Система и способ эластографических измерений - RU2667617C2
Код документа: RU2667617C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к ультразвуковой эластографической системе для обеспечения результата эластографических измерений анатомического участка и способу ультразвуковой эластографии для исследования анатомического участка с использованием ультразвуковой эластографической системы. Данное изобретение дополнительно относится к компьютерной программе для реализации этого способа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Ограничения биопсии печени привели к развитию различных неинвазивных оценок фиброза печени, которые больше подходят для скрининга, мониторинга лечения и последующего врачебного наблюдения. Технология эластографии ультразвуковых сдвиговых волн известна как технология для неинвазивного определения стадии фиброза печени, вследствие ее способности количественно определять абсолютную жесткость, возможности функционирования в реальном времени, экономической эффективности и характеристик портативности. Серийные изделия уже являются доступными, как например, аппараты компании Philips Ultrasound с использованием новой версии технологии на основе сдвиговых волн - Эластографической Точечной Количественной Оценки (Elastography Point Quantification - ElastPQ). Согласно этому способу, силу акустического излучения используют для создания механического давления на печень или любой другой анатомический участок и создания сдвиговой волны. Результирующее смещение ткани измеряют и используют для оценки эластичности анатомического участка, которая, как, например, было обнаружено, коррелирует со стадией фиброза, в случае, когда печень является анатомическим участком.
Вследствие системных ограничений, таких как нагрев преобразователя, и физических ограничений, таких как быстрое затухание сдвиговых волн, текущие серийные изделия для эластографии сдвиговых волн обычно обеспечивают измерение только в выбранном пользователем точечном местоположении или большей области интереса (region of interest - ROI), пространственно ограниченной в пределах поля зрения в B-режиме. В типичном рабочем процессе, пользователь выбирает подозрительную область в процессе общепринятого формирования ультразвукового изображения в B-режиме, активирует средство для эластографии сдвиговых волн, выполняет измерения, и повторяет процесс в другом местоположении, выбранном пользователем. Измерение, выполненное в ROI в плоскости формирования изображений, может быть, затем, отображено в виде значения, связанного с ROI, и может быть сообщено в единицах измерения модуля Юнга, например, на дисплее ультразвуковой эластографической системы. Например, посредством этого, значение жесткости печени, связанное с ROI, может быть сообщено в единицах измерения модуля Юнга. Посредством перемещения ROI, пользователь может исследовать печень неинвазивным способом.
Документ US 2011/0066030 A1 показывает пример ультразвуковой системы формирования изображений, обеспечивающей динамическое управление фронтом сдвиговой волны, используемой для отображения вязкоупругости в биологической ткани. Эта система принимает указание на область интереса и выбирает форму фронта сдвиговой волны. Эта система также выбирает, на основе выбранной формы фронта сдвиговой волны, местоположения фокусировки для множества импульсов давления и последовательность для перемещения источника сдвиговых волн между местоположениями фокусировки. Эта система посылает серию импульсов давления, согласно выбранной последовательности, и определяет скорость фронта сдвиговых волн, когда он проходит через область интереса. Изменения в скорости фронта сдвиговых волн связаны с изменениями жесткости в пределах ткани.
Неправильное позиционирование области интереса может, однако, приводить к неоптимальным эластографическим измерениям, в частности, при определении стадий фиброза печени. Существует несколько критериев, которые делают эластографическое измерение оптимальным измерением. Для применения в определении стадии фиброза печени, например, протоколы сканирования, рекомендуемые изготовителями, обычно предполагают размещение ROI в области без артефактов или вдали от них. Результаты эластографических измерений могут страдать от плохого размещения ROI по двум причинам. Во-первых, сдвиговые волны, отраженные стенкой артефакта в поперечном направлении, могут оказывать вредное влияние на реконструкцию жесткости, если фильтрация отражений является неэффективной. Во-вторых, ROI может быть расположена прямо за артефактом или перед ним, в направлении глубины. Сильное зеркальное отражение, вызванное стенкой артефакта, уменьшит энергию импульсов давления, что приведет к меньшему отношению сигнал-шум сдвиговой волны и нестабильной реконструкции жесткости.
Существует потребность в дополнительном улучшении такой эластографической системы.
EP 2 671 511 А1 описывает ультразвуковое диагностическое устройство с использованием которого может быть безопасно измерен с высокой точностью модуль упругости в широкой области при измерении модуля упругости с использованием генерации сдвиговых волн.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является обеспечение улучшенной ультразвуковой эластографической системы и способа. Дополнительной целью данного изобретения является обеспечение компьютерной программы для реализации этого способа.
В первом аспекте данного изобретения представлена ультразвуковая эластографическая система для обеспечения результата эластографических измерений анатомического участка, которая содержит ультразвуковой зонд для получения ультразвукового изображения, выполненный с возможностью обеспечения формирования ультразвуковых изображений и эластографии сдвиговых волн, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений, выполненный с возможностью управления ультразвуковым зондом для получения ультразвукового изображения и обеспечения ультразвукового изображения анатомического участка, пользовательское устройство ввода данных, обеспечивающее пользователю возможность определения области интереса в пределах ультразвукового изображения, причем в этой области интереса должно быть проведено эластографическое измерение, и, причем, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью визуализации для пользователя пригодности области интереса в пределах ультразвукового изображения для эластографии сдвиговых волн и/или рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных для проведения эластографии сдвиговых волн.
Во втором аспекте данного изобретения, представлен способ ультразвуковой эластографии для исследования анатомического участка с использованием ультразвуковой эластографической системы, причем этот способ предусматривает этапы получения опорного изображения анатомического участка, определения по меньшей мере одной рекомендательной характеристики, которая указывает на пригодность области интереса в опорном изображении для эластографии сдвиговых волн, и проведения по меньшей мере одной визуализации для пользователя пригодности области интереса для эластографии сдвиговых волн в пределах ультразвукового изображения, полученного с использованием ультразвуковой эластографической системы, и рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных для проведения эластографии сдвиговых волн.
