專利名稱：超聲成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一方面涉及一種超聲成像方法。例如，可以將該方法用于提供與引入身 體中的對象相關(guān)的可視信息。可視信息可以指示對象在身體之內(nèi)的當(dāng)前位置或?qū)ο笤谏眢w 之內(nèi)移動的當(dāng)前方向，或以上二者。本發(fā)明的其他方面涉及一種超聲成像裝置和一種計算 機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
超聲成像通常涉及以下操作。抵著待檢查的身體保持包括壓電換能器的探頭。發(fā) 射機(jī)電路產(chǎn)生各個激活信號，將激活信號施加到探頭的各個壓電換能器。這導(dǎo)致探頭向身 體中發(fā)射超聲波，通常以聲束的形式。在身體之內(nèi)發(fā)生超聲波的反射。這些反射波中的至 少一部分返回到探頭。這使得各個壓電換能器產(chǎn)生各自的接收信號。接收機(jī)電路處理這些 接收信號以便獲得身體的超聲圖像。期望在操作員向身體中引入對象時超聲圖像提供有用的可視反饋。超聲圖像可以 引導(dǎo)操作員將對象移動到身體中特定的感興趣區(qū)域。例如，超聲圖像可能潛在地引導(dǎo)向患 者身體中引入針的臨床醫(yī)師。因此，能夠避免在臨床醫(yī)師成功觸及特定感興趣區(qū)域之前需 要幾次反復(fù)試驗。這種反復(fù)試驗使患者感到不適，此外，對于臨床醫(yī)師而言耗費時間。然而，通常難以利用超聲成像精確跟蹤引入身體中的對象。超聲圖像通常提供位 于給定平面或給定一組平面中的身體部分的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，通常將這些平面稱為視平面?？梢?將視平面視為身體的特定截面，對該截面拍攝照片甚至電影。對于二維OD)超聲成像而 言，有一個視平面具有與聲束取向?qū)?yīng)的特定取向。對于三維(3D)超聲成像而言，有若干 不同取向的視平面。不論使用什么超聲成像技術(shù)，2D或3D技術(shù)，始終都是視平面不表示位于該視平面 之外的身體部分。結(jié)果，在沒有任何視平面與引入身體中的對象或至少其大部分精確匹配 的情況下，將幾乎看不到或根本看不到對象?？梢酝ㄟ^操控探頭以手動方式，或通過在發(fā)射 機(jī)電路或接收機(jī)電路中適當(dāng)處理以電氣方式，或同時通過兩種方式來調(diào)節(jié)視平面。然而，為 了正確地調(diào)節(jié)視平面，需要關(guān)于對象的一些位置信息。例如，如果進(jìn)行搜索程序，獲得這種 信息可能會相對耗時，或者可能需要相對昂貴的設(shè)備，或者兩者都有。以編號US 2007/0167769公開的美國專利申請描述了一種能夠顯示穿刺針的插 入路徑的超聲診斷設(shè)備。利用三維掃描活體的超聲探頭生成超聲體數(shù)據(jù)。從超聲體數(shù)據(jù)中 選擇層析成像平面以在顯示設(shè)備上顯示。在第一實施例中，手動進(jìn)行這種平面選擇。操作 員首先必須指定超聲體數(shù)據(jù)中的兩個點一個點與穿刺針的基部對應(yīng)，另一個點與穿刺針 的尖端部分對應(yīng)。操作員必須手動從超聲體數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)的二維圖像，以便使需要指明的 穿刺針上述部分可視化。接下來，操作員通過指定繞軸旋轉(zhuǎn)的角度選擇感興趣的層析成像 平面，該軸是通過上述兩個點的直線。在第二實施例中，平面選擇基于由位置檢測裝置提供 的位置信息，位置檢測裝置檢測超聲探頭和包括穿刺針的治療設(shè)備的位置。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種改進(jìn)的超聲成像技術(shù)，該技術(shù)提供與被引入身體的對象相關(guān)的信息。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在向身體中引入對象的同時拍攝身體的超聲圖像序列。從 超聲圖像序列產(chǎn)生位移指示圖。位移指示涉及身體的特定部分并表示該部分發(fā)生的位移。 基于所述位移指示圖提供與所述身體中的對象的位置相關(guān)的指示。對象的當(dāng)前位置以及對象沿著的當(dāng)前方向在相當(dāng)大程度上決定著身體的各個部 分發(fā)生的各個位移。位移指示圖反映這些各個位移。結(jié)果，能夠從這個圖提取關(guān)于對象的 當(dāng)前位置以及其當(dāng)前方向的信息。例如，經(jīng)歷相對大位移的身體部分通常相對接近已經(jīng)被 引入身體中的對象。各個位移沿其具有類似取向的線可能與對象當(dāng)前方向?qū)?yīng)。沿著這條 線表現(xiàn)出位移幅度急劇減小的部位通常將與感興趣對象的尖端部分對應(yīng)。不需要對身體進(jìn)行三維掃描，以便獲得關(guān)于對象的當(dāng)前位置或其當(dāng)前方向的信 息。盡管能夠使用三維掃描，不過二維掃描就足夠了。此外，不需要操作員在不同視平面中 搜索并指明對象的部分來確定與對象匹配的視平面。也不需要檢測對象在身體中的位置的 特定設(shè)備。因此，本發(fā)明提供了一種低成本超聲成像技術(shù)，其提供與引入身體中的對象相關(guān) 的信息。此外，這種超聲成像技術(shù)是用戶友好且有時間效率的。