專利名稱：使用多截面的三維超聲數(shù)據(jù)顯示的制作方法
相關(guān)專利申請(qǐng)本發(fā)明是以1999年3月31日申請(qǐng)的，申請(qǐng)?zhí)枮?0/127,037的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的申請(qǐng)日為優(yōu)先權(quán)日的。本申請(qǐng)還是1999年4月23日申請(qǐng)的，申請(qǐng)?zhí)枮?9/299,031的美國(guó)專利申請(qǐng)的系列申請(qǐng)，該申請(qǐng)所公開(kāi)的內(nèi)容在此以引用的方式公開(kāi)。
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明主要涉及三維超聲解剖成像以及，更確切地說(shuō)，通過(guò)檢測(cè)由人體內(nèi)的一被掃描體積反射的回波進(jìn)行的人體三維診斷成像。
發(fā)明的背景常規(guī)的超聲掃描儀產(chǎn)生組織的兩維B-模式圖象，其中像素的亮度是基于返回回波的強(qiáng)度的。換句話說(shuō)，在彩色流動(dòng)成像模式中，可以對(duì)組織或液體(例如，血液)的移動(dòng)成像。運(yùn)用多普勒效應(yīng)對(duì)心臟或脈管內(nèi)的血液流動(dòng)進(jìn)行測(cè)量是已知的?？梢岳梅聪蛏⑸涞某暡ǖ南嘁苼?lái)測(cè)量來(lái)自組織或血液的反向散射的速度。運(yùn)用不同的顏色來(lái)表示速度和流動(dòng)的方向，可以顯示所述的多普勒偏移。在功率多普勒成像中，對(duì)返回的多普勒信號(hào)內(nèi)的功率進(jìn)行顯示。盡管接下來(lái)的敘述為了簡(jiǎn)短起見(jiàn)，將主要針對(duì)B-模式成像，但是本發(fā)明適用于任何形式的超聲成像。
由于觀察者不能將被掃描解剖體的兩維表示形象化，因而通常很難將兩維超聲圖像解譯。另外，由于探頭的幾何尺寸或是未能很好地接近檢查區(qū)域，也許不能獲得作出診斷所需的精確視圖。然而，假如將超聲探頭掃過(guò)檢查區(qū)域，并將兩維圖像進(jìn)行累積形成一個(gè)三維數(shù)據(jù)體積，這樣對(duì)于經(jīng)過(guò)或未經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的觀察者來(lái)說(shuō)都可以更加容易地將解剖體形象化。而且，由于探頭的幾何尺寸或是未能很好地接近檢查區(qū)域而不能得到的視圖，可以由三維數(shù)據(jù)體積進(jìn)行重建，這是借助于在一個(gè)難以獲得的角度構(gòu)造貫穿體積的片層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
為了產(chǎn)生三維圖像，成像系統(tǒng)計(jì)算機(jī)能夠?qū)⒁粋€(gè)從存儲(chǔ)器檢索到的源數(shù)據(jù)體積傳送到成像面數(shù)據(jù)裝置。連續(xù)的傳送可以包括多種投影技術(shù)，比如最大、最小、復(fù)合、表面投影或在角度增量為，例如10°間隔，角度在，例如+90°到-90°范圍內(nèi)的平均投影。
在徒手三維超聲掃描中，在高度方向上將換能器陣列(1D到1.5D)平移從而得到穿過(guò)所檢查的解剖體的一組圖像面?？梢詫⑦@些圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中而隨后由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)為三維重建進(jìn)行檢索之用。如果圖像幀之間的距離為已知，于是可以運(yùn)用正確的掃描面尺寸和面外尺寸之間的外觀比率對(duì)三維體積進(jìn)行重建。然而，如果對(duì)片層內(nèi)部間隔的估計(jì)不足，會(huì)導(dǎo)致該三維物體的重大幾何失真。
常規(guī)超聲成像系統(tǒng)將B模式，彩色流模式以及功率多普勒模式數(shù)據(jù)在連續(xù)基礎(chǔ)上收集在電影存儲(chǔ)器中。當(dāng)探頭掃過(guò)解剖體區(qū)域，使用徒手掃描技術(shù)或機(jī)械探頭推進(jìn)器將三維體積存儲(chǔ)在電影存儲(chǔ)器中。使用多種技術(shù)中的任何一種可以確定探頭平移的距離。使用者能夠估計(jì)掃過(guò)的距離。如果探頭推進(jìn)器以恒定的速率移動(dòng)探頭，就能夠很容易地估計(jì)出距離。或者，可以將一位置傳感器裝在探頭上，以便確定每一片層的位置。在解剖體上或數(shù)據(jù)內(nèi)部的標(biāo)記也能夠提供所需的位置信息。還有另一種方法就是根據(jù)連續(xù)圖像幀間的斑點(diǎn)非相關(guān)程度直接估計(jì)掃描面的位移。
如果超聲探頭掃過(guò)人體的一部分區(qū)域(可以是手動(dòng)或由探頭推進(jìn)器驅(qū)動(dòng))，以致片層內(nèi)部間隔為已知，而如果將該片層存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，可以得到三維數(shù)據(jù)體積?？梢允褂迷摂?shù)據(jù)體積形成一個(gè)被檢查區(qū)域的三維視圖。此外，可以對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行重整以產(chǎn)生在任意角度的獨(dú)立片層，這樣可以使使用者不需要研究解剖體就得到所需的準(zhǔn)確視圖。
