立體三維或四維超聲成像的制作方法

專利名稱：立體三維或四維超聲成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維成像。具體地說，涉及描繪體積的超聲圖像。
背景技術(shù)：
在CRT或平板監(jiān)視器上以二維圖像的形式顯示三維表示。通過各種再現(xiàn)方法(例如，不透明度、平滑濾波、濃淡處理、邊緣增強(qiáng)和其它技術(shù))來實現(xiàn)受限的三維效果或深度感覺。
已經(jīng)出現(xiàn)用于計算機(jī)游戲、戰(zhàn)爭模擬、電影和電視的各種立體圖像。這些產(chǎn)品以視頻顯示速率提供三維目標(biāo)的立體視圖。與三維表示的二維圖像比較，三維效果獲得了改善。
三維立體圖像已經(jīng)用于通常的醫(yī)學(xué)成像和培訓(xùn)。已經(jīng)利用脫機(jī)產(chǎn)品(例如，與超生成像系統(tǒng)分離的工作站)來產(chǎn)生和顯示立體超聲圖像。Vivid超聲胎兒立體圖像就是使用Siemens的SXD3 3D彩色平板立體顯示監(jiān)視器生成的。

發(fā)明內(nèi)容
作為引言，下面說明的最佳實施例包括用于醫(yī)學(xué)診斷的三維超聲立體成像?？梢杂脕砝寐暷芰繏呙栉矬w的醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)也可以用來產(chǎn)生物體的三維立體視圖。視頻處理單元和/或顯示裝置形成立體顯示器。
在第一方面，提供一種用于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)。超聲成像系統(tǒng)可以用來利用超聲換能器產(chǎn)生表示物體的數(shù)據(jù)。超生成像系統(tǒng)包括三維圖像處理器，后者可以用來隨數(shù)據(jù)而變地再現(xiàn)第一和第二三維表示。所述第一和第二三維表示與第一和第二不同視角對應(yīng)，分別模擬左眼和右眼的視圖。立體顯示器或者同時或者以高刷新率順序地顯示第一和第二三維表示。
在第二方面，提供一種醫(yī)學(xué)診斷超聲成像方法。利用超聲成像系統(tǒng)獲取表示區(qū)域的超聲數(shù)據(jù)。利用超聲成像系統(tǒng)分別從第一和第二不同視見方向再現(xiàn)所述區(qū)域的第一和第二三維表示。通過超聲成像系統(tǒng)、利用第一和第二三維表示產(chǎn)生所述區(qū)域的立體顯示。
在第三方面，提供一種醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)具有視頻處理單元可以用來分別以第一和第二不同視角輸出同一區(qū)域的第一和第二三維表示。顯示器可以用來或者同時或者順序地顯示第一和第二三維表示。頭盔式裝置可以用來與顯示器一道提供區(qū)域的立體顯示。
本發(fā)明由后附的權(quán)利要求書限定，因而不應(yīng)當(dāng)把本節(jié)中的內(nèi)容看作對所述權(quán)利要求的限制。下面將結(jié)合最佳實施例討論本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點，以后可能對它們提出保護(hù)的要求。


部件和示圖不需要進(jìn)行比例變換，重點是說明本發(fā)明的原理。而且所有不同視圖中相同的標(biāo)號表示對應(yīng)的另件。
圖1是用于立體成像的醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)的第一實施例的方框圖；圖2是用于立體成像的醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)的第二實施例的方框圖；圖3是利用超聲系統(tǒng)的立體觀察的一個實施例的圖形表示；圖4是同步電路的一個實施例的圖形表示；圖5是利用超聲系統(tǒng)的立體觀察的另一個實施例的圖形表示；圖6是利用超聲系統(tǒng)的立體觀察的又一個實施例的圖形表示；圖7是利用超聲系統(tǒng)的三維觀察方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
立體視頻顯示系統(tǒng)結(jié)合在超聲成像設(shè)備中。傳統(tǒng)的超聲成像系統(tǒng)的視頻路徑可以與個人計算機(jī)或工作站不同。一種不同在于，除了圖形卡之外，超聲系統(tǒng)具有附加的視頻處理器單元。所述附加的視頻處理單元將帶有患者登記信息、醫(yī)院信息、成像參數(shù)等的圖形覆蓋加到圖像中并控制其它圖像顯示裝置的視頻輸出/輸入，例如，將圖像傳送給DICOM工作站、CD燒錄器、光學(xué)驅(qū)動器、DVD燒錄器、VCR和打印機(jī)。圖形卡與個人計算機(jī)或工作站使用的圖形卡相似，但是附加的視頻處理單元通常是客戶設(shè)計裝置。
與一些其它醫(yī)學(xué)成像形式相比，超聲成像系統(tǒng)具有實時能力、可移動性和低成本。能夠在超聲系統(tǒng)上對超聲三維(3D)圖像作立體觀察可以改善圖像質(zhì)量、3D效果(例如，光澤、閃爍和表面發(fā)出更亮麗的光彩)、深度感覺、信噪比、解剖學(xué)定位、工作流程、通過量和/或能實時立體觀察解剖(例如，與時間有關(guān)的四維(4D)或3D)。利用超聲系統(tǒng)而不是脫機(jī)的個人計算機(jī)或工作站產(chǎn)生立體超聲3D/4D圖像。
