CN103593869A - 一种扫描设备及其图像显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，特别是一种扫描设备及其图像显示方法，所示方法包括：扫描获得扫描数据，将所述扫描数据转换为图像数据；对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。本发明提供的方法可以准确定位介入式器件的方向和位置，并提供多种显示方式，以提供更加准确、更加全面的图像显示。

Description

一种扫描设备及其图像显示方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种扫描设备及其图像显示方法。

背景技术

目前，诸如CT（Computed Tomography，计算机断层扫描）、MRI（MagneticResonance Imaging，磁共振成像）等扫描设备已广泛应用到医疗领域。现有技术中，以CT扫描设备为例，可以应用到介入式治疗领域。CT扫描设备进行反复扫描，扫描后的图像经过重建后显示在显示设备上。医生可以利用CT影像图片定位介入式器件（例如穿刺针）的位置，以进行介入式治疗。

发明人在实现本发明的过程中发现，由于在实际治疗过程中，根据病灶的位置和形态不同，类似穿刺针的介入式器件的方向可能会发生变化。然而，由于CT图像显示的是轴向图像，这些图像可能不与穿刺针平行，因此无法准确地定位穿刺针的位置和方向。此外，由于现有技术无法看到穿刺针在其他平面方向的图像，因此无法更加直观地显示穿刺针与病灶的位置关系，并不能够为治疗提高更准确、更全面的图像显示。

发明内容

本发明实施例提供了一种扫描设备及其图像显示方法，可以准确定位介入式器件的方向和位置，并提供多种显示方式，以提供更加准确、更加全面的图像显示。

技术方案如下：

根据本发明实施例的第一方面，公开了一种图像显示方法，所述方法应用于扫描设备，包括:

扫描获得扫描数据，将所述扫描数据转换为图像数据；

对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

优选地，所述第一图像显示方式包括多平面重建显示方式、曲面显示方式或者三维显示方式。

优选地，当所述第一图像显示方式为多平面重建显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定一个或多个成像平面的成像参数，所述成像平面至少包括经过所述介入式器件的平面；所述成像参数包括成像平面上任意一点的坐标信息、平面的法向量、平面大小、平面的局部坐标向量信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像。

优选地，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像包括：

利用成像平面的任意一点的坐标信息、平面大小、平面的局部坐标向量信息计算所述成像平面的左上角的点的坐标信息；

遍历平面上的每一个点，利用获取的所述成像平面的左上角的点的坐标信息获取所述平面上的每一个点的坐标信息；

利用获取的平面上点的坐标信息以及所述三维图像数据获取与所述坐标信息对应的图像像素值，利用获取的平面上的点的图像像素值生成多平面重建图像并显示。

优选地，当所述成像平面为多个时，所述成像平面包括第一成像平面和第二成像平面，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为垂直于所述第一成像平面的平面；或者，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为不与所述第一成像平面平行的任意平面。

优选地，当所述第一图像显示方式为曲面显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数，所述成像参数包括经过所述介入式器件的曲线信息以及所述曲面的大小信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像曲面的成像参数获得曲面重建图像，显示所述曲面重建图像。

优选地，在获得所述介入式器件的位置和方向信息之后，在利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数之前，所述方法还包括：

根据获得的所述介入式器件的位置和方向信息判断所述介入式器件的轨迹是否为曲线，如果是，则执行所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数的步骤。

优选地，当所述第一图像显示方式为三维显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定成像相机平面的参数信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像。

优选地，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像包括：

遍历所述成像相机平面上的点，在每个点上沿所述平面的法向量方向投射光线；

计算所述光线与所述三维图像数据的交点作为采样点，对所述采样点进行合成处理生成三维重建图像，显示所述三维重建图像。

根据本发明实施例的第二方面，公开了一种扫描设备，所述扫描设备包括：

扫描模块，用于扫描获得扫描数据；

重建模块，用于将所述扫描数据转换为图像数据；

识别模块，用于对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；

第一图像显示模块，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

优选地，所述扫描设备为CT设备或者MRI设备。

本发明实施例能够达到的有益效果为：在本发明提供的图像显示方法中，通过扫描获得扫描数据，将所述扫描数据转换为图像数据；对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。其中，第一图显示方式可以是多平面重建显示方式、曲面显示方式或者三维显示方式中的任意一种显示方式。本发明提供的方法可以准确地获取介入式器件的位置和方向信息，并能够根据介入式器件的位置和方向信息实现多平面显示、曲面显示或者三维显示，能够准确、全面地提供介入式器件与病灶的位置关系，实现了实时、准确、全面的图像显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的图像显示方法第一实施例流程图；

