CN1271563A - 在后储存模式中提供各种分析的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在储存周期从感兴趣区积累超声信息的系统和方法。积累的超声信息然后在后储存操作中被处理以提供许多不同的可供选择的分析和显示模式。超声回波信息数据例如包括在储存周期过程中积累在电影扫描存储器中沿一扫描线的多个距离位置的一组完整的原始RF信号(或正交信号I＆Q)。在数据积累中可采用隔行扫描和多行采集技术。积累的回波信号数据在后储存操作过程中经处理而提供许多不同的可供选择的分析和显示模式。

Description

在后储存模式中提供各种分析的系统和方法
本发明涉及对解剖学结构及其运动进行成象的超声系统。更具体地说，本发明涉及对在扫描周期内从感兴趣区得到的一组完整的超声信息进行积累和储存、然后在后扫描操作中对储存的超声信息进行处理并提供许多不同的可供选择的分析和显示模式的方法和系统。
多普勒超声系统根据多普勒效应，通过测量发射的超声信号和返回的回波之间的频率变化来检测运动。如果需要或期望将多普勒系统限定在仅对从已知深度处的结构返回的回波进行分析，则采用脉冲超声。脉冲超声为超声信号从发射器至目标并返回至被测量的接收器而形成一循环回路提供了时间，并且提供了被计算的反射结构的深度。在脉冲多普勒系统中，操作者有机会确定多普勒信号被采集处的深度。在实际中，上述操作是通过有选择地忽略返回到接收器的信号，直到到达超声脉冲发射之后的所选时间间隔而实现的。然后接收器在更短的时间间隔内被接通，在该区间内采集多普勒信息。该采集间隔的持续时间确定了在组织内数据采集量的长度。由这种技术产生的感应区带通常称为“距离选通”或“多普勒选通”。
频谱多普勒采用脉冲多普勒技术来检测在预定深度下的目标例如在血管中的血细胞的速度。通常采用二维B超成象来定位感兴趣的血管。然后系统操作者将多普勒选通沿适当的超声声束或扫描线设置成与血管的位置(深度)和宽度相应。一旦已设置好多普勒选通，可进行一系列临床上有用的分析。例如，多普勒频移的频谱分析提供涉及血管内一系列不同速度的信息。例如血管内的阻塞或狭窄将产生较宽范围的速度变化，因此与健康血管相比将观察到较宽的多普勒频移频谱。如果已知超声声束和血管长轴之间的夹角，则可以进行定量的速度分析。许多传统的超声系统允许操作者在检查中通过跟踪沿血管轴的直线来设置声束/血管夹角。
由于异常血流模型和其它运动如心脏收缩等的急速与短暂特性，多普勒超声系统可采用记录系统来储存一系列图象。然后这些图象可在后扫描操作中以慢速或一帧帧地回放。在许多传统的超声系统中采用可记录几秒内有意义图象的视频记录仪或数字存储器(常称为“电影回放”)。储存在典型电影回放中并由其回放的信息一般受在记录过程中进行的分析的限制。这种受限制的原因是传统电影回放接收的数据产生于回波信号已经过处理并准备显示之后。因此，电影回放仅储存对回波信号进行特殊处理操作后得到的数据。处理操作由当前模式和参数设置来确定。经处理的数据可能忽略掉和/或消除了回波信号内的某些信息。例如，如果对感兴趣区内一子区域进行彩色血流成象，则仅被储存和用于回放的信息可能是相同子区域内的相同彩色血流图象。类似地，频谱多普勒分析的后扫描回放受启动电影回放记录之前设置的多普勒选通的位置和宽度的限制。包含在多普勒选通“窗”之外或沿非选择扫描线上接收到的回波内的信息被忽略，并且因此永远失去了。同时，定量速度测量的精确度和有用程度取决于原始扫描时跟踪的声束/血管夹角。
