体积超声图像数据重新格式化为图像平面序列制作方法

J·R·布朗, K·布拉德利

2012年11月28日

2011年3月17日

2010年3月23日

皇家飞利浦电子股份有限公司

A61B8/14GK102802537SQ201180014912

图像 格式化 超声 体积 重新 数据

1.一种超声诊断成像系统，其生成身体的体积区域的三维(3D)图像数据，所述超声诊断成像系统包括 超声探头，其能够用于采集所述体积区域的3D图像数据集； 图像数据重新格式化器，其响应于所述3D图像数据集，生成切平面的多幅平行2D图像，所述切平面垂直于穿过所述3D图像数据集的选定方向； 图像定序器，其响应于所述2D图像，生成2D图像的序列，所述2D图像的序列能够作为标准格式的2D图像序列被回放； 数据端口，其与所述图像定序器耦合，所述2D图像的序列能够通过所述数据端口被传送至另一成像系统；以及 显示器，其能够用于观察所述2D图像序列2.根据权利要求I所述的超声诊断成像系统，其中，图像定序器还能够用于生成符合DICOM格式的2D图像的序列3.根据权利要求2所述的超声诊断成像系统，其中，其他成像平台能够用于将所述2D图像的序列作为DICOM图像序列进行回放4.根据权利要求I所述的超声诊断成像系统，还包括电影回放存储器，所述电影回放存储器能够用于将由所述图像定序器生成的所述2D图像的序列作为图像电影回放来存储， 其中，所述2D图像的序列能够在所述显示器上回放5.根据权利要求4所述的超声诊断成像系统，其中，从所述电影回放存储器，所述2D图像的序列能够作为实时图像序列被回放，或者能够被播放和停止以在所述显示器上观察所述2D图像中的特定一幅6.根据权利要求I所述的超声诊断成像系统，还包括用户控制界面，所述成像系统的用户能够操作所述用户控制界面以选择穿过所述3D数据集的垂直方向7.根据权利要求6所述的超声诊断成像系统，其中，所述垂直方向的选择包括选择穿过所述3D数据集的2D图像平面， 其中，所述2D图像的序列中的所述图像平行于所选择的2D图像平面中的平面8.根据权利要求6所述的超声诊断成像系统，其中，所述用户控制还能够被用户用于针对多达三个正交2D图像数据集选择多达三个正交垂直方向， 其中，所述图像数据重新格式化器和所述图像定序器响应于对多达三个正交垂直方向的所述选择，从所述3D数据集生成多达三个2D图像的序列9.根据权利要求6所述的超声诊断成像系统，其中，所述用户控制界面还能够被所述用户用于选择所述切平面的间距10.根据权利要求9所述的超声诊断成像系统，其中，所述用户控制界面还能够被所述用户用于选择切平面的数量， 其中，所述切平面的数量等于由所述图像定序器生成的所述序列的2D图像的数量11.根据权利要求6所述的超声诊断成像系统，其中，所述用户控制界面还能够被所述用户用于选择切平面的数量， 其中，所述切平面的数量等于由所述图像定序器生成的所述序列的2D图像的数量12.根据权利要求I所述的超声诊断成像系统，还包括体积绘制器，其响应于所述3D图像数据集，生成经绘制的3D超声图像， 其中，所述显示器还能够用于显示所述经绘制的3D超声图像13.根据权利要求I所述的超声诊断成像系统，还包括与所述显示器耦合的显示处理器，所述显示处理器生成覆盖由所述探头采集的超声图像的图示，所述图示指示2D图像平面的序列的空间位置14.根据权利要求13所述的超声诊断成像系统，其中，所述图示还包括切平面线的网格，并且所述系统还包括用户控制，用户能够通过所述用户控制调整所述网格的所述切平面的数量、所述网格的所述切平面的间距以及所述切平面相对于所述体积区域的所述空间位置的定位中的至少一个15.根据权利要求14所述的超声诊断成像系统，还包括用户控制，用户能够通过所述用户控制旋转或倾斜穿过所述体积区域的所述切平面

