专利名称：生成方位指示图的方法及装置及超声三维成像方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声三维成像方法及其系统，特别涉及超声三维成像中生成方位指示图的方法及其装置。
背景技术：
传统的医疗影像设备只能提供人体内部的二维图像，医生们只能凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，以此想象病灶与其周围组织的三维几何关系，这给治疗带来了困难。而三维可视化技术可以由一系列二维图像重建出三维形体，并在显示器显示出来。因此不仅能得到有关成像物体直观、形象的整体概念，而且还可以保存许多重要的三维信息。由于超声成像具有无创、无电离辐射以及操作灵活等明显优势，因此超声三维成像在医学临床上得到广泛的应用。三维超声系统可以获得扫描目标的三维视图和剖面视图。通常三维超声系统还支持用户对获得的三维视图和剖面视图的交互操作，包括旋转、缩放、平移、切换剖面视图、调节剖面位置等等。经过交互操作后，三维视图和剖面视图将处于特定的空间方位，用户必须能够对此方位做出辨认，否则将不能准确理解图像意义，导致无法有效地进行诊断。但如果希望用户凭借对三维图像和剖面图像内容的识别，或者对操作路径的记忆来辨认当前方位，这往往是不现实的，至少对于经验不足的用户是非常困难的。因此，为了提高易用性，三维超声系统需要提供一个准确、直观、形象的图形显示，以帮助用户辨认当前三维视图和剖面视图的方位，本文中称这样的图形为“方位指示图”。
发明内容
本发明的实施例公开了一种可以准确、直观、形象地表示剖面与超声扫描空间之间的位置关系的超声三维成像中生成方位指示图的方法及其装置，以及相应的三维超声成像方法及三维超声成像系统。本发明实施例公开的技术方案包括提供一种超声三维成像中生成方位指示图的方法，包括获取超声三维成像的采集定位参数；根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向；获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数；根据所述剖面参数建立剖面几何模型；确定所述剖面图像的剖面观察方向；按照与所述剖面图像与所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图；显示所述方位指示图。本发明实施例还提供一种超声三维成像中生成方位指示图的装置，包括重建六面体几何模型建立模块，用于获取超声三维成像的采集定位参数，并根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；三维观察方向确定模块，用于确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向；剖面几何模型建立模块，用于获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数，并根据所述剖面参数建立剖面几何模型；剖面观察方向确定模块用于确定所述剖面图像的剖面观察方向；方位指示图生成模块，用于按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。本发明实施例还提供一种超声三维成像方法，包括按照设定的采集定位参数进行超声扫描，获得原始体数据；对所述原始体数据进行重建并绘制，获得三维图像和剖面图像；根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向；获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数；根据所述剖面参数建立剖面几何模型；确定所述剖面图像的剖面观察方向；按照与所述剖面图像与所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图；显示所述三维图像和剖面图像； 显示所述方位指示图。本发明实施例还提供一种超声三维成像系统，包括探头、发射/接收选择开关、发射电路、接收电路、波束合成模块、信号处理模块、三维成像模块、显示器，所述三维成像模块包括重建模块和绘制模块，其特征在于所述三维成像模块还包括重建六面体几何模型建立模块，用于获取超声三维成像的采集定位参数，并根据所述采集定位参数进行建模， 建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；三维观察方向确定模块，用于确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向；剖面几何模型建立模块，用于获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数，并根据所述剖面参数建立剖面几何模型；剖面观察方向确定模块用于确定所述剖面图像的剖面观察方向；方位指示图生成模块，用于按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。本发明实施例建立表示超声真实扫描空间重建六面体几何模型和表示剖面窗口的剖面几何模型，并根据剖面与超声扫描空间之间的位置关系生成方位指示图，可以准确、 直观、形象地表示三维成像中剖面图像与超声扫描空间的位置关系。