本發(fā)明的實施方式有利地包括一個或多個以下附加特征，在與各個從屬權(quán)利要求 對應(yīng)的獨立段落中描述了這些附加特征。優(yōu)選地，形成顯示圖像，其包括超聲圖像和可視指示，該可視指示基于與如上所述 獲得的對象在身體中的位置相關(guān)的指示。優(yōu)選地，在位移指示圖中識別對稱軸。優(yōu)選地，形成顯示圖像，其包括超聲圖像和對象在身體之內(nèi)移動的方向的可視指 示，該可視指示基于對稱軸。優(yōu)選地，識別沿對稱軸的位移指示幅度的急劇減小。優(yōu)選地，形成顯示圖像，其包括超聲圖像和對象的尖端部分的可視指示，該可視指 示基于沿對稱軸的位移指示幅度的急劇減小。在執(zhí)行產(chǎn)生體數(shù)據(jù)的身體三維掃描的情況下，基于與所述對象在身體中的位置相 關(guān)的指示根據(jù)所述體數(shù)據(jù)產(chǎn)生與引入所述身體中的對象重合的視平面?？梢孕纬砂ㄟ@個 視平面的顯示圖像。優(yōu)選地，如下獲得位移指示圖。從時間上相鄰的一對超聲圖像產(chǎn)生基本位移指示 圖?；疚灰浦甘緦⒁粚D像中的一幅圖像中的特定位置鏈接到另一圖像中的特定位置。 基于從各對超聲圖像產(chǎn)生的各個基本位移指示圖來產(chǎn)生累加位移指示圖。累加位移指示對 應(yīng)于鏈接各個圖像中各個圖像位置的各個基本位移指示之和?？梢灾饌€圖像產(chǎn)生基本位移指示圖和累加位移指示圖。在這種情況下，從存儲器 讀出先前產(chǎn)生的累加位移指示圖的最新版本。將從一對圖像產(chǎn)生的各個基本位移指示應(yīng)用 于已從存儲器讀出的包括于累加位移指示圖中的對應(yīng)的各個累加位移指示。因此，獲得累 加位移指示圖的更新版本。然后向存儲器中寫入更新版本?？梢詫⒗奂游灰浦甘颈硎緸榕c初始圖像中與各個位置相關(guān)聯(lián)的各個點。作為已經(jīng) 確定的各個基本位移指示的結(jié)果，這些各個點的圖像位置將被偏移。參考附圖，詳細(xì)的描述例示了上文總結(jié)的本發(fā)明以及附加特征。


圖1是示出了超聲成像系統(tǒng)的方框圖；圖2是示出了位移檢測器的方框圖，位移檢測器構(gòu)成超聲成像系統(tǒng)的一部分；圖3-11是示出了位移檢測器的工作模式的概念圖；圖12是示出了位移檢測器可以提供的位移圖的基于矢量的版本的數(shù)據(jù)圖；圖13是示出了位移檢測器可以提供的位移圖的基于格點的版本的數(shù)據(jù)圖；圖14是示出了超聲成像系統(tǒng)可以基于二維超聲掃描提供的2D模式顯示圖像的圖 畫示意圖；圖15是示出了超聲成像系統(tǒng)可以基于三維超聲掃描提供的3D模式顯示圖像的圖 畫示意圖。
具體實施例方式圖1示出了超聲成像系統(tǒng)UIS，該系統(tǒng)可以輔助臨床醫(yī)師將針NDL合適地插入患者 身體BDY。超聲成像系統(tǒng)UIS包括探頭PRB、圖像拍攝裝置ICA、顯示處理器DPR、顯示設(shè)備 DPL和控制器CTRL。探頭PRB可以包括例如壓電換能器的二維陣列。圖像拍攝裝置ICA可 以包括超聲發(fā)射機(jī)和超聲接收機(jī)，其可以包括射束形成模塊。圖像拍攝裝置ICA還可以包 括一個或多個濾波模塊和所謂的B模式處理模塊。控制器CTRL可以是例如適當(dāng)編程的處 理器的形式?？刂破鰿TRL還可以包括用戶接口，出于方便的原因未示出用戶接口。超聲成像系統(tǒng)UIS還包括以下功能實體位移檢測器DD和對象定位器0L。例如， 可以利用一組已經(jīng)加載到可編程處理器中的指令實施這些功能實體中的每個。在這種基于 軟件的實施方式中，指令組定義相關(guān)功能實體執(zhí)行的操作，在下文中將描述它們。于是能夠 將圖1視為表示一種方法，由此可以將功能實體或者一組功能實體視為該方法的處理步驟 或一系列處理步驟。例如，位移檢測器DD能夠表示位移檢測步驟；對象定位器OL能夠表示 對象定位步驟。超聲成像系統(tǒng)UIS基本如下工作。假設(shè)探頭PRB與患者的身體BDY接觸，患者的 身體上已經(jīng)涂布有適當(dāng)?shù)挠透唷D像拍攝裝置ICA產(chǎn)生圖像序列IMS，圖像序列是在臨床醫(yī) 師向患者的身體BDY中插入針NDL時拍攝的。為此，圖像拍攝裝置ICA向探頭PRB施加一 組發(fā)射信號TX并處理來自探頭PRB的一組接收信號RX。該組接收信號RX包括發(fā)射信號 TX的反射。這些反射發(fā)生在患者的身體BDY之內(nèi)。圖像序列IMS可以是根據(jù)這些接收信 號RX產(chǎn)生的所謂B模式圖像。圖像可以是二維的或三維的。圖像未必一定包括針NDL或 其任何部分的可視表示。位移檢測器DD基于從圖像拍攝裝置ICA接收的圖像序列IMS產(chǎn)生一個或多個位 移圖DM。位移圖DM包括針對圖像序列IMS中表示的身體BDY的各個部分的各個位移指示。 位移指示可以是矢量形式的。這樣的矢量可以具有與圖像的水平軸和垂直軸對應(yīng)的水平和 垂直分量。在圖像為三維的情況下，矢量將包括附加的分量。與身體BDY的特定部分相關(guān) 聯(lián)的位移指示表示在不同時刻拍攝的兩幅圖像之間該部分的位移。這種位移通常將是插入 身體BDY中的針NDL造成的。位移檢測器DD可以為拍攝的各個相繼圖像產(chǎn)生各自的相繼位移圖DM。亦即，位移檢測器DD響應(yīng)于由圖像拍攝裝置ICA提供的最新圖像提供位移圖DM。位移圖可以表示 各個身體部分相對于初始圖像的各自位移。在這種情況下，各個位移指示將隨著拍攝的每 幅新圖像依次增大幅度。這是因為針NDL將隨著拍攝的每幅新圖像進(jìn)入身體BDY中越來越 深。