CN103908298B - 超声成像***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超声成像***和方法，所述超声成像***和方法包括：在用探头采集超声数据时，从所述探头上的运动传感***采集位置数据。所述***和方法包括：检测所述探头的预定运动模式、访问与所述预定运动模式对应的所述超声数据的子集，以及基于所述超声数据的所述子集在显示装置上显示图像。

Description

超声成像***和方法
技术领域
本发明总体上涉及一种包括探头的超声成像***和一种用于基于所述探头上的运动传感***来检测预定运动模式的方法。
背景技术
常规手持式超声成像***通常包括探头和扫描***。所述探头包括用于发射和接收超声能量的一个或多个传感器元件。用于控制所述手持式超声成像***的控件通常定位在所述扫描***上。例如，用户可以基于所应用于所述扫描***的控制输入端来控制功能，如选择模式、调整参数或选择测量点。对于手持式超声成像***来说，用户通常一只手持探头且另一只手持扫描***。因为两只手被占用，所以要通过通常定位在所述扫描***上的用户输入端来提供命令，这对于用户来说可能是困难的。例如，在采集大量的数据时，用户通常需要手动地定义扫掠、旋转或平移的开始和结束。这常常涉及：在开始扫描时按压探头亦或扫描***上的一个按钮，和在扫描结束时按压同一按钮或另一按钮。根据所执行的扫描类型以及患者和探头的定向，要提供指定扫描开始和结束的这些输入，对于用户来说可能是繁重的。另外，如果用户不能足够准确地执行采集，那么所得数据集可能不准确。例如，如果用户在移动探头时无意间改变了所述探头的定向，那么结果可能是受损或部分受损的数据集。
出于这些和其他原因，需要改进的超声成像***和改进的超声成像方法。
发明内容
本发明解决了以上提及的不足、缺点和问题，这通过阅读和理解以下说明书将会理解。
在实施例中，一种超声成像方法包括：在用探头采集超声数据的同时，从所述探头上的运动传感***采集位置数据。所述方法包括：将所述超声数据存储在存储器中，和用处理器基于所述位置数据来检测所述探头的预定运动模式。所述方法包括：用所述处理器从所述存储器访问所述超声数据的子集，所述超声数据的所述子集与所述预定运动模式对应。所述方法包括：基于所述超声数据的所述子集在显示装置上显示图像。
基于以上实施例第一方面，其中所述运动传感***包括加速计、陀螺仪传感器和磁传感器中的至少一个。基于以上实施例第二方面，其中所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头倾斜或使所述探头旋转。基于以上实施例第三方面，其中所述图像包括全景图像。基于以上实施例第四方面，该方法进一步包括：用所述处理器组合所述超声数据的所述子集以形成容积数据。基于以上第四方面的第五方面，其中从所述容积数据生成所述图像。基于以上实施例第六方面，该方法进一步包括：用所述处理器对所述图像应用图像处理技术，以便识别对象。基于以上第六方面的第七方面，该方法进一步包括：用所述处理器将所述对象从所述图像分割出来并且将所述对象显示在所述显示装置上。
在实施例中，一种超声成像方法包括：在用探头采集超声数据的同时，从安装在所述探头上的加速计和陀螺仪传感器采集位置数据。所述超声数据包括多帧二维(2D)数据。所述方法包括：将所述超声数据存储在存储器中，和用处理器基于所述位置数据来检测所述探头的预定运动模式。所述方法包括：用所述处理器从所述存储器访问所述多个2D数据帧的子集。所述多个2D数据帧的所述子集与所述预定运动模式对应。所述方法包括：用所述处理器来组合所述多个2D数据帧的所述子集以生成组合数据，和基于所述组合数据在显示装置上显示图像。
基于以上实施例第十方面，其进一步包括：将所述位置数据存储在所述存储器中。基于以上实施例第十一方面，其中所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头倾斜或使所述探头旋转，并且其中所述组合数据包括容积数据。基于以上实施例第十二方面，其中所述预定运动模式包括：使所述探头平移或使所述探头倾斜，并且其中所述组合数据包括全景数据。基于以上实施例第十三方面，其进一步包括：用所述处理器对所述图像应用图像处理技术，以便识别对象。基于以上第十三方面的第十四方面，其进一步包括：用所述处理器将所述对象从所述图像分割出来并且将所述对象显示在所述显示装置上。基于以上实施例第十五方面，其中检测所述预定运动模式、访问所述多个2D数据帧的所述子集以及组合所述多个2D数据帧都自动发生，无需额外的用户输入。
在另一个实施例中，一种超声成像***包括：存储器、包括至少一个传感器元件和运动传感***的探头、显示装置以及与所述存储器、所述探头和所述显示装置进行通信的处理器。所述处理器配置用于控制所述探头来采集超声数据并且在采集所述超声数据的同时从所述运动传感***采集位置数据。所述处理器配置用于将所述超声数据存储在所述存储器中并且基于所述位置数据来检测用所述探头执行的预定运动模式。所述处理器配置用于访问与所述预定运动模式对应的所述超声数据的子集。所述处理器配置用于基于所述超声数据的所述子集在所述显示装置上显示图像。基于以上实施例第十七方面，其中所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头旋转或使所述探头倾斜。基于以上实施例第十八方面，其中所述运动传感***包括加速计、陀螺仪传感器和磁传感器中的至少一个。基于以上实施例第十九方面，其中所述运动传感***包括加速计和陀螺仪传感器。基于以上实施例第二十方面，其中所述超声数据包括多个2D数据帧，并且其中所述超声数据的所述子集包括所述多个2D数据帧的子集。
根据附图和具体实施方式，所属领域的技术人员将会明白本发明的各种其他特征、目标和优点。
附图说明
图1是根据本申请实施例的超声成像***的示意图；
图2是根据本申请实施例的超声成像***的示意表示；
图3是根据本申请实施例的探头的示意表示；
图4是根据本申请实施例的探头的示意表示；
图5是根据本申请实施例的探头的示意表示；
图6是根据本申请实施例的手持式超声成像***的示意表示；
图7是根据本申请实施例的覆盖在笛卡尔坐标系上的探头的示意表示；
图8是根据本申请实施例的预定运动模式的示意表示；
