对髋部进行测量的制作方法

1.本文中的公开内容涉及超声成像。特别地，但非排他地，本文的实施例涉及用于在髋部的超声图像中进行测量的系统和方法。

背景技术：

2.超声成像(us)用于一系列医学应用，例如胎儿监测。医学超声成像涉及移动包含超声换能器的探头，所述超声换能器在皮肤上产生高频声波。高频声波被传输到软组织中并穿过/传播通过组织并从内表面(例如组织边界)反射。来自被探询介质的反射波或回波被检测并用于建立/形成感兴趣的内部结构的图像。
3.超声成像可用于创建二维或三维图像。在典型的工作流程中，用户(例如，超声医师、放射科医师、临床医师或其他医学专业人员)可以使用二维成像来定位感兴趣解剖特征。一旦特征在二维中被定位，用户就可以激活三维模式来拍摄三维图像。
4.本文中的实施例的目的是提供可以提高超声成像效率的系统和方法。

技术实现要素：

5.髋部发育不良(ddh)是一个总称，描述了婴儿和幼儿髋部所有形式的异常发育。总发病率为1～3/1000活产儿，具有种族和地域差异。ddh具有广泛的表现，轻微的发现通常会自发解决，而最严重的示例如果没有在生命早期诊断，可能会导致残疾。对具有ddh的婴儿的成功管理取决于早期诊断和适当的处置。
6.临床实践中有几种诊断ddh的方法，包括1)对新生儿进行身体检查(尤其是那些由于例如种族、家族史和/或妊娠史而具有较高ddh风险的新生儿)和2)医学成像(例如：超声成像和磁共振成像(mri)、x射线照相或计算机断层摄影(ct)。
7.身体检查方法往往不太可靠，并且高度依赖于操作者的经验。医学影像越来越多地用于在ddh婴儿的整个诊断和管理周期中者筛查/诊断和随诊(例如：以确认手术后髋部复位)。mri通常可以提供有关髋部结构的详细信息。然而，在ddh的筛查和诊断中使用mri存在一些问题，包括：a)高成本；b)除非给婴儿服用镇静剂，否则可能难以获得足够的mri图像(大于4-6周的婴儿通常在没有镇静剂的情况下移动太多而无法扫描)；c)与超声成像相比扫描时间长(mri每次扫描数十分钟，而2d超声为几分钟或3d超声为几秒钟)；d)安顿小婴儿的mri前过程对于工作人员和父母来说可能很耗时，可能导致mri扫描变得不切实际；e)如果需要镇静剂以获得超过新生儿期的诊断质量图像，那么这伴随着有脑损伤甚至死亡的风险。
8.因此，希望在可能的情况下使用超声成像来检测和监测婴儿的ddh。尽管超声成像广泛用于选择性筛查具有高ddh风险的婴儿，但在实时识别(例如在超声检查期间)具有足够质量的超声图像帧以能够测量婴儿的髋部的关键解剖结构(例如髂骨和股骨头)是一项挑战。这可能导致获得的图像不充分，导致测量和诊断质量差，和/或在必须重复超声检查时浪费时间和资源。本文实施例的目的是通过帮助超声医师和超声成像设备的其他用户获
得实时反馈和/或指导以帮助他们获得适合进行ddh测量的高质量超声图像来改进这种情况。
9.因此，根据第一方面，提供了一种用于在超声图像中进行髋部测量的系统。所述系统包括存储器和处理器，所述存储器包括表示指令的集合的指令数据，所述处理器被配置为与所述存储器通信并且运行指令的所述集合。所述一组指令在由处理器执行时使所述处理器执行以下操作：获得所述髋部的超声图像；获得与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；基于所述髋部超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对髋部进行测量的合适性；并且如果所述质量度量指示超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合进行髋部测量。
10.以此方式，可以在超声医师或其他用户对髋部执行超声检查的同时针对图像帧的质量/测量髋部的合适性实时评估所述图像帧。这提供了用来确定图像是否具有合适的质量的客观的度量。如果没有这种方法，所获得的超声图像的质量取决于操作者的能力或对图像是否适合实时检查的直观“感觉”。此外，如下文将更详细描述的，与超声图像本身相比，髋部的各种结构，例如股骨头和/或髂骨与附近组织之间的边界，在相干图中可能会显得更突出(或明亮)。这提供了关于超声图像是否适合进行测量的额外信息，例如，特征是否以适当的质量以及以适当的角度/穿过髋部的切片成像。以此方式，因此存在一种用于获得适合于进行髋部测量的图像的改进的系统。
11.根据第二方面，提供了一种用于在超声图像中进行对髋部的测量的方法。所述方法包括获得所述髋部的超声图像；获得与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；基于所述髋部的所述超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对髋部进行测量的合适性；并且如果所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合进行髋部测量。
12.在第三方面中，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有包含在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得，在由合适的计算机或处理器执行时使所述计算机或处理器执行在第二方面中所描述的方法。
附图说明
13.为了更好地理解实施例，并且更清楚地示出它们如何被实施生效，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中，
14.图1图示了用于确定ddh的现有技术测量方案；
15.图2图示了根据本文中的一些实施例的示例系统；
16.图3a图示了髋部的超声图像；
17.图3b、3c和3d图示了与图3a中的超声图像的不同滞后相关联的相干图；