В третьем аспекте данного изобретения, обеспечена, предпочтительно энергонезависимая, компьютерная программа, содержащая средство программного кода, для обеспечения выполнения компьютером этапов способа согласно второму аспекту или одному из уточнений, при выполнении упомянутой компьютерной программы на компьютере.
Основной идеей данного изобретения является обеспечение клинической вспомогательной системы, которая различает оптимальные (годные) и неоптимальные (негодные) области в изображении в B-режиме для эластографических измерений. Клиническая вспомогательная система может, таким образом, обеспечить наложение сосудистых структур и годных/негодных областей на реальные изображения в B-режиме, для управления в реальном времени, и/или автоматическую рекомендацию ближайшей оптимальной плоскости для эластографических измерений, конкретно, при эластографическом измерении с использованием сдвиговых волн. Дополнительно, может быть обеспечен пользовательский интерфейс для включения/ выключения этой характеристики.
В частности, анатомическим участком, подлежащим исследованию, является печень. Следовательно, например, определение стадии фиброза печени может быть проведено с использованием ультразвуковой эластографической системы.
Как дополнительно описано ниже, предложены две методики для выбора годных/негодных областей, а именно, локальная методика и глобальная методика. В локальной методике, после активации эластографии сдвиговых волн, автоматическая сегментация изображения и изображение сосудов будут выполнены в реальном времени на лежащем в основе реальном изображении в B-режиме без каких-либо предшествующих данных или изображений. Если пользователь видит ROI-рамку, расположенную в годной зоне, то он может дополнительно нажать кнопку измерений для приема значения жесткости. Таким образом, пригодность выражает, можно ли ожидать результат измерений с использованием сдвиговых волн с хорошим качеством в этой ROI.
Более надежная методика для детектирования рекомендательных характеристик в анатомическом участке, например, печени, может исследовать полную 3D-анатомию. Следовательно, вторую методику называют глобальной методикой, в которой оптимальное размещение ROI-рамки основано на анатомической информации, полученной перед сканированием эластографии сдвиговых волн. Такая информация может быть образована глобальными древовидными структурами сосудов печени и/или другими анатомическими характеристиками в анатомической структуре, например, в объеме печени. Эта методика может потребовать расположения зонда на преобразователе для мониторинга в реальном времени его положений и ориентации с использованием электромагнитных или оптических систем слежения.
Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ имеет предпочтительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные предпочтительным вариантам осуществления заявленного устройства, определенным в зависимых пунктах формулы изобретения.
Блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью наложения по меньшей мере одной рекомендательной характеристики, определенной в опорном изображении, на ультразвуковое изображение, и/или рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных на основе по меньшей мере одной рекомендательной характеристики, определенной в опорном изображении. Следовательно, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений выполнен с возможностью визуализации пригодности для эластографии сдвиговых волн посредством наложения по меньшей мере одной рекомендательной характеристики на ультразвуковое изображение. Такой рекомендательной характеристикой может быть, например, положение сосуда, гомогенной области ткани или области подозрительного патологического изменения в анатомической структуре. Следовательно, рекомендательная характеристика представляет области анатомического участка, т.е., годные/ негодные области для ультразвуковой эластографии сдвиговых волн. Пригодность выражает, можно ли ожидать результат измерений с использованием сдвиговых волн с хорошим качеством в ROI. Следовательно, «годная» область может подходить для ультразвуковой эластографии сдвиговых волн. «Негодная» область может быть неподходящей, например, когда она находится слишком близко к сосуду, патологическому изменению, или по иным причинам. Посредством визуализации этих рекомендательных характеристик, пользователю может быть обеспечено управление. Дополнительно, при наличии знаний о рекомендательных характеристиках, может быть сделана рекомендация для измерений ультразвуковой эластографии сдвиговых волн. Посредством этого, пользователь имеет ясные указания в отношении годных и негодных областей для эластографических измерений в пределах ультразвукового изображения. Рекомендательная характеристика может быть областью, выделенной в изображении. Дополнительно, пользователю может быть представлена плоскость для эластографического измерения, конкретно, рядом с текущим положением ультразвукового зонда для получения ультразвукового изображения. Следовательно, пользователь может изменить положение и/или ориентацию ультразвукового зонда для получения лучших результатов измерений.
Блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью генерации по меньшей мере одной рекомендательной характеристики посредством сегментирования области в опорном изображении.
Согласно одному уточнению системы, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью генерации по меньшей мере одной рекомендательной характеристики посредством сегментирования по меньшей мере одного сосуда в опорном изображении. Посредством этого, можно предотвратить сдвиговые волны, отраженные стенкой сосуда вблизи ROI, которые могут оказывать вредное влияние на реконструкцию жесткости, если фильтрация отражения является неэффективной.
Согласно одному уточнению системы, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью генерации по меньшей мере одной рекомендательной характеристики посредством детектирования и сегментирования области гомогенной ткани в опорном изображении. Это может способствовать предотвращению проблем при реконструкции жесткости, посредством предложения областей гомогенной ткани в качестве годных областей.
Согласно одному уточнению системы, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью генерации по меньшей мере одной рекомендательной характеристики посредством детектирования области патологического изменения в опорном изображении, причем область патологического изменения плюс краевая область, окружающая область патологического изменения, генерируются в качестве рекомендательной характеристики. Посредством этого, в зависимости от ее размера относительно размера ROI-рамки и ее граничных условий, подозрительные патологические изменения, такие как кисты и опухоли печени, которые находятся близко к ROI-рамке в поперечном направлении, могут вызвать некоторые артефакты при измерении с использованием сдвиговых волн, главным образом, вследствие отражения сдвиговых волн на границе. В этом случае, детектирование таких патологических изменений может быть выполнено по локальной методике. В основном, система может определить большую область, центрированную у ROI измерения, с заданным безопасным краем. Следовательно, могут быть получены лучшие результаты измерений.
