CN1636521A - 使用3维超声数据显示目标对象剖面的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种使用3维(3D)超声数据显示目标对象剖面的设备。通过改进扫描转换速度该设备能够实时扫描目标对象，并且通过存储先前获取的3D数据该设备能够虚拟地扫描目标对象。通过使用3D超声数据显示目标对象的该设备包括：1)扫描转换单元，用于执行从直角坐标到3D数据的圆锥坐标的扫描转换，上述直角坐标用于显示装置屏幕上的显示，和2)呈现单元，用于呈现多剖面图像，上述多剖面图像以3D扫描转换为基础，且与参考剖面平行。

Description

使用3维超声数据显示目标对象剖面的设备和方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种使用3维(3D)超声数据显示目标对象剖面的设备和方法。本发明尤其涉及一种为了实时显示目标对象而使用3D超声数据显示目标对象剖面的设备和方法。

背景技术

[0002]通常，在使用3维(3D)超声数据的系统中，3D超声诊断装置通过使用探头获取目标对象的3D超声数据。然后，通过将已获取数据的圆锥坐标转换为适合显示的直角坐标(扫描转换)，3D超声诊断装置在显示装置的屏幕上显示目标对象的3D图像。通过扫描转换和呈现，在显示装置屏幕上显示的目标对象的图像区域被称为“视图”。图1说明了视图的一个实例。视图101包括：目标对象的3D超声图像102；2D超声图像103，表示3D超声图像102正面的剖面A；2D超声图像104，表示3D超声图像102侧面的剖面B；和2D超声图像105，表示3D超声图像102顶面的剖面C。

[0003]图2A到2C显示了目标对象的3D超声图像中的剖面A、B、C。实线代表目标对象，阴影面分别代表图2A、2B和2C中的剖面A、B、C。

[0004]然而，上述传统3D超声诊断装置具有以下问题。首先存在的问题是，在传统的3D超声诊断装置中，执行3D数据的扫描转换需要花费很长时间。因为超声图像102到105是用3D数据的圆锥坐标配置的，因而需要对于3D数据的圆锥坐标的扫描转换，以便将3D数据显示为用3D数据的直角坐标表示的视图。这是因为显示装置的显示区域是以直角坐标为基础的。但是，对于扫描转换执行的反正切运算需要很长的运算时间。此外，3D数据的位置被扫描转换为用于呈现3D数据的直角坐标，只要由于3D视图操作而导致3D数据的位置发生变化，扫描转换都应当被执行。这就可能导致计算量增加。如上所述，传统3D超声诊断装置的问题在于，为了从3D数据中获得所想要的类型，需要很长的时间执行3D数据的转换处理。第二，因为在传统超声诊断装置中已获取的数据没有被存储为3D数据，因而存在的问题是只要是对目标对象进行诊断，就应当获取目标对象的3D信息。例如，传统超声诊断装置直接在监视器或类似装置上显示涉及患者器官信息的图像。因此，只有患者在场时，才能对患者做出诊断并对患者情况做出分析。换句话说，因为没有存储从目标对象获取的3D数据，当患者不在场时，只能根据以前的诊断图片做出临床诊断，要么就是以后把患者再次叫来。

[0005]第三，存在的问题是传统3D超声装置没有提供足以用于诊断的3D剖面(例如，冠状面、矢状面或轴平面)的图像。直到现在，通过使用3D超声数据，3D超声诊断装置也只是更多地用于满足人们的好奇心，而不是用于患者的实质性体格检查。也就是说，传统3D超声诊断装置集中于目标对象的3维显示，而没有显示对于检查患者而言必需的剖面。即使传统3D超声诊断装置显示剖面的图像，该图像也只针对目标对象的3D图像，而且只有剖面A、B或C的特定图像被显示。

[0006]最近，随着3D超声诊断装置市场的扩大以及3D超声图像诊断应用的增加，已经出现了对3D超声诊断装置的下述需求：更快地显示3D数据；方便地显示具有更多细节的剖面图像；以及即使患者不在场，通过使用已存储数据，执行同样的操作。

发明内容

[0007]本发明的一个目的是提供一种使用3维(3D)超声数据显示目标对象剖面图像的设备和方法，该设备和方法能够通过改善扫描转换速度实时扫描目标对象并且通过存储先前获取的3D数据虚拟扫描目标对象。

根据本发明的一个方面，提供一种通过使用3D超声数据来显示目标对象的设备，该设备包括：用于执行扫描转换以便将3D数据的圆锥坐标转换为在显示装置屏幕上显示的直角坐标的扫描转换单元；和用于呈现多个剖面图像的呈现单元，这些剖面图像基于被扫描转换的3D数据且平行于参考剖面。