图2为人体坐标系示意图；

图3第一成像平面的法向量示意图；

图4为多平面示意图；

图5为确定任意平面的界面示意图；

图6为曲面显示示意图；

图7为3D显示相机成像平面示意图；

图8为本发明实施例提供的扫描设备示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种扫描设备及其图像显示方法，可以准确定位介入式器件的方向和位置，并提供多种显示方式，以提供更加准确、更加全面的图像显示。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1本发明提供的图像显示方法第一实施例流程图。

图1所示的方法可以应用于扫描设备，所述扫描设备包括但不限于CT扫描设备、MRI设备等。在本发明第一实施例中，以扫描设备为CT扫描设备、介入式器件为穿刺针为例进行说明。本领域技术人员可以理解的是，扫描设备还可以为诸如MRI设备等扫描设备，介入式器件还可以为其他介入到人体的器件。

S101，扫描获得扫描数据，将所述扫描数据转换为图像数据。

在CT扫描设备进行连续扫描的过程中，实时获得CT扫描的扫描数据，然后将扫描数据转换为图像数据。在本发明这一实施例中，支持多种图像显示方式，包括但不限于多平面重建显示方式（MPR，Multi-PlanarReformation）、曲面显示方式(CPR,Curve-Planar Reformation)或者三维显示方式。为了实现多平面重建显示、曲面显示或者3D显示，需要设定扫描范围，以使得扫描图像包括足够的三维信息，使得MPR、CPR或者3D显示具有更多的临床意义。例如，扫描范围可以设定为：在图2所示的人体坐标系中，Z轴方向（对应人体从脚到头的方向）的扫描范围应大于或者等于20mm，扫描图像的数量大于等于10幅。以上仅为示例型说明，本领域技术人员可以根据需要设置扫描的范围和参数，本发明对此不进行限定。

需要说明的是，现有技术中，由于传输速度的限制。图像显示很难达到实时显示的效果，本发明为了达到实时显示的目的，对现有技术进行了改进。下面首先对现有技术中的图像显示流程进行介绍。现有技术中，CT设备包括扫描设备、重建计算机和影像计算机三个部分。首先由CT扫描设备进行扫描，得到扫描数据，然后由重建计算机进行图像重建运算，把扫描数据重建为图像数据；重建计算机通过网络把图像数据传输到影像计算机，影像计算机根据获取图像数据进行显示。由于现有技术提供的方法需要在重建计算机和影像计算机两个计算机间通过局域网或者网线直连的方式传递图像数据，而图像数大小往往有几百兆大小，因此传输速度会是一个瓶颈，很难达到实时的效果。

为了解决图像实时显示的问题，在一种可能的实现方式中，本发明将重建计算机和影像计算机实现的功能由一个设备来完成，即所述设备同时具有重建运算和图像显示的功能，这样就不会涉及网络传输大量图像数据带来的实时性问题。

在另外一种可能的实现方式中，本发明提供的扫描设备仍由两个装置来重建图像和显示图像，但是图像重建装置或模块除了用于将扫描数据转换为图像数据（重建图像）外，同时用于计算显示图像。由于显示图像与重建图像相比，大小会少很多，因此大大提高了传输速度，以达到实时显示的目的。例如，重建图像可能有100幅，而显示的图像根据显示参数的设置，一般只有1至5副，这样在传输图像时候，由于仅仅传输显示图像，则可大幅提高传输速度。需要说明的是，这种实现方式可能会导致图像重建装置或模块（即重建计算机）运算负担加重，但是考虑到图像重建和图像显示并非并行运算，所以不会出现两种运算相互影响的情况，仍能达到较佳的效果。

