CN117157015A - 超声成像系统、方法和非瞬态计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

公开了用于超声图像采集、跟踪和复查的系统和方法。所述系统可以包括与至少一个跟踪设备耦合的超声探头，所述至少一个跟踪设备被配置为基于超声图像数据和探头取向数据的组合来确定探头的位置。所述图像数据可以用于确定正被成像的患者体内的物理参考点和上‑下探头坐标，其可以补充有探头取向数据以确定探头的横向坐标。图形用户接口可以显示与扫描协议相对应的成像区、以及至少部分地基于探头位置的每个区的成像状态。由所述系统采集的超声图像可以被标记有空间指示符和严重性指示符，在此之后所述图像可以被存储以供稍后检索和专家复查。

Description

超声成像系统、方法和非瞬态计算机可读介质

技术领域

本申请涉及被配置为跟踪超声探头的移动并相应地引导用户通过各种图像采集协议的系统。更具体地，本申请涉及用于采集和处理超声图像数据和探头取向数据的组合以跟踪超声探头的位置并将跟踪的位置与特定于特定超声扫描协议的图像区对准的系统和方法。

背景技术

临界超声扫描常常在繁忙的环境中在苛刻的时间限制下执行。例如，肺部超声扫描经常在重症监护室(ICU)中在15分钟或更少的时间限制下执行。通常依赖于缺乏经验的超声操作者来执行这样的高压扫描，有时仅在几小时的正式训练之后。因此，常常利用受到低质量和缺失图像困扰的错误检查来得出不正确的患者诊断。可以远程执行的超声结果的专家复查能够捕捉到采集错误的一部分，但是这种复查由于人员短缺而经常不可用或延迟，从而加剧了不准确的基于超声的诊断的问题。需要被配置为确保采集各种医学检查所需的完整的高质量图像的经改进的超声系统。

发明内容

公开了用于增强图像采集、可视化和存储的超声系统和方法。实施例涉及在超声检查期间确定和跟踪超声探头相对于对象的位置。实时探头位置跟踪可以与采集引导配对，以确保在检查期间不缺失所需的图像。为了有助于例如在检查期间不在场的专家临床医师对所采集的图像的准确复查，实施例还涉及在其适当的解剖背景下标记图像并存储标记的图像以供稍后检索。

根据本文公开的至少一个示例，一种超声成像系统可以包括超声探头，所述超声探头被配置为在目标区域处发射超声信号并且接收响应于所述超声信号的回波并且生成对应于所述回波的射频(RF)数据。所述系统还可以包括：一个或多个图像生成处理器，其被配置为根据所述RF数据来生成图像数据；以及惯性测量单元传感器，其被配置为确定所述超声探头的取向。所述系统还可以包括探头跟踪处理器，所述探头跟踪处理器被配置为基于所述图像数据和所述探头的所述取向来确定所述超声探头相对于所述目标区域的当前位置。所述系统还可以包括用户接口，所述用户接口被配置为显示基于所述图像数据的实况超声图像。所述用户接口还可以被配置为显示被叠加在目标区域图形上的一个或多个成像区图形，并且所述成像区图形可以对应于扫描协议。所述用户接口还可以被配置为显示由所述成像区图形表示的每个成像区的成像状态。

在一些实施例中，所述超声成像系统还包括图形处理器，所述图形处理器被配置为将所述超声探头的所述当前位置与所述成像区图形中的一个成像区图形进行关联。在一些实施例中，所述成像状态指示由所述成像区图形中的一个成像区图形表示的每个成像区是已经被成像、还是当前正在被成像还是尚未被成像。在一些实施例中，所述用户接口还被配置为接收利用严重性水平来标记所述成像区图形中的至少一个成像区图形的用户输入。在一些实施例中，所述超声成像系统还包括存储器，所述存储器通信地耦合到所述用户接口并且被配置为存储对应于所述成像区中的每个成像区的至少一幅超声图像。在一些实施例中，每个成像区的所述成像状态基于：所述超声探头的所述当前位置、所述超声探头的先前位置、由所述探头在所述当前位置和所述先前位置处所花费的时间、在所述当前位置和所述先前位置处获得的超声图像的数量、或其组合。在一些实施例中，所述探头跟踪处理器被配置为基于所述图像数据来识别所述目标区域内的参考点。在一些实施例中，所述参考点包括肋骨编号。在一些实施例中，所述探头跟踪处理器被配置为基于所述参考点来确定所述探头的上-下坐标。在一些实施例中，所述探头跟踪处理器还被配置为基于所述探头的所述取向来确定所述探头的横向坐标。在一些实施例中，所述用户接口还被配置为接收目标区域选择、患者取向、或两者。

根据本文公开的至少一个示例，一种方法可以包括使用超声探头在目标区域处发射超声信号，接收响应于所述超声信号的回波，并且生成对应于所述回波的射频数据。所述方法还可以涉及根据所述RF数据来生成图像数据；确定所述超声探头的取向，并且基于所述图像数据和所述超声探头的所述取向来确定所述超声探头相对于所述目标区域的当前位置。所述方法还可以涉及显示基于所述图像数据的实况超声图像，并且在目标区域图形上显示一个或多个成像区图形，其中，所述一个或多个成像区图形对应于扫描协议。所述方法还可以涉及显示由所述成像区图形表示的每个成像区的成像状态。

在一些实施例中，所述方法还涉及将所述超声探头的所述当前位置与所述成像区图形中的一个成像区图形进行关联。在一些实施例中，所述成像状态指示由所述成像区图形中的一个成像区图形表示的每个成像区是已经被成像、还是当前正在被成像还是尚未被成像。在一些实施例中，所述方法还涉及接收利用严重性水平来标记所述成像区图形中的至少一个成像区图形的用户输入。

