專利名稱：在顯示的圖像數據中保持一致的解剖視圖的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及在顯示的圖像數據中保持一致的解剖視圖的方法和系統，并且發現關于感興趣的解剖區域特別可應用于處理諸如超聲圖像的醫療圖像領域中。
背景技術：
某些醫療成像技術，諸如診斷超聲成像具有超過許多其他診斷成像模態的優勢之一是產生實時圖像的能力。該優勢在超聲心動圖中意義尤其重大，其中連續運動的器官即心臟的生理機能是研究的主題。與被研究的組織和器官是靜止的以及易于通過靜態成像進行檢查的腹部和產科應用相比，實時成像在超聲心動圖中事實上已經成為必需的。
使用已記錄的、實時運動的圖像可執行廣泛的心臟研究，并且由訓練有素的醫務人員進行這種圖像的定性回顧可發現先天性心臟缺損、冠狀動脈主干的大動脈瘤或狹窄以及其他明顯的解剖異常。諸如心臟泵送容量測量、心肌膜中的壁運動異常血管灌注研究和冠狀血管跟蹤等這些分析提供了補充的定量診斷信息。
例如，在從二維和三維數據中評估心臟結構的一個主要問題已經確定為當心臟在整個心動周期中運動時人們觀看到的是同一個組織或結構。所希望的是在整個心動周期中有該組織結構的一致視圖，即使該結構與心臟的其它部分一起運動。例如，當觀看二尖瓣環、左心室流出道或位于特定水平的左心室短軸視圖時，使用圖像采集的參照系當前地定義了限定MPR切片或者該結構的定向3D視圖的平面。然而，由于感興趣的結構連同該組織的其余部分相對于成像參照系進行運動，它可移入和移出視圖，這具有使評估該結構的過程復雜化的效果。例如，這就是為什么花了許多年來理解二尖瓣環的馬鞍形狀的一個原因。
發明內容
本發明的目的是提供顯示對象解剖區域的圖像數據的系統和方法，使得便于其中給定的結構(例如，心臟結構)可視化，該結構從整個生理周期，諸如心臟周期的二維或三維數據中可以是運動的和/或可以沿著一個曲折路徑穿過至少該區域的一部分。
根據本發明，提供了用于顯示從一個區域采集的圖像數據的系統，所述區域其中包括至少一個經常運動的結構，該系統包含用于識別一部分所述運動結構、跟蹤對應于所述運動結構運動的所述識別部分的運動，以及補償所述運動以便在其整個所述運動中提供所述區域穩定顯示的視圖的裝置。
同樣根據本發明，提供了用于顯示從一個區域采集的圖像數據的方法，所述區域其中包括至少一個經常運動的結構，該方法包含識別一部分所述運動結構、跟蹤對應于所述運動結構運動的所述識別部分的運動，以及補償所述運動以便在其整個所述運動中提供所述區域穩定顯示的視圖。
上述定義的系統擬包含在離線工作站環境中使用這樣一個系統。然而，本發明還可擴展到成像系統，該成像系統包括采集或接收圖像數據的裝置，顯示所述圖像數據的屏幕以及如上定義的系統。
這樣，根據本發明，用于評估和/或診斷目的的這一感興趣運動結構部分可保持在各個區域的觀看圖像內，從而改進了來自二維或三維圖像數據在整個生理(例如心臟)周期中諸如心臟結構的結構的可視化和聯系，使得方便和簡化評估/診斷處理。
為了評估來自關于感興趣區所采集的二維或三維圖像數據中的感興趣解剖區域，諸如心臟結構，本發明發現在醫療成像系統，諸如超聲成像系統中有特定的應用。該圖像數據可以是實況的或是預先采集的。
作為每個生理周期的結果，在該周期的序列中上述結構可以是運動的，在該情形下可安排跟蹤裝置在遍及一個或多個所述生理周期中跟蹤所述結構的運動。該系統可包含在所顯示的圖像中重定位所識別的結構部分以便補償該運動并將所識別的部分保持在所顯示的視圖中的裝置。
在優選實施例中，該系統包括在整個生理周期中采集與感興趣解剖區域有關的體積圖像數據的裝置。接著從該體積數據中可匯編出二維斷層攝影片層圖像或者匯編出從所述感興趣解剖區域的特定視點繪制的三維視圖。這樣，通過在整個生理周期分析體積數據內感興趣結構的運動可實現對感興趣解剖結構中的結構運動進行跟蹤的過程。作為整個生理周期中裝配二維斷層攝影片層圖像或者所繪制的三維視圖的一部分，該運動可進行補償。
