CN103325139A - 医用图像处理装置及医用图像处理方法 - Google Patents

Abstract

实施方式提供一种医用图像处理装置。根据体数据生成多个层块，移动层块以将各层块的图像显示为动画时，因像素的明亮度差异而容易产生动画的闪烁，本发明用于减少这种闪烁。医用图像处理装置具备：体数据集存储器件（30）；处理器单元（24），基于体数据集生成与多个层块分别对应的多个二维图像；及显示部，依次显示多个二维图像，层块沿着单一的视线轴排列，将各层块内的多个采样点关于视线轴投影而生成各二维图像，各层块具有固定的层块厚，各层块和相邻层块的间隔小于层块厚，各层块与相邻层块之间具有重叠区域，且在相邻层块中共用重叠区域的采样点。

Description

医用图像处理装置及医用图像处理方法

技术领域

本发明的实施方式涉及医用图像处理装置及医用图像处理方法。

背景技术

生成以三维（3D）物体为对象的二维（2D）图像的处理被称为体绘制。体绘制在众多领域均有应用事例。像这样的领域之一例如有使用计算机断层摄影（CT）及其他X射线扫描仪、核磁共振扫描仪以及超声波扫描仪而获得扫描人体或动物体的结果的医用体数据的绘制。

利用现代化扫描仪器生成的体数据非常详细且复杂。医生有时候希望使用不同视线方向，并从不同位置对所扫描物体绘制数据，以能够解析所扫描的物体，例如检测异常。

在应用于层块多断层重建（MPR）（有时也称为有厚度的MPR或厚MPR）那样的体绘制技术中，作为结果获得的2D图像中大多会出现不期望的伪影。这些伪影成为视觉上的障碍，有可能妨碍图像的解释。在有些情况下，这些伪影有可能会被误判断为体数据的实际特征，或者在其他情况下有可能导致数据的实际特征不明确。伪影对之后的图像处理也会带来不良影响。例如，边缘检测算法的精度在大多情况下对于这种图像伪影的存在非常敏感。

体数据具备排列成3D格子状的多个体素。各个体素具有与其关联的体素值。体素值表示物理参数的测定结果。例如，在CT扫描时，体素值表示这些体素针对X射线的不透明度、即其X射线阻止能力。X射线阻止能力利用与密度（每单位体积的质量）密切相关的亨氏单位（HU）而测定。

利用医疗用摄影器件取得的体数据的体素在大多数情况下在笛卡尔格子上取得，即，数据点匹配3条正交轴I、J及K而配置。在某些特殊情况下，考虑到机架倾斜或穿过（Through），K轴有时不与I轴及J轴正交。而且，以往，这些轴都将共同原点规定在体的一角。但是，应该理解原点的这一选择是任意的。这些轴划定体空间。为了识别体空间内的各体素的位置而使用体空间坐标系。体空间坐标系具有匹配正交轴I、J及K中的各轴的单位（或基础）向量i、j及k。单位向量i、j及k定义为体素沿着体空间内的各轴的单位长。也就是说，沿着各轴的体素间的分离距离（即，其中心与中心之间的距离）为1。

2D图像数据具备排列成2D格子的多个图像像素。图像自身虽然是2D，但有助于定义包含图像的3D视图空间。视图空间通过在图像的一角部位具有共同原点的3条正交轴X、Y、Z来定义。这里，原点的选择也是任意的。X轴及Y轴处于图像的平面（投影面）内，与图像像素的2D格子对齐。Z轴匹配为与视图轴平行（也就是说，垂直于投影面）。为了识别视图空间内的各体素及各图像像素的位置而定义了视图空间坐标系。视图空间坐标系在投影面内具有单位向量、即基础向量x及y，沿着视线方向具有单位向量、即基础向量z。单位向量x及y定义为图像像素沿着视图空间内的各轴的单位长。

图像是使用以往的层块多断层重建（MPR）技术而根据体数据生成的。该技术中，MPR数据通过如下处理而生成：在视图空间内获取坐标，将该坐标转换成体空间，使用任意形式的插补，对体数据进行再采样，并生成针对离散视图空间坐标的新的MPR数据值。MPR片层通过在固定z值下对多个{x，y}坐标执行所述处理而形成。针对z的多个值重复执行所述处理时，决定多个MPR片层，将这些片层投影而能够形成MPR层块。因此，MPR层块具备与投影面平行地对齐、且配设在沿着Z轴的不同位置的一系列MPR片层。

形成通过沿着视线方向将MPR层块投影（折叠）到投影面上而进行显示的2D图像。这是依照投影算法而执行的。用于特定用途的投影算法依赖于最终图像的期望的外观。通常使用三种不同的投影算法。第1种通常投影算法基于：针对每个图像像素决定针对与该图像像素对应的XY坐标的、沿着Z轴在MPR层块（slab）上看到的最大体素值。这是大家熟知的最大强度投影（MIP）。最大强度投影是一种光线投射。实际上，针对图像内的每个像素使虚拟光线平行于视线方向地投射而通过体数据。接着，将针对各像素的图像数据看作光线横切MPR层块时遇到的最大体素值。称为最小强度投影（MinIP）的另一共同投影算法中，代替使用最大值，关于图像数据使用光线横切MPR层块时遇到的最小体素值。用于层块MPR的第3种投影模式是平均强度投影（AveIP），取从横切层块的部分光线采样出的体素数据值的平均，并生成其集合值。

在某些情况下，仅关心所选择的范围内、或“窗口”内具有体素值的体素。例如，为了通过CT扫描了解软组织，仅需要关注－200～500HU范围内的体素值便可。为了获得这样的视野，典型的是如上所说明的那样计算最大或最小强度投影MPR图像，然后对图像进行后处理，强调所期望的范围内的体素值的对比度，并抑制所述范围外的对比度。

一般来说，视线轴与体空间轴之一不一致，也就是说投影面关于体空间轴中的任意两个均具有任意的倾斜角。所以，沿着与视线轴平行地投射的光线的采样点与体素坐标并不一致，不过，沿着光线的各采样点当然位于距多个相邻的体素坐标任意距离的位置。而且，即便使视线方向沿着体空间轴，一般情况下各光线也不形成通过体数据的各片层内的体素坐标的直线。