18.图4e、4f、4g和4h图示了与图3a中髋部超声图像的不同滞后相关联的另外的相干图；
19.图5是示出解剖结构内不同滞后和位置的不同平均空间相干值的曲线图；
20.图6示出了根据本文中的一些实施例的示例超声系统；并且
21.图7图示了根据本文中的一些实施例的方法。
具体实施方式
22.如上所述，超声成像的一种应用是对婴儿的髋部进行成像，以诊断和监测髋部发育不良(ddh)。与mri相比，存在在超声图像中进行测量的各种优势，例如，但是测量的准确性对所获得的超声图像的质量很敏感，无论是在图像质量方面，还是在是否已获得通过髋部的适当切片方面。
23.图1示出了可以在髋部的超声图像中进行的测量的现有技术示例，以便根据graf测量系统诊断或监测ddh。在该系统中，髂骨102和股骨头104的位置用于确定角度α和β的值和诊断ddh。参见r.graf、m.mohajer和f.plattner的题为
‘
hip sonography update.quality-management,carastrophes-tips and tricks’(med ultrason,2013,vol.15:299-303)的文章以了解更多详情。
24.为了标准化对ddh的测量和诊断，各种指南都推荐使用graf方法。然而，graf测量系统仍然需要高水平的用户(例如操作者或超声医师)经验才能正确测量角度α和β。例如，可能需要进行50-100次检查，然后才能适应graf所要求的超声扫描程序。graf方法的局限性包括相对较高的观察者间和扫描间变异性，如果由非专家扫描，可能会改变50％～70％婴儿的最终诊断。ddh的过度诊断导致健康护理成本增加和不必要的，特别是对于边缘发育不良的患者。此外，由于以下原因，这些来自2d超声的度量的可重复性或再现性实际上取决于操作者/检查者：
25.1)2d超声检查高度依赖于操作者。
26.2)探头或换能器方向决定了标准化平面的图像us质量并影响测量结果，因为2d超声成像仅显示复杂3d髋臼形状的部分视图。
27.例如，在d.zonoobi等人题为
‘
developmental hip dysplasia diagnosis at three-dimensional us:amulticenter study’(radiology,2018,vol.287:1003-1015)的文章中讨论了与graf方法相关的上述困难。
28.用于ddh的3d超声在1990年代被提出和研究，并在提供更完整的髋部几何结构视图和获得高保真度的3d mri方面显示出一些好处。一些3d度量(类似于graf角)已被引入并被证实比从2d超声图像测量的发育异常度量具有更高的可靠性。
29.一些研究已经提出在超声成像中自动测量髋部(例如graf或3d等效项)，例如，通过训练机器学习模型来预测来自输入图像的角度α和β。然而，这样的方法可能很复杂并且需要高计算负载，这可能不适合在ddh诊断和筛查以及后续检查中的床边超声临床应用。因此，需要可靠、轻便的方法来测量超声图像中的髋部。
30.为此，本文中的一些实施例提出了在超声检查期间评估髋部的超声图像并确定是否已经获得了用于进行测量的合适图像的系统和方法。这确保了在适当质量的图像上进行测量，以提高准确性。此外，可以实时使用质量度量来向执行超声检查的用户(例如超声医师)提供反馈和/或指导，以让他们知道他们是否已经捕获了足够质量的图像来进行髋部测量。所提出的质量度量是基于髋部的超声图像和空间相干图，其优点是提供了客观的度量来确定图像是否具有合适的质量。如果没有这种方法，所获得的超声图像的质量可以取决于操作者的能力或对图像是否适合实时检查的直观“感觉”。
31.图2图示了根据本文的一些实施例的用于记录超声图像的系统(例如装置)200。系统200可以用于记录(例如采集或拍摄)超声图像。在一些实施例中，系统200可以包括或形
成医学设备(例如超声系统)的一部分。
32.参考图2，系统200包括处理器202，处理器102控制系统200的操作并且可以实现本文中所描述的方法。处理器202可以包括一个或多个处理器、处理单元、多核处理器或模块，其被配置或编程为以本文中所描述的方式控制系统200。在特定实现方式中，处理器202可以包括多个软件和/或硬件模块，每个软件和/或硬件模块被配置为执行或用于执行本文中描述的方法的单个或多个步骤。
33.简言之，系统200的处理器202被配置为获得髋部的超声图像；获得与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；基于所述髋部超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对髋部进行测量的合适性；并且，如果所述质量度量指示超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合进行髋部测量。
34.从技术上讲，这可以提供一种改进的方式来获得足够质量的超声图像，这些图像适合于进行可用于进行ddh诊断的髋部测量。如果没有这样的方法，超声医师可能实际“盲目地”成像，而不知道他们是否正在捕捉可用于准确确定所需测量值的图像(例如，上述graf测量值)。
35.在一些实施例中，如在图2中所图示，系统200还可以包括存储器204，存储器204被配置为存储程序代码，所述程序代码可以由处理器202运行以执行本文描述的方法。替代地或额外地，一个或多个存储器204可以在系统200的外部(即，分开或远离)。例如，一个或多个存储器204可以是另一设备的一部分。存储器206可用于存储由系统200的处理器202或系统200外部的任何接口、存储器或存储设备采集或产生的图像、信息、数据、信号和测量结果。
36.在一些实施例中，如图2中所示，系统200还可以包括用于捕获超声图像的换能器208。替代地或额外地，系统200可以接收(例如，通过有线或无线连接)使用系统200外部的超声换能器拍摄的二维图像的数据流。
