专利名称：利用淡变控制的超声弹性应变成像的制作方法
利用淡变控制的超声弹性应变成像此发明涉及医学诊断超声系统，并且特别涉及通过弹性成像(elastography)来评估身体中的组织区域的硬度的超声系统。弹性成像是对身体中的组织的弹性性质的评估。已发现身体中的组织的硬度能够给予组织可能是恶性还是良性的指示。女性乳房例如能够包含各种不同肿块、囊肿(cyst)、 和其它增生(growth)，它们中的一些可以是恶性的并且它们中的一些可以是良性的。为了省掉对患者的不必要的活组织检查，而在需要的时候执行它们，超声频繁地用于评估组织特性以确定是否对可疑组织进行活组织检查。能够执行弹性成像以确定乳房是否包含较软或较硬(较坚硬)区域。因为较坚硬的组织更大地与恶性团块关联，所以较坚硬组织区域的标识能够指示要通过活组织检查进行明确的诊断的需要。弹性成像引起的问题是需要在身体内非侵入式地测量组织的可量化性质。这意味着不能直接在组织的位置测量目标组织的性质，而是仅通过借助于介入组织而在身体的表面处进行的测量来进行测量。因此，期望简化问题并进行将导致有效数据和分析的某些近似和假设。频繁地进行的一组假设是被检查的组织是均质的和各向同性的。这些假设能够使得材料等式的某一性质适用于该问题、泊松比和杨氏模量。泊松比是样品被在给定方向上被拉伸或压缩时，垂直于拉伸或压缩力的伸展或收缩(应变)与在力的方向上的轴向伸展或收缩之比。相关的测量是杨氏模量，其是硬度的量度，并定义为施加于样品的单轴应力 (stress)(压力)与得到的单轴应变(变形)之比。然而，在目标组织处的应力分量是通常未知的并难以非侵入性地测量。因为这些材料性质中的每一个能够表述为变形(应变)的函数，所以多个研究者集中于评估在不同地施加压力时，组织展示的应变或变形。虽然应变已经示为有用参数，但是其缺点是其随施加的压力变化。其从而与由施加不同压力给组织或使用不同技术来施加压力的研究者获得的不同结果是技术上相关的。结果是从患者到患者的应变测量或从检查到检查的应变测量不是直接可比较的。与遭受不同压力形式或压力量的另一患者相比，遭受一种类型的压力的患者将呈现不同应变(变形)值。为了补偿患者之间的压力变化，指示压力水平的参考点的应变能够用于标准化目标区域的应变。另外，假定在患者内的两个区域之间有类似压力，则正常组织和肿瘤之间的应变比能够指示它们的相对硬度。研究者已经报告了正常和可疑组织的比较评估能够有诊断重要性。因此，本发明人计算了应变比，其是正常或参考组织的应变与目标组织的应变之比。(现有技术已使用术语“应变比”来以泊松比的方式引用横向与轴应变之比，但是其不是该术语如何用于此患者中。)恶性损伤往往比良性损伤更坚硬。恶性损伤的应变比可以比良性损伤的那些高得多。通过测量应变比，能够确定目标组织的相对硬度和恶性可能性。能够通过以光标指示或标记目标组织、指示或标记正常组织、测量像场中的每个位置处的应变、然后计算应变比，来执行图像中的目标组织中的应变比的计算。然而，此处理能够是耗时的，因为临床医生可能需要在像场中的多个点进行测量。此外，临床医生可能想要在B模式图像中以其空间上对应的应变特性比较地评估肿瘤或其它病理学的外观，当病理学在B模式图像中仅是微弱可见时，问题变得困难。根据本发明的原理，超声系统形成像场中的应变值的解剖应变图像。系统也形成对应的解剖B模式图像，并且覆盖两个图像来进行显示。系统的淡变控制用于改变所覆盖的B模式和应变图像的相对透明度，使得能够比较地评估它们的边界、硬度、和其它特性。附图中，
图1以框图形式示例了根据本发明的原理构成的超声诊断成像系统；图2示例了用于产生像场的应变比图像的方法的步骤；图3示例了邻近相同组织的应变图像的B模式图像，光标用于指定用于确定应变比图像的正常组织的点；图4示例了邻近相同组织的应变图像的B模式图像，圆图形用于指定用于确定应变比图像的正常组织的区域；图5示例覆盖较大B模式图像的应变图像窗口，方形图形用于指定用于确定应变比图像的正常组织的区域；图6示例图6的图像窗口中覆盖其对应的B模式图像的应变比图像；图7示例另一图像显示，其中，与应变比图像的硬度彩色条一起，并排示出了目标区域的B模式图像和具有覆盖应变比图像的B模式。首先参照图1，以框图形式示出了根据本发明的原理构成的超声系统。