CN114080186A - 用于由超声成像数据对针进行成像的方法和系统 - Google Patents

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梅纳凯姆·哈尔曼
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Abstract

本发明提供了用于使用超声成像仪对针进行成像的各种方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括接收针的目标路径或目标区域，并且基于该目标路径或该目标区域调整从超声探头发射的超声波束的转向角。

Description

用于由超声成像数据对针进行成像的方法和系统
技术领域
本文公开的主题的实施方案涉及医学成像，诸如超声成像，并且更具体地涉及显示来自超声成像数据的包括针的图像。
背景技术
医学成像系统通常用于对受检者进行监测和成像。在一些示例中，医学成像系统可以是用于检测插入受检者中的针(诸如活检针)的存在的超声系统。以此方式，超声系统可以用于在医疗程序期间定位和跟踪受检者中的针。
利用超声系统获得的一个或多个图像可以在用户界面处呈现给用户。用户可以是熟悉医疗程序的医学专业人员，并且因此用户可以具有针位于受检者中何处、针插入其中的组织的类型、针在受检者中的深度、针的总长度等的整体印象。然而，用户可能不熟悉超声系统的超声探头的机械细节，诸如由超声探头发射的超声波束的转向角。
发明内容
在一个实施方案中，一种方法可以包括接收针的目标路径或目标区域，并且基于目标路径或目标区域调整从超声探头发射的超声波束的转向角。
应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：
图1示出了根据示例性实施方案的示例性超声成像系统。
图2示出了根据实施方案的用于调整由超声探头发射的超声波束的转向角并由其对针进行成像的方法的流程图。
图3示出了根据实施方案的用于响应于超声探头的位置被改变而调整由超声探头发射的超声波束的转向角并由其对针进行成像的方法的流程图。
图4示出了根据实施方案的示出基于针的路径与超声探头的表面之间的角度调整转向角的几何考虑的示意图。
图5示出了根据实施方案的示出图像变换的第一示例的示意图。
图6示出了根据实施方案的示出图像变换的第二示例的示意图。
图7示出了根据实施方案的用于生成图像中针的一部分的示例性过程的示意图。
图8示出了根据实施方案的超声成像系统的显示设备的第一示例性用户界面显示。
图9示出了根据实施方案的超声成像系统的显示设备的第二示例性用户界面显示。
具体实施方式
以下描述涉及调整由超声探头发射的超声波束的转向角并由其对针进行成像的各种实施方案。在图1中描绘了用于生成其成像数据的一个示例性超声成像系统。图2和图3描绘了用于调整超声波束的转向角并由其对针进行成像的方法。对转向角调整的几何考虑在图4中示意性地示出。图5至图7示出了生成描绘针的图像的示例性过程，诸如经由图像变换。图8和图9描绘了超声成像系统的显示设备的示例性用户界面显示，其中可以显示描绘针的图像。
图1描绘了根据一个实施方案的系统100的框图。在例示的实施方案中，系统100是成像系统，并且更具体地是超声成像系统。然而，应当理解，本文所阐述的实施方案可使用其他类型的医学成像模态(例如，MR、CT、PET/CT、SPECT)来实现。此外，应当理解，其他实施方案不主动采集医学图像。相反，实施方案可以检索先前由成像系统获取的图像或超声数据，并且如本文所述分析图像数据。如图所示，系统100包括多个部件。这些部件可彼此耦接以形成单个结构，可为分开的但位于公共房间内，或者可相对于彼此远离。例如，本文描述的模块中的一个或多个模块可在数据服务器中操作，该数据服务器相对于系统100的其它部件诸如探头和用户界面具有不同的和远程的位置。可选地，在超声系统的情况下，系统100可为能够从一个房间(例如，便携式地)移动到另一个房间的单一系统。例如，系统100可包括车轮或在车上被运输。
在例示的实施方案中，系统100包括发射波束形成器101和发射器102，该发射器驱动诊断超声探头106(或换能器)内的元件104(例如压电晶体)的阵列，以将超声信号(例如，连续信号或脉冲信号)发射到受检者的体内或体积(未示出)中。元件104和探头106可具有多种几何形状。超声信号从体内结构(例如，插入的针)反向散射，以产生返回到元件104的回波。回波由接收器108接收。接收到的回波被提供给接收波束形成器110，该接收波束形成器执行波束形成并且输出射频(RF)信号。RF信号然后被提供给处理RF信号的RF处理器112。另选地，RF处理器112可包括复合解调器(未示出)，该复合解调器对RF信号进行解调以形成代表回波信号的I/Q数据对。然后，RF或I/Q信号数据可被直接提供给存储器114以进行存储(例如，暂时存储)。系统100还包括系统控制器116，该系统控制器可为单个处理单元(例如，处理器)的一部分或分布在多个处理单元中。系统控制器116被构造成控制系统100的操作。