根据本发明的另一个方面，提供一种通过使用3D超声数据来显示目标对象的方法，该方法包括下述步骤：在几何查找表存储单元中存储和显示装置屏幕的直角坐标匹配的系数以显示目标对象的3D图像，并存储运算的运算结果值以便将直角坐标转换为圆锥坐标；从接口装置中接收参考剖面信息，从探头或3D数据存储装置中接收目标对象的3D数据，并确定屏幕上显示基于目标对象的3D数据的超声图像的当前显示区域是否和上一个显示区域不同；当显示区域发生变化时，计算显示区域以便在屏幕上显示图像；通过从几何查找表存储单元中检索运算结果值来扫描转换目标对象的3D数据，以便将直角坐标转换为和所计算的显示区域对应的圆锥坐标；和呈现基于被扫描转换的3D数据的多剖面图像，其中所述多剖面图像在与参考剖面垂直的方向上与参考剖面平行。

根据本发明的另一个方面，提供一种通过使用3D超声数据显示目标对象的切片图像的方法，该方法包括下述步骤：设置待显示目标对象的参考剖面；获取目标对象的3D超声数据；显示参考剖面图像；为了显示所想要的斜剖面，在已显示的参考剖面上绘制一条直线；然后通过使用反走样(anti-aliasing)方法，显示沿上述直线取得的与参考剖面垂直的所想要的斜剖面。

附图说明

[0008]根据一下结合附图给出的优选实施例的描述，本发明上述及其他目的和特征是显而易见的，其中：

图1显示了根据传统3D超声诊断装置的目标对象3D超声图像的照片；

图2A到2C示意性地显示了用作图1中图像的参考剖面的剖面A、B和C；

图3A是显示了根据本发明的超声诊断系统的示意图；

图3B是描述了根据本发明的呈现装置的框图，该装置包含在图3A中的超声诊断系统的主体中；

图4A到4C是显示了根据本发明使用的直角坐标和圆锥坐标之间的关系的图；

图5是展示根据本发明显示的多剖面图像的照片；

图6是解释了根据本发明的斜剖面的显示的流程图；

图7A到7D是显示根据本发明的位于每一个参考剖面上的剖面表示直线的示意图；

图8A到8D显示了在图7A到7D的剖面中产生走样的情况的示意图；

图9展示了当根据本发明在参考剖面上表示直线时，用于显示所想要的斜剖面的图像的呈现顺序；和

图10A到10C是显示根据本发明的斜剖面的图像的照片。

具体实施方式

I.实时多剖面图像

[0009]图3A是说明根据本发明优选实施例的实时超声诊断系统300的图。

[0010]如图3A所示，实时超声诊断系统300包括探头301、显示装置303和主体302。探头301用于获取待显示目标对象的3D数据。机械扫描处理过程(通过移动机械臂或旋转步进马达进行扫描)或免手动处理过程(通过用户的手进行扫描)可以被应用到探头301上。显示装置303(例如，监视器)用于显示从探头301获取的数据。在这里应当注意只要显示装置能够显示根据本发明的3D图像，任何类型的显示装置都可以使用。主体302处理从探头301获取的、要被显示在显示装置303的显示区域上的3D数据。然后，在用于3D超声诊断系统的呈现装置中执行数据处理，该3D超声诊断系统包括在主体302中。下面将描述用于3D超声诊断系统的呈现装置。

[0011]图3B是说明根据本发明优选实施例的用于3D超声诊断系统的呈现装置310的框图。如图3B所示，用于3D超声诊断系统300的呈现装置310包括接口装置318、确定单元312、显示区域计算单元313、扫描转换单元314、几何查找表存储单元311、呈现查找表存储单元315、呈现单元316和数据存储装置317。

[0012]配置用于实时3D超声诊断系统的呈现装置310的每一个元件都将在下面详细描述。

[0013]接口装置318接收由用户输入或自动设置的视图操作命令。视图操作命令实质上控制如何显示和处理从探头301获取的3D数据，然后在恰当地转换命令后输出。视图操作命令可以包括涉及待显示目标对象的参考剖面、屏幕布局、显示区域等的命令。下面将针对上述命令描述接口装置318的操作。

[0014]接口装置318接收来自用户的参考剖面信息，然后输出命令，以使得在与参考剖面垂直的方向上显示多个平行于参考剖面的目标对象的剖面。由用户从和剖面A、B和C对应的剖面之一中选择性地确定参考剖面。

