專利名稱：通過串行信道轉換的可靠模式的醫學成像系統和方法
技術領域：
本發明涉及醫學成像。本發明特別涉及醫學超聲成像。
背景技術：
醫學成像系統用于獲得病人身體的圖像。例如，基于超聲技術的醫學成像系統向病人體內發射高頻聲波，然后接收和處理回波，以獲得二維或三維圖像，例如，時間變化圖像。一般的醫學成像系統尤其是超聲成像系統在本領域中是已知的技術。
不同類型或形式的成像在本領域中是已知的技術。例如存在生成B模式圖像(亮度)，C模式圖像(彩色)，D模式圖像(多普勒)，M模式圖像(運動)，合成模式(例如B+C或B+D或B+C+D)等的算法。使用期間，成像系統因操作者(例如醫師或技師)的意愿可從一種模式轉換到另一種模式。
圖1示出了一種傳統的超聲成像系統100。所述傳統的系統100包括包括掃描器和處理器的前端部分110a，和包括處理器的后端部分112a。前端部分110a包括超聲探頭114a，或與超聲探頭114a一起操作。后端部分112a包括顯示器116b，或與顯示器116b一起操作。傳統系統100使用如串行總線120(例如，USB(通用串行總線)2.0或IEEE1394 FireWireTM)，以便在前端部分110a和后端部分112a之間傳輸超聲圖像數據。所述串行總線120利用同步信道122傳輸圖像信息包，并且用異步信道124傳輸命令和控制參數。命令和控制參數包括，例如，轉換成特定模式的指令，以及模式-特定參數(例如，幀尺寸，區段數量，時序信息等)，所述模式—特定參數包括定義如何解譯異步信道的圖像信息包的參數。同步信道122支持實時、高通過量的圖像數據傳輸，如果信道的數據通過量有問題，在同步信道122中的數據包可被丟棄。無法保證任何特定圖像信息包都會被傳輸，但傳輸的圖像幀總是實時的。相反，由于低通過量的命令和參數交換，異步信道124在共享信道帶寬方面享有較低的優先權，支持信息包傳輸但無法保證實時傳輸。
圖2示出了另一傳統超聲成像系統150。所述傳統的系統150包括包括掃描器和處理器的前端部分110b，和包括處理器的后端部分112b。前端部分110b包括超聲探頭114b，或與超聲探頭114b一起操作。后端部分112b包括顯示器116b，或與顯示器116b一起操作。傳統系統150使用PCI總線160來傳輸超聲圖像數據，和控制前端部分110b和后端部分112b之間的參數。PCI總線是PC主板內的并行總線，支持著有嚴格計時要求的132Mb/s的通過率。
發明內容
在超聲醫學成像系統中，存在獨特的要求，其中幾個模式(例如，B圖像，彩色圖像，多普勒等)需要實時轉換。在模式轉換過程中，這樣的切換產生了同步問題。通常，在圖1的串行總線接口的傳統系統中，同步信道122中的圖像數據很難與通過異步信道124的命令/參數保持同步，并且會導致圖像失去同步，或甚至會使超聲系統崩潰。通常，在PCI接口的傳統系統中，實施者需要在PC主板上設計PCI升級卡，并且需要為每字節保持非常嚴格的計時要求，且使用大量的并行線。
因此，為包括可靠數據傳輸的醫學成像系統提供一種改進的方法和系統是相當有需要的。本發明的實施例包括在醫學成像系統例如超聲醫學成像系統中用于數據傳輸的方法和系統。本發明的實施例還包括醫學成像方法和醫學成像系統，所述醫學成像方法和醫學成像系統包括數據傳輸的方法和系統。
根據本發明的一個實施例，存在一種超聲醫學成像系統。所述系統包括第一和第二超聲信息處理裝置。所述第一超聲信息處理裝置被配置成將包含了至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成數據幀流，并且通過串行信道傳送所述數據幀流。在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括了對超聲成像模式的指示，以及該超聲-成像-模式-所特定的成像參數。被所述多個數據幀中的每個數據幀所包含的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序加以描述。所述第二超聲信息處理裝置被配置成通過所述串行信道接收所述數據幀流，并且根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據。
