體積超聲圖像數據重新格式化為圖像平面序列的製作方法

2023-06-10 07:34:56 1

專利名稱：體積超聲圖像數據重新格式化為圖像平面序列的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學診斷超聲系統，並且尤其涉及一種用於三維(3D)成像的超聲系統，所述超聲系統能夠將體積圖像數據輸出為平面圖像的序列。
背景技術：
超聲診斷成像常規上掃描身體解剖結構的二維截面圖像。隨著技術的發展，超聲目前能夠以靜態圖像和實時地兩種情況對三維體積進行掃描和成像。被掃描體積的3D數據集可以被連續繪製成三維視圖，速度快到足以讓臨床醫師觀察處於實時運動中的解剖結構的運動。但是放射科醫師和心臟病科醫師依然對觀看解剖結構的標準2D平面圖像更為 熟悉並且許多人依然對在3D中診斷解剖結構感到不舒服,組織錯雜(tissue clutter)使這一挑戰更加困難，這些組織錯雜常常圍繞處於被成像體積中心的感興趣區域並使該區域模糊。因此，許多醫師更喜歡觀看3D體積的平面2D圖像「切片」。一旦獲取了 3D體積圖像數據集，一種被稱作多平面重新格式化(reformat)的技術使得臨床醫師能夠選擇穿過體積的一個或多個切平面，以作為2D圖像進行觀察。在典型的用戶界面中，臨床醫師能夠在體積圖像中定位三條正交線。每條線代表穿過該體積的三個正交圖像平面之一的定位，所述三個正交圖像平面為χ-y平面(方位對深度)、y_z平面(深度對高度，通常被稱作C平面)以及χ-ζ平面(方位對高度)。當所述線被重新定位時，由被切平面截取的數據集的體素形成相應切平面的2D圖像。參見美國專利6572547 (Miller等人)，其說明了使用這樣的切平面從三種不同的成像視角對導管的尖端進行可視化。三維成像的另一限制是，各個超聲成像系統供應商以不同的方式格式化3D圖像的數據集，因為供應商試圖處理和提供在三維成像中固有的大(3D)數據集的存儲。在將這些不同的專有方法相匹配的努力中，DICOM標準委員會的工作組在2009年4月發布了對其標準的增補43，其特別針對用於存儲3D超聲圖像的DICOM標準。然而針對3D超聲圖像的這一標準並未迅速實施，並且不同供應商將諸如PACS系統的成像系統轉換成新的3D標準的計劃大部分仍然是未知的。因此，依然存在以標準化的格式提供3D圖像數據的需求，其易於進行傳輸以及在沒有實施針對3D超聲圖像的DICOM標準的其他醫學圖像平臺上使用。

發明內容
根據本發明的原理，描述了一種超聲系統，該系統將3D圖像數據重新格式化為處在各自切平面方向上的2D圖像的一個或多個序列，所述序列能夠作為標準2D實時圖像序列被傳送到其他成像平臺並進行回放和診斷。用戶界面提供了對切平面方向、平面的間距和/或序列中圖像的數量的選擇。體積然後被重新格式化為處在所選擇的(一個或多個)切平面方向上的平面圖像並且被存儲為一個或多個圖像序列，使得能夠在大多數常規醫學成像平臺上回放每個序列，優選作為2D DICOM圖像序列進行回放。


在附圖中圖I以框圖形式圖示了根據本發明的原理構建的超聲系統。圖2圖示了根據本發明的用於採集3D數據集並將所述數據重新格式化為一個或多個平面圖像序列的流程。圖3圖示了根據本發明的在3D圖像上方指示切平面的位置的線。圖4圖示了根據本發明的來自體積圖像數據集的三個平面圖像序列的格式化。
具體實施例方式參照圖1，以框圖形式示出了根據本發明的原理創建的超聲系統。具有陣列換能器12的超聲探頭10向患者的身體內發射超聲波並作為響應接收來自體積區域的回波。已知用於以超聲方式對身體的體積區域進行掃描的若干種技術。一種是在皮膚上方以垂直於探 頭的圖像平面的方向移動包含一維陣列換能器的超聲探頭。該探頭於是在探頭被移動的同時採集一系列大體上平行的圖像平面，並且所述圖像平面的圖像數據包括3D圖像數據集。在美國專利5474073 (Schwartz等人)中描述了這種被稱作徒手掃描的手動技術。第二種技術是在探頭的隔室內前後機械地震蕩換能器陣列。探頭於是將採集與在徒手技術中相同的一系列大體上平行的圖像平面的數據，但在這種情況中，換能器陣列的機械震蕩可以足夠快以生成實時3D圖像。第三種方法是使用具有二維陣列換能器的探頭，從該探頭，能夠通過相控陣列波束操縱在三個維度上以電子方式掃描波束。