Согласно одному уточнению системы, ультразвуковое изображение является двухмерным ультразвуковым изображением в B-режиме. Конкретно, оно может быть реальным двухмерным ультразвуковым изображением в B-режиме. Посредством этого, визуализация рекомендательных характеристик может быть обеспечена прямо в реальных полученных ультразвуковых изображениях. Следовательно, пользователь может использовать рекомендации во время обычной процедуры исследования.
Согласно одному (некоторому) уточнению системы, опорное изображение является двухмерным ультразвуковым изображением в B-режиме. Посредством этого, не нужны никакие дополнительные возможности ультразвука. Обычное ультразвуковое изображение в B-режиме может быть использовано, например, для сегментирования сосудов, присутствующих в пределах плоскости изображения в B-режиме. Конкретно, может быть использовано реальное ультразвуковое изображение в B-режиме. Следовательно, опорное изображение может быть ультразвуковым изображением, определенным в предыдущем абзаце.
Согласно одному уточнению системы, опорное изображение является трехмерным изображением анатомического участка. Посредством этого, возможно лучшее сегментирование полных сосудистых структур в пределах анатомической структуры, подлежащей исследованию. Конкретно, это может помочь в нахождении плоскости, которая может быть рекомендована пользователю для проведения ультразвукового эластографического измерения.
Согласно одному уточнению системы, опорное изображение является трехмерным изображением, полученным посредством модальности, отличной от получения ультразвукового изображения, причем опорное изображение сохраняют в запоминающем устройстве блока обработки ультразвукового сигнала и изображений. Посредством этого, трехмерные изображения анатомической структуры с лучшим качеством могут быть получены перед ультразвуковым измерением, например, посредством компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии. Могут быть получены лучшие результаты сегментирования, которые - при совмещении с реальным ультразвуковым изображением в B-режиме во время исследования - могут образовать основу для рекомендательных характеристик, налагаемых на реальное изображение в B-режиме.
Согласно одному уточнению системы, ультразвуковой зонд для получения ультразвукового изображения и блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнены с возможностью обеспечения пользователю возможности получения трехмерного ультразвукового изображения анатомического участка. Посредством этого, не нужна никакая дополнительная модальность, такая как компьютерная томография или магнитно-резонансная томография. Трехмерные ультразвуковые изображения могут быть использованы для обеспечения рекомендательных характеристик при рассмотрении спорных случаев во время формирования двухмерных реальных изображений в B-режиме.
Согласно одному уточнению системы, блок обработки ультразвукового сигнала и изображений дополнительно выполнен с возможностью совмещения по меньшей мере одной рекомендательной характеристики и ультразвукового изображения посредством обработки изображений. Посредством этого, обеспечивают, чтобы рекомендательные характеристики подходили к реальным ультразвуковым изображениям по положению и ориентации. Может быть применен простой вычислительный способ совмещения, поскольку такие способы являются общеизвестными в данной области техники.
Согласно одному уточнению системы, система дополнительно содержит следящее устройство, для слежения за положением и ориентацией ультразвукового зонда для получения ультразвукового изображения и обеспечения совмещения по меньшей мере одной рекомендательной характеристики для ультразвукового изображения. Конкретно, следящее устройство может быть электромагнитным следящим устройством или оптическим следящим устройством. Посредством этого, могут быть отслежены положение и ориентация ультразвукового зонда для получения изображения. При наличии знаний о его положении и ориентации, снова можно выполнить совмещение реальных ультразвуковых изображений и рекомендательных характеристик, определенных с использованием трехмерных изображений, полученных ранее. Дополнительно, текущее положение и ориентация ультразвукового зонда для получения ультразвукового изображения могут быть отслежены для лучшего наведения пользователя на оптимальную для пользователя плоскость получения эластографических данных.
Согласно одному уточнению системы, пользовательское устройство ввода данных дополнительно выполнено с возможностью обеспечения пользователю возможности включения и выключения визуализации пригодности области интереса в пределах ультразвукового изображения для эластографии сдвиговых волн и/или рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных для проведения эластографии сдвиговых волн. Посредством этого, пользователь может включать и выключать рекомендации в ультразвуковом изображении во время исследования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты данного изобретения явствуют из варианта(ов) осуществления, описанного ниже, и будут объяснены со ссылкой на него (на них). На нижеследующих чертежах
Фиг. 1 показывает схематичную иллюстрацию варианта осуществления ультразвуковой эластографической системы,
Фиг. 2 показывает схематичную иллюстрацию дополнительного варианта осуществления ультразвуковой эластографической системы,
Фиг. 3 показывает блок-схему, иллюстрирующую разные компоненты иллюстративной ультразвуковой эластографической системы,
Фиг. 4 показывает схематичную иллюстрацию, показывающую плоскости и углы в ультразвуковом пространственном сканировании,
Фиг. 5 показывает пример изображения в B-режиме с ROI для эластографического измерения,
Фиг. 6 показывает пример изображения в B-режиме с ROI для эластографического измерения и смежную сосудистую структуру,
Фиг. 7 показывает пример ультразвукового изображения в B-режиме с наложенными рекомендательными характеристиками, и иллюстрацию рекомендации плоскости для улучшенного эластографического измерения,
Фиг. 8 показывает дополнительную иллюстрацию рекомендации плоскости для улучшенного эластографического измерения,
Фиг. 9 показывает вариант осуществления способа ультразвуковой эластографии,
Фиг. 10 показывает дополнительный вариант осуществления способа ультразвуковой эластографии, и
Фиг. 11 показывает возможный дисплей устройства ввода данных для переключения визуализации рекомендательных характеристик.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематичную иллюстрацию варианта осуществления ультразвуковой эластографической системы 10, согласно одному варианту осуществления. Ультразвуковую эластографическую систему 10 применяют для исследования анатомического участка анатомического участка, конкретно, анатомического участка пациента 12. Ультразвуковая эластографическая система 10 предназначена также для обеспечения результата эластографических измерений анатомического участка. Эта система содержит ультразвуковой зонд (14) для получения ультразвукового изображения (52), выполненный с возможностью обеспечения формирования ультразвуковых изображений и эластографии сдвиговых волн, и блок обработки ультразвукового сигнала и изображений, выполненный с возможностью управления ультразвуковым зондом 14 для получения ультразвукового изображения и обеспечения ультразвукового изображения анатомического участка. Дополнительно, система 10 содержит пользовательское устройство 20 ввода данных, например, для обеспечения пользователю возможности определения области интереса в пределах ультразвукового изображения, причем в этой области интереса должно быть проведено эластографическое измерение. Дополнительно, блок 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений выполнен с возможностью визуализации для пользователя пригодности области интереса в пределах ультразвукового изображения 52 для эластографии сдвиговых волн, и/или рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных для проведения эластографии сдвиговых волн.
