CN112752545A - 各向异性组织的剪切波弹性成像的超声系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开包括用于利用剪切波弹性成像以相对于组织的各种角度来对各向异性组织成像的超声系统和方法。示例性超声成像系统包括：耦合到位置跟踪系统的探头，所述位置跟踪系统用于跟踪探头相对于对象的位置；以及与探头通信的处理器。处理器可以从所述位置跟踪系统接收位置跟踪数据。所述处理器可以：在各向异性组织中定义至少一个目标平面，确定探头的当前位置与目标平面的位置之间的差异，并且提供该差异的视觉指示符，其中，所述处理器响应于成像平面相对于目标平面的所述位置的变化而动态地更新所述视觉指示符。

Description

各向异性组织的剪切波弹性成像的超声系统和方法
技术领域
本公开涉及用于利用剪切波弹性成像以相对于组织的各种角度来对各向异性组织成像的超声系统和方法。
背景技术
超声成像系统，例如基于推车的超声成像系统，通常包括用户接口，所述用户接口与探头和显示器结合操作以采集和显示来自诸如患者的对象的图像。超声成像系统可以使用剪切波弹性成像来确定组织的机械性质。剪切波弹性成像可以用于筛查和诊断目的，例如以识别组织中异常刚度的区域，其可以指示例如肿瘤的存在。
不同类型的组织具有不同的属性。特定类型的组织(例如，肝脏组织)通常可能是各向同性的，而特定其他类型的组织(例如，肌肉骨骼、血管壁和心肌组织)则可能是各向异性的，其中组织的性质(例如刚度)可能基于测量该性质的方向而变化。为了表征各向异性组织的特性，可能需要在相对于组织的多于一个取向上使用探头进行测量。但是，操作者可能难以精确地控制或记录探头的方向。本文描述的示例可以提供针对各向异性组织成像的领域中的一个或多个挑战的解决方案。
发明内容
本公开涉及用于利用剪切波弹性成像以相对于组织的各种角度来对各向异性组织成像的超声系统和方法。在至少一个方面中，本公开涉及一种用于剪切波成像的超声成像系统。超声成像系统可以包括探头和处理器。探头可以发送和接收超声回波信号，以产生对象的各向异性组织的剪切波图像。探头可以被耦合到位置跟踪系统，用于跟踪探头相对于对象的位置。处理器可以与探头通信并且被配置为从所述位置跟踪系统接收位置跟踪数据。处理器可相对于各向异性组织的参考平面以一角度定义各向异性组织中的至少一个目标平面。所述处理器可以确定在由位置跟踪数据指示的位置处的探头的成像平面的第一位置与至少一个目标平面的第二位置之间的差异。所述处理器还可以在超声系统的显示器上提供所述差异的视觉指示符，并且响应于成像平面相对于目标平面的所述位置的变化而动态地更新所述视觉指示符。
在至少一个方面中，本公开涉及一种剪切波成像。所述方法可以包括基于至少部分地基于从耦合到探头的位置传感器接收的传感器数据生成的位置跟踪数据来确定探头相对于各向异性组织的成像平面的位置。该方法可以包括定义至少一个目标平面和/或确定成像平面的位置与至少一个目标平面的位置之间的差异。该方法还可以包括在显示器上提供所确定的差异的视觉指示符，并且响应于成像平面的位置的变化而动态地更新所述视觉指示符。该方法可以包括利用探头来产生目标平面的至少一幅剪切波图像。
本公开的各方面，例如本文描述的用户接口的特定元件和/或由超声系统的处理器执行的功能，可以体现在包括处理器可执行指令的计算机可读介质中。例如，用于提供一个或多个图形用户接口或其元素的处理器可执行指令可以被并入软件包中，例如用于在分析工作站上运行。本公开的各方面可以促进如下文进一步描述的离线图像分析，但是应当理解，本文描述的原理可以等同地应用于在线图像分析(例如，在图像采集期间或之后不久执行的分析)。根据一个实施例，包括用于显示超声图像的处理器可执行指令的非瞬态计算机可读介质可以包括用于以下操作的指：显示来自第一多个存储的图像文件的第一图像帧令，其中，所述图像文件包括与采集第一图像帧期间的探头位置相对应的第一位置信息；经由用户接口接收对正交视图的请求；将所述第一位置信息与针对存储的图像文件中的第二多个图像文件的位置信息进行比较以识别所述第二多幅图像帧中与最接近所述第一位置信息的位置信息相关联的一个或多个图像帧；并且将每个一个或多个图像帧的表示显示为候选正交视图。
附图说明
图1是根据本公开的一些示例构建的用于各向异性组织的引导剪切波弹性成像的系统的框图。
图2是根据本公开一些范例的超声系统的框图。
图3A、3B、3C、3D、3E和3F是根据本公开的一些范例的相对于各向异性组织的探头放置的图示。
图4A和图4B是根据本公开的一些示例的与示例性系统的部件(例如，探头和/或电磁场生成器)相关联的坐标系的图示。
图5A、5B和5C是根据本公开的一些示例的提供视觉指示符的图形用户接口元件。
图6A和6B是根据本公开的一些示例的包括位置指示符的肌肉组织的示例剪切波弹性成像图像。
图7A和7B是根据本公开的一些示例的与探头和各向异性组织相关联的坐标系的框图。
图8是描绘根据本公开的一些示例的各向异性组织的引导剪切波弹性成像的方法的流程图。
具体实施方式
对特定实施例的以下描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明或其应用或用途。在本系统和方法的实施例的以下详细描述中，参考了附图并且通过图示的方式示出了可以实践所描述的系统和方法的特定实施例，附图形成实施例的一部分。足够详细地描述这些实施例以使得本领域技术人员能够实践当前公开的系统和方法，并且应当理解，可以利用其他实施例，并且可以在不脱离本系统的精神和范围的情况下进行结构和逻辑上的改变。此外，为了清楚起见，当对本领域技术人员显而易见的情况下，将不讨论对某些特征的详细描述，以便不掩盖对本系统的描述。因此，不应当从限制性意义上看待以下详细描述，并且本系统的范围仅由权利要求界定。
下面还参考根据本实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图说明来描述本技术。应当理解，框图和/或流程图的框以及框图和/或流程图的框的组合可以由计算机可执行指令来实现。这些计算机可执行指令可以被提供到通用计算机、专用计算机的处理器、控制器或控制单元，和/或其他可编程数据处理装置以生产机器，使得经由计算机的处理器和/或其他可编程数据处理装置运行的指令创建用于实施框图和/或流程图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。
可以通过本文的示例来解决在相对于组织的引导角处可靠地采集各向异性组织的剪切波弹性成像图像中的某些困难，例如，通过向用户(例如，超声检查者)提供关于位置和/或探头的成像平面到期望的或目标成像平面位置的接近度的反馈，并且在一些情况下，通过提供指令来调整所述探头的位置并且从而调整相应的成像平面的位置，以便定位所述探头以采集所述各向异性组织的目标视图。额外地或替代地，本文的示例可以使得能够在一个或多个目标平面处收集数据，在这种数据收集期间增加探头放置的可靠性，和/或允许在测量期间准确记录探头放置。
各种类型的组织可具有各向异性特性。例如，骨骼肌表现出各向异性的机械性能，即组织刚度随负荷方向变化。为了充分表征肌肉的刚度，通常需要在换能器成像平面与肌肉纤维取向之间的不同角度处的多个刚度测量点(例如，平面内纤维和横切面纤维作为两种极端情况)。最近的研究表明，通过在整个成像角度范围内进行多方向刚度测量，可以提供更多的诊断潜力。然而，对于超声检查医师来说，准确地操纵探头的方向并确定成像平面与肌肉纤维方向之间的角度可能是具有挑战性的。根据本公开的用于剪切波弹性成像的超声系统和方法可以促进相对于纤维取向的剪切波成像平面的控制，从而导致作为负载方向的函数的肌肉硬度的更准确的评估，这可以实现对表现出各向异性行为的器官和组织更加完整、准确、标准化的定量刚度测量。尽管本文针对肌肉骨骼组织描述了某些示例，但是应当理解，本公开的原理可以等同地应用于任何类型的各向异性组织(例如，血管壁组织、心肌等)。