因此，在划定视线轴及与视线轴正交的层块的情况下，生成与视线方向平行地通过层块且在规则端正的正方格子内的层块（slab）的平面内彼此相隔地排列的光线。接着，绘制应用程序沿着位于层块内侧的各光线的部分对点进行采样，并针对每个采样点基于位于相邻位置上的体数据的体素值来计算体素值。例如，在以大致等距离通过相邻体素坐标或其中心之间的光线的情况下，为了达到采样点的体素值而可以使用与立方体的角对应的8个最近体素值的平均。一般来说，用于通过MPR片层的特定光线的体素值可以使用基于光线与体素中心之间的距离的加权，根据周围体素值进行插补而获得。例如，大多使用MPR片层内的8个周围体素间的三重线性插补。共同的插补方法包含最近附近（1个体素）、三重线性插补（8个体素）及三次插补（64个体素）。

共同且重要的种类的层块MPR是层块以小增量单位沿着视线轴逐渐“移动”的所谓电影（cine）MPR，由此，用户能看到根据体数据投影的一系列图像或帧，各帧与通过前一层块及接下来占据不同位置的层块的投影相关。使用时，放射线科医生通过对话操作前后进行层块的“电影摄影”（cine）。在某些情况下，存储这一系列帧而能够“再生”为动画。例如，在人体头部的CT扫描中，放射线科医生通过伴随数百帧的横切，从上往下或从后往前横切头部时需要数秒。

在使用MIP、MinIP或其他非线性投影功能的电影MPR中，体数据集内存在噪声的结果是，沿着视线轴逐帧变化的输出图像内会产生噪声。开业医生通过体数据集进行层块的电影摄影时，噪声会引起闪烁效应（shimmering effect）。该闪烁效应是分散注意的主要原因，而且还会造成产品质量劣化的印象。AveIP由于使噪声平均化而相对不易受到该问题的影响。但是，AveIP并非完全没有闪烁效应问题，因此处理对于AveIP也适用。

如上所述，用于生成这样的图像帧的典型性技术为，对图像内的各像素投射光线而通过体数据集，在沿着各光线的多个离散点采集体数据集。使用MIP时，选择沿着层块内的光线的最大体素值或插补值。层块内的所选择的最大采样或插补值被视作与各光线关联的像素值。

图1表示为了进行体数据的电影摄影而生成帧的典型技术的概略。体数据集100表示具有格子102的体空间。体空间以二维表现，具备I轴和J轴，但由于相对该纸的平面垂直，因此还具备看不见的沿着轴K的第3维。针对体数据集的体素值被视为位于更小的正方形的各中心，如体空间的左下正方形内的倾斜虚线104所示，在体数据的一角具有共同原点。虽然仅例示了36个体素值，但应该理解的是典型地会使用更多的值，不过关于例示处理而减少了所使用的值的个数。

图1中例示的是相对体数据集成某一角度的、即倾斜的投影面106。换句话说，投影面与体数据集并不平行。如上所述，多条光线108在与视线轴Z平行的所选择的视线方向从投影面106投射至体数据集100内。各光线为了形成图像而与投影面内的一个像素对应。例示投影面例如沿着轴X而为一维，但实际上同样的处理会从纸的平面向外在第2方向Y上重复执行。图1及类似格式的后面的图中，应留意K轴及Y轴是平行的。实际上K轴及Y轴具有任意关系，位置并不一致（aligned）。然而，为了通过二维表现明确地表示这些原理，设K轴及Y轴是一致的。

层块114与投影面106平行，配置在沿着视线轴Z延伸的体空间100内。层块是向纸的平面中延伸进入的3D体。层块114通过虚线矩形表示。选择位于各光线108上且进入层块114内的多个离散采样点116，这些点示出为具有与光线108的间隔对应的规则端庄的间隔的圆。在采样点被折叠到投影面上、或投影而形成2D图像之前，决定各采样点的值。例如，例示出在实验获得的数据的体素的位置附近（也就是说，格子线102的正方形的中心附近）偶尔出现的采样点116。因此，采样点116能够将实验获得的体素的体素值、或与其靠近的任意值视作其体素值。更一般来说，采样点并非出现在实验获得的体素位置处或其附近，在这种情况下，为了根据附近的实验获得的体素的体素值决定采样点的适宜的体素值，需要应用插补方法。用二维来表现更普通的事例，采样点118位于距4个体素位置大致等距离的位置。使用三重线性插补等插补方法能够取得采样点118之处的值。取得各采样点的值之后，例如为了取得各像素的值而使用MIP将采样点投影到投影面上。

图2表示电影摄影中产生的从第1位置114向第2位置120的层块的渐进移动的概略。层块的移动的相对于层块厚度的渐进性质为，“新”层块的大半进入“旧”层块的体内，也就是说2个层块114及120大部分重叠的性质。计算新一组的MPR平面，并对位于新位置的层块120进行投影。旧层块的采样点图示为虚线圆，新层块的采样点图示为实线圆。例如，旧层块内的采样点116对应于新层块内的移动后的采样点122。实验获得的体数据集内的体素值当然会包含噪声助长因子。由于存在噪声，采样点116及122等的汇聚在靠近位置的采样点的插补的体素值有时显著不同。使用MIP，采样点116及122相对于层块内的光线而位于最大体素值处时，这可以理解为对从一帧到下一帧的光线分配显著不同的亮度。这是引起闪烁效应的主要原因。换句话说，MIP的结果由单一采样点决定，因此即使向采样点的位置变更子像素，最后的中间像内也会导致有影响（significant）的强度变动。同样的问题在MinIP中也存在。

图3表示沿着通过体而投射的单一光线的、图2所示的层块的采样点的值的图表。图表示也是表示基于任意单位的、基于针对沿着光线的位置的任意单位的采样值。正方形表示沿着第1位置的层块114的光线的采样点，三角形表示沿着第2位置120的层块内的光线的采样点。正方形的点与三角形的点分别从各正方形及三角形的采样点隔开1像素的0.25而排列。

图3中，实线的纵线134及136表示第1位置的厚度τ的层块的边界，虚线的纵线138及140表示第2位置的略向右移动的层块，层块移动的大小对于层块厚度来说非常小。然而，虽然层块的移动大小非常小，但第1层块位置的最大采样值142的大小和第2层块位置的最大采样值144的大小相差很大。其结果，用户通过体进行层块的电影摄影时，所选择的采样点靠近或远离理论最大值时，MIP图像内的明亮的像素看上去闪烁。在MinIP的情况下也会产生同样的问题，在图示例中，包含于环130内的2个采样点即各最小强度采样值的大小是非常相似的大小。