现有电影回放方案的上述限制导致其存在一些缺点。例如，在彩色血流成象中每次采用不同类型的多普勒分析，设置不同的多普勒选通位置或宽度，或者选择不同的子区域，必需开始另外的扫描周期，并且必需在电影回放中储存新的信息。不可能在一次运动中在多个选通位置分析不同的结构。另外，在病人已离开之后若认为在记录的图象中存在异常，则不能进行更详细的分析，除非让病人回来进行一次新的扫描(而且在原始扫描阶段内存在的异常可能不再展现)。不精确的或在少于最佳参数设定时记录的图象可能是无用的。任何对超声扫描阶段长度或数量的增加都有可能增加病人的暴露时间，使病人不舒适感增加并且检查成本提高。再进一步说，采用造影剂的研究受在造影剂快速衰减过程中可能形成的不同分析的数量的限制。
目前需要改进超声系统来克服上述确定的困难和限制。本发明的目的是满足上述需要。
本发明提供在储存周期对感兴趣区的未处理超声信息进行积累的系统和方法。积累的超声信息然后在后储存操作中经处理而得到许多可供选择的超声运动分析和显示模式。
超声回波信息数据例如包括在储存周期过程中积累在电影扫描存储器中，沿一扫描线的多个距离位置的一组完整的RF信号(或正交信号I&Q)。可采用隔行扫描技术从覆盖感兴趣区的多条扫描线中同时积累超声信息。最理想的是采用最大可用的脉冲重复频率(PRF)。可采用多线采集(MLA)来增加感兴趣区的尺寸或密度，在储存周期中，可从该感兴趣区内积累超声信息。
积累的回波信息数据然后在后储存操作过程中经处理而产生许多不同的可供选择的超声运动分析和显示模式。在后储存回放操作中，可采用任何公知的、在扫描阶段通常实时进行的信号处理和数据操纵技术。在后储存回放过程中可有选择地修改信号处理和数据操纵的各种已知参数，从而优化显示输出。例如，在脱机回放模式中，系统操作者可在感兴趣区内选择任何扫描线和多普勒选通的位置与宽度，以便进行彩色M型分析或频谱多普勒分析。系统操作者还可以在感兴趣区内选择任何子区域，进行彩色血流或组织速度成象。在脱机回放过程中还可以对其它参数，如频谱标度、多普勒动态范围、多普勒增益、基线和颜色映射等进行修改。在后储存操作过程中可进行其它已知的信号处理操作，如噪音抑制、滤波(包括壁运动滤波)、舍弃低亮度以及/或删去固定目标等，并调节其中的参数。
本发明优选实施例的超声系统在回放过程中还可提供手动声束/血管夹角校正。声束/血管夹角校正可在许多成象模式中，如频谱多普勒和平均值的颜色映射以及/或最大速度等成象模式中进行。在颜色映射的情况下，夹角校正为感兴趣区内的一根或多根血管提供大量的运动分析。
本发明的其它目的、特征和优点将在下面结合附图的详细说明中得到体现出来。
图1示出了本发明优选实施例中超声成象系统的方框图。
图2示出了根据本发明优选实施例积累和储存超声信息程序的流程图。
图3示出了根据本发明优选实施例从感兴趣区积累超声信息的示意图。
图4示出了根据本发明优选实施例在后储存模式中处理储存的超声信息，从而提供许多不同的可选择的超声运动分析的程序的流程图。
本申请描述了在扫描周期从感兴趣区积累和储存一组完整的超声回波信息，然后从许多可供选择的超声运动分析中选择一种或多种超声运动分析，如多普勒分析来处理储存的回波信息。在后面的说明中将阐述许多特定的细节，以便全面地理解本发明的优选实施例。但是，显然对本领域的普通技术人员来说，本发明的实现不局限于这些特定细节。
图1示出了本发明优选实施例中的超声系统(总的用10表示)的方框图。超声系统10包括一个发射器12，该发射器驱动探头16内的传感器14将脉冲超声信号发射到身体内。超声信号从身体内的结构，如血细胞或肌肉的组织中反向散射，产生返回至传感器14的回波。回波被接收器18检测。接收到的回波通过声束成形器19，该声束成形器将声束成形并输出RF信号。RF信号然后通过RF处理器20。按照本发明的优选实施例，RF信号数据然后可直接发送到“电影扫描(cinescan)”存储器22中储存。“电影扫描”一词用于区分电影扫描存储器22和传统的电影回放存储器。另外，RF处理器20可包括一个复解调器(未示出)，该复解调器解调RF信号，形成代表储存在电影扫描存储器22之前的回波信号的I，Q数据对。
