用于3d超聲體積測(cè)量的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于對(duì)三維圖像(50)的體積內(nèi)的兩個(gè)點(diǎn)(54、56)之間的距離(58)的測(cè)量的超聲成像系統(tǒng)和方法。為了避免通常已知的透視縮短效應(yīng)，根據(jù)所述透視縮短效應(yīng)，由系統(tǒng)測(cè)得的距離比所述兩個(gè)點(diǎn)(54、56)之間的實(shí)際距離(58)更短，對(duì)光標(biāo)(53)的深度上的控制在提供給所述用戶時(shí)在所述顯示器上的所述圖像(50)中示出。另外，可以向用戶給出所述光標(biāo)(53)與所述體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)(52)碰撞的指示(72)，以允許所述用戶更方便地從所述顯示器上示出的所述平面來評(píng)估所述光標(biāo)的所述移動(dòng)。由此，可以避免所述透視縮短效應(yīng)的發(fā)生。
【專利說明】
用于3D超聲體積測(cè)量的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于確定體積(例如，患者的解剖部位)的三維超聲圖像中的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的距離的超聲成像系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還涉及用于實(shí)現(xiàn)這樣的方法的計(jì)算機(jī)程序。

【背景技術(shù)】
[0002]在三維超聲成像或者體積成像中，三維圖像的采集是通過進(jìn)行穿過感興趣體積進(jìn)行切片的許多二維掃描來完成。因此，采集互相靠近放置的大量二維圖像。通過適當(dāng)?shù)膱D像處理，可以根據(jù)該大量二維圖像來建造感興趣體積的三維圖像。在顯示器上以適當(dāng)?shù)男问綖槌曄到y(tǒng)的用戶顯示從大量二維圖像采集的三維信息。
[0003]另外，在三維超聲成像中，常常存在對(duì)被檢查體積內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量的需要。為了用戶的方便，在其中用戶可以直接在含有那些解剖結(jié)構(gòu)的三維體積的經(jīng)繪制的圖像上測(cè)量的三維超聲成像系統(tǒng)上，測(cè)量能力是可用的。這種所謂的“玻璃上”測(cè)量方法對(duì)于用戶是非常容易和方便的。然而，該技術(shù)易受所謂的“透視縮短效應(yīng)(fore-shorteningeffect) ”影響。如果被測(cè)量的結(jié)構(gòu)與三維體積的投影圖像的平面不在同一平面中，那么如屏幕上看到的結(jié)構(gòu)之間測(cè)得的距離將小于實(shí)際三維空間中的結(jié)構(gòu)之間的真實(shí)距離。
[0004]因此，已經(jīng)預(yù)期對(duì)三維超聲圖像執(zhí)行測(cè)量的超聲系統(tǒng)和方法。參考文獻(xiàn)US2011/0066031 Al公開了提供用于執(zhí)行三維測(cè)量并且包括超聲數(shù)據(jù)采集單元的超聲系統(tǒng)的實(shí)施例，所述超聲數(shù)據(jù)采集單元被配置為向靶目標(biāo)發(fā)射超聲信號(hào)并且接收從靶目標(biāo)反射的超聲回波信號(hào)以采集超聲數(shù)據(jù)。另外，它包括用戶接口和處理器，所述用戶接口被配置為接收來自用戶的輸入數(shù)據(jù)，所述處理器被配置為基于從超聲數(shù)據(jù)導(dǎo)出的體積數(shù)據(jù)來形成三維超聲圖像、基于輸入數(shù)據(jù)來建立3D超聲圖像上的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)、生成3D超聲圖像上建立起的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)之間的連接數(shù)據(jù)、并且基于輸入數(shù)據(jù)和連接數(shù)據(jù)來測(cè)量建立起的兩個(gè)或更多個(gè)點(diǎn)之間的距離。
[0005]存在進(jìn)一步改進(jìn)這樣的三維超聲系統(tǒng)的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)改進(jìn)的超聲系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于實(shí)現(xiàn)這樣的方法的計(jì)算機(jī)程序。
[0007]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于提供體積的三維圖像的超聲成像系統(tǒng)。所述超聲成像系統(tǒng)包括:換能器陣列，其被配置為提供超聲接收信號(hào)；控制單元，其被配置為接收所述超聲接收信號(hào)并且提供表示所述三維圖像的顯示數(shù)據(jù)，其中，所述控制單元還被配置為確定在所述三維圖像中識(shí)別出的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的距離；顯示器，其被配置為接收所述顯示數(shù)據(jù)并且提供所述體積的所述三維圖像和用于識(shí)別所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)的光標(biāo)；以及輸入設(shè)備，其被配置為向所述控制單元提供輸入數(shù)據(jù)，其中，所述輸入數(shù)據(jù)包括所述光標(biāo)的移動(dòng)，并且其中，所述超聲成像系統(tǒng)被配置為使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述顯示器上提供的所述三維圖像的平面中的所述光標(biāo)的第一移動(dòng)和垂直于所述平面的所述光標(biāo)的第二移動(dòng)。
