具有多种控制功能的诊断成像系统控制器

本发明涉及诊断成像系统，更具体地说，涉及用于诊断成像系统 并且执行多种功能的控制器。

诸如诊断超声成像系统的诊断成像系统是具有大量不同的控制参 数的复杂仪器。用户能改变很多设定来获得最佳的诊断图像。例如， 用户能调节发射功率、接收增益、时间增益控制、侧向增益变化、图 像深度和成像模式，以及其它参数。由于有这么多可变化的控制参数， 因此，全功能成像系统具有带大量控制器的控制面板。因此，这些系 统的设计者一直在努力提供控制结构更简单的控制面板，同时保持容 易且直观地控制所有成像变量的能力。特别是，这些控制面板通常试 图将该控制结构设置成使得特定过程所需的控制器紧密地聚集在控制 面板上，以便用户能快速地接近它们，优选不需移动手就能快速地接 近它们。例如，诊断成像系统控制面板上的主控制器是轨迹球和成弧 形排列在轨迹球周围的按键。该轨迹球主要是用来移动光标以及显示 屏周围的其它标记。排列在轨迹球周围的按键是临床医生最常用到的 那些按键，例如“图像定格”键、“打印”键、“测量”键、“选择” 键和“更新”键。然而，这些按键可用的空间是有限的。就希望有一 种控制面板具有这样的控制结构，即该控制结构使得具有更大功能性 的控制器处在用户容易接近的范围内，而且没有不适当的机械的和控 制的复杂性。

按照本发明的原理，提供了一种用于诊断成像系统的可变控制 器，该控制器执行多种功能。在一个实施例中，该控制器是具有连续 控制范围的控制器，例如轨迹球、滑块或旋钮。当以正常方式操纵该 控制器时，它提供了第一类型的控制功能。当以快速方式操纵该控制 器时，检测该控制动作的速度并且该控制器转换到不同的控制功能。 本发明的实施例避免了为了控制多种功能而需要单独的控制器或需要 用户额外的手部运动。

在附图中：

图1示出了按照本发明原理构造的诊断超声系统；

图2是图1的超声系统的一部分控制面板的近视图；

图3是按照本发明原理的控制器的工作流程图；

图4示出了仪器系统，其中控制器可用来转换到四种不同功能中的 任意一种功能。

首先参见图1，以透视图示出了按照本发明原理构造的手推车承载 式诊断超声系统。该系统的下部30封闭了电源和电路板，该系统通过 该电路板处理并显示超声信号。在该下部30的前面上示出了数个连接 器，包括用于超声探头10的缆线20的连接器22。该探头10在不用的时 候可以存放在探头夹持器74中。含有系统控制器的控制面板72位于底 部30的顶部上，用户通过该控制器来操作和控制该超声系统。控制面 板72上方是显示器32，该系统30产生的超声图像显示在该显示器32 上。

控制面板72包括数个具有连续调节范围的控制器。三个这样的控 制器是轨迹球76、滑块36和旋钮34。这些控制器具有连续的运动范围， 在使用控制器来调节系统功能或参数时，用户在该运动范围内移动该 控制器。例如，操作员可以以连续方式滚动或旋转该轨迹球76。该滑 块36和旋钮34通常不具有像普通轨迹球那样的无限的连续运动范围， 但是其通常具有被机械地限制的移动范围。例如，该滑块36的移动被 控制器的长度以及其在控制面板上的开口所限制。该旋钮34通常在其 转动的最小和最大限度处具有终点止动装置。然而，可连续转动的旋 钮也是已知的并且也能用在本发明的实施方式中。

图2是包含了轨迹球76、滑块36和旋钮34的一部分控制面板72的近 视图。该超声系统上的轨迹球通常执行上文所描述的功能。滑块36通 常用来设定系统的时间增益补偿曲线的断点。旋钮是用于例如增益调 节或功率调节的功能。如图2所示，旋钮35具有如曲线箭头35所指示的 控制调节的转动范围。滑块36具有如直线箭头37所指示的控制调节的 直线范围。该轨迹球76通常可以以任何方向转动，包括如箭头指示的 上、下、左和右这四个示出的方向。这些控制器不同于具有不连续设 定的控制器，例如按钮就只有两个位置设定。如上文所述，排列在轨 迹球76周围的是控制键或按钮50～58，它们所控制的功能例如：在显 示器上定格图像、打印显示的图像、在显示器上测量人体的指定部分、 选择显示器光标所指定的设定、或刷新显示器。

