[发明专利]医学成像模拟

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求了提交于2008年9月25日的第61/100,083号美国临时专利申请的35USC§119(e)下的优先权，通过引用将其内容合并于此。

技术领域

本发明涉及医学成像模拟领域，尤其涉及使用诸如用于超声成像的探针的成像装置进行的医学成像。

背景技术

超声成像模拟器被用来训练学生超声描记技术。然而，使用这类装置能提供的训练是有限的。某些超声描记诊断训练设备使用基于利用超声装置或其它医学诊断设备对真人身体的精确扫描的超声描记数据集的3D阵列，要获得它是耗时且昂贵的。然后将在扫描期间获得的各种超声描记“切片”保存在数据库中，并使用插值技术来填充切片之间的间隙。大多数时候，所述数据集来自健康的患者，或者来自具有不需要立即治疗的微小病状的患者。获得关于需要立即介入的罕见病状或病情的超声描记数据集是很困难的，因为那些患者常常不能用来长时间地进行感兴趣区域或器官的完整扫描。

此外，在每个病例或数据集中，存在有限量的数据。与真实临床检查相比，扫描窗口和角度是有限的。教师和学生可能发现他们自己在争取更好的图像，但是该完美的图像常常超出所存储的数据的能力。

因此，需要改进超声描记诊断训练装置。

发明内容

这里提出的方法涉及使用体积建模来生成器官的3D模型。与线框和表面建模不同，体积建模系统确保所有表面适当地交会，并且确保对象在几何上是正确的。体积建模对对象进行内部和外部模拟。体积3D模型可被截断以揭示它们的内部特征。当对象被构建为3D模型时，其内部结构的横截面可就像其被切成切片一样呈现。

使用体积建模生成的虚拟3D模型可被动画化，以再现例如跳动的心脏，并且因此该技术可被用来对动态器官以及静态器官成像。另外，该方法涵盖了非侵入式、半侵入式和侵入式超声描记术模拟技术。经胸廓回波心动描记术(transthoracic echocardiography)、经食道回波心动描记术(transesophageal echocardiography)和心脏内回波描记术(intracardiac echography)分别是非侵入式、半侵入式和侵入式超声成像技术的例子。

根据第一个宽泛的方面，提供了一种用于模拟器官的成像过程的方法，该方法包括：从存储器取回所述器官的3D体积模型，所述3D体积模型描述所述器官的3D结构和所述3D结构内的密度分布，所述3D结构表示所述器官的表面和内部特征；根据成像装置的位置和取向生成所述3D模型的切片，所述切片包括所述表面和所述内部特征的横截面；根据所述切片绘制图像；以及显示所述图像。

根据第二个宽泛的方面，提供了一种计算机可读存储器，所述计算机可读存储器上记录有表示器官的3D体积模型的数据集以及为了执行以下步骤而由处理器执行的语句和指令：根据成像装置的位置和取向将所述3D体积模型切成切片；根据所述切片绘制图像；以及显示所述图像，所述3D体积模型描述所述器官的3D结构和所述3D结构内的密度分布，所述3D结构表示所述器官的表面和内部特征，所述切片包括所述表面和所述内部特征的横截面。

根据又一个宽泛的方面，提供了一种用于模拟成像过程的系统，该系统包括：成像装置；适于确定所述成像装置的位置和取向的位置跟踪装置；以及包括存储器和处理器的机器，所述存储器中存储有表示器官的3D体积模型的数据集，所述处理器被配置用于根据所述成像装置的所述位置和取向将所述3D体积模型切成切片、根据所述切片绘制图像、并在显示单元上显示所述图像，所述3D体积模型描述所述器官的3D结构和所述3D结构内的密度分布，所述3D结构表示所述器官的表面和内部特征，所述切片包括所述表面和所述内部特征的横截面。

应当理解，术语“回波描记术”、“超声描记术”和“医学声波描记术”可以互换使用。

术语“器官”应被理解为可由超声扫描的生物的任何单元或结构，包括肌肉、腱和内部器官，如心脏、肝脏等。胎儿也是器官的一个例子。

附图说明

根据以下结合附图作出的详细描述，将容易理解本发明的更多特征和优点，其中：

图1a是根据一个实施例的用于模拟器官的超声图像的方法的流程图；

图1b是根据一个实施例的用于创建3D模型的方法的流程图；

图2是根据一个实施例的心脏的3D结构的横截面；

图3是根据一个实施例的填充有随机点的心脏的3D结构的横截面；

图4示出了根据一个实施例的与随机点相关联的球体的体素化(voxelization)；