[0015]接着，接口装置318接收来自用户的屏幕布局信息，然后输出命令，以使得根据所述信息显示剖面图像。屏幕布局是用于表示在显示装置303的屏幕上显示多少幅剖面图像的配置图，屏幕布局能够根据待显示目标对象的剖面图像数目被自动确定。可选择的布局有1×1(在显示装置的水平方向上有一个剖面图像且在显示装置的垂直方向上有一个剖面图像)、2×1、2×2、3×2、4×3、6×4等。

[0016]最后，接口装置318接收来自用户的显示区域信息并输出命令，以使得只有和显示区域对应的图像被显示在显示装置的屏幕上。显示区域表示在显示装置的屏幕上的待显示目标对象的图像大小，显示区域能够在显示装置303上直接设置或由用户通过鼠标或类似装置输入坐标来设置。根据上述配置，因为不需要与实际上上不显示的区域对应的目标对象的3D超声数据的扫描转换，因而能够改善数据处理速度。后面将给出详细描述。

[0017]确定单元312确定是否是从探头接收目标对象的3D数据。或者，基于来自接口装置318的显示区域信息，根据显示区域信息改变3D数据存储装置317。尤其是，如果需要一旦探头获取目标对象数据就必须实时显示目标对象的当前图像，则要从探头301接收3D数据。如果需要通过使用以前存储的数据执行虚拟扫描，就要从数据存储装置317接收目标对象的3D数据，这将在后面详细说明。

[0018]当用户扩大显示区域或被显示的3D图像发生旋转、移动或扩展时，显示区域发生变化。即使当目标对象被第一次扫描时显示区域没有发生变化，仍能够确定显示区域可以被改变。如图3B所示，当显示区域发生变化时，确定单元312将涉及目标对象和显示区域的3D数据的信息输出到显示区域计算单元313。当显示区域没有发生变化时，确定单元312将涉及目标对象和显示区域的3D数据的信息输出到呈现查找表存储单元315。输出到呈现查找表存储单元315的情况将在后面描述。

[0019]显示区域计算单元313计算在被显示区域中的x、y和z的直角坐标，在该被显示区域中，实际上显示作为图1中描述的视图101的超声图像102到105。无需任何特别的处理，显示区域计算单元313输出通过确定单元312接收的目标对象的3D数据。

[0020]扫描转换单元314接收目标对象的3D数据的圆锥坐标和在显示区域计算单元313中计算的x、y、z的直角坐标。然后该单元基于x、y、z的直角坐标将直角坐标转换为目标对象的3D数据的圆锥坐标(扫描转换)。转换数据的原因是从探头301接收的3D超声数据不是以直角坐标为基础，而是以圆锥坐标为基础。在显示装置上显示的显示区域以直角坐标为基础。为了执行扫描转换，复杂的数学运算(例如反正切运算)应当被执行。只要目标对象的3D数据被接收，如果反正切运算被执行，就需要很长的运算时间。因而，目标对象不能被实时显示。

[0021]为了解决上述问题，产生几何查找表，几何查找表存储和屏幕的3D直角坐标匹配的系数，并存储和3D数据的每一个系数对应的反正切运算结果值。几何查找表被存储在几何查找表存储单元311中。根据上述配置，对于3D呈现处理过程，显示区域的直角坐标能够被快速扫描转换为目标对象的3D数据的圆锥坐标。这就使得目标对象的图像能够被实时显示。

[0022]在下文中将描述产生几何查找表的处理过程。根据本发明，通常应当在从探头301接收目标对象的3D数据之前产生几何查找表。

[0023]图4A是显示了圆锥坐标和直角坐标之间的关系的图。图4B是说明了图4A中显示的Y-Z直角坐标中的任意3D数据的图。图4C是说明了图4A中显示的X-R直角坐标中的任意3D数据的图。X、Y和Z轴配置成3D直角坐标，在其中能够显示目标对象的图像。R轴是垂直于X轴的一条轴，从其中的一部分获取3D超声图像。

[0024]能够从下列方程中获取正确的圆锥坐标(β，σ，r)，要从3D数据的直角坐标扫描转换过来的3D数据位于所述圆锥坐标中。

$R=\sqrt{y^2+z^2}-a^2$

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{y}{2}\right),\mathrm{\σ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{x}{R}\right),r=\sqrt{x^2+R^2}-b^2---\left(1\right)$

[0025]其中，β表示和探头中步进马达的旋转角度范围对应的扫描视角，在0°到180°之间变动；σ表示探头视角，其和从探头301扫描得到的2D图像的宽度角范围(width angle range)对应，在0°到180°之间变动；r表示从获取超声图像的部分到任意3D数据的距离；a表示从扫描视角的角顶点到探头视角的角顶点的距离；b表示从探头视角的角顶点到获取超声图像的部分的距离。此外，x、y和z表示X轴、Y轴和Z轴的所有值。

