在过去的几年中，已经大量开发了包括在医学领域中的3D成像 系统。因此，医生越来越多地被引导以作出诊断，例如从3D数据体 积、即他在屏幕上看到的3D数据体积的2D表示中寻找感兴趣的对 象。这种体积比简单的2D图像包括更多的信息，并且有可能检测在 2D图象上几乎不可被辨别的感兴趣的对象。另一方面，它也是更难 于操作的。这是因为与图像不一样，在体积的单个2D表示上并非所 有数据同时可用到。医生将在体积中导航并显示该体积的若干不同的 2D表示。因此，他需要增大的时间量来完全地浏览该体积并作出他 的诊断。

本发明的目的是提出一种由在3D数据体积中感兴趣对象的用户 更可靠且更快速进行可视化检测的解决方案，特别是在医学领域中。
该目的通过一种医学成像系统实现，该医学成像系统包括：
-采集装置，用于采集至少一个3D数据体积，
-在所述数据体积中检测至少一个感兴趣对象的装置，用于提供 所述对象的特征，
-显示所述数据体积的装置，用于提供所述体积的2D表示，
-标示(signaling)装置，用于通过使用在所述2D表示上叠加的 标示(signal)来根据所述特征标示所述感兴趣对象的位置。
依据本发明的系统通过声音或颜色向用户标示，即显示一个包括 感兴趣对象的可能位置的2D表示。这种标示将他的注意力吸引至感 兴趣对象的可能位置。用户可能据此在3D数据体积中移动，以便在 另一角度显示感兴趣的对象。这种标示在下述情况下特别有利，即正 如在医学领域中，感兴趣对象经常是难于使用肉眼检测并且不能由医 生检测到。提示一个或多个感兴趣对象可能位于的所有位置，医生可 集中他的精力来观察2D表示而不是在3D体积中导航。因此，依据 本发明的系统的优点在于，当用户在3D数据体积中导航时，该系统 引导用户。这种系统的优点也在于避免使用户不得不在体积中详尽地 导航。
依据本发明的系统的另一优点是将与感兴趣的对象相关的特征引 入到3D数据体积的2D表示中，所述特征不能从2D表示中单独获得， 而相反地需要将3D数据体积作为一个整体来理解。例如当感兴趣的 区域易于包括在形状上是球形和管状的对象时情况是这样的。在这种 情况下，3D体积的2D表示可显示出对象的或多或少的圆形横截面， 从而使得难于区别球形对象和管状对象。依据本发明的检测装置能够 提供感兴趣对象的诸如取向之类的特征。这种特征使用户能够从不具 有任何特定取向的球形对象中识别出具有偏好取向的管状对象。
附图说明
本发明将参考显示在附图中实施例的例子被进一步说明，然而， 本发明并不限于此。
图1表示依据本发明的超声成像系统的功能图，
图2说明在1D曲线(profile)的情况中依据本发明的系统的检 测装置所使用的减法中值滤波器的效果，
图3说明在无噪声的1D曲线的情况中依据本发明的求导子装置 所采用的原理，
图4说明在有噪声的曲线的情况中依据本发明的求导子装置所采 用的原理，
图5a表示感兴趣的管状对象的例子以及提供该对象的主轴的结构 张量的特定向量的取向，
图5b表示依据本发明用于构造3D数据体积的2D表示的显示轴 和三个正交视图的可能选择，
图6表示依据本发明的3D数据体积的2D表示的例子，
图7表示在依据本发明的3D数据体积的2D表示中所标示的微钙 化作用的例子，
图8表示在依据本发明的3D数据体积的2D表示中所标示的管状 结构的例子，
图9表示依据本发明的磁共振成像系统的功能图，
图10表示基于时间的感兴趣区域的分隔范围中的三个对比变化曲 线。

图1描绘了在医学领域中依据本发明的3D成像系统的功能图。 在第一实施例中，考虑用于乳腺微钙化作用检测的超声成像系统。这 种系统包括采集人体的感兴趣区域1例如乳腺的3D超声数据的体积 3DV的装置2，检测在所述体积3DV中感兴趣的对象例如微钙化作用 MC的装置3，用于传递体积3DV的2D表示2DR的显示装置4，以 及在表示2DR中标示微钙化作用MC的装置5。
采集装置2通过探头7能够在感兴趣区域1的方向上发射超声信 号8，并接收返回的延迟超声信号9，所述延迟信号由感兴趣的区域1 返回。探头7包括能够将电脉冲转变成声波并接收由感兴趣区域返回 的响应的元件。所述元件可以矩阵形式组装以便形成二维探头，或以 阵列形式组装以形成一维探头。如果探头是元件的矩阵，则超声数据 的3D体积被直接获得。在1D探头的情况下，也就是说在元件的阵 列的情况下，依据本领域技术人员公知的方法，常规的回波描记 (echographic)成像对于探头的特定位置提供在探头平面中表示环境 的2D截面的图像。然后通过移动探头，可以获得同一环境的若干截 面。所有这些截面构成数据的3D体积。
