CN103839285B - 用于显示医学图像的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于显示医学图像的方法和设备。所述设备包括：数据获得单元，用于获得对象的体数据；图像产生单元，用于从对象的体数据中产生医学图像，所述医学图像包括至少一个三维（3D）立体图像和基于在3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个产生的至少一个2D立体图像；显示单元，用于显示产生的医学图像。

Description

用于显示医学图像的方法和设备
本申请要求于2012年11月20日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0131954号韩国专利申请的利益，其公开通过引用全部合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于显示医学图像的方法和设备，更具体地讲，涉及一种用于通过按照立体图像的形式提供医学诊断图像来显示立体医学图像使得用户具有深度感知的方法和设备。
背景技术
由于无创和无损诊断特征，使用超声波的超声诊断设备在用于获得关于目标对象的内部的信息的医学领域中被广泛使用。由于在没有侵入人体组织的观察技术（诸如外科手术）的情况下，超声诊断设备可实时地向医师提供人体的内部组织的图像，因此超声诊断设备在医学领域中是非常重要的。超声诊断设备被用来产生目标对象的内部的形状的二维（2D）或3D诊断图像。
超声诊断设备一般使用由压电材料构成的转换元件来发送和接收超声信号。超声诊断设备通过电激发转换元件来产生将被发送到人体的超声信号并将超声信号发送到人体。被发送到人体的超声信号从人体组织的边缘反射，将从人体组织的边缘反射到转换元件的超声回波信号转换成高频信号。超声诊断设备通过放大并处理转换后的高频信号来产生组织的超声图像。
然而，仅显示指示目标对象的截面的2D超声图像的超声诊断设备无法向用户提供逼真的超声图像。
发明内容
本发明提供一种允许用户具有深度感知的立体图像。
根据本发明的一方面，提供一种显示医学图像的方法，所述方法包括：从对象的体数据中产生医学图像，所述医学图像包括至少一个三维（3D）立体图像和基于在3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个的至少一个2D立体图像；显示产生的医学图像。产生医学图像的步骤可包括：基于与3D立体图像中的截面相应的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像，其中，2D立体图像指示对象的至少一个截面。
所述方法还可包括：接收用户的输入，其中，产生医学图像的步骤包括：产生与3D立体图像和2D立体图像中的至少一个相应的非立体图像；显示产生的医学图像的步骤包括：基于用户的输入，显示立体图像来取代正被显示的非立体图像，或者显示非立体图像来取代正被显示的立体图像。
产生医学图像的步骤可包括：通过在对象所在的虚拟空间中设置虚拟相机并改变从虚拟相机到对象的光线投射的方向来渲染多个3D立体图像。
产生医学图像的步骤可包括：产生包括对象的非立体图像的医学图像。显示产生的医学图像的步骤可包括：根据用户的输入来确定将被显示的图像的类型和数量。产生医学图像的步骤可包括：产生多个3D立体图像，其中，在所述多个3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个在所述多个3D立体图像中是不同的；显示产生的医学图像的步骤可包括：基于用户的输入显示多个3D立体图像中的至少一个。
2D立体图像可包括基于用户的输入从3D立体图像中选择的对象的截面的立体图像。2D立体图像可包括对象的彼此正交的三个截面的立体图像或对象的曲线形的截面的立体图像。
根据本发明的另一方面，提供一种用于显示医学图像的设备，所述设备包括：数据获得单元，用于获得对象的体数据；图像产生单元，用于从对象的体数据中产生医学图像，所述医学图像包括至少一个三维（3D）立体图像和基于在3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个产生的至少一个2D立体图像；显示单元，用于显示产生的医学图像。图像产生单元可基于与3D立体图像中的截面相应的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像，其中，2D立体图像指示对象的至少一个截面。