[0026]为了从方程1中获取β和σ的圆锥坐标，首先需要执行 ${\tan }^{-1}\left(\frac{y}{z}\right)$ 和 ${\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R}\right)$ 的反正切运算。反正切方程中的x、y和z被设置为和显示装置屏幕的直角坐标对应的值。如方程1所示，从x、y、z计算R。在下面的表1A和1B中显示了R和r的计算。通过执行对于Y轴上存在的任意4个y值和Z轴上存在的任意4个z值的并行处理而获取R之后，通过执行对于X轴上任意4个z值和r的并行处理来计算r。当通过(上述)并行处理来处理x、y和z时，3D数据的扫描转换速度可被改善。

[表1A]

m1＝[y4，y3，y2，y1]	将y输入给m1
		m5＝m1×[y4，y3，y2，y1]	m5是y的平方
m2＝[z4，z3，z2，z1]	将z输入给m2
		m6＝m2×[z4，z3，z2，z1]	m6是z的平方
m7＝m5+m6	m7等于y2+z2
		m3＝sqrt(m7)	m3是y2+z2的平方根
m8＝m3-a	m8是[R4，R3，R2，R1]

[表1B]

m0＝[x4，x3，x2，x1]	将x输入给m0
		m4＝m0×[x4，x3，x2，x1]	m4是x的平方
m5＝[R4，R3，R2，R1]	将R输入给m5
		m5＝m5×[R4，R3，R2，R1]	m5是R的平方
m9＝m4+m5	m9等于x2+R2
		m10＝sqrt(m9)	m10是x2+R2的平方根
m11＝m10-b	m11是[r4，r3，r2，r1]

[0027]如上所述，根据x、y、z值和与之对应的R值计算 ${\tan }^{-1}\left(\frac{y}{z}\right)$ 和 ${\tan }^{-1}\left(\frac{x}{R}\right)$ 的反正切运算。在将与

和 对应的系数提供给反正切运算的计算结果值时，生成了几何查找表。几何查找表包括：

表示 $\left(\frac{y_1}{z_1}\right),\left(\frac{y_2}{z_2}\right),...,\left(\frac{y_n}{z_n}\right)$ 的系数；

${\tan }^{-1}\left(\frac{y_1}{z_1}\right),\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{y_2}{z_2}\right),...,\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{y_n}{z_n}\right)$ 的角度；

表示 $\left(\frac{x_1}{R_1}\right),\left(\frac{x_2}{R_2}\right),...,\left(\frac{x_n}{R_n}\right)$ 的系数；和

${\tan }^{-1}\left(\frac{x_1}{R_1}\right),{\tan }^{-1}\left(\frac{x_2}{R_2}\right),...,\mathrm{ta}{n}^{-1}\left(\frac{x_n}{R_n}\right)$ 的角度；

[0028]扫描转换单元314通过使用存储在几何查找表存储单元311中的之前产生的几何查找表检索和3D圆锥坐标匹配的系数和与所述系数对应的反正切运算结果值。当所检索到的反正切运算结果值被应用到方程1时，能够获取与坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，...，(xn，yn，zn)对应的圆锥坐标(β1，σ1，r1)，(β2，σ2，r2)，...，(βn，σn，rn)。

[0029]然后，扫描转换单元314将显示区域的直角坐标转换为3D数据的圆锥坐标。接着，扫描转换单元314输出已转换的3D数据、3D数据位于其中的圆锥坐标和从几何查找表存储单元311检索到的系数。

[0030]如上所述，扫描转换单元314在找到目标对象的3D数据位于其中的圆锥坐标后执行扫描转换。通过使用包含在几何查找表存储单元311中的反正切运算结果值(而不是直接执行需要花费长时间的反正切运算)执行对之前设置的x，y，z和R的并行处理能够完成上述过程。因而，将显示区域的直角坐标扫描转换为目标对象的3D数据的圆锥坐标的速度能够被改善。

[0031]如果确定单元312确定显示区域已发生变化，呈现查找表存储单元315从扫描转换单元314接收数据(并从确定单元312接收数据)。在从扫描转换单元314接收数据的情况下，与3D数据对应的系数和圆锥坐标被接收。然后，产生并存储包括所接收的系数和圆锥坐标的呈现查找表。此后，输出已扫描转换的3D数据。产生和存储呈现查找表的原因如下。当显示没有发生变化时，由于显示区域的直角坐标被扫描转换为圆锥坐标，如果前面已存储了扫描转换结果值(而不是再次执行同样的扫描转换)，则能够改善超声诊断系统的数据处理速度。

