医学诊断成像中单模式数据的多体积绘制

摘要

本发明涉及医学诊断图像中单模式数据的多体积绘制。对相同医学成像模式的数据执行单独的绘制(22)。在绘制(22)之前不同地处理数据和/或不同地绘制数据以增强期望的图像信息。例如，使用不透明度绘制(22)或使用最大强度投影或表面绘制(22)来绘制相同超声B模式数据集。表面或最大强度投影加亮与骨骼相关的强过渡。不透明度绘制(22)维持组织信息。不同B模式数据集可以单独地被绘制，诸如一个数据集被处理以强调造影剂响应，而另一个数据集被处理以强调组织。单独的绘制被对准并且被组合(24)。组合绘制被输出作为图像。

说明书

技术领域

本实施例涉及体绘制(volume rendering)。尤其，对医学数据进行体绘制。

背景技术

在医学诊断超声成像中，可以使用相同的成像模式来对不同的特征进行成像。例如，B模式数据可以显示组织和骨骼。作为另一实例，彩色多普勒流模式可以显示流体或组织的速度和功率。对于二维成像来说，可以组合不同的模式，诸如多普勒速度信息被显示为B模式组织信息上的覆盖。

对于三维成像来说，典型地使用单个图像信息源。例如，表示体积的多普勒功率或B模式组织信息被绘制为二维显示。然而，使用单个信息源可能在诊断上不太有用。

可以将多个成像模式用于三维绘制。例如，单独的绘制被提供用于B模式和流信息。然而，产生的图像可能不提供期望的诊断上有用的信息。

发明内容

作为介绍，下文所述的优选实施例包括用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的方法、系统、指令和计算机可读介质。可以对相同成像模式的数据执行单独的绘制。在绘制之前不同地处理数据和/或不同地绘制数据，以增强期望的图像信息。例如，使用不透明度绘制以及使用最大强度投影或表面绘制来绘制相同B模式数据集。表面或最大强度投影加亮与骨骼相关的强过渡。不透明度绘制维持组织信息。不同B模式数据集可以单独地被绘制，诸如一个数据集被处理以强调造影剂响应，而另一个数据集被处理以强调组织。单独的绘制被对准并且被组合。组合绘制被输出作为图像。

在第一方面中，提供了一种用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的系统。存储器可操作用于存储表示三维体积的至少一个数据集，该至少一个数据集中的每一个来自相同成像模式。处理器可操作用于根据该至少一个数据集体绘制体积的第一和第二二维表示。处理器可操作用于将第一和第二二维表示组合成组合二维表示。显示器可操作用于显示组合二维表示作为图像。(1)该至少一个数据集是来自相同成像模式的具有不同处理的第一和第二数据集，(2)不同地绘制第一和第二二维表示，或者(3)组合(1)和(2)。

在第二方面中，提供了一种用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的方法。根据b模式或流模式类型超声数据的第一数据集绘制第一三维表示。根据b模式或流模式超声数据的第一或第二数据集绘制第二三维表示。该第一和第二三维表示都根据b模式或流模式类型中的同一模式类型来绘制。组合第一和第二三维表示。

在第三方面中，在计算机可读存储介质中已经存储了数据，该数据表示可由已编程处理器执行的指令，用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制。该存储介质包括指令，用于单独地根据单个超声模式的数据进行绘制，每个单独的绘制具有来自被相对增强的数据的不同信息，并且将单独的绘制组合成单个视图。

本发明由随后的权利要求限定，并且本部分中的任何描述都不应被认为是对那些权利要求的限制。本发明的其它方面和优点在下面结合优选实施例来讨论，并且可以稍后独立地或组合地被要求保护。

附图说明

组件和图不必按规定比例，替代地重点在于示出本发明的原理。此外，在图中，相似的附图标记指示不同视图中的相应部件。

图1是用于体绘制的系统的一个实施例的框图；

图2是用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的方法的一个实施例的流程图；以及

图3示出由B模式数据的单独绘制产生的实例图。

具体实施方式

利用多个独立的绘制路径来处理和显示在相同模式中采集的数据。每个路径单独地被最优化以增强不同的信息。随后单独的绘制在空间上被对准，并且产生的体积被组合。组成单个显示体积的多个体积可以不同地被颜色编码，单独地被去掉(strip away)或以增强通过不同绘制路径提取的不同信息的显示的其它方式被操作。