Фиг. 2 показывает схематичную иллюстрацию ультразвуковой эластографической системы 10, согласно дополнительному варианту осуществления, конкретно, медицинской ультразвуковой трехмерной системы формирования изображений. Ультразвуковую эластографическую систему 10 применяют для исследования анатомического участка некоторого анатомического участка, конкретно, анатомического участка пациента 12. Ультразвуковая эластографическая система 10 содержит ультразвуковой зонд 14 для получения ультразвукового изображения, имеющий по меньшей мере одну матрицу преобразователей, имеющую множество преобразующих элементов для передачи и/или приема ультразвуковых волн. В одном примере, каждый из преобразующих элементов может передавать ультразвуковые волны в виде по меньшей мере одного импульса передачи с конкретной длительностью импульса, конкретно, в виде множества последовательных импульсов передачи. Преобразующие элементы могут быть расположены, например, в одномерном ряду, например, для обеспечения двухмерного изображения, который может быть механически перемещен или повернут вокруг оси. Дополнительно, преобразующие элементы могут быть расположены в двухмерной матрице, конкретно, для обеспечения многоплоскостного или трехмерного изображения.
В общем, множество двухмерных изображений, каждое вдоль конкретной акустической линии или линии сканирования, конкретно, линии приема сканирования, может быть получено тремя разными способами. Во-первых, пользователь может получить множество изображений посредством ручного сканирования. В этом случае, ультразвуковой зонд для получения ультразвукового изображения может содержать воспринимающие положения устройства, которые могут отслеживать положение и ориентацию линий сканирования или плоскостей сканирования. Однако, это здесь не рассматривается. Во-вторых, преобразователь может выполнять автоматическое механическое сканирование в пределах ультразвукового зонда для получения ультразвукового изображения. Это может быть в случае, когда используют одномерную матрицу преобразователей. В-третьих, и предпочтительно, фазированная двухмерная матрица преобразователей расположена в пределах ультразвукового зонда для получения ультразвукового изображения, и ультразвуковые лучи выполняют сканирование с электронным управлением. Ультразвуковой зонд для получения ультразвукового изображения может удерживаться в руках пользователем системы, например, лицом из медицинского персонала или врачом. Ультразвуковой зонд 14 для получения ультразвукового изображения прикладывают к телу пациента 12 таким образом, чтобы было обеспечено изображение анатомического участка 32 пациента 12.
Дополнительно, ультразвуковая эластографическая система 10 имеет блок 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений, который управляет обеспечением ультразвукового изображения посредством ультразвуковой эластографической системы 10. Блок 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений управляет не только получением данных посредством матрицы преобразователей ультразвукового зонда 14 для получения ультразвукового изображения, но и обработкой сигналов и изображений, которая образует ультразвуковые изображения из эхо-сигналов ультразвуковых лучей, принимаемых матрицей преобразователей ультразвукового зонда 14 для получения ультразвукового изображения.
Ультразвуковая эластографическая система 10 дополнительно содержит дисплей 18 для отображения трехмерных изображений для пользователя. Дополнительно, обеспечено устройство 20 ввода данных, которое может содержать клавиши или клавиатуру 22 и дополнительные устройства ввода данных, например, шаровой манипулятор 24. Устройство 20 ввода данных может быть подключено к дисплею 18 или прямо к блоку 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений.
Дополнительно, ультразвуковая эластографическая система 10 содержит следящее устройство, например, электромагнитное следящее устройство. Части следящего устройства находятся в пределах ультразвукового зонда 14 или могут быть соединены с ультразвуковым зондом посредством зажимного приспособления. Дополнительно, части 25, 25’, например, зонды, подобные магнитно-резистивным зондам или оптическим зондам, могут быть расположены на периферии ультразвуковой эластографической системы. Предпочтительно, пространственные координаты дополнительных частей 25, 25’ известны.