S102，对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息。

具体实现时，在获得图像数据后，需要对图像中的介入式器件例如穿刺针进行识别和分割，以获得介入式器件的位置和方向信息。下面以介入式器件为穿刺针为例进行说明。由于穿刺针的形状接近直线，且CT值较周边组织要高很多，因此使用简单的图像分割方法就可以实现对穿刺针的分割，例如可以使用区域增长方法分割穿刺针，使用图像细化方法来得到针的形状信息（包括穿刺针的两个端点），从而得到穿刺针的位置和方向信息。其中，穿刺针的方向是穿刺针进入人体的方向。当穿刺针是弯曲的时，可以通过样条曲线差值方法来拟合针的形状。具体实现时，通过区域增长和图像细化方法得到针上的点，然后根据针上的点进行样条插值获得样条曲线（例如Cardinal样条）。

需要说明的是，介入式器件的位置和方向信息可以包括：介入式器件的尖端所在位置信息、介入式器件的末端（与介入人体的交点，例如穿刺针与穿刺位置皮肤的交点）、介入式器件的中心位置信息、介入式器件的方向信息、介入式器件的长度信息。

下面以介入式器件为穿刺针为例进行说明，穿刺针的位置和方向信息可以包括：

（1）穿刺针的针尖位置：PinPoint（x,y,z）；

（2）穿刺针的末端位置：EndPoint（x,y,z），用于代表穿刺针与穿刺位置皮肤的交点；

（3）穿刺针的中点信息：MidPoint（x,y,z），代表穿刺针在人体内部的中心位置，即PinPoint和EndPoint的中点；

（4）穿刺针长度信息：NeedleLength，代表穿刺针在穿入人体内部的长度；

（5）穿刺针方向信息：NeedleDir（x,y,z），代表穿刺针的方向，它是3D向量，计算方法为：NeedleDir=PinPoint–EndPoint，并对结果进行向量归一化处理：

假设穿刺针方向NeedleDir的各个分量为：NeedleDir.x，NeedleDir.y，NeedleDir.z，则NeedleDir的长度为：

NeedleLength=sqrt（NeedleDir.x*NeedleDir.x+NeedleDir.y*NeedleDir.y+NeedleDir.z*NeedleDir.z）

则规范化后的向量的各个分量为：

NeedleDir.xˊ=NeedleDir.x/NeedleLength

NeedleDir.yˊ=NeedleDir.y/NeedleLength

NeedleDir.zˊ=NeedleDir.z/NeedleLength

由此，获取了穿刺针的位置和方向信息。

S103，利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

需要说明的是，所述第一图像包括多平面重建显示方式、曲面显示方式或者三维显示方式。对应不同的图像显示方式，确定的成像参数有所不同，下面分别进行说明。

在一种可能的实现方式中，当所述第一图像显示方式为多平面重建显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定一个或多个成像平面的成像参数，所述成像平面至少包括经过所述介入式器件的平面；所述成像参数包括成像平面上任意一点的坐标信息、平面的法向量、平面大小、平面的局部坐标向量信息；利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像。

其中，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像包括：利用成像平面的任意一点的坐标信息、平面大小、平面的局部坐标向量信息计算所述成像平面的左上角的点的坐标信息；遍历平面上的每一个点，利用获取的所述成像平面的左上角的点的坐标信息获取所述平面上的每一个点的坐标信息；利用获取的平面上点的坐标信息以及所述三维图像数据获取与所述坐标信息对应的图像像素值，利用获取的平面上的点的图像像素值生成多平面重建图像并显示。

其中，当确定的成像平面包括多个成像平面时，所述成像平面包括第一成像平面和第二成像平面，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为垂直于所述第一成像平面的平面；或者，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为不与所述第一成像平面平行的任意平面。

下面以具体的实例予以说明。

首先计算第一成像平面，即穿过或经过穿刺针的平面，设第一成像平面为RefPlane，为了进行多平面重建，需要计算第一成像平面RefPlane的如下信息：

（1）平面上的点：第一成像平面的点RefPlanePos（x,y,z），其中x，y，z代表该点的坐标值。

（2）平面法向量：第一成像平面的法向量RefPlaneNormal(x,y,z);