在一些实施例中，所述方法还涉及存储对应于所述成像区中的每个成像区的至少一幅超声图像。在一些实施例中，存储至少一幅超声图像涉及利用对应的成像区在空间上标记所述至少一幅超声图像。在一些实施例中，每个成像区的所述成像状态可以基于：所述超声探头的所述当前位置、所述超声探头的先前位置、由所述探头在所述当前位置和所述先前位置处所花费的时间、在所述当前位置和所述先前位置处获得的超声图像的数量、或其组合。

在一些实施例中，所述方法还涉及基于所述图像数据来识别所述目标区域内的参考点，基于所述参考点来确定所述探头的上-下坐标，并且基于所述探头的所述取向来确定所述探头的横向坐标。

实施例可以包括一种包括可执行指令的非瞬态计算机可读介质，所述可执行指令当被执行时使所公开的超声成像系统的处理器执行任何上述方法。

附图说明

图1是根据本公开的原理布置的超声成像系统的框图。

图2是图示根据本公开的原理布置的示例处理器的框图。

图3是根据本公开的示例显示的图形用户接口。

图4是示出根据本公开的示例实施的采集后图像存储、检索和复查的方面的示图。

图5是根据本公开的实施例实施的超声探头跟踪技术的示意图。

图6是根据本公开的实施例实施的示例过程的流程图。

图7是根据本公开的实施例实施的另一示例过程的流程图。

具体实施方式

特定示例的以下描述决不旨在限制本公开或其应用或用途。在本系统和方法的示例的以下详细描述中，参考了附图，附图形成其一部分，并且其中，通过图示的方式示出了可以实践所描述的系统和方法的特定示例。足够详细地描述这些示例以使得本领域技术人员能够实践当前公开的系统和方法，并且应理解，可以利用其他示例，并且可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行结构和逻辑上的改变。此外，为了清楚起见，当其对本领域技术人员将显而易见时，将不讨论对某些特征的详细描述，以便不模糊对本公开的描述。因此，不应当从限制性意义上看待以下详细描述，并且本系统和方法的范围仅由权利要求限定。

公开了被配置为提供实时探头跟踪和引导的超声系统、以及显示、标记和归档所采集的图像以供后续复查的相关联的方法。在一些示例中，图形用户接口可以被配置为显示与特定扫描协议(诸如肺部扫描)相关的一个或多个图像区。图像区可以以叠加在患者绘制或实况超声图像上的动态图形的形式来描绘。通过在扫描期间跟踪超声探头位置，本文公开的系统还可以实时更新在用户接口上描绘的每个图像区的状态，以反映该区是否已经被成像，当前正在被成像或尚未被成像。以这种方式，可以引导用户通过扫描协议，直到获得所有必要的图像(来自所有所需区)。所采集的图像可以在它们被采集时保存以供稍后复查，并且每幅图像可以在空间上被标记有其对应的图像区。以这种方式，所采集的图像可以被存储在预定义的图像区“桶”中，每个桶对应于患者的特定解剖区，从而允许采集后复查者在其适当的解剖背景下检查图像。例如，采集后复查者可以以系统性方式分析来自一个或多个感兴趣区的图像，而不必辨认哪些图像对应于身体的哪些区域。

虽然本公开不限于任何特定的扫描协议或患者解剖结构，但是本文公开的实施例仅出于说明性目的而结合肺部扫描来描述。由于通常与肺相关疾病(其非限制性示例可以包括COVID-19、肺炎、肺癌或物理损伤)相关联的视觉和空间上不同的发现，肺部扫描可以特别适合于经由本文公开的系统的改进。分析肺部扫描结果的临床医师常常被迫手动协调多个片段信息流，以便得出最终结论或诊断(常常难以完成的任务)，因为越来越多地依赖于经验较少的工作人员来执行肺部扫描。此外，由执行扫描的用户不正确地注释和/或标记的图像使得难以将图像链接到其对应的解剖位置，这也使各种肺部状况的纵向研究和监测复杂化。如上所述，所公开的系统和方法不限于肺的评估，并且可以容易地应用于对象的心脏、腿、手臂等。所公开的实施例也不限于人类对象，并且也可以例如根据在兽医环境中执行的扫描协议应用于动物。

图1示出了根据本公开的原理构建的超声成像系统100的框图，超声成像系统100可以是移动的或基于推车的。系统100的部件可以一起采集、处理、显示和存储对应于对象(例如，患者)的超声图像数据，并且确定对象的哪些区域已经被成像，当前正在被成像或尚未根据特定扫描协议被充分成像。

如图所示，系统100可以包括换能器阵列110，换能器阵列110可以被包括在超声探头112中，例如外部超声探头中。在其他示例中，换能器阵列110可以采取柔性阵列的形式，所述柔性阵列被配置为共形地应用于要成像的对象(例如，患者)的表面。换能器阵列110被配置为发射超声信号(例如，波束、波)并且响应于发射的超声信号而接收回波(例如，接收的超声信号)。可以使用各种换能器阵列，例如线性阵列、弯曲阵列或相控阵列。换能器阵列110例如可以包括能够在仰角和方位角维度两者上扫描以用于2D和/或3D成像的换能器元件的二维阵列(如图所示)。众所周知，轴向是垂直于阵列面的方向(在弯曲阵列的情况下，轴向扇出)，方位角方向通常由阵列的纵向尺度定义，而仰角方向横向于方位角方向。

在一些示例中，换能器阵列110可以被耦合到微波束形成器114，其可以位于超声探头112中，并且其可以控制阵列110中的换能器元件对信号的发射和接收。在一些示例中，微波束形成器114可以通过阵列110中的有源元件(例如，在任何给定时间限定活动孔径的阵列的元件的活动子集)来控制信号的发射和接收。

超声探头112还可以包括惯性测量单元传感器(IMU传感器)116，在一些示例中，惯性测量单元传感器(IMU传感器)116可以包括陀螺仪。IMU传感器116可以被配置为例如通过确定其取向来检测和测量超声探头112的运动，这可以用于确定其相对于正被成像的对象的外侧/内侧和前-后位置。