產(chǎn)生的問(wèn)題就是如何以這樣一種便于觀察者將兩維片層與三維解剖體聯(lián)系起來(lái)的方式顯示所述的信息。Avila等人共同轉(zhuǎn)讓的1999年8月10日頒發(fā)的美國(guó)專利5,934,288，公開(kāi)了一種具有多種三維圖像模式的系統(tǒng)，它允許使用者以體積投影的方式或以任意角度的獨(dú)立片層方式以及從數(shù)據(jù)體積內(nèi)一位置來(lái)觀察數(shù)據(jù)。這使得使用者可以得到任何一個(gè)所需的獨(dú)立片層，并且在該角度上于解剖體中移動(dòng)屏幕。第5,934,288號(hào)專利在此以引用的方式公開(kāi)。然而，通常需要將如何使數(shù)據(jù)體積中的一片層與該數(shù)據(jù)體積內(nèi)的同一點(diǎn)的非平行片層(如，正交的)發(fā)生聯(lián)系形象化。
在掃描人體并在存儲(chǔ)器中收集多個(gè)圖像(例如，B-模式)以形成一個(gè)從三維物體體積得到的數(shù)據(jù)體積的超聲成像系統(tǒng)中，對(duì)表示該數(shù)據(jù)體積的圖像進(jìn)行顯示，同時(shí)還有多個(gè)在不同角度取得的表示獨(dú)立片層的圖像，并且它們相交于數(shù)據(jù)體積內(nèi)的一點(diǎn)上。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，顯示了表示在數(shù)據(jù)體積內(nèi)相互正交的片層的三個(gè)圖像。在后面，該顯示模式是指“正交截面”模式。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到，所述的截面并非必須是相互正交。
在取得了數(shù)據(jù)體積并限定了檢查區(qū)域之后，使用者進(jìn)入正交截面模式。這一模式可以是多種三維成像模式中的一種，或者是單一的三維成像模式。如果存在多種模式，進(jìn)入三維成像模式的初始模式最好是正交截面模式。初始模式以及從一種模式到下一個(gè)模式遞進(jìn)的序列是由軟件設(shè)定的。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易想到正交截面模式并非必須是初始模式。
正交截面模式向使用者提供了連同貫穿數(shù)據(jù)體積內(nèi)的三個(gè)正交截面一起的數(shù)據(jù)體積投影。此外，還顯示一個(gè)定位框架，以便使用者直觀地看到數(shù)據(jù)體積的方位以及所述片層在所述數(shù)據(jù)體積中的位置，以及確定四個(gè)顯示中的哪一個(gè)可以由軌跡球來(lái)操縱(下面指“有效”顯示)。當(dāng)初始進(jìn)入的是正交截面模式，體積投影有效，定位框架因而呈現(xiàn)綠色，而截面各自以不同的顏色顯示(例如，紅色、藍(lán)色和黃色)。此外，每個(gè)截面顯示由其相應(yīng)的顏色構(gòu)成。當(dāng)使用者操縱軌跡球時(shí)，數(shù)據(jù)體積投影被實(shí)時(shí)更新。按動(dòng)光標(biāo)鍵將“有效”顯示依次改變到下一個(gè)并將其所在的方框變綠。同時(shí)體積投影的線框變成白色。當(dāng)一個(gè)截面有效時(shí)，操縱軌跡球可以讓使用者在所選的方位上在該數(shù)據(jù)體積內(nèi)移動(dòng)屏幕。
附圖簡(jiǎn)介

圖1為一個(gè)方框圖，它簡(jiǎn)單描繪了根據(jù)本發(fā)明一最佳實(shí)施例的顯示模式編程的實(shí)時(shí)數(shù)字超聲成像系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
圖2是一個(gè)方框圖，它圖示了當(dāng)選擇了任何一種三維成像模式時(shí)，用于處理成像數(shù)據(jù)的裝置。
圖3描繪了沿垂直于探頭掃描平面的方向線性掃描超聲探頭得到的數(shù)據(jù)體積。
圖4描繪了通過(guò)將圖3所描繪的數(shù)據(jù)體積進(jìn)行重整得到的在任意角度的獨(dú)立片層。
圖5-7分別描繪了將圖3所描繪的數(shù)據(jù)體積進(jìn)行重整得到的正交截面中的各個(gè)獨(dú)立片層。
圖8描繪了圖5-7的三個(gè)片層在一點(diǎn)重疊的情況。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)最佳實(shí)施例探測(cè)和顯示過(guò)程的流程圖。
圖10描繪了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像，它表示了根據(jù)本發(fā)明一最佳實(shí)施例的正交截面模式顯示的多個(gè)圖像。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明公開(kāi)了一種B模式超聲成像系統(tǒng)；然而，可以想到本發(fā)明可以用于其他超聲成像模式，例如，速度或功率流動(dòng)成像。