图1为超声三维成像系统结构框图；图2为本发明实施例的三维成像方法流程图；图3为本发明一个实施例的生成方位指示图的方法的流程图；图4为本发明实施例的超声扫描空间的示意图；图5为本发明另一实施例的生成方位指示图的方法的流程图；图6为本发明一个实施例的生成方位指示图的装置的框图；图7为本发明另一实施例的生成方位指示图的装置的框具体实施例方式如图1所示，为本发明一个实施例的三维超声成像系统的结构框图。三维超声成像系统包括探头2、发射/接收选择开关3、发射电路4、接收电路5、波束合成模块6、信号处理模块7、三维成像模块8、显示器9。发射电路4将一组经过延迟聚焦的脉冲发送到探头 2，探头2向受测机体组织(图中未示出)发射超声波，经一定延时后接收从受测机体组织反射回来的带有组织信息的超声回波，并将此超声回波重新转换为电信号。接收电路5接收这些电信号，并将这些超声回波信号送入波束合成模块6。超声回波信号在波束合成模块6完成聚焦延时、加权和通道求和，再经过信号处理模块7进行信号处理。经过信号处理模块7处理的信号送入三维成像模块8，经过三维成像模块8处理，得到三维图像等可视信息，然后送入显示器9进行显示。三维成像模块8的处理流程如图2所示，主要包括三个环节，一是采集，二是重建， 三是绘制。采集环节，就是获取三维超声体数据，得到原始体数据的过程，目前主要有两种方法第一种使用自由臂扫描，进而以离线方式获取三维体数据；另一种则使用专门的容积探头进行扫描，从而可以得到实时的三维体数据。重建环节，是将采集的体数据变换到直角坐标，从而得到相对位置与真实空间一致的重建体数据的过程，这样在下一步的绘制环节中才能得到准确的、没有变形的成像结^ ο绘制环节，是对重建体数据使用可视化算法进行计算，从而获得可视信息，并以显示设备进行显示的过程。采集环节得到的原始体数据，经过重建环节得到重建体数据；绘制环节接收重建体数据并接受用户的交互操作，经计算得到可视信息，于是完成了三维成像过程。本发明实施例中，前述体数据的采集和对体数据进行重建并绘制三维图像的方法可以采用业内常用的方法，在此不再赘述。三维超声成像中，需要对包含成像目标在内的整个空间区域进行扫描，发射超声波并接收超声回波，以获得这个空间区域内的组织或其它目标(器官、血流等等)的信息。 我们称这个空间区域为“超声扫描空间”。三维成像对体数据以三维可视化算法进行绘制，得到的图像称为三维图像，显示于三维视图；而若绘制出体数据在某个平面进行剖切得到的图像，则称为剖面图像，显示于剖面视图。称垂直于视图且指向前方的向量为视图的观察方向。对于三维视图，为三维观察方向，也即三维图像的三维观察方向；对于剖面视图，为剖面观察方向，也即剖面图像的剖面观察方向。三维超声系统的界面通常同时显示一个三维视图和三个剖面视图，通常三个剖面视图的观察方向相互垂直，且其中一个与三维视图的观察方向相同，另两个与三维视图的观察方向垂直。当然，三维超声系统的界面也可以同时显示任意多个三维视图和任意多个剖面视图，且多个剖面视图的观察方向与三维视图的观察方向不平行和/或不垂直。 可以根据实际需求而灵活设定。如前文所述，为了提高易用性，本发明实施例的三维超声系统提供一个准确、直观、形象的方位指示图，以帮助用户辨认当前三维视图和剖面视图的方位。因此，本发明实施例中，在绘制环节，还包括生成方位指示图的步骤。根据采集环节确定的采集定位参数、 初始的三维观察方向和剖面观察方向、用户交互操作产生的三维交互信息和剖面交互信息等等信息，生成方位指示图，并将生成的方位指示图与绘制出来的三维视图同时显示在显示器中。图3为本发明一个实施例的生成方位指示图的流程图。如图3所示，本实施例中， 生成方位指示图包括根据超声扫描的采集定位参数进行建模，建立代表超声扫描空间的重建六面体几何模型；确定三维图像的三维观察方向和剖面图像的剖面观察方向；建立代表所述剖面图像所在的剖面窗口的剖面几何模型；按照与剖面图像与超声扫描空间之间的位置关系相同的位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型， 获得方位指示图。下面针对各步骤进行详细描述。1.根据超声扫描的采集定位参数进行建模，建立代表超声扫描空间的重建六面体几何模型；在重建环节中，经过重建后得到的体数据为“重建体数据”，如图4中的框架区域所示。重建体数据中的有效部分构成一个特定形状的几何体，它代表了实际扫描空间，同时是原始体数据的映射空间，本文中称该几何体为“重建六面体”。对于各种采集模式，重建六面体的形状各不相同，如图4中的框架内部的几何体所示。重建六面体可以用图形的方式进行表达，该表达仅仅取决于采集定位参数。这些采集定位参数在用超声探头进行扫描的时候即已通过系统预设或用户的交互操作确定。以凸阵平扫采集模式为例，其重建六面体为扇柱状，其六个表面包括四个平面和两个圆柱面；利用采集定位参数逐一计算出各个表面的方程，就可以给出重建六面体的图形表达。利用采集环节确定的采集定位参数进行建模，得到图形方式表达的重建六面体几何模型。重建六面体的表面由六个曲面组成，对于不同的采集模式，其曲面类型各不相同， 如表1所示表1重建六面体表面的曲面类型