超声探头 10具有阵列变换器12，用于发送超声波至身体的区域并接收来自身体的回声。阵列变换器能够是变换器元件的一维阵列或变换器元件的二维阵列，用于扫描身体中的二维像场或三维像场。阵列变换器的元件由发送束形成器16驱动，其控制来自阵列的发送束的操纵、聚焦和穿透。接收束形成器18接收来自变换器元件的回声并组合它们以形成来自像场中的点的相干回声信号。发送和接收束形成器通过在传输期间保护敏感接收电路的发送/接收开关14耦合至变换器阵列元件。束形成器控制器20对束形成器的操作进行同步和控制。接收的回波信号通过正交带通(QBP)滤波器22解调为正交(I和Q)采样。QBP滤波器也能够提供对接收的信号的带限制和单通滤波。接收的信号于是可以通过信号处理器 24进行诸如谐波分离和频率组合的另外的信号处理。处理的回声信号施加于探测器25和多普勒处理器观，探测器25通过用于B模式处理器沈的方程式(I2+Q2)"2执行回声信号的幅度探测，多普勒处理器观用于像场中点的多普勒频移探测。根据本发明的原理，每个图像帧的基带I和Q回声信号(像场的每个扫描)施加于帧存储器30。B模式处理器沈和多普勒处理器观的输出也耦合到帧存储器30。帧存储器在空间基础上存储像场的连续采样，用于由应变估计器32根据像场中颗粒的帧至帧的移位来计算应变；应变计算为移位的空间导数。可以根据射频(RF)或基带I和Q数据来计算应变，并且也可以根据幅度探测的(B模式)或组织多普勒数据来计算应变。可以采用诸如应变、横向与轴应变之比、以及应变速度估计的任何形式的应变计算。例如，在连续帧中的公共点接收的回声可以关联地估计在该点的移位。如果没有运动存在于该点，则来自连续帧的回声将相同。如果存在运动，则回声将不同并且运动向量指示移位。US专利6558324(Von Behren等)描述用于估计应变的幅度和相位敏感技术并通过框匹配和关联采用斑追踪进行应变估计。US专利 5524636 (Sarvazyan等)也使用斑追踪来执行弹性成像，并且US专利6527717 (Jackson等) 通过关联斑来确定组织移动。US专利M74070(0phir等)根据A线对的段中的时移差估计组织压缩。US专利6099471 (Torp等)描述计算为组织速度的梯度的应变速度的估计。US 专利5800356 (Criton等)描述使用多普勒向量来选择用于施加的力的方向上的应变估计的点。优选地，使用相位敏感技术，如Von Behren等认识到的，r.f.数据将典型地产生应变的最精确的估计。可以通过改变由探头施加于身体的压力来引起组织移位，或优选地，通过由身体的生理学运动引起的移位来引起组织移位。能够替代地使用任何其它类型的压缩源，包括机械振动或声辐射力脉冲。例如，移位可以由呼吸期间胸腔壁的运动或诸如颈或肝动脉的附近血管的血流脉动引起。优选利用相位敏感技术进行应变估计的另一原因是由这些生理学活动产生的和甚至来自在将探头保持靠着身体时发生的小的事实上察觉不到的运动的轻微运动能够被感测到并用于由应变估计器32估计应变。应变估计器32产生像场中每个点的估计的应变值，并且这些值在34存储为像场的应变图像。应变图像耦合至图像处理器42，其是B模式处理器沈和多普勒处理器28的输出。图像处理器例如通过至期望图像格式的扫描转换、图像覆盖(overlay)等来处理来自这些源的图像数据，并且产生用于在显示器50上显示的图像。如以下图中所示，用于应变图像的显示的一种格式覆盖在用于结构取向的B模式图像上。根据本发明的原理，应变图像也用于在36产生应变比图像。通过由用于正常组织的应变值除应变图像的每个应变值来产生应变比图像。通过对多个应变值进行平均或取平均数或中间值，可以自动地提供此值，多个应变值诸如是图像的角落中的区域中的应变值 (假设用户将在图像的中心定位可疑肿瘤)。在本发明的实施中，从用户指示的图像中的正常组织的指示取得用于正常组织的应变值。为此目的，应变比图像从用户操控的控制面板 40响应于参考光标，以指示图像中的正常组织的点或区域。应变图像中的每个应变值被正常组织的应变值相除，以在36产生应变比图像。为了在应变比图像中更好地描绘可疑组织区域，用户可以操控控制面板40的控制，以设定用于与应变比值进行比较的值的阈值或范围。超过值的阈值或范围的应变比值在应变比图像中是独特加亮的，如通过以独特彩色或亮度显示它们。