生成方位指示圖的方法及裝置及超聲三維成像方法及系統的製作方法
2023-05-12 21:49:26 1
專利名稱：生成方位指示圖的方法及裝置及超聲三維成像方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲三維成像方法及其系統，特別涉及超聲三維成像中生成方位指示圖的方法及其裝置。
背景技術：
傳統的醫療影像設備只能提供人體內部的二維圖像，醫生們只能憑經驗由多幅二維圖像去估計病灶的大小及形狀，以此想像病灶與其周圍組織的三維幾何關係，這給治療帶來了困難。而三維可視化技術可以由一系列二維圖像重建出三維形體，並在顯示器顯示出來。因此不僅能得到有關成像物體直觀、形象的整體概念，而且還可以保存許多重要的三維信息。由於超聲成像具有無創、無電離輻射以及操作靈活等明顯優勢，因此超聲三維成像在醫學臨床上得到廣泛的應用。三維超聲系統可以獲得掃描目標的三維視圖和剖面視圖。通常三維超聲系統還支持用戶對獲得的三維視圖和剖面視圖的交互操作，包括旋轉、縮放、平移、切換剖面視圖、調節剖面位置等等。經過交互操作後，三維視圖和剖面視圖將處於特定的空間方位，用戶必須能夠對此方位做出辨認，否則將不能準確理解圖像意義，導致無法有效地進行診斷。但如果希望用戶憑藉對三維圖像和剖面圖像內容的識別，或者對操作路徑的記憶來辨認當前方位，這往往是不現實的，至少對於經驗不足的用戶是非常困難的。因此，為了提高易用性，三維超聲系統需要提供一個準確、直觀、形象的圖形顯示，以幫助用戶辨認當前三維視圖和剖面視圖的方位，本文中稱這樣的圖形為「方位指示圖」。
發明內容
本發明的實施例公開了一種可以準確、直觀、形象地表示剖面與超聲掃描空間之間的位置關係的超聲三維成像中生成方位指示圖的方法及其裝置，以及相應的三維超聲成像方法及三維超聲成像系統。本發明實施例公開的技術方案包括提供一種超聲三維成像中生成方位指示圖的方法，包括獲取超聲三維成像的採集定位參數；根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向；獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數；根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；按照與所述剖面圖像與所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖；顯示所述方位指示圖。本發明實施例還提供一種超聲三維成像中生成方位指示圖的裝置，包括重建六面體幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像的採集定位參數，並根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；三維觀察方向確定模塊，用於確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向；剖面幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數，並根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；剖面觀察方向確定模塊用於確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；方位指示圖生成模塊，用於按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。本發明實施例還提供一種超聲三維成像方法，包括按照設定的採集定位參數進行超聲掃描，獲得原始體數據；對所述原始體數據進行重建並繪製，獲得三維圖像和剖面圖像；根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向；獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數；根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；按照與所述剖面圖像與所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖；顯示所述三維圖像和剖面圖像； 顯示所述方位指示圖。本發明實施例還提供一種超聲三維成像系統，包括探頭、發射/接收選擇開關、發射電路、接收電路、波束合成模塊、信號處理模塊、三維成像模塊、顯示器，所述三維成像模塊包括重建模塊和繪製模塊，其特徵在於所述三維成像模塊還包括重建六面體幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像的採集定位參數，並根據所述採集定位參數進行建模， 建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；三維觀察方向確定模塊，用於確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向；剖面幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數，並根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；剖面觀察方向確定模塊用於確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；方位指示圖生成模塊，用於按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。本發明實施例建立表示超聲真實掃描空間重建六面體幾何模型和表示剖面窗口的剖面幾何模型，並根據剖面與超聲掃描空間之間的位置關係生成方位指示圖，可以準確、 直觀、形象地表示三維成像中剖面圖像與超聲掃描空間的位置關係。