例如，系统控制器116可包括图像处理模块，该模块接收图像数据(例如，RF信号数据或I/Q数据对形式的超声信号)并且处理图像数据。例如，图像处理模块可处理超声信号以生成用于显示给操作者的超声信息(例如，超声图像)或超声波形(例如，连续或脉冲波多普勒频谱或波形)的二维(2D)切片或帧。当系统100是超声系统时，图像处理模块可被配置为根据对所获取的超声信息的多个可选超声模态来执行一个或多个处理操作。仅以示例的方式，超声模态可包括彩色流、声学辐射力成像(ARFI)、B模式、A模式、M模式、频谱多普勒、声流、组织多普勒模块、C扫描和弹性成像。另外，在一些示例中，一个或多个处理操作可以包括一个或多个图像变换，诸如用于在超声图像中识别线性特征的Radon变换。
当接收到回波信号时，可在成像会话(或扫描会话)期间实时处理所获取的超声信息。除此之外或另选地，超声信息可在成像会话期间临时存储在存储器114中，并且在实时或离线操作中以低于实时的方式进行处理。包括图像存储器120，其用于存储未被安排立即显示的所获取的超声信息的经处理的切片或波形。图像存储器120可包括任何已知的数据存储介质，例如，永久存储介质、可移除存储介质等。另外，图像存储器120可为非暂态存储介质。
在操作中，超声系统可通过各种技术(例如，三维(3D)扫描、实时3D成像、体积扫描、使用具有定位传感器的探头的2D扫描、使用体素相关性技术的徒手扫描、使用2D或矩阵阵列探头的扫描等)获取数据，例如2D数据集、频谱多普勒数据集和/或体积数据集。超声频谱(例如，波形)和/或图像可以从所获取的数据中生成(在控制器116处)，并且在显示设备118上显示给操作者或用户。
系统控制器116可操作地连接到用户界面122，该用户界面使得操作者能够控制系统100的至少一些操作。用户界面122可包括硬件、固件、软件或它们的组合，使得个人(例如，操作者)能够直接或间接控制系统100及其各种部件的操作。如图所示，用户界面122包括具有显示区域117的显示设备118。在一些实施方案中，用户界面122还可包括一个或多个用户界面输入设备115，诸如物理键盘、鼠标和/或触摸板。在一个实施方案中，触控板可被配置到系统控制器116和显示区域117，使得当用户在触控板的表面上移动手指/手套/触笔时，显示设备118上的超声图像或多普勒频谱上的光标以对应的方式移动。
在示例性实施方案中，显示设备118是触敏显示器(例如触摸屏)，其可检测操作者在显示区域117上的触摸的存在，并且还可识别显示区域117中的触摸的位置。可以通过例如个体的手、手套、触笔等中的至少一者来施加触摸。如此，触敏显示器也可被表征为被配置为接收来自操作者的输入(诸如调整或更新所显示的图像的取向的请求)的输入设备。显示设备118还通过向操作者显示信息来将信息从控制器116传送至操作者。显示设备118和/或用户界面122也可进行音频通信。显示设备118被配置为在成像或数据采集会话期间或之后向操作者呈现信息。呈现的信息可以包括超声图像(例如，一个或多个2D帧)、图形元素、显示的图像的测量图形、用户可选择元素、用户设置以及其他信息(例如，管理信息、患者的个人信息等)。
除了图像处理模块之外，系统控制器116还可以包括图形模块、初始化模块、跟踪模块和分析模块中的一者或多者。图像处理模块、图形模块、初始化模块、跟踪模块和/或分析模块可以彼此协调以在成像会话期间和/或之后将信息呈现给操作者。例如，图像处理模块可以被配置为在显示设备118上显示所采集的图像，并且图形模块可以被配置为将指定的图形与所显示的图像一起显示，诸如与图像相关的可选图标(例如，图像旋转图标)和测量参数(例如，数据)。控制器可以包含存储在控制器的存储器内的算法，用于自动调整由探头106的元件104发射的超声信号或波束的转向角，并且然后生成描绘插入受检者的身体中的针的至少一部分的超声图像，如下文参考图2至图4进一步描述的。算法可以进一步包括图像变换和用于对所生成的超声图像进行后处理的其他例程，如下文参考图5至图7进一步描述的。
显示设备118的显示区域117的屏幕由一系列像素组成，这些像素显示利用探头106获取的数据。所采集的数据包括针对显示器的每个像素或一组像素(例如，分配了相同参数值的一组像素)计算的一个或多个成像参数，其中所述一个或多个计算的图像参数包括强度、速度(例如血流速度)、彩色血流速度、纹理、颗粒度、收缩性、变形和变形率值中的一者或多者。然后，这一系列像素组成从所采集的超声数据生成的显示图像和/或多普勒频谱。
系统100可以是用于获取扫描对象(例如，包括插入的针的生物组织)的成像数据的医学超声系统。所获取的图像数据可以用于生成一个或多个超声图像，所述一个或多个超声图像然后可以经由用户界面122的显示设备118显示。例如，一个或多个生成的超声图像可以包括一个或多个2D帧。具体地，以上讨论的图像处理模块可以被编程为生成和显示一个或多个2D帧。
通常，可以通过控制发射的超声波束的转向角在用户界面处调整超声探头。在一些示例中，超声探头可以用于对在至少一个维度中线性的对象诸如针进行成像。在此类示例中，为了最佳成像，可能期望超声波束相对于线性尺寸以90°角接触对象。然而，经过用户控制非直观参数(诸如超声波束的转向角)来实现该角度可能是困难的。在一些示例中，此类固有困难可导致欠佳的对象可视化。