在圖1中描繪了B模式成像系統(tǒng)中的基礎(chǔ)信號(hào)處理鏈。啟動(dòng)一個(gè)內(nèi)裝換能器元件陣列的超聲探頭2對(duì)聚焦在傳輸焦點(diǎn)位置的超聲波束進(jìn)行傳輸。換能器元件對(duì)返回的超聲信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并且隨后由波束成形設(shè)備4沿掃描線將其動(dòng)態(tài)聚焦在連續(xù)的范圍內(nèi)以形成一個(gè)接收矢量。對(duì)于每條掃描線，上述波束成形設(shè)備的電信號(hào)形式的輸出數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)一個(gè)B模式處理鏈6，它包括均衡濾波，包絡(luò)檢測(cè)以及對(duì)數(shù)壓縮。在掃描幾何學(xué)的基礎(chǔ)上，使用將近幾百個(gè)矢量構(gòu)成一個(gè)聲學(xué)圖像幀。為了使從一個(gè)聲學(xué)圖像幀到下一個(gè)的暫態(tài)轉(zhuǎn)換平滑，可以在掃描轉(zhuǎn)換之前由平均系統(tǒng)8對(duì)一些聲學(xué)幀進(jìn)行平均處理。對(duì)于矢量掃描，掃描轉(zhuǎn)換器10將R-θ格式的壓縮圖像轉(zhuǎn)換成X-Y格式用于顯示。在一些系統(tǒng)上，可以由視頻幀平均器12(由虛線框表示)在X-Y格式上實(shí)施幀平均處理，而不是在掃描轉(zhuǎn)換之前在聲學(xué)幀上進(jìn)行，并且有時(shí)將復(fù)制的視頻幀插入到聲學(xué)幀之間以獲得特定的或所需的視頻顯示幀速率。在任何情況下，將經(jīng)過(guò)掃描轉(zhuǎn)換的幀傳送到視頻處理器14，它主要將經(jīng)過(guò)掃描轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)映射到顯示器18上，它提供B模式成像數(shù)據(jù)的視頻顯示的灰度映象。
系統(tǒng)控制集中于主機(jī)20，它通過(guò)用戶接口22接收操作者輸入并且依次控制多個(gè)子系統(tǒng)。(在圖1中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)將主機(jī)到多個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)控制線省略了)。在成像中，在電影存儲(chǔ)器16中將最近的一長(zhǎng)串圖像進(jìn)行存儲(chǔ)并進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)更新。設(shè)計(jì)一些系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)R-θ聲學(xué)圖像(在圖1中，這些數(shù)據(jù)通道由連接到電影存儲(chǔ)器16的虛線表示)，而另一些系統(tǒng)存儲(chǔ)X-Y視頻圖像。能夠通過(guò)軌跡球控制(接口22)在顯示監(jiān)視器上回顧存儲(chǔ)在電影存儲(chǔ)器16中的圖像，并且可以選擇圖像環(huán)中的一段存儲(chǔ)在硬盤中。
對(duì)于具有徒手三維成像能力的超聲掃描儀，將存儲(chǔ)在電影存儲(chǔ)器16中的選定的圖像序列傳輸?shù)街鳈C(jī)20用于三維重建。將結(jié)果寫回到電影存儲(chǔ)器中的另一部分或掃描轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器中，通過(guò)視頻處理器14從那里將其發(fā)送到顯示器18。
在圖2中，可以看到掃描轉(zhuǎn)換器10包括聲學(xué)線存儲(chǔ)器24和XY顯示存儲(chǔ)器26。將存儲(chǔ)在聲學(xué)線存儲(chǔ)器24中的以極坐標(biāo)(R-θ)矢量格式存儲(chǔ)的B-模式成像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)換算的笛卡兒坐標(biāo)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)在XY顯示存儲(chǔ)器26中。將每一個(gè)圖像幀從XY顯示存儲(chǔ)器26發(fā)送到視頻處理器14。在灰度映象前，將視頻處理器14中的B-模式成像數(shù)據(jù)在先入先出的基礎(chǔ)上存儲(chǔ)到電影存儲(chǔ)器16中。存儲(chǔ)可以是連續(xù)的或者受控于外部觸發(fā)事件。事實(shí)上，電影存儲(chǔ)器16是一個(gè)在后臺(tái)起作用的循環(huán)圖像緩沖器，獲取實(shí)時(shí)向使用者顯示的圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)使用者停止系統(tǒng)時(shí)(通過(guò)操作用戶接口22上的適當(dāng)設(shè)備)，使用者能夠觀看先前在電影存儲(chǔ)器中獲取的圖像數(shù)據(jù)。
將電影存儲(chǔ)器16中存儲(chǔ)的選定的圖像序列傳送給主機(jī)20用于三維重建。在掃動(dòng)探頭的過(guò)程中得到的多幀成像數(shù)據(jù)組成一三維數(shù)據(jù)體積。主機(jī)20從電影存儲(chǔ)器16接收感興趣的部分并實(shí)施一種體積演示技術(shù)將投影的圖像重建到多種成像面上。將每次投影產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)寫回到電影存儲(chǔ)器中的另一部分或掃描轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器中，通過(guò)視頻處理器14從那里將其發(fā)送到顯示監(jiān)視器18。
