[发明专利]三维超声实时成像方法与装置以及成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像方法与装置，特别是涉及一种三维超声实时 成像方法与装置，以及包含该装置的超声成像系统。

背景技术

传统医疗影像设备仅仅提供人体内部的二维图像，医生只能凭经 验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，以此想像病灶与其周围 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构出三维形体，并在终端显示出来。因此不仅能 得到有关成像物体直观、形象的整体概念，而且还可保存许多重要的 三维信息。另外，由于超声成像较CT和MRI具有无创、无电离辐射以 及操作灵活等明显优势，所以超声三维成像势必会在医学临床上得到 广泛的应用，开展超声领域中的三维可视化研究显得十分必要。

按照一种现有的加快三维超声成像速度的方法，在已知原始体数 据和采集姿态参数的基础上，得到一个虚拟的重构体数据。为了将重 构体数据的直角坐标映射为原始体数据的极坐标，需要建立一个查找 表，称为“重构变换表”。该表的每个元素对应重构体数据的一个体 素，除了记录当前体素的坐标变换结果，还需要记录当前体素是否位 于重构六面体内。若当前体素完全位于重构六面体之内，则称为“有 效体素”；若当前体素完全位于重构六面体之外，即残余空间以内， 则称为“无效体素”；若当前体素位于重构六面体和残余空间的交界 之处，则称为“临界体素”。

重构变换表用于体绘制，这里的绘制方法仍然是基于光线投射算 法的。从视平面的当前像素发射出一条光线，首先利用重构包围盒的 边界将其裁剪为线段，称为“盒内线段”。然后从盒内线段的起点开 始，以一定步长沿光线方向行进，得到一系列采样点。将当前采样点 的坐标取整，得到当前体素，然后查询重构变换表：若当前体素是无 效体素，则当前采样点一定位于残余空间；若当前体素是有效体素， 则当前采样点一定位于重构六面体内；若当前体素是临界体素，则当 前采样点所位于的区间未定，需要补充进行一次双线性插值 (Bilinear Interpolation)运算，才能决定该采样点是位于重构六 面体内还是残余空间内。经过上述判断之后，若当前采样点位于残余 空间内，则略过该采样点；若当前采样点位于重构六面体内，则需根 据当前采样点坐标的小数部分，以及当前体素的坐标变换结果，进行 一次三线性插值(Trilinear Interpolation)运算，得到当前采样 点的灰度值，并以此进行光线合成。一旦得到第一个位于重构六面体 内的采样点，则不再判断后续的采样点，而一律以重构六面体内情况 下的方法进行插值和合成。如此逐步行进，直到采样点抵达盒内线段 终点，或者累计的不透明度值达到给定的阈值为止，后者称为“光线 中止”。然而，该现有技术存在有以下几个缺点：

1.采样点首次进入重构六面体之前，需要逐一判断采样点是否位 于重构六面体内，导致效率较低。尤其当采样点取整得到的体素为临 界体素时，判断方法比较复杂，严重影响了成像速度；

2.一旦得到第一个位于重构六面体内的采样点，则后续的采样点 一律以重构六面体内情况下的方法进行插值和合成。但是，这种处理 方法是不妥的，因为在很多情况下，后续采样点可能未达到光线中止 条件时就穿出了重构六面体，若还按照重构六面体内情况下的方法进 行插值和合成，即使不会导致计算出错，也将带来无谓的计算开销， 影响了成像速度；

3.因为采样点是以一定步长行进的，因此第一个位于重构六面体 内的采样点往往不是位于重构六面体的表面，而是已经穿入表面一定 深度(在此称为“误差深度”)。每条光线的误差深度可能各不相同， 虽然该深度总是小于光线步长，但其仍会对该光线的合成结果产生一 定影响。随着光线的空间分布，误差深度表现出一定的周期性，导致 成像结果出现环状、网状、锯齿状等特定形状的纹理，即产生了走样 (Aliasing)现象，严重影响了成像质量。若通过设置较小的光线步 长，可以缓解误差深度导致的走样现象，但很难完全消除，而且将导 致成像速度的进一步下降；

4.为了标记采样点是否在重构六面体内，重构变换表内需要计算 几个专门的字段，而且该表在整个成像过程中需要一直保持，增加了 处理的时间和空间开销；

5.三维超声至少有四种采集模式，而该现有技术只给出了凸阵扇 扫采集模式下的方法。

发明内容