权利要求
1.一种超声三维成像中生成方位指示图的方法，其特征在于包括 获取超声三维成像的采集定位参数；根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向； 获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数； 根据所述剖面参数建立剖面几何模型； 确定所述剖面图像的剖面观察方向；按照与所述剖面图像与所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系， 根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图； 显示所述方位指示图。
2.如权利要求1所述的生成方位指示图的方法，其特征在于根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型包括根据所述采集定位参数确定重建六面体各表面的曲面类型根据所述采集定位参数和确定的曲面类型计算所述重建六面体各表面的曲面方程，获得重建六面体几何模型。
3.如权利要求1所述的生成方位指示图的方法，其特征在于根据所述剖面参数建立剖面几何模型包括确定所述剖面窗口的形状；根据所述剖面窗口的形状，计算所述剖面窗口的各条边的曲线方程，获得剖面几何模型。
4.如权利要求3所述的生成方位指示图的方法，其特征在于所述确定所述剖面窗口的形状还包括接收输入的对剖面窗口的形状的交互信息；根据所述对剖面窗口的形状的交互信息，更新所述剖面窗口的形状。
5.如权利要求1所述的生成方位指示图的方法，其特征在于所述确定所述三维图像的三维观察方向还包括接收输入的对三维图像的交互信息；根据所述对三维图像的交互信息，更新所述三维观察方向。
6.如权利要求1所述的生成方位指示图的方法，其特征在于所述确定所述剖面图像的剖面观察方向还包括接收输入的对剖面图像的交互信息；根据所述对剖面图像的交互信息，更新所述剖面观察方向。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的生成方位指示图的方法，其特征在于还包括 确定相对于所述三维观察方向的偏转角；根据所述三维观察方向和所述偏转角，获得方位指示图观察方向； 其中按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述方位指示图观察方向绘制所述重建六面体模型，根据所述剖面观察方向绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。
8.如权利要求1所述的生成方位指示图的方法，其特征在于还包括确定对所述重建六面体几何模型和/或所述剖面几何模型进行渲染的材质；用所述材质对所述重建六面体几何模型和/或所述剖面几何模型的至少一个面进行渲染。
9.如权利要求8所述的生成方位指示图的方法，其特征在于用所述材质对所述重建六面体几何模型和/或所述剖面几何模型的至少两个面进行渲染，其中至少两个面的渲染使用的材质不同。
10.一种超声三维成像中生成方位指示图的装置，其特征在于包括重建六面体几何模型建立模块，用于获取超声三维成像的采集定位参数，并根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；三维观察方向确定模块，用于确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向；剖面几何模型建立模块，用于获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数，并根据所述剖面参数建立剖面几何模型；剖面观察方向确定模块用于确定所述剖面图像的剖面观察方向；方位指示图生成模块，用于按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。
11.如权利要求10所述的生成方位指示图的装置，其特征在于所述重建六面体几何模型建立模块包括曲面类型确定单元，用于根据所述采集定位参数确定重建六面体各表面的曲面类型第一计算单元，用于根据所述采集定位参数和确定的曲面类型计算所述重建六面体各表面的曲面方程，获得重建六面体几何模型。