根据本公开的实施例的装置、系统和方法旨在引导剪切波弹性成像系统相对于组织的位置(例如，空间中的位置和角度)。成像系统可以包括探头，所述探头发送和接收超声脉冲以便在成像平面中形成组织的图像。耦合到探头的位置测量系统(例如，位置跟踪系统)可以实时确定成像平面相对于位置测量系统坐标系(世界坐标系)的位置。可以将关于当前成像平面相对于世界坐标系的位置的反馈提供给系统的用户(例如，经由图形显示器)，以引导成像平面的放置并在确定的位置捕获数据。该系统可以引导用户在围绕组织的各种不同位置处定位和重新定位成像平面(例如，通过重新定位或旋转探头)。通过在多个位置记录B模式、剪切波弹性成像和/或其他模态的图像，并记录每幅图像的拍摄位置，所述系统可以构建各向异性组织特性的更完整图片。
图1描绘了根据本公开的一些实施例的与超声成像系统112相关联的操作环境100。操作环境100的部件可以至少部分地用于实现本公开的实施例。例如，图1示出超声成像系统112，其可以包括或可操作地耦合到探头106、超声基座114和处理单元118(在一些实施例中可以位于基座内)，位置跟踪系统116可以包括位置场生成器117和连接到探头106的传感器108或与其可操作地关联，以及用探头106对对象104进行超声成像的用户102。图1中所示的部件仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
在图1的操作环境100中，用户102可以利用探头106，所述探头可以是探头106的一部分和/或可通信地连接到超声成像系统112的探头106以对对象104的各向异性组织105进行超声检查，并且更具体地，获得对象104的各向异性组织105的超声剪切波弹性成像图像。探头106可以相对于各向异性组织105布置为使得其扫描包括各向异性组织105的横截面的测量平面110。探头106可以包括传感器108，传感器108可以耦合到位置测量系统116，以确定探头106的位置(例如，空间位置和/或取向)，从而确定测量平面110的位置。在一个示例中，传感器108可与由位置测量系统116的场生成器117生成的电磁场相互作用以确定传感器108的位置。在其他示例中，位置测量系统116可能涉及光学跟踪(例如，光学传感器记录探头上光学标记的位置)、机械跟踪(例如，将探头连接到机械臂，刚性立体定位框架)和/或基于超声图像的跟踪。在其他实施例中可以使用其他位置测量或跟踪系统。探头106可以耦合到图像数据采集部件，所述图像数据采集部件可以位于图像的成像基座114中以在测量平面110上采集图像数据。
超声系统112包括耦合到探头106的超声基座114和处理单元118。处理单元118可以从位置跟踪系统116和/或传感器108接收关于探头106的位置的数据，并且可以从超声基座114接收测量数据。在一些实施例中，处理单元118可以是耦合到超声基座114的计算机。超声系统112可以包括显示器120、处理器126、控制器128以及包括包括指令132的存储器130，所述指令132可以包括一个或多个步骤133a-133e。处理器126和/或控制器128可以基于指令132进行操作以分析信息和/或控制超声系统112。显示器120可基于来自超声成像系统112的测量数据和/或来自传感器108和/或位置跟踪系统116的位置数据来显示至少一幅图像124和/或一个或多个视觉指示符122。
探头106可用于使生物组织中的感兴趣区域成像，例如包括各向异性组织105的区域。如所描述的，各向异性组织通常是可以具有不同性质的组织，例如，取决于相对于要测量该性质的组织的取向，所述组织可以具有不同的硬度。在一些示例中，被成像的各向异性组织105可以是肌肉骨骼组织、心肌组织、血管壁组织、甲状腺组织或其任何组合。当然，本文的示例可以适用于本文所述的特定示例以外的其他类型的组织。可以测量各向异性组织105的一种或多种性质，例如刚度，并且可以用于评估和/或诊断诸如损伤、营养不良和/或肌炎的状况。
探头106可用于采集各向异性组织105的剪切波弹性成像图像。为此，探头106可以包括换能器，所述换能器可操作以向各向异性组织105发射“推动脉冲”，生成剪切波，该剪切波然后传播通过各向异性组织105。替代地，组织中的剪切波可以在没有声辐射力的情况下生成，而是经由外部施加到组织上的机械力生成，例如通过构造成压缩组织的机械振动器。探头106可以进一步可操作以发射跟踪脉冲，所述跟踪脉冲可以用于测量剪切波传播时的速度。可以分析(例如，通过处理器126)测得的剪切波的速度，以确定各向异性组织105的刚度。剪切波弹性成像数据可用于产生剪切波弹性成像图像。
探头106的换能器可以是线性(或一维)换能器，其可操作以通常从单个成像平面110接收数据。在一些实施例中，线性探头可以在方位角方向上定相或可控，以增加视野。尽管如此，线性换能器可能需要被物理地重新定位(例如，相对于对象倾斜或脚趾跟，或者旋转至相对于对象的不同取向)，以便在穿过生物组织的高度不同的成像平面中采集图像数据。当使用根据本文的示例的系统对对象进行成像时，系统可以接收指定探头106的位置的位置数据(包括探头的空间位置(3D)和探头的方向)并且从而指示相对于参考系(例如，位置测量系统的坐标系)的成像平面。随着检查的进行，例如，为了采集相对于组织105的不同取向的图像，超声系统112可以指导用户102改变探头106的位置，从而改变成像平面110的取向。
探头106可以耦合到位置跟踪系统116，以确定探头106相对于位置跟踪系统116的位置。探头106可以包括至少一个传感器108，其可以从位置跟踪系统116接收信息。至少一个传感器108可以被附接到探头106或者可以被集成到探头106。位置跟踪系统可能与对象104具有已知的空间关系。在一些示例中，位置跟踪系统可以例如通过在超声检查开始时例如将探头106在空间上配准到对象而配准到对象104。如图所示，位置跟踪系统116可以包括位置场生成器117，其生成与至少一个传感器108相互作用的场。在一个实施例中，至少一个传感器108可测量场的性质。在另一实施例中，所述至少一个传感器可以在可由位置场生成器117测量的场中产生扰动。
来自至少一个传感器108和/或位置场生成器117的测量结果可用于确定至少一个传感器108中的每个相对于位置场生成器117的位置。这些测量结果又可以用于基于至少一个传感器108中的每个的位置与探头106之间的已知关系来确定探头106的位置。可以将测量结果发送到超声系统112以确定探头106的位置，或者可以由位于位置跟踪系统116或探头106中的处理器进行这些计算。尽管图1将位置跟踪系统116描绘为耦合至超声系统112，但是在一些实施例中，位置跟踪系统116没有直接连接至超声系统112，并且探头106的传感器108向超声系统112提供位置测量值。传感器108可以直接耦合至超声系统112，或者可以经由探头106和/或位置跟踪系统116间接耦合。
如本文中更详细描述的，位置跟踪系统116可以与对象104和/或各向异性组织105的位置具有已知关系，从而允许确定探头106的位置与各向异性组织105的位置之间的关系。在一个示例中，位置场生成器117可以位于对象104下方，例如嵌入支撑对象104的床垫中。在其他示例中，如果假设组织105相对于位置测量系统116不在移动，则可能不需要确定探头106与各向异性组织105之间的关系。
位置跟踪系统116可以具有围绕对象104和/或各向异性组织105的覆盖区域。覆盖区域可以限定可以确定探头106的位置的区域。覆盖区域的大小和形状可以由位置场生成器117的属性确定。可以通过移动探头106并标记不同的位置来定义覆盖区域。作为示例，超声系统112可以提示用户102(例如，经由显示器120)将探头106移动到相对于对象104的一个或多个设置位置。这些位置可能是预期覆盖区域的边缘。超声系统112可以记录期望的覆盖区域的大小，并且随后可以提供反馈(例如，经由音调和/或显示器120)以指示探头106在覆盖区域的边缘处或附近。
在一些实施例中，位置跟踪系统116可以是电磁跟踪系统。位置场生成器117可以是电磁场生成器，其生成关于对象104的电磁场。传感器108可以是电磁传感器，其在传感器108的位置处检测电磁场的性质(例如，振幅)。该电磁场生成器可以是台式电磁生成器，并且可以定位在支撑对象104的结构(例如，轮床，成像台，床)上或附近。在其他实施例中可以使用其他形式的位置跟踪系统116和传感器108。