身體部分通常會經(jīng)歷位移，位移幅度隨著針NDL插入身體BDY中越來越深而增大。換 言之，隨著針NDL插入身體BDY中越來越深，各個身體部分的各自位移將變得更加明顯。對象定位器OL基于由位移檢測器DD產(chǎn)生的一個或多個位移圖DM提供對象位置 指示OLI。對象位置指示OLI提供關(guān)于針NDL在身體BDY中的當(dāng)前位置或針NDL在身體BDY 中的當(dāng)前方向，或兩者的信息。對象定位器OL從位移圖或一組位移圖DM(無論哪個適用) 中有效地提取這種信息。位移圖中表示各個身體部分的各自位移的各個位移指示提供了關(guān) 于針NDL的當(dāng)前位置或其當(dāng)前方向的信息。例如，經(jīng)歷相對大位移的身體部分通常相對接 近針NDL。各個位移沿其具有類似取向的線可能與沿其插入針NDL的線對應(yīng)。這條線通常 與針NDL的方向?qū)?yīng)。沿著這條線表現(xiàn)出位移幅度急劇減小的部位通常將與針NDL的尖端 部分對應(yīng)。對象定位器OL可以使用一個或多個預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)來基于一個或多個位移圖DM產(chǎn)生 對象位置指示0LI。例如，對象定位器OL可以在位移圖中有效地搜索和識別對稱軸。對稱 軸指示針NDL的方向。對象定位器OL還可以搜索和識別沿對稱軸的兩個相鄰位移指示，其 中一個具有相對大幅度，另一個具有相對小幅度，其接近于零。這兩個相鄰位移指示指示針 NDL的尖端部分。或者，對象定位器OL可以分析一系列相繼的位移圖DM，以便搜索和識別 各個位移圖DM的各個位移指示在取向上保持類似的區(qū)域。這個區(qū)域可能與針NDL的方向 對應(yīng)。對象定位器OL可以為針對相繼拍攝的圖像產(chǎn)生的各個相繼位移圖DM提供各自的 相繼對象位置指示OLI。亦即，對象定位器OL響應(yīng)于由位移檢測器DD提供的最新位移圖提 供對象位置指示OLI。在這種情況下，對象定位器OL產(chǎn)生宛如與在將針插入身體BDY中同 時由圖像拍攝裝置ICA提供的圖像序列IMS同步的對象位置指示OLI的序列。換言之，對 象定位器OL然后提供對象位置指示0LI，對象位置指示利用在向身體BDY中插入針NDL同 時采集的每幅新圖像而被連續(xù)更新。顯示處理器Dra基于圖像拍攝裝置ICA提供的圖像序列IMS以及對象定位器OL 提供的一個或多個對象位置指示OLI產(chǎn)生顯示圖像序列DIS，其同樣可以是上述的序列的 形式。顯示設(shè)備DPL顯示顯示圖像序列DIS。顯示圖像優(yōu)選包括來自圖像序列IMS中圖像 的視平面以及基于對象位置指示OLI的可視針指示?？梢曖樦甘究梢园?，例如疊加在所 拍攝圖像上的一個或多個圖形項。圖形項可以利用其位置、其形狀、其尺寸、其顏色或這些 的任意組合向臨床醫(yī)師傳達(dá)信息。例如，顏色編碼的光標(biāo)可以指示針NDL在身體BDY中的 當(dāng)前位置。作為另一示例，箭頭可以指示針NDL的方向。圖2示出了位移檢測器DD，或確切的說是其實施方式。位移檢測器DD包括圖像 存儲器IMEM和位移圖存儲器DMEM，它們可以物理上包括在單一存儲電路中。位移檢測器 DD還包括以下功能實體運動估算器ME和位移圖累加器DMA。如上所述，可以利用一組已 經(jīng)加載到可編程處理器中的指令實施這些功能實體中的每個。在這種基于軟件的實施方式 中，運動估算器ME和位移圖累加器DMA可以與相應(yīng)軟件模塊對應(yīng)，每個軟件模塊可以包括 界定各個操作的相應(yīng)子模塊。
位移檢測器DD基本如下操作。圖像存儲器IMEM臨時存儲由圖像拍攝裝置ICA提 供的圖像序列IMS中包括的兩個或更多后續(xù)圖像。在任何給定時刻，圖像存儲器IMEM都包 括由圖像拍攝裝置ICA最新提供的圖像。在下文中將把這一圖像稱為當(dāng)前圖像IMk。圖像 存儲器IMEM還包括在當(dāng)前圖像IMk緊前方的圖像。在下文中將把這一圖像稱為在先圖像 IMk_lt)結(jié)果，在圖像存儲器IMEM從圖像拍攝裝置ICA接收新圖像時，這一新圖像變?yōu)楫?dāng)前 圖像IMk，之前作為當(dāng)前圖像IMk的圖像變?yōu)樵谙葓D像IMk_lt)運動估算器ME為當(dāng)前圖像IMk產(chǎn)生基本位移圖EDM?；疚灰茍DEDM包括針對當(dāng) 前圖像IMk的各個部分的各個位移指示。位移指示指示相關(guān)圖像部分相對于在先圖像IMh 中對應(yīng)圖像部分的位移。亦即，屬于給定圖像的基本位移圖EDM指示該圖像和緊前方圖像 IMlri之間發(fā)生的位移。結(jié)果，基本位移圖EDM表示相對短時段內(nèi)，即兩幅相繼圖像之間的位 移。因此這些位移相對小。位移圖累加器DMA為當(dāng)前圖像IMk產(chǎn)生累加位移圖ADM。累加位移圖ADM包括針 對當(dāng)前圖像IMk的各個部分的各個累加位移指示。累加位移指示指示相關(guān)圖像部分相對于 初始圖像中的對應(yīng)圖像部分的位移。亦即，屬于給定圖像的累加位移圖ADM指示圖像和初 始圖像之間發(fā)生的位移。初始圖像例如可以是恰好在向身體BDY中引入針NDL之前拍攝的 圖像。結(jié)果，累加位移圖ADM表示相對長時間段內(nèi)的位移。因此這些位移相對大。位移圖累加器DMA通過以下方式產(chǎn)生累加位移圖ADM。位移圖累加器DMA在位移 圖存儲器DMEM中存儲最新產(chǎn)生的累加位移圖ADM。