专利名称：从三维图像生成用于显示的二维超声心动图显象视图的系统与方法
从三维图像生成用于显示的二维超声心动图显象视图的系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成并显示标准二维超声心动图显象视图的系统 与方法，以及相应的诊断显示设备。
二维超声成像被用作在多种身体器官的全面描绘时的一种重要的非侵 入式技术。在超声成像中，沿着从换能器到要成像的器官的射线发送声音 脉冲。该脉冲在碰撞到具有与该脉冲正在其中传播的媒介不同声阻的介质 时被衰减并反射。声音脉冲发生转变的时间是该介质表面与换能器之间距 离的测量值。所反射的能量的量是跨越该交接面的声阻差异的测量值。假 设该脉冲在身体内以单一速度传播，并且通过在给定平面上均匀分布的射 线，可以使用所接收能量的采用空间坐标(直角坐标，极坐标)的二维记录来 呈现所成像器官的横界面视图。
超声心动图显象是超声成像对心脏的应用。超声心动图显象已经在心 脏病、心脏的结构和功能的评估中得到了广泛接受。这种接受很大程度上 是由于其所具有的非侵入特性，以及其实时观察心脏结构和运动的能力。 使用超声心动图显象，可以获得与心脏解剖、腔直径与体积、心壁厚度、 心瓣结构、射血分数、等等相关的量化信息。
然而，使用超声波对心脏成像的技术存在一些局限。例如，超声波不 能穿透肋骨，因此只能从胸透检查中获得有限的观察区域。此外，与超声 束平行的组织反射性不强，造成较差的组织描绘，并且超声波在传播时发 生衰减，因此只能成像有限的深度。
当前医学实践通过借助不同的声学窗口获得对心脏的不同扫描，即不 同的、放置探测器的解剖点(通常在肋骨之间)，克服了这些局限性。
当前，2D超声心动图显象是最常用的成像技术。2D超声心动图显象 是超声束(通过超声换能器的一维阵列)在扫过平面上的扇形的一系列角度 上的传输。由此获得的图像显示了心脏在其断面上的切片。已经通过临床 方案(protocol)定义了标准超声心动图显象视图，参考附图
中的图l，典型的视图包括(a)胸骨旁长轴，(b)胸骨旁短轴，(c)心尖四腔、心尖两腔、肋下肌 (sub-costal)、等等。此外，可以调节探测器角度，以便获得最佳的组织描绘。 开业医生通常为了进行完整的心脏诊断而将这些不同的视图合并，并且需 要相当长的时间来从各个相应视点获得所有必需的图像。
最近的3D超声成像的引入已经在超声心动图显象领域中实现了新的 能力和方案。例如，US专利No.6，352,509描述了一种3D超声诊断设备， 其对患者的心脏执行3D获取，在所获取的3D图像数据中识别出心腔区， 然后显示针对该区域所获得的图像数据。 一些以上所提到的标准2D视图可 以包含在单个3D获取中，并且开业医生能够通过这种3D获取进行扫描， 来查找适当的信息。此外，3D超声成像系统还能够生成体渲染，由此能够 观看到整个3D数据集，而不仅仅是2D切片。在该情况下，必须选择一个 所关注区域来观看明显的特征。典型的明显特征包括来自左心室内部的 二尖瓣、三尖瓣、以及心尖四腔。然而，开业医生仍然需要相当长的时间 来扫描遍历3D图像数据并选择用于诊断的适当的视图区域。
无论如何，在医学界，3D超声心动图显象对于在各种心脏状态的诊断 和治疗中的使用得到了日益增加的支持，以上用途包括各种瓣病理学的 诊断，其中有例如二尖瓣狭窄、二尖瓣脱垂、二尖瓣连枷、二尖瓣回流、 主动脉瓣狭窄、主动脉瓣回流和局部缺血。
本发明的目的是提供一种系统与方法，用于针对所关注的结构生成用 于显示的来自多个视点的多个不同的二维图像，由此相对于现有设备能够 显著降低获得这种图像所需要的时间和工作量。本发明的另一目的是提供 一种相应的显示系统。
根据本发明，提供了一种系统，用于生成用于显示的、针对所关注的
结构或体的、在各个不同坐标上的多个预定二维图像，所述系统包括用
于接收针对所述所关注的结构或体而获得的三维图像数据的装置；用于针 对所述所关注的结构或体自动确定与一个或多个预定视点相对应的相应坐 标的装置；以及用于从所述三维图像数据生成来自所述一个或多个预定视 点的相应二维图像的装置。
同样根据本发明，提供了一种方法，用于生成用于显示的、针对所关注的结构或体的、在各个不同坐标上的多个预定二维图像，所述方法包括 以下步骤接收针对所述所关注的结构或体而获得的三维图像数据；针对 所述所关注的结构或体自动确定与一个或多个预定视点相对应的相应坐 标；以及从所述三维图像数据生成来自所述一个或多个预定视点的相应二 维图像。
