專利名稱：用于顯示以立體數(shù)據(jù)組成像的對象的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于顯示以立體數(shù)據(jù)組成像的對象的方法。
背景技術：
尤其是用現(xiàn)代成像醫(yī)療技術設備拍攝的圖像具有相對高的分辨率，從而可以用這些圖像來放大地產生3D照片(立體數(shù)據(jù)組)。成像醫(yī)療技術設備例如是超聲波、計算機斷層造影、磁共振或X射線設備或PET掃描儀。此外，通常采用計算機斷層造影設備(CT)或X射線設備，因為在用該設備檢查期間對生物體施加的放射負擔較小。但是立體數(shù)據(jù)組比傳統(tǒng)二維圖像的圖像數(shù)據(jù)組具有更大的數(shù)據(jù)量，因此分析立體數(shù)據(jù)組是比較花費時間的。目前，立體數(shù)據(jù)組的實際拍攝大約需要半分鐘，而搜索和處理立體數(shù)據(jù)組則通常需要半個小時或更多。因此需要自動識別和處理的方法。
大約到2000年在計算機斷層造影(CT)中幾乎還只是借助軸向斷層堆(截面圖像)進行診斷或至少檢查報告主要依靠截面圖像。從大約1995年以來，由于計算機計算能力的提高而將3D顯示擴展到檢查平臺；但是3D顯示在最初更多是具有學術上的和補充的意義。為了簡化醫(yī)生的診斷，主要開發(fā)了4種3D可視化的基本方法1.多平面重組(Multiplanare Reformatierung，MPR)這就是按不同于例如原始水平斷層的其它取向重新組合立體數(shù)據(jù)組。尤其區(qū)分為正交MPR(分別垂直于其中一個原始坐標軸的三個MPR)、自由MPR(傾斜的斷層；導出的＝插值的)和彎曲MPR(平行于任意一條穿過生命體圖像的路徑以及例如垂直于其中標明該路徑的MPR產生斷層)。
2.陰影表面顯示(Shaded Surface Display，SSD)立體數(shù)據(jù)組的分割和切出對象的表面顯示，多數(shù)情況下通過圖像的灰度值(例如CT值)的取向和手動輔助編輯強烈地顯現(xiàn)。
3.最大強度投影(Maxiamal Intensity Projection，MIP)顯示沿每條視線的最高強度。在所謂的薄MIP中僅僅顯示部分空間。
4.立體透視(Volume Rendering，VRT)其被理解為借助于類似于進入對象或從對象出來的X射線的視線的模型化。由此，(部分透明地)采集了成像身體的整個深度；小的以及首先用薄斷層顯示的對象的細節(jié)可能丟失。該顯示通過設置所謂的變換函數(shù)(色彩查找表)手動地顯現(xiàn)出來。通過采用其它存儲平面來光闌光照效果，在該存儲平面中存儲照明的梯度量和方向并在顯示時進行計算。
但是，這些公知方法的缺陷在于對相對較弱的結構顯示不足，尤其是當立體數(shù)據(jù)組較大時。公知方法的另一個缺陷是，分別只能以固定關系顯示整個3D塊。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種方法，利用該方法也可以更好地顯示較弱的、尤其是以較大立體數(shù)據(jù)組成像的結構。
本發(fā)明的技術問題是通過一種用于顯示以第一立體數(shù)據(jù)組成像的對象的方法，具有如下方法步驟-產生第二立體數(shù)據(jù)組，其中平行于進入該第一立體數(shù)據(jù)組的主觀察方向并依據(jù)深度調制和/或編碼第一立體數(shù)據(jù)組的立體單元，以及-對所述第二立體數(shù)據(jù)組進行立體透視。
