瓣直径的测量结果。这些测量结果可用于遵从性和一致性检查。还可以基于提取的所有信息(包括解剖数据(空间)和外部传感器信息(生理，时间……)等)来计算预定义的措施。
超声数据可以是对象的心脏的，并且控制器可以被配置为监视它们关于与心动周期有关的空间约束和时间约束的遵从性。
约束可以包括对视场或成像感兴趣解剖特征的位置或角度的空间约束，对感兴趣解剖特征的成像的时段的时间约束和/或图像质量约束。这些是采集的图像是否足够的有用计量。
根据另一方面，本发明可以提供一种计算机实现的超声成像方法，用于采集对象中的感兴趣解剖特征的图像，包括：
接收超声图像；
处理所述超声图像以提取解剖数据；
确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束是基于提取的解剖数据和/或基于用户输入的；
在接收到超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；
并且根据确定的遵从性来提供指示。
该方法可以使用实施以上描述的本发明的系统。
所述超声成像方法可以包括：接收超声图像，直到已经接收到预定图像类型为止；向用户提供已经接收到该图像类型的指示，并且然后，通过接收不同图像类型的超声图像来继续该过程。当已经采集所有必需的图像类型时，这可以使用户放心所述过程可以安全地停止。它有助于确保以足够的质量获得图像，而无需重复对患者的任何扫描。根据另一方面，本发明可以提供一种包括计算机可读存储介质的计算机程序产品，所述计算机可读存储介质具有体现在其上的计算机可读程序指令，用于当在上述超声成像系统的控制器上执行时，使所述控制器实现以上描述的方法。这样的计算机程序产品例如可以用于通过在其上安装计算机可读程序指令来增强现有的超声图像处理装置。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐述。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的范例，其中：
图1示出了超声诊断成像系统；
图2示出了图1的超声诊断成像系统的部分；
图3示出了图1或图2的系统的屏幕显示；
图4示出了典型的ECG迹线；
图5是映射到另一个心脏超声图像上的心脏模型的图像；并且
图6示出了由图1和图2的系统执行的过程。
具体实施方式
将参考附图来描述本发明。
应当理解，详细说明和具体示例虽然指示了设备、系统和方法的示例性实施例，但是仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。根据以下说明、所附权利要求书和附图，将更好地理解本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应该理解的是，附图仅是示意性的，并且未按比例绘制。还应该理解，贯穿附图，使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
本发明提供了一种用于采集对象中感兴趣的解剖特征的超声图像的超声成像系统，包括：
输入部，其用于接收超声图像；
控制器，其能够由用户操作并且被配置为：
处理所述超声图像以提取解剖数据；
确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束是从提取的解剖数据和/或基于用户输入导出的；
在接收到超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；
并且根据所确定的遵从性来生成指示；
以及输出部，其用于向所述用户提供指示。
图1以框图形式示出了具有阵列换能器探头4的这样的超声诊断成像系统2。
阵列换能器探头4包括换能器单元。传统上，压电材料已用于超声换能器。示例是锆钛酸铅(PZT)和聚偏二氟乙烯(PVDF)材料，其中，PZT作为选择的材料特别受欢迎。单晶压电材料用于实现高性能换能器的高压电和机电耦合常数。
最近的发展导致了可以通过半导体工艺批量制造医用超声换能器的前景。期望地，这些过程应当与用于产生超声探头所需的专用集成电路(ASIC)的过程相同，例如CMOS过程，特别是对于3D超声。这些发展已经生成微机械超声换能器或MUT，优选形式是电容式MUT(CMUT)。CMUT换能器是带有电极的微型的类似于隔膜的设备，所述电极将接收到的超声信号的声振动转换为调制电容。
