CN114947939A - 用于多平面成像的超声成像系统和方法 - Google Patents

用于多平面成像的超声成像系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种超声成像系统(100)和多平面超声成像方法包括在多平面成像模式下用超声探头(106)重复扫描主图像平面(202)和参照图像平面(204)两者，其中该参照图像平面(204)沿着线与该主图像平面(202)相交，并且其中该主图像平面(202)以比该参照图像平面(204)高的分辨率重复扫描。该超声成像系统(100)和方法包括在显示设备(118)上同时显示该主图像平面(202)的主实时图像和该参照图像平面(204)的参照实时图像。

Description

用于多平面成像的超声成像系统和方法
技术领域
本公开整体涉及一种用于多平面成像的方法和超声成像系统，其中主图像平面以比参照图像平面高的分辨率重复扫描。
背景技术
在诊断超声成像中，多平面成像模式通常涉及表示两个或更多个图像平面的实时图像的采集和显示。实时图像中的每一个实时图像是通过重复扫描图像平面中的一个图像平面生成的。双平面成像和三平面成像两者都是多平面成像模式的示例。双平面成像通常涉及表示彼此以九十度设置的两个平面的切片数据的采集。三平面成像通常涉及表示三个平面的切片数据的采集。三个平面可以沿着公共轴线相交。
对于许多超声工作流，临床医生将使用多平面成像模式，以便更准确地定位图像平面中的一个图像平面。例如，为了确认图像平面中的一个图像平面的准确放置，临床医生将依赖于从一个或多个其他图像平面采集的实时图像。例如，对于心脏病学，通常使用多平面成像模式。对于许多心脏工作流，期望从标准视图准确获得图像。然后可以将标准视图的一个或多个图像用于临床目的，诸如以帮助诊断病症、识别一种或多种异常或获得用于定量比较目的的标准化测量结果。通常难以准确识别图像平面是否是基于图像平面的单个视图准确定位。为了获得图像平面的放置的增加的准确度和置信度，临床医生可以使用多平面成像模式，以便获得关于成像平面相对于期望的解剖结构的放置的更多反馈。
例如，许多标准心脏视图是相对于心脏的心尖限定的。对于诸如心尖位长轴视图、心尖四腔视图和心尖位二腔视图的视图，有必要将图像平面定位成使其穿过心脏的心尖。如果用于心尖视图的图像平面不通过心尖，则结果可以是缩短的视图。为了确认视图是正确的，临床医生可以依赖于在多平面采集中从其他图像平面获得的信息。例如，当遵循需要心尖视图的工作流时，临床医生可以使用从其他图像平面获得的图像来将超声探头106定位成使主图像平面穿过心脏的心尖。
使用常规多平面成像模式的一个问题在于，与单个平面的采集相比，多于一个图像平面的采集有可能显著降低图像分辨率。例如，常规多平面模式从图像平面中的每个图像平面采集具有相同分辨率的超声数据。从附加图像平面发射和接收超声波信号的附加时间减少了可用于扫描每个单独图像平面的相对时间量。例如，与单平面采集相比，在多平面采集中时间分辨率和/或空间分辨率可能减小。对于许多工作流，临床医生旨在仅将来自主图像平面的图像用于诊断目的；来自其他一个或多个图像平面的图像仅用于引导主图像平面的定位。
因此，出于这些和其他原因，需要一种用于多平面成像的改进的系统和方法。
发明内容
本文解决了上述缺陷、缺点和问题，这将通过阅读和理解以下说明书来理解。
在一个实施方案中，一种多平面成像方法包括：在多平面成像模式下用超声探头重复扫描主图像平面和参照图像平面两者。该参照图像平面沿着线与该主图像平面相交。该主图像以比该参照图像平面高的分辨率重复扫描。该方法包括：基于该重复扫描该主图像平面和该参照图像平面，在显示设备上同时显示该主图像平面的主实时图像和该参照图像平面的参照实时图像。
在另一个实施方案中，一种超声成像系统包括：超声探头、显示设备和处理器。该处理器被配置为控制该超声探头在多平面成像模式下用该超声探头重复扫描主图像平面和参照图像平面两者。该参照图像平面沿着线与该主图像平面相交，并且该主图像平面以比该参照图像平面高的分辨率重复扫描。该处理器被配置为在该显示设备上同时显示该主图像平面的主实时图像和该参照图像平面的参照实时图像。
通过附图及其具体实施方式，本发明的各种其他特征、目的和优点对于本领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是根据一个实施方案的超声成像系统的示意图；
图2是根据一个实施方案的超声探头和两个图像平面的表示；
图3是根据一个实施方案的超声探头和三个图像平面的表示；
图4是根据一个实施方案的屏幕截图的表示；
图5是根据一个实施方案的屏幕截图的表示；