在一个实例实施例中，显示体积，该体积是已经单独地被绘制的两个或多个体绘制的组合。每个单独的体绘制增强不同的信息。从单个模式类型采集数据。输入至绘制器的数据集在绘制之前在内容上具有至少一个差别。可以对由多个采集所采集的数据执行两个或更多个体绘制，其中所述采集具有相同模式类型。可以对由单个采集所采集的在绘制之前在数据处理方面具有至少一个差别的数据执行两个或更多个体绘制。所显示的体积可以以增强通过独立绘制器路径提取的独立信息内容的方式被操作(例如，去掉层、对不同的子体积不同地上色(colorize)等)。其它实施例是可能的。

图1示出一种用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的系统。该系统能够使用不同的数据和/或绘制设置来执行多个绘制操作(rendering pass)或者并行绘制并且组合结果。该系统包括处理器12、存储器14、显示器16和用户输入装置18。可以提供附加的、不同的或更少的组件。例如，提供网络或网络连接，诸如用于与医学成像网络或数据归档系统联网。

该系统是诸如诊断或治疗超声、x射线、计算机断层摄影、磁共振、正电子发射或其它系统的医学成像系统的一部分。替代地，该系统是诸如与医疗记录数据库工作站或联网的成像系统相关的归档和/或图像处理系统的一部分。在其它实施例中，该系统是诸如桌上型电脑或膝上型电脑的个人计算机、工作站、服务器、网络或其组合，用于绘制三维表示。

用户输入装置18是键盘、轨迹球、鼠标、操纵杆、触摸屏、旋钮、按钮、滑块、触摸垫、其组合、或其它目前已知或以后开发的用户输入装置。用户输入装置18响应于诸如用户按压按钮的用户动作而产生信号。

用户输入装置18与用于基于上下文的用户输入的用户界面一同工作。基于显示器，用户利用用户输入装置18选择一个或多个控制、成像模式、绘制类型、绘制参数、值、质量度量、成像质量或其它信息。例如，用户定位与体积相关的剖面。作为另一实例，用户选择绘制或颜色映射。可以提供对数据和/或绘制的其它操作。在替代实施例中，处理器12在没有用户输入的情况下(自动地)或者在有用户确认或一些输入的情况下(半自动地)选择或控制。

存储器14是图形处理存储器、视频随机存取存储器、随机存取存储器、系统存储器、高速缓冲存储器、硬盘驱动器、光学介质、磁介质、闪存驱动器、缓冲器、其组合或用于存储数据或视频信息的其它目前已知或以后开发的存储设备。存储器14与处理器12通信。

存储器14存储数据。任何类型的数据可以被用于体绘制，诸如医学图像数据(例如，超声、x射线、计算机断层摄影、磁共振或正电子发射)。绘制根据分布在均匀间隔的三维栅格中的数据，但是也可以根据其它格式的数据(例如，根据无需转换成笛卡儿坐标格式的扫描数据或者包括笛卡儿坐标格式和采集格式的数据的扫描数据进行绘制)。数据是体积中不同体积位置的体素数据。体素在数据集中具有相同的尺寸和形状。沿着一个维度与另一维度相比具有不同的尺寸、形状或数量的体素可以被包括在相同数据集中，该数据集诸如与各向异性医学成像数据相关。数据集包括由每个体素所表示的空间位置的指示。

存储器14存储表示用于绘制的三维体积的一个或多个数据集。在一个实施例中，存储单个数据集。在另一实施例中，存储两个或更多个不同数据集。

单个或多个数据集包括来自相同成像模式的数据。对于超声来说，成像模式是检测技术或其它一般操作模式。例如，B模式数据对应于对接收信号的强度的检测。强度或响应可以表示组织、骨骼、造影剂或其它结构。作为另一实例，彩色多普勒模式对应于对接收信号的多普勒检测，诸如速度、变化(variance)和/或功率。彩色多普勒模式可以输出表示流体、造影剂、移动组织或其它移动结构的数据。其它模式包括参数成像模式。在参数成像模式中，组织的应变、应变率、阻抗或其它应变特征被参数化。成像模式可以在用户输入装置18上具有一组或专用键，用于指示模式。可以选择其它成像模式作为应用。

对于与相同成像模式相关的多个数据集来说，数据集可能已经被不同地处理。例如在彩色多普勒模式中，速度估计不同于功率估计。可以使用不同的颜色映射。作为另一实例，可以对B模式数据应用不同的滤波器以使造影剂响应与组织响应隔离(例如，谐波和基波滤波)。可以将不同的发射或接收序列和组合用于B模式信息以隔离造影剂和组织信息。

