用於最優化的時空取樣的系統和方法

2024-03-03 00:32:15

專利名稱：用於最優化的時空取樣的系統和方法
用於最優化的時空取樣的系統和方法 相關申請的交叉引用本申請要求在2007年1月26日提交的名稱為"SYSTEM AND METHOD FOR TEMPORAL COHERENCE SPATICAL SAMPLING" 的美國臨時專利申請No. 60/886,877以及在2007年5月16日提交的名稱 為"SYSTEM AND METHOD FOR OPTIMIZED SPATIO-TEMPORAL SAMPLING"的美國實用專利申請No.ll/749，319的優先權，其全部內容 通過引用結合於此。技術領域^^^開涉;^聲成像，且更具體地涉及用於最優化的時空取樣的系統 和方法。
背景技術：
空間複合是通過編輯多個視圖或角度來創建超聲圖像的方法。每個視 圖從不同角度的多個視線來獲得。這不同於使用單個視線的傳統超聲成像。來自多個角度的視圖^i且^來以創建單個圖像，從而增強實組織信息並抑制隨機偽影。空間複合導致了斑點噪聲偽影、陰影偽影以及圖像降 級偽影的減少。另夕卜，這種複合(也被稱為複合成像)改進了對比分辨力、針顯像(needle visualization),組織對比分辨力、精細結構描繪、界面/ 邊界連續性以及側邊^^測(lateral edge detection )。最初的文獻將這種技術稱為複合成像。許多公司現在正在使用這種技 術，並用不同的名稱稱呼這種技術，包括SonoCT、 CrossBeam成像以 及空間複合。一些系統使用如下方法，即處理根據發射和接收束轉向兩者的信息以 產生來自多個視角的圖像。將所述多個圖^M"準並組合以形成圖像。使用 發射和接收信息兩者來創建的圖像通常優於僅由接收信息組成的圖像。現在所使用的複合方法的一個缺陷在於其帶來了時間偽影，該時間偽影被引入到最終圖像中，繼而令用戶感覺圖^ 糊。發明內容本發明涉及一種用於在超聲平臺上進行空間複合以實現最優化的時 空取樣的系統和方法。這通過用於對在幀內發射的經轉向的射線以及直向射線的次序(order)進行混合的系統和方法來實現。在一個實施例中， 這通過改變發射順序(sequence)以4吏得在後續線而非後續幀中對目標區 域進行取樣來實現。利用這種方法，可使複合過程所引起的時間圖像偽影 最小化。這有效地改變了射線發射順序，以將最小時間差的位置移動到期 望的目標點。上述內容較為概括地描述了本發明的特徵和技術優勢，以使得隨後的 本發明的詳細描述可以被更好地理解。本發明的附加特徵和優勢將在下文 中描述，其形成本發明的權利要求的主題。本領域的技術人員應理解，所相同目的的其它結構的1^;。本領域的技術人員還應認識到，這種等同結 構並不背離如所附權利要求中所述的本發明的精神和範圍。被認為是本發 明特有的新穎特徵及其^Mt和組織方法、以及其它目的和優勢將從以下結 合附圖考慮的描述中被更好地理解。然而，應清楚地理解，每個圖僅是為 說明和描述的目的而拔:供，並非意在作為對本發明限制的定義。


現在參考以下結合附圖的描述以便更徹底地理解本發明，在附圖中圖1A至1D示出了現有^L術的幀交織和射線交織空間複合的示例；圖2A至2C示出了根據這裡所教導的發明構思的射線交織空間複合 的實施例；圖3A和3B是示出針對複合射線的樣本之間的射線時間差的曲線圖；以及圖4示出了這裡所討論的構思的實現的一個實施例。
具體實施方式