可以產(chǎn)生胎兒臉、胎兒四肢、整個胎兒體、膽囊結(jié)石、囊狀物、腎脈管系統(tǒng)、任何血管系統(tǒng)圖像、新生兒大腦、橫向頭蓋骨成像和心臟的立體超聲圖像。附加的深度信息可以更快和/或更容易分析復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。通過提供具有提高的視覺環(huán)境水平的三維圖像可以擴(kuò)充應(yīng)用范圍。這些應(yīng)用包括外科手術(shù)計劃、教學(xué)和培訓(xùn)工具、虛擬活組織檢查工具、提供超聲圖像的虛擬逼真顯示基礎(chǔ)和/或與”腔內(nèi)模擬內(nèi)窺鏡(fly-through)”顯示技術(shù)一起的應(yīng)用以及虛擬透視照相機(jī)視圖成像。
圖1示出用于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括超聲成像系統(tǒng)12和立體顯示器14。超聲成像系統(tǒng)12是醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)，它用于在立體顯示器14上產(chǎn)生一幅或一幅以上的圖像。超聲成像系統(tǒng)12包括發(fā)送波束形成裝置16、換能器18、接收波束形成裝置20、檢測器22、掃描變換器24、三維處理器26和視頻處理單元28。此外，可以提供不同的或較少的部件。例如，不提供三維處理器26或掃描變換器24。作為另一個例子，可以對三維處理器26、掃描變換器24和視頻處理單元28進(jìn)行任意組合。視頻處理單元28能夠以不同的視角輸出同一區(qū)域的多幅三維表示。不同的表示代表在同一時間不同視角(例如，與左眼和右眼相關(guān))的立體顯示的區(qū)域?？梢允褂萌魏纬暢上裣到y(tǒng)12，例如，由Siemens、Philips、GeneralElectric或Toshiba制造的卡系統(tǒng)(cart based system)?？梢蕴峁┍銛y式、手提式或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)。超聲成像系統(tǒng)12具有獲取超聲數(shù)據(jù)或?qū)ξ矬w(例如，患者)掃描的能力，并產(chǎn)生相應(yīng)的圖像。例如，當(dāng)聲譜儀把換能器定位在患者體上或體內(nèi)時，可以利用超聲成像系統(tǒng)12提供序列圖像。
圖2示出圖1的系統(tǒng)10的另一個實施例。視頻處理單元28被分成兩個部件立體圖形處理器28A和視頻組合器28B。為控制處理器或中央處理單元提供個人計算機(jī)類型的體系結(jié)構(gòu)30。結(jié)構(gòu)30可以是任何形式，例如，Intel的AGP結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)30包括中央處理單元、存儲器或外部芯片集或橋、存儲器、端口或總線可以連接音頻、網(wǎng)絡(luò)、USB、用戶輸入裝置(例如，人機(jī)接口)、硬盤驅(qū)動器或其它部件中的任何一種或一種以上。其它端口或橋用于與立體圖形處理器28A和/或PCI橋32連接。PCI橋32將結(jié)構(gòu)30連接到超聲成像系統(tǒng)12的前端。所述前端的波束形成裝置20、16執(zhí)行發(fā)送和接收波束形成的操作。一些信號處理(例如，基帶濾波或合成線產(chǎn)生)也可以由前端波束形成裝置20、16實現(xiàn)。圖像處理和掃描變換由起檢測器22和掃描變換器24作用的后端提供。檢測器22將視頻或同相和正交信號變換成B方式成像的幅度視頻信號或流信號的速度、頻率、方差或能量。可以提供其它圖像處理或濾波。掃描變換器24將獲取數(shù)據(jù)從獲取格式變換到二維笛卡兒坐標(biāo)系，用于在二維顯示裝置上顯示。在另一個實施例中，掃描變換器24被旁路或起三維處理器26的作用。
視頻組合器28B可以是硬連接的或通過總線與圖形處理器28。視頻組合器28B將后端系統(tǒng)22、24產(chǎn)生的圖像與圖形處理器28A產(chǎn)生的圖形覆蓋復(fù)合。圖形覆蓋包括患者登記、醫(yī)院、聲譜儀、日期、時間、成像參數(shù)設(shè)置或其它與給定圖像或圖像集相關(guān)聯(lián)的信息。圖形覆蓋可以是紋理、圖形或紋理和圖形兩者。然后組合信息被傳送給輸入/輸出板或用于在立體顯示器14上顯示。
發(fā)送波束形成裝置16產(chǎn)生在各種方式(例如B方式或流方式)下工作的發(fā)送波形。換能器18響應(yīng)發(fā)送波形而產(chǎn)生聲能。聲發(fā)送波束的回波由換能器18接收。把結(jié)果電信號提供給接收的波束形成裝置20，用于產(chǎn)生接收波束?？梢允褂酶鞣N掃描格式(聚焦波形、平面波形或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的超聲掃描技術(shù))中的任何一種。檢測器22檢測信號的強(qiáng)度、功率、幅度、頻率、速度、能量、造影劑、諧波信息或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的接收信號的特性。掃描變換器24將接收到的信息變換成顯示器14使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。在一個實施例中，由掃描變換信息再現(xiàn)三維表示。在另一個實施例中，在沒有由掃描變換器24進(jìn)行的掃描變換的情況下由數(shù)據(jù)再現(xiàn)三維表示。