根据本文公开的实施方案，可以通过自动调整超声波束的转向角并由其对对象(例如，针)进行成像来至少部分地解决上述问题。在用户界面处，用户可以提供预期对象所在的目标区域。此后，可以在分别平行于对象的线性尺寸和超声探头的表面的线之间确定角度。在一些示例中，目标区域可以是针的目标路径，使得角度可以是针的确定路径与超声探头的表面之间的角度。然后可以朝向所确定的角度调整转向角。以此方式，可以为用户提供更直观的界面，从而允许对针更准确地可视化。
现在参考图2，描绘了用于调整由超声探头发射的超声波束的转向角的方法200。此后，可以从超声探头接收成像数据，由该成像数据可以生成图像并在显示设备处向用户显示该图像。
以下参照图1描绘的系统和部件描述方法200，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，方法200可以用其他系统和部件来实现。在一些实施方案中，方法200可以在成像系统100、连接到成像系统100的边缘设备(例如，外部计算设备)、与成像系统通信的云等的任何适当组合中被实现为可执行指令。作为一个示例，方法200可以在计算设备的非暂态存储器中实现，诸如图1的成像系统100的控制器(例如，处理器)。
方法200可以在205处开始，其中可以启动超声扫描。超声扫描可以包括从超声探头(例如，106)的换能器元件(例如，104)发射超声波束。超声波束可以指向受检者(诸如患者)的身体。其中，可以插入诸如活检针的针，使得超声探头可以通过收集由超声波束与对象的相互作用反射的回波来对对象进行成像。本领域技术人员将理解，能够以这种方式相应地对插入身体中的任何对象进行成像，并且该方法200不应当被理解为限于针。
在210处，方法200可以包括接收针的目标区域。目标区域可以设置在超声成像系统(例如，100)的用户界面(例如，122)处。在一些示例中，可以默认地在显示设备(例如，118)的显示区域(例如，117)的中心初始化目标区域。显示区域可以包括描绘受检者的身体的图像，如从先前的超声扫描所成像的。在另外或替代性示例中，用户可以经由用户选择移动或初始化目标区域。用户选择可以包括触摸选择、导航请求或语音命令中的一者或多者。在一些示例中，并且如下文参考图8和图9进一步描述的，触摸选择可以包括显示设备上的“可拖曳”选择区域，使得用户可以将手指放置在选择区域中的一个选择区域上并且经由触摸控制移动该选择区域。在此类示例中，无菌盖可以设置在显示设备的表面上方。在另外或替代性示例中，导航请求可以包括用于向上、向下、向左或向右移动目标区域的用户可致动图标。在另外或替代性示例中，语音命令可以包括识别导航命令，诸如“向上”、“向下”、“向左”或“向右”。此外，语音命令可以包括由在控制器的存储器中实施的算法识别的简略位置请求，诸如“皮肤表面”、“穿刺点”等。目标区域可以是叠加在显示设备的显示区域上并由2D坐标表示的结构，诸如线性目标路径(例如，线段)、目标路径周围的区域(例如，椭圆形)或中心点周围的目标区域(例如，圆形)。
在215处，方法200可以包括基于针的目标区域确定或估计针的路径。在其中目标区域包括目标路径的示例中，针的路径可以沿着目标路径投影，使得针的路径可以是包括目标路径的线。在其中目标区域包括目标区域的示例中，可以确定针的穿刺点、原点方向和穿透深度中的一者或多者。在一个示例中，针的外部端部的位置传感器(例如，针的未插入受检者的端部)可以通信地耦接到超声成像系统，使得可以提供或推断穿刺点或原点方向。穿刺点可以包括针刺穿受检者皮肤的位置。此外，原点方向可以包括针相对于位置传感器的参考平面的取向。穿透深度可以是插入受检者的针的内部端部(例如，针的插入受检者的端部)的深度。穿透深度可以基于目标区域的中心、穿刺点和原点方向中的一者或多者来确定。在其他示例中，可以由用户在用户界面(例如，122)处提供穿刺点、原点方向和/或穿透深度中的一者或多者。然后可以基于目标区域、穿刺点、穿透深度和原点方向中的一者或多者来投影针的路径。作为示例，针的路径可以沿着目标区域的中心与穿刺点之间的线段投影。作为另一示例，针的路径可以沿着由针的原点方向和穿透深度限定的直角三角形的斜边而投影(其中与直角三角形的直角相邻的一边的长度可以是穿透深度，并且其中原点方向可以用于确定针与受检者的皮肤表面之间的角度)。
在220处，方法200可以包括基于针的路径和超声探头(例如，106)的位置确定针角度。超声探头的位置可用于确定平行于包括换能器元件(例如，104)的超声探头的表面的线。例如，可以从其中的一个或多个位置传感器接收超声探头的位置和取向。然后可以基于超声探头的所接收的位置和取向来推断和定位超声探头的表面。也就是说，由于超声探头可以根据设定标准制造，因此可以相对于包括在超声探头中的一个或多个位置传感器的参考位置和参考取向来确定超声探头的表面。然后可以使用平行于超声探头的表面和针的路径的线(例如，平行于针的轴的线)来限定针角度。在一些示例中，针角度可以比超声探头的表面与针的路径之间的角度宽预定量，使得可以考虑用户误差。例如，用户可以具有针位于受检者的身体中何处的整体印象，但是可能不会精确地知道针的位置，导致由于此类用户误差而导致小的不准确性。