從下面所描述的實施例中，本發明的這些和其他方面將是很顯然的，并且將參考下面所描述的實施例來闡明本發明的這些和其他方面。
現在將參照附圖的通過示例更加詳細地描述本發明，其中圖1是示出了根據本發明有代表性實施例的超聲成像系統典型結構的示意性方框圖；圖2是示出了在實況體積成像期間特征如何移入和移出固定的觀察平面的示意圖；圖3是示出了識別所選解剖特征如何進行補償以及將該觀察平面聯系到運動特征如何允許圖像平面或觀察點的顯示跟蹤該特征，從而給出該特征一致視圖的示意性圖示；以及圖4是示出了一種可能的有代表性的實現解剖特征的跟蹤從而顯示一致視圖的方法的示意性方框圖。
具體實施例方式
下面具體的描述涉及顯示關于心臟區域圖像數據的系統和方法。然而，將會意識到的是本發明同樣可以應用于包括沿著不一致路徑動態運動的器官或結構的其他感興趣解剖區域的醫療成像。
在第一種情況下，在遍及各個心動周期中采集關于對象心臟區域的體積數據。將會意識到的是用于采集這種體積數據的許多不同技術對于本領域的技術人員來說是公知的，而本發明并非擬在這一點上進行限制。一種采集所需體積數據的適合方法被稱為超聲診斷成像。
參考附圖的圖1，示意性示出了采集或者作為2D斷層攝影片層或者作為體積圖像數據的實時心臟圖像的超聲系統。包括1D或2D陣列換能器412的探頭或掃描頭410發射超聲波并接收超聲回波信號。在波束形成器420的控制下執行這一發射和接收，該波束形成器具有接收回波信號以形成相干波束或來自被掃描的解剖中的原始回波信號。接著由B模式處理器450、多普勒處理器440以及如果在成像期間使用造影劑則用對比信號處理器445處理來自波束形成器的回波信號。B模式處理器執行的功能包括但不限于濾波、頻域和空域組合、諧波數據處理以及其他本領域眾所周知的B模式功能。多普勒處理器對回波應用常規多普勒處理以產生速度和多普勒能量信號。對比度處理器對在被掃描的組織中存有造影劑時所獲得的回波信號應用特定的處理。接著依據組織的2D斷層攝影區域還是3D體積區域被成像，將處理的數據通過2D掃描轉換器460或3D掃描轉換器470。該掃描轉換器將掃描頭采集線束中的線性或極性幾何的數據幾何校正到在每個維度上具有適當刻度的笛卡爾形式(x，y或x，y，z)。接著將每個掃描轉換圖像或3D體積放置到2D電影回放(cineloop)存儲器465或3D體積存儲器475中。該電影回放存儲器塊依據所采集的數據類型會存儲幾秒鐘到若干分鐘的近期2D或3D數據。體積MPR片層顯示處理器和3D繪制器480基于中央控制器430和來自用戶接口435的用戶輸入處理來自3D體積存儲器的體積數據，以提供一個或若干2D MPR片層圖像和/或使用本領域公知的方法從給定視點提供3D體積的體積繪制圖像。該顯示處理器490基于來自中央控制器430的輸入提取來自2D電影回放存儲器或體積MPR片層視圖處理器及3D繪制的2D圖像，添加圖像覆層和文本注釋(例如，患者信息)并將合成圖像(compostedimages)傳遞到顯示器495用于呈現給操作者。該中央控制器可命令該顯示處理器按實時顯示來顯示存儲器中最近采集的數據，或者它可重放以前2D或3D體積數據的序列。
這樣，利用本領域技術人員公知的采集數據的方法的技術細節，可建立并顯示二維斷層攝影片層視圖或從特定視點繪制的采集體積數據的三維視圖。