[0008]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定體積的三維超聲圖像中的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的距離的方法。所述方法包括以下步驟:將所述三維超聲圖像與用于識(shí)別所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)的光標(biāo)一起顯示在顯示器上；基于輸入數(shù)據(jù)平行于所述顯示器上提供的平面來移動(dòng)所述光標(biāo)以識(shí)別所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)中的至少一個(gè)的第一坐標(biāo)和第二坐標(biāo)；基于輸入數(shù)據(jù)來垂直于所述顯示器上提供的所述平面移動(dòng)所述光標(biāo)以識(shí)別相應(yīng)的點(diǎn)的第三坐標(biāo)；如果所述光標(biāo)與所述體積內(nèi)顯示的結(jié)構(gòu)碰撞，則提供指示；并且確定所述第一點(diǎn)與所述第二點(diǎn)之間的所述距離。
[0009]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括用于在所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行這樣的方法的步驟的程序代碼單元。
[0010]本發(fā)明的基本思想是通過為用戶提供將測(cè)量光標(biāo)直接放置到所述體積中以接觸所述三維圖像中待測(cè)量的所述結(jié)構(gòu)的能力來克服“透視縮短效應(yīng)”。
[0011]由此，可以克服用戶僅可以將所述光標(biāo)放置在所述顯示器上示出的平面中的問題。另外，用戶不需要廣泛地旋轉(zhuǎn)所述三維體積以找到其中可能將所述光標(biāo)定位在接觸所述三維體積中的結(jié)構(gòu)的適當(dāng)位置處的適當(dāng)位置。作為替代，所述用戶可以首先將所述光標(biāo)定位在所述顯示器上示出的所述三維體積的平面中，并且接著可以使所述光標(biāo)“潛入”到所述體積中直到它接觸所述結(jié)構(gòu)。
[0012]除用于將端點(diǎn)放置在所述屏幕的維度(例如，X維度和y維度)中的軌跡球外，用戶被提供有例如針對(duì)Z維度的光標(biāo)端點(diǎn)深度控制。在例如利用軌跡球?qū)⑺龅谝稽c(diǎn)或所述第二點(diǎn)放置在待測(cè)量的結(jié)構(gòu)上的平面中之后，所述用戶接著使用所述端點(diǎn)深度控制來將所述光標(biāo)向下移動(dòng)到所述體積中。在全部兩個(gè)點(diǎn)被以相同的方式放置之后，所述超聲成像系統(tǒng)計(jì)算所述點(diǎn)之間的真實(shí)三維距離。然后，所述超聲成像系統(tǒng)可以將所述距離顯示為“長度”測(cè)量結(jié)果。
[0013]因此，可以確保所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)接觸所述結(jié)構(gòu)并且將不在所述體積內(nèi)的某處浮動(dòng)。因此，“透視縮短效應(yīng)”不會(huì)發(fā)生。
[0014]從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的方法具有與要求保護(hù)的設(shè)備和從屬權(quán)利要求中限定的相似和/或同樣的優(yōu)選實(shí)施例。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲成像系統(tǒng)被配置為在已經(jīng)完成所述第一移動(dòng)之后使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述第二移動(dòng)。由此，用戶可以首先在所述顯示器上示出的所述平面內(nèi)移動(dòng)光標(biāo)。如果已經(jīng)到達(dá)適當(dāng)?shù)奈恢?，那么所述用戶接著可以固定該位置，并且因此相?yīng)的第一或第二的第一和第二坐標(biāo)被確定。接下來，所述用戶可以垂直于所述平面移動(dòng)所述光標(biāo)以適當(dāng)?shù)胤胖盟龉鈽?biāo)接觸待測(cè)量的所述結(jié)構(gòu)。由此，可以確定所述第三坐標(biāo)。由于所述第一坐標(biāo)和所述第二坐標(biāo)可以在該第二移動(dòng)期間保持固定，因此幫助所述三維圖像內(nèi)的對(duì)齊和取向。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲成像系統(tǒng)被配置為同時(shí)使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述第二移動(dòng)和所述第一移動(dòng)。由此，雖然需要所述三維圖像內(nèi)的高級(jí)導(dǎo)航，但是可以加速對(duì)所述光標(biāo)的定位。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲成像系統(tǒng)被配置為自動(dòng)地進(jìn)行所述第二移動(dòng)。這也可以在接下來進(jìn)行所述第一移動(dòng)和所述第二移動(dòng)的情況下提供。然而，這也可以在與所述第一移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行所述第二移動(dòng)的情況下提供?？梢砸赃@樣的方式來進(jìn)行所述自動(dòng)第二移動(dòng)，即采取能夠確定所述光標(biāo)與從進(jìn)行所述第一移動(dòng)的所述平面起始的所述體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)之間的第一碰撞的碰撞檢測(cè)。換言之，所述超聲成像系統(tǒng)將所述光標(biāo)自動(dòng)地向下移動(dòng)到所述第三維度中，并且檢測(cè)所述光標(biāo)與所述結(jié)構(gòu)之間的碰撞的所述第一點(diǎn)。在隨所述第一移動(dòng)之后進(jìn)行所述第二移動(dòng)的情況下，可以使得所述用戶能夠經(jīng)經(jīng)由所述輸入設(shè)備來激活所述自動(dòng)第二移動(dòng)，例如通過點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的按鈕來激活。另外，可以使得所述用戶能夠人工校正所述碰撞點(diǎn)的位置。在同時(shí)進(jìn)行所述第一移動(dòng)和第二移動(dòng)的情況下，可以使得所述用戶能夠在進(jìn)行所述第一移動(dòng)的同時(shí)讓所述自動(dòng)第二移動(dòng)被激活，即更改所述第一坐標(biāo)和所述第二坐標(biāo)。接著，將連續(xù)地確定對(duì)應(yīng)的第三坐標(biāo)。可以向所述用戶示出所述第三坐標(biāo)。由此，可以提供所述用戶能夠在進(jìn)行所述第一移動(dòng)的同時(shí)所述跟蹤結(jié)構(gòu)的表面的優(yōu)勢(shì)。這可以幫助得到所述顯示器上示出的所述結(jié)構(gòu)的三維形狀的印象。