图9是根据本申请实施例的预定运动模式的示意表示；
图10是根据本申请实施例的预定运动模式的示意表示；
图11是根据本申请实施例的预定运动模式的示意表示；以及
图12是根据本申请实施例的方法流程图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，对附图做出参考，所述附图形成所述具体实施方式的一部分并且其中通过图解示出可以实践的具体实施例。足够详细地描述这些实施例以使得所属领域的技术人员能够实践所述实施例，并且将要理解的是：可以利用其他实施例，并且可以在不脱离所述实施例的范围的情况下做出逻辑、机械、电气和其他改变。因此，并不将以下具体实施方式认为是对本发明的范围的限制。
图1是根据实施例的超声成像***100的示意图。所述超声成像***包括扫描***101。根据示例性实施例，扫描***101可以是手持式装置。例如，扫描***101可以在尺寸上类似于智能手机、个人数码助理或平板电脑。根据其他实施例，扫描***101可以配置作为笔记本电脑或推车式***。超声成像***100包括发射波束形成器102和发射器103，它们驱动位于探头106内的传感器元件104以将脉冲超声信号发射到身体(未示出)中。根据实施例，探头106还包括运动传感***107和光标定位装置108。运动传感***107可以包括以下传感器中的一个或多个：陀螺仪传感器、加速计和磁传感器。运动传感***107用于确定超声探头106的位置和定向，优选地在临床医生正操纵探头106时实时进行。出于本发明的目的，将术语“实时”定义成包括在无任何刻意延迟下所执行的操作或程序。根据其他实施例，探头106可以不包括光标定位装置108。扫描***101与探头106进行通信。扫描***101可以物理地连接至探头106，或扫描***101可以通过无线通信技术与探头106进行通信。仍参照图1，脉冲超声信号从体内结构(如血细胞或肌肉组织)反向散射，以产生返回至元件104的回波。由元件104将所述回波转换成电信号或超声数据，并且所述电信号由接收器109接收。将表示所接收的回波的电信号通过输出超声数据的接收波束形成器110进行传递。根据一些实施例，探头106可以包括电路来进行所有或部分的发射和／或接收波束形成。例如，发射波束形成器102、发射器103、接收器109和接收波束形成器110中的所有或部分可以位于探头106内。术语“扫描”或“进行扫描”还可以用于本发明来指：通过发射和接收超声信号的过程来采集数据。术语“超声数据”可以用于本发明来指：用超声成像***所采集的一个或多个数据集。用户界面115可以用于控制超声成像***100的操作，包括控制患者数据的输入、改变扫描或显示参数等。用户界面115可以包括以下中的一个或多个：旋钮、键盘、鼠标、轨迹球、轨迹板、触摸屏或任何其他输入装置。
超声成像***100还包括处理器116来控制发射波束形成器102、发射器103、接收器109和接收波束形成器110。处理器116与探头106进行通信。处理器116可以控制探头106来采集超声数据。处理器116控制元件104中的哪些是主动的和从探头106所射出的波束的形状。处理器116还与显示装置118进行通信，并且处理器116可以将数据处理成供在显示装置118上显示的图像。根据其他实施例，部分或整个显示装置118可以用作用户界面。例如，一部分或整个显示装置118可以作为触摸屏或多点触摸屏来启用。出于本发明的目的，可以将词组“进行通信”定义成包括有线连接和无线连接二者。根据实施例，处理器116可以包括中央处理器(CPU)。根据其他实施例，处理器116可以包括能够实行处理功能的其他电子部件，如数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或绘图板(graphic board)。根据其他实施例，处理器116可以包括能够实行处理功能的多个电子部件。例如，处理器116可以包括选自包括中央处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列和绘图板在内的电子部件列表中的两个或更多电子部件。根据另一个实施例，处理器116还可以包括解调射频(RF)数据并生成原始数据的复杂解调器(未示出)。在另一个实施例中，可以在处理链的更早期实行所述解调。处理器116可以适合根据多种可选超声形态来对数据执行一个或多个处理操作。在接收回波信号时，可以在扫描会话期间实时处理所述数据。本发明的一些实施例可以包括多个处理器(未示出)来操纵处理任务。例如，第一处理器可以用来解调并且抽取RF信号，而第二处理器可以用于在显示图像之前进一步处理该数据。应理解的是：其他实施例可以使用不同的处理器布置。
超声成像***100可以例如10Hz至50Hz的速率连续地采集数据。可以类似的速率刷新从所述数据生成图像。其他实施例可以不同的速率采集并显示数据。包括存储器120以用于存储所获得的数据帧。在示例性实施例中，存储器120具有足够容量来存储至少数秒的超声数据帧。按照某种方式来存储所述数据帧，以便于根据其采集顺序或时间来对其进行检索。存储器120可以包括任何已知数据存储介质。根据实施例，存储器120可以是环形缓冲区(ring buffer)或循环缓冲区(circular buffer)。
任选地，可以利用造影剂来实施本发明的实施例。当使用包含微泡的超声造影剂时，造影成像生成体内解剖结构和血流的增强图像。在使用造影剂的同时采集数据之后，图像分析包括：分离谐波分量和线性分量、增强所述谐波分量，以及通过利用所增强的谐波分量来生成超声图像。使用合适过滤器来执行谐波分量以从所接收信号进行分离。将造影剂用于超声成像是所属领域的技术人员所熟知的，因此将不再进一步详细描述。
在本发明的各个实施例中，数据可以通过其他或不同的模式相关模块由处理器116(例如，B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变率等)进行处理，以便形成2D或3D数据。例如，一个或多个模块可以生成B模式、彩色多普勒、M模式、彩色M模式、频谱多普勒、弹性成像、TVI、应变、应变及其组合等。图像波束和／或帧被存储，并且可以记录指示在存储器中采集数据的时间的定时信息。所述模块可以包括例如扫描转换模块来执行扫描转换操作，以便将图像帧从坐标波束空间转换成显示空间坐标。可以提供视频处理器模块，当在患者身上实行程序时它从存储器读取图像帧并且实时显示所述图像帧。视频处理器模块可以将图像帧存储在图像存储器中，图像从其中读取并显示。
