专利名称：用于适应体积成像的系统及其方法不同形式的成像装置已经广泛地用于医疗应用。例如，荧光镜系统、X射线成像系统、超声波成像系统、计算机体层摄影(CT)成像系统和核磁共振(MR)成像(MRI)系统已经被使用好多年了。任何次数的医疗检查、介入治疗、诊断和/或治疗可使用适于该任务的前述系统中任一合适系统来提供。超声波成像系统已经被用作辅助介入临床治疗和医疗检查的工具。例如，传统的二维OD)超声波成像已经被用在局部麻醉领域，提供使用针传递麻醉剂的“视觉”和追踪， 而不是盲目地使用神经刺激技术来尝试达到这种目标。此外，2D超声波成像已经被执业医生使用，用于检查患者体内不同的感兴趣区域，例如观察解剖结构(例如，心脏、肺部、肠胃以及其它结构)、子宫胎儿、瘤等。超声波成像技术已经发展来提供高质量的2D图像并且图像帧速率比较高。例如， 传感器阵列通常被用来扫视穿过图像平面的超声波束来形成高质量的图像。许多处理技术已经被发展来减少斑点、尖锐的边缘等等。但是，通常由这种2D超声波成像提供的平面的垂直“部分”视图已经不能向医生提供目标的理想视图。例如，感兴趣的特定结构通常根据穿过该结构的平面部分很难识别。通常，使用传统的2D超声波成像技术，通常不能或很难获得目标结构的理想的平面视图。在近几十年已经取得显著进展的计算技术已经提供生成三维(3D)(例如，提供X、 Y和Z轴空间内信息的数据集)、甚至四维GD)(例如，具有添加的时间轴的3D图像)体积图像的能力。超声波体积成像(3D、4D、实时3D等)已经越来越多地用于医疗治疗和医疗检查，特别是妇产科(0B/GYN)和心脏检查。体积成像的一个优点在于通过体积成像能够生成感兴趣的区域或目标(例如，宝宝脸部和心室)的视图，这对于使用者是容易识别的。使用体积成像技术可能重现和显现图像体积内的任意平面或者甚至表面，这通过2D成像是不能获得的。但是，通常用在体积成像中的3D和4D成像技术产生于例如制图、模拟、甚至游戏 (gaming)等学科，因此该技术首先被用于医疗领域，而不是已经被发展仅仅用于医疗领域。 同样，用于3D和4D成像的成像传感器技术(例如，单波束装置、单波束摇摆超声波传感器和矩阵列超声波传感器)首先取自2D传感器技术。体积成像的一个缺点是具有比2D成像帧速率更低的体积速率(volume rate)。例如，体积成像中的体积速率通常受到体积大小、声成像速率、超声波束扫描速率(例如，摇摆探针的机械移动速率或矩阵列的波束形成速率)的限制。而且，如果体积是由摇摆传感器获得，那么体积成像技术通常承受任意平面 (特别是立视平面图)的降低的图像质量。例如，图像质量通常在使用摇摆传感器时受提供正视图的低采样的单元件波束限制，并在使用矩阵列传感器时受矩阵列的有限数目的元件 (例如，32到64个元件，相比于用于标准阵列传感器的128到256个元件)和3D空间内的稀少波束限制。
本发明针对通过执行检查和目标成像模式提供体积成像的系统及其方法。根据本发明的实施例，检查成像模式被执行来提供较大检查区域的体积图像。感兴趣的区域、点或项(总称作目标)较佳地在检查区域内识别，以用于目标成像模式。本发明的实施例执行目标成像模式来提供对应于感兴趣的识别目标的较小目标区域的体积图像。所述目标成像模式较佳地使波束形成、体积视场和/或其它信号和图像处理运算法则适应所述目标区域。在根据本发明的实施例的操作中，所述目标成像模式提供具有改进的体积速率和图像质量的目标区域的体积图像。前述说明已经大体上概述了本发明的特征和技术优点，以便更好地理解下面本发明的详细描述。下面将要描述形成本发明的权利要求的主题的本发明的其它特征和优点。 本领域技术人员可以理解公开的设想和特定实施例可被容易地用作改进或设计用来实现本发明的相同目的的其它特征的基础。