图6是根据一个实施方案的神经网络的示意图；
图7是示出根据示例性实施方案的神经网络的神经元的输入和输出连接的示意图；以及
图8是根据一个实施方案的屏幕截图的表示。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可实践的具体实施方案。足够详细地描述了这些实施方案以使得本领域技术人员能够实践实施方案，并且应当理解，可以利用其他实施方案，并且可以在不脱离实施方案的范围的情况下进行逻辑、机械、电气和其他改变。因此，以下具体实施方式不应视为限制本发明的范围。
图1是根据一个实施方案的超声成像系统100的示意图。超声成像系统100包括发射波束形成器101和发射器102，该发射波束形成器和发射器驱动超声探头106内的元件104通过一个或多个发射事件将脉冲超声信号发射到身体(未示出)中。超声探头106可以是能够具有多平面采集模式的任何类型的超声探头。例如，超声探头106可以是专用的双平面或三平面探头，或者能够进行3D或4D扫描的2D矩阵阵列探头。仍参见图1，脉冲超声信号从体内结构如血细胞或肌肉组织反向散射，以产生返回到元件104的回波。回波被元件104转换成电信号，并且电信号被接收器108接收。表示所接收的回波的电信号穿过输出超声数据的接收波束形成器110。根据一些实施方案，探头106可包含电子电路来执行发射波束形成和/或接收波束形成的全部或部分。例如，发射波束形成器101、发射器102、接收器108和接收波束形成器110的全部或部分可位于超声探头106内。在本公开中，术语“扫描”或“扫描中”可也用于指通过传输和接收超声信号的过程来采集数据。本公开中，术语“数据”和“超声数据”可用于指用超声成像系统采集的一个或多个数据集。用户接口115可用于控制超声成像系统100的操作。用户接口115可用于控制患者数据的输入，或用于选择各种模式、操作、参数等。用户接口115可包括一个或多个用户输入设备，诸如键盘、硬键、触控板、触摸屏、轨迹球、旋转控件、滑块、软键或任何其他用户输入设备。
超声成像系统100还包括处理器116，该处理器用以控制发射波束形成器101、发射器102、接收器108和接收波束形成器110。用户接口115与处理器116进行电子通信。处理器116可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个微处理器、一个或多个微控制器、一个或多个图形处理单元(GPU)、一个或多个数字信号处理器(DSP)等。根据一些实施方案，处理器116可以包括一个或多个GPU，其中一个或多个GPU中的一些或全部GPU包括张量处理单元(TPU)。根据实施方案，处理器116可以包括现场可编程门阵列(FPGA)或能够执行处理功能的任何其他类型的硬件。处理器116可以是集成部件，或者它可分布在各个位置上。例如，根据一个实施方案，与处理器116相关联的处理功能可以基于操作类型在两个或更多个处理器之间拆分。例如，实施方案可以包括被配置为执行第一组操作的第一处理器和用于执行第二组操作的第二单独处理器。根据实施方案，第一处理器和第二处理器中的一者可以被配置为实现神经网络。处理器116可以被配置为执行从存储器访问的指令。根据一个实施方案，处理器116与超声探头106、接收器108、接收波束形成器110、发射波束形成器101和发射器102进行电子通信。出于本公开的目的，术语“电子通信”可被定义为包括有线连接和无线连接。处理器116可控制超声探头106以采集超声数据。处理器116控制元件104中的哪些元件是活动的以及从超声探头106发射的波束的形状。处理器116还与显示设备118进行电子通信，并且处理器116可将超声数据处理成图像以显示在显示设备118上。根据实施方案，处理器116还可包括解调RF数据并且生成原始数据的复解调器(未示出)。在另一个实施方案中，解调可以在处理链中较早地执行。处理器116可适于根据数据上的多个可选超声模态来执行一个或多个处理操作。随着接收到回波信号，可以在扫描会话期间实时处理数据。处理器116可以被配置为扫描转换用超声探头106采集的超声数据，使该数据可以显示在显示设备118上。实时显示超声数据可以涉及在没有任何有意延迟的情况下显示超声数据。例如，一旦超声数据的每个更新后的图像帧已经被采集并处理以用于在实时图像的显示期间显示，处理器116就可以显示每个更新后的图像帧。实时帧速率可基于从其采集数据的区域或体积的大小和采集期间使用的具体参数而变化。根据其他实施方案，数据可在扫描会话期间临时存储在缓冲器(未示出)中，并且以不太实时的方式处理。根据包括软件波束成形器的实施方案，与发射波束成形器101和/或接收波束成形器108相关联的功能可由处理器116执行。