[0018]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲成像系統(tǒng)還被配置為如果所述光標(biāo)與所述體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)碰撞則提供指示。由此，更進(jìn)一步地幫助在所述體積內(nèi)定位所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)。通過提供可以是諸如視覺指示、聽覺指示或者觸覺感覺指示的任何適當(dāng)類型的指示，所述用戶現(xiàn)在可以在所述第一移動(dòng)期間在所述顯示器上示出的所述平面中定位所述光標(biāo)。然后，可以在不需要改變所述顯示器上示出的視圖的透視關(guān)系的情況下進(jìn)行所述第二移動(dòng)。當(dāng)在所述光標(biāo)與結(jié)構(gòu)(例如，所述體積內(nèi)的解剖結(jié)構(gòu))接觸或者碰撞的情況下提供了指示時(shí)，雖然由于所述第二移動(dòng)僅垂直于示出的平面因而它在所述顯示器上不可見，但是可以進(jìn)行所述第二移動(dòng)。這甚至更加幫助對(duì)所述超聲成像系統(tǒng)進(jìn)行輸入并且在對(duì)體積的觀察期間進(jìn)行測(cè)量。
[0019]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述指示是所述顯示器上顯示的視覺指示。由此，經(jīng)由所述輸入設(shè)備移動(dòng)所述光標(biāo)并且觀看所述顯示的用戶可以容易地認(rèn)出其本身可以被顯示在所述顯示器上的所述視覺指示。當(dāng)顯示器已經(jīng)在超聲成像系統(tǒng)中時(shí)，不需要另外的單元來提供視覺指示。
[0020]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述視覺指示是所述顯示器上出現(xiàn)的標(biāo)記或所述光標(biāo)的外觀變化。光標(biāo)的外觀變化可以使認(rèn)出所述光標(biāo)與結(jié)構(gòu)碰撞更明顯。由于所述光標(biāo)當(dāng)然將由在所述屏幕上適當(dāng)?shù)囟ㄎ凰龉鈽?biāo)的用戶觀察，因此它的外觀變化立即被認(rèn)出。作為備選，標(biāo)記可以出現(xiàn)在所述顯示器上。所述標(biāo)記可以是適合于指示所述光標(biāo)與所述結(jié)構(gòu)之間的碰撞的任何符號(hào)或短語。例如，所述標(biāo)記可以是感嘆號(hào)或所述顯示器的部分中出現(xiàn)的短語“結(jié)構(gòu)被接觸”。最后，所述視覺指示也可以是光，尤其是當(dāng)所述光標(biāo)與所述結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)點(diǎn)亮的彩色光。
[0021]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光標(biāo)的外觀變化令所述光標(biāo)點(diǎn)亮或消失。具體而言，當(dāng)所述光標(biāo)到達(dá)所述結(jié)構(gòu)時(shí)，隱藏線機(jī)制可以令所述光標(biāo)消失到所述結(jié)構(gòu)中，為所述用戶提供所述結(jié)構(gòu)由所述光標(biāo)接觸的視覺指示。作為備選，當(dāng)所述光標(biāo)在所述結(jié)構(gòu)中時(shí)，所述光標(biāo)也可以點(diǎn)亮。由此，提供針對(duì)所述光標(biāo)的外觀變化的容易認(rèn)出的選項(xiàng)。
[0022]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述視覺指示是所述體積內(nèi)的所述結(jié)構(gòu)的外觀變化。由于所述結(jié)構(gòu)通常比所述光標(biāo)明顯更大，因此所述結(jié)構(gòu)的外觀變化可以提供所述光標(biāo)接觸所述結(jié)構(gòu)的更加明顯的視覺指示。所述結(jié)構(gòu)的外觀變化可以分別被實(shí)現(xiàn)為例如所述組織和所述結(jié)構(gòu)的顏色變化。在另一個(gè)范例中，所述結(jié)構(gòu)的亮度可以作為所述顏色變化的補(bǔ)充或替代而改變。另外，一旦所述光標(biāo)與所述結(jié)構(gòu)碰撞，則所述結(jié)構(gòu)也可以切換到搏動(dòng)的狀態(tài)?？梢岳缤ㄟ^所述結(jié)構(gòu)的顏色和/或亮度的動(dòng)態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)這樣的搏動(dòng)。
[0023]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲成像系統(tǒng)還包括揚(yáng)聲器，并且其中，所述指示是經(jīng)由所述揚(yáng)聲器提供的聽覺指示。作為對(duì)所述視覺指示的補(bǔ)充或替代，可以向所述用戶提供聽覺指示。由此，即使當(dāng)不檢查所述顯示器時(shí)，所述用戶也可以進(jìn)行所述第二移動(dòng)。當(dāng)所述光標(biāo)接觸所述結(jié)構(gòu)時(shí)，聲音或樂音提供所述光標(biāo)被適當(dāng)?shù)囟ㄎ坏闹甘尽?br> [0024]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述指示是經(jīng)由所述輸入設(shè)備提供的觸覺感覺指示。作為對(duì)所述視覺指示和所述聽覺指示中的每個(gè)的補(bǔ)充或替代，可以提供所述光標(biāo)接觸所述結(jié)構(gòu)的觸覺指示。例如，當(dāng)所述光標(biāo)與所述體積中的所述結(jié)構(gòu)碰撞時(shí)，所述輸入設(shè)備可以提供震動(dòng)運(yùn)動(dòng)(rumble movement)。同樣地，由此，即使當(dāng)不檢查所述顯示器時(shí)，所述用戶也可以進(jìn)行所述第二移動(dòng)。一旦所述光標(biāo)接觸所述結(jié)構(gòu)，則所述用戶將接收迅速并且立即的指示。