美國專利5993390 (Savord等人)描述了一種用於該目標的具有二維陣列的3D探頭。第三種方法有利地使用沒有運動部件的探頭，並且能夠足夠快速地完成電子波束操縱從而以實時成像的方式對甚至是心臟進行掃描。這些掃描技術中的每一種都能夠生成適於與本發明一起使用的3D圖像數據集。波束形成器14處理由陣列12的個體換能器元件接收的回波信號，以形成與身體內的特定點相關的相干回波信號。所述回波信號由信號處理器16進行處理。信號處理可以包括諧波回波信號成分的分離，例如用於諧波成像和雜波移除。圖像處理器18將經處理的信號布置成具有期望格式的圖像，諸如梯形扇區或立方體。3D圖像數據根據其在體積區域內的x-y-z坐標進行組織並被存儲在圖像存儲器20中。3D圖像數據由體積繪製器22繪製為三維圖像。可以以運動視差動態地顯示一系列體積繪製圖像，從而如同在美國專利6117080 (Schwartz)中描述的那樣,用戶可以從不同觀察視角旋轉、重定向和重定位所述體積。圖像由顯示處理器24進行處理以供顯示，顯示處理器24可以在3D圖像上覆蓋圖示，並且所述圖像在圖像顯示器26上顯示。也可以通過「切片貫穿」體積並將特定的切片顯示為2D圖像來檢查3D體積圖像。用戶通過操作用戶控制界面28上的控制來選擇切片在體積中的位置。用戶控制將如上所述地在3D體積中選擇特定的2D平面，並且多平面重新格式化器30選擇在所選擇的平面中具有坐標的3D數據集的平面數據。所選擇的平面的2D圖像顯示於顯示器26上，或者單獨顯示或者連同3D圖像一起顯示。如之前所述的，用戶控制界面能夠向用戶呈現三種不同顏色的線和光標，其中的每種都能夠選擇各個相互正交取向的平面。用戶於是能夠同時觀察穿過3D體積的三組正交的平面，例如在美國專利6572547 (Miller等人)中描述的那樣。根據本發明的原理，將3D體積的圖像數據布置在體積的連續、平行平面的圖像的序列中。所述圖像的序列可以被存儲為在超聲DICOM多幀圖像中的幀的序列，其能夠在大多數醫學圖像工作站和PACS系統上以存儲於超聲DICOM多幀圖像中的2D圖像序列的方式存儲和回放。臨床醫師從而能夠將3D體積的圖像數據作為穿過所述體積的切平面的序列進行觀察。臨床醫師能夠快速地回放圖像序列，從而形成「遊過」體積的效果。或者，臨床醫師能夠慢速地逐步瀏覽序列或者選出處於切過感興趣區域的平面中的特定圖像以供診斷。3D體積圖像因此能夠作為2D圖像進行複查，相比3D體積圖像，臨床醫生對2D圖像感覺更舒服和更熟悉。在圖I的實施中，用戶操作用戶控制界面以選擇要被創建的(一個或多個)2D圖像序列的平面的取向。標準的2D圖像具有方位(X)維度和深度(y)維度，並且臨床醫師可能例如想要得到定向在一系列χ-y平面中的切平面，每個切平面在體積中都具有不同的z(高度)坐標。這一選擇被應用於多平面重新格式化器30，其選擇3D數據集的x-y圖像平面序列。將x-y切平面圖像的這一序列耦合至圖像定序器32，其將所述圖像處理為一系列2D圖像。圖像序列可以具有由特定超聲系統使用的專用(自定義的)格式，但優選依照針對二維醫學圖像的DICOM標準來處理所述2D圖像。通過DICOM標準格式化，所述圖像序列能夠在各種醫學圖像平臺上被回放和觀察。2D圖像序列在電影回放(Cineloop)·存儲器34中被 存儲為2D圖像的序列或「環」。圖像序列能夠經超聲系統的圖像數據埠被發送至其他成像系統和平臺。例如，本發明的圖像序列能夠通過醫院的圖像數據網絡被傳送至醫院的另一部門。在本發明的優選實施中，用戶能夠指定和選擇3D體積的2D圖像序列的額外參數。如圖I所示，用戶控制界面28使用相同的或其他的用戶控制來指定2D圖像序列的其他特性，包括選擇序列的圖像的數量以及序列的切平面的平面到平面的間距。用戶控制還可以為用戶提供選擇3D體積中針對所述切平面的特定子體積的功能。例如，用戶可以僅選擇體積中針對2D圖像序列的中心三分之一。再例如，整個3D體積要被重新格式化為在100個圖像平面的序列中的2D圖像平面。多平面重新格式化器獲得這一選擇並沿所選擇的取向在所述體積上上等間隔地分配100個切平面。