專利名稱：用于生成獨立于操作員的超聲波圖像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及生成超聲波靜止和/或?qū)崟r圖像，更特別地，涉及生成胎兒、新生兒和/或成人器官的標準解剖面的超聲波靜止和/或?qū)崟r圖像的獨立于操作員的顯示。
背景技術(shù)：
超聲波檢查法是依賴于操作員成像的理療方法。亦即，不同于諸如計算機斷層(CT)成像以及磁共振成像(MRI)之類的其它成像技術(shù)，利用超聲波技術(shù)提供的圖像質(zhì)量直接取決于獲取圖像的超聲波檢查師和/或回聲記錄者(sonologist)的技能。此外，在產(chǎn)科超聲波成像中，子宮內(nèi)的胎兒的可變位置是增加難度級別的附加因素。
研究證明，超聲波檢查法的功效，特別是對于胎兒異常的檢查，依賴于操作員的專門技能。參見Ewigman B.G.，Crane J.P.，F(xiàn)rigoletto F.D.，Leferve M.L.，Bain R.P.，McNellis D.的“Effectof Prenatal Ultrasound Screening on Perinatal Outcome”，TheRADIUS Study Group，New England Journal of Medicine，1993；171821-827；Chitty L.S.的“Ultrasound Screening for FetalAbnormalities，Prenatal Diagnosis”，1995；151241-57；CraneJ.P.，LeFerve M.L.，Winbron R.C.，等人的“A Randomized Trialof Prenatal Ultrasonographic ScreeningImpact on theDetection，Management，and Outcome of Anomalous Fetuses”，TheRADIUS Study Group，American Journal of Obstetrics andGynecology，1994；171392-399；Grandjean H.，Larroque D.，LeviS.，and the Eurofetus Study Group，American Journal ofObstetrics and Gynecology，1999；181446-454。
在美國和歐洲進行的研究指出，涉及產(chǎn)科超聲波檢查法的胎兒異常檢查在三級和非三級中心之間存在顯著差異。參見Ewigman等人以及Chitty。普遍認為，當今美國的許多婦女接受的產(chǎn)科超聲波檢查法低于各種專業(yè)社團當前推薦的標準。參見Filly R.A.和CraneJ.P.的“Routine Obstetric Sonography”，Journal of UltrasoundMedicine 2002；21713-718。
在醫(yī)學成像領(lǐng)域中，三維(3-D)和四維(4-D)超聲波檢查法的發(fā)展推進了成像技術(shù)的進步。借助3-D超聲波檢查法，可以獲得目標容積(或目標容積內(nèi)的)無窮多的二維(2-D)平面。在顯示監(jiān)視器上，可以利用代表該容積內(nèi)的典型2-D平面的徑向(前/后)、橫向(左/右)和冠狀線方向(上/下)平面的三個正交平面顯示3-D超聲波檢查法獲取的容積。利用3個正交平面顯示獲得的3-D容積稱為多平面成像(或多平面顯示)。
超聲波容積的多平面顯示使得操作員能夠處理獲取的目標容積。在多平面顯示中，通過滾動通過三個視圖的任意視圖中的平行平面，并且通過旋轉(zhuǎn)該容積獲得感興趣的結(jié)構(gòu)的視圖，可以探測該容積。因此，操作員可以在獲得該容積并且患者離開后處理該容積數(shù)據(jù)以獲得任何所需截面平面。這樣，3-D超聲波的一個優(yōu)點在于，從一個存儲的容積中獲得不同視圖的能力。當在多平面顯示中對胎兒心臟進行成像時，常規(guī)3-D技術(shù)支持完整心動周期的回放(cineloop)顯示。正如此處使用的那樣，回放通常從許多心動周期(通常為10-60)中獲得的圖像，并且生成的時間系列圖像在許多心動周期上進行均分。當循環(huán)播放時，該圖像采用電影格式演示運動的心臟?？梢栽黾硬噬髁慷嗥绽諆x，從而可以顯示通過胎兒的心臟瓣膜的血流量。對于4-D超聲波檢查法，添加時間作為第四維，以提供正在檢查的3-D容積的表面的實時(或近似實時的)顯示。即使對于受過訓練的人員而言，也很難用多平面顯示處理進行3-D容積處理，特別是當該容積涉及諸如中樞神經(jīng)系統(tǒng)或心臟之類的相對復雜的解剖器官時。