如下文参考图4所示和所述，当由超声探头(例如，106)发射的超声波束的转向角等于针角度时，超声波束可以垂直于针的路径，从而提供对针的最佳成像。因此，在225处，方法200可以包括确定由超声探头(例如，106)发射的超声波束的转向角是否在针角度的阈值角度内(例如，小于20°、15°、10°或5°)。转向角可以由垂直于超声探头的表面的线和平行于超声波束的线限定。
如果转向角在针角度的阈值角度之外，则方法200可以进行到230以朝向针角度调整转向角。在一些示例中，朝向针角度调整转向角可以包括将转向角调整为在针角度的阈值角度内。在另外或替代性示例中，朝向针角度调整转向角可以包括使转向角与针角度匹配。
一旦转向角已经朝向针角度调整，或者如果在225处确定转向角处于针角度的阈值角度内，则方法200可以进行到235以从超声探头(例如，106)接收第一成像数据。第一成像数据可以包括由超声探头的换能器元件(例如，104)发射的超声波束的超声回波。在一些示例中，第一成像数据可以进一步包括生理和/或时间参数、2D或3D空间坐标集以及可用于在图像处理模块处处理第一成像数据的其他信息。
在240处，方法200可以包括由成像数据生成描绘插入受检者的身体中的针的至少一部分的第一图像。例如，第一图像可以包括对应于所接收的体积超声数据的目标切片的2D帧。在一些示例中，可以在将针插入受检者的身体中之前从超声探头(例如，106)接收第二成像数据。在此类示例中，可以基于第二成像数据生成第二图像，其中第二图像可以包括描绘在没有针的情况下受检者身体的第二2D帧。以此方式，第一图像与第二图像之间的差异可以对应于针和受检者身体中由此产生的生理变化。因此，在一些示例中，可以由第一成像数据和第二图像两者生成第一图像。
作为示例，所谓的“盲区”可以存在于对应于未由超声探头成像的区域的第一成像数据中。然而，相同区域可以存在于第二成像数据中，允许在第二图像中对该区域进行成像，并且由此在第一图像中成像(例如，通过将来自第一成像数据的第一图像与第二图像拼接在一起)。另外，并且如下文参考图7所描述的，由于针的另一部分可能存在于“盲区”中，因此可以基于针的已知长度来投影另一部分，并且由此在“盲区”中在第一图像中生成。
作为另一示例，可以在第一图像中的目标区域上执行图像变换。如参考图5所描述的，图像变换可以是Radon变换，其用于检测表示针的线性结构，并且从目标区域去除一个或多个伪影(例如，来自成像期间碰撞超声探头或移动针)。此外，并且如下文参考图6所描述的，可以改变所检测的线性结构的颜色或亮度，以便相对于受检者的身体以较高对比度描绘针。
在245处，方法200可以包括在显示设备(例如，118)处显示第一图像。可以为显示设备的用户呈现用于进一步操纵第一图像的一个或多个功能(例如，放大、移动到第一图像的不同区域、限定用于成像的新目标区域等)。下面参考图8和图9提供了此类显示的两个示例。以此方式，可以基于用户提供的目标区域清楚地对针进行成像。因此，相对于诸如转向角本身的另一参数的控制，可以在针成像中采用更直观的用户控制。
在250处，方法200可以确定是否已经在目标区域的阈值距离(例如，2mm、1mm、0.5mm、0.1mm)内识别出神经或其他生理特征。在一些示例中，可以在控制器的存储器中实施神经识别算法，以便防止针到达所识别的神经或警告用户存在所识别的神经。如此，如果在目标区域的阈值距离内识别出神经，则方法200可以进行到255以生成并显示通知或警报。通知可以向超声成像系统(例如，100)的用户指示针的路径(例如，根据目标区域所确定的)在所识别的神经的阈值距离内。在一些示例中，通知可以包括指示针应缩回或重新插入远离所识别的神经的区域中的提示。在另外或替代性示例中，通知可以请求用户确认所识别的神经。然后方法200可结束。
如果在目标区域的阈值距离内未识别出神经，则方法200可以进行到260以维持当前显示。例如，当前显示可以包括如上文所描述的所生成和显示的图像。然后方法200可结束。
现在参考图3，描绘了用于响应于超声探头的位置被改变而调整由超声探头发射的超声波束的转向角并且然后由其对针的至少一部分进行成像的方法300。在一些示例中，方法300可以在方法200之后。因此，在一些示例中，描绘针的至少一部分的图像最初可以生成并显示给用户。
以下参照图1描绘的系统和部件描述方法300，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，方法300可以用其他系统和部件来实现。在一些实施方案中，方法300可以在成像系统100、连接到成像系统100的边缘设备(例如，外部计算设备)、与成像系统通信的云等的任何适当组合中被实现为可执行指令。作为一个示例，方法300可以在计算设备的非暂态存储器中实现，诸如图1的成像系统100的控制器(例如，处理器)。
