超聲成像裝置的製作方法

2023-11-11 12:21:58

本發明涉及超聲成像裝置。本發明的示範性技術應用是基於一個或多個採集的三維超聲掃描對胎兒顱骨的二維圖像的生成。本發明還涉及用於確定來自對象的超聲圖像數據的超聲成像系統。本發明還涉及用於評價來自對象的解剖部位的超聲圖像數據的方法，並且最後涉及包括程序代碼模塊的電腦程式，所述程序代碼模塊用於令計算機執行用於評價來自對象的解剖部位的超聲圖像數據的方法。

背景技術：

超聲成像系統被公知用於在人類患者中的解剖特徵的檢查。具體地，超聲成像系統被用於胎兒中樞神經系統的產前篩查檢查。例如從US 2009/0093717 A1中已知對應超聲系統。

由於組織中的超聲傳播的物理學，關於解剖特徵並且具體地關於胎兒顱骨的超聲探頭的取向具有對超聲圖像並且在該具體情況下神經聲譜(neurosonogram)的質量的顯著影響。為了克服組織中的超聲傳播的缺點，超聲系統的探頭通常被放置在特定位置處以便獲得針對診斷的最置信視圖。

改進超聲圖像的質量的又一技術是使用用於操縱和/或平移不同圖像幀的換能器陣列從獨立空間方向採集一系列空間交疊圖像幀。

然而，已知超聲成像系統不能夠反映在視場內的所有區域的解剖結構，並且可以提供在視場的特定區域中的偽跡，使得能夠不利地影響臨床診斷。

技術實現要素：

本發明的目的是提供改進的超聲成像裝置，其允許解剖對象(例如胎兒的顱骨)的超聲數據的更舒適和更可靠的分析。本發明的又一目的是提供對應的方法和用於實施這樣的方法的電腦程式。