主機(jī)20包括一個(gè)中央處理單元(CPU)28和系統(tǒng)存儲(chǔ)器30。安排CPU28將得到的成像數(shù)據(jù)體積轉(zhuǎn)換成在不同角度取得的多種三維投影圖像。CPU28通過(guò)系統(tǒng)控制總線32對(duì)XY顯示存儲(chǔ)器26、視頻處理器14、電影存儲(chǔ)器16以及CPU自身之間的數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制。將代表多次掃描中之一或被檢查物體中的片層的每個(gè)成像數(shù)據(jù)幀依次存儲(chǔ)在聲學(xué)線存儲(chǔ)器24中、XY顯示存儲(chǔ)器26和視頻處理器14。在灰度映象前，將B-模式成像數(shù)據(jù)幀從視頻處理器發(fā)送到電影存儲(chǔ)器16。將表示掃描的物體體積的一棧幀存儲(chǔ)在電影存儲(chǔ)器16中，構(gòu)成一源數(shù)據(jù)體積。一旦獲得源數(shù)據(jù)體積，CPU28能夠提供與穿過(guò)源數(shù)據(jù)體積內(nèi)的任意片層一樣的數(shù)據(jù)的三維投影。
該成像系統(tǒng)還能夠在任何超聲圖像上重疊圖形標(biāo)記。在圖像幀上的圖形重疊是在視頻處理器14中完成的，視頻處理器14從XY顯示存儲(chǔ)器26接收超聲圖像幀并且從圖形顯示存儲(chǔ)器34中接收?qǐng)D形數(shù)據(jù)。由主機(jī)20或由專門的圖形處理器(未示出)將圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其送給圖形顯示存儲(chǔ)器34。
圖3顯示，如果超聲探頭2掃(箭頭36表示線性掃動(dòng))過(guò)人體的一個(gè)區(qū)域(可以用手或用探頭推進(jìn)器)，這樣片層內(nèi)部間隔已知，而如果將片層38存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，可以獲得一個(gè)三維數(shù)據(jù)體積40。可以對(duì)該三維數(shù)據(jù)體積40進(jìn)行處理(例如將其投影到成像面上)以形成被檢查區(qū)域的三維視圖。此外，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重整以產(chǎn)生一個(gè)任意角度(見(jiàn)圖4)的獨(dú)立片層42，這樣可以使使用者不需要研究解剖體就得到所需的準(zhǔn)確視圖。產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)的三維投影的算法是已知的，如用于重整數(shù)據(jù)以產(chǎn)生穿過(guò)數(shù)據(jù)組的任意片層的技術(shù)。問(wèn)題就是如何以便于觀察者將二維片層與三維解剖體聯(lián)系起來(lái)的方式顯示上述信息。
本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例使得使用者可以直觀地看到如何將將數(shù)據(jù)體積中的一個(gè)片層與在該數(shù)據(jù)體積內(nèi)同一點(diǎn)上的非平行(例如正交)片層聯(lián)系起來(lái)。圖5-7描繪了沿相交于數(shù)據(jù)體積40內(nèi)的一點(diǎn)上的相互正交的平面50、52、54取得的各個(gè)獨(dú)立片層44、46、48。圖8描繪了圖5-7中的三個(gè)片層44、46、48，上述三個(gè)片層重疊在它們的交叉點(diǎn)P點(diǎn)。
圖9是一個(gè)流程圖，它表示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的獲取和顯示過(guò)程。使用者在步驟100開(kāi)始用超聲探頭掃過(guò)被檢查區(qū)域。所述的掃動(dòng)可以通過(guò)線性或擺動(dòng)的徒手掃動(dòng)獲得。一旦得到所述的數(shù)據(jù)，在步驟102，當(dāng)按下用戶接口上的定格鍵，使用者將電影存儲(chǔ)器“定格”并適當(dāng)保持?jǐn)?shù)據(jù)，然后，在步驟104，選擇電影存儲(chǔ)器幀(片層)的范圍包括在Z維數(shù)據(jù)體積中。操作者最好通過(guò)移動(dòng)用戶接口上的軌跡球來(lái)完成后一步驟。當(dāng)移動(dòng)了軌跡球，在顯示屏上出現(xiàn)了“Z維選擇”標(biāo)尺。于是用上述軌跡球來(lái)控制標(biāo)志符相對(duì)于標(biāo)尺的位置。操作者將標(biāo)志符移動(dòng)到左端點(diǎn)隨后通過(guò)按動(dòng)用戶接口上的預(yù)定鍵鎖定左端點(diǎn)。接著，操作者將標(biāo)志符移動(dòng)到所需的右端點(diǎn)并且隨后通過(guò)按動(dòng)相同的預(yù)定鍵鎖定右端點(diǎn)。這樣就確立了包括在數(shù)據(jù)體積內(nèi)的片層。于是操作者在步驟106通過(guò)按動(dòng)接口上適當(dāng)?shù)逆I進(jìn)入“3D模式”。