CMUT换能器特别能够在较宽的带宽上起作用，实现高分辨率和高灵敏度成像，并产生较大的压力输出，从而可以在超声频率下接收声信号的较大的景深。
图1示出了如上所述的CMUT单元8的换能器阵列6，其用于发射超声并接收回波信息。系统2的换能器阵列6一般可以是换能器元件的一维或二维阵列，其能够在2D平面或者在三维中进行扫描以进行3D成像。
换能器阵列6被耦合到微波束形成器12，所述微波束形成器112控制CMUT阵列单元对信号的发送和接收。微波束成形器能够至少部分地对由换能器元件的组或“贴片”接收的信号进行波束形成，例如，如在美国专利US 5997479(Savord等人)，US 6013032(Savord)，和US 6623432(Powers等人)中所描述。
微波束形成器12通过探头电缆(例如同轴线)耦合到发射/接收(T/R)开关16，发射/接收(T/R)开关16在发射和接收模式之间切换，并且当微波束形成器不存在或不使用时保护主波束形成器20免受高能量发射信号，并且换能器阵列6由主系统束形成器20直接操作。在微波束形成器12的控制下的从换能器阵列6的超声束的发射由通过T/R开关16耦合到微波束形成器和主波束形成器20的换能器控制器18指示，其从用户对用户接口或控制面板38的操作接收输入。由换能器控制器18控制的功能之一是波束被转向和聚焦的方向。波束可以被转向为从换能器阵列6垂直向前(垂直于换能器阵列26)，或者以不同的角度用于更宽的视场。换能器控制器18可以被耦合以控制换能器阵列的电压源45。例如，电压源45设置施加到CMUT阵列6的CMUT单元的DC和AC偏置电压，例如以在发射模式下产生超声RF脉冲。由微波束形成器12产生的部分波束形成的信号被转发到主波束形成器20，其中，来自换能器元件的各体贴片的部分波束形成的信号被组合成完全波束形成的信号并且被数字化。例如，主波束形成器20可以具有128个通道，其中的每个接收来自CMUT换能器单元8的数十或者数百的贴片的部分波束形成的信号。以这种方式，由换能器阵列6的几千个换能器元件接收的信号能够有效地贡献于单个波束形成信号。
波束形成的信号被耦合到信号处理器22。信号处理器22可以以各种方式处理接收到的回波信号，诸如带通滤波，抽取，I和Q分量分离以及用于分离线性和非线性信号的谐波信号分离，以便能够识别从组织和微泡返回的非线性(基频的高次谐波)回波信号。
信号处理器22任选地可以执行额外的信号增强，诸如散斑减少、信号合成以及噪声消除。信号处理器22中的带通滤波器可以是跟踪滤波器，其中，其通带随着回波信号从增加的深度被接收而从较高的频带滑落到较低的频带，从而拒绝来自更大尝试的较高频率处的噪声，其中，这些频率中没有解剖信息。
将所处理的信号耦合到B模式处理器26并且任选地耦合到多普勒处理器28。B模式处理器26彩对接收到的超声信号的幅度的检测，用于对身体中的结构(例如身体中的器官的组织和血管)进行成像。身体的结构的B模式图像可以形成为谐波图像模式或基波图像模式，或者两者的组合，例如，如在美国专利US 6283919(Roundhill等人)和US 6458083(Jago等人)中所描述。
多普勒处理器28可以，如果有的话，处理来自组织运动和血液流动的时间上分立的信号，用于检测物质的运动，例如图像场中的血细胞的流动。多普勒处理器40通常包括壁滤波器，其具有可以被设置为和/或拒绝从身体中的选定类型的材料返回的回波的参数。例如，壁滤波器可以被设置为通带特性，其他来自较高速度的材料的具有相对低的幅度的信号通过而将来自较低或零速度材料的相对强的信号。
该通带特性将使来自流动的血液的信号通过而拒绝来自附近的固定的或缓慢移动的目标(例如心脏的壁)的信号。相反的特性将使来自心脏的移动的组织的信号通过而拒绝血液流动信号，其被称为组织多普勒成像，检测和描绘组织的运动。多普勒处理器接收和处理来自图像场中的不同的点的时间上分立的回波信号的序列，来自特定点的回波的序列称为总体。在相对短的间隔中快速相继地接收的回波的系集可以被用于估计流动的血液的多普勒偏移，其具有多普勒频率到速度的相关，指示血流速度。在较长地时间段上接收到回波的系集被用于估计较慢地流动的血液或者较慢地移动的组织的速度。
