超声成像系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超声成像系统。本发明尤其涉及一种用于检测检查对象内的组织 层边界的超声成像系统。进一步地，本发明涉及一种用于检测检查对象的至少一个组织层 边界的方法。更进一步地，本发明涉及一种用于实现该方法的相应计算机程序。
【背景技术】
[0002] 在表演运动、个人健身和健康护理器具领域，希望的是深刻了解身体的不同组织 类型的比例组成。为此目的，有必要将若干主要组织彼此区分。从健康角度检测的最重要 的组织是：脂肪块和无脂肪块、瘦肉块和肌肉块以及皮下脂肪组织（SAT)和内脏脂肪组织 (VAT)的进一步辨别。这些组织类型的组成和尺寸是用户的体质的良好指示器。
[0003] 低水平的身体活动和坏的饮食习惯可能导致差的体质，并且从长期看导致生活方 式相关的疾病，例如糖尿病、高血压、血脂异常、多囊卵巢综合症、生殖异常、性功能障碍、心 脏病和代谢综合症。医疗专业人员必须越来越多地处理这些疾病。具有一种用于快速且可 靠地评估患者的体质水平的方法可以帮助专业人员评估该体质可能在什么程度上影响患 者的健康。而且，医学上规定的锻炼干预体质水平和疾病监视可以用来改进患者的健康，并 且也用文件证明了治疗的有效性。也可以用在家庭环境中的消费者有关的健康护理器具的 开发将改善这种情况，因为患者于是可以在没有医生的附加帮助下容易地自我检查。
[0004] 用于检测身体组织中的组织层的许多常用的解决方案使用太复杂而不能用在家 庭设置中的形式。示例是：MRI扫描，水下称重和皮褶测量，其需要适当的训练以便有意义。 其他最新技术的形式太不一致而不能提供有意义的数据，诸如例如生物电阻抗，其对身体 中的变化的水分量非常敏感。此外，这些技术只能确定选择的组织的总质量，并且不提供对 于某些组织的厚度的深刻了解。
[0005] 再一次地，其他技术涉及利用多波束或者多聚焦超声设备测量。然而，这涉及繁重 的处理以及昂贵的硬件，其使得这些种类的器具对于家庭使用而言是无用的。
[0006] 例如，US 5, 941，825中公开了一种用于身体组成评估的超声成像装置。其中公开 的方法提出通过将A模式超声脉冲传输到身体中，测量至少一个反射距离，选择具有最短 距离的所述至少一个反射距离以指示皮下脂肪组织的内外边界之间的距离而测量身体脂 肪。选择所述至少一个反射距离校正了超声传输视差。据断言，这允许方便地测量检查对 象中的层厚度。然而，使用一维A线超声信号的组织层检测表现出相对不精确。A模式超声 信号对数据噪声非常敏感，并且与基于二维超声的检测相比不那么可靠和一致。
[0007] 依照大多数现有技术设备，这些问题通过使用复杂的换能器探头来克服，所述换 能器探头包括布置在换能器阵列中的多个换能器元件，这些元件允许在B模式超声图像中 对身体的内部成像。与US 5, 941，825中使用的A模式超声成像技术相比，这些二维B模式 超声图像使得能够以增大的精度检测组织层。另一方面，这样的复杂多元件换能器阵列非 常成本密集，并且因此在家庭环境中用于私人用途似乎没有意义。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个目的是提供一种用于超声成像的设备，该设备尤其允许精确、可靠、 快速且成本有效地测量检查对象内的组织层边界。优选地，所述设备应当被配置成在家庭 设置中操作容易和方便。此外，本发明的一个目的是提供一种用于检测检查对象的至少一 个组织层边界的相应方法。
