CN116269475A - 用于实时图像采集的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于显示实时图像的各种方法和系统。在一个示例中，一种用于该实时图像中的运动补偿的方法包括：从成像系统的可见扇区获取第一组成像数据，该可见扇区包括显示给用户的感兴趣区域，并且在该获取该第一组成像数据期间，在从该可见扇区偏移的区域处获取第二组成像数据。该第二组成像数据用于补偿该感兴趣区域的总运动，从而导致该感兴趣区域的至少一部分在该可见扇区之外发生位移。

Description

用于实时图像采集的方法和系统
技术领域
本文所公开的主题的实施方案涉及超声成像。
背景技术
超声成像利用高频声波来产生器官、组织或血流的图像。声波由超声探头或换能器生成并以脉冲形式传输。探头检测声波在器官、组织、骨骼等之间的边界处的反射，并且该反射被中继到控制单元，在该控制单元中，反射波被转换为二维或三维图像。
由超声成像系统产生的图像提供的信息可能受图像采集期间的条件影响。更具体地，对用于诊断患者病症的图像的分析可能受图像质量和成像数据集的完整性影响。条件可以包括在图像收集期间发生的移动，诸如总运动。例如，由于握持探头的操作者的移动，超声探头可能在采集期间移动。除此之外或另选地，正在进行成像的患者可以移动和/或患者感兴趣的解剖区域可以在显示给用户的超声探头的可见扇区内运动。
发明内容
在一个实施方案中，一种用于实时图像中的运动补偿的方法包括：从成像系统的可见扇区获取第一组成像数据，该可见扇区包括显示给用户的感兴趣区域；在该获取该第一组成像数据期间，在从该可见扇区偏移的区域处获取第二组成像数据；和使用该第二组成像数据来补偿该感兴趣区域的总运动，从而导致该感兴趣区域的至少一部分在该可见扇区之外发生位移。以此方式，可以以更稳定且更可靠的方式显示图像，而不会由于总运动而丢失数据。
在一个示例中，从与可见扇区偏移的区域获取第二组成像数据包括确定缓冲区域相对于可见扇区的定位。可以根据缓冲区域调整采集波束角，以从可见扇区之外的区域收集附加的数据，在该区域中可能发生总运动。可以收集附加的数据，而不管该附加的数据是被使用还是被包括在显示给用户的图像帧中。然而，显示给用户的可见扇区以及感兴趣区域的图像可以保持不变，因此保持用户可以容易地观察到的感兴趣区域的细节量。
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示出了成像系统的示例。
图2示出了用于从图1的成像系统显示图像的电影循环的示例。
图3示出了图1的成像系统的成像扇区的第一示例，其中从成像扇区之外的区域收集附加数据。
图4示出了图1的成像系统的成像扇区的第二示例，其中从成像扇区之外的区域收集附加数据。
图5示出了当检测到感兴趣的成像区域的总运动时收集除了从成像系统的可见扇区获取的数据外的成像数据的方法的示例。
图6示出了用于处理和显示根据图5的方法收集的成像数据的方法的示例。
具体实施方式
以下描述涉及一种用于从成像系统获取图像的方法。在一个示例中，成像系统可以是超声成像系统，并且可以经由超声探头获取图像。该方法可以通过跟踪成像对象的总运动来提供运动补偿策略，其中总运动是影响成像对象的相对位置的移动。因此，总运动是对象的总体运动，不包括成像对象内的运动差异，诸如心脏的心室肌内的收缩。成像对象可以是被显示为图像的区域的感兴趣区域(ROI)，其中被显示为图像的区域在本文中也被称为可见扇区或成像扇区。例如，ROI可以是解剖特征，诸如器官、组织、动脉和静脉等。在一些情况下，总运动可使得ROI的至少一部分在超声探头的可见/成像扇区之外发生位移。为了减轻导致所获取的图像的不完整显示或分析的数据丢失，可以跟踪ROI的移动，并且可以从可见扇区之外收集附加的数据以补偿ROI的移动。可以从与可见扇区偏移的缓冲区域获得附加数据，如图3和图4所示。可以根据用于图像采集期间的运动跟踪的定制方法来应用缓冲区域，如图5中所描绘。可以处理经由图5的方法获取的图像数据，以根据图6中所示的方法提供对图像的稳定且完整的显示。
本文所述的定制运动跟踪技术可以应用于各种类型的成像模式，以及用于获得图像的成像设备类型和几何形状。此外，该技术可以用于二维(2D)成像和三维(3D)成像两者。在一些示例中，可以根据待成像对象的观测和/或预期运动选择性地应用该技术，例如，该技术可以包括实时应用。因此，图像的细节可能不会由于对象的运动或在成像设备处而丢失。虽然下文示出了超声系统和通过超声系统获得的图像的运动跟踪的示例，但对象跟踪和运动补偿可应用于其它类型的图像，诸如x射线荧光镜透视检查图像。
在进一步讨论用于补偿超声成像中的总运动的方法之前，图1中示出了用于实施该方法的示例性平台。其中，根据一个实施方案描绘了系统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。如图所示，系统100包括多个部件。部件可以彼此联接以形成单个结构。在一个示例中，系统100是能够从一个室(例如，便携式地)移动到另一个室的一体系统。例如，系统100可包括一个或多个部件，该一个或多个部件被配置为将系统100耦接到轮式车。然而，在其它示例中，系统100的至少部分可被配置为保持静止和/或固定在适当的位置。