三維處理器26是通用處理器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門電路陣列、數(shù)字電路、圖形處理單元、圖形卡、它們的組合或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的用于再現(xiàn)三維表示的設(shè)備。在圖2所示的實施例中，以結(jié)構(gòu)30的中央處理單元或后端的形式實現(xiàn)三維處理器26。例如，CPU與圖形卡28A一起利用開放的GL驅(qū)動程序或其它驅(qū)動程序產(chǎn)生模擬左眼和右眼視角的體積的不同視圖。所述不同視圖是通過從獲取的網(wǎng)格到三維重構(gòu)網(wǎng)格的內(nèi)插數(shù)據(jù)產(chǎn)生的。此外，所述數(shù)據(jù)保留它的獲取格式?？梢允褂米畲笾怠⒆钚≈?、平均值或其它投影再現(xiàn)。例如，通過重構(gòu)三維網(wǎng)格來擴(kuò)展與視角并行的多條線。可以利用與這些線行相鄰或在這些線行的每一線上的數(shù)據(jù)來確定每一個像素或通過網(wǎng)格擴(kuò)展的線的值。可以選擇最大值、最小值、最接近閾值的值、平均值或沿每一條線的其它值。在另一個實施例中，提供表面再現(xiàn)或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的三維成像技術(shù)。通過計算左眼和右眼的位置，可以確定用于同一體積或三維重構(gòu)的兩個不同的視角?？梢灾貥?gòu)與同一數(shù)據(jù)有關(guān)的不同三維表示，這些表示與不同的視角對應(yīng)。
三維處理器26基本上同時以并行或順序的形式輸出與兩個不同視角相關(guān)聯(lián)的三維表示。當(dāng)用戶位置相對于掃描體積改變時，一個或兩個視角發(fā)生變化。可以在用戶透視圖移動或不移動的情況下實時地再現(xiàn)三維表示的連續(xù)序列或者進(jìn)行4D成像。對于順序輸出，以成對或其它分組形式輸出與每一個視角相關(guān)聯(lián)的表示，以便基本上同時地提供每一個視角的視圖。每一個視角或兩個視角的輸出速率與視頻處理單元28、圖像幀的顯示速率或它們的組合同步。
圖3示出立體觀察的一個實施例。兩個不同的三維表示40和42被定位在數(shù)據(jù)幀46的子場44中。在所示的例子中，表示40、42中的每一個都為800×600像素，但是可以提供較高或較低的分辨率。兩個不同視圖被復(fù)合成頂部子幀和底部子幀44。在另一個實施例中，兩個不同視圖被組合成左或右或其它子幀。通過濾波、十中取一采樣或其它組合，視圖40、42中的每一個沿一維或多維被降低了分辨率?；蛘?，數(shù)據(jù)幀46具有例如與激光器相關(guān)聯(lián)的提高的分辨率或未降低分辨率。每一個新數(shù)據(jù)幀46由左和右視圖或表示40、42重構(gòu)。在一個實施例中，三維處理器26將兩個不同的表示40、42復(fù)合。在另一個實施例中，視頻處理單元28將表示40、42復(fù)合?？梢詫Ρ硎净驈?fù)合表示46中的每一個進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，例如，MPEG或AVI數(shù)據(jù)壓縮和DICOM兼容?？梢蕴峁┎煌膱D像尺寸、成像速率或比特速率。
由于每一個輸出數(shù)據(jù)幀46都與兩個不同的視圖40、42相關(guān)聯(lián)，因此，提高了同步脈沖速率。例如，把垂直、水平或垂直和水平兩者的同步脈沖輸出到同步電路48。同步電路48是用于提高與數(shù)據(jù)幀46相關(guān)聯(lián)的同步速率的晶體管、處理器、振蕩器、鎖相環(huán)、比較器、數(shù)字電路、模擬電路或它們的組合。例如，在子場44為頂部子場和底部子場的情況下，同步電路48檢測數(shù)據(jù)幀46的垂直同步脈沖。垂直同步脈沖速率被加倍。在每一個檢測到的垂直同步脈沖當(dāng)中產(chǎn)生脈沖或者對于每一個垂直同步脈沖產(chǎn)生兩個脈沖。例如，以60赫提供數(shù)據(jù)幀46。垂直同步脈沖加倍到120赫。在提供并列子場44的情況下，它們的水平同步脈沖被加倍，用于順序地顯示表示40、42。
數(shù)據(jù)幀46和改變的同步信息被傳送給圖1和2所示的視頻處理單元28。視頻處理單元28是圖形處理器、圖形卡、視頻組合器、緩沖區(qū)、數(shù)字電路、模擬電路、它們的組合或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的視頻圖形裝置，用于由輸入圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動顯示器。在一個實施例中，同步電路48被插入視頻處理單元28中或與視頻處理單元28分離。提供單一視頻通道，用于輸入數(shù)據(jù)幀46并將其輸出給顯示器14的監(jiān)視器。由于提供復(fù)合數(shù)據(jù)幀46，所以圖形成處理單元28可以以60赫的同步速率工作。或者，可以提供提高的工作速率。
視頻處理單元28可以用來將不同的三維表示40、42與數(shù)據(jù)幀46的子場44分離。外推、內(nèi)插或其它處理可以用于提高表示40、42中的每一個的分辨率，例如，將分辨率從壓縮內(nèi)容的數(shù)據(jù)幀46提高到原始表示40、42的800×600。在一個實施例中，沿一維的每一條線都被加倍，然后進(jìn)行低通濾波。在將表示40、42分離之后，視頻處理單元28產(chǎn)生隨提高的同步速率而變的表示40、42的順序顯示。以60赫的原始刷新速率順序地顯示左和右視圖。由于兩個視圖都以60赫順序顯示，因而提供120赫的同步。
如圖4所示，開關(guān)50、52或其它裝置可以用于控制立體顯示器14與圖像的產(chǎn)生同步。同步電路48產(chǎn)生左和右同步信號。所述同步信號是直接信號，50％的占空比信號表示左和右場或包含在控制通道中的DVI信號。在一個實施例中，所述開關(guān)與紅外發(fā)光二極管一起工作，以便觸發(fā)快門目鏡。開關(guān)50、52位于快速響應(yīng)的發(fā)光二極管附近。對于單視場觀察，開關(guān)50、52不工作，讓觀察者能夠用雙眼同時觀察。