在图1的示例中，超声系统112通信地耦合到探头106和位置跟踪系统116。超声系统112可以从探头106和位置跟踪系统116接收数据和/或可以控制它们以改变这些部件的操作。超声系统112可以被提供为诸如在推车上的移动单元，或作为诸如平板电脑的便携式手持单元。探头106和/或位置跟踪系统可以通过有线和/或无线(例如，Wi-Fi，蓝牙)连接而被耦合到超声系统112。超声系统112可以具有耦合到探头106的超声基座114。超声基座114可以控制由换能器发送的剪切波弹性成像并从探头106接收数据。尽管图1将超声基座114和处理单元118描绘为超声系统112的分离部件，但是应当理解，超声基座114可以与诸如处理器126、控制器128和存储器130的处理单元118共享部件。在一些实施例中，超声基座114和处理单元118可以被集成到单个单元中。
超声系统112包括操作单元118，所述操作单元118(通过超声基座114)被耦合到探头106和位置跟踪系统116。操作单元118可以从探头106(和/或超声基座114)接收剪切波弹性成像数据，并生成一个或多个剪切波弹性成像图像124。处理器126可以利用指令132(例如，通过执行步骤133a)来分析来自探头106、传感器108和/或位置跟踪系统116的数据以确定探头106的位置。探头106的位置可以实时确定。位置和/或图像124可以另外存储在存储器130中。处理器126可以确定要在其上拍摄图像的一个或多个目标位置或平面(例如，通过执行指令132的步骤133b)，并确定探头106的当前位置与目标平面之间的差异(例如，通过执行步骤133c)。处理器126可以操作指令132以生成一个或多个视觉指示符122，其描绘成像平面110相对于各向异性组织105的目标平面的当前位置(例如，通过执行步骤133d)。当探头106和目标平面对齐时，处理器126可以执行指令132以产生剪切波图像(例如，步骤133e)。处理单元118可以包括显示器120，显示器120显示图像124和/或视觉指示符122。尽管已经描述了指令132的某些特定步骤133a-133e，但是应当理解，指令132可以包括更多或更少的步骤，并且这些步骤可以被重复、重新布置和/或选择性地改变。
处理器126可生成一个或多个视觉指示符122，其可以引导探头106的定位，使得成像平面110的位置与目标平面的位置匹配。视觉指示符122可以向用户102提供反馈，以通过移动探头106来手动地调整成像平面110的位置。处理器126可以通过生成指令来更新探头106和/或成像平面110的位置而直接调整探头106和/或成像平面110的位置，并且控制器128基于那些指令来调整探头106和/或成像平面110的位置以匹配目标平面的位置来控制致动器。超声系统112可以生成各种目标平面，以在相对于各向异性组织105的各个位置处引导各向异性组织105的剪切波弹性成像。视觉指示符122可以提高探头106定位在各种位置中的每个位置上的准确性。
超声系统112可以沿成像平面110捕获剪切波弹性成像图像(数据)，并且还可以存储和/或取回先前记录的数据以供以后查看。图像124和/或位置数据可被保存在存储器130中并根据需要调出。超声系统112可以基于收集数据的特定位置来对不同图像进行分类，并且可以允许用户102基于这些分类来对不同图像进行分类或选择。例如，超声系统112可以具有“查找正交”工具，其选择与当前显示的图像正交的图像。可以基于对存储器130中的保存数据的选择来生成报告。
图2示出了根据本公开的一些实施例的超声成像系统200的框图。超声成像系统200可以用于至少部分地实现图1的超声系统112。图2示出了超声成像系统200，其包括超声探头206、换能器阵列270、微波束形成器268、发射/接收(T/R)开关250、波束形成器252、发射控制器210、信号处理器254、B模式处理器262、扫描转换器260、多平面重新格式化器266、体积绘制器264、图像处理器258、图形处理器256、用户接口274、输入设备272和输出设备220。图2中所示的部件仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
超声成像系统200包括探头206，在一些实施例中，探头206可用于实现图1的探头106。探头206位于对象周围，并且被用于捕获关于对象组织的数据。在图2的超声成像系统200中，超声探头206包括用于发射超声并接收回波信息的换能器阵列270。各种换能器阵列在本领域中是公知的，例如，线性阵列、凸型阵列或相控阵列。换能器阵列270例如可以包括能够在高度和方位维度上扫描以用于2D和/或3D成像的换能器元件的二维阵列。换能器阵列270耦合到通常定位于超声探头206中的微波束形成器268，微波束形成器268控制阵列中的换能器元件对信号的发送和接收。在该示例中，微波束形成器268例如通过探头电缆或无线地耦合到发送/接收T/R开关250，其在发送与接收之间切换。T/R开关250因此可以保护波束形成器252免受高能量发射信号的影响。在一些实施例中，T/R开关250和系统的其他元件可以包括在换能器探头中，而不是在单独的超声系统基座(例如，超声基座114)中。
在微波束形成器268的控制下，来自换能器阵列270的超声束的传输由耦合到T/R开关250和波束形成器252的传输控制器228引导。发射控制器228从用户接口274的输入设备272的用户操作接收输入。发射控制器228可以是超声系统基座(例如，图1的超声基座114)的部件，或者可以是超声系统的通用控制器(例如，图1的控制器128)。可以使用一个或多个输入(例如可以包括软和/或硬控件的控制面板)和输出设备(例如一个或多个显示器)来实现用户接口274，如下文中进一步所述。由发射控制器228控制的功能之一是波束被转向的方向。波束可以被转向为从换能器阵列垂直向前(垂直于换能器阵列)，或者以不同的角度用于更宽的视场。由微波束形成器268产生的部分波束形成的信号被耦合到波束形成器252，其中，来自换能器元件的个体面片的部分波束形成的信号被组合为完全波束形成的信号。发射控制器228可以记录波束相对于探头206的位置。如这里所描述，波束和探头206的位置可以用于确定成像平面(例如，图1的成像平面110)的位置。
波束形成的信号可以被耦合到信号处理器254。信号处理器254可以以各种方式处理接收的回波信号，例如带通滤波、抽取、I和Q分量分离以及谐波信号分离。处理器254还可以执行的信号增强，例如纹波降低、信号复合、以及噪声消除。经处理的信号可以被耦合到B模式处理器262，B模式处理器1128可以采用幅值检测来对身体中的结构进行成像。由B模式处理器产生的信号可以被耦合到扫描转换器260和多平面重新格式化器266。扫描转换器260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260可以将回波信号布置为二维扇区形格式，或者锥体三维(3D)图像。多平面重新格式化器266能够将从身体的体积区域中的共同平面中的点接收到的回波转换为该平面的超声图像，如在美国专利US 6443896(Detmer)中所描述。体积绘制器264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，例如，在美国专利US 6530885(Entrekin等人)中所描述。2D或3D图像可以被从扫描转换器260、多平面重新格式化器266、以及体积绘制器264耦合到图像处理器258用于进一步增强、缓存和临时存储，以在输出设备220上显示。输出设备220可以包括使用诸如LCD、LED、OLED或等离子显示技术的各种已知的显示技术实现的显示设备。在一些实施例中，输出设备220可以实现图1的显示器120。
图形处理器256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。图形处理器可以从输入设备272接收输入，例如键入的患者姓名。输入设备272可以包括一个或多个机械控件，例如按钮、转盘、轨迹球、物理键盘等，在本文中也可以称为硬控件。替代地或额外地，输入设备272可以包括一个或多个软控件，例如按钮、菜单、软键盘以及例如使用触敏技术(例如，电阻、电容或光学触摸屏)实现的其他用户接口控制元件。为此，超声成像系统200可以包括用户接口处理器(即，处理器226)，其可以控制用户接口的操作，诸如与软控件相关联的功能。一个或多个用户控件可以其同定位于一个控制面板上。例如，可以在控制台上提供一个或多个机械控件，和/或可以将一个或多个软控件共同放置在触摸屏上，所述触摸屏可以附接到控制台或与控制台集成在一起。例如，在一些实施例中，输入设备272可以是图1的处理单元118和/或超声基座114的一部分。