由(一个或多个)B模式(和多普勒)处理器生成的结构和运动信号被耦合到扫描转换器32和多平面重新格式化器44。扫描转换器32以期望的图像格式来根据回波信号被接收的空间关系来布置回波信号。例如，扫描转换器可以将回波信号布置为二维(2D)扇区形格式，或者锥体三维(3D)图像。
扫描转换器可以将具有对应于图像场中的点的运动的颜色的B模式结构图像与它们的多普勒估计的速度叠加以生成彩色多普勒图像，其描绘图像场中的组织的运动和血液流动。多平面重新格式化器44会将从身体的体积区域中的共同平面中的点接收的回声转换成该平面的超声图像，例如，如美国专利US 6443896(Detmer)中所描述的。体积绘制器42将3D数据集的回波信号转换成如从给定参考点所看到的投影的3D图像，如在美国专利US6530885(Entrekin等人)中所描述。
2D或3D图像被从扫描转换器32、多平面重新格式化器44、以及体积绘制器42耦合到图像处理器30用于进一步增强、缓存和临时存储，以在图像显示器40上显示。除了用于成像外，由多普勒处理器28生成的血流值以及由B模式处理器26生成的组织结构信息被耦合到量化处理器34。所述量化处理器生成不同流动状况的量度(例如，血流的体积率)以及结构测量结果(例如，器官的尺寸和孕龄)。量化处理器46可以接收来自用户控制面板38的输出，例如，要进行测量的图像的解剖结构中的点。
来自量化处理器的输出数据被耦合到图像处理器36以产生测量结果图像和值，其中，图像在显示器40上。图形处理器36也可以生成图形叠加以用于与超声图像一起显示。这些图形叠加可以包括标准识别信息，例如图像的患者姓名、日期和时间、成像参数等等。出于这些目的，图形处理器从用户接口38接收输入，例如患者姓名。
所述用户接口还被耦合到发射控制器18以控制来自换能器阵列6的超声信号生成，并因此控制由换能器阵列和超声系统生成的图像。用户接口也可以被耦合到多平面重新格式化器44以选择和控制多个经多平面重新格式化的(MPR)的图像的平面，其可以被用于执行MPR图像的图像场中的量化的度量。
控制器50被连接到信号处理器22，以提供本发明的用于确定对预定约束的遵从的功能。
如本领域技术人员将理解的，超声诊断成像系统的上述实施例旨在给出这种超声诊断成像系统的非限制性示例。技术人员将立即意识到，超声诊断成像系统的架构中的若干变化是可行的，而不脱离本发明的教导。例如，如也在上述实施例中所指示，也可以省略微波束形成器12和/或多普勒处理器28，超声探头4可以不具有3D成像能力等。控制器50可以是信号处理器22的一部分，并且单元22和50两者的功能可以以软件和硬件的任何布置来分布。其它变型对本领域技术人员来说是显而易见的。通常，本发明可以体现在配备有用于采集数据的超声探头的超声工作站中。
现在将参考图2描述图1的控制器50。
控制器50被示意性地示出，并且具有用于从信号处理器22接收超声数据的输入52，其被提供给包括基于模型的分割处理器56的解剖数据提取单元54。输入单元58从患者身体上的生理传感器60接收超声数据以及来自解剖数据提取单元54的解剖数据以及诸如ECG数据的生理数据。输入单元将数据提供给约束确定单元62，约束确定单元62与约束数据库64进行交互，约束数据库64可以是控制器50的一部分，或者可以是外部的并且可以通过有线或无线链路(未示出)访问。显然，系统的输入可以替代地采用多种形式中的任何一种——可以提供外部(传感器)接收单元，以将数据处理为使其可访问以用于确定约束的格式。
遵从性监视单元66被布置为从约束确定单元62接收所确定的约束，并从输入单元58接收数据，以生成输出数据到与用户接口70通信的反馈单元68。用户具有输入单元72，例如键盘和鼠标或触摸屏，用于向用户接口70提供用户输入。该输入单元72当然可以与用户控制面板38集成在一起。用户接口向显示器74提供输出，所述显示器可以是监视器40或单独的显示器，并且还可以具有诸如扬声器的可听输出，以向用户指示控制器50的处理结果。
在实况采集期间，在监视器40上向用户显示数据的实时预览，所述用户可以触发记录。系统2可以访问存储的记录的数据库或从这些存储的记录获得的至少一组相关测量结果。
遵从性监视单元66在由控制器50运行的应用程序的后端中，提供一组约束(空间，时间和/或图像质量)，并且监视所采集的超声数据对这些约束的遵从性。该集合可以源自通过用户接口70的手动用户输入，或者源自数据库64，所述数据库存储从与特定应用或介入有关的指南文档中取得的预定义约束。