在一個實施例中，圖1或2的系統(tǒng)10提供非單視場觀察的立體觀察。此外，視頻處理單元28以立體和單視場兩種方式工作。工作方式由用戶選擇或默認(rèn)給定的方式，例如，當(dāng)立體觀察裝置與超聲成像系統(tǒng)12連接時，默認(rèn)立體觀察。在單視場工作的情況下，用于立體工作的電路被旁路。
視頻處理單元28在立體和單視場方式之間選擇工作方式，這些工作方式與圖3和4所示的同步電路48輸出的同步脈沖特性有關(guān)。在一個實施例中，為單視場和立體方式之間的切換提供控制成像軟件的剛性開關(guān)或不依賴于開關(guān)的按鈕。例如，永久編碼按鈕或基于軟件的選擇按鈕允許用戶與超聲成像系統(tǒng)12的其它操作無關(guān)地進(jìn)行切換。切換激活用于控制視頻處理單元28的開關(guān)或其它裝置。軟件可以用來響應(yīng)用戶的輸入而以電子學(xué)方法在方式之間進(jìn)行切換。
專用控制寄存器可以用于表示在具體方式下的操作。在另一個實施例中，視頻處理單元28按照同步脈沖表示的方式工作。如圖4中所示，可以用同步脈沖的極性、同步脈沖的寬度或同步脈沖的其它特性變化來表示立體或單視場方式。例如，正同步脈沖表示在一種方式中工作，負(fù)脈沖表示在另一種方式中工作。作為另一個例子，寬的同步脈沖(例如，6線或6線以上)可以表示在一種方式下工作，而正常的或較小寬度的同步脈沖可以表示在另一種方式下工作。在又一個實施例中，特性的變化表示從當(dāng)前方式到另一種方式的方式切換。
作為對表示40、42的子場44復(fù)合數(shù)據(jù)幀46的替代方案，視頻處理單元28可以用來以提高的處理速率順序地接收三維表示40、42，如圖5中所示。例如，視頻處理單元28的時鐘速率和/或處理速率被提高到以100赫以上接收順序數(shù)據(jù)幀。以100赫以上的相同速率提供垂直同步速率。例如，對于相同的輸入，各自以60赫順序地向視頻處理單元28提供不同的三維表示40、42。順序輸入速率象視頻處理單元28的接收那樣約為120赫。為每一個不同的表示40、42提供垂直同步脈沖，提供約120赫的輸入同步脈沖。可以在不進(jìn)行抽取或不降低分辨率的情況下提供表示40、42。視頻處理單元28順序地向顯示器14輸出表示40、42。在一個實施例中，視頻處理單元28包括緩沖區(qū)或存儲器，所述緩沖區(qū)或存儲器起用于以足夠高的速率(例如，90赫或更高)順序地裝入和輸出表示40、42的頁面翻轉(zhuǎn)的作用。
圖6示出用于操作視頻處理單元20的又一個實施例。提供分離的視頻路徑51、53。每一個視頻路徑包括提供給分離的視頻處理單元28i、28ii的相應(yīng)的表示40、42。以顯示器14上的圖像的形式產(chǎn)生單獨處理過的表示40、42。分離的視頻路徑51、53維持時間和空間分辨率，但是可能需要附加的硬件。例如，提供4個緩沖區(qū)，2個用于輸入不同視圖40、42中的每一個，2個用于輸出不同視圖。而且，如果每一個眼睛或視角一個通道，那么可能把顯示器14限制于單個用戶，。
視頻處理單元28還可以用來復(fù)合一個或一個以上的三維表示上的覆蓋圖形。例如，覆蓋圖形的第一部分以第一視角復(fù)合在一個三維表示上，覆蓋圖形的第二部分以另一個視角復(fù)合在另一個三維表示上。覆蓋圖形的不同部分與不同的三維表示復(fù)合在一起。例如，在圖3所示的子場的立體處理中，圖形被分成偶線和奇線。所述偶線與抽取的表示復(fù)合，所述奇線與另一個表示復(fù)合?？梢允褂貌皇瞧婢€和偶線分法的其它分法。當(dāng)把不同的視圖順序地提供給用戶時，用戶的眼睛或大腦將來自不同視圖的圖形覆蓋結(jié)合一起形成全分辨率紋理顯示。對于任何非立體觀察的顯示，可以采用可視化集成程序來恢復(fù)分辨率。
由于復(fù)合不同部分，在立體顯示器14中產(chǎn)生的圖形覆蓋可能具有單視場表觀。由于三維表示是同一區(qū)域的不同視圖，立體顯示就包含了單視場覆蓋圖形。Doppler或M方式圖形也可以分割，并且象單視場顯示的圖形覆蓋與立體B方式圖像的復(fù)合那樣，與不同的視圖復(fù)合。在其它可供選擇的方案中，產(chǎn)生用于立體觀察的圖形覆蓋并將其提供給每一個不同的視圖。
視頻處理單元28具有一個或一個以上的端口。可以提供多個輸出端口。向可能同時觀察立體顯示的每一個用戶提供輸出端口?；蛘撸鄠€用戶也可以觀察在單個輸出端口上提供的同一顯示。在還有另一個可供選擇的實施例中，在視頻處理單元28或超聲成像系統(tǒng)12外面的分束器允許多個用戶觀察同一顯示。所述輸出為立體顯示器14的操作部分提供控制信號。例如，提供給監(jiān)視器或顯示器的RGB值或其它圖像信息。如圖4所示，由開關(guān)50、52輸出的附加控制信號用于操作顯示器14的其它部分，例如，快門。作為另一個例子，分離的視頻輸出提供給立體顯示中左視圖和右視圖中的每一個。在一個實施例中，所述輸出還支持二維視頻信號和通用視頻格式，例如NTSC/PAL和VGA/XVGA。
提供用戶輸入裝置，用于操作超聲成像系統(tǒng)12。用戶輸入裝置是鍵盤、旋鈕、按鈕、滑動觸頭、觸摸屏、鼠標(biāo)、跟蹤球、觸摸鍵盤、或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的用戶和計算機(jī)之間的接口裝置。用戶輸入裝置接收用于產(chǎn)生不同的三維表示的輸入，例如，表示通用視角的輸入。然后根據(jù)通用視角確定左眼和右眼的視角。用戶輸入裝置也可以用于表示在立體和單視場觀察之間的選擇。例如，提供用于在兩種不同的觀察方式之間直接切換的按鈕或其它裝置。作為另一個例子，選擇與三維成像相關(guān)聯(lián)的軟件表示切換到立體視圖。作為再一個例子，提供立體觀察裝置到超聲成像系統(tǒng)12的連接作為用戶的輸入裝置，用于切換到立體觀察方式。
立體顯示器14可以用來基本上同時地從兩個或兩個以上的視圖顯示三維表示。顯示器14順序地顯示不同的表示或并行顯示不同的表示。