根據本發明的一個實施例，存在一種超聲醫學成像的方法。所述方法包括如下步驟將超聲波發射到病人體內；根據一種或多種超聲成像模式，接收和處理從病人體內的組織反射的回波，以便形成超聲圖像數據；將至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成為數據幀流，在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括超聲成像模式的指示，還包括超聲-成像-模式-所特定的成像參數，在所述多個數據幀中的每個數據幀內的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序的描述；通過串行信道傳送所述數據幀流；通過所述串行信道接收所述數據幀流；根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據；基于識別模式和接收的圖像數據的結構，來處理所述接收的圖像數據；并顯示處理過的接收的圖像數據。
根據本發明的一個實施例，存在一種計算機存儲產品。所述計算機存儲產品包括至少一個計算機可讀存儲介質；存儲在所述至少一個計算機可讀存儲介質上的第一計算機代碼；和存儲在所述至少一個計算機可讀存儲介質上的第二計算機代碼。所述第一計算機代碼包括至少向第一計算機處理器發出的指令將至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成為數據幀流，在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括超聲成像模式的指示，還包括超聲-成像-模式-特定成像參數，在所述多個數據幀中的每個數據幀內的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序的描述；和通過串行信道傳送所述數據幀流。所述第二計算機代碼包括至少向第二計算機處理器發出的指令使其通過所述串行信道接收所述數據幀流；根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據；以及基于識別到的模式和所述接收的圖像數據的結構，來處理所述接收的圖像數據，以便顯示所述接收的圖像數據。
為更詳盡的描述本發明的一些實施例，參考附圖。這些附圖并非是對本發明的限制，而僅是說明性的。
圖1是傳統的超聲成像系統的示意圖。
圖2是另一個傳統的超聲成像系統的示意圖。
圖3是根據本發明的一個實施例的超聲成像系統的示意圖。
圖4A-4D是在B模式成像，B+C模式成像，B+D模式成像，和B+M模式成像期間，使用的數據幀的數據幀結構的示意圖。
具體實施例方式醫學成像系統是已知的。例如，在美國專利6,248,071和6,547,730中描述的超聲成像，通過參考將上述專利的全部合并到本發明中。
根據本發明的一些實施例，存在實時醫學成像系統(例如超聲)的數據傳輸，所述數據傳輸以可靠的方式將醫學成像數據和控制參數結合到串行總線接口內的單一信道中。
根據本發明的一個實施例，圖3示出超聲成像系統300。所述系統300包括包括掃描器和處理器的前端部分310，和包括處理器的后端部分312。前端部分310包括超聲探頭114c，或與超聲探頭114c一起操作。后端部分312包括顯示器116c，或與顯示器116c一起操作。前端部分310和后端部分312的元件部分和成像算法可以是任何已知類型。然而，根據本申請文件，前端部分310和后端部分312包括被配置來交換信息的信息處理裝置。
系統300配置成使用例如串行總線(例如USB2.0或IEEE1394 FireWireTM)，用于在前端部分310和后端部分312之間傳輸超聲圖像數據。在系統300使用期間，所述系統300配置成能夠利用串行總線的信道320。例如，所述信道320優選的是非同步信道，并且在所述系統300使用期間，所述系統300優選配置成能夠利用串行總線的非同步信道(320)，且無須利用任何同步信道，所述串行總線可以被配置成提供或不提供同步信道。例如，非同步信道(320)可以是異步信道，并且異步信道優選的用于傳輸圖像信息包以及命令和控制參數。優選的，異步信道包括錯誤診斷或錯誤控制能力，以幫助接收器通信，以便確保正確和完整通信。
命令和控制參數包括例如，轉換成特定模式的指令，以及定義如何解譯異步信道的圖像信息包的模式-特定參數(例如幀尺寸，區段數量等)。例如，根據數據信息包的幀結構，系統300配置成利用異步信道來傳輸圖像信息包以及命令和控制參數。
根據本發明的一些實施例，圖像數據被預處理和打包(例如數據壓縮)成小容量，并且帶有控制參數的幀頭部分可附在圖像信息包中，并和圖像和控制信息一起經異步信道發送。在掃描模式改變的過渡期間，圖像數據總是和有關特定圖像信息包的控制參數同步。在掃描模式改變期間，圖像信息包不會與控制參數失去同步。另外，控制器(例如，運行LINUX操作系統核心或其它適當的操作系統的控制器)的處理負擔被減少。例如，所述裝置驅動器(例如Linux裝置驅動器)不必保持兩個端口，一個端口為同步，另一端口為異步。另一個實例中，控制器不必利用完善的(和不完善)方案，來設法使成像信息包和其對應的控制信息同步。