图像产生单元可基于与3D立体图像中的截面相应的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像，其中，2D立体图像指示对象的至少一个截面。
所述设备还可包括：接收单元，用于接收用户的输入，其中，图像产生单元还产生与3D立体图像和2D立体图像中的至少一个相应的非立体图像；显示单元可基于用户的输入，显示立体图像来取代正被显示的非立体图像，或者显示非立体图像来取代正被显示的立体图像。
图像产生单元可通过在对象所在的虚拟空间中设置虚拟相机并改变从虚拟相机到对象的光线投射的方向来渲染多个3D立体图像。
图像产生单元可产生还包括对象的非立体图像的医学图像。
所述设备还可包括：接收单元，用于接收用户的输入，其中，显示单元根据用户的输入确定将被显示的图像的类型和数量。
图像产生单元可产生多个3D立体图像，其中，在所述多个3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个在所述多个3D立体图像中是不同的，并且显示单元可基于用户的输入显示所述多个3D立体图像中的至少一个。
所述设备还可包括：接收单元，用于接收用户的输入，其中，图像产生单元产生2D立体图像，其中，所述2D立体图像包括基于用户的输入从3D立体图像中选择的对象的截面的立体图像。
图像产生单元可产生包括对象的彼此正交的三个截面的立体图像的2D立体图像。
图像产生单元可产生包括对象的曲线形的截面的立体图像的2D立体图像。
根据本发明的另一方面，提供一种存储有程序指令的非暂时性计算机可读存储介质，其中，当所述程序指令被计算机执行时，执行所述方法。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特征及优点将变得更清楚，其中：
图1是根据本发明的实施例的用于显示医学图像的设备的框图；
图2是示出根据本发明的实施例的显示医学图像的方法的流程图；
图3A至图3C示出根据本发明的实施例而显示的医学图像；
图4示出根据本发明的实施例而显示的医学图像；
图5示出根据本发明的实施例而显示的医学图像；
图6示出根据本发明的实施例的基于用户的输入而改变的显示图像；以及
图7A和图7B是根据本发明的实施例的用于描述显示医学图像的方法的概念图。
具体实施方式
虽然在考虑在本发明中的功能的情况下将当前尽可能广泛使用的一般术语选择作为在本发明中使用的术语，但是，所述术语可根据本领域普通技术人员的意图、判例或新技术的出现而变化。另外，在特定情况下，可使用由申请人特意选择的术语，并且在这种情况下，将在本发明的相应描述中公开所述术语的含义。因此，不应该通过在本发明中使用的术语的简单名称而应该通过所述术语的含义和在本发明中的内容来限定所述术语。
在说明书中，当特定部件“包括”特定组件时，这表明所述部件还可包括另一组件而不是排除另一组件，除非存在不同的公开。另外，在说明书中公开的术语（诸如“…单元”等）指示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且这可由硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
如在这里所使用的，当诸如“…中的至少一个”的表达位于一列元件之后时，所述表达修饰整列元件而不修饰所述列中的单个元件。
在说明书中，术语“对象”可指示人体的一部分。例如，对象可包括器官（诸如肝脏、心脏、子宫、胸部、腹部等）、胎儿等，或者可包括人体的任何一个截面。在说明书中，术语“用户”可以是作为医学专家的医师、护士、医疗病理学家、医学图像专家等，但不限于此。另外，在本发明中的术语“立体图像”指示通过使用两眼之间的视差允许观察人员具有深度感知的立方体图像并且包括静止图像和视频图像。用于实现立体图像的技术包括所有商业化的立体图像技术并且可包括将在未来实现的任何其它立体图像技术。
根据本发明的实施例的用于显示医学图像的设备不仅可被广泛应用于超声图像，而且也可被应用于用来通过从投射到人体组织的信号恢复人体组织的截面和体数据来显示用于疾病诊断的医学图像的磁共振成像（MRI）装置、计算机断层扫描（CT）装置、正电子发射断层扫描（PET）装置等。