（3）平面的大小：可以将其定义为平面的宽高，即第一成像平面的宽度RefPlaneWidth、第一成像平面的高度RefPlaneHeight，该大小可以用于代表该平面所代表的图像的大小；

（4）平面的局部坐标向量：其中，平面局部坐标向量是指平面中两个相互正交（垂直）的三维向量，分别为平面行向量RefPlaneRowVec(x,y,z)和平面列向量RefPlaneColVec(x,y,z)，在多平面MPR图像成像时候，他们分别映射为图像的行向量（从左到右）和列向量（从上到下）。

下面介绍如何确定第一成像平面RefPlane的成像参数。

由于第一成像平面经过穿刺针，因此可以选择穿刺针的中点作为平面上的任意一点，即：

RefPlanePos（x,y,z）=MidPoint（x,y,z）。

确定第一成像平面法向量时，只要保证该向量只要与针的方向（NeedleDir）垂直即可，具体可以采用如下方法计算：确定与穿刺针的方向不平行的第二向量，利用穿刺针的方向向量、第二向量确定与所述穿刺针的方向向量垂直的向量作为第一成像平面的法向量。

请参考图3所示，为第一成像平面的法向量示意图。首先找到一个不与穿刺针的方向NeedleDir平行的三维向量TemVector，因为向量NeedleDir一定不与向量V1（1,0,0）或者V2（0,1,0），V3（0，0,1）中的至少一个平行，因此可以采用如下方式确定不与穿刺针方向平行的向量TemVector。具体实现时，分别计算穿刺针方向与向量V1、向量V2、向量V3的点积，当计算获得的点积小于1时，则认为穿刺针方向与相应的向量不平行。举例进行说明，假设穿刺针方向与向量V1的点积DotProduct（NeedleDir，V1）<1,则代表向量NeedleDir和V1不平行。则我们可以认为TemVector=V1。

其中,DotProduct代表向量的点积，向量Va（x,y,z）和向量Vb（x,y,z）的点积为：

DotProduct（Va，Vb）=Va.x*Vb.x+Va.y*Vb.y+Va.z*Vb.z。

然后利用确定的第二向量TemVector计算第一成像平面RefPlane的法向量：

RefPlaneNormal(x,y,z)=CrossProduct（TemVector，NeedleDir），

其中，CrossProduct是三维向量的叉积运算，定义如下：

设向量U（u1,u2,u3）和向量V（v1,v2,v3）为两个三维向量，他们不平行，则他们的叉积为一个与他们垂直的向量，设该向量为S（s1,s2,s3）,则该向量三个标量s1,s2,s3计算方法如下：

s1=u2*v3–u3*v2;

s2=u3*v1–u1*v3;

s3=u1*v2–u2*v1;

由此，可以确定第一成像平面的法向量。然后，将第一成像平面的大小可以设置为扫描图像的大小，假设扫描后图像的宽高为512*512，则设置第一成像平面的宽度为RefPlaneWidth=512，设置第一成像平面的高度为RefPlaneHeight=512。

下面介绍如何计算平面的局部坐标向量(RefPlaneRowVec(x,y,z)，RefPlaneColVec(x,y,z))。由于第一成像平面RefPlane是经过穿刺针的平面，它所对应的图像也经过穿刺针，因此可以设定该平面的两个局部坐标向量为：

RefPlaneColVec=NeedleDir。

RefPlaneRowVec=CrossProduct（RefPlaneColVec，NeedleDir）。

上述设置的含义为将平面的列向量设置为与穿刺针的方向相同，平面的行向量设置为通过对平面的列向量、穿刺针的方向进行叉积运算得到的向量。

通过以上方法，则确定了第一成像平面RefPlane的所有需要的参数，下面需要根据第一成像平面RefPlane的成像参数进行多平面重建，方法如下：首先利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，然后利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像。其中，CT设备扫描的图像为多个二维的断层图像，把这些二维的图像按照床板的方向（即Z轴的方向）叠加在一起，可以形成三维图像数据VolumeData，三维图像数据VolumeData实际上是一个立方体，其中三维图像上任意一个点可以表示为：Volume[x,y,z]。

