Ультразвуковая система и способ обнаружения скольжения легкого - RU2740257C2
Код документа: RU2740257C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к ультразвуковой системе и способу обнаружения скользящего движения легкого, в частности, скользящего движения легкого на основе временной последовательности ультразвуковых кадров в B-режиме представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пневмоторакс (PTX) является часто встречающимся состоянием в отделении неотложной помощи, отделении интенсивной терапии (ICU) и отделении критической терапии (CCU). Для обследования на PTX используется ультразвуковое обследование c использованием протокола eFAST (расширенная фокусированная сонография при травмах). Консенсус экспертов привел к разработке протокола упрощенного BLUE (клинического ультразвукового обследования легких), где некоторые признаки, такие как скольжение легкого, B-линии, точка легкого, легочный пульс оцениваются для определения наличия или отсутствия PTX.
Из литературы известно, что когда хорошо обученные эксперты обследуют легкое, точность обнаружения PTX составляет приблизительно 92%, тогда как для докторов отделения неотложной помощи (ER) с минимально необходимым обучением она составляет лишь приблизительно 57%. Также было показано, что рентгенография органов грудной клетки (CXR) имеет низкую точность. Хотя CT является золотым стандартом, она не всегда доступна, не может выполняться над нестабильными пациентами и создает опасения касательно излучения. Таким образом, был бы полезен более автоматизированный способ обнаружения PTX с использованием ультразвука для раннего выявления и улучшения ухода за пациентом.
В сельских районах и на развивающихся рынках текущее использование ультразвука, в частности, в нетрадиционных медицинских отделениях, таких как отделение неотложной помощи, ICU/CCU и т.д., продолжает быть особенно низким главным образом из-за отсутствия обучения и опыта в сообществе ER. И наоборот, поток пациентов в таких отделениях является высоким, что создает большой спрос на независимые от пользователя и надежные способы идентификации травм, особенно для травм органов грудной клетки. В частности, в Китае большинство сканирований ER выполняется врачами-стажерами по ультразвуковым обследованиям, у которых отсутствует обучение по ультразвуковым обследованиям при неотложной помощи и интенсивной терапии, но у которых имеется опыт в общем ультразвуковом обследовании, а протоколы eFAST еще не были укоренены. Ожидается, что автоматизированные способы будут предоставлять помощь и рекомендации для таких пользователей; они минимизируют количество необходимого обучения и приведут к повышению внедрения ультразвука в ER, ICU/CCU и/или любом другом медицинском отделении.
US2013/197370 A1 описывает способ определения наличия пневмоторакса, который включает в себя получение последовательности кадров с данными изображений, относящихся к представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого.
WO2016/046140A1 раскрывает ультразвуковую систему, содержащую датчик, выполненный с возможностью получения ультразвуковых данных, относящихся к области сканирования, включающей в себя по меньшей мере часть плевральной границы легкого, и анализатор данных, выполненный с возможностью автоматического обнаружения информации для определения скольжения легкого и/или точки легкого с использованием одной или нескольких карт взаимной корреляции, полученных из данных.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому было бы выгодно обеспечить ультразвуковую систему и способ, способные получать и представлять количественную и/или качественную информацию для обеспечения понимания и/или интерпретации ультразвуковых данных из области легких. Также было бы выгодно обеспечить ультразвуковую систему и способ для обнаружения скольжения легкого и/или точки легкого.
В соответствии с одним вариантом осуществления первого аспекта настоящего изобретения предложено устройство для обнаружения скольжения легкого на основе временной последовательности кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области. Устройство содержит идентификатор подобласти, выполненный с возможностью идентификации для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласти сканируемой области кадра ультразвуковых данных, подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы; детектор скольжения легкого, выполненный с возможностью получения параметрической карты для подобласти на основе по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных временной последовательности, параметрические значения параметрической карты указывают степень движения ткани по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами; при этом детектор скольжения легкого дополнительно выполнен с возможностью извлечения данных подобластей из этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных и получения параметрической карты на основе извлеченных данных.
В некоторых вариантах осуществления устройство является частью ультразвукового устройства или системы, способной получать с помощью ультразвукового датчика ультразвуковые данные. Дополнительно или альтернативно устройство может соединяться с одним или несколькими устройствами хранения для хранения ультразвуковых данных, которые могут быть устройством хранения PACS (системы архивации изображений и связи) или больничной информационной системой.
Кадр ультразвуковых данных получают путем приема ультразвуковых эхо-сигналов от области, и такую область часто называют сканируемой областью или визуализируемой областью. Сканируемая область может быть двумерной или трехмерной. Кадр ультразвуковых данных для двумерной области сканирования может получаться непосредственно с помощью двумерного сканирования или может реконструироваться из ультразвуковых данных трехмерного сканирования. Каждый кадр ультразвуковых данных временной последовательности содержит ультразвуковые данные первой представляющей интерес области в различные моменты времени, и, таким образом, предполагается, что сканируемая область каждого кадра ультразвуковых данных является одной и той же, а именно, первой представляющей интерес областью. Однако сканируемая область каждого кадра ультразвуковых данных на практике может отличаться, например, из-за перемещений датчика. Кроме того, даже если сканируемая область в каждом кадре ультразвуковых данных является одной и той же, одна и та же ткань в первой представляющей интерес области может не быть в одном и том же местоположении пикселя в каждом кадре ультразвуковых данных, например, из-за перемещений ткани в сканируемой области.
Кадр ультразвуковых данных может быть кадром данных в B-режиме или любым другим подходящим кадром ультразвуковых данных, в котором каждое значение представляет амплитуду или интенсивность отраженной эхо-волны. Временная последовательность кадров ультразвуковых данных может быть видео в B-режиме, также называемым кинофрагментом в B-режиме. Кадр ультразвуковых данных, например, может храниться и передаваться в формате данных DICOM (цифровые визуализации и коммуникации в медицине). Альтернативно, кадр ультразвуковых данных может быть кадром ультразвуковых радиочастотных (RF) данных или любым другим подходящим кадром ультразвуковых данных, полученным из кадра ультразвуковых радиочастотных данных. Кадр ультразвуковых радиочастотных данных, как правило, имеет более высокое аксиальное разрешение. В этом случае параметрическая карта может быть получена непосредственно из кадра ультразвуковых радиочастотных данных, например, путем вычисления межкадровой фазовой разности, и, альтернативно, кадры данных в B-режиме получаются сначала из кадров ультразвуковых радиочастотных данных, а затем параметрическая карта получается из кадров данных в B-режиме.
Полученная параметрическая карта указывает степень движения ткани и, таким образом, может облегчить для пользователей интерпретацию ультразвуковых данных, особенно идентификацию движения ткани. Если взять в качестве примера оценку вероятности PTX, в настоящий момент лечащий персонал, такой как врачи и/или специалисты по ультразвуковой эхографии, используют свою значительную подготовку для определения признака скольжения легкого и/или точки легкого на черно-белых кинофрагментах в B-режиме. В экстренных ситуациях этот процесс увеличивает затрачиваемые время и усилия, когда лечащий персонал пытается выполнить несколько критически важных задач. Кроме того, вручную трудно идентифицировать малозаметные признаки движения, такие как скольжение легкого, по сравнению с сильным фоновым движением путем визуального наблюдения ультразвуковых видео в B-режиме, особенно когда скольжение легкого понижено. Полученная параметрическая карта количественно представляет собой степень движения ткани и, таким образом, может облегчить для лечащего персонала идентификацию наличия скольжения легкого и/или точки легкого.
Кроме того, авторы настоящего изобретения предложили идентифицировать сначала подобласть сканируемой области, такую как область вокруг плевральной границы, а затем получать параметрическую карту только для подобласти, а не всей сканируемой области, на основе следующих установленных фактов. Авторы изобретения установили, что движение ткани вокруг плевральной границы может быть более важным для обнаружения скольжения легкого и/или точки легкого, параметрическая карта для всей сканируемой области содержит больше информации, чем это необходимо, и ненужная информация, такая как движение ткани помимо движения легкого, может отвлекать пользователей. Кроме того, вычислительная сложность может быть значительно уменьшена путем ограничения получения параметрической карты в подобласти сканируемой области, что является очень привлекательным, особенно для мобильных ультразвуковых приложений, где такое получение реализовано в портативном устройстве. Портативное устройство может быть планшетом, таким как PAD или смартфон.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого на основе полученной параметрической карты. Визуализация может достигаться различным образом в различных вариантах осуществления.