迄今為止，與3-D超聲波檢查法有關(guān)的專業(yè)文獻普遍認為3-D超聲波檢查法能夠比2-D超聲波檢查法提供更好的診斷能力。同時，這些文獻普遍認為3-D超聲波檢查法能夠比2-D超聲波檢查法更好地提供了解剖結(jié)構(gòu)的可視化。然而，對3-D超聲波檢查法的實際價值以及3-D超聲波檢查法是否能夠提高診斷能力和現(xiàn)有2-D系統(tǒng)的效力存在某些懷疑論。
例如，已知的超聲波成像系統(tǒng)能夠使諸如超聲波檢查技師之類的成像人員選擇一個或多個預先設(shè)置的解剖視圖。例如，美國專利No.6,174,285(′285專利)的主要目的是提供利用常規(guī)2-D超聲波檢查法不能進行成像的成人心臟的特定平面(視圖)。由于例如密集的骨結(jié)構(gòu)和充滿空氣的肺組織包圍成人的心臟，所以在2-D超聲波成像中不能獲得它的某些視圖。
然而，′285專利不能與產(chǎn)科超聲波結(jié)合利用，特別是因為′285專利指示要把超聲波傳感器放置到患者的標準位置和/或方位上。因此，′285專利依賴于必須放置在特定位置以率先獲取3-D容積的超聲波傳感器，并且受其限制。此外，′285專利限于用戶選擇預先設(shè)置的解剖圖，并沒有考慮自動顯示特定身體器官的兩個或多個感興趣的標準參考面?！?85專利也沒有提出提供診斷能力的意愿。
和成人心臟的超聲波成像形成對比，在產(chǎn)科超聲波成像中，母親腹部上的標準超聲波傳感器成像位置是不可能存在的或不能利用的，因為，例如，子宮內(nèi)胎兒位置是可變的。因此，獲取胎兒心臟之圖像的人員不能依靠標準傳感器位置(例如，母親腹部上的特定位置和/或方位)。相反，成像人員需要動態(tài)把傳感器放置到不同位置和/或平面上直至獲得所需圖像。至少部分由于產(chǎn)科超聲波檢查法和其它超聲波醫(yī)療方法之間的掃描技術(shù)差異使得前者更難以掌握。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征和優(yōu)點在于，提供用于生成胎兒、新生兒和/或成人器官的獨立于操作員的超聲波顯示的系統(tǒng)、方法和介質(zhì)。
本發(fā)明的另一個特征和優(yōu)點在于，提供能夠利用對胎兒、新生兒和/或成人器官的標準解剖面的獨立于操作員的超聲波顯示來檢測該器官內(nèi)的正常和/或異常成像關(guān)系的系統(tǒng)、方法和介質(zhì)。
本發(fā)明的又一個特征和優(yōu)點在于，提供能夠?qū)μ骸⑿律鷥汉?或成人器官的現(xiàn)有超聲波檢查的效率和診斷能力進行改善的系統(tǒng)、方法和介質(zhì)。
本發(fā)明的另一個特征在于，有助于與超聲波檢查法有關(guān)的教學和教育，有助于各種醫(yī)務(wù)人員的培訓。
本發(fā)明的至少一個實施方式可以利用例如計算機程序和例如通用計算機和/或標準超聲波檢查設(shè)備一起來獲得并可選擇地顯示2-D、3-D和/或4-D超聲波圖像。另外，本發(fā)明的至少一個實施方式可以提供對胎兒、新生兒和成人器官(如胎兒心臟)的狀況的醫(yī)學評估或診斷。
在根據(jù)本發(fā)明的典型方法中，獲得特定身體器官的參考面，該參考面可以作為用于獲取其它感興趣平面的基準，如胎兒心臟的四腔圖平面。作為選擇，參考面可以是2-D超聲波檢查法比較容易獲得的標準典型平面，如胎兒心臟的四腔圖平面。胎兒頭部的示例性參考面為軸向雙頂徑、軸向后顱窩、軸向側(cè)腦室以及冠狀腦胼胝體。