如果出現(xiàn)2D圖像運動，人的大腦能夠構(gòu)造3D信息。對于每一個給定的時間，單個圖像的自動動畫(例如，通過隨時間而變的多個視角躺下的物體)允許用戶觀察物體的三維表示序列。所述動畫是單個物體，不是實時掃描或電影循環(huán)播放(例如，不是4D成像)。所述3D效果不是很好，一旦運動停止所述效果就停止。
立體成像可以提供更符合需要的3D效果。人們怎樣看到立體圖像的原理是眾所周知的。每一個眼睛都產(chǎn)生2D的視網(wǎng)膜圖像。大腦利用左眼和右眼的兩個圖像構(gòu)造立體或3D圖像。視角的稍微不同(眼睛的視差)是大腦用來構(gòu)造立體圖像的基本因素。立體顯示器14基于向左眼顯示左表示而向右眼顯示右表示的原理。立體顯示的兩種方法或通用分類是自動立體觀察和利用觀察裝置的立體觀察。
自動立體顯示器14包括全息照相、立體顯示(例如，多層LCD)和定向投影(例如，圖像在每一個眼睛上的投影)。其它自動立體顯示器14是利用固定焦點的自由觀察、雙凸透鏡裝置、視差阻擋層(例如棱鏡)、視差照明或移動狹縫以便交替地遮擋左眼和右眼觀察。自動立體方法不需要使用任何額外的觀察裝置(例如，眼鏡)。自動立體顯示器14可以使用復(fù)雜的或昂貴的硬件為多個觀察者產(chǎn)生滿意的結(jié)果。許多自動立體顯示器14通常都限制在最好的觀察位置，并可能容易引起頭暈。如果需要多個視角(例如，同時由不同的人觀察)時，分辨率的畸變，特別是在橫向可能快速增加。自動立體觀察裝置當(dāng)前存在的另一個缺點是它們不能在立體和單視場顯示之間切換。
其它立體顯示器14包括立體視鏡、頭盔顯示裝置(例如，LCD鏡片或投影儀鏡片)、立體彩色照相(例如，彩色編碼鏡片或觀察鏡片)、偏振(例如，空間復(fù)用或場順序)或順序觀察(例如，快門鏡片)。這些立體顯示器14可以包括監(jiān)視器(例如，CRT、LCD或投影儀)及附加裝置(例如鏡片)，與監(jiān)視器相互作用提供立體觀察的其它監(jiān)視器或其它裝置。所述監(jiān)視器是一種與附加裝置彼此隔開的顯示裝置，例如，與頭盔式裝置隔離開的監(jiān)視器或屏幕。所述監(jiān)視器順序顯示第一和第二三維表示，例如，用于左眼和右眼的順序觀察。所述顯示器與附加的或頭盔式裝置一起工作?？梢允褂矛F(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的其它可選擇的立體顯示器，例如，運動視差或Pulfrich效果觀察裝置。
附加裝置可以屬于每一個觀察個人或者可以為多個觀察者工作。例如，立體顯示器14的附加裝置是頭盔式裝置(例如，頭盔和護(hù)目鏡或眼鏡)。在一個實施例中，使用的是頭盔式裝置或監(jiān)視器，例如，鏡片上帶兩個LCD監(jiān)視器的眼鏡，以便向單個觀察者提供左眼和右眼表示。在其它實施例中，頭盔式裝置與監(jiān)視器一起工作，以便提供區(qū)域的立體顯示。例如，立體圖像對順序顯示在監(jiān)視器上，用于通過附加裝置(例如，快門鏡或偏振鏡)觀察。有線或無線連接用于控制附加裝置與監(jiān)視器一起工作。除了立體顯示方法外，使用額外的或單個觀察裝置、場順序和/或偏振方法可以提供高質(zhì)量的立體圖像供多個觀察者觀察。每一個觀察者具有單獨的附加觀察裝置。
偏振方法使用對于左眼和右眼具有不同偏振的透鏡或眼鏡。監(jiān)視器利用與相應(yīng)的眼睛匹配的偏振光輸出不同表示或視圖。例如，監(jiān)視器是一個切換偏振的面板或在用于不同的3D表示的不同偏振之間順序變化的監(jiān)視器。由偏振引起的光的透過率可以減小50％。偏振目鏡很便宜，并比雙重顯示或快門鏡片的頭盔更亮。
場順序方法使用快門來順序地限制不同的3D表示的順序顯示對左眼和右眼的曝光。監(jiān)視器以原始的或刷新速率(例如，每個眼睛60赫或所有圖像120赫)順序輸出不同的視圖。附加裝置(例如，快門眼鏡)隨監(jiān)視器的顯示順序工作。例如，在不透明和透明之間交替變化的液晶透鏡。在眼鏡中設(shè)置模擬或數(shù)字控制器使左眼和右眼的觀察與顯示屏同步。對于左眼的3D表示，左眼是透明的，右眼是不透明的，而對于右眼的3D表示，右眼是透明的，左眼是不透明的。
在超聲成像系統(tǒng)12中可以提供存儲器，用于在再現(xiàn)之前存儲表示物體的數(shù)據(jù)和/或存儲再現(xiàn)過的三維表示。所述數(shù)據(jù)可以用于產(chǎn)生三維表示，例如，以后通過使用工作站產(chǎn)生。類似地，存儲的表示可以在以后用于顯示。
圖7示出在實時醫(yī)學(xué)診斷超聲成像期間立體成像方法的一個實施例。所述方法使用圖1至6所示的任意系統(tǒng)或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的系統(tǒng)實現(xiàn)。此外，可以提供與圖7所示的不同或較少的操作，例如，不需要操作84和/或操作86實現(xiàn)所述方法。提供關(guān)于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)的方法，用于在掃描期間或?qū)崿F(xiàn)掃描后的檢查期間使用?？梢员苊庀蜻h(yuǎn)程工作站輸出數(shù)據(jù)。在其它實施例中另外提供向遠(yuǎn)程工作站輸出數(shù)據(jù)，用于立體觀察。
在操作80，利用超聲成像系統(tǒng)獲取表示區(qū)域的超聲數(shù)據(jù)。一個或一個以上的波束(平面波或未聚焦的聲能)用于查詢物體的體積。響應(yīng)發(fā)送聲能而形成接收波束或信息。從接收波束檢測數(shù)據(jù)。對體積掃描以便提供沿三個不同維彼此隔開的數(shù)據(jù)?？梢蕴峁┤魏螔呙韪袷?，例如，在體積內(nèi)彼此隔開的多個二維掃描。
