CN102982233B - 具有立体视觉显示的医学影像工作站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有立体视觉显示的医学影像工作站，所述医学影像工作站包括计算机主机、3D显示屏、输入设备和软件系统；软件系统包括一般医学影像工作站所具备的软件功能模块，以及立体视觉显示模块、3D交互模块、2D显示与立体视觉显示联动模块；立体视觉显示模块用于实现含景深信息的立体视觉显示；3D交互模块用于从输入设备接收用户输入的含景深信息的操作指令，并在3D显示屏上实时、同步显示出操作结果；2D显示与立体视觉显示联动模块用于实现2D显示屏和3D显示屏联动，或2D显示和立体视觉显示之间切换。本发明可以弥补现有的医学影像工作站在立体视觉显示、3D交互、2D显示与立体视觉显示联动方面的不足，从而提高医生的观测效果和工作效率。

Description

具有立体视觉显示的医学影像工作站

技术领域

本发明属于医学影像设备领域，具体涉及一种基于立体视觉显示的医学影像工作站。

背景技术

医学影像工作站在临床观测、手术规划、手术导航、手术治疗、疗效评估和医学教育等方面都有重要应用。现有的医学影像工作站已经能够对CT、MRI等影像数据进行处理和显示，用户可以方便地浏览影像，可以通过各种选项来进行功能选择，应用于不同部位或疾病，使医生能准确地进行观测和手术规划，从而使得治疗更加有效，同时也大大提高了医生的工作效率。

立体视觉显示是将具有视觉差的两幅影像分别显示给用户的左右两眼，让用户通过左右两眼看到这两幅影像的差别，从而感觉到影像中的目标与用户之间的距离，即景深。立体视觉显示的实现方法可以是让为左右两眼准备的影像交替显示，同时用户戴上与影像交替显示频率同步的快门式眼镜，使得左右眼交替地看到分别为它们各自准备的影像，产生立体视觉效果；也可以是在显示屏之前加上棱柱光栅，通过棱柱光栅的折射，让为左右两眼准备的影像分别进入左右两眼中，产生立体视觉效果。

现有的医学影像工作站在需要显示3D效果时，一般是在2D显示器上通过渲染方法模拟3D效果，这种显示技术缺乏景深信息，本质上显示的只是3D物体在2D显示器平面上的投影，与具有景深信息的立体视觉显示带给人们的视觉信息相比，仍然有本质区别。一些病灶区域在二维平面上无论从哪个角度观察都很难呈现出病灶特征，然而从具备景深信息的立体视觉影像上观察，病灶特征就非常明显。

此外，目前尚未见到有关于3D交互技术在医学影像工作站中应用的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有立体视觉显示的医学影像工作站，以弥补现有的医学影像工作站在立体视觉显示、3D交互、2D显示与立体视觉显示联动方面的不足，从而提高工作效率。

本发明提供的一种具有立体视觉显示的医学影像工作站，其特征在于，该系统包括显示设备、计算机主机、输入设备和软件系统；所述显示设备为3D显示屏，或者为2D显示屏和3D显示屏，所述显示设备和输入设备均通过接口与计算机主机连接；

软件系统包括一般医学影像工作站所具备的软件功能模块(如参考文献“胡军武，医学数字成像技术，湖北科学技术出版社，2001：477～478”中描述的功能)，以及立体视觉显示模块、3D交互模块、2D显示与立体视觉显示联动模块；

立体视觉显示模块用于从CT或MRI等原始影像数据为左眼和右眼生成不同视角的影像，并在3D显示屏上同时显示出这些不同视角的影像，从而实现含景深信息的立体视觉显示；

3D交互模块用于从输入设备接收用户输入的含景深信息的操作指令，并在3D显示屏上实时、同步显示出操作结果，以及保存和载入含景深信息的3D影像；

2D显示与立体视觉显示联动模块具有两种工作模式：(1)当所述计算机主机上连接有2D显示屏时，2D显示与立体视觉显示联动模块用于实现2D显示屏和3D显示屏显示的内容同时相应地更新，并且光标能够在2D显示屏与3D显示屏之间跨屏；(2)当计算机主机上未连接有2D显示屏，2D显示与立体视觉显示联动模块用于在3D显示屏上实现2D显示和立体视觉显示之间切换。

