专利名称：利用医学诊断成像工作站整合三维和二维监视器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般性涉及用于改进医疗成像的系统和方法。具体地，本发明涉及用于配置和解释医疗图像的更有效的系统和方法。
背景技术：
医学诊断成像系统包括多种成像形式，诸如X线系统、计算机断层摄影(CT)系统、超声系统、电子束体层摄影(EBT)系统、磁共振(MR)系统等等。医学诊断成像系统例如通过在能量源下暴露，诸如X线穿过患者，来产生诸如患者的对象的图像。所产生的图像可用于许多目的。例如，可探测对象的内在缺损。另外，也可确定内部结构中的改变或定位。还可表现对象内流体的流动。此外，该图像可显示对象内目标的存在或缺失。从医学诊断成像中所获得的信息已经应用在许多领域，包括医学和制造业。
医学诊断成像系统的一个例子是图片存档通讯系统(PACS)。PACS是用于允许对诸如象X-线、超声、CT、MRI、EBT、MR或核医学的图像进行电子获取、保存和传送以便观看的装备和软件的术语。来自检查的图像可立即进行观察或保存，或传送。该图像可由用户，例如放射科医师在诊断工作站上进行观看。除了观看图像，用户还可观看与图像有关的患者信息，例如患者的姓名或患者的性别。
用于PACS系统的所采集的数据通常是二维的。然而，该二维数据通常由用户作为一系列的二维图像进行观看。用户可观看患者解剖(anatomy)的二维“切片”。接着用户可在思想上试图重建患者解剖的三维模型。由于每个患者都是不同的，阅读并理解二维数据的工作会是耗时且艰巨的。
由于计算机和医疗成像技术已经变得更加成熟，PACS诊断工作站已经变得能够显示医疗图像的三维投影。典型地，三维医疗图像的显示以与二维图像同样的方式进行显示。另外，三维医疗图像可象二维图像一样显示在同样类型的平面的二维能力的显示器中。对用户来说，患者解剖的三维数据的二维投影可允许用户对图像进行旋转、翻转以及执行其他操作以便于数据对用户的显示。然而，这些类型的信息三维显示不是真正的三维，因为它们被显示在了二维平面屏幕上。因此，将三维图像投影成二维显示限制了用户充分利用关于患者解剖所采集的数据的能力。
在为了更好地利用各种各样的三维数据的努力中，与将三维数据投影到二维显示单元相对的是，已经开发了按照真正的三维模式将三维数据显示在三维显示单元(三维监视器，而非立体监视器)上的产品。三维显示单元是与平面屏幕3D不同的，因为三维显示单元提供真正占据空间体积的三维图像。这种三维显示单元显示与平面屏幕3D相对的空间3D。作为一个例子，目前已经开发的其中一种空间显示单元是由位于Bedford市，Burlington大街213号Actuality Systems公司研制的PerspectaTM3D系统，MA01730，http://www.actuality-systems.com。
目前的空间显示单元能够显示许多类型的三维数据。可在空间显示单元上显示的一种类型的数据是三维医疗数据。然而，在空间显示单元上三维医疗数据的显示通常与医生或放射科医师可利用的其他工具相独立地执行。因此，用户可利用空间显示单元来观看三维医疗数据，但是该用户就与可辅助诊断和治疗的其他工具隔离。用户的工作进程会因此受到阻碍并且耗费不必要的时间。从而，对能在空间显示单元与医生或放射科医师可利用的其他工具之间提供关系的系统和方法存在一种需求。这种系统和方法使得用户能够在诊断和治疗医疗状况中更加有效和得力。
发明内容
本发明某些实施例包括医疗诊断成像系统。该医疗诊断成像系统包括用于操纵三维数据的计算机单元。该计算机单元具有运行显示协议的计算机软件，以便配置三维数据来进行显示。该医疗诊断成像系统还至少包括用于显示第一三维数据集的第一空间三维显示单元。该医疗诊断成像系统可以是图片存档通讯系统。另外，该系统可包括用于显示第二三维数据集的第二空间三维显示单元。可将第一三维数据集与第二三维数据集联合(link)。该系统还可包括用于显示至少一个二维数据集的第一二维显示单元。可将第一三维数据集和第一二维数据集联合。