В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс выполнен с возможностью представления по меньшей мере части полученной параметрической карты в форме параметрического изображения с наложенным изображением по меньшей мере подобласти, генерируемой на основе по меньшей мере одного из кадров ультразвуковых данных последовательности. Параметрическое изображение может представлять собой всю параметрическую карту. Альтернативно, параметрическое изображение может представлять собой часть параметрической карты, такую как параметрическая карта для области ниже плевральной линии. Изображение, накладываемое на параметрическое изображение, может быть, например, изображением в B-режиме. Изображение, накладываемое на параметрическое изображение, может генерироваться на основе одного кадра ультразвуковых данных временной последовательности, и, альтернативно, оно может генерироваться на основе более чем одного кадра ультразвуковых данных, например, усреднением более чем одного кадра ультразвуковых данных. Изображение, накладываемое на параметрическое изображение, может быть изображением всей сканируемой области кадра(ов) ультразвуковых данных, или, альтернативно, оно может быть изображением части сканируемой области кадра(ов) ультразвуковых данных, которая содержит подобласть. Посредством визуального наблюдения параметрического изображения пользователи могут наблюдать движение ткани в области вокруг плевральной границы с большей легкостью и могут, таким образом, идентифицировать наличие скольжения легкого и/или точки легкого быстрее и надежнее.
Дополнительно или альтернативно пользовательский интерфейс выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого в форме полосы. В частности, детектор скольжения легкого дополнительно выполнен с возможностью получения на основе параметрической карты профиля скольжения, представляющего собой значения скольжения как функцию поперечных положений, каждое значение скольжения для поперечного положения указывает вероятность скольжения легкого в поперечном положении; и пользовательский интерфейс дополнительно выполнен с возможностью представления полученного профиля скольжения в формате полосы, наложенной или рядом с изображением по меньшей мере подобласти, генерируемой на основе по меньшей мере одного из кадров ультразвуковых данных последовательности. Вероятность скольжения легкого в поперечном положении пропорциональна степени или интенсивности движения ткани вокруг плевральной границы в этом поперечном положении. Чем больше движения ткани в поперечном положении, тем выше вероятность скольжения легкого в этом поперечном положении. Как правило, скольжение легкого происходит вдоль всей плевральной линии для нормального легкого, оно может исчезнуть в случае PTX, и может частично исчезнуть на границе PTX (известной как точка легкого), что означает, что он присутствует в некоторых поперечных положениях, при этом он отсутствует в других поперечных положениях в случае частичного PTX. Посредством визуального наблюдения полосы пользователи могут непосредственно наблюдать вероятность скольжения легкого в отдельных поперечных положениях и идентифицировать точку легкого при определении границы PTX в случае частичного PTX.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления пользовательский интерфейс дополнительно выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для указания модификации схемы полутонового или цветового кодирования и модификации визуализации на основе принятого пользовательского ввода. Пользовательский интерфейс выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого в соответствии со схемой полутонового или цветового кодирования. Например, упомянутое выше параметрическое изображение и/или полоса могут иметь полутоновое или цветовое кодирование. Пользовательский интерфейс дополнительно выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для указания модификации схемы полутонового или цветового кодирования и изменения визуализации на основе принятого пользовательского ввода. В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс содержит сенсорный экран и отображает столбец, ползунок и т.п., представляющий собой схему полутонового или цветового кодирования, и пользователь может изменить схему полутонового или цветового кодирования путем управления столбцом, ползунком и т.п.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью приема пользовательского ввода для указания модификации идентифицированной подобласти; и идентификатор подобласти выполнен с возможностью изменения идентифицированной подобласти на основе принятого пользовательского ввода. Таким образом, пользователь имеет возможность вручную обрезать и/или переместить идентифицированную подобласть, что особенно полезно в случаях, когда автоматическая идентификация подобласти не в состоянии идентифицировать область вокруг плевральной границы как подобласть. В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс содержит сенсорный экран. Сенсорный экран позволяет пользователю выполнять различные операции посредством физического контакта и взаимодействия, такого как касание, перетаскивание и отпускание, сенсорный поток, мультикасание и/или другое физическое взаимодействие. В одном варианте осуществления идентификатор подобласти выполнен с возможностью модификации, в том числе перемещения и/или изменения размера, идентифицированной подобласти на основе одной или нескольких операций, примененных в отображенной подобласти на сенсорном экране.
Идентификатор подобласти может быть выполнен с возможностью идентификации подобласти различным образом в соответствии с различными вариантами осуществления.
В некоторых вариантах осуществления подобласть идентифицируется на основе одного или нескольких предварительно определенных параметров. Один или несколько предварительно определенных параметров могут быть установлены по умолчанию, с помощью выбора пользователя, или они могут быть получены на основе других параметров. В одном примере один или несколько предварительно определенных параметров содержат предварительно определенный диапазон глубины, и подобласть идентифицируется как часть сканируемой области в пределах предварительно определенного диапазона глубины. На основании наблюдения, что плевральная граница, как правило, находится приблизительно 1.5-5 см под поверхностью кожи от верха сканируемой области, предварительно определенный диапазон глубины может быть установлен равным, например, 0-6 или 1-6 см. На основании наблюдения, что глубина плевральной границы увеличивается с BMI (индексом массы тела) пациента, предварительно определенный диапазон глубины может настраиваться на основе BMI пациента. На основании наблюдения, что плевральная граница приблизительно на 0.5 см ниже ребер, предварительно определенный диапазон глубины может быть установлен на основании глубины ребра(ер).
В некоторых других вариантах осуществления устройство дополнительно содержит детектор плевральной линии, выполненный с возможностью обнаружения плевральной линии по меньшей мере в одном из кадров ультразвуковых данных, и идентификатор подобласти выполнен с возможностью идентификации подобласти для каждого из кадров ультразвуковых данных на основе обнаруженной плевральной линии. Как известно, плевральная граница проявляется как эхогенная горизонтальная линия, называемая плевральной линией, из-за сильного отражения на плевральной границе. Как только плевральная линия автоматически обнаружена на кадре ультразвуковых данных, может быть идентифицирована подобласть на этом ультразвуковом изображении как окрестности обнаруженной плевральной линии. В одном примере верхний и нижний края идентифицированной подобласти соответственно выше и ниже обнаруженной плевральной линии на предварительно определенное значение глубины, такое как 0.5 см. Глубина плевральной линии, как правило, варьируется от 1.5-5 см от пациента к пациенту. Зная местоположение плевральной линии для обследуемого пациента может быть идентифицирована меньшая подобласть. В одном примере плевральная линия обнаруживается в каждом из кадров ультразвуковых данных, а затем в каждом кадре ультразвуковых данных идентифицируется подобласть на основе обнаруженной плевральной линии в этом кадре ультразвуковых данных. Альтернативно, идентификатор подобласти выполнен с возможностью обнаружения плевральной линии и подобласти в одном кадре ультразвуковых данных, а затем идентификации подобласти в каждом из других кадров ультразвуковых данных, полагая, что пространственное местоположение подобласти является одним и тем же для всех кадров ультразвуковых данных. В этом случае может быть идентифицирована относительно большая подобласть, чтобы обеспечить достаточное допустимое отклонение для возможного движения между кадрами ультразвуковых данных.
Автоматическое обнаружение плевральной линии может быть реализовано с помощью любого подходящего существующего и будущего алгоритмом обнаружения. В соответствии с одним вариантом осуществления детектор плевральной линии выполнен с возможностью оценки глубины плевральной границы и обнаружения плевральной линии по меньшей мере в одном из кадров ультразвуковых данных временной последовательности на основе оцененной глубины. По сравнению с теми алгоритмами обнаружения, которые ищут плевральную линию по всей сканируемой области, предлагается искать или обнаруживать плевральную линию на основе оцененной глубины плевральной линии, результатом чего является более быстрое и более надежное обнаружение.
Глубина плевральной границы может оцениваться различным образом.
В некоторых вариантах осуществления оценка глубины плевральной границы содержит: получение для каждого из одного или нескольких предварительно определенных поперечных положений профиля интенсивности, представляющего собой значение интенсивности как функцию глубины, каждое значение интенсивности указывает усредненное значение ультразвуковых данных на соответствующей глубине по нескольким кадрам ультразвуковых данных временной последовательности на основе нескольких кадров ультразвуковых данных временной последовательности, и оценку глубины плевральной границы на основе полученного профиля(ей) интенсивности. Таким образом, глубина плевральной линии оценивается на основе нескольких кадров, а не одного кадра, и, таким образом, оцененная глубина плевральной линии является более надежной, особенно в том случае, когда плевральную линию трудно обнаружить на некотором кадре. Например, плевральная линия на некотором кадре не является непрерывной яркой горизонтальной линией, а разбита на несколько линий, и поэтому ее трудно отличить от других ярких линий в сканируемой области. Поперечными положениями называются множество точек вдоль поперечного направления или поверхности, которая ортогональна направлению в глубину. Например, одно или несколько предварительно определенных поперечных положений могут содержать центральное положение вдоль поперечного направления и/или два положения помимо центрального положения на предварительно определенном расстоянии, таком как четверть ширины сканируемой области. В некоторых вариантах осуществления глубина плевральной границы оценивается как глубина пика профилей интенсивности. В некоторых вариантах осуществления, когда получены более одного профиля интенсивности, глубина плевральной границы может оцениваться как среднее глубины пика каждого профиля интенсивности.