圖1為超聲三維成像系統結構框圖；圖2為本發明實施例的三維成像方法流程圖；圖3為本發明一個實施例的生成方位指示圖的方法的流程圖；圖4為本發明實施例的超聲掃描空間的示意圖；圖5為本發明另一實施例的生成方位指示圖的方法的流程圖；圖6為本發明一個實施例的生成方位指示圖的裝置的框圖；圖7為本發明另一實施例的生成方位指示圖的裝置的框具體實施例方式如圖1所示，為本發明一個實施例的三維超聲成像系統的結構框圖。三維超聲成像系統包括探頭2、發射/接收選擇開關3、發射電路4、接收電路5、波束合成模塊6、信號處理模塊7、三維成像模塊8、顯示器9。發射電路4將一組經過延遲聚焦的脈衝發送到探頭 2，探頭2向受測機體組織(圖中未示出)發射超聲波，經一定延時後接收從受測機體組織反射回來的帶有組織信息的超聲回波，並將此超聲回波重新轉換為電信號。接收電路5接收這些電信號，並將這些超聲回波信號送入波束合成模塊6。超聲回波信號在波束合成模塊6完成聚焦延時、加權和通道求和，再經過信號處理模塊7進行信號處理。經過信號處理模塊7處理的信號送入三維成像模塊8，經過三維成像模塊8處理，得到三維圖像等可視信息，然後送入顯示器9進行顯示。三維成像模塊8的處理流程如圖2所示，主要包括三個環節，一是採集，二是重建， 三是繪製。採集環節，就是獲取三維超聲體數據，得到原始體數據的過程，目前主要有兩種方法第一種使用自由臂掃描，進而以離線方式獲取三維體數據；另一種則使用專門的容積探頭進行掃描，從而可以得到實時的三維體數據。重建環節，是將採集的體數據變換到直角坐標，從而得到相對位置與真實空間一致的重建體數據的過程，這樣在下一步的繪製環節中才能得到準確的、沒有變形的成像結^ ο繪製環節，是對重建體數據使用可視化算法進行計算，從而獲得可視信息，並以顯示設備進行顯示的過程。採集環節得到的原始體數據，經過重建環節得到重建體數據；繪製環節接收重建體數據並接受用戶的交互操作，經計算得到可視信息，於是完成了三維成像過程。本發明實施例中，前述體數據的採集和對體數據進行重建並繪製三維圖像的方法可以採用業內常用的方法，在此不再贅述。三維超聲成像中，需要對包含成像目標在內的整個空間區域進行掃描，發射超聲波並接收超聲回波，以獲得這個空間區域內的組織或其它目標(器官、血流等等)的信息。 我們稱這個空間區域為「超聲掃描空間」。三維成像對體數據以三維可視化算法進行繪製，得到的圖像稱為三維圖像，顯示於三維視圖；而若繪製出體數據在某個平面進行剖切得到的圖像，則稱為剖面圖像，顯示於剖面視圖。稱垂直於視圖且指向前方的向量為視圖的觀察方向。對於三維視圖，為三維觀察方向，也即三維圖像的三維觀察方向；對於剖面視圖，為剖面觀察方向，也即剖面圖像的剖面觀察方向。三維超聲系統的界面通常同時顯示一個三維視圖和三個剖面視圖，通常三個剖面視圖的觀察方向相互垂直，且其中一個與三維視圖的觀察方向相同，另兩個與三維視圖的觀察方向垂直。當然，三維超聲系統的界面也可以同時顯示任意多個三維視圖和任意多個剖面視圖，且多個剖面視圖的觀察方向與三維視圖的觀察方向不平行和/或不垂直。 可以根據實際需求而靈活設定。如前文所述，為了提高易用性，本發明實施例的三維超聲系統提供一個準確、直觀、形象的方位指示圖，以幫助用戶辨認當前三維視圖和剖面視圖的方位。因此，本發明實施例中，在繪製環節，還包括生成方位指示圖的步驟。根據採集環節確定的採集定位參數、 初始的三維觀察方向和剖面觀察方向、用戶交互操作產生的三維交互信息和剖面交互信息等等信息，生成方位指示圖，並將生成的方位指示圖與繪製出來的三維視圖同時顯示在顯示器中。圖3為本發明一個實施例的生成方位指示圖的流程圖。如圖3所示，本實施例中， 生成方位指示圖包括根據超聲掃描的採集定位參數進行建模，建立代表超聲掃描空間的重建六面體幾何模型；確定三維圖像的三維觀察方向和剖面圖像的剖面觀察方向；建立代表所述剖面圖像所在的剖面窗口的剖面幾何模型；按照與剖面圖像與超聲掃描空間之間的位置關係相同的位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型， 獲得方位指示圖。下面針對各步驟進行詳細描述。1.根據超聲掃描的採集定位參數進行建模，建立代表超聲掃描空間的重建六面體幾何模型；在重建環節中，經過重建後得到的體數據為「重建體數據」，如圖4中的框架區域所示。重建體數據中的有效部分構成一個特定形狀的幾何體，它代表了實際掃描空間，同時是原始體數據的映射空間，本文中稱該幾何體為「重建六面體」。對於各種採集模式，重建六面體的形狀各不相同，如圖4中的框架內部的幾何體所示。重建六面體可以用圖形的方式進行表達，該表達僅僅取決於採集定位參數。這些採集定位參數在用超聲探頭進行掃描的時候即已通過系統預設或用戶的交互操作確定。以凸陣平掃採集模式為例，其重建六面體為扇柱狀，其六個表面包括四個平面和兩個圓柱面；利用採集定位參數逐一計算出各個表面的方程，就可以給出重建六面體的圖形表達。利用採集環節確定的採集定位參數進行建模，得到圖形方式表達的重建六面體幾何模型。重建六面體的表面由六個曲面組成，對於不同的採集模式，其曲面類型各不相同， 如表1所示表1重建六面體表面的曲面類型