通過預處理和圖像數據打包，圖像數據大小首先明顯降低，并且圖像數據和參數被安置到低通過率異步信道內。所述系統不必依賴同步和異步信道來傳送超聲系統的圖像。在圖像數據包和控制參數上可保持良好的同步。對于許多典型的成像大小和圖像比率，在串行總線接口例如USB或IEEE1394上，網絡信道帶寬的要求可降到200Mb/s以下。當然，依靠可獲得的帶寬，也可以不需要壓縮。如果使用壓縮，可使用任何類型的數據壓縮。例如，可采用基于余弦轉換(通常用于JPEG圖像壓縮方案)的壓縮。[21]因此，僅僅使用異步端口來在超聲前端和后端元件之間傳輸圖像和控制數據。非同步或PCI并行總線是無需要的。在超聲系統中，所述模式(例如B，彩色，多普勒，M，等)實時轉變。傳統上很難保持參數/命令與超聲圖像數據同步，并且設計者利用同步信道在串行通信總線中傳輸圖像，或者利用并行PCI總線傳輸圖像。在本發明的一些實施例中，使用預處理和信息打包(例如，包括數據壓縮)，圖像數據和有關數據包的控制參數合并到一個信息包內，所述信息包置于低通過率異步信道中，還防止圖像與參數不同步和破壞所述系統。沒有另外建立同步信道的需求。
在一個執行實例中，預處理包括減少前端抽樣數據(例如，每向量8000)，以顯示象素密度(例如每向量400，和每幀128向量)，以便僅傳送顯示器上可見數據。
如以上論述，同步信道不被優選為需要而且也不被采用。在一個實施例中，盡管同步信道因某一些原因仍在使用，然而，非同步信道，例如異步信道，在典型的用戶使用期間，仍然用于傳輸至少一半于所傳輸的所有超聲圖像中。
圖4A，4B，4C和4D示出了根據本發明的實施例的數據幀結構。圖4A示意的顯示了在B模式成像期間使用的數據幀400的數據幀結構。數據幀400包括B模式幀頭410a，包括B模式圖像數據和B模式參數的數據412a，以及幀尾414a。圖4B示意的顯示在B+C模式成像期間使用的數據幀420的數據幀結構。數據幀420包括B模式幀頭410b，包括B模式圖像數據和B模式參數的數據412b，C模式特定幀頭430，包括C模式圖像數據和C模式參數的數據432，和幀尾414b。圖4C示意的顯示在B+D模式成像期間使用的數據幀440的數據幀結構。數據幀440包括B模式幀頭410c，包括B模式圖像數據和B模式參數的數據412c，D模式特定幀頭450，包括D模式圖像數據和D模式參數的數據452，以及幀尾414c。圖4D示意的顯示在B+M模式成像期間使用的數據幀460的數據幀結構。數據幀460包括B模式幀頭410d，包括B模式圖像數據和B模式參數的數據412d，M模式幀頭470，包括M模式圖像數據和M模式參數的數據472，以及幀尾414d。
如所見，每個圖像數據塊(例如，在數據412a-d，432，452或472中)非常接近地(在相同數據幀內)伴隨相應的命令和控制信息，所述命令和控制信息指示塊接受器如何解譯塊(例如塊是什么樣的成像模式，參數數量，參數等)。例如，B模式成像數據塊可對應單個二維圖像。在一個合成成像模式(例如B+C，B+D，B+M，B+C+D等)中，連續的數據幀將實現相合成的不同成像模式的數據交叉存取，例如，對于B+C模式為B-C-B-C-B-C....(如圖4B)，或(未顯示)對于B+C+D模式為B-C-D-B-C-D-B-C-D...。
根據圖3所示的成像數據的數據幀的接收器(例如圖3中的后端部分312)，可根據成像數據的相同數據幀的幀頭和參數中顯示的命令和控制信息來處理成像數據。這樣，在接受器，系統狀態保持與對應系統狀態的實際圖像同步，所述系統狀態反映了在特定時間的命令和控制信息的總記錄。
如以上清晰可見，根據本發明的實施例的超聲系統可以是根據本申請文件進行改進來進行信息通訊的傳統的超聲系統。這樣，向所述超聲系統的前后端部分中的處理器提供儲存在計算機儲存介質中的軟件，所述軟件指令所述處理器執行本申請文件中描述的一些算法。本發明的一個實施例是包括任何這種指令的計算機存儲產品。本發明的實施例可以是前端部分本身，或其部件，或后端部分本身，或其部件。
例如，在一實施例中，前端處理器被指示來將圖像數據和特定成像模式的參數打包成為數據幀，所述數據幀包括幀頭，所述幀頭至少顯示成像模式。在使用期間，即使當操作員未改變使用的成像模式時，傳輸的多個數據幀(例如連續的數據幀)仍然均指示成像模式，并且每一個仍將包括成像—模式—特定的成像參數。從一定意義上講，在多個數據幀中這類指示的和包括的信息可以被認為是多余的。如果運行合成模式，那么被合成的不同模式的成像數據塊交叉存取。例如，一個數據幀可包括被合成的所有不同成像模式的成像數據塊。一個數據幀包括幀頭和數據幀內的成像數據塊的參數信息。例如，每一數據幀內的塊可具有它自己的幀頭(如圖4B，4C和4D所示)。