发明内容

根据体数据生成多个层块，以移动层块的方式将各层块的图像设为动画而显示时，因像素的明亮度的差异而容易产生动画的闪烁，本发明的目的在于减少该闪烁。

本发明的实施方式的医用图像处理装置具备：存储器件，存储与被检体相关的体数据集；处理器单元，基于体数据集生成与多个层块分别对应的多个二维图像；及显示部，依次显示多个二维图像，其中，层块沿着单一视线轴排列，关于视线轴投影各层块内的多个采样点，从而生成各二维图像，各层块分别具有固定的层块厚度，各层块与相邻的层块的间隔小于层块厚度，各层块与相邻层块之间具有重叠区域，且在相邻层块中共用重叠区域的采样点。

附图说明

图1是表示用于生成层块MPR图像的典型技术的概略的图。

图2是表示电影摄影时的MPR层块的稍微移动的概略的图。

图3是表示针对在第1位置及第2位置通过MPR层块投射的光线的采样点的值的图表的图。

图4是表示计算机控制的诊断器件、单机计算机工作站及关联装置的例示网络1的概略图。

图5是表示用于生成体数据的一般计算机断层摄影（CT）扫描仪的图。

图6是表示用于处理图像数据的计算机的概略的图。

图7是进一步详细表示图6的计算机的特征的一部分的概略图。

图8是表示为了根据可选择的视点和视线轴生成体数据的连续的2D输出图像而使本发明的一实施方式动作时的处理阶段的概要的图。

图9是表示对应于包含根据中间投影面的取向、中间像空间的像素间隔、及体空间的原点而划定的点的格子而进行体的虚拟再采样的概略图。

图10是表示层块沿着视线轴而在体数据内定位的体数据集的概略图。

图11是针对第1位置的MPR层块及第2位置的MPR层块的采样点的值的图表。

图12是表示层块位置沿着视线轴稍微移动的图10所示的体数据集的概略图。

图13是表示层块位置沿着视线轴大幅移动的图10所示的体数据集的概略图。

图14是针对图13所例示的层块大幅移动后的第1位置及第2位置的MPR层块的采样点的值的图表。

附图标记说明

22：医用图像处理装置；24：中央运算处理装置（CPU）；26：读出专用存储器（ROM）；28：随机存取存储器（RAM）；30：硬盘驱动器；32：显示器驱动器；34：显示器；36：输入输出（I/O）电路；38：键盘；40：鼠标；42：共同总线；44：图形卡（GFX）

具体实施方式

本发明的实施方式涉及一种图像处理、尤其是与三维数据（体数据）的绘制相关的医用图像处理装置。特别是，涉及对体数据执行层块MPR处理（也被称为层块断层转换、层块多断层重建绘制，slabmulti-planar reformatting rendering）的医用图像处理装置。

本发明的实施方式的医用图像处理装置具备：存储器件，存储与被检体相关的体数据集；处理器单元，基于体数据集生成与多个层块分别对应的多个二维图像；及显示部，依次显示多个二维图像，其中，层块沿着单一的视线轴排列，通过将各层块内的多个采样点关于视线轴投影而生成各二维图像，各层块具有固定的层块厚度，各层块与相邻层块的间隔小于层块厚度，各层块与相邻层块之间具有重叠区域，且在相邻层块中共用重叠区域的采样点。

在和相邻层块之间的重叠区域内采样点被相邻层块共用。也就是说，能够保持仍存在于当前位置的层块内的来自的前一层块位置的采样点。也可以设为仅将与前一层块位置的采样点不共同的采样点处于新区域内。该方法例如为了显示或存储而可以在各层块位置输出MPR视图（MPR图像）。

该方法也能够考虑和层块运动独立地划定针对特定的层块MPR电影操作的采样点。在电影操作中，避免再次划定可能的采样点的集合，取而代之，根据已经划定的采样点的位置是否存在于当前层块的场所内来设为包含或除外的某一种。

该方法能够通过固定在体空间内划定多个采样点的格子而实施，因此格子在特定的电影操作中并不变化。实现该目的的一个方法为将采样点的原点设定为体数据集的原点。其他方法为将来自层块位置的采样点的原点设定为电影操作的第1层块位置等的基准层块位置。

该方法能够使用相邻的体素的值来计算采样点的值。

采样点的间隔也可以和MPR视图、或选项的中间图像的像素间隔相同。

中间图像的像素间隔可以为体数据集的投影的体素宽度的倍数。

沿着视线轴的采样点的间隔也能够设为MPR视图像素间隔、中间图像像素间隔、或体数据集的投影的体素宽度的某一个中的最小值。

在几个实施方式中，投影功能是从基于采样点属性选择的采样点中选择单一的采样点的种类。例如，投影功能能够设为所选择的采样点是具有最大大小的采样点的、使用采样大小作为采样点属性的最大强度投影功能，或者所选择的采样点是具有最小大小的采样点的、使用采样大小作为采样点属性的最小强度投影功能。在其他实施方式中，投影功能不需要设为此种类型。例如，可以通过使用平均强度、或对颜色及不透明度为采样大小的函数的点应用倒置算子（over operator）进行体的绘制。在此种体绘制中，少数的采样点有成为支配性的倾向，因此对这种数据应用本发明的方法是有利的。

该方法还能够具备在显示或存储前对各MPR视图进行转换。在MPR视图形成于作为中间投影面的投影面上时是需要这一转换的。优选的转换为扭曲（warp）转换。例如，在划定与用户想要观看而选择的MPR视图（关于像素间隔、取向、或像素形状）不同的中间图像时，为了形成最终图像需要进行2D扭曲转换。

由该方法生成的MPR视图可以作为单独的图像、或作为视频文件内的视频的一系列帧而存储。可以使用非临时的计算机程序产品来存储这样的文件。接着，能够获取文件而按照期望的方式显示静止图像或动画。MPR视图可以用DICOM（医用的数码图像和通信）格式存储。