利用采集实时地提供数据集。例如，通过对患者的医学成像而产生数据集。存储器14临时存储数据用于处理。替代地，从先前执行的扫描存储数据集。对于不同的数据集来说，从对患者的不同扫描采集或形成数据集。替代地，通过不同地处理来自对患者的同一扫描的数据，形成不同的数据集。不同的数据集可以单独地被存储，或者可以被产生用于根据单个被存储的数据集进行绘制。

处理器12是中央处理单元、控制处理器、专用集成电路、通用处理器、现场可编程门阵列、模拟电路、数字电路、图形处理单元、图形芯片、图形加速器、加速器卡、其组合或用于绘制的其它目前已知或以后开发的设备。处理器12是单个设备或者串行、并行或单独运行的多个设备。处理器12可以是诸如桌上型电脑或膝上型电脑的计算机的主处理器，可以是用于处理较大系统中、诸如成像系统中的一些任务的处理器，或者可以是专门被设计用于绘制的处理器。在一个实施例中，处理器12至少部分地是诸如由nVidia、ATI或Matrox制造的个人计算机图形加速器卡或组件。

处理器12可操作用于根据数据集对体积进行体绘制的二维表示。二维表示从给定或选定观察位置表示体积。体绘制在根据表示体积的数据绘制表示的一般意义上被使用。例如，体绘制是投影或表面绘制。在投影绘制中，可以使用沿着射线或投影线的数据的平均、最小值、最大值或其它组合。可以使用阿尔法混合(alpha blending)。数据在组合之前或之后可以利用不透明度、阴影或其它权重被加权。最大投影绘制可以类似于或者表示表面。例如，选择高于阈值或者具有足够过渡并且最接近观察位置的强度作为像素值。可以使用其它表面绘制。

可以由图形处理单元有效地执行绘制算法。处理器12可以是硬件设备，用于诸如使用用于三维纹理映射的应用编程接口来加速体绘制过程。实例API包括OpenGL和DirectX，但是其它API可以独立于处理器12或与处理器12一同被使用。处理器12可操作用于基于API或控制API的应用的体绘制。处理器12可操作用于利用数据的阿尔法混合、最小投影、最大投影、表面绘制或其它体绘制的纹理映射。可以使用诸如光线投射的其它类型的体绘制。

绘制算法根据绘制参数进行绘制。一些实例绘制参数包括体素字长(word size)、采样率(例如，选择样本作为绘制的部分)、内插函数、表示图的尺寸、预/后分类、分类函数、采样变量(例如，作为位置的函数的更大或更小的采样率)、体积的缩小化(例如，在绘制之前的下采样数据)、阴影、不透明度、最小值选择、最大值选择、阈值、数据或体积的加权、或用于绘制的任何其它目前已知或以后开发的参数。

绘制体积的两个或更多个不同的二维表示。通过根据相同或不同的数据集进行绘制而形成不同的二维表示。使用不同类型的绘制和/或不同的绘制参数值。替代地或附加地，利用相同或不同的绘制参数值来绘制不同的数据集。例如，绘制来自相同成像模式但是不同处理的数据的数据集。由于不同的数据集、不同的绘制或两者，绘制相同体积或重叠体积的不同二维表示。

例如，通过沿着投影的不透明度加权(加权平均)数据的不透明度绘制针对一个绘制被执行，并且针对另一绘制执行最大强度投影绘制或表面绘制。绘制的差别可以强调数据集中的不同信息。对于B模式数据来说，不同的绘制可以甚至在根据相同或单个数据集进行绘制的情况下显示骨骼(表面或最大强度)和组织(不透明度绘制)。

在其它实例中，用于绘制的数据集的差别显示具有或不具有绘制的差别的不同信息。B模式中的参数信息、如同弹性或硬度可以与声阻抗不同地被颜色映射(例如，弹性以红色标度，而阻抗以灰色标度)。B模式中造影信息数据集可以使用最大强度投影进行绘制，并且B模式中组织数据集可以使用不透明度绘制进行绘制。彩色多普勒模式中数据的速度和功率数据集可以单独地进行绘制。也可以提供不同的颜色映射，诸如使用橙色/黄色色彩图(tint map)绘制的功率和使用红色/蓝色色彩图绘制的速度。

