對3d體積的從多個方向的同時超聲察看的制作方法
【專利摘要】超聲診斷成像系統(tǒng)掃描身體的體積區(qū)域。臨床醫(yī)師限定體積區(qū)域內(nèi)的三維感興趣區(qū)域。從兩個不同的察看方向察看三維感興趣區(qū)域來給臨床醫(yī)師對感興趣區(qū)域的結(jié)構(gòu)、組成和取向的判斷?？梢詮谋舜讼鄬?80°、正交或者以中間角度的察看方向來察看三維感興趣區(qū)域。對三維感興趣區(qū)域的一個視圖的操縱導(dǎo)致兩個視圖都改變，如同臨床醫(yī)師以相同方式同時操縱這兩個視圖。
【專利說明】對3D體積的從多個方向的同時超聲察看

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且具體而言，涉及在來自多個方向的同時視圖 中顯示3D體積的超聲成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 超聲診斷成像系統(tǒng)傳統(tǒng)地已被用于實時對身體的平面進(jìn)行成像。具有一維（1D) 陣列換能器或者機(jī)械掃描單元件換能器的探頭可以被操作為重復(fù)地掃描身體的平面來產(chǎn) 生用于解剖結(jié)構(gòu)的實況顯示的實時圖像序列。近來，已開發(fā)出二維（2D)陣列換能器和機(jī)械 掃描1D陣列以用于掃描身體的體積區(qū)域。這樣的探頭可以被用于產(chǎn)生被掃描的體積的三 維（3D)圖像，這也是實時的。通常被用于超聲掃描的體積的3D顯示的顯示技術(shù)叫做動態(tài) 視差，在動態(tài)視差中，從一系列不同的察看方向來繪制體積的3D數(shù)據(jù)集。在操作者移動超 聲系統(tǒng)上的控制裝置來改變察看方向時，體積繪制處理器對新選擇的察看方向上的體積進(jìn) 行繪制，并且不同方向的演變提供3D體積在顯示屏上移動的表現(xiàn)?？梢詮娜S數(shù)據(jù)集選擇 單獨的平面（被稱為多平面重建（MPR)的技術(shù)）以供察看。
[0003] 有時候，期望從不同的方向察看體積感興趣區(qū)域（R0I)。對于常規(guī)察看者而言，這 必須通過從一個方向察看R0I然后轉(zhuǎn)動或者旋轉(zhuǎn)3D R0I使得可以從第二方向看到它來完 成。兩個視圖的比較必須通過記憶在第一視圖中看到什么，然后向第二方向移動視圖并且 基于對第一視圖的回憶進(jìn)行比較來完成。對于細(xì)微的解剖差異的比較而言，優(yōu)選地不依賴 于記憶或者來回移動視圖以試圖做出診斷。優(yōu)選地能夠同時看到這兩個視圖，使得臨床醫(yī) 師在做出診斷時將同時看到這兩個視圖。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的原理，描述了一種使臨床醫(yī)師能夠同時從多個外部視角察看體積的 診斷超聲系統(tǒng)。在臨床醫(yī)師操縱一個視圖時，該操縱被應(yīng)用到第二視圖，使得這兩個視圖一 致地改變，因為如果這兩者以相同的方式更改，那么臨床醫(yī)師將期望視圖改變。視圖中的一 個或兩者還可以通過MPR察看來探詢。本發(fā)明的系統(tǒng)對引導(dǎo)諸如針頭或者身體內(nèi)部的導(dǎo)管 的侵入性裝置尤其有用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 在附圖中：
[0006] 圖1以方框圖的形式圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系統(tǒng)。
[0007] 圖2示出了立方體R0I和兩個不同的察看取向。
[0008] 圖3a-3d圖示了通過操縱視圖中的一個的圖2的立方體R0I的兩個察看方向的同 時改變。
[0009] 圖4圖示了從正交察看方向的圖2的立方體R0I的兩個同時的視圖。
[0010] 圖5a_5c圖不了從包括心瓣膜的體積R0I的不同方向的同時的視圖。
[0011] 圖6a-6c圖示了從正交察看方向的導(dǎo)管程序的同時的視圖。

【具體實施方式】