反馈单元68从遵从性监视单元66采集监视结果，并通过用户接口70向显示器74提供输出，所述输出示出了超声成像的当前状态以及用户的遵从性量度。遵从性可能与有多好地满足约束有关，或者与与应用相关的一些用户定义的量(例如主动脉瓣直径)的一致性有关。显示器可以包括类似于交通信号灯的指示器，以向用户提供针对若干约束条件(空间、时间和/或图像质量；当前和历史/累计)中的每个的状态的清楚和直观的指示。根据符合程度，可以显示从绿色到黄色到红色的颜色。使用该视觉反馈，用户可以在患者检查时即实时地调整其采集或确保测量的可重复性。显示器74还可以包括扬声器，所述扬声器用于提供听觉输出以向用户通知成像状态，以补充所述视觉指示。
显示的一个示例在图3中示出。在该示例中，显示器是与示出超声图像的图1的显示器40相同的单元。但是，如上所述，它可以是专用显示器74。无论哪种情况，在采集图像的过程期间，用户都应该可以看到它，以使用户对其做出反应并进行适当的调整。
在图3的示例中，针对三个不同约束中的每个约束的一个小灯80、82、84(即，分别在屏幕的预定区域显示的颜色)使用例如交通信号灯颜色编码指示那一刻的遵从性的水平。较大的灯86通过其颜色指示相对于当前记录的历史上的各个单个约束的图像的最佳联合遵从性的分数。此外，屏幕右侧的彩色正方形88、90、92，与灯80、82和84的顺序匹配，针对每个过去的记录，平均而言，它与来自实况采集中的最佳匹配的一致性如何。左下角的彩色方块94、96和98指示当前实况采集的最近完成的和N个先前的心动周期之间图像的一致性，按从左到右的时间顺序显示，如时间箭头100所示。在此示例中，N＝2。
因此，在图3的屏幕中，可以提供一个累积指示器，所述指示器指示在最后一个心动周期中有多好地完成所述一组约束。一旦用户开始记录，即从实况取景模式进入记录，指示器也可用于指示自记录开始以来在任何最佳心动周期中对所述组的满足程度。这提供了关于记录是否已经充分捕获了所需种类的数据或进一步的心动周期是否将有益的反馈。
如前所述，指示器94、96和98指示最后一个完整的心动周期与过去周期的特定历史记录的一致性。这种一致性可能源于满足全部约束条件的程度，或者源于用户定义的测得的量的一致性。这可以检查采集的可重复性。最后，在完成记录的同时，可以指示其相对于一组最近存储的记录的一致性。可以如前所述地计算和表达一致性。
视觉指示当然可以以任何方便和实用的方式提供，并且不必是屏幕显示的一部分。它们可能是台式设备上的LED显示器。
可以在离散标尺(例如，已实现、几乎已实现、适度实现或未满足)上表达对约束的遵从性。交通信号灯序列是一个示例，其中绿色是将实现，琥珀色将是几乎或中等程度地满足，并且红色将是未满足。例如，可以基于分割后的轮廓超出当前视场的限制多少和多远来描述满足空间FOV约束的程度。可以通过多种方式中的任何一种在图3的屏幕显示中指示此遵从性的水平。
遵从性监视单元66处理图像数据并将其链接到附加信息，例如ECG信号，其表示心动周期中的心跳相位，以用于采集。典型的ECG信号的示例如在图4中所示，其中标准化信号沿水平轴相对于时间(以秒为单位)绘制。该处理包括在分割处理器56中对图像进行基于模型的快速分割，以利用解剖学信息(例如，腔室、瓣膜或周围血管的位置)丰富输入的超声数据。为了加快分割过程，可以使用前一帧的分割来初始化一帧的分割，以最大程度地减少所需的调整的程度。在基于模型的分割之后，可以经由ECG将解剖部位链接到图像数据以及心脏时相。在没有ECG的系统的更基本版本中，可以直接从基于模型的分割估算心脏相位。
在图5中以图形方式显示了一个基于模型的心脏分割示例，其中叠加在2D切片图像上的循环是心脏解剖结构的识别区域模型中的几何形状。在自动校正过程期间，空间位置显示为在两幅图像之间平移，从底部图像开始到顶部图像结束。
使用该信息，可以检查与激活的一组约束的遵从性。这组约束条件可以由用户手动提供，也可以从数据库64中读取，所述数据库存储用于在特定临床应用中进行最佳采集的指南。遵从性监视单元66将超声数据和来自解剖数据提取单元54的解剖分割数据与约束确定单元62中的当前一组约束进行比较，以将比较结果输出至反馈单元68。例如，约束可以实现为一组可由用户参数化的原语。例如，时间约束可以采取心动周期内的时段形式(最大范围从0％到100％)。空间约束可以是界标，这些界标可以是但不限于像IS_IN_FOV(视场)的原语，其中，用户可以传递一组需要位于视场内的预定义解剖部位，或者像IS_CLOSE，其中，用户可以传递应当彼此接近的一组界标，例如主动脉小叶尖端。图像质量约束可以包括图像内的对比度水平，即感兴趣特征的可见性。
