[发明专利]对活动的子体积进行三维超声扫描

说明书

本发明涉及超声诊断成像，特别涉及扫描对象的三维(3D)区域的活动图像的子体积。

活动的实时3D成像成为商业上可应用的已有若干年。活动的3D成像，要比标准2D成像更加存在着图像质量与帧速率之间的取舍。为了良好的质量，希望在整个图像场上发送和接收大量良好地聚焦的扫描线。对于高的实时帧速率(这在对诸如心脏那样的活动对象成像时是特别有用的)，则希望在短的时间段内发送和接收图像的所有的扫描线。然而，扫描线的发送和接收受到声音速度是1540m/s的物理定律的限制。因此，取决于图像的深度(这确定了在等待图像全部深度内回波返回所需要的时间)，发送和接收图像的所有的扫描线需要一个确定的时间量，这会导致显示的帧速率变为低得无法接受。这个问题的解决方案是减小扫描线的数目和提高多线接收的程度。这将增加帧速率，但可能要以图像质量的恶化为代价。在3D成像中，问题甚至更尖锐，因为为了全部扫描体积区域，可能需要成百或数千条扫描线。另一个解决方案是使扫描的空间的体积变窄，以减小扫描线的数目，这也将增加帧速率。但这会不希望地只提供超声检查对象很小一部分组织的视图。

如前所述，这个进退两难的境地在为诸如跳动的心脏那样的活动对象成像时表现得最明显。对于心脏的3D成像的进退两难的问题的一种创造性的解决方案在美国专利5993390中描述。在这个专利中采用的方法是把心跳周期划分成12个位相。在十二分之一心跳周期期间被扫描的心脏的区域产生基本上静止(非模糊)的图像。该专利的发明人确定，九个这样的区域包括了典型的心脏的全部体积。因此，通过扫描心脏以得到在心跳周期的12个位相的每个位相期间的这九个子体积中的一个子体积。在这九个心跳的周期内，根据心跳周期的12个位相的每个位相的子体积分片合起来成为心脏的一个完整的3D图像。当完整的图像按位相接连地被实时显示时，给观众呈现的是心脏的实时图像。然而，这是一个重放的图像，而不是心脏的当前活动的图像。因此，希望能够对一个足以包括心脏的体积区域来进行当前活动的3D成像。

按照本发明的原理，将实时地获取心脏的当前活动的子体积。这些子体积可以在最大的体积区域内被操控，而同时超声探头在选定的声音窗口内保持为静止的。这使得用户能够找到用于观看最大体积区域的最好的声学区域，然后通过在该区域内操控活动的3D子体积而审查该区域。在一个实施例中，子体积是在预定的增量的位置上可操控的。在另一个实施例中，子体积对最大体积区域是连续地可操控的。第一显示实施例是结合使得用户能够直观地感知子体积的位置上同时发生的3D和2D图像而描述的。另一个显示实施例是使得用户能够选择多个想要的观看取向而描述的。

在图上：

图1显示按照本发明的原理构建的超声诊断成像系统。

图2以框图形式显示按照本发明的原理构建的超声诊断成像系统的结构。

图3以框图形式显示在本发明的一个实施例中的3D探头和波束成形器的主要的单元。

图4显示可以由二维矩阵换能器进行扫描的体积区域。

图5以顶端视图显示包括心脏的体积区域。

图6显示把图4和5的体积区域划分成三个子体积。

图7显示图6的子体积的立面图。

图8a-8c是图6的三个子体积的超声图像。

图9a-9c显示被用来扫描图8a-8c的三个子体积的波束平面倾斜度。

图10显示在获取图8a-8c的三个子体积使用的多线接收。

图11-22是按照本发明的、以不同的取向的二维和三维图像的屏幕照相；和

图11a-22a显示可以通过图11-22的图像取向得到的心脏图。

图23是显示用于连续地操控遍及最大体积区域中的子体积的控制序列的框图。

图24显示通过连续操控而重新定位的子体积。

首先参照图1，图上显示按照本发明的原理构建的超声系统。超声系统包括主机架或机架60，包含系统的大多数电子电路。机架60安装有轮子，以便于移动。图像显示器62被安装在机架60上。不同的成像探头可以插入到机架60的三个连接头64中。机架60包括具有键盘和控制装置的控制面板，总体上用标号66表示，声谱仪操作员通过它们操纵超声系统，并输入有关病人或正在进行的检查的类型的信息。在控制面板66的背面是触摸屏显示器68，在其上显示可编程软键，用于进行如下面描述的特定的控制功能。声谱仪操作员只要触摸显示器上的软键的图像就可选择在触摸屏显示器68上的软键。在触摸屏显示器的底部是一行按钮，它们的功能按照在触摸屏上紧接在每个按钮上方的软键标签而变化。