CN109601018B - 用于根据3d超声数据生成b模式图像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了一种提供用户接口的医学成像和可视化系统，所述用户接口使得用户能够对三维(3D)数据集的体积绘制进行可视化并且操纵所述体积绘制以动态地选择所述3D数据集的MPR平面，从而生成在动态选择的MPR平面处的B模式图像。在一些范例中，所述3D数据集被绘制为所述体积的2D投影，并且用户控件使得用户能够动态地移动所述MPR平面的位置，而显示器更新所述体积的绘制以指示所述MPR平面和/或对应B模式图像的当前位置。

Description

用于根据3D超声数据生成B模式图像的系统和方法
背景技术
尽管常规二维(2D)超声依然是用于医学成像的重要临床技术，但是提供具有高度解剖逼真度的图像的绘制技术中的出现正在增加3D超声的普及度。3D超声是采集与生物组织的成像体积相对应的3D数据集的成像技术。3D超声的一个优点是在数据采集期间或之后重建通过成像体积的任何任意取向的平面的能力。该技术被称为多平面重新格式化或重建。在常规系统中，多平面重新格式化器一般产生标准的正交视图(例如，在轴向、矢状或冠状平面中)或者由用户指定的倾斜平面。利用常规系统识别感兴趣的特定平面会是繁琐的，通常需要熟练的操作者导航通过体积数据以识别期望的平面。可能期望一种生成通过成像体积的2D切片的更直观和/或更交互式的方法。
发明内容
根据一些范例，一种超声成像系统，可以包括超声探头，所述超声探头被配置为接收来自对象的超声回波以对所述对象的体积进行成像。所述超声成像系统还可以包括扫描转换器和体积绘制器，所述扫描转换器被配置为将回波信号布置成与所述成像体积相对应的3D数据集，所述体积绘制器被配置为绘制所述3D数据集的2D投影图像并且还被配置为接收指示切割平面相对于所述3D数据集的位置的用户输入。所述超声成像系统可以包括多平面重新格式化器(MPR)，所述多平面重新格式化器被配置为生成通过所述成像体积的与所述切割平面的所述位置相对应的切片的B模式图像。所述超声成像系统还可以包括用户接口，所述用户接口包括至少一个输出设备和至少一个输入设备。所述输出设备可以包括显示器，所述显示器被配置为显示由所述体积绘制器生成的2D投影图像和/或来自所述MPR的B模式图像。在一些范例中，2D投影图像和B模式图像被并排地显示。在其他范例中，所述超声成像系统被配置为生成并且显示所述B模式图像与所述2D投影图像的叠加图像。在一些范例中，仅所述2D投影图像被显示，而与选定的切割平面相对应的所述B模式图像被输出用于存储在存储器中和/或用于包括在报告中。
所述超声成像系统的所述输入设备可以包括一个或多个物理控件(例如，推动按钮、键盘、触控板、跟踪球或其他旋转控件、或者显示图形用户接口窗口小部件的触摸屏，也被称为软控件)，其可以被提供在所述超声成像系统的控制面板上。在一些范例中，所述超声成像系统可以额外地或备选地包括非触控接口，所述非触控接口使得用户能够在无需物理地触摸所述超声成像系统的控制面板的情况下提供输入。在一些范例中，所述超声成像系统的所述输入设备被配置为接收用于相对于已经被绘制在显示器上的3D数据集来动态地定位切割平面的用户输入。所述体积绘制器还可以被配置为响应于所述用户输入来动态地更新所述2D投影图像，以对所述切割平面相对于所述3D数据集的位置进行可视化并且将切割平面的位置通信给MPR，以生成成像体积的对应MPR切片。
根据本公开的一种方法，可以包括：接收与生物组织的超声成像体积相对应的3D数据集；生成所述3D数据集的体积绘制；将所述体积绘制显示在显示器上；接收改变切割平面相对于所述3D数据集的位置的用户输入；更新所述体积绘制以显示所述3D数据集的剖视图，其中，所述剖视图仅包括与所述切割平面的一侧一致并且位于其上的所述3D数据集的部分；并且自动地生成在与所述切割平面一致的所述3D数据集的平面处的B模式图像。
另外，用于操纵和绘制3D数据集和/或从所述3D数据集中提取B模式图像的技术中的任意技术可以以被存储在非瞬态计算机可读介质上的可执行指令的方式来体现，所述可执行指令当被运行时使医学成像系统的处理器被编程为执行被体现在所述非瞬态计算机可读介质中的过程。
附图说明
图1A是根据本公开的原理的系统的框图。
图1B是根据本公开的原理的绘制环境中的3D数据集的图示。
图2是根据本公开的一些实施例的超声成像系统的框图。
图3是根据本公开的可以采用体积绘制接口的超声成像系统的部分的图示。
图4是流程图。
图5是在绘制和操纵过程中的步骤的框图。
图6是10周胎儿的绘制图像。
图7是表示切割数据平面的2D图像，用于产生图1的绘制图像。
图8示出了系统根据命令生成近端切片平面的过程。
图9示出了系统根据命令生成近端切片平面以及所述切片平面前方和远端的一个或多个平面的过程。
图10示出了系统根据命令生成近端切片平面的另一过程。
具体实施方式