在本發明的第一方面中，提出了一種超聲成像裝置，其包括：

-數據接口，其被配置為接收產生於在不同查看方向上的對象的超聲掃描的多個不同超聲數據集，

-分割單元，其用於分割在不同超聲數據集中的對象的解剖結構並且用於提供解剖結構的分割數據，

-參考確定單元，其用於基於分割數據確定針對不同超聲數據集的空間參考，以及

-圖像生成單元，其用於基於不同空間參考將不同超聲數據集組合為複合超聲圖像。

在本發明的又一方面中，提出了一種超聲成像裝置，其包括：

-數據接口，其被配置為接收產生於對象的超聲掃描的超聲數據，

-分割單元，其用於分割在超聲數據中的對象的解剖結構並且用於提供解剖結構的分割數據，

-參考確定單元，其用於基於分割數據確定針對超聲數據的空間參考，以及

置信度確定單元，其用於基於空間參考確定針對所接收的超聲數據的不同區域的置信度值。

在本發明的又一方面中，提出了一種用於評價來自對象的解剖部位的超聲圖像數據的方法，其包括以下步驟：

-接收來自不同查看方向的對象的至少一個超聲數據集，

-分割超聲數據集中的解剖結構並且提供解剖結構的分割數據，

-基於分割數據確定針對超聲數據集的空間參考，

-基於空間參考確定(88、76)所接收的超聲數據的置信度值(56)；並且

-基於不同空間參考和置信度值將不同超聲數據集組合為複合超聲圖像，其中，基於不同置信度值對不同超聲數據集中的不同區域的超聲數據進行加權，以形成複合圖像。

在本發明的又一方面，提出了一種包括程序代碼模塊的電腦程式，所述程序代碼模塊用於當在計算機上執行所述電腦程式時令所述計算機執行上述方法的步驟。

應當理解，要求保護的方法具有與如上面定義的要求保護的並且在從屬權利要求中定義的超聲成像裝置相似和/或相同的優選實施例。

本發明基於以下想法：基於在不同查看方向上或在不同視場中採集的超聲掃描生成複合超聲圖像，使得能夠減少由於組織中的超聲傳播的物理學而可能在超聲圖像中被遮蔽或掩蓋的被掃描對象的區域。通過對對象的解剖結構的分割識別不同超聲數據的取向或不同查看方向，並且在數據內識別特定參考結構，使得圖像生成單元能夠將超聲數據重新取向，以便基於在不同查看方向上採集的不同超聲數據形成複合超聲圖像。因此，能夠以低技術努力實時提供高質量複合超聲圖像，使得超聲圖像的採集更舒適並且增加了質量。本發明的又一想法是：確定針對超聲數據的不同區域的置信度值，以便識別在超聲數據中的由於組織中的超聲傳播而可以具有低質量的那些區域，使得能夠識別低質量或低置信度的區域，並且能夠將指示提供到用戶。因此，能夠減少由於偽跡的錯誤臨床診斷，並且增加超聲成像的可靠性。能夠基於不同置信度值對不同超聲數據集中的不同區域的超聲數據進行加權，使得形成的複合圖像具有進一步改進的質量。

在本發明的意義中的針對超聲數據的不同區域的置信度值是對應於測量的超聲數據的預期質量和/或可靠性的值，其可以影響基於超聲圖像的診斷。

在優選實施例中，空間參考包括參考系，所述參考系包括對象的至少一個參考位置和一個參考方向。能夠識別在視場中的解剖對象的相對位置和取向以便將不同超聲數據集組合為具有高可靠性的複合超聲圖像。

在優選實施例中，參考確定單元適於基於相應的空間參考來確定兩個超聲數據集之間的空間變換。能夠將不同超聲數據集的每個體素計算或變換為複合超聲圖像的一個體素使得能夠以低處理努力和低時間消耗複合出複合超聲圖像，使得能夠產生幾乎實時的圖像。

在優選實施例中，空間變換包括對應超聲數據集的空間平移和旋轉。由於能夠利用減少的計算步驟根據空間參考計算變換，因此還能夠減少處理努力。

在優選實施例中，所述數據接口適於與所述對象的所述超聲掃描基本上同時發生地接收所述超聲數據集，作為連貫數據集或基本連續數據流，並且其中，所述圖像生成單元適於與所接收的數據集基本上同時發生地生成複合圖像。能夠實時提供複合超聲圖像，這是因為對象的掃描、數據集的發送、數據的處理和複合超聲圖像的生成是基本上同時的，使得能夠與相應掃描幾乎同步地實時提供複合超聲圖像的顯示。應當理解，根據本發明，基本上同時意味著在掃描、數據發送和為了形成複合超聲圖像的數據的處理之間的延遲由於對應的數據處理步驟而可以存在，並且延遲在小於秒的範圍中。

在優選實施例中，圖像生成單元適於將所接收的超聲數據集與先前生成的複合超聲圖像組合，以便連續調節複合超聲圖像。換言之，複合超聲圖像在掃描的開始處被生成，並且基於不間斷超聲掃描期間連貫或連續接收的額外超聲數據集連續地被調節或改進。能夠連續地改進複合超聲圖像，直到實現質量水平，其對於臨床診斷而言是必要的。

在優選實施例中，如果實現了複合圖像的期望解析度或複合圖像的期望質量，則圖像生成單元適於自動或在用戶的請求時停止複合超聲圖像生成。

在又一優選實施例中，超聲成像裝置包括置信度確定單元，所述置信度確定單元用於基於空間參考確定針對所接收的超聲數據集的不同區域的置信度值。置信度值表示針對不同區域的採集和接收的超聲數據的預期可靠性或質量的水平。優選地基於組織中的超聲傳播的物理學、關於對象的解剖結構的超聲探頭的取向確定置信度值，使得能夠確定不同區域中的所接收的超聲數據的質量。能夠識別低質量或潛在低質量的所接收的超聲數據中的區域，使得能夠由用戶採取克服該降低的質量的措施，例如，使得用戶不考慮針對臨床診斷的低置信度值的區域或執行在那些區域中的額外掃描或分析以便改進置信度水平。

在優選實施例中，所述參考確定單元適於基於空間參考確定在超聲掃描的視場中的解剖對象的空間取向，並且其中，所述置信度確定單元適於基於在視場中的解剖對象的空間取向確定置信度值。由於例如能夠識別遮蔽區域，因此能夠容易地識別低置信度值的區域。

在優選實施例中，基於對象的不同區域的預定參考值確定所述置信度值。能夠以低技術努力確定置信度值，這是因為所述值被預定義，其中，能夠例如基於針對高和/或低置信度水平的區域的經驗值確定所述值。

