CN115998423A

CN115998423A - 模拟消融的显示方法和超声成像系统

Info

Publication number: CN115998423A
Application number: CN202111233973.6A
Authority: CN
Inventors: 于开欣; 丛龙飞; 江涛
Original assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Mindray Bio Medical Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-04-25

Abstract

一种模拟消融的显示方法和超声成像系统，该方法包括：实时采集病灶的二维超声图像，并将其与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；根据配准结果，同时在二维超声图像所在的超声图像空间和术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型；在第一显示窗口中显示二维超声图像，以及在超声图像空间生成的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，其中二维超声图像的显示角度固定；在第二显示窗口中显示在三维图像空间生成的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，其中病灶的三维模型的位置固定。本申请能够在呈现模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型之间的相对位置关系的同时清楚地显示二维超声图像。

Description

模拟消融的显示方法和超声成像系统

技术领域

本申请涉及超声成像技术领域，更具体地涉及一种模拟消融的显示方法和超声成像系统。

背景技术

实时超声引导的经皮穿刺消融介入治疗在肿瘤治疗中的地位日趋重要，具有疗效高、侵袭小、术后恢复快等优点。目前的消融介入治疗主要在二维超声图像的引导下进行，即医生通过实时超声图像或超声造影图像寻找到找到病灶区域的大致位置，并粗略估计病灶最大径所在的二维面，基于该二维图像制定消融方案，引导进行消融。

随着新技术的发展，目前可以利用计算机3D重建软件以及图像处理技术对病灶图像进行三维重建，进而实现病灶的三维可视化。三维可视化的病灶图像能够提供二维图像难以显示的区域并得到客观的解剖信息，具有精确、生动、逼真的特点。三维显示能直观、清晰、任意角度地显示病灶与周围组织的位置关系，基于三维显示与定位装置的超声辅助消融介入系统使医生能直观地对病灶进行手术规划，优化手术方案，提高手术技能，从而提高手术的安全性。目前的三维显示方案是病灶的三维模型的空间位置固定不变，超声扇面的空间位置随超声探头的移动实时变化，但在实际消融操作中，需要以超声图像为准，超声扇面位置的实时变化导致三维显示窗口不能清楚地显示当前超声扇面的图像内容，增加了医生的操作难度和工作负担。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本申请实施例第一方面提供了一种模拟消融的显示方法，所述方法包括：通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；根据所述配准结果将所述二维超声图像从所述超声图像空间映射到所述三维图像空间，在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及映射到所述三维图像空间的所述二维超声图像，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

在一个实施例中，所述超声探头具有第一空间定位装置，所述将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：根据所述第一空间定位装置获得的空间定位信息将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

在一个实施例中，所述根据所述第一空间定位装置获得的空间定位信息将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：将所述二维超声图像与所述术前三维图像中的二维切面进行匹配，以得到所述二维超声图像在所述术前三维图像中的匹配切面；根据相同特征点在所述二维超声图像中的坐标与所述匹配切面中的坐标，得到所述二维超声图像与所述匹配切面的坐标变换矩阵；根据所述坐标变换矩阵和所述空间定位信息，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系；根据所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

在一个实施例中，所述根据所述坐标变换矩阵和所述空间定位信息，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，包括：获取所述超声图像空间与第一空间定位装置的空间之间的变换关系，以及所述第一空间定位装置的空间与所述世界坐标空间之间的变换关系；根据超声图像空间与所述第一空间定位装置的空间之间的变换关系，以及所述第一空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系；根据所述坐标变换矩阵以及所述超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系。

在一个实施例中，所述术前三维图像包括采用所述超声探头对所述病灶进行三维超声成像得到的术前三维超声图像，所述将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：根据所述第一空间定位装置获取的定位信息得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

在一个实施例中，根据所述模拟消融参数生成模拟消融灶的三维模型，包括：根据设置在所述超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置；根据所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置以及所述超声图像空间与所述三维图像空间的对应关系，得到所述模拟消融灶在所述三维图像空间的位置。

在一个实施例中，所述根据设置在所述超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置，包括：根据所述穿刺架的角度和所述模拟消融深度确定模拟消融灶中心点在所述超声图像空间的位置；根据所述模拟消融灶中心点在所述超声图像空间的位置以及模拟消融灶的尺寸，在所述超声图像空间中生成所述模拟消融灶的三维模型。

在一个实施例中，根据所述模拟消融参数生成模拟消融灶的三维模型，包括：根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定所述模拟消融灶的位置，根据所述模拟消融灶的位置生成所述模拟消融灶的三维模型。

在一个实施例中，所述根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定所述模拟消融灶的位置，包括：根据所述第二空间定位装置得到模拟消融灶在第二空间定位装置的空间中的位置；根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及所述世界坐标空间与所述三维图像空间对应关系，确定所述模拟消融灶在所述三维图像空间的位置；根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及所述世界坐标空间与所述超声图像空间对应关系，确定所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置。

在一个实施例中，所述方法还包括：在接收到用户的确认指令时，控制所述消融针在其当前位置处对所述病灶进行消融。

在一个实施例中，所述方法还包括：在所述第一显示窗口和所述第二显示窗口中显示超声探头的图像、以及连接所述模拟消融灶的模拟消融针的图像。

本申请实施例第二方面提供一种模拟消融的显示方法，所述方法包括：通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