图2是根据另一个实施例的超声成像***130的示意表示。超声成像***130包括与超声成像***100相同的部件，但是所述部件的布置有所不同。共同参考数字用于标识本发明内相同的部件。除了运动传感***107、光标定位装置108和传感器元件104之外，探头132还包括发射波束形成器102、发射器103、接收器109和接收波束形成器110。探头132与扫描***134进行通信。探头132和扫描***134可以物理地连接，如通过缆线，或它们可以通过无线技术进行通信。超声成像***130中的元件可以按照与先前针对超声成像***100(图1中示出)所描述的相同方式与彼此交互。处理器116可以控制发射波束形成器102和发射器103，它们进而又控制传感器元件104的启动(firing)。运动传感***107和光标定位装置108也可以与处理器116进行通信。另外，接收器109和接收波束形成器110可以将数据从传感器元件104发送回到处理器116以供处理。其他实施例可以不包括光标定位装置108。超声成像***130还可以包括设置在扫描***134中的运动传感***135。运动传感***135可以包括加速计、陀螺仪传感器和磁传感器中的一个或多个。运动传感***135也可以连接至处理器116。处理器116能够基于来自运动传感***135的数据来确定扫描***134的位置和定向。
图3、图4和图5是示出根据不同实施例的探头106(图1中示出)的另外细节的示意表示。共同参考数字将用于标识图1、图2、图3、图4和图5中相同的元件。前述描述的结构可以不参照图3、图4和图5进行详细描述。
参照图3，探头106包括壳体140。运动传感***107包括磁传感器142。在下文中将会详细描述磁传感器142。根据其他实施例，运动传感***107可以包括加速计(未示出)或陀螺仪传感器(未示出)来代替磁传感器142。探头106还包括轨迹板111。轨迹板111可以用于控制光标在显示装置118(图1中示出)上的位置。例如，用户可以使用他们的任何手指在轨迹板111上来移动所述光标。探头106还可以任选地包括一对按钮144。这对按钮144可以任选地用于选择位置或与显示装置118上的图形用户界面(GUI)进行交互。在其他实施例中，轨迹板111可以定位在探头106上的其他位置。可以给这对按钮144中的每一个指派不同的功能，使得用户可以实施“左击”或“右击”以便通过GUI来访问不同功能。其他实施例可以不包括这对按钮144。相反，用户可以通过轨迹板111选择位置并与GUI进行交互。例如，用户可以在轨迹板111上执行动作，如“单击”或“双击”，以便访问其他将会通过这对按钮144来访问的相同功能。
图4是根据另一个实施例的探头106的示意表示。探头106的运动传感***107包括加速计145和陀螺仪传感器146二者。在下文中将会更详细描述加速计145和陀螺仪传感器146。根据其他实施例，运动传感***107可以包括选自下组传感器中的任何两个：陀螺仪传感器146、加速计145和所述磁传感器(未示出)。
图5是根据另一个实施例的超声探头106的示意表示。探头106包括指针杆(pointer stick)150以代替图3中所示的轨迹板111。指针杆150可以是适合控制光标或十字线在显示装置118上位置的橡胶包覆操纵杆。指针杆150显示在这样的位置中，在这里，取决于临床医生在使用探头106时的夹点，此时可以用拇指或食指来操作它。在其他实施例中，出于人体工程学考虑，指针杆150可以定位在探头106上的其他位置。图5中所示的探头106的运动传感***107包括三个传感器：磁传感器142、加速计145和陀螺仪传感器146。图3、图4和图5中示出坐标系152。坐标系152包括x方向、y方向和z方向。坐标系152上所示的方向或矢量中的任何两个可以用于定义一个平面。在下文中将会更详细描述坐标系152。
参照图3、图4和图5，磁传感器142可以包括三个线圈，它们经设置以使得每个线圈与其他两个线圈相互正交。例如，第一线圈可以设置在x-y平面中，第二线圈可以设置在x-z平面中，并且第三线圈可以设置在y-z平面中。磁传感器142的线圈还可以调谐成对在磁传感器142外部的磁场强度和方向进行感应。例如，所述磁场可以通过地球磁场和／或另一磁场发生器的组合来产生。通过检测来自磁传感器142中的三个线圈每一个的磁场强度和方向数据，处理器116(图1中所示)可以能够确定探头106的绝对位置和定向。根据示例性实施例，磁场发生器可以包括放置在探头106外部的永磁体或电磁体。例如，磁场发生器可以是扫描***101(图1中所示)的部件。
加速计145可以是适合检测三个正交方向中任何方向上的加速度的三轴加速计。例如，加速计的第一轴可以设置在x方向上，第二轴可以设置在y方向上，并且第三轴可以设置在z方向上。通过组合来自这三个轴每一个的信号，加速计145可以能够检测在任何三维方向上的加速度。通过整合在一段时间内所产生的加速度，处理器116(图1中所示)可以生成加速计145的准确的实时速度和位置，并且因此基于来自加速计145的数据生成探头106的准确的实时速度和位置。根据其他实施例，加速计145可以包括配置用于通过对在特定方向上的力的测量来检测加速度的任何类型的装置。
陀螺仪传感器146配置用于检测角速度的变化和角动量的变化，并且它可以用于确定探头106的角位置信息。陀螺仪传感器146可以检测围绕任意轴的旋转。陀螺仪传感器146可以是振动陀螺仪、光纤陀螺仪或适合检测旋转或角动量变化的任何类型传感器。
现参照图1、图4和图5，来自陀螺仪传感器146和加速计145的位置数据的组合可以由处理器116使用，以用于计算探头106的位置、定向和速度，而无需外部参考。根据其他实施例，用于计算所述位置、定向和速度的处理器可以定位在探头106中。来自运动传感***107的位置数据可以用于检测许多不同类型的运动。例如，所述位置数据可以用于检测平移，如使探头106上下移动(又称为升降(heaving))、使探头左右移动(又称为横移(swaying))以及使探头106前后移动(又称为纵移(surging))。另外，来自运动传感***107的位置数据可以用于检测旋转，如使探头106前后倾斜(又称为纵摇(pitching))、使探头106左右转向(又称为回转(yawing))以及使探头106从一侧倾斜到另一侧(又称为横摇(rolling))。