在優選實施例中，基於針對超聲波的解剖對象的傳播模型確定所述置信度值。能夠考慮對象的組織中的超聲傳播的物理學，使得能夠利用高精確度確定置信度值。

在優選實施例中，一個置信度值被分配到所述超聲數據的每個體素，並且所述置信度值被存儲在置信度圖中。能夠將超聲數據集的體素與個體置信度值連結，使得能夠容易地處理體素數據和置信度數據的計算。

在優選實施例中，基於所述置信度值生成複合圖像，其中，基於所述不同置信度值對不同超聲數據集中的不同區域的超聲數據進行加權，以形成複合圖像。能夠改進複合圖像的質量，這是由於更不考慮低置信度區域的超聲數據，並且更多地考慮具有高置信度水平的區域的超聲數據。

在優選實施例中，圖像生成單元適於提供在複合圖像內的置信度值的圖形表示。在又一優選實施例中，置信度值被顯示為被疊加到超聲數據的圖像結構。能夠改進具有高或低置信度的區域的可見性，使得能夠提供針對用戶的簡單反饋。

如上所述，本發明提供改進超聲圖像的可靠性的可能性，這是由於超聲數據在不同查看方向上被捕獲並且基於結構化參考被組成為複合圖像，藉助於解剖結構的分割在超聲圖像數據中確定所述結構化參考。由於捕獲超聲數據集的超聲探頭的不同查看方向，能夠減少具有低超聲數據質量的對象的區域的量，這是由於例如能夠最小化遮蔽區域。由於基於在解剖結構的基礎上確定的超聲數據中的參考處理複合超聲圖像，因此不同數據集能夠以低技術努力被複合或組裝為複合超聲圖像，使得能夠實現高質量複合超聲圖像。此外，由於確定對應於超聲圖像數據的質量或可靠性的針對超聲數據中的不同區域的置信度值，因此能夠改進超聲分析的可靠性，這是由於能夠在複合超聲圖像的複合期間考慮置信度值，或者能夠在顯示的超聲圖像中顯示置信度值，使得操作者能夠容易地識別高和低質量的區域。

附圖說明

本發明的這些和其他方面將根據下文描述的(一個或多個)實施例而顯而易見，並且將參考下文描述的(一個或多個)實施例得到闡述。在以下附圖中

圖1示出了用於對包括胎兒的患者身體的體積進行掃描的超聲成像系統的示意性表示；

圖2示出了在不同查看方向上的不同超聲掃描的示意性圖示；

圖3a、b示出了超聲成像裝置的實施例的示意性方框圖；

圖4a、b示出了包括確定的參考系的在不同查看方向上的胎兒的顱骨的超聲圖像；

圖5a、b示出了包括低置信度區域的指示的不同超聲圖像；

圖6a示出了圖示用於確定複合圖像的方法步驟的示意性流程圖；並且

圖6b示出了用於確定針對超聲圖像數據的不同區域的置信度值的方法的示意性流程圖。

具體實施方式

圖1示出了通常由10指代的根據實施例的超聲成像系統的示意性圖示。超聲成像系統10被應用於檢查解剖部位的體積，尤其患者12的解剖部位的體積。超聲成像系統10包括超聲探頭14，所述超聲探頭具有至少一個換能器陣列，所述至少一個換能器陣列具有用於發送和/或接收超聲波的許多換能器元件。換能器元件優選被布置在二維陣列中，以具體用於提供多平面或三維圖像。探頭14適於發送在具體方向上的超聲波，並且從形成超聲探頭14的視場16的具體方向接收超聲波。

在圖1示出的實施例中，患者12是懷孕的人，其中，要檢查的解剖對象是胎兒18，其被設置在視場16中。

由於組織中的超聲傳播的物理學，視場16中的特定區域可能不反映對象18的解剖結構，這是由於一些區域可以被超聲傳播路徑內的其他解剖結構遮蔽或掩蓋。這是超聲分析方法的一般問題，並且具體地是如圖1中示出的範例的產前神經聲譜的問題，這是由於由也具有不同探頭位置和探頭14的不同查看方向的探頭14採集的任何超聲數據包括被不精確地反映且具有低置信度水平和/或低質量的不同區域。如下所述，超聲系統10通過組合產生於在不同查看方向上的對象18的超聲掃描的不同超聲數據集產生複合超聲圖像，使得能夠減少圖像質量缺陷的量。