本申請文件的說明書和附圖描述本發明的實施例，還描述一些典型的可選擇的特征和/或替代實施例。容易理解所述實施例是為了說明的目的，而非把發明限制在特定實施例。例如，這里討論了超聲實施例，但是，本發明也可包含任何其它類型的醫學成像系統。當然，所有體現本發明的精神和范圍的內容都在本發明所覆蓋的范圍內，包括替代的，變化的，改進的，等效的，等類似物。
權利要求
1.一種超聲醫學成像系統，所述系統包括第一超聲信息處理裝置，所述第一超聲信息處理裝置被配置成將至少含有一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成數據幀流，并且通過串行信道傳送所述數據幀流，其中在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括對超聲成像模式的指示，還包括超聲-成像-模式-特定成像參數，被所述多個數據幀中的每個數據幀所包含的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序的描述；和第二超聲信息處理裝置，所述第二超聲信息處理裝置被配置成通過所述串行信道接收所述數據幀流，并且根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述串行信道包括異步信道，并且所述數據幀流通過所述異步信道通信。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述異步信道被配置成包括差錯控制能力。
4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，從所述第一超聲信息處理裝置向所述第二超聲信息處理裝置通信超聲圖像不需要同步串行信道。
5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述串行信道包括非同步信道，而且從所述第一超聲信息處理裝置向所述第二超聲信息處理裝置傳送的所有超聲圖像數據中的至少一半在用戶使用期間通過所述非同步信道通信。
6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一超聲信息處理裝置配置成，在所述數據幀流持續期間，接收數據幀流的操作員并未改變所希望的超聲成像模式。
7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述第一超聲信息處理裝置配置成，當下面稱為B模式的亮度模式是操作員所希望的時，形成的數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，以及幀尾；以及其中所述第一超聲信息處理裝置配置成，當下面稱為B+C模式的亮度和彩色模式是操作員所希望的時，形成的數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，以及表示下面稱為C模式的彩色模式的幀頭，包括C模式圖像數據和C模式參數的主體，和幀尾。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述第一超聲信息處理裝置配置成，當下面稱為B+D模式的亮度和多普勒模式是操作員所希望的時，形成的數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，以及表示下面稱為D模式的多普勒模式的幀頭，包括D模式圖像數據和D模式參數的主體，以及幀尾。
9.一種超聲醫學成像的方法，所述方法包括以下步驟將超聲波發射到病人體內；根據一種或多種超聲成像模式，接收和處理從病人體內的組織反射的回波，以便形成超聲圖像數據；將至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成為數據幀流，在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括超聲成像模式的指示，還包括超聲-成像-模式-特定成像參數，在所述多個數據幀中的每個數據幀內的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序的描述；通過串行信道傳送所述數據幀流；通過所述串行信道接收所述數據幀流；根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據；基于識別模式和接收的圖像數據的結構，來處理所述接收的圖像數據；顯示處理過的接收的圖像數據。