В некоторых других вариантах осуществления оценка глубины плевральной границы содержит: прием кадра ультразвуковых данных второй представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого и по меньшей мере одно ребро, вторая представляющая интерес область является поперечным ракурсом легкого; оценку глубины этого по меньшей мере одного ребра на основе кадра ультразвуковых данных; и оценку глубины плевральной границы на основе оцененной глубины этого по меньшей мере одного ребра и предварительно определенного значения. Плевральная линия состоит из близко расположенных висцеральной и париетальной плевры. В нормальном легком висцеральная плевра скользит горизонтально вдоль париетальной плевры, создавая явление, называемое «скольжением легкого». Таким образом, обнаружение степени движения ткани является полезным для обнаружения скольжения легкого. Детектор скольжения легкого может быть выполнен с возможностью получения различным образом параметрической карты для указания степени движения ткани.
В некоторых вариантах осуществления параметрическое значение может быть получено путем оценки вектора движения путем выполнения блочной корреляции, или нормализованной взаимной корреляции, или путем вычисления векторов оптического потока. Из-за движения ткани одна и та же точка ткани может появляться в различных местоположениях пикселей на различных кадрах ультразвуковых данных. Расстояние, на которое перемещается одна и та же точка ткани, может использоваться для представления степени движения ткани. Упомянутые выше алгоритмы предназначены для определения движения отдельных точек ткани для оценки степени движения ткани.
Авторы настоящего изобретения вели наблюдения и обнаружили, что в случае скольжения легкого ультразвуковые данные выше плевральной линии являются структурированным отражением ткани, которое является реальным и которое может быть отслежено путем оценки вектора движения, а ультразвуковые данные ниже плевральной линии содержат много артефактов, которые не отражают реальной структуры ткани тела для нормальных легких, и оцененный вектор движения не является достоверным. Авторы настоящего изобретения, таким образом, предлагают измерять однопиксельное изменение интенсивности во времени, вызванное движением ткани, вместо оценки вектора движения ткани. В частности, параметрическое значение для местоположения пикселя в сканируемой области указывает и, например, пропорционально величине изменения значений ультразвуковых данных местоположения пикселя между этими по меньшей мере двумя кадрами ультразвуковых данных в результате движения ткани.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления устройство дополнительно содержит детектор фонового движения, выполненный с возможностью обнаружения степени фонового движения и определения, превышает ли степень фонового движения предварительно определенный порог; и пользовательский интерфейс выполнен с возможностью представления полученной параметрической карты только в том случае, если степень фонового движения не превышает предварительно определенный порог, и/или представляет индикатор для указания степени фонового движения, если степень фонового движения превышает предварительно определенный порог. Фоновое движение, как известно, как правило вызвано движением датчика, дыханием, внутренним движением мышц, все это типичные фоновые движения, и существование фонового движения может негативно влиять на обнаружение скольжения легкого. В одном варианте осуществления степень фонового движения определяется на основе полученной параметрической карты. Фоновое движение может быть определено другим образом, например, посредством любого алгоритма обнаружения движения или дополнительного сенсора, обеспеченного на датчике и т.д. Предпочтительно, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения степень фонового движения измеряется путем усреднения параметрических значений выше плевральной линии. Как правило, значения в B-режиме пикселей выше плевральной линии являются более высокими. Авторы настоящего изобретения поняли, что если имеется фоновое движение, все значения пикселей могут изменяться из-за движения, но изменение значений более темных пикселей меньше, чем изменение значений более ярких пикселей, и поэтому выгодно усреднять параметрические значения более ярких пикселей.
В соответствии с одним вариантом осуществления второго аспекта настоящего изобретения предлагается ультразвуковая система. Ультразвуковая система содержит: блок сбора ультразвуковых данных, содержащий массив ультразвуковых преобразователей, выполненный с возможностью получения временной последовательности кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого; и процессор для обработки временной последовательности, выполненный с возможностью идентификации для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласть сканируемой области кадра ультразвуковых данных, подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы, извлечения данных подобластей из этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных и получения параметрической карты для подобласти на основе извлеченных данных, параметрические значения параметрической карты указывают движение ткани по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами.
В соответствии с одним вариантом осуществления третьего аспекта настоящего изобретения предлагается способ обнаружения скольжения легкого. Способ содержит этапы, на которых: получают временную последовательность кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого; идентифицируют для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласть сканируемой области кадров ультразвуковых данных, подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы; извлекают данные подобластей из этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных; и получают параметрическую карту для подобласти на основе извлеченных данных, параметрические значения параметрической карты указывают движение ткани по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами.
В соответствии с одним вариантом осуществления четвертого аспекта настоящего изобретения предлагается компьютерный продукт, содержащий инструкции компьютерной программы, которые при исполнении выполняют упомянутый выше способ.
Другие объекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными и могут быть легко поняты со ссылкой на описание, сделанное в комбинации с прилагаемыми чертежами.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение будет описано и объяснено более подробно в комбинации с вариантами осуществления и со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает два типичных сканирования, а именно, продольное сканирование и наклонное сканирование для легкого;
фиг. 2 изображает явление скольжения легкого на схематическом чертеже и ультразвуковом изображении в B-режиме;
фиг. 3 изображает ультразвуковую систему в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 изображает устройство для обнаружения скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 изображает способ обнаружения скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
каждая из фиг. 6A-6C показывает ультразвуковое изображение в B-режиме и объединенное изображение ультразвукового изображения в B-режиме с наложенной параметрической картой в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом фиг. 6A, изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует, фиг. 6B изображает случай, в котором скольжение легкого отсутствует, и фиг. 6C изображает случай, в котором скольжение легкого частично присутствует, и присутствует(?) точка легкого;
каждая из фиг. 7A-7C показывает объединенное изображение ультразвукового изображения в B-режиме и горизонтальной полосы для указания вероятности скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом фиг. 7A изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует, фиг. 7B изображает случай, в котором скольжение легкого отсутствует, и фиг. 7C изображает случай, в котором скольжение легкого частично присутствует, и присутствует точка легкого;
фиг. 8 изображает способ обнаружения плевральной линии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 9 изображает профиль интенсивности, представляющий собой значение интенсивности, усредненное по нескольким кадрам ультразвуковых данных, как функцию значений глубины, полученный в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 10 изображает плевральную линию на ультразвуковом изображении в B-режиме, обнаруженную в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 11 изображает ультразвуковое изображение в B-режиме с наложенной линией для визуализации обнаруженной плевральной линии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 12 изображает ультразвуковое изображение в B-режиме с наложенным прямоугольником для визуализации идентифицированной подобласти в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
каждая из фиг. 13A-13D показывает ультразвуковое изображение в B-режиме и индикатор для указания степени фонового движения, если степень фонового движения превышает предварительно заданный предел, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
каждая из фиг.14A-14E изображает ультразвуковое изображение в B-режиме с наложенным параметрическим изображением; и
фиг. 15 изображает ультразвуковое изображение в B-режиме и два ползунка для динамического изменения одного или нескольких параметров.
Одинаковые ссылочные позиции на фигурах обозначают сходные или соответствующие признаки и/или функциональности.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылкой на некоторые чертежи, но изобретение не ограничивается ими, а только формулой изобретения. Описанные чертежи являются лишь схематичными и неограничивающими. На чертежах размер некоторых элементов может быть преувеличен и показан не в масштабе для иллюстративных целей.
Фиг. 1 изображает два типичных сканирования, а именно продольное сканирование и наклонное сканирование для легкого (G. Luna and G. Volpocelli, 'How I do it: Lung ultrasound', Cardiovascular Ultrasound, 2014, Vol. 12:25). Обращаясь к фиг. 1, ультразвуковое обследование легких (LUS) может выполняться на всей грудной клетке путем расположения ультразвукового преобразователя как продольно, перпендикулярно ребрам, так и под наклоном вдоль межреберных промежутков, что называется продольным сканированием 110 и наклонным сканированием 120 соответственно.