接著，可以利用3-D超聲波成像裝置來獲得例如從參考面的(或相對于該參考面的)層面開始的組織的容積。所獲得的容積的多平面的顯示在三個顯示的正交平面的一個平面上，通常在A平面表示參考面(當前的標準3-D獲取)。根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方式，為各種胎兒、新生兒和成人器官提供與參考面有關(guān)的標準化的平面的空間數(shù)學關(guān)系。通用計算機和/或標準超聲波檢查設(shè)備使用的軟件和/或硬件然后可以利用一個或多個數(shù)學關(guān)系，可選地可以自動地利用一個或多個數(shù)學關(guān)系，來顯示一個或多個標準化的平面。在本發(fā)明的至少一個實施方式中，可以顯示特定身體器官的感興趣的所有標準化的平面。此外，既可以提供多平面顯示(其中三個平面的多平面顯示的一個視圖是標準化的平面)，也可以提供僅表示一個或多個標準化的平面的顯示(不顯示可以作為多平面視圖之一部分的任何非標準化的平面)。當傳感器和/或處理能力允許時，本發(fā)明的至少一個實施方式能夠自動以實時方式(或基本上以實時方式)顯示身體器官的一個或多個標準化的平面，從而在獲取身體部分的掃描容積時繞過多平面的顯示。
有利地，這些標準化的平面彼此之間的固定解剖關(guān)系將允許對任何患者使用這些標準化的平面。對于胎兒器官的情況，可以利用關(guān)于胎兒孕齡進行輕微修改以方便顯示。顯示特定器官的所有標準化的平面的過程就是利用超聲波評估該器官的獨立于操作員的方法。在本發(fā)明的至少一個實施方式中，操作員也可以選擇查看自動生成的標準化的平面的實時顯示。
在本發(fā)明的至少一個實施方式中，可以利用計算機化的診斷能力來評估與一個或多個標準化的平面相關(guān)聯(lián)的圖像。例如，可以利用成像軟件來識別圖像內(nèi)的特定結(jié)構(gòu)(例如，代表胎兒心臟的一部分)，比較該圖像與參考圖像，并且鑒別例如正常和異常解剖結(jié)構(gòu)和/或其部分。例如，用于胎兒心臟的成像軟件可以在一個或多個平面上識別該心臟的心室和/或流出道的大小，通過不同瓣膜的血流量，并且生成正常和異常關(guān)系的指示(如，報告)。另外，也可以利用成像軟件來調(diào)整平面層面，以確保顯示最佳或適宜平面，由此降低誤差。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和介質(zhì)的實施方式可以提供圖像分割能力以及定向工具，例如使圖像更容易理解和/或2-D和3-D圖像之間的點到點對照，后者能夠例如容易地、清楚地向參考的醫(yī)師和患者傳達診斷信息。另外，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和介質(zhì)的實施方式可以提供例如基于3-D容積(而不只是2-D平面)的胎兒的容積和重量估計。
因此，通過使圖像標準化并且充分地降低或消除人為誤差的可能性，本發(fā)明能夠有利地、廣泛地提高超聲波成像的診斷敏銳度。同時，通過充分地降低或消除操作員的影響，通過減少完成超聲波檢查所需的時間，本發(fā)明能夠提高超聲波成像的效率，從而可以增加吞吐量并提高超聲波實驗室的效率。


圖1是可以與本發(fā)明一起使用的示例性超聲波檢查系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性方法的流程圖；圖3表示可以生成的胎兒心臟的多種示例性標準平面；圖4表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表四腔圖；圖5表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表右心室流出道；圖6表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表左心室流出道；圖7表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表導管弓；圖8表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表主動脈弓；圖9表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表靜脈連接；圖10表示孕期為20周的胎兒心臟的容積的示例性3-D多平面成像，其中平面A代表三血管圖；圖11表示通過使用胎兒腹部和胸部的標準橫向視圖的可選的掃描技術(shù)能夠根據(jù)胎兒心臟的容積生成的各種視圖。