在所示实施方案中，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，以将脉冲超声信号发射到受试者的体内或体积(未示出)中。元件104和探头106可具有多种几何形状。例如，探头106可以为扇形探头、直线形探头、凸形探头、曲线探头、相位阵列探头等。超声信号从体内的结构(例如，脉管和周围组织)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IQ数据对。然后，RF或IQ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，该系统控制器包括多个模块，这些模块可以是单个处理单元(例如，处理器)的一部分或跨多个处理单元分布。系统控制器116被配置成控制系统100的操作。例如，系统控制器116可包括图像处理模块122，该图像处理模块接收图像数据(例如，呈RF信号数据或IQ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122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)的切片或帧。图像处理模块122可被配置为根据所采集的超声信息上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、散斑跟踪和腔室定量。所生成的超声图像可以为2D或3D。当获得多个2D图像时，图像处理模块还可被配置为稳定或配准图像。
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。图像存储器120被包括以用于存储采集的超声信息的经处理的切片，这些切片未计划立即显示。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，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，例如体积数据集。系统100的超声图像可(在控制器116处)由所获取的数据生成，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123，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123可包括硬件、固件、软件或它们的组合，使得个人(例如，操作者)能够直接或间接地控制系统100及其各种部件的操作。如图所示，用户界面123包括具有显示区域117的显示设备118。在本文所述的示例中，显示设备118是触摸屏显示器，该触摸屏显示器使操作者能够通过与显示设备118直接交互(例如，触摸)来调节系统100的操作参数。例如，显示设备118可被配置为使得当用户在显示设备118的整个面上移动手指/手套/触笔时，显示区域117上的超声图像顶上的光标以对应的方式移动。显示设备118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成接收来自操作者的输入的输入设备。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123也可进行音频通信。显示设备118被配置成在成像会话期间向操作者呈现信息。呈现的信息可包括超声图像、图形元素、用户可选元素和其他信息(例如，管理信息、患者的个人信息等)。在一些实施方案中，用户界面123还可被配置为与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)接合(例如，电耦接)。
除了图像处理模块122之外，系统控制器116还可包括图形模块124、初始化模块126、跟踪模块128和图像识别模块130。图像处理模块122、图形模块124、初始化模块126、跟踪模块128和图像识别模块130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122可被配置为在显示设备118上显示所获取的图像，并且图形模块124可被配置为与超声图像一起显示指定的图形，诸如图形轮廓，其表示所获取的图像中的内腔或脉管壁。系统控制器116内的图像处理模块122和/或图形模块124还可被配置为生成整个血管结构的3D渲染或图像(未示出)。
图像处理模块122可进一步包括用于图像处理的各种子模块。例如，2D视频处理器子模块可用于组合由不同类型的超声信息生成的一个或多个帧。图像的连续帧可以作为电影循环存储在存储器114中，如下文参考图2进一步描述。该电影循环表示先进先出的圆形图像缓冲区，以捕获实时显示给用户的图像数据。用户可以通过在用户界面123处输入冻结命令来冻结电影循环。
图像处理模块122还可包括3D处理器子模块，该3D处理器子模块可由用户界面123控制并且可访问存储器114以获得3D超声图像数据。因此，例如，可以通过体积渲染或表面渲染算法以及诸如光线投射、最大强度像素投影等技术来生成三维图像。
跟踪模块128还可由用户界面123控制并且从存储器114检索超声信息以生成用于显示的运动跟踪信息。因此，跟踪模块128可从图像识别模块130接收处理后的数据，该图像识别模块可包括用于检测和识别探头106的成像扇区(或可见扇区)内的对象(诸如ROI)的算法。成像扇区可以为由在用户界面123处显示给用户的探头106的扇区波束定义的探头106的FOV的区域，并且可以从成像扇区获取电影循环中呈现的帧。图像识别模块130可以包括用于分析成像扇区、识别成像扇区内的ROI(诸如心脏、肝脏、肺、血管和/或其它器官、组织和/或结构)的能力。由图像识别模块130处理并发送到运动跟踪模块128的数据可以包括用于跟踪在成像会话期间获取的一组实时图像中所识别ROI的位置的指示标识。运动跟踪模块可以包括用于监测所识别ROI中的移动的运动跟踪算法。
在一个示例中，跟踪模块的运动跟踪能力可以通过散斑跟踪来实现。在散斑跟踪中，所获取的图像中的散斑信息用于跟踪ROI的运动。例如，可以跟踪心脏的心肌中的天然存在的散斑图案，其中可以通过各种块匹配技术来实现跟踪。块匹配技术可以包括诸如绝对差的总和或互相关性的相似性度量。其它运动跟踪技术可以包括轮廓跟踪，其中可以在图像中检测轮廓并且随时间跟踪，以及光学流，其中分析亮度模式随时间的变化。