具体实现时，多平面重建实际上就是使用重建的第一成像平面在三维图像数据VolumeData中插值，计算成像平面和三维图像数据VolumeData相交的点InterpolatePnt[x,y,z]，这些点就构成了多平面重建后的图像Image。

具体实现时，首先计算成像平面的左上角的点RefPlaneCorner的坐标信息。其中，使用以下公式计算：

RefPlaneCorner=RefPlanePos-（RefPlaneColVec*RefPlaneHeight/2+RefPlaneRowVec*RefPlaneWidth/2）;

然后，遍历平面上的每一个点，利用获取的所述成像平面的左上角的点的坐标信息获取所述平面上的每一个点的坐标信息。其中：

PlanePnt=RefPlaneCorner+（RefPlaneColVec*j+RefPlaneRowVec*i）；

然后，计算该点在三维图像VolumeData中对应的值pixelValue，该值代表图像的像素值：

pixelValue＝VolumeData[PlanePnt.x,PlanePnt.y,PlanePnt.z];

则多平面重建图像上点的像素值为：

Image[i,j]=pixelValue

通过以上方法，就得到了多平面重建后的图像。

当成像平面为多个时，所述成像平面包括第一成像平面和第二成像平面，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为垂直于所述第一成像平面的平面；或者，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为不与所述第一成像平面平行的任意平面。

在一种可能的实现方式中，系统可以自动的计算与第一成像平面RefPlane相互垂直的平面Plane1、Plane2（如图4所示）。其中，平面Plane1和Plane2具有以下特性：所有平面都经过第一成像平面上的点RefPlanePos；Plane1的法向量为穿刺针的方向NeedleDir；Plane2也穿过穿刺针，因此Plane2与NeedleDir平行，即它的法向量Plane2Normal与NeedleDir和RefPlaneNormal垂直；Plane1和Plane2的平面大小与RefPlane相同。

具体实现时，可以将成像平面Plane1的相关参数定义如下：

（1）平面上的点：可以选取第一成像平面的点作为平面Plane1的点，即Plane1Pos=RefPlanePos

（2）平面法向量：设置平面Plane1的法向量为穿刺针的方向，即Plane1Normal=NeedleDir

（3）平面的大小：设置平面Plane1的宽度、高度与第一成像平面RefPlane一致，即：Plane1Width=RefPlaneWidth;Plane1Height=RefPlaneHeight。

（4）平面的局部坐标向量：设置平面Plane1的行向量与第一成像平面的行向量相同，设置平面Plane1的列向量为第一成像平面的法向量，即：

Plane1RowVec=RefPlaneRowVec;

Plane1ColVec=-RefPlaneNormal.

具体实现时，可以将成像平面Plane2的相关参数定义如下：

（1）平面上的点：可以选取第一成像平面的点作为平面Plane2的点，Plane2Pos=RefPlanePos

（2）平面法向量：计算穿刺针方向与第一成像平面的法向量的叉积，将获得的结果作为平面Plane2的法向量，则有：

Plane2Normal=CrossProduct（NeedleDir，RefPlaneNormal）；

（3）平面的大小：设置平面Plane2的宽度、高度与第一成像平面RefPlane一致，即：

Plane2Width=RefPlaneWidth;

Plane2Height=RefPlaneHeight。

（4）平面的局部坐标向量：设置平面Plane2的行向量与穿刺针的反方向，设置平面Plane2的列向量为第一成像平面的法向量的反方向，即：

Plane2RowVec=-NeedleDir;

Plane2ColVec=-RefPlaneNormal.

