专利名称：用于显示体积超声图像上的交叉信息的方法和系统的制作方法
技术领域：
本文公布的主题一般涉及诊断超声系统，并且更具体地，涉及一种用于在三维(3D)超声图像上显示与表面的交叉的方法和系统。
背景技术：
当显示3D体数据的二维(2D)渲染时，例如在3D超声数据集中，可能期望将一个或多个表面与体数据一起以这样的方式可视化使得允许直观确定在何处表面与体积交叉。例如，可期望可视化体数据与平面之间的交叉、体数据与球体和其他二次曲面之间的交叉。在3D心脏超声中，其中通常显示一个或多个由3D超声数据体积重建的2D切片平面，重要的是能够自显示的信息确定2D切片平面如何关于体积渲染定位，以识别两个可视化技术之间的关系。 用于将切片平面与其和数据体积的交叉相关联的常规技术包括将平面渲染为与体积一起在空间中的长方形。但是，通过该长方形平面表示，观察者难以准确地理解平面在何处与体数据交叉，其可导致后续分析的困难，例如正确地定位诸如在心脏瓣膜中的较小异常。其他常规技术包括显示不透明的或半透明的多边形平面。但是，这种技术除了以上描述的问题以外，还可能隐藏或模糊化部分体积。因此，用于识别图像体积中切片平面位置的常规技术取决于观察者基于所显示长方形或平面的形状精神上重建平面的空间朝向的能力。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于渲染超声体积供显不的方法。该方法包括访问对应于体积数据集的超声信息并且识别与体积数据集交叉的一个或多个表面的位置。该方法还包括基于一个或多个表面的交叉的识别的位置对体积数据集的渲染的图像着色，以及显示具有一个或多个着色的交叉的渲染体积数据集。在另一个实施例中，提供了一种超声显示器，其包括显示一个或多个二维(2D)超声图像切片的图像切片显示部。该超声显示器还包括体积渲染显示部，其显示具有修正的可视像素的、渲染的三维(3D)超声图像体积，该可视像素对应于与切片平面相关联的体元，其中沿着渲染的3D超声图像体积的表面识别该切片平面。该切片平面对应于在3D超声图像体积中的2D超声图像切片的位置。在进一步的实施例中，提供了一种超声系统，其包括配置成获取三维(3D)超声数据集的超声探头；以及信号处理器，该信号处理器具有表面着色模块，其配置成基于一个或多个表面与3D超声数据集的交叉的识别的位置对3D超声数据集的渲染的图像进行着色。该超声系统还包括显示器，用于显示具有一个或多个着色的交叉的渲染的体积数据集。
图I示出了依照多种实施例形成的超声系统的简化框图。
图2是依照多种实施例用于对交叉进行着色的方法的流程图，其中交叉位于平面与超声体积数据集的体积渲染之间。图3是示出了依照一个实施例的渲染处理的框图。图4是示出了依照多种实施例对体积采样进行着色的简图。图5是示出了依照多种实施例显示的着色的交叉的图像的显示。图6是示出了依照另一个实施例的渲染处理的框图。图7是示出了依照另一个实施例的渲染处理的框图。图8是示出了依照其他多种实施例显示的着色的交叉的图像。图9是示出了依照多种实施例的传递函数的曲线。图10是示出了依照其他多种实施例显示的着色的交叉的图像的显示。图11是示出了依照其他多种实施例显示的着色的交叉的图像的显示。图12是依照多种实施例形成的超声系统的框图。图13是依照多种实施例形成的图12的超声系统的超声处理器模块的框图。图14是示出三维(3D)可微型化超声系统的简图，其中可实现多种实施例。图15是示出3D可手提或口袋大小的超声成像系统的简图，其中可实现多种实施例。图16是示出3D可操纵类的超声成像系统的简图，其中可实施多种实施例。
