CN103198509A - 医学3d 图像数据的3d 可视化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于显示医学3D图像数据的一种方法和一种设备。该方法包含如下步骤：提供(101)3D图像数据；确定(102)在3D图像数据中的n个区域；为n个区域中的每一个预先给定(103)传递函数T_k(x)（其中k=1，...,n）；借助体绘制技术生成(104)3D图像数据的或3D图像数据的所选择的部分的可视化。该方法的特征在于，针对3D图像数据的每个图像体素，其被分配给n个区域中的g个，其中g≥2：将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给图像体素值x：x→T_j(x)=P_j，l(x)，并且形成从参数值P_j，l(x)中取平均得到的参数值

并且基于取平均的参数值来对可视化的区域进行可视化。

Description

医学3D 图像数据的3D 可视化

技术领域

本发明涉及用于对医学图像数据进行3D可视化的一种方法以及一种装置，如其例如由计算机断层造影设备所产生的那样。

背景技术

在现有技术中，在3D可视化中借助所谓的“体绘制技术”（VolumenRendering Techniken，缩写为VRT）从医学的3D图像数据中生成体图（Volumengraphiken）。在此，除了别的之外借助预先给定的传递函数依赖于各个图像体素的图像体素值为3D图像数据的图像点（图像体素）分配相应的例如针对不透明度、颜色、阴影等的参数值。在此存在这样的缺点，即，不能可视地区分在3D图像数据中的不同的关联的或一致的解剖学的和/或形态学的区域，所述区域的图像体素具有相似的或者相同的图像体素值。

此外，从US 2005/0143654A1中可以得知一种用于对3D图像数据进行可视化的方法，其中对在不同区域中的3D图像数据进行分割，为每个区域分配传递函数，并且基于分别为区域所分配的传递函数来对图像数据进行可视化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供用对医学3D图像数据进行显示的一种方法和一种设备，其与现有技术相比可以用户友好地显示/表述3D图像数据。

本发明通过独立权利要求的特征给出。优选的扩展和构造是从属权利要求的内容。从下面对本发明在附图中示出的实施例的描述和阐述中给出本发明的其他特征、应用可能性和优点。

上述技术问题的方法相关的方面通过用于对医学3D图像数据进行显示的方法来解决，其具有下述步骤。

在第一步骤中提供3D图像数据。目前广义地理解医学的“3D图像数据”的概念。其包含所有的三维的医学的图像数据，所述图像数据具有分别有分配的图像体素值的图像体素。

可以例如由存储介质、由成像模态（例如CT系统或者NMR系统）或者由图像数据处理系统来提供3D图像数据。

在第二步骤中确定在所提供的3D图像数据中的n个区域，其中n≥2，其中给所确定的区域相应地分配3D图像数据的图像体素。n个区域尤其是3D体积区域或者3D表面，但是也可以是2D区域、也就是平的表面。尤其通过解剖学的一致的结构、例如由至少尽可能一致的材料所组成的器官或组织来定义n个区域。也可以通过在3D图像数据中所描绘的非解剖学的结构（诸如医学设备、导管等）来定义这些区域。就此而言，在3D图像数据中在该步骤中定义或确定解剖学的和/或形态学的区域。优选地，依据对所提供的3D图像数据的一个或多个分割来确定在3D图像数据中的区域。

在第三步骤中为所述n个区域中的每一个预先给定传递函数T_k(x)，其中k=1，...,n。由此为n个区域中的每一个分配单独的传递函数T_k(x)。传递函数T_k(x)优选对于每个区域是不同，但是不是必须这样。当前，依赖于用于预先给定的m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)，其中成立：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中：

k=1,…,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1。

参数P_l包含下述参数中的至少一个：不透明度，颜色，阴影，亮度，对比度，图案，表面强调，或者光泽效应。参数值P_k,l(x)相应地说明了不透明度、颜色、亮度等的程度。

在第四步骤中借助体绘制方法生成3D图像数据的或者3D图像数据的所选择的部分的可视化。在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的区域进行可视化。

因此，由3D图像数据基于为各自区域分配的传递函数T_k(x)生成体图，其中其图像体素例如在所提供的3D图像数据中具有相同或近似相同的图像体素值的前面确定的图像区域现在基于不同的传递函数T_k(x)在体图中不同地可视化。

在最后一个步骤中对可视化进行显示，也就是说，例如在显示器上显示所生成的体图。

体图尤其还可以只包含3D图像数据的所选择的部分，例如“层状”的3D图像数据，其在一个或者多个分割步骤中来源于3D图像数据。体图能够尤其将3D图像数据的其中的可视化部分描述为具有表面的网结构，其表面元件（例如三角形表面）具有基于传递函数T_k(x)所给出的特征。