Фиг. 2 изображает явление скольжения легкого на схематическом чертеже и ультразвуковом изображении в B-режиме (Philips Perera, et.al, 'Rapid ultrasound in shock: The RUSH protocol', Emergency Medicine, April 2010, Volume 2010: 12-26).
PTX представляет собой вторую по распространенности травму после перелома ребер в случае тупых и проникающих травм грудной клетки и может быть обнаружен при ультразвуковом обследовании с использованием четырех легочных признаков, включающих в себя скольжение легкого, B-линии, точку легкого и легочный пульс. Небольшие PTX как правило бессимптомны, и с ними можно безопасно справиться без использования грудного дренажа, но врачи скорой помощи должны уделять больше внимания их развитию. В случаях, в которых причиной пневмоторакса является тупая или проникающая травма, PTX любого размера следует лечить с помощью торакотомической трубки, чтобы избежать создания напряженного PTX. Большие PTX могут вызвать респираторный дистресс-синдром, а напряженные PTX могут вызвать сердечно-легочный сбой.
Скольжение легкого является динамическим горизонтальным движением плевральной линии во время дыхания в неповрежденном легком. Фиг. 2 изображает схематический чертеж легкого слева, и соответствующее ультразвуковое изображение в B-режиме справа. Обращаясь к фиг. 2, верхнее ребро 220 и нижнее ребро 230 видны ниже стенки 210 грудной клетки с верхней стороны 201 и с нижней стороны 202, а темные области видны прямо ниже ребер из-за сильного отражения от ребер и называются реберным затенением. Плевральная граница видна как эхогенная горизонтальная линия 260 (называемая плевральной линией) из-за сильного отражения на плевральной границе, расположенной приблизительно пол сантиметра после ребер 220, 230. Плевральная граница состоит из расположенных близко напротив друг друга висцеральной плевры 250 и париетальной плевры 240. В нормальном легком висцеральная плевра 250 горизонтально скользит относительно париетальной плевры 240, создавая явление, называемое скольжением легкого, с блестящим или мерцающим видом, когда пациент дышит. При пневмотораксе вышеупомянутый феномен скольжения легкого исчезнет из-за поступления воздуха в полость грудной клетки и остановки проникновения ультразвуковых волн.
Фиг. 3 изображает ультразвуковую систему в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Ультразвуковая система 300 может быть автономной ультразвуковой диагностической системой визуализации, которая может быть либо жестко закреплена, либо оборудована колесами для обеспечения перемещения. Ультразвуковая система 300 может быть совместимым, портативным устройством. Ультразвуковая система 300 может содержать ультразвуковой датчик, присоединяемый, например, через USB-интерфейс к любому подходящему портативному устройству. Портативное устройство может быть портативным компьютером, планшетом, смартфоном и т.п.
Ультразвуковая система 300 содержит блок 310 сбора ультразвуковых данных, способный получать кадры ультразвуковых данных. Блок 310 сбора может содержать массив 312 ультразвуковых преобразователей, лучеформирователь 314 и сигнальный процессор 316. Массив 312 ультразвуковых преобразователей может содержать пьезоэлектрические преобразователи, сформированные из таких материалов, как PZT или PVDF. Ультразвуковой преобразователь альтернативно может быть преобразователем CMUT. Массив 312 ультразвуковых преобразователей может содержать одно- или двумерный массив преобразователей, способных сканировать в 2D плоскости или в трех измерениях для 3D-визуализации. Массив 312 ультразвуковых преобразователей может быть секторальным, прямым, криволинейным или матричным ультразвуковым преобразователем. Массив 312 ультразвуковых преобразователей выполнен с возможностью передачи ультразвуковой энергии и приема эхо-сигналов, возвращаемых в ответ на эту передачу. Лучеформирователь 314 может быть выполнен с возможностью формирования луча эхо-сигналов для создания когерентных эхо-сигналов, таких как ультразвуковые необработанные радиочастотные данные. Сигналы с формированием луча могут передаваться сигнальному процессору 316. Сигнальный процессор 316 может обрабатывать принятые эхо-сигналы различным образом, например, с помощью полосовой фильтрации, прореживания, разделения I и Q компонентов и разделения гармонических сигналов. Сигнальный процессор 316 может получать различные ультразвуковые данные, такие как ультразвуковые радиочастотные (RF) данные, данные в B-режиме, доплеровские данные из принятых ультразвуковых эхо-сигналов. Например, он может использовать обнаружение амплитуды принятого ультразвукового сигнала для формирования изображения структур в теле, таких как ткани органов и сосудов в теле. Изображения в B-режиме структур тела могут формироваться либо в режиме гармонического изображения, либо в режиме фундаментального изображения, либо комбинации обоих, как описано в патенте США 6,283,919 (Roundhill и др.) и патенте США 6,458,083 (Jago и др.). Сигнальный процессор 316 может дополнительно располагать эхо-сигналы в пространственном взаимном расположении, в котором они были приняты, для формирования кадра ультразвуковых данных. Кадры ультразвуковых данных, полученные в различные моменты времени, могут формировать временную последовательность кадров ультразвуковых данных. Лучеформирователь 314 и сигнальный процессор 316 изображены как два блока, но специалисту в области техники будет понятно, что они являются логическими или функциональными блоками, и они могут быть реализованы в едином блоке, или каждый из них может быть реализован с помощью более чем одного отдельного блока. Так называемый ультразвуковой датчик, который должен держать лечащий персонал во время обследования, содержит по меньшей мере массив 310 ультразвуковых преобразователей и опционально может содержать часть или все функции ультразвукового блока 310 сбора.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения ультразвуковой блок 310 сбора выполнен с возможностью получения с помощью массива 312 ультразвуковых преобразователей временной последовательности кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого. Продольное сканирование 110, наклонное сканирование 120 или оба могут быть выполнены лечащим персоналом для получения ультразвуковых данных.
Ультразвуковая система 300 дополнительно содержит процессор 320 для обработки данных для обработки временной последовательности кадров ультразвуковых данных. Процессор 320 для обработки данных связан с ультразвуковым блоком 310 сбора. Кроме того, процессор 320 для обработки данных может быть дополнительно связан с устройством хранения другого устройства, таким как больничная информационная система, и выполнен с возможностью извлечения временной последовательности кадров ультразвуковых данных из устройства хранения. Процессор 320 для обработки данных выполнен с возможностью идентификации для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласти сканируемой области кадра ультразвуковых данных, при этом подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы. Процессор 320 для обработки данных дополнительно выполнен с возможностью извлечения данных подобластей из по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных и получения параметрической карты для подобласти на основе извлеченных данных. Параметрические значения параметрической карты указывают движение тканей по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами.
Ультразвуковая система 300 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 330, связанный с процессором 320 для обработки данных. Пользовательский интерфейс 330 выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого на основе полученной параметрической карты. Пользовательский интерфейс 330 может быть дополнительно выполнен с возможностью приема одного или нескольких пользовательских вводов.
Подробности получения параметрической карты, визуализации вероятности скольжения легкого, а также одного или нескольких пользовательских вводов будут описаны ниже со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5.
Фиг. 4 изображает устройство 400 для обнаружения скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 5 изображает способ 500 обнаружения скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Специалисту в области техники будет понятно, что компоненты на фиг. 4 и этапы на фиг. 5 не предназначены для ограничения настоящего изобретения, а просто показывают конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, и некоторые из них могут быть опционально опущены или изменены в различных вариантах осуществления.
Устройство 400 выполнено с возможностью обнаружения скольжения легкого на основе ультразвуковых данных, содержащих временную последовательность кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области, при этом первая представляющая интерес область включает в себя плевральную границу легкого. В некоторых вариантах осуществления устройство 400 может быть частью ультразвуковой системы, такой как процессор 320 для обработки данных ультразвуковой системы 300. В некоторых других вариантах осуществления устройство 400 может быть присоединяемым к одному или нескольким устройствам хранения для временного или постоянного хранения ультразвуковых данных, которые могут быть устройством хранения ультразвуковой системы, ультразвукового датчика, системы PACS или другой больничной информационной системы.