按照本发明的原理，如上文所述那样具有连续调节范围的控制器 用来控制若干功能。例如，该轨迹球76可用来在称为“双平面”的3D 超声成像模式中控制图像平面的位置。该双平面模式在标题为 “BIPLANE ULTRASONIC IMAGING”的美国专利[申请号10/231,704] 以及标题为“IMAGE ORIENTATION DISPLAY FOR A THREE DIMENSIONAL UNTRASONIC IMAGING SYSTEM”的美国专利[代理机构卷号ALT-326， 2003年5月12日提交]中有详细描述，这些专利在此引入作为参考。在 这些专利所述的双平面模式中，阵列换能器成像出垂直于换能器的正 面延伸的图像平面，该图像平面称为参考图像。该参考图像相对于换 能器定向，该参考图像在二维成像过程中是正常的2D图像。在该双平 面模式中还有第二图像，该第二图像的平面可以相对于该参考图像移 动。在一种双平面功能中，该参考图像和第二图像具有共同的中心线。 该第二图像可以绕该共同中心线转动。这意味着这两个图像可以是共 面的，可以相对于彼此成90°或任何中间转动角方向定向。这被称为“转 动”双平面模式。另一种双平面功能被称为“侧向倾斜”双平面模式。 在这种模式中，这两个图像相对于彼此成90°定向，第二图像的中心线 使用参考图像中的一条可选择的线。当这两个图像为扇形图像时，这 意味着第二图像可以倾斜出探头的正常方向，从参考图像的一个侧边 倾斜到另一侧边。还有第三双平面功能为“竖直倾斜”双平面模式， 在该模式中，第二图像可以在参考图像的竖直方向上移动。这意味着 这两个图像可以共面，或者第二图像可以移动到在该参考图像的平面 的前面或后面的竖直平面上。

按照本发明的原理，该轨迹球76用于控制双平面模式的第二平面 的位置。该轨迹球还可以用来转换到一个或多个其它双平面功能。这 是通过快速地旋转该轨迹球来实现的。当该超声系统检测到轨迹球的 高速运动时，该系统转换到另一个双平面功能。然后，使用该轨迹球 在新的双平面功能中控制第二平面的位置。这使得用户能在一个双平 面功能中移动第二平面，以便搜索所关心的人体的最佳视图。如果用 户对这些视图满意，那么他很快地旋转该轨迹球，以便转换到新的双 平面功能，在新的双平面功能中，可以相对于参考平面将该第二平面 移动到不同的方向范围。在这种方式中，临床医生可以保持人体在参 考图象中看得见以便建立参考视图，并且能将第二平面操纵到其它大 范围的视图和方向上，所有这些都是用相同的用户控制器来实现的。

例如，假设该临床医生正手持该超声探头，使得心脏瓣膜显示在 参考图像的平面中。该临床医生正在操作该双平面模式的竖直倾斜功 能。当该临床医生用其手指轻轻地移动该轨迹球时，第二图像从与参 考平面的共面状态中移动出来，并且移动至与在心脏瓣膜之前并且基 本上平行于心脏瓣膜的心室交叉的位置。如果该心脏瓣膜具有喷嘴，那 么该第二平面可以穿过该喷嘴。但是在这个方向中，该喷嘴通常只表 现为第二图像的竖直平面内的点。该临床医生现在想要在第二图像平 面中看到大约是垂直于该瓣膜延伸的喷嘴的全长。这就需要转换到该 双平面模式的侧向倾斜功能。为了作出这种改变，该临床医生用手指 让该轨迹球快速地旋转。该超声系统检测该轨迹球的高速运动并且转 换到侧向倾斜功能。该临床医生现在可以继续对轨迹球的正常控制， 以便侧向倾斜该第二平面，直到在第二图像的平面中捕获该喷嘴的整 个长度。

图3示出了一个过程的流程图，超声系统可通过该过程来检测轨迹 球和其它用户控制器的高速运动。例如，轨迹球可具有两个或四个可 通过轨迹球的滚动来调节的电位计或正交轴编码器。当该轨迹球向上 或向下移动时，一个轴编码器被调节并产生输出信号，当该轨迹球向 左或向右移动时，另一个轴编码器被调节并产生输出信号。进行调节 的方向由方向位(+或-)来表示，该方向位区别出上与下以及左与右。 或者是，四个方向中的每一个方向都有轴编码器。当以不同于这四个 正交方向的方向移动该轨迹球时，几个轴编码器被同时调节，并且它 们的组合移动可以分解到该轨迹球的运动方向上。例如，光标可以以 这种方式从显示屏上的一点以直线移动至该显示屏上的任何其它点 上。

