用于映射超聲剪切波彈性成像測量的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于提供解剖部位的彈性成像測量結果的超聲彈性成像系統(tǒng)，以及利用超聲彈性成像系統(tǒng)來檢查解剖部位的超聲彈性成像方法。本發(fā)明還涉及用于實施這種方法的計算機程序。
【背景技術】
[0002]肝纖維化和肝硬化是由各種原因導致的慢性肝損傷的一種反應，所述各種原因包括病毒性、自身免疫性、藥物誘發(fā)的、膽汁郁積的和代謝性的疾病。肝硬化可最終導致肝衰竭，并且與增加相對的死亡率的原發(fā)性肝癌肝細胞性癌變相關聯(lián)。
[0003]對肝纖維化分期和量化肝纖維化的程度在管理具有慢性肝臟疾病的患者中是重要的。肝臟活檢被視為對肝纖維化診斷和分期的“黃金標準”。然而，肝臟活檢會使患者不適和焦慮。1-5%的患者發(fā)生嚴重的并發(fā)癥，其中，報道的死亡率在1: 1000和1: 10000之間。肝臟活檢樣本只包含肝臟的大約1/50000，并且因此受采樣變化和組織學評估期間的另外的觀察者變異性的限制。
[0004]肝臟活檢的局限性引起更適于篩查、處置監(jiān)測和后續(xù)跟進的各種非侵入性肝纖維化評價的發(fā)展。超聲剪切波彈性成像技術出現(xiàn)作為一種用于非侵入性的肝纖維化分期的技術，這是由于其絕對量化硬度能力、實時、低成本以及便攜性特征。已經存在商業(yè)產品，例如Philips Ultrasound新發(fā)布的剪切波彈性成像點量化(ElastPQ)。針對這種方法，聲福射力被用于向肝臟或者任何其他解剖部位機械地加壓力，并產生剪切波。得到的組織位移被測量并且用于估計解剖部位的彈性，已經發(fā)現(xiàn)其在肝臟是解剖部位的情況下與肝纖維化的階段相關。
[0005]由于諸如換能器加熱的系統(tǒng)限制和諸如剪切波快速衰減的物理限制，當前商業(yè)剪切波彈性成像產品通常僅提供在用戶選定的點位置或者空間限制在B模式視場內的較大的感興趣區(qū)域(R0I)處的測量。在典型的工作流程中，用戶在常規(guī)B模式超聲圖像下選擇可疑區(qū)域，激活剪切波彈性成像工具，進行測量，并且在另一用戶選定的位置處重復該過程。在成像平面中的R0I中進行的測量然后例如在超聲彈性成像系統(tǒng)的顯示器上被顯示為與R0I關聯(lián)的值。例如，通過這，與R0I關聯(lián)的肝臟硬度值可以以楊氏模量(kPa)或剪切波速度(m/s)的單位被報告。通過移動R0I，用戶可以以非侵入的方式檢查肝臟。
[0006]推薦進行分布在整個肝臟中的多個硬度測量，例如大約10個，以具有對纖維化水平的綜合評價。這麻煩并且費時。此外，其令檢查者不確定測量結果的確切分布和模式。
[0007]文件W0 2012/078280 A1示出了一種用于生成組織彈性成像圖像的系統(tǒng)，包括配置為在組織上移動的掃描設備。所述掃描設備包括超聲換能器和剪切波換能器，其中，剪切波換能器被配置為用于在超聲換能器的操作期間將剪切波引導到組織中。位置和取向傳感器系統(tǒng)被耦合到掃描設備，一個接收器被配置為從超聲換能器接收圖像，一個接收器被配置為從傳感器系統(tǒng)接收針對每幅圖像的位置和取向數(shù)據(jù)，并且查看器被配置為提供所對接收的圖像快速順序顯示。
[0008]需要進一步改進這樣的彈性成像系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種改進的超聲彈性成像系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另外的目的是提供一種用于實施這種方法的計算機程序。
[0010]在本發(fā)明的第一個方面中，提供了一種用于提供解剖部位的剪切波彈性成像測量結果的超聲彈性成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:便攜式超聲圖像采集探頭，其被配置為提供超聲成像和剪切波彈性成像；超聲信號和圖像處理組件，其被配置為控制所述超聲圖像采集探頭，以經由所述便攜式超聲圖像采集探頭來確定剪切波彈性成像測量結果，尤其是確定或計算從由所述超聲圖像采集探頭接收的回聲得到的剪切波彈性成像測量結果，并且提供所述解剖部位的超聲圖像，尤其是來自由所述超聲圖像采集探頭接收的回聲的；顯示器，其用于顯示由所述超聲信號和圖像處理組件提供的所述超聲圖像；存儲器單元，其被配置為存儲所述解剖部位的三維圖像，其中，所述超聲信號和圖像處理組件還被配置為確定所述剪切波彈性成像測量結果在所述解剖部位的所述三維圖像內的位置，并且將剪切波彈性成像測量結果的所述位置顯示到用戶。
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于利用超聲彈性成像系統(tǒng)來檢查解剖部位的超聲彈性成像方法，所述方法包括以下步驟:采集所述解剖部位的三維圖像；經由被配置為提供超聲成像和剪切波彈性成像的便攜式超聲圖像采集探頭，來采集剪切波彈性成像測量結果；確定剪切波彈性成像測量結果在所述解剖部位的所述三維圖像內的位置；并且將所述剪切波彈性成像測量結果的位置顯示到用戶。