超聲成像系統10還包括超聲成像裝置20，諸如，控制單元，其經由超聲系統10控制超聲圖像的提供。如下面將進一步解釋的，超聲成像裝置20接收來自超聲探頭14的換能器陣列的超聲圖像集，並且提供從對象18的不同超聲數據集導出的三維超聲圖像。

超聲成像系統10還可以包括顯示器22，所述顯示器用於顯示從超聲成像裝置20接收的超聲圖像。另外，可以提供輸入設備24，其可以包括鍵或鍵盤以及另外的輸入設備，並且可以被連接到顯示器22或直接到超聲成像裝置20。

在圖2a中，示意性透視圖被示出用於解釋來自不同查看方向的對象18的超聲掃描。如由箭頭25指示的，探頭14圍繞患者身體12移動，以便採集來自不同查看方向的不同超聲數據集26、28，使得對象18在視場16、16'內被不同地取向，並且能夠減少由於超聲波的傳播方向而被遮蔽或掩蓋的區域。

為了提供高質量的超聲圖像，基於對象18的分割的解剖結構，超聲成像裝置20基於在視場16、16'中識別的不同空間參考將不同查看方向的不同超聲數據集26、28組合成複合超聲圖像，如下面詳細描述的。

圖3a示出了超聲成像裝置20的示意性方框圖。超聲成像裝置20包括數據接口30，所述數據接口用於將超聲成像裝置20連接到超聲探頭14並且用於接收來自探頭14的超聲數據集26、28。超聲成像裝置20還包括分割單元32，所述分割單元接收超聲數據集26、28。分割單元32被提供用於基於模式檢測在超聲數據集中分割和識別對象18的解剖結構。分割單元32將解剖結構的對應分割數據提供到參考確定單元34。參考確定單元34確定在分割數據中的空間參考，以便確定在視場16、16'內的對象18的位置和取向。空間參考優選地是解剖框架，所述解剖框架包括在視場16、16'中的對象18的空間位置和如在視場16、16'內的對象18的取向的方向。如此確定的空間參考與對應的超聲數據集一起被提供到圖像生成單元36。在優選實施例中，參考確定單元34確定在兩個不同超聲數據集26、28之間的空間數學變換，其可以包括超聲數據集的空間平移和旋轉，以便將不同集合的相應超聲數據彼此對齊。

圖像生成單元36基於不同空間參考將不同超聲數據集26、28組合成複合超聲圖像38，並且將複合超聲圖像38提供到例如顯示器22。圖像生成單元36基於空間參考對齊不同數據集26、28，使得從對象18的相同體積接收的不同數據集26、28的超聲數據在複合超聲圖像38中疊加。因此，由於組合了不同查看方向的超聲數據，改進了複合超聲圖像38的質量。在一個實施例中，圖像生成單元36接收在兩個連貫超聲數據集之間的空間變換以便準確地組合超聲圖像數據集。空間變換能夠從空間參考直接被推導，所述空間參考包括具有對象18的參考位置和一個或優選三個參考方向的參考系。

優選地實時產生對應於超聲數據集26、28的採集的複合超聲圖像38，使得複合超聲圖像38幾乎與超聲掃描同時發生地被顯示在顯示器22上。為了實現實時圖像，超聲數據集26、28被提供到數據接口30作為連貫數據集或作為基本連續數據流，使得能夠藉助於超聲成像裝置20執行超聲數據集26、28的連續處理。

優選地，基於每個額外接收的超聲數據集26、28連續地調節複合超聲圖像38，以便連續地改進複合超聲圖像38的質量。在顯示器22上顯示當前可用的複合超聲圖像，使得操作者能夠決定額外掃描是否必要，以及可以從哪個查看方向採集掃描，以及是否能夠完成超聲掃描。在備選實施例中，經操作者的請求顯示複合超聲圖像38。顯示的複合超聲圖像38的查看方向對應於初始超聲數據集26、28的查看方向，或可以被調節到探頭14的當前查看方向。