当用户以预定运动模式移动探头时，处理器116可以将来自运动传感***107的位置数据转换成线性和角速度信号。接着，处理器116可以将所述线性和角速度信号转换成2D或3D移动。处理器116可以使用这些移动作为用于执行手势识别、如检测预定运动模式的输入。
通过用加速计145跟踪线性加速度，处理器116可以计算探头106在惯性参考系(inertial reference frame)中的线性加速度。对惯性加速度执行整合并且使用原始速度作为初始条件，使得处理器116能够计算探头106的惯性速度。执行另外的整合并且使用原始位置作为初始条件，允许处理器116计算探头106的惯性位置。处理器116还可以使用来自陀螺仪传感器146的数据来测量探头106的角速度和角加速度。例如，处理器116可以使用探头106的原始定向作为初始条件并且整合如由陀螺仪传感器146所测量的角速度变化，以计算探头106在任何特定时间的角速度和角位置。利用来自加速计145和陀螺仪传感器146的规则采样的数据，处理器116可以计算探头106在任何时间的位置和定向／方向。
由于不同传感器类型的属性之间的协同作用，图5中所示探头106的示例性实施例对于跟踪探头106的位置和定向是特别准确的。例如，加速计145能够以高精确度检测探头106的平移。然而，加速计145不是很适用于检测探头106的角旋转。而同时，陀螺仪传感器146极其适用于检测探头106的角度和／或检测由于使探头106在任意方向上旋转所引起的角动量变化。将加速计145与陀螺仪传感器146配对是适当的，因为它们在一起能够提供关于探头106的平移和探头106的定向二者的非常精确的信息。然而，加速计145和陀螺仪传感器146二者的一个缺点在于：两种传感器类型都倾向于随时间推移而“漂移(drift)”。漂移是指随时间推移在测量上的固有误差。与仅加速计145和陀螺仪传感器146的组合相比，磁传感器142允许以更高准确度对空间上的绝对位置进行检测。尽管来自磁传感器142的位置信息在精确度上可能相对较低，但是来自磁传感器142的数据可以用于修正由加速计145和陀螺仪传感器146中的一个或两个所测量数据中所存在的***性漂移。图5中所示探头106中的传感器类型每一种具有一组独特的优点和弱点。然而，通过将所有三种传感器类型包装在探头106中，可以用提高的准确度和精确度来确定探头106的位置和定向。
图6是根据实施例的手持式或手携式超声成像***100的示意表示。根据实施例，超声成像***100包括由缆线148连接的扫描***101和探头106。根据其他实施例，探头106可以与扫描***101进行无线通信。探头106包括运动传感***107。运动传感***107可以例如根据参照图3、图4或图5所描述的实施例中的任何实施例。探头106还可以包括光标定位装置108和第一开关149。根据其他实施例，探头106可以不包括光标定位装置108和第一开关149中的一个或两个。扫描***101包括显示装置118，显示装置118可以包括LCD屏幕、LED屏幕或其他类型显示器。坐标系152包括指示x方向、y方向和z方向的三个矢量。可以相对于房间来定义坐标系152。例如，y方向可以定义为垂直的，并且x方向可以相对于第一罗盘方向来定义，而z轴可以相对于第二罗盘方向来定义。根据其他实施例，可以相对于扫描***101来定义坐标系152的定向。例如，根据示例性实施例，可以实时调整坐标系152的定向，使得它相对显示装置118始终处于相同关系。根据一个实施例，由坐标系152的x方向和y方向所定义的x-y平面可以始终定向为使得它平行于显示装置118的观看表面。根据其他实施例，临床医生可以手动地设定坐标系152的定向。
图7是覆盖在笛卡尔坐标系152上的探头106的示意表示。根据实施例，运动传感***107(图6中所示)可以实时检测来自探头106的位置数据。基于来自运动传感***107的位置数据，处理器116(图1中所示)可以精确地确定已经如何操纵了探头106。例如，处理器116还可以检测是否已经以与特定采集类型相符的预定运动模式使探头106移动。可以使探头106如由路径160所指示进行平移；可以使探头106如由路径162所指示进行倾斜；并且可以使所述探头如由路径164所指示进行旋转。所属领域的技术人员应了解的是：路径160、162和164表示可以用探头106执行并且用运动传感***107检测的所有手势或预定运动模式的有限子集。通过组合来自运动传感***107的位置数据来识别平移、倾斜、旋转及其组合，处理器116可以检测用探头106在三维空间中执行的任何手势或预定运动模式。
参照图6，用探头106所执行的手势可以用于多种目的，包括执行控制操作。可能有必要首先输入命令来选择或激活特定模式。例如，当被激活时，所述模式可以使用探头106所执行的手势来与图形用户界面(GUI)对接，和／或控制光标154或十字线在显示装置118上的位置。根据实施例，临床医生可以通过执行非常特殊的手势来输入命令以激活特定模式，所述手势在操纵探头106或扫描患者的过程中不太可能被无意间执行。可以用于选择所述模式的手势的非限制性列表包括：以往返(back-and-forth)运动来移动探头106或用探头106执行轻弹(flicking)运动。根据其他实施例，临床医生可以选择探头106上的控件或开关，如第二开关155，以便在不同模式之间进行切换。临床医生还可以选择扫描***101上的硬键或软键或其他用户界面装置来控制超声成像***100的模式。
超声成像***100还可以配置用于允许临床医生来对用于输入命令的手势中的一个或多个进行自定义。例如，用户可以首先选择命令，以便配置所述***以启用手势的学习。出于本发明的目的，这种模式将称为学习模式。然后用户可以在处于学习模式时执行所述特殊手势至少一次。用户可能想要多次执行所述手势，以便增加处理器116基于来自运动传感***107的数据准确识别所述手势的能力的鲁棒性(robustness)。例如，通过多次执行所述手势，处理器116可以确立所述手势的基线以及仍应解释为预期手势的运动模式的统计标准差。然后临床医生可以将所述手势与超声成像***100的特定功能、命令或操作相关联。