图1是根据本发明的实施例的用于显示医学图像的设备100的框图。
参照图1，根据本发明的实施例的设备100可包括数据获得单元110、图像产生单元120和显示单元130。现在将逐一描述示出的组件。
数据获得单元110可获得对象的体数据。术语“体数据”可指示包括空间信息和临床信息的数据，诸如对象的解剖形态等。例如，超声系统向对象发送超声信号发送，接收由对象反射的超声信号（即，超声回波信号）并通过使用接收到的超声回波信号产生体数据。数据获得单元110可包括用于发送和接收超声信号的探测器（未示出）以及用于执行超声信号的发送波束形成和接收波束形成的波束形成器（未示出）。另外，数据获得单元110可从存储器（未示出）获得在存储器中存储的对象的体数据。
图像产生单元120可从由数据获得单元110获得的体数据产生包括至少一个三维（3D）立体图像和至少一个2D立体图像的医学图像。可基于在3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像。
显示单元130可显示由图像产生单元120产生的医学图像。因此，用户可从包括对象的至少一个3D立体图像和至少一个2D立体图像的医学图像中容易察觉在对象的组成部分之间的弯曲度、相对位置差、相对方向等。
根据本发明的实施例的设备100还可包括控制单元140。控制单元140一般控制设备100的整体操作。例如，控制单元140可通过执行在存储器中存储的程序来整体控制数据获得单元110、图像产生单元120和显示单元130。
现在将参照图2详细描述通过使用在设备100中的组件来显示医学图像的方法。
图2是示出根据本发明的实施例的显示医学图像的方法的流程图。
参照图2，根据本发明的实施例的方法可包括由图1中示出的设备100处理的操作。因此，虽然在下文中被省略，但是在图1中示出的设备100的以上描述应用于图2的方法。
在操作S210，设备100从对象的体数据产生3D立体图像。例如，设备100可通过渲染体数据来产生立体图像。术语“渲染”指示用于显示3D离散采样数据集（诸如体数据）的2D投影图像的技术。渲染体数据的方法包括通过在对象上照射虚拟光束来检测反射光的对象的一部分的光线投射法。为了渲染3D离散采样数据集的2D投影图像，应该限定在对象所在的虚拟空间中的虚拟相机，并且应该限定每个体素的不透明度和色彩。可由图像产生单元120执行操作S210。以下将参照图7A和图7B详细描述产生3D立体图像的方法。
在操作S220，设备100基于在产生的3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像。可由图像产生单元120执行操作S220。术语“2D立体图像”指示作为对象的2D图像但通过按照立体方法显示而允许用户具有深度感知的图像。例如，产生的2D立体图像可显示对象的至少一个截面。也就是说，2D立体图像可以是按照立体方法显示对象的一个截面使得用户具有深度感知的截面立体图像。另外，图像产生单元120可基于在产生的3D立体图像中示出的对象中的预定截面所在的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像。在与对象关联的球面坐标系中，术语“方向”、“梯度”和“深度”可分别指示相对z轴的正方向形成的角度、基于z轴相对x轴的正方向形成的角度和距中心点的距离r。
另外，可同时或按照逆序来执行操作S210和操作S220。另外，根据本发明的实施例的方法可产生医学图像，所述医学图像不仅包括对象的立体图像而且包括对象的非立体图像。也就是说，在根据本发明的实施例的方法中显示的医学图像可包括立体图像和非立体图像两者。
在操作S230，设备100显示包括在操作S210和操作S220中产生的3D立体图像和2D立体图像的医学图像。可由显示单元130来执行操作S230。设备100可根据用户的输入来确定将被显示的图像的类型和数量。
现在将参照图3A至图5来描述可在根据本发明的实施例的方法中产生并显示的医学图像。
图3A至图3C示出根据本发明的实施例而显示的医学图像。
如图3A至图3C所示，根据本发明的实施例的由设备100显示的医学图像可包括对象315的3D立体图像310。另外，根据本发明的实施例的由设备100显示的医学图像可包括指示对象315的截面的2D立体图像320、330和340。