本申请实施例第三方面提供一种模拟消融的显示方法，所述方法包括：通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间至少生成模拟消融灶的三维模型和在所述术前三维图像所在的三维图像空间至少生成病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

本申请实施例第四方面提供一种模拟消融的显示方法，所述方法包括：通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定。

本申请实施例第五方面提供一种超声成像系统，包括：超声探头；发射电路，用于激励所述超声探头向目标组织发射超声波；接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以获得所述超声波的回波信号；处理器，用于执行上述的模拟消融的显示方法的步骤。

根据本申请实施例的模拟消融的显示方法和超声成像系统在超声图像空间和三维图像空间分别生成模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，使医生既能看到在三维图像空间，即病灶的三维模型的位置不变的情况下超声扇面和模拟消融灶相对于病灶的位置关系；又能看到在超声图像空间，即超声扇面的位置固定时当前超声扇面的显示的图像内容。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在附图中：

图1示出根据本申请实施例的超声成像系统的示意性框图；

图2示出根据本申请一实施例的模拟消融的显示方法的示意性流程图；

图3示出根据本申请一实施例的空间变换关系的示意图；

图4示出根据本申请一实施例的显示界面的示意图；

图5示出根据本申请另一实施例的模拟消融的显示方法的示意性流程图；

图6示出根据本申请另一实施例的模拟消融的显示方法的示意性流程图；

图7示出根据本申请又一实施例的模拟消融的显示方法的示意性流程图。

具体实施方式

为了使得本申请的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。基于本申请中描述的本申请实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本申请的保护范围之内。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本申请能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本申请提出的技术方案。本申请的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

下面，首先参考图1描述根据本申请一个实施例的超声成像系统，图1示出了根据本申请实施例的超声成像系统100的示意性结构框图。

如图1所示，超声成像系统100包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116和显示器118。进一步地，超声成像系统还可以包括发射/接收选择开关120和波束合成模块122，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接。

超声探头110包括多个换能器阵元，多个换能器阵元可以排列成一排构成线阵，或排布成二维矩阵构成面阵，多个换能器阵元也可以构成凸阵列。换能器阵元用于根据激励电信号发射超声波，或将接收的超声波转换为电信号，因此每个换能器阵元可用于实现电脉冲信号和超声波的相互转换，从而实现向被测对象的目标区域的组织发射超声波、也可用于接收经组织反射回的超声波回波。在进行超声检测时，可通过发射序列和接收序列控制哪些换能器阵元用于发射超声波，哪些换能器阵元用于接收超声波，或者控制换能器阵元分时隙用于发射超声波或接收超声波的回波。参与超声波发射的换能器阵元可以同时被电信号激励，从而同时发射超声波；或者，参与超声波束发射的换能器阵元也可以被具有一定时间间隔的若干电信号激励，从而持续发射具有一定时间间隔的超声波。

在超声成像过程中，发射电路112将经过延迟聚焦的发射脉冲通过发射/接收选择开关120发送到超声探头110。超声探头110受发射脉冲的激励而向被测对象的目标区域的组织发射超声波束，经一定延时后接收从目标区域的组织反射回来的带有组织信息的超声回波，并将此超声回波重新转换为电信号。接收电路114接收超声探头110转换生成的电信号，获得超声回波信号，并将这些超声回波信号送入波束合成模块122，波束合成模块122对超声回波数据进行聚焦延时、加权和通道求和等处理，然后送入处理器116。处理器116对超声回波信号进行信号检测、信号增强、数据转换、对数压缩等处理形成超声图像。处理器116得到的超声图像可以在显示器118上显示，也可以存储于存储器124中。

可选地，处理器116可以实现为软件、硬件、固件或其任意组合，并且可以使用单个或多个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、单个或多个通用集成电路、单个或多个微处理器、单个或多个可编程逻辑器件、或者前述电路和/或器件的任意组合、或者其他适合的电路或器件。并且，处理器116可以控制所述超声成像系统100中的其它组件以执行本说明书中的各个实施例中的方法的相应步骤。

显示器118与处理器116连接，显示器118可以为触摸显示屏、液晶显示屏等；或者，显示器118可以为独立于超声成像系统100之外的液晶显示器、电视机等独立显示器；或者，显示器118可以是智能手机、平板电脑等电子设备的显示屏，等等。其中，显示器118的数量可以为一个或多个。

显示器118可以显示处理器116得到的超声图像。此外，显示器118在显示超声图像的同时还可以提供给用户进行人机交互的图形界面，在图形界面上设置一个或多个被控对象，提供给用户利用人机交互装置输入操作指令来控制这些被控对象，从而执行相应的控制操作。例如，在图形界面上显示图标，利用人机交互装置可以对该图标进行操作，用来执行特定的功能，例如在超声图像上绘制出感兴趣区域框等。

可选地，超声成像系统100还可以包括显示器118之外的其他人机交互装置，其与处理器116连接，例如，处理器116可以通过外部输入/输出端口与人机交互装置连接，外部输入/输出端口可以是无线通信模块，也可以是有线通信模块，或者两者的组合。外部输入/输出端口也可基于USB、如CAN等总线协议、和/或有线网络协议等来实现。

其中，人机交互装置可以包括输入设备，用于检测用户的输入信息，该输入信息例如可以是对超声波发射/接收时序的控制指令，可以是在超声图像上绘制出点、线或框等的操作输入指令，或者还可以包括其他指令类型。输入设备可以包括键盘、鼠标、滚轮、轨迹球、移动式输入设备(例如带触摸显示屏的移动设备、手机等等)、多功能旋钮等等其中之一或者多个的结合。人机交互装置还可以包括诸如打印机之类的输出设备。