对特定示范性实施例的以下描述实际上仅仅是示范性的，而根本并不旨在限制本发明或者其应用或用途。在对本系统和方法的实施例的以下详细描述中，对形成为其部分的附图进行参考，并且通过图示的方式示出了可以实践所描述的系统和方法的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述以使得本领域技术人员能够实践当前所公开的系统和方法，并且应当理解，在不脱离本系统的主旨和范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出结构和逻辑上的改变。此外，出于清楚的目的，当对于本领域技术人员来说明显时，将不讨论对特定特征的详细描述，以免使对本系统的描述难以理解。因此，下文的详细描述不应当被认为是限制性意义的，并且本系统的范围仅由随附的权利要求来限定。
在医学成像中，生物组织的图像可以实时地或者在数据集采集之后被绘制。所述图像可以是与通过对象的成像组织的单个平面或切片相对应的2D图像(例如，B模式超声图像)，或者其可以是成像体积的2D绘制(例如，3D超声图像)。2D切片或平面在各种临床应用中(诸如在诊断、处置或手术规划期间)普遍用于无创地获得关于对象的器官或组织的结构或其中的信息。医学成像系统的发展现在提供了生成具有高度解剖逼真度的体积绘制的能力，这日益使得临床医师能够以高度直观的方式来观察患者解剖结构。例如，超声检查，其是用于产前监测的优选模态，现在一般能够提供对成像胎儿的体积绘制。然而，这样的体积绘制迄今为止对超声检查医师来说具有有限的价值或者没有价值，因为最终是通过感兴趣区域的2D切片被用于获得临床相关的信息和测量结果，并且其通常被要求用于包括在超声包括中。在本文中所描述的系统和方法可以使得对体积绘制的使用诸如能够在医学成像应用中提供更大的临床价值。例如，当观察切片的2D图像时对取向的敏锐理解对于理解正在图像中看到什么是必要的。大量的时间往往在成像会话期间被花费在操作者对其自己进行取向并且确保正确的2D平面正在被采集。在本文中所描述的系统和技术可以使得操作者能够更高效地并且更直观地识别用于检查和/或包括在报告中的适当的2D切片。
图1A示出了根据本公开的被配置为根据3D数据集生成B模式图像的范例系统100。系统100可以包括体积绘制器112、多平面重新格式化器114以及用户接口130，用户接口130包括能操作用于显示由系统100生成的图像(例如，B模式图像104、体积绘制102、以及这两者的叠加106)的显示器。图像可以根据所述3D数据集来生成，并且实时地(例如，在数据采集期间)或者在采集之后被显示。众所周知，B模式图像是针对给定平面通过调制图像中的对应像素的亮度来表示接收到的回波的强度的灰度图像。另一方面，3D体积绘制可以使用任何已知的体积绘制技术来产生，例如等值面提取、体积射线投射、溅射、剪切翘曲、基于纹理的体积绘制、最大强度投影等。例如，体积的2D投影可以通过将虚拟射线投射到成像体积中来获得。当从虚拟观测者的位置朝向成像体积内的感兴趣区域投射射线时，各种解剖结构可以沿着视线被插入。模拟的光源可以被用于提供深度感觉，并且入射光方向驱动体积绘制中的阴影和反射的外观。在医学成像数据的3D数据集的体积绘制已经利用已知的系统被产生时，这样的体积绘制迄今为止对于超声检查医师或处置医师而言具有有限的使用，因为临床团体几乎完全依赖于常规的二维B模式图像得到做出诊断或规划处置的所需的相关信息。
在本文中所描述的原理可以针对3D数据集的体积绘制提供新的临床相关的应用，这些应用中的一种应用是对用于从所述3D数据集中提取B模式图像的相关平面的容易的并且高效的识别。在这方面，系统100可以被配置为响应于用户输入而实时地动态更新成像体积的2D投影图像，以使得用户能够对切割平面相对于绘制体积的变化位置和/或通过体积的对应MPR切片进行可视化。所述切割平面的位置被实时地通信给MPR(例如，在对体积的操纵期间)，使得MPR能够根据3D数据集自动地重建对应MPR切片，而无需用户必须手动地识别针对MPR切片的期望平面。
体积绘制器112可以接收3D数据集150，并且生成对3D数据集的体积绘制102以用于显示。在一些范例中，体积绘制器112可以从超声成像系统的扫描转换器116接收3D数据集，所述扫描转换器116被配置为将利用所述超声成像系统采集到的回波信号布置成3D数据集150。在其他范例中，3D数据集150可以从存储器118中检索，所述存储器118可以是成像系统(诸如被用于采集3D数据集的超声成像系统)的存储器、图片归档与通信系统(PACS)的存储设备、或者便携式存储器设备。所述体积绘制器可以与用户接口130能操作地相关联，所述用户接口130包括一个或多个用户输入设备(例如，控制面板、触摸屏、非触控接口)。所述用户接口可以使得用户能够在绘制环境(例如，3D虚拟或绘制空间)内操纵所述绘制体积。
现在参考图1B，3D数据集150被示出在绘制环境(也被称为虚拟空间)160中。3D数据集150可以对应于生物组织的成像体积，并且可以包括一个或多个感兴趣区域152。感兴趣区域152可以是对象的部分(例如，血管壁、心脏瓣膜)，或者可以是整个对象(例如，肿瘤、胎儿)。为了便于图示说明，3D数据集150和感兴趣区域152是利用简单的几何形状来图示的，然而，在一些范例中，其可以被不同地成形。在该范例中，3D数据集150连同若干绘制结构一起被图示在绘制环境中。绘制坐标系162可以与绘制环境160相关联，而3D数据集可以相对于局部坐标系154来定义，所述局部坐标系154可以是被用于采集所述数据集的超声探头的参考系。备选地，绘制结构中的任一个的位置或者观测者175的视点可以相对于3D数据集的坐标系来定义。当生成体积绘制时，所述3D数据集与投影平面170(其可以是绘制坐标系162的X-Y平面)和虚拟观测者的视点(其通常垂直于投影平面170)的相对位置通常是基于缺省参数来设置的。所述3D数据集与投影平面170的相对位置和取向可以由用户在绘制环境内对体积的操纵期间来改变。