本领域的技术人员还应该意识到这种等同结构不会偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围。根据下面结合附图的描述，将会更好地理解被认为是本发明的特性的关于操作的机构和方法的新颖特征及其目的和优点。然而，应该明确理解每个特征只是用于说明和描述的目的，而不是用来限定本发明。为了更透彻地理解本发明，现参考下面结合附图的描述，其中图IA示出了适应于本发明的实施例的系统；图IB示出了图IA的系统的实施例的原理框图；图2示出了根据本发明的实施例的操作的流程图；图3A和IBB示出了根据本发明的实施例的检查成像模式的操作；图3C和3D示出了根据本发明的实施例的目标成像模式的操作。参见图2，示出了根据本发明的实施例的流程图，其示出了操作系统100来提供体积图像。根据所示实施例，在方框201，系统100以检查成像模式操作来提供具有宽阔的视场的体积成像。这种检查成像模式较佳地使用典型的体积成像技术来提供“正常”或非增大的体积图像。通过图3A中所示的体积图像来表现提供具有宽阔的视场的体积成像的检查成像模式的操作。在图3A中所示的实施例中，64个光束沿传感器120的长轴以不同的角度指弓丨，以形成图像平面，沿传感器120的短轴间隔生成60个这种图像平面。聚焦深度可以任意选择， 例如选取大体可接受的聚焦深度、默认的聚焦深度或最后使用的聚焦深度等。或者，聚焦深度可以基于一个或多个标准来选取，例如大致上地选取用于特定治疗的聚焦深度、与特定类型的目标相关的聚焦深度，或通常生成最高质量的体积图像的聚焦深度等。当然，根据本发明的实施例，可以使用不同数目的波束和图像表面以及不同的聚焦深度。但是，上述示例是由典型的体积成像技术提供的图像质量的典型。前述检查成像模式被较佳地用来提供应急(expedient)装置，由此来定位目标区域(例如，特定目标解剖、感兴趣的区域、介入工具等)。例如，使用者可希望看到特定目标解剖，但是可能不能相对该目标解剖来最初精确地布置传感器120。因此，使用通过前述检查成像模式提供的宽阔的视场，使用者能够足够精确地布置传感器120，以在检查成像模式的宽阔的视场内显示目标解剖或其部分。因此，尽管通过检查成像模式提供的图像质量和图像速率可能低于预期，但是使用者能够使用检查成像模式来定位目标解剖。例如，在方框201，使用检查成像模式生成的检查体积图像数据集300可包括在图 3A所示的宽阔的视场内的目标301，可能还有其它特征、结构等。应该理解的是使用检查体积图像数据集300生成的体积图像(例如，图像111)可使用显示系统119来显示。在本实施例中，假定目标301包括目标解剖，例如血管。但是，应该理解的是，目标301可包括不同的事物，包括一个或多个目标解剖、感兴趣的区域、介入工具等。在所示实施例的方框202，感兴趣的目标(例如，区域、点或项)在由检查成像模式提供的体积图像内被识别。本发明的实施例可操作来自动识别在体积图像数据集内的这种感兴趣的目标，例如使用运算法则来辨认图像内的一个或多个特征。上面参考的专利申请“识别介入器械的系统及其方法”中显示并描述了用于自动识别体积图像数据集内的目标及其它感兴趣的区域的系统及其方法的细节。附加地或者可选地，本发明的实施例可被操作来手动识别体积图像数据集内感兴趣的目标，例如通过使用者操作指点装置、触摸屏或其它适当的用户界面。前述目标识别(不论手动还是自动)可通过使用适于帮助容易解释图像和/或执行期望任务的图像显示技术来帮助。上面参考的专利申请“用于医疗检查和介入治疗的图像显示的系统及其方法”中显示和描述了用于识别感兴趣的目标和区域的不同技术。例如， 前面专利申请中所示的从体积图像数据集(图像体积分割)生成图像平面的技术可被用来帮助在本发明的实施例的方框202的目标识别。