Фиг. 3 показывает схематичную блок-схему ультразвуковой эластографической системы 10. Как уже изложено выше, ультразвуковая эластографическая система 10 содержит ультразвуковой зонд (PR) 14 для получения ультразвукового изображения, блок (CU) 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений, дисплей (DI) 18, и устройство (ID) 20 ввода данных. Как уже изложено выше, ультразвуковой зонд (PR) 14 содержит матрицу 26 преобразователей, например, фазированную двухмерную матрицу преобразователей или одномерную матрицу преобразователей с автоматическим сканированием. Дополнительно, ультразвуковой зонд может содержать часть 27 следящего устройства, например, катушку, которая генерирует электромагнитное поле, которое воспринимается посредством зондов 25, 25'. В общем, блок (CU) 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений может содержать центральное обрабатывающее устройство, которое может включать в себя аналоговые и/или цифровые электронные схемы, процессор, микропроцессор или что-либо подобное, для координирования получения и обеспечения цельного изображения. Дополнительно, блок 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений содержит так называемое центральное обрабатывающее устройство 28. Однако, следует понимать, что центральное обрабатывающее устройство 28 не обязательно должно быть отдельным объектом или устройством в пределах ультразвуковой эластографической системы 10. Запоминающее устройство указано ссылочной позицией 35. Оно может быть частью блока 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений и обычно реализовано посредством аппаратных или программных средств. Данные отличительные признаки приведены только в целях иллюстрации. Центральное обрабатывающее устройство (CON) 28 в виде части блока 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений может управлять формирователем луча и, посредством этого, тем, какие изображения анатомического участка 32 захватываются, и тем, как эти изображения захватываются. Формирователь (BF) 30 луча генерирует напряжения, которые управляют матрицей (TR) 26 преобразователей, определяет частоты повторения импульсов частей, он может сканировать, фокусировать и диафрагмировать передаваемый луч и принимаемый(ые) или принятый(ые) луч(и) и может дополнительно усиливать, фильтровать и оцифровывать поток данных о напряжении эхо-сигналов, возвращаемый матрицей 26 преобразователей. Дополнительно, центральное обрабатывающее устройство 28 блока 16 обработки ультразвукового сигнала и изображений может определить общие стратегии сканирования. Такие общие стратегии могут включать в себя необходимую частоту получения изображения анатомического участка, поперечную протяженность анатомического участка, протяженность по возвышению анатомического участка, максимальную и минимальную плотности линий, длительности линий сканирования и плотность линий, как уже объяснено выше. Формирователь 30 луча дополнительно принимает ультразвуковые сигналы от матрицы 26 преобразователей и передает их в виде сигналов изображения.
Подсистема эластографии сдвиговых волн обозначена ссылочной позицией 37. Подсистема 37 сдвиговых волн обеспечивает ультразвуковой эластографической системе 10 возможность функционирования в режиме сдвиговых волн. В некоторых вариантах осуществления, подсистема 37 сдвиговых волн определяет местоположения и последовательность фокусировки для перемещения источника сдвиговых волн между местоположениями фокусировки. Дополнительно, или в других вариантах осуществления, подсистема 37 сдвиговых волн выполняет другие функции, описанные здесь, в отношении динамического управления фронтом сдвиговых волн. Специалисту в данной области техники будет понятно из данного раскрытия сущности изобретения, что подсистема 37 сдвиговых волн может быть объединена с другими компонентами системы 10. Например, по меньшей мере некоторые из функций, описанных для подсистемы 37 сдвиговых волн, могут быть выполнены посредством CON 28. Для количественной оценки ткани, согласно одному варианту осуществления, подсистема 37 сдвиговых волн может обеспечить пользователю ультразвуковой эластографической системы 10 возможность идентификации анатомического местоположения для измерения с использованием метки области интереса, расположенной на ультразвуковом изображении. Акустический импульс давления применяют только поперечно к этому местоположению, что порождает сдвиговую волну, которая перемещается через область интереса. Следящие лучи, чувствительные более, чем к 1/100 длины волны звука, применяют к траектории импульсов. Следящие лучи непрерывно передают до тех пор, пока не будет детектировано прохождение фронта сдвиговых волн. Время между генерацией сдвиговой волны и детектированием пика используют для вычисления скорости сдвиговой волны. Для обеспечения качества измерений, выполняют многочисленные измерения для данного пространственного местоположения перед сообщением значения.
Дополнительно, ультразвуковая эластографическая система 10 содержит сигнальный процессор (SP) 34, который принимает сигналы изображения. Сигнальный процессор 34 обычно обеспечивают для аналого-цифрового преобразования, цифровой фильтрации, например, полосовой фильтрации, а также детектирования и сжатия, например, уменьшения динамического диапазона, принимаемых ультразвуковых эхо-сигналов или сигналов изображения. Сигнальный процессор передает данные изображений.
Дополнительно, ультразвуковая эластографическая система 10 содержит процессор (IP) 36 изображений, который преобразует данные изображений, принятые от сигнального процессора 34, в дисплейные данные, в конечном итоге показываемые на дисплее 18. Конкретно, процессор 36 изображений принимает данные изображений, предварительно обрабатывает данные изображений и может сохранить их в памяти для хранения изображений. Эти данные изображений, затем, подвергают постобработке для обеспечения изображений, наиболее удобных для пользователя, посредством дисплея 18. В данном случае, конкретно, процессор 36 изображений может образовывать трехмерные изображения из множества двухмерных изображений в каждом срезе.
Пользовательский интерфейс, в общем, показан со ссылочной позицией 38 и содержит дисплей 18 и устройство 20 ввода данных. Он может также содержать дополнительные устройства ввода данных, например, мышь или дополнительные кнопки, которые могут быть даже обеспечены на самом ультразвуковом зонде 14 для получения ультразвукового изображения.
Конкретным примером ультразвуковой эластографической системы, которую может использовать данное изобретение, является система, использующая новую версию технологии на основе сдвиговых волн - Эластографическую Точечную Количественную Оценку (Elastography Point Quantification - ElastPQ) компании Philips Ultrasound.
Следовательно, может быть обеспечена ультразвуковая эластографическая система 10, которая различает оптимальные (годные) и неоптимальные (негодные) области в ультразвуковом изображении в B-режиме, для эластографических измерений. Система 10 может, конкретно, содержать характеристики наложения сосудистых структур и годных/негодных областей на реальные изображения в B-режиме, для управления в реальном времени и автоматической рекомендации ближайшей оптимальной плоскости для эластографического измерения. Дополнительно, данное изобретение также включает в себя пользовательский интерфейс 38 для включения/ выключения этой характеристики.