[0025]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲系統(tǒng)還被配置為使得能夠?qū)崿F(xiàn)輸入所述第一點(diǎn)與所述第二點(diǎn)之間的測(cè)量路徑，并且其中，所述距離是沿著所述測(cè)量路徑而被確定的。因此，除了簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量，也可以完成沿著不同測(cè)量路徑的其他長度測(cè)量。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲系統(tǒng)被配置為通過識(shí)別所述體積內(nèi)的至少一個(gè)另外的點(diǎn)和/或通過選擇將所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)連接的幾何形狀來輸入所述測(cè)量路徑。例如，可以應(yīng)用如通過連接點(diǎn)限定的用戶限定測(cè)量路徑。還可以使用幾何標(biāo)準(zhǔn)形狀，例如橢圓、圓的部分以及二次或甚至更高次的樣條函數(shù)。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括:波束形成器，其被配置為控制所述換能器陣列以沿著大量掃描線來掃描所述體積，并且還被配置為接收所述超聲接收信號(hào)并且提供圖像信號(hào)；信號(hào)處理器，其被配置為接收所述圖像信號(hào)并且提供圖像數(shù)據(jù)；圖像處理器，其被配置為從所述信號(hào)處理器接收所述圖像數(shù)據(jù)并且提供顯示數(shù)據(jù)。由此，可以提供用來捕獲并且顯示所述體積的三維圖像的適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理和控制方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]參考下文描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯而易見的，并且將參考下文描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的這些和其他方面進(jìn)行說明。在以下附圖中:
[0029]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)的示意性圖示；
[0030]圖2示出了根據(jù)對(duì)圖1中的超聲系統(tǒng)的細(xì)化的超聲系統(tǒng)的示意性方框圖；
[0031]圖3示出了關(guān)于超聲探頭的示范性體積的示意性表示；
[0032]圖4a和圖4b示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離的面內(nèi)測(cè)量；
[0033]圖5a和圖5b示出了兩個(gè)點(diǎn)之間的距離的面外測(cè)量和“透視縮短效應(yīng)”的發(fā)生；
[0034]圖6a和圖6b示出了根據(jù)實(shí)施例的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離的面內(nèi)測(cè)量；
[0035]圖7a和圖7b示出了根據(jù)避免“透視縮短效應(yīng)”的實(shí)施例的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離的面外測(cè)量；并且
[0036]圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的方法的示意性流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的超聲系統(tǒng)10的示意性圖示，具體而言是醫(yī)學(xué)超聲三維成像系統(tǒng)的示意性圖示。超聲系統(tǒng)10適于檢查解剖部位的體積，具體是患者12的解剖部位的體積。超聲系統(tǒng)10包括具有至少一個(gè)換能器陣列的超聲探頭14，所述換能器陣列具有用于發(fā)射和/或接收超聲波的大量換能器元件。在一個(gè)范例中，換能器元件每個(gè)可以以具有特定脈沖周期的至少一個(gè)發(fā)射脈沖(具體是多個(gè)后繼發(fā)射脈沖)的形式來發(fā)射超聲波。換能器元件可以例如被以一維行來布置，例如用于提供可以圍繞軸機(jī)械地移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的二維圖像。另外，換能器元件可以被以二維陣列來布置，具體用于提供多平面或者三維圖像。
[0038]一般而言，可以以三種不同的方式來獲得大量二維圖像，每個(gè)二維圖像沿著特定聲學(xué)線或者掃描線(具體是掃描接收線)。首先，用戶可以經(jīng)由人工掃描來得到大量圖像。在這種情況下，超聲探頭可以包括可以保存掃描線或者掃描平面的位置和取向的軌跡位置感測(cè)設(shè)備。然而，這當(dāng)前并未被預(yù)期。其次，換能器可以在超聲探頭內(nèi)自動(dòng)地機(jī)械掃描。如果使用一維換能器陣列，則可以是這種情況。第三，優(yōu)選地，換能器的定相二維陣列被定位在超聲探頭內(nèi)并且超聲波束被電子掃描。超聲探頭可以由系統(tǒng)的用戶(例如，醫(yī)學(xué)人員或者醫(yī)生)手持。超聲探頭14被應(yīng)用到患者12的身體，以使得提供患者12中的解剖部位的圖像。
[0039]另外，超聲系統(tǒng)10具有經(jīng)由超聲系統(tǒng)10來控制三維圖像的供應(yīng)的控制單元16。如以下將更詳細(xì)地解釋地，控制單元16不僅控制經(jīng)由超聲探頭14的換能器陣列的數(shù)據(jù)采集，而且控制從由超聲探頭14的換能器陣列接收到的超聲波束的回波來形成三維圖像的信號(hào)和圖像處理。