具体实施例方式当与附图一起阅读时，将更好地理解前述的概要，以及下面对本发明的某些实施例的详细描述。附示了多种实旋例的功能块图。所述功能块并非必需指示硬件电路之间的分割。因此，例如，一个或多个功能块(例如，处理器或存储器)可在单片硬件(例如，通用的信号处理器或块或随机存取存储器、硬盘等)或多片硬件中实现。类似地，程序可为独立程序、可为在操作系统中合并的子例程、可为在安装成像软件包中的函数等等。应当理解的是多种实施例不限于附图所示的布置和手段。图I说明了依照多种实施例形成的示例性超声系统100的框图。超声系统100包括超声探头102，其用于扫描感兴趣区(ROI) 104，包括ROI 104中的一个或多个对象114。信号处理器106处理接收自超声探头的获得的超声信息并准备超声信息的帧用以在显示器108上显示。在一个实施例中获得的超声信息是3D体积数据集110，其经渲染并显示于显示器108，例如，在3D体积渲染显示部120中。超声成像系统100还包括表面着色模块112，其在一些实施例中在显示的3D体积数据集110上、对应于多个表面的其中之一的位置显示了交叉曲线，多个表面在该实施例中显示为切片平面116。例如，如在此更详细所述，表面着色模块112使用一个或多个体积渲染技术用于显示位于一个或多个平面116 (示出两个平面116用于说明)和3D体积数据集110之间的交叉。因此，体积渲染可用于可视化一个或多个空间平面在何处与3D体积数据集110交叉。在一些实施例中，通过对相应于正被交叉的可视体元或相应于位于离平面116某个距离内的体元的图像像素着色，而将平面体积交叉可视化于显示在3D体积渲染显示部120上的3D体积数据集110的渲染中。需要注意的是多种实施例可不限于显示体数据和切片平面之间的交叉。例如，多种实施例可显示体数据和球状和其他二次曲面之间的交叉。因此，多种实施例可应用于体数据与任何几何表面之间的交叉。因此，通过仅仅着色可视体元，产生显现于位于渲染的3D体积数据集110的表面上的着色的交叉曲线(例如，着色线或痕迹)。另外地，对应于一个或多个切片平面116的一个或多个2D图像122也可显示在显示器108上。在操作中，可以例如在3D心回波描记术中使用着色的交叉以可视化重建的2D超声切片图像定位于3D体积的何处。多种实施例的至少一个技术效果是提供表面与渲染的3D超声体积的交叉的可视化。该可视化可为沿着3D超声体积的表面的任何类型的着色。多种实施例提供了在图2流程图中示出的方法200，用以对表面和3D超声体积数据集的体积渲染之间的一个或多个交叉进行着色。方法200可具体为存储于图I所示的表面着色模块112上的指令集。可使用方法200以可视化，例如，在渲染的体积上的平面或其他几何表面。方法200包括在202处获取感兴趣区(ROI)的超声信息，该感兴趣区(ROI)例如为 ROI 104(显示于图I中)。在示例性实施例中，ROI 104具体为结构,例如,显示于图2中的对象114，其可为人体心脏或其中的区域。超声信息可为数据体积，其包括随时间变化的3D彩色多普勒数据，例如在一个或多个心脏循环上(例如超声心回波描记术数据)，并可存储在存储器设备中。可选地，可访问已预先获取并存储在存储器设备中的超声信息用于处理。在一个实施例中，3D体积数据集110实时显示于例如3D体积渲染图显示部120的显示器108上以使得操作者能选择一个或多个平面，例如交叉平面，其例如通过相应的例如2D图像122的图像切片可视化并显示的平面116。在204中，识别与渲染的3D体积交叉的一个或多个表面。例如，基于一个或多个用户选择或标定的平面，其可为选择的图像视野，对应于渲染的3D体积中的位置确定穿过3D体积数据集的平面的坐标。例如，操作者可手动地移动或定位屏幕上的虚拟切片至选择的不同视野以显示。可使用任何合适的处理或用户界面执行对一个或多个切片的选择和每个位置的确定。因此，在多种实施例中，确定了对应于用户所选平面的3D体积数据集内的体元。平面也可位于关于数据体积或超声探头的固定的预确定位置。例如，可对应于所获取超声ROI的偏振角和提升平面定位两个正交切片平面从而平面与数据体积的中心交叉。作为另外一个示例，三个切片平面可绕公共轴(例如，探头轴)旋转，其中平面默认朝向为提供四室视图、两室视图、以及心脏的左心室的长轴视图的可视化。