所述3D数据集以及任何其他绘制结构可以是相对于彼此或者在虚拟空间内能移动的。在一些范例中，模拟的光源164、切割平面166以及3D数据集150可以响应于用户输入而相对于彼此和/或相对于坐标系162并且对应地相对于投影平面170被移动(例如，被平移和/或被旋转)。例如，响应于用户输入，切割平面166可以垂直于所述投影平面(如由箭头156所指示地)被平移，和/或围绕XL轴和YL轴(如分别由箭头157和箭头158所示的)或者与其平行的轴中的任一个被旋转。切割平面166相对于3D数据集的平移和旋转可以是响应于经由常规方式(例如，物理控制)或者经由非触控接口140的用户输入的。在一些范例中，非触控接口140可以与体积绘制器112能操作地连接，使得对象在所述非触控接口的跟踪场内的移动被体积绘制器112转变成切割平面166的移动。
3D数据集150可以包括针对所述成像体积内的任何给定点(或者坐标位置)的回波强度信息。例如，在笛卡尔坐标系中，3D数据集150可以包括指定所述数据集中针对每个体素的x、y、z坐标连同在每个体素处的回波强度值的体素数据。如所描述的，体积到投影平面170上的2D投影图像168可以根据已知的技术例如使用射线投射和溅射来进行绘制。当对包括所述感兴趣区域的3D数据集的2D图像进行绘制时，模拟的光源164的位置、强度和方向性可以确定体积的表面上的阴影，这可以为用户提供深度感觉。
体积绘制器112可以被配置为经由用户接口130来接收用户输入。例如，用户接口130可以包括一个或多个用户输入设备132，所述一个或多个用户输入设备132包括物理控件，诸如按钮、键盘、跟踪球、触控板和/或使用图形用户接口(GUI)元件(也被称为窗口小部件)实施的软控件。所述物理控件可以被提供在所述系统的控制面板134上，在一些情况下，控制面板134可以包括触摸屏或者与触摸屏能操作地相关联。如先前所提到的，在一些范例中，超声成像系统200可以备选地或额外地包括非触控接口140。非触控接口140可以包括手跟踪设备142，例如光学跟踪设备，所述手跟踪设备142被配置为当用户的手存在于手跟踪设备142的跟踪场中时跟踪用户的手的移动。在一些实施例中，手跟踪设备142可以使用由Leap Motion公司生产的Leap Motion控制器来实施。在一些范例中，手跟踪设备142可以能操作用于跟踪用户的一只手或两只手或者其部分的移动并且以规律间隔开的时间间隔(例如，每毫秒或每数毫秒)来生成识别每个跟踪对象的离散位置和位置的变化，使得用户的手的复杂运动能够被映射到用于操纵绘制环境中的体积的操纵命令。在一些范例中，所述体积绘制器可以被配置为将用户的一只手(例如，左手)的移动转变成所述切割平面相对于所述3D数据集的移动，并且将用户的另一只手(例如，右手)的移动转变成所述3D数据集在所述绘制环境内(例如，相对于投影平面)的移动。在一些范例中，所述体积绘制环境可以提供可以彼此以一定角度设置的多个切割平面，诸如以使得用户能够生成在倾斜(例如，正交)平面处的B模式图像。在这样的实例中，一只手的移动能够被转变成切割平面中的一个切割平面的移动，而另一只手的移动可以被转变成第二切割平面的移动。
用户接口130还可以包括一个或多个输出设备，诸如显示器136。由超声成像系统200生成的图像(例如，体积绘制102、B模式图像104)可以被显示在显示器136上，例如被显示在显示器窗口138中。显示器136可以是触敏式的，例如使用电容式触摸感测，以提供触摸屏显示器，所述触摸屏显示器也可以充当输入接口的部分。在一些范例中，所述显示器可以是单独的非触敏式显示单元。
根据本文中的范例，体积绘制器112可以接收用于操纵虚拟空间160内的体积(例如，绘制的3D数据集150)的用户输入。在一些范例中，体积绘制器112可以接收相对于坐标系162来摇摆(例如，在平行于投影平面170的平面中平移)、缩放(例如，沿着ZR轴平移)并且旋转所述体积的用户输入。另外，体积绘制器112可以接收调节一个或多个绘制结构，诸如改变模拟的光源164的位置、强度或方向性、或者改变切割平面166相对于3D数据集150的位置和取向的用户输入。体积绘制器112可以将切割平面166的位置通信给多平面重新格式化器114，所述多平面重新格式化器114被配置为自动地生成在与切割平面166一致的切片平面处的B模式图像104，也被称为MPR图像或MPR切片。例如，在胎儿超声应用中，所述系统可以被用于生成胎儿的体积绘制。通过体积绘制接口，用户可以交互地调节所述切割平面的位置，同时所述体积绘制器实时地更新所述绘制以显示仅示出所述体积的与所述切割平面一致并且在所述切割平面后方的那部分(例如成像胎儿的切开的体积绘制)(也称为显示部分)的剖视图。