跟踪模块128还可包括用于运动补偿的算法，该算法使得能够从所显示图像中去除总运动。运动补偿算法可以提供用于缩放、旋转和/或平移图像以减少来自图像的总运动的指令。可以基于在跟踪模块128处实施的散斑跟踪或边界检测的算法来检测总运动。在一些情况下，跟踪模块可以从嵌入到探头106中的一个或多个运动传感器107接收信号，该运动传感器检测ROI处的运动。例如，探头106可以包括光学标记和拍摄探头106的一个或多个相机。处理单元可用于分析来自一个或多个相机的图像以估计探头106的运动。作为另一示例，探头106可包括加速度计以提供可用于估计探头运动的信号。在又一示例中，可使用磁位置传感器。另外，使用图像分析和运动传感器两者的混合变体是可能的。
在一些情况下，跟踪模块128可被配置为确定ROI的边界(boundary/border)，该边界可以例如被标记和/或被跟踪以监测ROI在扇区内的相对位置。在另一示例中，分割算法可以应用于在扇区内捕获的图像以识别和跟踪ROI。例如，各种分割技术，诸如区域、阈值、边缘、簇等的检测，可用于将图像分割成片段，其中每个片段包括共享共同属性的图像像素。
图像识别模块130可以在分析所存储的图像/视频(例如，图像库)之前从存储器114和存储器120中的任一者或两者访问该所存储的图像或视频。例如，已知执行协议的参数(超声类型、扫描平面、正在成像的组织等)的情况下，图像识别模块130可以将显示区域117上的实时图像与存储在存储器120中的图像进行比较，以便分析图像，从而提高放置和利用分析工具的准确性。在另选的实施方案中，代替利用图像识别模块130和图像库，系统控制器116可以容纳用于分析所获取的成像数据(例如，用探头获取的超声图像/视频)并自动确定一个或多个分析工具的期望放置(诸如感兴趣区域)的指令。
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。所获取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，其中一个或多个计算的图像参数包括强度、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获取的超声数据生成的显示图像。
如上所述，可以连续地收集超声图像，并且可以将连续图像作为成像循环(诸如电影循环)显示给用户。电影循环将设定数量的连续图像帧呈现为感兴趣区域(ROI)的动态显示，例如，类似于短视频。例如，在图2中表示了电影循环200。电影循环200依赖于例如从超声成像系统获得的一组图像帧。
根据时间序列来布置该一组图像帧。例如，第一图像帧202可以为一组图像帧的第一捕获图像(例如，x＝1，其中x是根据采集时间的图像的时间顺序)。可以在第一图像帧202之后获取第二图像帧204，并且可以在第二图像帧204之后获取第三图像帧206。该序列继续，直到获得目标数量(n)个图像，如该组图像帧的最终图像帧208所指示。当用户请求时，在用户界面(例如，图1的用户界面123)处将电影循环200作为连续循环显示给用户。例如，该组图像帧中的每个图像帧根据时间帧(例如，图像采集之间的持续时间)循序地显示，类似于用于捕获图像的图像采集频率。当显示最终图像帧208时，电影循环返回到第一图像帧202。
ROI 210可以为该组图像帧中的每个图像帧的成像扇区212内的目标成像对象。在一个示例中，ROI 210可以为与总运动相关联的解剖特征。总运动可能使得ROI 210在随后获取的图像帧中相对于第一图像帧202的成像扇区212的边界移动。然而，运动补偿算法可用于考虑总运动，使得ROI210在电影循环200中所示的每个图像帧上保持在成像扇区212内的静止位置。例如，除了改变ROI 210的位置之外，ROI 210还可以经历总运动，该总运动可以暂时改变ROI 210的维度(如第二图像帧204中所示)，或者除了改变ROI 210的位置之外，还改变ROI 210的阴影(如第三图像帧206所示)。改变/更改ROI 210的位置可以包括ROI210相对于成像扇区212在空间中的平移。然而，虽然在第二图像帧204中示出了维度的变化，并且在第三图像帧206中示出了阴影的变化，但不显示ROI 210在图像帧中的每个图像帧内的相对位置的变化。ROI 210在成像扇区212内的相对位置在电影循环200的一组图像帧之间保持一致。
通过保持ROI 210在电影循环200中的位置静止，用户可以容易地观察到ROI 210并进行评估。然而，ROI 210的总运动可能使ROI 210暂时移位超过成像扇区212的边界。在此类情况下，特定于ROI 210的数据的至少一部分可能在电影循环200的图像帧中丢失，其中ROI 210的至少一个部分在成像扇区212之外移动。因此，电影循环200可以包括ROI 210看起来跳过或缺失数据的时间点或时刻。
在图像采集期间的总运动中可能出现其它问题。如上所述，总运动可能由成像对象的移动引起。在其它示例中，总运动可能是由于成像设备(诸如超声探头)的移动。除了对图像/数据显示(例如，作为电影循环)的不利影响之外，当ROI在图像帧内移动(例如，ROI的相对位置变化)时，此类移动还可能对超声图像的后处理提出挑战。为了随时间有效地分析和处理来自ROI的数据，期望例如通过运动补偿算法来去除总运动。例如，去除总运动使得ROI呈现在电影循环中的固定位置。另外，对于将热疗法(例如，高强度聚焦超声)施加到目标组织区域的系统，目标组织的总运动可能导致热疗法影响不需要热疗法的组织区域。
在一个示例中，上述问题可以通过运动跟踪策略来解决，该运动跟踪策略允许在显示给用户的成像区域之外(例如在成像扇区之外)收集附加的成像数据。运动跟踪策略可以避免在ROI的至少一部分在成像扇区之外的时间点或图像帧处跳过数据的分析和/或显示。可以获得一组更完整的结果和/或可以实现结果的更稳定的显示。