本發(fā)明方法的目標是，無需對以第一立體數(shù)據(jù)組成像的對象進行特殊的分割，通過繼續(xù)開發(fā)立體透視實現(xiàn)對成像對象的整個深度的連續(xù)3D顯示。第一立體數(shù)據(jù)組例如是用計算機斷層造影設備或磁共振設備產生的，總的來說是用一種適用于產生立體數(shù)據(jù)組的成像設備產生的。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過深度投影同時實現(xiàn)對成像對象的空間和可塑印象。為此根據(jù)本發(fā)明，從第一立體數(shù)據(jù)中產生第二立體數(shù)據(jù)組，其中優(yōu)選在主觀察方向上依據(jù)深度調制或編碼并存儲第一立體數(shù)據(jù)組的所有立體單元(在CT中例如是Hounsfield單位)，并將公知的立體透視應用于該第二立體數(shù)據(jù)組。立體透視例如描述在Foley等人的“Computer GraphicsPrinciple and Practice，2.Auflage，Addison-Wesley，1990，1034-1039”中。這樣，例如在與所謂α光闌的共同作用下一方面在深度投影時改善了可塑的3D印象。
α值確定所顯示對象的透明度或不透明度，并針對立體數(shù)據(jù)的每一個可能值來定義。另一方面，對于各個顯示的深度區(qū)域都可以連續(xù)選擇。這并非是微不足道的，因為例如在計算機斷層造影中存在測量值的寬頻譜。成像對象例如是生物的身體。就觀察者的視線來說，當位于眼前的對象沿著視線的延展是有限的并具有極少不透明(＝透明)的Alpha時，對特定的造影劑密度或在成像的生物身體很后方的骨骼(脊柱)密度仍可以強不透明的Alpha向前照射。該矛盾不能用傳統(tǒng)的立體透視來解決。在遮蔽線(沿著視線)中，實際上總是只能有一個對象完全顯示得很小，而轉換為其它對象的顯示就意味著很費事并且會劇烈改變圖像印象。
本發(fā)明的方法提供了這種可能性，即通過深度選擇尤其是實時地顯示所有對象部分(器官)，而不會改變具有完全對比度和深度投影的整體印象。對立體數(shù)據(jù)組在主觀察方向上以不同于Alpha光闌的指數(shù)下降的慣性顯現(xiàn)出另一個Alpha，并將該數(shù)據(jù)組調諧為獲得第一立體數(shù)據(jù)組的密度調制(在CT中例如是Hounsfield單位)。這樣來規(guī)定，在成像的部分對象局部給出深度投影，也就是在邊緣上從前到后形成陰影，由此可塑的顯現(xiàn)出所有對象部分。
例如利用滑動調節(jié)器可以連續(xù)設置應當顯示哪些深度區(qū)域，其中該滑動調節(jié)器作用于變換函數(shù)的部分區(qū)域，該部分區(qū)域在調制或編碼立體數(shù)據(jù)組的值域上平移。在此新穎的是，尤其是可以實時地更新顯示，因為立體數(shù)據(jù)已經事先按照合適的調制或編碼例如存儲在顯示存儲器中，例如市場上常見的圖形卡。該設置也可以與照相時設置深度清晰度相對照。但是與照相時的深度清晰度相反，在此可以例如用矩形變換函數(shù)更為精確地定義前面和后面的邊緣，尤其是對觀察者來說，為了完全消除視線障礙這是很重要的。
與按照第二立體數(shù)據(jù)組的形式編碼或調制的立體一起存放在存儲器中的還有相應建立的變換函數(shù)，如果希望深度投影從前向后，在最簡單的情況下例如作為相對于觀察者來說下降的斜坡函數(shù)，或者如根據(jù)本發(fā)明一實施方式那樣按照調制的矩形或方格的形式，其傾斜的上邊緣下降。根據(jù)本發(fā)明方法的變形，變換函數(shù)存放在查找表中。
不采用滑動調節(jié)器、鼠標或其它控制器，也能借助導航系統(tǒng)實施深度設置，如根據(jù)本發(fā)明方法的另一變形那樣。在這種情況下，實時地由導航系統(tǒng)設置如傳統(tǒng)立體透視中的視點和透視圖，以及選擇當前待顯示的立體數(shù)據(jù)。這實現(xiàn)了對本身封閉的成像對象的所有立體數(shù)據(jù)的“穿越”。目前公知的方法只允許通過選擇數(shù)據(jù)(MIP中只選擇最大值，但是在整個立體中)、通過結合預分割來選擇穿過空腔的特殊路徑(實際的穿越)或者通過費事的預先計算(分割、著色、實際上還有數(shù)據(jù)交換)來進行。