优选通过操作者借助手动输入来确定n个区域，例如在相应的输入部件中通过交互式输入。替换地也可以自动地实施所述方法。

典型地，n个区域在所提供的3D图像数据中不重叠。尽管如此，可以考虑这样的应用，其中n个区域中的单个或者全部在3D图像数据中重叠。

此外，按照本发明的方法的特征在于，对于3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给所提供n个区域中的g个，其中g≥2，首先将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给所述图像体素值x：

（2）x→T_j(x)=P_j,l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,并且

m≥1,

依据：

（3） ${\stackrel{\‾}{P}}_l\left(x\right)=\frac{1}{g}\·\underset{t=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{t,l}\left(x\right),$

从参数值P_j，l(x)中取平均得到参数值

其中l=1，...,m，并且

对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值来对可视化的区域进行可视化。

由此，为每个图像体素分配g组参数值P_j,l(x)，所述图像体素被分配给多个、当前是g个区域。

最后按照本发明依据：

从参数值P_j，l(x)中取平均得到参数值其中l=1，...,m。由此也对各个传递函数的参数取平均。

下面的例子用于阐明按照本发明的方法。假设，3D图像数据的一些图像体素被分配给两个确定的区域，也就是成立g=2。为第一个区域分配了传递函数T₁(x)，并且为第二个区域分配了传递函数T₂(x)。此外假设，传递函数T₁(x)和T₂(x)为图像体素值x分别分配了不透明度和颜色，也就是两个参数或相应的确定参数的参数值，也就是说此外成立m=2。

在将第一传递函数T₁(x)应用到图像体素值x上时，由此得出参数值P_1,1(x)和P_1,2(x)。在将第二传递函数T₂(x)应用到图像体素值x上时，由此得出参数值P_2,1(x)和P_2,2(x)。按照1/2*(P_1,1(x)+P_2,1(x))得出平均参数值

按照1/2*(P_1,2(x)+P_2,2(x))得出平均参数值

最后按照本发明借助体绘制方法生成3D图像数据的或者3D图像数据的所选择的部分的可视化，其中对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个解剖学的和/或形态学的区域中的多个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化。

优选将n个区域的3D图像数据与所分配的传递函数T_k(x)一起保存。由此可以通过应用不同的可视化方法快速地生成不同的体图。

上述技术问题的装置相关的方面通过用于对医学3D图像数据进行可视化的装置来解决。按照本发明的装置包含：

第一部件，借助其能够提供3D图像数据，

第二部件，借助其能够确定在3D图像数据中的n个解剖学的和/或形态学的区域，其中n≥2，其中将3D图像数据的图像体素相应地分配给所确定的区域，

第三部件，借助其能够为n个区域中的每一个预先给定传递函数T_k(x)，其中k=1，...,n，其中依赖于用于m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中：

k=1,…,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1,

并且其中，对于3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给所述n个区域中的g个，其中g≥2，将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给图像体素值x：

（2）x→T_j(x)=P_j,l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,

m≥1,并且

依据：

从参数值P_j，l(x)中取平均得到参数值

其中l=1,…,m，

第四部件，借助其通过体绘制方法能够确定3D图像数据的或者3D图像数据的所选择的部分的可视化，其中在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的解剖学的和/或形态学的区域进行可视化，并且其中对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述图像体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化，以及

第五部件，借助其能够对所述可视化进行显示。

按照本发明的装置的优选扩展的特征在于，存在第六部件，借助其可以由操作者手动地确定在3D图像数据中的n个区域。

通过类似地应用前面结合按照本发明的方法所做的实施来给出按照本发明的装置的其他阐述、特征和优势，为此参考所述实施。

附图说明

从下面的描述中给出本发明的其它优点、特征和细节，其中参照附图对实施例进行详细描述。所描述的和/或图解示意的特征单独地或者以任意的组合形成了本发明的的内容，必要时也不依赖于权利要求，并且可以特别附加地是一个或者多个分开的申请的内容。使用相同的附图标记表示同样的、相似的和/或功能相同的部分。附图中：

图1示意性地示出了按照本发明的方法的流程图，以及

图2示意性地示出了按照本发明的装置。

具体实施方式

当前所描述的方案的目的是，借助所谓的“体绘制”技术为不同的医学3D图像内容（下面称为“2D区域”或者“3D区域”）分配具有不同的不透明度、颜色以及阴影的3D可视化，原因是：不同的解剖学结构（其图像点位于相同的灰度值区域）需要不同的传递函数，以便可以可视地区分并且也彼此分离地显示不同的形态学结构。由此可以在相同的3D可视化中分别基于不同的传递函数对例如支架（Stent）或者骨头或者以造影剂积聚的解剖学区域进行可视化。在此在所提供的医学3D图像数据中定义区域并且在这些区域上使用不同的传递函数。