另外，运动跟踪策略可以消除对ROI的至少一部分在成像扇区之外的时间点或图像帧的总运动和/或数据显示的建模的依赖。因此，用户可以获得更完整和更准确的结果。同样，启用了使用类似于ROI的扇区尺寸的图像采集。因此，ROI的图像可以在显示设备(诸如图1的显示设备118)上看起来足够大，以允许用户在实时成像期间容易地评估ROI，同时收集来自成像扇区之外的附加数据以用于总运动补偿。
如上所述，图像采集期间的总运动可能导致ROI在成像系统或设备的成像扇区(例如，显示给用户的可见扇区)之外移动。图3中描绘了此类移动的示例。其中，示出了在超声成像系统的成像扇区304内示出ROI 302的代表性的延时图像的成像数据集300的第一示例。在一个示例中，ROI302可以为心脏。成像数据集300包括在第一帧中捕获的ROI 302的第一位置306，以及在第二帧中捕获的ROI 302的第二位置308。
在第一帧中，ROI 302的第一位置306描绘了完全定位在成像扇区304的边界内的ROI 302。因此，ROI 302的完整图像被显示给用户。然而，在第二位置308中，ROI 302在成像扇区304内向右移位，使得ROI 302的一部分(在图3中指示为阴影区域)位于成像扇区304之外。
ROI在成像扇区内的移位可以跨在电影循环中显示的一组帧间歇性地发生。在ROI的至少一部分移动超过成像扇区的边界的帧中，例如，如图3的ROI 302的第二位置308所示，可以丢失与ROI中定位在成像扇区之外的一部分相对应的数据量。这可能导致在ROI在成像扇区304之外移位的帧中跳过数据的分析和/或显示。因此，一组结果可能不完整并且结果的显示可能不稳定。在一些示例中，可以通过外推可用数据和/或对缺失区域进行建模来考虑丢失的数据。然而，所估计数据的准确度可能较低。
在一个示例中，ROI 302在成像扇区304的边界之外的移动可以通过用于在用于实时显示的成像数据的后处理期间跟踪ROI 302的运动的定制策略来解决。成像数据的实时显示包括向用户呈现电影循环。该策略可以包括获得比在成像扇区304处显示给用户的数据集更大的数据集。例如，可以捕获经由比由成像扇区304的边界约束的数据所要求的更宽波束角获取的数据集。可以向用户呈现较宽角度数据集的一部分(例如，中心部分)，并且可以在较宽角度数据集中包括缓冲区域310，其中缓冲区域310在图3中用阴影表示，从而允许收集除与成像扇区304相对应的数据之外的数据。然而，缓冲区域310可能不会显示给用户。因此，附加数据可以提供隐藏的可用成像结果，该隐藏的可用成像结果可以用于补充所显示的成像扇区304中的成像数据。另外，可以应用缓冲区域310来定义将在何处获取附加数据，而不管附加数据是否实际用于填充成像扇区304内缺失的数据。换句话讲，在由于总运动而在成像会话期间丢失数据的情况下，可以在检测到总运动时获得附加数据，并且取决于ROI 302处的总运动，附加数据可或可不与成像扇区304内的成像数据一起显示。
缓冲区域310可以从成像扇区304偏移。例如，缓冲区域310可以覆盖成像扇区304的区域之外的区域。因此，成像扇区304可以具有第一横截面宽度312，并且缓冲区域可以具有大于第一横截面宽度312的第二横截面宽度314。
除了从成像扇区304内的图像采集之外，还可以与该图像采集同时收集数据。如上所述，除了成像扇区304之外，还可以使用较宽的波束角来从缓冲区域310获得数据。例如，波束可以彼此更远地间隔开的方式进行传输，例如，低波束密度，其可以降低横向分辨率，但可以允许保持帧速率。另选地，当帧速率降低时，波束密度可以保持不变，从而保持图像的期望分辨率。在一些示例中，可以使用应用较低的波束密度与较低的帧速率之间的平衡。在一些情况下，如下文进一步描述，可以动态地从缓冲区域310收集附加的数据。在此类示例中，动态收集可以使帧速率变化，这根据图像采集参数可能是不允许的，并且因此可以相应地调整波束分辨率而不是帧速率。
尽管调整用于图像采集的波束角可以在一些情况下相对于较窄的角度同时降低波束密度，但是可以选择缓冲区域310以最小化分辨率损失。尽管存在附加的可用数据，但显示给用户的成像扇区304的尺寸可以保持一致，因此在电影循环中呈现给用户的帧可以保持高水平的分辨率(例如，波束密度)。可以根据用于获取图像的探头或应用程序的类型来调整从缓冲区域310获得的附加数据的量。可经由跟踪模块(例如，图1的跟踪模块128)的运动补偿算法来处理附加数据，并且将处理后的数据包括在提供给用户的一组结果中，以补充成像扇区304内的省略数据。例如，可以将附加的数据馈送到运动补偿算法以进行处理，并且该算法可以使用处理后的数据来填充从成像扇区304内部获取的成像数据中缺失的数据。因此，在ROI 302处检测到总运动时，例如，通过诸如图1的运动传感器107的运动传感器或对诸如散斑跟踪的实时成像数据的分析，可以从扩展扇区(例如，成像扇区304加上缓冲区域310)获取数据，而不改变成像扇区304的实时显示。在对数据进行后处理时，来自缓冲区域310的附加数据可以与成像扇区304的显示一起呈现。
可以基于ROI 302处的总运动的设定估计来确定从缓冲区域310获得的附加数据的量，例如缓冲区域的尺寸。例如，可以使用对相同类型的ROI的先前分析的分析来推断ROI类型的预期移动的平均量。然后可以将缓冲区域310设定为适应总运动的设定估计并且在整个成像会话期间应用。例如，当逐帧实时估计总运动时，缓冲区域310的尺寸(例如，附加的扇区尺寸)可以从下一个所采集的帧开始增加，以将ROI 302完全保持在缓冲区域310内。如果总运动被估计为在较小的扇区内，那么缓冲区域310的尺寸可以从随后的帧开始减小。
又如，可以在较长的时间段(诸如一个完整的心动周期或更长时间)内估计总运动，并且可以使用最大估计运动来设定新的缓冲区域尺寸。此外，在又一示例中，可以使用对先前记录的图像的研究针对给定探头/应用程序设定固定的缓冲区域尺寸，以覆盖成像扇区304之外的预期运动。还可以使用上述方法的组合，例如，初始地应用固定的缓冲区域尺寸，并且在图像采集期间调整该尺寸。