根據(jù)本發(fā)明方法的實施方式，如果尤其是根據(jù)修剪-彎曲(Shear-Warp)方法另外實施一種所謂的“紋理映射”，插值出第一和/或第二立體數(shù)據(jù)組的立體單元，對第一和/或第二立體數(shù)據(jù)組進行濾波，和/或對第一立體數(shù)據(jù)組的濾波結果和/或對第二立體數(shù)據(jù)組的濾波結果進行中間存儲，則可以尤其是在顯示速度上進一步改善對成像對象的顯示。


附圖中示意性地示出一個實施例。示出圖1是計算機斷層造影設備，圖2是用計算機斷層造影設備拍攝的具有虛擬視線的第一立體數(shù)據(jù)組，圖3是由圖2所示的立體數(shù)據(jù)組產生的其它立體數(shù)據(jù)組，圖4是變換函數(shù)的圖形顯示，圖5是借助本發(fā)明方法產生的顯示。
具體實施例方式
圖1示意性示出計算機斷層造影設備，具有X射線輻射源1，從該輻射源發(fā)射出錐形的X射線輻射束2，其邊緣在圖1中以點劃線示出，該X射線輻射束穿過檢查對象(例如患者3)并落在射線探測器4上。X射線輻射源1和射線探測器4在本實施例中在環(huán)形的支架5上相對設置。支架5關于系統(tǒng)軸6可旋轉地支撐在圖1中未示出的支撐裝置上(參見箭頭a)，該系統(tǒng)軸6穿過環(huán)形支架5的中心。
患者3在本實施例中躺在對X射線束來說是透明的臥榻7上，后者借助圖1中同樣未示出的支撐裝置沿著系統(tǒng)軸6可平移地安放(參見箭頭b)。
由此，X射線輻射源1和射線探測器4形成一個測量系統(tǒng)，其可以關于系統(tǒng)軸6旋轉，并沿著該系統(tǒng)軸6相對于患者3平移，從而可以在關于系統(tǒng)軸6的不同投影角度和不同位置下透視患者3。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9根據(jù)在此出現(xiàn)的射線探測器4的輸出信號形成測量值，將該測量值輸入計算機11，由該計算機借助專業(yè)人員公知的方法計算出患者3的圖像，該圖像又可以顯示在與該計算機11連接的監(jiān)視器12上。在本實施例中，用示出的例如包含滑環(huán)系統(tǒng)或無線傳輸段的電導線8將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9與射線探測器4連接，用電導線10將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9與計算機11連接。
在圖1中示出的計算機斷層造影設備可以用于序列掃描和螺旋掃描。
在序列掃描中逐個斷層地掃描患者3。其中，X射線輻射源1和射線探測器4關于系統(tǒng)軸6圍繞患者3旋轉，包括X射線輻射源1和射線探測器4的測量系統(tǒng)拍攝多個投影，以掃描患者3的二維斷層。根據(jù)其中獲得的測量值再現(xiàn)出一幅顯示被掃描斷層的截面圖像。在掃描連續(xù)斷層之間，患者3分別沿著系統(tǒng)軸6運動。該過程一直重復，直到所有感興趣斷層都被采集了為止。
在螺旋掃描期間包括X射線輻射源1和射線探測器4的測量系統(tǒng)關于系統(tǒng)軸6旋轉，并且臥榻7在箭頭b方向上連續(xù)運動，也就是說，包括X射線輻射源1和射線探測器4的測量系統(tǒng)相對于患者3一直連續(xù)地在螺旋軌道c上運動，直到患者3的感興趣區(qū)域完全被采集為止。其中產生一個立體數(shù)據(jù)組，其在本實施例的情況下根據(jù)醫(yī)療技術中常見的DICOM標準編碼。
在本實施例的情況下，利用在圖1中顯示的計算機斷層造影設備產生一個由多個相互連續(xù)的截面圖像組成的、患者3的腹部的立體數(shù)據(jù)組，具有大約500個512×512矩陣的CT斷層(截面圖像)。
該立體數(shù)據(jù)組例如為了應用于最小侵入手術/腹腔鏡而解釋為與臥榻7平行的斷層。由此斷層取向(冠狀)垂直于圖1未示出的醫(yī)生的視線，該醫(yī)生通常以垂直于患者3肚皮的方向看過去。這些斷層在本實施例中解釋為紋理或插值的多紋理，并根據(jù)修剪-彎曲方法計算為3D顯示(立體透視的公知顯現(xiàn))。從中形成的立體數(shù)據(jù)組20在圖2中示意性地示出。大約從醫(yī)生的視線方向出發(fā)并進入立體數(shù)據(jù)組20的虛擬視線21在圖2中以虛線示出。在使用者的優(yōu)選觀察方向上與視線21成最小角度的、原始立體數(shù)據(jù)組的坐標軸(也就是最可能平行于優(yōu)選方向上的視線21)稱為主觀察方向22。對如本例中的大數(shù)據(jù)組來說，即使視線方向向側面或向上/向下偏轉最大大約達到+-80°，所描述的方法用該優(yōu)選方向仍然能夠奏效。為了改善顯示，在+-45°時轉換為垂直于第一取向(軸向或徑向)的斷層。原理上，在本實施例中為包括黑白顯示在內的彩色查找模式存儲3D數(shù)據(jù)。對較大的數(shù)據(jù)組來說，這意味著一方面具有最小存儲要求(例如3D是8比特，只對顯示才例如是32比特)，另一方面可以通過修改查找表實時更改或匹配顯示。
根據(jù)本發(fā)明，顯示控制通過查找表與投影和深度信息相關聯(lián)。為此，在本實施例中，產生另一個在圖3中示出的立體數(shù)據(jù)組30，其中用沿著與邊緣平行的主觀察方向的深度值以及可能的其它濾波器響應來逐個體素地調制立體數(shù)據(jù)組20的立體單元23，并通過該一次性預處理編碼地存儲在計算機11的圖形卡13的工作存儲器中。
在本實施例中，立體數(shù)據(jù)組20的各個立體單元23的調制沿著主觀察方向22進行，并且這樣進行，即計算立體數(shù)據(jù)組20的、遠離沿著主觀察方向22的觀察者視點的立體單元23的灰度值(對于CT例如是Hounsfield單位)，該灰度值比觀察者附近的立體單元的灰度值具有更小的因子。
接著，另一個立體數(shù)據(jù)組30在顯示時實時地用相對于其它立體透視可能修改了的Alpha值來計算，并在查找表(變換函數(shù))的共同作用下顯示。
在本實施例中，變換函數(shù)具有傾斜方塊40的形式，如圖4示意性所示。立體數(shù)據(jù)組30中的編碼和變換函數(shù)的采用這樣進行，傾斜方塊40的平移區(qū)域對應于立體數(shù)據(jù)組30的深度，由此可以成像出數(shù)據(jù)組30的立體單元的整個大彩色或灰度值區(qū)域(在8比特時是256個單元)。另一個立體數(shù)據(jù)組30的深度用軸31顯示。
在實時生成3D視圖時，這樣打破另一個立體數(shù)據(jù)組30的每個編碼斷層(紋理)，就像該立體數(shù)據(jù)組對應于具有中心視線21的當前透視圖，最后在與所述光闌Alpha相乘之后按照累加器結構相加，其中，在本實施例中還在圖形卡13中應用實時插值。
累加器存儲器、例如圖形卡13中的顯示緩沖器，用整個編碼和計算包含一幅投影的、必要時加強了邊緣的3D圖像，其中顯示圖2示出的原始立體數(shù)據(jù)組20的一個或多個深度區(qū)域。通過相應設置查找表來量出期望的深度。也可以進行精細的非線性編碼，以便更為清楚地分開或遮蔽不感興趣的結構(例如在有些情況下的骨骼(肋骨))。這種特殊編碼應當面向測量值刻度的已知大小，在本實施例中是立體數(shù)據(jù)組20的各立體單元的Houndfield單位的已知大小。
查找表(變換函數(shù))的值例如是傾斜矩形在深度區(qū)域中從大約136mm延伸到120mm，對應于查找函數(shù)的位置136至120。在純灰度編碼中，在位置136是顯示彩色值“255、255、255”，一直下降到例如位置120的值“50、50、50”。這放大了對立體數(shù)據(jù)組30的深度編碼，其中例如在側俯視圖中對位于對象表面很下方的表面立體單元在Alpha積分中的透視平均比位于很上方的立體單元的透視更暗，并由此給出可塑的或放大的空間效果。
整個計算例如通過滑動調節(jié)器或鼠標運動來進行，或通過更新圖1未詳細示出、但專業(yè)人員一般公知的導航系統(tǒng)的位置坐標和方向坐標來連續(xù)地進行，從而例如利用當前可獲得的標準圖形卡可以達到每秒鐘約15個透視。
在圖5中以圖像50的形式示例性示出利用本發(fā)明方法產生的顯示。
在本實施例中，立體數(shù)據(jù)組20用計算機斷層造影設備產生，并按照多個連續(xù)計算機斷層造影截面圖像的形式出現(xiàn)。立體數(shù)據(jù)組20還可以用其它成像設備產生，例如磁共振設備、X射線設備、超聲波設備或PET掃描儀。并且立體數(shù)據(jù)組20不必按照多個連續(xù)計算機斷層造影截面圖像的形式出現(xiàn)。
本發(fā)明的方法還可以用于成像的技術對象。
同樣，本實施例只是具有示例性的特征。
權利要求
1.一種用于顯示以第一立體數(shù)據(jù)組(20)成像的對象(3)的方法，具有如下方法步驟-產生第二立體數(shù)據(jù)組(30)，其中，平行于進入該第一立體數(shù)據(jù)組(20)的主觀察方向(22)并依據(jù)深度調制和/或編碼該第一立體數(shù)據(jù)組(20)的立體單元(23)，以及-對該第二立體數(shù)據(jù)組應用立體透視。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，為了控制依據(jù)深度的3D顯示采用變換函數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，所述變換函數(shù)對于所述立體透視具有傾斜方塊(40)的形式。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述變換函數(shù)存放在查找表中。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，利用導航系統(tǒng)來控制所述立體透視。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，利用計算機輸入設備來手動控制所述立體透視。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，其中，尤其是根據(jù)修剪-彎曲方法和可能時利用所謂的多紋理還進行所謂的“紋理映射”。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述“紋理映射”借助圖形卡13的硬件實施。
9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的方法，其中，插值出第一和/或第二立體數(shù)據(jù)組(20，30)的立體單元(23)。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，對第一和/或第二立體數(shù)據(jù)組(20，30)進行濾波。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，對第一立體數(shù)據(jù)組(20)的濾波結果和/或對第二立體數(shù)據(jù)組(30)的濾波結果進行中間存儲。
12.根據(jù)權利要求5至11任一項所述的方法，其中，用對應于查找表的一個特定保留區(qū)域的彩色值來存儲事先分割的對象部分，從而使該對象部分從所描述的立體透視的其它對象組成的環(huán)境中以自身的顏色凸現(xiàn)出來，并由此可以利用所述導航系統(tǒng)有針對性地進行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于顯示以第一立體數(shù)據(jù)組(20)成像的對象(3)的方法。首先產生第二立體數(shù)據(jù)組(30)，其中沿著進入該第一立體數(shù)據(jù)組(20)的主觀察方向(22)并依據(jù)深度調制該第一立體數(shù)據(jù)組(20)的立體單元(23)。接著對所述第二立體數(shù)據(jù)組進行立體透視。
文檔編號G06T15/50GK1711562SQ200380103316
公開日2005年12月21日 申請日期2003年10月17日 優(yōu)先權日2002年11月15日
發(fā)明者卡爾·巴思 申請人:西門子公司