根据一个实施方案，超声成像系统100可以例如10Hz至30Hz的帧速率连续采集超声数据。能够以类似帧速率刷新从数据生成的图像。其他实施方案能够以不同速率获取并且显示数据。例如，一些实施方案可根据数据的每个帧的大小和与具体应用相关联的参数，以小于10Hz或大于30Hz的帧速率采集超声数据。例如，许多应用涉及以大约50Hz的帧速率采集超声数据。包括存储器120，用于存储经处理的采集数据的帧。在一个示例性实施方案中，存储器120具有足够的容量以存储在长度为至少几秒的时间段内采集的超声数据的帧。数据帧的存储方式便于根据其采集顺序或时间进行检索。存储器120可包括任何已知的数据存储介质。
在本发明的各种实施方案中，处理器116可通过其他或不同的模式相关模块(例如，B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变速率等)来处理数据，以形成2D或3D数据。例如，一个或多个模块可生成B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变速率以及它们的组合等。存储图像光束和/或帧，并且可记录指示在存储器中采集数据的时间的定时信息。这些模块可包括例如扫描转换模块，用于执行扫描转换操作，以将图像帧从波束空间坐标转换为显示空间坐标。可提供视频处理器模块，该视频处理器模块从存储器诸如存储器120读取图像帧，并且在对患者进行手术时实时显示图像帧。视频处理器模块可将图像帧存储在图像存储器中，从该图像存储器读取和显示图像。
图2是根据示例性实施方案的在双平面成像模式下的超声探头106的示意图。超声探头106在双平面成像模式下扫描主图像平面202和参照图像平面204。主图像平面202沿着线206与参照图像平面204相交。根据图2所示的实施方案，主图像平面202可以相对于参照图像平面204以90度角定向。双平面成像模式，诸如图2所示的双平面成像模式是多平面成像模式的示例。在其他实施方案中，主图像平面202可以相对于参照图像平面204以不同角度定向。
图3是根据示例性实施方案的在三平面成像模式下的超声探头106的示意图。超声探头106在三平面成像模式下扫描主图像平面210、第一参照图像平面212和第二参照平面214。主图像平面210、第一参照图像平面212和第二参照图像平面214均沿着线216彼此相交。根据图3所示的实施方案，主图像平面210、第一参照图像平面212和第二参照图像平面214均相对于彼此围绕线216以60度角设置。然而，应当理解，在其他实施方案中，三个图像平面在三平面成像模式下时可以相对于彼此以不同角度定向。
图2中示意性地表示的双平面成像模式和图3中示意性地表示的三平面成像模式两者都是多平面成像模式的示例。然而，预期在其他实施方案中，多平面成像模式可以包括不同数量的图像平面，和/或多平面成像模式下的图像平面可以相对于彼此和超声探头106以不同的取向分布。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为进入多平面成像模式，诸如图2表示的双平面成像模式或图3表示的三平面成像模式。处理器116可以响应于通过用户接口115键入的输入，诸如例如通过接收直接选择多平面成像模式的输入或通过接收选择使用多平面成像模式作为默认值的协议或工作流的输入而进入多平面成像模式。根据其他实施方案，处理器116可以基于所选择的协议或工作流自动进入多平面成像模式。将描述第一示例性实施方案，其中多平面成像模式是双平面成像模式，并且将关于图2进行描述。
在进入多平面模式之后，处理器116指定主图像平面诸如主图像平面202以及至少一个参照图像平面诸如参照平面204。如下文将描述的，旨在临床医生将定位超声探头106以从主图像平面202采集一个或多个临床上期望的视图，并且将使用参照图像平面204帮助定位主图像平面202或确认该主图像平面的位置。处理器116被配置为控制超声探头106重复扫描主图像平面202和参照图像平面204两者。
当显示主图像平面202的实时图像时，处理器116可以例如每当已经扫描主图像平面202时生成并显示主图像平面202的图像帧。如先前所描述的，每当已经从图像平面采集超声数据帧时，该特定图像平面被视作已被“扫描”。显示在显示设备118上的图像帧表示从主图像平面202的最近扫描采集的主图像平面202的超声数据。例如，处理器116可以通过在主图像平面第一次被扫描时生成并显示主图像平面202的第一图像帧，在主图像平面202第二次被扫描时生成并显示主图像平面202的第二图像帧，在主图像平面202第三次被扫描时生成并显示主图像平面202的第三图像帧等来显示主实时图像。
