用于自動(dòng)化心搏識(shí)別的超聲系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]超聲非常適于胎兒成像，因?yàn)槠鋱?zhí)行非侵入性成像，而不會(huì)將母親或胎兒暴露于電離輻射。很多胎兒檢查的目的是評(píng)估胎兒解剖結(jié)構(gòu)的發(fā)育以判斷胎兒是否發(fā)育正常。由于這些年來超聲圖像質(zhì)量得到改善，因此更多解剖結(jié)構(gòu)的區(qū)域能夠被更詳細(xì)地可視化，以進(jìn)行發(fā)育評(píng)估。因此，隨著對(duì)要被評(píng)估的解剖結(jié)構(gòu)要求增加，胎兒超聲檢查已經(jīng)變得更加全面。被仔細(xì)檢查的解剖結(jié)構(gòu)的一個(gè)區(qū)域是發(fā)育中的胎兒心臟。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲系統(tǒng)能夠被用于檢測(cè)大約妊娠五周內(nèi)的胎兒心搏。此時(shí)，正常胎兒心率類似于母親的心率，例如，大約每分鐘80-85次。在下一個(gè)月中，心率將穩(wěn)定地每天增加大約每分鐘三次。在進(jìn)一步發(fā)育之后，健康的胎兒心率能夠在120到200次每分鐘(BPM)范圍內(nèi)。因此，如果胎兒心搏不在可接受值域內(nèi)，則能夠使用超聲檢查來確定是否有流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在懷孕6-8周時(shí)，胎兒心率與流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系表明，如果胎兒心率低于每分鐘七十次，流產(chǎn)的可能性為百分之百。隨著測(cè)得的心率增大，流產(chǎn)的可能性線性降低，例如，如果心率低于每分鐘九十次，流產(chǎn)的可能性仍然很高，大約為百分之八十六的流產(chǎn)可能。
[0003]近年來，心臟的流出道已成為檢測(cè)和測(cè)量胎兒心率的關(guān)注焦點(diǎn)。然而，可能難以在有用的測(cè)量時(shí)間段內(nèi)對(duì)胎兒心臟的心臟流出道進(jìn)行成像和檢測(cè)。針對(duì)此的一個(gè)原因是這種胎兒解剖結(jié)構(gòu)的尺寸很小。另一個(gè)原因是希望不僅僅簡(jiǎn)單查看解剖結(jié)構(gòu)，而且查看整個(gè)胎兒心臟周期內(nèi)通過流出道的流動(dòng)特性動(dòng)態(tài)。另一個(gè)原因是流出道在胎兒生長(zhǎng)時(shí)經(jīng)歷相當(dāng)大的發(fā)育，因此根據(jù)胎兒月齡會(huì)具有變化的外觀和復(fù)雜性。因此，難以在超聲顯示器上識(shí)別流出道，可能更難在適當(dāng)取向上采集圖像，以充分檢測(cè)和/或測(cè)量胎兒心搏。
[0004]另一個(gè)問題是胎兒頻繁活動(dòng)，并且在數(shù)據(jù)采集所需的時(shí)間期間可能不會(huì)保持靜止。在胎兒活動(dòng)時(shí)，期望的圖像數(shù)據(jù)相對(duì)于探頭的取向?qū)?huì)變化，并且胎兒心臟可能會(huì)完全離開視場(chǎng)，導(dǎo)致所采集的數(shù)據(jù)集中沒有期望的解剖結(jié)構(gòu)。而且，采集期間的胎動(dòng)會(huì)限制胎兒心臟周期的測(cè)量的精確度。此外，還可能難以將胎兒心率與母親的心率和/或其他有節(jié)律的背景偽影區(qū)分開。