获得的体积3DV提供由感兴趣的区域所形成的环境返回的超声能 量的图。感兴趣区域易包括返回或多或少能量的区域。一般认为这些 区域是或多或少发生回波的(echogenic)。诸如微钙化作用MC之类 的一些感兴趣对象是点源对象，是回波较多的，其在体积3DV中呈 现为小亮点。在体积3DV中定位这些微钙化作用的一个难点是它们 通常被称为“斑点”的噪声屏蔽，这使得它们难于用肉眼进行检测。
依据本发明的系统包括检测装置3，该装置用来在超声数据的体 积3DV中检测感兴趣的对象。在本发明的一个实施例中，所述检测 装置3包括中值滤波子装置，其包括将减法中值滤波器应用至数据体 积3DV中，以便增强小尺寸的感兴趣对象，比如微钙化作用。图3 说明在1D情况中减法中值滤波器的原理。微钙化作用MC的曲线y(x) 被在其中描绘。因为噪声，微钙化作用MC形成由较低强度的峰围绕 的窄峰。
在宽度I的滤波窗FF上的曲线的点y(x0)处进行中值滤波，它包 括：
-将曲线(y(x0-1/2)，...，y(x0)，...，y(x0+1/2-1))的I值排序，
-提取中值ym，
-将中值ym作为滤波值y′(x0)，
-在曲线上各个点处重新开始该操作。
假定滤波窗FF与峰宽相比较是足够宽的，则这种滤波的影响因 微钙化作用MC而使得峰消失。在第二步中，从原始曲线y中减去中 值曲线y′，这具有在曲线中免除低频变化的效果，同时保存在微钙 化作用处的对比度。曲线y-y′展现了增强的微钙化作用MCR。
在比如体积3DV的数据体积的情况下使用中值滤波器3D。在这 种情况下，滤波窗FF是矩形的平行六面体，例如立方体。依据所寻 找的感兴趣对象的模板来选择其大小。因为成像系统的非理想响应， 点源对象由不必需是各向同性的斑点表示，也就是说，它在一些方向 上可被变形而在另一些方向则不可以。考虑到聚焦时的这个缺陷，也 许必须考虑非立方体的平行六面体的滤波窗。
滤波数据的体积被获得，在其中与模板对应的结构被增强。依据 本发明的检测装置包括取阈值子装置，该子装置用来从增强结构中提 取具有最高对比度的结构。特别是依据在超声数据中存在的噪声的功 率来选择阈值。在取阈值之后，容易得出保留的结构的位置。作为检 测的感兴趣对象的特征CAR，依据本发明的检测装置提供例如在体 积3DR的参考系(O，x，y，z)中的感兴趣对象的位置(xoi，yoi，zoi)。
在本发明的第二实施例中，寻找拉长形状的感兴趣对象，例如管 状。在医学成像领域，例子是例如血管、乳导管、韧带等。在乳腺的 回波描记的例子中，有利的是能够定位拉长形状的感兴趣对象，以便 将其从潜在的微钙化作用中排除并得知它们的取向。为了检测这种各 向异性结构，依据本发明的检测装置3包括对数据体积3DV求导的 子装置。在无噪声1D曲线Pr的情况中的图3以及在曲线Pr是有噪 声的情况中的图4说明了所述求导子装置所采用的原理。首先，高斯 卷积核g0被应用至曲线Pr以对噪声滤波。根据本领域技术人员公知 的技术，然后，所述求导装置包括计算二阶导数，以便揭示在曲线Pr 中具有对比度峰的感兴趣的对象。这是因为，由于一阶导数在搜寻的 顶部位置处被抵消，所以二阶导数因其在所达顶部位置处具有最大绝 对值而是优选的。然后对二阶导数求平方，并随后通过高斯核g1进行 后滤波。它被用于检测顶部也就是说一维对比度峰的存在。峰P和方 波Cr的例子被表示在图3和4中。显然，二阶导数增强了峰P并较 小程度地检测方波Cr的边沿，同时大大减少了噪声的功率。
在三维中，检测装置3使得沿参考系(O，x，y，z)的三个轴x、 y、z计算全部二阶导数是必须的，这有可能推导出与体积3DV的所 有点相关的Hessian矩阵：
$H=\left[\begin{array}{c}\frac{{\delta }^2}{\delta x^2}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta x\delta y}}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta x\delta z}}\otimes g_0\\ \frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta y\delta x}}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\delta y^2}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta y\delta z}}\otimes g_0\\ \frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta z\delta x}}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\mathrm{\delta z\delta y}}\otimes g_0\frac{{\delta }^2}{\delta z^2}\otimes g_0\end{array}\right]$