二维表示可以不同地或相同地被进一步处理。例如，可以将颜色映射应用于二维表示的数据。替代地，在绘制之前，将颜色映射作为处理中的差别应用于表示体积的数据集。

组合两个或更多个二维表示。绘制被对准以便进行组合。每个表示代表相同或重叠的体积。绘制是从相同的观察位置并且按相同的比例进行的，或者表示被调整以考虑空间差别。从数据集的已知空间位置计算对准。替代地或附加地，通过相关来对准数据集和/或表示。找到与数据相对于其它数据(例如，一个表示相对于另一表示)的平移和/或旋转相关的最佳或充分匹配。

对准的数据被组合。组合是求平均值、最大或最小选择或其它组合。可以使用加权组合。在一个实施例中，提供无限脉冲响应的阿尔法混合。在另一实施例中，基于标准、诸如数据强度或不透明度的阈值来选择给定位置的样本之一。如果一个通道符合该标准，则选择可以允许相对于另一个通道偏爱一个通道。

组合来自不同表示的、表示相同投影、像素或区域的数据。组合的结果是二维表示。至少一些区域的像素值是来自不同表示的值的函数。可以使用滤波来减少组合的任何线伪影。

图3示出由两个绘制形成的表示的图像30的一个实例。图像30示出以不同方式绘制的相同B模式数据集。该数据集来自对胎儿的一次扫描。最大强度投影增强胎儿骨骼的可视化，而不透明度绘制增强软组织的可视化。图形框32允许设置剖面33，该剖面使右部分34与左部分36分离。右部分34包括来自两个绘制的数据。左部分36包括来自最大强度绘制的数据。在彩色版本中，可以将组织映射为红色/橙色色彩，而将骨骼映射为灰色色彩。替代地，用于组合的选择标准是用于右部分34的组织绘制和用于左部分36的骨骼绘制。可以使用其它组合。

提供不同的二维表示可以允许独立操作。可以进行对一个数据集和/或绘制的改变，而无需改变其它数据集和/或绘制。可以对不同的绘制和/或数据集进行不同的改变。例如，数据集或二维绘制可以不同地进行颜色映射。用于一个绘制或相应数据集的色标可以被改变。作为另一实例，改变剖面33或其它遮蔽(masking)以定义一个表示的限制。两个绘制器路径的使用允许去掉软组织以更好地揭示下面的骨骼信息。可以提供任何用户导航，诸如将任何用户控制与绘制中的默认或所选的绘制相关联。

显示器16是监视器、LCD、投影仪、等离子显示器、CRT、打印机或用于输出可视信息的其它目前已知或以后开发的设备。显示器16从处理器12接收图像或其它信息。由显示器16接收像素值，用于产生图像。显示器16显示体积的组合二维表示作为图像。该图像可以包括其它信息、诸如图形框32和/或剖面33。

显示器16是用户接口的一部分。用户接口可以提供对绘制和/或数据集的操作。

存储器14和/或另一存储器存储用于操作处理器12的指令。该指令用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制。用于实施在此讨论的过程、方法和/或技术的指令在计算机可读存储介质或存储器、诸如高速缓冲存储器、缓冲器、RAM、可移动介质、硬盘驱动器或其它计算机可读存储介质上被提供。计算机可读存储介质包括各种类型的易失性和非易失性存储介质。图中所示和在此所述的功能、动作或任务响应于存储在计算机可读存储介质中或上的一组或多组指令而被执行。该功能、动作或任务独立于特定类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可以由单独运行或组合运行的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等执行。同样，处理策略可以包括多处理、多任务、并行处理等。

在一个实施例中，指令被存储在可移动介质设备上，用于由本地或远程系统读取。在其它实施例中，指令被存储在远程位置中，用于通过计算机网络或通过电话线传输。在其它实施例中，指令被存储在给定计算机、CPU、GPU或系统内。

图2示出一种用于在医学诊断成像中对数据进行体绘制的方法。该方法由图1的系统或另一系统实施。方法的动作按所示的顺序或其它顺序被执行。可以提供附加的、不同的或更少的动作。例如，动作26是可选的。

在动作20中，接收数据。响应于绘制系统的请求、响应于用户请求从另一组件接收数据，或以别的方式接收数据。从存储器、扫描器或传输器接收数据集。在一个实施例中，在超声成像系统中通过扫描患者接收数据。