假設(shè)在給定時刻，圖像存儲器IMEM剛從 圖像拍攝裝置ICA接收到新圖像。這一新圖像于是構(gòu)成當(dāng)前圖像IMk，直到后續(xù)新圖像到達(dá) 為止。如上所述，運動估算器ME為當(dāng)前圖像IMk產(chǎn)生基本位移圖EDM。位移圖累加器DMA 有效地將這一基本位移圖EDM添加到位移圖存儲器DMEM中存儲的累加位移圖ADM上。該 累加位移圖ADM屬于在先圖像IMk_lt)因此，獲得屬于當(dāng)前圖像IMk的新累加位移圖ADM。位 移圖累加器DMA在位移圖存儲器DMEM中存儲這一累加位移圖ADM并可以替換先前存儲在 其中的所產(chǎn)生的位移圖。如上文參考圖1所述，由位移檢測器DD提供的位移圖DM包括累加位移圖ADM。位 移圖DM可以任選地還包括位移圖歷史HDM，其保持在位移圖存儲器DMEM中。位移圖歷史 HDM可以包括運動估算器ME已為各個圖像產(chǎn)生的各個基本位移圖EDM。因此，在運動估算 器ME已經(jīng)為當(dāng)前圖像IMk產(chǎn)生基本位移圖EDM時，運動估算器ME可以向位移圖歷史HDM增 加這一基本位移圖EDM。運動估算器ME可以使用位移圖存儲器DMEM中存儲的累加位移圖ADM用于指明在 先圖像IMlri中的各個圖像部分。這些圖像部分表示初始圖像中的對應(yīng)的各個圖像部分，由 于向身體BDY中引入了針NDL，該各個圖像部分移動了。運動估算器ME然后可以估計相對 于這些圖像部分的位移。為此，運動估算器ME基于位移圖存儲器DMEM中存儲的且屬于在 先圖像IMlrl中的累加位移圖ADM來識別在先圖像IMlrl中的這些感興趣圖像部分。接下來， 運動估算器ME在當(dāng)前圖像IMk中搜索和識別對應(yīng)圖像部分。這導(dǎo)致了針對當(dāng)前圖像IMk的 基本位移圖EDM。在如前一段所描述的工作模式下，位移檢測器DD有效地跟蹤初始圖像中這樣的 圖像部分，該部分在向身體BDY中引入針NDL的同時所拍攝的整個圖像序列IMS中移動。由 于初始圖像中的圖像部分表示特定身體部分，這對應(yīng)于跟蹤相關(guān)身體部分的位移，該位移
8基本是由向身體BDY中引入針NDL導(dǎo)致的。位移檢測器DD逐個圖像地跟蹤這些位移，同時 存儲與每幅圖像相關(guān)的身體部分的位置。累加位移圖ADM反映這種記錄。圖3-11更詳細(xì)地示出了位移檢測器DD可以產(chǎn)生各個基本位移圖EDM和各個累加 位移圖ADM的方式。這種例示涉及到位移檢測器DD依次從圖像拍攝裝置ICA接收的若干 圖像初始圖像IM。、第一后續(xù)圖像IM1、第二后續(xù)圖像IM2和第三后續(xù)圖像IM3。圖3-5示出了位移檢測器DD可以為第一后續(xù)圖像IM1產(chǎn)生第一基本位移圖EDM1 和第一累加位移圖ADM1的方式。圖6-8示出了位移檢測器DD可以為第二后續(xù)圖像IM2產(chǎn) 生第二基本位移圖EDM2和第二累加位移圖ADM2的方式。圖9-11示出了位移檢測器DD可 以為第三后續(xù)圖像IM3產(chǎn)生第三基本位移圖EDM3和第三累加位移圖ADM3的方式。圖3-11中的每個均包括水平軸和垂直軸，分別表示水平圖像位置“X”和垂直圖像 位置“y”。由圖像拍攝裝置ICA提供的圖像由圖形元素構(gòu)成，在下文中將圖形元素稱為紋素 (texel) 0在圖像是二維的情況下，紋素可以與像素對應(yīng)。在圖像為三維的情況下，紋素可 以與體素對應(yīng)。亦即，紋素表示相關(guān)圖像的最小可尋址單元。圖3示出了初始圖像IMtl中紋素的初始集合&。運動估算器ME可以指定多個這 種紋素集合，其可以說覆蓋初始圖像IMy圖3所示的紋素初始集合&具有三角形形狀，因 此包括三個頂點。在用于識別另一圖像中的對應(yīng)紋素集合的運動估算步驟中，可以對紋素 的初始集合&進(jìn)行操作，例如，平移、縮放、伸展和旋轉(zhuǎn)。三個頂點具有相對于彼此的相應(yīng) 位置，該相應(yīng)位置因為上述操作而變化。因此，三個頂點，或者確切的說這些頂點的變化可 以反映出縮放、伸展和旋轉(zhuǎn)或其任意組合。一紋素集合的三個頂點相對于另一紋素集合的 三個頂點相應(yīng)位置的相對位置可以反映兩個相關(guān)紋素集合之間的位移。圖4示出了第一后續(xù)圖像IM1中的第一對應(yīng)紋素集合Sp在發(fā)現(xiàn)這些各個紋素集 合類似的意義上，第一對應(yīng)紋素集合S1對應(yīng)于初始紋素集合&。運動估算器ME能夠通過 應(yīng)用適當(dāng)?shù)乃阉鞑呗詠碜R別第一對應(yīng)紋素集合S115這種搜索策略可以涉及一種或多種上述 操作縮放、伸展和旋轉(zhuǎn)。運動估算器ME確定第一位移矢量DV1，其表示第一對應(yīng)紋素集合 S1相對于初始初始紋素集合&的位移。第一位移矢量DV1構(gòu)成第一基本位移圖EDM1的元 素并具有其中的位置，其由第一位移矢量DV1所關(guān)聯(lián)的初始紋素集合&確定。運動估算器 ME通過以類似方式為其他各個初始紋素集合確定其他相應(yīng)第一位移矢量來為第一后續(xù)圖 像IM1產(chǎn)生這一基本位移圖。圖5示出了屬于圖3所示初始紋素集合&的第一累加位移矢量ADVp為了說明 這種關(guān)聯(lián)，圖5中，第一累加位移矢量ADV1具有基點，該基點與初始紋素集合&的中心位置 在水平圖像位置“X”和垂直圖像位置“y”方面是重合的。由于沒有與初始圖像IMtl相關(guān)聯(lián) 的累加位移圖，所以第一累加位移矢量ADV1對應(yīng)于第一位移矢量DV1。