由于在体内前进，因此层块的厚度可以固定，或者也可以设为可变。

本发明的实施方式实现收容着用于根据本发明的方式执行方法的设备可读命令的非临时的计算机程序产品。

本发明的实施方式实现图像收集器件，能够进行动作，以加载用于根据本发明的方式执行方法的设备可读命令并执行此命令。

图4是表示计算机控制的诊断器件、单机的计算机工作站、及关联装置的例示网络1的概略图。网络1具备3个组件。3个组件为主医院组件2、遥控诊断器件组件4及遥控单用户组件6。主医院组件2具备用于取得患者图像的多个诊断器件，该例中为CT扫描仪8、MR摄影装置10、DR器件12及CR器件14、多个计算机工作站16、共同格式文件服务器18、档案库存储器20、互联网网关15。这些功能均通过局域网（LAN）25而相互连接。

遥控诊断器件组件4具备CT扫描仪11、共同格式文件服务器13、及互联网网关17。CT扫描仪11及文件服务器13通常连接于互联网网关17，然后，经由互联网连接于主医院组件2内的互联网网关15。

遥控单用户组件6具备具有内部调制解调器（未图示）的计算机工作站21。计算机工作站21通过互联网也连接于主医院组件2内的互联网网关15。

网络1构成为能以标准化的共同格式发送数据。例如，CT扫描仪8首先生成操作者能衍生出合适的2D图像的源数据集、也就是3D图像数据集。2D图像编码为标准图像数据格式，经由LAN25转送给文件服务器18，并存储到档案库存储器20。之后，在计算机工作站16之一进行作业的用户能够请求获取图像。对其响应，文件服务器18从档案库存储器20取出图像，经由LAN25而交给用户。同样地，对主医院组件2进行遥控操作的用户也可以访问或发送档案库存储器20上或网络1上其他地方存储的数据。访问可以在遥控诊断器件组件4内、或遥控单用户组件6内的某一个中进行。

在计算机工作站16、21上、或计算机工作站16、21运行的软件构成为适用于共同图像数据格式。由于图像数据格式被标准化，因此确保来自计算机16、21上的不同软件应用程序、文件服务器13、18及档案库存储器20以及不同的计算机控制诊断器件8、10、11、12、14的输出能够共用图像数据。放射线科医生、医生或研究员等用户能够使用计算机工作站16、21访问档案库存储器20的体数据集，生成并显示3D数据集的静止图像或来自4D数据集的动画等动画或其他图像。

该实施方式的方法能够单独编入软件应用程序、或与医用图像保管通信系统（PACS）一体化而使用。PACS是能够在单一的中央档案库存储器存储表示编成的数码格式的不同种类的诊断图像的体数据的医院用计算机化网络。目前医疗用应用程序中使用的最普通的图像数据格式是“医用的数码图像和通信”格式，通常称为DICOM。DICOM标准由美国的全国电机制造业者协会公布。各图像包含建立有关联的患者信息。

图5是用于获得患者5的区域的3D X射线扫描的一般扫描仪、特别是计算机断层摄影（CT）扫描仪8的概略立体图。将包含关注的一个或多个器官或其他解剖学的特征的患者的腹部置入扫描仪8的圆形开口部7内。拍摄通过患者腹部的一系列图像片层。从扫描仪导出原始图像数据，例如可以是1000个2D512×512数据子集的集合。这些数据子集分别表示调查对象患者的区域的片层，通过组合而生成体数据。构成3D图像数据集的体数据具备各体素对应于这些片层的一个中的一个像素的体素的集合。因此，体数据是所拍摄的特征的3D表现，能够显示3D表现的各种各样的用户选择2D投影（输出图像）（典型的是在计算机的监视器上）。

图6例示构成为执行体数据处理而生成2D图像的医用图像处理装置22的概略。医用图像处理装置22具备：中央运算处理装置（CPU）24、读出专用存储器（ROM）26、随机存取存储器（RAM）28、硬盘驱动器30、显示器驱动器32和显示器34、以及具有键盘38和鼠标40的用户输入输出（I/O）电路36。这些器件通过共同总线42而连接。医用图像处理装置22还具备连接于共同总线42的图形卡（GFX）44。图形卡具备和GPU（GPU存储器）（图6中未图示）密切结合的图形处理单元（GPU）和随机存取存储器。

CPU24能够执行ROM26、RAM28或硬盘驱动器30内存储的程序命令，来执行与RAM28或硬盘驱动器30内存储的体数据的体素关联的信号值的处理。RAM28及硬盘驱动器30统称为系统存储器。GPU还可以执行用于执行从CPU收到的体数据的处理的程序命令。

图7是进一步详细表示图6所示的医用图像处理装置的特征的一部分的概略图。RAM28及硬盘驱动器30汇总表示为系统存储器46。从图3所示的扫描仪8获得的体数据如图概略所示地存储到系统存储器内。能够使用适当的任意的方式的大容量存储装置器件。为了辅助表示医用图像处理装置22的功能间的不同的数据转送路径，图6所示的共同总线42在图7中概略表示为一系列独立的总线连接42a～42d。第1总线连接42a将系统存储器46和CPU24之间连接。第2总线连接42b将CPU24和图形卡44之间连接。第3总线连接42c将图形卡44和显示器34之间连接。第4总线连接42d将用户I/O36和CPU24之间连接。CPU具备CPU高速缓存50。图形卡44具备GPU54和GPU存储器56。GPU54具备加速图形处理界面60、GPU高速缓存I/O控制器62、处理引擎64、用于构成显示器I/O控制器66的电路。处理引擎64设计为使与处理3D图像数据集和执行这种数据集的3D绘制典型关联的种类的程序命令的执行最佳化。这样，处理单元（图像处理单元）具备CPU要素和GPU要素。

用户将键盘38及鼠标40与显示器34上显示的图形用户界面（GUI）组合使用，例如，能够与指向并进行点击的鼠标、轨迹板等触摸屏或其他已知技术组合而使用可移动的画面上的图标，选择所期望的视觉化参数。

图8是为了针对使层块通过由体数据集划定的体而前进、并在层块的各位置生成MPR视图的层块电影多断层重建（MPR）处理生成一系列2D图像帧而操作第1实施方式时的处理阶段的概要。该方法例如可以在适当编程后的通用计算机工作站上执行。