在此可以不仅在基于体素的3D图像数据上定义并且可视化这些区域，而且例如在“层状”的分割结果上，所述分割结果可以再次被划分为区域。

可以以不同的方式确定区域。由此，用户可以在3D图像数据中手动地确定不同的区域，例如通过简单的标记（Einzeichnen）或者交互式分割。也可以在3D图像数据的3D可视化中借助相应的输入部件来标记区域，并且还具有例如“类似打孔”的效应，也就是通过所示出的圆形产生在3D图像数据中的例如圆柱形区域。在此，圆柱轴优选垂直于输入平面延伸，也就是依赖于3D可视化的方向。也可以将区域确定为例如立方体、直角平行六面体、椭圆体、球形这样的3D区域。可以在MPR可视化或者在3D-VRT可视化中标记这些区域。还可通过使用图像数据处理（例如分割）来自动地确定这些区域，例如向用户提供用于确定区域的建议，用户可以接受、拒绝或者修改所述建议。

使用多个2D区域确定或3D区域确定一般可以最终定义任意复杂（也可能多个复杂）的3D区域，其中重叠的区域也是可能的。

如果没有确定两个或者多个区域，则基于唯一的传递函数来将整个待可视化的图像体素转换成体图。

所确定的n个区域中的每一个或者n个区域中的多个的组合可以被选择并且然后被分配传递函数。也就是说，为这n个区域中的每一个例如通过用户交互来分配各自的传递函数（包括不透明度和/或颜色和/或阴影和/或对比度和/或表面强调和/或光泽效应的变化可能性）。对于这n个区域中的每一个也可以定义和重叠多个例如关于传递函数的梯形曲线，以便改变显示的参数。特定于区域的传递函数的改变可以通过相应的编辑器来进行、例如区域的“下拉菜单”（左边的显示器端）和用于各自区域的传递函数的名称以及可视化特征（右边的显示器端）。

如前面所指出的那样，区域的空间重叠是允许的。在单个区域重叠的情况下，传递函数被复制并且在灰度值-重叠区域中取平均。同样地，所有其他的特征，例如颜色、阴影、对比度、表面强调、光泽效应，在空间的重叠区域取平均。

不仅可以对区域的结构还可以对所属的可视化特征进行随时分离地或者组合地存储。所述存储是特定于研究的或者特定于系列的，并且既可以永久存储在可视化工作站的系统数据库中也可以例如发送到PACS或HIS/RIS系统以便存档。

既可以将n个区域也可以将所属的可视化特征/参数（值）随时分离地或组合地用于可视化。在此可以接通/断开区域的任意组合，也就是设置成“可见”或“不可见”，或者“接通或断开”可视化特征的部分，例如光泽效应。如果“断开”一个或多个区域，则对于这些区域可以可选地使用整体的传递函数。

所描述的原理不仅可以应用于3D图像数据，还可以应用于“3D层”的内表面和外表面，就像例如在通过分割3D图像数据所产生的三角形栅格网上。然后以相应的可视化特征（参数值）显示栅格网的属于确定区域的每个三角形。

图1示意性地示出了按照本发明的用于显示医学3D图像数据的方法的流程图。所述方法包含以下步骤。

在第一步骤101中提供3D图像数据。

在第二步骤102中确定在3D图像数据中的n个区域，其中n≥2，其中相应地给所确定的区域分配所述3D图像数据的图像体素，

在第三步骤103中为所述n个区域中的每一个预先给定传递函数T_k(x)，其中k=1，...,n，其中依赖于用于m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中：

k=1，...,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1,

并且其中对于3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给所述n个区域中的g个，其中g≥2，将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给所述图像体素值x：

（3）x→T_j(x)=P_j，l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,

m≥1,并且

依据：

从所述参数值P_j,l(x)中取平均得到参数值

其中l=1，...,m。

在第四步骤104中借助体绘制方法生成3D图像数据的或者3D图像的所选择的部分的可视化，其中在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的区域进行可视化，并且对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化。