其中符号“-”代表反方向。

当然，在另外一种可能的实现方式中，其他成像平面也可以为不与所述第一成像平面平行的任意平面，其中，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面。具体实现时，为了满足不同使用者的需求，本发明提供的装置可以在图像显示模块中提供平面定位和修改工具，方法是在多平面重建图像上提供定位线（如图5所示），该定位线都是多平面重建对应的平面与图像所在平面的交线，即两个平面的交线。为了定义新的平面位置，使用者可以通过移动，旋转该定位线来确定新的平面。实现方法是：在该定位线被移动或者旋转后，系统通过移动的位置和旋转的角度，计算新的平面，显示模块根据新的平面进行多平面重建。

以上对多平面重建显示进行了详细地介绍，以上仅为示例型说明，不视为对本发明的限制。

在另外一种可能的实现方式中，本发明还可以进行曲面显示。即当所述第一图像显示方式为曲面显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数，所述成像参数包括经过所述介入式器件的曲线信息以及所述曲面的大小信息；利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像曲面的成像参数获得曲面重建图像，显示所述曲面重建图像。

其中，在获得所述介入式器件的位置和方向信息之后，在利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数之前，所述方法还包括：根据获得的所述介入式器件的位置和方向信息判断所述介入式器件的轨迹是否为曲线，如果是，则执行所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数的步骤。

具体实现时，通过以下方式判断介入式器件的轨迹是否为曲线。仍以介入式器件为穿刺针为例进行说明。

如果穿刺针为弯曲的，为了进行曲面重建显示，可以计算对应的曲线来模拟穿刺针的形状，然后使用曲面重建(CPR)的方式显示曲面图像，以便方便的观察穿刺针做经过的图像。

为了判断是否需要进行CPR重建，需要判断穿刺针是否为弯曲的，判断方法如下：即判断穿刺针的尖端和末端所在直线是否平行。具体地，假设PinPoint（x,y,z）代表穿刺针的针尖；EndPoint（x,y,z）代表穿刺针与穿刺位置皮肤的交点；MidPoint（x,y,z）是PinPoint和EndPoint的中点。

则点MidPoint到点PinPoint的向量为：V1=PinPoint-MidPoint

点EndPoint到点MidPoint的向量为：V2=MidPoint-EndPoint

对向量V1和向量V2分别进行规范化，如果两个向量不平行，即

DotProduct（V1，V2）<1，则认为针是弯曲的，可以进行CPR重建。进行CPR重建，需要知道对应的曲面CPRPlane，具体需要确认以下参数：

（1）三维曲线参数Curve：该曲线是对针的形状的模拟，曲线有一系列三维点组成，这些点在穿刺针上面。

（2）曲面的大小CurvePlaneLength：该大小是指CPR重建后生成的图像的宽度。

（3）曲面的延展方向CurvePlaneDir：指该曲面是由曲线Curve沿着该方向进行延展形成曲面的。

则曲面重建的方法如下：

1、首先计算曲面曲线参数Curve和曲面大小CurvePlaneLength：

假设穿刺针上采样点为：CurveP1，CurveP2，...CurvePn，其中n代表针上的点的个数，把这些点进行连接，得到曲线Curve。CurvePlaneLength可以与扫描后的图像宽度相同。具体参见图6所示。

其中，曲面的延展方向CurvePlaneDir的计算方法如下：

上面在计算穿刺针是否为弯曲的时候，得到了两个向量V1,和V2，则可以设置CurvePlaneDir方向为与针垂直的方向，即：

CurvePlaneDir=CrossProduct（V1，V2）。

2、使用CPR方法进行曲面显示

CPR成像的方法和多平面重建（MPR）的方法类似，不同之处在于CPR对应的成像面是曲面而不是平面。为了计算CPR图像上每一个点，需要对曲面上每个点进行遍历，计算他与三维图像VolumeData的交点，该交点对应的值将会作为CPR图像上的像素值。

在另外一种可能的实现方式中，第一图像显示方式为3D显示。则当所述第一图像显示方式为三维显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定成像相机平面的参数信息；利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像。

其中，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像包括：遍历所述成像相机平面上的点，在每个点上沿所述平面的法向量方向投射光线；计算所述光线与所述三维图像数据的交点作为采样点，对所述采样点进行合成处理生成三维重建图像，显示所述三维重建图像。