進(jìn)入3D模式，操作者就必須首先選擇XY尺寸和所檢查區(qū)域(ROI)在數(shù)據(jù)體積內(nèi)的位置(步驟108)。這一選擇可以通過(guò)操作當(dāng)按下了3D模式鍵時(shí)就出現(xiàn)在顯示屏缺省位置上的檢查區(qū)域框來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢匝豖和Y軸方向?qū)z查區(qū)域框平移或改變其大小，從而使其能夠包圍出現(xiàn)在矢量掃描圖像中的被成像的結(jié)構(gòu)。通過(guò)移動(dòng)軌跡球可以將檢查區(qū)域框平移并且可以通過(guò)操縱用戶接口中配備的四面搖桿開(kāi)關(guān)來(lái)改變其大小。
在限定了ROI之后，操作者在步驟110，選擇所需的三維投影類型(最小、最大或平均像素投影、表面演示、混合技術(shù)等)，之后，在步驟112，按下演示鍵。由主機(jī)20將所限定的ROI從電影存儲(chǔ)器16(見(jiàn)圖2)中檢索出來(lái)。在步驟114，主機(jī)掃描檢索到的數(shù)據(jù)用于復(fù)制幀并將其刪除，接著，在步驟116，為數(shù)據(jù)組計(jì)算片層內(nèi)部間隔。(假設(shè)片層內(nèi)部間隔在數(shù)據(jù)體積的長(zhǎng)度范圍內(nèi)是恒定的。)例如，使用適當(dāng)?shù)陌唿c(diǎn)相關(guān)技術(shù)能夠計(jì)算出片層內(nèi)部間隔，所述的斑點(diǎn)相關(guān)技術(shù)公開(kāi)在共同轉(zhuǎn)讓的Larry Mo的美國(guó)專利申請(qǐng)09/045，780中，該專利申請(qǐng)是在1998年3月20日提出的。
在計(jì)算了片層內(nèi)部間隔之后，系統(tǒng)進(jìn)入“正交截面”模式，該模式是包含所述的3D模式的多種子模式中的一個(gè)。在步驟118，“正交截面”模式剛一初始化，就由主機(jī)(或一個(gè)專用的圖形處理器)產(chǎn)生表示一個(gè)彩色(如綠色)的具有初始定位的定位框架的信號(hào)，將其以XY格式放在圖2的圖形顯示存儲(chǔ)器34中，之后發(fā)送到視頻處理器14中。視頻處理器產(chǎn)生一個(gè)顯示在顯示器18(見(jiàn)圖1)的屏幕58上的綠色定位框架56(見(jiàn)圖10)，該框具有所示的初始的定位。同時(shí)，主機(jī)根據(jù)計(jì)算出的片層內(nèi)部間隔和初始定位進(jìn)行規(guī)定的數(shù)據(jù)體積的選定的全分辨率體素投影。從圖1明顯看出，將投影的三維圖像送至電影存儲(chǔ)器16，之后到視頻處理器14，視頻處理器14產(chǎn)生用于如圖10所示，沿定位框架56在屏幕58上進(jìn)行顯示的投影的三維圖像60。在“正交截面”顯示模式中，主機(jī)還產(chǎn)生三個(gè)表示數(shù)據(jù)片層的圖像62、64和66，這三個(gè)數(shù)據(jù)片層是在相交于數(shù)據(jù)體積中的一點(diǎn)上的彼此正交的相交面上取得的。如圖10所示，這些數(shù)據(jù)片層也被傳送到視頻處理器用于與定位框架和投影的三維圖像一同顯示。在所述的初始狀態(tài)，在數(shù)據(jù)體積的中間平面取得所述的片層。在圖10中沒(méi)有描述上述截面的這些初始位置。
除定位框架外，圖2中的主機(jī)20(或?qū)ｉT的圖形處理器)還產(chǎn)生其他圖形，并通過(guò)圖形顯示存儲(chǔ)器34傳送到視頻處理器14。具體說(shuō)，如圖10所示，截面圖像62由方框68框起，截面圖像64由方框70框起，而截面圖像66由方框72框起。方框68、70、71中的每一個(gè)具有相同的長(zhǎng)方形或正方形，但是在顯示監(jiān)視器上以不同的顏色表示，例如，紅色、藍(lán)色和黃色。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，在定位框架56上，三個(gè)截面的位置由相應(yīng)的與方框68、70和72匹配的顏色繪制的平行四邊形表示。例如，重疊在定位框架56上的平行四邊形74對(duì)應(yīng)于并表示了方框68中顯示的截面62的位置，重疊在定位框架56上的平行四邊形76對(duì)應(yīng)于并表示了方框70中顯示的截面64的位置，以及，重疊在定位框架56上的平行四邊形78對(duì)應(yīng)于并表示了方框72中顯示的截面66的位置。此外，每一個(gè)平行四邊形包括兩條實(shí)直線，表示各個(gè)截面與數(shù)據(jù)體積在投影圖像60中可見(jiàn)的表面的交線，還包括兩條虛直線，表示各個(gè)截面與數(shù)據(jù)體積在投影圖像60中隱藏表面的交線。
在圖10中，在方框68、70和72上也由重疊標(biāo)記表示了截面位置，每一對(duì)標(biāo)記表示另外兩個(gè)截面中一個(gè)的位置，即，在該方框中沒(méi)有被顯示的截面。例如，方框72具有第一對(duì)標(biāo)記82，它表示圖像62的截面位置，而第二標(biāo)記84表示了圖像64的截面位置。標(biāo)記最好由其位置被顯示的截面的方框的顏色來(lái)表示。例如，如果方框68表示為紅色，方框70是藍(lán)色而方框72是黃色，于是標(biāo)記82用紅色表示而標(biāo)記84用藍(lán)色表示。這樣，對(duì)于每個(gè)截面圖像，對(duì)應(yīng)的方框，在定位框架56上的截面圖形以及在另外兩方框上的位置標(biāo)記都由各自的顏色描繪。
除了上述的截面位置圖形外，描出所述數(shù)據(jù)體積可見(jiàn)面的直線80重疊在投影圖像60上，其顏色與方框68、70和72不同并且與表示所謂的“有效”顯示顏色(即綠色)不同，這將在后面詳述。