37.换能器208可以由多个换能器元件形成。这样的换能器元件可以被布置为形成换能器元件的阵列。换能器可以包括在诸如手持式探头的探头中，所述探头可以由用户(例如，超声医师、放射科医师或其他临床医师)握持并在患者皮肤上移动。本领域技术人员将熟悉超声成像的原理，但是简而言之，超声换能器包括可以用于既生成又检测/接收声波的压电晶体。由超声换能器产生的超声进入患者体内并从下面的组织结构反射。反射的波(例如回波)由换能器检测并由计算机编译(处理)以产生底层解剖结构的超声图像，也称为声波图。
38.在一些实施例中，换能器208可以包括可以探询体积空间的矩阵换能器。在一些实施例中，换能器可以包括高频线性超声探头。在一些实施例中，换能器可以包括例如由紧密接触且重量轻的阵列或约6mhz(或更高)的无线阵列形成的一维换能器。在一些实施例中，换能器可以包括高频2d阵列探头，例如电容式微机械超声换能器(cmut)。
39.在一些实施例中，如图2中所示，系统200还可以包括至少一个用户接口，例如用户显示器206。处理器202可以被配置为控制用户显示器206向用户显示或呈现例如接收到的数据流或超声图像的部分。用户显示器可以进一步显示使用换能器捕获的超声图像是否适合进行髋部测量的指示(例如，用户显示器206可以显示本文中描述的方法的输出)。用户显
示器206可以包括触摸屏或应用程序(例如，在平板电脑或智能手机上)、显示屏、图形用户接口(gui)或其他视觉呈现部件。
40.替代地或额外地，至少一个用户显示器206可以在系统200的外部(即，分开或远离)。例如，至少一个用户显示206可以是另一设备的一部分。在这样的实施例中，处理器202可以被配置为向系统200外部的用户显示器206发送指令(例如通过无线或有线连接)，以便触发(例如引起或启动)外部用户显示器以显示使用换能器捕获的超声图像是否适合进行髋部测量的指示(例如，用户显示器206可以显示本文中描述的方法的输出)。
41.应当理解，图2仅示出了说明本公开的这个方面所需的部件，并且在实际实施中，系统200可以包括对于所示出的那些部件额外的部件。例如，系统200可以包括电池或用于将系统200连接到主电源的其他器件。在一些实施例中，如图2中所示，系统200还可以包括通信接口(或电路)，用于使得系统200能够与系统200内部或外部的任何接口、存储器和设备进行通信，例如通过有线或无线网络。
42.更详细地，系统200可适用于在超声图像中进行髋部(例如新生儿或婴儿的髋)的测量。该测量可以包括例如适合于诊断ddh的测量。该测量因此可以包括发育异常测量。例如，在一些实施例中，测量可以包括如上所述的graf测量。然而，本领域技术人员将理解，graf测量仅仅是示例，并且可以同样进行髋部的其他测量，例如，在c.diederichs等人的题为
‘
cross-modality validation of acetabular surface models using 3-d ultrasound versus magnetic resonance imaging in normal and dysplastic infant hips’(ultrasound in med.&biol.,2016,vol.42:2308-2314)论文中描述的三维髋部测量。
43.超声图像可以作为出于进行ddh诊断目的对例如婴儿、婴儿或幼儿的髋部的超声检查的一部分被捕获。
44.通常，超声图像可以包括二维图像或三维图像。图像可以包括不同的模态，例如，图像可以包括b模式超声图像、多普勒超声图像或弹性成像模式图像。
45.在一些实施例中，可以实时获得超声图像。例如，超声图像可以作为正在进行的或“实况”超声检查的一部分获得。在其他实施例中，超声图像可以从历史超声检查中获得(例如从数据库中检索)。
46.在系统200包括换能器208的实施例中，超声图像可以从使用换能器208捕获并由处理器处理以产生超声图像的数据中获得。替代地，可以从远程换能器接收超声图像(例如通过互联网发送)。
47.在一些实施例中，可以使用显示器208将包括髂骨和股骨头的标准化2d超声图像显示给用户，作为用户执行超声检查的参考。使用这样的示例2d图像及其界标作为引导，用户可能能够移动超声探头直到获得适当高质量的超声图像，如下所述。
48.通常，在超声检查中，用户(超声医师或进行检查的人)可以将探头以合适的位置和角度放置在髋部区域，然后采集2d或3d图像。
49.在2d us检查中，用户可以将超声探头以固定/可变的速度扫过婴儿的髋部区域，在此动态扫描期间将收集2d us图像序列并保存到内存中，例如，在dicom图像格式或作为原始us数据。智能ai算法可能会选择最佳代表帧(称为最佳图像以供以后测量)。
50.换句话说，在一些实施例中，使处理器获得髋部的超声图像可以包括使处理器：接
收多幅二维超声图像；使用利用机器学习过程训练的模型来根据所述多幅二维超声图像确定用于以后测量的最佳图像；并且将用于后续测量的所述最佳图像选择为所获得的超声图像。可根据下文阐述的方法对获得的超声图像(“用于以后测量的最佳图像”)执行以下质量度量方法。
51.作为超声检查的一部分，还可以在由超声医师成像的任何(或所有)2d帧上执行本文中描述的方法。
52.在一些实施例中，可以从采集的2d us图像序列中获得3d us体积。例如，可以在髋部区域周围移动2d探头，直到采集到合适的3d us体积或体积序列。在这些实施例中，可以基于为此目的选择中间线处的几个切片来计算质量度量。
53.换句话说，在一些实施例中，使处理器获得超声图像可以包括使处理器：接收多幅二维超声图像；使用机器学习过程训练的模型来根据多幅二维超声图像中重建三维体，并通过三维体选择切片作为获得的超声图像。
