CN104574520A - 空腔器官表示的修改 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于基于空腔器官的医学技术图像数据交互地建立和/或修改空腔器官表示的方法和系统。方法包括以下步骤：提供医学技术图像数据连同表示了空腔器官的走向的空腔器官走向线，提供空腔器官表示沿着空腔器官走向线的轮廓的多个轮廓表示，接收用于输入和/或修改所选择的轮廓表示和/或空腔器官走向线的命令输入，基于命令输入在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示的空腔器官走向线借助自动插值扫掠算法，局部修改空腔器官表示的轮廓。

Description

空腔器官表示的修改

技术领域

本发明涉及一种用于基于空腔器官的医学技术图像数据交互地建立和/或修改空腔器官表示的方法。本发明还涉及一种用于基于生物的空腔器官的医学技术图像数据交互地建立和/或修改空腔器官表示和/或空腔器官表示的空腔器官走向线的建立和/或修改系统。本发明特别地可以应用于作为血管或包括了血管的空腔器官的领域。

背景技术

血管结构的特定于患者的模型是对于大量临床应用的重要基础。由于其复杂的形态学和由于其极其重要的功能，血管在评估不同的外科的操作策略的风险时具有特别的意义。

血流的模拟(计算血液动力学)在此意义上是与医学技术成像紧密关联的一个重要的新领域的例子。基本思路在此是，对于患者避开介入式测量方法和与其相关的风险，这通过取而代之地将从医学技术图像数据中的血管分割用于模拟可量化的特定于患者的血管来实现。所述模拟于是例如可以被用于计算和可视化血管的壁重负载梯度(Wandschwerbelastungsgradienten)，或所谓的血流储备分数(fractional flow reserve)(FFR)统计学或动脉瘤内部的流动模式或样式。

对于具有高的说服力的这样的模拟的执行，精确的血管模型是最重要的。具体地在病理学情况下血管具有基本上圆形的横截面的简单化假定不成立。为了能够精确地表示狭窄或动脉瘤，由此需要详细的或有说服力的建模和分割技术。

自动的血管分割已经是在医学技术成像领域的一个传统领域，在该领域内已经开发了不知有多少的方法和处理方式。然而这些方法中没有一种保证对于所有可以想到的情形的完美分割。

血管分割的一种可能性在于使用如在Ryan Schmidt/Brian Wyvill:“GeneralizedSweep Templates for Implicit Modeling”,in:GRAPHITE'05 Proceedings of the 3rd InternationalConference on Computer Graphics and Interactive Techniques in Australia and South East Asia,187-196页,New York,2005,doi:10.1145/1101389.1101428公知的插值的扫掠(Sweep)算法。例如基于血管的确定的走向线可以借助扫掠(Sweeping)方法来对整个血管树建模。然而该方法计算量大并且如所有其他方法那样无法衡量。

恰恰病理情况是对于血管分割算法的大的挑战。这意味着，在可以确定计算机模拟的血流动力学之前通常目前不可避免“手动的”、即，由专家利用眼睛执行的对自动产生的分割结果的结果研读。如果在计算机模拟的血流动力学中出现错误或问题，则一个方案是以改变的参数组重复一个或多个分割，由此期待其得到更好的分割结果。另一个方案在于，在普通的建模应用或工具中外插数据(即图像数据)，其中有经验的专家进行合理的校正。但是这样的工作流程在日常的临床例程中相对难以应用，因为其需要杰出的几何建模知识和复杂的工具为前提条件并且太费时。

通过专家交互地校正、也就是修改或交互地建立基于医学技术图像数据而分割的血管模型通常是值得期望的，以便尽可能提高期望的分割精度和由此提高在图像数据中的分割的空腔器官表示的说服力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，对空腔器官表示或其各个参数(组)的建立或修改进行简化并且优选根据结果进行改善。

该技术问题通过按照本发明的方法、通过按照本发明的建立和/或修改系统解决。

开头提到的种类的按照本发明的方法在此包括以下步骤：

a)提供医学技术图像数据连同表示空腔器官的走向的空腔器官走向线。

b)提供空腔器官表示沿着空腔器官走向线的轮廓的多个轮廓表示。

c)接收用于输入和/或修改所选择的轮廓表示和/或空腔器官走向线的命令输入。

d)基于命令输入在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示的空腔器官走向线借助自动插值扫掠算法，局部修改空腔器官表示的轮廓。