Для обеспечения этого могут быть реализованы две основные методики, конкретно, для выбора годных/негодных областей, а именно, локальная и глобальная методики. В локальной методике, после активации характеристики эластографии сдвиговых волн, автоматическая сегментация изображения и изображение сосудов будут выполнены в реальном времени на лежащем в основе реальном изображении в B-режиме без каких-либо предшествующих данных или изображений. Если пользователь видит рамку измерения, расположенную в годной зоне, то он может дополнительно нажать кнопку измерений для получения значения жесткости. Система 10, использующая эту локальную методику, может содержать основные элементы ультразвуковой системы, одномерный или двухмерный преобразователь, который может выполнять общепринятое формирование изображений в B-режиме и эластографию сдвиговых волн, и вспомогательное приложение, запускаемое на блоке обработки ультразвукового сигнала и изображений, которое содержит компоненты для помощи пользователю в действиях с годными/ негодными областями для эластографического измерения. Эти компоненты могут включать в себя по меньшей мере одно из группы, состоящей из сегментирования сосудов в реальных 2D-изображениях в B-режиме, которые используются для эластографии, детектирования и сегментирования гомогенных областей, которые используются для эластографии и наложения сосудистых структур и области «подозрительного» патологического изменения с небольшим окружающим краем, например, порядка 1 см, на реальные изображения в B-режиме, в виде годных/ негодных областей, для управления в реальном времени.
Система 10, использующая глобальную методику, может содержать основные элементы ультразвуковой системы, одномерный или двухмерный преобразователь, который может выполнять общепринятое формирование изображений в B-режиме и эластографию сдвиговых волн, 3D-изображение анатомической структуры, подлежащей исследованию, например, печени, полученное посредством развертки одномерного ультразвукового преобразователя, или двухмерного ультразвукового преобразователя, или 3D-изображения, полученные ранее посредством других модальностей, таких как компьютерная томография или магнитно-резонансная томография. Дополнительно, должна присутствовать следящая система, например, электромагнитная или оптическая следящая система. Дополнительно, на блоке обработки ультразвукового сигнала и изображений может быть запущено вспомогательное приложение, которое содержит компоненты для помощи пользователю в действиях с годными/ негодными областями для эластографического измерения. Эти компоненты могут включать в себя по меньшей мере одно из группы, состоящей из сегментирования сосудов в допроцедурных изображениях (трехмерных ультразвуковых изображениях и/или предварительных CT-изображениях), совмещения, компенсации движения, и наложения этих трехмерных сосудистых структур на реальные 2D-изображения в B-режиме, которые используются для эластографии; детектирования и сегментирования гомогенных областей в пределах печени в трехмерном ультразвуковом изображении, и его совмещения, и компенсации движения с использованием реальных изображений в B-режиме; и наложения сосудистых структур и области «подозрительного» патологического изменения с небольшим окружающим краем (порядка 1 см), на реальные изображения в B-режиме для управления в реальном времени.
Фиг. 4 показывает пример анатомического участка 32 относительно ультразвукового зонда 14 для получения ультразвукового изображения. Иллюстративный анатомический участок 32, показанный в этом примере, является анатомическим участком секторного типа, вследствие того, что матрица преобразователей ультразвукового зонда 14 для получения ультразвукового изображения сконструирована в виде фазированной двухмерной матрицы с электронным сканированием. Следовательно, размер анатомического участка 32 может быть выражен посредством угла 42 возвышения и поперечного угла 44. Глубина 46 анатомического участка 32 может быть выражена посредством, так называемой, длительности линии в секундах на линию. Она равна времени сканирования, затраченному на сканирование конкретной линии сканирования.
Анатомический участок 32 может быть разделен на множество срезов 48, 50 или двухмерных изображений. В целях иллюстрации, показаны только два среза 48, 50. Фактически, множество плоскостей или срезов 48, 50, имеющих разные углы 40 возвышения, распространяется по объему анатомического участка 32. Конечно, срезы 48, 50 могут быть также ориентированы в направлении возвышения и могут распространяться через анатомический участок 32 в поперечном направлении. Во время получения изображения, двухмерной матрицей преобразователей ультразвукового зонда 14 для получения ультразвукового изображения управляют посредством формирователя луча, таким образом, чтобы анатомический участок 32 сканировался вдоль множества этих линий сканирования в пределах каждого из срезов 48, 50, последовательно. При обработке многолинейного приема, единственный луч передачи может освещать множество, например, четыре, линии приема сканирования, вдоль которых сигналы получают параллельно. Если это так, то тогда такие наборы линий приема последовательно электронно выполняют сканирвание по анатомическому участку 32.
Фиг. 5 показывает ультразвуковое изображение 52, которое является обычным ультразвуковым изображением в B-режиме. Ультразвуковое изображение является двухмерным и может быть, например, получено системой 10, как описано выше. Дополнительно, показана область 33 интереса, которую пользователь может использовать для выбора некоторой точки в пределах изображения 52 в B-режиме для эластографического измерения. После выбора пользователем некоторой области 33 интереса в пределах изображения 52, проводят эластографическое измерение, и результат отображают в виде значения на изображении 52, причем это значение, в общем, обозначено ссылочной позицией 54. Посредством этого, пользователь может оценить разные участки изображения 52 в B-режиме для отображения эластичности ткани поверх изображения в B-режиме. В то время как на фиг. 5 показано правильное расположение области 33 интереса, это может не всегда иметь место.
На фиг. 6 показано сравнимое изображение 52 в B-режиме, в котором показано значение 54 эластичности. Дополнительно, снова, показана область 33 интереса. Однако, в этом случае, область 33 интереса расположена близко к сосуду 56. Однако, вследствие отражений от сосуда 56, правильное измерение эластичности может быть невозможным. Дополнительно, кроме сосудов 56, видимых в пределах изображения 52, может также встретиться случай, когда сосуд расположен близко к области 33 интереса в области глубины изображения 52, так что смежный сосуд 56 может не быть ясно виден на изображении 52.