54.可以训练机器学习过程以根据一系列2d超声图像重建3d体积，使用诸如r.prevost等人在题为
‘
3d freehand ultrasound without external tracking using deep learning’,medical image analysis,2018,vol.48:187-202的文章中提出的过程。
55.现在转向相干图，本领域技术人员将熟悉空间相干图，但是简而言之，空间相干图描述了通过超声换能器阵列被检查和测量的对象(例如婴儿/新生儿)的组织反向散射的信号的空间相干特性。通常，波的空间相干性是衡量它如何随距离变化的量度。例如，空间相干图可以在具有部分或高相干性的区域中产生明亮的像素值，而在后向散射波前中存在低或没有相干性的区域中产生暗像素值(或者反之亦然)。相干性可能受到波形在其上反射或散射的组织的特性的影响，因此相干图可用于对下面的组织进行成像。
56.更详细地说，空间相干函数是对具有m个元素的给定间距或滞后的信号之间的相关函数的度量。该函数在超声图像中的每个场点x处定义。因此，rm(x)是相对滞后为m的换能器元件从场点x测得的换能器元件信号的相关系数。对于二维换能器阵列，m是指二维滞后，在阵列的两个维度中具有分量。在一些情况下，这些测得的相关系数是通过对相关窗口(例如，以x为中心的一波长轴向信号窗口)求平均来计算的。在其他情况下，不进行平均以提供这些相关系数，从而导致所谓的“单像素”计算。这里场点x可以是一对两个坐标(x＝(x1,x2))或三个坐标的三元组(x＝x1,x2,x3)，分别用于2d和3d情况。
57.空间相干函数的积分可以通过适当范围内的模拟积分来执行，但是在实践中，这种积分通常是通过适当范围内的索引的离散求和来执行的。
58.对于一维换能器阵列，超声换能器阵列可以具有n个元件，并且预定积分窗口优选地是从1到n/2的滞后范围，并且更优选地是从1到n/4的滞后范围。对于二维换能器阵列，超声换能器阵列可以具有nx
×
ny个元件，并且预定积分窗口优选地是从1到nx/2和从1到ny/2的滞后范围，并且更优选地是从1到nx/4和从1到ny/4的滞后范围并且更优选地是所有二维滞后(mx,my)的集合，使得(1-mx/nx)(1-my/ny)》0.75。在hyun等人的文章(ieee transactions on ultrasonics,ferroelectrics and frequency control,v61n7,第1101-1112页,2014)中给出了适用于空间相干成像的波束成形方法的更多细节。
59.图3a中提供了婴儿髋部的示例超声图像，其显示了髂骨(线性结构302)和近球形股骨头304的b模式图像。图3b、3c和3d分别示出了与图3a中的图像相对应的相干图，滞后时
间分别为2、3和4。图4e、4f、4g和4h分别图示了滞后5、6、7和8的相干图。在该示例中，髂骨位于像素的深度范围[360 410]和像素的宽度范围[1 400]内，股骨头看起来相当球形，但缺乏清晰度。然而，在图3b到4h的空间相干图中，与股骨头相对应的圆圈清晰可见。这是因为来自股骨头边界的超声信号高度相干，而噪声或其他伪影则不太相干。
[0060]
在图3和图4中所示的示例中，最佳滑动窗口长度是通过将长度从10像素改变到80像素来确定的，并且范围在30像素到50像素之间；因此在计算这些空间相干图时使用了41个像素的长度。然而，应当理解，这仅仅是一个示例，并且不同的滑动窗口长度可能适用于本文的中的不同实施例。
[0061]
通常，可以使用相干函数r(m)来获得空间相干图，所述相干函数r(m)是使用在相隔距离m(c)的换能器元件对之间执行的互相关来计算的。通过在所有接收器元件对之间建立自相关，将相干函数r评估为元素数量m(或滞后)的距离的函数。例如，可以根据以下公式来计算针对滞后m的相干性：
[0062][0063]
然后使处理器基于髋部的超声图像和空间相干图来确定质量度量。从这个意义上说，质量度量指示超声图像对进行髋部测量的合适性。例如，质量度量通常可以表示对超声图像对婴儿髋部进行测量的合适性的估计。在一些实施例中，所述质量度量可以表示超声图像的清晰度或图像质量。在其他实施例中，所述质量度量可以表示角度的合适性，或由超声图像表示的穿过髋部的二维切片的合适性，。在一些实施例中，所述质量度量可以组合这些方面。
[0064]
根据图3b-d和图3e-h的空间相干图，本发明人已经注意到针对可髂骨下方区域的相干性(例如，相干图中相对高的梯度)下降，其处可能由于超声无法穿透像髂骨这样的骨型组织而存在噪声，然而，对于髂骨上方的软组织的相干性降低较少。因此计算了髂骨、髂骨下方噪声区域和髂骨上方软组织的平均空间相干值，滞后范围为2到8，并且这些曲线如图5中所示，所述曲线示出了针对髂骨区域(曲线502)、髂骨下方的噪声区域(曲线504)和髂骨上方的软组织(曲线506)对于2到8的滞后的平均空间相干值。
[0065]
通过以上研究，本发明人得出以下结论：
[0066]
(1)髂骨的超声图像上存在(高或相对高，例如高于阈值)空间相干性；
[0067]
(2)由于髂骨引起的阴影在us图像上高度不连贯；
[0068]
(3)人体软组织在空间上是部分相干的，但不同软组织之间的边界在us图像上显示出相对较高的相干性。
[0069]
由于股骨头在空间相干图中的强烈增强外观，空间相干图还可用于估计股骨头的圆/环的尺寸或其他特性。因此，来自具有空间相干图的b模式us图像的髂骨(或髂骨上方的软组织)之间的对比度和/或髂骨之间的噪声区域可用作确定b模式图像是否为为以后的发育不良指标测量提供足够的质量。
[0070]
例如，如果髂骨和软组织的对比度和相干性值都很高，那么us图像的质量可能足以正确测量发育不良度量，否则，us图像可能不足以进行这样的测量。
[0071]