该系统可包括用于显示一个二维数据集的第一二维显示单元、用于显示一个二维数据集的第二二维显示单元以及用于显示一个二维数据集的第三二维显示单元。第一二维数据集可对应于轴向(axial)视图。第二二维数据集可对应于矢状(sagittal)视图。第三二维数据集可对应于用于所选的兴趣点的冠状(coronal)视图。
本发明的某些实施例可包括利用医疗图像来回顾(review)手术路径的方法。该方法包括操纵在空间显示单元上所显示的第一三维数据集的显示参数。其次，记录所述第一三维数据集的显示参数，并记录对应的二维图像，作为手术路径中的一个帧。接着，该方法包括重复上述操纵和记录的步骤直到手术路径在所需的持续时间为止。该所需持续时间可由用户来确定。接着，将第一三维数据集的显示参数映射到第二三维数据集上。最后，在空间显示单元上显示第一数据集的手术路径以及第二数据集的手术路径。
可将第一数据集的手术路径与第二数据集的手术路径联合。对每一帧以及对于每一帧的感兴趣点可记录轴向、矢状和冠状视图。另外，对每个帧记录斜视图。第一数据集可以是历史数据集而第二数据集可以是当前的数据集。
本发明某些实施例可包括计算机可读存储介质，其包括一组用于计算机的指令。这组用于计算机的指令可包括用于操纵在空间显示单元上所显示的第一三维数据集的显示参数的操纵程序。该组指令还包括用于记录第一三维数据集的显示参数和记录作为手术路径中的帧的对应二维图像的记录程序。这组指令还可包括用于重复上述操纵和记录步骤直到手术路径在所需持续时间的重复程序。手术路径的所需持续时间可由用户确定。这组指令还包括用于将第一三维数据集的显示参数映射到第二三维数据集上的映射程序。这组指令还包括用于在空间显示单元上显示第一数据集的手术路径和第二数据的手术路径的显示程序。
关于上述计算机指令，可将第一数据集的手术路径与第二数据集的手术路径进行联合。而且，可以对于每一帧以及对于每一帧的感兴趣点可记录轴向、矢状和冠状视图。另外，可以对每一帧记录斜视图。第一数据集可以是历史数据集而第二数据集可以是当前的数据集。
图1示出了根据本发明的实施例可以使用的系统的例子。
图2示出了根据本发明的实施例可在显示单元上，诸如象图1中所示出的显示单元上显示的多个二维图像。
图3示出了根据本发明的实施例将三维图像映射到二维空间中。
图4示出了作为本发明的实施例的计划和回顾手术路径的一种应用。
图5示出了根据本发明的实施例利用二维和三维图像回顾手术路径的方法。
具体实施例方式
图1示出了用于控制三维数据与其他三维数据以及三维数据与二维数据的显示和同步的系统100。系统100包括计算机单元110。计算机单元110可以是允许对诸如象X线、超声、CT，MRI，EBT，MR或核医学的电子医疗图像进行电子获取、保存和传送以便观看和操作的任何装备和软件。计算机单元110可接收来自用户的输入。计算机单元110可作为电子网络的一部分连接到其他设备上。在实施例中，计算机单元110可以是图片存档通讯系统(PACS)或者是其一部分。
系统100还包括五个显示单元120、130、140、150以及160。在实施例中，显示单元120、130和140是二维平面显示单元。显示单元150和160是三维空间显示单元。根据本发明的实施例可以使用的显示单元150和160的例子是如上面所讨论的由Actuality Systems公司所研制的PerspectaTM3D系统。虽然在图1的实施例中示出了五个显示单元，但是可使用任何数量的显示单元，包括任何数量的二维显示单元或任何数量的空间显示单元。
在实施例中，系统100是具有显示120-160的PACS，这些显示单元表示PACS的显示单元。计算机单元110可表示除了显示单元之外的PACS系统的装备和组件。计算机单元110和显示单元120-160可以是分离的单元或者是单一单元的部分。在分离单元的情况下，显示单元120-160可与计算机单元110电子通讯。系统100的组件可以是单一单元、分离单元，可以各种形式整合，并且可以在硬件和/或软件中实施。