例如，用户能够在5设定阈值，并且能够以亮的红彩色显示指示高硬度的具有5或更大的值的应变比显示中的所有点。用户能够根据应变比图像中的区别的亮的红彩色来迅速地认出图像中的可疑区域。根据本发明的另一方面，用户能够在控制面板40上操控淡变控制，控制面板40耦合至图像处理器42。当图像处理器显示覆盖B模式图像的对应部分的应变比图像时，淡变控制能够使得用户调整B模式和应变比图像的相对透明度。用户能够使应变比图像淡变为完全透明的，以仅看到对应的结构图像，或能够使B模式组织图像淡变，以仅看到应变比图像，或用于两个覆盖的图像的中间透明度设定。图2示例了用于使用上述超声系统产生应变比图像的处理。在60，在参考时间、 采集超声数据的帧。在60，在参考时间^采集超声数据的另一帧。于是在64使用两个帧的超声数据，以取决于数据的性质以两维或三维来估计应变(移位)。可以使用任何应变估计技术，包括上述那些中的任何技术。估计的应变值空间上构图为在66产生应变图像。根据应变图像，用户在68指定正常组织。替代地，用户能够指定诸如B模式图像的另一图像中的正常组织，并且使用应变图像的空间上对应的应变值。在70，用户设定应变比阈值，在该应变比阈值以上，应变比图像中的应变比值是待加亮的。在72，根据应变值和正常组织应变值来计算应变比，并且对应变比进行彩色编码(color-coded)以产生在74显示的彩色应变比图像。在76，用户可选地使用于这样装备有此能力的超声系统的所覆盖的应变比和B 模式图像淡变。图3是本发明的实施的显示的范例，其中，幻像的B模式图像80显示在显示器的左侧上，并且应变图像82显示在右边。如能够从这些图像看到的，硬的包涵物在B模式图像的中心几乎是不可见的，但是在应变图像中在84处区别地出现。光标86示于应变图像的左上侧中。用户能够操控控制面板的控制以移动此光标86，以便其覆盖并指定正常组织的图像区域。超声系统于是将根据光标86的位置使用一个或多个应变值，以产生正常组织应变值。例如，系统可以对光标的中心处的十乘十的组的像素进行平均，以产生平均的正常组织应变值。于是使用正常组织应变值以产生应变比图像。图4类似于图3，除在此情况下用户在应变图像上操控图形88以指定正常组织的区域。在此范例中，图形是圆。用户能够在图像上操控圆图形88，并且还能够选择或控制圆的大小。可以替代地使用其它形状的图形。超声系统将采用图形内的像素的应变值并组合它们以产生代表性正常组织应变值，诸如对正常组织应变值进行平均或计算正常组织应变值的中数和中间值。优选地，系统连续地计算正常组织应变值，并可以在图形被操控时同时示出应变比图像，或在彩色条上指示其对应的彩色值。图5示出了显示，其中，应变图像82在解剖配准中覆盖B模式图像80。在此范例中，硬内涵物84的应变图像覆盖B模式图像80中的内涵物的位置。用户在正常组织上操控盒子90，用于计算应变比图像。图6示出了以与图5的应变图像82中相同的参考盒子产生的应变比图像92。应变比图像92与正常组织的应变值相关地锐利地描绘肿瘤和彩色盒子内的像素的应变值。在图像的右侧的彩色条94示出了应变比值的彩色编码。彩色条表示彩色图像的此黑-和-白表示中的非常暗的影线中的较高硬度值，并且肿瘤84在应变比图像92中被看见为非常暗的，指示肿瘤组织的相对高的硬度。用户能够在控制面板40上操控透明度控制，以在实心(solid)、半透明与透明B模式和应变比图像之间来回淡变。随着用户从如图6中所示的实心(不透明)图像至全透明使应变比图像92淡变，用户于是能够在灰度级中看到肿瘤，其描绘应变比图像中的暗肿瘤区域。用户于是能够在肿瘤的外观和其边界在应变比图像和B模式图像中出现时，借助于它们在显示中的解剖配准来评估肿瘤的外观和其边界。图7示例本发明的另一应变比显示和具有应变比图像92的配准的覆盖的B模式图像，此次B模式图像80单独示于显示器的左侧上。在此范例中，利用出现为彩色图像的此黑-和-白表示中的白阴影对较大的硬度进行了彩色编码。彩色条94的彩色的硬度从 “软”至“硬”定性地指示。在此范例中，看到肿瘤84相对地比围绕组织硬。此图还利用位于应变比图像92的右边的I形光标示出了指示于覆盖图像对的B模式图像中的正常组织。 在光标96的正常组织位置处计算的应变值于是用于产生应变比图像92。本领域技术人员将容易想到其它显示变化。例如，在图7中，应变图像能够示于应变比图像旁边，使得用户能够描绘应变图像中的正常组织的区域并看到邻近应变图像的得到的应变比图像。应变和应变比图像中的一个或其二者能够示为在解剖配准中覆盖B模式图像。淡变控制可以用于改变应变图像的相对透明度，该应变图像覆盖其对应配准B模式图像。应变比值可以计算为上述那些的逆，即点处的应变值上的参考值。可以实时地或在后处理图像回顾中产生应变比图像。