在此空腔器官表示特别优选地是血管或血管树的表示，由此在该特殊的、优选的情况中也可以谈及血管或血管树表示。空腔器官优选是生物的、特别是人的空腔器官。优选地，生物是活着的生物。

在步骤a)中医学技术图像数据和/或对应的空腔器官走向线的提供可以包括建立，即，可以在步骤a)中借助医学技术断层成像系统通过图像获取建立医学技术图像数据。这样的断层成像系统例如包括计算机断层成像设备(CT)、磁共振断层成像设备(MR)、血管成像设备、X射线设备、超声波设备、单光子发射计算机断层成像设备(SPECT)、正电子发射断层成像设备(PET)等。空腔器官走向线特别地可以是所谓的中心线，也就是空腔器官的中线。其至少粗略地表示涉及的空腔器官的走向。其可以如医学技术图像数据那样在步骤a)的范围中被产生，例如手动地通过用户和/或自动地通过确定算法被确定。半自动的、即自动但是通过用户辅助的确定也是可以的。

医学技术图像数据和/或空腔器官走向线也可以在步骤a)中从数据库中提取。这意味着，医学技术图像数据或空腔器官走向线已经被事先获取或确定、在数据库中存在并且在步骤a)中经过输入接口仅被提取、即被调用。

在步骤b)中轮廓表示的提供同样可以包括对其的建立和/或从数据库中的提取、即调用，其中数据库可以是必要时已经在步骤a)中被使用的数据库，或者是其他的(独立的)数据库。轮廓表示可以包括虚拟的轮廓表示，即，根据基于计算机的算法已经确定的那些轮廓表示。

确定的、即所选择的轮廓表示的可选的修改也可以包括对其的删除，以及在交互处理的范围中通过用户完全重新输入。这意味着，所选择的轮廓表示既可以从在在步骤b)中提供的来选择(这是优选的)，然而也可以被重新产生。

在步骤d)中空腔器官表示的轮廓可以被局部地修改。“局部地”在此意味着，不是重新建立、即计算整个空腔器官表示，而是仅建立其所选择的部分，即，通过预定义数量的相邻轮廓表示确定的那个部分。这些相邻轮廓表示沿着空腔器官中心线位于所选择的轮廓表示的至少一侧，特别优选地位于所选择的轮廓表示的两侧。在该优选的变形方案中优选这样选择数量，即，在所选择的轮廓表示的两侧考虑相同数量的相邻轮廓表示和/或考虑沿着空腔器官走向线基本上相同的延伸。

按照本发明借助扫掠算法进行空腔器官表示的局部修改，代替如原理上公知的完全的重新计算。该工作方式具有明显优点，即，在空腔器官表示的交互式建立时的计算时间和计算开销可以被明显降低。在现有技术中用户如果向所选择的轮廓表示给予用户输入，则将持续数秒，直到其获得完全的重新确定的结果的显示。在其中用户通常不仅进行一个，而是通常多个这样的输入的工作流程中，该加速由此是极大的优点并且此外还简化了用户的直观操作，实际上瞬时地在其输入之后可以获得以新的空腔器官表示的形式的新的结果。此外空腔器官表示的该仅局部的匹配也用于避免新的错误，因为扫掠算法不是沿着整个空腔器官走向线基于输入运行，而是在通过预定数量的考虑的相邻轮廓表示处被停止，从而不产生进一步的失真。

用于基于生物的空腔器官的医学技术图像数据交互地建立和/或修改空腔器官表示的按照本发明的建立和/或修改系统包括：

a)第一提供单元，其在运行中提供医学技术图像数据连同(至少粗略)表示空腔器官的走向的空腔器官走向线，

b)第二提供单元，其在运行中提供空腔器官表示沿着空腔器官走向线的轮廓的多个轮廓表示，

c)接收接口，用于接收用于输入和/或修改所选择的轮廓表示和/或空腔器官走向线的命令输入，

d)修改单元，构造为用于基于命令输入在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示的空腔器官走向线借助自动插值扫掠算法，局部修改空腔器官表示的轮廓。