在实施例中，显示协议可允许用户在空间显示单元150和160中同时观看多个三维体积医疗图像。为了更加容易导航和使用，计算机单元110可具有能联合三维图像的计算机软件。例如，在空间显示单元150上所显示的三维图像可以与在空间显示单元160上所显示的三维图像联合。允许用户同时观看多个三维图像或体积图像以使用户能够方便地对图像进行比较。例如，用户可利用显示协议来指示将当前研究对象(study)的体积图像显示在空间显示单元150上。用户还可以利用显示协议来指示将比较研究对象的体积图像显示在空间显示单元160上。以这种方式，能更方便地将目前研究对象和比较研究对象进行比较，给用户提供有效的观看。
在一个实施例的运行中，目前研究对象的体积图像可以是用户意欲检查的图像。比较研究对象的体积图像可以是用户意欲与目前图像进行比较的任何图像。例如，目前研究对象的体积图像可含有来自患者A的目前检查的一组器官。用户可能希望观看来自以前检查的患者A的同一组器官。用户可从计算机单元110中获取比较研究对象，并将该比较研究对象显示在空间显示单元160上。在这种实施例中，空间显示单元160正显示存档的研究对象。另外，比较研究对象可以是来自不同患者的体积图像。上面的仅仅是例子，并且任何体积医疗图像都可进行比较。
一旦显示协议已经在适当的位置显示了所需的三维图像，则计算机单元110可以与显示单元150和160上所显示的体积医疗图像联合。在本发明的实施例中，显示协议将体积医疗图像联合在一起，这样在一个体积内的移动或旋转可驱动其他体积内的相似移动或旋转。对于用户来说，体积图像的观看角度与所表示的对象通常保持一致。例如，如果在空间显示单元150上显示患者心脏目前的体积图像而在空间显示单元160上显示患者心脏历史体积图像，则心脏的相似特征将分别占据每个空间显示单元150和160内相似的空间。空间单元150中所表示的心脏前端将与在空间显示单元160上已经显示的心脏前端占据同样的空间。当用户在第一空间图像上执行操作，诸如旋转、翻转、缩放或其他操作时，其他空间图像改变它们的观看特征以便与用户所控制的图像一致。
在系统100的实施例中，用户可用计算机鼠标在显示单元150或显示单元160上选择三维图像，并利用计算机鼠标来旋转该图像。所选择的图像可以是驱动器图像。该驱动器图像中的旋转或移动可驱动其他三维图像中的旋转。例如，用户可选择显示单元150上的目前研究对象作为驱动器图像。接着用户用计算机鼠标旋转或移动目前研究对象的观看角度。由于显示协议已经联合了显示单元160上的比较研究对象，该比较研究对象可移动或旋转以便呈现与目前研究对象所显示的观看角度相类似的观看角度。以这种方式，用户可从相同的观看角度观看目前研究对象和比较研究对象。而且，用户可操纵屏幕上的指针来指向驱动器图像上的特定位置。接着显示协议可操纵其他图像上的指针来指向对应的位置。当用户在驱动器图像内移动指针时，在其他图像内的指针对应地移动以指向同一位置。以这种方式，用户能够在多幅图像中更力便地比较相似的结构。将体积医疗图像联合在一起的能力增强了用户诊断和治疗的效率和精度。
在本发明的另一实施例中，二维图像可联合到驱动器体积图像上。因此，在系统100中，在显示单元120-140上可显显示二维图像而在空间显示单元150和160上可显示三维图像。由于系统100是本发明的一个实施例，可使用任何数量的显示单元。在上面所讨论的实施例中，存在两个体积数据集，在空间显示单元150上显示目前数据集，而在空间显示单元160上显示比较数据集。这两个数据集都有对应的二维图像。在实施例中，用户通过在驱动器三维图像上选择感兴趣点可显示驱动器三维图像的二维图像。图2和3示出了感兴趣点的概念以及二维显示单元120-140与三维空间显示单元150-160之间的关系。
图2示出了在系统100的实施例中可在显示单元120、130或140上显示的多个二维图像200。图2包含四个二维图像，轴向图像210、矢状图像220、冠状图像230以及斜视图像240。在显示单元120-140上可显示图像210-240的任何组合。