下面进行详细地说明。对于3D图像显示，可以使用体绘制技术（VolumeRendering）。

为了进行体绘制，需要计算如下参数：

（1）三维图像数据VolumeData：即由扫描后二维图像按照床板的方向叠加在一起形成的图数据

（2）成像相机平面的参数信息：成像相机是指进行3D成像时候看3D物体的角度，这里只要知道相机的成像平面CameraPlane即可，相机平面所需要的信息和上面提到的多平面重建的平面信息一致。

成像相机平面的参数信息CameraPlane的计算方法为：

（1）平面上的点CameraPlanePos：

要求该点应该在三维图像VolumeData对应的空间外部，假设VolumeData的长宽高为Length,Width,Height,则

则通过以下方式计算成像相机平面上的点：

CameraPlanePos=MidPoint-CameraPlaneNormal*（Length+Width+Height）

（2）平面法向量：

其中，平面的法向量是由点CameraPlanePos指向MidPoint点的向量，假设其与平面Plane2的法向量平行，则

CameraPlaneNormal=Plane2Normal。

（3）平面的大小：

初始时候，我们设置该大小为扫描图像大小相同即可，假设图像的宽高为512*512，则有

CameraPlaneWidth=512;

CameraPlaneHeight=512。

（4）平面的局部坐标向量：

可以设置与Plane2相同即可（参考图5）

CameraPlaneRowVec=Plane2RowVec;

CameraPlaneColVec=Plane2ColVec.

计算得到相机平面CameraPlane的信息后，就可以使用体绘制技术对显示3D图像了。这里使用RayCasting方法，基本流程是对相机平面CameraPlane每个点进行遍历，在每个点上延相机法向量投射光线Ray，依次计算该光线Ray与VolumeData的交点作为采样点（Sample points），并对这些采样点进行合成，合成后的点就是成像的3D图像的像素点Current pixel。遍历完成CameraPlane上的点后，这样就得到了3D图像。其中，合成方法如下：

$I(x,r)=\underset{i=0}{\overset{L/\mathrm{\&Delta;s}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{\mathrm{\&lambda;}}\left(s_i\right)\mathrm{\&alpha;}\left(s_i\right)\&CenterDot;\underset{j=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Pi;}}}(1-\mathrm{\&alpha;}\left(s_j\right))$

其中α(si)代表采样点（Sample points）所对应点的透明度，C_(si)采样点（Sample points）所对应点的颜色值，他们可以在程序中预设好。L代表光线Ray的长度。I（x,r）代表合成后的像素点Current pixel的值。

图7说明了光线是如何在三维数据场VolumeData中进行采样的。

以下对方法实施例进行了详细的说明，以上方式均可以通过改动或变形获得其他实现方式。

参见图8，为本发明提供的扫描设备示意图。

一种扫描设备，所述扫描设备包括：

扫描模块801，用于扫描获得扫描数据；

重建模块802，用于将所述扫描数据转换为图像数据；

识别模块803，用于对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；

第一图像显示模块804，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

其中，所述扫描设备为CT设备或者MRI设备。

进一步地，所述第一图像显示方式包括多平面重建显示方式、曲面显示方式或者三维显示方式。

进一步地，当所述第一图像显示方式为多平面重建显示方式时，则所述第一图像显示模块包括：

第一参数确定模块，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定一个或多个成像平面的成像参数，所述成像平面至少包括经过所述介入式器件的平面；所述成像参数包括成像平面上任意一点的坐标信息、平面的法向量、平面大小、平面的局部坐标向量信息；

多平面重建模块，用于利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像。

进一步的，所述多平面重建模块包括：

平面坐标计算单元用于利用成像平面的任意一点的坐标信息、平面大小、平面的局部坐标向量信息计算所述成像平面的左上角的点的坐标信息；以及，遍历平面上的每一个点，利用获取的所述成像平面的左上角的点的坐标信息获取所述平面上的每一个点的坐标信息。

图像像素值获得模块，用于利用获取的平面上点的坐标信息以及所述三维图像数据获取与所述坐标信息对应的图像像素值，利用获取的平面上的点的图像像素值生成多平面重建图像并显示。