[0012] 首先參考圖1，以方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的超聲診斷成像系 統(tǒng)。能夠進(jìn)行三維成像的超聲探頭10包括二維陣列換能器12,其在體積區(qū)域之上發(fā)射電子 地導(dǎo)向和聚焦的波束并且響應(yīng)于每個發(fā)射波束而接收單個或多個接收波束。被稱為"拼合 片（patch)"或者"子陣列"的鄰近換能器元件的組由探頭12中的微波束形成器（μ BF)整 體地操作，其執(zhí)行接收到的回波信號的部分波束形成并且從而降低探頭與主系統(tǒng)之間的線 纜中的導(dǎo)體的數(shù)目。美國專利6419633 (Robinson等人）和美國專利6368281 (Solomon等 人）中描述了合適的二維陣列。美國專利5997479(Savord等人）和6013032(Savord)中描 述了微波束形成器。陣列的發(fā)射波束特性由波束發(fā)射器16來控制，其使陣列的變跡孔徑元 件在期望的方向上發(fā)射期望寬度的聚焦波束穿過身體的體積區(qū)域。發(fā)射脈沖借助于發(fā)射/ 接收開關(guān)14而從波束發(fā)射器16耦合到陣列的元件。由陣列元件和微波束形成器所接收的 回波信號響應(yīng)于發(fā)射波束而耦合到系統(tǒng)波束形成器18,其中，來自微波束形成器的部分波 束形成的回波信號被處理以響應(yīng)于發(fā)射波束而形成完全波束形成的單個或多個接收波束。 在前述Savord'032專利中描述了用于該用途的合適的波束形成器。
[0013] 由波束形成器18形成的接收波束被耦合到執(zhí)行諸如濾波和正交解調(diào)的功能的信 號處理器26。經(jīng)處理的接收波束的回波信號被耦合到多普勒（Doppler)處理器30和/或 B模式處理器24。多普勒處理器30將回波信息處理為多普勒功率信號或者速度信息信號。 對于B模式成像而言，接收波束回波被包絡(luò)檢測，并且信號被B模式處理器24對數(shù)地壓縮 到適合的動態(tài)范圍。來自經(jīng)掃描體積區(qū)域的回波和多普勒信號被處理以形成存儲在3D圖 像數(shù)據(jù)集緩存32中的一個或多個3D圖像數(shù)據(jù)集?？梢蕴幚?D圖像數(shù)據(jù)以用數(shù)個方式顯 示。一個方式是產(chǎn)生體積的多個2D平面。這在美國專利6443896 (Detmer)中進(jìn)行了描述。 由本領(lǐng)域已知的多平面重新格式化產(chǎn)生這樣的體積區(qū)域的平面圖像。根據(jù)本發(fā)明，三維圖 像數(shù)據(jù)還可以被體積繪制器34和36繪制以形成立體或者動態(tài)視差3D顯示?？梢允侨缑?國專利5720291 (Schwartz)中所描述的B模式、多普勒或者這二者的所得圖像被耦合到顯 示處理器38,其中，它們被顯示在圖像顯示器40上。通過用戶界面或者控制面板20提供了 對波束形成器控制器22的用戶控制、R0I的選擇、R0I要被察看的方向的選擇以及超聲系統(tǒng) 的其它功能。
[0014] 參考圖2-4可以具有3D R0I的同時的視圖的操縱的清楚理解。在這些附圖中，出 于說明的清晰性，使用定位于體積區(qū)域50中的立方體R0I52。如圖2中可見，立方體R0I52 具有前面F、頂面T、側(cè)面Si和&，以及后面（B)和底面（Z)，后三者在圖2中不可見。3D R0I52具有從前面延伸到后面的兩個通道，一個繪制為圓形通道54并且另一個繪制為六邊 形通道56。圖2中還示出了兩個察看方向￥ 1和^，其分別從前F和后B察看3D R0I。
[0015] 圖3a_4示出了由根據(jù)本發(fā)明的原理的體積繪制器1和體積繪制器2的同時的操 作所形成的3D R0I的同時的3D視圖。所述兩個3D視圖在如這些附圖中所示的顯示器40 上同時被顯示給臨床醫(yī)師。體積繪制器1將3D R0I繪制為向著前面F看而被察看，并且體 積繪制器2將3D R0I繪制為向著后面B看而被察看。被用于繪制的察看方向因此彼此相 對180°。在圖3a的前面視圖62中，察看方向稍微在3D R0I的右側(cè)和上方，使得可以看到 頂T面和側(cè)Si面。針對后面視圖64,察看方向稍微在后面B的左側(cè)和上方，使得在該視圖 中還可以看到側(cè)&面和頂T面。可以使用從正好180°視圖的微小變化，如圖3a中所示， 或者這兩個視圖可以正好相反180°，如圖4中所示。如圖3a所示，在前面F的右側(cè)和在后 面B的左側(cè)看到延伸穿過3D ROI的通道54, 56,因為臨床醫(yī)師將期望看到它們。