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述串行信道包括異步信道，并且所述傳送步驟包括通過所述異步信道傳送所述數據幀流的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述異步信道配置有差錯控制能力。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述傳送、接收或識別的步驟不需要同步串行信道。
13.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述串行信道包括非同步信道，并且所述傳送步驟包括通過所述非同步信道傳送所有被傳送的圖像數據中的至少一半。
14.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在所述打包步驟中，在所述數據幀流的持續期間，接收數據幀流的操作員并未改變所希望的超聲成像模式。
15.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述打包步驟包括，當下面稱為B模式的亮度模式是操作員所希望的時，形成數據幀流，所述數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，和幀尾；以及其中所述打包步驟包括，當下面稱為B+C模式的亮度和彩色模式是操作員所希望的時，形成數據幀流，所述數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，表示下面稱為C模式的彩色模式的幀頭，包括C模式圖像數據和C模式參數的主體，和幀尾。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述打包步驟包括，當下面稱為B+D模式的亮度和多普勒模式是操作員所希望的時，形成數據幀流，所述數據幀流均具有表示B模式的幀頭，包括B模式圖像數據和B模式參數的主體，表示下面稱為D模式的多普勒模式的幀頭，包括D模式圖像數據和D模式參數的主體，以及幀尾。
17.一種計算機存儲產品，包括至少一個計算機可讀存儲介質；存儲在所述至少一個計算機可讀存儲介質上的第一計算機代碼，所述第一計算機代碼包括至少向第一計算機處理器發出的指令將至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成為數據幀流，在所述數據幀流的持續期間，多個數據幀中的每個數據幀包括超聲成像模式的指示，還包括超聲-成像-模式-特定成像參數，在所述多個數據幀中的每個數據幀內的所述成像參數是對所述多個數據幀中的每個數據幀內的圖像數據的結構或時序的描述；和通過串行信道傳送所述數據幀流；以及存儲在所述至少一個計算機可讀存儲介質上的第二計算機代碼，所述第二計算機代碼包括至少向第二計算機處理器發出的指令通過所述串行信道接收所述數據幀流；根據數據幀內的指示來識別接收的圖像數據的超聲成像模式和接收的圖像數據的結構，所述數據幀包含所述接收的圖像數據；以及基于識別的模式和所述接收的圖像數據的結構，處理所述接收的圖像數據，以便顯示所述接收的圖像數據。
18.如權利要求17所述的計算機存儲產品，其特征在于，所述傳輸的指令包括通過異步信道傳送所述數據幀流的指令。
19.如權利要求18所述的計算機存儲產品，其特征在于，所述傳輸的指令不需要同步串行信道。
20.如權利要求17所述的計算機存儲產品，其特征在于，所述至少向第一計算機處理器發出的指令被配置成，即使在所述數據幀流的持續期間，也執行所述打包指令，在所述數據幀流的持續期間，所期望的超聲成像模式保持不會被正在觀察可顯示的圖像數據的操作員所改變。
全文摘要
本發明的一個實施例涉及一種超聲處理系統，根據無須同步串行信道且在超聲成像模式間可靠的轉換的方案，所述超聲處理系統在單個異步串行信道進行圖像通信。例如，所述系統被配置成，將至少一種超聲成像模式的超聲圖像數據打包成為數據幀流，通過異步信道傳送所述數據幀流。每一數據幀包括對超聲成像模式的指示，并且包括超聲—成像—模式—特定的成像參數。還存在其它實施例。
文檔編號G06F19/00GK1781461SQ200510114499
公開日2006年6月7日 申請日期2005年10月31日 優先權日2004年10月30日
發明者林聖梓, 吳旭湧 申請人:聲慧公司