同时地，在用户交互地调节所述切割平面的位置(例如与所述剖视图相对应的B模式图像)时，多平面重新格式化器114生成在与每个切割平面的位置一致的切片平面处的B模式图像。体积绘制和B模式图像两者可以被同时地显示，在一些情况下以并排布置的方式来显示，或者被显示为相同显示器窗口中的叠加，以使得用户能够交互地调节(例如，滚动)所述切割平面的位置，同时对该切片平面处的对应B模式图像进行可视化。对B模式图像与体积绘制的同时呈现可以使得用户能够更容易地进行取向并且识别用于获得具有临床相关性的B模式图像的相关平面。体积绘制器112和多平面重新格式化器114可以与系统100的图像处理电路110能操作地相关联或者是其部分，所述图像处理电路110可以在显示之前额外地执行诸如生成叠加、注释图像以及缓存数据的功能。以这种方式，通过使得用户能够在对3D体积进行可视化的同时动态地选择相关的切片平面，系统100可以提供允许用户更直观并且更高效地从3D成像数据集中提取所需的B模式图像的更加用户友好的接口。通过动态地选择或移动切割平面的位置，意指所述接口使得用户能够滚动或拖曳通过体积的切割平面，其中，所述绘制随着用户拖曳所述切割平面而更新。
在一些范例中，所述绘制接口还可以被配置为使得用户能够在体积被进一步操纵(例如，被平移、被旋转例如以识别用于修剪的另一投影侧)时或者在模拟的光被操纵时冻结或锁定切割平面166相对于体积的位置和取向。在这方面，体积绘制器112可以被配置为在响应于移动体积的用户命令而更新绘制时维持切割平面166与所述3D数据集之间的相对位置。在用户操纵所述体积时，所述3D数据集的显示部分相对于观测者的角度移动，例如响应于用户旋转所述体积而使绘制体积的与所述切割平面一致的面被布置为倾斜于所述投影平面。
图2示出了根据本公开的原理而构造的超声成像系统200的框图。超声成像系统200可以包括上文参考图1A-1B所描述的部件中的一个或多个部件。尽管在本发明的实施例的解释性范例中讨论了超声成像系统，但是本发明的实施例可以利用其他医学成像模态来实践。其他模态可以包括，但不限于：磁共振成像和计算机断层摄影。在本文中所描述的技术实际上可以被应用于能够被用于采集3D成像数据集的任何成像模态。
图2中的超声成像系统200包括超声探头212，所述超声探头212包括用于发射超声波并且接收回波信息的换能器阵列214。各种换能器阵列在本领域中是众所周知的，例如，线性阵列、凸面阵列或相控阵列。换能器阵列214例如能够包括能够在仰角和方位角两者上进行扫描以用于2D和/或3D成像的换能器元件的二维阵列(如所示的)。换能器阵列214被耦合到超声探头212中的微射束形成器216。微射束形成器216控制由换能器阵列214中的换能器元件对信号的发射和接收。在该范例中，微射束形成器216通过探头线缆被耦合到发射/接收(T/R)开关218，所述发射/接收(T/R)开关218在发射与接收之间切换并且保护主射束形成器222免受高能量发射信号。在一些实施例中，例如在便携式超声系统中，T/R开关218和所述系统中的其他元件能够被包括在超声探头212中而并非被包括在单独的超声系统基座中。在微射束形成器216的控制下来自换能器阵列214的超声射束的发射由被耦合到T/R开关218和射束形成器222的发射控制器220进行引导，所述发射控制器220接收来自用户接口224的用户操作的输入。用户接口224可以包括一个或多个输入设备250(例如，控制面板252、非触控接口254和/或触摸屏)。
由发射控制器220控制的功能中的一种功能是射束被转向的方向。射束可以被转向为从(正交于)换能器阵列214笔直向前或者成不同的角度以得到更宽的视场。由微射束形成器216产生的部分射束形成的信号被耦合到主射束形成器222，其中，来自换能器元件的个体衬片的部分射束形成的信号被组合成完全射束形成的信号。所述射束形成的信号被耦合到信号处理器226。信号处理器226能够以各种方式来处理接收到的回波信号，诸如带通滤波、抽样、I和Q分量分离、以及谐波信号分离。信号处理器226还可以执行额外的信号增强，诸如散斑抑制、信号复合和噪声消除。经处理的信号被耦合到B模式处理器228，所述B模式处理器228能够采用幅度检测以用于对身体中的结构的成像。由B模式处理器228产生的信号被耦合到扫描转换器230和多平面重新格式化器232。扫描转换器230以其以期望的图像格式被接收的空间关系来布置所述回波信号。例如，扫描转换器230可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式、或者金字塔形或者其他形状的三维(3D)格式。多平面重新格式化器232能够将从身体的体积区域中的共同平面中的点接收的回波转换成该平面的超声图像(例如，B模式图像)，如在美国专利US 6443896(Detmer)中所描述的。体积绘制器234将3D数据集的回波信号转换成如从给定参考点观察到的3D数据集的投影图像，例如，如在美国专利US 6530885(Entrekin等人)中所描述的。