超声成像系统100还可以包括存储器124，用于存储处理器执行的指令、存储接收到的超声回波、存储超声图像，等等。存储器可以为闪存卡、固态存储器、硬盘等。其可以为易失性存储器和/或非易失性存储器，为可移除存储器和/或不可移除存储器等。

应理解，图1所示的超声成像系统100所包括的部件只是示意性的，其可以包括更多或更少的部件。本申请对此不限定。

下面参照图2描述本申请实施例提出的模拟消融的显示方法，图2是本申请实施例的模拟消融的显示方法200的一个示意性流程图。具体地，本申请实施例的模拟消融的显示方法200包括如下步骤：

在步骤S210，通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；

在步骤S220，根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在步骤S230，在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；

在步骤S240，根据所述配准结果将所述二维超声图像从所述超声图像空间映射到所述三维图像空间，在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及映射到所述三维图像空间的所述二维超声图像，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

本申请实施例的模拟消融的显示方法200在实时的二维超声图像与预先获取的三维图像融合的基础上进行，图像融合的原理是通过超声探头的空间定位装置建立起实时的二维超声图像与预先获取的术前三维图像的对应关系，以对二者进行融合显示。图像融合后需要实现病灶的三维模型和模拟消融灶在同一空间坐标系下的三维可视化以及其位置关系随超声探头的移动实时变化。由于本申请实施例在超声图像空间和三维图像空间分别绘制了模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，使医生既能看到在三维图像空间，即病灶的三维模型的位置不变的情况下超声扇面和模拟消融灶相对于病灶的位置关系；又能看到在超声图像空间，即二维超声图像的显示角度位置固定时当前超声扇面的显示的图像内容。

在步骤S210中，在消融手术前，控制具有第一空间定位装置的超声探头扫查病灶，以得到二维超声图像，第一空间定位装置例如为绑定在超声探头上的定位传感器。病灶可以是对象目标组织的肿瘤，被测对象为需要进行消融手术的患者，被测对象的目标组织可以是对肝脏、胃、肺、胰腺、甲状腺、乳腺、肠道等各病变器官。

示例性地，结合图1，在步骤S210中，可以由发射/接收选择开关120激励超声探头110定时经由发射电路112向被测对象的病灶发射超声波，通过超声探头110经由接收电路114接收从被测对象的病灶返回的超声回波，并转换为超声回波信号。波束合成模块122对超声回波信号进行聚焦延时、加权和通道求和等信号波束合成处理，然后将波束合成后的超声回波数据送入处理器118进行信号检测、信号增强、数据转换、对数压缩等处理，从而得到二维超声图像。该二维超声图像为灰阶图像，即B型超声图像。

获取实时采集的二维超声图像后，将二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果。

其中，病灶的术前三维图像可以是通过计算机断层扫描设备(CT，ComputedTomography)、磁共振成像设备(MRI，Magnetic Resonance Imaging)、正电子发射断层成像设备(PET，Positron Emission Tomography)、数字X射线成像设备、超声设备、数字图像减影设备(DSA，Digital Subtraction Angiography)、光学成像设备等医学成像设备获取的。由于三维重建耗时较长，因而病灶的术前三维图像在术前预先获取。

示例性地，用户可以在开始进行超声成像前预先将病灶的术前三维图像导入超声成像系统，导入方式包括但不限于通过U盘、光盘等存储介质导入或通过网络传输进行导入。

将术前获取的病灶的三维图像与实时获取的二维超声图像进行配准可以利用三维图像的空间信息，同时又兼具二维超声图像的实时性。对二维超声图像与术前三维图像进行配准即寻找二维超声图像和术前三维图像之间的空间变换关系，使二维超声图像和术前三维图像对应点的几何关系一一对应。配准可以包括刚体配准或非刚体配准。

具体地，在超声扫查过程中，固定在超声探头上的第一空间定位装置随着超声探头的移动不断提供位置信息，通过磁定位控制器可以得到超声探头的6自由度空间方位，利用图像信息和磁定位信息可以将二维超声图像和术前三维图像进行配准。超声成像系统的处理器可通过有线或无线方式连接于设置在超声探头上的第一空间定位装置，以获取超声探头的位置信息。第一空间定位装置可以采用光学定位传感器或磁场定位传感器等任意类型的结构或原理对超声探头进行定位。

二维超声图像与术前三维图像的空间变换关系如图3所示，以公式的形式表示为：

T_sec＝P·R_probe·A·T_us (公式1)

其中，T_us是点在超声图像空间的坐标，T_sec是对应点在术前三维图像空间的坐标；A是超声图像空间(坐标表示为X_us，Y_us，Z_us)到第一空间定位装置的空间(坐标表示为X_sensor，Y_sensor，Z_sensor)的坐标变换关系，R_probe是空间定位装置的空间到世界坐标空间(坐标表示为X_MG，Y_MG，Z_MG)的坐标变换关系，P是世界坐标系到术前三维图像的空间的坐标变换关系。

因此，超声图像空间与术前三维图像空间的坐标变换矩阵为P·R_probe·A。在超声成像过程中，第一空间定位装置固定在超声探头上，当超声探头的型号不变时，A固定不变，可以在配准前通过标定的方法确定A。R_probe由磁定位控制器直接读取，随着超声探头的移动，R_probe不断变化。因此，可以根据第一空间定位装置获得的空间定位信息(即R_probe)将二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到超声图像空间与三维图像空间之间的变换关系。