[0005]因此，需要一種用于臨床醫(yī)生的改進(jìn)系統(tǒng)和工作流程，使得超聲系統(tǒng)更容易使用并使得識(shí)別胎兒心搏和測(cè)量胎兒心率更精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)，并且具體而言，涉及用于識(shí)別胎兒心搏和相關(guān)聯(lián)心率的超聲診斷成像系統(tǒng)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的原理，一種診斷超聲系統(tǒng)具有工作流程和控件，所述控件便于識(shí)別心搏(例如，胎兒心搏)和相關(guān)聯(lián)的心率。該工作流程使得臨床醫(yī)生能夠在胎極和/或胎兒心臟附近設(shè)置感興趣區(qū)域(ROI)，然后識(shí)別胎兒心搏和/或采集胎兒心率。使所述超聲系統(tǒng)自動(dòng)反復(fù)掃描與感興趣區(qū)域相關(guān)聯(lián)的不同取向的M模式線。所述超聲系統(tǒng)能夠識(shí)別胎兒心搏并且根據(jù)沿M模式線中的至少一個(gè)接收的回波信號(hào)來估計(jì)胎兒心率。也能夠?qū)碜訫模式線的回波信號(hào)進(jìn)行排序，例如，以識(shí)別最可能指示回波數(shù)據(jù)中的心搏的M模式掃描。
【附圖說明】
[0008]在附圖中:
[0009]圖1以方框圖形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的超聲診斷成像系統(tǒng)。
[0010]圖2圖示了用于識(shí)別和測(cè)量胎兒心率的根據(jù)本發(fā)明的工作流程。
[0011]圖3圖示了心肌的運(yùn)動(dòng)的M模式圖像。
[0012]圖4圖示了本發(fā)明的實(shí)施方式的顯示器，用于識(shí)別圖像中包括胎兒心臟的ROI并疊加空間上不同的M模式線，以識(shí)別和測(cè)量胎兒心率。
[0013]圖5圖示了用于自動(dòng)識(shí)別胎兒心搏和測(cè)量胎兒心率的技術(shù)。
[0014]圖6A圖示了用于自動(dòng)識(shí)別胎兒心搏和測(cè)量胎兒心率的另一種技術(shù)。
[0015]圖6B圖示了用于通過合成來自B模式回波信號(hào)的M線數(shù)據(jù)來測(cè)量胎兒心搏信號(hào)的技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明提供了用于識(shí)別心搏(例如，胎兒心搏)和相關(guān)聯(lián)心率的系統(tǒng)和方法。例如，所述系統(tǒng)和方法被能夠用于減少聲譜儀操作員的掃描時(shí)間，提高診斷置信度并簡(jiǎn)化用于掃描孕產(chǎn)婦患者的工作流程。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種用于識(shí)別胎極或心臟和/或相關(guān)聯(lián)心率的超聲成像系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)包括超聲探頭。能夠使用多種探頭，并能夠包括陣列換能器。該系統(tǒng)還包括處理來自探頭的回波數(shù)據(jù)的圖像處理器。回波數(shù)據(jù)能夠包括由多個(gè)成像模式(例如B模式或M模圖像采集式)獲得的回波信號(hào)。該系統(tǒng)還能夠發(fā)射回波數(shù)據(jù)和/或顯示來自探頭的回波數(shù)據(jù)以供查看。系統(tǒng)中的圖像顯示器被耦合到圖像處理器，并適于顯示包括胎兒心臟的超聲圖像。系統(tǒng)中的圖形發(fā)生器對(duì)識(shí)別超聲圖像中的ROI的用戶控制做出響應(yīng)。例如，能夠使用ROI圖標(biāo)在超聲圖像中的胎極或胎兒心臟附近識(shí)別R0I。系統(tǒng)中的用戶控件還適于發(fā)起生成與感興趣區(qū)域相關(guān)聯(lián)的空間上不同的M模式線。在一個(gè)范例中，能夠通過用戶操控圖形圖標(biāo)在超聲圖像中識(shí)別ROI，并可以與ROI相關(guān)地顯示空間上不同的M模式線(例如，兩個(gè)到五十個(gè)之間M模式線位置)。該系統(tǒng)反復(fù)從空間上不同的M模式線的一些或全部采集回波數(shù)據(jù)(例如，M模式和/或B模式回波信號(hào))?；夭〝?shù)據(jù)被系統(tǒng)分析或發(fā)射，以進(jìn)行分析，以識(shí)別在從M模式線位置中的至少一個(gè)采集的M模式圖像中是否可以辨別出胎兒心搏。對(duì)應(yīng)于每個(gè)空間不同M模式線的在時(shí)域采集的回波數(shù)據(jù)中的一些、一個(gè)或沒有任一個(gè)可以呈現(xiàn)出指示胎兒心搏的回波信號(hào)。此外，能夠基于在記錄胎兒心搏的M模式線的回波數(shù)據(jù)中測(cè)得的胎兒心率對(duì)采集到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。在一些實(shí)施例中，能夠識(shí)別母親的心搏和/或心率替代或補(bǔ)充胎兒心搏。