对于TAVI，例如，经导管主动脉瓣植入术，应在收缩早期(时间约束)期间从主动脉的三腔观(空间约束)进行设备选择和定尺寸，此处可以测量最大直径[Kasel,A.M.；Cassese,S.；Bleiziffer,S.；Amaki,M.；Hahn,R.T.；Kastrati,A.&Sengupta,P.P.Standardized imaging for aortic annular sizing:implications fortranscatheter valve selection JACC Cardiovasc Imaging,2013,6,249-262]。在另一个示例中，LV射血分数的测量需要左心室完全位于成像视场内，并且这要求在心内膜边界处有良好的图像对比度(质量约束)。
在系统的更高级版本中，遵从性监视单元66不仅监视提供符合图像准则的有用测量所需的约束，而且还可以这样监视测量结果(例如，在约束下的主动脉瓣直径)。反馈单元68可以使用该信息来不仅评估一致性(即关于满足约束的程度图像的可再现性)，还可以评估测量的一致性。关于测量的一致性当然可以是确定和应用的约束之一。
本发明可以应用在需要或推荐对心脏进行超声成像的任何情况下，例如心血管疾病的诊断或处置。对于已发布专用采集准则的应用程序，尤其重要。本发明可以指导采集并且帮助确保采集的数据适合于期望的测量或评估。通过跨心动周期甚至跨一组存储的记录进行检查，它还可以进一步帮助可重复性。由于本发明旨在支持采集并且避免不合适的数据或者甚至重新采集，因此本发明可以有用地用于超声工作站，例如Philips EPIQ工作站。
如先前所解释的，超声图像处理装置2可以被配置为将包括LV，RV，LA和RA解剖部位模型的心脏模型自动映射到包括对象(患者)的心脏的图像的超声图像(优选地，体积超声图像)上，通常但并非必须是患者心脏的横截面图，例如使用WO 2016/142204 A1中公开的映射算法。这样的心脏模型通常是基于模型的分割算法，其利用关于心脏的一般结构布局、3-D体积超声图像中心脏位置如何变化、不同患者之间心脏形状如何变化、以及使用超声成像对心脏成像的方式的先验知识。
通常在进行此类映射之后，利用映射的心脏模型对超声图像进行自动分割，以便自动获得心脏的测量结果，例如诸如射血分数和心输出量等参数的测量结果，其需要在心脏周期的各个时相的心室内血液量在心室的二维或三维图像中被描绘出。
如果用户控制面板38包括触摸屏或鼠标或其他这样的用户输入设备，则可以增强用户接口。用户可以例如使用相对于上述指示器应用的诸如划过屏幕或在将指示器定位在屏幕上的同时单击的手势来显示比仅由指示器给出的更详细的遵从性或一致性信息。可以通过在指示器上单击鼠标以提供用户与反馈指示器的交互性，以请求显示更详细的反馈信息。对于基于平板电脑的超声，显示空间将非常有限，因此，除非如此要求，否则不需要显示额外的信息。然后，所述信息可以在屏幕上显示为弹出窗口。
一旦确定用户确认了心脏模型在显示器40上显示的心脏超声图像上的映射，就由分割处理器56使用如先前解释的任何合适的分割算法对心脏超声图像进行分割，之后，分割结果在显示器74或40上显示。这样的分割结果例如可以包括动态心脏参数的测量结果，例如射血分数，以便使用户能够评估一段时间内(例如经过一个或多个心脏周期)的心脏性能。
将理解的是，CMUT单元8可以仅在不接收脉冲回波的情况下以传输模式操作以进行治疗。
图6是使用图1和2的系统的过程的示例的流程图。在步骤101中，开始超声成像过程，并且输入单元58优选地与来自传感器60的生理传感器数据一起接收超声图像和分割结果。在步骤103中，约束确定单元62从输入单元58接收数据并基于其与约束数据库64的交互来编译一组当前约束条件，以搜索适当的约束条件和/或其从用户接口70接收的约束条件数据。在步骤105中，遵从性监视单元66监视输入数据对当前一组约束的遵从性，并将输出提供给反馈单元68。在步骤107中，反馈单元基于遵从性来生成一组指示，并将其提供给用户接口70。在步骤109中，用户接口生成用于在显示器74上显示指示的信号，以及用于其扬声器的任何可听信号。在步骤111中，控制器50使用输入单元72来对来自用户的输入进行响应，传达用户基于有利的指示而停止超声采集过程的决定，以停止该过程。