接著，考慮所選感興趣區域或結構連同諸如心臟的動態運動器官組織的其余部分一起正在運動的這種情況。在已有技術布置中，感興趣的結構可移入和移出所顯示的視圖，從而使具有醫療技能的用戶進行結構評估復雜化，如附圖的圖2中心臟成像示例所示出的，它顯示了在心動周期兩點處超聲平面視圖和相關的M模式顯示。表示心動周期500中一點處該體積的側平面視圖的圖像部分顯示了心臟腔室壁510以及諸如瓣膜結構的壁上相關結構530。M模式線505穿過這兩個結構。圖解線顯示了穿過這兩個結構的備選成像平面(alternate imagingplane)540的位置。這一平面的圖像沒有顯示，它將顯示在特定角度上的來自心臟頂部的結構圖像。側面500下面的是相關的M模式顯示線507，相對于這些結構沿M模式線，顯示了腔室壁515的一維峰和瓣膜結構535以及備選平面540的位置。
圖2的右手側顯示了在心動周期中更后面點處體積550的相同側平面視圖，展現了更小的心臟腔室560和更小的移位瓣膜結構570。同時在該圖像側平面的相同位置上顯示了M模式線505和備選成像平面540。在這一更靠后側平面550下面是伴隨的M模式的顯示557，顯示了相對于心臟結構的腔室壁峰的新位置565、瓣膜結構575以及備選平面的移位位置540。注意在心動周期這一靠后點處，現在備選平面540在不同水平處切入該瓣膜結構，有可能導致關于其實際大小和功能的混亂。
為了解決這一問題，本發明包括分析在整個生理(即心臟)周期上的體積中感興趣結構運動的裝置，以及在提供給用戶的三維視圖中在整個心動周期上補償該運動的裝置。本發明的目標是移動提供給用戶的顯示視圖使得它“跟蹤”感興趣結構的運動(或，例如，在感興趣的解剖區域內感興趣結構所沿著移動的曲折路徑)，從而將感興趣的結構優選但并非一定在中央地保持在視圖內。
換句話說，當體積數據被采集或從存儲器進行回顧性重放時，可使用運動分析技術來確定該體積內感興趣結構的運動路徑，并且可使用該運動來移動呈現給用戶的視圖以便能跟蹤該結構。
還可將這一跟蹤能力聯系到整理平面或塑造表面，常常用它來去除覆蓋在感興趣特征上的圖像數據。當執行3D成像時，操作員常常要去除該體積內使下面特征模糊的圖像數據。所提供用于該操作的工具的范圍從簡單的整理平面到復雜的表面塑造工具，該工具允許象外科大夫或雕刻家所做的那樣“切”除疊加的組織。常常這一平面或表面距感興趣特征很近并且會隨該特征一起運動。如果將該特征跟蹤能力聯系到該平面或表面中，則整理能力將連同觀看的平面一起跟隨該特征，當特征運動時再一次提供了運動特征的清晰視圖。
存在很多能用在本發明中的用于分析感興趣結構運動的已知技術，這對于本領域的技術人員來說將是顯然的。現在將簡要描述所選的少許這些技術，但是將會意識到的是也可使用其他技術，并且本發明并非擬在這點上進行限制。
例如，運動分析可基于沿著穿過關鍵結構(即，感興趣結構)的直線的特征的簡單2D運動來識別沿該線的運動矢量。M模式超聲心動是眾所周知的技術，在過去已經發現它在評價左心室壁物質、左側動脈和左心室腔尺寸、以及在短暫時期中的運動中是特別有用的。在M模式(運動模式)成像中，重復采集沿預選M線從換能器發射的超聲回波(在超聲成像系統的情況下)。在M線的連續采集上，將該回波的強度映射為亮度并連貫和鄰近顯示，使得在運動中再現經過相關M線運動的結構。
在本發明有代表性的實施例中，將3D視圖或片層平面聯系到M線中的明亮、暗或被組成圖案的特征，并在該體積內通過沿M線垂直定向的平面執行對該特征的跟蹤。圖3使用先前參考圖2所述的成像狀態示出了這一種情形。在這一情況下，在M模式顯示507中將備選成像平面540識別為瓣膜結構峰535之間的中間。這迫使備選平面540在心動周期開始之初穿過瓣膜結構530的中央。如前面所示，當心動周期進行時，瓣膜結構的峰575和心臟腔室壁565已經在M模式顯示557中運動。通過將該備選成像平面的位置保持在瓣膜結構峰中間，位于545處，可將該平面保持在該瓣膜結構的中央并跟隨感興趣的解剖，而非保持固定在其他圖像平面550上，在位置540處。當解剖結構運動時，這允許備選平面在位置540和545之間運動，提供瓣膜結構和功能更清晰的視圖。