Фиг. 7 показывает два варианта осуществления конечного представления для пользователя, согласно вариантам осуществления. В одном варианте осуществления, сосудистая структура, вместе с годными/ негодными областями или рекомендательными характеристиками 58, может быть наложена на реальное изображение 52 в B-режиме, конкретно, с использованием технологий совмещения на основе слежения или изображений. На наложенном изображении 52 могут быть также скомпенсированы дыхательные движения с использованием технологий компенсации движения. Дополнительно, в случае, когда детектировано, что плоскость 48 является неправильной для эластографического сканирования, пользователю может быть предложена ближайшая оптимальная плоскость 48', так чтобы ультразвуковой зонд для получения изображения мог быть правильно расположен у 14'.
Фиг. 8 показывает схематичную иллюстрацию тела пациента 12. Черепно-каудальная ось обозначена ссылочной позицией 60. Переднезадняя ось обозначена ссылочной позицией 62. Лево-правая ось обозначена ссылочной позицией 64. Пользователь перемещает ультразвуковой зонд в первое положение 66, которое отслеживается следящим устройством 25, 25’. Это может быть выполнено, например, посредством электромагнитного следящего устройства или оптического следящего устройства. Вместо перемещения ультразвукового зонда 14 для получения изображения во второе положение 68 на пациенте, система 10 может рекомендовать пользователю переместить ультразвуковой зонд 14 для получения изображения в третье положение 70, имеющее другую ориентацию, для обеспечения лучшего вида печени и лучших результатов эластографии. После отслеживания перемещения в третье положение 70, может быть, затем, инициировано эластографическое измерение, при правильном достижении третьего положения 70. После этого, обычным способом может быть осуществлено эластографическое измерение ROI в анатомическом участке 32.
Фиг. 9 показывает вариант осуществления способа 80 исследования анатомического участка 32 с использованием ультразвуковой эластографической системы 10. Этот способ начинается на этапе 82. На этапе 84 получают опорное изображение 86 анатомического участка 32. Это может быть проведено с использованием дополнительной модальности, подобной компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии. Однако, также возможен случай, когда опорное изображение 86 получают посредством ультразвуковой системы 10. Дополнительно, опорное изображение 86, полученное посредством ультразвука, может быть двухмерным или трехмерным. Затем, на этапе 88, определяют по меньшей мере одну рекомендательную характеристику 58, указывающую на пригодность области 33 интереса в опорном изображении 86 для эластографии сдвиговых волн. Такая рекомендательная характеристика 58 может быть, например, положением сосудов, областями гомогенной ткани или областями подозрительных патологических изменений в анатомической структуре.
Затем, проводят по меньшей мере один из следующих двух этапов. Каждая из рекомендательных характеристик 58 может быть использована для рекомендации пользователю плоскости получения эластографических данных для проведения эластографии сдвиговых волн, это может быть выполнено на этапе 92. Альтернативно или дополнительно, рекомендательные характеристики 58 могут быть совмещены и визуализированы на этапе 90 в пределах ультразвукового изображения 52, полученного с использованием ультразвуковой эластографической системы 10, для обеспечения для пользователя информации о пригодности области 33 интереса в пределах ультразвукового изображения 52 для эластографии сдвиговых волн.
Способ может быть, затем, повторен, до тех пор, пока проводится ультразвуковое исследование, или может быть завершен на этапе 94.
На фиг. 10, показан дополнительный вариант осуществления способа 80.
В этом варианте осуществления, локальную и глобальную методики осуществляют на этапах 90-94, подобным образом, для обеспечения изображения сосудов, детектирования гомогенных областей, визуализации годной/негодной зоны на ультразвуковом изображении 52 в B-режиме, и включения и выключения предлагаемой характеристики. На этапе 84, проводят получение реального 2D/3D ультразвукового изображения и объединение его с допроцедурными изображениями. Это может быть обеспечено с использованием множества разных технологий слежения. В одном варианте осуществления, слежение может быть электромагнитным слежением, в котором ультразвуковой зонд и пациент отслеживаются в реальном времени в электромагнитном поле. Каждое из допроцедурных изображений может быть отслежено в пространстве для реконструкции трехмерных ультразвуковых изображений/ объемов. Альтернативно, могут быть использованы ранее полученные MR/CT изображения. Эти допроцедурные изображения могут быть совмещены в электромагнитном следящем устройстве с использованием опорных меток, например. При использовании этого объединения, может быть обеспечено множество разных технологий визуализации.
Затем, объединенные этапы 88 и 96 могут образовать ядро определения и визуализации оптимальной ROI на основе годных/ негодных областей. Это содержит четыре компонента - тремя из них, описанными на этапе 88, являются детектирование и сегментирование рекомендательных характеристик 58, которые определяют оптимальные области, а четвертым, этапом 96, является объединение этих рекомендательных характеристик 58, извлеченных из трех модулей детектирования.
В изображении сосудистых структур, идентифицируют три варианта осуществления изображения сосудистых структур, которые могут быть использованы либо независимо, либо совместно, для образования оценки топографии сосудистых структур. Основные кровеносные сосуды, на примере печени, включают в себя печеночную артерию, печеночную вену и воротную вену. При формировании ультразвукового изображения в B-режиме, сосуды являются видимыми в виде относительно гипоэхогенных структур. В B-режиме существует также несколько похожих на сосуды структур, а именно, общий желчный проток и желчный пузырь. Все они классифицируются в качестве негодной зоны для измерения с использованием сдвиговых волн, конкретно, для применения в оценке фиброза печени. Некоторые конкретные способы предложены для выполнения сегментирования сосудистых структур печени в 3D CT, MR и ультразвуковых изображениях. Эти способы применяют одну или объединяют множество следующих технологий сегментирования: определение порога интенсивности, увеличение областей, установление уровней, подбор деформируемых моделей, и геометрические моменты. Они могут быть либо полностью автоматическими способами, либо способами изображения с поддержкой в ручном режиме.