在一些示例中，可以动态方式收集附加的图像数据。换句话讲，图3的缓冲区域310相对于成像扇区304的定位可以根据ROI如何被估计为在特定成像会话内移动而不是设定估计进行调整。例如，由于成像设备的移动，例如在超声探头处，或由于患者的移动，在ROI处可能以意料不到的方式发生总运动。在此类情况下，总运动可以偏离总运动的设定估计。在一个示例中，当在图像获取期间检测到总运动时，可以例如基于散斑跟踪和/或跟踪模块处的来自运动传感器的信号而估计总运动的定位。根据总运动的程度，可以调整缓冲区域310以将要获得的附加数据集合聚焦在被估计为发生总运动的区域中。
例如，图4中示出了成像数据集400的第二示例。成像数据集400包括图3所示的元件，诸如成像扇区304和处于第一位置306和第二位置308的ROI 302，其中第二位置308导致ROI 302的一部分定位在成像扇区304之外。相对于图3的成像数据集300的第一示例，当ROI302处于第二位置308时，缓冲区域310被偏置到成像扇区304的边界之外的一个区域，从而提供ROI 302的完整图像。
可以从成像扇区304之外的局部区域获得例如除从成像扇区304内收集的数据之外的附加数据，以便从ROI 302获取完整的成像数据集。可以实施用于检测成像扇区304之外的运动的各种技术。例如，可以使用散斑跟踪或边界跟踪来跟踪ROI 302的总运动，其中可以在成像扇区304之外跟踪ROI 302的部分。又如，ROI 302的形状的先验知识可以与边界跟踪结合使用，以估计ROI 302的位置。可以观察ROI 302的先验已知形状被确定为在成像扇区304内未被完全检测到的情况，以及ROI 302的哪一部分缺失以指示ROI 302部分位于成像扇区304之外。
缓冲区域310的调整可以动态地执行，例如响应于ROI 302的总运动的估计。因此，由缓冲区域310覆盖的区域可能不会在相同类型的ROI的成像会话之间保持均匀。可以根据在特定成像会话期间发生的总运动条件来定制附加数据的量。
又如，可以实时应用定制的运动跟踪策略。例如，如上所述，运动跟踪算法或超声探头处的运动传感器可以在获取图像时检测运动。因此，可以响应于检测到运动而调整图像采集过程。在一个示例中，仅当检测到运动时才可以收集在成像扇区之外的附加数据的采集。因此，应用缓冲区域来收集附加的成像数据可能是间歇性的和选择性的。可能需要对所应用的图像采集过程进行调整，诸如对帧速率和图像质量/分辨率的修改，以使运动跟踪策略适应实时应用。
图5中示出了用于利用定制的运动跟踪进行实时成像数据采集的方法500的示例，并且图6中描绘了用于实时成像数据的后处理和显示的方法600。方法500可以应用于数据采集的过程，例如，由诸如超声探头的设备、诸如超声成像系统的成像系统进行图像捕获。用于执行方法500和600的指令可由系统控制器(诸如图1的系统控制器116)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从成像系统的传感器(诸如图1的运动传感器107)接收到的信号来执行。
首先转向方法500，该方法包括在502处识别超声探头的成像扇区内的ROI。例如，ROI可以由图像识别模块(诸如图1的图像识别模块130)识别。成像扇区可以在实时和后处理中定义显示给用户的图像，并且可以被选择为针对给定波束角产生具有最高水平的波束密度的图像，其中波束角与待成像的目标区域或对象的尺寸相关。在一个示例中，可以实时使用图像识别模块的图像处理算法来定位定义ROI形状的一个图像或一组图像内的边界、轮廓或表面。由此可以在实时图像采集期间实时跟踪ROI。
在504处，该方法包括确认是否检测到总运动。例如，可以检测到ROI或探头本身的总运动。在一个示例中，ROI可以在不移动探头的情况下移动，例如内部器官的移位。在另一示例中，可以移动探头，使得ROI看起来在成像扇区内移动。在其它示例中，ROI和探头两者均可移动。无论移动源如何，ROI都可以在成像扇区内移动，这可以通过对图像进行分析，例如通过散斑跟踪，或通过探头的运动传感器(诸如图1的运动传感器107)来检测。
如果未检测到总运动，那么方法继续到506以从探头的成像扇区内收集数据。收集数据可以包括根据所选择的采集模式、帧速率、分辨率/波束密度等采集ROI的图像。该方法进行到514以存储数据，如下文进一步描述。
返回到504，如果检测到总运动，那么该方法继续到508以确定总运动的量值是否被估计为大于阈值。阈值可以为ROI处的移动量，例如ROI的平移，其被估计为将ROI保持在成像扇区的边界内。换句话讲，阈值可以为ROI可以在不至少部分地在成像扇区之外发生位移的情况下表现出的可允许移动的估计幅度。例如，阈值可以为ROI的外边缘与初始采集的帧中的成像扇区的外边缘之间的角度或横向距离，其中ROI以图像为中心。
如果估计和/或检测到的总运动的量不大于阈值，那么方法继续到506以从成像扇区内收集数据。如果估计和/或检测到的总运动的量大于阈值，那么方法进行到510以确定适用于成像扇区的合适的缓冲区域。例如，可以基于来自运动传感器的信号和/或基于实时散斑跟踪来估计总运动的量值，并且可以选择缓冲区域的目标横截面积，该目标横截面积延伸到例如初始成像扇区的边界之外。目标横截面积可以为提供足够大的面积(例如，波束角)以将ROI保持在缓冲区域内而不管总运动如何，同时使波束密度的对应降低最小化之间的平衡。
在一个示例中，可以基于面积的增加对图像分辨率和/或帧速率的影响来确定缓冲区域的最大面积。例如，帧速率可以保持固定，并且发射波束之间的间距可以增加10％，对应于降低10％的分辨率。因此，最大面积可以增加10％。另选地，波束间距(和分辨率)可以保持固定，并且帧速率可以降低多至10％。通过降低帧速率，可以将更多波束添加到成像扇区，从而允许成像扇区增加多至10％(通过添加缓冲区域)。此外，可以使用改变分辨率和帧速率的组合来确定缓冲区域的最大面积。