具體實施例方式
在詳細解釋本發(fā)明的至少一個實施方式之前，應(yīng)該懂得，本發(fā)明在其應(yīng)用中并不限于下述說明書闡述的或附圖所示的其構(gòu)造細節(jié)以及部件的各種排列。本發(fā)明能夠采取其它實施方式，并且能夠用不同方式實施和實現(xiàn)。同時，應(yīng)該懂得，本文使用的措辭和術(shù)語是為了進行描述，不應(yīng)認為是限制性的。
同樣，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該理解，作為本公開之基礎(chǔ)的概念可以容易地作為用于設(shè)計用來實現(xiàn)本發(fā)明的幾個目的的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，本發(fā)明被認為是包括本文所描述的結(jié)構(gòu)的等同結(jié)構(gòu)，因為它們并不背離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍，這一點是重要的。
3-D成像的兩個概念與本發(fā)明有關(guān)。首先，諸如胎兒心臟的容積之類的利用3-D超聲波檢查獲得的特定解剖結(jié)構(gòu)的容積，包含正常和異常情況下對該結(jié)構(gòu)進行全面評估的所有解剖2-D平面。其次，對于每個人類的器官而言，對特定器官進行全面解剖評估所需的解剖2-D平面是按照彼此之間的恒定解剖關(guān)系組織起來的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以獲得諸如胎兒心臟之類的特定器官的容積，并利用可選地自動化的軟件程序顯示來自該容積的便于該器官之評估的一個或多個2-D平面。本發(fā)明的上述方面稱為自動多平面成像(AMI)。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在獲得與特定身體器官相對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)之后，可以顯示該特定身體器官的一個或多個標準化的平面。
圖1，大體上在100處，是可以與本發(fā)明的一個或多個實施方式一起使用的示例性超聲波檢查系統(tǒng)的框圖。利用傳感器102來掃描患者身體的容積，以獲得所掃描的容積的圖像。正如本領(lǐng)域中所知的那樣，傳感器102通常包括許多傳感器元件，后者響應(yīng)于發(fā)射波束形成器104生成的信號生成聚焦聲學信號。傳感器102可以包括足夠的電子元件和/或處理能力，以便在獲得(例如，采用實時方式或近似以實施方式)特定身體器官的圖像數(shù)據(jù)之后，提供或有助于一個或多個標準化的平面的顯示。在發(fā)射波束形成器104的輸出到達傳感器102之前，放大器122可以對其進行放大。
可以利用例如多個二極管的發(fā)射/接收開關(guān)110阻止放大器124、A/D轉(zhuǎn)換器116和接收波束形成器118接收發(fā)射波束形成器104的電壓脈沖。因此，發(fā)射/接收開關(guān)110能夠防止發(fā)射波束形成器104的發(fā)射脈沖損壞接收波束形成器118。運行時，當發(fā)射波束形成器104的發(fā)射脈沖出現(xiàn)時，發(fā)射/接收開關(guān)110的二極管接通，由此短路接收波束形成器118和地線，從而呈現(xiàn)到達發(fā)射波束形成器104的高阻抗通路。在本發(fā)明的至少一個可選實施方式中，如果獨立的發(fā)射和接收傳感器(未示出)分別與發(fā)射波束形成器104和接收波束形成器118相連，則無需使用發(fā)射/接收開關(guān)110。
傳感器102通常在不同時刻接收來自患者身體內(nèi)的不同點的超聲波能量，并將接收的超聲波能量轉(zhuǎn)換成傳感器信號，放大器124可以對其進行放大，A/D轉(zhuǎn)換器116將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并由接收波束形成器118接收。在另一個實施方式中，如果不使用A/D轉(zhuǎn)換器116的話，波束形成器118可以在模擬信號上運行。