再例如，用戶選擇2mm平面到平面的間距，並且多平面重新格式化器沿所選擇的取向以2mm的間隔穿過所述體積切出2D圖像平面。圖2圖示了根據本發明用於生成和輸出3D體積的2D圖像序列的過程。在步驟40中，臨床醫師掃描身體的體積區域以採集3D數據集。在步驟42中，臨床醫師觀察繪製的3D圖像並選擇針對一個或多個圖像序列的一個或多個平面取向，所述體積被多平面重新格式化器切片為所述一個或多個圖像序列。臨床醫師可以選擇兩個序列，例如，一個具有x-y坐標的切平面而另一個具有y-z坐標的切平面。在構建的實施例中，通過選擇和觀察特定MPR圖像平面來完成對序列的平面取向的選擇。之後將在平行於所選擇的平面的平面中格式化序列的其他圖像。在步驟44中，臨床醫生選擇每個序列的圖像平面的數量。例如，臨床醫生可以為x-y平面序列選擇50個平面並且為y-z平面序列選擇20個平面。在步驟46中，臨床醫生選擇圖像平面間距。例如，臨床醫生可以為x-y平面選擇Imm的間距並為y-z平面選擇2mm的間距。如果這一步驟的平面間間距對於步驟44中所選擇的平面的數量而言過大，系統將通知用戶該衝突從而用戶能夠選擇一個參數或其他參數。如果所選擇的平面間間距對於整個體積而言過小，系統會將所選擇的平面的數量以所選擇的平面間間隔關於體積的中心進行分布，用戶大多數將此處定位為感興趣區域。或者，用戶可以指定體積的子區域，將圖像平面分布在該子區域之上。在構建的實施例中，不必執行步驟44和46 ;超聲系統自動從3D體積的一側到另一側生成圖像數據的平面，並且以超聲系統允許的最小平面到平面的間距來生成圖像平面。在步驟48中，多平面重新格式化器和圖像定序器生成指定的(一個或多個)圖像序列。在步驟50中，(一個或多個)圖像序列作為超聲DICOM多幀圖像被輸出至圖像工作站以供複查和診斷。圖3是在顯示器26的屏幕上顯示的圖像，其圖示了切平面線的網格，該切平面線的網格向用戶顯示了將被重新格式化為2D圖像的序列的平面。顯示器屏幕60的左側是定向在χ-y平面中的超聲圖像66。覆蓋在這一圖像66上的是垂線的網格64,其指不沿y-z(高度)方向穿過體積的一系列切線。該網格64向用戶顯示出，被這三十個切平面跨越的體積的部分將在y-z維度上被重新格式化為三十幅2D圖像的序列。顯示器的右側是在x-y維度上穿過體積的第二圖像68，該圖像被水平線的網格62覆蓋。該網格62向用戶顯示出，體積的子區域將被重建為三十幅C平面圖像的序列，所述體積的子區域從接近圖像的頂端向下延伸至整個圖像深度的大約三分之二，亦即，所述圖像中的每幅都在x-z維度上並且處在體積的連續深度(沿y-方向增加)上。網格62由圖示條(graphical box)60表示,處於頂部的這一圖示條用小刻度線指示處在左側圖像66上y-z維度的切平面的位置。因此，用戶能夠一眼觀看兩組相互垂直的網格線和切平面的相對位置。 也可以給予用戶旋轉或傾斜網格62、64的能力並從而創建相對於完全水平和垂直切平面的公稱(nominal)取向傾斜或旋轉的切平面線。圖4圖示了通過本發明的實施生成的三個圖像序列74、84、94。處於圖4左側的顯示器屏幕70顯示了在x-y維度上切過體積的超聲圖像72，以及在穿過體積和3D數據集的連續x-y平面中的2D圖像的圖像序列74。圖4的中間是顯示器屏幕80，其顯示了在y-z平面中的圖像84，並且該圖像下方是在穿過體積與3D數據集的連續y-z切平面中的圖像的圖像序列84。圖4的右側的顯示器屏幕90，其顯示了 C平面(x-z維度)92，並且其下方是在切過體積和3D數據集的連續x-z平面的圖像的序列94。三個圖像序列顯示了切過體積和3D數據集的相互正交平面的圖像，一個序列在z方向上推進，第二序列在X方向上推進，而第三序列在I方向上推進。用戶能夠將一個、兩個或全部三個圖像序列作為DICOM圖像輸出至工作站以供進一步的分析和診斷。由於每個切平面都穿過整個3D圖像數據集，每個2D切平面圖像因此貫穿並包含為特定重新格式化圖像採集的全部圖像數據。在優選實施例中，2D圖像處於笛卡爾坐標系中，並且每個圖像序列是在各個正交笛卡爾坐標方向上連續的切平面。所述2D圖像因此與通過常規手段由一維陣列換能器採集的標準2D圖像同樣程度地適用於測量和量化。
權利要求