临床医生可以例如使用手势来与GUI对接。可以利用以探头106所执行的手势来控制图像指示器如光标154的位置。根据示例性实施例，临床医生可以使探头106大体在x方向和y方向上平移，并且处理器116可以响应于探头106的x-y位置实时调整光标154的位置。换句话说：使探头106向右移动将会致使光标154向右移动；使探头106向左移动将会致使光标154向左移动；使探头106向上移动将会致使光标154在正y方向上移动；并且使探头106向下移动将会致使光标154在负y方向上移动。根据示例性实施例，探头106在z方向上的移动可不影响光标154在显示装置118上的位置。应了解的是：这仅表示探头手势到光标154位置的一个特定映射。
在其他实施例中，可以相对除x-y平面之外的平面来确定探头106的位置。例如，对于临床医生来说使探头相对于与x-y平面有些倾斜的平面移动可能更具人体工程学。另外，在其他实施例中，基于相对于x-z平面或y-z平面的探头106位置，可能更容易确定光标位置。
临床医生可以能够选择在其中跟踪探头移动的所希望的平面。例如，临床医生可以能够通过扫描***101上的用户界面来调整所述平面的倾斜和角度。如前所述，临床医生还可以能够定义坐标系152的定向。例如，当选择了“光标控制”模式时，探头106的位置可以决定坐标系152的定向。根据另一个实施例，扫描***101还可以包括运动传感***，其类似于关于探头106所描述的运动传感***107。处理器116可以对坐标系152进行自动定向，使得坐标系的X-Y轴定位成平行于显示装置118的显示表面。这为临床医生提供非常直观的界面，因为将会很自然地，使探头106在大体平行于显示装置118显示表面的平面中移动，以便重新定位光标154。
根据另一个实施例，可能所希望的是在利用来自探头106的手势控制光标154位置的同时控制缩放。根据上述的示例性实施例，可以基于探头106相对于x-y平面的实时位置来控制光标154的位置。同时可以基于探头106关于z方向的手势来控制缩放。例如，临床医生可以通过使探头在z方向上移动更远离所述临床医生来对图像进行放大，并且临床医生可以通过使探头106在z方向上移动更靠近所述临床医生来进行缩小。根据其他实施例，控制放大功能和缩小功能的手势是可以调换的。通过用探头106在3D空间中执行手势，用户因此可以同时控制所显示在显示装置118上的图像的缩放和光标154的位置二者。
仍参照图6，在显示装置118上示出GUI的实例。所述GUI包括第一菜单156、第二菜单158、第三菜单161、第四菜单163和第五菜单165。从第五菜单165层叠示出下拉菜单166。所述GUI还包括多个软键167或图标，其各自控制一个图像参数、扫描功能或另一可选特征。根据实施例，临床医生可以将光标154定位在显示装置118的任何部分上。临床医生可以选择菜单156、158、161、163和165，或多个软键167中的任何软键。例如，临床医生可以选择所述菜单中的一个，如第五菜单165，以便使得出现下拉菜单166。
根据实施例，用户可以基于用探头106所执行的手势来控制光标154位置。临床医生可以将光标154定位在显示装置118所希望的部分上，并且然后选择所希望的软键167或图标。基于超声数据来确定测量值或其他定量值可能是所希望的。针对许多这些测量值或定量值，用户有必要选择图像上的一个或多个点，使得可以确定适当的值。测量值是产前成像和心脏成像所常见的。仅列出一些，通常的测量值包括：头围、股骨长、纵向心肌位移、射血分数和左心室容积。临床医生可以选择图像上的一个或多个点，以便处理器116计算所述测量值。例如，第一点170显示在显示装置118上。一些测量值可以仅用单个点来执行，如确定与特定点或位置相关联的多普勒速度或其他值。将第一点170连接至光标154的线168被示出。根据示例性工作流程，用户可以首先将光标154定位在第一点170的位置处并且选择该位置。接着，用户可以将所述光标定位在新的位置处，如图6中示出光标154的地方。用户然后可以选择处理器116将使用来计算测量值的第二个点(未示出)。根据一个实施例，临床医生可以用探头106上的控件、如第二开关155来选择图标或选择测量模式。或者，临床医生可以用探头106执行特定手势以便选择图标或安置将会在测量模式中使用的一个或多个点。例如，临床医生可以使探头106快速地往返移动以选择图标或选择点。使探头106往返移动单次可以具有与用鼠标单击相同的效果。根据实施例，临床医生可以使探头106往返移动两次以具有与用鼠标双击相同的效果。根据另一个示例性实施例，临床医生可以通过用探头106执行轻弹运动来选择图标或选择点。例如，所述轻弹运动可以包括在第一方向上的相对迅速的旋转和接着在相反方向上的向后旋转。用户可以相当快速地执行往返运动亦或轻弹运动。例如，根据示例性实施例，用户可以在0.5秒或更少时间内完成往返手势或轻弹运动。根据其他实施例，用探头106执行的其他手势也可以用于选择图标、与GUI进行交互或选择点。
根据其他实施例，用户可以用光标定位装置108来控制光标154的位置。如前所述，根据实施例，光标定位装置108可以包括轨迹板或指针杆。临床医生可以使用光标定位装置108来将光标154定位在显示装置118上。例如，临床医生可以用手指、如拇指或食指将光标154引导至显示装置118上所希望的位置。临床医生然后可以使用光标定位装置108来选择菜单、与GUI进行交互亦或确立用于测量值的一个或多个点。
参照图1，在超声数据的采集过程中，探头106中的运动传感***107也可以用于收集位置数据。由运动传感***107所收集的位置数据可以用于重建在徒手(free-hand)扫描模式过程中所采集数据的三维(3D)容积。例如，在所述徒手扫描模式过程中，操作者可以移动探头106，以便采集多个2D平面的数据。出于本发明的目的，从所述平面每一个所采集的数据可以称为一个数据“帧”。术语“帧”还可以用来指：从来自单个平面的数据所生成的图像。通过使用来自运动传感***107的位置数据，处理器116能够确定每个帧的相对位置和定向。然后，使用与每个帧相关联的位置数据，处理器116可以通过组合多个帧来重建容积数据。将运动传感***107添加至探头106允许临床医生用相对便宜的探头106来采集容积数据，而无需要求机械扫掠机构或在方位(azimuth)方向和高度(elevation)方向二者上的完全波束转向。