在图3的框12中，每隔Δt的时间增量都测量控制器位置P。例如， 每隔50毫秒，该轨迹球的轴编码器的当前值可以由超声系统的处理器 读出。每次测量该控制器位置时都将该当前位置都与先前的测量位置 进行比较(框14)，该比较结果是一个表示位置变化的值ΔP，由于该 变化出现在时间间隔Δt中，因此该位置变化ΔP等价于速度v。如果连 续测量的该控制器的位置都是相同的，那么这意味着该控制器没有被 移动且ΔP＝v＝0。但是如果在50毫秒的间隔内有位置变化，那么该控 制器在间隔Δt＝非零v中在位置上移动了ΔP。

在框16中，将v与一个阈值相比较。该阈值测定该控制器的运动是 不进行功能变换的正常低速运动还是表明在控制器的功能上有变化的 高速移动。在一个实施例中，该阈值可以在工厂中由超声系统制造商 考虑到如何在正常运行中操纵该控制器的经验知识而设定。在另一个 实施例中，该阈值可以由用户考虑到他或她进行控制操纵的个人风格 而进行调节。在该第二实施例中，用户将该阈值设定成使得他对该控 制器的所有正常使用速度都低于该阈值。这防止了在正常控制调节过 程中不慎将该控制器转换到不同的功能。如果v低于该阈值，那么该控 制器继续进行其当前的功能(框18)并从而利用该控制器的运动。例 如，如果该控制器正用来调节第二平面的竖直倾斜，那么该轨迹球的 新设定用来影响该第二平面新的竖直倾斜位置。

然而，如果v高于该阈值，那么该控制器是以非正常的高速进行移 动。然后，该超声系统变换该控制器的功能(框26)。该控制器可以 继续以该非正常高速移动若干或很多Δt的测量间隔。在这期间，要忽 略v值的控制用途，直到该控制器恢复正常速度v或v＝0(框28)。当 该控制器又正常运行或静止时，继续进行该流程(框12等)。

使用高速来变换该控制器的功能可以用来在两个不同功能之间向 后与向前转换。在上文的例子中，在竖直倾斜模式中轨迹球76的快速 移动可以转换到侧向倾斜模式。当用户处于侧向倾斜模式中时，轨迹 球的快速旋转可以将该控制器返回到竖直倾斜模式的工作。或者是， 轨迹球的快速移动可以将该控制器转换到转动双平面模式，另一次快 速移动可以将该控制器转换到竖直倾斜模式。

在另一个实施例中，控制器移动的方向可以指示新功能。如图2所 示，该轨迹球76具有四个不同的转动方向：上、下、左和右。向上旋 转该轨迹球能产生到第一新功能的转换，而向下旋转该轨迹球能产生 到第二新功能的转换。向左或向右旋转该轨迹球能产生到第三或第四 新功能的转换。用旋钮34能进行类似的操作，其中快速的顺时针移动 可以产生到一个新功能的转换，而快速的逆时针移动可以产生到另一 个新功能的转换。类似地，向左快速滑动滑块36能产生到一个新功能 的转换，而向右快速滑动滑块能产生到另一个新功能的转换。

图4的框图示出了使用图3的流程图变换控制功能的系统。将滑块 或旋钮控制器的电位计输出或者轨迹球76的轴编码器输出耦合到处理 器20。该处理器在周期性的基础上测量电位计或轴编码器值并从而测 量轨迹球中球的位置或其它控制设定，并且比较电位计或轴编码器相 继的位置设定，以便检测在四个不同方向中每一个方向上的速度。如 果该轨迹球的速度是在标定的控制范围之内(即相对低速)，那么该 轨迹球的位置信号被耦合到成像系统来控制当前功能。在这四个不同 方向中的一个主导方向上的高速度产生到指定功能的转换，该指定功 能为：功能A、功能B、功能C或功能D。这些功能信号可以像该实施例 所示那样在各自的线上，或者也可以使用一根控制线或一根多数据位 总线。这些功能信号被加到了控制器22上，该控制器22相应于新功能 信号而变换由轨迹球76控制的功能。该控制器22联接到成像系统24来 实现这种变换。在系统显示器32上示出了由轨迹球调节的功能，例如 光标或图像平面的位置。

本发明的实施中可以使用不同于图2所示出的那些控制设备的其 它控制设备。例如，用户控制器可以是通过用户的触摸来操作的电容 触摸板。当用户慢慢地在触摸板上滑动手指时，变化的电容量以正常 方式调节功能的工作，而当用户快速地在触摸板上滑动手指时，所控 制的系统转换到由触摸板控制的另一功能。在另一个实施例中，可以 由用户控制器来控制可变电感。