[0040]超聲系統(tǒng)10還包括用于向用戶顯示三維圖像的顯示器18。另外，提供輸入設(shè)備20，輸入設(shè)備20可以包括鍵或者鍵盤22和另外的輸入設(shè)備，例如軌跡球24。輸入設(shè)備20可以被連接到顯示器18或者直接被連接到控制單元16。
[0041]圖2示出了超聲系統(tǒng)10的示意性方框圖。如以上已經(jīng)闡述的，超聲系統(tǒng)10包括超聲探頭(PR) 14、控制單元(⑶)16、顯示器(DI) 18和輸入設(shè)備(ID) 20。如以上進(jìn)一步地闡述的，探頭14包括定相二維換能器陣列26。一般而言，控制單元(⑶)16可以包括中央處理單元28，中央處理單元28可以包括模擬和/或數(shù)字電子器件電路、處理器、微處理器等，以協(xié)調(diào)整個(gè)圖像采集和供應(yīng)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，中央處理單元28不需要是超聲系統(tǒng)10內(nèi)的單獨(dú)的實(shí)體或單元。它可以是控制單元16的部分并且大體上是硬件或軟件實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前區(qū)別只是出于圖示目的而做出的。
[0042]作為控制單元16的部分的中央處理單元28可以控制波束形成器，并且由此控制得到體積40的什么圖像以及如何得到這些圖像。波束形成器30生成驅(qū)動(dòng)換能器陣列26的電壓，確定部分重復(fù)頻率，它可以對(duì)發(fā)射的波束和接收或(一個(gè)或多個(gè))接收波束進(jìn)行掃描、聚焦或變跡，并且還可以對(duì)由換能器陣列26返回的回波電壓流進(jìn)行放大濾波和數(shù)字化。另外，控制單元16的中央處理單元28可以確定通用掃描策略。這樣的通用策略可以包括期望的體積采集率、體積的橫向范圍、體積的高度范圍、最大和最小線密度、掃描線時(shí)間和線密度。
[0043]波束形成器30還接收來自換能器陣列26的超聲信號(hào)并且將它們作為圖像信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)。
[0044]另外，超聲系統(tǒng)10包括接收?qǐng)D像信號(hào)的信號(hào)處理器34。信號(hào)處理器34大體上被提供用于模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波(例如，帶通濾波)以及檢測(cè)和壓縮接收到的超聲回波或者圖像信號(hào)(例如，減小接收到的超聲回波或者圖像信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍)。信號(hào)處理器轉(zhuǎn)發(fā)圖像數(shù)據(jù)。
[0045]另外，超聲系統(tǒng)10包括圖像處理器36，圖像處理器36將從信號(hào)處理器34接收的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為最終在顯示器18上示出的顯示數(shù)據(jù)。具體而言，圖像處理器36接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)、對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并且可以將它存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中。這些圖像數(shù)據(jù)接著被進(jìn)一步進(jìn)行后處理以經(jīng)由顯示器18來提供對(duì)于用戶最方便的圖像。在當(dāng)前情況下，具體而言，圖像處理器36可以從采集到的大量二維圖像來形成三維圖像。
[0046]用附圖標(biāo)記38來一般地描繪用戶接口，并且用戶接口包括顯示器18和輸入設(shè)備20。它也可以包括另外的輸入設(shè)備，例如軌跡球、鼠標(biāo)或甚至可以被提供在超聲探頭14本身上的另外的按鈕。另外，中央處理單元28接收由用戶經(jīng)由輸入設(shè)備20輸入的所有數(shù)據(jù)，并且控制經(jīng)由顯示器18和圖像處理器36向用戶的輸出。因此，中央處理單元28也可以控制整個(gè)用戶接口 38。
[0047]可以應(yīng)用本發(fā)明的三維超聲系統(tǒng)的具體范例是 申請(qǐng)人:銷售的CX50CompactXtreme超聲系統(tǒng)，尤其是連同 申請(qǐng)人:的X7_2t TEE換能器或者使用 申請(qǐng)人:的xMATRIX技術(shù)的另一換能器。一般而言，如在Philips iE33系統(tǒng)上找到的矩陣換能器系統(tǒng)或者如在例如PhilipsiU22和HD15系統(tǒng)上找到的機(jī)械3D/4D換能器技術(shù)可以應(yīng)用本發(fā)明。
[0048]圖3示出了關(guān)于超聲探頭14的體積40的范例。由于超聲探頭14的換能器陣列被布置為定相二維電子掃描陣列，所以該范例中描繪的示范性體積40是扇形類型的。因此，可以通過高度角42和橫向角44來表達(dá)體積40的大小?？梢酝ㄟ^以每線的秒為單位的所謂的線時(shí)間來表達(dá)體積40的深度46。這是掃描特定掃描線所花費(fèi)的掃描時(shí)間。在圖像采集期間，以這樣的方式由波束形成器30來操作超聲探頭14的二維換能器陣列，即按順序沿著大量掃描線來掃描體積40。然而，在多線接收處理中，單個(gè)發(fā)射波束可以照亮大量(例如，4個(gè))接收掃描線，沿所述接收掃描線并行采集信號(hào)。如果這樣，則接收線的這樣的集合然后順序地在體積40上被電子地掃描。
[0049]圖4a和4b示出了圖像50的截屏的示意性表示。圖像50示出已經(jīng)被掃描的體積40內(nèi)的結(jié)構(gòu)52。另外，示出了如何根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來進(jìn)行對(duì)距離的面內(nèi)測(cè)量。附圖提供了可以在超聲成像系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上提供的體積40的三維圖像50的常規(guī)截屏。