[0009] 依照本发明的第一方面，提出了一种超声成像系统，该系统包括： -超声探头，其包括用于发射和接收超声信号的单元件超声换能器； -运动传感器，其用于在信号采集期间感测超声探头相对于检查对象的位移的位 移-时间彳目号x(t); _图像采集硬件，其被配置成从接收的超声信号重建M模式超声图像，所述重建的M模 式超声图像是二维图像I(t，y)，包括随着时间图示出的检查对象中的基本上恒定深度的 多个一维深度信号，其中图像采集硬件进一步被配置成通过使用利用运动传感器感测的位 移-时间信号x(t)将所述M模式超声图像I(t，y)映射为包括随着位移图示出的深度信 号的二维第二图像I(x，y);以及 -图像分析单元，其被配置成分析所述第二图像I(x，y)并且在所述第二图像I(x，y) 中检测检查对象的至少一个组织层边界。
[0010] 依照本发明的第二方面，提出了一种用于检测检查对象的至少一个组织层边界的 方法，其中所述方法包括步骤： -接收单元件超声换能器的超声信号； -感测超声换能器相对于检查对象的位移的位移-时间信号x(t); -从接收的超声信号重建M模式超声图像，所述重建的M模式超声图像是二维图像 I(t，y)，包括随着时间图示出的检查对象中的基本上恒定深度的多个一维深度信号， -通过使用感测的位移-时间信号x(t)将所述M模式超声图像I(t，y)映射为包括 随着位移图示出的深度信号的二维第二图像I(x，y);以及 -分析所述第二图像并且在所述第二图像中检测检查对象的至少一个组织层边界。 [0011] 本发明基于提供这样的超声成像设备的思想，该超声成像设备与例如皮褶方法一 样成本有效且一样快速，但是在其测量中也非常可靠和一致。这通过使用单元件超声换能 器来实现，该单元件超声换能器可以集成到手持式设备中，使得该超声探头可以在检查对 象的顶面上方机械地(例如用手）移动。在该运动期间，所包括的运动传感器感测超声探头 随着时间相对于检查对象的位移。即使仅仅提供了单元件超声换能器，所提出的超声成像 系统仍然允许重建二维图像。所提出的超声成像系统因此使得能够对身体的二维区域成 像，使得与现场测量相比，组织层的属性和厚度不仅可以在独特的位置检查，而且可以在身 体的整个二维区域上方检查。这使得能够也检查身体内的不同组织层的空间发育。
[0012] 另外，所提出的超声成像系统应用了 M模式超声成像技术，其中超声脉冲随着时 间快速连续地发射。在超声探头运动期间，M模式图像被生成为以时间采样率1/T在多条 扫描线处记录的不同A线信号的复合图像。这导致二维图像I (t，y)，其中所述多个一维深 度图像信号中的每一个随着水平轴上的时间t在y轴上绘出。
[0013] 与重建示出随着时间的身体独特静置点处的深度信号的二维图像的"规则模式 超声成像设备形成对照的是，二维区域扫描被重建。这如下完成：接收的二维深度-时间M 模式图像I (t，y)被映射为第二深度-位移图像I (x，y)。这种从二维I (t，y)图像到二 维I(x，y)图像(这里表示为第二图像)的映射可以通过考虑利用集成的运动传感器感测的 位移-时间信息x(t)来完成。按照这种方式，得到的第二图像示出与B模式图像中类似的 检查对象的二维区域的图像。
[0014] 与通常利用布置在换能器阵列中的多个换能器元件生成的B模式超声图像形成 对照的是，所提出的成像系统允许利用仅仅一个超声换能器元件产生可比的二维图像。使 用仅仅一个超声换能器元件当然使得能够实现相对成本高效的整体设备。所提出的超声成 像系统因此也适合于家庭设置。
[0015] 与如US 5, 941，825中示例性地公开的非常简单的A模式超声成像设备相比，所 提出的超声成像系统允许对二维区域上方的组织层及其边界成像，而不是仅仅执行现场测 量。这显著地提高了系统的可靠性，并且允许执行非常详细的测量，即使仅仅使用了单元件 超声换能器。与现场测量相比，利用所提出的超声成像系统扫描允许测量皮肤之下的身体 组织(例如脂肪）的体积，并且也使得能够例如计算与无脂肪组织相比脂肪的百分比。
[0016] 依照本发明，如下文中将进一步解释的，检查对象的所述至少一个组织层边界在 所述第二图像中通过应用图像分析技术进行检测。这通常在集成的图像分析单元内完成。 图像分析单元可以是硬件或软件实现的。通过分析第二图像，图像分析单元允许检测至少 一个组织层边界，优选地多个组