權利要求
1.一種超聲三維成像中生成方位指示圖的方法，其特徵在於包括 獲取超聲三維成像的採集定位參數；根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向； 獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數； 根據所述剖面參數建立剖面幾何模型； 確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；按照與所述剖面圖像與所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係， 根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖； 顯示所述方位指示圖。
2.如權利要求1所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型包括根據所述採集定位參數確定重建六面體各表面的曲面類型根據所述採集定位參數和確定的曲面類型計算所述重建六面體各表面的曲面方程，獲得重建六面體幾何模型。
3.如權利要求1所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於根據所述剖面參數建立剖面幾何模型包括確定所述剖面窗口的形狀；根據所述剖面窗口的形狀，計算所述剖面窗口的各條邊的曲線方程，獲得剖面幾何模型。
4.如權利要求3所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於所述確定所述剖面窗口的形狀還包括接收輸入的對剖面窗口的形狀的交互信息；根據所述對剖面窗口的形狀的交互信息，更新所述剖面窗口的形狀。
5.如權利要求1所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於所述確定所述三維圖像的三維觀察方向還包括接收輸入的對三維圖像的交互信息；根據所述對三維圖像的交互信息，更新所述三維觀察方向。
6.如權利要求1所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於所述確定所述剖面圖像的剖面觀察方向還包括接收輸入的對剖面圖像的交互信息；根據所述對剖面圖像的交互信息，更新所述剖面觀察方向。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於還包括 確定相對於所述三維觀察方向的偏轉角；根據所述三維觀察方向和所述偏轉角，獲得方位指示圖觀察方向； 其中按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述方位指示圖觀察方向繪製所述重建六面體模型，根據所述剖面觀察方向繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。
8.如權利要求1所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於還包括確定對所述重建六面體幾何模型和/或所述剖面幾何模型進行渲染的材質；用所述材質對所述重建六面體幾何模型和/或所述剖面幾何模型的至少一個面進行渲染。
9.如權利要求8所述的生成方位指示圖的方法，其特徵在於用所述材質對所述重建六面體幾何模型和/或所述剖面幾何模型的至少兩個面進行渲染，其中至少兩個面的渲染使用的材質不同。
10.一種超聲三維成像中生成方位指示圖的裝置，其特徵在於包括重建六面體幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像的採集定位參數，並根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；三維觀察方向確定模塊，用於確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向；剖面幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數，並根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；剖面觀察方向確定模塊用於確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；方位指示圖生成模塊，用於按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。
11.如權利要求10所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於所述重建六面體幾何模型建立模塊包括曲面類型確定單元，用於根據所述採集定位參數確定重建六面體各表面的曲面類型第一計算單元，用於根據所述採集定位參數和確定的曲面類型計算所述重建六面體各表面的曲面方程，獲得重建六面體幾何模型。