在第五步骤105中对可视化进行显示。

图2示意性地示出了用于对医学3D图像数据进行可视化的按照本发明的装置，其包含：

第一部件201，借助其能够提供3D图像数据，

第二部件202，借助其能够确定在3D图像数据中的n个区域，其中n≥2，其中将3D图像数据的图像体素相应地分配给所确定的区域，

第三部件203，借助其能够为n个区域中的每一个预先给定传递函数T_k(x)，其中k=1，...,n，其中依赖于用于m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中:

k=1，...,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1,

并且其中，对于3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给所述n个区域中的g个，其中g≥2，将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给图像体素值x：

（2）x→T_j(x)=P_j，l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,

m≥1,并且

依据：

从参数值P_j,l(x)中取平均得到参数值

其中l=1,…,m，

第四部件204，借助其通过体绘制方法能够生成3D图像数据的或者3D图像的所选择的部分的可视化，其中在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的区域进行可视化，并且其中对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化，以及

第五部件205，借助其能够对所述可视化进行显示。

尽管通过优选的实施例详细地对本发明做了进一步的解释和阐述，但是本发明不受所公开的不例限制并且专业人员从中可以导出其他的变形，而不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于显示医学3D图像数据的方法，其具有以下步骤：

-提供(101)3D图像数据，

-确定(102)在所述3D图像数据中的n个区域，其中n≥2，其中相应地给所确定的区域分配所述3D图像数据的图像体素，

-为所述n个区域中的每一个预先给定(103)传递函数T_k(x)，其中k=1,…,n，其中依赖于用于m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中：

k=1,…,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1,

-借助体绘制方法生成(104)所述3D图像数据的或者所述3D图像的所选择的部分的可视化，其中，在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的区域进行可视化，并且

-显示(105)可视化，

其特征在于，

-对于所述3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给n个区域中的g个，其中g≥2：将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到所述图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给所述图像体素值x：

（2）x→T_j(x)=P_j,l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,并且

m≥1,

-依据：

（3） ${\stackrel{\‾}{P}}_l\left(x\right)=\frac{1}{g}\·\underset{t=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{t,l}\left(x\right),$

从所述参数值P_j，l(x)中取平均得到参数值

其中l=1，...,m，以及

-对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过操作者依据手动输入来进行对所述区域的确定(102)。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，自动地实施所述方法。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述参数P_l包含下述参数中的至少一个：不透明度，颜色，阴影，亮度，对比度，图案，表面强调，或者光泽效应。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，为所述区域所分配的传递函数T_k(x)彼此不同。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述n个区域的3D图像数据与所分配的传递函数T_k(x)一起存储。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，依据所提供的3D图像数据的一个或多个分割来确定(102)在所述3D图像数据中的区域。

8.一种用于对医学3D图像数据进行可视化的装置，其包含：

-第一部件(201)，借助其能够提供3D图像数据，

-第二部件(202)，借助其能够确定在所述3D图像数据中的n个区域，其中n≥2，其中将所述3D图像数据的图像体素相应地分配给所确定的区域，

-第三部件(203)，借助其能够为所述n个区域中的每一个预先给定传递函数T_k(x)，其中k=1，...,n，其中依赖于用于m个参数P_l的其图像体素值x，传递函数T_k(x)为图像体素分配参数值P_k,l(x)：

（1）x→T_k(x)=P_k,l(x)

其中：

k=1,…,n

l=1,…,m

n≥2,并且

m≥1,

其中，对于所述3D图像数据的每个图像体素，所述图像体素被分配给n个区域中的g个，其中g≥2：将分配给g个区域的传递函数T₁(x),T₂(x)，...,T_g(x)应用到所述图像体素值x上，其中g个传递函数T_1，...g(x)中的每一个将m个参数值分配给所述图像体素值x：

（2）x→T_j(x)=P_j,l(x)，

其中：

j=1，...,g

l=1,…,m

g≥2≤n,

m≥1,并且

依据：

（3） ${\stackrel{\‾}{P}}_l\left(x\right)=\frac{1}{g}\·\underset{t=1}{\overset{g}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{t,l}\left(x\right),$

从所述参数值P_j，l(x)中取平均得到参数值

其中l=1，...,m，

-第四部件(204)，借助其通过体绘制方法能够确定所述3D图像数据的或者所述3D图像的所选择的部分的可视化，其中，在此基于分别为区域分配的传递函数T_k(x)以及分别为传递函数分配的参数值P_k,l(x)来对可视化的区域进行可视化，并且其中，对于3D图像数据的每个图像体素来说，所述体素被分配给n个区域中的g个，在此基于取平均的参数值

来对可视化的区域进行可视化，以及

-第五部件(205)，借助其能够对所述可视化进行显示。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，存在第六部件，借助所述第六部件能够由操作者手动地确定在3D图像数据中的区域。

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