[0050]在三維圖像50中，結(jié)構(gòu)52被顯示為它是從由換能器陣列26采集到的并且經(jīng)由信號(hào)處理器34和圖像處理器36處理的數(shù)據(jù)來處理。結(jié)構(gòu)52例如可以是患者的解剖部位的任何部分，例如血管、心臟或如以下附圖中描繪的皺紋曲面中的不同的波紋。
[0051]在用戶想要在查看圖4a中的圖像50時(shí)測(cè)量距離的情況下，用戶可以選擇第一點(diǎn)54和第二點(diǎn)56。由于可從圖4b導(dǎo)出，點(diǎn)54與點(diǎn)56之間的距離58等于用戶在查看圖4a中的圖像50時(shí)已經(jīng)標(biāo)記的結(jié)構(gòu)52上的兩個(gè)點(diǎn)之間的實(shí)際距離。因此，第一點(diǎn)54與第二點(diǎn)56之間的線性測(cè)量路徑60將給出將被確定為向用戶示出的距離58的兩個(gè)點(diǎn)54、56之間的實(shí)際距離。
[0052]然而，圖5a和圖5b示出了兩個(gè)點(diǎn)54和56不位于與圖5a中的圖像50中示出的相同的查看平面內(nèi)的情況。如果用戶標(biāo)記圖5a中的圖像50中的兩個(gè)點(diǎn)54和56，那么由超聲成像系統(tǒng)10確定的兩個(gè)點(diǎn)54、56之間的距離將比結(jié)構(gòu)52上的兩個(gè)點(diǎn)54、56之間的實(shí)際距離更短。這意味著用戶在查看圖5a中的圖像50時(shí)想要已經(jīng)標(biāo)記的點(diǎn)沒有被標(biāo)記。
[0053]這能從圖5b清楚地導(dǎo)出。圖5b示出了圖5a被旋轉(zhuǎn)90°的結(jié)構(gòu)。平面62與查看圖5a中的圖像50時(shí)向用戶示出的平面相對(duì)應(yīng)。由于它能從圖5b導(dǎo)出，所以第一點(diǎn)54位于平面62內(nèi)，同時(shí)結(jié)構(gòu)52的對(duì)應(yīng)部分也位于平面62內(nèi)。然而，由于結(jié)構(gòu)52延伸通過體積40，所以查看圖5a中的圖像50時(shí)用戶已經(jīng)選定的第二點(diǎn)56不與查看圖5a中的圖像50時(shí)用戶想要已經(jīng)選定的結(jié)構(gòu)52上的真實(shí)第二點(diǎn)64相對(duì)應(yīng)。因此，由于只有沿著測(cè)量路徑60和平面62內(nèi)的距離被確定，所以兩個(gè)點(diǎn)54與56之間確定的距離將比實(shí)際距離更短。然而，它是用戶想要由超聲成像系統(tǒng)10確定的實(shí)際距離。這被稱為“透視縮短效應(yīng)”。
[0054]圖6a和6b示出了根據(jù)實(shí)施例的第一點(diǎn)54與第二點(diǎn)56之間的距離58的面內(nèi)測(cè)量。向用戶示出了如圖6a中描繪的體積40的圖像50。圖像50在平面62內(nèi)。在平面62內(nèi)，可以確定點(diǎn)54、點(diǎn)56中的每一個(gè)的第一坐標(biāo)66 (例如，X維度)和第二坐標(biāo)68 (例如，Y維度)。例如，這可以通過移動(dòng)光標(biāo)53通過圖像以及因此通過平面62來進(jìn)行。用戶可以在結(jié)構(gòu)52上移動(dòng)光標(biāo)53，并且移動(dòng)應(yīng)當(dāng)形成待測(cè)量的距離58的端點(diǎn)中的一個(gè)的結(jié)構(gòu)52的點(diǎn)。因此，用戶將平面62和如圖6a所示的視圖中的光標(biāo)移動(dòng)到例如第一點(diǎn)54的位置。接著，用戶可以通過點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的按鈕或其他方法來確認(rèn)光標(biāo)53的位置。現(xiàn)在，在不改變?nèi)鐖D6a所示的視圖的情況下，可以向用戶給出深度上的控制以將光標(biāo)53適當(dāng)?shù)胤胖迷诘谌S度70中。由于當(dāng)查看如圖6a所示的圖像50時(shí)，第三維度70中的光標(biāo)53的移動(dòng)不能被用戶認(rèn)出，所以視覺指示器72被提供在顯示器18上并且在圖像50中以通知用戶光標(biāo)53已經(jīng)接觸結(jié)構(gòu)52。被示為圖6a中的視覺指示器72的感嘆號(hào)僅具有示范性的性質(zhì)?？梢允褂弥挥性诠鈽?biāo)實(shí)際接觸結(jié)構(gòu)52的情況下才可見的其他符號(hào)或短語。作為替代或補(bǔ)充，可以提供的是，根據(jù)隱藏線機(jī)制，當(dāng)光標(biāo)53進(jìn)入結(jié)構(gòu)52時(shí)光標(biāo)53消失。另外，可以提供的是，當(dāng)光標(biāo)和結(jié)構(gòu)52碰撞時(shí)，光標(biāo)點(diǎn)亮和/或結(jié)構(gòu)52點(diǎn)亮。
[0055]在平面62內(nèi)移動(dòng)光標(biāo)53被稱為“第一移動(dòng)”。垂直于平面62移動(dòng)光標(biāo)53被稱為“第二移動(dòng)”。由于第一移動(dòng)和第二移動(dòng)已經(jīng)被描述為接連進(jìn)行，因此必須強(qiáng)調(diào)，這僅是進(jìn)行第一移動(dòng)和第二移動(dòng)的一個(gè)可能的實(shí)施例。也可以提供同時(shí)進(jìn)行第一移動(dòng)和第二移動(dòng)。
[0056]圖7a和7b示出了光標(biāo)53的這種“深度上的控制”可以如何避免透視縮短效應(yīng)。
[0057]首先，如圖7a和圖7b所示，光標(biāo)53可以是任何適合的形式。它可以具有箭頭、十字線或其他的形式，以適當(dāng)?shù)刈R(shí)別用戶可能想選擇的結(jié)構(gòu)52的部分。
[0058]如以上所解釋的，現(xiàn)在用戶可以通過首先在平面62中移動(dòng)光標(biāo)53確定第一坐標(biāo)66和第二坐標(biāo)68來在圖7a所示的視圖中選擇第一點(diǎn)54，并且接著執(zhí)行沿第三維度70到體積40的深度中的光標(biāo)53的第二移動(dòng)，直到由視覺指示器72指示光標(biāo)53和結(jié)構(gòu)52碰撞。接著可以同樣地選擇第二點(diǎn)56。