所接收的数据包括一个或多个数据集，每个数据集表示一个体积。数据集是各向同性或各向异性的。数据集具有沿着三个主轴或其它格式间隔的体素。体素具有任何形状和尺寸，诸如沿着一个维度与另一维度相比更小。用于体绘制的数据集来自任何医学模态、诸如计算机断层摄影、磁共振或超声。

在动作22中，执行单独的绘制。单独的绘制是顺序的或并行的绘制。在一个实施例中，绘制来自相同的数据集。在另一实施例中，绘制来自不同的数据集。不同的数据集来自相同的扫描，但是具有不同的处理，或者来自患者的不同扫描。

用于绘制的一个或多个数据集来自相同的成像模式。一个或多个数据集可以包括来自不同成像模式的数据，但是数据集包括来自数据集共有的至少一个成像模式的数据(例如，一个数据集具有B模式数据，而另一数据集具有B模式和彩色多普勒模式数据)。来自单个超声模式的数据单独地进行绘制。可以包括来自其它模式的数据。

单独的绘制提供具有不同信息的二维表示。通过以被不同地处理的数据开始和/或通过不同地绘制，相对地增强不同的信息。该增强可以通过不同的处理，以创建或改变不同的数据集，在每个数据集中产生不同的信息。该增强可以通过按照绘制的差别选择数据集中的信息。在不同的二维表示中提供不同的信息，提供相对于其它信息的相对增强。

在一个实施例中，提供不同的绘制。不同地绘制相同或不同的数据集。不同地设置一个或多个绘制参数。替代地或附加地，执行不同类型的绘制。

在另一实施例中，绘制不同的数据集。不同的数据集包括来自不同模式但是被不同地处理的数据(例如，不同的颜色图(color map))。

根据数据集绘制一个表示。数据集包括B模式信息、彩色多普勒信息(例如，速度估计)或来自另一成像模式的数据。可以使用任何类型的绘制，诸如不透明度绘制。根据相同或不同的数据集绘制另一表示。如果使用单独的数据集，该数据集包括来自相同成像模式的数据。该数据集包括B模式信息、彩色多普勒信息(例如，功率估计)或来自另一成像模式的数据。可以使用任何类型的绘制，诸如表面或最大强度投影绘制。

对于绘制来说，观察参数确定观察位置。观察位置是相对于体积的方向，从该方向虚拟观察者观察该体积。观察位置定义观察方向和/或与体积的距离。观察位置可以在该体积内。观察参数还可以包括比例、缩放、阴影、照明和/或其它绘制参数。用户输入或算法定义期望的观察者位置。

可以使用任何目前已知或以后开发的体绘制。例如，使用投影或表面绘制。在投影绘制中，阿尔法混合、平均、最小值、最大值或其它函数可以沿着通过体积的多个射线或投影中的每一个为被绘制的图像提供数据。可以将不同的参数用于绘制。例如，观察方向确定相对于用于绘制的体积的透视性(perspective)。发散或平行的射线可以被用于投影。用于将亮度或其它数据转换成显示值的传递函数可以根据绘制的类型或期望的质量而变化。采样率、采样量、感兴趣的不规则体积和/或限幅(clipping)可以确定将被用于绘制的数据。分割可以确定要被或不被绘制的体积的另一部分。不透明度设置可以确定数据的相对贡献。诸如阴影或光源的其它绘制参数可以改变一个数据对其它数据的相对贡献。绘制使用表示三维体积的数据来产生体积的二维表示。

在动作24中，组合二维表示。可以提供任何组合，诸如求平均值或最大强度选择。表示基于已知的几何关系或所计算的对准被对准。对于所计算的对准来说，每个数据集或每个表示的数据被比较以识别平移和/或旋转，提供最佳或充分匹配。一旦被对准，数据就被组合成组合表示。组合表示是体积的单个视图。

在动作26中，施加修改。绘制和/或数据集被修改，并且动作22和24被重复。例如，选择不同的颜色映射。作为另一实例，遮蔽或限制(数据分条(data stripping))绘制或数据集中的一个或多个。可以进行多个修改。修改可以对两个绘制或仅仅一个绘制进行。重复可以包括重新绘制仅仅一个表示或两个表示。

虽然上文已经参考各种实施例描述了本发明，但应当理解可以进行许多改变和修改，而不脱离本发明的范围。因此意图至于，前述详细描述应当被视为说明性的而非限制性的，并且应当理解包括等效物的下列权利要求定义本发明的精神和范围。