[0032]与此同时，在由于显示区域没有发生变化而从确定单元312接收目标对象3D数据的圆锥坐标的情况下，将检索与上一个显示区域对应的直角坐标。然后，输出与所述直角坐标对应的3D数据的圆锥坐标。

[0033]更具体地说，当显示区域没有发生变化时，从显示区域直角坐标的扫描转换得来的新目标对象的3D数据的圆锥坐标同样位于上一个目标对象显示区域的直角坐标中。例如，由于位于圆锥坐标(βn，σn，rn)中的第一个目标对象的3D数据和位于圆锥坐标(βn，σn，rn)中的第二个目标对象的3D数据是从显示区域的相同的直角坐标值(xn，yn，zn)扫描转换而来的(即使目标对象发生变化)，那么和3D数据的圆锥坐标匹配的系数彼此完全相同。因此，不需要将所述第二个对象的3D数据通过显示区域计算单元313和扫描转换单元314。

[0034]另一方面，频繁改变显示区域的操作(例如所显示图像的连续移动或放大)能够被执行。因为每次和生成、存储呈现查找表一起执行扫描转换可能会给系统更多的负载，因此能够在呈现查找表存储单元315中不产生呈现查找表的情况下，从扫描转换单元314和呈现单元316发送数据。

[0035]通过使用从呈现查找表存储单元315和扫描转换单元314接收的目标对象的3D数据，呈现单元316呈现和通过接口装置318选择的数目相同的布局。通过将接收到的3D数据投影到显示区域的3D坐标上，呈现单元316显示目标对象的多剖面图像。如果因为布局的剖面数目过多而使图像超出一个屏幕，则可以通过窗口滚动功能或类似功能显示下一个剖面的图像。所述多剖面是在和参考剖面垂直的方向上与参考剖面平行的目标对象的多个剖面。呈现3D数据的处理过程被执行，呈现3D数据的过程和通常使用的直接体呈现处理过程相同。因此，这里不再进行详细说明。

[0036]在显示中，能够根据到参考剖面的距离显示多剖面。如果需要，能够根据到目标对象表面的绝对深度显示多剖面。用户也能够通过接口装置调节剖面间的距离。这就使得能够通过在更加细小的深度上显示剖面图像来进行诊断。

[0037]图5是展示在呈现过程执行完毕之后显示的多剖面的超声图像的照片。图5中的A、B、C分别表示剖面A、B、C的参考剖面。通过由用户选择其中的一个参考剖面来改变所显示图像。同时，用于处理所显示图像的各种视图操作命令被表示在图的底部。用户通过使用视图操作命令能够放大/缩小、删除或移动所显示图像(和在Windows的pictureplate中编辑图像类似)。

[0038]通过移动探头，用户能够找到所想要的展示所显示的多剖面图像的图像。当上述数据处理被重复执行时，目标对象的剖面图像被实时显示。当找到所想要的图像时，实时状态被中止并且3D数据被存储在数据存储装置317中。因此，即使此后目标对象不再存在，通过使用所存储的数据，目标对象能够被虚拟扫描。

[0039]在虚拟地执行扫描处理过程的情况下，确定单元312从3D数据存储装置317接收目标对象的3D数据。如果要求通过实时获取目标对象的3D数据来显示目标图像地当前剖面图像，则确定单元312从探头301接收目标对象的3D数据。如果要求通过使用先前存储的数据来虚拟地扫描目标对象，则目标对象的3D数据从3D数据存储装置317中接收。

[0040]3D数据存储装置317可以包括各种易失性存储装置和/或非易失性存储装置。非易失性存储装置可以包括只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)和电可擦写可编程只读存储器。易失性存储装置可以包括随机存取存储器(RAM)、同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、两倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)和直接RAM总线(DRRAM)。3D数据存储装置317也可以包括例如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带机、Zip驱动器、闪存卡、记忆棒、光盘ROM(CD-ROM)、可记录CD驱动器(CD-R)、可重写CD驱动器(CD-RW驱动器)、数字通用ROM驱动器(DVD ROM)或类似装置之类的存储装置。但是，存储装置不只限于上面提到的存储装置。

[0041]通过使用所存储的3D数据(也就是通过虚拟扫描)，用户能够显示多剖面图像。因为对从3D数据存储装置317接收到的目标对象的3D数据的处理程序和对从探头接收到的目标对象的3D数据的处理程序相同，这里就不再进行详细说明。

[0042]当通过3D数据存储装置317接收目标对象的3D数据时，不要求待显示的布局的数目和在获取3D数据的过程中所使用的布局的数目相同。此外，布局的数目意味着用户希望看到的剖面的数目。因此，如果用户打算从所存储的数据中看到不同剖面或不同深度的图像，可以通过使用内插或类似措施来产生并呈现所需数据。