在一些示例中，微波束形成器116可以例如通过探头线缆或无线地耦合到发射/接收(T/R)开关118，其在发射与接收之间切换并且保护主波束形成器122免受高能发射信号的影响。在一些示例中，例如在便携式超声系统中，T/R开关118和系统中的其他元件可以被包括在超声探头112中而不是超声系统底座中，所述超声系统底座可以容纳图像处理电子设备。超声系统底座通常包括软件和硬件部件，包括用于信号处理和图像数据生成的电路以及用于提供用户接口的可执行指令。

在微波束形成器114的控制下，来自换能器阵列110的超声信号的发射可以由发射控制器122引导，发射控制器122可以被耦合到T/R开关118和主波束形成器120。发射控制器122可以控制由换能器阵列110发射的超声信号波形的特性，例如幅度、相位和/或极性。发射控制器122还可以控制波束被转向的方向。波束可以被转向为从换能器阵列110垂直向前(垂直于换能器阵列110)，或处于不同的角度以用于更宽的视场。发射控制器122还可以被耦合到被配置为接收一个或多个用户输入126的图形用户接口(GUI)124。例如，用户可以是执行超声扫描的人，并且可以经由GUI 124选择发射控制器122是否使得换能器阵列110以谐波成像模式、基波成像模式、多普勒成像模式或以成像模式的组合(例如，交错的不同成像模式)操作。包括一个或多个成像参数的用户输入126可以被传输到通信地耦合到GUI124的系统状态控制器128，如下面进一步描述的。

用户输入126的额外示例可以包括扫描类型选择(例如肺部扫描)、患者的正面或背面、患者状况(例如肺炎)和/或在特定超声图像中捕获的一个或多个特征或状况的估计的严重性水平。用户输入126还可以包括各种类型的患者信息，包括但不限于患者的姓名、年龄、身高、体重、病史等。还可以输入当前扫描的日期和时间以及执行扫描的用户的姓名。为了接收用户输入126，GUI 124可以包括一个或多个输入设备，诸如控制面板130，其可以包括一个或多个机械控件(例如，按钮、编码器等)、触敏控件(例如，触控板、触摸屏等)和/或响应于各种听觉和/或触觉输入的其他已知输入设备(例如，语音命令接收器)。经由控制面板130，GUI 124还可以用于调节图像采集、生成和/或显示的各种参数。例如，用户可以调节功率、成像模式、增益水平、动态范围、打开和关闭空间复合、和/或平滑水平。

在一些示例中，由微波束形成器114产生的部分波束形成信号可以被耦合到波束形成器120，其中，来自换能器元件的个体片块的部分波束形成信号可以被组合为完全波束形成信号。在一些示例中，微波束形成器114也可以被省略，并且换能器阵列110可以在主波束形成器120的控制下，主波束形成器120然后可以执行对信号的所有波束形成。在具有和没有微波束形成器114的示例中，主波束形成器120的波束形成信号被耦合到图像处理电路132，图像处理电路132可以包括一个或多个图像生成处理器134，其示例可以包括信号处理器136、扫描转换器138、图像处理器140、本地存储器142、体积绘制器144和/或多平面重新格式化器146。图像生成处理器134一起可以被配置为根据波束形成信号(例如，波束形成RF数据)产生实况超声图像。

信号处理器136可以以各种方式接收和处理波束形成RF数据，诸如带通滤波、抽取以及I和Q分量分离。信号处理器136还可以执行额外的信号增强，诸如散斑减少、信号复合和电子噪声消除。来自信号处理器136的输出可以被耦合到扫描转换器138，扫描转换器138可以以它们以期望的图像格式被接收的空间关系布置回波信号。例如，扫描转换器138可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式。

图像处理器140通常被配置为根据RF数据生成图像数据，并且可以执行额外的增强，例如对比度和强度优化。由超声探头112采集的射频数据可以被处理成各种类型的图像数据，其非限制性示例可以包括每信道数据、预波束形成数据、后波束形成数据、对数检测的数据、扫描转换的数据以及2D和/或3D中的经处理的回波数据。来自图像处理器140的输出(例如，B模式图像)可以被耦合到本地图像存储器142以用于缓冲和/或临时存储。本地存储器142可以被实施为任何合适的非瞬态计算机可读介质(例如，闪存驱动器、磁盘驱动器)，其被配置为存储由系统100生成的数据，包括图像、可执行指令、由用户经由GUI 124提供的用户输入126或系统100的操作所需的任何其他信息。

在被配置为生成图像数据的临床相关体积子集的实施例中，可以包括体积绘制器144以生成如从给定参考点查看的3D数据集的图像(也称为投影、呈现或绘制)，例如，如美国专利US 6,530,885(Entrekin等人)中所描述。在一些示例中，体积绘制器144可以被实施为一个或多个处理器。体绘制器144可以通过诸如表面绘制和最大强度绘制的任何已知或未来已知技术来生成呈现，诸如正呈现或负呈现。多平面重新格式化器146可以将从身体的体积区域中的共同平面中的点接收的回波转换为该平面的超声图像，如在美国专利US 6,443,896(Detmer)中所描述的。

在一些示例中，来自图像处理器140、本地存储器142、体积绘制器144和/或多平面重新格式化器146的输出可以被传输到特征识别处理器148，特征识别处理器148被配置为识别图像数据集合内的各种解剖特征和/或图像特征。解剖特征可以包括各种器官、骨骼、身体结构或其部分，而图像特征可以包括一个或多个图像伪影。特征识别处理器148的实施例可以被配置为通过参考和分类大的存储图像库来识别这样的特征。