[0059]由于能從旋轉(zhuǎn)90°的視圖導(dǎo)出并且在圖7b中示出，由此，可以適當(dāng)?shù)卮_定兩個(gè)點(diǎn)54、56之間的距離58，其中，第二點(diǎn)56不位于平面62內(nèi)。第一點(diǎn)54和第二點(diǎn)56可以被設(shè)定為接觸結(jié)構(gòu)52。另外，這全都可以在不改變?nèi)鐖D7a中描繪的視圖的情況下完成。接著，可以適當(dāng)?shù)卮_定第一點(diǎn)54與第二點(diǎn)56之間的距離58。
[0060]作為對(duì)視覺指示器72的補(bǔ)充或替代，也可以提供聽覺指示器或者觸覺感覺指示器。返回參考圖1，超聲成像系統(tǒng)10的顯示器18或者任何其他部分可以包括揚(yáng)聲器73，揚(yáng)聲器73可以被配置為在光標(biāo)53與結(jié)構(gòu)52碰撞的情況下制造聲音或樂音以提供聽覺指示器74。
[0061]另外，再次作為對(duì)視覺指示器72和聽覺指示器74的補(bǔ)充或替代，可以例如通過將震動(dòng)機(jī)構(gòu)75包括到輸入設(shè)備20中來提供觸覺感覺指示器76。由此，當(dāng)使用輸入設(shè)備20將光標(biāo)53圍繞體積移動(dòng)時(shí)用戶可以感覺光標(biāo)何時(shí)與體積碰撞。
[0062]另外，超聲成像系統(tǒng)10可以被配置從而為用戶提供測(cè)量第一點(diǎn)54與第二點(diǎn)56之間的距離的可能性，所述距離不僅作為沿著連接兩個(gè)點(diǎn)54、56的直線的最短距離而且作為沿著任何其他測(cè)量路徑78的最短距離。為了限定該備選測(cè)量路徑78，用戶可以通過進(jìn)行如以上解釋的第一移動(dòng)和第二移動(dòng)來設(shè)定體積中的另外的點(diǎn)79，或者可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀(例如，橢圓)以將第一點(diǎn)54和第二點(diǎn)56連接。
[0063]圖8示出了方法80的實(shí)施例的示意性方框圖。方法在步驟82中開始。在第一步驟SI中，三維超聲圖像50與用于識(shí)別第一點(diǎn)54和第二點(diǎn)56的光標(biāo)53 —起在顯示器18上被示出。這樣的圖像可以是如圖6a和圖7a所示的圖像中的一個(gè)。
[0064]接著，在步驟S2中，基于用戶的輸入數(shù)據(jù)平行于顯示器18上提供的平面來移動(dòng)光標(biāo)，以識(shí)別第一點(diǎn)54和第二點(diǎn)56中的至少一個(gè)的第一坐標(biāo)66和第二坐標(biāo)68。
[0065]在已經(jīng)限定第一坐標(biāo)66和第二坐標(biāo)68之后，在步驟S3中，基于用戶的輸入數(shù)據(jù)垂直于顯示器上提供的平面62來移動(dòng)光標(biāo)53，以識(shí)別相應(yīng)的點(diǎn)的第三坐標(biāo)70。
[0066]當(dāng)進(jìn)行步驟S3中的該第二移動(dòng)時(shí)，在步驟S4中，控制光標(biāo)是否與結(jié)構(gòu)52碰撞。如果不是的話，那么沒有對(duì)顯示的修改發(fā)生，并且方法在如線86指示的循環(huán)中運(yùn)行。如果是的話，那么給出光標(biāo)53與結(jié)構(gòu)52碰撞的指示。這可以是如以上解釋的視覺指示72、聽覺指示74或觸覺感覺指示76。在步驟S5中給出相應(yīng)的指示。現(xiàn)在以設(shè)定第三坐標(biāo)70。在目前為止只限定了一個(gè)點(diǎn)的情況下，方法返回由箭頭87指示的步驟S2之前，以還限定相應(yīng)的第二點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0067]在兩個(gè)點(diǎn)已經(jīng)被限定之后，在步驟S6中，確定兩個(gè)點(diǎn)54與56之間的距離58。接著方法在步驟90中結(jié)束。
[0068]然而，步驟S2和S3不一定必須相繼地進(jìn)行。也可能如由虛線箭頭88指示的在步驟SI之后，可以直接并行地進(jìn)行平面內(nèi)的第一移動(dòng)和垂直于平面的第二移動(dòng)。接著用戶可以同時(shí)移動(dòng)光標(biāo)53以同時(shí)限定全部三個(gè)坐標(biāo)66、68、70。
[0069]盡管已經(jīng)在附圖和前文的描述中詳細(xì)說明并描述了本發(fā)明，但這種說明和描述被視為說明性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附圖、公開內(nèi)容以及權(quán)利要求書，在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)，能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開的實(shí)施例的其他變型。
[0070]在權(quán)利要求書中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)元件或其他單元可以滿足權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)目的功能。盡管在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組口 ο
[0071]計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分布在適合的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的部分提供的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無線的電信系統(tǒng)分布。