[0018]參考圖1，以方框圖形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的超聲系統(tǒng)10。該超聲系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)來配置，即，前端采集子系統(tǒng)1A和顯示子系統(tǒng)10B。超聲探頭被耦合到采集子系統(tǒng)，其包括二維矩陣陣列換能器70和微射束形成器72。也能夠使用線性或曲線陣列換能器。在一些實(shí)施例中，矩陣陣列的僅一個(gè)平面將被用于M模式或B模式圖像采集。微射束形成器包含電路，所述電路控制被施加到陣列換能器70元件組(“組片”)的信號(hào)并對(duì)由每組元件接收的回波信號(hào)進(jìn)行一些處理。探頭中的微射束形成有利地減少了探頭與超聲系統(tǒng)之間電纜中的導(dǎo)線數(shù)量，例如，在美國(guó)專利5，997，479 (Savord等人)和美國(guó)專利6，436，048(Pesque)中描述了微射束形成，在此通過引用將每個(gè)專利都并入本文。
[0019]探頭被耦合到超聲系統(tǒng)的采集子系統(tǒng)10A。采集子系統(tǒng)包括射束形成控制器74，射束形成控制器74對(duì)用戶控件36做出響應(yīng)并向微射束形成器72提供控制信號(hào)，指示探頭發(fā)射射束的定時(shí)、頻率、方向和聚焦。射束形成控制器74通過其對(duì)模數(shù)(Α/D)轉(zhuǎn)換器18和射束形成器20的控制來控制由采集子系統(tǒng)接收的回波信號(hào)的射束形成。由探頭接收的回波信號(hào)被采集子系統(tǒng)中的前置放大器和TGC(時(shí)間增益控制)電路16放大，然后被Α/D轉(zhuǎn)換器18進(jìn)行數(shù)字化。然后通過射束形成器20，數(shù)字化的回波信號(hào)能夠被形成為完全引導(dǎo)和聚焦的射束?；夭ㄐ盘?hào)由信號(hào)處理器22進(jìn)行處理，所述信號(hào)處理器執(zhí)行數(shù)字濾波，并且還能夠執(zhí)行其他信號(hào)處理，諸如，諧波分離、散斑減少和其他期望的圖像信號(hào)處理。
[0020]由采集子系統(tǒng)1A產(chǎn)生的回波信號(hào)被耦合到顯示子系統(tǒng)10B，顯示子系統(tǒng)1B處理回波信號(hào)以在期望的圖像格式中顯示?；夭ㄐ盘?hào)由圖像線處理器24進(jìn)行處理，所述圖像線處理器能夠?qū)夭ㄐ盘?hào)進(jìn)行采樣或?qū)⒔o定射束的回波裝配成完整的線信號(hào)。對(duì)于M模式圖像采集，能夠?qū)膱D像線處理器24輸出的線信號(hào)中的至少一個(gè)引導(dǎo)到M模式處理器301模式處理器生成M模式圖像，所述M模式圖像被存儲(chǔ)于圖像存儲(chǔ)器28中并被顯示于顯示器38上。對(duì)于B模式圖像采集，通過掃描變換器26，針對(duì)2D圖像的圖像線被掃描變換成期望的圖像格式，如本領(lǐng)域公知的，掃描變換器26執(zhí)行R-θ變換。2D圖像被存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器28中，并且被顯示在顯示器38上。
[0021]在一些實(shí)施例中，來自掃描變換器的2D圖像數(shù)據(jù)被輸出到M模式合成器40，所述M模式合成器能夠根據(jù)2D圖像數(shù)據(jù)生成M模式圖像。如下文進(jìn)一步所述，來自B模式線的回波信號(hào)能夠被合成以生成與感興趣M模式線相關(guān)聯(lián)的回波數(shù)據(jù)。根據(jù)B模式回波信號(hào)合成的M模式圖像被進(jìn)一步輸出到