[0012]在本發(fā)明的第三個方面中，一種包括程序代碼模塊的優(yōu)選的非暫態(tài)計算機程序，所述程序代碼模塊用于當所述計算機程序在計算機上被執(zhí)行時，令計算機執(zhí)行根據(jù)第二個方面或其改進之一的方法的步驟。
[0013]本發(fā)明的基本想法是提供一種集成的系統(tǒng)和方法來定位彈性成像測量位置和活檢位置，尤其是在肝的三維解剖結構中。剪切波超聲彈性成像和定位能夠使用兩種方法，即換能器的位置感測或基于純圖像的配準來實現(xiàn)。在第一方法中，傳感器將被放置于換能器上，以便使用電磁或光學跟蹤系統(tǒng)來實時監(jiān)測所述換能器的位置。在第二方法中，其中硬度測量被實現(xiàn)的超聲立體或橫截面圖像的子集被配準到延展的三維肝解剖結構上。超聲系統(tǒng)的主要元件可以包括一維或二維換能器，其能夠進行常規(guī)B模式成像和剪切波彈性成像；由掃描的一維超聲換能器或二維超聲換能器采集的三維肝解剖結構圖像，或是由諸如CT/MR1、電磁或光學跟蹤系統(tǒng)的其他模態(tài)在采集的先前采集的三維圖像；以及應用包括以下的應用:與超聲系統(tǒng)通信以獲取硬度測量相關位置和超聲圖像的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；與跟蹤系統(tǒng)通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述跟蹤系統(tǒng)使用跟蹤系統(tǒng)映射硬度測量和活檢位置或者使用圖像配準方法映射硬度測量位置；顯示解決方案，其用于三維繪制和可視化硬度測量位置；以及量化工具，其能夠計算任何硬度測量位置和活檢位置之間的距離。
[0014]剪切波彈性成像和跟蹤的組合在診斷成像和介入腫瘤手術中能夠具有廣泛的應用，并且能夠被包括在未來超聲成像系統(tǒng)中。除了確定肝纖維化分期，其中，所述解剖部位是肝臟，系統(tǒng)和技術還能夠應用于在對乳房、甲狀腺和前列腺癌進行分期對硬度測量和活檢位置進行可視化和映射。因此，解剖部位也可以是乳腺、甲狀腺或前列腺。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)化實施例被定義在從屬權利要求中。應該理解，方法權利要求具有與要求保護的并且如在從屬權利要求中定義的設備相似和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0016]根據(jù)系統(tǒng)的改善，該系統(tǒng)還包括跟蹤設備以跟蹤所述便攜式超聲圖像采集探頭的位置和取向。通過這，能夠跟蹤所述探頭的位置和取向，并且使用該信息來確定剪切波彈性成像測量結果的位置.
[0017]在所述系統(tǒng)的另外的改善中，所述超聲信號和圖像處理組件還被配置為通過經由所述跟蹤設備跟蹤便攜式超聲圖像采集探頭的位置和取向，來確定剪切波彈性成像測量結果在所述解剖部位的所述三維圖像內的位置。通過這，所述跟蹤設備可以用于映射彈性成像測量的位置并且在三維圖像內將它們顯示到用戶。
[0018]在所述系統(tǒng)的另外的改善中，所述系統(tǒng)還包括活檢設備，并且其中，所述超聲信號和圖像處理組件還被配置為經由所述跟蹤設備來跟蹤活檢設備在所述解剖部位的所述三維圖像內的位置。通過這，還能夠跟蹤活檢設備的位置。通過這，能夠提供經由所述系統(tǒng)對對活檢工作流程的引導。此外，活檢樣本的位置還能夠與彈性成像測量位置進行比較，或者能確?；顧z樣本的部位與先前確定的彈性成像測量結果一致。
[0019]在所述系統(tǒng)的另外的改善中，所述超聲信號和圖像處理組件還被配置為確定剪切波彈性成像測量結果的位置和活檢設備的位置之間的距離。通過這，能夠確定活檢樣本的一側是否接近于其中彈性成像測量已經被實行的感興趣區(qū)域。
[0020]在所述系統(tǒng)的另外的改善中，所述系統(tǒng)還包括用戶輸入設備，所述用戶輸入設備使得用戶能夠選擇在所述超聲圖像內的感興趣區(qū)域，在所述感興趣區(qū)域中，彈性成像測量要被實行。通過這，用戶能夠在超聲圖像，尤其是公知的B模式超聲圖像中選擇感興趣區(qū)域，使得彈性成像測量在由用戶識別的區(qū)域內被實行。
[0021]在所述系統(tǒng)的另外的改善中，所述超聲信號和圖像處理組件還被配置為通過配準所述感興趣區(qū)域在其中被選擇的所述超聲圖像與所述解剖部位的所述三維圖像，來確定所述剪切波彈性成像測量結果在所述解剖部位的所述三維圖像內的位置。通過這，配準能夠以計算機實施的方式僅由超聲信號和圖像處理組件來實行。因此，能夠避免另外的裝備，例如跟蹤設備，以適當對準活檢測量結果與三維圖像和彈性成像測量位置。
[0022]在