参考图:3B，所示图像平面310表示从检查体积图像数据集300(这里沿传感器120 的长轴生成的横截面图像)生成并包括目标301的至少一部分的图像平面。应该理解的是，图像平面310可使用显示系统119来显示(例如，图像111)。图像平面310可用在本发明的实施例的方框202中来识别目标301。例如，系统100的运算法则可逐步追踪(st印through)从检查体积图像数据集300生成的图像平面，以识别其内目标301的一个或多个特征。附加地或可选地，使用者可观察从检查体积数据集300生成的图像平面来识别其内的目标301。如所示实施例中所示，目标301可在适当图像中选取，例如通过使用游标311。 这种识别可包括选取图像体积内的目标、限定感兴趣的区域(例如，位置和大小)等。在所示实施例的方框203，系统100的成像参数例如通过探针控制器115来调整， 用于成像选取的感兴趣的目标。例如，对于图像体积的新体积尺寸，可基于选取的感兴趣的目标来进行确定。成像参数可相应地被调整来缩小视场。同样，成像参数可被调整来将选取的感兴趣的目标对准图像体积视场的中心，以调整选取的感兴趣的目标的聚焦深度，执行适于选取的感兴趣的目标的特定信号和/或图像处理运算法则。根据本发明的实施例， 用于生成体积图像的波束密度相对选取的感兴趣的目标增加。附加地或可选地，根据本发明的实施例可使用信号或图像处理，信号或图像处理增强了图像显示，例如用于特定目标的分辨率和对比度。例如，根据本发明的实施例，选取成像参数以使矩阵传感器的波束形成器操作波束来仅覆盖感兴趣的区域。相似地，根据本发明的实施例，摇摆传感器的摇摆角度被减小， 摇摆范围的中心对应于选取的感兴趣的区域而改变。附加地或可选地，本实施例将传播聚焦或聚焦深度移动到感兴趣的区域。在所示实施例的方框204，系统100以目标成像模式操作来提供具有较窄的视场的体积成像。这种目标成像模式较佳地提供增强的体积图像，向选取的感兴趣的目标提供改进的图像质量。因此，在方框203适于目标成像的成像参数较佳地由方框204的目标成像模式中的系统100来执行。图3C中所示的体积图像表现了目标成像模式的操作，该目标成像模式提供具有适于选取的目标的视场的体积成像。目标体积图像数据集320包括目标301，并可包括其它特征、结构等，其使用如图 3C中所示的根据本发明的实施例的目标成像模式生成。目标体积图像数据集320可例如使用1 个波束形成，这1 个波束沿传感器120的长轴的10°区域以不同的角度指引来形成图像平面，且沿传感器120的短轴间隔有20个这样的图像平面。当然，根据本发明的实施例还可使用不同数目的波束和图像平面。然而，前述实施例是根据本发明的实施例的提供改进的图像质量和较快成像速率的结构的典型。适于提供目标301的体积成像的不同成像参数在生成目标体积图像数据集320中由系统100来执行。例如，目标体积图像数据集320被调整来将目标301基本对中在视场内。而且，从图3C中可以看出，聚焦深度已经被调整与目标301的深度相对应。还可以附加地或可选地进行图3C中所示以外的调整，例如，定位目标体积图像数据集320以对应于目标301的方向，执行特定的信号和图像处理等。应该理解的是，根据本发明的实施例的成像参数的前述调整有利于相对选取的感兴趣的目标来改进图像质量，同时提供增加的或其它可接受的成像速率。前述目标成像模式较佳地被用来提供使用者(例如，临床医生、内科医生、超声技术员、技师、病人等)在不同的检查、治疗、诊断和/或其它中使用的选取的感兴趣的目标的显示。这种显示可被提供为体积图像(例如3D或4D视图)、例如图3D中的图像平面330 等的图像平面(例如，2D视图)。