本发明的各方面以上参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图得以描述。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现，以在超声图像处理装置的处理器装置上全部或部分地执行，使得指令创建用于实现流程图和/或框图方框中指定的功能/动作的单元。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以指导超声图像处理装置以特定方式起作用。
可以将计算机程序指令加载到处理器装置上，以使一系列操作步骤在处理器装置上执行，以产生计算机实现的过程，使得在处理器装置上运行的指令提供用于实现在流程图和/或方框图中指定的功能/动作的过程。该计算机程序产品可以形成超声图像处理装置10的一部分，例如可以安装在超声图像处理装置10上。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。可以通过任何适当的网络连接来访问这样的系统、装置或设备。例如，可以通过网络访问该系统、装置或设备，以通过网络检索计算机可读程序代码。这样的网络可以例如是因特网、移动通信网络等。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)可以包括以下项：具有一条或多条电线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或上述的任意合适组合。在本申请的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括具有实现在其中的例如在基带内或者作为载波的一部分的计算机可读程序代码的传播的数据信号。这样的传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于，电磁的、光学的、或者它们的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且其能够传递、传播或传输程序用于由指令运行系统、装置或设备使用或者与其结合使用。
可以使用任何适当的介质来传送实现在计算机可读介质上的程序代码，包括但不限于：无线、有线、光纤线缆、RF等，或者前述的任何适合的组合。
可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写用于通过在处理器装置上运行来执行本发明的方法的计算机程序代码，所述编程语言包括诸如Java，Smalltalk，C++的面向对象的编程语言以及常规过程编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以作为独立软件包(例如，app)完全在处理器装置上执行，或者可以部分在处理器装置上并且部分在远程服务器上执行。在后者的场景中，所述远程服务器可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))或者可以对外部计算机做出的连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)而被连接到超声图像处理装置10。
如上所述，实施例利用了控制器。控制器可以用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器是控制器的一个示例，其采用可以使用软件(例如，微代码)编程的一个或多个微处理器来执行所需的功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，并且还可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。
可以在本公开的各种实施例中使用的控制器部件的范例包括但不限于，常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
Claims (15)
1.一种用于采集对象中的感兴趣解剖特征的超声图像的超声成像系统(50)，包括：
输入部(52)，其用于接收超声图像；