权利要求
1.一种用于产生应变图像的超声诊断成像系统，包括超声探头，具有可操作用于采集像场的多帧图像数据的阵列变换器； 应变估计器，响应于所述图像数据，以产生在所述像场中的多个点处的估计的应变值；应变图像处理器，响应于所述像场中的点处的所述估计的应变值，以产生所述像场的解剖应变图像；B模式处理器，响应于所述图像数据，以产生空间上对应于所述解剖应变图像的解剖B 模式图像；显示器，耦合至所述应变图像处理器和所述B模式处理器，以在解剖配准中产生解剖应变图像和解剖B模式图像的覆盖；以及用户可操作的淡变控制器，用于改变所覆盖的解剖应变图像和解剖B模式图像的相对透明度。
2.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所覆盖的解剖应变图像的透明度可在从完全透明至完全不透明的范围上变化。
3.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述应变图像处理器产生与估计的应变值对应的彩色编码应变图像显示值；以及其中，所述显示器还可操作以产生所述彩色编码应变图像显示值的彩色条。
4.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述应变估计器还可操作以通过斑追踪来探测多帧图像数据上的移位。
5.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括响应于所述图像数据并耦合至所述应变估计器的多普勒处理器，用于提供用于应变估计的多普勒频移数据或组织多普勒速度数据。
6.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括响应于所述图像数据并耦合至所述应变估计器的B模式处理器，用于提供用于应变估计的幅度探测的图像数据。
7.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括可操作以指定应变图像中的参考组织的用户控制器，其中，所述应变图像处理器还可操作以产生所述像场中的点处的估计的应变值与参考组织应变值之比的解剖应变图像。
8.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，其中，所述应变估计器还可操作以产生应变值作为帧至帧图像变形的局部估计。
9.如权利要求8所述的超声诊断成像系统，其中，所述图像变形由被成像的主体的生理运动产生。
10.如权利要求8所述的超声诊断成像系统，其中，所述图像变形由被成像的主体的用户压缩产生。
11.如权利要求1所述的超声诊断成像系统，还包括可操作以自动指定应变图像中的参考组织的参考组织选择器，其中，所述应变图像处理器还可操作以产生所述像场中的点处的估计的应变值与参考组织应变值之比的解剖应变图像。
全文摘要
一种产生应变图像的超声诊断成像系统，其中，用户能够描绘参考组织的点或区域。于是利用图像中的点产生应变比图像，该应变比为该点处的应变值与参考组织的应变值之比。对应变比图像中的应变比值与应变比值对应地进行彩色编码，并且彩色条指示彩色编码。范围或阈值以上的应变比值能够区别地着色为可容易地识别的。能够在解剖配准中以对应B模式图像覆盖应变比图像，并且一个或两个图像来回淡变以仅看到B模式图像、实应变比图像、或两个图像的半透明组合。
文档编号G01S7/52GK102483455SQ201080038916
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月18日 优先权日2009年9月4日
发明者J·曼, U·徘 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司