在一些实施例中，体积绘制器234可以接收来自用户接口224的输入。所述输入可以包括给定的参考点(例如，虚拟观测者的视点)、模拟的光源的位置、和/或针对绘制的投影图像的模拟的光源的性质。来自扫描转换器230、多平面重新格式化器232和/或体积绘制器234的图像被耦合到图像处理器236，以进一步增强、缓存和暂时存储以用于显示在图像显示器238上。图像处理器236可以将B模式图像叠加到所述投影图像上，或者将B模式图像同时地显示在3D数据集的投影图像旁边。在一些实施例中，体积绘制器234可以绘制或者使所述图像处理器绘制各种绘制结构的视觉提示。在一些实施例中，模拟的光源或切割平面的视觉提示可以被绘制在3D数据集的投影图像中。图形控制器240能够生成用于与图像一起显示的图形叠加。这些图形叠加能够例如包含标准识别信息，诸如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。出于这些目的，所述图形处理器接收来自用户接口224的输入，诸如键入的患者姓名或其他注释。在一些实施例中，图形控制器、图像处理器、体积绘制器和多平面重新格式化器中的至少一个的一项或多项功能可以被组合成集成的图像处理电路(其操作可以被分配在并行操作的多个处理器之间)，而不是由离散的处理单元执行参考这些部件中的每个部件所描述的特定功能。用户接口224还能够被耦合到多平面重新格式化器232以便选择和控制多幅多平面重新格式化(MPR)图像的显示。
体积绘制接口更具体地可以由根据本公开的系统提供的图像的输出。通过对胎儿进行成像而采集3D超声数据集的体积绘制(在本文中也被称为投影图像)。模拟的光源的视觉提示也被示出在绘制中。体积绘制是由3D超声数据集表示的成像体积的剖视图。所述剖视图是通过用户交互地修剪所绘制的3D数据集来获得的，诸如通过将切割平面移动到体积中以及从体积中移出，直至用户已经视觉地识别了用于提取B模式图像的期望平面。所述剖视图是通过仅对与所述切割平面一致并且位于所述切割平面的一侧上(例如，如从虚拟观测者的视点感知的那样在切割平面后方)的3D数据集的部分进行投影来生成的。所述切割平面的位置被耦合到多平面重新格式化器，所述多平面重新格式化器自动地生成在该平面处的对应B模式图像。换言之，所述多平面重新格式化器响应于对体积的用户操纵而基于由体积绘制器提供的信息来确定MPR切片平面。MPR基于所绘制的剖视图自动地生成B模式图像的概念隐含了MPR不需要用户手动地指定MPR平面的位置，但是在一些实施例中，MPR可以接收指示所显示的剖视图对应于期望的MPR平面的确认性用户输入。
在一些范例中，两幅图像(体积绘制和B模式图像)被并排地显示，并且每幅图像随着操作者修剪所述体积而被动态地更新，或者备选地，体积绘制和B模式图像被叠加到叠加图像中，并且所叠加的B模式图像被实时地更新以对应于剖视图。在其他范例中，在操作者修剪所述体积时，B模式图像可以不被显示，但是在接收到用户输入确认所显示的剖视图表示期望的切割平面的位置后，是被替代地输入到存储器，例如以包括在报告中。将B模式图像与体积数据的绘制并置或叠加的体积绘制接口因此可以使得用户能够从体积数据集直观地并且高效地选择单个或多个切片，而不必顺序地移动通过形成所述体积的每个切片来识别期望的切片。
在一些范例中，如在所图示的范例中，对与所述切割平面一致的体积的面的绘制为用户提供关于在所述体积内的所述切割平面的位置的视觉提示。在其他范例中，例如延伸超出绘制体积的边界的平坦表面形式的额外视觉提示可以被显示在绘制中。用户可以通过选择和拖曳所述视觉提示来改变切割平面的位置。在其他范例中，当绘制接口处于体积修剪模式中时，对所述切割平面的位置或取向的改变可以响应于对给定控件(诸如跟踪球或旋转编码器)的操作来实现。在包括非触控接口的实施例中，对所述切割平面的位置或取向的改变可以响应于用户的预定手(例如，右手或左手)的移动来实现。例如，用户的手平移到所述非触控接口的跟踪场中以及从其中平移出来可以引起所述切割平面移动到所述体积中以及从其中移动出来，而用户的手的旋转可以引起所述切割平面相对于所述体积旋转。在一些范例中，所述切割平面的移动可以被限制为仅沿着垂直于所述投影平面的方向的平移。
在一些范例中，所述体积可以沿着多个方向被修剪，诸如以用于生成倾斜切片平面的B模式图像。在这样的范例中，多个切割平面可以被同时地或顺序地激活。在切割平面激活(例如，能操作用于修剪绘制体积)时，一个或多个切割平面的视觉提示可以被显示。在一些范例中，多个(例如，两个切割平面)可以在任何给定时间激活，使得用户能够同时操纵多个切割平面中的任意切割平面的位置。在其他范例中，仅单个切割平面(例如，平行于投影平面布置的切割平面)可以在任何给定时间激活，并且B模式图像可以仅针对与激活的切割平面一致的平面被自动地生成。用户可以在停用第一切割平面之后激活另一切割平面，诸如通过使所述体积相对于投影平面旋转。例如，体积绘制使用与被用于产生所述剖视图的切割平面成一定角度的切割平面修剪的3D数据集。类似地，叠加图像具有对应B模式图像的体积绘制。3D数据集可以已经沿着一个方向被修剪，在此之后，在绘制被更新时维持第一切割平面与体积的相对位置，以示出所述体积被旋转以倾斜于所述投影平面来定位所述面。第二切割平面可以被激活并且被操纵，以自动地生成在与第二切割平面一致的平面处的B模式图像。在一些范例中，第二切割平面可以缺省为与第一切割平面的正交关系，使得一旦三个标准视图(例如，冠状、矢状或轴向)中的一个标准视图已经被交互地识别，操作者就能够容易地获得标准正交视图。这可以简化获得所述标准视图的过程，尤其是当体积绘制和操纵同时发生时以及当对移动目标进行成像时(诸如在胎儿或心脏超声期间)。