当3D显示屏的分辨率能够满足医学影像观测的需要时，所述显示设备可以只采用3D显示屏，否则，所述显示设备除3D显示屏外，还需要包括2D显示屏。

本发明提供的医学影像工作站在操作方法上，除包括普通医学影像工作站具备的操作方法外，还包括：鼠标控制光标或键盘控制光标实现深度参数的调整，光标能够从2D显示屏移动到3D显示屏，或者从3D显示屏移动到2D显示屏，当光标移动到3D显示屏上时，变成含景深信息的立体光标，用户能够执行含景深信息的操作指令，可以通过指定空间中的3个不共线的点来决定剖面。

本发明的技术效果：3D显示屏中的立体视觉影像呈现给用户的视觉效果具有很强的空间真实感；用户可以通过鼠标或者键盘调整3D显示屏中光标的深度，当光标所处的深度位置不同，它呈现给用户的外观效果也不同；医学影像中的一些病灶区域，从传统的二维的冠状面、矢状面、横断面上看，很难呈现病灶特征，而在本发明的立体视觉影像中，这些病灶区域能够呈现出立体感很强的病灶空间特征。

附图说明

图1为本发明的一种实施例方案的硬件连接示意图：1-2D显示屏，2-3D显示屏，3-主机，4-鼠标，5-键盘，6-打印机，7-VGA接口，8-DVI接口，9-第一USB接口，10-第二USB接口，11-第三USB接口；

图2为实施例的工作流程图；

图3为实施例的立体视觉显示模块实现流程图；

图4为实施例的人机3D交互模块实现流程图；

图5为实施例的2D显示与立体视觉显示联动模块实现流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供的医学影像工作站包括硬件组成和软件系统，其中硬件组成包括：一块高分辨率2D显示屏，一块3D显示屏，一台计算机主机，输入设备(如包括一个鼠标和一个键盘)。如果3D显示屏的分辨率能够满足医学影像观测的需要，也可以只用一块3D显示屏，而不用2D显示屏。

本发明实施例的软件系统除包括一般医学影像工作站所具备的功能模块(如影像导入、影像显示、窗宽窗位调整、测量、人机交互等基本功能)外，还包括立体视觉显示模块、3D交互模块、2D显示与立体视觉显示联动模块。

所述医学影像工作站的立体视觉显示模块用于从CT或MRI等原始影像数据为左眼和右眼生成不同视角的影像，并在3D显示屏上同时显示出这些不同视角的影像，从而实现含景深信息的立体视觉显示。

所述立体视觉显示模块的具体实现方法是：针对载入的原始影像数据设置窗宽和窗位，并将原始影像数据线性映射为适合显示器显示的灰度值范围；针对每个体素运用传输函数将其灰度值映射成RGBA颜色值；利用光线投射算法(如参考文献“EngelK，HadwigerM，KnissJ，etal.Real-timevolumegraphics.2006：163～185”中具体描述的如何利用光线投射算法计算出光线从某一角度投射体数据得到的投影影像。本发明实施例利用该光线投射算法分别计算出从左眼视角和右眼视角投射体数据得到的两幅投影影像，并将这两幅影像同时显示在3D显示屏上。)由体数据分别计算出左眼和右眼看到的影像；将左眼和右眼看到的影像同时显示在3D显示屏上。

所述医学影像工作站的3D交互模块用于从输入设备接收用户输入的含景深信息的操作指令，并在3D显示屏上实时、同步显示出操作结果，以及保存和载入含景深信息的3D影像。

所述3D交互模块的具体实现方法是：为光标记录三维坐标参数，其中一维为深度参数；当光标处于3D显示屏时，通过鼠标控制光标或键盘控制光标实现深度参数的调整；事先存储不同景深位置上的具有一定视觉差的分别供左右眼使用的一组光标影像，当鼠标移动到3D显示屏时，根据光标深度参数调用并显示相应景深位置上的一组具有一定视觉差的光标影像，从而在立体视觉中获得立体光标；利用立体光标对目标影像进行放大、缩小或旋转时，则根据现有的立体视觉空间坐标重新绘制具有立体视觉效果的3D影像和立体光标；利用立体光标依次取立体视觉空间中3个不共线的点，获得一个新视角的剖面。