步骤S1中，通过合适的捕获装置取入原始体数据，进行预处理并存储。例如，原始体数据能够由CT扫描仪8取入。为了以体素值的2D排列的方式生成体数据而对数据进行预处理。关于这一点，例如，在程序需要使图像在图像堆栈内等间隔排列的情况下，能够包含从捕获装置单位向以往单位的标准化、及将不在通常的体素格子上取入的数据映射到通常的格子的步骤。为了进行即时的进一步处理而能够将数据存储到捕获装置的随机存取存储器。但是，一般来说，数据存储在存储装置器件（例如，文件归档20）内以在之后能够取出并进行处理。由此，其他装置、例如连接于存储装置器件的遥控计算机工作站21能够随后执行处理。

体数据一般是正交的，但特殊情况下也可以不正交，而是配置成与3条轴I、J、K平行的列。例如，在存在机架倾斜或穿过的情况下K轴不与I及J轴正交。相邻体素一般通过单位向量而沿着与这些轴对应的各方向分离。也就是说，沿着各轴的体素中心间的距离为1。但是，也可以有其他例子。特别是，将体素中心沿着K轴以不同间隔排列的、有时以不等间隔排列是比较普遍的。

在步骤S2中，取出体数据，例如在图6及7所示的监视器24上以基于默认的一组的视觉化参数的初始构成进行显示。由此，显示体数据，医生能够选择视点和视线方向。能够在获取并存储数据后在需要时取出体数据。

在步骤S3中，使用以往技术来划定所需视点及视线方向。关于这一点，典型的是医生基于所显示的体数据集而进行用户选择。视线方向也能够称为视线轴。划定所显示图像内的相邻像素通过单位向量x、y而沿着X轴及Y轴分离，且Z轴与视线方向一致的视图空间坐标系X、Y、Z。

用户将键盘38及鼠标40作为显示器34上显示的图形用户界面（GUI）等输入单元使用，能够显示体数据，选择、变更所期望的视点和视线方向。图形用户界面（GUI），例如和进行指向而点击的鼠标、轨迹板（trackpad）等触摸屏或其他已知技术组合而使用可移动的画面上的图标。

图9表示配置成与3条正交的轴I、J、K平行的列的体数据集200的概略，K是垂直于页面的平面的轴。所期望的视线方向通过投影面202例示，该投影面202具有视图空间坐标系X、Y、Z，在该视图空间坐标系X、Y、Z中，输出图像内的相邻像素通过单位向量x、y而沿X轴及Y轴分离，且Z轴与所选择的视线方向一致。X轴由箭头例示。Y轴从页面朝向外侧。例示的是投影面202内的像素208的位置。如上所述，使Y轴和K轴一致仅仅是为了便于理解。

投影面202还可以表示中间投影面。因此，将MPR视图或图像投影到投影面上之后，也可称为中间图像，处理该结果的图像而能够形成要显示的图像。例如，能够在中间图像上执行扭曲转换，构成要显示的图像。因为中间图像有时变形、有时旋转、或有时定标不准，所以可使用扭曲转换，利用扭曲转换来进行校正。或者，也可以直接显示投影面202上投影的MPR视图或图像。在优选实施方式中，投影面202上投影的图像为中间图像，在进行显示前使用已知技术对该图像进行转换。

沿着视线方向或视线轴（也就是Z轴）投影体数据，以在投影面202上生成图像或MPR视图。投影能够通过所期望的投影算法而进行。该例中使用最大强度投影（MIP）算法。如上所述，这将伴随从图像内的各像素投射光线而通过体数据的步骤、及决定最大采样点值的步骤。例如在应该理解在具备存储于存储器中的已处理像素值的点将图像视为“真实（real）”图像。

步骤S4中，多条光线在与Z轴平行的视线方向从投影面202投射到体数据集200内。该例中，光线针对图像的每个像素投射至投影面202。

步骤S5中，沿着体数据集内的各光线决定多个采样点214，这些点例示为圆，关于各光线在相同的Z位置沿着光线210隔开规则端正的间隔进行排列，结果形成图9所示的相同的点的规则端正的图案。沿着相同的Z位置的各光线的采样点称为处于单一MPR平面212内。

图9仅例示投影面202的单一平面，不过对Y方向（也就是朝向页面外的方向）的全部平面都重复执行相同的处理。

图9所示的采样点214在未形成中间图像时位于视图空间内、或配置在位于中间图像空间内的坐标系内。坐标系在该例中具有与体数据集200的原点相同的原点216。原点在体空间内是固定的。该例的采样点的间隔与投影面202的图像的像素间隔相同。或者，视线方向的采样点的间隔能够设为图像的最小像素间隔或体数据集的投影的体素深度的某一个中的最小者。

在步骤S6中，在体数据集内进行层块的定位，选择处于层块内的采样点以进一步执行处理。

图10例示了追加了层块218的图9所示的体数据集的概略。层块218是为了选择执行层块MPR的采样点而使用的体。例如，采样点220位于层块218的体内，用于计算投影面的图像内的一个像素的值。层块218是具有能选择多个MPR平面222那样的厚度τ的体。层块218的厚度τ是沿着视线方向或视线轴的值。层块218的长度及宽度典型的是和投影面202的长度及宽度相等。

在图10所示的例子中，有平行于页面的平面地延伸的多个平面，因此，应该理解投影面202的图像的各像素具有沿着视线轴投射至体数据集内的光线。接着，关于该例的目的来说明单一的像素及光线。但是，应该理解关于投影面202的图像的各像素重复执行相同的处理。投影面的像素间隔例示为体数据集的投影的体素宽的倍数。但是，应该理解能够使用其他的像素间隔。

图10中，表示了43个采样点和36个体素。但是，也可以使用更多的采样点及体素，应该理解其个数是为了简化方法说明而减少的。

参照图10，为了执行与投影面202内的像素226对应的处理而选择光线（射线）224。沿着光线224存在多个采样点。但是，仅选择层块218的体内的采样点228、230、232。其他采样点，例如采样点234位于层块218的外侧，对于该层块位置来说不予以选择。

在步骤S7中，求出位于光线224上、且在层块218内的被选择的采样点228、230、232各点的值。采样点228、230、232各点的值使用基于光线和体素中心之间的距离的加权通过周围体素值的插补而计算。该例中，根据MPR片层内的8个周围体素的值通过线性插补来计算采样点的值。但是，也可以使用附近（1个体素）或三次插补（64体素）等其他插补方法。