图3示出了根据本发明的原理的可以采用体积绘制接口的超声系统400的部分。超声系统400可以包括图2的超声成像系统的部件中的一些或所有部件。超声系统400包括显示器410和控制面板405，所述控制面板405包括各种物理控件(例如，跟踪球425和按钮430、旋转编码器420、触摸屏415等)。在一些范例中，超声系统400可以被能操作地耦合到额外的显示器(未示出)。例如，主显示监视器可以被提供在检查室或手术室内的任何地方，所述主显示监视器可以在数据采集期间为用户提供更方便的观察位置。用于操纵被绘制在显示器410和/或触摸屏415上的体积的用户输入可以经由控制面板405来接收。在一些范例中，超声系统400可以被装备有非触控接口，所述非触控接口可以包括运动跟踪设备450。运动跟踪设备450可以被配置为当对象、诸如用户的(一只或多只)手被放置在运动跟踪设备450的跟踪场中时光学地跟踪所述对象。运动跟踪设备450可以被提供在控制面板405上或附近。在其他范例中，运动跟踪设备450可以位于诸如患者检查台上或其附近的任何地方。运动跟踪设备450可以是根据题为“Systems and methods for three dimensional touchlessmanipulation of medical images”的共同待决的美国专利申请(申请人案卷号为2016PF00786)中的任意范例所实施的非触控接口的一部分，为了任何目的，该申请以引用方式被完全并入本文。
参考图4和图5，将描述用于根据3D超声数据生成B模式图像的示范性技术。尽管该范例是参考3D超声数据来描述的，但是将理解，本公开的原理可以利用使用不同成像模态而获得的3D数据集来实施。图4示出了用于根据3D超声数据生成B模式图像的过程500的流程图。过程500也将参考图示图5中的体积绘制接口600的各方面的框图来描述。
过程500可以由例如超声成像系统200来执行。过程500以访问3D数据集650开始。在一些范例中，访问3D数据集650可以包括从存储器检索3D数据集650。例如，3D数据集650可能已经由超声探头、诸如系统200的超声探头212在根据3D数据集650绘制图像之前的时间被采集。在一些范例中，访问3D数据集650可以包括采集3D数据集650，如在框510中所示的。过程500的步骤中的一个或多个步骤可以在数据采集期间被实时地执行。
过程500以生成3D数据集650的绘制来继续，如在框512中所示的。例如，如在图5的框610中所示的，3D数据集650的2D投影图像602可以被生成，并且被显示在显示器(例如，超声成像系统200的显示器238)上。所述显示器是用户接口的部分，所述用户接口与绘制引擎(例如，系统100的体积绘制器112或者超声成像系统200的体积绘制器234)能操作地相关联，并且被配置为接收操纵3D数据集650的输入，包括如框612中所示的修剪3D数据集650的输入。
过程500以接收改变切割平面相对于3D数据集的位置的用户输入(如在框514中所示的)并且显示3D数据集的剖视图(如在框516中所示的)继续。例如，用户通过相对于3D数据集650移动切割平面666来动态地修剪所述体积以产生剖视图603，其中，仅与体积的一侧一致并且位于其上的(例如，从观测者的角度在切割平面后方)的体积的一部分被绘制在所述显示器上。在所述剖视图中，在所述切割平面后方的3D数据集的部分被绘制(也被称为显示部分)，而被设置在切割平面666的相对侧上(即在切割平面666与投影平面之间)的3D数据集的部分不被绘制，以便暴露出所述成像体积的内部解剖结构，其可以包括感兴趣区域652。在操作者移动切割平面666时，所述体积绘制被实时地更新，以示出3D数据集650的动态变化的剖视图。所述动态变化的剖视图使得操作者能够对成像体积内部的解剖结构进行可视化，并且视觉地识别用于生成一幅或多幅B模式图像的相关平面，如在框614和框616中所示的。在体积绘制被更新以示出动态变化的剖视图时，针对在被显示在所述剖视图中的3D数据集的部分中保持可见的那些表面来计算阴影信息，由此为用户提供深度感觉。
过程500以生成在切割平面的位置处的B模式图像继续，如在框518中所示的。针对被显示的任意剖视图的B模式图像604可以被自动地生成(例如，而无需来自用户的另外的输入)，并且在一些情况下，与体积绘制被同时地自动显示在显示器上，如在框614和框616中所示的。在一些范例中，B模式图像(例如，604、604’、604”)可以被显示在体积绘制602附近。在其他范例中，对应于所述切割平面的单幅B模式图像可以被叠加在体积绘制上，并且因此，随着剖视图被更新而被动态地更新，例如，如在过程500的框520中所示的。在一些范例中，一旦体积绘制接口接收到确认对自动B模式图像生成模式的选择的用户输入，B模式图像的生成就可以是自动的。在又一范例中，在B模式图像响应于接收到来自体积绘制器的切割平面的位置而被重建时(即，不需要用户指定切片平面的位置)，然而直到接收到来自用户的生成B模式图像的确认性输入才生成B模式图像，所述确认性输入能够由用户推动控制面板、探头上的按钮、轻拍触摸屏上的位置或者输入给定的非触控命令来提供。在这方面，所述接口允许用户在生成B模式图像之前滚动到期望的切割平面，这可以减少对计算资源的使用。