[0016] 在圖3b中，臨床醫(yī)師已操縱用戶界面的控制（諸如控制面板20上的軌跡球或者 顯示屏上的軟鍵控制）來使顯示器的左側(cè)的3D R0I62如箭頭67所指示地稍微向左旋轉(zhuǎn)。 所述臨床醫(yī)師還已操縱用戶控制來使3D R0I如箭頭66所指示地稍微向下傾斜，使得可以 看到頂面T中的更多。由于臨床醫(yī)師這樣操縱左側(cè)的3D R0I62,因而右側(cè)的3D R0I視圖 64相對應(yīng)地移動，好像臨床醫(yī)師操縱了右視圖以相同方式移動一樣。右視圖64從3D R0I 的后面如箭頭69所指示地向左旋轉(zhuǎn)相同量并且向上傾斜與左側(cè)3D R0I視圖的傾斜相同的 量（箭頭68)，這使底面Z中的更多可見。因此，通過操縱3D R0I的一個視圖，對3D R0I的 另一個視圖進(jìn)行了相對應(yīng)的調(diào)節(jié)。所述臨床醫(yī)師具有利用控制調(diào)節(jié)來移動一個3D R0I并 且看到3D R0I的前面和后面的兩個視圖中的所得改變的意識，好像臨床醫(yī)師看到同一 R0I 以及其來自兩個不同視圖的運動一樣。
[0017] 圖3c圖示了在臨床醫(yī)師已將R0I向右旋轉(zhuǎn)（如由箭頭72和74所指示）并且使 R0I的前視圖向上傾斜（如由箭頭70所指示）使得底面Z可見之后的前3D R0I視圖62和 后3D R0I視圖64。如附圖所指示，后視圖64以相對應(yīng)的方式移動。從前方看到的R0I的 向上傾斜70被視為從由箭頭71所指示的后方的向下傾斜，這使頂面T從后方更為可見。在 臨床醫(yī)師調(diào)節(jié)該視圖中的一個的取向時，左視圖和右視圖二者一致地移動。
[0018] 圖3d圖示了旋轉(zhuǎn)左視圖以使3D R0I62的右側(cè)向下傾斜的結(jié)果。當(dāng)發(fā)生這種情況 時，3D R0I的后視圖64如箭頭78所指示地在左側(cè)向下傾斜。這是臨床醫(yī)師在旋轉(zhuǎn)左視圖 時將期望右視圖如何表現(xiàn)：Si面?zhèn)仍谶@兩個視圖中向下傾斜?？梢酝ㄟ^在左側(cè)使右視圖64 向下傾斜來獲取相同的結(jié)果，其導(dǎo)致使視圖62的右側(cè)向下傾斜至右方的相對應(yīng)的效果。因 此，移動視圖中的一個中的R0I導(dǎo)致另一個視圖的相同移動，這從不同的察看取向看到。
[0019] 圖4示出了 3D R0I的兩個視圖，其中，左視圖80從前面看向3D R0I并且右視圖 82從側(cè)面Si看向3D R0I。如在先前的范例中，操縱3D R0I的視圖中的一個將導(dǎo)致另一個 視圖中的3D R0I的相同運動，但是從不同的視點看到。3D R0I的兩個視圖因此可以相對于 彼此處于180°角，如圖3a-3d中所示，或者相對于彼此處于90°角，如圖4中所示，或者在 所述視圖之間的任何其它中間角度處，例如，在0°與180°之間。
[0020] 圖5a_5c圖示了本發(fā)明的超聲系統(tǒng)的臨床應(yīng)用。在該范例中，導(dǎo)管100已經(jīng)穿入 心臟的心房110中以準(zhǔn)備穿過二尖瓣或者三尖瓣94并且進(jìn)入心室112的通路。心瓣膜94 被看到為連接到心臟的相對側(cè)的心肌壁90和92。腱索104(將瓣膜小葉附接到心室中的 乳頭肌的索狀肌腱）從心室中的瓣膜小葉延伸。本發(fā)明的超聲系統(tǒng)被用于通過如圖5a所 示地對心臟進(jìn)行成像并且在這樣的體積區(qū)域之內(nèi)限定3D R0I96來引導(dǎo)導(dǎo)管程序。如圖5a 所示，該3D R0I延伸到瓣膜兩側(cè)的心室中并且包括導(dǎo)管110要被插入以穿過其的瓣膜。利 用這樣限定的3D R0I，同時從如圖5b和5c中所示的心房110中的面和心室中的面這二者 來察看3D R0I。