[0043]后面将要描述的斜剖面视图能够被应用到所显示图像上。通过存储最终结果，所述数据能够被用于下一个操作。

[0044]同样，当用户移动、放大/缩小和旋转所显示图像或改变显示区域时，通过观察变化的超声图像能够获得用于目标对象的临床信息。

[0045]在没有执行用于改善处理速度的处理过程(如图3B所示)的情况下，通过图像处理技术能够实现多剖面图像的移动、放大或缩小。

[0046]根据上述处理，当显示目标对象时，大致获得以下4个优点。

[0047]第一，当目标对象是动态对象(例如心脏，血流或类似对象)时，通过使用多剖面图像，用户能够立刻实时识别一组代表在每一个扫描方向上的不同位置的剖面图像。这就能够快速且准确地实现诊断。

[0048]第二，用户能够更准确地确定被显示部分是否和所想要的数据对应。超声诊断系统借助手部的移动来移动探头，从而扫描目标对象。由于手部的移动，可能导致扫描不正确的位置。但是，根据本发明，通过实时多剖面图像，用户能够识别出所想要的图像，并且通过存储所想要的体数据、再通过对静态的多剖面图像进行各种图像处理，用户能够准确地进行诊断。

[0049]第三，因为扫描得到的数据被存储在3D数据存储装置中，即使目标对象不存在，多剖面视图能够像目标对象存在一样被显示，并且斜剖面视图能够被显示。

[0050]最后，操作人员能够对被显示图像执行各种图像处理和斜剖面视图功能。这就能够更加自由地显示所想要的图像。

II.斜剖面图像

[0051]因为传统的3D超声诊断系统显示剖面A、剖面B和剖面C(如图1所示这些剖面在特定位置垂直剖切3D数据的图像)并通过旋转所显示剖面来展示任意剖面，因而不能自由地显示用户想要看到的剖面。此外，如果根据现有技术在每一个位置上旋转剖面，将很难知道当前剖面的位置而且也难以发现所想要的剖面。因此，本发明提供能够使用户在参考剖面的图像中直接看到所想要的剖面的斜剖面视图功能。

[0052]根据本发明，用户在参考剖面上绘制任意一条直线或曲线。然后，根据本发明的斜剖面图像显示方法，从所绘制的直线或曲线处沿与参考剖面垂直的方向延伸的平面或曲面将被最终显示。

[0053]下面将根据图6对本发明的优选实施例进行详细描述。

[0054]首先，当用户使用和上述用于展示目标对象的多剖面图像相同的方法来显示实时多剖面图像(例如目标对象的剖面A、剖面B或剖面C)之后，在步骤601中选择所述剖面中的一个作为参考剖面。当然，可以通过使用传统3D数据获取方法(不是上面的实时方法)和已经存储在存储媒介中的3D数据来显示可选择的剖面图像。

[0055]然后，在步骤602中用户确定用直线(线模式)或曲线(轮廓模式)来表示所述任意线。在直线和曲线中选择一个的原因是反走样方法依每一种线而不同。

[0056]例如，在步骤603中，如果用户根据所选择的模式按压计算机的鼠标按键以在参考剖面上绘制任意线，则与此同时鼠标指针的坐标被存储在缓存器中。根据本发明，鼠标被用作绘制任意线的一个实例。其他的输入装置(例如触摸板或类似装置)也可以被用来代替鼠标。

[0057]当用户按压鼠标按键时，如果用户选择的线型是直线，则线处理被执行。如果线型是曲线，则在步骤604中处理过程将转移到处理鼠标移动的步骤。为了显示直线，仅需要鼠标的起点坐标和终点坐标。另一方面，为了显示曲线，需要鼠标移动过程中的所有坐标。因此，彼此间的处理不同。

[0058]直到鼠标点击键被释放产生鼠标抬起事件，代表直线的线模式一直处于待命状态。在代表曲线的轮廓模式中，在步骤605，鼠标移动过程中的所有坐标被连续存储在缓存器中(下文称为倾斜缓存器)。

[0059]接着，当用户停止移动鼠标并释放鼠标按键时，必须显示一条用户指出的任意分段线。

[0060]例如，根据步骤601至605，在用户选择剖面A作为参考剖面之后，位于被显示的剖面A中的所想要的剖面被指出(如图7A所示)。起点是用户开始绘制线的点，并且终点是用户结束绘制线的点(如图7A所示)。如果位于剖面A中的线如上所示，则在执行反走样处理之后，阴影区域(如图7A右侧所示)被显示。图7B和7C显示剖面B和C。图7D显示了通过在剖面A上绘制曲线(如图7A所示)获得的剖面。