圖1A至1C示出了現有^支術的幀交織空間複合的示例。在圖1A中， 束射線被直向操縱，而在圖1B和1C中，束射線分別被轉向左和轉向右。 這演示了最為常見的空間複合射線發射順序，其由針對每個操縱方向獲取 單獨的幀組成。例如，幀ll示出了直向射線ll-l的全幀(實際僅畫出了 其中三個射線)，隨後是轉向左的射線12-1的全幀12，然後是轉向右的射 線13-1的全幀13。這三幀隨後被複合在一起以形成最終圖像。這種複合 是很困難的，原因是目標可能已經在各幀之間移動，使得該目標對於後續 幀看起來是不同的。為了實現最佳圖像，重要的是確保不同的幀在組合之 前彼此對準。在一些情況下，執行額外的後處理以在組合之前修改幀，從 而使時間偽影最小化。在這種"幀交織"方法中，針對像素的最小時間差約 為獲取幀的時間(針對128線6cm幀為~40ms)的兩倍。在剛才討論的 示例中，每個幀具有128個射線，因此三個角度(直向、向左、向右)的 組合產生384個射線的組合，其源於超聲掃描頭並穿過感興趣區(ROI )。如上所述，針對感興趣區ROI內的所有"探查(look)"(直向、向 左、向右)進行數據收集之間的時間等於收集兩幀的時間再加上飛向ROI 的時間。因而，該時間差可導致合成圖^^中的運動偽影。圖1D示出了現有技術的射線交織空間複合的一個示例，其中，來自 所有"探查，，的數據以單幀序列收集。例如，對於128線幀，針對從線1 至線128的每個射線原點，射線以順序A、 B、 C (人=轉向左，8=直向操 縱，C-轉向右)發射。在該示例中，共有384個射線發射。 一旦包含所 有探查角度的幀被收集，則數據被複合(組合)成單個數據幀。當使用該 方法時，針對感興趣區(ROI)內的所有探查進行數據收集之間的時間依 賴於該ROI的位置。例如，收集ROI (1)(皮膚線附近)內的數據的時 間接近用於兩個射線的飛行時間，但是在ROI (2)的時間更長，接近幀 交織方法的時間。圖2A至2C示出了根據這裡所教導的發明構思的射線交織空間複合 的實施例。圖2A示出了具有最優化的時空取樣的射線交織空間複合的一 個實施例。在該實施例中，以一個幀順序對所有"探查，，角度收集數據，其 中射線發射順序和原點(束離開掃描頭的坐標(ordinate)位置),皮優化， 使得來自不同探查角度的後續樣本之間的時間在所期望的感興趣區、比如 ROI22內最小化。例如，對於128線幀，射線以順序A、 B、 C (入=轉向 左，8=直向操縱，C-轉向右)發射，但是射線原點由起點的時間差來修 改(所i^點由對應於原點位置的標號200、 210和220來反映)，使得時間差在ROI內最小化。在該示例中，共有384個射線M射。 一旦收集 了包含所有探查角度的幀，則數據被複合(組合)成單個數據幀。當使用 該方法時，收集ROI內的數據的時間接近用於兩個射線的飛行時間再加 上飛向ROI 22的時間，該方法使ROI區內的運動偽影最小化。圖2B是圖2A的變型，其示出了可以如何l奮改射線原點(由源自於 點205而非點210 (如圖2A所示)的射線B示出)以便利用非對稱角度 的射線對ROI23的時間取樣進行最優化。圖2C示出了射線交織空間複合的一個實施例，其中^f吏用非對稱間隔 的射線對擴展的ROI比如ROI24進行最優化的時空取樣。可通過改變沿 發射射線的掃描頭的位置和/或發射射線的角度來修改ROI。然後，可在 一些過程中使用ROI的變化，例如，當跟蹤針體穿插時，ROI可改變成 與針或其它醫用探頭的運動相一致。以這種方式，護理者可使探頭的末端 (或其它部分)保持在"視域(view)"內。另外，通過將多個ROI聚焦 在比如探頭尖和目標上，可精確地調整探頭的軌跡。如圖2A、 2B和2C所示，在幀內發射的轉向和直向(被直向操縱) 射線的次序可以被混合，以便創建所期望的空間樣本。這種類型的幀的示 例將由比如以下的循環(loop)構成1) 轉向左射線的循環；2) 轉向左射線和直向操縱射線的循環；3) 轉向左射線、轉向右射線以及直向操縱射線的循環；4) 轉向右射線和直向操縱射線的循環5) 轉向右射線的循環。