[发明专利]超声三维快速成像方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种成像方法与装置，尤其是涉及一种超声三维成 像方法与装置。

背景技术

超声三维成像现在最普遍的应用是在产科对于胎儿的成像，临 床上可以直观的观察肚中胎儿是否有裂唇、脐带绕脖等现象。另外， 还可以用于观察胆囊、膀胱等部位的成像。这类三维成像的特点是 成像组织运动相对较慢，对时间分辨率要求不高。这类组织可以直 接使用普通的1D探头使用自由臂扫描或者使用机械探头由马达带动 探头扫描来实现成像，使用机械探头的成像速度一般是在2-4帧/秒。 高级的超声三维成像主要是2D探头的高速三维成像，这类成像主要 针对心脏这类高速运动的组织器官。由于使用的是2D探头可以高速 获得所需数据，因此可以达到很高的时间分辨率，一般可以达到20 帧/秒。

三维成像技术主要包括三个部分，一是数据的采集，二是数据 处理，三是成像方法。

数据的采集主要是如何得到三维成像所需的体积数据，使用自 由臂为例，体积数据就是1D探头沿着与探头厚度方向(Elevation Direction)匀速运动扫描得到的序列图像数据，这部分数据包含了 探头扫过部分的三维信息，从而可以用于三维成像。机械探头使用 的是由马达带动探头绕着某一支轴扇扫的方式获得所需要的体积数 据。数据采集得到的是一系列的扫描线数据，也可以看作是一系列 坐标变换前的图像序列。这些数据的每个点都代表了所扫的三维空 间上的某个点，称为体素(Voxel)。

数据处理是在成像前对采集的数据处理的过程，一般包括了重 构过程。主要是将得到的极坐标数据转变为直角坐标数据，从而对 采集的数据进行坐标变换得到与真实空间一致的体数据。这时体素 的相对位置与真实空间一致。

有了体数据，一般的成像方法使用的是光线跟踪方法。通过在 虚拟的三维空间中添加视点，视平面以及体数据，使用视点与视平 面上的像素的连线作为光线方向对体数据进行重采样。对于重采样 的数据，使用光线数学模型进行结合得到一个结果值，该值就是对 应的视平面像素的灰度。当所有的像素位置都得到了结果值，那么 也就完成了一次对体数据的成像。

受让人为Aloka，名称为“Ultrasound image processing apparatus and method of forming and displaying ultrasound images by the apparatus”，专利号为5911691的美国专利详细介绍 了使用光线跟踪的方法进行三维成像。

如图1所示，在数据采集方面，该专利提出按照视点位置进行 数据采集。对于1D的机械探头而言就是探头旋转的半径与探头半径 一致，那么得到的扫描线方向延长线就会聚集在同一个点。将该点 作为视点，那么光线的方向就会与扫描线方向一致。也就是说，每 条扫描线就可以对应一条视点与视平面像素的连线，这样的设计将 大大降低运算量，因为：

a)不需要进行重构；

b)不需要对一个三维的数据按照光线方向计算入射点等参数以 及重采样操作。

有了体数据，该专利的成像方法是常规的光线跟踪方法。不同 的是，它只需要对于每一条扫描线进行计算就可以得到结果图像。 如图2所示，立方体代表了某条光线(在该专利就是扫描线)上的 体素，平行四边形代表了视平面，就是结果图像，该光线上的数据 合成得到的像素是P(x，y)。数据合成使用的是一个迭代的过程，该 过程模拟了光线穿透不同的介质(介质属性使用数据点值描述)被吸 收以及穿透的过程。每个体素根据其灰度的不同会有一个不透明度， 一般是正比于灰度值的单调曲线。不透明度标记为a_i，体素灰度标记 为e_i。数据合成步骤为：

i)对于第一个体素i＝1C_INi＝0；

ii)C_OUTi＝(1-a_i)*C_INi+a_i*e_I；

iii)i＝i+1，C_INi＝C_OUTi-1；