信號處理器120可以用于按照至少三種原像獲取模式中的一種或多種模式處理從接收波束形成器118那里接收的信號。第一種模式是2-D灰度成像，稱為B模式。第二種模式是多普勒成像，用于血流量，稱為F模式。第三種模式是光譜多普勒成像，可以顯示血流速度及其頻率，稱為D模式。信號處理器120通常按照以下模式處理從接收波束形成器118那里接收的信號充分地上對這些信號進行優(yōu)化以便按照其選定的顯示模式輸出。信號處理器也可以對這些信號進行優(yōu)化以便利用揚聲器108進行音頻輸出，并將經(jīng)過處理的信號存儲在內(nèi)存126和/或存儲器128中。例如，內(nèi)存126可以是隨機存取存儲器，而存儲器128可以是諸如標準硬盤和/或CD-ROM之類的介質(zhì)。
掃描轉(zhuǎn)換器114是一臺標準設(shè)備，可選擇地，該設(shè)備結(jié)合中央處理單元(CPU)130一起，把從信號處理器120那里接收的信號的掃描頻率變成用戶接口/顯示器106使用的掃描頻率，如標準光柵掃描頻率?？蛇x擇地，顯示器106可以提供用戶控制的和操作的選擇器，如標準鼠標，其允許用戶選擇可以顯示的一個或多個感興趣的平面?？蛇x擇地，用戶可以選擇要顯示的特定身體器官的任何(或所有)標準化的平面。在本發(fā)明的至少一個實施方式中，一旦系統(tǒng)100獲得參考面，系統(tǒng)100的默認操作模式可以顯示特定身體器官的所有感興趣的標準化的平面。掃描轉(zhuǎn)換器114也可以把從信號處理器120那里接收的信號處理成能夠在揚聲器108上音頻輸出的信號。
控制系統(tǒng)112協(xié)調(diào)例如發(fā)射波束形成器104、接收波束形成器118、信號處理器120以及系統(tǒng)100的有關(guān)元件的操作。內(nèi)存126和存儲器128可以用來存儲例如根據(jù)本發(fā)明生成感興趣的標準化的平面的軟件，以及用于控制器112的控制指令。
現(xiàn)在參照圖2，表示了根據(jù)本發(fā)明的示例性方法。在步驟1中，通常，例如超聲波檢查者或回聲記錄者通過使用常規(guī)2-D超聲波檢查法按常規(guī)方式獲得參考面。該參考面通常為2-D超聲波檢查法可以輕易獲得的平面(如，心臟的四腔圖或頭部的雙頂徑)，其可以作為用來獲得特定器官的感興趣的其它平面的基準?？梢允褂弥T如圖1所示的超聲波檢查系統(tǒng)來獲得參考面。如果傳感器技術(shù)允許，也可以按照3-D/4-D超聲波檢查法提供的容積直接獲得參考面。通常，一旦相對于已知參考面定義了感興趣的標準化的平面的數(shù)學關(guān)系(如三角關(guān)系)，任何一個平面都可以作為特定器官的參考面。因此，如果必要(或需要)，則一旦建立任意參考面的坐標之后，通過使用任意參考面的標準數(shù)學方法和/或運算，可以調(diào)整或重新定義(如重新計算)已知參考面的數(shù)學關(guān)系?？梢允褂玫奶盒呐K的示例性平面如下a.四腔圖b.右心室流出c.左心室流出d.導管弓e.主動脈弓f.靜脈連接，以及g.三血管圖上面提及的平面d、e和f是具體的胎兒心臟平面，由于成人的肺中有空氣并且成人的心臟比胎兒的心臟更大，所以成人心臟的超聲波檢查不顯示這些平面。
再次參照圖2，在步驟2中，可以使用諸如圖1所示的3-D超聲波成像裝置來獲得從例如參考面層面開始的組織的容積。該獲取的方向是標準化的(例如，在胎兒心臟的情況中，從腹部到頸部)。在獲取容積時，例如可以利用作為傳感器組件之一部分的集成定位系統(tǒng)或利用位于外部的定位系統(tǒng)獲得位置數(shù)據(jù)獲取。
圖3表示胎兒心臟的標準4腔圖302，該圖可以作為生成靜脈連接圖304、導管弓圖306、左心室流出道308、右心室流出道310以及主動脈弓312的參考面。在另一個實施方式中，一旦獲得圖像數(shù)據(jù)，可以自動顯示圖302、304、306、308、310和312中的一個或多個圖像。也可以顯示其它身體器官的其它標準視圖。
正如上面指出的那樣，任何平面均可以用作胎兒心臟以及其它器官的參考面。例如，橫向雙頂徑(未示出)可以作為胎兒頭部的參考面。