正交截面模式顯示四個(gè)圖像(圖10中的60、62、64、和66)以及線框定位框架56。然而，在任何時(shí)刻，四個(gè)顯示圖像中只有一個(gè)是“有效”的。這里所用的術(shù)語(yǔ)“有效顯示”意思是可以用接口裝置，如軌跡球操縱的那個(gè)顯示。
當(dāng)體積投影圖像60為有效顯示時(shí)，可以通過(guò)操縱軌跡球轉(zhuǎn)動(dòng)投影的圖像，實(shí)時(shí)更新即數(shù)據(jù)體積投影。這種顯示模式中的初始演示是一個(gè)全分辨率投影。當(dāng)使用者操縱軌跡球，定位框架跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，以預(yù)定的系數(shù)去除體積投影的一部分從而得到跟隨軌跡球的實(shí)時(shí)重建。當(dāng)使用者停止移動(dòng)軌跡球，現(xiàn)存定位的投影以全分辨率的方式重新演示(即不會(huì)去除其中的部分)。
當(dāng)截面圖像62、64和66中的一個(gè)是有效顯示時(shí)，使用者可以在限定的位置，通過(guò)操縱軌跡球在數(shù)據(jù)體積內(nèi)移動(dòng)屏幕，即可以沿垂直于截面的軸移動(dòng)選定的截面圖像。
在初始狀態(tài)，體積投影圖像60為有效顯示。根據(jù)每次按動(dòng)用戶接口上的光標(biāo)鍵將有效顯示切換為下一個(gè)顯示圖像。例如，可以將有效顯示設(shè)定為響應(yīng)光標(biāo)鍵的連續(xù)按動(dòng)從體積投影圖像60、XY截面圖像62、ZX截面圖像64到ZY截面圖像66依次循環(huán)。
在定位框架上用唯一的顏色，如綠色來(lái)表示有效顯示。如果體積投影圖像有效，于是定位框架56的線框?qū)⒆兙G。在初始狀態(tài)，體積投影是有效的。如果按動(dòng)了光標(biāo)鍵，線框顏色由綠色變?yōu)橹丿B在體積投影圖像60上的圖像輪廓線80的顏色，而定位框架上的相應(yīng)的截面圖形74、76或78的顏色分別與相應(yīng)的方框68、70或72一樣變?yōu)榫G色。這樣，總是由同樣的顏色來(lái)表示有效顯示，選擇該顏色是為了與正交截面顯示模式中使用的其它顏色不同。
在圖9的流程圖中描述了上述算法。在步驟118正交截面顯示模式初始化之后，在步驟120，主機(jī)判斷是否移動(dòng)了軌跡球(或其它接口設(shè)備)。如果移動(dòng)了軌跡球，于是在步驟122更新有效顯示。在更新了有效顯示之后，在步驟124，主機(jī)判斷是否按動(dòng)了光標(biāo)鍵。主機(jī)還根據(jù)步驟120作出的沒(méi)有移動(dòng)軌跡球的判斷實(shí)施步驟124。
如果按動(dòng)了在用戶接口上的光標(biāo)鍵，于是在步驟126將有效顯示切換到所設(shè)定序列中的下一個(gè)顯示圖像。另外，通過(guò)將表示新的有效顯示圖像的線變成綠色來(lái)更新定位框架，并且將不再是有效顯示的圖像的顏色由綠色改回它本來(lái)的顏色。在切換了有效顯示之后，在步驟128，主機(jī)判斷是否按動(dòng)了模式鍵。主機(jī)還根據(jù)步驟124作出的光標(biāo)鍵沒(méi)有按動(dòng)的判斷實(shí)施步驟128。
如果，在步驟128，判斷按動(dòng)了模式鍵，主機(jī)返回到步驟120并且再次判斷是否移動(dòng)了軌跡球。重復(fù)包括步驟120、122、124、126和128的序列，直到主機(jī)判斷按動(dòng)了模式鍵為止，在步驟130程序在該點(diǎn)退出正交截面顯示模式并進(jìn)入設(shè)定的模式序列中的下一個(gè)3D模式。
雖然僅描述了本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行修改和改變?？梢岳斫?，所附的權(quán)利要求旨在將所有這些修改和改變包括在本發(fā)明的實(shí)際精神范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種成像系統(tǒng)包括用于顯示圖像的顯示子系統(tǒng)；以及計(jì)算機(jī)，經(jīng)編程用于控制所述的顯示子系統(tǒng)，以空間關(guān)系同時(shí)顯示一三維投影圖像，該三維投影圖像表示在預(yù)定方位的數(shù)據(jù)體積投影，一個(gè)第一截面圖像，該第一截面圖像表示在所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的一個(gè)第一平面，一個(gè)第一圖形，該第一圖形包括一個(gè)所述數(shù)據(jù)體積在所述預(yù)定方位的幾何表示，以及一個(gè)第二圖形，該第二圖形包括所述第一截面的幾何表示，所述第二圖形與所述第一圖形之間具有一位置關(guān)系，該位置關(guān)系與第一截面和所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，以第一顏色顯示所述的第一圖形而用與所述第一顏色不同的第二顏色顯示所述的第二圖形。
3．如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，編程所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制從而同時(shí)顯示與所述第一截面圖像存在空間關(guān)系的第一方框，其中用所述的第二顏色顯示所述的第一方框。