亦即，位移圖累加器 DMA宛如生成第一基本位移圖EDM1的副本，該副本構(gòu)成第一累加位移圖ADM115圖6-8示出了為了產(chǎn)生第二基本位移圖EDM2和第二累加位移圖ADM2，位移檢測器 DD執(zhí)行的操作。在第二后續(xù)圖像M2到達(dá)并存在于圖像存儲器IMEM中時，位移檢測器DD 執(zhí)行這些操作。那么第二后續(xù)圖像IM2構(gòu)成如上文定義的當(dāng)前圖像，而第一后續(xù)圖像IM1則 構(gòu)成在先圖像。圖6示出了運動估算器ME指定與圖3所示初始圖像IMtl中的初始紋素集合&對 應(yīng)的第一后續(xù)圖像IM1中的一紋素集合。運動估算器ME可以基于屬于第一后續(xù)圖像IM1的第一累加位移圖ADM1指定這一紋素集合，其是第一對應(yīng)紋素集合Sp第一累加位移包括圖 5所示的第一累加位移矢量ADV1,該矢量屬于圖3所示的初始紋素集合&。圖7示出了運動估算器ME識別第二后續(xù)圖像M2中的第二對應(yīng)紋素集合&。第 二對應(yīng)紋素集合&是第二后續(xù)圖像IM2中可以說與第一對應(yīng)紋素集合S1最佳匹配的紋素 集合。由于第一對應(yīng)紋素集合S1與初始紋素集合&最佳匹配，第二對應(yīng)紋素集合&也將 與初始紋素集合&匹配。運動估算器ME確定第二位移矢量DV2,其表示第二對應(yīng)紋素&集 合相對于第一對應(yīng)紋素集合S1的位移。第二位移矢量DV2構(gòu)成第二基本位移圖EDM2的元 素并位于其中，其由第二位移矢量DV2所關(guān)聯(lián)的初始紋素集合&確定。圖8示出了屬于圖3所示初始紋素集合&的第二累加位移矢量ADV2。位移圖累 加器DMA通過將如圖7所示獲得的第二位移矢量DV2增加到如圖3-5所示先前針對初始紋 素集合&確定的第一累加位移矢量ADV1上來產(chǎn)生第二累加位移矢量ADV2。亦即，第二累加 位移矢量ADV2是第一累加位移圖中存在的第一累加位移矢量ADV1和第二位移矢量DV2的 矢量和。位移圖累加器DMA于是可以通過以類似方式為其他各個初始紋素集合確定其他相 應(yīng)第二累加位移矢量來產(chǎn)生第二累加位移圖ADM2。圖9-11示出了為了產(chǎn)生第三基本位移圖EDM3和第三累加位移圖ADM3，位移檢測 器DD執(zhí)行的操作。在第三后續(xù)圖像IM3到達(dá)并存在于圖像存儲器IMEM中時，位移檢測器 DD執(zhí)行這些操作。然后第三后續(xù)圖像IM3構(gòu)成如上文定義的當(dāng)前圖像，而第二后續(xù)圖像IM2 則構(gòu)成在先圖像。圖9示出了運動估算器ME指定與圖3所示初始圖像IMtl中的初始紋素集合&對 應(yīng)的第二后續(xù)圖像IM2中的一紋素集合。運動估算器ME可以基于屬于第二后續(xù)圖像IM2的 第二累加位移圖ADM2指定這一紋素集合，其是第二對應(yīng)紋素集合&。第二累加位移包括圖 8所示的第二累加位移矢量ADV2,該矢量屬于圖3所示的初始紋素集合&。圖10示出了運動估算器ME識別第三后續(xù)圖像IM3中的第三對應(yīng)紋素集合&。第 三對應(yīng)紋素集合&是第三后續(xù)圖像IM3中可以說與第二對應(yīng)紋素集合&最佳匹配的一紋 素集合。由于第二對應(yīng)紋素集合&與初始紋素集合&最佳匹配，第三對應(yīng)紋素集合&也 將與初始紋素集合&匹配。運動估算器ME確定第三位移矢量DV3,其表示第三對應(yīng)紋素& 集合相對于第二對應(yīng)紋素集合&的位移。第三位移矢量DV3構(gòu)成第三基本位移圖EDM3的 元素并位于其中，其由第三位移矢量DV3所關(guān)聯(lián)的初始紋素集合&確定。圖11示出了屬于圖3所示初始紋素集合&的第三累加位移矢量ADV3。位移圖累 加器DMA通過將如圖10所示獲得的第三位移矢量DV3增加到如圖6-8所示先前為初始紋 素集合&確定的第二累加位移矢量ADV2上產(chǎn)生第三累加位移矢量ADV3。亦即，第三累加位 移矢量是第二累加位移圖ADM2中存在的第二累加位移矢量ADV2和第三位移矢量DV3的矢 量和。位移圖累加器DMA于是可以通過以類似方式為其他各個初始紋素集合確定其他相應(yīng) 第三累加位移矢量來產(chǎn)生第三累加位移圖ADM3。位移檢測器DD可以連續(xù)執(zhí)行如圖3-11所示的操作，以為由圖像拍攝裝置ICA提 供的各個其他圖像產(chǎn)生相應(yīng)的其他基本位移圖EDM和相應(yīng)的其他累加位移圖ADM。亦即，位 移檢測器DD可以為在如圖1所示向身體中插入針時拍攝的每一其他圖像提供基本位移圖 EDM和累加位移圖ADM。對于由位移檢測器DD產(chǎn)生的每一其他累加位移圖ADM，相應(yīng)的累加位移矢量可以說會幅度增大。結(jié)果，相應(yīng)的累加位移矢量之間的差異通常會隨著位移檢測器DD處理的每 幅圖像而變得更加明顯。換言之，位移對比將相繼地增大。圖12示出了位移檢測器DD可以提供的基于矢量的位移圖DM-V。基于矢量的位 移圖DM-V對應(yīng)于已經(jīng)如上文參考圖3-11所述獲得的累加位移圖ADM?；谑噶康奈灰茍D DM-V包括針對各個初始紋素集合的相應(yīng)累加位移矢量。累加位移矢量反映了由于已經(jīng)引入 身體中的針導(dǎo)致的由相關(guān)初始紋素集合表示的身體部分經(jīng)歷的位移。圖1所示的對象定位器OL能夠基于圖12中所示的基于矢量的位移圖DM-V來提 供對象位置指示0LI。