方法300可以开始于305，其中方法300可以包括接收超声探头(例如，106)的位置。超声探头的位置可以从其中的一个或多个位置传感器接收。在一些示例中，接收超声探头的位置可以在接收超声探头的一个或多个先前位置之后。因此，在310处，方法300可以包括确定超声探头的位置是否已经被改变(例如，相对于一个或多个先前位置)。如果超声探头的位置未被改变，则方法300可以进行到315以维持当前显示。例如，如上面参考图2所描述的，当前显示可以包括根据方法200生成和显示的图像。然后方法300可结束。
如果超声探头(例如，106)的位置已经改变，则方法300可以进行到320以确定超声探头的经改变的位置是否在针的检测范围之外。例如，超声探头的位置可能已经手动调整远离目标区域(例如，假定针将处于的位置)或远离先前对针成像和经由图像变换检测的位置。如此，可以随后确定针不再存在于从超声探头在经改变的位置接收的成像数据中。因此，如果超声探头的经改变的位置在检测范围之外，则方法300可以进行到325以生成并显示通知或警报。该通知可以向超声成像系统(例如，100)的用户指示超声探头在针的检测范围之外。在一些示例中，该通知可以包括提示，该提示指示应该手动将超声探头的经改变的位置调整回到针的检测范围内。此外，在一些示例中，图像可以继续显示，并且可以响应于新接收的成像数据(例如，响应于超声探头被移动)而改变外观。然后方法300可结束。
如果超声探头的经改变的位置在检测范围内，则方法300可以进行到330以基于针的目标区域和超声探头的经改变的位置调整由超声探头(例如，106)的换能器元件(例如，104)发射的超声波束的转向角。在一些示例中，可以采用与参考图2中描述的方法200的220至230处描述的过程类似的过程来将转向角朝向针角度调整。例如，在335处，可以基于针的目标区域和超声探头的经改变的位置来确定经更新的针角度。然后，在340处，可以朝向经更新的针角度调整转向角。
在345处，方法300可以包括从超声探头(例如，106)接收经更新的成像数据。经更新的成像数据可以包括由超声探头的换能器元件(例如，104)发射的超声波束的超声回波。在一些示例中，经更新的成像数据可以进一步包括生理和/或时间参数、2D或3D空间坐标集以及可用于在图像处理模块处处理经更新的成像数据的其他信息。
在350处，方法300可以包括由经更新的成像数据生成描绘插入受检者的身体中的针的至少一部分的经更新的图像。例如，所更新的图像可以包括对应于所接收的体积超声数据的目标切片的2D帧。诸如经由图像变换对经更新的成像数据进行后处理可以包括如参考图2所描述的方法200的240处描述的示例中的一个或多个示例。
在一些示例中，图像变换可以用于识别图像中描绘的针并且存储其位置。因此，当超声探头的位置已经改变并且随后对针重新成像时，可以更新针在图像中的位置，使得可以通过本文提供的超声成像系统(例如，100)跟踪针。在一个示例中，上文参考图2描述的神经识别算法可以进一步检测针本身的位置是否在所识别的神经的阈值距离内。如果是，则可以生成通知，类似于如上文参考图2所述的方法200的255处生成的通知。如果否，则可以维持当前显示。
在355处，方法300可以包括在显示设备(例如，118)处显示所更新的图像。可以为显示设备的用户呈现用于进一步操纵所更新的图像的一个或多个功能(例如，放大、移动到所更新的图像的不同区域、限定用于成像的新目标区域等)。下面参考图8和图9提供了此类显示的两个示例。以此方式，当超声探头的位置被改变时，可以自动更新在显示设备处向用户显示的图像。然后方法300可结束。
现在参考图4，示意图400描绘了调整由超声探头106的换能器元件104发射的一个或多个超声波束406的转向角420的几何考虑。此类几何考虑可以由如参考图1描述的超声成像系统和参考图2和图3描述的方法采用。具体地，超声波束406可以指向插入受检者的身体404中的针402。超声波束406可以从针402的一部分反射，使得可以通过处理在换能器元件104的表面104a处所接收的超声波束406的回波来对针402的该部分进行成像。
针路径408可以被限定为平行于针402的轴，并且第一线410可以被限定为平行于超声探头106的换能器元件104的表面104a。在针路径408和第一线410的相交部处，可以限定针角度412。另外，第二线414可以被限定为平行于超声波束406，并且第三线416可以被限定为垂直于第一线410(例如，使得第一线410和第三线416之间限定的角度418为90°)。在第二线414和第三线416的相交部处，可以限定转向角420。另外，在针路径408和第二线414的相交部处，可以限定角度422。
为了对针402进行最佳成像，角度422应尽可能接近90°。在几何上，为了获得90°的值，针角度412和转向角420必须相等。针角度412可以通过以下来确定
Figure BDA0003450471340000121
其中第一点P1和第二点P2沿着针路径408定位，并且X和Y坐标分别相对于平行于第一线410和第三线416的轴线分别限定，使得P1,X和P2,X分别指代P1和P2的X分量，而P1,Y和P2,Y分别指代P1和P2的Y分量。然后，可以调整转向角420以匹配针角度412。以此方式，可以通过将转向角调整为等于超声探头的表面与针的路径之间的角度来将超声波束设置成垂直于针。