图8是根据实施例的预定运动模式的示意表示。图8中所示的预定运动模式是探头106的平移。使探头106沿路径204从第一位置200平移至第二位置202。探头106的第一位置200由探头106的虚线轮廓线表示。示例性路径204大体是线性的，但应了解的是：在其他实施例中，平移路径可以不是线性的。例如，临床医生通常会沿患者皮肤的表面进行扫描。因此平移路径通常将会遵循所扫描患者解剖结构的轮廓。从平面206采集多个2D数据帧。从侧面透视角度示出平面206，以使得所述平面在图8中呈现为线。运动传感***107在采集超声数据的同时采集每个平面206的位置数据。如早前所描述，处理器116在基于2D数据帧重建3D容积时使用这些数据。通过掌握采集平面206每者之间的确切关系，处理器116可以生成并且重建更准确的容积数据集或3D数据集。
除平移之外，在采集超声数据时可以使用其他预定运动模式。图9示出也可以用于采集容积数据的预定运动模式的示意表示。图9示出探头106倾斜过一定角度以便采集容积数据的实施例。根据图9中所示的示例性实施例，探头106在第一方向上从第一位置212倾斜到第二位置214。然后，临床医生使探头106在与所述第一方向大体相反的第二方向上，从第二位置214倾斜到第三位置216。在使探头106倾斜的过程中，临床医生使得所述探头扫掠过角度218，从而采集膀胱210的容积数据。膀胱210仅是可以扫描的一个示例性对象。应了解的是：根据其他实施例，可以扫描其他对象。如同上述的线性平移，来自运动传感***107的数据可以用于采集位置数据，该位置数据与在使所述探头倾斜过角度218的同时所采集的所有帧对应。位置数据可以包括探头106针对所述帧中的每一个的位置和定向。
图10是根据实施例的预定运动模式的示意表示。图10示出探头106的顶视图。根据实施例，可以通过使探头旋转过近似180度来采集容积数据。在临床医生旋转探头106的同时采集来自多个平面220的超声数据。如前所述，运动传感***107(图6中所示)可以在旋转探头106时采集超声数据过程中收集位置数据。处理器116(图1中所示)然后可以使用所述位置数据来从平面220的数据帧重建容积数据。
图11是根据实施例的预定运动模式的示意表示。该预定运动模式涉及使探头106在大体平行于成像平面的方向上倾斜。在图11所示的实施例中，探头106从第一位置222倾斜至第二位置224。探头106的第一位置222由虚线表示。在使探头106倾斜的过程中，从第一位置222采集第一数据帧226，并且从第二或最终位置224采集第二数据帧228。通过使用来自运动传感***107的数据，处理器116可以组合第一数据帧226和第二数据帧228，以产生具有更宽视野的全景图像，因为第一数据帧226和第二数据帧228大体共面。出于本发明的目的，术语“全景图像”包括从两个或更多不同探头位置所采集并且包括更宽视野的图像。根据其他实施例，可以通过使探头106在大体平行于成像平面的方向上平移来采集全景数据。
根据实施例，来自运动传感***107的位置数据可以用于检测扫描类型或用于自动地识别作为容积数据或全景图像数据的一部分所采集的超声数据。另外，当用运动传感***检测运动时，探头106可以自动离开睡眠模式。所述睡眠模式可以例如是其中传感器元件未通电的模式。一检测到移动，传感器元件就可以开始发射超声能量。在探头106已经静止了预定量的时间之后，处理器116或探头106上的另外的处理器(未示出)可以自动地使探头106返回至睡眠模式。通过在未使用探头106进行扫描时的睡眠模式与主动扫描模式之间进行切换，更容易维持较低的探头106温度并且节约电力。
参照图8，处理器116(图1中所示)可以使用来自运动传感***107的数据来确定：已经使探头106沿患者的表面平移。处理器可以检测何时使探头106首先从第一位置200平移以及何时探头106在第二位置202处不再平移。根据实施例，在采集过程中，超声数据临时存储在存储器120(图1中所示)中。通过检测与容积的数据采集对应的移动的开始和结束，处理器116可以使适当的数据与容积采集相关联。这可以包括使每个数据帧的位置和定向相关联。参照图8，从第一位置200与第二位置202之间的平面206所采集的所有数据帧可以用于生成容积数据。
图9示出实施例的示意表示，在该实施例中用户通过使探头106从第一位置212到第二位置214并再到第三位置216而倾斜过一定范围的度数来采集容积数据。以下将会根据用户正在采集膀胱的容积数据的实施例来描述图9。应了解的是：采集膀胱的数据仅是一个示例性实施例，并且可以通过以类似于图9中所表示的方式使探头106倾斜来采集其他结构的容积数据。
仍参照图9，临床医生起初将探头106定位在一个位置处，在这里，他或她可以清晰地看见膀胱210在显示装置118(图6中所示)上显示的直播2D图像。临床医生可以调整探头106的位置，使得直播2D图像大致处于膀胱210的中央，如将探头106定位在第一位置212处时。接着，用户使探头106在第一方向上从第一位置212倾倒至第二位置214。临床医生可以使探头106倾斜，直至膀胱在所显示在显示装置118上的直播2D图像上不再可见，以便确保探头106已经倾斜了足够的量。接着，临床医生可以使探头106在与所述第一方向大体相反的第二方向上倾倒朝向第三位置216。如前述，临床医生可以在使探头106在所述第二方向上倾斜的同时观看直播2D图像，以确保已经捕获了整个膀胱210。
处理器116可以识别用探头106所执行的手势或运动模式，以便捕获容积数据。所述容积数据可以包括膀胱210的数据。响应于检测在第一方向上的倾斜、随后在第二方向上的倾斜，处理器116可以在缓冲区或存储器中自动地标记2D数据帧中的每一个作为容积的一部分。另外，可以使从运动传感***107所收集的位置数据与所述帧中的每一个相关联。虽然图9中所示的实施例描述使探头106在第一方向上并且然后在第二方向上倾斜以采集容积数据，但是应了解的是：根据其他实施例，如果已经知道目标解剖结构的位置，那么用户可以通过仅仅使所述探头在单个运动中倾斜过角度218来采集容积数据。
根据其他实施例，处理器116可以使用图像处理技术，如轮廓检测算法来识别或分割超声数据中患者解剖结构的一部分。例如，处理器116可以使用如RCTL(实时轮廓跟踪库)的技术来识别每个超声数据帧中的轮廓。根据其他实施例，可以使用其他的轮廓检测技术／算法。