因此，一般而言，如果满足以下部分或全部标准，则超声图像可能具有足够的质量：
[0072]
·
关键结构(髂骨和髂骨上方的软组织)与髂骨下方的噪声区域(声影)之间存在高对比度分辨率
[0073]
·
髂骨在2d超声图像中间包含水平线(或接近水平线)
[0074]
·
股骨头包括靠近2d超声图像中心的圆/环
[0075]
·
us图像示出穿过股骨头的平面，所述平面在股骨头最宽处平分股骨头。
[0076]
因此，在一些实施例中，质量度量可以基于髂骨或股骨头处的空间相干性的量度；髂骨与邻近髂骨的区域中的噪声之间的对比度的量度；和/或所述股骨头的直径的量度。
[0077]
更详细地，在一些实施例中，如果与髂骨相关联的相干值高于第一阈值，则质量度量可以指示超声图像高于阈值质量。例如，如果髂骨的平均相干值更接近(标准化)值1.0，则超声图像可能具有足够的质量。因此可以将第一阈值设置为例如0.8的值、或0.9的值或0.95的值。
[0078]
在一些实施例中，如果髂骨与邻近髂骨的区域中的噪声之间的对比度的测量高于第二阈值，则质量度量可以指示超声图像高于阈值质量。例如，如果髂骨(或其附近的软组织)与髂骨下方的噪声区域之间的对比度相对较高，则可以设置第二阈值以使得超声图像被认为具有足够的质量。例如，如果对比度高于大约例如3db的值。比率是校准后的参数，而绝对参数可以被校准。
[0079]
在一些实施例中，如果超声图像包括穿过股骨头的平面，则质量度量可以指示超声图像高于阈值质量，其中，股骨头的直径处于(或大约处于，例如在其阈值公差内)其最大值。
[0080]
通常，股骨头不是精确的球体，并且在实施例中，例如，在测量包括graf测量结果的情况下，测量应该在如下的超声图像中进行，所述超声图像包括穿过髋关节的在股骨头的最宽处平分其的平面(例如横截面)。换句话说，测量应该在如下的平面上进行，所述平面以最大直径和/或最大横截面积穿过股骨头。这确保了所有操作者/超声医师使用一致的参考平面。
[0081]
将股骨头想象成一个球体，存在在股骨头最大直径处其的平面，并且操作者的任务可能是确定这个平面。因此，在一些实施例中，处理器202可以被配置为在超声检查期间实时确定股骨头的直径，并向显示器206发送指令以指示显示器向执行超声检查的用户(例如操作者或超声医师)显示所确定的直径。这样，可以帮助用户获得包括靠近或穿过股骨头最大直径的平面的图像。
[0082]
股骨头的直径可以通过...来根据超声图像确定。
[0083]
在一些实施例中，如果与股骨头相关联的相干值高于第三阈值，则所述质量度量可以指示超声图像高于阈值质量。所述相干值可以包括平均相干值。
[0084]
在一些实施例中，上述测量可以组合成单个数字或分数。例如，如果us图像分数高于第四阈值(例如：如果us分数被校准为最高分数为100，则在一个示例中，阈值可以是90)，则将超声图像质量分类为针对以后的测量足够好。
[0085]
第四阈值的适当值可以基于超声扫描器的特性(例如，它如何被校准)和/或患者体的特性来确定。组合分数(例如，组合了髂骨的平均相干性、相似成像深度的髂骨和附近软组织之间的对比度和/或2d超声图像的噪声水平；和/或是否已经达到包括通过股骨头的最大直径的平面的量度)可以从收集的数据集(包括正常受试者和患有ddh的患者)以及
通过临床诊断确定的数据集的真实情况来确定。经验丰富的超声医师或超声专家通常对所有属性都在图像内的高质量超声图像具有强烈的“感觉模式”(目标性)。因此，可以基于这些注释来识别规则或模式。
[0086]
通常，如上所述，质量度量可用于确定us图像是否足以进行测量。如果us图像质量不足够，则可以使处理器向用户指示(例如，通过向显示器发送指令)所获得的图像不适合进行测量。可以使处理器指示用户移动探头和/或改变探头角度，直到采集到质量度量指示超声图像高于阈值质量的适当高质量超声图像。
[0087]
一旦获得质量度量指示超声图像高于阈值质量的图像，处理器就可以被配置为向用户提供超声图像适合进行对髋部的测量的指示(例如通过向显示器208发送指令)。例如，所述指示可以包括音频或视觉提示。
[0088]
在一些实施例中，还可以使处理器使用超声图像和/或相干图来确定髋部的测量结果。为此，在一些示例中，可以使处理器分割超声图像和/或与超声图像相关联的一幅或多幅相干图。回到图3a
–
4h中，股骨头和髂骨在相干图中的强烈外观使得通过将一个或多个空间相干图与2d模式us图像相组合可以产生改进的髂骨和/或股骨头分割。因此，在一些实施例中，可以在执行分割之前组合一幅或多幅空间相干图和/或超声图像。
[0089]
在一些实施例中，可以将具有不同滞后的空间相干图组合成“组合空间相干图”，并且可以使处理器使用组合空间相干图来确定髋部的测量结果。换言之，空间相干图的组合(例如，归一化和平均，或以某种其他方式组合)可以被分割。
[0090]
在一些实施例中，可以将超声图像和空间相干图组合成单幅图像，在本文中将其称为“组合图像”。然后可以使处理器在组合图像中分割髂骨和股骨头，并使用对髂骨和股骨头的分割来进行对髋部的测量。例如，相干图可以用作掩模。可以根据以下方式来确定组合图像：掩模
×
原始us图像。在另一示例中，可以将阈值应用于相干图以将相干图转换为二值图像。例如，阈值可以是0.6。在这样的示例中，然后可以将组合图像确定为二值图像
×
原始us图像。在另一个示例中，可以采用上述两种方法的线性组合。
[0091]
本领域技术人员将熟悉图像分割，但是简而言之，图像分割涉及提取关于在图像中捕获的对象或形状的形状/形式信息。这可以通过将图像转换为组成块或“分割”来实现，每个分割中的像素或体素具有共同的属性。在一些方法中，图像分割可以包括将模型拟合到图像中的一个或多个特征。
[0092]