接下来计算结构张量T＝(H.HT)g1。对张量T的轨迹取阈值使得 有可能保持具有对应于尤其是所寻找的管状结构的最高对比度的结 构。依据对易于干扰张量轨迹的噪声的统计来选择阈值。
作为正定矩阵的张量T，它具有三个正的实数本征值λ1、λ2和λ3， 其中λ1＜λ2＜λ3，这些本征值与三个本征向量 和 相关，从而形成在 感兴趣对象上对准的本征基。管状结构的例子被表示在图5a中。与 最小本征值λ1相关的本征向量 表示在管状对象的情况中感兴趣对象 的方向。所述求导子装置还有可能根据下述本征值间的比率估计感兴 趣对象是各向同性还是各向异性：
-如果λ1≈λ2≈λ3且λ1是大的，则感兴趣的对象是高度形成对比的 并且没有偏好的方向。这被称作斑点(blob)，
-如果λ3/λ1是大的，则感兴趣的对象具有偏好的方向，
-如果λ1≈λ2且λ3是大的，则感兴趣的对象是平面。
于是，感兴趣的对象可以不仅以位置(xoi，yoi，zoi)为特征，而 且以取向为特征。这个取向例如由本征向量 给定。还有可能计算 和垂直于穿过体积3DV截面的向量之间的角度α的测量值。
依据本发明的成像系统的显示装置4形成3D数据体积的2D表示 2DR。在本发明的优选实施例中，2D表示2DR包括3个正交截面或 视图VW1、VW2和VW3。这三个视图以下面的方式沿显示轴z′被限定：
-视图VW1正交于轴z′，并以深度z′0切割体积，
-视图VW2和VW3互相正交，并正交于视图VW1，以及通过轴z′。
图5b说明显示轴z′及三个正交视图VW1、VW2和VW3的可能的选 择。2D表示2DR的例子被表示在图6中。应该注意，显示轴z′不必 平行于参考系(O，x，y，z)的z轴。
在优选实施例中，依据本发明的成像系统包括检查装置6，用于 检查在所述体积3DV中所述显示轴的位置以及沿所述z′轴的所述第一 视图VW1的位置。其余两个视图VW2和VW3的位置因此被改变。因此， 用户可通过选择显示轴z′的位置以及在这个轴上视图VW1的位置来在 体积中导航。当他快速改变视图VW1的坐标z′时，他获得称为“电影 回放环路(cineloop)”的一个序列。
通过叠加在表示2DR上的标示SIG，依据本发明的成像系统的标 示装置5用于标示在所述2D表示中所述感兴趣对象的位置。在显示 的过程中，这种情况是提示用户在体积3DV中感兴趣对象的存在并 为他更精确地指示感兴趣对象在表示2DR上是可见的。为此，标示 装置使用由检测装置3提供的特征CAR。
在各向同性的感兴趣的对象例如微钙化作用的情况中，由所述检 测装置提供的特征CAR可以是在参考系(O，x，y，z)中的坐标所 限定的位置。于是，当所述位置被包含在三个视图Vw1、Vw2或Vw3 之一中时，标示装置5包括将标示SIG叠加在表示2DR上，这三个 视图被包含在表示2DR中。此标示SIG可以是可见的，并作为带色 的形状呈现在所涉及的视图上，例如以所述位置为中心的圆，如用于 微钙化MC的图7所示。同样可以是听得到的，也就是说，当用户使 用检查装置指定一个表示2DR时发出嘟嘟的声音，在该表示2DR上 的视图之一切割感兴趣的对象。
应当注意，可以使用任何其他能提示用户的标示SIG，例如闪光。
在具有取向的各向异性的对象例如血管的情况中，标示SIG可以 是表示所述向量的方向的箭头或是对叠加在体积3DR的截面2DR上 的角度α的测量值编码的颜色，如用于管状结构ST的图8所示。
在本发明的第三个实施例中，考虑图9中表示的磁共振成像系统。 磁共振成像使用一个可变磁场。通过本领域技术人员公知的原理，该 系统记录了所研究的环境对这个激励的响应，以及采集一系列感兴趣 区域的截面，以便形成3D数据的体积。
这种系统使显示软组织成为可能。它尤其用于对乳腺成像和检测 任何乳房损伤。为此，采集装置12能够在n个离散的时间处实施n 个数据体积3DV′(t)，t＝t0，t1，...tn-1的动态采集。