如上文參考圖1所述，對象定位器OL可以通過各種不同方式這樣做。 例如，對象定位器OL可以在基于矢量的位移圖DM-V中搜索和識別對稱軸，該對稱軸指示針 NDL的方向。為了方便起見，對稱軸水平地位于圖12中心。對稱軸指示針NDL的方向。在 實踐中，例如，由于圖1所示的探頭相對于針的失準(zhǔn)，對稱軸可能不在中心。圖12利用具有 虛線邊界線的矩形示出了這種失準(zhǔn)。能夠?qū)⑦@個矩形認(rèn)為表示在實踐中獲得的位移圖，其 中對稱軸不必水平地位于中心或與位移圖的邊界對準(zhǔn)。對象定位器OL還可以搜索和識別累加位移矢量的幅度沿對稱軸的急劇減小。感 興趣的急劇減小發(fā)生在累加位移矢量具有幾乎為零的幅度處，而這個矢量前方是具有很大 幅度的累加位移矢量。這種急劇減小表示針NDL的尖端部分，其在圖12中的中間底部。應(yīng)當(dāng)指出，有很多種技術(shù)用于識別位移圖中，例如圖12中所示的基于矢量的位移 圖DM-V中的對稱軸。在下文中簡要指出了這種技術(shù)的示例?？梢远x能夠在圖像中找到 的紋素位置網(wǎng)格。各個格點可以與如上所述已經(jīng)為其產(chǎn)生相應(yīng)累加位移矢量的各個初始紋 素集合相對應(yīng)。將各個計數(shù)器分配給相應(yīng)的格點。一開始，將各個計數(shù)器均設(shè)置到零。對 于每個格點，沿著屬于相關(guān)格點的累加位移矢量方向畫一條線。對于穿過格點周圍預(yù)定區(qū) 域的每條線將格點的計數(shù)器增加一個單位。對稱軸上的計數(shù)器將產(chǎn)生相對高的計數(shù)值。例 如，可以通過將灰度值與計數(shù)值相關(guān)聯(lián)使對稱軸可視化。白色可以表示零計數(shù)值；黑色可以 表示最大計數(shù)值。這樣的灰度級圖具有可以利用后期處理而增大的對比度，后期處理可以 包括這樣的操作諸如噪聲消減、線性回歸或閾值處理或其任意組合。上述紋素位置網(wǎng)格越 精細(xì)，就能夠越精確地指示針的方向。上文參考圖3-12的描述涉及這樣的示例，其中累積位移圖ADM包括矢量，這些矢 量利用為每幅新圖像執(zhí)行的每個運動估計而被更新。亦即，通過依次對表示相繼圖像之間 位移的短期矢量求和、利用矢量表達(dá)長期位移。術(shù)語“短期”涉及涵蓋由圖像拍攝裝置ICA 提供的多個相繼圖像的時段。不過，可以通過不同方式表示長期位移。例如，可以利用格點表示長期位移。可以為初始圖像定義等距間隔點的網(wǎng)格。格 點與初始圖像中的特定位置對應(yīng)，可以利用一組坐標(biāo)表示該特定位置，例如對于二維圖像 而言用(x，y)，或?qū)τ谌S圖像而言用(x，y，z)。格點隨著圖2所示的運動估算器ME執(zhí)行 的每次運動估計來移動。因此，位移檢測器DD為圖像序列IMS中的每幅新圖像產(chǎn)生格點圖。 為特定圖像產(chǎn)生的格點圖是為在先圖像產(chǎn)生的格點圖的更新版本。為此，位移檢測器DD可 以將為相關(guān)圖像產(chǎn)生的基本位移圖EDM應(yīng)用到為在先圖像產(chǎn)生的格點圖。圖2中所示的累 加位移指示圖ADM于是可以是格點圖的形式，格點圖被逐個圖像地更新。圖13示出了位移檢測器DD可以提供的基于格點的位移圖DM-GP。基于格點的位 移圖DM-GP包括相對于為初始圖像定義的格點移動過的各個格點。針對初始圖像的等距
11間隔點的網(wǎng)格可以說已經(jīng)變形，因為各個格點經(jīng)歷了相應(yīng)的位移。于是基于格點的位移圖 DM-GP反映了由已經(jīng)被引入身體中的針導(dǎo)致的各個身體部分經(jīng)歷的相應(yīng)位移。為了獲得圖13中所示的基于格點的位移圖DM-GP，圖1和2中所示的位移檢測器 DD可以以與上文參考圖3-12所述的方式不同的方式工作。例如，位移檢測器DD可以通過 以下方式為一對時間上相鄰的圖像進(jìn)行運動估計。位移檢測器DD可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模式在一 對圖像中的一個圖像中指定各個紋素集合，標(biāo)準(zhǔn)模式不需要依賴于任何位移歷史。位移檢 測器DD通過識別另一圖像中的類似紋素集合來為每個紋素集合確定運動矢量。因此，獲得 了運動矢量圖，其在功能上等價于參考圖3-12的描述中的基本位移圖EDM。根據(jù)用于指定 各個紋素集合的標(biāo)準(zhǔn)模式，運動矢量可以是等距間隔的。位移檢測器DD可以向格點圖應(yīng)用運動矢量圖，其在功能上等價于參考圖3-12的 描述中的累加位移圖ADM。例如，如圖13所示，格點通常不是等距間隔的。亦即，格點不必 與運動矢量重合。然而，格點將被運動矢量包圍。然后格點可能經(jīng)歷位移，位移由周圍運動 矢量的加權(quán)組合定義。運動矢量與格點越近，給予該運動矢量的權(quán)重越高。因此，運動矢量 圖導(dǎo)致各個格點經(jīng)歷相應(yīng)位移，以獲得格點圖的更新版本。通過基于為相繼圖像確定的相 應(yīng)運動矢量圖更新格點圖來實現(xiàn)長期位移跟蹤。圖14示出了圖1所示的顯示處理器Dra可以基于二維超聲掃描提供的2D模式顯 示圖像2DR。顯示圖像包括表示身體BDY之內(nèi)的感興趣區(qū)域的拍攝圖像。顯示圖像還包括 與針的當(dāng)前位置或其當(dāng)前方向或兩者相關(guān)的可視指示。這些可視指示基于由圖1所示的對 象定位器OL提供的對象位置指示OLI。