在一个示例中，缓冲区域可以应用于在图像采集期间收集的每个图像帧。例如，可以初始地对总运动进行检测和分析以确定用于后续图像采集的设定，该设定包括所采用的波束角和密度。缓冲区域可以为静态参数，例如，可以确定适当较宽的波束角，该波束角放大了在不进行定位的情况下收集成像数据的区域，如图3所示。换句话讲，可以沿每个维度等几率地增加数据收集。
又如，缓冲区域可以替代地用偏置动态地应用以从被估计发生总运动的特定区域收集附加数据。例如，可以如图4所示调整缓冲区域，以包括ROI被估计为至少暂时移位到的区域。偏置的缓冲区域可以应用于在图像采集期间收集的每个图像帧。通过应用偏置的缓冲区域，相对于使用类似地应用于每个维度的缓冲区域，可以降低分辨率的损失。然而，初始分析持续时间可能更长且更复杂。在一些示例中，偏置的缓冲区域的应用可以变化，例如，帧速率或分辨率是否被调整，或者缓冲区域是固定的还是被动态应用的，这取决于所采集的成像数据被如何使用并且可以由用户选择。
在又一示例中，缓冲区域可以实时应用于检测到ROI在成像扇区之外移动的图像帧。缓冲区域的实时部署可以实现最大图像分辨率和帧速率，同时减少数据量和对应的存储器存储空间需求。然而，实时应用可能导致图像分辨率和/或帧速率随时间变化。
在512处，该方法包括经由较宽波束角(例如，从成像扇区和缓冲区域两者)收集数据。收集数据可以包括根据所选择的采集模式、帧速率、对应于较宽波束角的分辨率/波束密度等采集ROI的图像。在514处存储数据。存储数据可以包括例如以相对于系统控制器的图像处理模块(例如，图像处理模块122)的合适格式将所收集的数据存储在系统控制器的存储器(诸如图1的存储器114和/或120)处。该方法结束。
现在转向图6，方法600描述了可如何对成像数据(诸如经由图5的方法500收集和存储的数据)进行后处理的示例。在602处，该方法包括获得针对ROI(例如方法500的ROI)收集的成像数据。获得成像数据可以包括从系统控制器的存储器(例如，图1的存储器114和/或120)检索数据，并且将该数据发送到系统控制器的跟踪模块，诸如图1的跟踪模块128。在一个示例中，成像数据可以为经由图5的方法500获取的成像数据。成像数据可以包括从成像扇区内获得的第一组成像数据和从与成像扇区偏移的缓冲区域收集的第二组成像数据，该第二组数据是响应于检测到ROI处的运动而收集的。
在604处，该方法包括基于检索到的第一组成像数据来跟踪ROI处的运动。例如，可以经由系统控制器的分析模块识别ROI，如上文参考方法500的502所述。可以跨对应于检索到的成像数据的一组图像监测ROI在成像数据的成像扇区内的位置。
在606处，该方法包括确认ROI是否在该一组图像上在例如成像扇区的边界之外移位。可以由分析模块(诸如图1的图像识别模块130)提供对ROI是否在成像扇区的边界之外移动的确定。ROI在边界之外移位可以包括ROI的至少一部分在成像扇区之外移动。如果确定ROI不在成像扇区之外移动，那么该方法进行到610以从成像数据中的ROI去除总运动，如下所述，而无需将来自第二组数据的信息添加到第一组数据。
如果确认ROI在该组图像的任何图像中在成像扇区之外移动，那么该方法继续到608以添加来自该第二组成像数据的信息。例如，如图5的方法500中所述，在图像采集期间检测到总运动可能导致波束角的加宽，以在成像会话期间收集成像扇区之外的附加数据。例如，如由第二组成像数据提供的所收集的附加数据可以用于补充与ROI在成像扇区之外移动的图像帧相对应的数据。换句话讲，当ROI保持在用于显示的固定位置时，附加数据可以相对于获得ROI的完整图像而提供成像扇区内缺失的数据。
在610处，该方法包括从所获取的图像中的ROI去除总运动(如果存在的话)。去除总运动可以包括使用在系统控制器的跟踪模块处实施的运动补偿算法。例如，由来自第二组成像数据的附加数据补充的来自成像扇区内的第一组成像数据可以被馈送到运动补偿算法。可以使用位移场来确定ROI的总体总运动，该位移场可以估计ROI的形状变化的变形量。变形或形状变化可以表示ROI的总运动。可以通过从图像数据集中减去总体运动或变形来补偿总运动，由此从待显示的ROI的图像中去除平均运动。在一些示例中，ROI的图像可以基于总运动被缩放、旋转和/或平移。在一个示例中，可以执行图像的仿射变换，该仿射变换包括两个维度空间之间的变换，该变换包括平移之后的线性变换。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用用于运动补偿的其它方法和技术。
在612处，该方法包括显示去除了总运动的图像。例如，图像可以被呈现为电影循环，并且当电影循环的图像帧被显示和循环时，总运动的去除允许ROI看起来静止的，例如不移动的并且处于成像扇区内的固定位置。在电影循环的图像帧中未示出缓冲区域。通过选择性地引入由缓冲区域的应用提供的附加的成像数据，ROI显示在整个电影循环中为稳定的，例如，ROI图像不会跳过或暂时看起来为缺失数据。
在614处，可以进行图像的后处理。例如，可以将散斑跟踪、边界检测等应用于去除了总运动的图像。另选地，在其它示例中，可以在没有去除总运动的情况下执行后处理。相反，后处理可以直接应用于添加了来自缓冲区域的数据的成像数据(例如，省略610和612)。该方法结束。
以此方式，可以获得完整的成像数据集，从而能够向用户呈现该成像数据集的稳定实时显示。通过收集成像设备的FOV的可见扇区之外的附加的成像数据，可以跟踪成像ROI的总运动，并且可以使用附加的成像数据来补充与ROI中在实时图像采集期间在可见扇区之外发生位移的部分相对应的数据。消除了经由建模对缺失数据的补偿，并且实现了有效分析和评估的图像呈现。