2D显示与立体视觉显示联动模块在于：本发明中，该模块具有两种工作模式，当所述计算机主机上连接有2D显示屏时，2D显示与立体视觉显示联动模块用于实现2D显示屏和3D显示屏显示的内容同时相应地更新；并且光标能够在2D显示屏与3D显示屏之间跨屏；当计算机主机上未连接有2D显示屏，2D显示与立体视觉显示联动模块用于在3D显示屏上实现2D显示和立体视觉显示之间切换。

所述2D显示与立体视觉显示联动模块的具体实现方法是：(1)当计算机主机上连接有2D显示屏时，所述2D显示与立体视觉显示联动模块在系统统一2D显示屏和3D显示屏的坐标系统后，3D显示屏的X轴坐标延续2D显示屏的X轴坐标，并在统一坐标的基础上实现光标从2D显示屏到3D显示屏的跨屏；2D显示屏和3D显示屏将共用一套影像观察参数，无论是在2D显示屏还是3D显示屏上修改观察参数，系统将联动更新对应的2D显示屏上的影像和3D显示屏上具备立体视觉的3D影像。(2)当计算机主机上未连接有2D显示屏时，所述2D显示与立体视觉显示联动模块用于在3D显示屏上实现2D显示和立体视觉显示之间切换；系统在两种显示模式下将共用一套影像观察参数，并且无论在何种显示模式下修改观察参数，当切换到另一种显示模式时，系统都将更新对应显示模式下的影像内容和效果。

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的一个实施例作为实现基于立体视觉的医学影像工作站的参考方案而提出。该实施例包括2D显示器1，3D显示器2，主机3，鼠标4，键盘5，以及打印机6，其中打印机6为可选装置。主机3具有一个VGA接口7、一个DVI接口8和三个USB接口9、10、11。

2D显示器1具有高分辨率，2D显示器1和3D显示器2具备联动功能，即用户在其中一台显示器上进行的影像操作，在两台显示器上的影像都会展现出相应的操作效果，联动模块的实现方法已在发明内容中描述；2D显示器1接入主机3的VGA接口7；3D显示器2接入主机3的DVI接口8；鼠标4接入主机3的第一USB接口9；键盘5接入主机3的第二USB接口10；打印机6接入到主机3的第三USB接口11；鼠标4能在3D显示器2中处理景深信息，即能够通过滚轮控制光标在景深方向前后移动，用户能够使用鼠标4直接在3D显示器2上进行含景深信息的3D影像操作，实现人机3D交互，3D交互模块的实现方法已在发明内容中描述；键盘5除了能够接收用户的字符输入以外，还能够代替鼠标4控制光标；打印机6能够打印用户指定的影像及数据。

如图2所示，本实施例的工作流程如下：

(1)医学影像工作站系统启动后，从磁盘或网络载入CT或MRI等原始影像数据；

(2)从磁盘上保存的参数配置文件载入默认参数，如：默认的窗宽、窗位，默认的光标位置，默认的左眼和右眼视角，默认的冠状面、矢状面和横断面位置等；

(3)设置窗宽和窗位；

(4)根据光线投射算法分别计算出从左眼视角和右眼视角投射体数据得到的两幅投影影像，并将这两幅影像同时显示在3D显示器2上；

(5)根据冠状面、矢状面和横断面的位置分别计算出冠状面、矢状面和横断面的影像，并分别在2D显示器1的冠状面显示区、矢状面显示区和横断面显示区分别显示冠状面影像、矢状面影像和横断面影像，本步骤与步骤(3)并发执行；

(6)从鼠标4和键盘5接收用户输入指令；

(7)判断用户输入指令是否为打印指令，包括打印影像、打印报告等，如果是，则驱动打印机，执行打印指令，然后转入步骤(8)，否则直接转入步骤(8)；

(8)判断用户输入指令是否为存盘指令，如果是，则将当前观察参数如光标位置，左眼和右眼视角，冠状面、矢状面和横断面位置等保存到磁盘上的参数配置文件中，然后转入步骤(9)，否则直接转入步骤(9)；

(9)判断用户输入指令是否为结束指令，如果是，则结束工作流程，否则转入步骤(9)；

(10)判断用户输入指令是否为合法的参数调整指令，如调整窗宽、窗位，调整光标位置，调整左眼和右眼视角，调整冠状面、矢状面和横断面位置等，如果是，则跳转到步骤(11)，否则跳转到步骤(5)；

(11)调整观察参数，跳转到步骤(3)。

如图3所示，以脑部CT立体视觉影像显示为例，说明本实施例的立体视觉显示模块实现如下：

(1)从磁盘或网络载入CT或MRI等体数据(如脑部CT体数据)；

(2)从鼠标4和键盘5接收用户输入的参数调整指令；

(3)设置窗宽和窗位；

(4)根据光线投射算法分别计算出从左眼视角和右眼视角投射脑部体数据得到的两幅投影影像，并将这两幅影像同时显示在3D显示器2上。

如图4所示，以测量耳朵上一点A与鼻子上一点B之间的距离为例，说明本实施例的人机3D交互模块。本系统通过鼠标4可直接在3D显示器2上进行含景深信息的3D影像操作，而普通医学影像工作站，由于用户不能进行含景深信息的3D影像操作，只能通过冠状面、矢状面和横断面多次联合调整，才能定位出耳朵上一点A与鼻子上一点B，因而用户操作效率不高，操作方式也不直观。“测距”操作具体步骤如下：

(1)用户选择“测距”操作选项；

(2)使用鼠标4将光标在XY轴平面上运动到与点A的Z轴相交的位置，再利用鼠标4的滚轮或键盘5控制光标在景深方向前后移动，直到和点A重合为止；

(3)单击鼠标4左键，即表示确认选取点A为立体视觉空间中的测量起点；

(4)使用鼠标4将光标在XY轴平面上运动到与点B的Z轴相交的位置，再利用鼠标4的滚轮或键盘5控制光标在景深方向前后移动，直到和点B重合为止；

(5)单击鼠标4左键，即表示确认选取点B为立体视觉空间中的测量终点；

(6)系统通过A、B两点的三维坐标利用欧拉距离公式计算出A、B两点间的距离；

(7)若用户想要重新测量则跳转至步骤(1)执行，否则“测距”操作结束。

如图5所示，以观察脑部CT立体视觉影像的某个剖面为例，说明本实施例的2D显示与立体视觉显示联动模块实现流程，具体步骤如下：

(1)选择“剖面选取”操作选项；

(2)移动鼠标到要操作的显示屏上；

(3)判断鼠标是否在2D显示屏上，若是则执行步骤(4)，否则执行步骤(8)；

(4)在显示横断面的窗口中浏览，并根据需要选择其中某幅影像；

(5)在选择的影像上选取一点O，作为冠状面、矢状面和横断面的新交汇点；

(6)根据新交汇点O及体数据，重新计算冠状面和矢状面并显示出来，即更新2D显示器1上的冠状面显示区和矢状面显示区的显示内容；

(7)根据交汇点O，设定新的观察角度，然后根据光线投射算法分别计算出从左眼视角和右眼视角投射体数据得到的两幅投影影像，并将这两幅影像同时显示在3D显示器2上，即根据2D显示器1上的操作联动更新3D显示器2上的具备立体视觉效果的显示内容，然后跳转到步骤(14)；

(8)选取点O，作为新空间的原点，方法是使用鼠标4将光标在XY轴平面上运动到与点O的Z轴相交的位置，再利用鼠标4的滚轮或键盘5控制光标在景深方向前后移动，直到和点O重合为止；

(9)选取点X，与步骤(8)中得到的点O构成新空间的OX轴，方法是使用鼠标4将光标在XY轴平面上运动到与点X的Z轴相交的位置，再利用鼠标4的滚轮或键盘5控制光标在景深方向前后移动，直到和点X重合为止；

(10)选取点Y，与步骤(9)中得到的OX轴构成新空间的XOY平面，方法是使用鼠标4将光标在XY轴平面上运动到与点X的Z轴相交的位置，再利用鼠标4的滚轮或键盘5控制光标在景深方向前后移动，直到和点Y重合为止；

(11)利用体数据的插值计算出三个两两互相垂直并过O点、其中一个面与XOY平面重合、另一个面过OX轴的剖面，得到以点O为空间原点的新立体观察空间；

(12)根据新空间的原点O，设定新观察角度，然后根据光线投射算法分别计算出从左眼视角和右眼视角投射体数据得到的两幅投影影像，并将这两幅影像同时显示在3D显示器2上，即更新3D显示器2上的显示内容；

(13)根据新空间的原点O，重新计算冠状面、矢状面和横断面，并在2D显示器1上显示出来，即根据3D显示器2上的操作联动更新2D显示器1上冠状面显示区、矢状面显示区和横断面显示区的显示内容；

(14)用户是否要继续选取剖面操作，若是可以跳转到步骤(2)，若否则可以结束本操作。

本实施例之所以同时使用高分辨率2D显示器1和3D显示器2是因为目前的制造工艺尚不能将3D显示器的分辨率做到与2D显示器一样高，所以实施例中将2D显示器1和3D显示器2配套使用。将来3D显示器2的制造工艺提高到满足医学影像观测的需要时，可以去掉2D显示器1，所有影像显示均在3D显示器2上完成。

如果没有2D显示器，软件实现过程基本不变，只是将原本在2D显示器上显示的冠状面、矢状面、横断面影像，与在3D显示器上显示的立体视觉影像同时显示在3D显示器上，或者设置一个快捷键，允许用户通过快捷键在3D显示器上切换显示原本在2D显示器上显示的冠状面、矢状面、横断面影像，以及在3D显示器上显示的立体视觉影像。

本实施例的输入设备出了可采用鼠标、键盘以外，也可以采用数据手套等输入设备。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有立体视觉显示的医学影像工作站，其特征在于，该工作站呈现给用户的视觉效果具有空间真实感，并能实现深度参数的调整，该工作站具体包括显示设备、计算机主机、输入设备和软件系统；所述显示设备为3D显示屏，或者为2D显示屏和3D显示屏；所述显示设备和输入设备均通过接口与计算机主机连接；

软件系统包括一般医学影像工作站所具备的软件功能模块，以及立体视觉显示模块、3D交互模块、2D显示与立体视觉显示联动模块；

立体视觉显示模块用于从CT或MRI等原始影像数据为左眼和右眼生成不同视角的影像，并在3D显示屏上同时显示出这些不同视角的影像，从而实现含景深信息的立体视觉显示；

3D交互模块用于从输入设备接收用户输入的含景深信息的操作指令，并在3D显示屏上实时、同步显示出操作结果，以及保存和载入含景深信息的3D影像；

2D显示与立体视觉显示联动模块具有两种工作模式：（1）当所述计算机主机上连接有2D显示屏时，2D显示与立体视觉显示联动模块用于实现2D显示屏和3D显示屏显示的内容同时相应地更新，并且光标能够在2D显示屏与3D显示屏之间跨屏，无论是在2D显示屏还是3D显示屏上修改观察参数，系统将联动更新对应的2D显示屏上的影像和3D显示屏上具备立体视觉的3D影像，并且光标能够在2D显示屏与3D显示屏之间跨屏；（2）当计算机主机上未连接有2D显示屏，2D显示与立体视觉显示联动模块用于在3D显示屏上实现2D显示和立体视觉显示之间切换，无论在何种显示模式下修改观察参数，当切换到另一种显示模式时，系统都将更新对应显示模式下的影像内容和效果；

所述立体视觉显示模块用于针对载入的原始影像数据设置窗宽和窗位，并将显示窗口对应的原始影像数据线性映射为适合显示器显示的灰度值范围；针对每个体素运用传输函数将其灰度值映射成RGBA颜色值；利用光线投射算法由体数据分别计算出左眼和右眼看到的影像；将左眼和右眼看到的影像同时显示在3D显示屏上。

2.根据权利要求1所述的具有立体视觉显示的医学影像工作站，其特征在于，

所述3D交互模块用于为光标记录三维坐标参数，其中一维为深度参数；当光标处于3D显示屏时，可调整光标的深度参数；事先存储不同景深位置上的具有视觉差的分别供左右眼使用的一组光标影像，当鼠标移动到3D显示屏时，根据光标深度参数调用并显示相应景深位置上的一组具有视觉差的光标影像，从而在立体视觉中获得立体光标；利用立体光标进行放大、缩小或旋转时，则根据现有的立体视觉空间坐标重新绘制具有立体视觉效果的3D影像和立体光标；利用立体光标依次取立体视觉空间中的三个不共线的点，获得一个新视角的剖面。