可由处理器202对组合图像执行的图像分割的示例包括但不限于：基于模型的分割(mbs)，其中，目标结构(例如心脏、大脑、肺等)的三角网格以迭代方式适应图像中的特征，以及机器学习(ml)分割，其中，基于相似的像素/体素值和图像梯度，使用ml模型将图像转换为多个组成形状(例如块形状或块体积)。有关应用于医学图像的mbs的更多信息可以在例如ecabert,o.等人的2008年的题为“automatic model-based segmentation of the heart in ct images”(ieee trans.med.imaging 27(9),1189
–
1201)的文章中到。
[0093]
球体可以适合股骨头以便确定例如它的位置和直径。因此，在一些实施例中，使处理器使用对髂骨和股骨头的分割来进行对髋部的测量可以包括使处理器将椭圆拟合到与股骨头相对应的分割段，例如，使用霍夫变换。
[0094]
在对相干图、组合相干图或组合图像执行分割的实施例中，对相干的使用可以提供改进的拟合霍夫变换，因为与超声图像相比，股骨头在空间相干图中更亮(参见图3b-d和
图4e-h与图3a中的us b模式图像的比较)。
[0095]
然后可以使处理器向显示器发送指令以使显示器将拟合的椭圆和/或分割结果中的与髂骨和股骨头相对应的段的标记到超声图像上，并且/或者进行相对于所标记的拟合的椭圆和/或与所述髂骨和所述股骨头相对应的所述分割结果对髂骨进行的测量。
[0096]
还可以使所述处理器使用对所述髋部的所述测量结果来诊断髋部发育不良，ddh。这可以例如通过将测量结果与和所执行的特定类型的测量相关联的众所周知的尺度进行比较来执行。例如，存在与图1中所示的角度α和β的graf值相关联的阈值，其可以用于诊断ddh。
[0097]
除了分段的髂骨和股骨头之外或替代于其，所确定的测量结果(例如发育不良度量)可以被显示在屏幕上。
[0098]
上述处理器202所执行的处理可以被分成模块。例如，一些实施例可以包括以下模块中的一个或多个：i)使用1d高频线性超声探头对婴儿髋部的表面进行徒手扫掠/扫描以获得顺序2d超声图像序列的模块ii)使用深度学习算法来根据2d超声图像序列重建3d超声体积图像的模块(如上所述)iii)执行自动关键结构(例如：髂骨和股骨头(圆圈))检测和测量发育不良试题的模块。该模块可以采用如上所述的us图像的空间相干性属性iv)用于确定上述质量度量的模块，针对给定的换能器位置，所述模块可以确定所采集的2d超声图像是否适合用于后的度量测量，例如：检查关键结构(髂骨和股骨头)在2d超声图像或3d超声体积中是否显示得足够好，例如：(a)检测到的髂骨(b)检测到的股骨头或圆圈；(c)对婴儿是否正常的指示(度量高于阈值)或(d)指示婴儿是否为ddh(度量很小)，以及vi)可提供2d us图像或3d us(或切片2d图像)体积与检测到的髋部的典型界标的图形表示的模块。
[0099]
系统200的实施例可以用于婴儿ddh诊断和筛查的超声成像。该系统可用于(a)入院前环境(小型诊所或家庭)，(b)医院的初步评估，以及(c)适当ddh处置后的随诊。本文的教导适用于许多超声成像系统，并且因此不限于任何特定的超声成像设备。教导还不限于任何特定的ddh研究(诊断和筛查)。
[0100]
因此，系统200可以为没有经验的用户提供增加的基于超声的ddh诊断和筛查的信心；通过减少检查和解读时间来改进工作流程；减少用户依赖和标准化报告方案；以及促进更轻松的存档和文档记录，以供后续使用，例如计费或教学目的。
[0101]
现在转向图6，图6示出了根据本文描述的原理构造的超声系统600的示例实施例。图6中所示的一个或多个部件可以包括在被配置为执行本文中描述的任何方法的系统内。例如，一个或多个处理部件可以被配置为获得髋部的超声图像，获得与和超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图，基于髋部和空间相干图的超声图像来确定质量度量，其中，所述质量度量指示超声图像对进行髋部测量的合适性，并且如果质量度量指示超声图像高于阈值质量，则指示超声图像适合进行髋部测量。
[0102]
例如，处理器202的任何上述功能可以例如通过计算机可执行指令被编程到系统600的处理器中。在一些示例中，处理器202的功能可以由图6所示的一个或多个处理部件实现和/或控制，包括例如图像处理器636。
[0103]
在图6的超声成像系统中，超声探头612包括用于将超声波发射到身体区域内和响应于发射的波而接收回波信息的换能器阵列614。换能器阵列614可以是包括多个换能器元件的矩阵阵列，这些换能器元件被配置为被单独地激活。在其他实施例中，换能器阵列614
可以包括一维线性阵列。换能器阵列614被耦合到探头612中的微波束形成器616，所述微波束形成器616可以控制阵列中的换能器元件对信号的发送和接收。在所示的示例中，微波束形成器616由探头电缆连接到发送/接收(t/r)开关618，所述开关在发送和接收之间切换并且保护主波束形成器622免受高能发射信号的影响。在一些在实施例中，t/r开关618和系统中的其他元件可以包括在换能器探头中而不是单独的超声系统底座中。
[0104]
能够在微波束形成器616的控制下的从换能器阵列614的超声束的发射由耦合到t/r开关618和波束形成器622的发射控制器620指示，其从例如用户对用户接口或控制面板624的操作接收输入。由发射控制器620控制的功能之一是波束被转向的方向。波束可以被转向为从换能器阵列垂直向前(垂直于换能器阵列)，或者以不同的角度用于更宽的视场。由微波束形成器616产生的部分波束形成的信号被耦合到波束形成器622，其中，来自换能器元件的个体面片的部分波束形成的信号被组合为完全波束形成的信号。
[0105]
波束形成的信号被耦合到信号处理器626。信号处理器626可以以各种方式处理接收的回波信号，例如带通滤波、抽取、i和q分量分离以及谐波信号分离。由信号处理器626采用的不同处理技术生成的数据可以被数据处理器用来识别内部结构，例如肋骨，或新生儿的解剖特征，以及其参数。