在这些示例中，体积渲染示出了沿切片交叉曲线的体数据。用户可以修正或可以不修正这些平面的位置和朝向。其后，在206处，基于对平面与3D超声体积数据集识别的交叉而对渲染的图像着色，例如，对渲染的3D超声体积着色，其接着在208处使用着色的交叉曲线进行显示。特别地，改变对应于识别的体元的可视像素的参数从而在多种实施例中所选平面沿着渲染的3D体积的表面是可视为例如所显示图像体积上的曲线。可改变任何参数以识别或强调沿着表面的交叉。例如，可改变对应于识别的交叉体元的颜色、透明度、强度和/或像素值。在多种实施例中，根据一个或多个表面在何处与渲染的超声数据交叉，使用一个或多个渲染技术以改变在体积渲染中的像素的参数。应当注意的是尽管参数可描述为彩色，但可改变或调整任何参数。多种实施例，包括方法200或以下描述的渲染技术300，可在软件、硬件或它们的组合中实施。例如，用于显示交叉的多种实施例可在任何有形的非短时计算机可读介质上提供并在任何合适的计算机或处理机器上操作。例如，尽管多种实施例可与超声成像系统一起进行描述，但多种实施例可在不具有超声扫描能力的工作站上实施。作为另一个示例，多种实施例可在具有服务器应用的系统(例如，超声系统)上实施，所述服务器应用在后台处理数据并且所述数据后来可访问或获取以显示在客户机上。在一个实施例中，从超声扫描仪中接收数据并且原始数据转换为渲染的医学数字成像和通信(DICOM)图像并且储存在图片存档及通信系统(PACS)设备中。那么之后用户可从设备检索DICOM图像而不使用那时的多种实施例。在一个实施例中，可使用如图3所示的渲染技术300。渲染技术300包括在渲染之前修正输入体积体元数据的参数值。因此，在执行体积渲染或更新之前改变输入数据。特别地，在302处，改变一个或多个参数值，例如输入体积采样的颜色、强度和/或值，以反映每个体元采样和与体积交叉的一个或多个表面(例如，一个或多个平面)之间的距离。例如，更靠近表面的体积元被给予新的颜色、强度和/或值，而离表面的距离大于阈值(例如，3个体元或预定距离)的体积元不变并且维持当前渲染颜色。 特别地，如图4所示，待渲染的输入体积(V) 400包括小采样元素Si,其中每个采样具有坐标(Xi，Yi, Zi)和值v(Xi，Yi, Zi) 0值可代表颜色、强度或与采样Si相关联的任何其他参数。在超声体积的一个实施例中，例如3D体积中，采样Si对应于体积400的体元(体积元)402。在这个实施例中，平面404，特别是与体积400交叉的平面p(a，b，c，d)由如下的平面方程所定义ax+by+cz+d = 0方程 I平面404和采样Si之间的带符号的平面至采样距离可由坐标Ci进行计算并且平面方程则定义如下
n /V axi + + cyi +dDI Xi, Vi, Zi' p) = -万程 2
^Za2 + bJ + c2因此，在一个实施例中则基于或依据平面404(或其他表面)和采样之间的距离D设定每个采样(体元402)Si的值V(Xi，yi，Zi)。例如，具有离平面404小于2毫米距离的每个采样可设定为一个颜色，例如红色。在一些实施例中可使用给定为M(V(xi; Jv Zi) >D(xi；Yi^zijp))的颜色传递函数来调制采样的初始颜色，其依据平面至采样的距离而改变采样的颜色。其后提供修正体元作为至体积渲染处理304的输入，其可为任何合适的体积渲染处理。例如，至渲染算法的输入数据可通过以下(其考虑多个平面)而得以修正
for each coordinate (x, yt z} ir> volume V: for each plane p;
V fxf y,s) = H(V{xry,z)f D(x,y,z,p))
end for