На этапе S510 устройство 400 выполнено с возможностью извлечения временной последовательности кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области, при этом первая представляющая интерес область включает в себя плевральную границу легкого. Устройство 400 может обнаружить скольжение легкого для временной последовательности в режиме реального времени кадров ультразвуковых данных, или оно может обнаружить скольжение легкого во время последующей обработки ранее полученной временной последовательности кадров ультразвуковых данных. Соответственно, временная последовательность кадров ультразвуковых данных может последовательно извлекаться в потоке данных, поступающих в режиме реального времени, например, покадрово, или она может извлекаться за один раз. Кадр ультразвуковых данных может быть кадром данных в B-режиме, который является наиболее широко используемым режимом ультразвуковых обследований. Кадр ультразвуковых данных также может быть другим кадром ультразвуковых данных, таким как кадр ультразвуковых радиочастотных данных или любой другой подходящий кадр ультразвуковых данных, полученный из кадра ультразвуковых радиочастотных данных.
Устройство 400 содержит идентификатор 410 подобласти. Идентификатор подобласти выполнен с возможностью идентификации на этапе S520 для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласти сканируемой области кадра ультразвуковых данных, при этом подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы. Подобласть предпочтительно имеет одинаковый размер на кадрах ультразвуковых данных для упрощения вычисления параметрической карты. В одном варианте осуществления идентифицированная подобласть является одинаковой для множества кадров ультразвуковых данных, или для всех кадров ультразвуковых данных временной последовательности. Это связано с предположением, что хотя местоположение плевральной границы может изменяться между кадрами ультразвуковых данных, такое изменение ограничено в одном и том же сканировании некоторого легкого, и, таким образом, нет необходимости обновлять местоположение подобласти каждый кадр, при условии, что размер подобласти в достаточной мере большой, чтобы допускать такое изменение. Например, подобласть сначала идентифицируется в одном из множества кадров ультразвуковых данных, например, первом кадре ультразвуковых данных, а затем та же самая подобласть применяется ко всем другим ультразвуковым кадрам множества кадров ультразвуковых данных. В другом варианте осуществления идентифицированная подобласть может индивидуально идентифицироваться для каждого из кадров ультразвуковых данных, в этом случае размер подобласти может быть установлен меньшим за счет большей сложности.
Для некоторого кадра ультразвуковых данных подобласть может идентифицироваться различным образом в различных вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления подобласть идентифицируется на основе одного или нескольких предварительно определенных параметров. Один или несколько предварительно определенных параметров могут быть установлены по умолчанию, с помощью выбора пользователя, или они могут быть получены на основе других параметров. В одном примере один или несколько предварительно определенных параметров содержат предварительно определенный диапазон глубины, и подобласть идентифицируется как часть сканируемой области в пределах предварительно определенного диапазона глубины. На основании наблюдения, что плевральная граница, как правило, находится приблизительно в 1.5-5 см вниз от верха (то есть поверхности кожи) сканируемой области, предварительно определенный диапазон глубины, может быть установленным равным, например, 0-6 или 1-6 см. На основании наблюдения, что глубина плевральной границы увеличивается с BMI (индексом массы тела) пациента, предварительно определенный диапазон глубины может настраиваться на основе BMI пациента. На основании наблюдения, что плевральная граница приблизительно на 0.5 см ниже ребер, предварительно определенный диапазон глубины может быть установлен на основании глубины ребра(ер). В одном примере один или несколько предварительно определенных параметров могут дополнительно включать в себя поперечное положение одного или нескольких ребер, присутствующих в сканируемой области, например, в случае продольного сканирования, и подобласть может быть идентифицирована как часть сканируемой области в пределах предварительно определенного диапазона в поперечном направлении для исключения тени ребра.
В некоторых других вариантах осуществления устройство 400 дополнительно содержит детектор 450 плевральной линии. Детектор 450 плевральной линии выполнен с возможностью обнаружения на этапе S560 плевральной линии по меньшей мере на одном из кадров ультразвуковых данных, а идентификатор 410 подобласти выполнен с возможностью идентификации на этапе 520 подобласти для каждого из кадров ультразвуковых данных на основе обнаруженной плевральной линии. Как только плевральная линия автоматически обнаружена на кадре ультразвуковых данных, может быть идентифицирована подобласть на этом ультразвуковом изображении как окрестности обнаруженной плевральной линии. Например, вдоль направления в глубину верхний и нижний края идентифицированной подобласти идентифицируются, соответственно, как простирающиеся выше и ниже обнаруженной плевральной линии на предварительно определенное значение глубины, такое как 0.25 см или 0.5 см. Другими словами, идентифицированная подобласть может быть полоской или узким участком фиксированного размера, которая следует обнаруженной плевральной линии. Предварительно определенное значение глубины может устанавливаться или динамически изменяться с помощью пользовательского интерфейса, и/или оно может настраиваться с помощью файла конфигурации. Например, вдоль поперечного направления левый и правый концы идентифицированной подобласти идентифицируются как тоже самое, что два конца обнаруженной плевральной линии. Плевральная линия выглядит по существу горизонтальной, но обычно это не прямая линия, и, таким образом, соответствующая подобласть выглядит как своего рода полоса, следующая обнаруженной плевральной линии. В варианте осуществления, изображенном на фиг. 6A-6C, подобласть 630 идентифицирована как полоса, окружающая обнаруженную плевральную линию 640 на 0.25 см с каждой стороны вдоль направления в глубину. Специалисту в области техники будет понятно, что поперечное направление является направлением, перпендикулярным к направлению в глубину (которое является направлением приемопередатчика ультразвукового сигнала, и которое также называется направлением диапазона), и в случае трехмерной визуализации поперечное направление может быть направлением в высоту, или азимутальным направлением, или любым направлением в плоскости, перпендикулярной к направлению в глубину. В другом примере подобласть может иметь правильную форму, такую как прямоугольник, окружающий или охватывающий обнаруженную плевральную линию.
Автоматическое обнаружение плевральной линии может быть реализовано посредством любого подходящего существующего и будущего алгоритма обнаружения. Фиг. 8 изображает способ 800 обнаружения плевральной линии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Детектор 450 плевральной линии выполнен с возможностью оценки на этапе S810 глубины плевральной границы и обнаружения на этапе S820 плевральной линии по меньшей мере на одном кадре ультразвуковых данных временной последовательности на основе оцененной глубины.
В одном варианте осуществления на этапе S810 глубина плевральной границы оценивается на основе нескольких кадров ультразвуковых данных временной последовательности. Число нескольких кадров ультразвуковых данных может быть выбрано экспериментально. В одном варианте осуществления число нескольких кадров ультразвуковых данных равно 16, хотя по желанию может использоваться больше или меньше кадров ультразвуковых данных. В частности, этап S810 оценки глубины плевральной границы содержит: подэтап получения для каждого из одного или нескольких предварительно определенных поперечных положений профиля интенсивности, представляющего собой значение интенсивности как функцию глубины, каждое значение интенсивности указывает усредненное значение ультразвуковых данных на соответствующей глубине по нескольким кадрам ультразвуковых данных временной последовательности на основе нескольких кадров ультразвуковых данных временной последовательности. Этап S810 дополнительно содержит подэтап оценки глубины плевральной границы на основе полученного профиля(ей) интенсивности. Одно или несколько предварительно определенных поперечных положений могут содержать центральное поперечное положение. Например, в случае, если сканируемая область имеет ширину 4 см, одно предварительно определенное поперечное положение находится на 2 см. Дополнительно или альтернативно одно или несколько предварительно определенных поперечных положений могут содержать два поперечных положения на предварительно определенном расстоянии от центрального поперечного положения. Например, в случае, если сканируемая область имеет ширину 4 см, предварительно определенные поперечные положения могут дополнительно содержать поперечные положения на 1 см и 2 см. Значение интенсивности на некоторой глубине может быть суммой, средним или взвешенным средним всех значений ультразвуковых данных на этой глубине в нескольких кадрах ультразвуковых данных.
Фиг. 9 изображает профиль 900 интенсивности, представляющий собой значение интенсивности, усредненное по нескольким кадрам ультразвуковых данных в B-режиме, как функцию значений глубины, полученное в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Профиль 900 интенсивности получен на основе ультразвуковых значений в центральном поперечном положении 16 кадров ультразвуковых данных. Ось x представляет собой значения D глубины в см, а ось y представляет собой значение A интенсивности, усредненное по нескольким кадрам ультразвуковых данных. Обращаясь к фиг. 9, самый высокий пик 910 виден приблизительно на 2.63 см. Соответственно, точка на глубине 2.63 см и центральное поперечное положение может использоваться в качестве начальных точек (?) поиска на этапе S820. В некоторых вариантах осуществления могут использоваться дополнительные предварительные знания для оценки глубины плевральной границы, особенно в случаях, когда на профиле интенсивности имеется несколько пиков. Например, ребро также проявляется как яркая горизонтальная линия. Предварительные знания включают в себя, но не ограничиваются только этим: глубина плевральной линии равна толщине стенки грудной клетки, которая, как правило, находится приблизительно на 2 см от поверхности для взрослых, усредненное расстояние между плевральной линией и ребром составляет приблизительно 0.5 см для взрослых, и толщина стенки грудной клетки (CWT) может быть предсказана на основании индекса массы тела, и ниже ребра имеется более низкое значение интенсивности, чем ниже плевральной линии, из-за реберного затенения и т.д.