在一个实施例中，P需要通过图像配准的结果(即二维超声图像与术前三维图像之间的坐标变换关系)计算得到，若二维超声图像空间与术前三维图像的图像配准结果为M，则：

P＝M·A^-1·R_probe ^-1 (公式2)

也就是说，为了获取超声图像空间与三维图像空间之间的变换关系，首先需要将二维超声图像与术前三维图像中的二维切面进行匹配，以得到二维超声图像在术前三维图像中的匹配切面，并根据相同特征点在二维超声图像中的坐标与匹配切面中的坐标，得到二维超声图像与匹配切面的坐标变换矩阵M。根据超声图像空间与第一空间定位装置的空间之间的变换关系A，以及第一空间定位装置的空间与所述世界坐标空间之间的变换关系R_probe，可以得到超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系(R_probe·A)；根据坐标变换矩阵M以及超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，基于上述公式2可以得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系P。

本申请实施例所采用的将二维超声图像与术前三维图像中的二维切面进行匹配的图像配准方法可以包括自动配准、交互式配准、手动配准，或以上三种方式的任意组合。配准可以包括基于解剖特征的配准或基于几何特征的配准、基于像素灰度相关性的配准、基于外部定位标志的配准等。配准还可以包括其他任何合适的配准方式。

在一个实施例中，将二维超声图像与三维图像进行配准具体包括：将二维超声图像与术前三维图像中的二维切面进行匹配，以得到二维超声图像在术前三维图像中的匹配切面；根据相同特征点在二维超声图像中的坐标与匹配切面中的坐标，得到二维超声图像与匹配切面的坐标变换矩阵。其中，可以由用户手动进行上述匹配操作，即接收用户的手动对齐操作，以将二维超声图像与术前三维图像中的相应切面进行对齐，以得到二维超声图像在术前三维图像中的匹配切面。

在另一个实施例中，可以识别二维超声图像与术前三维图像中的相同组织，以进行自动对齐。当目标部位为肝脏部位时，所识别的相同组织例如为血管、肝包膜等。将二维超声图像与术前三维图像进行对齐以后，可以根据重合的点的坐标计算坐标变换关系。

在其他实施例中，可以首先确定二维超声图像与术前三维图像中的特征点，特征点一般具有平移不变性、旋转不变性、尺度不变性、对光照不敏感、对模态不敏感等中的某些性质，特征点的性质由特征点提取方法决定。随后提取特征点的特征，特征可以由邻域梯度直方图，邻域自相关性、灰度等产生。之后，将二维超声图像的特征点与术前三维超声图像的特征点进行匹配，并基于匹配的特征点计算坐标变换关系。

除此之外，还可以识别体外标志物在术前三维图像中的成像所在的位置，并基于磁导航确定体外标志物在超声图像空间中的位置，以进行自动对齐。其中，体外标志物例如为设置在患者体表的一个或多个金属标志物，其在术前三维图像中会形成明显的光斑，进而获得标志物的位置，在扫查超声图像的过程中，超声探头上安装有定位传感器，通过定位传感器可以获得金属标志物的位置，将术前三维超声图像中标志物和二维超声图像中的标志物对齐，即可实现对二维超声图像和术前三维图像的配准。

当术前三维图像为采用超声探头对病灶进行三维超声成像得到的术前三维超声图像时，将二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：根据第一空间定位装置获取的定位信息得到超声图像空间与三维图像空间之间的变换关系P。其中，三维超声成像包括Freehand(自由扫查)三维超声成像，由于Freehand三维超声成像在成像过程中时即可获得位置信息，因而上文中的P可自动获得，从而提高了图像配准的速度。

在一个实施例中，针对肝部、肺部等腹部的软组织的消融手术，由于病人呼吸运动的影响，导致软组织及病灶部位的位置偏移，因而在配准过程中引入呼吸矫正函数进行呼吸矫正。如图3所示，所加入的T(t)为用于呼吸校正的空间映射方式，T(t)随时间变化，则二维超声图像与术前三维图像的空间变换关系以公式的形式表示为：

T_Sec＝T(t)·P·R_probe·A·T_us (公式3)

除此之外，也可以采用使病人平稳呼吸等方式来校正呼吸运动带来的位置偏移。

在实际操作中，医生首先在配准前将术前三维图像导入超声成像系统，之后医生使用超声探头对目标组织进行扫描，若扫描图像中出现病灶，则冻结二维超声图像，再在术前三维图像中寻找与二维超声图像对应的二维切面，将冻结的二维超声图像与术前三维图像的相应二维切面进行配准。

在步骤S220，根据所述配准结果，同时在二维超声图像所在的超声图像空间和术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，其中，病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的。