4．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，編程所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制從而同時(shí)顯示一表示一個(gè)從所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的第二平面的第二截面圖像以及一個(gè)包括所述第二截面的幾何表示的第三圖形，所述第三圖形與所述第一圖形之間具有與所述第二截面和所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系，其中所述的第一和第二截面相互交叉。
5．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一和第二截面正交。
6．如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，以第一顏色顯示所述第一圖形，以第二顏色顯示所述第二圖形以及以第三顏色顯示所述第三圖形，所述第一、第二和第三顏色彼此不同。
7．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步安排所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制從而同時(shí)顯示與所述第一截面圖像之間存在空間關(guān)系的第一方框以及與所述第二截面圖像之間存在空間關(guān)系的第二方框，其中，以所述第二顏色顯示所述第一方框，以所述第三顏色顯示所述第二方框。
8．如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步安排所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制從而同時(shí)顯示一表示一個(gè)從所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的第三平面的第三截面圖像以及一個(gè)包括所述第三截面的幾何表示的第四圖形，所述第四圖形與所述第一圖形之間具有與所述第三截面和所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系，其中所述的第一、第二和第三截面相互交叉。
9．如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三截面相互正交。
10．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)第一用戶接口設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步安排所述的計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而如果所述三維投影圖像為有效，而在操縱所述用戶接口設(shè)備的同時(shí)實(shí)時(shí)顯示所述三維投影圖像的重建圖像，并且如果所述第一截面圖像有效時(shí)，在操縱所述的第一用戶接口設(shè)備的同時(shí)實(shí)時(shí)顯示所述第一截面的重建圖像。
11．如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)第二用戶接口設(shè)備，其特征在于，其中進(jìn)一步安排所述的計(jì)算機(jī)根據(jù)對(duì)所述第二用戶接口設(shè)備的操縱，將所述三維投影圖像的狀態(tài)從有效改變?yōu)闊o(wú)效，而將所述第一截面圖像的狀態(tài)由無(wú)效改變?yōu)橛行А?br> 12．如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述三維投影圖像有效而所述第一截面圖像無(wú)效時(shí)，以第一顏色顯示所述的第一圖形而用第二顏色顯示所述的第二圖形，并且當(dāng)所述三維透視圖像無(wú)效而所述第一截面圖像有效時(shí)，以所述第三顏色顯示所述第一圖形而用所述第一顏色顯示所述第二圖形。
13．如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二截面相互正交，進(jìn)一步安排所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述的顯示子系統(tǒng)進(jìn)行控制從而同時(shí)顯示一個(gè)位置標(biāo)記，該位置標(biāo)記與所述第一方框之間的位置關(guān)系與所述第二截面與所述第一截面之間的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)。
14．如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，以所述第三顏色顯示所述的位置標(biāo)記。