在另外的范例中，多幅B模式图像可以被生成，如在框616中所示的。例如，额外的B模式图像(604’、604”)可以被生成并且被显示，或者在一些情况下，仅被存储而不被显示以用于后续的检查。额外的B模式图像可以是与选定的切割平面666以给定距离间隔开的平行切片。在一些范例中，倾斜切片，在一些情况下为正交切片，可以在切割平面666的交互式选择之后被自动地生成。切片之间的间距和/或角度可以是用户能配置的，并且可以在进入体积修剪模式之前或者在期望的切割平面已经被视觉地识别之后进行设置。在另外的范例中，体积绘制接口可以使得用户能够指定平行间隔开的切片的方向(例如，相对于选定的切割平面在后方或在后方)。所述体积绘制接口还可以被配置为使得用户能够指定B模式图像中的哪一幅(如果有的话)应当被自动地包括在报告中。以这种方式，所描述的体积绘制接口和技术可以提供生成通过如先前已经可能的成像体积的2D切片图像(例如，B模式图像)的更直观和/或更交互的方法。
在使用诸如基于计算机的系统或可编程逻辑的可编程器件来实施部件、系统和/或方法的各种实施例中，应当意识到，上述系统和方法能够使用诸如“C”、“C++”、“FORTRAN”、“Pascal”，“VHDL”等的各种已知或以后开发的编程语言来实施。相应地，能够准备各种存储介质，诸如磁性计算机盘、光盘、电子存储器等，其能够包含能够引导诸如计算机的设备以实施上文所描述的系统和/或方法的信息。一旦适当的设备访问存储介质上包含的信息和程序，所述存储介质就能够向所述设备提供信息和程序，由此使得所述设备能够执行在本文中所描述的系统和/或方法的功能。例如，如果向计算机提供包含适当材料(诸如源文件、目标文件、可执行文件等)的计算机磁盘，则计算机可以接收该信息，适当地配置其自身并且执行在上文的图表和流程图中所概述的各种系统和方法的功能以实施各种功能。亦即，计算机可以从磁盘接收涉及上文所描述的系统和/或方法的不同元件的信息的各个部分，实施个体系统和/或方法并且协调上文所描述的个体系统和/或方法的功能。
鉴于本公开，应当注意的是，在本文中所描述的各种方法和设备可以以硬件、软件和固件来实施。此外，各种方法和参数仅通过范例而不是以任何限制意义被包括的。鉴于本公开，本领域普通技术人员能够实施本教导以确定其自己的技术和实施这些技术需要的设备，同时保持在本发明的范围内。
尽管本系统可能已经具体参考超声成像系统进行了描述，但是也可以设想到，本系统可以扩展到其中以系统性方式获得一幅或多幅图像的其他医学成像系统。因此，本系统可以被用于获得和/或记录与肾脏、睾丸、乳房、卵巢、子宫、甲状腺、肝、肺、肌肉骨骼、脾脏、心脏、动脉和血管系统有关(但不限于此)的图像信息，以及与超声引导的介入有关的其他成像应用。此外，本系统还可以包括可以与常规成像系统一起使用的一个或多个程序，使得其可以提供本系统的特征和优点。在研究本公开内容后，本公开的特点额外优点和特征对本领域技术人员而言显而易见，或者可以由采用本公开的新颖系统和方法的人员体验到。本系统和方法的另一优点可以是常规医学图像系统可以容易地升级以并入本系统、设备和方法的特征和优点。
当然，应当意识到，在本文中所描述的范例、实施例或过程中的任何一个可以与一个或多个其他范例、实施例和/或过程组合或分离，和/或根据本系统、设备和方法在分离的设备或设备部分中间执行。
最后，上述的讨论仅仅旨在说明本系统，而不应当将其解释为将权利要求限制到任何特定实施例或实施例组。因此，尽管已经参考示范性实施例特别详细地描述了本系统，但是也应当意识到，本领域普通技术人员可以设计出众多修改和备选实施例，而不偏离如在权利要求中所阐述的本系统的更宽泛的和想要的主旨和范围。因此，说明书和附图应当被认为是说明性的，而非要限制权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种超声成像系统，包括：
超声探头，其被配置为接收来自对象的超声回波以对所述对象的体积进行成像；
扫描转换器，其被配置为将回波信号布置成与成像体积相对应的3D数据集；
体积绘制器，其被配置为：绘制所述3D数据集的二维投影图像，并且接收指示切割平面相对于所述3D数据集的位置的用户输入以生成所述3D数据集的剖视图，所述剖视图仅显示与所述切割平面一致并且位于所述切割平面的一侧上的所述3D数据集的部分；
多平面重新格式化器，其被配置为根据所述3D数据集生成在与所述切割平面相对应的平面处的B模式图像；以及
用户接口，其包括：
显示器，其被配置为显示与所述B模式图像叠加的所述3D数据集的所述剖视图；以及
输入设备，其被配置为使得所述用户能够交互地调节所述切割平面的所述位置，并且