第一提供单元可以作为用于图像数据和/或空腔器官走向线的纯的接收接口实现，然而其也可以包括用于获取图像数据的获取单元和/或在运行中基于图像数据产生空腔器官走向线的走向线产生器。由此第一提供单元也可以包括多个子单元。

第二提供单元也可以(例如作为子单元)与第一提供单元组合。

总体上，上述建立和/或修改系统构造为，执行用于交互地建立和/或修改空腔器官表示的上述按照本发明的方法。

总体上，用于按照本发明的方式实现建立和/或修改系统的组件的大部分，特别是第一和第二提供单元、接收接口和修改单元，可以完全或部分地以软件模块的形式在处理器上实现。多个单元也可以综合在一个共同的功能单元中。

(提到的或必要时其他)接口不必一定作为硬件组件构造，而是也可以作为软件模块实现，例如当图像数据可以从已经在相同设备上实现的其他组件，例如图像重建装置等接收时，或者仅须按照软件方式传输到另一个组件上时。接口也可以由硬件和软件组件组成，例如标准硬件接口，其通过软件对于具体的应用目的而被特定地配置。此外，多个接口也可以被综合在一个共同的接口中、例如一个输入输出接口中。

本发明由此还包括一种计算机程序产品，其能够直接加载到可编程的建立和/或修改系统的处理器中，具有程序代码部件，用于当程序产品在建立和/或修改系统上运行时执行按照本发明的方法(以及按照其他下面的方面)的所有步骤。

此外本发明还包括医学技术拍摄系统，具有拍摄单元(即获取单元)和按照本发明(以及按照其他下面的方面)的建立和/或修改系统。

本发明的其他特别有利的构造和扩展也从从属权利要求以及以下描述中得到。在此建立和/或修改系统也可以相应于方法的各个从属权利要求进行扩展或者反之亦然。

优选地，基于多个用户输入进行命令输入。这意味着，用户基于其本身的判断力利用其用户输入干预产生空腔器官表示的自动化，并且命令输入不是(或仅部分地)基于建立和/或修改系统的固有的自动化。“交互”意味着(至少部分)通过用户干预地控制。

在本发明的范围中所谓的隐含的指示函数(implizite Indikatorfunktionen)起特别的作用。其在此优选被用于定义轮廓表示。换言之，轮廓表示优选包括隐含的指示函数，特别优选包括平面的隐含指示函数。

隐含的指示函数具有优点，即，其通过可相当灵活采用的形式表示几何对象，特别是封闭的几何对象。在此例如可以(这一点是优选的)将对象的表面或边界线利用值0定义，而为内部和外部则自动地基于函数分配0的这边和那边的值，即，正的和负的值。也就是取代给出对象的坐标，这样的函数用于其定义。因为基本上在整个本发明的范围内有意义的是，标识轮廓表示的表面或边界线和内部，(主要在执行扫掠(Sweeping)算法的范围内)隐含的指示函数的使用提供可简单操作和可插值的优点。

上述方法利用基于预定义数量的相邻轮廓表示的局部的扫掠。为了将用于扫掠的开销保持为尽可能小但是却实现足够好的插值结果，该数量优选最大为5，更优选最大为3，特别优选最大为2。

空腔器官表示通常具有起点和终点，其分别通过末端轮廓表示来定义。根据该背景，优选的是，多个轮廓表示包括两个末端轮廓表示，其分别基本上在空腔器官表示的相对的末端，并且在步骤d)中的局部修改中不考虑和/或修改或仅考虑和/或修改一个末端轮廓表示。换言之也就是避免了，两个末端轮廓表示一起参与到上述方法中，因为否则扫掠方法的局部特征会丢失。