在優選實施例中，超聲成像裝置20還包括置信度確定單元40，所述置信度確定單元確定對應於預期的質量的針對在超聲數據集26、28中的不同區域的置信度值或相應區域的超聲測量結果的可靠性值。置信度確定單元接收來自參考確定單元34的空間參考和分割數據，並且基於分割數據確定關於對象18的解剖特徵的探頭14的相對位置。由於超聲數據的質量和/或可靠性取決於解剖結構和超聲波的傳播方向，置信度確定單元40能夠確定對應於從對象18的不同區域接收的超聲數據的預期質量和/或可靠性的置信度值。

置信度確定單元40被連接到內部或外部資料庫或存儲器42，並且在一個實施例中，接收包括關於超聲波的傳播方向和解剖結構的高或低置信度的典型區域的置信度區域的統計圖，並且基於值的統計圖確定針對超聲數據集26、28中的不同區域的置信度值。在備選實施例中，置信度確定單元40接收來自存儲器42的聲波傳播模型，並且基於從存儲器42接收的傳播模型確定針對不同區域的置信度值。

置信度值被提供到圖像生成單元36，使得能夠在複合超聲圖像38中顯示不同置信度值。在備選實施例中，置信度圖由置信度確定單元40提供作為具有被分配到超聲數據集26、28的每個體素的優選在0與1之間的置信度值的可能性圖。由圖像生成單元36生成複合超聲圖像38作為不同數據集26、28的加權平均。由於基於置信度可能性圖對每個體素進行不同加權，因此低置信度區域將微弱地貢獻於最後的複合超聲圖像38，並且高置信度區域將強烈地貢獻於複合超聲圖像38。

因此，由於不同查看方向和針對超聲數據集26、28中的不同區域確定的置信度值，複合超聲圖像38能夠被提供具有高質量和高可靠性。

圖3b示出了超聲成像裝置20的又一實施例。由相同的附圖標記指代相同的元件，其中，此處僅僅詳細解釋差異。探頭14將來自一個或多個查看方向的超聲數據集26提供到接口30。分割單元32分割對象18的解剖結構，並且將解剖結構的分割數據提供到參考確定單元34，所述參考確定單元基於分割數據確定在超聲數據集26中的空間參考。置信度確定單元40通過確定關於對象18的解剖特徵的探頭位置基於確定的空間參考來確定針對超聲數據集26中的不同區域的置信度值，如上面解釋的。置信度值被疊加到超聲數據集26，例如作為顏色交疊或區域輪廓，並且作為圖像數據被提供到顯示器22。因此，能夠在超聲圖像中直接顯示置信度值，以便將關於超聲數據的可能性和/或質量的相應信息提供到用戶。

圖3b中示出的實施例是簡單實施例，其指示在超聲圖像中存在低置信度或低可靠性的區域，而不採集來自不同查看方向的不同超聲數據集，使得能夠以低技術努力實現超聲診斷的更高可靠性。

應當理解，超聲成像裝置20可以是計算機，並且超聲成像裝置20的不同部件32、34、36、40可以是特定電腦程式流程，當在計算機上運行對應的電腦程式時，所述特定電腦程式流程被運行。

圖4a、b示出了在探頭14的不同查看方向上的超聲圖像，其中，由分割單元32識別對象18的解剖特徵，並且在超聲數據集中的每個中確定空間參考。

圖4a、b中示出的超聲圖像在如圖2所示的不同查看方向上被捕獲並且包括在視場16中的胎兒18的顱骨。在這些超聲圖像中，由分割單元32識別胎兒18的解剖特徵為顱骨44和眼睛46。基於分割數據，確定包括顱骨的重心48的參考系。此外，確定跨中間矢狀平面的兩個向量50、52，其中，向量50指向眼睛並且屬於由眼睛和重心48生成的平面，並且向量52指向顱骨44的頂部。此外，向量54被確定，其垂直於中間矢狀平面並且被取向，使得參考系被正向取向。

當如由箭頭25在圖2中指示地移動探頭14時，該參考系48–54被確定使得每個超聲數據集26、28的取向能夠被確定，以便將不同超聲數據集26、28組合為複合超聲圖像38。