同样，当显示参照图像平面204的实时图像时，每当已经扫描参照图像平面204时，处理器116可以生成并显示参照平面204的图像帧。例如，处理器116可以通过在参照图像平面204第一次被扫描时生成并显示参照图像平面204的第一图像帧，在参照图像平面204第二次被扫描时生成并显示参照图像平面204的第二图像帧，在参照图像平面204第三次被扫描时生成并显示参照图像平面202的第三图像帧等来显示参照实时图像。
在扫描超声数据的帧时，处理器116控制发射波束成形器101和发射器102以发出多个发射事件。每个发射事件可以聚焦到特定深度或不聚焦。发射事件的数量通常与所得超声数据的空间分辨率直接相关。空间分辨率是指两个点可以作为单独对象能够被辨别出的最小距离。作为一般规则，相比具有更低空间分辨率的超声数据，具有更高空间分辨率的超声数据允许更小结构的可视化。例如，在其他采集参数保持相同的情况下，与使用减少数量的发射事件扫描主图像平面202相比，使用更高数量的发射事件扫描主图像平面202通常将产生更高空间分辨率的超声数据。更高空间分辨率的超声数据使得处理器116能够以比使用较低空间分辨率的超声数据而可能的空间分辨率更高的空间分辨率显示图像帧或实时图像。
每个发射事件需要脉冲超声波信号穿透到被检查的组织中的时间以及用于响应于每个发射事件产生的反向散射信号和/或反射信号从组织中的起始深度行进回到超声探头106的时间。由于在每个发射事件期间从超声探头106发射的脉冲超声波信号和响应于发射事件而生成的反向散射和/或反射信号两者都受到声速的限制，因此在所有其他参数保持恒定的情况下，使用更多数量的发射事件采集数据帧比使用较少发射事件采集数据帧花费更多的时间。因此，在所有其他参数保持恒定的情况下，与采集较低空间分辨率超声数据的每个帧所花费的时间相比，采集较高空间分辨率超声数据的每个帧通常花费更多时间。
由于空间分辨率与时间分辨率或帧速率之间的反向关系，通常需要折衷空间分辨率来增加时间分辨率，反之亦然。对于期望具有高时间分辨率(即，帧速率)和高空间分辨率两者的应用诸如心脏病，多平面模式会带来特定挑战。代替仅通过扫描单个图像平面来采集超声数据，多平面成像模式通过扫描两个或更多个图像平面来采集超声数据。如背景技术部分所描述的，常规多平面成像模式以相同的分辨率扫描两个或更多个图像平面。因此，在常规多平面成像模式下，平面中的每一个平面的分辨率通常较低，这尤其是对于需要高空间分辨率和高时间分辨率两者的应用将是最佳的。
处理器116可以被配置为重复扫描主图像平面202和参照图像平面204两者。处理器116可以被配置为以比参照图像平面204高的分辨率重复扫描主图像平面202。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为以两个不同的帧速率重复扫描主图像平面202和参照图像平面204。例如，处理器116可以被配置为以比参照图像平面204高的时间分辨率重复扫描主图像平面202。处理器116被配置为在显示设备118上显示主图像平面202的主实时图像，同时在显示设备118上显示参照图像平面204的参照实时图像。由于主图像平面202以比参照图像平面204高的时间分辨率重复扫描，因此主实时图像的时间分辨率也将高于参照实时图像的时间分辨率。换句话说，主实时图像将具有比参照图像高的帧速率。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为以两个不同的空间分辨率重复扫描主图像平面202和参照图像平面204。例如，处理器116可以被配置为以比参照图像平面204高的空间分辨率重复扫描主图像平面202。例如，处理器116可以使用与参照图像平面204相比更高数量的发射事件来从主图像平面202采集超声数据的每个帧。处理器116被配置为在显示设备118上显示主图像平面202的主实时图像，同时在显示设备118上同时显示参照图像204的参照实时图像。由于主图像平面202以比参照图像平面204高的空间分辨率重复扫描，因此主实时图像的空间分辨率也将高于参照实时图像的空间分辨率。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为以与重复扫描参照图像平面204的空间分辨率和时间分辨率两者不同的空间分辨率和时间分辨率重复扫描主图像平面202。例如，处理器116可以被配置为以比参照图像平面204高的空间分辨率和高的时间分辨率两者重复扫描主图像平面202。例如，处理器116可以使用与参照图像平面204相比更高数量的发射事件来从主图像平面202采集超声数据的每个帧。处理器116还可以以与参照平面204相比更高的时间分辨率采集主图像平面202的超声数据的帧。