然后，可以由探头跟踪处理器150接收从图像生成处理器134的一个或多个部件接收的图像数据，并且在一些示例中，从特征识别处理器148接收的图像数据。探头跟踪处理器150可以处理接收到的图像数据以及从IMU传感器116输出的数据，以确定探头112相对于正被成像的对象的位置。探头跟踪处理器150还可以测量探头112在每个位置处所花费的时间。如下面进一步阐述的，探头跟踪处理器150可以通过使用在超声图像中捕获并由特征识别处理器148识别的一个或多个特征作为参考点来确定探头位置。然后通过从IMU传感器116接收的探头取向数据来增强从图像数据收集的参考点。这些输入可以一起用于确定探头的位置和正被成像的对应的扫描特异性区。

系统状态控制器128可以生成用于在GUI 124的一个或多个显示器152上显示的图形叠加。这些图形叠加可以包含例如标准识别信息，诸如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。出于这些目的，系统状态控制器128可以被配置为从GUI 124接收输入，诸如键入的患者姓名或其他注释。图形叠加还可以描绘特定于特定扫描协议和/或患者状况的离散成像区、以及每个区的成像状态。成像区的图形叠加可以显示在对象的至少一部分的示意性描绘上(如下面在图3中所示)，或直接显示在先前采集的或实况的超声图像上。

为了显示和更新每个成像区图形的状态，实施例还可以包括通信地耦合到用户接口124、系统状态控制器128和探头跟踪处理器150的图形处理器153。图形处理器153可以被配置为例如通过将由探头跟踪处理器150确定的物理探头坐标变换为显示器152的像素区域来将如由探头跟踪处理器150确定的超声探头112的当前位置与在GUI 124的显示器152上描绘的成像区和对应图形之一进行关联。对应于探头坐标的某些像素是否落在特定成像区图形内也可以由图形处理器153确定。相关地，图形处理器153还可以被配置为至少部分地基于如由探头跟踪处理器150确定的超声探头112的一个或多个当前和先前位置来确定和/或更新每个成像区的成像状态。例如，“当前成像”区图形可以基于由探头跟踪处理器150确定的探头112的新位置而被切换到“先前成像”区图形，图形处理器153可以单独地或利用由系统状态控制器128、GUI 124或两者提供的额外的处理将所述新位置转换成更新的成像状态。图形处理器153还可以基于由探头112在给定位置或位置范围处所花费的时间以及由图像生成处理器134在当前探头位置或位置范围处生成的超声图像的数量来更新每个成像区图形的成像状态。例如，如果探头112仅在短暂的时刻(例如，五秒或十秒)内采集特定位置或位置集群处的图像数据，则图形处理器153可以维持与包含该位置或位置集群的成像区相对应的成像区图形的“当前成像”或“尚未成像”状态。

显示器152可以包括使用各种已知显示技术(诸如LCD、LED、OLED或等离子体显示技术)实施的显示设备。在一些示例中，显示器152可以与控制面板130叠加，使得用户可以与显示器152上示出的图像直接交互，例如通过触摸选择用于增强的某些解剖特征，指示哪些图像区已经被充分成像，将严重性水平分配给一幅或多幅所采集的图像或对应的区，和/或选择用于图像区显示的解剖取向。显示器152还可以示出一幅或多幅超声图像154，包括实况超声图像，并且在一些示例中，包括静止的先前采集的图像。在一些示例中，显示器152可以是包括控制面板130的一个或多个软控件的触敏显示器。

如进一步所示，系统100可以包括外部存储器155或与外部存储器155通信地耦合，外部存储器155可以存储各种类型的数据，包括原始图像数据、经处理的超声图像、患者特异性信息、注释、临床记录和/或图像标签。外部存储器155可以存储被标记有图像区信息的图像，诸如对应于它们从其中采集的图像区的每幅图像的空间标签，和/或分配给它们从其中采集的图像和/或区的严重性标签。以这种方式，所存储的图像直接与对象的区域(例如，肺部或肺部的一部分)相关联，并且被标记有潜在医学状况的估计的严重性水平。可以随时间参考存储在外部存储器155中的图像，从而实现对象和在其中识别的一个或多个感兴趣特征的纵向评估。在一些示例中，所存储的图像可以前瞻性地用于基于图像中体现的临床信息来定制扫描协议。例如，如果仅一个成像区是临床医师特别感兴趣的，例如因为病变存在于对应于该区的身体的部分内，和/或中等到高严重性标签被分配给该区，则复查所存储的图像的用户可以使用该信息来聚焦未来的成像工作。

本文描述的实施例还可以包括被配置为例如在超声扫描已经完成之后向临床医师显示所采集的图像的至少一个额外的GUI 156。GUI 156可以被定位在与GUI 124不同的位置中，从而允许临床医师远程地分析所采集的图像。在GUI 156上检索和显示的图像可以包括存储在外部存储器155中的图像、以及空间标签、严重性标签和/或与图像相关联的其他注释和标签。

如进一步所示，系统100可以包括被配置为确定或细化超声探头112的位置的一个或额外或备选设备，或与其耦合。例如，可以包括电磁(EM)跟踪设备158。EM跟踪设备158可以包括桌面场生成器，该桌面场生成器可以定位在患者下方或后面，这取决于患者是躺下还是坐着。系统100可以通过限定目标扫描区的边界来校准，这可以通过在超声探头112被放置在患者的颈部、腹部、左侧和右侧时跟踪超声探头112来实现。在校准之后，系统100可以用于在没有IMU传感器116的帮助的情况下在空间上和时间上跟踪探头112，同时还映射正被扫描的目标区域的面积。

另外地或备选地，系统100可以包括安装在包含系统100的检查室中、集成到探头112中或以其他方式与GUI 124耦合的相机160。使用相机获得的图像可以用于估计正被扫描的当前成像区，例如通过识别相机图像中存在的特征。在一些示例中，由相机160收集的图像数据可以用于补充超声图像数据和从IMU传感器116接收的数据，以进一步改进探头跟踪处理器150的准确性。

