[发明专利]用于生成超声散射体表示的方法和装置

说明书

技术领域

本文描述的方法和装置一般涉及超声图像模拟，并且更具体地涉及例如在医学领域中用于超声练习训练模拟目的的虚拟现实超声图像建模。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月27日提交的以Orcun Goksel、Oliver Mattausch署名的、标题为“Method and apparatus for generating an ultrasound scatterer representation”的美国临时专利申请序列号US 62/197,102和于2016年3月16日提交的以Orcun Goksel、Oliver Mattausch署名的、标题为“Method and apparatus for generating an ultrasound scatterer representation”的美国临时专利申请序列号US 62/309,298的优先权，通过引用将这些申请整体地结合于本文中以用于所有目的。

背景技术

医学成像模拟器

超声波的应用既需要在操纵成像设备方面的高水平专业知识又需要在分析和解释作为结果的图像方面的高水平专业知识，例如在医疗领域中为了进行准确的诊断和干预指导。因此，学习这种模式的正确执行需要对超声专家进行长时间的训练。

为了便于医学学生和医生的培训，可以使用先进的医疗程序模拟器(诸如在美国专利8992230中描述的模拟器)。这样的模拟器可以基于虚拟现实(“VR”)和/或混合或增强现实(“AR”)模拟装置，医师可以通过该装置来实验医疗过程场景。VR/AR系统可以根据医师的手势和动作来计算和显示解剖结构的视觉VR/AR模型，以提供各种反馈(诸如视觉反馈)。在VR系统中，可以模拟整个图像来显示给用户，并且在AR系统中，可以将模拟图像与实际图像重叠或以其它方式与实际图像结合以显示给用户。可以选择具有不同病理的各种患者模型。因此，为了训练的目的可以在压缩的时间段内为用户模拟由练习医疗人员多年来遇到的自然变化。

超声成像模拟

已经基于插值超声模拟开发了早期的超声模拟技术方案，诸如，例如在“B-mode ultrasound image simulation in deformable 3-D medium”，IEEE Trans Medical Imaging，28(11):1657-69，2009年11月[Goksel2009]中所描述的、由O.Goksel和S.E.Salcudean开发的方法。插值方法通常可以生成逼真的图像，但只能在没有方向性图像伪像(artifact)并且对于来自有限视野的图像的情况下生成。如某些超声应用(诸如腹部超声)所要求的，为了处理不同的视野并更好地模拟某些伪像，需要其它方法。

生成式模拟

生成式(generative)模拟(诸如基于波的或基于射线的超声模拟)通过实时地使用分析和数值技术方案的组合，旨在模拟将通过变换器(transducer)位置/方位进行登记的超声信号。但是，模拟所有可能的超声组织相互作用现象仍然是未解决的理论问题。例如，超声纹理(散斑)是主要由亚波长粒子(诸如细胞核、其它细胞器)散射的超声波的相长干涉和相消干涉的结果。但是，没有已知方法可以在具有细胞结构的这样细微细节的情况下观察到足够大的组织区域(对于OB/GYN超声检查，40-150mm)。

在文献中已经提出了具有对不同波特性的权衡和近似的各种方法：