在操作82，超聲成像系統(tǒng)再現(xiàn)不同的三維表示。所述三維表示具有同一區(qū)域或在同一時間或基本上同一時間的掃描區(qū)域。例如，為了再現(xiàn)左眼和右眼立體觀察的不同的三維表示，檢測的同一數(shù)據(jù)集用于兩個不同的觀察方向。再現(xiàn)可以進(jìn)行一次或在繼續(xù)過程中連續(xù)再現(xiàn)，例如，再現(xiàn)來自更加新近獲取的數(shù)據(jù)的、來自隨時間而變的相同兩個視角或不同視角對的附加視圖?？梢詾橥粋€數(shù)據(jù)集提供兩次以上的再現(xiàn)，例如，產(chǎn)生來自同一掃描的不同方向或用戶透視圖的再現(xiàn)。如果使用上述方法，再現(xiàn)者可以利用一半的垂直分辨率再現(xiàn)左視圖和右視圖，以便加速操作。
在操作84，傳送三維立體數(shù)據(jù)。三維立體數(shù)據(jù)是不同的再現(xiàn)，例如，用于用戶每一個眼睛觀察的不同再現(xiàn)。以各種不同的處理過程之一把再現(xiàn)的數(shù)據(jù)提供給顯示裝置。例如，通過顯示器的分離的視頻處理器在不同路徑上提供不同表示。作為另一個例子，在同一輸入裝置上或向相同的視頻處理器順序地提供不同表示。所述視頻處理器可以以提高的速率工作，以便以與所提供的再現(xiàn)相同的速率輸出立體視圖。作為再一個例子，在基本上相同的時間表示同一區(qū)域的不同三維表示合并成同一數(shù)據(jù)幀的子場。在每一個分量表示的分辨率與可以由顯示器或視頻處理單元處理的分辨率相同的情況下，按照一半(例如，在垂直或水平方向每隔一條線清除一條線)抽取每一個分量表示?？梢允褂闷渌槿』驍?shù)據(jù)壓縮技術(shù)?？梢蕴峁┳?右、上部/下部或其它子場分割方法用于合并數(shù)據(jù)幀。視頻處理器接收合并的數(shù)據(jù)幀。視頻處理器從立體顯示的數(shù)據(jù)幀的子場分離出不同的視圖或三維表示。例如，將所述不同子場分離，用于順序或并行顯示。將與數(shù)據(jù)幀相關(guān)聯(lián)的同步信號(例如，垂直或水平同步信號)加倍。由于在同一數(shù)據(jù)幀中利用表示每一個數(shù)據(jù)幀的終止或開始的單個同步脈沖來接收所述表示，所以將所述同步脈沖加倍，以便輸出分離的表示。
在操作86，將任何覆蓋圖形與立體視圖的三維表示復(fù)合。圖形覆蓋包括紋理信息、波形、M方式顯示、Doppler光譜顯示、它們的組合或其它現(xiàn)有的或?qū)黹_發(fā)的信息。所述信息可以利用立體圖像單視場顯示。例如，圖形覆蓋包括患者信息以及關(guān)于當(dāng)前成像配置(例如，頻率、換能器、超聲系統(tǒng)的類型、掃描深度、掃描格式、醫(yī)院信息、聲譜儀信息、它們的組合或其它紋理信息)的信息。
把覆蓋圖形與由平均值、求和、選擇的最大強(qiáng)度、蓋寫或視頻或圖形信息的其它組合技術(shù)給定的表示復(fù)合。僅僅對與圖形信息或覆蓋圖形的其它信息相關(guān)聯(lián)的像素進(jìn)行所述組合。例如，在中心區(qū)域提供三維表示的同時，在二維幀的外部區(qū)域提供覆蓋圖形。在三維表示和覆蓋圖形共享同一像素(例如，與注釋相關(guān)聯(lián)的像素)的情況下，進(jìn)行所述組合以便僅僅為給定的像素提供覆蓋圖形信息，或者提供既表示三維表示又表示給定像素的覆蓋圖形信息的共享信息。
由于可以用單視場觀察覆蓋圖形，因此可以在各立體圖像之間分配覆蓋圖形的內(nèi)容。例如，圖形覆蓋的奇數(shù)線可以與左立體圖像組合，把覆蓋圖形的偶數(shù)線與右立體圖像組合。當(dāng)順序觀察圖像時，用戶把覆蓋圖形信息保留在一起。在另一個實施例中，以用于立體觀察的三維表示的形式產(chǎn)生覆蓋圖形。然后將覆蓋圖形與給定時間但不同視角的每一個三維表示復(fù)合。可以在立體觀察中同時顯示掃描區(qū)域的覆蓋圖形和三維表示。
將所述覆蓋圖形復(fù)合的操作出現(xiàn)在再現(xiàn)之后和產(chǎn)生圖像之前?？梢酝ㄟ^視頻處理器在接收再現(xiàn)數(shù)據(jù)之后進(jìn)行所述復(fù)合，或者可以以每一種表示的再現(xiàn)的一部分的形式通過三維處理器進(jìn)行所述復(fù)合。
在操作88，產(chǎn)生立體顯示。用于獲取超聲數(shù)據(jù)的超聲成像系統(tǒng)產(chǎn)生區(qū)域的立體顯示。在給定時間或基本上相同的時間，以立體或基本上同時的方式顯示兩種不同的三維表示。為了實時成像，再現(xiàn)一序列對或立體視圖并將它們用于產(chǎn)生立體顯示。以順序圖像或同一時間產(chǎn)生的圖像的形式提供立體表示。
采用自動立體方法或采用使用附加裝置的方法來產(chǎn)生立體視圖，例如，在頭盔式裝置上顯示立體圖像。作為另一個例子，采用通過不同偏振、可開關(guān)快門或偏振和快門開關(guān)兩者來觀察表示的方法，立體顯示順序產(chǎn)生的表示或立體視圖。對于快門眼鏡，與對應(yīng)圖像的產(chǎn)生同步地對所選眼睛暴露每一種表示。通過在左眼利用左眼視圖和右眼利用右眼視圖之間的快速交換來產(chǎn)生立體視圖或顯示。作為快門眼鏡的替代方案，可以提供偏振目鏡或具有不同濾色機(jī)構(gòu)的目鏡。產(chǎn)生具有不同偏振或顏色的不同視圖。通過利用偏振透鏡與偏振板或其它顯示器的切換的結(jié)合，向觀察者的不同眼睛提供在顯示器上順序產(chǎn)生的不同表示。通過順序產(chǎn)生的圖像(例如，在100赫以上)，可以提供具有最小模糊、閃爍、干擾或不需要的成像效應(yīng)的三維立體視圖。
作為對順序產(chǎn)生不同視圖的過程的替代方案，同時或基本上同一時間輸出不同視圖或三維表示。同時產(chǎn)生兩種不同表示的兩種不同顯示，例如，在LCD顯示器或投影儀上，在限制對具體眼睛暴露每一種圖像的眼鏡上產(chǎn)生所述圖像。