for因此，这些修正采样值可提供至任何合适的体积渲染算法，并因此使表示最接近于平面的可视体元的像素着色。例如，带有着色像素的渲染的3D体积可在306处显示，例如如图5所示。特别地，图5示出了具有渲染的3D超声体积502的示例性显示500。可以看出，沿着渲染的3D超声体积502的表面显示了对应于与渲染的3D超声体积502交叉的平面的两个交叉曲线504(如，着色线)。可以看出，曲线504遵循渲染的3D超声体积502的表面和/或轮廓，并且在这个实施例中仅仅沿着表面得以显示并且不延伸超过表面。另外地，也可显示对应于穿过渲染的3D超声体积502的平面的2D图像506。因此，一个或多个2D切片的位置可显示为渲染的3D超声体积502中的曲线504。在另一个实施例中，可使用如图6所不的渲染技术600。渲染技术600包括改变渲染算法以在渲染期间修正体元的颜色值。因此，在渲染处理期间改变颜色值(或其他参数值)。特别地，在602处，修正和使用体积渲染算法(例如，任何合适的或传统的渲染处理)以使用着色的交叉来渲染3D体积。具体而言，在体积渲染算法中，在输入体积中的每个采样值都与一个不透明度值相关。该不透明度值可通过将传递函数T(V(Xi，yi，Zi))应用至输入采样值而得到计算。通过将射线从观察平面投射穿过数据体积而运算渲染算法，并且在沿着射线的正则区间对体积取样。渲染计算如下
opacity
= I render_value 10] C_
tor each position (x,y, z) along m'jx
opacity[i] = opacity[i-1] * ￡l-T CV y,z)})
r*ri'ler_v.=ilu^! [i] = r<en.i&r_valu.s [i-1] + CV Cx, y, z) * T {V {k, yt "^) ) } k opacity I i -1 ] end for"
d i s pi ay_val C {re rid* r_v a I ue)其后，使用颜色传递函数C将输出值映射为一个颜色，并且随后作为带有着色像素的渲染的3D体积在604处显示于屏幕上，如图5所说明的。在多种实施例中，在上述算法中增添另一步骤，其中对于常规的采样值，平面距离类似地进行累积如下
Gpacity [Cl] = I—
rend-&r_value
0 di 31_v.fi! ue [ 0 ] = 0
for each position !xfy, z) aloncf ray:
opacity [ i] = opacity [i-1 ] ★ (1-T fV {:<fy, s)))
r*nder_value [i] = render.一value [i-1] +z) * T(V<xf y, z) ) ^ opacity [i-1]
for each plane p:
di3t_-^alue [i] = dist_value [i-1] + F (D vf zf p) )-a-ty7 zj I ^opacity [i-1]
end forend for
di .-5pI ay_va Iue = C (render_val ue, dist_value J在这个实施例中，F为传递函数，其指定了颜色自平面褪色得有多快，例如F(x)=(1-x)3。颜色函数C具有两个输入，即是渲染值和距离值，并且依据距离值修正颜色。因此，在该实施例的经修正渲染算法中，以与渲染值相同的方式累积距离值，同时考虑不透明性。在另一个实施例中，可使用如图7所示的渲染技术700。该渲染技术700包括在渲染的图像中基于执行渲染后的深度缓冲器修正像素的颜色值(或其他参数值)。特别地，在702执行体积渲染，其可以为任何合适的体积渲染。体积渲染输出中的一个为深度缓冲器704，其用于给渲染的图像着色，使得在706显示具有着色像素的渲染的3D体积。具体而言，在该实施例中，来自渲染算法的渲染深度缓冲器用于在执行体积渲染后对体积V的渲染的图像I进行着色。该深度缓冲器(B)704为2D矩阵，或图像，其中每个像素的值为在渲染的图像I中每个相应像素的深度。因此，给定I中像素的坐标(x，y)，由B计算相应像素的深度z。然后该坐标用于计算体积V中相应采样s的位置(x，y，z)，从而计算采样离平面的距离以允许对渲染的图像进行着色。该深度缓冲器可在计算采样位置之前经受预处理步骤，例如空间平滑。在一个实施例中，可根据以下伪代码实现处理或算法
