用于三维超声成像的快速扫描变换方法技术

一种用于三维超声成像的快速扫描变换方法，用于把探头扫描得到的数据变换为后续三维重建需要的直角坐标体积数据，包括步骤：使探头分别在一系列等角度间隔平面内扫描物体，得到序列的二维图像数据并存储之；再通过插值计算处理来获取三维空间各非扫描点的数据并存储；尤其包括建立一个系统变换基础的扫描变换模型；以所述探头阵列方向为Ｘ方向，扇形扫描跨度角度α一半处的声波发射方向为Ｚ方向，垂直于Ｘ－Ｚ平面的方向为Ｙ方向，的一个直角坐标系空间Ｍ。本发明专利技术方法利用该模型的对称性来优化包括各点扫描变换参数的查询表，及采用整数运算和移位处理，可以加快系统计算速度并节省内存空间，从而采用本发明专利技术方法的系统具有很好经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声技术，特别涉及用于三维超声成像的数据处理技术，尤其是加快计算速度和降低存储量的体积数据变换处理方法。
技术介绍
三维超声成像技术是一种以辅助医疗诊断为目的的超声成像技术，它通过探头来获取人体某些组织器官的三维体积数据，然后对该体积数据进行处理，从而得到这些组织器官的三维超声图像。和传统的B型超声相比，该技术具有可直观显示和多角度观察图像，辅助医学教学和手术规划，及测量更多医学参数等优点。该技术自60年代被提出概念，80年代开始临床应用以来，已经在心脏、胎儿形体、肝、肾等方面显示了重大应用价值。但一直以来，三维图像显示的实时性问题是制约其实际应用的一个重要因素。根据用来获取三维体积数据的探头的不同类型，超声成像可以分为静态和动态(也称“实时”)三维成像。实时三维成像可以采用1.5D或2D的探头来直接获取三维体积数据；而静态三维成像先使用探头(一般以普通一维阵列探头为主)来获取二维数据，再经处理获取三维体积数据。超声成像根据获取数据时的探头扫描方式，又分为平扫、扇扫、旋转扫描等方式成像。所述扫描包括机械带动的机械扫描，和手工移动的自由扫描。所述平扫成像是指将探头沿着与各扫描平面垂直的方向进行移动，得到一组平行面的图像数据，可以将这些图像数据直接输入后续三维重建模块进行处理而得到三维结果图像；而所述扇扫成像是将探头绕探头和被扫描物体接触线进行匀速摆动，在一系列等角度间隔的平面内扫描物体，得到序列的图像数据，再对此序列图像数据进行三维坐标变换后才输入到后续三维重建模块进行处理。由于扫描得到的图像数据量非常巨大，按照常规三维坐标变换方法进行处理将花费大量时间，从而影响三维超声成像技术的实际应用，因此，加快三维坐标变换速度对临床应用非常重要和有意义。在Siemens公司申请的美国专利5,396,890中，提到了一种三维扫描变换系统，其目的是为除了产生传统B型图像之外，还可以实时产生正交多平面图像及透明图像，包括步骤 1、分别在若干等间隔平面上，对一个物体进行超声扫描，获取这些平面上的二维超声数据；2、存储所述二维超声数据；3、记录相应探头的位置；4、从一个查询表中，找到各相应于所述探头位置的扫描变换参数，并将它们装载到扫描变换系统中；5、根据控制的线密度值，对所述存储的图像超声数据进行第一次扫描变换，将该二维数据变换为光栅化的图像数据；6、在内存中存储所述光栅化的图像数据；7、对所述存储的数据，在与所述第一次垂直的方向上执行第二次扫描变换；8、在内存中以体数据的形式存储所述第二次扫描变换的结果；9、显示存储的三维图像数据。上述现有技术的主要不足在于1、需要的存储空间大。以所述美国专利为例，需要进行两次坐标变换，包括对原始扫描数据、第一次扫描变换后的中间结果数据、及第二次扫描变换后结果数据的存储，因为三维数据量一般很大，这种做法极大地增加内存开销，导致该方法的可使用范围受限。2、没有对查询表优化，而扫描变换时数据量很多，导致扫描变换参数的查询表必须很大，造成花费较多时间从查询表中取值。3、扫描变换过程中须进行大量插值运算，通常都是浮点运算，而查询表存储的一般是浮点型扫描变换参数，实际计算时，系统从表中取出这些参数进行计算，因为浮点型数据运算耗费时间比整型的多得多，从而又进一步增加时间开销。4、从实用角度出发系统只须处理要观察的图像数据，而上述现有技术在所述后续三维重建中，对整幅二维图像数据(其中包括了很多无效区域)进行处理，既浪费时间，又因无效数据的干扰而影响最终三维图像的观察效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种快速扫描变换的方法，能在尽量短的时间内根据探头扫描所获数据来变换产生后续三维重建所需要的直角坐标体积数据，并降低数据处理过程中对内存空间的要求，从而解决三维超声实时性问题。为解决上述技术问题，本专利技术的基本构思为使用探头分别在一系列等角度间隔的平面内对物体作扇形扫描，得到序列二维图像的极坐标数据并存储；通过系统建立一个对应所述扫描过程的对称模型，只须进行一次极坐标与直角坐标的扫描变换，就可以将所述存储数据转换为三维重建所需要的体数据，提供给后续的三维重建以得到三维超声图像，从而节省内存空间并加快计算速度。