图3示出了三维图像到二维空间的映射300。图3包含了可在图1中的三维显示单元150或160上显示的三维模型310。图3还包含用户的观看区域320和感兴趣点330的表示。用户的观看区域表示在用户已经对三维图像进行操纵后由三维监视器150或160所显示的观看角度。如上面所提到的，显示单元150和显示单元160可分别显示目前检查和比较检查，并且当目前检查和比较检查联合时，显示单元150和显示单元160应该有相似的(若非相同的)观看区域320。
感兴趣点330可以是三维模型310内的用户特别感兴趣的点。用户可利用计算机鼠标或其他输入设备来选择感兴趣点330。一旦用户在三维模型上选择了感兴趣点330，则感兴趣点330的二维图像210-230可显示在显示单元120-140上。如果对于所选的感兴趣点存在倾斜二维视图，则斜视图240也可显示在显示单元120-140上。例如，如果对于特定感兴趣点可得到观察区域斜视图240的二维图像，则该斜视图还可显示在二维监视器120-140的其中一个上。
在本发明的实施例中，用户可操纵显示单元150或160上的三维图像的参数得到特定的观察区域320。接着用户可在显示单元150 或者显示单元160上选择特定的感兴趣点330。在其中一个三维监视器上进择了特定的感兴趣点330后，来自该特定研究对象的该特定感兴趣点的轴向视图210、失状视图220和冠状视图230可显示在显示单元120-140上。例如，如果用户在空间显示单元150上所显示的目前研究时象中选择感兴趣点，则目前检查的轴向视图210、矢状视图220和冠状视图230可分别显示在显示单元120-140上。如果用户在显示单元160上所示的历史研究对象或比较研究对象中选择感兴趣点，则历史研究对象或比较研究对象的轴向视图210、矢状视图220和冠状视图230可分别显示在显示单元120-140上。因此，用户可驱动特定的三维视图320，选择感兴趣点330并观看三维图像和感兴趣点的二维图像。
在实施例中，用户可利用系统100以及图200和300的相关组件来计划和回顾手术路径。手术路径可包含手术期间医师可以采取的器械或切割的路径。外科医生希望在手术前回顾手术路径以便使侵入患者身体的切口尽可能小或者为该手术创作一幅“蓝图”。在手术之前或其间进行手术路径的回顾可使手术更加有效和得力。而且，在手术之后，用户可比较不同时期的手术路径。例如，用户可在手术之前和手术之后比较手术路径来监视由手术造成的干扰程度。当然，用户在手术后可比较不同时期的手术路径以监视恢复。
图4示出了利用系统100和图200和300的相关组件来计划和回顾手术路径的实施例。图4包含可在图1的三维单元150和160上显示的两个三维模型410和420。模型410示出了可表示来自历史研究对象的体积图像的三维模型。模型420示出了可表示来自目前研究对象的体积图像的三维模型。每个三维模型410和420可显示在空间显示单元150和160上。每个三维模型410和420显示了表示一系列二维“快照”的一系列阴影椭圆。每个二维快照可表示一个独立的感兴趣点，从而表示一组独立的二维图像。因此，每个快照可具有相关的轴向、矢状和冠状视图以及可能的斜视图。以这种方式，用户可在二维和三维中逐步通过手术路径。
用户可通过体积图像利用一系列“快照”来创建手术路径。通过改变图像内的感兴趣点、观看区域、缩放比例、深度水平以及用户可得到的其他参数可创建这些快照。一旦用户选择了适合的参数，这些参数可作为帧被捕获和记录。在图4中所示的模型410的例子中，每一阴影椭圆，例如椭圆411-417表示帧。当将这些三维图像联合二维图像时，每一帧可表示一组三维参数和一组二维参数因此，用户可捕获帧，例如帧411，重新调整图像的参数并捕获新的一帧。当捕获一帧时，记录该帧的参数和在系列中的位置。在图4所示的模型410的例子中，用户可捕获帧411，重新调整模型410的参数并捕获帧412。用户可重复这一过程直到用户对帧的数量满意为止。以这种方式，用户可创建包含通过患者解剖路径的一系列二维和三维图像。
一旦手术路径411-417已经创建，用户可在手术期间回顾该手术路径411-417作为实施手术的一种引导。该手术路径可以二维或三维的方式进行回顾。例如，外科医生可在二维空间中一帧接一帧回顾手术路径。另外，外科医生可在三维空间中回顾该手术路径。在三维空间中的回顾可包括一帧接一帧的手术路径的回顾或通过外推观看来进行。外推观看辅以能“填充”帧之间距离的计算机软件使得能象视频一样流畅地示出该三维回顾。