权利要求
1.一种用于渲染超声体积供显示的方法(200)，所述方法包括 访问(202)对应于体积数据集的超声信息； 识别(204)与所述体积数据集交叉的一个或多个表面的位置； 基于所述一个或多个表面的所述交叉的所识别的位置对所述体积数据集的渲染的图像着色(206)；以及 显示(208)具有一个或多个着色的交叉的渲染的体积数据集。
2.权利要求I所述的方法(200)，其中，所述一个或多个表面为平面。
3.权利要求I所述的方法(200)，其中所述一个或多个表面为球面或其他二次曲面的一部分。
4.权利要求I所述的方法(200)，其中，所述显示(208)包括对应于所述一个多个平面与所述体积数据集的所述交叉的所述位置、沿着所述渲染的体积数据集的所述表面显示一个或多个交叉曲线，其中所述交叉曲线为着色线并且还包括用不同于对应于所述线的像素的原始渲染颜色的颜色对所述线着色。
5.权利要求I所述的方法(200)，还包括对应于所述一个多个平面与所述体积数据集的所述交叉的所述位置、沿着所述渲染体积数据集的所述表面显示(208)所述一个或多个交叉曲线，并且其中所述一个或多个交叉曲线是以下之一明显的固态着色线或基于离所述一个或多个平面与所述体积数据集的交叉位置的距离而在颜色上褪色的着色线。
6.权利要求I所述的方法(200)，还包括在渲染所述体积数据集之前以及在渲染所述体积数据集期间中的一个中，修正对应于一个或多个所述交叉处的体元的输入体积体元的颜色值。
7.权利要求I所述的方法(200)，还包括基于渲染算法估计规则不透明度内的距离值，以及使用颜色传递函数进行着色，以说明采样至表面的距离。
8.权利要求I所述的方法(200)，还包括在图像渲染后和基于(704)图像渲染期间确定的深度缓冲器，修正对应于所述一个或多个交叉的所述渲染的体积数据集中的像素的颜色。
9.一种超声显不器(500),包括 图像切片显示部，其显示一个或多个二维(2D)超声图像切片(506);以及 体积渲染显示部，其显示渲染的三维(3D)超声图像体积(502)，其具有修正的可视像素(504)，所述修正的可视像素对应于与切片平面相关联的体元，其中沿着所渲染的3D超声图像体积的表面识别所述切片平面，其中所述切片平面对应于所述3D超声图像体积内的所述2D超声图像切片的位置。
10.权利要求9所述的超声显示器(500)，其中，所述修正的可视像素(504)沿着对应于切片平面与所述表面的交叉的所述渲染的3D超声图像体积的所述表面形成可视曲线，其中所述曲线遵循所述渲染的3D超声图像体积(502)的轮廓，并且所述曲线是以下之一具有关于所渲染的颜色改变的颜色明显的固态着色线，或者为基于离一个或多个切片平面与所述渲染的3D超声图像体积的交叉位置的距离而具有褪色颜色的着色线。
全文摘要
本发明名称为“用于显示体积超声图像上的交叉信息的方法和系统”。提供了一种用于显示体积超声图像上的交叉信息的方法和系统。一种方法(200)，包括访问(202)对应于体积数据集的超声信息并且识别(204)与体积数据集交叉的一个或多个表面的位置。该方法还包括基于一个或多个表面的交叉的识别的位置对体积数据集的渲染的图像着色(206)，并显示(208)具有一个或多个着色的交叉的渲染的体积数据集。
文档编号A61B8/00GK102697523SQ20121018094
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月25日
发明者A·M·齐格勒, F·奥尔德鲁德, J·汉塞加德 申请人:通用电气公司