由治疗方案阶段启动的自动化超声扫描

本发明涉及一种超声扫描，其目的是自动优化增益、时间增益补偿(TGC) 和压缩，以便呈现任何对象或视图的最佳图像。具体而言，本发明涉及在(a) 治疗方案(protocol)中的每一阶段的开始时或(b)在给定人工控制项发生变化 之后，自动启动对于二维扫描的用户控制项的自动调整，这种自动调整可 以是算法调整。一种对二维扫描的自动选择或用户控制项调整的类型是I 扫描(由Philips医学系统所使用)。治疗方案是一种特征，其包括使用户按 步骤进行一系列标准成像阶段，这些阶段会包括特定解剖视图、成像模式、 分析阶段等。在心脏病学中很好的建立了这个概念，并开始在一些肠胃(GI) 应用中采用。

本发明涉及一种方法和系统，用于为超声程成像设备自动启动自动化 用户控制项调整。超声图像的质量受到许多可变因素的影响-包括操作者 的经验、系统性能、以及患者的可变性。在应付图像质量中的这种可变性 的尝试中，许多超声系统-尤其是设计为具有最佳图像质量的高端优质的 超声系统-通常具有大量用户可调整的控制项，可以利用这些用户可调整 的控制项来优化对任何特定患者或器官的成像性能。对于2D灰度成像，其 包括对总增益、时间增益补偿(TGC)、横向增益补偿(LGC)、压缩、成像频 率、聚焦深度、成像深度、帧频及许多其它的参数的控制。

遗憾的是，这个方案具有几个缺点，包括：

易于增加扫描时间(因为需要经常调整成像控制项)，从而降低了部门效 率；

用户必须接受训练并理解所述控制是如何工作的；

给用户界面增加了复杂性，从而往往限制最小系统规模。

在应付这种控制复杂性的尝试中，许多超声设备制造商开发了自动化 的或半自动化的装置，来单独地或分组地调整这些控制项中的一部分-例 如I扫描(Philip医学系统)自动设定增益、TGC、LGC和压缩，组织均衡化 技术或TEQ(Siemens)自动设定增益、TGC和LGC、自动B模式优化或 ABO(GE)自动设定灰度图。这些特征通过减小在指定测验中用户必须对相 关控制进行人工调整的次数，改善了用户工作流程。

本发明提供了一种方法和系统，用于在每一个治疗方案阶段的开始时 自动启动用户控制项自动操作。另外，本发明提供了一种方法和系统，用 于例如采用说明性实例Philips I扫描的方式，当用户对会使I扫描分析无效 的控制项进行人工调整时，自动启动用户控制项自动操作系统。

图1是示出已知的自动选择操作算法处理步骤的流程图；

图2示出了从用户观点的已知的自动选择操作；以及

图3示出了本发明，其显示了采用工作流程更自动化启动的自动选择 操作。

现在参考附图，图1显示了一类用户控制项自动操作或自动选择操作， 尽管如此，应理解本发明适于工作在任何超声成像系统中。例如，图1显 示了每次按下自动选择操作按钮时系统所采取的步骤。由于减小了对熟练 的操作者的依赖性，这些算法也能够有助于改善成像一致性。

用超声设备进行二维扫描是已知的，并用于医学应用中，例如心脏病 学和GI.I扫描自动化系统，包括HDI 5000、HD11、iU22和iE33-全部Philips 超声设备都包含I扫描性能。

I扫描及由其它超声设备制造商提供的许多自动化特征的两个限制是： (1)它需要用户按下按钮来激活它，以及(2)它并不总是可靠地执行。希望能 够自动启动I扫描，从而改善工作流程。还希望在治疗方案中的每个阶段的 开始时自动启动I扫描，以便由治疗方案阶段提供的额外环境也可以用于提 高I扫描自身的可靠性。

图1显示了每次按下自动选择操作按钮时该算法的自动选择操作的处 理步骤。这些步骤包括：启动自动选择操作(5)；分析图像数据以表征当前 显示；计算根据深度来优化增益所需要的TGC(时间增益控制)调整(6)；分 析进行了TGC调整的图像数据(7)；计算优化总增益所需要的增益和动态范 围调整(8)；应用这些调整并连续成像(9)；以及完成自动选择操作(10)。

该自动选择操作系统是在超声设备中执行的软件。例如，I扫描系统是 在Philps超声设备，例如HDI 5000；HD11；iU22；and iE33设备中执行的软 件。

尽管对控制项进行自动操作的现有技术方案是非常有用的特征，但它 们每一个都受到一些限制-尤其是对于用户如何与它们进行交互的问题。 这可以如图2所示的来说明。例如，考虑I扫描特征-其基本操作在图2 中示出，仍然存在相当大量的用户交互：

用户必须敲击按钮来启动自动选择操作(步骤21)，其随后导致系统分 析图像并为相关控制项选择新的设定。

由于当按下自动选择操作按钮时仅对所观看的目标应用自动选择操作 分析，因此，如果视图改变了(例如用户移动了转换器)或者用户对影响做出 自动化控制项调整的需求的一个(或多个)控制项进行了操作(步骤25或26)， 则用户就会需要重新启动自动选择操作(步骤27)。

对该问题的可选方案是使自动操作算法连续运行，这样就消除了对于 与场景或其它控制项的变化相关的重复进行用户启动的需要。此类自动操 作的一个实例是Native TEQ(Siemens)，其基于检测场景变化或基于计时器， 伪连续地运行。GE的美国专利6,542,626基于图像亮度直方图变化而触发 再优化。连续或伪连续操作的一个缺点是，自动操作的许多控制项会中断 信号路径从而可能导致图像“抖动”，或者会丢失影像回放。该方案的另一 个限制是，必须非常快速地应用分析和校正-这对于在一些系统上的一些 控制项而言是不可能的-以避免连续中断用户的成像。另一个限制是系统 会在非常不合时宜的时刻触发重新优化，例如在临床医生在按照需求调整 了控制项之后将要打印或保存图像时。