如上面所提到的，图4还示出了模型420。模型420示出了第一三维模型，该三维模型可表示不同于由模型410所表示的数据集的数据集。例如，模型410可表示手术前所成像的特定解剖区域的数据集。模型420可表示同一解剖区域但是在手术后成像的数据集。在这一实施例中，每一图像集具有同一手术路径是非常有用的。如果图像集具有同一手术路径，则用户可比较患者同一解剖特征的但是在不同时间点上的图像。
在本发明的实施例中，用户可将以前创建的手术路径映射到一个新的数据集上。为了在新的数据集上回顾以前创建的手术路径，可将该手术路径的参数映射到该新的数据集上。例如，为了在模型420的数据集中回顾模型410的手术路径411-417，可映射手术路径411-417以创建手术路径421-427。在实施例中，映射数据集410的单个帧的参数以便在数据集420中创建相似的帧。例如，映射帧411的参数来创建帧421。映射帧412的参数来创建帧422。可重复进行将以前数据集的参数映射到新数据集中的过程以便在两个数据集中创建相似的手术路径。
例如，模型410可表示手术前所生成的具有手术路径411-417的历史研究对象。模型420可表示手术后所采集的目前的数据集。可映射历史研究对象中的手术路径411-417以便在目前研究对象中创建手术路径421-427。由于两个手术路径411-417和421-427具有相似的观看参数，手术路径的图像应当示出在不同时间点上的同一解剖结构。用户可在显示单元150上显示手术路径411-417，以及在显示单元160上显示手术路径421-427。与每一手术路径相关的二维图像可显示在二维显示单元120-140上。由于三维图像可以被联合，通过其中一个手术路径的移动可创建通过其他手术路径的相关的移动。例如，由于历史研究对象410可以联合到目前研究对象420，每一研究对象中结构的显示通常是一致的。每一研究对象的显示可基于其他研究对象中的显示被调整。
图5示出了根据本发明的实施例利用二维和三维图像以回顾手术路径的方法500。在步骤510中，用户可操纵显示单元上所显示的三维图像的显示参数，包括选择感兴趣点。例如，用户可使用键盘、鼠标、跟踪球或其他输入设备来更改显示参数。这些显示参数可包括观看角度、感兴趣点、观看深度、缩放比例或其他观看参数。在步骤520中，可记录三维图像的显示参数并且所记录的二维图像作为手术路径中的帧。在实施例中，手术路径可对应系列411-417，如图4中所显示的。另外，手术路径中的帧可对应元素411-417之一。在步骤530中，重复步骤510和520直到手术路径是所需长度。该手术路径的所需长度可由用户确定。
在步骤540中，可将来自第一数据集的手术路径的显示参数映射到第二数据集上。通过将第一数据集的显示参数映射到第二数据集上，第二数据集可具有与第一数据集基本相同的手术路径。例如，为了在模型420的数据集中回顾模型410的手术路径411-417，可映射手术路径411-417以创建手术路径421-427。在实施例中，映射数据集410的单个帧的参数以便在数据集420中创建相似的帧。例如，映射帧411的参数以创建帧421。映射帧412的参数以创建帧422。可重复将以前数据集的参数映射到新数据集中的过程以便在两个数据集中创建相似的手术路径。
在步骤550中，可将第一数据集的手术路径和第二数据集的手术路径显示在诸如显示单元150和160的空间显示单元上。例如，如果第一数据集是手术前的历史数据集，历史数据集的手术路径示出了手术前患者的状况。用户可将历史数据集的手术路径映射到目前数据集上，使得历史数据集和目前数据集具有基本相同的手术路径。因此，用户可沿手术路径比较手术前后的解剖结构。