超声系统10还包括信号处理器24，该信号处理器处理接收到的回波信号数据(即RF信号数据或I，Q数据对)，并准备用于显示在显示器26上的图象。信号处理器24适于从多种可供选择的处理操作中选择一种或多种处理操作对接收到的回波信号数据进行处理。可在扫描阶段，在回波信号被接收到时实时处理和显示回波信号数据。另外或备选的是，按照本发明的优选实施例，回波信号数据在扫描阶段可储存在电影扫描存储器22中，然后在后储存(脱机)操作中重新从电影扫描存储器22中取出，由信号处理器24处理并显示在显示器26上。
优选的是电影扫描存储器22具有足够容量来储存持续几秒沿多条扫描线得到的多个距离位置的回波信号数据。回波信号数据的储存方式根据扫描线、距离位置和从扫描周期开始的经过时间而设定，有利于数据的取出。电影扫描存储器22可包括任何公知的数据储存媒体。电影扫描存储器22还可允许存档多个扫描阶段和/或多个病人的回波信号数据。
超声系统10还可包括一个传统的电影回放存储器28，该存储器用于记录显示的图象或后处理回波信号数据。
信号处理器24可采用任何公知的信号处理和数据操纵技术，以提供任何公知的超声模式或分析，该分析在扫描阶段通常已实时进行。但是，可在后储存(脱机)操作中对储存的回波信号数据采用这些信号处理和数据操纵技术。此外，在脱机回放过程中可对信号处理和数据操纵的各种已知参数进行有选择地修改，以优化显示输出。例如，操作者可在感兴趣区内选择任何子区域以进行彩色血流或组织速度成象，或在感兴趣内选择任何扫描线进行彩色M型分析或频谱多普勒分析。例如，在频谱多普勒分析的情况下，操作者也可选择在感兴趣区内沿任何扫描线的多普勒选通的位置与宽度。在后储存操作过程中，还可以进行如噪音抑制、滤波(包括壁运动滤波)、舍弃低亮度以及/或删去固定目标等信号处理操作。在脱机回放过程中，还可以对其它参数，如频谱标度、多普勒动态范围、多普勒增益、基线和颜色映射等进行修改。
本发明优选实施例的超声系统在回放过程中还可提供手动声束/血管夹角校正。声束/血管夹角校正可在许多成象模式中，如频谱多普勒和平均值的颜色映射以及/或最大速度等成象模式中进行。在颜色映射的情况下，操作者可在观察二维B型图象或感兴趣区的颜色映射性质的同时，通过沿血管轴描绘一直线来手动设定声束/血管夹角。夹角校正为感兴趣区内的一根或多根血管提供大量的运动分析。可为感兴趣区内的多个血管设置一个信号夹角，或设置多个夹角。在回放过程中可设置或再次设置夹角。系统操作者在脱机时能够选择期望的血管，选择期望的多普勒选通位置和宽度，并进行手动夹角校正。夹角校正也可在脱机回放模式中以任何公知的方式自动进行。
按照本发明的优选实施例，当系统操作者启动存储器时，回波信号数据往电影扫描存储器22中的储存可不断地进行着。在这种情况下，电影扫描存储器22可以是按照先进先出规则储存N秒数据的循环存储器。如图2b所示，超声系统10接收超声回波(步骤30)，并且RF处理器抽取回波信号数据(步骤31)。回波信号数据例如可包括原始RF信号数据或I或Q数据对。回波信号数据被传递并储存在电影扫描存储器22中(步骤32)。回波信号数据同时传递到信号处理器24，以进行实时处理(与后储存相对)(步骤33)，并根据目前系统的参数设置显示在显示器26上(步骤34)。操作者发出的命令，例如冻结命令可用来结束储存周期并“锁定”之前的N秒数据用以脱机回放和/或归档数据(步骤35)。
图2b示出了根据本发明优选实施例积累和储存回波信号数据的另一程序的流程图。超声系统10接收超声回波(步骤36)，并且RF处理器抽取回波信号数据(步骤37)。回波信号数据例如可包括原始RF信号数据或I，Q数据对。如果电影扫描储存周期被启动(步骤38)，则回波信号数据传递并储存到电影扫描存储器22中(步骤39)。回波信号数据被储存任何长度的一预定时间周期(仅受电影扫描存储器22容量的限制)。在该储存周期，探头16在感兴趣区内保持静止。当储存周期结束时，超声系统10可返回到实时处理操作，或可提示操作者选择脱机回放模式和相关参数。如果电影扫描储存周期还没有启动(步骤38)，则回波信号数据由信号处理器24进行实时处理(步骤40)，然后显示在显示器26上(步骤41)。虽然在图2中未示出，但回波信号数据的实时(与后储存相对)处理和显示可与回波信号数据在电影扫描存储器22中的储存并行进行。