作为参考，立体成像方法是通过利用左眼与右眼之间的视差来分别向用户的左眼和右眼提供两个不同的图像的方法，在图3A至图3C中示出的立体图像310、320、330和340将用于描述具有由用户的双眼识别的深度的图像。因此，在图3A至图3C中示出的立体图像310、320、330和340可不同于根据立体成像方法而实际显示的针对左眼的图像和针对右眼的图像的合成图像。
2D立体图像320指示在3D立体图像310中示出的对象315的第一截面312的图像。可基于第一截面312的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像320。例如，设备100可产生2D立体图像320，使得用户识别2D立体图像320平行于3D立体图像310的第一截面312或者与3D立体图像310的第一截面312具有相同深度感知。
2D立体图像330指示在3D立体图像310中示出的对象315的第二截面313的图像。可基于第二截面313的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像330。例如，设备100可产生2D立体图像330，使得用户识别2D立体图像330平行于3D立体图像310的第二截面313或者与3D立体图像310的第二截面313具有相同深度感知。
2D立体图像340指示在3D立体图像310中示出的对象315的第三截面314的图像。可基于第三截面314的方向、梯度和深度中的至少一个来产生2D立体图像340。例如，设备100可产生2D立体图像340，使得用户识别2D立体图像340平行于3D立体图像310的第三截面314或者与3D立体图像310的第三截面314具有相同深度感知。
由于基于3D立体图像310产生并显示2D立体图像320、330和340，因此2D立体图像320、330和340可根据3D立体图像310的旋转而按照相同角度旋转。因此，根据本发明，甚至当3D立体图像310旋转时，用户也可容易且直观地感知在2D立体图像320、330和340中示出的截面与在3D立体图像310中示出的对象315之间的相关性（例如，在对象315中的截面的相对位置）。
如图3A至图3C所示，设备100可产生并显示包括对象315的截面的立体图像的2D立体图像320、330和340。
根据本发明的另一实施例，设备100可产生并显示对象315的曲线形的截面的立体图像。当将对象315的曲线形的截面显示为非立体图像时，由于在平面屏幕上显示曲线形的截面，因此用户难以直观地感知截面具有曲面的事实。因此，根据本发明的另一实施例的设备100可基于3D立体图像310的方向、梯度和深度按照曲面的形式显示对象315的曲线形的截面的立体图像，使得用户容易地感知在2D立体图像中示出的对象315的曲线形截面与在3D立体图像中示出的对象315之间的位置关系。
图4示出根据本发明的实施例而显示的医学图像。
图4示出根据本发明的实施例而显示的胎儿的3D立体图像410以及指示关于胎儿的冠状面、横断面和矢状面的三个截面的2D立体图像420、430和440。
根据本发明的实施例，设备100可通过考虑在3D立体图像410中的胎儿来产生2D立体图像420、430和440。
2D立体图像420指示胎儿的冠状面。产生与在3D立体图像410中示出的胎儿的位置或方向相应的2D立体图像420，使得用户识别仿佛用虚线标记的部分位于屏幕内并且用实线标记的部分位于屏幕外。
2D立体图像430指示胎儿的横断面。产生与在3D立体图像410中示出的胎儿的位置或方向相应的2D立体图像430，使得用户识别仿佛用虚线标记的部分位于屏幕内并且用实线标记的部分位于屏幕外。
2D立体图像440指示胎儿的矢状面。用户识别与在3D立体图像410中示出的胎儿的位置或方向相应的2D立体图像440，仿佛2D立体图像440与屏幕位于同一深度。
因此，根据本发明的实施例，用户可容易地感知2D立体图像420、430和440指示胎儿的哪一个截面。另外，当通过基于用户的输入旋转胎儿的3D立体图像410而按照不同角度被查看的胎儿的立方体图像被显示时，2D立体图像420、430和440也可相应于3D立体图像410而旋转，从而允许用户容易地感知在2D立体图像420、430和440与3D立体图像410之间的相关性。