根据图9中所示的实施例，处理器116可以利用经特定调谐以识别所需对象形状的形状检测算法。例如，膀胱通常是大体球形形状。处理器116可以使用轮廓检测算法来搜索稍微扁平的球体作为起始形状。根据实施例，可以由内部的深色面积或区域(表示膀胱)和外部的明亮面积或区域(表示膀胱外部的面积)来限定轮廓。另外，处理器116可以基于来自运动传感***107的位置数据来确定超声数据帧中的每一个的相对位置。基于关于解剖结构区域的形状的先验知识，处理器116可以首先将轮廓检测算法应用于多个超声数据帧中的每一个。然后，使用所述帧中每一个的相对定位，处理器116可以识别特定超声数据帧，在这些超声数据帧中轮廓的形状、尺寸和位置的形成方式与解剖结构的预期形状相符。例如，我们预期膀胱是大体球形。因此，处理器116在包括解剖结构在内的超声数据帧中的每一个中查找圆形或大体圆形的轮廓。另外，处理器116查找轮廓以便基于位置以与大体球形形状相符的方式进行尺寸变化。
然后处理器116可以针对2D超声数据帧上的位置，使亮度值***最靠近的帧之间，以便生成包括在图9中所呈现的探头扫掠中的容积的体素值(voxel values)。一旦处理器116已经计算出所述容积的体素值，那么处理器116就可以计算膀胱的容积。所属领域的技术人员应了解的是：膀胱是解剖结构的一个示例性实施例，并且类似技术可以用于识别和分割不同的解剖结构。
图10示出用于采集容积数据的预定运动模式的示意表示。图10中所示的采集模式涉及使探头106围绕纵轴221旋转，以便沿多个平面220采集2D数据。处理器116(图1中所示)可以使用来自运动传感***107(图1中所示)的数据来确定：何时探头106已经旋转了足够的量以便生成容积数据。根据实施例，可能有必要使探头106旋转过至少180度，以便采集给定容积的完整容积数据。处理器116可以使存储在存储器120(图1中所示)中的数据与来自运动传感***107的位置数据相关联。然后处理器可以使用所述平面220中的每一个的位置数据来生成容积数据。
图11示出用于采集具有扩展视野的图像的手势或预定运动模式的示意表示。根据图11所示的实施例中，用户使探头106从第一位置222倾斜至第二位置224。用户在第一位置222处采集第一数据帧226，并且在第二位置224处采集第二数据帧228。探头106在大体平行于第一数据帧226的方向上倾斜，从而允许临床医生采集更大视野的数据。处理器116(图1中示出)可以从运动传感***107接收数据，该数据指示探头106已经在大体平行于第一帧226的方向上倾斜。响应于从运动传感***107接收此数据，处理器116可以将所述运动识别为属于对扩展视野的采集，并且处理器116可以自动地组合来自第一帧226的数据与来自第二帧228的数据，以便生成并显示具有扩展视野的全景图像。
根据参照图8、图9和图10所描述的实施例中的任何实施例，处理器116可以在检测到已经采集大量的数据之后自动地再现显示容积数据。另外，根据前述实施例中的任何实施例，一旦已经成功地采集到完整的容积数据集，处理器116就可以引起超声成像***显示某种提示。例如，处理器116可以控制可听提示的生成，或处理器116可以在显示装置118(图6中所示)上显示可视提示。
图12是根据示例性实施例的方法的流程图。所述流程图的单独的方块表示可以根据方法300来执行的步骤。另外的实施例可按不同的顺序来执行所示的步骤，和／或另外的实施例可以包括图12中未示出的其他步骤。方法300的技术效果是对由在预定运动模式过程中所采集的超声数据的子集所生成的图像的显示。基于从探头上的运动传感***所采集的位置数据来检测预定运动模式。将会使用图1的超声成像***100来描述方法300。然而，应了解的是：根据其他实施例，可以使用不同的超声成像***来执行方法300。
在步骤302处，处理器116控制探头106来采集超声数据。根据示例性实施例，所述超声数据可以包括多个2D数据帧。处理器116还在超声数据的采集过程中从运动传感***107采集位置数据。例如，在示例性实施例中，操作者可以使探头106移动，以便从多个不同位置采集2D数据帧。在步骤304处，将超声数据存储在如存储器120的存储器中。接着，在步骤308处，将位置数据存储在存储器120中。根据示例性实施例，可以将采集数据的时间与超声数据和位置数据二者一起存储。根据其他实施例，可以构造存储器120，使得在对特定2D数据帧的采集过程中所采集的位置数据与存储器120中的该特定2D数据帧相关联。
接着，在步骤310处，处理器116基于位置数据来检测预定运动模式。如上所述，处理器116可以整合来自探头上的运动传感***107的位置数据，以便确定探头106已经如何移动。根据实施例，处理器116可以使用来自加速计的位置数据来确定探头106已经如何平移，并且处理器116可以使用来自陀螺仪传感器的位置数据来确定探头106已经如何旋转。
仍参照步骤310，处理器116基于在超声数据的采集过程中所采集的位置数据来检测预定运动模式。如前所述，预定运动模式可以由制造商定义并且预加载于处理器116上，亦或预定运动模式可以是用户定义的，以获得最大灵活性。将会根据示例性实施例来描述方法300，在该示例性实施例中预定运动模式包括用于采集容积数据的采集模式。
接着，在步骤312处，处理器116访问与所述预定运动模式对应的超声数据的子集。例如，处理器116可以访问在执行预定运动模式的同时所采集的超声数据。根据示例性实施例，可以自动地执行步骤312而无需要求来自操作者的任何另外的输入。例如，处理器116可以访问在执行预定运动模式的相同时间段中所采集的2D超声数据帧。或者，如果2D超声数据帧中的每一个与存储器中的特定位置数据相关联，那么处理器116就可以容易地访问与在步骤310期间所检测的预定运动模式对应的超声数据子集。所属领域的技术人员应了解：在其他实施例中可以使用使超声数据与位置数据相关联的其他技术。然而，不管所使用的技术如何，处理器116均识别在执行预定运动模式的同时所采集的超声数据的子集。根据示例性实施例，所述超声数据子集可以是在操纵探头来采集容积数据的同时所采集的超声数据部分。许多不同的预定运动模式可以用于采集容积数据，包括参照图8、图9和图10所描述的采集模式。因此，超声数据的剩余部分是在执行预定运动模式之前或在执行预定运动模式之后所采集的。在步骤312处，处理器116仅访问在执行预定运动模式的同时所采集的超声数据的子集。根据其他实施例，预定运动模式可以包括用于采集包括全景数据在内的其他数据类型的采集模式，如参照图11所描述的采集模式。应了解的是：根据其他实施例，可以使用另外的预定运动模式。