超声图像和相关联的图形叠加可以存储在存储器230中，例如用于离线分析。另外，存储器230可以存储处理器可执行指令，所述处理器可执行指令包括用于执行与用户接口274相关联的功能的指令。在一些实施例中，用户接口274可以包括图形用户接口，所述图形用户接口可以被配置为响应于系统200的处理器而显示图形用户接口元素，所述图形用户接口元素用于向超声检查者提供指导以在超声成像中执行根据本文的任何示例的对各向异性组织的剪切波弹性成像。存储器230可以是超声基座单元的一部分，或者可以是作为耦合到基座单元的计算机系统的一部分的通用存储器(例如，存储器230可以是图1的处理单元118的存储器130)。用户接口274还可以耦合到多平面重新格式化器266，用于选择和控制多个经多平面重新格式化的(MPR)图像的显示。在一些示例中，两个或多个处理部件(例如，波束形成器252、信号处理器254、B模式处理器262、扫描转换器260、多平面重新格式化器266、体积绘制器264、图像处理器258、图形处理器256、处理器226等)的功能可以组合成单个处理单元，例如图1的处理器126。
探头206、传感器208、微波束形成器268和换能器270可以组合到手持单元276中。手持单元276可以被成形为被握在用户的手中。手持单元276可以具有“头”或“面”，所述“头”或“面”包含换能器270并且被成形为定位在对象的表面上(例如，紧贴皮肤)。在一些实施例中，传感器208可以实现图1的至少一个传感器108。尽管在图2中仅显示了一个传感器208，但是应该理解，传感器208可以表示位于探头206周围的多个传感器。传感器208可以是一体的，例如被包含在探头206的壳体内，可以是附接到探头206的壳体的外部的分离的部件，或者可以是一体和组合的组合。传感器208可以位于相对于探头206的固定位置，使得通过知晓传感器208的位置，也知晓探头206和成像平面的位置。
图3A至图3F示出了根据本公开的示例的相对于各向异性组织的探头放置。探头的位置可以由与组织相交的平面的位置来定义。这些平面之间的关系可以被确定，并且可以被用来在一个或多个成像操作期间引导探头的放置。图3A-3D描绘了各向异性组织305、纤维334、探头306、成像平面310、旋转的成像平面310'和310”、参考平面311以及至少一个目标平面313和313a-313d。图3A和3C描绘了相对于各向异性组织放置在两个不同位置的探头。图3B和3D分别描绘了在图3A和3C的位置处由探头捕获的穿过组织的成像平面。图3E是组织的俯视图，描绘了目标平面313。图3F是类似于3E的俯视图，但是存在多个成像平面313a-313d。图3A-3F中所示的范例仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
在一些实施例中，探头306可以是图1的探头106的实施方式。探头306可以邻近各向异性组织305的区域而抵靠对象的表面(例如，在皮肤上)放置。各向异性组织305可以包括纤维334，其取向可以至少部分地确定各向异性组织305的各向异性性质。也就是说，当在探头306的成像平面与组织305的纤维的方向对齐的情况下测量时，组织305的给定特性(例如刚度)可以与在探头306的成像平面与纤维的方向不对齐的情况下测量时的给定特性(例如刚度)不同。探头306从成像平面310收集数据，所述成像平面可以包括各向异性组织305的一部分。可以在组织中限定参考平面311，并且在成像平面310的当前位置和参考平面311的位置之间测量角度θ。也可以在各向异性组织305中限定一个或多个目标平面313、313a-d，其相对于参考平面可以具有角度α，并且相对于当前成像平面310可以具有角度β。
图3A描绘了用于各向异性组织305的区域的剪切波弹性成像的探头306。各向异性组织305可以包括纤维334。纤维334可以大体上对齐。纤维334可具有与沿着纤维测量的相同机械属性不同的在跨纤维上测量的机械属性。在一些情况下，纤维334的取向可以限定各向异性组织305的各向异性属性。纤维334可以是例如肌肉纤维。探头306可以从延伸穿过组织的成像平面310收集数据。
图3B示出了与成像平面310相对应的各向异性组织305的截面图。在此示例中，成像平面显示为大致沿光纤334的长轴对齐。纤维334跨成像平面310延伸。成像平面310被描绘为大致矩形，但是在其他示例中可以使用成像平面310的其他形状，例如曲线、梯形、扇形和/或径向。
图3C和3D分别类似于图3A-B，但是探头306相对于其在图3A-B中的位置已经改变了位置，并且现在正在从图像平面310'收集数据。在图3C和3D中，成像平面310'被示为在纤维334的长轴上大体上对齐(例如，从图3A-B旋转约90°)。图3D的图像示出了纤维334在成像平面310'中进出。
图3E和3F描绘了探头306和各向异性组织305的简化俯视图。作为参考，各向异性组织305以俯视图示出，即使它可能被遮挡(例如，在皮肤下)也不可见。为了清楚起见，已经从这些图中省略了各向异性组织305的纤维，但是应当理解，各向异性组织305仍然可以具有纤维，例如，所述纤维可以在该视图中从左向右延伸。可以相对于各向异性组织305定义参考平面311，使得可以相对于参考平面311的位置来描述成像平面310的位置。在该示例中，参考平面311被定义为与纤维334的长轴对齐的平面(例如，图3A-3B中的成像平面310的位置)。由于探头306的位置相对于参考平面的位置旋转，因此可以将案例图像平面310'的位置测量为参考平面311与图像平面310'之间的角度θ。在图3E的情况下，角度θ可以是大约90°。
在一些实施例中，参考平面311可以相对于各向异性组织305的一个或多个特征来定义。参考平面311可以与已知的解剖结构对齐(例如，沿着骨骼的长轴或沿着肌肉纤维的预期方向)。参考平面311可以与各向异性组织305的特征对齐。参考平面311可以例如与肌肉组织的纤维的长轴对齐。该系统(例如，图1的超声系统112)可以用于确定参考平面311的位置。在示例中，可以执行各向异性组织305的3D扫描，并且可以由系统(例如，利用图1的处理器126)通过诸如机器学习的技术来识别解剖特征。然后，系统可以基于所识别的解剖特征来定义参考平面311。在一个实施例中，系统可以基于3D扫描来估计各向异性组织305中的纤维的方向，并将参考平面311与所估计的纤维的长轴对齐。在其他示例中可以使用定义参考平面311的其他方法。
在一些实施例中，参考平面311可以由用户(例如图1的用户102)选择。探头306可以包括参考帧选择器(例如，按钮)。当参考帧选择器被激活时，超声系统(例如，图1的超声系统112)可以将成像平面310的当前位置记录为参考平面311。例如，在图3A-F的示例中，参考帧选择器可以在探头306处于图3A-3B的位置时被激活。在其他实施例中可以使用用户选择参考平面311的其他方法。
系统(例如，图1的超声系统112)可以用于保存沿着图像平面310'、310”拍摄的图像以及相对于参考平面311定义的每幅图像的位置信息(例如，每幅图像可以与角度θ相关联)。该系统可以包括“重新校准参考平面”工具。该系统可以选择性地允许为保存的图像选择新的参考平面。新的参考平面可以从保存的图像之一中选择，并且可以由系统的用户选择。系统可以更新与图像一起保存的位置数据(例如，通过覆盖旧的位置数据)以反映图像相对于新的参考平面的位置。“重新校准参考平面”工具可用于考虑测量位置随时间的变化，例如，如果探头306在测量序列的过程中移动。