从成像系统的可见扇区之外的缓冲区域收集附加数据的技术效应为，响应于检测到导致ROI至少部分地在可见扇区之外发生位移的总运动，成像系统的采集波束角被加宽，从而能够收集更大的成像数据集，同时保持呈现给用户的成像循环中ROI的一致显示。
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该元件或步骤，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。
本公开还提供了对一种用于实时图像中的运动补偿的方法的支持，该方法包括：从成像系统的可见扇区获取第一组成像数据，该可见扇区包括显示给用户的感兴趣区域；在该获取该第一组成像数据期间，在从该可见扇区偏移的区域处获取第二组成像数据；和使用该第二组成像数据来补偿该感兴趣区域的总运动，从而导致该感兴趣区域的至少一部分在该可见扇区之外发生位移。在该方法的第一示例中，使用该第二组成像数据来补偿该感兴趣区域的总运动包括将该第二组成像数据馈送到在该成像系统的系统控制器处实施的运动补偿算法。在该方法的第二示例(其任选地包括该第一示例)中，该方法进一步包括：估计该第一组成像数据中的该感兴趣区域的该总运动，并且其中估计该感兴趣区域的该总运动包括检测该成像系统的成像设备的运动传感器处的运动。在该方法的第三示例(其任选地包括该第一示例和该第二示例中的一项或两项)中，该方法进一步包括：基于对实时图像的分析来估计该第一组成像数据中的该感兴趣区域的该总运动，并且其中使用运动补偿算法执行对该实时图像的该分析。在该方法的第四示例(其任选地包括该第一示例至该第三示例中的一项或多项或每一项)中，使用该第二组成像数据来补偿该感兴趣区域的总运动包括使用该第二组成像数据来补充该第一组成像数据中的数据的缺失部分，该缺失部分由该感兴趣区域的至少该部分在该可见扇区之外的位移引起。在该方法的第五示例(其任选地包括该第一示例至该第四示例中的一项或多项或每一项)中，在从该可见扇区偏移的该区域处获取该第二组数据包括加宽用于获取该第一组数据和该第二组数据两者的成像设备的波束角。
本公开还提供了对一种成像系统的支持，该成像系统包括：成像设备，该成像设备被配置为获取该成像设备的可见扇区内的感兴趣区域的图像；和系统控制器，该系统控制器被配置有存储在非暂态存储器上的可执行指令，该指令在被执行时使该系统控制器进行以下操作：除从该可见扇区收集的第二组成像数据之外，响应于检测到该感兴趣区域处的总运动，从与该可见扇区偏移的区域收集第一组成像数据，以及利用该第一组成像数据来补充从该第二组成像数据缺失的数据，以基于该第二组成像数据显示处理后的图像。在该系统的第一示例中，该成像设备进一步包括嵌入在该成像设备处的运动传感器，并且其中该运动传感器被配置为检测该感兴趣区域处的该总运动。在该系统的第二示例(其任选地包括该第一示例)中，该感兴趣区域处的该总运动由在该系统控制器的跟踪模块处实施的运动跟踪算法检测，并且其中该运动跟踪算法包括散斑跟踪、轮廓跟踪和光学流中的一者或多者。在该系统的第三示例(其任选地包括该第一示例和该第二示例中的一项或两项)中，从该可见扇区偏移的该区域包括在该可见扇区的边界之外延伸的区域。在该系统的第四示例(其任选地包括该第一示例至该第三示例中的一项或多项或每一项)中，从该可见扇区偏移的该区域被调整为从被估计发生该感兴趣区域的移动的区域收集该第一组成像数据，并且其中基于散斑跟踪、边界跟踪和该感兴趣区域的形状的先验知识中的一者或多者来估计该移动。在该系统的第五示例(其任选地包括该第一示例至该第四示例中的一项或多项或每一项)中，在电影循环中显示基于该第二组成像数据显示的该处理后的图像，并且其中处理该第二组成像数据以呈现该电影循环中的处于固定位置的该感兴趣区域。在该系统的第六示例(其任选地包括该第一示例至该第五示例中的一项或多项或每一项)中，该第一组成像数据用于在该感兴趣区域在该可见扇区之外移动时，在该处理后的图像在该电影循环中显示期间补充从该第二组成像数据缺失的该数据。在该系统的第七示例(其任选地包括该第一示例至该第六示例中的一项或多项或每一项)中，该第一组数据与该第二组数据同时收集，并且其中仅显示该第二组数据，该第二组数据示出该可见扇区中去除了该总运动的该感兴趣区域。在该系统的第八示例(其任选地包括该第一示例至该第七示例中的一项或多项或每一项)中，使用运动补偿算法去除该总运动。在该系统的第九示例(其任选地包括该第一示例至该第八示例中的一项或多项或每一项)中，该成像设备是超声探头，并且其中用于获取该感兴趣区域的该图像和由该第一组成像数据提供的数据量的波束密度基于该超声探头的类型进行调整。
本公开还提供了对一种超声成像系统的支持，该超声成像系统包括：除第二组成像数据之外获取的第一组成像数据，该第一组成像数据响应于在该第二组成像数据中显示的感兴趣区域处检测到总运动而获取，并且其中该第一组成像数据被馈送到运动补偿算法以补充该第二组成像数据中由该感兴趣区域处的该总运动引起的数据省略。在该系统的第一示例中，从获取该第二组成像数据的可见扇区之外的缓冲区域获取该第一组成像数据，并且其中基于对该总运动的量值和目标图像分辨率的估计来确定该缓冲区域。在该系统的第二示例(其任选地包括第一示例)中，该第二组成像数据被显示为呈现给用户的该可见扇区内的该感兴趣区域的处理后的图像，并且不显示该缓冲区域。在该系统的第三示例(其任选地包括该第一示例和该第二示例中的一项或两项)中，该第二组成像数据被显示为该感兴趣区域中作为电影循环的该处理后的图像，并且其中该电影循环在没有跳过的情况下显示，并且该感兴趣区域以类似于该可见扇区的区域的尺寸在该电影循环中的每个图像帧中示出。
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 (20)