在步骤S8中，对位于光线224上且位于层块218内的采样点228、230、232的插补值执行投影算法。该例中，执行MIP。但是，也可以使用其他投影算法，例如最小强度投影（MinIP）或平均强度投影（AveIP）。

决定与投影面内的各像素对应的、与决定针对各光线的插补值相同的处理。各像素值的投影优选并行执行，但也可以逐次执行。

图11是从合成后的数据中抽取的采样点的插补值的图表，表示的是实施方式的方法的特定例子。y轴以任意单位表示插补值，x轴表示置于通过体数据集而从投影面的图像内的一个像素投射的光线上的多个采样点的每一个。各采样点用三角形表示。在图11的图表所示的特定例子中，应理解存在比图10所示的采样点更多的采样点。图表例示的是比较典型个数的被使用的采样点，但应该理解能够使用的采样点的数少于图11所示的点。

图11中，层块的视线方向或视线轴的扩展通过虚线的纵线来例示，层块具有厚度τ。位于2个纵虚线之间的各采样点与为了执行向投影面上的投影以取得MPR视图或图像而通过层块所选择的采样点相对应。

参照图11，若对通过层块选择的采样点应用MIP，则可知采样点242具有最大插补值。若对相同层块应用MiniP，则采样点243具有最小插补值。因此，在使用MIP时，采样点242的值被使用为与通过体数据集而投射的光线相对应的像素的值。或者，在使用MiniP时，采样点243的值被使用为与通过体数据集而投射的光线相对应的像素的值。因此，能够使用将体素值的大小用作采样点属性的MIP功能，由此，所选择的采样点为具有最大的大小的点。或者，能够使用将体素值的大小用作采样点属性的MiniP功能，由此，所选择的采样点成具有最小的大小的点。

参照图8，可知在步骤S9中，为了显示而输出x、y坐标的形式的图像数据及各像素值。如上所述，输出图像数据能够直接显示，或者例如能够使用扭曲转换而设为转换后的中间图像。

在步骤S10中，使层块218通过体而在视线轴或视线方向上移动或前进，层块以增量步进（δI）而前进。在新位置选择置于层块内的采样点。用户能够将键盘38或鼠标40与显示器34上显示的图形用户界面（GUI）组合而使用，例如和进行指向而点击的鼠标、轨迹板等触摸屏或其他已知技术组合而使用可移动的画面上的层块图标，沿着视线轴选择或执行层块218的所期望的移动或前进。

使用图8、图9、图10及图11而说明的方法是用于针对单一的层块位置而从体数据集取得单一图像的方法。光线沿着一般的方向通过体的层块重复进行的增量步进移动的结果是，获得连续的MPR视图或图像。该形式的摄影处理在该技术领域被称为电影摄影。视线方向的层块的增量步进前进的大小δI小于层块厚度τ。

图12例示与图10所示相同的体数据集200。图12中，层块218（以虚线图示）沿着视线轴Z而移动到新位置244（以点线图示），选择置于层块体内的采样点以执行处理。图12中使用与图10中使用的编号相对应的参照编号。层块的增量步进前进以δI表示，层块厚度为τ。应该理解沿着视线轴的层块的增量步进前进的大小δI小于层块厚度τ。

根据图12可知层块244的新位置包含与层块218的之前的位置相同的采样点。包含于之前的位置的层块218及新或当前位置的层块244的体称为重叠区域。因此，在图12所示的例子中，来自层块214的之前的层块位置的采样点全部再次利用于层块244的新的或当前的层块位置或者予以保持。

执行步骤S10后，即层块沿着视线轴前进而通过体数据集200的步骤之后，处理进入到步骤S7中，处理所选择的采样点，取得图像或MPR视图，通过电影操作而形成下一帧。

图13表示使层块移动到包含在之前的位置不在层块内的新采样点、且排除在之前的位置在层块体内的采样点的新位置的其他例子。

图13中，层块从之前的层块位置218（以虚线图示）前进到新的或当前的层块位置246（以点线图示）。层块的前进对应于图8所示的步骤S10。层块前进到该新的或当前的位置时，选择层块体246内的采样点。层块以大小δI的增量步进沿着视线轴或视线方向而在体数据集内前进，由此，层块的各前进的步进大小小于层块厚度τ。因此，若层块前进1步进，则层块的一部分（也就是（τ－δI/τ）形成与之前的位置的层块共同的重叠区域，层块的一部分（也就是δI/τ）形成不是之前的位置的层块的一部分的新区域。

如上所述，使用通过体数据集而投射的各光线而计算各像素值。但是，为了简化，仅说明单一的光线224及其各像素226。应该理解为了取得投影面202上的MPR视图或图像而对全部像素及各光线重复执行相同的处理。

选择位于光线224上且置于层块246的层块体内的采样点，例如选择例示的采样点230、232、248。可知光线224的一个采样点228已经不在层块体246内，因此决定像素226的像素值时并不使用。进而，选择在之前的位置并非层块的一部分的层块的区域内的光线224上的新采样点248。2个采样点230、232位于之前的位置的层块218的体和新位置的层块246的体的重叠区域内。因此，将选择的采样点沿着光线224投影到投影面202的图像上时再次利用采样点230及232或予以保存。处理进入到步骤S7中，决定所选择的采样点230、232、248的各点的插补值。

在步骤S8中，沿着光线224投影所选择的采样点230、232、248，生成像素226的像素值。

重复执行与投影面内的各像素对应的、决定针对各光线的插补值的相同处理。各像素值的投影优选并行执行，但也能够逐次执行。在所述处理器内能利用多个CPU核的情况下，针对每个CPU核逐一地并行投影像素值。

步骤S9中，输出x、y坐标的形式的图像数据及投影面202的图像内的各像素的各像素值，用于显示。适当地，在需要从中间图像空间向视图空间扭曲的情况下，应该在显示前或其他的输出前在该方法的该阶段执行所述扭曲。接着，处理进入到步骤S10，进行另一层块的前进。在再未检测到层块的移动的情况下结束处理。