在一些实施例中，图1中所示的各种部件可以被组合。例如，特征识别处理器148和探头跟踪处理器150可以被实施为单个处理器，系统状态控制器128和图形处理器153也可以如此。图1中所示的各种部件可以实施为单独的部件。在一些示例中，图1中所示的各种处理器中的一个或多个可以由被配置为执行本文描述的指定任务的通用处理器和/或微处理器来实施。在一些示例中，各种处理器中的一个或多个可以实施为专用电路。在一些示例中，各种处理器中的一个或多个(例如，图像处理器140)可以用一个或多个图形处理单元(GPU)来实施。

图2是图示根据本公开的原理利用的示例处理器200的框图。处理器200可以用于实施本文中所描述的一个或多个处理器，例如图1中所示的图像处理器140。处理器200可以是任何合适的处理器类型，包括但不限于微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程阵列(FPGA)(其中，FPGA已被编程以形成处理器)、图形处理单元(GPU)、专用电路(ASIC)(其中，ASIC已被设计为形成处理器)、或其组合。

处理器200可以包括一个或多个核202。核202可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)204。在一些示例中，除了ALU 204之外或代替于ALU 204，核202可以包括浮点逻辑单元(FPLU)206和/或数字信号处理单元(DSPU)208。

处理器200可以包括通信地耦合到核202的一个或多个寄存器212。可以使用专用逻辑门电路(例如，触发器)和/或任何存储器技术来实施寄存器212。在一些示例中，寄存器212可以使用静态存储器来实施。寄存器可以向核202提供数据、指令和地址。

在一些示例中，处理器200可以包括通信地耦合到核202的高速缓存存储器210的一个或多个水平。高速缓存存储器210可以向核202提供计算机可读指令以供执行。高速缓存存储器210可以提供数据以由核202处理。在一些示例中，计算机可读指令可能已经由本地存储器(例如，附接到外部总线216的本地存储器)提供给高速缓存存储器210。高速缓存存储器210可以利用任何合适的高速缓存存储器类型来实施，例如金属氧化物半导体(MOS)存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)和/或任何其他合适的存储器技术。

处理器200可以包括控制器214，控制器214可以控制从系统中包括的其他处理器和/或部件(例如，GUI 124)到处理器200的输入和/或从处理器200到系统中包括的其他处理器和/或部件(例如，显示器152)的输出。控制器214可以控制ALU 204、FPLU 206和/或DSPU 208中的数据路径。控制器214可以被实施为一个或多个状态机、数据路径和/或专用控制逻辑。控制器214的门可以被实施为独立门、FPGA、ASIC或任何其他合适的技术。

寄存器212和高速缓存存储器210可以经由内部连接220A、220B、220C和220D与控制器214和核202通信。内部连接可以被实施为总线、多路复用器、纵横开关和/或任何其他合适的连接技术。

处理器200的输入和输出可以经由总线216提供，总线216可以包括一条或多条导线。总线216可以通信地耦合到处理器200的一个或多个部件，例如控制器214、高速缓存210和/或寄存器212。总线216可以耦合到系统的一个或多个部件，例如前面提到的显示器152和控制面板130。

总线216可以被耦合到一个或多个外部存储器。外部存储器可以包括只读存储器(ROM)232。ROM 232可以是掩码ROM、电可编程只读存储器(EPROM)或任何其他合适的技术。外部存储器可以包括随机存取存储器(RAM)233。RAM 233可以是静态RAM、电池备份的静态RAM、动态RAM(DRAM)或任何其他合适的技术。外部存储器可以包括电可擦可编程只读存储器(EEPROM)235。外部存储器可以包括闪速存储器234。外部存储器可以包括磁存储设备，例如磁盘236。在一些示例中，外部存储器可以包括在系统中，例如图1中所示的超声成像系统100，例如本地存储器142。

图3是被配置为通过描绘与该特定扫描相关的每个成像区以及每个区的成像状态来引导用户通过超声扫描的图形用户接口(GUI)300的示例。GUI 300显示描绘患者身体的至少一部分的患者图形302。在该示例中，患者图形302描绘了患者的胸部区域。多个离散成像区304以患者图形302内的成像区图形的形式被描绘，在该示例中总共八个区。可以通过在执行扫描时修改每个区的外观来指示每个成像区304的成像状态。例如，当用户从每个成像区304采集图像时，可以更新每个成像区304的颜色。在一个特定实施例中，已经被扫描的成像区可以被着色为绿色，而尚未被扫描的区可以以红色示出，并且当前正在被扫描的区可以以橙色示出。表示每个区状态的特定颜色当然可以改变。如图3所示，当前正被成像的成像区被标记有平行的对角线，而尚未被成像的单独成像区被标记有围绕其周边的虚线。所描绘的成像区的其余部分已经被成像。

如进一步所示，GUI 300还可以提供指示是否已经从每个成像区采集了矢状和横向图像的符号。在该特定示例中，“+”符号指示确实已经捕获了矢状图像和横向图像两者，而“|”符号指示仅已经捕获了矢状图像，并且尽管在该特定快照中不可见，但是“–”符号可以被示出为指示仅已经采集了横向图像。因此，GUI 300为用户实时确定是否已经无意中缺失了任何区以及是否需要额外的图像提供了全面的参考。

成像区304的数量可以根据扫描协议而改变。例如，协议可能需要从一个区、两个区、三个区、四个区、五个区、六个区、七个区、八个区、九个区、十个区、11个区、12个区、13个区、14个区、15个区、16个区或更多个区获得至少一幅图像。为了执行肺部的全面检查，例如，多区协议可以包括约六个、八个、12个或14个成像区。还可以根据某些实施例定制协议，使得代替于执行对象的一个或多个器官或区域的全面扫描，可以指定区的子集用于成像。例如，由于先前在由这样的区表示的身体的区中识别的异常，临床医师可以仅指定一个或两个区以用于成像。以这种方式，可以改进经由超声成像实现的纵向监测的效率。