另外，在储存周期内，可顺序采集感兴趣区内的许多部分的数据。在这种方式下，整个储存周期包括多个储存周期。在第一储存周期内，第一部分的数据被储存。在紧跟第一储存周期之后开始的第二储存周期中，来自与第一部分有共同边界的第二部分的数据被储存。之后的储存周期和部分可类似地实现数据储存。在该方式下，在一个储存周期内可采集较大的感兴趣区的数据。感兴趣区的部分的数量可增加或减少，以改变感兴趣区覆盖的面积。所有部分的复合图象将代表储存在不同时间点的数据，同时图象将仍提供临床上有用的信息，因为几乎所有解剖结构的运动均具有循环往复的特征。
图3描述了积累和储存来自感兴趣区的回波信号数据的一个例子。如图3所示，感兴趣区50可包括扇形扫描器60的5根扫描线51，52，53，54和55。在储存周期启动之后，探头16在储存周期持续保持位于感兴趣区50处。为了图示的目的，该例中储存周期为6秒。在该储存周期内，在PRF例如为10,000时从扫描线51，52，53，54和55上积累回波信号数据。如果所用的间隔尺寸为5，并且采样数据为每个扇区为100个，则对每根线来说储存的回波信号数据采样数目为1,200,000。整个感兴趣区的总数目为6,000,000。可根据从中采集到回波信号数据的扫描线，将回波信号数据储存在一个数据表中。也可根据距离位置和/或从储存周期开始至当前的经过时间来编制回波信号数据索引。
可增加或减少数据从中积累和储存的扫描线的数量来改变感兴趣区50的尺寸。可采用隔行扫描技术，使得同时从多根扫描线中积累回波信号数据。隔行扫描的概念指的是一种超声触发顺序，其中一组线被反复扫描。当所需的最小PRF(从临床观点看由不需别名即被检测的所需速度范围来确定)小于最大PRF(由扫描深度确定)时可采用隔行扫描。
在该情况下，在沿一根扫描线进行连续触发之间的“死”时间用于沿另一扫描线进行触发。根据本发明的优选实施例，在储存周期内采用上述概念来连续采集在由行间隔尺寸(间隔线的数量)限定的感兴趣区50内回波信号数据的多根线。
还可通过采用多线采集(MLA)来进一步增加感兴趣区50的尺寸。该技术允许针对每个发射脉冲接收多于一个的接收器的声束。采用该技术，更宽的超声声束被发射，并且建立接收器18的声束成形器，该声束成形器接收并从位于发射声束开放角内的两个或多个不同的声束方向中分离出信号。采用边界超声声束允许从比未采用MLA具有更大的感兴趣区内积累回波信号数据。
图4示出了可由超声系统10执行，从而处理所储存的回波信号数据的后储存、脱机回放操作流程图。回放可由用来积累和储存数据组的同一超声系统进行，或采用另一起声系统来回放，或采用独立的工作站。在步骤70中，操作者启动脱机回放模式。此时，操作者可被提示选择取出的数据组或最后储存的数据组用以回放(步骤72)。接下来，选择回放模式或分析(步骤74)。
在图4的步骤74中所选择的回放模式或分析例如可包括：标准多普勒分析，如频谱多普勒，包括多普勒声音回放、彩色血流、组织速度成象和/或彩色M型；高级多普勒颜色映射分析，如最大速度颜色映射、脉动指数颜色映射、阻抗指数颜色映射、频谱多普勒导数和/或静态血流参数；经过设计的临床研究，如心脏、肾脏、恶性新血管形成、胎儿胚盘形成以及冠状血管的研究；以及/或其它高级研究，如造影剂和/或组织弹性研究。一些回放模式利用了这样一个事实，即同时利用针对整个感兴趣区的一组完整的数据和整个储存周期。另外，对需要密集的数据处理的回放模式来说由于受处理的限制而难于或不可能实现在线实时操作，对所储存的数据组的处理可在对实时处理和显示的速度没有要求的情况下进行。