在本申请实施例中，生成病灶的三维模型的步骤可以在超声扫查之前进行。具体地，可以采用任何合适的方法对术前三维图像中的病灶进行分割，并根据分割结果重建病灶的三维模型；分割方法包括但不限于自动分割、手动分割或交互式分割。示例性地，自动分割方法可以采用随机行走模型、区域生长、图割算法、模式识别、马尔科夫场、自适应阈值等方法中的一种或多种。手动分割包括由用户在术前三维图像的多个二维切面上勾勒出病灶的边缘，并在每两层边缘之间做插值，或在每个二维切面上勾勒病灶的边缘，再基于这些二维边缘生成病灶的三维轮廓。交互式的分割方法在分割过程中加入用户交互作为算法输入，从而使图像中具有高层语义的物体能够完整地被提取出来。例如，可以由用户框选出初步分割范围；接着，在初步分割范围内自动分割出病灶的三维轮廓。又如，可以由用户在初步分割范围内绘制出一些点或线，通过交互式分割算法获取用户绘制的点或线作为输入，并自动建立各个像素点与前景或背景相似度的赋权图，并通过求解最小切割区分前景和背景，由此确定病灶的三维轮廓。

接着，根据分割所得的三维轮廓进行表面重建，以生成病灶的三维模型。其中，可以采用面绘制的方法，首先从病灶的三维数据中重建出病灶结构表面，即根据分割结果和轮廓线进行病灶结构表面的重建，再利用合理的光照模型以及纹理映射方法产生具有真实感的病灶三维实体。面绘制的算法可以采用Marching Cube(等值面提取)算法，本质是将一系列两维的切片数据看作是一个三维的数据场，从中将具有某种域值的物质抽取出来，以某种拓扑形式连接成三角面片。Marching Cube算法的基本思想是逐个处理体数据场中的各个体元，并根据体元各个顶点的值来决定该体元内部等值面的构造形式。算法实现过程中，体元内等值面构造要经过以下计算：体元中三角面片逼近等值面的计算；三角面片各顶点法向量的计算。计算顶点数值后，将顶点能量数值与设定的能量阈值大小进行比较，顶点数值小于阈值设定为外部点1，顶点数值大于阈值，说明该点位于椭球内部，设定为0。

体绘制是一种直接由三维数据场产生屏幕上二维图像的技术。数字图像对应的是描述数据元素的颜色和光强的二维阵列，这些元素称为像素，同理，一个三维数据场可以用一个具有相应值的三维阵列来描述，这些值称为体素。类似于数字图像的二维光栅，可以将体数据场看为一个三维光栅。一个典型的三维数据场是医学图像三维数据场，获得一系列的医学图像切片数据后，将这些切片数据按照位置和角度信息进行规则化处理，就形成了一个三维空间中由均匀网格组成的规则的数据场，网格上的每个节点为一个体素，描述了对象的密度等属性信息。体绘制技术最大的优点是可以探索物体的内部结构，可以描述非常定形的物体，如肌肉等。面绘制在这些方面较弱，但面绘制的速度快于体数据的绘制速度，因此，为了提高成像速度，可以采用面绘制的方法生成病灶的三维模型。

由于病灶的三维模型是根据术前三维图像中的病灶区域重建的，原始的病灶的三维模型的空间坐标系即术前三维图像所在的三维图像坐标系。若要在二维超声图像所在的超声图像空间生成病灶的三维模型，则在三维图像空间生成病灶的三维模型后，可以根据病灶的三维模型在术前三维图像中的坐标，以及术前三维图像与二维超声图像的配准结果(即三维图像空间与超声图像空间之间的变换关系)，将病灶的三维模型映射到超声图像空间。重建后的病灶的三维模型与实时的二维超声图像的位置关系能够反映病灶的位置、大小、几何形状及其与周围组织的关系。

生成模拟消融灶的方法同样包括面绘制或体绘制的方法。模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的，模拟消融灶的三维模型用于向用户成像当前的模拟消融参数下的消融效果，便于用户确定是否采用当前的模拟消融参数进行实际消融。模拟消融灶的三维模型可以是单针消融模型或多针组合消融模型。例如，当模拟消融灶的形状为椭球形时，单针消融模型为单一的椭球体，多针组合消融模型则包括多个椭球体。

在一个实施例中，根据模拟消融参数生成模拟消融灶的三维模型包括：根据设置在超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到模拟消融灶在超声图像空间的位置。进一步地，可以根据模拟消融灶在超声图像空间的位置以及超声图像空间与三维图像空间的对应关系，得到模拟消融灶在三维图像空间的位置。

具体地，根据设置在超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置，包括：根据穿刺架的角度和模拟消融深度确定模拟消融灶中心点在超声图像空间的位置；根据模拟消融灶中心点在超声图像空间的位置以及模拟消融灶的尺寸，在超声图像空间中绘制模拟消融灶的三维模型。此外，还可以根据模拟消融灶在三维图像空间的位置以及模拟消融灶的尺寸，在三维图像空间中绘制模拟消融灶的三维模型。当模拟消融灶的三维模型为多针组合消融模型时，可以针对其中的每个消融模型分别设定模拟消融灶中心坐标。

除模拟消融灶中心坐标之外，超声成像系统还需获取操作者设置的一些消融参数，例如操作者还需设置消融针的功率与持续消融时间，获取消融针的消融范围大小，以保证消融区域包含整个病灶的三维模型及其安全边界。其中安全边界是指在消融过程中，一般要求模拟消融灶覆盖病灶边缘向外扩展一定的距离，以保证对整个病灶的完全消融。

在本步骤中，操作者可输入消融手术的给定功率以及消融持续时间，并根据上述工作参数获取消融区域的范围大小。操作者也可先设定所需的消融区域的范围，即预置消融范围，并根据设定的消融区域的范围选择相应的给定功率以及消融持续时间等工作参数。由于消融针的消融范围通常为椭球，因此在此步骤中，当设定消融区域的范围时，只需设定椭球的长轴长度和短轴长度。需要注意的是，模拟消融灶的形状不限于椭球形，也可以包括球形或圆柱形，操作者可以根据病灶的形状设置模拟消融灶的形状，并根据模拟消融灶的形状设置不同的参数。