在成像区304已经被完全扫描之后，可以提示用户输入估计的严重性评级，例如基于在该特定成像区中捕获的观察到的解剖和/或成像特征的范围从1到5的数字评级。成像区和/或与其相关联的至少一幅图像的这种实时标记可以用于引导或优先化采集后的复查工作，如下面结合图4进一步描述的。在一些实施例中，本文公开的系统(例如，系统100)可以被配置为自动识别在所采集的图像数据中体现的某些解剖和/或成像特征。例如，图1中所示的特征识别处理器148可以识别这样的特征以用于显示和/或通知探头跟踪处理器150。

如进一步所示，GUI 300可以包括患者取向选择306，在该实施例中，其包括前/后选择。患者取向选择306可以包括允许用户在正被成像的对象的前视图和后视图以及与每个视图相关联的成像区之间切换的触敏控件。所显示的患者图形302示出了被划分为八个成像区304的前视图。后视图可以包括相同或不同数量的成像区。

GUI 300还包括允许用户打开和关闭扫描引导的扫描引导选择308，此处以触敏滑动控件的形式。如果扫描引导被关闭，则可以从患者图形302移除成像区304和/或其对应的成像状态。

还可以在GUI 300上提供解剖区域选择310，以允许用户输入用于检查的解剖区域，这可以使得GUI 300显示与该特定区域相关的成像区。示例区域可以包括胸部区域或其中的解剖特征，诸如心脏或肺部。GUI 300可以被配置为经由由用户手动输入的自由文本和/或经由从菜单(例如，下拉菜单)的选择来接收区域选择310。

图4是根据本文描述的系统和方法实施的采集后存储和复查方案的示图。如图所示，对象的前视图402和后视图404(均包括一个或多个成像区)可以显示在GUI 405上，以供临床医师在超声扫描期间或之后(例如在远程位置处)查看。GUI 405因此可以对应于图1中所示的GUI 156。成像区图形可以指示如由超声操作者在扫描期间感知的每个区内的医学状况或异常的估计的严重性水平。

估计的严重性水平可以标记潜在的问题以供以后复查。例如，前视图402包括中等区406、严重区408和两个正常区410、412。从每个区采集的图像可以由一个或多个处理器(例如，探头跟踪处理器150和系统状态控制器128)在空间上标记，使得图像被组织并存储在相关的区存储桶中，每个桶对应于特定成像区。在该示例中，多幅图像407被采集、组织并一起存储在对应于中等区406的离散存储桶中。多幅图像409被采集并存储在对应于严重区408的离散存储桶中。多幅图像411被存档在对应于正常区410之一的存储桶中，并且单独的多幅图像413已经针对另一正常区412被存档。对于后视图404，正常区414与多幅存储图像415相关联，并且中等区416与多幅存储图像417相关联。图像可以存储在一个或多个数据库或存储器设备(诸如图1所示的外部存储器155)中。

复查图像的临床医师可以点击或以其他方式选择显示在GUI 405上的前视图402和/或后视图404上的感兴趣成像区，并且筛选对应于所选择的区的图像。以这种方式，针对由临床医师复查的每幅图像提供解剖背景。临床医师可以查看和/或选择某些图像以进行更密切的分析，最可能从被执行扫描的用户标记为“中等”或“严重”的图像开始。在所图示的示例中，图像418被包括在从严重成像区408导出的多幅图像409内，并且图像420被包括在从中等区416导出的多幅图像417内。随着更多的时间来进行复查，临床医师可以同意或不同意超声操作者的初始严重性水平估计，并且相应地更新图像的严重性状态。

为了发起图像复查，临床医师可以使用GUI 405来输入患者特异性信息，诸如患者医学记录号(MRN)，并且系统(例如，系统100)可以自动检索对患者执行的所有过去的检查结果(例如，从外部存储器155)，包括从超声、CT、X射线和/或MRI检查获得的结果。因此，来自一个或多个非超声模态422的数据可以与本文描述的基于超声的系统通信地耦合。来自这样的模态422的信息也可以例如在GUI 405上显示给用户。在图4中表示的实施例中，GUI405可以与从特定成像区采集的一幅或多幅超声图像同时显示多幅CT图像424和/或X射线图像426。因此，这种合并允许临床医师复查从各种成像模态获得的图像，每幅图像对应于特定成像区。

图5是根据本文描述的实施例实施的超声探头跟踪技术500的示意图。可以通过利用使用超声探头和相关联的处理部件(例如，探头112和图像生成处理器134)采集的图像数据和使用IMU传感器(例如，IMU传感器116)采集的运动数据的组合来执行探头跟踪技术500(例如，经由探头跟踪处理器150)。如在步骤502处所示，用户可以从最上面的位置在向下方向(由向下箭头表示)上平移超声探头504。可以在该探头移动期间采集一系列超声图像，其可以用于对解剖和/或图像特征(诸如肋骨)进行计数或观察。该信息可以提供标记以确定探头的当前上-下(S-I)坐标。根据所确定的S-I探头坐标，用户可以根据步骤506在横向方向上倾斜和/或滑动探头504，直到探头被定位在预期的图像区上。该侧向运动可以利用IMU传感器116来跟踪，以导出外侧/内侧和前-后(A-P)探头位置。