[0061]因为由用户绘制的直线或曲线是在监视器屏幕上绘制，所以这些线不是连续绘制的。此外，因为监视器屏幕的图像信息通过2维阵列的点表示，所以如果这些点的数目较少，则由于锯齿阶梯效应，可能会导致线不平滑。如图8A所示，即使用户试图在参考剖面的水平方向上表示一条直线，由于走样现象，用户看到的可能不是直线而是阴影区。图8B和8C显示了当用户试图在参考剖面的垂直方向或倾斜方向绘制直线时所产生的走样。用于解决上述问题的反走样方法是一种通过添加具有背景和每个点之间的线的中间颜色的点而平滑表示图像的图像处理技术。根据本发明，使用一种选择性的反走样技术，而不是通常的反走样技术。

[0062]选择性的反走样技术不对所述线的所有分段数据应用反走样技术，而是仅对其中依所规定的规则生成走样的分段数据执行反走样技术。

[0063]根据所述线中的分段斜率，对选择性的反走样技术进行分类。

[0064]如果分段斜率是d＝Δy/Δx，其中Δx＝Xmax-Xmin(Xmax是分段中的最大X坐标且Xmin是分段中的最小X坐标)且Δy＝Ymax-Ymin(Ymax是分段中的最大Y坐标且Ymin是分段中的最小Y坐标)，则分段斜率具有下述3种情况：

1)d0：Δx远大于Δy；

2)d∞：Δy远大于Δx；和

3)0＜d＜∞：斜率存在。

[0065]在情况1)中，可能是仅存在x轴分量且像素坐标的y值不固定。因此，当通过每一个坐标的上一个值比较y值时，如果比较结果彼此不同，则y坐标可能和图8A所示的产生走样的坐标对应。

[0066]在情况2)中，可能是仅存在y轴分量且像素坐标的x值不固定。因此，当通过每一个坐标的上一个值比较x值时，如果比较结果彼此不同，则x坐标可能和图8B所示的产生走样的坐标对应。

[0067]在情况3)中，因为斜率存在，当分段的每一个像素坐标位于不同位置时，可能产生走样。

[0068]当鼠标移动停止且鼠标点击键被释放时(在上述线模式中)，直线的斜率被计算，然后反走样方法被自动设置和使用。在轮廓模式中，倾斜缓存器中的坐标值被用作走样数据。接着，在步骤607中，在线模式的情况下，线内插计算被执行以产生位于第一个坐标和最后一个坐标之间的坐标数据。因此，通过斜率(其坐标先前被计算为参考)来确定坐标数据是否和走样数据对应，从而检测走样数据。内插的坐标被存储在倾斜缓存器中。

[0069]然后，通过以和倾斜缓存器的坐标数相同的次数旋转一个循环来执行呈现处理，其中之前在步骤609中存储所述坐标。通过在深度方向上执行对每一个坐标的呈现处理，确定这些坐标是否是走样坐标。

[0070]如图9所示，对走样坐标执行反走样方法。在每一条扫描线上执行呈现处理。当沿着走样扫描线执行呈现处理时，通过上一个扫描线值和求平均计算操作来消除走样现象。上述操作被表示如下：

Loop I＝D0～Dk-1

Si＝(Spi+Sci)/2

D0～Dk-1：深度系数

Spi：第i个深度的上一个数据

Sci：第i个深度的当前数据

Si：第i个深度的反走样的数据

[0071]也就是说，如果坐标是走样坐标，在步骤611中对深度方向上的所有数据执行反走样处理。在步骤612中，通过步骤609至611的数据被存储在图像缓存器中。在步骤613中，步骤609至612被重复执行，重复执行次数和倾斜缓存器的数目相同。如图10所示，通过上述步骤，显示目标对象的斜剖面。

[0072]图10A和10B展示了对于在剖面A图像上绘制的直线和曲线的垂直方向上的剖面图像的显示。

[0073]如果使用斜剖面图像，任意直线将被预先自动绘制在参考剖面图像上。这就有可能显示和直线垂直的剖面A的图像。如图10C所示，因为上述直线被表示在参考剖面的图像(例如，剖面A的图像)上，如果用户按压某一个键，图像上的线发生旋转并且剖面图像被显示在直线的垂直方向上。

[0074]根据本发明，通过大量提高执行目标对象的3D超声数据的扫描转换的速度，目标对象能够被实时扫描。因为存储了通过使用超声获取的3D信息，所以即使目标对象不存在，通过使用所存储的数据，使得虚拟扫描成为可能。因此，本发明对诊所和治疗病人的医生有很大的帮助。