在圖2的步驟3中，通過使用諸如圖1所示的標準超聲波檢查設(shè)備將該參考面在容積內(nèi)沿其方位進行固定并標準化，以便將該參考面旋轉(zhuǎn)到容積內(nèi)的預定方位。例如，通過利用沿標準坐標系內(nèi)的Z軸的旋轉(zhuǎn)(其中X軸定義水平方向，并且順時針旋轉(zhuǎn))把脊柱放置在約270°的位置并且把心臟的頂點放置在約150°的位置，可以旋轉(zhuǎn)胎兒心臟的四腔圖平面302。
在圖2的步驟4中，應(yīng)用包含數(shù)學公式的計算機化的程序，以便從獲得的3-D容積中自動獲取一個或多個標準化的平面，其中數(shù)學公式將參考面和特定器官(如胎兒心臟)的所有標準化的平面聯(lián)系起來。正如圖3所示的那樣，在胎兒心臟的情況中，一旦把該計算機化的程序應(yīng)用于帶有參考面(如4室圖)的3-D容積，可以根據(jù)容積的單次獲取顯示上面鑒別的任何或所有平面b-g。
下面的表1描述了參考面為四腔圖時用于生成孕期約為20周的胎兒心臟的標準平面的公式。在一個容積中，X、Y和Z軸代表用來定義容積內(nèi)的空間位置的三個正交軸。X、Y和Z軸可以從空間上定義容積內(nèi)的任何點。此外，3-D容積內(nèi)的平面的旋轉(zhuǎn)可以沿X、Y和Z軸進行。XYZ坐標系滿足如果標準X和Y軸定義例如劃分身體(或器官)的前半部分和身體(或器官)的后半部分的XY平面，則Z軸的方向是從身體(或器官)的正面到身體(或器官)的后面。亦即，在此種情況中，使用左手坐標系。正旋轉(zhuǎn)是圍繞坐標軸的順時針方向。

表1在表1的情況中，參考面為四腔圖?！岸x”欄顯示根據(jù)該四腔圖確定的和可選擇顯示的視圖。“位移”欄指示從(或相對于)該參考面的位移距離，單位為毫米。得到的平面平行于參考面，位于指定距離處?！靶D(zhuǎn)”欄指示旋轉(zhuǎn)度數(shù)和具體旋轉(zhuǎn)軸(X，Y，Z)。例如，對于主動脈流出道的標準平面而言，從約為20周孕期的四腔圖參考面開始，朝胎兒頭部方向的位移是3.9mm，然后當胎兒處于頭位時沿Y軸順時針旋轉(zhuǎn)27度，當胎兒處于臀位時沿Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)27度。
下面的表2描述了參考面為四腔圖時可以用于生成孕期約為20周的胎兒心臟的標準平面的附加公式。可以使用從胎兒腹部到頸部的橫向視圖以使醫(yī)務(wù)人員能夠提供胎兒心臟的評估。在此種情況中，當通過從胎兒胃部向頸部橫向(軸平面)滑動傳感器102獲得容積時，可以評估胎兒心臟。

表2因此，通過把一個平面從四腔圖(例如，從胃部開始)平行該四腔圖位移-3.9mm，可以獲得左心室流出道的視圖。另外，通過從四腔圖開始把該平面位移17.5mm，可以獲得位于胃的層面上的腹部的軸向圖。請注意，由于表2的三個平面均為橫向平面(即，平行于四腔圖)，所以僅僅使用距離(單位為mm)，并且不需要關(guān)于任何平面旋轉(zhuǎn)。
在圖5-10中，表示了胎兒心臟的3-D多平面顯示，其中A(左上)、B(右上)和C(左下)平面分別代表正在研究的特殊標準化的平面(A，左上)的三個正交平面。在圖5-10的每個圖中，平面A代表標準化的胎兒心臟平面(上面所列出的b-g)，并且圖5-10所示的每個標準化的平面(A)均是由圖4所示的容積通過使用表1描述的數(shù)學關(guān)系生成的平面。
圖11表示根據(jù)表2描述的技術(shù)生成的示例性平面。特別地，圖1102代表位于胎兒胃部的層面(從四腔圖開始位移17.5mm)處的腹部的軸平面，并且圖1104表示四腔圖。圖1106表示左心室流出道(從四腔圖開始位移-3.9mm)，圖1108表示右心室流出道(PA)(從四腔圖開始位移-8.2mm)，并且圖1110表示三血管圖(從四腔圖開始位移-10.9mm)。在圖2的步驟5中，也可以采用實時方式(或近似以實時方式)自動顯示圖像，或者借助適當設(shè)備從心動周期按回放形式進行顯示。
在本發(fā)明的至少一個實施方式中，在獲得容積內(nèi)的參考面之后，可以自動顯示每個標準化的平面。一旦建立了特定器官的標準化容積的數(shù)學和空間關(guān)系之后，任何標準化的平面均可以充當參考面(例如，胎兒心臟的主動脈弓)。這在產(chǎn)科超聲波檢查法中是有用的，假如胎兒在子宮內(nèi)的方位可能只能在2-D超聲波成像上對主動脈弓進行成像。然后，本發(fā)明的一個或多個實施方式可以自動顯示其它標準化的平面，如四腔圖。也可以顯示不同于心臟的胎兒器官以及新生兒和成人器官的標準化的平面。