经由图像数据和运动数据的组合确定的探头位置可以通过一个或多个额外的因子508来增强，以确定每个区是否被充分成像。这样的因子508的非限制性示例可以包括对特定图像区进行成像所花费的时间510、在特定区处采集的超声图像512的数量和/或在特定图像区内识别的任何解剖或图像特征。在各种示例中，在给定成像区处所花费的时间可以改变，范围从小于30秒到约30秒或更长，诸如约2分钟。在每个区采集的图像的数量也可以改变，范围从小于约5幅图像到约5幅图像、或约10幅图像、15幅图像、20幅图像或更多个。由系统识别的特征(例如经由特征识别处理器148)可以包括肝脏或其一部分的存在、一个或多个肋骨或其一部分的存在和/或心脏或其一部分的存在。特征还可以包括各种异常，诸如肺部实变的区域、胸膜线和/或过多的B线。异常也可以是患者特异性的，诸如在先前检查期间识别的永久性病变。这些特征中的每个还可以例如通过确认包含一个或多个特征的成像区当前正在被成像来使跟踪超声探头的位置的一个或多个处理器(例如，处理器150)取向。这样的特征的存在可以使得用户花费更多时间对它们出现的区进行成像。

图6示出了根据本文描述的实施例执行的超声成像的示例方法600。如图所示，方法600可以通过利用超声成像系统(例如，系统100)发起超声扫描而在步骤602处开始。发起超声扫描可以涉及输入患者历史信息，所述患者历史信息可以涉及在图形用户接口(例如，GUI 124)从处执行扫描的用户接收输入，从一个或多个数据库(例如，外部存储器155)检索患者数据，或两者。在一些示例中，面部、语音和/或指纹识别可以用于自动识别患者，特别是如果患者具有由相同医学机构或部门执行的先前扫描。在识别患者之后，超声系统可以检索、显示和/或实施先前用于检查相同患者的扫描参数。这样的参数可以包括在(一个或多个)先前扫描期间的患者位置和/或所使用的特定换能器。成像设置也可以设置为匹配(一个或多个)先前扫描中利用的设置。这样的设置可以包括成像深度、成像模式、谐波、焦深等。发起扫描还可以涉及选择特定扫描协议，诸如用于扫描患者肺部的12区协议。

方法600然后可以涉及，在步骤604处，在由用户查看的GUI上显示扫描图形。扫描图形可以包括诸如图3所示的与患者图形叠加的一个或多个成像区、以及每个区的成像状态。在步骤606处，该方法可以涉及跟踪正在使用的超声探头的移动并估计探头的位置。在步骤608处，可以在GUI上更新扫描图形以反映探头的移动、以及在一个或多个成像区处所花费的时间和/或在(一个或多个)这样的区处采集的图像的数量。步骤610可以涉及标记和保存所采集的图像以供稍后复查。标记可以涉及进行空间标记以将每幅图像与特定成像区进行关联，和/或进行严重性标记以将每幅图像与医学状况的估计的严重性水平进行关联。在步骤612处，方法600可以涉及利用由经更新的GUI提供的引导继续该扫描。然后可以根据需要重复步骤606-612多次，以对由特定扫描协议定义的每个成像区进行充分成像。

图7是根据本文描述的各种实施例实施的示例方法700的流程图。方法700可以由超声成像系统(诸如超声成像系统100)执行。方法700的步骤可以以所描绘的顺序或以任何顺序按时间顺序执行。当执行超声扫描时，可以重复一个或多个步骤。

在框702处，方法700涉及使用超声探头(例如探头112)在目标区域(例如患者的肺部)处发射超声信号。然后接收响应于信号的回波，并根据其生成RF数据。在步骤704处，方法700涉及根据RF数据生成图像数据。该步骤可以由系统100的图像生成处理器134中的一个或多个执行。在步骤706处，方法700涉及例如使用由IMU传感器116获得的数据来确定超声探头的取向。在步骤708处，可以例如由探头跟踪处理器150基于图像数据和探头的取向来确定超声探头相对于目标区域的当前位置。在步骤710处，方法700可以涉及例如在GUI124上显示基于图像数据的实况超声图像。步骤712可以涉及在目标区域图形上显示一个或多个成像区图形，例如如图3中描绘的GUI 300上所示的。成像区图形可以特定于扫描协议，例如使得可以根据由用户选择的协议出现图形的不同数量和/或布置。在步骤714处，方法700可以涉及显示由成像区图形表示的每个成像区的成像状态。成像区状态可以指示特定成像区是已经被充分成像、尚未被充分成像、还是在正被充分成像的过程中。

在使用诸如基于计算机的系统或可编程逻辑的可编程器件来实施部件、系统和/或方法的各种实施例中，应该意识到，上述系统和方法可以使用诸如“C”、“C++”、“FORTRAN”、“Pascal”，“VHDL”等的各种已知或以后开发的编程语言来实施。相应地，可以准备各种存储介质，诸如磁性计算机盘、光盘、电子存储器等，其可以包含可以引导诸如计算机的设备以实施上述系统和/或方法的信息。一旦适当的设备有权访问存储介质上包含的信息和程序，存储介质就可以向设备提供信息和程序，从而使设备能够执行本文所述的系统和/或方法的功能。例如，如果向计算机提供包含适当材料(诸如源文件、目标文件、可执行文件等)的计算机磁盘，则计算机可以接收该信息，适当地配置其自身并执行在上面的图和流程图中概述的各种系统和方法的功能以实施各种功能。也就是说，计算机可以从磁盘接收涉及上述系统和/或方法的不同元件的信息的各个部分，实施个体系统和/或方法并且协调以上所描述的个体系统和/或方法的功能。

鉴于本公开，应注意，本文描述的各种方法和设备可以以硬件、软件和/或固件来实施。此外，各种方法和参数仅通过示例而不是以任何限制意义被包括。鉴于本公开，本领域普通技术人员可以实施本教导以确定它们自己的技术和实现这些技术所需要的装备，同时保持在本公开的范围内。本文描述的处理器中的一个或多个的功能可以被并入到更少数量的或单个处理单元(例如，CPU)中，并且可以使用专用集成电路(ASIC)或响应于执行本文描述的功能的可执行指令而被编程的通用处理电路来实施。