因此，本发明提供了用于从3D图像数据获取中获得标准2D超声心动
图显象视图，并且将这些2D超声心动图显象视图与同样从同一3D图像数 据获取中获得的3D渲染视图一起进行显示的装置，这就得到了更快的检查 过程(通常是4比1的比率)并且方便了诊断任务，这是因为这些2D视图包 含最相关的信息。
在一个实施例中，所述系统还包括用于接收表示第一预定视点的用 户所选数据的装置；以及用于根据所述数据计算一个或多个其他预定的视 点的相应坐标的装置。这种用户所选数据优选地来自于以下相对于所述
所关注的结构或体而人工放置用于捕获所述三维图像数据的装置。因此，
开业医生人工放置3D探测器，以使得一个可视平面与标准2D视图(假设是 心尖四腔)相一致，使用该系统预先计算的坐标来获得其他标准视图。
在一个可替换实施例中，所述系统包括用于在所述三维图像数据中识 别所述所关注结构或体的一个或多个特征的装置，并根据所述特征计算与 所述一个或多个预定视点相对应的相应坐标。由此，可以确定所有的2D视 图，而不需要医学工作者的参与。
所述二维图像有益地对应于预定的二维超声心动图显象视图。 本发明延伸到一种显示设备，用于显示所述所关注的结构或体的图像， 所述设备包括如上定义的系统，用于生成针对所关注的结构或体的、在 各个不同坐标上的多个二维图像；以及显示装置，用于显示所述二维图像。
所述设备还可以包括用于生成并显示针对所述所关注结构或体的三维 图像数据，例如一个或多个3D渲染视图。
参考在此所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将会变得显而 易见并被阐明。
现在将仅通过举例的方式且参考附图来描述本发明的多个实施例，在附图中
图l(a)-(c)示意性地示出了分别针对胸骨旁长轴、胸骨旁短轴、心尖四 腔的2D视图的2D超声心动图显象平面获取和所得到的图像；
图2是示出根据本发明的第一示例性实施例的系统的基本特征的示意 性框图；以及
图3是示出根据本发明的第二示例性实施例的系统的基本特征的示意 性框图。
参考附图中的图2，在本发明的第一示例性实施例中，针对患者的心脏 获得3D图像数据(在10中)。进行检査的开业医生需要在该3D图像获取过 程期间将超声探测器放置为，使得其中一个3D平面与标准2D视图(例如心 尖四腔)相一致。这可以简单地通过观看屏幕上的当前图像并调整探测器相 对于患者的位置以获得期望视图来实现。 一旦获得了该视图，就可以将该 视图的坐标设定为(O， 0)，并且使用预先计算的相对坐标(在14中)来确定相 对于其他标准2D视图的坐标，例如心尖二腔16、胸骨旁长轴18和胸骨旁 短轴20。在屏幕21上将这些视图与二尖瓣的3D渲染22 —起进行显示。
该人工模式的好处是极其快速和鲁棒性。尽管其并非完全同以下所述 的自动模式一样准确，但是其提供了用于可视化的良好且快速的起点。即 使是开业医生想要精炼所显示的视图，该工作的大部分也己经完成了。另 一方面，开业医生必须监视原始心尖四腔的位置，以便将图像保持在其帧 中。
参考附图中的图3，在本发明的可替换实施例中，提出了一种无监督方 案，由此该系统依赖于一种自动标记检测算法(在24中)来确定针对例如心 尖四腔12、心尖二腔16、胸骨旁长轴18和胸骨旁短轴20的2D视图的坐 标，并生成所述2D视图。再次将这些视图与二尖瓣的3D渲染22 —起显 示在屏幕21中。该自动标记检测算法可以例如识别在所获取的3D图像数 据中的瓣、二尖瓣环、心尖(apex)或者心脏的任何其他特性特征。 一旦确定 了在空间中的位置，就能够相应地显示标准2D视图。换而言之， 一旦识别 了特定标记，就可以应用预先计算的相对坐标。