В другом варианте осуществления на этапе S810 глубина плевральной границы оценивается на основе кадра ультразвуковых данных второй представляющей интерес области, включающей в себя плевральную границу легкого и по меньшей мере одно ребро. Такой кадр ультразвуковых данных получается при продольном сканировании, и вторая представляющая интерес область является поперечным ракурсом легкого. В случае, если временная последовательность кадров ультразвуковых данных получена в продольном сканировании, вторая представляющая интерес область может быть той же самой, что и первая представляющая интерес область, и, таким образом, кадр ультразвуковых данных, используемый для оценки глубины плевральной линии, может быть одним кадром ультразвуковых данных временной последовательности первой представляющей интерес области. В случае, если временная последовательность кадров ультразвуковых данных получена в наклонном сканировании, вторая представляющая интерес область отличается от первой представляющей интерес области, и кадр ультразвуковых данных второй области получается в дополнительном продольном сканировании. В этом случае лечащий персонал может сначала выполнить продольное сканирование для получения одного ультразвукового кадра для оценки глубины плевральной границы, а затем выполнить наклонное сканирование для получения временной последовательности ультразвуковых кадров для обнаружения скольжения легкого. В частности, этап S810 оценки глубины плевральной границы содержит: оценку глубины по меньшей мере одного ребра на основе кадра ультразвуковых данных второй области, а затем оценку глубины плевральной границы на основе оцененной глубины этого по меньшей мере одного ребра и предварительно определенного значения. Например, глубина плевральной границы оценена находящейся на 0.5 см ниже оцененной глубины по меньшей мере одного ребра.
Фиг. 10 изображает на ультразвуковом изображении 1000 в B-режиме плевральную линию, обнаруженную на основе обнаруженных положений ребер, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Обращаясь к фиг. 10, ось x представляет собой ширину сканируемой области, ось y представляет собой глубину сканируемой области, а уровень яркости представляет собой значение изображения. Два ребра 1010 обнаружены находящимися на глубине приблизительно 1.65 см и в диапазоне ширин 0-0.5 см и 3.15-4 см, и местоположение плевральной линии оценено находящимся на глубине 2.4-2.65 см.
Когда оцененная глубина плевральной границы доступна, плевральная линия по меньшей мере в одном кадре ультразвуковых данных может быть обнаружена с помощью любых подходящих алгоритмов обнаружения. В частности, оцененная глубина плевральной границы используется в качестве начальной точки поиска, и плевральная линия ищется в местах, окружающих оцененную глубину плевральной границы, что уменьшает сложность и увеличивает надежность. Например, начиная с начальной точки поиска, алгоритм обнаружения ищет соседние точки плевральной линии и продолжает наращивать обнаруженную плевральную линию вдоль поперечных направлений.
В одном варианте осуществления плевральная линия может быть обнаружена в каждом кадре ультразвуковых данных путем использования глубины плевральной границы, оцененной на этапе S810, в качестве начальной точки поиска. В другом варианте осуществления, когда плевральная линия обнаружена на одном кадре ультразвуковых данных, плевральная линия на кадре ультразвуковых данных, смежном с этим кадром ультразвуковых данных, обнаруживается на основе обнаруженной плевральной линии. Это работает в соответствии с предположением, что в местоположении плевральной линии между смежными ультразвуковыми кадрами изменений имеется меньше.
Обращаясь к фиг. 4 и фиг. 5, устройство 400 дополнительно содержит детектор 420 скольжения легкого. Детектор 420 скольжения легкого выполнен с возможностью извлечения на этапе S530 данных подобластей по меньшей мере из двух кадров ультразвуковых данных временной последовательности и получения на этапе S540 параметрической карты для подобласти на основе этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных, при этом параметрические значения параметрической карты указывают степень движения ткани по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами. Число по меньшей мере двух ультразвуковых кадров может быть выбрано экспериментально. Например, число по меньшей мере двух ультразвуковых кадров равно 16. Параметрическая карта может получаться каждый кадр или каждое предварительно определенное число кадров. Полагая, что число по меньшей мере двух ультразвуковых кадров равно N, в случае если числа параметрической карты обновляются каждый кадр, параметрическая карта получается из текущего кадра и предыдущих N-1 кадров.
В некоторых вариантах осуществления параметрическое значение может быть получено путем оценки вектора движения путем выполнения блочной корреляции, или нормализованной взаимной корреляции, или путем вычисления векторов оптического потока. Из-за движения ткани одна и та же точка ткани может появляться в различных местоположениях пикселей на различных кадрах ультразвуковых данных. Расстояние, на которое перемещается одна и та же точка ткани, может использоваться для представления степени движения ткани. Вышеупомянутые алгоритмы предназначены для определения движения отдельных точек ткани для оценки степени движения ткани.
В некоторых других вариантах осуществления предлагается измерять однопиксельное изменение интенсивности с течением времени, вызванное движением ткани, вместо оценки вектора движения для движения ткани. В частности, параметрическое значение для местоположения пикселя в сканируемой области указывает и, например, пропорционально величине изменения значений ультразвуковых данных местоположения пикселя между этими по меньшей мере двумя кадрами ультразвуковых данных, вызванного движением ткани. Такое однопиксельное изменение интенсивности может быть получено с использованием различных способов, в том числе, но не ограничиваясь только этим, попиксельной корреляции, алгоритма FFT, дифференцирования и т.д.
Обращаясь к фиг. 4 и фиг. 5, устройство 400 дополнительно содержит пользовательский интерфейс 430. Пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью визуализации на этапе S550 вероятности скольжения легкого на основе полученной параметрической карты. Пользовательский интерфейс 430 может быть дополнительно выполнен с возможностью опциональной визуализации обнаруженной плевральной линии. В некоторых вариантах осуществления обнаруженная плевральная линия отображается как линия, которая изображает обнаруженную плевральную линию, наложенную на изображение по меньшей мере подобласти. Линия может иметь любой подходящий формат, например, быть сплошной, пунктирной или цветной линией. Например, линия может быть окрашена в белый цвет, темно-красный цвет или цвет, выбранный пользователем. Пользовательский интерфейс 430 дополнительно может быть выполнен с возможностью опциональной визуализации идентифицированной подобласти. В некоторых вариантах осуществления идентифицированная подобласть отображается как прямоугольник, который изображает идентифицированную подобласть.
Визуализация вероятности скольжения легкого может быть реализована различным образом.
В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого путем представления полученной параметрической карты в форме параметрического изображения с наложенным изображением по меньшей мере подобласти. Изображение по меньшей мере подобласти может генерироваться на основе по меньшей мере одного из кадров ультразвуковых данных последовательности. Параметрическое изображение может иметь цветовое кодирование или полутоновое кодирование. Изображение по меньшей мере подобласти может быть ультразвуковым изображением в B-режиме сканируемой области. Изображение по меньшей мере подобласти также может быть ультразвуковым изображением в B-режиме части сканируемой области, которая содержит подобласть. Наложенное изображение по меньшей мере подобласти может генерироваться на основе одного из по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных, используемых для получения параметрической карты, например, самый последний кадр из этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных.
Каждая из фиг. 6A-6C изображает ультразвуковое изображение 610 в B-режиме и объединенное изображение 620 ультразвукового изображения 610 в B-режиме с наложенным параметрическим изображением 630 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом фиг. 6A изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует, фиг. 6B изображает случай, в котором скольжение легкого отсутствует, и фиг. 6C изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует частично. На каждой из фиг.6A-6C ось x представляет собой ширину сканируемой области, ось y представляет собой глубину сканируемой области, а уровень яркости представляет собой значение изображения в B-режиме или параметрического изображения, при этом более высокое параметрическое значение представлено большим уровнем яркости. Альтернативно, изображение 610 в B-режиме может иметь полутоновое кодирование, а параметрическое изображение 630 может иметь цветовое кодирование. Кроме того, обнаруженная плевральная линия 640 изображена как черная сплошная линия.