15．用于顯示圖像的方法，包括這樣的步驟，以空間關(guān)系同時(shí)顯示一三維投影圖像，它表示在預(yù)定方位下的數(shù)據(jù)體積投影，一個(gè)第一截面圖像，它表示在所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的第一平面，一個(gè)第一圖形，它包括在所述預(yù)定方位下的所述數(shù)據(jù)體積的幾何表示，第二圖形，它包括和所說(shuō)第一截面的幾何表示，所述第二圖形其與所述第一圖形之間的位置關(guān)系對(duì)應(yīng)于所述第一截面和所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述的顯示步驟進(jìn)一步包括，同時(shí)顯示分別表示在所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的第二和第三平面的第二和第三截面圖像，以及第三和第四圖形，它們分別包括所述第二和第三截面的幾何表示，所述第三和第四圖形與所述第一圖形之間的位置關(guān)系分別對(duì)應(yīng)于所述第二和第三截面與所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系，其中所述第一、第二和第三截面相互交叉。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三截面相互正交。
18．如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，以第一到第四種不同的顏色分別顯示第一到第四圖形，而同時(shí)顯示的步驟進(jìn)一步包括以各自與所述第一到第三截面圖像之間的空間關(guān)系同時(shí)顯示第一到第三方框，并且以所述第二到第四顏色顯示所述第一到第三方框。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述同時(shí)顯示步驟進(jìn)一步包括同時(shí)顯示與所述第一方框之間位置關(guān)系的一位置標(biāo)記，該位置關(guān)系對(duì)應(yīng)于所述第二截面與所述第一截面之間的位置關(guān)系。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，包括以所述第三顏色顯示所述位置標(biāo)記的步驟。
21．如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟使所述三維投影圖像有效；當(dāng)所述三維投影圖像有效時(shí)，操縱第一用戶接口設(shè)備；當(dāng)所述三維投影圖像有效時(shí)，在操縱所述第一用戶接口設(shè)備的過(guò)程中，實(shí)時(shí)顯示所述三維投影圖像的重建圖像；將所述三維投影圖像從有效改變?yōu)闊o(wú)效，同時(shí)將所述第一截面圖像改變?yōu)橛行?；?dāng)所述第一截面圖像有效時(shí)，操縱所述第一用戶接口設(shè)備；以及當(dāng)所述第一截面圖像有效時(shí)，在操縱所述第一用戶接口設(shè)備的過(guò)程中，實(shí)時(shí)顯示所述第一截面圖像的重建圖像；
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述三維透視圖像有效時(shí)，用第一顏色顯示所述第一圖形，而用第二顏色顯示所述第二圖形，而當(dāng)?shù)谝唤孛鎴D像有效時(shí)，用第三顏色顯示所述第一圖形而用所述第一顏色顯示所述第二圖形，所述第一、第二和第三顏色彼此不同。
23．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將所述三維投影圖像從有效改變?yōu)闊o(wú)效并且將所述第一截面圖像改變?yōu)橛行У牟襟E包括操縱第二用戶接口設(shè)備的步驟。
24．一種成像系統(tǒng)，包括用于顯示圖像的顯示子系統(tǒng)；以及用于控制所述顯示子系統(tǒng)的裝置，使其以空間關(guān)系同時(shí)顯示一三維投影圖像，它表示在預(yù)定方位的數(shù)據(jù)體積投影，一在所述數(shù)據(jù)體積內(nèi)截取的第一平面，一第一圖形，它包括在預(yù)定方位下所述數(shù)據(jù)體積的幾何表示，以及第二圖形，它包括所述第一截面的幾何表示，所述第二圖形與所述第一圖形之間的位置關(guān)系與所述第一截面與所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)。
全文摘要
以空間關(guān)系顯示以下內(nèi)容,表示在預(yù)定方位的數(shù)據(jù)體積投影的三維投影圖像,表示各個(gè)截取于該數(shù)據(jù)體積的相互正交平面的三個(gè)截面圖像,在所述方位下的數(shù)據(jù)體積的圖形表示以及所述截面的圖形表示。每個(gè)截面各自相對(duì)于所述數(shù)據(jù)體積圖形的位置關(guān)系對(duì)應(yīng)于各個(gè)截面相對(duì)于所述數(shù)據(jù)體積之間的位置關(guān)系。以不同的顏色顯示所述的圖形表示?？梢詫⑺膫€(gè)圖像中的任何一個(gè)設(shè)為有效,從移動(dòng)軌跡球時(shí)該圖像可以實(shí)時(shí)重建的意義上說(shuō),可以將四個(gè)圖像中的任何一個(gè)設(shè)為有效。用表示有效狀態(tài)的顏色顯示相應(yīng)的圖形表示,由此可以顯示四個(gè)圖像中的哪一個(gè)處于有效。
文檔編號(hào)A61B8/14GK1297534SQ00800476
公開(kāi)日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者R·S·阿維拉, L·S·阿維拉, W·T·哈特菲爾德, B·P·蓋澤, V·V·卡馬特, T·M·蒂爾曼 申請(qǐng)人:通用電氣公司