假设模拟消融灶的形状为椭球形，则操作者可以根据实际使用的消融针型号设置模拟消融灶的长径、短径、针尖距离、路径深度等，超声成像系统利用这些参数对模拟消融灶在坐标原点进行面绘制，其中针尖距离为消融针的热源距离针尖的距离，模拟消融灶的中心点为消融针穿刺的路径深度减去针尖距离所在的位置。若基于设置在超声探头上的穿刺架进行消融针的穿刺，则需要先设定穿刺架角度β，利用设定的穿刺架角度β和路径深度d计算模拟消融灶在当前超声扇面中的位置T_{us_ablate}，即(x_{us_ablate}，y_{us_ablate})，其中：

x_usablate＝d·sinβ (公式4)

y_usablate＝d·cosβ (公式5)

在另一个实施例中，可以根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定模拟消融灶的位置，并根据模拟消融灶的位置生成模拟消融灶的三维模型。其中，根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定模拟消融灶的位置，包括：根据第二空间定位装置得到模拟消融灶在第二空间定位装置的空间中的位置；根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及世界坐标空间与三维图像空间对应关系，确定模拟消融灶在三维图像空间的位置；根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及世界坐标空间与超声图像空间对应关系，确定模拟消融灶在超声图像空间的位置。

具体地，当操作者基于安装在消融针上的第二空间定位装置(例如Vtrax)进行穿刺时，则模拟消融灶的角度和深度都是基于第二空间定位装置的坐标变化得到的，即根据第二空间定位装置确定模拟消融灶在第二空间定位装置的空间的坐标，根据第二空间定位装置的空间到超声图像空间的变换矩阵转换到超声图像空间，最后根据超声图像空间与三维图像空间的配准矩阵将模拟消融灶坐标映射到三维图像空间，实现模拟消融灶在不同图像空间的三维可视化。假设模拟消融灶在超声图像空间内的坐标为T_usablate，则在三维图像空间，其坐标为：

T_{sec_ablate}＝M·T_{us_ablate}＝P·R_probe·A·T_{us_ablate} (公式6)

当超声探头上安装有穿刺架时，操作者移动安装有定位传感器的超声探头，三维图像空间中模拟消融灶的位置会随着映射关系矩阵中R_probe的变化而移动。作为示例，若操作者对当前模拟消融灶的位置满意，可以点击保存，即认为当前模拟消融灶所在的位置被消融，后续可以在接收到用户的确认指令时，控制消融针在其当前位置处对病灶进行消融。

在步骤S240，在第一显示窗口中显示二维超声图像、以及在超声图像空间绘制的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，第一显示窗口中的二维超声图像的显示角度固定。

第一显示窗口中显示的是超声图像空间内的图像。在超声图像空间内，坐标原点相对于超声扇面固定不变(一般位于超声扇面左上角)，当超声探头移动时，超声扇面的位置固定不变，仅二维超声图像内容随着超声探头的移动而发生变化，即图像渲染的视角始终垂直于超声探头的扫查平面。示例性地，当基于消融针进行模拟消融时，由于消融针的位置相对于超声探头固定不变，即模拟消融灶的位置相对于超声探头固定不变，因此超声探头移动时，模拟消融灶的位置同样固定不变。相比而言，由于病灶的三维模型的位置与二维超声图像中的病灶图像的相对位置关系是固定的，随着超声探头的移动，二维超声图像中病灶的位置或角度发生变化，因而叠加显示在病灶位置处的病灶的三维模型的位置也随着超声探头的移动而实时变化，即T_{(us_probe)}固定不变，T_{(us_tumor)}实时变化。总而言之，在第一显示窗口中，随着超声探头的移动，二维超声图像的显示角度固定，二维超声图像的图像内容发生变化，病灶的三维模型的位置或角度发生变化。基于第一显示窗口内显示的图像，医生可以清楚地观察到当前超声扇面显示的图像内容。

在步骤S240，根据配准结果将二维超声图像从超声图像空间映射到所述三维图像空间，在第二显示窗口中显示在三维图像空间绘制的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及映射到所述三维图像空间的所述二维超声图像，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。其中，第二显示窗口与第一显示窗口显示在同一显示界面上。

第二显示窗口中显示的是三维图像空间内的图像。在三维图像空间内，坐标原点基于术前三维图像固定不变，因此，基于从术前三维图像中分割出的病灶而生成的病灶的三维模型的位置固定不变。当超声探头移动或旋转时，二维超声图像中的图像内容发生变化，而由于病灶的三维模型与超声图像中的病灶图像的相对位置关系固定不变，因此超声扇面以及模拟消融灶的三维模型的位置随着超声探头的移动而实时变化，即T_{(us_tumor)}固定不变，T_{(us_probe)}实时变化。基于第二显示窗口内显示的图像，医生可以查看不同角度的病灶的三维模型，观察各角度下病灶的三维模型被消融灶的三维模型覆盖的情况，即使调节模拟消融参数。