Обращаясь к фиг. 6A, подобласть, в особенности часть подобласти ниже обнаруженной плевральной линии, выглядит относительно более яркой, что соответствует более высоким параметрическим значениям. Так как более высокие параметрические значения указывают более высокую степень движения ткани, это также указывает на наличие скольжения легкого. Обращаясь к фиг. 6B, подобласть выглядит относительно темной, что соответствует более низким параметрическим значениям, и, таким образом, указывает на отсутствие скольжения легкого. Что касается фиг. 6C, параметрическое изображение подобласти изменяется с темного на яркое при ширине приблизительно 2 см, что указывает на то, что скольжение легкого отсутствует в диапазоне ширины от 0 до 2 см, скольжение легкого присутствует в диапазоне ширины 2-4 см, и точка легкого присутствует на ширине приблизительно 2 см.
В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого путем представления профиля скольжения в формате полосы, наложенной или рядом с изображением по меньшей мере подобласти. В частности, детектор 420 скольжения легкого дополнительно выполнен с возможностью получения на основе параметрической карты профиля скольжения. Профиль скольжения представляет собой значения скольжения как функцию поперечных положений плевральной границы, при этом каждое значение скольжения для поперечного положения указывает вероятность скольжения легкого в поперечном положении; и пользовательский интерфейс 430 дополнительно выполнен с возможностью представления полученного профиля скольжения. В одном варианте осуществления значение скольжения для конкретного поперечного положения получается как указание усредненного параметрического значения для этого конкретного поперечного положения по направлению глубины. Например, значение скольжения может быть суммой, средним или взвешенным средним параметрических значений на всех глубинах в том конкретном поперечном положении.
Каждая из фиг. 7A-7C изображает объединенное изображение ультразвукового изображения 710 в B-режиме и горизонтальной полосы 720 для указания вероятности скольжения легкого в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом фиг. 7A изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует, фиг. 7B изображает случай, в котором скольжение легкого отсутствует, и фиг. 7C изображает случай, в котором скольжение легкого присутствует частично.
Обращаясь к изображению 710 в B-режиме, изображенному на каждой из фиг. 7A-7C, ось x представляет собой ширину сканируемой области, ось y представляет собой глубину сканируемой области, а уровень яркости представляет собой значение изображения в B-режиме. Что касается горизонтальной полосы 720, значения скольжения имеют полутоновое кодирование, при этом более высокое значение скольжения кодируется как более высокий уровень яркости. Горизонтальная полоса представляет собой значения скольжения как функцию поперечных положений, и она выровнена с изображением в B-режиме по поперечным положениям, а именно, ширине на фиг. 7A-7C. Вместо полутонового кодирования горизонтальная полоса 720 может иметь цветовое кодирование.
Обращаясь к фиг. 7A, на горизонтальной полосе 720 доминируют значения с большей яркостью, что соответствует более высоким значениям скольжения. Так как более высокие значения скольжения указывают более высокую степень движения ткани, это также указывает наличие скольжения легкого. Что касается фиг. 7B, горизонтальная полоса 720 выглядит темной на всех поперечных положениях и, таким образом, указывает отсутствие скольжения легкого. Что касается фиг. 7C, горизонтальная полоса изменяется от темной к яркой на ширине приблизительно 2 см, что указывает, что скольжение легкого отсутствует в диапазоне ширины от 0 до 2 см, скольжение легкого присутствует в диапазоне ширины от 2 до 4 см, и точка легкого присутствует на ширине приблизительно 2 см.
В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью визуализации вероятности скольжения легкого путем представления значения, указывающего процент наличия скольжения легкого. Теоретически, процент равен 100% в случае полного наличия скольжения легкого в сканируемой области, процент равен 0% в случае отсутствия скольжения легкого в сканируемой области, и процент находится между 0%-100% в случае частичного скольжения легкого, где может присутствовать точка легкого. В частности, детектор 420 скольжения легкого выполнен с возможностью получения значения для указания процента наличия скольжения легкого вдоль поперечного направления на основе параметрической карты или профиля скольжения. В одном варианте осуществления значение получается путем сравнения значений скольжения с предварительно определенным порогом. Например, значение получается равным проценту значений скольжения, которые больше предварительно определенного порога.
Пользовательский интерфейс 430 может быть дополнительно выполнен с возможностью приема на этапе S570 одного или нескольких пользовательских вводов.
В одном варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для указания модификации схемы полутонового кодирования или цветового кодирования, используемой для визуализации параметрической карты или профиля скольжения, и модификации визуализации на основе принятого пользовательского ввода.
В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для указания модификации идентифицированной подобласти, и идентификатор 410 подобласти выполнен с возможностью изменения идентифицированной подобласти на основе принятого пользовательского ввода. В одном примере пользовательский интерфейс 430 является сенсорным экраном, и пользовательский ввод содержит операцию с помощью пальца над соответствующей областью сенсорного экрана, где представлена параметрическая карта или идентифицированная подобласть.
В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для запуска способа 500 обнаружения скольжения легкого. На пользовательском интерфейсе 430 может быть обеспечена кнопка или меню, и эта кнопка или меню будет инициировать приложение автоматического выделения ультразвуковых признаков легкого, такое как способ 500 обнаружения скольжения легкого.
В другом варианте осуществления пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью приема пользовательского ввода для задания и/или изменения одного или нескольких параметров, используемых в способе 500. Такое задание или изменение может выполняться перед выполнением способа 500, или оно может выполняться «на лету» во время выполнения способа 500. В некоторых вариантах осуществления один или несколько параметров содержат параметры, используемые при идентификации подобласти, такие как предварительно определенное значение глубины, или параметры, используемые при обнаружении плевральной линии, такие как число нескольких ультразвуковых кадров для оценки глубины плевральной границы, или параметры, используемые при определении фонового движения, такие как предварительно определенный предел и т.п. В некоторых вариантах осуществления в пользовательском интерфейсе 430 могут быть обеспечены различные средства пользовательского ввода, таких как ползунки, текстовые поля ввода, выбираемые списки и т.п. для приема других пользовательских вводов.
Дополнительно или альтернативно один или несколько параметров могут задаваться на основе конфигурационного файла.
Обращаясь далее к фиг. 4 и фиг. 5, устройство 400 может дополнительно содержать детектор 440 фонового движения, связанный с детектором 420 скольжения легкого и/или пользовательским интерфейсом 430. На этапе S580 детектор 440 фонового движения выполнен с возможностью обнаружения степени фонового движения и определения, превышает ли степень фонового движения предварительно определенный порог. Затем пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью представления полученной параметрической карты только в том случае, если степень фонового движения не превышает предварительно определенный порог. Дополнительно или альтернативно пользовательский интерфейс 430 выполнен с возможностью представления индикатора для указания степени фонового движения, если степень фонового движения превышает предварительно определенный порог. Опционально детектор 420 скольжения легкого может быть выполнен с возможностью получения параметрической карты только в том случае, если степень фонового движения не превышает предварительно определенный порог. В одном варианте осуществления степень фонового движения определяется на основе полученной параметрической карты. Фоновое движение может быть определено другим образом, например, посредством любого алгоритма обнаружения движения или дополнительного сенсора, оборудованного на датчике и т.д. Предпочтительно, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения степень фонового движения определяется количественно как среднее параметрических значений выше плевральной линии.
Фиг. 11 изображает ультразвуковое изображение 1100 в B-режиме с наложенной линией 1115 для визуализации обнаруженной плевральной линии в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 11 линия 1115 изображает обнаруженную плевральную линию, она окрашена в белый цвет. Альтернативно, линия 1115 может быть окрашена в любой другой подходящий цвет. Опционально, цвет линии 1115 выбирается пользователем. На фиг. 11 столбец 1110 представляет собой шкалу полутонов ультразвукового изображения 1100 в B-режиме. Столбец 1110 опционально представляется пользовательским интерфейсом.
Фиг. 12 изображает ультразвуковое изображение 1200 в B-режиме с наложенным прямоугольником 1220 для визуализации идентифицированной подобласти в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Столбец 1210 представляет собой шкалу полутонов ультразвукового изображения 1200 в B-режиме. Столбец 1210 опционально представляется пользовательским интерфейсом. Прямоугольник 1220 используется для указания идентифицированной подобласти. В случае, если сама идентифицированная подобласть имеет прямоугольную форму, прямоугольник 1220 изображает идентифицированную подобласть. В случае, если идентифицированная подобласть имеет не прямоугольную форму, прямоугольник 1220 может охватывать идентифицированную подобласть. В одном примере верхний и нижний края прямоугольника 1220 соответствуют самой верхней точке и самой нижней точке идентифицированной подобласти, соответственно. В другом примере верхний край прямоугольника 1220 установлен на приблизительно 0.5 см или любом подходящем предварительно определенном значении выше самой высокой точки обнаруженной плевральной линии, а нижний край прямоугольника 1220 установлен на приблизительно 0.5 см или любом подходящее предварительно определенном значении ниже самой нижней точки плевральной линии. Края прямоугольника 1220 могут быть представлены в различной форме. Как изображено на фиг. 12, края прямоугольника 1220 являются сплошными линиями, окрашенными в белый цвет. Альтернативно, края прямоугольника 1220 могут быть окрашены в другие цвета, такие как красный цвет, или края прямоугольника 1220 могут быть точечной пунктирной или пунктирной линией вместо сплошной линии.