[0106]
处理器626还可以执行的信号增强，例如纹波降低、信号复合、以及噪声消除。经处理的信号可以被耦合到b模式处理器628，所述处理器可以采用幅值检测来对身体中的结构进行成像，包括例如肋骨、心脏和/或胸膜界面。由b模式处理器产生的信号耦合到扫描转换器630和多平面重新格式化器632。扫描转换器630以期望的图像格式来根据回波信号被接收的空间关系来布置回波信号。例如，扫描转换器630可以将回波信号布置成二维(2d)扇形形状的格式。多平面重新格式化器632能够将从身体的体积区域中的共同平面中的点接收到的回波转换为该平面的超声图像，如在美国专利us 6663896(detmer)中所描述。体积绘制器634将3d数据集的回波信号转换成如从给定参考点所看到的投影的3d图像，例如，在美国专利us 6530885(entrekin等人)中所描述。
[0107]
2d或3d图像被从扫描转换器630、多平面重新格式化器632、以及体积绘制器634耦合到图像处理器636用于进一步增强、缓存和临时存储，以在图像显示器638上显示。
[0108]
图形处理器640可以生成图形叠加以用于与超声图像一起显示。这些图形叠加可以包含例如作为对超声图像执行的分割的结果产生的分割结果或超声图像的空间相干图和/或如根据本文的方法确定的髂骨或股骨头的位置。
[0109]
图形叠加还可以包含其他信息，例如标准识别信息，例如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。图形叠加还可以包括指示已经获得目标图像帧和/或系统600处于识别目标图像帧的过程中的一个或多个信号。图形处理器640可以接收来自用户接口624的输入，例如键入的患者姓名。用户接口624还可以接收提示调整系统600使用的设置和/或参数的输入。用户接口还可以耦合到多平面重新格式化器632，用于选择和控制多个经多平面重新格式化的(mpr)图像的显示。
[0110]
本领域技术人员将理解，图6中所示的实施例仅是示例，并且超声系统600还可以包括对于图6中所示那些的额外的部件，例如电源或电池。
[0111]
图7图示了用于在超声图像中进行对髋部的测量的方法700。方法700可以例如由如上所述的系统200或600中的任一个来执行。简而言之，在第一块702中，方法700包括获得
髋部的超声图像。在第二块704中，所述方法包括获得与和超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图。在第三块706中，所述方法包括基于髋部的超声图像和空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对髋部进行测量的合适性。在第四块708中，如果所述质量度量指示超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合进行髋部测量。
[0112]
块702、704、606和708的功能在上面关于处理器202的功能进行了详细描述，并且其中的细节将被理解为同样适用于方法700的实施例。
[0113]
在另一实施例中，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有包含在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得，在由合适的计算机或处理器执行时，使所述计算机或处理器执行本文中描述的一种或多种方法。
[0114]
因此，应认识到，本公开还应用于适于将实施例付诸实践的计算机程序，尤其是载体上或载体中的计算机程序。所述程序可以是源代码、目标代码、源代码和目标代码中间的代码(例如，以部分编译形式的形式)的形式，或者是适于用于在实施根据本文中描述的实施例的方法中使用的任何其它形式。
[0115]
还应理解，这样的程序可以具有许多不同的架构设计。例如，实施方法或系统的功能的程序代码可以被细分为一个或多个子例程。在这些子例程间分布功能的多种不同方式对本领域的技术人员将是显而易见的。子例程可以一起存储在一个可执行文件中以形成自包含的(self-contained)程序。这样的可执行文件可以包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释器指令(例如java解释器指令)。替代地，子例程中的一个或多个或全部可以被存储在至少一个外部库文件中并且与主程序静态或动态地，(例如在运行时)链接。主程序包括对子例程中的至少一个的至少一个调用。子例程也可包括对彼此的功能调用。
[0116]
计算机程序的载体可以是能够承载所述程序的任何实体或设备。例如，载体可包括数据存储设备，例如是rom(如cd-rom、或半导体rom)，或是磁记录介质(例如硬盘)。此外，载体可以是可传输载体，例如电信号或光学信号，其可以经由电缆或光缆或通过无线电或其他手段被传输。当程序被实现在这样的信号中时，载体可以由这样的电缆或其他设备或单元组成。替代地，载体可以是嵌入了程序的集成电路，所述集成电路适于执行相关方法或在相关方法的实施中使用。
[0117]
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，能够理解并且实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中所记载的若干个项目的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。可以将计算机程序存储/分布在与其它硬件一起提供或者作为其它硬件的部分提供的诸如光存储介质或者固态介质的合适介质上，但是还可以以诸如经因特网或者其它有线或无线电信系统的其它形式分布。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