在一實施例中，循環l、 2、 4和5的長度由等式(1)定義1)循環長度"ound (tan (轉向角)x屏幕深t2) /節距)x線密度在一實施例中，循環3的長度由等式(2)定義2 )內循環長度=(總元素x線密度)-2x循環長度通過上述方法創建的改進的圖像的 一種具體使用是用於麻醉應用以 及其中精確圖像頭等重要的其它高質量的、無偽影的成像應用。如圖2A所示，射線200、 210和220 (被編號以反映原點位置)順序 發射並被轉向，使得它們在目標區域比如區域22內時間上的不同最小。區域22可以是感興趣的點或區域，這依賴於如上所述的射線200、 210和 220的相對轉向角度。儘管在所示出的實施例中僅描述了形成匯聚的三個 射線，但是任何數量的射線，包括幀內全部射線，可用於定義最優4t的時 間差範圍。在一實施例中，可以調節被轉向射線的角度，而在其它實施例 中，可以調節射線原點的順序(或者順序和角度的組合)。圖3A和3B是顯示針對複合射線的樣本之間的射線時間差的曲線圖。 如圖3A所示，線30表示具有-10、 0和+10度轉向的直線幀交織。線33 表示線交織。線32示出了聚焦的ROI的結果，而線31顯示了擴展的ROI 的結果。圖3B顯示了線30'，其表示具有-14、 0和+14度轉向的曲線幀交織。 線33，表示線交織。線32，示出了聚焦的ROI的結果，而線31，示出了針 對擴展的ROI的結果。圖4顯示了實現這裡所討論的構思的一個實施例40。控制器41結合 束形成器42以及模擬發射器43來生成束的發射順序以及轉向角度。控制 器41可包括例如針對每個時幀的各個射線來執行射線角度調節或坐標位 置控制的一個或多個處理器。發射器43的輸出向變換器陣列44提供發射 信號。從變換器44輸出的是射線序列，其用於通it^J"象內的目標"反射 (bounce)"回來以形成圖像。在該示例中，在每個時間區分的幀內針對每個轉向角有128個射線 (射線利用三個轉向、以示例發射順序來編號)。針對每個發射射線的返 回信號由陣列44接收，並經由模擬接收器43而傳送給接收束形成器45。 接收束形成器的輸出是經數字取樣並形成束的射線。該射線隨後由控制器 46過濾並檢測，且發送到複合引擎47，以便進行與所發射的信號相關聯 的複合。類似地被轉向的射線的每個集合由複合引擎對準、掃描轉換成公 共柵(common grid)並進行緩衝，並存儲在緩衝存儲器48中。當呈現 足夠的數據以複合(或組合)來自不同轉向的數據時，複合引擎針對給定 幀的超聲數據計算緩沖存儲器中每個公共樣本(common sample)的加權 平均。然後，經複合的數據從複合引擎發送到掃描轉換器49進行處理， 以>使用於顯示器400。這裡所討論的系統和方法可以擴展到許多掃描頭類型，比如相控 (phased)和曲線(curved)類型，即使其是在直線掃描頭(linear scan head) 上開發的。這裡所使用的過程可集中在"感興趣區"上，所述"感興趣區" 之一在屏幕的中間。還應注意，所述循環示例為一種實施方式，可以使用其它循環次序以及倒序循環並加上附加循環以覆蓋另外的轉向方向。還應 注意的是，在這裡討論的上下文中，直向操縱並不需要完美地直，而是可以在比方說約5度內有一些變形。另夕卜，如果需要，可以不必使用所謂"直 向"的射線。儘管詳細描述了本發明及其優點，但是應理解在不背離由所附權利要 求限定的本發明的精神和範圍的情況下，在此可以進行各種變化、替換和 變更。而且，本申請的範圍意在不受限於說明書中描述的過程、設備、產 品、物質成分、裝置、方法和步驟的特定實施例。