上述系统和方法可作为包括一组用于计算机的指令的计算机可读存储介质的一部分来实现。这组指令包括一操纵程序以操纵在显示单元上所显示的三维图像的显示参数，包括选择感兴趣点。这组指令还包括记录程序以记录三维图像的显示参数和记录二维图像作为手术路径中的帧。这组指令还包括重复程序以重复操纵程序和记录程序直到手术路径是所需的长度。这组指令还包括映射程序以将手术路径的显示参数从第一数据集映射到第二数据集。这组指令还包括显示程序以显示第一数据集的手术路径和第二数据集的手术路径。
虽然已经参考特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将会理解在不脱离本发明的范围的情况下可进行各种改变以及用等同物进行替代。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情形或物质适于本发明的教导。因此，本发明旨在不限于所公开的特定实施例，而是将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。
附件清单
权利要求
1.一种医疗诊断成像系统(100)，所述系统包含用于操纵三维数据的计算机单元(110)，所述计算机单元(110)具有运行显示协议的计算机软件，以便配置三维数据来进行显示；和至少一个用于显示第一三维数据集的第一空间三维显示单元(150)。
2.如权利要求1的系统，其中所述系统是图片存档通讯系统。
3.如权利要求1的系统，进一步包括用于显示第二三维数据集的第二空间三维显示单元(160)。
4.如权利要求3的系统，其中所述第一三维数据集联合到所述第二三维数据集。
5.如权利要求1的系统，进一步包括用于显示至少一个二维数据集的第一二维显示单元(120)。
6.如权利要求5的系统，其中将所述第一三维数据集和所述第一二维数据集进行联合。
7.如权利要求3的系统，进一步包括用于显示一个二维数据集的第一二维显示单元(120)、用于显示一个二维数据集的第二二维显示单元(130)和用于显示一个二维数据集的第三二维显示单元(140)。
8.一种使用医疗图像来回顾手术路径的方法(500)，所述方法包含操纵在空间显示单元上所显示的第一三维数据集的显示参数(510)；记录所述第一三维数据集的显示参数，并记录对应的二维图像，作为手术路径中的帧(520)；重复上述操纵和记录步骤直到所述手术路径是所需持续时间，所述所需持续时间由用户来确定(530)；将所述第一三维数据集的显示参数映射到第二三维数据集上(540)；以及在空间显示单元上显示第一数据集的手术路径和第二数据集的手术路径(550)。
9.如权利要求8的方法，其中将所述第一数据集的手术路径联合到第二数据集的手术路径。
10.一种包括一组用于计算机的指令的计算机可读存储介质，这组指令包含操纵程序，用于操纵在空间显示单元上所显示的第一三维数据集的显示参数；记录程序，用于记录所述第一三维数据集的显示参数，并记录对应的二维图像，作为手术路径中的帧；重复程序，用于重复上述操纵和记录步骤直到所述手术路径是所需的持续时间，所述所需持续时间由用户来确定；映射程序，用于将所述第一三维数据集的显示参数映射到第二三维数据集上；以及显示程序，用于在空间显示单元上显示第一数据集的手术路径和第二数据集的手术路径。
全文摘要
公开了一种利用具有医疗诊断成像系统的空间三维显示单元(150，160)的系统(100)和方法(500)。该医疗诊断成像系统可以是图片存档通讯系统。该系统可包括至少一个二维显示单元(120，130，140)和一个附加的空间三维显示单元(150，160)。因此，用户可观看相似解剖对象的二维和三维图像。可将该二维和三维图像联合，给用户提供一致的观看角度。该系统可用于回顾手术路径。可将第一三维数据集的显示参数映射(300)到第二三维数据集上。第一数据集和第二数据集的手术路径可显示在空间显示单元(150，160)上。因此，可在不同的时间点上，例如手术前和手术后观看沿手术路径的解剖对象。
文档编号G09G5/00GK1981717SQ20061006411
公开日2007年6月20日 申请日期2006年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者W·M·斯托瓦尔三世, M·K·卡里亚图恩加尔 申请人:通用电气公司