為了讓多個不同用戶觀察，可以多次產(chǎn)生同一表示，例如可以在安裝在眼鏡上的不同LCD顯示器上產(chǎn)生同一表示?；蛘?，可以使用相同的監(jiān)視器同時為多個人產(chǎn)生立體顯示。每一個不同觀察者或用戶都與用于觀察順序或并行產(chǎn)生的立體圖像的眼鏡、頭盔顯示器或其它附加裝置相關(guān)聯(lián)。在還有另一個實施例中，多個用戶觀察能夠產(chǎn)生三維視圖的同一個監(jiān)視器(例如，多層LCD屏幕)。
還可以提供另外的操作，例如在單視場和立體方式之間切換的操作。例如，用戶可以在單視場觀察或立體觀察之間進(jìn)行選擇。相同的或不同的顯示裝置(例如，監(jiān)視器)可以用于兩種操作方式。在單視場方式期間，用戶可以拆除任何附加觀察裝置以便減小干擾。自動地響應(yīng)用戶的輸入或者根據(jù)用戶對3D或4D成像的選擇來進(jìn)行方式之間的切換。視頻處理單元或其它硬件可以接收隨同步脈沖而變的切換的指示。例如，改變同步脈沖的極性、同步脈沖的寬度或其它特性，或者表示操作的切換或者表示具體方式的操作。
雖然上面參照不同實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是顯然，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以作許多變化和修改。因此，應(yīng)該認(rèn)為前面的詳細(xì)說明是說明性的而不是限制性的，并且應(yīng)該理解，下面的權(quán)利要求書，包括所有等價物，用來定本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括超聲成像系統(tǒng)(12)，它可以用來利用超聲換能器(18)產(chǎn)生表示物體的數(shù)據(jù)，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括可以用來再現(xiàn)隨所述數(shù)據(jù)而變的第一和第二三維表示的三維圖像處理器(26)，所述第一和第二三維表示分別與第一和第二不同視角對應(yīng)；以及立體顯示器(14)，它可以用來顯示所述第一和第二三維表示。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述立體顯示器(14)包括頭盔式裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述頭盔式裝置包括頭盔顯示器。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述頭盔式裝置包括快門裝置、偏振裝置或它們的組合，其中，所述立體顯示器(14)還包括與所述頭盔式裝置彼此隔開的顯示裝置，所述顯示裝置可以用來與所述頭盔式裝置的操作一起顯示所述第一和第二三維表示。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括發(fā)送波束形成裝置(16)、接收波束形成裝置(20)、檢測器(22)和可以用來產(chǎn)生用于所述第一和第二三維表示中至少一個的文本的圖形覆蓋處理器(28)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二三維表示被定位在數(shù)據(jù)幀(46)的第一和第二子場中，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)還包括同步電路(48)，它可以用來提高與所述數(shù)據(jù)幀相關(guān)聯(lián)的同步速率；以及視頻處理單元(28)，它可以用來將所述第一和第二三維表示與所述數(shù)據(jù)幀的所述第一和第二子場分開，并且產(chǎn)生隨所述提高的同步速率而變的所述第一和第二三維表示的順序顯示。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述視頻處理單元(28)可以用來隨由所述同步電路(48)輸出的同步脈沖特性而變地在立體方式和單視場方式的操作之間選擇。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述立體顯示器(14)包括顯示器和快門裝置，所述顯示器可以用來順序地顯示所述第一和第二三維表示，而所述快門裝置可以用來限制所述第一三維表示對左眼的暴露以及所述第二三維表示對右眼的暴露。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)還包括視頻處理單元(28)，所述視頻處理單元(28)可以用來以100赫以上的頻率接收所述第一和第二三維表示，并且其中，所述立體顯示器(14)包括切換偏振板，所述切換偏振板可以用來為所述第一三維表示提供不同于為所述第二三維表示提供的偏振。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括第一和第二視頻路徑，所述第一和第二視頻路徑分別與所述立體顯示器(14)的用于所述第一和第二三維表示的第一和第二顯示器連接。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括視頻處理單元(28)，所述視頻處理單元(28)可以用來復(fù)合所述第一三維表示上的覆蓋圖形的第一部分并且可以用來復(fù)合所述第二三維表示上的覆蓋圖形的第二部分復(fù)合，所述第一部分不同于所述第二部分。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二三維表示具有同一區(qū)域，并且其中所述立體顯示器(14)可以用來立體顯示所述區(qū)域并且利用所述區(qū)域的立體顯示來單視場顯示所述覆蓋圖形。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括可以與所述立體顯示器(14)一起工作的多個輸出端口。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲成像系統(tǒng)(12)包括用戶輸入裝置，所述用戶輸入裝置控制所述超聲成像系統(tǒng)(12)的操作并且在單視場和立體成像之間選擇。