[0075]而且，可以与显示目标对象的唯一参考剖面的现有技术不同地显示各种多剖面图像，并且用户能够选择和显示所想要的切片图像。因此，使用例如超声诊断装置之类的超声，在诊断目标对象的过程中极有帮助。

[0076]虽然本发明是对于本发明的优选实施例进行描述和说明的，本领域技术人员应当理解，在不脱离仅由后附的权利要求书限定的本发明广泛的原理和教导的范围的情况下，各种变化和修改都是可能的。

Claims (16)

1.一种通过使用3维(3D)超声数据显示目标对象的设备，包括：

扫描转换单元，用于执行直角坐标到3D数据的圆锥坐标的扫描转换，所述直角坐标用于显示装置屏幕上的显示；和

呈现单元，该单元用于呈现多剖面图像，所述多剖面图像以扫描转换后的3D数据为基础，且与参考剖面平行。

2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

确定单元，用于从接口装置接收参考剖面信息，从探头或3D数据存储装置接收3D数据的圆锥坐标，并确定显示图像的当前显示区域是否是从屏幕上显示上一幅图像的显示区域变化而来的，其中当前显示区域显示的图像以目标对象的3D数据为基础；

显示区域计算单元，用于当显示区域发生变化时计算显示区域以在屏幕上显示图像；和

几何查找表存储单元，用于存储和屏幕直角坐标匹配的系数以及将直角坐标转换到圆锥坐标的运算结果值，

其中所述扫描转换是通过检索所述系数和运算结果值而被执行的。

3.根据权利要求2所述的设备，其中在参考剖面上任意绘制一条线，以便显示沿着该线取得的和参考剖面垂直的所想要的剖面，并且其中呈现单元通过反走样方法呈现所想要的剖面的图像。

4.根据权利要求3所述的设备，其中通过检索在所想要的剖面中的走样部分来执行反走样方法。

5.根据权利要求2所述的设备，其中在超声诊断装置中实时显示多剖面图像。

6.根据权利要求2所述的设备，其中通过接口装置选择用于显示多剖面图像的所想要的显示布局，并且其中呈现单元呈现基于扫描转换后的3D数据的多剖面图像以适应所选择的显示布局。

7.一种通过使用3D超声数据显示目标对象的方法，包括以下步骤：

在几何查找表存储单元中，存储和显示装置屏幕的直角坐标匹配的3D数据的系数以便显示目标对象的3D图像，以及存储从直角坐标转换到圆锥坐标的运算结果值；

从接口装置接收参考剖面的信息，从探头或3D数据存储单元接收目标对象的3D数据，并确定显示超声图像的当前显示区域是否和屏幕上的上一个显示区域不同，其中在当前显示区域中显示的超声图像以目标对象的3D数据为基础；

当显示区域发生变化时，计算显示区域以在屏幕上显示图像；

通过从几何查找表存储单元中检索结果值来扫描转换目标对象的3D数据，以便将和所计算出的显示区域对应的直角坐标转换为目标对象的3D数据的圆锥坐标；和

呈现以扫描转换后的3D数据为基础的多剖面图像，其中多剖面图像在和参考剖面垂直的方向上平行于参考剖面。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括以下步骤：

在参考剖面上绘制一条线用于显示所想要的剖面；和

通过使用反走样方法，显示沿所述线取得的和参考剖面垂直的所想要的剖面。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括移动或编辑在屏幕上显示的图像的步骤。

10.根据权利要求7所述的方法，其中多剖面图像在超声诊断装置中被实时显示。

11.根据权利要求7所述的方法，其中通过接口装置选择用于显示多剖面图像的所想要的显示布局，并且通过呈现基于扫描转换后的3D数据的多剖面图像以适应所选择的显示布局来执行呈现步骤。

12.根据权利要求8所述的方法，其中反走样方法是选择性的反走样方法，用于检索走样部分并且只对走样部分执行反走样方法。

13.一种通过使用3D超声数据显示目标对象的切片图像的方法，包括以下步骤：

设置待显示目标对象的参考剖面；

获取目标对象的3D超声数据；

显示参考剖面图像；

在被显示的参考剖面上绘制一条线用于显示所想要的剖面的线；和

通过使用反走样方法，显示沿所述线取得的和参考剖面垂直的所想要的剖面。

14.根据权利要求13所述的方法，其中反走样方法是选择性的反走样方法，用于检索走样部分并且只对走样部分执行反走样方法。

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过使用所绘制的线的斜率，所述选择性的反走样方法确定3D数据是否走样。

16.根据权利要求12所述的方法，其中3D超声数据被预先存储在存储媒介中。

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