[0072] 權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于提供體積(40)的三維圖像(50)的超聲成像系統(tǒng)(10)，所述超聲成像系統(tǒng)(10)包括: 換能器陣列(26)，其被配置為提供超聲接收信號(hào)， 控制單元(16)，其被配置為接收所述超聲接收信號(hào)并且提供表示所述三維圖像的顯示數(shù)據(jù)，其中，所述控制單元(16)還被配置為確定在所述三維圖像中識(shí)別出的第一點(diǎn)與第二點(diǎn)之間的距離(58)， 顯示器(18)，其被配置為接收所述顯示數(shù)據(jù)并且提供所述體積(40)的所述三維圖像(50)和用于識(shí)別所述第一點(diǎn)(54)和所述第二點(diǎn)(56)的光標(biāo)(53)，以及 輸入設(shè)備(20)，其被配置為向所述控制單元(16)提供輸入數(shù)據(jù)，其中，所述輸入數(shù)據(jù)包括所述光標(biāo)(53)的移動(dòng)，并且 其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)被配置為使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述顯示器(18)上提供的所述三維圖像(50)的平面￠2)中的所述光標(biāo)(53)的第一移動(dòng)和垂直于所述平面￠2)的所述光標(biāo)(53)的第二移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)被配置為在已經(jīng)完成所述第一移動(dòng)之后使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述第二移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)被配置為同時(shí)使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述第二移動(dòng)和所述第一移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)還被配置為如果所述光標(biāo)(53)與所述體積(40)內(nèi)的結(jié)構(gòu)(52)碰撞則提供指示(72、74、76)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述指示是所述顯示器(18)上顯示的視覺指示(72)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺指示(72)是所述顯示器(18)上出現(xiàn)的標(biāo)記或所述光標(biāo)(53)的外觀變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述光標(biāo)(53)的所述外觀變化令所述光標(biāo)(53)點(diǎn)亮或者消失。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述視覺指示(72)是所述體積(40)內(nèi)的所述結(jié)構(gòu)(52)的外觀變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)還包括揚(yáng)聲器(73)，并且其中，所述指示(72、74、76)是經(jīng)由所述揚(yáng)聲器(73)提供的聽覺指示(74)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述指示(72、74、76)是經(jīng)由所述輸入設(shè)備(20)提供的觸覺感覺指示(76)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(10)還被配置為使得能夠?qū)崿F(xiàn)輸入所述第一點(diǎn)(54)與所述第二點(diǎn)(56)之間的測(cè)量路徑(60)，并且其中，所述距離(58)沿著所述測(cè)量路徑￠0)而被確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲系統(tǒng)被配置為通過識(shí)別所述體積(40)內(nèi)的至少一個(gè)另外的點(diǎn)(79)和/或通過選擇將所述第一點(diǎn)(54)和所述第二點(diǎn)(56)連接的幾何形狀來輸入所述測(cè)量路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括: 波束形成器(30)，其被配置為控制所述換能器陣列(26)以沿著大量掃描線(59)來掃描所述體積(40)，并且還被配置為接收所述超聲接收信號(hào)并且提供圖像信號(hào)， 信號(hào)處理器(34)，其被配置為接收所述圖像信號(hào)并且提供圖像數(shù)據(jù)， 圖像處理器(36)，其被配置為從所述信號(hào)處理器(34)接收所述圖像數(shù)據(jù)并且提供顯示數(shù)據(jù)。
14.一種用于確定體積(40)的三維超聲圖像中的第一點(diǎn)(54)與第二點(diǎn)(56)之間的距離(58)的方法(80)，所述方法包括以下步驟: 將所述三維超聲圖像與用于識(shí)別所述第一點(diǎn)(54)和所述第二點(diǎn)(56)的光標(biāo)(53) —起顯示(SI)在顯示器(18)上， 基于輸入數(shù)據(jù)來平行于所述顯示器上提供的平面出2)來移動(dòng)(S2)所述光標(biāo)(53)以識(shí)別所述第一點(diǎn)和所述第二點(diǎn)(56)中的至少一個(gè)的第一坐標(biāo)￠6)和第二坐標(biāo)(68)，基于輸入數(shù)據(jù)來垂直于所述顯示器上提供的平面￠2)來移動(dòng)(S3)所述光標(biāo)(53)以識(shí)別相應(yīng)的點(diǎn)的第三坐標(biāo)(70)， 如果所述光標(biāo)(53)與所述體積(40)內(nèi)顯示的結(jié)構(gòu)(52)碰撞，則提供(S4)指示，并且 確定(S6)所述第一點(diǎn)(54)與所述第二點(diǎn)(56)之間的所述距離(58)。
15.一種計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括用于在所述計(jì)算機(jī)程序在所計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)令計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求14中要求保護(hù)的方法(80)的步驟的程序代碼單元。
【文檔編號(hào)】A61B8/08GK104412123SQ201380033938
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月25日
【發(fā)明者】R·A·斯奈德, V·伊蘭戈萬 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司