[发明专利]具有引导EFOV扫描的扩展视野超声成像

说明书

技术领域

本发明涉及医疗诊断超声系统，具体而言，涉及执行引导全景或扩展视野(EFOV)成像的超声系统。

背景技术

二维扩展视野(EFOV)或全景超声成像是用于肉眼观察在常规超声成像中不能完全看到的大结构或长结构(例如，股动脉、颈动脉)的有用工具。在二维(2D)全景成像中，如美国专利6,442,289(Olsson等人)所述，基本沿着2D图像的平面(方位维度)手动扫掠具有一维超声换能器阵列的探头来采集大量2D图像。组合所采集的重叠图像以利用探头运动估计产生全景图像，通常通过评估连续重叠图像之间的配准情况测量探头运动估计。可以在如美国专利6,516,215(Roundhill)所示的宽高宽比显示器上有利地查看超长图像。使用1-D超声换能器进行常规扩展视野成像的一个局限是仅沿着一个成像平面追踪运动，并假设该成像平面与运动方向对齐。如果运动方向未与换能器的成像平面对齐，全景图像中将存在几何失真并使精确测量的可能性降低。

另一种对长结构成像的方式是通过徒手扫描。在徒手扫描中，沿着垂直于图像平面的方向(即，在高度维度中)手动扫描超声探头，以从大致彼此平行的不同平面上采集一系列图像。可以组合这些图像以创建被称为徒手3D成像的三维(3D)体积。在美国专利Re.36,564(Schwartz等人)中描述了徒手扫描。徒手3D成像能够从不同取向和平面上显示解剖结构，而不需要临床医师从2D图像中思考解释结构的3D取向。徒手3D扫描能够生成其大小仅受限于可访问声窗(acoustic windows)和超声系统的数据存储器大小的体积，因此与常规3D超声成像相比具有若干临床优点，在常规3D超声成像中，体积大小受限于探头的最大机械或电子扫掠角。

如果要根据徒手3D全景图像进行距离或体积的精密测量，应当对图像采集进行校准，使得各结构的大小和取向在几何上是精确的。在经校准的3D全景成像中，探头运动追踪和重建对于产生经校准的体积是重要的。对超声探头的追踪提供了运动估计，运动估计直接用于补偿探头扫掠期间的探头运动。可靠的3D体积重建对于使与人为噪声相关的图像质量损失最小化而言也是至关重要的。此外，提供用于辅助在目标结构上进行扫描的实时用户反馈也是重要的。

例如，在美国专利5,899,861(Friemel等人)和美国专利6,572,549(Jong等人)中已经提出利用1D阵列探头的徒手采集进行3D全景成像。在这一方法中，通过评估从不同高度平面上顺序采集的图像中斑纹图案(speckle patterns)的去相关率来追踪探头的运动。然而，斑纹图案需要在相继图像间保持部分相关，而这并非始终可能，尤其是在探头的快速扫掠期间。同时，基于斑纹去相关的运动估计不是非常可靠，并且受到人为噪声、例如来自亮镜面反射器的那些人为噪声的强烈影响。为了实现更可靠的运动追踪，如美国专利6,517,491(Thiele等人)所述，可以向1D阵列探头附接外部定位传感器(例如，磁学或光学传感器)。然而，这些追踪装置遭受干扰和低灵敏度的影响，而表现出差的精确度。该方法还需要将附加的设备附接到探头和系统两者上，这是不方便的。

目前，机械1D阵列探头已经随着电子操控的2D阵列探头的引入而被取代。二维阵列换能器能够通过相位操控射束电子描体三维上的区域。不必在身体上机械地扫掠探头以采集3D图像，并且在探头中没有活动部分。2D阵列探头可以实时产生3D体积图像，并且还能够采集更小的三维体积，将它们拼合(stitched)在一起以产生如美国专利5,993,390(Savord等人)中所述具有血流的经调整的循环显示的更大的体积图像。然而，2D阵列探头与机械1D阵列探头具有相同的局限，即受限于探头下方区域的视野。

用于3D成像的又一方法是最近提出的I射束或E射束探头，如美国专利6,102,865(Hossack等人)所述，其包含主成像阵列和两个或三个垂直追踪阵列。然而，这一方法局限于，它仅能估计由追踪阵列取向设置的预布置方向上的探头运动。此外，这种系统价格昂贵，因为必须在单个探头中制造多个阵列并同时操作。探头位置的精确度受限于追踪阵列的大小，而追踪阵列通常远小于成像阵列。

发明内容