在图4中，已经通过示出胎儿的3D立体图像410以及指示彼此正交的三个截面的2D立体图像420、430和440来描述本发明。然而，本发明的2D立体图像不限于此。在本发明中显示的医学图像可包括一个2D立体图像或多个2D立体图像。另外，当在本发明中显示的医学图像包括多个2D立体图像时，多个2D立体图像可彼此独立并且可指示对象的任意截面或由用户选择的截面。
根据本发明的实施例的设备100可根据用户的输入来确定将被显示的图像的类型和数量。
如图5所示，设备100可产生并显示通过按照多个角度查看对象而获得的3D立体图像501、502和503。可预先在存储器（未示出）中存储或者可由用户新近输入将被显示的图像的类型和数量。例如，设备100可基于由用户输入的在对象的3D立体图像中的3D空间坐标来产生并显示与所述3D空间坐标相应的截面立体图像。因此，根据用户的输入而显示的截面立体图像可以是斜截面图像。
根据本发明的实施例的显示医学图像的方法可包括接收用于改变显示图像的用户的输入并基于用户的输入来改变显示图像。
图6示出根据本发明的实施例的基于用户的输入而改变的显示图像。
参照图6，当设备100正在显示立体图像602时，如果接收到用于命令显示“非立体图像”而不是立体图像602的外部输入，则设备100可显示与立体图像602相应的非立体图像601。当设备100正在显示非立体图像601时，如果接收到用于命令显示“立体图像”而不是非立体图像601的外部输入，则设备100可显示与非立体图像601相应的立体图像602。
根据本发明的实施例，设备100可基于用户的输入显示非立体图像以代替在正被显示的医学图像中包括的3D立体图像和2D立体图像中的至少一个图像。反之，设备100可显示立体图像以代替在正被显示的医学图像中包括的3D非立体图像和2D非立体图像中的至少一个图像。
为了设备100从对象的体数据中显示3D立体图像，产生多个图像并将其组合的处理是必需的。
图7A和图7B是根据本发明的实施例的用于描述显示医学图像的方法的概念图。
如图7A所示，为了产生一个3D立体图像，一般通过在两个或多个虚拟相机的视点（point of view）执行渲染来产生两个图像，即左图像和右图像。因此，为了医学成像设备产生按照多个角度查看的对象的图像，应该重复执行渲染操作，并且在这种情况下，由于在完成一个图像获得操作之后直到获得下一个图像之前所耗费的中断时间而导致计算所需的时间增加。
然而，如图7B所示，根据本发明的实施例的设备100可通过划分经由在一个虚拟相机的视点执行渲染而产生的结果来获得多个图像以产生在多个角度查看的对象的图像。也就是说，设备100可通过在对象所在的虚拟空间中设置一个虚拟相机并将光线投射的方向划分为朝向灭点（vanishing point）的前-后方向和背离灭点的后-前方向经由一个光线投射来产生两个图像。
因此，根据本发明的实施例的设备100可减少在完成一个图像获得操作之后到获得下一个图像之前所耗费的中断时间，并且通过限定一个相机模型并获得多个图像来增加在图形处理单元（GPU）计算处理中的计算速度。也就是说，根据本发明的实施例的设备100可通过将在中央处理单元（CPU）中存储的对象的体数据复制到CPU来减少到执行渲染操作之前所耗费的数据复制、初始化和同步时间。
根据本发明的实施例，用于显示医学图像的设备提供允许用户具有深度感知的立体图像，使得用户直观地感知在对象的组成部分之间的弯曲度、相对位置差、相对方向等。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，但是，本领域的普通技术人员将理解：在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在所述示例性实施例中做出在形式和细节上的各种改变。应该仅在描述性意义上考虑所述示例性实施例而不是为了限制的目的。因此，不由本发明的详细描述而是由权利要求来限定本发明的范围，并且在所述范围内的所有差异将被理解为被包括在本发明中。

Claims (13)

1.一种由医学成像设备执行的方法，所述方法包括：
从对象的体数据产生至少一个3D立体图像；
从所述对象的体数据基于在所述至少一个3D立体图像中示出的所述对象的方向、梯度和深度中的至少一个产生至少一个2D立体图像；以及