处理器116被配置为显示主图像平面202的主实时图像，同时显示参照图像平面204的参照实时图像。由于主图像平面202以比参照图像平面204高的空间分辨率和高的时间分辨率两者重复扫描，因此主平面202的主实时图像将具有比参照平面204的参照实时图像高的空间分辨率和高的时间分辨率两者。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为将参照图像平面204扫描到比主图像平面202浅的深度。例如，处理器116可以仅在距探头106的元件104的第一深度从参照图像平面204采集超声数据。处理器116可以被配置为在距探头106的元件104的更深的深度从主图像平面202采集超声数据。通过将参照图像平面204扫描到比主图像平面202浅的深度来采集超声数据可用于帮助减少扫描参照图像平面204所花费的总时间，这继而允许花费更大百分比的时间扫描主图像平面202。根据各种实施方案，将参照图像平面204重复地扫描到较浅深度可以与以比参照图像平面204高的空间分辨率重复扫描主图像帧202和以比参照图像平面204高的时间分辨率重复扫描主图像平面202中的任一者或两者结合使用。
通过花费与参照图像平面204相比相对更大量的时间从主图像平面202采集超声数据，处理器116被配置为以比参照图像平面204高的分辨率扫描主图像平面202。这继而使得处理器116能够以比参照图像平面204的参照实时图像高的分辨率显示主图像平面202的主实时图像。另外，通过减少重复扫描参照图像平面204所花费的时间量，处理器116能够以比用同等分配主图像平面202和参照图像平面204两者之间的扫描时间的常规系统和技术可能实现的分辨率高的分辨率显示主实时图像。上文所描述的系统和方法对于高空间分辨率和高时间分辨率两者都有价值的情况下的临床应用诸如心脏病特别有利。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为在三平面成像模式下花费更多时间扫描主图像平面。例如，图3包括主图像平面210、第一参照图像平面212和第二参照图像平面214。处理器116可以被配置为以比参照图像平面中的任一个参照图像平面高的分辨率重复扫描主图像平面210。每个参照图像平面可以用比主图像平面210更低的时间分辨率和更低空间分辨率中的一者或两者以类似于关于图2的参照图像平面202所描述的方式进行扫描。因此，主图像平面210的主实时图像将具有比第一参照图像平面212的第一参照实时图像和第二参照图像平面214的第二参照实时图像更高的分辨率(空间分辨率和/或时间分辨率)。本领域技术人员应当理解，上文所描述的方法也可以应用于具有多于3个单独的图像平面的多平面成像模式。
图4是根据示例性实施方案的可以在显示设备118上显示的屏幕截图400。屏幕截图400包括主图像帧402和参照图像帧404。图4中所示的主图像帧402可以是主实时图像的帧，并且参照图像帧404可以是参照实时图像的帧。由于屏幕截图400表示单个时间点，因此描绘了仅主实时图像和参照实时图像的单个帧。根据一个实施方案，在由超声探头106采集主图像平面的附加的超声数据的帧之后，主图像帧402可以被更新的主图像帧替代。同样，在采集参照图像平面的附加的超声数据的帧之后，参照图像帧404将被更新的参照图像帧替代。屏幕截图400以并列格式示出主图像帧402和参照图像帧。
在重复扫描主图像平面202和参照图像平面204两者的过程期间，并列格式诸如图4所示的并列格式允许临床医生容易地使用实时参照图像(由参照图像帧404表示)以便定位和定向超声探头106，使得主实时图像(由主图像帧402表示)捕获期望的标准化视图平面或目标解剖特征。如上文所讨论的，主实时图像(由主图像帧402表示)具有比参照实时图像(由参照图像帧404表示)更高的分辨率。参照实时图像不旨在用于诊断目的。相反，旨在使用参照实时图像以便适当地定位主实时图像，该主实时图像将用于捕获诊断上有用的图像。因此，与常规技术相比，降低参照实时图像的分辨率使得主实时图像能够具有更高的分辨率。另外，并列格式诸如图4所示的并列格式允许临床医生容易地对主实时图像(由主图像帧402表示)和参照实时图像(由参照图像帧404表示)两者保持跟踪，同时定位超声探头106以对患者的期望的解剖结构进行成像。