接着，在步骤314处，处理器116从所述超声数据子集生成图像。根据示例性实施例，处理器116可以首先组合超声数据的子集以生成组合数据。处理器116可以使用与超声数据子集中的每个2D数据帧相关联的位置数据以便生成所述组合数据。例如，处理器116可以基于所述位置数据来确定超声数据子集中的2D数据帧中的每一个的相对定位。然后，处理器116可以组合所述多个帧以生成组合数据。根据示例性实施例，组合数据可以包括容积数据。根据其他实施例，组合数据可以包括全景数据，其包括扩展视野。处理器116然后可以从组合数据生成图像。例如，处理器116可以从容积数据生成图像，包括容积再现图像或来自容积数据所捕获的容积内的任意切片的图像。
接着，在步骤316处，处理器116将所述图像显示在如显示装置118的显示装置上。根据示例性实施例，方法300的步骤304、308、310、312、314和316全部可以自动发生而无需来自操作者的另外的输入。处理器116基于运动数据而自动地识别探头已经以预定运动模式进行移动，并且然后基于所述数据的子集而自动地显示图像。根据其他实施例，处理器116可以仅自动地执行步骤304、308、310和312。可以响应于由用户通过用户界面115所输入的输入来执行步骤314和316。例如，根据多个实施例，用户可以选择图像的类型和／或所述图像在容积数据内的位置。
本说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或***、并且执行所涵盖的任何方法。本发明可获得专利的范围由权利要求书定义，并且可以包括所属领域的技术人员所想到的其他实例。如果此类其他实例具有并不与所述权利要求的字面语言不同的结构要素，或如果它们包括与所述权利要求的文字语言具有非实质性不同点的等效结构要素，那么此类其他实例意图是在所述权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种超声成像方法，其包括：
在用探头采集超声数据时，从所述探头上的运动传感***采集位置数据；
将所述超声数据存储在存储器中；
用处理器基于所述位置数据检测所述探头的预定运动模式；所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头倾斜或使所述探头旋转；
用所述处理器自动地从所述存储器访问所述超声数据的子集，所述超声数据的所述子集与所述预定运动模式对应；以及
自动地基于所述超声数据的所述子集在显示装置上显示图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述运动传感***包括加速计、陀螺仪传感器和磁传感器中的至少一个。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述图像包括全景图像。
4.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：用所述处理器组合所述超声数据的所述子集以形成容积数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中从所述容积数据生成所述图像。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：用所述处理器对所述图像应用图像处理技术，以便识别对象。
7.如权利要求6所述的方法，其进一步包括：用所述处理器将所述对象从所述图像分割出来并且将所述对象显示在所述显示装置上。
8.一种超声成像方法，其包括：
在用探头采集超声数据时，从安装在所述探头上的加速计和陀螺仪传感器采集位置数据，所述超声数据包括多个2D数据帧；
将所述超声数据存储在存储器中；
用处理器基于所述位置数据检测所述探头的预定运动模式；所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头倾斜或使所述探头旋转；
用所述处理器从所述存储器访问所述多个2D数据帧的子集，所述多个2D数据帧的所述子集与所述预定运动模式对应；
用所述处理器组合所述多个2D数据帧的所述子集以便生成组合数据；以及
基于所述组合数据自动地在显示装置上显示图像；其中所述组合数据包括容积数据；
其中检测所述预定运动模式、访问所述多个2D数据帧的所述子集以及组合所述多个2D数据帧都自动发生，无需额外的用户输入。
9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括：将所述位置数据存储在所述存储器中。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述预定运动模式包括：使所述探头平移或使所述探头倾斜，并且其中所述组合数据包括全景数据。
11.如权利要求8所述的方法，其进一步包括：用所述处理器对所述图像应用图像处理技术，以便识别对象。
12.如权利要求11所述的方法，其进一步包括：用所述处理器将所述对象从所述图像分割出来并且将所述对象显示在所述显示装置上。
13.一种超声成像***，其包括：
存储器；
探头，所述探头包括至少一个传感器元件和运动传感***；
显示装置；以及
处理器，所述处理器与所述存储器、所述探头和所述显示装置进行通信，其中所述处理器配置用于：
控制所述探头采集超声数据；
在采集所述超声数据时，从所述运动传感***采集位置数据；
将所述超声数据存储在所述存储器中；
基于所述位置数据检测用所述探头所执行的预定运动模式；所述预定运动模式包括：使所述探头平移、使所述探头旋转或使所述探头倾斜；
自动地访问与所述预定运动模式对应的所述超声数据的子集；以及
自动地基于所述超声数据的所述子集在所述显示装置上显示图像。
14.如权利要求13所述的超声成像***，其中所述运动传感***包括加速计、陀螺仪传感器和磁传感器中的至少一个。
15.如权利要求13所述的超声成像***，其中所述运动传感***包括加速计和陀螺仪传感器。
16.如权利要求13所述的超声成像***，其中所述超声数据包括多个2D数据帧，并且其中所述超声数据的所述子集包括所述多个2D数据帧的子集。
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