在步骤76中，设置所选择的回放模式或分析的各种参数。为了有利于选择M型扫描线、多普勒选通位置和宽度等参数以及/或设置声束/血管夹角，超声系统10可以是在储存周期内储存感兴趣区50的B型图象信息的双工扫描仪。然后在后储存回放操作中显示感兴趣区50的B型图象。操作者因此可采用该B型图象来定位血管和设置参数。所有有用的参数可在后储存回放操作之前或过程中设置和重新设置。
然后信号处理器24从电影扫描存储器22中抽取出所储存的回波信号数据中适于所选模式和参数的部分(步骤78)。抽取出的回波信号数据然后由信号处理器24处理(步骤80)，并显示在显示器26上(步骤82)。
所储存的回波信号数据的处理和显示时间不受限制，该时间长短根据任何可用处理模式和参数设置而定。例如，回波信号数据首先可按照频谱多普勒模进行处理和显示，然后过一段时间按照颜色映射模式和/或M型处理和显示。而且例如可首先对一根扫描线、多普勒选通的一个位置和多普勒选通的一种宽度进行频谱多普勒分析，然后过一段时间对另一不同的扫描线、多普勒选通的另一个位置和多普勒选通的另一种宽度进行频谱多普勒分析。
在上面的说明中已参考特定示例性实施例对本发明进行了描述。但显然在下超出本发明权利要求书所确定的发明精髓和范围的前提下对本发明做出各种修改和改变。因此，上述说明和附图被认为是对本发明的展示而不用于限定本发明。

Claims (37)

1.一种分析感兴趣区内解剖学结构的运动的方法，包括：
接收来自沿所述感兴趣区内的至少一根扫描线的多个距离位置处的超声回波；
在储存周期内储存代表所接收的回波的所述回波信号数据；
在后储存周期内处理所储存的回波信号数据；以及
显示经过处理的回波信号数据。
2.如权利要求1的方法，其中对接收的回波进行复解调，产生所述回波信号数据。
3.如权利要求1的方法，其中在储存前基本没有对回波或回波信号数据进行滤波。
4.如权利要求1的方法，其中对所述感兴趣区内沿所述扫描线的所有可能的多普勒选通位置进行超声回波的接收、回波信号数据的抽取和储存。
5.如权利要求1的方法，其中对沿覆盖所述感兴趣区的至少两根扫描线的多个距离位置进行超声回波的接收和回波信号数据的储存。
6.如权利要求5的方法，其中采用隔行扫描技术从所述至少两根扫描线接收超声回波。
7.如权利要求6的方法，其中采用多行采集技术从所述至少两根扫描线接收超声回波。
8.如权利要求1的方法，还包括：
从沿所述感兴趣区内的至少另外一根扫描线的多个距离位置处接收超声回波；以及
在另外的储存周期内储存代表所接收的回波的所述回波信号数据。
9.如权利要求1的方法，还包括在后储存周期内设置多普勒选通位置和宽度。
10.如权利要求1的方法，还包括在后储存周期内设置声束/血管夹角。
11.如权利要求5的方法，还包括在后储存周期内为彩色M型显示选择所述至少两根扫描线中的一根。
12.如权利要求1的方法，还包括在传统的电影回放中储存经处理的回波信号数据。
13.一种分析感兴趣区内解剖学结构的运动的多普勒超声成象系统，包括：
一个从沿覆盖所述感兴趣区的至少一根扫描线的多个距离位置接收超声回波的接收器；
一个从所述回波中抽取回波信号数据的RF处理器；
一个在储存周期内储存所述回波信号数据的存储器；
一个在后储存周期内对所储存的回波信号数据进行处理的信号处理器；以及
一个显示经处理的回波信号数据的显示器。
14.如权利要求13的多普勒超声成象系统，其中RF处理器包括一个对所述回波进行复解调的复解调器。
15.如权利要求13的多普勒超声成象系统，其中RF处理器不包括滤波器。
16.如权利要求13的多普勒超声成象系统，其中存储器为沿覆盖所述感兴趣区的所述扫描线的所有可能的多普勒选通位置储存回波信号数据。