显示产生的所述至少一个3D立体图像和所述至少一个2D立体图像，
其中，产生所述至少一个3D立体图像的步骤包括：
在所述医学成像设备的一个虚拟相机的视点处对所述对象的体数据执行渲染；
通过对渲染的所述对象的体数据进行划分来产生多个图像；
通过在所述对象所处的虚拟空间中设置所述虚拟相机并改变从所述虚拟相机到所述对象的光线投射的方向来渲染所述多个图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，产生所述至少一个2D立体图像的步骤包括：基于与所述至少一个3D立体图像中的截面相应的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生所述至少一个2D立体图像，其中，所述至少一个2D立体图像指示所述对象的至少一个截面。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收用户的输入；
产生与所述3D立体图像和所述2D立体图像中的至少一个相应的非立体图像，以及
显示产生的所述至少一个3D立体图像和所述至少一个2D立体图像的步骤包括：基于用户的输入，显示立体图像来取代正被显示的非立体图像，或者显示非立体图像来取代正被显示的立体图像。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：产生包括对象的非立体图像的医学图像。
5.如权利要求1所述的方法，其中，显示产生的所述至少一个3D立体图像和所述至少一个2D立体图像的步骤包括：根据用户的输入来确定将被显示的图像的类型和数量。
6.如权利要求5所述的方法，其中，产生所述至少一个3D立体图像的步骤包括：产生多个3D立体图像，其中，在所述多个3D立体图像中示出的对象的方向、梯度和深度中的至少一个在所述多个3D立体图像中是不同的，以及
显示产生的所述至少一个3D立体图像的步骤包括：基于用户的输入来显示所述多个3D立体图像。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个2D立体图像包括基于用户的输入从所述至少一个3D立体图像中选择的对象的截面的立体图像。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个2D立体图像包括对象的彼此正交的三个截面的立体图像。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个2D立体图像包括对象的曲线形的截面的立体图像。
10.一种用于显示医学图像的设备，所述设备包括：
数据获得单元，用于获得对象的体数据；
图像产生单元，用于从对象的体数据产生至少一个3D立体图像，并且从所述对象的体数据基于在所述至少一个3D立体图像中示出的所述对象的方向、梯度和深度中的至少一个产生至少一个2D立体图像；以及
显示单元，用于显示产生的所述至少一个3D立体图像和所述至少一个2D立体图像，
其中，所述图像产生单元通过以下步骤对所述至少一个3D立体图像执行渲染：
在所述设备的一个虚拟相机的视点处对所述对象的体数据执行渲染；
通过对渲染的所述对象的体数据进行划分来产生多个图像；
通过在所述对象所处的虚拟空间中设置所述虚拟相机并改变从所述虚拟相机到所述对象的光线投射的方向来渲染多个3D立体图像。
11.如权利要求10所述的设备，其中，图像产生单元基于与所述至少一个3D立体图像中的截面相应的平面的方向、梯度和深度中的至少一个来产生所述至少一个2D立体图像，其中，所述至少一个2D立体图像指示对象的至少一个截面。
12.如权利要求10所述的设备，还包括：接收单元，用于接收用户的输入，
其中，图像产生单元还产生与3D立体图像和2D立体图像中的至少一个相应的非立体图像，以及
显示单元基于用户的输入，显示立体图像来取代正被显示的非立体图像，或者显示非立体图像来取代正被显示的立体图像。
13.如权利要求10所述的设备，还包括：接收单元，用于接收用户的输入，
其中，图像产生单元产生所述至少一个2D立体图像，其中，所述至少一个2D图像包括基于用户的输入从所述至少一个3D立体图像中选择的对象的截面的立体图像。
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