图3E和3F示出了探头306相对于目标平面313(在图3E中)或相对于多个目标平面中的任何一个(图3F中)的定位的示例。目标平面313、313a-d可以表示可能期望采集剪切波弹性成像图像的位置(或成像平面)。这样，目标平面313的指示符可以表示探头306的成像平面310'应当对齐的位置，以便在期望的成像平面上采集图像。超声系统(诸如图1的超声系统112)可以生成操作者引导(例如，图形用户元素提供用于一个或多个目标平面的指示符)以帮助用户采集适当的图像数据。目标平面313、313a-d可以具有相对于参考平面311的预定位置。在一些示例中，可以以相对于参考平面311的预定角度来(例如，通过系统和/或响应于用户输入)定义目标平面313。多个目标平面313a-d可以与参考平面以设定的角度间隔限定。在一个示例中，多个目标平面以15°的角度间隔被限定，使得第一目标平面相对于参考平面被限定为15°，并且另外的目标平面被定义为相对于先前的目标平面以15°的角增量。在其他示例中可以使用其他角度间隔(例如5°、10°、20°、25°等)，并且系统的用户可以选择角度间隔和范围。在一些示例中，系统可以被预设为以给定的角度间隔定义目标平面，并且预设在某些情况下可以由用户调整。
可以相对于参考平面311描述每个目标平面313、313a-d的位置。在所示的图3E的示例中，在所有平面都绕轴线旋转的情况下，参考平面311位置和目标平面313位置之间可以存在角度α。在当前成像平面310和目标平面313之间可以存在角度β。类似于图3A-3D，选择参考平面311以与各向异性组织305的纤维334的长轴对齐。已选择目标平面313与参考平面311处于大约45°(逆时针方向)的位置。因此，在该示例中，角度α可以是大约45°。在其他示例中可以使用目标平面的其他角度和位置。
可以调整成像平面310的位置以匹配目标平面313的位置。这可以采取减小角度β的形式，直到它约为0°或在0°的阈值之内。当成像平面310与目标平面313的位置对齐时，可以产生剪切波弹性成像图像。当成像平面310靠近目标平面313(例如，角度β低于所选阈值)时，可以记录剪切波弹性成像图像。剪切波弹性成像图像可以由系统(例如，图1的超声系统112)自动记录，或者由用户选择时记录。当前角度θ也可以与剪切波弹性成像图像一起记录。如示例图3E中所示，图像平面310'当前相对于参考平面311处于大约90°的角度θ。成像平面310'的当前位置可以匹配先前目标平面的位置。成像平面310'可能需要旋转大约-45°(例如，顺时针旋转45°)以与目标平面313的位置对齐。尽管在该示例中仅示出了一个目标平面313和一个旋转，但是成像平面310的位置可以再次旋转以匹配下一目标平面。在其他示例中使用其他旋转和目标平面位置。
图3F类似于图3E，但是在图3F的实施例中，系统已经生成了多个目标平面313a-313d，并且探头306被旋转为使得成像平面310”与图3A至图3E的成像平面310和310′具有不同的位置。在图3F中，与图3A-3E相似，已定义了参考平面311，其沿着各向异性组织305的纤维的轴线排列。超声成像系统可以生成多个目标平面313a-d，然后产生指令以将成像平面310定位为与序列中的多个目标平面313a-d中的每个对齐。系统可以命令序列的目标平面313a-d以最小化探头306在序列的每个对齐之间的移动。在图3F所示的示例中，超声系统(例如，图1的超声系统112)已经相对于参考平面311产生了四个目标平面313a-d。每个目标平面313a-313d以大约22.5°的角度间隔隔开。因此，从参考平面311顺时针测量，目标平面313a大约为22.5°，目标平面313b大约为45°，目标平面313c大约为67.5°，目标平面313d大约为90°。尽管已经以规则的旋转间隔示出了目标平面313a-d，但是应当理解，可以基于多种准则来生成目标平面。在一些示例中，目标平面可以不规则地间隔开。在一些示例中，可以指示除了旋转之外的其他位置改变。类似地，尽管在该示例中仅示出了四个目标平面313a-d，但是应当理解，系统可以产生更多或更少的目标平面。
如图3F所示，探头已经旋转，使得当前成像平面310”与第一目标平面313a对齐。一旦系统(例如，图1的超声系统112)在该位置(自动地或在提示用户保存图像之后)记录图像，系统就可以更新以产生方向以将探头306定位为与下一个目标平面313b对齐。因此，系统可以产生指示探头306应该从当前成像平面310”的位置旋转到目标平面313b的位置22.5°的指令。在每个目标平面313a-d处拍摄图像之后，可以重复该过程，直到系统指示没有剩余的目标平面为止。
图4A-4B示出了本公开的其他方面，并且更具体地，协调了与探头和/或系统的其他部件相关联的系统。图4A-B示出了探头406、各向异性组织405、纤维434、位置跟踪系统416、位置坐标系440、参考坐标系442、目标坐标系444和当前坐标系446。在特定实施例中，探头406可以是图1的探头106的实施方式。图4A-4B中所示的范例仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
图4A-4B所示的坐标系可以由超声系统(例如，由超声系统112的处理器126)定义和使用，以确定成像平面的当前位置与目标平面的位置之间的差异，并且生成指令以将成像平面的位置调整为目标平面的位置。坐标系可用于确定位置和方向，以便在多达三个空间和三个旋转维度上更改这些位置。图4A示出了沿着参考平面对齐的探头406，所述参考平面可以沿着穿过各向异性组织405的纤维434的长轴对齐。为了清楚起见，探头406被描绘为直接定位在各向异性组织405上，但是应当理解，在探头406和各向异性组织405的区域之间可能存在对象的一个或多个其他组织(例如，脂肪，皮肤)。类似地，位置跟踪系统416被示为定位在各向异性组织405的下表面上，但是应当理解，位置追踪系统416与各向异性组织405之间可能存在一种或多种材料(例如对象的其他组织、对象的衣服、空气、床上用品等)。
参考平面、探测器406、位置跟踪系统416和目标平面可各自与坐标系相关联。坐标可以是3D坐标，例如xyz坐标。在其他示例中可以使用其他坐标系(例如，极坐标)。坐标系可用于定义其各自平面在空间中的位置。例如，如图4A所示，参考平面沿参考坐标系442的x和y轴放置。可以在它们各自的坐标系内跟踪参考平面、探头406、位置跟踪系统416和目标平面的位置，并且可以基于坐标系的位置的变换可以用于确定这些元素相对于彼此的位置。
位置跟踪坐标系440(或世界坐标系)可以是表示为x_世界、y_世界和z_世界的xyz坐标。位置跟踪坐标系统440可以与位置跟踪系统416的位置对齐，位置可以相对于对象具有已知位置(例如，在检查室中的预定放置，或者在术中使用已知的配准方法(例如，基于刚性点的配准方法)确定的放置)对齐。位置跟踪坐标系统440因此可以用于描述相对于位置跟踪系统416并且因此相对于对象的位置。
参考坐标系442可以是表示为x_ref，y_ref和z_ref的xyz坐标。如本文所述，参考坐标系442可以与各向异性组织405的解剖特征对齐和/或由用户选择。通过使用参考坐标系442和世界坐标系440之间的已知关系，可以相对于位置跟踪系统知晓组织的位置。变换世界Tref可以被确定为将坐标信息从参考坐标系442变换到世界坐标系440。一旦确定了变换，对象就可能需要相对于位置跟踪系统416保持在固定位置(例如，通过静躺)。
可以相对于参考平面定义一个或多个目标平面。每个目标平面可以具有目标坐标系444。目标坐标系444可以是具有被表示为x_目标，y_目标，z_目标的轴的xyz坐标系。可以将变换refT目标确定为将坐标信息从目标坐标系444变换到参考坐标系442。通过将目标坐标系链接到参考坐标系442(又链接到位置跟踪坐标系440)，可以确定每个目标平面相对于位置跟踪系统416的位置。
探头406的当前位置可以在当前坐标系446中表达。当前坐标系446可以链接到探头406的位置，并且可以随着探头406的移动而移动。当前坐标系446可以是具有被表示为x_当前，y_当前，z_当前的轴的xyz坐标系。如图4A中所示，当前坐标系446与参考坐标系(442)对齐。如图4A的箭头所示，参考坐标系442可以利用函数世界Tref被变换到世界坐标系440。如图4B中所示，当前坐标系446已旋转约90°以与目标坐标系444对齐。当前坐标系446与世界坐标系440之间的变换可以通过变换世界T当前来确定。该变换可以由位置跟踪系统416确定。
超声系统的处理器(例如，图1的处理器126)可以使用坐标系之间的变换来产生用于定位探头406的方向。处理器可根据公式1来生成当前成像平面位置相对于目标平面位置的变换：
目标T当前＝(refT目标)-1(世界Tref)-1 世界T当前 公式1
处理器可以实时地将当前成像平面的位置计算到目标平面的位置。如本文所述，处理器可以生成反馈或指令以调整成像平面的位置以减小当前成像平面的位置与目标平面的位置之间的差异。处理器可以基于变换目标T当前计算成像平面的位置与目标平面的位置之间的差。如本文所述，显示器(例如，图1的显示器120)可以基于所计算的差异随着所计算的差异实时变化来显示反馈(例如，图1的视觉指示符122)。
公式1的一般变换可以用于生成用于调整探头406的位置的特定指令。在图4A-4B所示的示例中，目标平面坐标系444相对于参考平面坐标系442绕它们的相互y轴y_ref/y_目标旋转90°。换句话说，x_ref和x_目标之间以及z_ref和z_目标之间有90°的角度。在该示例中，成像平面需要经历的唯一位置改变是旋转。当前探头位置(由当前探头坐标系446确定)与目标坐标系统444之间的角度β可以通过以下方式确定：
Figure BDA0002987869010000191
Figure BDA0002987869010000192
其中，T是转置算子，目标R当前是变换矩阵目标T当前的旋转分量，
Figure BDA0002987869010000201
是经变换的列单位矢量沿x_当前到平面XZ目标上的投影，所述平面XZ目标是沿着目标坐标系444的轴x_目标和z_目标定义的平面；
Figure BDA0002987869010000202
是归一化的。角度β可以实时计算，并且可以以一个或多个视觉指示符(例如，图1的视觉指示符122)呈现给用户。尽管在该示例中目标平面和当前成像平面的位置仅可以改变角度β，但是可以基于变换来计算其他角度和/或其他位置元素。在一些示例中，可以计算3个旋转角度和3个位置矢量以便提供3D/6DOF位置信息。
图5A-5C描绘了根据本公开的一些示例的包括视觉指示符的图形用户接口(GUI)元素500、505和510。视觉指示符可以实时生成，并且可以为操作者提供有关如何重新定位或操纵探头以便采集一个或多个目标图像平面的引导。在一些示例中，视觉指示符可以包括用于重新放置探头的指令，以使得探头的成像平面与目标图像平面对齐，从而可以采集在目标图像平面上的对象的图像。视觉指示符还可提供关于成像平面相对于参考平面和一个或多个目标平面的当前位置的反馈。图5A-5C示出了视觉指示符522a-c、参考指示符548a、目标指示符550a-c、当前指示符552a-c和组织指示符554a。本文示例中的视觉指示符可以用于实现本公开的任何视觉指示符(例如，图1的视觉指示符122)。图5A-5C中所示的部件以及其布置仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
图5A-5C描绘了示例视觉指示符522a-c，其可以用于引导当前成像平面与目标平面的对齐。图5A和5B分别描绘了当当前成像平面处于第一位置和第二位置时的两个视觉指示符522a、b。图5B的视觉指示符被标记为522a'和522b'以指示改变的位置。图5C描绘了根据另一示例的视觉指示符522c。视觉指示符522a-c中的任何一个可以被提供在显示器上(例如，作为图形用户接口的GUI元素500、505、510)。视觉指示符522a-c中的任何一个可以包括被配置为描绘参考平面的位置的参考指示符548，被配置为描绘目标平面的位置的目标指示符550，被配置为描绘成像平面的当前位置的当前指示符552，被配置为描绘组织的属性(例如，组织的纤维取向)的组织指示符554或其组合。值得注意的是，在一些示例中并且如下文进一步所述，当前指示符可以被配置为动态地更新(例如，当操作都移动探头时)，使得其在任何给定时间提供目标图像平面与当前图像平面(即，探头在当前位置上的图像平面)之间的相对角度的视觉指示，或当前图像平面与目标图像平面有多接近的某种定量或定性度量。
在所示的示例中，视觉指示符522a包括矩形条形式的参考指示符548a、目标指示符550a和当前指示符552a，其示意性地表示成像阵列或探头(例如，图1的探头106)的覆盖区。在一些示例中，针对每个不同指示符的矩形条可以稍微不同地表示。例如，与参考图像平面相关联的指示符(在这种情况下，矩形条)可以以一种颜色显示，而与其他图像平面相关联的指示符可以以不同的颜色表示，或者在某些情况下，一个或多个可以表现为轮廓，而其他的可以被填充。在特定的图示示例中，将目标指示符550a的矩形条显示为轮廓，而将当前指示符552a的矩形条显示为被填充的条。当操作者将探头定位为与目标平面对齐时(如图5B所示)，填充的条与目标指示符的轮廓对齐并填充目标指示符的轮廓。在其他示例中，指示符可以在一个或两个维度上与其他指示符相比被不同地配置，例如，目标或当前指示符可以更长。在其他示例中，指示符可以彼此不同地区分，诸如是不同的颜色和/或具有不同的边框(例如，实线边框，虚线边框，点线边框等)。在一些示例中，可以提供图例以帮助区分指示符。
在该示例中，指示符覆盖在组织指示符554上，所述组织指示符554可以包括一条或多条线以表示各向异性组织的纤维(例如，图3的纤维334)的方向。在该示例中，视觉指示符522a描绘了模拟的俯视图(例如，向下朝组织观察探头的轴线)，其中，目标平面相对于参考平面旋转了约90°。可视指示符522a因此示出了目标指示符550a与参考指示符548a旋转大约90°。系统可以实时更新当前指示符552a以描绘成像平面的当前位置。
可视指示符522b示出了沿着目标指示符550b(其为数字标度)的、由当前指示符552b表示的探头的当前位置。目标指示符550b可以是表示成像平面的当前位置与当前目标平面有多接近的归一化值或分数(例如，在0-100之间)。因此，目标指示符550b的一端可以表示当前平面与目标平面的完全对齐(例如，分数为100)，而标度的另一端(例如，分数为0)可以表示当前平面完全不对齐(例如，与目标平面正交)。当前指示符552b可以以箭头或滑动条的形式提供，其沿着目标指示符550b移动以表示图像平面相对于目标平面的当前位置。
视觉指示符552c示出了当前指示符552c和目标指示符550c，它们都是探头的3D形状的呈现。3D呈现可以是探头的逼真描绘，也可以是风格化的。当前指示符552c可以是表示探头的当前位置的实心呈现。目标指示符550c可以是探头位置的半透明(或线框)模型，使得当探头处于该位置时，由探头产生的成像平面与目标平面对齐。可以用与当前指示符552c不同的颜色来呈现目标指示符550c，并且可以响应于探头的改变位置来改变颜色。可以显示表示探头的推荐运动(例如，倾斜)以匹配目标指示符550c的箭头。
视觉指示符522a-c的指令和反馈可用于调整探头的位置，直到当前指示符552a-c与目标指示符550a-c匹配为止。该系统可以提供反馈(例如，颜色、色调或显示的消息的改变)以指示当前成像平面与目标平面对齐(或在对齐的可接受公差内)。系统可以在这一点上提示用户记录剪切波弹性成像图像和/或系统可以自动记录剪切波弹性成像图像。可视指示符522a-c然后可以更新以与目标指示符550a-c一起显示新的目标平面，或者可以指示测量序列已完成。
作为示例，图5A示出了两个视觉指示符522a和522b，每个视觉指示符522a和522b呈现相同探头的当前位置。在两种情况下，当前指示符552a、552b指示探头当前未与目标探头对齐。视觉指示符522a示出了探头位置的简化的2D表示(好像从上向下看)，并且示出了当前指示符552a未与目标指示符550a对齐。可视指示符522b示出了沿着目标指示符550b的当前指示符552b，所述目标指示符550b是低于最大值(例如100)的数字轴，所述最大值表示与目标平面的对齐。图5B示出了相同的两个视觉指示符522a'和522b'，其反映了成像平面与目标平面对齐的探头的新位置。在视觉指示符522a'的情况下，当前指示符552a'现在在目标指示符550a内，其是指示成像平面与目标平面对齐的探头的位置的轮廓。在视觉指示符522b'的情况下，当前指示符552b'已经沿着目标指示符550b(数字标度)增加，直到其达到或接近最大值。在另外的示例中，可以额外地或替代地向引导提供非视觉提示。例如，除了视觉指示符之外，当系统确定探头被定位为使得探头的成像平面与目标平面充分对齐时(例如，对应于位于90-100之间的任意位置的当前指示符552b的位置)，系统可以被配置为提供触觉或听觉指示符(例如，发出蜂鸣声或其他声音)。
图6A-6B是根据本公开的一些实施例的包括剪切波弹性成像图像的示例显示。图像可以在显示器上呈现给用户(例如，在图1的显示器120上)和/或可以存储在系统的存储器(例如，存储器130)中以用于以后的分析。图6A-6B描绘了图像624、624'和位置指示符654、654'。在特定实施例中，图像624、624'可以是图1的图像124的实现。图6A-6B中所示的部件仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
图6A和6B示出了可以呈现在显示器(诸如图1的显示器120)上的示例图像624、624'。图像624、624'可以实时地呈现给用户和/或可以被保存(诸如在图1的存储器130上)以供以后查看。可以计算每幅图像624、624'时的图像平面位置的位置信息，并将其与图像624,624'一起保存。图像624、624'可以包括位置指示符654、654'，其指示图像624、624'中示出的成像平面相对于参考平面的位置。图6A示出了与参考平面对齐的图像624，如位置指示符654所示，而图6B示出了与参考平面正交对齐的图像624'，如位置指示符654'所示。位置指示符654、654'可以叠加在图像624、624’之上。位置指示符654、654'可以是文本，或者可以是位置的某种其他表示形式，例如图形显示或归一化的得分。
图7A-7B是根据本公开的一些实施例的由探头放置和各向异性组织的取向限定的坐标系的框图。当确定成像平面的位置时，可以考虑组织的取向，以便考虑组织的方向的变化(例如，组织的纤维的取向的变化)。图7A-7B描绘了各向异性组织705、探头706、纤维734、位置跟踪系统716、位置(或世界)坐标系740、参考坐标系742、目标坐标系744、当前坐标系746和与肌肉纤维对齐的组织坐标系743。在特定实施例中，探头706可以是图1的探头106的实施方式。图7A-7B中所示的部件仅是说明性的，并且其他变型，包括去除部件、组合部件、重新布置部件和替换部件，都被预期。
图7A-7B的坐标系可以大体上类似于图4A-4B中描述的坐标，但是图7A-7B引入组织坐标系743以描述各向异性组织705纤维的位置。组织坐标系743可以是包括x_组织、y_组织和z_组织的xyz坐标系。在图7A-7B所示的示例中，组织是肌肉组织，因此组织坐标系743是包括x_肌肉，y_肌肉和z_肌肉的肌肉坐标系。尽管这里指定了肌肉，但是应当理解，组织坐标系可以对齐到任何类型的各向异性组织。各向异性组织705可以具有未沿着世界坐标系740、参考坐标系742和/或目标坐标系744中的任何一个未对齐的元件，例如纤维734。纤维734的取向可以沿着各向异性组织705的长度改变。因此，在这种情况下与纤维734对齐的组织坐标系743也可以沿着组织705的长度改变。组织坐标系743可以由用户定义。可以例如通过霍夫变换，纤维734的分割和参数化和/或后向散射声学特性，从图像中提取纤维734的取向来自动生成组织坐标系743。可以选择目标平面以与纤维734对齐。当存在单独的组织坐标系743时，可以将定义目标坐标和当前坐标之间的转换的公式1修改为公式4：
目标T当前＝目标T肌肉 肌肉Tref(世界Tref)-1 世界T当前 公式4其中，世界T当前是当前坐标系746和世界坐标系740之间的变换，并且目标T肌肉是组织坐标系743和目标坐标系744之间的变换。类似于公式2和3的指令，可以进行进一步的计算以生成诸如目标坐标系744和当前坐标系746的元素之间的特定角度或位置改变的特定指令。
图7A和7B示出了被旋转以与目标平面对齐的探头706。在所示的示例中，目标平面与各向异性组织705的纤维734对齐。图7A示出了与参考平面对齐的探头706(例如，当前坐标系746和参考坐标系742被对齐)。在此示例中，探头706可能需要经历两次旋转(关于y_ref和关于z_ref)以将当前成像平面与目标平面对齐。图7B显示了与目标坐标系744对齐的探头706。在公式4中计算的变换可以用于实时生成用于探头706的所需所述位置的变化的指令，并且允许沿着具有纤维734的不同取向的组织的不同点来选择目标平面。
图8是描绘根据本公开的特定实施例的多角度剪切波成像的流程图。示例方法800示出了可以以任何顺序由本文描述的系统和/或装置利用的步骤。该方法可以由诸如图1的超声系统112的超声系统来执行。在一些实施例中，方法800可以在系统112的指令132中实现并且由处理器126执行。
在所示的实施例中，方法800在框810处开始于“基于至少部分地基于从耦合到探头的位置传感器接收的传感器数据而生成的位置跟踪数据来确定探头相对于各向异性组织的成像平面的位置”。
在框820处，所述方法涉及“定义至少一个目标平面”。
在方框830处，所述方法包括“确定成像平面的位置与至少一个目标平面的位置之间的差异”。
在框840处，所述方法包括“在显示器上提供所确定的差异的视觉指示符，并且响应于成像平面的位置的变化而动态地更新所述视觉指示符”。
在框850处，所述方法涉及“利用所述换能器来产生目标平面的至少一幅剪切波图像”。
方法800还可包括生成指令以调整成像平面的位置。可以例如经由图1的视觉指示符122来将指令提供给用户。用户可以响应于指令来调整探头的位置，并且随着调整的继续可以接收额外的反馈。指令还可用于自动调整成像平面的位置，例如通过改变探头的位置和/或通过改变成像平面相对于探头的位置。探头的位置可以例如通过由控制器(诸如图1的控制器128)控制的致动器来改变。成像平面相对于探头的位置可以通过，例如，在平面内移动换能器或使用波束转向来改变。
可以重复方法800的步骤。例如，可以针对围绕组织的不同位置处的多个目标平面重复框820-850。方法800的步骤可以连续地运行，例如框810，或者可以响应于输入而执行，例如框850，其可以例如由用户触发，或者可以在系统检测到满足特定条件时触发(例如，成像平面与目标平面之间的测量差异降至阈值以下)。
在使用诸如基于计算机的系统或可编程逻辑的可编程设备来实现部件、系统和/或方法的各种实施例中，应当理解，上述系统和方法可以使用各种已知的或以后开发的编程语言，例如“C”，“C++”，“FORTRAN”，“Pascal”，“VHDL”等中的任一种来的实现。因此，可以准备各种存储介质，例如磁性计算机磁盘、光盘、电子存储器等，其可以包含可以指导例如计算机的设备以实现上述系统和/或方法的信息。一旦适当的设备可以访问包含在存储介质上的信息和程序，存储介质就可以将信息和程序提供给该设备，从而使该设备能够执行本文描述的系统和/或方法的功能。例如，如果将包含适当材料(例如源文件、目标文件、可执行文件等)的计算机盘提供给计算机，则计算机可以接收所述信息，对其自身进行适当的配置并执行上面的图解和流程图中描绘的各种系统和方法的功能以实现各种功能。也就是说，计算机可以从磁盘接收与上述系统和/或方法的不同元素有关的信息的各个部分，实现个体系统和/或方法，并协调以上描述个体系统和/或方法的功能。
鉴于本公开，应当注意，本文描述的各种方法和设备可以以硬件、软件和固件来实现。此外，各种方法和参数仅作为示例而被包括，而没有任何限制意义。鉴于本公开，本领域普通技术人员可以在确定他们自己的技术和影响这些技术的所需设备的情况下实施本教导，同时仍在本公开的范围内。本文中描述的一个或多个处理器的功能可以被合并到更少的数目或单个处理单元(例如，CPU)中，并且可以使用被编程为响应于可执行指令而执行本文描述的功能的专用集成电路(ASIC)或通用处理电路来实现。