图14表示与图11所示的相同的插补值，且层块如图13所示地以增量步进前进时的特定例子。与图11同样地，图14中，y轴以任意单位表示插补值，x轴表示置于通过体数据集而从投影面的图像内的一个像素投射的光线上的多个采样点。图14中，位于之前的位置的层块以纵虚线表示，前进到新的或当前的位置的层块以纵点线表示。还例示了层块的厚度（τ）及层块的增量步进前进（δI）。沿着光线投影采样点，取得像素值。根据MIP，采样点254选择为具有最大值的点。根据MiniP，采样点255选择为具有最小值的点。MIP作为投影功能发挥作用时，采样点254的值视作图像或MPR视图内的像素值。

在第2实施方式中，在体数据集内进行了层块定位后，划定采样点。第2实施方式中，选择视点及视线方向，使层块通过体数据而沿着视线轴在视线方向上以增量步进前进。第2实施方式中，层块位于第1层块位置时以视点为目标从投影面的图像的各像素投射光线。生成位于第1层块位置的层块内的、沿着多条光线每一个的合适的采样点。使用与第1实施方式相同的处理，决定采样点的各点的值，将所选择的点投影到第2实施方式的投影面上。

第2实施方式中，当层块前进到新位置时，以视点为目标从投影面的图像的各像素投射光线，生成位于新的或第2层块位置的层块内且置于多条光线上的采样点。层块以小于层块厚度的增量前进，位于第1位置或之前的位置的层块和位于第2位置或新位置的层块的一部分重叠。该重叠部分称为重叠区域。第2实施方式中，重叠区域内的采样点被再次利用或予以保持。换句话说，重叠区域内的采样点的各位置并不发生变化。选择非重叠区域、或与之前的位置的层块重叠的新位置的层块的区域。关于不在新位置的层块的区域内的、之前的层块的区域内的采样点则不使用、或选择解除。新选择的采样点的相对位置参照第1位置的层块内的采样点中的一个即可。或者，第1位置的层块的原点能够视作针对全部的被选择的采样点的原点。

若比较第1实施方式和第2实施方式，则不同点在于采样点的格子的原点的选择方法。第1实施方式中，原点是体空间的原点或体的中心等根据体的已定义特性而导出的。第2实施方式中，原点是配置层块等的、通过初始或中间定位活动的某一方式而划定的任意的点。

在第1实施方式及第2实施方式的说明中，处于之前的位置及当前位置的层块的重叠区域内的全部采样点再次被利用。其他实施方式中，不是重叠区域内的采样点均被再利用。取而代之，再次利用重叠区域内的采样点的大部分。例如，再次利用或保持重叠区域内的采样点的超95%、90%、80%、70%或60%。这样虽然一般无法完全抑制所述闪烁效应的伪影，但存在若干优点。

第1实施方式及第2实施方式中，以在新位置的层块内不选择新采样点、且不从新位置的层块中排除已使用的采样点的方式使层块以增量步进在视线方向前进的情况下，处理省略或跳过步骤S7、S8，直接进入步骤S9，将之前的层块位置的相同图像作为针对当前的或新层块位置的图像输出。或者，因使用相同采样点而根据之前的位置的层块及当前或新位置的层块生成的图像相同的情况下，处理能够直接进入步骤S10，等待层块移动。该情况下，均不生成或输出图像。

第1实施方式及第2实施方式中，将所生成的各图像输出到显示器34。输出的各图像以视频或电影方式形成帧。或者，存储针对各图像的图像数据，之后能够在任意时间点取出。图像数据能够局部地存储到例如图6的大容量存储装置器件HDD30、图6的ROM26、图6的RAM28、图7的系统存储器46、及图4的服务器13、18、或档案库存储器20。各图像能够同时存储和显示，以便在之后任意时间点从存储器取出图像。而且，这些图像的每一个能够保存为单独或逐一显示并形成动画的帧的视频文件等一系列连续图像。

在本发明的几个实施方式中，提供一种方法，使层块通过由体数据集划定的体而前进，从而生成针对层块多断层重建（MPR）处理的一系列二维图像帧，该方法包括：接收划定体的体数据集作为输入；关于体指定视线轴；指定使层块从第1层块区域移动到第2层块区域的层块运动，第1层块区域及第2层块区域具有共同的部分区域；以与第1层块区域及第2层块区域分别重叠的共同的部分区域内的第1采样点及第2采样点的位置在层块运动前后在相同位置的方式，基于视线轴决定多个采样点位置；及使用采样点的位置和体数据集来执行投影。当例如在电影摄影的操作和操作之间变更视线轴时，采样点位置会发生变化。

本发明的实施方式能够包含将本说明书中作为体绘制应用程序内的组件而描述的方法和与该方法相关联的计算机程序编入的情况。

本发明的实施方式能够包含收容用于执行所公开的方法的设备可读命令的计算机程序产品。

本发明的实施方式能够包含能够以加载用于执行所公开的方法的设备可读命令并执行设备可读命令的方式运行的计算机。

本发明的实施方式能够包含能够以加载用于执行所公开的方法的设备可读命令并执行设备可读命令的方式运行的图像收集器件。

公开计算机程序产品。收容用于执行所述方法的设备可读命令的计算机程序产品的例子为图6的大容量存储装置器件HDD30、图6的ROM26、图6的RAM28、图7的系统存储器46、及图4的服务器13、18。作为其他形态的计算机程序产品可列举CD或DVD等基于旋转盘的存储装置器件、或USB闪存器件。

能够以加载用于执行所述方法的设备可读命令并执行设备可读命令的方式运行的计算机的例子有图6的计算机、图7的计算机、及单独的要素例如图4所示的计算机网络系统的终端或多个要素的集合体，例如与附属于医疗用摄影器件的终端或计算机中的一个或多个组合而成的服务器13、18中的一个。

收容用于执行所述方法的设备可读命令的计算机程序产品的例子为图6的大容量存储装置器件HDD30、图6的ROM26、图6的RAM28、及图7的系统存储器46、及图4的服务器13、18。作为其他形态的计算机程序产品可列举CD或DVD等基于旋转盘的存储装置器件、或USB闪存器件。

该方法是参照通过计算机断层摄影（CT）扫描仪收集的3D图像数据集而进行说明的，但能够更普遍地应用于其他3D数据集、以及所谓的4D数据集、即体图像数据集的时间系列的摄影。例如，该方法可以用于被称为医用图像摄影装置的、医疗领域使用的其他种类的摄影。特别是，本说明书中说明的方法能够应用于磁共振（MR）图像。