控制器(50)，其能够由用户操作并且被配置为：
处理所述超声图像以提取解剖数据；
确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束是从所提取的解剖数据和/或基于用户输入导出的；
在接收所述超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；
并且基于所确定的遵从性来生成指示；
以及输出部(70)，其用于向所述用户提供所述指示。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器(50)包括分割处理器(56)，所述分割处理器被配置为根据所述感兴趣解剖特征的映射模型来分割所述超声图像。
3.根据权利要求1或2所述的系统，包括与解剖数据有关的图像约束的数据库(64)，所述控制器被配置为从所述数据库获得所述一组约束。
4.根据任一前述权利要求所述的系统，被配置为：从至少一个身体传感器(60)接收与所述对象有关的生理数据，并且至少部分地基于所述生理数据来确定所接收的超声图像对所确定的约束的所述遵从性。
5.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述控制器(50)被配置为存储所述超声图像并且将当前接收的超声图像与存储的超声图像进行比较，以确定它们与所确定的约束的遵从程度的一致性，并且基于所确定的一致性来向所述用户提供指示。
6.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述控制器(50)被配置为存储在相继的时段内的所述超声图像的所确定的遵从性，以确定是否已经接收到预定图像类型，并且基于是否已经接收到该图像类型来向所述用户提供指示。
7.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述控制器(50)被配置为基于对不同的相应约束的所确定的遵从性来向所述用户提供单独的视觉指示(80-98)和/或听觉指示。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，包括：监视器(40、74)，其被布置为向所述用户显示所接收的超声图像；以及光显示器(74)，其被配置为基于所确定的遵从性来向所述用户显示一个或多个指示。
9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述控制器(50)被配置为根据所提取的解剖数据来评估预定测量结果，并且基于该评估来向所述用户提供输出。
10.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述超声数据是所述对象的心脏，并且所述控制器(50)被配置为关于心跳周期监视所述超声数据对空间约束和时间约束的遵从性。
11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述约束包括对所述感兴趣解剖特征成像的视场或位置或角度的空间约束，对所述感兴趣解剖特征成像的时段的时间约束和/或图像质量约束。
12.一种计算机实施的超声成像方法，用于采集对象中的感兴趣解剖特征的图像，包括：
接收超声图像；
处理所述超声图像以提取解剖数据；
确定要应用于所述超声图像的一组约束，所述约束是空间、时间和/或图像质量，所述约束基于所提取的解剖数据和/或基于用户输入；
在接收到所述超声图像时对其进行监视，以确定它们对所确定的约束的遵从性；
并且基于所确定的遵从性来提供指示。
13.根据权利要求12所述的超声成像方法，使用根据权利要求1至11中任一项所述的系统。
14.根据权利要求10或11所述的超声成像方法，包括：接收所述超声图像，直到已经接收到预定图像类型为止；向所述用户提供已经接收到该图像类型的指示，并且然后通过接收不同图像类型的超声图像来继续该过程。
15.一种包括计算机可读存储介质的计算机程序产品，所述计算机可读存储介质具有体现在其上的计算机可读程序指令，所述计算机可读程序指令用于当在根据权利要求1至11中的任一项所述的超声成像系统的控制器上运行时使所述控制器实施根据权利要求12所述的方法。
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