Дополнительно к сосудам, должны быть также идентифицированы негомогенные области вблизи местоположения ROI. В зависимости от их размера относительно размера ROI-рамки и их граничных условий, подозрительные патологические изменения, такие как кисты и опухоли печени, которые находятся близко к ROI в поперечном направлении, могут быть причиной некоторых артефактов на измерениях с использованием сдвиговых волн, главным образом, вследствие отражения сдвиговых волн на границе. В этом случае, детектирование таких патологических изменений может быть выполнено с использованием методики фокусировки. В основном, система может определить большую область, центрированную у ROI измерения, с заданным безопасным краем. С использованием способов анализа текстур, например, статистики первого порядка, полутоновой матрицы смежности (gray-level co-occurrence matrix - GLCM), полутоновой матрицы равномерности (gray-level run-length matrix - GLRLM) и полутоновой матрицы различения (gray level difference matrix - GLDM), ультразвуковая система 10 может определить, имеется ли значительная разрывность, существующая в окружающей ткани ROI измерения с использованием сдвиговых волн, и, дополнительно, сообщить пользователю, является ли она годной или негодной областью.
Кроме того, сосуды могут быть идентифицированы с использованием режима цветового допплеровского картирования. Смесь рекомендательных характеристик, визуализируемых в изображениях в B-режиме, и импульсы цветового допплеровского картирования, могут быть использованы, в сочетании, для идентификации местоположений главных сосудов.
На этапе 96, информация с этапа 88 может быть объединена для получения объединенной карты оптимальных и неоптимальных областей для эластографических измерений.
Этапы 90 и 92 показывают выходные данные системы 10 для пользователя. Предварительно, помощь в позиционировании ROI может быть включена или выключена, на этапе 98. Кроме визуализации рекомендательных характеристик 58, на этапе 90, дополнительно или альтернативно, ближайшая оптимальная плоскость может быть вычислена посредством объединения объединенной оптимальной карты с этапа 96 с текущей информацией слежения ультразвукового зонда 14 для получения изображения, и отображена для пользователя. Поскольку ультразвуковой зонд отслеживают, положение плоскости 2D-изображения в 3D-контексте уже известно. Три вида входных данных необходимы для автоматического предложения ближайшей возможной плоскости получения. Это текущее отслеженное положение ультразвукового зонда 14 для получения изображения, области в 3D, где эластографические измерения уже выполнены, и годные/ негодные области в виде рекомендательных характеристик 58, вычисленных на предшествующих этапах 88 и 96. Если имеются эти три вида входных данных, то оптимальная плоскость, ближайшая к текущему положению ультразвукового зонда 14, может быть определена и отображена для пользователя.
На фиг. 11, когда активирована общая поддержка принятия решения, пользователь может указать и выбрать, какой вид поддержки принятия решения необходим. В вышеупомянутом примере, пользователь выбрал изображение сосудистых структур и детектирование гомогенных областей и не выбрал детектирование подозрительных патологических изменений. Три модуля могут функционировать независимо, в зависимости от выбора пользователя. Каждая из этих характеристик может быть включена/ выключена с использованием такого пользовательского интерфейса, как пользовательский интерфейс, показанный далее на фиг. 11 (этап 98 в последовательности операций фиг. 10).
Хотя данное изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрация и описание должны рассматриваться в качестве иллюстрации или примера, а не ограничения; данное изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. Другие варианты описанных вариантов осуществления понятны и могут быть осуществлены специалистами в данной области техники, на основании применения на практике заявленного изобретения, изучения чертежей, данного раскрытия сущности изобретения и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Единственный элемент или другое устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры изложены в отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества.
Компьютерная программа может быть сохранена/распространена в подходящей среде, такой как оптическая запоминающая среда или твердотельная среда, поставляемой вместе с другим аппаратным обеспечением, или в виде его части, но может также распространяться в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться в качестве ограничения объема данного изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для ультразвуковых эластографических измерений. Система для ультразвукового исследования анатомического участка содержит ультразвуковой зонд, сконфигурированный для передачи ультразвукового сигнала к анатомическому участку, и блок обработки для формирования ультразвукового изображения анатомического участка, при этом блок обработки дополнительно сконфигурирован для управления ультразвуковым зондом для передачи импульса давления для генерирования сдвиговых волн в анатомическом участке, идентификации, из опорного изображения в В-режиме, первой и второй неналоженных областей анатомического участка, причем первая область определяется блоком обработки как соответствующая области, подходящей для эластографии сдвиговых волн, а вторая область определяется блоком обработки как соответствующая области, не подходящей для эластографии сдвиговых волн, при этом первая и вторая области идентифицируются блоком обработки, по меньшей мере частично, путем сегментации опорного изображения в В-режиме для идентификации одной или более границ между анатомическими структурами в анатомическом участке, так что вторая область определяется, по меньшей мере частично, посредством одной или более границ, отображения ультразвукового изображения, формирования по меньшей мере одной рекомендательной характеристики c ультразвуковым изображением, причем по меньшей мере одна рекомендательная характеристика содержит графическое изображение, наложенное на ультразвуковое изображение, и очерченную вторую область, и инструкцию для выбора плоскости сбора данных для эластографии, отличной от плоскости ультразвукового изображения, или их комбинации. Способ ультразвуковой эластографии осуществляется при работе системы с применением машиночитаемого носителя. Использование изобретений позволяет улучшить наведение пользователя на оптимальную плоскость получения эластографических данных. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.