注意M線無需直接從換能器發射，而可以是任何穿過所采集體積的直線或彎曲路徑。M線在2D和3D模型中的使用是已知的，并更詳細地描述在例如國際專利申請No.WO2004/072903中。
很容易發現能將特征跟蹤方式的概念擴展到2D特征，甚至是3D特征中。在這一情況下，可從近期采集的數據集或從特征庫中選擇特征的2D或3D模型或匹配圖像并應用到體積數據的所選區域中。使用諸如匹配濾波、數學形態學或其他本領域眾所周知的方法，當特征移動時，可跟蹤貫穿體積數據和聯系到相對于該特征為固定或用戶所選方向的MPR片層或3D繪制視圖平面中的特征位置。利用這一方法，可適當匹配整個周期上隨時間改變的特征特性。甚至可將視點設置為隨特征的特性的改變而改變。例如，如果正在監測主動脈瓣，當該瓣膜開放或關閉時，視圖的方向可變為平行于其中的小葉(leaflet)平面。這意味著使用理想瓣膜模型或者圖像或以前采集3D數據的序列在該瓣膜開放和閉合時在2D或3D中跟蹤該瓣膜的開放。
另一運動分析方法可基于使用聲學定量(AQ)或彩色室壁運動(colour kinesis)來在2D片層中識別更復雜的運動。
彩色室壁運動(CK)是已知的在單一收縮末期幀上按顏色層次顯示心內膜運動的超聲心動方法(例如，見Schwartz S.L.，Cao Q.，Vannan M.A.等人“Autanatic Backscatter Analysis of RegionalLeft Ventricular Systolic Function using Color Kinesis”，Am.J.Cardiol.1996，77，1345-1350；Lang R.M.，Vignon P.，WeinertL.等人“Echocardiographic Quantification of Regional LeftVentricular Wall Motion with Color Kinesis”，Circulation 1996，93，1877-1995；Mor-Avi V.，Goday I.E.，Lang R.M“Color KinesisNew Technique or just another Display of AcousticQualification？”，Echocardiography 1999，16，95-103)。該方法是通過區分來自心肌血流的不同聲反向散射特征來允許連續在線定量每個心臟腔室尺寸的半自動邊界探測技術(即，聲學定量)的延伸(例如，見Vered Z.，Barzilai B.，Mohr G.A.等人“QuantitativeUltrasonic Tissue Characterization with Realtime IntegratedBackscatter Imaging in Normal Human Subjects and in Patients withDilated Cardiomyopathy”.，Circulation 1987，76，1067-1073)。
還可將這一跟蹤能力聯系到整理平面或塑造表面，常常用它來去除覆蓋在感興趣特征上的圖像數據。當執行3D成像時，操作員常常要去除該體積內模糊下面特征的圖像數據。所提供用于該操作的工具的范圍從簡單的整理平面到復雜的表面塑造工具，該工具允許象外科大夫或雕刻家所做的那樣“切”除疊加的組織。常常這一平面或表面距感興趣特征很近并且會隨該特征一起運動。如果將該特征跟蹤能力聯系到該平面或表面中，則整理能力將連同觀看的平面一起跟隨該特征，當特征運動時再一次提供了運動特征的清晰視圖。