如本領域的普通4支術人 員將容易地從本發明的公開中理解的，根據本發明，可以使用目前存在的 或以後將開發的、執行與這裡所描述的對應實施例基^4目同的功能或實現 基^目同的結果的過程、設備、產品、物質成分、裝置、方法或步驟。因 此，所附的權利要求意在將所述過程、設備、產品、物質成分、裝置、方 法或步驟包括在其範圍內。根據本發明的一個實施例，公開了 一種基於發射到對象中的圖4象形成 射線來形成超聲圖像的方法，所述方法包括混合在束幀內發射的所述射 線的次序，所述混合包括調節特定射線的射線發射順序，以將共同幀的 不同射線之間的最優化時間差的位置移動到所述對象中期望的感興趣區。所述混合還可包括調節幀內所述射線中的至少一個射線的發射角度。所述調節可包括將每個所述射線轉向到相對於法線的特定角度。所述方法還可包括通過調節所述特定射線的射線發射順序，以逐幀 為基礎、選擇性地移動所述最優化時間差位置。根據本發明的一個實施例，公開了一種形成超聲圖像的方法，包括 混合幀內發射的不同轉向射線的次序以創建空間樣本。所述混合可由多個循環組成，期望的射線混合的所述循環M聲掃描 頭上的不同位置轉向不同方向。根據本發明的一個實施例，公開了一種用於產生聲波像的系統， 包括掃描頭，用於使得圖像產生射線穿透對象的表面，所述掃描射線沿 所述掃描頭的表面*並分組到時幀內；處理器，用於調節時幀內特定射 線的射線發射順序，以便將共同幀的不同射線之間的最優化時間差的位置 移動到對象內的期望的感興趣區。所述處理器可用於調節所述共同幀內所述射線中的至少一個射線的 發射角度。所述調節可包括M個所述射線轉向到相對於法線的特定角度。所述特定角度可從包括o度、+x、 -x的列表中選擇，其中x為大於 o且小於卯度的數。所述調節可包括移動所述幀內所述射線中所選擇的射線的坐標位所述系統還可包括複合引擎，用於將從所述感興趣區返回的成像射 線組合在一起。根據本發明的一個實施例，公開了 一種用於產生在聲波圖系統中使用 的圖像形成射線的系統，其中所述圖像產生射線被導向以穿透對象的表 面，所述圖l象產生射線被分組到連續的時幀中，所述系統包括處理器， 用於調節每個時幀內特定射線的射線發射順序，以便將共同幀的不同射線 之間的最優化時間差的位置移動到所示對象內的期望的感興趣區。所述調節可包括將每個所述射線轉向到相對於法線的特定角度。所述特定角度可從包括0度、+X、 -X的列表中選擇，其中X為大於 0且小於90度的數。所述調節可包括移動所述幀內所述射線中所選擇的射線的坐標位置。所述系統還可包括複合引擎，用於將從所述感興趣區返回的成像射 線組合在一起。根據本發明的一個實施例，公開了 一種用於在患者身上插入探頭的方 法，所述方法包括在所述身體上選擇目標區域；建立從所述身體外部的 位置到所述目標位置的軌跡；沿所述軌跡移動探頭；以及當所述探頭沿所 述軌跡移動時，將聲波圖的第一 ROI的焦點維持在所述探頭上。所述維持可包括調節包括多個射線的一幀中的至少一個射線的角 度，所述角度依賴於所述探頭移動。所述維持可包括:調節包括多個射線的一幀中的至少一個射線的坐標 位置，所述角度依賴於所述探頭的移動。所述方法還可包括將所述聲波圖的至少一個另外的ROI的焦點維 持在所述目標上。所述方法還可包括基於從所述聲波圖的所述ROI獲得的圖像來調 節所述軌跡。
權利要求
1.一種基於發射到對象中的圖像形成射線來形成超聲圖像的方法，所述方法包括混合在束幀內發射的所述射線的次序，所述混合包括調節特定射線的射線發射順序，以將共同幀的不同射線之間的最優化時間差的位置移動到所述對象中期望的感興趣區。
2. 如權利要求l所述的方法，其中所述混合還包括 調節幀內所述射線中的至少一個射線的發射角度。
3. 如權利要求2所述的方法，其中所述調節包括 將每個所述射線轉向到相對於法線的特定角度。