其中，所述体积绘制器和所述多平面重新格式化器还被配置为响应于交互调节而动态地并且自动地更新在所述切割平面的每个新位置处具有对应B模式图像的叠加的所述3D数据集的所述剖视图。
2.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述输入设备包括跟踪球、触控板或触摸屏，并且其中，所述体积绘制器被配置为响应于经由所述跟踪球、所述触控板或所述触摸屏接收到的输入而动态地更新所述剖视图。
3.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述输入设备包括手跟踪设备，所述手跟踪设备被配置为当用户的手存在于所述手跟踪设备的跟踪场中时跟踪所述用户的手的移动，并且其中，所述体积绘制器被配置为将所述用户的手的所述移动转变成所述切割平面的移动。
4.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述输入设备包括手跟踪设备，所述手跟踪设备被配置为当用户的手或用户的手的部分存在于所述手跟踪设备的跟踪场中时跟踪所述用户的手或所述用户的手的部分的移动，其中，所述手跟踪设备被配置为响应于所述移动而生成跟踪数据，并且其中，所述体积绘制器被配置为基于所述跟踪数据来更新所述二维投影图像。
5.根据权利要求4所述的超声成像系统，其中，所述手跟踪设备被配置为当所述用户的两只手存在于所述跟踪场中时跟踪所述用户的两只手，并且其中，所述体积绘制器被配置为：将所述用户的手中的一只手的移动转变成所述成像体积相对于投影平面的移动，并且将所述用户的手中的另一只手的移动转变成所述切割平面相对于所述成像体积的移动。
6.根据权利要求4所述的超声成像系统，其中，所述切割平面是第一切割平面，其中，所述手跟踪设备被配置为当所述用户的两只手存在于所述跟踪场中时跟踪所述用户的两只手，并且其中，所述体积绘制器被配置为：将所述用户的手中的一只手的移动转变成所述第一切割平面相对于所述成像体积的移动，并且将所述用户的手中的另一只手的移动转变成第二切割平面相对于所述成像体积的移动。
7.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述多平面重新格式化器还被配置为生成以下中的至少一项：在与所述切割平面的所述位置间隔开的平行切片平面处的多幅B模式图像，或者在倾斜于所述切割平面的切片平面处的一幅或多幅额外的B模式图像。
8.根据权利要求7所述的超声成像系统，其中，所述输入设备被配置为提供用户接口元件，所述用户接口元件能操作用于接收用于指定所述平行切片平面的间距、倾斜平面之间的角度、或者这两者的用户输入。
9.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中，所述多平面重新格式化器被配置为响应于接收到所述切割平面的所述位置的指示而自动地生成所述B模式图像。
10.一种用于超声成像的方法，包括：
接收与生物组织的超声成像体积相对应的3D数据集；
生成所述3D数据集的体积绘制；
将所述体积绘制显示在显示器上；
接收改变切割平面相对于所述3D数据集的位置的用户输入；
更新所述体积绘制以显示所述3D数据集的剖视图，其中，所述剖视图仅显示与所述切割平面一致并且位于所述切割平面的一侧上的所述3D数据集的部分；
根据所述3D数据集自动地生成在与所述切割平面一致的平面处的B模式图像；
将所述B模式图像显示为在所述3D数据集的所述剖视图上的叠加；
响应于用户输入而滚动通过所述成像体积的所述切割平面的所述位置；
在滚动通过所述成像体积的所述切割平面的所述位置的同时动态地并且自动地更新在所述切割平面的每个新位置处具有对应B模式图像的所述3D数据集的所述剖视图。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，改变所述切割平面的所述位置的所述用户输入是经由跟踪球、触控板或触摸屏来接收的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，改变所述切割平面的所述位置的所述用户输入是经由非触控接口来接收的。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，对所述切割平面的所述位置的所述滚动包括：跟踪所述用户的手中的一只手的第一移动，并且将所述第一移动转变成所述切割平面相对于所述成像体积的移动，所述方法还包括：跟踪所述用户的手中的另一只手的第二移动，并且将所述第二移动转变成所述3D数据集相对于投影平面的位置的改变。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括接收在维持所述切割平面与所述3D数据集之间的相对位置的同时相对于投影平面来移动所述3D数据集的输入。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述切割平面是第一切割平面，所述方法还包括接收改变第二切割平面相对于所述3D数据集的位置的输入。
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