這樣，可使用任何一個上述(或其他)運動分析技術來確定體積內感興趣結構的運動路徑并利用這一運動來移動呈現給用戶的3D視圖以便跟蹤該結構。圖4示出了人們如何將該功能性加到圖1中早先所述的超聲系統中。解剖特征探測器482將對最近采集的體積進行分析并確定感興趣特征的位置和方向。利用這一信息，3D顯示運動跟蹤功能485將利用這一信息以及可能還利用來自以前體積的信息更新MPR片層視圖和/或3D繪制視點的位置和方向。接著將該更新的視點位置傳遞給片層視圖處理器和3D繪制器以便為最終的顯示提供更新的視圖。將會意識到的是對于本領域的技術人員來說許多不同的技術將會是已知的，并且本發明并非擬在這一點上進行限制。
注意3D視圖無需是平坦的，例如可以設想，能夠采集容量環，獲得一系列片層視圖，并在整個心動周期中識別的關鍵點處的體積數據中的關鍵結構。可使用插值技術來繪制穿過關鍵點處的復雜表面，并將這些表面作為2D圖像進行顯示。另外，可以使簡單的2D平面或復雜表面也可在空間及時間上跟隨復雜路徑(即，可跟蹤這樣的復雜路徑)。例如，血管短軸視圖可跟隨從血管壁特征所確定的沿血管的路徑，使得該視圖平面不顧血管的曲折路徑顯示血管的直徑。
作為上述本發明有代表性實施例的結果，將感興趣的結構保持在3D視圖的中央。方便數據和診斷的分析。本發明被認為特別關于超聲診斷成像系統和技術，將其最佳但非專用于心臟應用中。
值得注意的是上面提到的實施例是闡述而非限制本發明，并且本領域的技術人員在不脫離如所附權利要求所定義的本發明范圍內能夠設計許多備選的實施例。在權利要求中，不應將放置在括號內的任何參考符號解釋為對權利要求的限制。詞語“包含有”和“包含”等不排除除了任何權利要求或說明書作為一個整體所列的元件或步驟之外的其他元件或步驟的存在。單個提及的元件并不排除多個提及的這些元件并且反之亦然。本發明可通過包含若干分離元件的硬件，及通過適當編程的計算機來實施。在設備權利要求中列舉了若干裝置，若干這些裝置可通過同一個硬件模塊(item)來體現。在互不相同的權利要求中陳述了某些措施，僅僅這個實事并不預示著這些措施的組合不能被有利地使用。
權利要求
1.一種用于顯示從一個區域采集的圖像數據的系統，所述區域其中包括至少一個經常運動的結構，該系統包含用于識別所述運動結構的一部分的裝置和用于跟蹤對應于所述運動結構運動的所述識別的一部分的運動，以及補償所述運動以便在其整個運動中提供所述區域穩定顯示視圖的裝置。
2.根據權利要求1的系統，其中所述結構作為在生理周期序列中每個這樣周期的結果是經常運動的，并且將所述系統布置成在遍及一個或多個生理周期中跟蹤所述結構的所述識別部分的運動。
3.根據權利要求1的系統，包含用于重定位所述結構的所述識別部分以便能補償其所述運動并將所述識別部分保持在所述顯示的視圖中的裝置。
4.根據權利要求1的系統，包括用于采集關于感興趣解剖區域的體積圖像數據，并接著從該體積數據中匯編所述感興趣解剖區域的斷層攝影二維片層圖像或繪制的三維視圖的裝置。
5.一種用于顯示從一個區域采集的圖像數據的方法，所述區域其中包括至少一個經常運動的結構，該方法包含識別所述運動結構的一部分、跟蹤對應于所述運動結構運動的所述識別的一部分的運動，以及補償所述運動以便在其整個運動中提供所述區域的穩定顯示的視圖。
6.一種醫療成像系統，包含用于采集或接收圖像數據的裝置和根據權利要求1的用來顯示所述圖像數據的系統。
全文摘要
本發明涉及超聲診斷成像系統和方法，其中在整個生理周期中采集關于感興趣解剖區域的體積數據，并建立該體積數據相關的3D視圖，在整個上面提到的生理周期中(在空間和/或時間上)分析感興趣結構的運動，并且在呈現給用戶時，使用該運動來移動感興趣結構的3D視圖，以便使它跟蹤感興趣結構并將該結構保持在3D視圖的中央。
文檔編號G06T7/20GK101036162SQ200580034190
公開日2007年9月12日 申請日期2005年10月5日 優先權日2004年10月7日
發明者S·希爾, P·德特默 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司