例如，顯示圖像可以包括如圖14所示的方向指示 WR和尖端位置指示TP。這僅僅是很多可能變體之一的例示。方向指示的形式例如可以是 從表示尖端位置的圖形項延伸的直線。顯示圖像還可以包括帶有字母數(shù)字信息的截面ANI， 其可以包括與針NDL的位置和方向相關(guān)的信息。圖15示出了圖1所示的顯示處理器DI5R可以基于三維超聲掃描提供的3D模式顯 示圖像3DR。顯示圖像包括主視圖MVW和針視圖NVW。主視圖MVW可以是感興趣區(qū)域的三維 表示，或已經(jīng)采集的體數(shù)據(jù)中的任意視平面。針視圖NVW與針NDL所在的視平面對應(yīng)。顯 示處理器DI5R可以基于由對象定位器OL提供的對象位置指示OLI自動識別該視平面。顯 示圖像還可以包括指出針NDL所在視平面位置的視平面指示。結(jié)語上文參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述僅僅是權(quán)利要求中界定的本發(fā)明和附加特征的例 示?？梢酝ㄟ^很多不同方式實施本發(fā)明。為了例示這一點，簡要指明了一些備選方案?？梢杂欣貙⒈景l(fā)明應(yīng)用于與超聲成像相關(guān)的很多種產(chǎn)品或方法。在執(zhí)行根據(jù)本 發(fā)明的超聲成像同時向其中引入對象的身體不必一定有生物屬性。例如，可以應(yīng)用本發(fā)明 以對復(fù)合材料進(jìn)行操作。被引入的對象不必是針。例如，可以有利地應(yīng)用本發(fā)明向主體中 插入傳感器或天線。例如，可以將天線用于臨床目的。有很多根據(jù)超聲圖像序列產(chǎn)生位移指示圖的方法。就此而言，應(yīng)當(dāng)指出，有大量關(guān) 于運動估計的文獻(xiàn)描述了很多不同的技術(shù)，可以使用這些技術(shù)來實施本發(fā)明。例如，可以使 用用于MPEG編碼的塊匹配算法。僅舉幾個例子，同樣可以使用基于特征的算法以及光流算 法、相位相關(guān)算法。有很多方法基于位移指示提供對象在身體內(nèi)位置的指示。例如，可以從所記錄位移指示歷史導(dǎo)出指示，其可以在圖中反映出。位移指示沿其有一致演變的線可以指示對象 移動的方向。應(yīng)當(dāng)在廣義上理解術(shù)語“圖像”。該術(shù)語包括可以直接或通過適當(dāng)處理相關(guān)數(shù)據(jù)或 信號集而被可視表示的任何數(shù)據(jù)或信號集。術(shù)語圖像包括實體，例如圖片、幀或域。術(shù)語圖 像包括二維以及三維表示。在廣義上，有很多利用硬件或軟件或兩者結(jié)合實施功能實體的方式。盡管一般優(yōu) 選進(jìn)行如詳細(xì)描述中指出的基于軟件的實施方式，但決不排除基于硬件的實施方式。例如， 同樣可以利用專用電路實施上文描述的任何功能實體，專用電路具有特定拓?fù)?，定義相關(guān) 功能實體執(zhí)行的一個或多個操作。在系統(tǒng)或功能實體中包括一個或多個專用電路以及一個 或多個適當(dāng)編程的處理器時，混合式實施方式也是可能的。盡管附圖將不同功能實體示為不同塊，但這決不排除單一實體執(zhí)行若干功能或若 干實體執(zhí)行單一功能的實施方式。就此而言，附圖是非常概略的。例如，參考圖1，可以對單 一可編程電路編程控制以執(zhí)行屬于控制器CTRL、位移檢測器DD和對象定位器OL的操作。 作為另一示例，參考圖2，運動估算器ME和位移圖累加器DMA可以包括在單一集成電路中， 該集成電路還可以包括圖像存儲器IMEM或位移圖存儲器DMEM或兩種存儲器。有很多種存儲和分布一組指令的方法，亦即，允許可編程電路根據(jù)本發(fā)明工作的 軟件。例如，可以在諸如光盤或存儲電路的適當(dāng)介質(zhì)中存儲軟件。可以將其中存儲了軟件 的介質(zhì)作為個體產(chǎn)品或與另一種可以執(zhí)行軟件的產(chǎn)品一起供應(yīng)。這樣的介質(zhì)也可以是能夠 執(zhí)行軟件的產(chǎn)品的一部分。也可以通過通信網(wǎng)絡(luò)分布軟件，通信網(wǎng)絡(luò)可以是有線的、無線的 或混合式的。例如，可以通過因特網(wǎng)分布軟件。可以使軟件能夠借助服務(wù)器下載。下載可 以是收費的。本文前面做出的評論表明了參考附圖做出的詳細(xì)描述是為了例示而非限制本發(fā) 明。有很多備選方案落在所附權(quán)利要求的范圍中。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解 釋為限制權(quán)利要求。“包括”一詞不排除權(quán)利要求中列舉的元件或步驟以外的元件或步驟的 存在。元件或步驟前的單數(shù)冠詞不排除存在復(fù)數(shù)個這樣的元件或步驟。各個從屬權(quán)利要求 界定各個附加特征的簡單事實不排除對應(yīng)于從屬權(quán)利要求組合的附加特征的組合。
權(quán)利要求