1.一种用于实时图像中的运动补偿的方法，所述方法包括：
从成像系统的可见扇区获取第一组成像数据，所述可见扇区包括显示给用户的感兴趣区域；
在所述获取所述第一组成像数据期间，在从所述可见扇区偏移的区域处获取第二组成像数据；以及
使用所述第二组成像数据来补偿所述感兴趣区域的总运动，从而导致所述感兴趣区域的至少一部分在所述可见扇区之外发生位移。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述第二组成像数据来补偿所述感兴趣区域的总运动包括将所述第二组成像数据馈送到在所述成像系统的系统控制器处实施的运动补偿算法。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括估计所述第一组成像数据中所述感兴趣区域的所述总运动，并且其中估计所述感兴趣区域的所述总运动包括检测所述成像系统的成像设备的运动传感器处的运动。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括基于对所述实时图像的分析来估计所述第一组成像数据中所述感兴趣区域的所述总运动，并且其中使用运动补偿算法执行对所述实时图像的分析。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述第二组成像数据来补偿所述感兴趣区域的总运动包括使用所述第二组成像数据来补充所述第一组成像数据中的数据的缺失部分，所述缺失部分由所述感兴趣区域的至少所述部分在所述可见扇区之外的所述位移引起。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在从所述可见扇区偏移的所述区域处获取所述第二组数据包括加宽用于获取所述第一组数据和所述第二组数据两者的成像设备的波束角。
7.一种成像系统，所述成像系统包括：
成像设备，所述成像设备被配置为获取所述成像设备的可见扇区内的感兴趣区域的图像；和
系统控制器，所述系统控制器被配置有存储于非暂态存储器上的可执行指令，所述指令在被执行时使得所述系统控制器进行以下操作：
除了从所述可见扇区收集的第二组成像数据之外，响应于检测到所述感兴趣区域处的总运动，从与所述可见扇区偏移的区域收集第一组成像数据；并且
利用所述第一组成像数据来补充从所述第二组成像数据缺失的数据，以基于所述第二组成像数据显示处理后的图像。
8.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述成像设备进一步包括嵌入在所述成像设备处的运动传感器，并且其中所述运动传感器被配置为检测所述感兴趣区域处的所述总运动。
9.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述感兴趣区域处的所述总运动由在所述系统控制器的跟踪模块处实施的运动跟踪算法检测，并且其中所述运动跟踪算法包括散斑跟踪、轮廓跟踪和光学流中的一者或多者。
10.根据权利要求7所述的成像系统，其中从所述可见扇区偏移的所述区域包括在所述可见扇区的边界之外延伸的区域。
11.根据权利要求7所述的成像系统，其中从所述可见扇区偏移的所述区域被调整为从所述感兴趣区域的移动被估计发生的区域收集所述第一组成像数据，并且其中基于散斑跟踪、边界跟踪和所述感兴趣区域的形状的先验知识来估计所述移动。
12.根据权利要求7所述的成像系统，其中在电影循环中显示基于所述第二组成像数据显示的所述处理后的图像，并且其中处理所述第二组成像数据以呈现所述电影循环中的处于固定位置的所述感兴趣区域。
13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述第一组成像数据用于在所述感兴趣区域在所述可见扇区之外移动时，在所述处理后的图像在所述电影循环中显示期间补充从所述第二组成像数据缺失的所述数据。
14.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述第一组数据与所述第二组数据同时收集，并且其中仅显示所述第二组数据，所述第二组数据示出所述可见扇区中去除了所述总运动的所述感兴趣区域。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中使用运动补偿算法去除所述总运动。
16.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述成像设备是超声探头，并且其中用于获取所述感兴趣区域的所述图像和由所述第一组成像数据提供的数据量的波束密度基于所述超声探头的类型进行调整。
17.一种超声成像系统，所述超声成像系统包括：
除第二组成像数据之外获取的第一组成像数据，所述第一组成像数据响应于在所述第二组成像数据中显示的感兴趣区域处检测到总运动而获取，并且其中所述第一组成像数据被馈送到运动补偿算法以补充所述第二组成像数据中由所述感兴趣区域处的所述总运动引起的数据省略。
18.根据权利要求17所述的超声成像系统，其中从获取所述第二组成像数据的可见扇区之外的缓冲区域获取所述第一组成像数据，并且其中基于对所述总运动的量值和目标图像分辨率的估计来确定所述缓冲区域。
19.根据权利要求18所述的超声成像系统，其中所述第二组成像数据被显示为呈现给用户的所述可见扇区内的所述感兴趣区域的处理后的图像，并且不显示所述缓冲区域。
20.根据权利要求19所述的超声成像系统，其中所述第二组成像数据被显示为所述感兴趣区域中作为电影循环的所述处理后的图像，并且其中所述电影循环在没有跳过的情况下显示，并且所述感兴趣区域以类似于所述可见扇区的区域的尺寸在所述电影循环中的每个图像帧中示出。
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