15.一種用于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像的方法，所述方法包括利用超聲成像系統(tǒng)(12)獲取(80)表示區(qū)域的超聲數(shù)據(jù)；利用所述超聲成像系統(tǒng)(12)分別從第一和第二不同的觀察方向再現(xiàn)(82)所述區(qū)域的第一和第二三維表示；利用所述超聲成像系統(tǒng)(12)產(chǎn)生(88)所述區(qū)域的具有所述第一和第二三維表示的立體顯示(14)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，產(chǎn)生(88)所述立體顯示(14)包括顯示在第一和第二頭盔顯示器上。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，產(chǎn)生(88)所述立體顯示(14)包括通過不同的偏振或彩色、可切換快門或它們的組合觀察所述第一和第二三維表示。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述獲取(80)包括產(chǎn)生發(fā)送波束、響應(yīng)所述發(fā)送波束而形成接收波束以及檢測來自所述接收波束的數(shù)據(jù)，其中，所述再現(xiàn)(82)包括來自所述檢測的數(shù)據(jù)的再現(xiàn)。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括將所述第一和第二三維表示合并成數(shù)據(jù)幀的第一和第二子場；將用于所述數(shù)據(jù)幀的同步信號加倍；以及將所述第一和第二三維表示與所處數(shù)據(jù)幀的所述第一和第二子場分離；其中，產(chǎn)生(88)所述立體顯示(14)包括順序地輸出隨所述加倍的同步信號而變的所述第一和第二三維表示，并且隨所述加倍的同步信號而變地限制所述第一三維表示對左眼的暴露以及限制所述第二三維表示對右眼的暴露。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括隨同步脈沖的特性而變地在單視場方式和立體方式之間切換。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述產(chǎn)生(88)包括以100赫以上的頻率順序地接收所述第一和第二三維表示并且切換偏振板，所述偏振板可以用來為所述第一三維表示提供不同于為所述第二三維表示提供的偏振。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述產(chǎn)生(88)包括在分離的路徑上基本上同時地輸出所述第一和第二三維表示。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括復(fù)合(86)所述第一三維表示的覆蓋圖形的第一部分并且復(fù)合(86)所述第二三維表示的覆蓋圖形的第二部分，所述第一部分于不同所述第二部分。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，立體地顯示所述區(qū)域，并且利用所述區(qū)域的所述立體顯示來單視場顯示所述覆蓋圖形。
25.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述產(chǎn)生(88)包括同時為多個人產(chǎn)生所述立體顯示。
26.如權(quán)利要求15所述的方法，其中還包括響應(yīng)應(yīng)用輸入而在單視場和立體成像之間選擇。
27.一種用于醫(yī)學(xué)診斷超聲成像的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括醫(yī)學(xué)診斷超聲成像系統(tǒng)(12)，它具有可以用來分別以第一和第二視角輸出同一區(qū)域的第一和第二三維表示的視頻處理單元(28)；顯示器(14)，可以用來顯示所述第一和第二三維表示；以及頭盔式裝置(14)，可以用來與所述顯示器一起提供所述區(qū)域的立體顯示。
28.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，超聲成像系統(tǒng)(12)還包括存儲器，所述存儲器可以用來(a)存儲表示物體的數(shù)據(jù)，三維圖像處理器(26)可以用來從所述存儲的數(shù)據(jù)再現(xiàn)圖像；(b)存儲所述第一和第二三維表示，所述立體顯示器(14)可以用來隨所述存儲的第一和第二三維表示而變地顯示圖像；或(c)將(a)和(b)結(jié)合在一起。
全文摘要
本發(fā)明提供醫(yī)學(xué)診斷超聲立體成像(88)?？梢杂脕砝贸晫ξ矬w掃描的醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)(12)還可以用來產(chǎn)生(88)物體的三維立體視圖。視頻處理單元(28)和/或顯示裝置(14)產(chǎn)生所述立體顯示。
文檔編號A61B8/00GK1810212SQ200610006878
公開日2006年8月2日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者Q·馬, S·R·馬奎斯, R·N·費爾普斯, D·A·瓦塔亞, G·A·賴策爾, C·M·羅維里, J·D·霍普爾 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司