在來自如圖5b中所示的心房110的視圖Vi中，臨床醫(yī)師可以在導(dǎo)管100' 接近瓣膜小葉之間的狹縫102時觀看導(dǎo)管100'。在瓣膜的另一側(cè)，圖5c的V2視圖察看導(dǎo) 管將很快穿過其而出現(xiàn)的瓣膜小葉的狹縫102,并且腱索104從瓣膜小葉向后延伸。通過從 3D中的兩側(cè)察看瓣膜94,臨床醫(yī)師可以向心瓣膜94的中心引導(dǎo)導(dǎo)管100,并且在導(dǎo)管出現(xiàn) 在瓣膜94的心室側(cè)時察看其穿過心瓣膜的插入。
[0021] 圖6a_6c圖示了利用本發(fā)明的超聲系統(tǒng)執(zhí)行的臨床程序的另一范例。在該范例 中，在兩個正交察看方向％和^上察看3D R0I。在該范例中，將引導(dǎo)導(dǎo)管120以對心臟的 心肌壁90上的部位124執(zhí)行臨床程序。如由圖6a中的輪廓122所示地繪制了 3D R0I，其 包括導(dǎo)管120、要被處置的部位124以及其中要執(zhí)行過程的心室的遠(yuǎn)端126。在兩個正交的 察看方向上察看該3D R01122, Vi如圖6a中所示，并且在第二方向上看向圖6a附圖的平面 中。圖6b圖示了如從方向Vi察看的3D R0I122。在該視圖中，導(dǎo)管120可以軸向地在心肌 壁90旁邊被看到并且接近導(dǎo)管定位于其中的心室的遠(yuǎn)端126。圖6c中示出了正交V2視 圖。在該視圖中，看到導(dǎo)管120接近了程序要在其處被執(zhí)行的點124并且導(dǎo)管120在近似 平行于心肌壁90的取向上。所述兩個正交視圖給予臨床醫(yī)師導(dǎo)管如何沿著心肌壁行進(jìn)、其 與心肌壁的間隔以及導(dǎo)管還需要被延伸多少以到達(dá)在其處要執(zhí)行過程的點124的判斷。
【權(quán)利要求】
1. 一種超聲診斷成像系統(tǒng)，包括： 能夠操作以掃描身體的體積區(qū)域的超聲探頭，所述超聲探頭產(chǎn)生來自所述區(qū)域的三個 維度的回波信號； 信號處理器，其響應(yīng)于來自所述體積區(qū)域的所述回波信號而產(chǎn)生所述區(qū)域的3D圖像 數(shù)據(jù)集； 體積繪制器，其被耦合以接收所述3D圖像數(shù)據(jù)集并且產(chǎn)生所述區(qū)域的兩個3D視圖，如 同所述區(qū)域同時從兩個不同的察看方向被察看； 第一用戶控制，其選擇所述兩個不同的察看方向；以及 顯示器，其響應(yīng)于所述體積繪制器而同時顯示所述兩個3D視圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述兩個不同的察看方向還包括 從相對于彼此取向為180°的方向觀看的所述區(qū)域的視圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述兩個不同的察看方向還包括 從相對于彼此取向為90°的方向觀看的所述區(qū)域的視圖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述兩個不同的察看方向還包括 從相對于彼此取向為0°到180°之間的角度的方向觀看的所述區(qū)域的視圖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括能夠由用戶操作以選擇所述體積 區(qū)域內(nèi)的3D感興趣區(qū)域（ROI)的第二用戶控制， 其中，所述體積繪制器產(chǎn)生所述ROI的兩個3D視圖，如同所述ROI同時從兩個不同的 察看方向被察看。