动态采集旨在在感兴趣区域内跟踪通常为钆的对照物(contrast product)的扩散。在时间t0注入的这个对照物具有在感兴趣的区域 例如乳腺损伤的高度灌注区产生对比闪现(flash)的特性。一般认为 该损伤“采用了对照”。然而，损伤采用不同的对照，这取决于它是 良性还是恶性损伤的情况。换言之，不管遇到的损伤的类型如何，对 照物侵入和离开损伤的速度是不同的。因此，有利的是以连续时间t0、 t1、t2...tn-1观察对照物的传播，并评估其随时间的动态特性。在时间t0 和t1之间涉及对照的采用。对照物逐渐侵入感兴趣区域并突出任何损 伤。图10描绘在感兴趣区域中对照Ct变化的曲线的例子。在时间t1 和t2之间，三种主要情况是可能的：
-如曲线20所示，在损伤点存在的对照物的数量持续增加。充盈 (wash-in)(Win)现象被涉及，并且在这种情况下，通常涉及良性损 伤，
-或如曲线21所示，对照物的数量停滞不动，
-或如曲线22所示，对照物的数量下降。消除(wash-out)(Wout) 现象被涉及，并且在这种情况下，可能涉及恶性损伤。
依据本发明的系统的显示装置13可使医生显示一个或多个在不同 时间t处获得的以穿过这个体积的截面形式的数据体积3DV(t)。检查 装置14使他能够选择截面VW′1’(t)，在该截面中医生隔离出感兴趣 的对象，例如损伤，并从而显示在这个截面上对照的变化。
检测装置15的目的是显示任何充盈或消除现象。所述装置包括局 部平均计算装置。它可以是在所述截面上的所有点处对选择的2D截 面VW ′1’(t)的空间平均，或是在所述体积上的任一点处对体积3DV (t)的空间平均。所述装置还包括在所述截面或所述体积上的所有点 处计算在两个连续时间ti和ti+1之间对照斜率(contrast slope)的子 装置。
计算平均值的子装置包括估计局部平均。考虑在体积3DV′(t)上的 点，在该点处的局部平均通过对在以所处理的该点为中心的附近区域 V中属于V的足够接近该点的值的所有该体积的点的值进行求和来获 得。这需要在附近区域V中提取其值符合均匀性标准的相关子附近区 域(sub-vicinity)SV并对在SV中包含的值进行平均。有大量的方法 用于在附近区域中提取均匀性区域。这种方法涉及本领域技术人员公 知的分段技术。用于计算斜率的子装置实施在两个连续时间之间的上 述局部平均的值的减法，并提供对照斜率的测量，也就是说在时间t1 和t2之间在感兴趣区域中估计对照物的传播速度。在时间t1和t2之间 的正斜率表示充盈现象，而负斜率表示消除现象。
医生通常并行显示序列VW1’(t)或该序列的特定视图和表示对照斜 率的曲线。依据本发明的系统的标示装置16使在观察的截面上的任 意点处直接显示对照的采用或损耗成为可能，这是通过叠加或通过分 离显示其代码对应于在两个连续时间之间的传播速度的上色。特别 是，这可将充盈或消除指数(index)转变为被叠加在通过所观察的体 积3DV的截面上的标示。例如，在充盈的情况中可染为红色，而在 消除的情况中可染为蓝色。依据本发明的标示装置16的一个优点是 将时间信息添加至数据体积3DV′(t0)的解剖采集的2D表示上。所有 可用于此的信息在体积中的每一点处被计算，并因此对通过体积3DV 的给定截面可以被一起分组在相同页面上，以便利于作出诊断。
在第四个实施例中，依据本发明的系统包括存储3D数据体积的 装置，它能够以表示2DR的集合的形式存储所述体积。
在如第一和第二实施例所述的超声成像系统的情况中，依据本发 明的系统使得实际上可能限定展现感兴趣对象的一个或多个表示 2DR。这些表示2DR被医生使用检查装置6和标示装置5来限定。可 以考虑的是，这些表示将对医生真正有用的体积数据3DV分组在一 起以便作出诊断，并且所述表示可代替3DV体积或和3DV体积一起 被有利地存储。
在如本发明的第三实施例所述的磁共振成像系统的情况中，可以 考虑的是，结合充盈和消除指数的序列VW1’(t)或甚至在这个序列中的 特定图像一起分组对医生有用的数据，以作出他的诊断，并因此方便 地补充该n个体积数据3DV′(t)或代替之。
因此，依据本发明的系统的一个优点是提供在所采集的数据体积 3DV或3DV′(t)的存储方面的节约。
所述存储装置的主要优点是便于对数据的任何新的存取。这是因 为，当医生想通过3D成像系统查询包括所获得的数据的医学档案时， 他不必浪费时间在体积3DV中进行导航。所存储的表示2DR集中了 所有有用的数据。
本发明不限于仅仅通过示例说明的实施例。对此的修改或改进可 被实现，同时仍然在本发明的范围之内。特别是，诸如X射线成像之 类的其他成像模式可被使用。
在权利要求书中，动词“包括”用于表示不排除其他元件、装置 或步骤的使用。