虽然说明了本发明的几个实施方式,但这些实施方式是作为例子而提示的,并不意图限定本发明的范围。实际上，本说明书中说明的具有新颖性的方法、计算机、计算机程序产品以及图像收集器件能够通过各种其它方式来具体化，进而，能够不脱离本发明的精神地进行本说明书中说明的方法以及系统的方式的各种省略、置换、变更。附属的权利要求及其等同内容意图以如本发明的范围以及精神所包含的那样的方式或修正为对象。

Claims (22)

1.一种医用图像处理装置，其特征在于，包括：

存储单元，存储与被检体相关的体数据集；

图像处理单元，基于所述体数据集，生成沿视线轴方向的、与多个层块分别对应的多个二维图像；以及

显示部，依次显示所述多个二维图像，

其中，所述图像处理单元将所述层块内的多个采样点关于所述视线轴投影，从而生成所述二维图像，

所述层块的每一个与相邻层块之间具有重叠区域，

在相邻的所述层块中共用所述重叠区域的采样点的值。

2.根据权利要求1所述的医用图像处理装置，其特征在于，

所述图像处理单元在变更所述视线轴的方向时，将所述采样点决定在平行于所述视线轴的位置。

3.一种医用图像处理装置，具备：

存储单元，用于存储体数据集；以及

图像处理单元，通过断层转换处理根据所述体数据集生成与一系列层块相对应的一系列二维图像帧；

所述图像处理单元能够运行以执行如下命令：

i.用于从所述存储单元加载体数据集的设备可读命令；

ii.用于取得与所述体相关的视线轴设定的设备可读命令；

iii.用于使有限厚度的层块以增量步进沿着所述视线轴通过所述体而移动，由此，当所述层块前进1步进时，所述层块的一部分形成与之前的层块位置的所述层块共同的重叠区域，所述层块的一部分形成不是之前的层块位置的所述层块的一部分的新区域的设备可读命令；以及

iv.用于在各层块位置决定MPR视图的设备可读命令，且所述MPR视图通过执行如下处理而决定：

a）选择沿着通过所述层块而投射的多个光线中的每一个的多个采样点；以及

b）使用投影功能执行向像面上投影所述采样点，

所述图像处理单元在决定针对所述当前的层块位置的所述MPR视图时，保持来自之前的层块位置的所述重叠区域所使用的所述采样点中的至少一部分的值。

4.根据权利要求3所述的医用图像处理装置，其中

保持仍存在于该当前的层块位置的所述层块内的来自所述之前的层块位置的全部的采样点。

5.根据权利要求3所述的医用图像处理装置，其中

仅与所述之前的层块位置的所述采样点不共同的所述采样点位于所述新区域内。

6.根据权利要求3所述的医用图像处理装置，其中

将各层块位置的MPR视图输出至显示器单元或存储装置器件。

7.根据权利要求3所述的医用图像处理装置，其中

所述投影功能是基于所述采样点的属性从所选择的所述采样点中选择单一的采样点的种类的投影功能。

8.根据权利要求7所述的医用图像处理装置，其中

所述投影功能是使用体素值的大小作为所述采样点的属性的最大强度投影功能，所选择的所述采样点是具有最大的所述大小的点。

9.根据权利要求7所述的医用图像处理装置，其中

所述投影功能是使用所述体素值的大小作为所述采样点的属性的最小强度投影功能，所选择的所述采样点是具有最小的所述大小的点。

10.根据权利要求3所述的医用图像处理装置，其中

还具备在显示到显示器单元、或存储到存储装置器件内之前，对各MPR视图进行转换的处理。

11.一种图像收集器件，具备权利要求3所述的医用图像处理装置。

12.一种方法，使层块通过由体数据集划定的体而前进，从而生成针对层块电影多断层重建处理的一系列二维图像帧，该方法包括如下步骤：

接收划定体的体数据集作为输入；

关于所述体指定视线轴；

使有限厚度的层块以增量步进沿着所述视线轴通过所述体而前进，所述步进具有小于所述层块的厚度的步进大小，由此，当所述层块前进1步进时，所述层块的一部分形成与之前的平面位置的所述层块共同的重叠区域，所述层块的一部分形成并非之前的平面位置的所述层块的一部分的新区域；

在各个层块位置，通过执行选择沿着通过所述层块而投射的多个光线的每一个的多个采样点、使用投影功能执行向投影面上投影所述采样点来决定MPR视图；以及

从所述之前的层块位置保持所述重叠区域中使用的所述采样点的至少一部分的值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中

保持在该当前的位置的所述层块内仍存在的来自所述之前的层块位置的全部的采样点。

14.根据权利要求12所述的方法，其中

仅与所述之前的层块位置的所述采样点不共同的所述采样点位于所述新区域内。

15.根据权利要求12所述的方法，其中

还包括输出各层块位置的MPR视图的步骤。

16.根据权利要求12所述的方法，其中

所述投影功能是基于所述采样点的属性从所选择的所述采样点中选择单一的采样点的种类的投影功能。

17.根据权利要求16所述的方法，其中

所述投影功能是使用所述体素值的大小作为所述采样点的属性的最大强度投影功能，所选择的所述采样点是具有最大的所述大小的点。

18.根据权利要求16所述的方法，其中

所述投影功能是使用所述体素值的大小作为所述采样点的属性的最小强度投影功能，所选择的所述采样点是具有最小的所述大小的点。

19.根据权利要求12所述的方法，其中

还包括在显示或存储之前对各MPR视图进行转换的步骤。

20.一种非临时计算机程序产品，收容着用于执行权利要求12所述的方法的设备可读命令。

21.一种方法，使层块通过由体数据集划定的体而前进，从而生成针对层块多断层重建处理的一系列二维图像帧，该方法包括如下步骤：

接收划定体的体数据集作为输入；

关于所述体指定视线轴；

指定使所述层块从第1层块区域移动到第2层块区域的层块运动，且所述第1层块区域及所述第2层块区域具有共同的部分区域；

以分别和所述第1层块区域及所述第2层块区域重叠的所述共同的部分区域内的第1采样点及第2采样点的所述位置在所述层块运动的前后在相同位置的方式，基于所述视线轴决定多个采样点位置；以及

使用采样点的所述位置和所述体数据集来执行投影。

22.根据权利要求21所述的方法，其中

在变更所述视线轴时变更所述采样点位置。

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