图5是根据示例性实施方案的可以在显示设备118上显示的屏幕截图450。屏幕截图450包括主图像帧452和参照图像帧454。根据一个实施方案，图4中所示的主图像帧452可以是主实时图像的帧，并且参照图像帧454可以是参照实时图像的帧。由于屏幕截图450表示单个时间点，因此描绘了主实时图像的仅单个帧和参照实时图像的仅单个帧。根据一个实施方案，在超声探头106采集主图像平面的附加的超声数据的帧之后，主图像帧452将被更新的主图像帧替代。同样，在采集参照图像平面的附加的超声数据的帧之后，参照图像帧454将被更新的参照图像帧替代。根据一个实施方案，主图像平面可以是第一图像平面202，并且参照图像平面可以是第二图像平面204(如图2所示)。屏幕截图450以画中画格式示出主图像帧452和参照图像帧454，因为参照图像帧454被显示为主图像帧452内的区域。根据主图像帧452是主实时图像的帧并且参照图像帧454是参照实时图像的帧的一个实施方案，图5还示出了以画中画格式显示的主实时图像(由主图像帧452表示)和参照实时图像(由参照图像帧454表示)。
画中画格式诸如图5所示的画中画格式允许大部分可用屏幕空间用于显示主实时图像(由主图像帧452表示)，同时把小得多的量的屏幕空间专用于显示参照实时图像(由参照图像帧454表示)。因此，画中画格式对于其中屏幕空间非常珍贵的超声成像系统诸如便携式、手持式或手持式超声成像系统可为特别有利。然而，应当理解，画中画格式也可以由具有较大屏幕的系统使用，这些系统诸如基于推车的系统、基于控制台的系统、壁挂式系统、顶置式系统等。
根据一个实施方案，处理器116可以被配置为在主实时图像或参照实时图像中自动检测目标解剖特征。处理器116可以被配置为使用图像处理技术诸如如边缘检测、B样条、基于形状的检测算法、平均强度、分割、斑点追踪或基于图像处理的任何其他技术来识别一个或多个目标解剖特征。根据其他实施方案，处理器116可以被配置为实现一个或多个神经网络，以便在主实时图像或参照实时图像中检测目标解剖特征。根据各种实施方案，一个或多个神经网络可以包括卷积神经网络(CNN)或多个卷积神经网络。
图6描绘了具有一个或多个节点/神经元502的神经网络500的示意图，在一些实施方案中，该一个或多个节点/神经元可设置在一个或多个层504、506、508、510、512、514和516中。神经网络500可以是深度神经网络。如本文关于神经元所用，术语“层”是指具有以类似方式连接到模拟神经元的其他集合的输入和/或输出的模拟神经元的集合。因此，如图6所示，神经元502可经由一个或多个连接518彼此连接，使得数据可从输入层504传播通过一个或多个中间层506、508、510、512和514到输出层516。一个或多个中间层506、508、510、512和514有时称为“隐藏层”。
图7示出了根据示例性实施方案的神经元的输入和输出连接。如图7所示，单独神经元502的连接(例如，518)可包括一个或多个输入连接602和一个或多个输出连接604。神经元502的每个输入连接602可以是前导神经元的输出连接，并且神经元502的每个输出连接604可以是一个或多个后续神经元的输入连接。虽然图7将神经元502描绘为具有单个输出连接604，但是应当理解，神经元可具有发送/发射/传递相同值的多个输出连接。在一些实施方案中，神经元502可以是数据构造(例如，结构、实例化的类对象、矩阵等)，并且输入连接可由神经元502接收为加权数值(例如，浮点或整数值)。例如，如图7进一步所示，输入连接X1、X2和X3可以分别通过权数W1、W2和W3加权、求和，并作为输出连接Y发送/发射/传递。如将理解的，单独神经元502的处理可以总体由以下公式表示：
Figure BDA0003510677300000121
其中n是到神经元502的输入连接602的总数。在一个实施方案中，Y的值可至少部分地基于WiXi的总和是否超过阈值。例如，如果加权输入的总和未超过期望阈值，则Y可具有零(0)值。
从图6和图7中将进一步理解，输入层504中的神经元502的输入连接602可以被映射到输入501，而输出层516中的神经元502的输出连接604可以被映射到输出530。如本文所用，将给定输入连接602“映射”到输入501是指输入501影响/指示所述输入连接602的值的方式。类似地，如本文所用，将给定输出连接604“映射”到输出530是指所述输出连接604的值影响/指示输出530的方式。
因此，在一些实施方案中，采集/获得的输入501被传递/馈送到神经网络500的输入层504并且传播通过层504、506、508、510、512、514和516，使得输出层516的映射输出连接604生成/对应于输出530。如图所示，输入501可以包括诸如作为主实时图像或参照实时图像的一部分的一个或多个超声图像帧。该图像可以包括可由神经网络500识别的一个或多个结构。此外，输出530可以包括与标准视图相关联的结构、界标、轮廓或平面。