17.如权利要求13的多普勒超声成象系统，其中接收器接收沿覆盖所述感兴趣区的至少两根扫描线的多个距离位置的回波，存储器为上述多个距离位置储存回波信号数据。
18.如权利要求17的多普勒超声成象系统，其中接收器和RF处理器采用隔行扫描技术来从所述至少两根扫描线中接收超声回波。
19.如权利要求18的多普勒超声成象系统，其中接收器和RF处理器采用多行采集技术来从所述至少两根扫描线中接收超声回波。
20.如权利要求13的多普勒超声成象系统，还包括一个在后储存周期内可操作地设置多普勒选通位置和宽度的多普勒选通选择器。
21.如权利要求13的多普勒超声成象系统，还包括一个在后储存周期可操作地选择声束/血管夹角的声束/血管夹角选择器。
22.如权利要求17的多普勒超声成象系统，其中信号处理器允许在后储存周期内为彩色M型显示选择所述至少两根扫描线中的其中一根。
23.如权利要求13的多普勒超声成象系统，还包括用于储存经处理的回波信号数据的传统电影回放存储器。
24.一种分析感兴趣区内解剖学结构的运动的方法，包括：
从所述感兴趣区接收超声回波；
储存代表所述回波的回波信号数据；
按照多种处理模式中的第一种处理模式处理和显示所储存的回波信号数据；以及
按照多种处理模式中的第二种处理模式处理和显示所储存的回波信号数据。
25.如权利要求24的方法，其中从沿覆盖所述感兴趣区的至少一根扫描线的多个距离位置接收超声回波，并储存该多个距离位置的回波信号数据。
26.如权利要求25的方法，其中从沿覆盖所述感兴趣区的所述扫描线的所有可能多普勒选通位置处接收超声回波，并且储存该多普勒选通位置的回波信号数据。
27.如权利要求24的方法，其中从沿覆盖所述感兴趣区的至少两根扫描线的多个距离位置接收超声回波，并储存该距离位置的回波信号数据。
28.如权利要求24的方法，其中第一处理模式包括对应于所述至少两根扫描线的其中一根处理回波信号数据，第二处理模式包括对应于所述至少两根扫描线中的另一根处理回波信号数据。
29.如权利要求24的方法，其中在第一储存周期内从所述感兴趣区的第一部分接收超声回波，在第二储存周期内从所述感兴趣区的第二部分接收超声回波。
30.如权利要求24的方法，其中第一处理模式包括为第一多普勒选通位置处理回波信号数据，第二处理模式包括为第二多普勒选通位置处理回波信号数据。
31.如权利要求24的方法，其中第一处理模式包括为第一多普勒选通宽度处理回波信号数据，第二处理模式包括为第二多普勒选通宽度处理回波信号数据。
32.如权利要求24的方法，其中第一处理模式包括为至少一个声束/血管夹角处理回波信号的一部分，第二处理模式包括为至少一个不同的声束/血管夹角处理回波信号的一部分。
33.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二处理模式中的一个为频谱多普勒模式，所述第一和第二处理模式中的另一个为颜色映射模式。
34.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二处理模式中的一个为频谱多普勒模式，所述第一和第二处理模式中的另一个为M型。
35.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二处理模式中的一个为颜色映射模式，所述第一和第二处理模式中的另一个为M型。
36.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二处理模式中的一个为平均速度颜色映射模式，所述第一和第二处理模式中的另一个为最大速度颜色映射模式。
37.如权利要求24的方法，其中所述第一和第二处理模式中的一个为定性颜色映射模式，所述第一和第二处理模式中的另一个为定量颜色映射模式。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication