CN101292260B - 绘制方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种绘制方法使用指示对象内部的体数据(202)来绘制表面(102)。识别在所述体数据(202)中具有第一参数的位置。例如通过使用不同的使件，所绘制表面(102)上位于所识别位置附近的区域被加亮。

Description

绘制方法和设备
技术领域
本发明在医学成像中，尤其在对诸如结肠的解剖结构的绘制中有特定应用。本发明还在需要使感兴趣区域在所绘制图像上加亮的其他成像应用中有应用。
背景技术
虚拟内窥镜已经用作使诸如人的结肠或气管的管腔内部可视化的辅助。在对结肠成像时，例如，需要识别可能指示早期癌症的诸如息肉的可疑团块。使用从计算机断层摄影(CT)扫描或其他对结肠的扫描获得的数据，典型地，随着用户通过结肠管腔，从多个视点已经呈现了结肠内部的一个或更多个三维绘制视图。临床医生使用所绘制图像识别息肉或其他可疑团块。
在结肠中残留的剩余粪便、液体、或其他物质有时难以与结肠组织区分。在CT成像中，例如，剩余物质可以具有与周围组织相似的辐射衰减值。因此，这些剩余物质有时可以模仿息肉或使息肉变得模糊。
为了解决该问题，已经实现了各种肠道准备技术。在CT成像的情况下，这些技术典型地包括施予包含不透射线的物质(诸如钡)的口服造影剂。本发明在于残留在结肠中的物质将被造影剂物质加亮。
一种类型的肠道准备是所谓的湿准备(wet preparation)，其中通常残留大量剩余流体。另一种类型的肠道准备是所谓的干准备(dry preparation)，其中剩余物质主要是不透明的粪便，通常以球或块集中在结肠壁附近。
在湿准备中，标记的流体和粪便可以使息肉和其他损害变得模糊。在干准备中，标记的物质可以模仿它们。更具体地，在所绘制图像中残留粪便可以表现为息肉样的块状物。扫描也可以包括使部分结肠壁变得模糊的剩余物质以及模仿息肉或损害的剩余物质。在任何情况下，它们的出现可以导致混淆并导致临床医生的额外工作负担，典型地该临床医生必须对它们进行评价并丢弃它们。
发明内容
本发明的各个方面针对这些问题及其他。
根据本发明的一方面，一种方法包括使用指示对象内部的体数据绘制表面，识别在体数据中具有第一参数值的位置，识别在所绘制表面上作为所绘制表面和所识别位置的相对位置的函数的感兴趣区域，并且生成所绘制表面的人类可读图像，在其上被感兴趣区域加亮。
根据本发明的另一方面，一种设备包括使用指示对象内部的体数据来绘制表面的装置，用于在体数据中识别具有第一参数值的位置的装置，用于识别在所绘制表面上作为所绘制表面和所识别位置的相对位置的函数的感兴趣区域的装置，和用于生成所绘制表面(102)的在其上加亮了感兴趣区域的人类可读图像的装置。
根据本发明的另一方面，计算机可读存储介质包括指令，当由计算机执行时，所述指令使计算机执行如下方法，该方法包括使用指示人的内部解剖结构的体数据绘制指示结肠内部的表面，识别所绘制表面中怀疑包括剩余粪便的区域，并且对所绘制表面的图像上的所识别区域加亮。
本领域技术人员在阅读和理解所附附图和说明之后将了解本发明的其他方面。
附图说明
本发明由实例示出，而不限于所附附图，其中，相同的参考标记指示相似的元件，且其中：
图1a和1b是结肠内部的所绘制视图；
图2是电子标记技术的数据流程图。
具体实施方式
图1描绘了基于从CT扫描获得的体数据并根据现有绘制技术绘制的结肠102内部的透视图。更特别地，结肠102被绘制为具有期望体素值的等值面。区域104表现为可疑息肉或损害。然而，对该数据集更彻底的检查可以揭示该区域104可能包含模仿息肉的剩余的、不透明的粪便。不透明粪便的特征在于其辐射衰减大于周围结肠组织和/或粘膜。当从管腔内的一视点绘制时，不透明粪便表面附近的部分容积效应(partial volume effects)导致区域104被绘制为结肠壁的一部分。结果，难以区分区域104和息肉。
图1b描绘了相同数据集的第二透视图，其中，怀疑包含剩余物质的区域104被电子地标记或加亮，以呈现给用户。如所示，区域104由轮廓线105表示。在另一个实例中，区域104显示为与结肠102的其余部分不同的颜色。当然，也可以使用其他颜色或加亮技术，例如单独地或以各种组合使用阴影，表面纹理，箭头或文本。为了简化查看和评价所绘制图像的任务，通常期望在所绘制图像102中加标记以将用户的注意吸引到可疑区域104，而基本不使其模糊。
现在将参考图2描述该绘制过程。获得诸如在适当的肠道准备之后由CT扫描仪生成的数据集的体数据集202。在尤其适于识别与息肉相似的剩余物质的实施例中，执行干肠道准备。
数据集202可以被作为体素的x、y、z阵列而可视化，该体素的阵列包含与对象的一个或更多个物理特征(诸如其辐射衰减)相关的信息。通常，辐射衰减由Hounsfield单位(HU)表示，其中，空气具有-1000HU值，而水具有0HU值。仍然是越大的值表示越大的辐射衰减值。
在204，识别怀疑包含剩余物质的体素。这可能通过根据体素值分割数据集202以生成分割数据集或二进制体积206来完成。在适于对结肠成像的实例中，经由阈值比较来执行分割以识别预期包含剩余物质的体素。在一个实例中，该阈值设定为+200HU。
为了避免将临床不感兴趣的噪声或区域加亮，可以丢弃小于所期望阈值大小的分割区域。因而，例如，如果分割区域小于临床相关的息肉的下边界(大约5mm直径)，则可以丢弃它。
在207，分割数据集206被扩大以生成扩大数据集(dilated data set)或二进制体积208。在一个实例中，执行三阶扩大。更加特别地，将接近(touch)分割数据集的背景或未分割体素添加到扩大数据集208中。在三阶扩大中，该过程重复三次。如在以下描述的，还可以执行较低或较高阶的扩大。
在210，数据集202被用于根据适当的绘制技术，典型地从位于结肠管腔内的视点，绘制结肠102的期望区域。这种位置将典型地具有在空气的Hounsfield值处或附近的Hounsfield值。在一种这样的技术中，对数据集202执行明确的分割操作以生成分割数据集。分割数据被用于近似典型地表示为多边形网格的表面。这种技术的一个例子在Vining的名为“Method andSystem for Producing Interactive,Three-Dimensional Rendering of SelectedBody Organs Having Hollow Lumens to Enable Simulated Movement Throughthe Lumen”的美国专利No.6,083,162中描述。在另一种技术中，直接在绘制过程中计算等值面的位置。对于给定的通过数据集的射线，确定该射线通过所期望等值面值处的体素的位置。该等值面的位置和定向通过对周围体素的值进行插值来获得。这种技术的一个例子在Bosma的名为“Derivingan Iso-Surface in a Multi-Dimensional Data Field”的美国专利No.6,522,324中描述。在一个实施例中，将结肠102绘制为具有-800HU辐射衰减值的表面。
如上所述，绘制过程可以使得剩余的不透明物质模仿所绘制表面102的出现。当从该视点的透视图查看时，在数据集202中包含剩余物的体素将在所绘制结肠102之后被发现，距离很大程度上取决于剩余物质的辐射衰减，所选阈值，和体素大小。其他相对衰减物质，诸如骨仍然位于远离结肠102处。
选择在207执行的扩大的阶数和数量，使得可以预期指示剩余物的体素与所绘制结肠102交叉，而骨和其他物质不是。以另一种方式描述，当从视点的透视图查看时，可以预期从剩余物质得到的在扩大数据集208中的体素位于所绘制结肠102处或在其前部。例如通过以不同的颜色显示，扩大数据集208与所绘制结肠102交叉的区域被加亮。
在使用射线投射技术绘制结肠102的实现方式中，将可视元素(visual)或显示器属性的第一集合212(例如，第一颜色或颜色范围)指定给扩大数据集208的体素。将可视元素的第二集合214(例如第二颜色或颜色范围)指定给所绘制结肠102。随着每条射线通过，使用可视元素212，214中的一个定位和显示结肠102。然而，指示可疑像素的可视元素212比指示所绘制结肠102的可视元素214优先。相应地，扩大数据集108与所绘制结肠102交叉的区域使用可视元素的第一集合212来显示。
在另一种实现方式中，所期望可视元素在绘制之前预先确定。当然，其他实现方式也是可行的。
所绘制表面102连同加亮的区域104一起显示在人类可读器件上，例如监视器或显示器上。典型地，随着用户通过结肠管腔移动，从多个视点或位置中的每个执行绘制。
如上所述，使用扩大技术识别怀疑包含剩余物的区域104。在备选技术中，在所绘制结肠102和分割数据集106之间的距离可在绘制过程之前或同时被计算。基于所计算的距离将所期望可视元素施加于所绘制结肠102。
当上述讨论集中在CT扫描仪所生成的数据集上时，该技术也与由其他模态生成的数据集协同使用，例如磁共振成像，超声，单光子发射计算机断层摄影(SPECT)，正电子发射断层摄影(PET)等。这些技术也可以用于对结肠之外的其他身体部分成像。它们不限于对剩余物质加亮，而是也可用在怀疑感兴趣物质被所绘制表面模糊或模仿的情况下。
以计算机可读指令、使用指定硬件或其组合实现所述技术。指令可以存储在远程计算机上的一个或多个计算机可读存储介质中，诸如不可变更(non alterable)的或可变更的只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，可变更或不可变更的致密盘，DVD，并且被通过通信介质(诸如因特网，电话线，无线通信等)传递到主系统。当由计算机执行时，所述指令使得处理器执行所述技术。