Каждая из фиг. 13A-13D показывает ультразвуковое изображение 1300 в B-режиме и индикатор для указания степени фонового движения, если степень фонового движения превышает предварительно определенный порог, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления индикатор может быть изменением цвета или изменением формата прямоугольника 1320 для указания идентифицированной подобласти. Как изображено на фиг. 13A, края прямоугольника 1320 изменяются с некоторого цвета на другой цвет, например, с белого цвета на красный цвет для указания сильного фонового движения. Как изображено на фиг. 13B, края прямоугольника 1320 изменяются со сплошной линии на пунктирную линию или линию точечного пунктира в цвете для указания сильного фонового движения. Альтернативно, может быть установлено, чтобы прямоугольник 1320 мигал, если обнаруженное фоновое движение является сильным, например, выше определенного порога. Как изображено на фиг. 13C, в качестве индикатора может использоваться мигающее пятно 1330. Например, мигающее красное пятно 1330 указывает сильное фоновое движение, а немигающее зеленое пятно 1330 указывает отсутствие фонового движения. Альтернативно или дополнительно могут отображаться одна или несколько текстовых линии в любом подходящем местоположении для указания сильного фонового движения. Как изображено на фиг. 13D, текстовая линия 1340 «недостаточное качество данных» отображается рядом с нижней стороной ультразвукового изображения 1300 в B-режиме.
Каждая из фиг. 14A-14E показывает ультразвуковое изображение 1400 в B-режиме с наложенным параметрическим изображением 1450 для визуализации скольжения легкого. Опционально показан столбец 1410, он представляет собой схему кодирования параметрического изображения 1450. Как изображено на фиг. 14A и фиг. 14B, к столбцу 1410 может быть добавлен текст 1412, 1414 для указания соответствия между полутонами и вероятностью скольжения легкого. Например, текст 1412 «скольжение присутствует» на яркой стороне панели и текст 1414 «скольжение отсутствует» на темной стороне показывает, что вероятность скольжения легкого представлена яркостью, и, в частности, более яркий пиксель параметрического изображения указывает более высокую вероятность наличия скольжения. В некоторых других вариантах осуществления используется красный цвет для указания отсутствия скольжения легкого, а синий цвет используется для указания наличия скольжения легкого, или наоборот. На фиг. 14A параметрическое изображение 1450 имеет такой же размер, что и прямоугольник 1420 для визуализации идентифицированной подобласти. На фиг. 14B параметрическое изображение 1450 имеет форму полосы, охватывающей плевральную линию 1415, при этом полоса следует направлению плевральной линии 1415 и имеет фиксированный размер выше и ниже плевральной линии 1415. На каждой из фиг. 14C - фиг. 14E параметрическое изображение 1450 имеет форму полосы ниже плевральной линии 1415, и полоса следует направлению плевральной линии и имеет фиксированный размер ниже плевральной линии 1415. Фиг. 14C изображает нормальный случай, в котором скольжение легкого присутствует. Фиг. 14D изображает случай одной точки легкого, где скольжение легкого частично присутствует, и имеется одна точка 1460 легкого, и, в частности, скольжение легкого отсутствует слева от точки 1460 легкого, и скольжение легкого присутствует справа от точки 1460 легкого. Фиг. 14E изображает случай двойной точки легкого, где скольжение легкого частично присутствует, и имеется две точки 1460 легкого. Фиг. 15 изображает ультразвуковое изображение 1500 в B-режиме и два ползунка 1570 для динамического изменения одного или нескольких параметров. Как изображено на фиг. 15, эти два ползунка 1570 отображаются под изображением 1500 в B-режиме. Один ползунок используется для настройки предварительно определенного порога для определения фонового движения, а другой ползунок используется для настройки предварительно определенного порога для определения наличия скольжения легкого. На фиг. 15 также отображаются прямоугольник 1520 для визуализации идентифицированной подобласти, линия 1515 для визуализации обнаруженной плевральной линии и параметрическое изображение 1550.
Процессы методик, описанных в настоящем описании, могут быть реализованы с помощью различных средств. Например, эти методики могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, программном обеспечении или их комбинации. При аппаратной реализации блоки обработки могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых сигнальных процессорах (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных блоках, спроектированных выполнять функции, описанные в настоящем описании, или их комбинации. С использованием программного обеспечения реализация может быть осуществлена с помощью модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют функции, описанные в настоящем описании. Программные коды могут храниться в блоке памяти и исполняться процессорами.
Кроме того, аспекты заявленного предмета изобретения могут быть реализованы как способ, устройство, система или изделие с использованием стандартных методик программирования и/или инженерных технологий для создания программного обеспечения, микропрограммного обеспечения, аппаратного обеспечения или любой их комбинации для управления компьютером или вычислительными компонентами для реализации различных аспектов заявленного предмета изобретения. Термин «изделие» в настоящем описании подразумевает компьютерную программу, доступную из любого машиночитаемого устройства, несущей или среды. Например, машиночитаемые среды могут включать в себя, но не ограничиваются только этим, магнитные запоминающие устройства (например, жесткий диск, гибкий диск, магнитную ленту …), оптические диски (например, компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD) …), смарт-карты и устройства флэш-памяти (например, карты, накопители …). Конечно, специалистам в области техники будет понятно, что в этой конфигурации может быть сделано множество модификаций, не отступая от объема или сущности описанного в настоящем описании.
В этой заявке термины «лучеформирователь», «процессор», такой как «сигнальный процессор», «процессор для обработки данных», «идентификатор», «детектор», такой как «детектор скольжения легкого», «детектор фонового движения», «детектор плевральной линии» и «устройство оценки» относятся к процессору или связанному с компьютером объекту, либо аппаратному обеспечению, комбинации аппаратного и программного обеспечения, программному обеспечению, либо программному обеспечению в процессе исполнения. Например, компонент может быть, но не ограничивается только этим, процессом, исполняющимся на процессоре, процессором, объектом, исполнимой программой, потоком исполнения, программой и/или компьютером. В качестве иллюстрации как приложение, запущенное на сервере, так и сервер могут быть компонентом. Один или несколько компонентов могут находиться внутри процесса и/или потока исполнения, и компонент может быть локализован на одном компьютере и/или распределен между двумя или более компьютерами.
То, что было описано выше, включает в себя примеры одного или нескольких вариантов осуществления. Конечно невозможно описать каждую мыслимую комбинацию компонентов или методологий с целью описания вышеупомянутых вариантов осуществления, но специалисту в области техники будет понятно, что возможно множество дополнительных комбинаций и сочетаний различных вариантов осуществления. Соответственно, предполагается, что описанные варианты осуществления охватывают все такие изменения, модификации и вариации, которые находятся в рамках сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, в тех случаях, когда термин «включает в себя» используется в подробном описании или в формуле изобретения, предполагается, что этот термин является включающим, аналогично термину «содержащий», поскольку «содержащий» при использовании в формуле изобретения интерпретируется как переходное слово.
Реферат
Группа изобретений относится к медицине и представляет собой ультразвуковую систему и способ обнаружения скольжения легкого на основе временной последовательности кадров ультразвуковых данных первой представляющей интерес области. Первая представляющая интерес область включает в себя плевральную границу легкого. Идентификатор (410) подобласти выполнен с возможностью идентификации для каждого из кадров ультразвуковых данных подобласти сканируемой области кадра ультразвуковых данных, подобласть содержит по меньшей мере часть плевральной границы; детектор (420) скольжения легкого выполнен с возможностью получения параметрической карты для подобласти на основе по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных временной последовательности, параметрические значения параметрической карты указывают степень движения ткани по меньшей мере между двумя ультразвуковыми кадрами; при этом детектор скольжения легкого дополнительно выполнен с возможностью извлечения данных подобластей из этих по меньшей мере двух кадров ультразвуковых данных и получения параметрической карты на основе извлеченных данных. Применение данной группы изобретений позволит получать и представлять количественную и/или качественную информацию для обеспечения понимания и/или интерпретации ультразвуковых данных из области легких. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 15 ил.
Формула
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Ультразвуковая визуализация волн сдвига с формированием сфокусированных пучков сканирующих линий