1.一種超聲成像方法，包括-圖像拍攝步驟，其中，在向身體(BDY)中引入對象(NDL)的同時拍攝所述身體的超聲 圖像序列(IMS)；-位移檢測步驟，其中，從所述超聲圖像序列產(chǎn)生位移指示圖(DM)，位移指示與所述身 體的特定部分相關(guān)并指示所述部分經(jīng)歷的位移；以及-對象定位步驟，其中，基于所述位移指示圖提供與所述對象在所述身體中的位置相關(guān) 的指示(OLI)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像方法，包括-顯示處理步驟，其中，形成顯示圖像(DIS)，所述顯示圖像包括超聲圖像和可視指示 (TP, DIR)，所述可視指示是基于在所述對象定位步驟中提供的與所述對象在所述身體中的 所述位置相關(guān)的所述指示(OLI)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像方法，所述對象定位步驟包括方向識別子步驟，在 所述方向識別子步驟中在所述位移指示圖(DM)中識別對稱軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲成像方法，包括-顯示處理步驟，其中，形成顯示圖像(2DR)，所述顯示圖像包括超聲圖像和所述對象 (NDL)在所述身體(BDY)之內(nèi)移動的方向的可視指示(DIR)，該可視指示基于在所述方向識 別子步驟中已識別的所述對稱軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲成像方法，所述對象定位步驟包括尖端部分識別子步 驟，在所述尖端部分識別子步驟中識別沿所述對稱軸的位移指示幅度的急劇減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲成像方法，包括-顯示處理步驟，其中，形成顯示圖像(2DR)，所述顯示圖像包括超聲圖像和所述對象 (NDL)的尖端部分(TP)的可視指示，該可視指示基于在所述尖端部分識別子步驟中已識別 的沿所述對稱軸的位移指示幅度的急劇減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像方法，其中，所述圖像拍攝步驟涉及所述身體的三 維掃描，所述三維掃描產(chǎn)生體數(shù)據(jù)，所述方法包括-視平面產(chǎn)生步驟，其中，基于在所述對象定位步驟中提供的與所述對象在所述身體中 的所述位置相關(guān)的所述指示(OLI)從所述體數(shù)據(jù)產(chǎn)生與引入所述身體(BDY)中的所述對象 (NDL)重合的視平面(NVW)；以及-顯示處理步驟，其中，形成包括所述視平面的顯示圖像(3DR)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像方法，所述位移檢測步驟包括-運動估計步驟，其中，從時間上相鄰的一對超聲圖像(IM1^IMlri)產(chǎn)生基本位移指示圖 (EDM)，基本位移指示將該對圖像中的一幅圖像中的特定位置鏈接到另一幅圖像中的特定 位置；以及-位移圖累加步驟，其中，基于從各對超聲圖像產(chǎn)生的各個基本位移指示圖產(chǎn)生累加位 移指示圖(ADM)，累加位移指示與鏈接各幅圖像中各個位置的各個基本位移指示之和對應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲成像方法，逐個圖像地執(zhí)行所述運動估計步驟和所述位 移圖累加步驟，其中，所述位移圖累加步驟包括-存儲器讀取子步驟，其中，從存儲器(DMEM)讀取先前產(chǎn)生的所述累加位移指示圖 (ADM)的最新版本；-累加步驟，其中，將從一對超聲圖像(IMkJMlri)產(chǎn)生的各個基本位移指示(EDM)應(yīng)用 于已從所述存儲器讀取的所述累加位移指示圖中包括的對應(yīng)的各個累加位移指示，以便獲 得累加位移指示圖的更新版本；以及-存儲器寫入步驟，其中，將所述累加位移指示圖的所述更新版本寫入存儲器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲成像方法，其中，在所述位移圖累加步驟中，所述累加 位移指示被表示為與初始圖像中的各個位置相關(guān)聯(lián)的各個點，作為已經(jīng)在所述運動估計步 驟中確定的各個基本位移指示的結(jié)果，所述各個點的圖像位置被偏移。
11.一種超聲成像系統(tǒng)(UIS)，包括-圖像拍攝裝置(ICA)，其適于在向身體(BDY)中引入對象(NDL)的同時拍攝所述身體 的超聲圖像序列(IMS)；-位移檢測器(DD)，其適于從所述超聲圖像序列產(chǎn)生位移指示圖(DM)，位移指示與所 述身體的特定部分相關(guān)并指示所述部分經(jīng)歷的位移；以及-對象定位器(OL)，其適于基于所述位移指示圖提供與所述對象在所述身體中的位置 相關(guān)的指示(OLI)。
12.一種包括一組指令的計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述組指令在被加載到可編程處理器中時， 令所述可編程處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
全文摘要
在一種超聲成像系統(tǒng)(UIS)中，在向身體中引入對象(NDL)的同時圖像拍攝裝置(ICA)拍攝身體(BDY)的超聲圖像序列(IMS)。位移檢測器(DD)從超聲圖像序列產(chǎn)生位移指示圖(DM)。位移指示涉及身體的特定部分并指示該部分經(jīng)歷的位移。對象定位器(OL)基于所述位移指示圖提供與所述身體中的對象的位置相關(guān)的指示(OLI)。
文檔編號A61B8/08GK102119002SQ200980130909
公開日2011年7月6日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月12日
發(fā)明者C·迪富爾, O·熱拉爾, T·戈捷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司