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括侵入性對象，所述侵入性對象當(dāng) 在所述體積區(qū)域中被操縱時能夠在所述顯示器上被觀看， 其中，所述感興趣區(qū)域還包含感興趣解剖結(jié)構(gòu)， 其中，所述侵入性對象當(dāng)在關(guān)于所述感興趣解剖結(jié)構(gòu)的第一方向上被操縱時能夠被可 視化為在所述3D視圖中的一個中遠(yuǎn)離察看者移動，并且 其中，所述侵入性對象當(dāng)在關(guān)于所述感興趣解剖結(jié)構(gòu)的所述第一方向上被操縱時能夠 同時被可視化為在所述3D視圖中的另一個中朝向所述察看者移動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括侵入性對象，所述侵入性對象當(dāng) 在所述體積區(qū)域中被操縱時能夠在所述顯示器上被觀看； 其中，所述感興趣區(qū)域還包含感興趣解剖結(jié)構(gòu)， 其中，所述侵入性對象當(dāng)在關(guān)于所述感興趣解剖結(jié)構(gòu)的第一方向上被操縱時能夠被可 視化為在所述3D視圖中的一個中朝向察看者移動或者遠(yuǎn)離所述察看者移動，并且 其中，所述侵入性對象當(dāng)在關(guān)于所述感興趣解剖結(jié)構(gòu)的所述第一方向上被操縱時能夠 被同時可視化為在所述3D視圖中的另一個中相對于所述察看者橫向地移動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括耦合到所述體積繪制器的第三用 戶控制，所述第三用戶控制能夠操作以改變從所述兩個不同的察看方向觀看的所述體積區(qū) 域的取向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述第三用戶控制能夠操作以改 變從所述兩個不同的察看方向中的第一個方向觀看的所述體積區(qū)域的取向， 其中，從所述兩個不同的察看方向中的另一個方向觀看的所述體積區(qū)域的取向?qū)?yīng)于 應(yīng)用到所述第一察看方向的改變而改變， 其中，用戶觀看所述體積區(qū)域的取向中的單個改變?nèi)缤鰡蝹€改變從所述體積區(qū)域 的兩個不同的察看方向出現(xiàn)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，由所述第三用戶控制的操縱所產(chǎn) 生的所述體積區(qū)域的所述兩個3D視圖的取向的改變被實時可視化。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述第三用戶控制還能夠操作以 向上或者向下傾斜所述兩個3D視圖，向左或者向右轉(zhuǎn)動所述兩個3D視圖，或者順時針或者 逆時針旋轉(zhuǎn)所述兩個3D視圖。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，還包括： 當(dāng)所述第三用戶控制被操作以使所述3D視圖中的一個向上傾斜時，另一個3D視圖相 應(yīng)地向下傾斜； 當(dāng)所述第三用戶控制被操作以將所述3D視圖中的一個向左轉(zhuǎn)動時，另一個3D視圖相 應(yīng)地向左轉(zhuǎn)動；并且 當(dāng)所述第三用戶控制被操作以將所述3D視圖中的一個順時針旋轉(zhuǎn)時，另一個3D視圖 相應(yīng)地逆時針旋轉(zhuǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述體積繪制器還包括： 第一體積繪制器，其產(chǎn)生來自第一察看方向的所述體積區(qū)域的3D視圖，以及 第二體積繪制器，其產(chǎn)生來自第二察看方向的所述體積區(qū)域的3D視圖。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述兩個3D視圖還包括動態(tài)視 差繪制。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的超聲診斷成像系統(tǒng)，其中，所述3D圖像數(shù)據(jù)集還包括B模 式圖像數(shù)據(jù)或者多普勒圖像數(shù)據(jù)。
【文檔編號】A61B8/00GK104114103SQ201380009309
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月13日
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