参见图4，其中示出了本申请一个实施例的显示界面。显示界面上显示有第一显示窗口401和第二显示窗口402，第一显示窗口401中显示的是二维超声图像403和超声图像空间下的病灶的三维模型405和模拟消融灶的三维模型404，第二显示窗口403中显示的是二维超声图像403和三维空间下的病灶的三维模型405、模拟消融灶的三维模型404。在第一显示窗口401和第二显示窗口402中，二维超声图像403的超声扇面、病灶的三维模型405和模拟消融灶的三维模型404的相对位置关系是一致的，不同之处在于观察的角度不同。第一显示窗口401的观察角度始终垂直于超声扇面，因此通过第一显示窗口401始终能够清楚地看到二维超声图像的图像内容。第二显示窗口402的观察角度始终正对病灶的三维模型405，当超声探头移动时，超声扇面消融灶的三维模型404随之移动，因此通过第二显示窗口402，医生能够观察到病灶的三维模型405的位置不变的情况下超声扇面与病灶的三维模型404的相对位置关系。

进一步地，在第一显示窗口401和第二显示窗口402中还可以显示超声探头的图像、以及连接模拟消融灶的模拟消融针的图像，以便更直观地显示模拟消融灶的三维模型与超声探头之间的相对位置关系。

综上所述，本申请实施例的模拟消融的显示方法200在超声图像空间和三维图像空间分别绘制模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，使医生既能看到在三维图像空间，即病灶的三维模型的位置不变的情况下超声扇面和模拟消融灶相对于病灶的位置关系；又能看到在超声图像空间，即二维超声图像的显示角度固定时当前超声扇面的显示的图像内容。

下面，将参考图5描述根据本申请另一实施例的模拟消融的显示方法。图5是本申请实施例的模拟消融的显示方法500的一个示意性流程图。如图5所示，本申请实施例的模拟消融的显示方法500包括如下步骤：

在步骤S510，通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；

在步骤S520，根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在步骤S530，在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；

在步骤S540，在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

本申请实施例的模拟消融的显示方法500与上文的模拟消融的显示方法200大体上类似。不同之处在于，模拟消融的显示方法500不限定第二显示窗口还需显示二维超声图像，第二显示窗口只需要显示在三维图像空间生成的病灶的三维模型和模拟消融灶的三维模型，其中，病灶的三维模型的位置固定，模拟消融灶的三维模型的位置随超声探头的移动而移动。用户可以根据第一显示窗口查看二维超声图像的图像内容，根据第二显示窗口查看超声探头移动的过程中模拟消融灶的三维模型对病灶的三维模型的覆盖情况。进一步地，在第二显示窗口中还可以显示超声探头的图像和模拟消融针的图像，以便更直观地显示模拟消融灶的三维模型与超声探头之间的相对位置关系。

模拟消融的显示方法500的其他具体细节可以参照模拟消融的显示方法200中的相关描述，在此不做赘述。

下面，将参考图6描述根据本申请另一实施例的模拟消融的显示方法。图6是本申请实施例的模拟消融的显示方法600的一个示意性流程图。如图6所示，本申请实施例的模拟消融的显示方法600包括如下步骤：

在步骤S610，通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；

在步骤S620，根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间至少生成模拟消融灶的三维模型和在所述术前三维图像所在的三维图像空间至少生成病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在步骤S630，在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；

在步骤S640，在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

与上文的模拟消融的显示方法200类似，本申请实施例的模拟消融的显示方法600分别在超声图像空间生成了模拟消融灶的三维模型，并在三维图像空间生成了病灶的三维模型。不同之处在于，模拟消融的显示方法600不限定在超声图像空间生成病灶的三维模型，也不限定在三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型。示例性地，第一显示窗口中可以显示二维超声图像和模拟消融灶的三维模型，而不显示病灶的三维模型；第二显示窗口中可以显示病灶的三维模型，而不显示模拟消融灶的三维模型。

在一些实施例中，第二显示窗口中也可以显示二维超声图像，当用户移动超声探头时，第一显示窗口中二维超声图像的显示角度固定，图像内容发生变化，同时第二显示窗口中病灶的三维模型的位置固定，二维超声图像的显示角度发生变化。

本申请实施例的模拟消融的显示方法600分别在超声图像空间生成模拟消融灶的三维模型，以及在三维图像空间生成病灶的三维模型，使医生既能看到模拟消融灶的三维模型和超声图像显示的图像内容；又能看到病灶的三维模型。模拟消融的显示方法600的其他具体细节可以参照模拟消融的显示方法200中的相关描述，在此不做赘述。

下面，将参考图7描述根据本申请另一实施例的模拟消融的显示方法。图7是本申请实施例的模拟消融的显示方法700的一个示意性流程图。如图7所示，本申请实施例的模拟消融的显示方法700包括如下步骤：

在步骤S710，通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；

在步骤S720，根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在步骤S730，在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定。

与上文的模拟消融的显示方法200类似，本申请实施例的模拟消融的显示方法700同时在二维超声图像所在的超声图像空间和术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型。不同之处在于，在模拟消融的显示方法700中，在第一显示窗口中显示在超声图像空间生成的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型、以及在三维图像空间生成的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，用户可以根据第一显示窗口查看不同图像空间绘制的模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型。模拟消融的显示方法700的其他具体细节可以参照模拟消融的显示方法200中的相关描述，在此不做赘述。