4. 如權利要求l所述的方法，還包括通過調節所述特定射線的射線發射順序，以逐幀為基礎、選擇性地移 動所述最優化時間差位置。
5. —種形成超聲圖像的方法，包括混合幀內發射的不同轉向射線的次序以創建空間樣本。
6. 如權利要求4所述的方法，其中所述混合由多個循環組成，期望 的射線混合的所述循環從超聲掃描頭上的不同位置轉向不同方向。
7. —種用於產生聲波像的系統，所述系統包括掃描頭，用於使得圖像產生射線穿透對象的表面，所述掃描射線沿所 述掃描頭的表面^L並分組到時幀內；處理器，用於調節時幀內特定射線的射線發射順序，以便將共同幀的 不同射線之間的最優化時間差的位置移動到對象內的期望的感興趣區。
8. 如權利要求7所述的系統，其中所述處理器用於調節所述共同幀 內所述射線中的至少一個射線的發射角度。
9. 如權利要求8所述的系統，其中所述調節包括將每個所述射線轉 向到相對於法線的特定角度。
10. 如權利要求9所述的系統，其中所述特定角度從包括O度、十X、 -X的列表中選擇，其中X為大於O且小於卯度的數。
11. 如權利要求8所述的系統，其中所述調節包括移動所述幀內所 述射線中所選擇的射線的坐標位置。
12. 如權利要求ll所述的系統，還包括複合引擎，用於將從所述感興趣區返回的成像射線組合在一起。
13. —種用於產生在聲波圖系統中使用的圖像形成射線的系統，其中 所述圖像產生射線被導向以穿透對象的表面，所述圖像產生射線被分組到 連續的時幀中，所述系統包括處理器，用於調節每個時幀內特定射線的射線發射順序，以便將共同 幀的不同射線之間的最優化時間差的位置移動到所示對象內的期望的感 興趣區。
14. 如權利要求13所述的系統，其中所述調節包括將每個所述射線 轉向到相對於法線的特定角度。
15. 如權利要求14所述的系統，其中所述特定角度從包括O度、+X、 -X的列表中選擇，其中X為大於0且小於90度的數。
16. 如權利要求13所述的系統，其中所述調節包括移動所述幀內 所述射線中所選擇的射線的坐標位置。
17. 如權利要求13所述的系統還包括複合引擎，用於將從所述感興趣區返回的成像射線組合在一起。
18. —種用於在患者身上插入探頭的方法，所述方法包括 在所述身體上選擇目標區域； 建立從所述身體外部的位置到所述目標位置的軌跡； 沿所述軌跡移動探頭；以及當所述探頭沿所述軌跡移動時，將聲波圖的第一 ROI的焦點維持在 所述探頭上。
19. 如權利要求18所述的方法，其中所述維持包括調節包括多個射線的一幀中的至少一個射線的角度，所述角度依賴於 所述探頭移動。
20. 如權利要求18所述的方法，其中所述維持包括 調節包括多個射線的一幀中的至少一個射線的坐標位置，所述角度依賴於所述探頭的移動。
21. 如權利要求18所述的方法，還包括將所述聲波圖的至少一個另外的ROI的焦點維持在所述目標上。
22. 如權利要求21所述的方法，還包括 基於從所述聲波圖的所述ROI獲得的圖像來調節所述軌跡。
全文摘要
本發明涉及一種用於在超聲平臺上進行空間複合以實現最優化的時空取樣的系統和方法。這通過用於對在幀內發射的經轉向和直向射線的次序進行混合的系統和方法來實現。在一實施例中，這通過改變發射順序使得目標區域在後續線而非後續幀中取樣來實現。使用該方法可使由複合過程引起的時間圖像偽影最小化。這有效地改變了射線發射順序，以將最小時間差的位置轉移到所期望的目標點。
文檔編號G03B42/06GK101231457SQ200810006980
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月25日 優先權日2007年1月26日
發明者安德魯·K·倫德伯格 申請人:索諾塞特公司