这种操作模式具有的优点是无监督操作，从而能够自动地从一个良好的3D获取中提取2D和3D标准视图。这相对于现有技术的系统减少了 获取时间，还使得经验较少的医生能够获得良好的扫描。其在人机交互方 面更快。另一方面，本实施例的计算开支取决于特征提取算法的复杂度， 其进而影响开启该系统所花费的时间。对于本领域技术人员显而易见的是， 存在多种算法可以用于提取标记，包括快速的算法，例如用于检测结构壁 的"k均值"分割，对于瓣的不同图像的"k均值"分割，而且还有更复杂 的算法，例如基于级别设定(level-set)或微分方程的那些算法。可以设想适 用于该目的的其他类型的特征提取算法，本发明并非必然意欲局在该点上 受到限制。例如，Haigh变换是一种在数字图像处理中用于检测形状(例如 圆形)的公知的特征提取算法。经典变换识别图像中的线，但是已经将其延 伸到识别任意形状(例如圆形)的位置。通过在轴平面上检测圆形，可以找到 左心室的主轴。速度图提供了自动检测标记的另一个实例。速度图的原理 包括计算不同帧之间的差，例如v(x，0) = i(x，0)-i(x， 1)，其中，i(x,t)是在 t时刻的图像帧，x是空间中的位置。基本上，v较大的点x对应于移动最 快的点，即瓣。显然，可以使用另一种比该简单求差更为鲁棒性的估计。 实际上，用于自动检测标记的很多其他手段对于本领域技术人员而言是显 而易见的。
应该注意，上述实施例是说明性的而不是限制本发明，本领域技术人 员在不脱离附带的权利要求所定义的本发明的范围的情况下可以设计出很 多可替换实施例。在权利要求中，放置在圆括号中的任何参考标记都不应 视作对权利要求的限定。单词"包括"以及类似词语并不排斥任一权利要 求或整个说明书中所列出的元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在。元 件的单数形式并不排斥多个该元素形式的情况，反之亦然。本发明可以借 助于包含几个不同元件的硬件或者借助于适当编程的计算机来实现。在枚 举了几种装置的设备权利要求中，其中几种装置可以用同一项硬件来实现。 在彼此不同的独立权利要求中所陈述的特定测量值并不指示这些测量值的 组合这一事实并不能作为优点来使用。
权利要求
1、一种系统，用于生成用于显示的、针对所关注的结构或体的、在各个不同坐标上的多个预定二维图像，所述系统包括用于接收针对所述所关注的结构或体而获得的三维图像数据的装置；用于针对所述所关注的结构或体自动确定与一个或多个预定视点相对应的相应坐标的装置；以及用于从所述三维图像数据生成来自所述一个或多个预定视点的相应二维图像的装置。
2、 如权利要求1所述的系统，还包括用于接收表示第一预定视点的 用户所选数据的装置；以及用于根据所述数据计算一个或多个其他预定视 点的相应坐标的装置。
3、 如权利要求2所述的系统，其中，所述用户所选数据通过以下得到 相对于所述所关注的结构或体而人工放置用于捕获所述三维图像数据的装 置。
4、 如权利要求l所述的系统，还包括用于在所述三维图像数据中识别所述所关注的结构或体的一个或多个特征的装置；以及用于根据所述特征计算与所述一个或多个预定视点相对应的相应坐标的装置。
5、 如权利要求l所述的系统，其中，所述二维图像对应于预定的二维超声心动图显象视图。
6、 一种方法，用于生成用于显示的、针对所关注的结构或体的、在各个不同坐标上的多个预定二维图像，所述方法包括以下步骤接收针对所述所关注的结构或体而获得的三维图像数据；针对所述所关注的结构或体 自动确定与一个或多个预定视点相对应的相应坐标；以及从所述三维图像 数据生成来自所述一个或多个预定视点的相应二维图像。
7、 一种显示设备，用于显示所关注的结构或体的图像，所述设备包括-如上定义的系统，用于生成针对所关注的结构或体的、在各个不同坐标上 的多个二维图像；以及显示装置，用于显示所述二维图像。
8、 如权利要求7所述的设备，还包括用于生成并显示相对于所述所关 注的结构或体的三维图像数据。
全文摘要
一种系统与方法，用于从针对患者的3D图像数据中生成用于显示的多个标准2D超声心动图显象视图。在一个实施例中，从业医生将3D探测器放置为，使得一个可视化平面对应于一个标准2D视图，然后使用预先计算的相对坐标来自动放置并生成其他标准2D视图。可替换地，使用标记提取算法来识别以下的特定特征根据所述特定特征能够放置相应的可视化平面并且生成标准2D视图。
文档编号G06T17/40GK101297326SQ200680039697
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月27日
发明者P·索莱尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司