12.如权利要求10所述的生成方位指示图的装置，其特征在于所述剖面几何模型建立模块包括剖面形状确定单元，用于确定所述剖面窗口的形状；第二计算单元，用于根据所述剖面窗口的形状，计算所述剖面窗口的各条边的曲线方程，获得剖面几何模型。
13.如权利要求10所述的生成方位指示图的装置，其特征在于所述三维观察方向确定模块还包括第一观察方向更新单元，用于接收输入的对三维图像的交互信息，并根据所述对三维图像的交互信息，更新所述三维观察方向。
14.如权利要求10所述的生成方位指示图的装置，其特征在于所述剖面观察方向确定模块还包括第二观察方向更新单元，用于接收输入的对剖面图像的交互信息，并根据所述对剖面图像的交互信息，更新所述剖面观察方向。
15.如权利要求12所述的生成方位指示图的装置，其特征在于所述剖面形状确定单元还包括剖面形状更新子单元，用于接收输入的对剖面窗口的形状的交互信息，并根据所述对剖面窗口的形状的交互信息，更新所述剖面窗口的形状。
16.如权利要求10至15中任意一项所述的生成方位指示图的装置，其特征在于还包括偏转角确定模块，用于确定相对于所述三维观察方向的偏转角； 方位指示图观察方向计算模块，用于根据所述三维观察方向和所述偏转角，计算方位指示图观察方向；其中所述方位指示图生成模块按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述方位指示图观察方向绘制所述重建六面体模型， 根据所述剖面观察方向绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。
17.如权利要求10所述的生成方位指示图的装置，其特征在于还包括渲染模块，用于确定对所述重建六面体几何模型和/或所述剖面几何模型进行渲染的材质并用所述材质对所述重建六面体几何模型和/或所述剖面几何模型的至少一个面进行渲染。
18.—种超声三维成像方法，其特征在于包括按照设定的采集定位参数进行超声扫描，获得原始体数据； 对所述原始体数据进行重建并绘制，获得三维图像和剖面图像； 根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向； 获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数； 根据所述剖面参数建立剖面几何模型； 确定所述剖面图像的剖面观察方向；按照与所述剖面图像与所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系， 根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图； 显示所述三维图像和剖面图像； 显示所述方位指示图。
19.一种超声三维成像系统，包括探头、发射/接收选择开关、发射电路、接收电路、波束合成模块、信号处理模块、三维成像模块、显示器，所述三维成像模块包括重建模块和绘制模块，其特征在于所述三维成像模块还包括重建六面体几何模型建立模块，用于获取超声三维成像的采集定位参数，并根据所述采集定位参数进行建模，建立重建六面体几何模型，所述重建六面体几何模型表示超声扫描空间；三维观察方向确定模块，用于确定超声三维成像中的三维图像的三维观察方向； 剖面几何模型建立模块，用于获取超声三维成像中的显示剖面图像的剖面窗口的剖面参数，并根据所述剖面参数建立剖面几何模型；剖面观察方向确定模块用于确定所述剖面图像的剖面观察方向； 方位指示图生成模块，用于按照与所述剖面图像和所述超声扫描空间之间的空间位置关系相同的空间位置关系，根据所述三维观察方向绘制所述重建六面体几何模型，根据所述剖面观察方向，绘制所述剖面几何模型，获得方位指示图。
全文摘要
本发明实施例公开了一种超声三维成像中生成方位指示图的方法及装置，包括获取超声三维成像的采集定位参数和剖面窗口的剖面参数；根据采集定位参数建立重建六面体几何模型；确定三维观察方向和剖面观察方向；根据剖面参数建立剖面几何模型；按照剖面图像与超声扫描空间之间的空间位置关系，根据三维观察方向绘制重建六面体几何模型，根据剖面观察方向绘制所面几何模型，获得方位指示图。本发明实施例建立表示超声真实扫描空间重建六面体几何模型和表示剖面窗口的剖面几何模型，并根据剖面与超声扫描空间之间的位置关系生成方位指示图，可以准确、直观、形象地表示三维成像中剖面图像与超声扫描空间的位置关系。
文档编号A61B8/00GK102397082SQ20101028528
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者佘跃, 姚斌, 田勇 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司