在本发明的范围中得到在以下被详细描述的两个其他方面。其分别仅表示其本身，然而优选在上述方法的范围内被应用。

第一个其他方面涉及用于基于(生物的)空腔器官的医学技术图像数据，优选地自动修改空腔器官表示的空腔器官走向线的方法(其中空腔器官又具体地包括血管或血管树)，特别是在用于交互地建立和/或修改空腔器官表示的上述按照本发明的方法的范围内。方法包括至少以下步骤：

i)提供医学技术图像数据连同(还是至少粗略)表示空腔器官的走向的空腔器官走向线，

ii)提供空腔器官表示沿着空腔器官走向线的轮廓的多个轮廓表示，

iii)确定空腔器官走向线与两个相邻轮廓表示的轮廓中点的偏差，

iv)在超过空腔器官走向线与两个轮廓中点的预定的最大允许偏差的情况下借助两个轮廓中点调节空腔器官走向线，以及

v)可选的：基于调节的空腔器官走向线局部地修改空腔器官表示的轮廓。

即本发明的该第一其他方面涉及空腔器官走向线的校正，特别是反映了空腔器官的中央走向的如上面详细描述的中线(中心线)的校正。通过在图像数据中按照区域地呈现用于全面反映空腔器官的轮廓的不足够的信息，例如因为在确定的区域中产生的空腔器官的轮廓表示的距离太大，在确定空腔器官走向线时可能得到与实际的空腔器官走向的偏差。特别地在确定的区域中在空腔器官曲率较大的情况下就是这样。空腔器官走向线在该区域中仅不充分地反映了空腔器官的走向，当以后要基于借助该空腔器官走向线建立的空腔器官表示来模拟或计算空腔器官内部的流动过程时，这正是问题。在此描述的第一其他方面在空腔器官走向线与两个相邻轮廓中点的太高的偏差(即大于上面提到的最大允许偏差)的情况下，利用该中点作为用于调节空腔器官走向线的方向辅助。当涉及的空腔器官在两个涉及的相邻轮廓表示之间具有大的曲率时，最大允许偏差通常被超过。该曲率不是遵循前面计算地确定的并且在此不再充分一致的空腔器官走向线，而是用于相应调节空腔器官走向线。

调节的空腔器官走向线在该上下文中可以全面地或(优选)按区域地代替初始的空腔器官走向线或者其可以作为初始的空腔器官走向线的补充被使用，以更好地、即更精细地描述在通过两个提到的相邻空腔器官表示所定义的空腔器官区域中空腔器官的走向。

空腔器官走向线的调节优选地在切向量空间中进行，由此简化了插值：通过转换到切向量空间中，调节的空腔器官走向线自动地定向于初始的空腔器官走向线的走向。

与该第一其他方面对应的用于基于空腔器官的医学技术图像数据修改空腔器官表示的空腔器官走向线的修改系统包括：

i)第一提供单元，其在运行中提供医学技术图像数据连同(还是至少粗略)表示空腔器官的走向的空腔器官走向线，

ii)第二提供单元，其在运行中提供空腔器官表示沿着空腔器官走向线的轮廓的多个轮廓表示，

iii)偏差确定单元，构造为用于确定空腔器官走向线与两个相邻轮廓表示的轮廓中点的偏差，

iv)调节单元，其在运行中在超过空腔器官走向线与两个轮廓中点的预定的最大允许偏差的情况下借助两个轮廓中点调节空腔器官走向线。

总之，修改系统构造为用于执行按照第一其他方面的上述按照本发明的方法。

在此用于实现按照本发明的方式的修改系统的组件的大部分，特别是第一和第二提供单元、偏差确定单元和调节单元，也可以完全或部分地以软件模块的形式在处理器上实现。多个单元也可以综合在一个共同的功能单元中。

接口不必一定作为硬件组件构造，而是也可以作为软件模块实现，例如当图像数据可以从已经在相同设备上实现的其他组件、例如图像重建装置等接收时，或者仅须按照软件方式传输到另一个组件上时。接口也可以由硬件和软件组件组成，例如标准硬件接口，其通过软件对于具体的应用目的而被特定地配置。此外，多个接口也可以被综合在一个共同的接口中、例如一个输入输出接口中。

在第一其他方面的范围内优选的是，这样调节空腔器官走向线，使得其基本上通过两个轮廓中点引导。即前面确定的轮廓中点不仅用于识别超过最大允许偏差，而且其通常也被用于，通过使空腔器官走向线穿过轮廓中点而重新定向空腔器官走向线。由此保证了，空腔器官走向线在两个中点中总是穿过空腔器官的中点，从而与两个轮廓表示之间的该中点偏离的走向偏差也如在各自的数据位置(Datenlage)中尽可能的那样小。空腔器官走向线的走向的精度可以有效地和非常正确地被提高。