尽管本系统可能已经特别参考超声成像系统进行了描述，但也设想了，本系统可以扩展到其中以系统性方式获得一幅或多幅图像的其他医学成像系统。因此，本系统可以用于获得和/或记录与肾脏、睾丸、乳房、卵巢、子宫、甲状腺、肝、肺、肌肉骨骼、脾脏、心脏、动脉和血管系统有关但不限于此的图像信息，以及与超声引导的介入有关的其他成像应用。此外，本系统还可以包括可以与常规成像系统一起使用的一个或多个程序，使得它们可以提供本系统的特征和优点。本公开的某些额外优点和特征对本领域技术人员而言在研究本公开内容后能够显而易见，或者可以由采用本公开的新颖系统和方法的人员体验。本系统和方法的另一优点可以是常规医学图像系统可以容易地升级以并入本系统、设备和方法的特征和优点。

当然，要意识到，本文描述的示例、范例或过程中的任一个可以与一个或多个其他示例、范例和/或过程组合，或者在根据本系统、设备和方法的单独设备或设备部分中间分离和/或执行。

最后，上述讨论仅旨在说明本系统和方法，而不应被解释为将权利要求限制为任何特定示例或示例组。因此，尽管已经参考示例性示例具体详细地描述了本系统，但是应该意识到，可以由本领域普通技术人员设计出许多修改和备选示例，而不偏离如在以下权利要求中阐述的本系统和方法的更广泛和预期的精神和范围。因此，说明书和附图要以说明性的方式来看待，而不是旨在限制权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种超声成像系统(100)，包括：

超声探头(112)，其被配置为在目标区域处发射超声信号并且接收响应于所述超声信号的回波并且生成对应于所述回波的射频(RF)数据；

一个或多个图像生成处理器(134)，其被配置为根据所述RF数据来生成图像数据；

惯性测量单元传感器(116)，其被配置为确定所述超声探头的取向；

探头跟踪处理器(150)，其被配置为基于所述图像数据和所述探头的所述取向来确定所述超声探头相对于所述目标区域的当前位置；以及

用户接口(124)，其被配置为显示：

基于所述图像数据的实况超声图像；

被叠加在目标区域图形(302)上的一个或多个成像区图形(304)，其中，所述一个或多个成像区图形对应于扫描协议；以及

由所述成像区图形表示的每个成像区的成像状态。

2.根据权利要求1所述的超声成像系统，还包括图形处理器，所述图形处理器被配置为将所述超声探头的所述当前位置与所述成像区图形中的一个成像区图形进行关联。

3.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述成像状态指示由所述成像区图形中的一个成像区图形表示的每个成像区是已经被成像、还是当前正在被成像还是尚未被成像。

4.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述用户接口还被配置为接收利用严重性水平来标记所述成像区图形中的至少一个成像区图形的用户输入。

5.根据权利要求1所述的超声成像系统，还包括存储器，所述存储器被通信地耦合到所述用户接口并且被配置为存储对应于所述成像区中的每个成像区的至少一幅超声图像。

6.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，每个成像区的所述成像状态基于：所述超声探头的所述当前位置、所述超声探头的先前位置、由所述探头在所述当前位置和所述先前位置处所花费的时间、在所述当前位置和所述先前位置处获得的超声图像的数量、或其组合。

7.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述探头跟踪处理器被配置为基于所述图像数据来识别所述目标区域内的参考点。

8.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述参考点包括肋骨编号。

9.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述探头跟踪处理器被配置为基于所述参考点来确定所述探头的上-下坐标。

10.根据权利要求9所述的超声成像系统，其中，所述探头跟踪处理器还被配置为基于所述探头的所述取向来确定所述探头的横向坐标。

11.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述用户接口(124)还被配置为接收目标区域选择、患者取向、或两者。

12.一种方法，包括：

使用超声探头在目标区域处发射(702)超声信号，接收响应于所述超声信号的回波，并且生成对应于所述回波的射频(RF)数据；

根据所述RF数据来生成(704)图像数据；

确定(706)所述超声探头的取向；

基于所述图像数据和所述超声探头的所述取向来确定(708)所述超声探头相对于所述目标区域的当前位置；

显示(710)基于所述图像数据的实况超声图像；

在目标区域图形上显示(712)一个或多个成像区图形，其中，所述一个或多个成像区图形对应于扫描协议；并且

显示(714)由所述成像区图形表示的每个成像区的成像状态。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述超声探头的所述当前位置与所述成像区图形中的一个成像区图形进行关联。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述成像状态指示由所述成像区图形中的一个成像区图形表示的每个成像区是已经被成像、还是当前正在被成像还是尚未被成像。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括接收利用严重性水平来标记所述成像区图形中的至少一个成像区图形的用户输入。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括存储对应于所述成像区中的每个成像区的至少一幅超声图像。

17.根据权利要求16所述的方法，此外，其中，存储包括利用对应的成像区在空间上标记所述至少一幅超声图像。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，每个成像区的所述成像状态基于：所述超声探头的所述当前位置、所述超声探头的先前位置、由所述探头在所述当前位置和所述先前位置处所花费的时间、在所述当前位置和所述先前位置处获得的超声图像的数量、或其组合。

19.根据权利要求12所述的方法，还包括：

基于所述图像数据来识别所述目标区域内的参考点；

基于所述参考点来确定所述探头的上-下坐标；并且

基于所述探头的所述取向来确定所述探头的横向坐标。

20.一种包括可执行指令的非瞬态计算机可读介质，所述可执行指令在被执行时使处理器：

显示(710)基于所述图像数据的实况超声图像；

在目标区域图形上显示(712)一个或多个成像区图形，其中，所述一个或多个成像区图形对应于扫描协议；并且

显示(714)由所述成像区图形表示的每个成像区的成像状态。