技术特征：

1.一种用于在超声图像中测量髋部的系统，所述系统包括：存储器，其包括指令数据，所述指令数据表示指令的集合；以及处理器，其被配置为与所述存储器通信并执行指令的所述集合，其中，指令的所述集合在由所述处理器执行时使所述处理器：获得所述髋部的超声图像；获得与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；基于所述髋部的所述超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对所述髋部进行所述测量的合适性；并且如果所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合用于对所述髋部进行所述测量。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述质量度量基于：髂骨或股骨头处的空间相干性的量度；所述髂骨与邻近所述髂骨的区域中的噪声之间的对比度的量度；和/或所述股骨头的直径的量度。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，在以下情况下所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量：与所述髂骨相关联的相干值高于第一阈值。4.根据权利要求1、2或3中的任一项所述的系统，其中，在以下情况下所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量：所述髂骨与邻近所述髂骨的区域中的噪声之间的对比度的量度高于第二阈值。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统，其中，在以下情况下所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量：所述超声图像包括穿过股骨头的平面，其中，所述股骨头的直径处于其最大值。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的系统，其中，在以下情况下所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量：与所述股骨头相关联的相干值高于第三阈值。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的系统，其中，还使所述处理器使用所述超声图像来确定所述髋部的测量结果。8.根据权利要求7所述的系统，其中，使所述处理器使用所述超声图像来确定所述髋部的所述测量结果包括使所述处理器：将所述超声图像与所述空间相干图组合为组合图像；在所述组合图像中分割所述髂骨和股骨头；并且使用对所述髂骨和股骨头的分割结果来进行对所述髋部的所述测量。9.根据权利要求8所述的系统，其中，使所述处理器使用对所述髂骨和所述股骨头的所述分割结果来进行对所述髋部的所述测量包括使所述处理器：使用霍夫变换来将椭圆拟合到所述分割结果的与所述股骨头相对应的段。10.根据权利要求9所述的系统，其中，还使所述处理器：向显示器发送指令以使所述显示器将拟合的椭圆和/或分割结果的与所述髂骨和所述股骨头相对应的段标记到所述超声图像上；并且
相对于所标记的拟合的椭圆和/或与所述髂骨和所述股骨头相对应的所述分割结果进行对所述髋部进行所述测量。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，使所述处理器获得所述髋部的所述超声图像包括使所述处理器：接收多幅二维超声图像；使用利用机器学习过程训练的模型来根据所述多幅二维超声图像确定用于以后测量的最佳图像；并且将用于以后测量的所述最佳图像选择为所获得的超声图像。12.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统，其中，使所述处理器获得超声图像包括使所述处理器：接收多幅二维超声图像；使用利用机器学习过程训练的模型来根据所述多幅二维超声图像重建三维体积；并且选择通过所述三维体积的切片作为所获得的超声图像。13.根据权利要求1至12中的任一项所述的系统，其中，还使所述处理器使用对所述髋部的测量结果来诊断所述髋部的发育不良，ddh。14.一种用于在超声图像中测量髋部的方法，所述方法包括：获得所述髋部的超声图像；获得与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；基于所述髋部的所述超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对所述髋部进行测量的合适性；并且如果所述质量度量指示所述超声图像高于阈值质量，则指示所述超声图像适合对所述髋部进行所述测量。15.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有包含在其中的计算机可读代码，所述计算机可读代码被配置为使得，在由合适的计算机或处理器执行时使所述计算机或处理器执行根据权利要求14所述的方法。

技术总结

在用于在超声图像中进行髋部测量的方法中，获得所述髋部的超声图像。还获得了与所述超声图像相关联的超声波的一个或多个滞后相关联的空间相干图；然后基于所述髋部超声图像和所述空间相干图来确定质量度量，其中，所述质量度量指示所述超声图像用于对髋部进行测量的合适性。如果所述质量度量指示超声图像高于阈值质量，则所述方法然后包括则指示所述超声图像适合进行髋部测量。声图像适合进行髋部测量。声图像适合进行髋部测量。