作为实现本专利技术构思的技术方案是，提供一种，用于根据探头扫描所获数据来变换产生后续三维重建需要的直角坐标体积数据，包括步骤A.使用探头分别在一系列等角度间隔θ的平面内扫描物体，得到二维的序列图像数据并存储这些数据；其中θ为预定常数；B.依据所述存储的扫描数据，进行插值计算处理来获取三维空间各非扫描点的图像数据并存储，作为三维重建所需要的体积数据；尤其是，所述步骤B中包括建立扫描变换模型，作为系统根据所述存储数据变换计算三维空间各点数据的基础，所述扫描变换模型是以所述探头的阵列方向为X方向，以扇形扫描跨度角度α的一半处的声波发射方向为Z方向，垂直于X-Z平面的方向为Y方向，建立起的一个三维空间直角坐标系M；设所述序列图像数据为N1(x，r)，N2(x，r)，N3(x，r)，...，Nn(x，r)，对于任意的n，满足φn(x，r)-φn-1(x，r)＝θ，其中φn为Nn(x，r)图像平面与Z轴的夹角，则在所述坐标系M下，序列图像对N1(x，r)和Nn(x，r)、N2(x，r)和Nn-1(x，r)、N3(x，r)和Nn-2(x，r)......Ni(x，r)和Nn-i+1(x，r)分别在空间位置上关于X轴与Z轴构成的平面对称；其中1≤i≤int。上述方案中，所述步骤B包括具体过程a.系统先从内存空间中读出序列图像数据；b.在每一个序列单元的二维图像数据中预先选定扫描变换的区域；c.基于所述扫描变换模型对选定区域进行插值运算来产生各非扫描点的图像数据。上述方案中，所述步骤c基于扫描变换模型进行插值获取三维空间各点数据的过程包括①系统首先设定X初始值，X＝x0；②将对应Y-Z平面P上扫描变换范围F内的任一点E(y0，z0)变换到极坐标系中的相应点E(r0，θ0)； ③当E点属非扫描点时，系统选择极坐标系中和该E(r0，θ0)点最接近的若干扫描点的数据进行插值计算，来得到所述E(y0，z0)点的图像数据并存储该数据；④令X＝x0+1，重复步骤②，逐次对X扫描范围内的任一Y-Z平面做同样处理，直至得到坐标系空间M内的各点数据，实现序列图像数据到体积数据的变换。上述方案中，利用E点(y0，z0)与E(r0，θ0)的一一固定对应关系，系统设置一查询表，包括预先计算的对应着坐标系空间M内各点的(r0，θ0)值，所述步骤②的坐标变换通过查该查询表来完成。所述查询表还包括预先计算的对应着坐标系空间M内各点的插值系数。采用上述各技术方案，可以基于所述模型的对称性，结合预先计算扫描变换参数并存入查询表中、将浮点运算转化为整数运算等多种数据处理方法来加快计算速度，从而大大减少三维扫描变换中的数据计算时间，并降低系统数据处理对内存空间的要求，故加快了扇形扫描下三维成像的速度，能满足实时性要求。附图说明图1是本专利技术的数据处理流程2是扫描变换模型3是扫描变换模型中固定X值对应的Y-Z平面示意图；图4是Y-Z平面内点在R-θ空间的映射示意图；图5是线性插值过程示意6是查询表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三维超声成像的快速扫描变换方法，用于根据探头扫描所获数据来变换产生后续三维重建需要的直角坐标体积数据，包括步骤：Ａ．使用探头分别在一系列等角度间隔θ的平面内扫描物体，得到二维的序列图像数据并存储这些数据；其中θ为预定常数；　 　Ｂ．依据所述存储的扫描数据，进行插值计算处理来获取三维空间各非扫描点的图像数据并存储，作为三维重建所需要的体积数据；其特征在于，所述步骤Ｂ包括：建立扫描变换模型，作为系统根据所述存储数据变换计算三维空间各点数据的基础； 所述扫描变换模型是：以所述探头的阵列方向为Ｘ方向，以扇形扫描跨度角度α的一半处的声波发射方向为Ｘ方向，垂直于Ｘ－Ｚ平面的方向为Ｙ方向，建立起的一个三维空间直角坐标系Ｍ；设所述序列图像数据为Ｎ↓［１］（ｘ，ｒ），Ｎ↓［２］（ｘ，ｒ）， Ｎ↓［３］（ｘ，ｒ），…，Ｎ↓［ｎ］（ｘ，ｒ），对于任意的整数ｎ，满足φ↓［ｎ］（ｘ，ｒ）－φ↓［ｎ－１］（ｘ，ｒ）＝θ，其中φ↓［ｎ］为Ｎ↓［ｎ］（ｘ，ｒ）图像平面与Ｚ轴的夹角，则在所述坐标系Ｍ下，序列图像对Ｎ↓［１］（ｘ，ｒ）和 Ｎ↓［ｎ］（ｘ，ｒ）、Ｎ↓［２］（ｘ，ｒ）和Ｎ↓［ｎ－１］（ｘ，ｒ）、Ｎ↓［３］（ｘ，ｒ）和Ｎ↓［ｎ－２］（ｘ，ｒ）……Ｎ↓［ｉ］（ｘ，ｒ）和Ｎ↓［ｎ－ｉ＋１］（ｘ，ｒ）分别在空间位置上关于Ｘ轴与Ｚ轴构成的平面对称；其中１≤ｉ≤ｉｎｔ［（ｎ＋１）／２］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董剑，倪东，齐保春，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]