在本發(fā)明的至少一個實施方式中，利用先進的傳感器可以獲得圖像容積，并且在獲取時可以以實時方式自動顯示特定器官的一個或多個感興趣平面。亦即，在顯示一個或多個感興趣的標準參考面之前，不需要顯示標準A、B和C平面。因此，可以直接在容積獲取時，和在容積獲取后，顯示特定器官的一個或多個感興趣的參考面。
由于胎兒相對較小，所以3-D和4-D超聲波產(chǎn)科成像便于獲取單一3-D容積內(nèi)的多個器官。例如，胎兒胸部的單一3-D容積通常包括心臟，大脈管以及到達心臟和兩肺臟的靜脈連接。因此，本發(fā)明的至少一個實施方式試圖根據(jù)單一3-D容積對胎兒的心血管系統(tǒng)進行全面或相當全面的診斷或評估。在獲得包含整個胎兒的容積后，可以按照所獲得的容積內(nèi)的標準化的參考位置重新確定胎兒的方位。接著，可以顯示，可選地自動顯示任何或全部超聲波檢查法的標準化的平面，以使例如醫(yī)師能夠評估胎兒的解剖組織構(gòu)造(例如，頭部、胸部、腹部和/或四肢)。也可以照此方式診斷成人和新生兒的器官。
在步驟6中，本發(fā)明的一個或多個實施方式可以利用例如標準的(例如，不用定制的)圖像識別軟件來評估該標準化的平面的層面，并對所成像器官進行診斷或有助于其診斷。例如，可以使用灰度模式識別，以確保自動生成的標準化的平面的正確方位，并且對具體圖像(例如，胎兒心臟和/或胎兒心臟內(nèi)的具體圖像)和一個或多個各自的參考圖像進行比較?？梢允褂没叶饶Ｊ阶R別比較來鑒別例如正常和異常解剖結(jié)構(gòu)和/或其各個部分。在胎兒心臟的情況中，可以把心室和/或流出道的大小與心室和/或流出道的一個或多個對應(yīng)的參考圖像進行比較。可以生成一份報告，該報告提供例如正常和異常關(guān)系的指示。因此，本發(fā)明的一個或多個實施方式可以確定諸如心室和/或大脈管之類的胎兒心臟結(jié)構(gòu)的位置，并且可選擇地提供與例如結(jié)構(gòu)的大小和/或形狀以及相對關(guān)系有關(guān)的數(shù)據(jù)。也可以照此方式診斷成人和新生兒的器官。
根據(jù)該詳細說明書，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點都是明顯的，因此，其目的是包含屬于本發(fā)明之實質(zhì)和范圍的本發(fā)明的所有此類特征和優(yōu)點。此外，由于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員易于想到多種修改和變形，所以不應(yīng)將本發(fā)明限制在上面舉例說明和描述的精確構(gòu)造和操作內(nèi)，因此可以采取屬于本發(fā)明之范圍內(nèi)的所有適合改進和等同物。盡管利用優(yōu)選實施方式的說明和例子詳細描述了本發(fā)明，但是多種修改、替換和變形都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種在醫(yī)學成像環(huán)境中使用的駐留在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括使計算機執(zhí)行以下處理的指令獲取身體器官的至少一部分的超聲波圖像數(shù)據(jù)；利用定義該身體器官的參考面的數(shù)據(jù)相對于該參考面定義至少一個其它平面；以及自動并且基本上同時顯示至少兩個超聲波圖像，其對應(yīng)于該參考面和定義該至少一個其它平面的數(shù)據(jù)中的至少一項。