现有自动操作算法的另一个限制是它们的可靠性-即，它们如何一致 地应用专业用户将会人工进行的控制项调整。这个要求对于连续的自动操 作而言尤其重要，因为控制项会经常进行更新。由于该算法本质上试图预 测用户会对控制项所进行的改变，因此算法必须采用与被分析的图像有关 的尽可能多的信息来工作。现有算法提取出图像的各种特性-例如其灰度 统计、振幅趋势、噪声分割等-但与人类操作者不同，它们对于图像的环 境了解很少或一无所知，即，它们不知道目标的种类(例如器官类型、病理 学、在器官中的位置)。具有这种环境信息的知识可能相当大的改善自动化 控制项调整的可靠性。

因此，本发明用来改善自动化控制，并被设计为解决前述现有自动操 作算法的缺点。

图3示出了本发明的操作，其显示了本发明如何借助于以下非互斥的 修改来克服现有自动选择操作特征的一些限制：

在治疗方案阶段的开始时，自动启动自动选择操作。

当用户对可能会使自动选择操作分析无效的控制项(例如成像深度、成 像频率等，即，依赖于自动选择操作的控制项)进行调整时，自动启动自动 选择操作。

通过将自动选择操作的人工启动(图2中的步骤7)替换为由治疗方案阶 段(图3中的步骤8)或由另一个用户控制项(图3中的步骤9)所驱动的、自动 选择操作的自动启动，可以将本发明实现为对现有自动操作算法(例如自动 选择操作)的简单修改。

步骤31-36与图2中已知的自动选择操作算法(步骤21-26)相同。自 动选择操作系统检测以下两个条件中任何一个是否出现。步骤28：用户输 入下一个治疗方案阶段，或步骤29：用户对依赖性控制项进行了调整。当 由软件代码检测到这两个步骤28或29中的一个时，系统自动激活自动选 择操作按钮，而无需用户干预。

当输入治疗方案阶段时，本发明能够自动地启动自动选择操作。治疗 方案是对超声系统相对较新的补充，其通过对经历当前测试的各种阶段的 用户进行提示并提供适合于该阶段的工具和设定，来努力改善工作流程并 帮助用户。例如，脑血管治疗方案会提示用户经历以下阶段：

采集颈总动脉(CCA)图像和PW波形

采集颈外动脉(ECA)图像和PW波形

采集颈内动脉(ICA)图像和PW波形

在每个阶段，自动设置适当的系统设定(例如，深度、PW样本体积位 置等)，并提供了适当的工具(例如，测量、注释)。由于成像视图和环境对 于每一个阶段都会变化，因此本发明将自动选择操作启动添加到该列表。 这会极大的消除用户人工启动自动选择操作的需要，而又没有连续进行自 动选择操作的限制，因为通过将转换器移动到下一个临床目标无论如何都 会中断成像。(这个好处假设在治疗方案的下一个阶段被选定之前，将转换 器重新布置在下一个目标上。)

这个方案还允许通过考虑由治疗方案阶段所提供的信息，来改善自动 选择操作算法的可靠性和一致性。例如，在心脏治疗方案中，在顶点视图 和胸骨侧边视图之间设置的用于优化自动选择操作的内部系统参数是不同 的。存在其它实例用于GI治疗方案，例如，可以用于OB-例如，用于胎 儿头部、胎儿腹部、大腿骨长度测量等的不同自动选择操作的优化。获得 更多的环境信息(即从治疗方案阶段中获得)也可以用于驱动图像分割算法， 这会提供与所关注目标的类型和位置有关的更明确信息，从而改善自动选 择操作的可靠性。例如，在OB治疗方案的胎儿头部的阶段中，该算法可以 知道将头部自身从图像的其余部分分割出来，并且自动操作算法随后会分 析该头部，以确定最佳控制项设定。

将来，自动选择操作可能会包括其他用户控制项，例如成像频率选择、 成像深度、焦点位置、查找速度(res-speed)选择等。这些其他要素可能会更 依赖于由治疗方案阶段所提供的环境信息。由治疗方案提供的环境信息还 可以用于改善多普勒或将来的颜色自动选择操作-一个实例是使用成像解 剖学的环境来帮助进行PW样本体积的自动放置。

本发明还能够在改变其中一个依赖性控制项时自动启动自动选择操作 (如图3的步骤39中所示的)。即使是在新的治疗方案阶段的开始时自动启 动了自动选择操作之后，用户仍需要多次调整自动选择操作未自动设置的 另一控制项，从而使得自动选择操作所得到的设定变得不适当。在此情况 下，无论何时改变这些控制项之一，都可以自动地启动自动选择操作，从 而重新调整由自动选择操作所自动操作的控制项，而无需更多的用户干预。 此外，由于这些其它控制项(例如成像频率，深度等)之中的一部分已经是具 有中断性的且已经导致了信号通路中的一些延迟，因此增加自动选择操作 步骤不会成为问题，由此这也是对连续自动选择操作的改善。

针对用户控制项的自动操作算法或自动选择操作算法，例如在此所述 的本发明的Philips I扫描及其改进型可以用于任何超声成像系统，因此本发 明不限于任何一种超声成像系统，例如Philips I扫描系统。

尽管目前为了公开的目的说明了优选实施例，但本领域技术人员可以 在方法步骤和设备部件的布置中做出许多变化。这种变化包含在如所附权 利要求所定义的本发明的精神内。