可以使用多个训练数据集来训练神经网络500。根据各种实施方案，神经网络500可以用多个超声图像训练。超声图像可以包括带注释的超声图像帧，其中在超声图像帧中的每一个超声图像帧中具有感兴趣的一个或多个注释结构。基于训练数据集，神经网络500可以学习从体数据识别一个或多个解剖结构。其中的机器学习或深度学习(由于例如解剖特征的布置、尺寸等的可识别趋势)可能引起权数(例如，W1、W2和/或W3)变化、输入/输出连接变化或者神经网络500的其他调整。此外，随着采用附加的训练数据集，作为响应机器学习可以继续调整神经网络500的各种参数。如此，可以周期性地增加神经网络500的灵敏度，从而导致更高的解剖特征识别精度。
根据一个实施方案，神经网络500可被训练为识别超声图像帧和/或超声数据中的解剖结构。例如，根据超声数据是心脏数据的一个实施方案，神经网络500可被训练为识别目标解剖特征诸如右心室、左心室、右心房、左心房、一个或多个瓣诸如三尖瓣、二尖瓣、主动脉瓣、左心室的心尖、隔膜等。
一旦处理器116已经识别出目标解剖特征，处理器116就可以被配置为显示图形指示器以在主实时图像和/或参照实时图像中的一者中标记目标解剖特征。处理器116可以被配置为在主实时图像的每个帧中或参照实时图像的每个帧中检测目标解剖特征的位置，并且针对相应实时图像的每个图像帧更新图形指示器的位置，使得图形指示器表示解剖特征的实时位置。在其他实施方案中，处理器116可以被配置为在单个图像帧中检测目标解剖特征。例如，处理器116可以被配置为在临床医生已经经由用户接口115启动“冻结”命令以显示主实时图像的单个图像帧和参照实时图像的单个帧之后检测目标解剖特征。
处理器116可以被配置为显示图形指示器在主实时图像和参照实时图像中的另一者上的投影。例如，如果处理器116在主实时图像中检测到目标解剖特征，则处理器116将显示主实时图像中的图形指示器以标记目标解剖特征。除了显示图形指示器之外，处理器116还可以被配置为显示图形指示器在参照实时图像上的投影。
图8是根据一个实施方案的可以在显示设备118上显示的屏幕截图800。屏幕截图800包括以先前关于图4描述的并列格式显示的主图像帧802和参照图像帧804。图8所示的主图像帧802可以是主实时图像的帧，并且参照图像帧804可以是参照实时图像的帧。由于屏幕截图800表示单个时间点，因此描仅绘了主实时图像的单个帧和参照实时图像的单个帧。屏幕截图800包括图形指示器806，该图形指示器在主图像帧802上示出。根据其他实施方案，代替在主图像帧802上显示图形指示器806或者除此之外，可以在参照图像帧804上示出图形指示器。屏幕截图800还包括图形指示器808在参照图像帧804上的投影。图形指示器806标记在主图像帧802中示出的目标解剖结构的位置。图形指示器808的投影可以用于表示目标解剖结构到参照图像帧804上的投影位置。例如，在屏幕截图800中，图形指示器808的投影被示出为圆圈轮廓，而图形指示器806被示出为实心圆圈。在图8所示的实施方案的情况下，圆圈轮廓指示目标解剖结构不在由参照图像帧804表示的参照图像平面中。目标解剖结构在参照图像平面前面或后面。
处理器116可以被配置为调整图形指示器808的投影的外观，以便指示目标解剖结构相对于参照图像804的位置。例如，处理器116可以被配置为使用不同的颜色、强度或填充级别来说明目标解剖结构相对于参照图像平面204的相对位置。例如，在图8中，图形指示器808的投影被示出为未在中心填充的圆圈的轮廓。根据一个实施方案，处理器116可以被配置为调整针对图形指示器808的投影使用的填充量，因为目标解剖结构更靠近由参照图像描绘的参照图像平面。当目标解剖结构在参照图像平面中时，处理器116可以以类似于图形指示器806的方式将图形指示器808的投影示出为完全实心。处理器116同样可以基于目标解剖结构相对于参照图像平面的相对位置来调整图形指示器808的投影的强度。例如，当目标解剖结构定位在参照图像平面中时，图形指示器800的投影可以以最大强度显示，并且随着目标解剖结构和参照图像平面之间的距离增加，以逐渐降低强度显示该投影。其他实施方案可以使用不同的图形指示器来标记目标解剖结构的位置。例如，图形指示器可以是不同的多边形，诸如正方形、矩形、三角形等，图形指示器可以是十字标记或加号，或者图形指示器可以是用于标记图像的特定部分的任何其他图形技术。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域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。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域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素，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素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种超声成像系统，所述超声成像系统包括：