本发明涉及一种医学诊断超声系统，并且尤其涉及一种用于三维(3D)成像的超声系统，所述超声系统能够将体积图像数据输出为平面图像的序列

参照图1，以框图形式示出了根据本发明的原理创建的超声系统具有阵列换能器12的超声探头10向患者的身体内发射超声波并作为响应接收来自体积区域的回波已知用于以超声方式对身体的体积区域进行扫描的若干种技术一种是在皮肤上方以垂直于探 头的图像平面的方向移动包含一维阵列换能器的超声探头该探头于是在探头被移动的同时采集一系列大体上平行的图像平面，并且所述图像平面的图像数据包括3D图像数据集在美国专利5474073 (Schwartz等人)中描述了这种被称作徒手扫描的手动技术第二种技术是在探头的隔室内前后机械地震荡换能器阵列探头于是将采集与在徒手技术中相同的一系列大体上平行的图像平面的数据，但在这种情况中，换能器阵列的机械震荡可以足够快以生成实时3D图像第三种方法是使用具有二维阵列换能器的探头，从该探头，能够通过相控阵列波束操纵在三个维度上以电子方式扫描波束美国专利5993390 (Savord等人)描述了一种用于该目标的具有二维阵列的3D探头第三种方法有利地使用没有运动部件的探头，并且能够足够快速地完成电子波束操纵从而以实时成像的方式对甚至是心脏进行扫描这些扫描技术中的每一种都能够生成适于与本发明一起使用的3D图像数据集波束形成器14处理由阵列12的个体换能器元件接收的回波信号，以形成与身体内的特定点相关的相干回波信号所述回波信号由信号处理器16进行处理信号处理可以包括谐波回波信号成分的分离，例如用于谐波成像和杂波移除图像处理器18将经处理的信号布置成具有期望格式的图像，诸如梯形扇区或立方体3D图像数据根据其在体积区域内的x-y-z坐标进行组织并被存储在图像存储器20中3D图像数据由体积绘制器22绘制为三维图像可以以运动视差动态地显示一系列体积绘制图像，从而如同在美国专利6117080 (Schwartz)中描述的那样,用户可以从不同观察视角旋转、重定向和重定位所述体积图像由显示处理器24进行处理以供显示，显示处理器24可以在3D图像上覆盖图示，并且所述图像在图像显示器26上显示也可以通过“切片贯穿”体积并将特定的切片显示为2D图像来检查3D体积图像用户通过操作用户控制界面28上的控制来选择切片在体积中的位置用户控制将如上所述地在3D体积中选择特定的2D平面，并且多平面重新格式化器30选择在所选择的平面中具有坐标的3D数据集的平面数据所选择的平面的2D图像显示于显示器26上，或者单独显示或者连同3D图像一起显示如之前所述的，用户控制界面能够向用户呈现三种不同颜色的线和光标，其中的每种都能够选择各个相互正交取向的平面用户于是能够同时观察穿过3D体积的三组正交的平面，例如在美国专利6572547 (Miller等人)中描述的那样根据本发明的原理，将3D体积的图像数据布置在体积的连续、平行平面的图像的序列中所述图像的序列可以被存储为在超声DICOM多帧图像中的帧的序列，其能够在大多数医学图像工作站和PACS系统上以存储于超声DICOM多帧图像中的2D图像序列的方式存储和回放临床医师从而能够将3D体积的图像数据作为穿过所述体积的切平面的序列进行观察临床医师能够快速地回放图像序列，从而形成“游过”体积的效果或者，临床医师能够慢速地逐步浏览序列或者选出处于切过感兴趣区域的平面中的特定图像以供诊断3D体积图像因此能够作为2D图像进行复查，相比3D体积图像，临床医生对2D图像感觉更舒服和更熟悉在图I的实施中，用户操作用户控制界面以选择要被创建的(一个或多个)2D图像序列的平面的取向标准的2D图像具有方位(X)维度和深度(y)维度，并且临床医师可能例如想要得到定向在一系列χ-y平面中的切平面，每个切平面在体积中都具有不同的z(高度)坐标这一选择被应用于多平面重新格式化器30，其选择3D数据集的x-y图像平面序列将x-y切平面图像的这一序列耦合至图像定序器32，其将所述图像处理为一系列2D图像图像序列可以具有由特定超声系统使用的专用(自定义的)格式，但优选依照针对二维医学图像的DICOM标准来处理所述2D图像通过DICOM标准格式化，所述图像序列能够在各种医学图像平台上被回放和观察2D图像序列在电影回放(Cineloop)·存储器34中被 