12.如權利要求10所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於所述剖面幾何模型建立模塊包括剖面形狀確定單元，用於確定所述剖面窗口的形狀；第二計算單元，用於根據所述剖面窗口的形狀，計算所述剖面窗口的各條邊的曲線方程，獲得剖面幾何模型。
13.如權利要求10所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於所述三維觀察方向確定模塊還包括第一觀察方向更新單元，用於接收輸入的對三維圖像的交互信息，並根據所述對三維圖像的交互信息，更新所述三維觀察方向。
14.如權利要求10所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於所述剖面觀察方向確定模塊還包括第二觀察方向更新單元，用於接收輸入的對剖面圖像的交互信息，並根據所述對剖面圖像的交互信息，更新所述剖面觀察方向。
15.如權利要求12所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於所述剖面形狀確定單元還包括剖面形狀更新子單元，用於接收輸入的對剖面窗口的形狀的交互信息，並根據所述對剖面窗口的形狀的交互信息，更新所述剖面窗口的形狀。
16.如權利要求10至15中任意一項所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於還包括偏轉角確定模塊，用於確定相對於所述三維觀察方向的偏轉角； 方位指示圖觀察方向計算模塊，用於根據所述三維觀察方向和所述偏轉角，計算方位指示圖觀察方向；其中所述方位指示圖生成模塊按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述方位指示圖觀察方向繪製所述重建六面體模型， 根據所述剖面觀察方向繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。
17.如權利要求10所述的生成方位指示圖的裝置，其特徵在於還包括渲染模塊，用於確定對所述重建六面體幾何模型和/或所述剖面幾何模型進行渲染的材質並用所述材質對所述重建六面體幾何模型和/或所述剖面幾何模型的至少一個面進行渲染。
18.—種超聲三維成像方法，其特徵在於包括按照設定的採集定位參數進行超聲掃描，獲得原始體數據； 對所述原始體數據進行重建並繪製，獲得三維圖像和剖面圖像； 根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向； 獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數； 根據所述剖面參數建立剖面幾何模型； 確定所述剖面圖像的剖面觀察方向；按照與所述剖面圖像與所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係， 根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖； 顯示所述三維圖像和剖面圖像； 顯示所述方位指示圖。
19.一種超聲三維成像系統，包括探頭、發射/接收選擇開關、發射電路、接收電路、波束合成模塊、信號處理模塊、三維成像模塊、顯示器，所述三維成像模塊包括重建模塊和繪製模塊，其特徵在於所述三維成像模塊還包括重建六面體幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像的採集定位參數，並根據所述採集定位參數進行建模，建立重建六面體幾何模型，所述重建六面體幾何模型表示超聲掃描空間；三維觀察方向確定模塊，用於確定超聲三維成像中的三維圖像的三維觀察方向； 剖面幾何模型建立模塊，用於獲取超聲三維成像中的顯示剖面圖像的剖面窗口的剖面參數，並根據所述剖面參數建立剖面幾何模型；剖面觀察方向確定模塊用於確定所述剖面圖像的剖面觀察方向； 方位指示圖生成模塊，用於按照與所述剖面圖像和所述超聲掃描空間之間的空間位置關係相同的空間位置關係，根據所述三維觀察方向繪製所述重建六面體幾何模型，根據所述剖面觀察方向，繪製所述剖面幾何模型，獲得方位指示圖。
全文摘要
本發明實施例公開了一種超聲三維成像中生成方位指示圖的方法及裝置，包括獲取超聲三維成像的採集定位參數和剖面窗口的剖面參數；根據採集定位參數建立重建六面體幾何模型；確定三維觀察方向和剖面觀察方向；根據剖面參數建立剖面幾何模型；按照剖面圖像與超聲掃描空間之間的空間位置關係，根據三維觀察方向繪製重建六面體幾何模型，根據剖面觀察方向繪製所面幾何模型，獲得方位指示圖。本發明實施例建立表示超聲真實掃描空間重建六面體幾何模型和表示剖面窗口的剖面幾何模型，並根據剖面與超聲掃描空間之間的位置關係生成方位指示圖，可以準確、直觀、形象地表示三維成像中剖面圖像與超聲掃描空間的位置關係。
文檔編號A61B8/00GK102397082SQ20101028528
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者佘躍, 姚斌, 田勇 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司