通过使用增加的波束密度、减小的视场和采用图像参数来帮助改进的图像质量提供具有期望的清晰度和细节的选取的感兴趣的目标的图像，这以前在体积图像中是不能获得的。而且，根据本发明的实施例，通过本发明的实施例的目标图像体积获得的成像速率有利于4D或迅速更新甚至接近实时的活动图像。因此，尽管图3D中的图像表面330看起来与图:3B的图像平面310基本相似，但是应该理解的是图像平面330 显示具有更高刷新速率和更好的图像质量的图像。应该理解的是，选取的感兴趣的目标、承载选取的目标的对象(例如，正在被检查的人体)和/或在获取体积图像数据集中使用的传感器在成像操作中(例如，在4D成像中) 可移动或者改变。因此，所示实施例的方框205执行目标追踪，以便于成像参数和更新的目标成像的动态调整。例如，在3D、直播3D成像或4D成像模式中，优选实施例的系统100将操作来锁定到选取的感兴趣的目标。根据实施例可手动或自动地进行追踪。在手动追踪中，使用者可通过点击目标或使用其它用户界面装置来更新目标系统。例如，使用者可手动(例如使用前述用户界面)指示目标区域的尺寸的变化、目标图像体积视场的方向的变化、选取的目标区域的位置的变化等。较佳地，可使用自动追踪方法来识别目标并将系统锁定到目标上。例如，系统100的运算法则可操作来自动追踪目标301来更新成像参数并提供更新的目标体积图像。根据本发明的实施例，系统100的逻辑可连续地操作来分割目标体积图像数据集并计算其内目标 301的位置，以接近实时更新图像，例如，通过继续使用识别目标的信息、追踪或更新目标被识别的假定位置、使用帧对帧图像比对和/或其它。上面参考的专利申请“识别介入器械的系统及其方法”中提供了相关技术的细节，该技术用来提供根据本发明的实施例可执行的自动追踪。根据本发明的实施例，不考虑如何完成追踪，如果选取的目标(例如，目标解剖或介入工具)移动，系统波束形成控制和信号/图像处理被适应于新的位置。因此，所示实施例的处理已经追踪感兴趣的目标，其返回方框203，其中系统100的成像参数被适应于成像当前追踪的选取的感兴趣的目标。之后，在方框204，目标成像模式操作来使用更新的成像参数提供更新的目标体积图像数据集。尽管这里已经结合超声波系统描述了实施例，但是根据本发明的思想的检查成像模式和目标成像模式可针对不同的成像系统中的成像目标来执行。例如，本发明的思想可应用于MRI、CT、PET、血管造影术和其它，甚至于非医疗应用。尽管已经详细描述了本发明及其优点，但是应该理解的是，只要不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围，这里可进行多种变化、替换和改动。此外，本申请的范围并不限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质的组合、装置、方法和步骤的特定实施例。 本领域的技术人员根据本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可使用现有的或之后被发展的过程、机器、制造、物质的组合、装置、方法或步骤，其能够实现与这里描述的相应实施例基本相同的功能或达到基本相同的效果。因此，所附权利要求在其范围内包括这些过程、机器、制造、物质的组合、装置、方法或步骤。


一种系统及其方法，通过执行检查和目标成像模式来提供体积成像。根据实施例，检查成像模式被执行来提供较大检查区域的体积图像。感兴趣的目标较佳地在检查区域内识别，以用于目标成像模式。实施例执行目标成像模式来提供对应于感兴趣的识别目标的较小目标区域的体积图像。所述目标成像模式较佳地使波束形成、体积视场和/或其它信号和图像处理运算法则适应所述目标区域。在根据本发明的实施例的操作中，所述目标成像模式提供具有改进的体积速率和图像质量的目标区域的体积图像。