存储为2D图像的序列或“环”图像序列能够经超声系统的图像数据端口被发送至其他成像系统和平台例如，本发明的图像序列能够通过医院的图像数据网络被传送至医院的另一部门在本发明的优选实施中，用户能够指定和选择3D体积的2D图像序列的额外参数如图I所示，用户控制界面28使用相同的或其他的用户控制来指定2D图像序列的其他特性，包括选择序列的图像的数量以及序列的切平面的平面到平面的间距用户控制还可以为用户提供选择3D体积中针对所述切平面的特定子体积的功能例如，用户可以仅选择体积中针对2D图像序列的中心三分之一再例如，整个3D体积要被重新格式化为在100个图像平面的序列中的2D图像平面多平面重新格式化器获得这一选择并沿所选择的取向在所述体积上上等间隔地分配100个切平面再例如，用户选择2mm平面到平面的间距，并且多平面重新格式化器沿所选择的取向以2mm的间隔穿过所述体积切出2D图像平面图2图示了根据本发明用于生成和输出3D体积的2D图像序列的过程在步骤40中，临床医师扫描身体的体积区域以采集3D数据集在步骤42中，临床医师观察绘制的3D图像并选择针对一个或多个图像序列的一个或多个平面取向，所述体积被多平面重新格式化器切片为所述一个或多个图像序列临床医师可以选择两个序列，例如，一个具有x-y坐标的切平面而另一个具有y-z坐标的切平面在构建的实施例中，通过选择和观察特定MPR图像平面来完成对序列的平面取向的选择之后将在平行于所选择的平面的平面中格式化序列的其他图像在步骤44中，临床医生选择每个序列的图像平面的数量例如，临床医生可以为x-y平面序列选择50个平面并且为y-z平面序列选择20个平面在步骤46中，临床医生选择图像平面间距例如，临床医生可以为x-y平面选择Imm的间距并为y-z平面选择2mm的间距如果这一步骤的平面间间距对于步骤44中所选择的平面的数量而言过大，系统将通知用户该冲突从而用户能够选择一个参数或其他参数如果所选择的平面间间距对于整个体积而言过小，系统会将所选择的平面的数量以所选择的平面间间隔关于体积的中心进行分布，用户大多数将此处定位为感兴趣区域或者，用户可以指定体积的子区域，将图像平面分布在该子区域之上在构建的实施例中，不必执行步骤44和46 ;超声系统自动从3D体积的一侧到另一侧生成图像数据的平面，并且以超声系统允许的最小平面到平面的间距来生成图像平面在步骤48中，多平面重新格式化器和图像定序器生成指定的(一个或多个)图像序列在步骤50中，(一个或多个)图像序列作为超声DICOM多帧图像被输出至图像工作站以供复查和诊断图3是在显示器26的屏幕上显示的图像，其图示了切平面线的网格，该切平面线的网格向用户显示了将被重新格式化为2D图像的序列的平面显示器屏幕60的左侧是定向在χ-y平面中的超声图像66覆盖在这一图像66上的是垂线的网格64,其指不沿y-z(高度)方向穿过体积的一系列切线该网格64向用户显示出，被这三十个切平面跨越的体积的部分将在y-z维度上被重新格式化为三十幅2D图像的序列显示器的右侧是在x-y维度上穿过体积的第二图像68，该图像被水平线的网格62覆盖该网格62向用户显示出，体积的子区域将被重建为三十幅C平面图像的序列，所述体积的子区域从接近图像的顶端向下延伸至整个图像深度的大约三分之二，亦即，所述图像中的每幅都在x-z维度上并且处在体积的连续深度(沿y-方向增加)上网格62由图示条(graphical box)60表示,处于顶部的这一图示条用小刻度线指示处在左侧图像66上y-z维度的切平面的位置因此，用户能够一眼观看两组相互垂直的网格线和切平面的相对位置 也可以给予用户旋转或倾斜网格62、64的能力并从而创建相对于完全水平和垂直切平面的公称(nominal)取向倾斜或旋转的切平面线图4图示了通过本发明的实施生成的三个图像序列74、84、94处于图4左侧的显示器屏幕70显示了在x-y维度上切过体积的超声图像72，以及在穿过体积和3D数据集的连续x-y平面中的2D图像的图像序列74图4的中间是显示器屏幕80，其显示了在y-z平面中的图像84，并且该图像下方是在穿过体积与3D数据集的连续y-z切平面中的图像的图像序列84图4的右侧的显示器屏幕90，其显示了 C平面(x-z维度)92，并且其下方是在切过体积和3D数据集的连续x-z平面的图像的序列94三个图像序列显示了切过体积和3D数据集的相互正交平面的图像，一个序列在z方向上推进，第二序列在X方向上推进，而第三序列在I方向上推进用户能够将一个、两个或全部三个图像序列作为DICOM图像输出至工作站以供进一步的分析和诊断由于每个切平面都穿过整个3D图像数据集，每个2D切平面图像因此贯穿并包含为特定重新格式化图像采集的全部图像数据在优选实施例中，2D图像处于笛卡尔坐标系中，并且每个图像序列是在各个正交笛卡尔坐标方向上连续的切平面所述2D图像因此与通过常规手段由一维阵列换能器采集的标准2D图像同样程度地适用于测量和量化