在圖5a、b中，示意性地示出了針對圖4b中示出的超聲圖像的置信度值的指示的實施例，並且其通常由56指代。

在該範例中，僅僅指示具有在特定置信度水平以下的置信度值的超聲圖像中的區域，使得操作者知曉圖像的這些部分具有降低的質量或降低的可靠性。

在圖5a中，低置信度水平的區域被指示為被疊加到超聲圖像的交疊輪廓。

在圖5b中，低置信度區域56被顯示為被疊加到超聲圖像的顏色交疊。

每當用戶啟動在低置信度56的區域中的測量時，可以產生針對用戶的警報，如彈出警告消息、顏色編碼測量反饋、聲音等。備選地，當圖像被用於臨床診斷(例如被保存在系統中)並且包含大的低置信度區域56時，顯示警告消息或交疊。

如果檢測到大的低置信度區域56，則操作者能夠重新開始具有探頭14的不同查看方向的測量，以便實現具有更好質量的超聲圖像。

在圖6a中，示意性地示出了並且通常由60指代用於確定來自對象18的解剖部位的複合超聲圖像38的方法的流程圖。如在步驟62處示出的，方法60開始於超聲掃描，並且開始於在數據接口30處的不同超聲數據集26、28的接收。如在步驟64處示出的，超聲數據集26、28由分割單元32分割，並且如在步驟66處示出的，基於分割數據來將參考系48–54確定為空間參考。如在步驟68處示出的，圖像生成單元36基於空間參考48–54組合不同超聲數據集26、28並且確定複合超聲圖像38。如在步驟70處示出的，複合超聲圖像38被提供到顯示器22，以便將圖像顯示到用戶。

超聲數據集26、28的接收和複合超聲圖像38的處理和生成是連續過程並且被執行，直到用戶停止過程或系統識別複合超聲圖像38已經達到了期望的置信度水平。由反饋迴路72、74指示連續過程，其中，在步驟70處，可以在顯示複合超聲圖像38之前或在顯示期間連續地執行迴路。

在步驟76處，基於空間參考、預定統計值或超聲傳播模型確定置信度值，並且將所述置信度值提供到圖像生成單元36，使得在步驟68處，能夠基於置信度值確定複合超聲圖像38。

在圖6b中，示意性示出了並且通常由80指代用於確定置信度值的方法。如在步驟82處示出的，方法開始於在對象18的超聲掃描中的超聲數據集的採集，其中，掃描可以在單個查看方向(或不同查看方向)上並且基於超聲掃描來執行。如在步驟84處示出的，由分割單元32分割超聲數據集中的對象18的解剖結構。在步驟86處，基於分割數據確定包括空間參考的參考系48–54。如在步驟88處示出的，基於作為統計圖的預定義值或基於從存儲器42或資料庫42中接收的傳播模型，基於視場16中的解剖對象18的取向來確定針對超聲數據集中的不同區域的置信度值。在步驟90處，基於超聲數據集的超聲圖像和置信度值被疊加(如在圖5a中示出的)，並且被提供到顯示器22。方法80可以具有類似先前實施例的額外步驟(未示出)，其中，在步驟88中確定的置信度值能夠被提供到圖像生成單元36，使得能夠基於置信度值來確定複合超聲圖像38。

在圖5b中示出的方法提供指示超聲圖像數據中的低置信度區域56的備選，使得能夠以低技術努力改進測量的可靠性。

可以在計算機上通過電腦程式來運行方法60、80。

儘管在附圖和前面的描述中已經詳細圖示和描述了本發明，但是這些圖示和描述應被視為說明性或示範性的而非限制性的；本發明不限於所公開的實施例。通過研究附圖、公開內容以及權利要求書，本領域技術人員在實踐所要求保護的本發明時能夠理解和實現對所公開的實施例的其他變型。

在權利要求書中，「包括」一詞不排除其他元件或步驟，並且詞語「一」或「一個」不排除多個。單個元件或其他單元可以履行權利要求書中記載的若干項目的功能。儘管在互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施，但是這並不指示不能有利地使用這些措施的組合。

電腦程式可以被存儲/分布在合適的介質上，例如與其他硬體一起提供或作為其他硬體的部分提供的光學存儲介質或固態介質，但電腦程式可也可以以其他形式來分布，例如經由網際網路或者其他有線或無線電信系統分布。

權利要求書中的任何附圖標記不應被解讀為對範圍的限制。