进一步的，当所述成像平面为多个时，所述成像平面包括第一成像平面和第二成像平面，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为垂直于所述第一成像平面的平面；或者，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为不与所述第一成像平面平行的任意平面。

进一步的，当所述第一图像显示方式为曲面显示方式时，则所述第一图像显示模块包括：

第二参数确定模块，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数，所述成像参数包括经过所述介入式器件的曲线信息以及所述曲面的大小信息；

曲面成像模块，用于利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像曲面的成像参数获得曲面重建图像，显示所述曲面重建图像。

进一步地，所述设备还包括：

判断模块，用于根据获得的所述介入式器件的位置和方向信息判断所述介入式器件的轨迹是否为曲线，如果是，则进入曲面成像模块。

进一步地，当所述第一图像显示方式为三维显示方式时，则所述第一图像显示模块包括：

第三参数确定模块，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定成像相机平面的参数信息；

三维显示模块，用于利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像。

进一步地，所述三维显示模块包括：

光线投射单元，用于遍历所述成像相机平面上的点，在每个点上沿所述平面的法向量方向投射光线；

合成单元，用于计算所述光线与所述三维图像数据的交点作为采样点，对所述采样点进行合成处理生成三维重建图像，显示所述三维重建图像。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种图像显示方法，其特征在于，所述方法应用于扫描设备，包括:

扫描获得扫描数据，将所述扫描数据转换为图像数据；

对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一图像显示方式包括多平面重建显示方式、曲面显示方式或者三维显示方式。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述第一图像显示方式为多平面重建显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定一个或多个成像平面的成像参数，所述成像平面至少包括经过所述介入式器件的平面；所述成像参数包括成像平面上任意一点的坐标信息、平面的法向量、平面大小、平面的局部坐标向量信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像平面的成像参数获得多平面重建图像，显示所述多平面重建图像包括：

利用成像平面的任意一点的坐标信息、平面大小、平面的局部坐标向量信息计算所述成像平面的左上角的点的坐标信息；

遍历平面上的每一个点，利用获取的所述成像平面的左上角的点的坐标信息获取所述平面上的每一个点的坐标信息；

利用获取的平面上点的坐标信息以及所述三维图像数据获取与所述坐标信息对应的图像像素值，利用获取的平面上的点的图像像素值生成多平面重建图像并显示。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述成像平面为多个时，所述成像平面包括第一成像平面和第二成像平面，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为垂直于所述第一成像平面的平面；或者，所述第一成像平面为经过所述介入式器件的平面，所述第二成像平面为不与所述第一成像平面平行的任意平面。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述第一图像显示方式为曲面显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数，所述成像参数包括经过所述介入式器件的曲线信息以及所述曲面的大小信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像曲面的成像参数获得曲面重建图像，显示所述曲面重建图像。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在获得所述介入式器件的位置和方向信息之后，在利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数之前，所述方法还包括：

根据获得的所述介入式器件的位置和方向信息判断所述介入式器件的轨迹是否为曲线，如果是，则执行所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定经过所述介入式器件的成像曲面的成像参数的步骤。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述第一图像显示方式为三维显示方式时，则所述利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示包括：

利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息确定成像相机平面的参数信息；

利用扫描获得的图像数据构建三维图像数据，利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述三维图像数据以及确定的所述成像相机平面的参数信息获得三维重建图像，显示所述三维重建图像包括：

遍历所述成像相机平面上的点，在每个点上沿所述平面的法向量方向投射光线；

计算所述光线与所述三维图像数据的交点作为采样点，对所述采样点进行合成处理生成三维重建图像，显示所述三维重建图像。

10.一种扫描设备，其特征在于，所述扫描设备包括：

扫描模块，用于扫描获得扫描数据；

重建模块，用于将所述扫描数据转换为图像数据；

识别模块，用于对所述图像数据进行识别、分割处理，获得介入式器件的位置和方向信息；

第一图像显示模块，用于利用获取的所述介入式器件的位置和方向信息计算与第一图像显示方式对应的第一成像参数，根据所述第一成像参数进行实时图像显示。

11.根据权利要求10所述的扫描设备，其特征在于，所述扫描设备为CT设备或者MRI设备。

Images