本申请实施例另一方面提供一种超声成像系统，用于实现上述的模拟消融的显示方法200或模拟消融的显示方法500。该超声成像系统包括超声探头、发射电路、接收电路、处理器和显示器。重新参照图1，该超声成像系统可以实现为如图1所示的超声成像系统100，超声成像系统100可以包括超声探头110、发射电路112、接收电路114、处理器116以及显示器118，可选地，超声成像系统100还可以包括发射/接收选择开关120和波束合成模块122，发射电路112和接收电路114可以通过发射/接收选择开关120与超声探头110连接，各个部件的相关描述可以参照上文的相关描述，在此不做赘述。

本申请实施例的超声成像系统在超声图像空间和三维图像空间分别绘制模拟消融灶的三维模型和病灶的三维模型，使医生既能看到在三维图像空间，即病灶的三维模型的位置不变的情况下超声扇面和模拟消融灶相对于病灶的位置关系；又能看到在超声图像空间，即超声扇面的位置固定时当前超声扇面的显示的图像内容。

尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的一些模块的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种模拟消融的显示方法，其特征在于，所述方法包括：

通过超声探头实时采集病灶的二维超声图像，并将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果；

根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间和所述术前三维图像所在的三维图像空间生成模拟消融灶的三维模型与病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；

根据所述配准结果将所述二维超声图像从所述超声图像空间映射到所述三维图像空间，在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及映射到所述三维图像空间的所述二维超声图像，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配准结果包括所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系，所述超声探头具有第一空间定位装置，所述将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到配准结果，包括：

根据所述第一空间定位装置获得的空间定位信息将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，以得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一空间定位装置获得的空间定位信息将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：

将所述二维超声图像与所述术前三维图像中的二维切面进行匹配，以得到所述二维超声图像在所述术前三维图像中的匹配切面；

根据相同特征点在所述二维超声图像中的坐标与所述匹配切面中的坐标，得到所述二维超声图像与所述匹配切面的坐标变换矩阵；

根据所述坐标变换矩阵和所述空间定位信息，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系；

根据所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述坐标变换矩阵和所述空间定位信息，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，包括：

获取所述超声图像空间与第一空间定位装置的空间之间的变换关系，以及所述第一空间定位装置的空间与所述世界坐标空间之间的变换关系；

根据超声图像空间与所述第一空间定位装置的空间之间的变换关系，以及所述第一空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系；

根据所述坐标变换矩阵以及所述超声图像空间与世界坐标空间之间的变换关系，得到所述三维图像空间与世界坐标空间之间的变换关系。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述术前三维图像包括采用所述超声探头对所述病灶进行三维超声成像得到的术前三维超声图像，所述将所述二维超声图像与病灶的术前三维图像进行配准，包括：

根据所述第一空间定位装置获取的定位信息得到所述超声图像空间与所述三维图像空间之间的变换关系。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述模拟消融参数生成模拟消融灶的三维模型，包括：

根据设置在所述超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置；

根据所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置以及所述超声图像空间与所述三维图像空间的对应关系，得到所述模拟消融灶在所述三维图像空间的位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据设置在所述超声探头上的穿刺架的角度和模拟消融深度得到所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置，包括：

根据所述穿刺架的角度和所述模拟消融深度确定模拟消融灶中心点在所述超声图像空间的位置；

根据所述模拟消融灶中心点在所述超声图像空间的位置以及模拟消融灶的尺寸，在所述超声图像空间中生成所述模拟消融灶的三维模型。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述模拟消融参数生成模拟消融灶的三维模型，包括：

根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定所述模拟消融灶的位置，根据所述模拟消融灶的位置生成所述模拟消融灶的三维模型。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据设置在消融针上的第二空间定位装置确定所述模拟消融灶的位置，包括：

根据所述第二空间定位装置得到模拟消融灶在第二空间定位装置的空间中的位置；

根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及所述世界坐标空间与所述三维图像空间对应关系，确定所述模拟消融灶在所述三维图像空间的位置；

根据第二空间定位装置的空间与世界坐标空间之间的对应关系，以及所述世界坐标空间与所述超声图像空间对应关系，确定所述模拟消融灶在所述超声图像空间的位置。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括：

在接收到用户的确认指令时，控制所述消融针在其当前位置处对所述病灶进行消融。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一显示窗口和所述第二显示窗口中显示超声探头的图像、以及连接所述模拟消融灶的模拟消融针的图像。

12.一种模拟消融的显示方法，其特征在于，所述方法包括：

在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

13.一种模拟消融的显示方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述配准结果，同时在所述二维超声图像所在的超声图像空间至少生成模拟消融灶的三维模型和在所述术前三维图像所在的三维图像空间至少生成病灶的三维模型，所述病灶的三维模型是根据术前三维图像生成的，所述模拟消融灶的三维模型是根据模拟消融参数生成的；

在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、以及在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定；

在第二显示窗口中显示在所述三维图像空间生成的所述病灶的三维模型，所述第二显示窗口中的所述病灶的三维模型的位置固定。

14.一种模拟消融的显示方法，其特征在于，所述方法包括：

在第一显示窗口中显示所述二维超声图像、在所述超声图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型、以及在所述三维图像空间生成的所述模拟消融灶的三维模型和所述病灶的三维模型，所述第一显示窗口中的所述二维超声图像的显示角度固定。

15.一种超声成像系统，其特征在于，包括：

超声探头；

发射电路，用于激励所述超声探头向目标组织发射超声波；

接收电路，用于控制所述超声探头接收所述超声波的回波，以获得所述超声波的回波信号；

处理器，用于执行权利要求1-14中任一项所述的模拟消融的显示方法的步骤。