超声探头；
显示设备；和
处理器，其中所述处理器被配置为：
控制所述超声探头在多平面成像模式下用所述超声探头重复扫描主图像平面和参照图像平面两者，其中所述参照图像平面沿着线与所述主图像平面相交，并且其中所述主图像平面以比所述参照图像平面高的分辨率重复扫描；以及
在所述显示设备上同时显示所述主图像平面的主实时图像和所述参照图像平面的参照实时图像。
2.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以并列格式显示所述主图像平面的所述主实时图像和所述参照平面的所述参照实时图像。
3.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以画中画格式显示所述主图像平面的所述主实时图像和所述参照平面的所述参照实时图像。
4.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控制所述超声探头以比所述参照图像平面高的时间分辨率重复扫描所述主图像平面。
5.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控制所述超声探头以比所述参照图像平面高的空间分辨率重复扫描所述主图像平面。
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将所述参照图像平面重复扫描到比所述主图像平面浅的深度。
7.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在所述主实时图像和所述参照实时图像中的至少一者中自动检测目标解剖结构，并且其中所述处理器被配置为自动显示图形指示器以在所述主实时图像或所述参照实时图像中的至少一者上标记所述目标解剖结构。
8.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中所述处理器被配置为实现一个或多个神经网络，以便在所述主实时图像和所述参照实时图像中的所述至少一者中自动检测所述目标解剖结构。
9.一种多平面超声成像方法，所述多平面超声成像方法包括：
在多平面成像模式下用超声探头重复扫描主图像平面和参照图像平面两者，其中所述参照图像平面沿着线与所述主图像平面相交，并且其中所述主图像平面以比所述参照图像平面高的分辨率重复扫描；以及
基于所述重复扫描所述主图像平面和所述参照图像平面，在显示设备上同时显示所述主图像平面的主实时图像和所述参照图像平面的参照实时图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述显示所述主图像平面的所述主实时图像和所述参照平面的所述参照实时图像包括以并列格式显示所述参照实时图像和所述主实时图像。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述显示所述主图像平面的所述主实时图像和所述参照平面的所述参照实时图像包括以画中画格式显示所述参照实时图像和所述主实时图像，其中所述参照实时图像显示在所述主实时图像内。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述主图像平面以比所述参照图像平面高的时间分辨率扫描。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述主图像平面以比所述参照图像平面高的空间分辨率扫描。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述主图像平面以比所述参照图像平面高的空间分辨率和高的时间分辨率两者扫描。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述处理器被配置为实现一个或多个神经网络，以便在所述主实时图像和所述参照实时图像中的至少一者中自动检测目标解剖结构，并且其中所述处理器被配置为自动显示图形指示器以在所述主实时图像或所述参照实时图像中的至少一者上标记所述目标解剖结构。
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