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該身體器官為胎兒心臟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的計算機程序產(chǎn)品，其中該參考面為四腔圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的計算機程序產(chǎn)品，其中該定義該至少一個其它平面的數(shù)據(jù)包括定義以下至少一項的數(shù)據(jù)右心室流出道圖像，左心室流出道圖像，導管弓圖像，主動脈弓圖像，靜脈連接圖像以及三血管圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該器官為胎兒頭部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的計算機程序產(chǎn)品，其中該參考面為該胎兒頭部的雙頂徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中把該計算機進行的處理和超聲波檢查設(shè)備聯(lián)系起來。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該指令是由通用計算機執(zhí)行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，進一步包括使該計算機提供所成像器官的醫(yī)學評估的指令。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的計算機程序產(chǎn)品，其中使用圖像識別軟件以便于標準化的平面的定位和該醫(yī)學評估中的至少一項。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的計算機程序產(chǎn)品，其中該醫(yī)學評估包括以下步驟識別圖像內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)；比較該結(jié)構(gòu)和參考圖像；以及鑒別該結(jié)構(gòu)的至少一個正常和異常解剖特征。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該至少兩個超聲波圖像的顯示包括每個圖像的徑向面、橫向面和冠狀線方向面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的計算機程序產(chǎn)品，其中該顯示為實時顯示。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該至少兩個超聲波圖像的顯示包括與該至少一個其它平面的每個平面相關(guān)聯(lián)的單個平面的顯示。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的計算機程序產(chǎn)品，其中該至少兩個超聲波圖像的顯示包括直接來自在參考層面上獲得的實時容積的一個或多個標準化的平面的實時顯示。
16.一種方法，包括獲取身體器官的至少一部分的超聲波圖像數(shù)據(jù)；利用定義該身體器官的參考面的數(shù)據(jù)相對于該參考面定義至少一個其它平面；以及自動并且基本上同時顯示至少兩個超聲波圖像，其對應(yīng)于該參考面和定義該至少一個其它平面的數(shù)據(jù)中的至少一項。
17.一種系統(tǒng)，包括一個傳感器，用于獲取身體器官的至少一部分的超聲波圖像數(shù)據(jù)；一個處理器，用于處理該超聲波圖像數(shù)據(jù)以定義該身體器官的參考面并且相對于該參考面定義至少一個其它平面；以及一個顯示器，其中所述處理器有助于基本上同時顯示至少兩個超聲波圖像，其對應(yīng)于該參考面和定義該至少一個其它平面的數(shù)據(jù)中的至少一項。
全文摘要
在醫(yī)學成像環(huán)境中使用的用于獲取身體器官的至少一部分的超聲波圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(100)、方法和介質(zhì)，該系統(tǒng)、方法和介質(zhì)利用定義該身體器官的參考面的數(shù)據(jù)以相對于該參考面定義至少一個其它平面，并且在顯示器(106)上顯示超聲波圖像，其對應(yīng)于參考面和定義至少一個其它平面的數(shù)據(jù)中的至少一項。
文檔編號A61B8/00GK1784177SQ200480012591
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者艾爾弗雷德·Z·阿比哈馬德 申請人:東弗吉尼亞醫(yī)學院