现在参考图5，示意图500描绘图像变换550的第一示例，该图像变换针对描绘了针504在目标区域506中的一部分的图像502。在一些示例中，图像502可以由超声成像系统成像，如参考图1所描述的超声成像系统，其实施用于生成图像的方法，诸如按照参考图2和图3所描述的方法。如图所示，一个或多个伪影508可能存在于针504周围的目标区域506中。在一些示例中，一个或多个伪影508可以由在成像期间碰撞超声探头(例如，106)或移动针504导致。图像变换550可以是诸如Radon变换的变换，其可操作为检测2D图像中的线性结构。在一些示例中，针504和一个或多个伪影508中的每一者可以由图像变换550识别。此外，图像变换550可以将针504区分为比一个或多个伪影508更明确和/或更亮。因此，图像变换550可以在去除一个或多个伪影508的情况下生成图像552。
现在参考图6，示意图600描绘图像变换650的第二示例，该图像变换针对描绘了针604在目标区域606中的一部分的图像602。在一些示例中，图像602可以由超声成像系统成像，诸如参考图1所描述的超声成像系统，其实施用于生成图像的方法，诸如按照参考图2和图3所描述的方法。如图所示，针604可以呈现为深色，使得针604可能难以与图像602中描绘的其他结构区分开来。图像变换650可以是诸如Radon变换的变换，其可操作为检测2D图像中的线性结构。在一些示例中，针604可以通过图像变换650进行识别。图像变换650可以进一步操作为改变针604的颜色或亮度。因此，与由图像602描绘的针604相比，图像变换650可以生成图像652，其中针654以更亮的颜色或者以增加的亮度描绘。
现在参考图7，示意图700描绘了用于生成针704的一部分754的示例性过程750。在一些示例中，图像702可以由超声成像系统成像，诸如参考图1所描述的超声成像系统，其实施用于生成图像的方法，诸如按照参考图2和图3所描述的方法。如图所示，图像702中可能存在对应于未由超声探头(例如，106)成像的区域的盲区706。在所描绘的示例中，针704的该部分754不存在于图像702中。然而，示例性过程750可以基于针704的已知长度投影该部分754，并且由此在图像752中生成该部分754。
现在参考图8，描绘了显示设备802的第一示例性用户界面显示800。在一个示例中，显示设备802可以是图1所示的显示设备118。第一示例性用户界面显示800可以包括由超声探头(例如，106)所接收的超声成像数据生成的图像804。图像804中可能存在对应于未由超声探头成像的区域的盲区806。在显示设备802处，用户可以定义目标区域810，在该目标区域中用户期望要对针进行成像。如图所示，目标区域810可以包括多个选择区域(例如，第一选择区域812和第二选择区域814)，该多个选择区域可以由用户经由触摸、鼠标、键盘等移动(例如，“拖放”)。另选地，用户可致动图标820可操作为向上、向下、向左和向右移动目标区域810。如图所示，目标区域810可以至少部分地包括图像804外部的区域。以此方式，用户可以在显示设备处操纵目标区域以提供针将在何处进行成像的预测。
现在参考图9，描绘了显示设备902的第二示例性用户界面显示900。在一个示例中，显示设备902可以是图1所示的显示设备118。第二示例性用户界面显示900可以包括由超声探头(例如，106)所接收的超声成像数据生成的图像904。图像904中可能存在对应于未由超声探头成像的区域的盲区906。如图所示，针908可以在目标区域910中进行成像。目标区域910可以已经由用户在对针908进行成像之前限定，如上文参考图8所述。如图所示，目标区域910可以包括多个选择区域(例如，第一选择区域912和第二选择区域914)，该多个选择区域可以由用户经由触摸、鼠标、键盘等移动(例如，“拖放”)以用于进一步成像。另选地，用户可致动图标920可操作为向上、向下、向左和向右移动目标区域910。如图所示，目标区域910可以至少部分地包括图像904外部的区域。以此方式，用户可以在显示设备处操纵目标区域，以便即使在已经对针进行成像之后也对针进行进一步成像。
以此方式，用户可以提供针的目标区域，可以由该目标区域自动调整超声波束的转向角。在一个示例中，描绘针的图像随后可以经由超声成像系统生成，并在显示设备上显示给用户。基于用户提供的目标区域调整转向角的技术效果是当超声成像系统的控制器执行几何计算时为用户提供更直观的用户界面。在一些示例中，可以在控制器的存储器中实施一个或多个图像变换，以进一步精修针的所生成的图像。利用此类图像变换的技术效果是可以从所描绘的针附近去除伪影，并且/或者可以改变或增亮所描绘的针的颜色。
在一个实施方案中，一种方法包括接收针的目标路径或目标区域，并且基于目标路径或目标区域调整从超声探头发射的超声波束的转向角。在该方法的第一示例中，基于目标路径或目标区域调整超声波束的转向角包括：定位超声探头的表面，基于目标路径或目标区域推断针的路径，确定针的路径与超声探头的表面之间的针角度，以及响应于确定在阈值内转向角与针角度不匹配，将转向角朝向针角度调整。在任选地包括第一示例的该方法的第二示例中，响应于接收到针的目标区域，基于目标区域推断针的路径包括确定针的穿刺点，并且在目标区域的中心与穿刺点之间投影针的路径。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个示例的该方法的第三示例中，响应于接收到针的目标路径，基于目标路径推断针的路径包括沿着目标路径投影针的路径。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个示例的该方法的第四示例中，定位超声探头的表面包括接收超声探头的位置和取向，并且基于超声探头的位置和取向定位超声探头的表面。在任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个示例的该方法的第五示例中，确定转向角与针角度不匹配包括转向角在针角度的阈值角度之外。
在另一个实施方案中，一种系统包括超声探头、被配置为从系统的用户接收输入的用户界面、显示设备以及处理器，该处理器在非暂态存储器中配置有指令，该指令在执行时致使处理器：在用户界面处接收用户选择；基于用户选择估计针的路径；基于超声探头的位置和针的路径来调整超声探头的超声波束的转向角；从超声探头接收第一成像数据；基于第一成像数据生成第一图像，该第一图像描绘插入身体中的针的至少一部分；以及在显示设备处显示第一图像。在该系统的第一示例中，用户选择包括针对针的路径的目标区域。在任选地包括第一示例的该系统的第二示例中，基于用户选择估计针的路径包括确定针的原点方向，基于目标区域确定针的穿透深度，以及基于穿透深度和原点方向投影针的路径。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个示例的该系统的第三示例中，基于第一成像数据生成第一图像包括在将针插入身体中之前从超声探头接收第二成像数据，基于第二成像数据生成第二图像，以及基于第一成像数据和第二图像生成第一图像。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个示例的该系统的第四示例中，基于第一成像数据和第二图像生成第一图像包括在第一成像数据中未示出针的区域中生成针在第一图像中的另一部分。在任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个示例的该系统的第五示例中，基于第一成像数据和第二图像生成第一图像包括在第一图像中的目标区域上执行图像变换。在任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个示例的该系统的第六示例中，执行图像变换包括从目标区域去除一个或多个伪影。在任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个示例的该系统的第七示例中，执行图像变换包括改变针在目标区域中的颜色或亮度。在任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个示例的该系统的第八示例中，用户选择包括触摸屏选择、导航请求或语音命令中的一者或多者。
在又另一个实施方案中，一种方法包括：确定针的路径；基于超声探头的位置和针的路径执行对超声探头的超声波束的转向角的第一调整；从超声探头接收成像数据；基于成像数据生成图像，该图像包括插入身体中的针的至少一部分；在显示设备处显示图像；以及响应于超声探头的位置被改变，基于超声探头的经改变的位置和针的路径执行对转向角的第二调整；从超声探头接收经更新的成像数据；基于经更新的成像数据更新图像；以及在显示设备处显示所更新的图像。在该方法的第一示例中，该方法还包括响应于识别出神经在针的路径的阈值距离内，生成通知并在显示设备处显示。在任选地包括第一示例的该方法的第二示例中，该通知指示针的路径在所识别的神经的阈值距离内。在任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个示例的该方法的第三示例中，该通知请求用户对所识别的神经进行确认。在任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个示例的该方法的第四示例中，该方法还包括响应于超声探头的经改变的位置在针的路径的检测范围之外，生成通知并在显示设备处显示。
如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一个”或“一种”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在…中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元件，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，所述方法包括：
接收针的目标路径或目标区域；以及
基于所述目标路径或所述目标区域调整从超声探头发射的超声波束的转向角。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述目标路径或所述目标区域调整所述超声波束的所述转向角包括：
定位所述超声探头的表面；
基于所述目标路径或所述目标区域推断所述针的路径；
确定所述针的所述路径与所述超声探头的所述表面之间的针角度；以及
响应于确定在阈值内所述转向角与所述针角度不匹配，将所述转向角朝向所述针角度调整。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于接收到所述针的所述目标区域，基于所述目标区域推断所述针的所述路径包括：
确定所述针的穿刺点；以及
在所述目标区域的中心与所述穿刺点之间投影所述针的所述路径。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于接收到所述针的所述目标路径，基于所述目标路径推断所述针的所述路径包括：
沿着所述目标路径投影所述针的所述路径。
5.根据权利要求2所述的方法，其中定位所述超声探头的所述表面包括：
接收所述超声探头的位置和取向；以及
基于所述超声探头的所述位置和所述取向定位所述超声探头的所述表面。
6.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述转向角与所述针角度不匹配包括所述转向角在所述针角度的阈值角度之外。
7.一种系统，所述系统包括：
超声探头；
用户界面，所述用户界面被配置为从所述系统的用户接收输入；
显示设备；和
处理器，所述处理器在非暂态存储器中配置有指令，所述指令在执行时致使所述处理器：
在所述用户界面处接收用户选择；
基于所述用户选择来估计针的路径；
基于所述超声探头的位置和所述针的所述路径调整所述超声探头的超声波束的转向角；
从所述超声探头接收第一成像数据；
基于所述第一成像数据生成第一图像，所述第一图像描绘插入身体中的所述针的至少一部分；以及
在所述显示设备处显示所述第一图像。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述用户选择包括针对所述针的所述路径的目标区域。
9.根据权利要求8所述的系统，其中基于所述用户选择估计所述针的所述路径包括：
确定所述针的原点方向；
基于所述目标区域确定所述针的穿透深度；以及
基于所述穿透深度和所述原点方向投影所述针的所述路径。
10.根据权利要求8所述的系统，其中基于所述第一成像数据生成所述第一图像包括：
在将所述针插入所述身体中之前从所述超声探头接收第二成像数据；
基于所述第二成像数据生成第二图像；以及
基于所述第一成像数据和所述第二图像生成所述第一图像。
11.根据权利要求10所述的系统，其中基于所述第一成像数据和所述第二图像生成所述第一图像包括：
在所述第一成像数据中未示出所述针的区域中生成所述针在所述第一图像中的另一部分。
12.根据权利要求10所述的系统，其中基于所述第一成像数据和所述第二图像生成所述第一图像包括：
在所述第一图像中的所述目标区域上执行图像变换。
13.根据权利要求12所述的系统，其中执行所述图像变换包括：
从所述目标区域去除一个或多个伪影。
14.根据权利要求12所述的系统，其中执行所述图像变换包括：
改变所述针在所述目标区域中的颜色或亮度。
15.根据权利要求7所述的系统，其中所述用户选择包括触摸屏选择、导航请求或语音命令中的一者或多者。
16.一种方法，所述方法包括：
确定针的路径；
基于超声探头的位置和所述针的所述路径执行对所述超声探头的超声波束的转向角的第一调整；
从所述超声探头接收成像数据；
基于所述成像数据生成图像，所述图像包括插入身体中的所述针的至少一部分；
在显示设备处显示所述图像；以及
响应于所述超声探头的所述位置被改变：
基于所述超声探头的经改变的位置和所述针的所述路径执行对所述转向角的第二调整；
从所述超声探头接收经更新的成像数据；
基于所述经更新的成像数据更新所述图像；以及
在所述显示设备处显示所更新的图像。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
响应于识别出神经在所述针的所述路径的阈值距离内，生成通知并在所述显示设备处显示。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述通知指示所述针的所述路径在所识别的神经的所述阈值距离内。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述通知请求用户对所识别的神经进行确认。
20.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括：
响应于所述超声探头的所述经改变的位置在所述针的所述路径的检测范围之外，生成通知并在所述显示设备处显示。
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