1.一種超聲診斷成像系統，其生成身體的體積區域的三維(3D)圖像數據，所述超聲診斷成像系統包括 超聲探頭，其能夠用於採集所述體積區域的3D圖像數據集； 圖像數據重新格式化器，其響應於所述3D圖像數據集，生成切平面的多幅平行2D圖像，所述切平面垂直於穿過所述3D圖像數據集的選定方向； 圖像定序器，其響應於所述2D圖像，生成2D圖像的序列，所述2D圖像的序列能夠作為標準格式的2D圖像序列被回放； 數據埠，其與所述圖像定序器耦合，所述2D圖像的序列能夠通過所述數據埠被傳送至另一成像系統；以及 顯示器，其能夠用於觀察所述2D圖像序列。
2.根據權利要求I所述的超聲診斷成像系統，其中，圖像定序器還能夠用於生成符合DICOM格式的2D圖像的序列。
3.根據權利要求2所述的超聲診斷成像系統，其中，其他成像平臺能夠用於將所述2D圖像的序列作為DICOM圖像序列進行回放。
4.根據權利要求I所述的超聲診斷成像系統，還包括電影回放存儲器，所述電影回放存儲器能夠用於將由所述圖像定序器生成的所述2D圖像的序列作為圖像電影回放來存儲， 其中，所述2D圖像的序列能夠在所述顯示器上回放。
5.根據權利要求4所述的超聲診斷成像系統，其中，從所述電影回放存儲器，所述2D圖像的序列能夠作為實時圖像序列被回放，或者能夠被播放和停止以在所述顯示器上觀察所述2D圖像中的特定一幅。
6.根據權利要求I所述的超聲診斷成像系統，還包括用戶控制界面，所述成像系統的用戶能夠操作所述用戶控制界面以選擇穿過所述3D數據集的垂直方向。
7.根據權利要求6所述的超聲診斷成像系統，其中，所述垂直方向的選擇包括選擇穿過所述3D數據集的2D圖像平面， 其中，所述2D圖像的序列中的所述圖像平行於所選擇的2D圖像平面中的平面。
8.根據權利要求6所述的超聲診斷成像系統，其中，所述用戶控制還能夠被用戶用於針對多達三個正交2D圖像數據集選擇多達三個正交垂直方向， 其中，所述圖像數據重新格式化器和所述圖像定序器響應於對多達三個正交垂直方向的所述選擇，從所述3D數據集生成多達三個2D圖像的序列。
9.根據權利要求6所述的超聲診斷成像系統，其中，所述用戶控制界面還能夠被所述用戶用於選擇所述切平面的間距。
10.根據權利要求9所述的超聲診斷成像系統，其中，所述用戶控制界面還能夠被所述用戶用於選擇切平面的數量， 其中，所述切平面的數量等於由所述圖像定序器生成的所述序列的2D圖像的數量。
11.根據權利要求6所述的超聲診斷成像系統，其中，所述用戶控制界面還能夠被所述用戶用於選擇切平面的數量， 其中，所述切平面的數量等於由所述圖像定序器生成的所述序列的2D圖像的數量。
12.根據權利要求I所述的超聲診斷成像系統，還包括體積繪製器，其響應於所述3D圖像數據集，生成經繪製的3D超聲圖像， 其中，所述顯示器還能夠用於顯示所述經繪製的3D超聲圖像。
13.根據權利要求I所述的超聲診斷成像系統，還包括與所述顯示器耦合的顯示處理器，所述顯示處理器生成覆蓋由所述探頭採集的超聲圖像的圖示，所述圖示指示2D圖像平面的序列的空間位置。
14.根據權利要求13所述的超聲診斷成像系統，其中，所述圖示還包括切平面線的網格，並且所述系統還包括用戶控制，用戶能夠通過所述用戶控制調整所述網格的所述切平面的數量、所述網格的所述切平面的間距以及所述切平面相對於所述體積區域的所述空間位置的定位中的至少一個。
15.根據權利要求14所述的超聲診斷成像系統，還包括用戶控制，用戶能夠通過所述用戶控制旋轉或傾斜穿過所述體積區域的所述切平面。
全文摘要
一種超聲探頭採集身體的體積區域的3D圖像數據集。所述3D圖像數據被重新格式化為連續平行圖像平面的序列，該序列沿穿過體積的三個正交方向之一延伸。優選根據DICOM標準格式化所述圖像的序列(74、84、94)，從而臨床醫師能夠在圖像工作站上將3D圖像數據作為DICOM圖像的序列進行複查。
文檔編號A61B8/14GK102802537SQ201180014912
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月17日 優先權日2010年3月23日
發明者J·R·布朗, K·布拉德利 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司