尽管可能已经特别参考超声成像系统描述了本系统，但是还预期，本系统可以扩展到以系统的方式获得一幅或多幅图像的其他医学成像系统。因此，本系统可用于获得和/或记录与肾、睾丸、乳腺、卵巢、子宫、甲状腺、肝、肺、肌肉骨骼、脾、心脏、动脉和血管系统有关的图像信息，以及与超声引导干预相关的其他成像应用，但不限于其。此外，本系统还可以包括可以与常规成像系统一起使用的一个或多个程序，使得它们可以提供本系统的特征和优点。通过研究本公开，本公开的某些其他优点和特征对于本领域技术人员而言可能是显而易见的，或者可以由采用本公开的新颖系统和方法的人员来体验。本系统和方法的另一个优点可以是可以容易地升级传统的医学成像系统以并入本系统、设备和方法的特征和优点。
当然，应当理解，根据本系统、设备和方法，本文中描述的示例、实施例或过程中的任何一个可与一个或多个其他示例我、实施例和/或过程相组合，或是分离的，和/或在分立设备或设备部分之中执行。
最终，以上讨论旨在仅仅为对本发明的系统的说明并且不应理解为将所附权利要求限制到任何特定的实施例或实施例的组。因而，虽然已经参考示范性实施例详细描述了本系统，但是也应领会到，在不脱离如权利要求书所提出的本系统的更宽且意旨的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以设计出众多的变型和替代实施例。因此，说明书和附图应被视为是以说明性的方式并且不旨在限制随附权利要求的范围。

Claims (30)

1.一种用于剪切波成像的超声成像系统，包括：
探头，其被配置为采集超声回波信号以产生对象的各向异性组织的剪切波图像，其中，所述探头被配置为耦合到位置测量系统以跟踪所述探头相对于所述位置测量系统的位置；
处理器，其与所述探头通信并且被配置为从所述位置跟踪系统接收位置跟踪数据，其中，所述处理器还被配置为：
在所述各向异性组织中以相对于所述各向异性组织的参考平面的一角度定义至少一个目标平面；
确定在由所述位置跟踪数据指示的位置处的所述探头的成像平面的第一位置与所述至少一个目标平面的第二位置之间的差异；并且
在所述超声系统的显示器上提供所述差异的视觉指示符，其中，所述处理器被配置为响应于所述成像平面相对于所述目标平面的所述位置的变化而动态地更新所述视觉指示符。
2.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述探头包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置为从所述位置跟踪系统接收信息以动态地确定所述探头的位置。
3.根据权利要求2所述的超声成像系统，其中，所述位置跟踪系统包括电磁场生成器，并且所述至少一个传感器包括附接到所述探头的至少一个电磁传感器。
4.根据权利要求3所述的超声成像系统，其中，所述至少一个电磁传感器被嵌入在所述探头中。
5.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述处理器还被配置为：当所述第一位置与所述第二位置之间的所述差异低于阈值时，使得至少一幅剪切波图像被自动生成。
6.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述处理器被配置为响应于用户输入来接收对所述参考平面的指示。
7.根据权利要求6所述的超声成像系统，还包括参考平面选择器，并且其中，所述处理器还被配置为响应于所述参考平面选择器的激活而将所述参考平面设置为所述探头的当前成像平面。
8.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述处理器被配置为基于所述各向异性组织的纤维的方向来确定所述参考平面。
9.根据权利要求8所述的超声成像系统，其中，所述处理器被配置为将所述参考平面设置为使得其与所述各向异性组织的所述纤维的所述方向对齐。
10.根据权利要求8所述的超声成像系统，其中，所述各向异性组织选自肌肉骨骼组织、心肌组织、血管壁组织和甲状腺组织，并且其中，所述处理器被配置为估计所述肌肉骨骼组织、心肌组织、血管壁组织或甲状腺组织的纤维的所述方向。
11.根据权利要求10所述的超声成像系统，其中，所述处理器还被配置为至少部分地基于所述各向异性组织的3D图像来估计所述纤维的所述方向。
12.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述处理器还被配置为以相对于所述参考平面的预定角度来定义所述至少一个目标平面。
13.根据权利要求12所述的超声成像系统，其中，所述处理器被配置为相对于所述参考平面以预定角度间隔定义多个目标平面。
14.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述处理器还被配置为生成用于调整所述探头的位置的指令，其中，所述指令被配置为减小所述第一位置与所述第二位置之间的差异。
15.根据权利要求14所述的超声成像系统，其中，所述处理器还被配置为基于所述指令来控制致动器以自动调整所述探头的位置。
16.根据权利要求14所述的超声成像系统，其中，所述视觉指示符包括当前平面指示符和目标平面指示符，其中，所述当前平面指示符由所述处理器响应于所述探头相对于所述目标平面的所述位置的变化而动态地调整。
17.根据权利要求16所述的超声成像系统，其中，所述当前平面指示符是所述探头的当前成像平面的视觉表示。
18.根据权利要求15所述的超声成像系统，其中，所述目标平面指示符是与所述目标平面相对应的成像平面的视觉表示。
19.根据权利要求13所述的超声成像系统，其中，所述视觉指示符包括具有动态分量的数字标度，所述动态分量被配置为响应于所确定的差异的变化而沿着所述标度移动。
20.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述位置跟踪系统被配置为确定所述探头的空间位置以及所述探头相对于所述参考平面的旋转。
21.一种剪切波成像的方法，所述方法包括：
基于至少部分地基于从耦合到探头的位置传感器接收的传感器数据生成的位置跟踪数据来确定所述探头相对于各向异性组织的成像平面的位置；
定义至少一个目标平面；
确定所述成像平面的位置与所述至少一个目标平面的位置之间的差异；
在显示器上提供所确定的差异的视觉指示符，并且响应于所述成像平面的位置的变化而动态地更新所述视觉指示符；并且
利用所述探头来产生所述目标平面的至少一幅剪切波图像。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括生成用于调整所述成像平面的位置的指令，其中，所述指令被配置为减小所确定的差异。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括基于所生成的指令来调整所述成像平面的位置。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述的调整所述成像平面的位置包括：调整所述探头的位置，调整所述探头的至少一个角度取向，或者其组合。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括将所生成的指令发送到被配置为控制所述成像平面的位置的致动器。
26.根据权利要求21所述的方法，还包括定义所述各向异性组织的取向与所述成像平面的位置之间的变换。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括调整所述成像平面的位置以使其与所述各向异性组织的取向对齐。
28.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述各向异性组织中定义参考平面。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述的定义至少一个目标平面还包括定义所述至少一个目标平面与所述参考平面之间的角度。
30.根据权利要求21所述的方法，还包括在所确定的位置处产生的至少一幅剪切波图像上显示所确定的所述成像平面的位置。
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