当然，在阅读和理解上述描述的基础上其他人可以进行修改和变更。要将本发明构建为包括所有这些修改和变更，只要它们包括在所附权利要求及其等同的范围内。

Claims (14)

1.一种用于绘制的方法，包括：
获得指示对象中的结肠内部和所述结肠中包含的剩余物质的体数据，其中，所述剩余物质是不透明粪便，其中，所述剩余物质具有比所述结肠的辐射衰减高的辐射衰减；
通过从所述体数据分割表示所述剩余物质的体素来生成二进制数据，所述分割通过将所述体数据和与所述剩余物质的所述辐射衰减对应且大于所述结肠的所述辐射衰减的阈值进行阈值比较来实现；
通过向所述二进制数据添加接近所述二进制数据中分割的体素的未分割体素生成扩大的二进制数据；
将可视元素的第一集合指定给所述扩大的二进制数据；
将可视元素的第二集合指定给所述体数据；
计算在所绘制表面和所述二进制数据之间的距离；
基于所述距离来应用所述可视元素的第一集合和第二集合；以及
基于所述体数据和所述扩大的二进制数据两者从位于所述结肠中的视点绘制所述结肠内部的表面，其中，所述视点的位置具有在空气的Hounsfield值处或附近的Hounsfield值，并且，当通过所述视点查看时，所述扩大的二进制数据中指示所述剩余物质且与所绘制表面交叉的体素在所述所绘制表面上被视觉上加亮。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一集合的可视元素是第一颜色或颜色范围，并且所述第二集合的可视元素是第二颜色或颜色范围。
3.如权利要求2所述的方法，其中，通过射线投射绘制所述表面。
4.如权利要求3所述的方法，其中，随着每条射线被横过，使用所述可视元素的第一集合或第二集合中的一个可视元素来定位和显示所述结肠。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述可视元素的第一集合与所述可视元素的第二集合相比被给予视觉优先权，由此，所述所绘制表面中所述扩大的二进制数据与所述结肠交叉的区域被使用所述可视元素的第一集合显示。
6.如权利要求1所述的方法，其中，在所述绘制之前确定所述可视元素的第一集合和第二集合。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述二进制数据中的体素的区域与大小阈值相比较；以及
从所述二进制数据中移除大小小于所述大小阈值的体素的区域。
8.一种用于绘制的设备，包括：
用于获得指示对象中的感兴趣结肠内部和剩余物质的体数据的装置，其中，所述剩余物质是不透明粪便，其中，所述剩余物质具有比所述结肠的辐射衰减高的辐射衰减；
用于通过从所述体数据分割表示所述剩余物质的体素来生成二进制数据的装置，所述分割通过将所述体数据和与所述剩余物质的所述辐射衰减对应且大于所述结肠的所述辐射衰减的阈值进行阈值比较来实现；
用于通过向所述二进制数据添加接近所述二进制数据中分割的体素的未分割体素生成扩大的二进制数据的装置；
用于将可视元素的第一集合指定给所述扩大的二进制数据的装置；
用于将可视元素的第二集合指定给所述体数据的装置；
用于计算在所述结肠和所述二进制数据之间的距离的装置；
用于基于所述距离来应用所述可视元素的第一集合和第二集合的装置；以及
用于基于所述体数据和所述扩大的二进制数据两者从位于所述结肠中的视点绘制所述结肠内部的表面的装置，其中，所述视点的位置具有在空气的Hounsfield值处或附近的Hounsfield值，并且，当通过所述视点查看时，所述扩大的二进制数据中指示所述剩余物质且与所绘制表面交叉的体素在所述所绘制表面上被视觉上加亮。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述第一集合的可视元素是第一颜色或颜色范围，并且所述第二集合的可视元素是第二颜色或颜色范围。
10.如权利要求9所述的设备，其中，通过射线投射绘制所述表面。
11.如权利要求10所述的设备，其中，随着每条射线被横过，使用所述可视元素的第一集合或第二集合中的一个可视元素来定位和显示所述结肠。
12.如权利要求11所述的设备，其中，所述可视元素的第一集合与所述可视元素的第二集合相比被给予视觉优先权，由此，所述所绘制表面中所述扩大的二进制数据与所述结肠交叉的区域被使用所述可视元素的第一集合显示。
13.如权利要求8所述的设备，其中，在所述绘制之前确定所述可视元素的第一集合和第二集合。
14.如权利要求8所述的设备，还包括：
用于将所述二进制数据中的体素的区域与大小阈值相比较的装置；以及
用于从所述二进制数据中移除大小小于所述大小阈值的体素的区域的装置。
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