为了进一步提高精度并且特别地也为了提高得到的空腔器官表示的走向的平滑性，优选的是，为了调节空腔器官走向线，考虑与两个相邻轮廓表示又相邻的其他轮廓表示的附加的位置信息。空腔器官走向线不仅单单基于两个前面提到的相邻轮廓表示的位置信息被重新调节，而且基于其他轮廓表示沿着两个涉及的相邻轮廓表示的这边和/或那边(优选两边)的空腔器官走向线的位置信息被拟合。

第二其他方面涉及一种用于基于空腔器官的医学技术图像数据来半自动修改空腔器官表示的轮廓表示的方法，具体地在上述用于交互地建立和/或修改空腔器官表示的方法的步骤d)的范围中。其包括步骤：

I)提供医学技术图像数据连同空腔器官表示的轮廓的多个轮廓表示，

II)接收用于输入和/或修改从轮廓表示中所选择的轮廓表示的命令输入，

III)将具有预定义形状的几何(虚拟)对象调节到在所选择的轮廓表示的位置处的图像数据中，

IV)融合来自于步骤II)的命令输入的几何信息和步骤III)的几何对象的信息以形成融合的修改的轮廓表示来替代所选择的轮廓表示。

步骤III的调节也可以称为几何对象的拟合。这样的几何对象优选是封闭的对象，并且在调节步骤III的范围中用作涉及的空腔器官的轮廓的理想的数学描述。也就是由此优选地反映了基本上在空腔器官的位置上预计的轮廓，特别是形状，例如圆形或椭圆形。在执行步骤IV之后呈现修改的轮廓表示，其现在替代前面所选择的轮廓表示而插入到空腔器官表示中。在该意义上，在理想的描述(通过几何对象)和基于轮廓的描述(通过轮廓表示)之间的任意的混合变形方案是可能的。这使得可以无级调节局部呈现的形状与理想的或预计的形状的允许的偏差。相应地，特别优选的是，在该插入/替代之后，执行如上面全面地描述的按照本发明的局部扫掠。

与该第二其他方面对应的用于基于空腔器官的医学技术图像数据交互地建立和/或修改空腔器官表示的建立和/或修改系统相应地包括：

I)提供单元，其在运行中提供医学技术图像数据连同空腔器官表示的轮廓的多个轮廓表示，

II)接收接口，构造为用于接收用于输入和/或修改从轮廓表示中所选择的轮廓表示的命令输入，

III)拟合单元，其在运行中将具有预定义形状的几何对象拟合到在所选择的轮廓表示的位置处的图像数据中，

IV)融合单元，其在运行中融合来自于接收单元的命令输入的几何信息和来自于拟合单元的几何对象的信息，以形成融合的修改的轮廓表示来替代所选择的轮廓表示。

总体上，建立和/或修改系统构造为用于执行按照第二其他方面的上述按照本发明的方法。

在此用于实现按照本发明的方式的建立和/或修改系统的组件的大部分，特别是提供单元、接收单元、拟合单元和融合单元，也可以完全或部分地以软件模块的形式在处理器上实现。多个单元也可以综合在一个共同的功能单元中。

接口不必一定作为硬件组件构造，而是也可以作为软件模块实现，例如当图像数据可以从已经在相同设备上实现的其他组件，例如图像重建装置等接收时，或者仅须按照软件方式传输到另一个组件上时。接口也可以由硬件和软件组件组成，例如标准硬件接口，其通过软件对于具体的应用目的而被特定地配置。此外，多个接口也可以被综合在一个共同的接口中、例如一个输入输出接口中。

在第二其他方面的范围内，也优选基于多个用户输入进行命令输入。优点类似于上面所述。

优选地，几何对象如上所述是封闭的，其中其边界线基本上也可以是带角的。优选地，包括圆形或椭圆形或卵形或多角形，在该情况中特别优选地是旋转对称的多角形。这些形状可以以特别清楚的方式理想地反映空腔器官轮廓并且由此是特别合适的。

在该意义上，此外也优选将所选择的轮廓表示和/或几何对象通过(特别是平面的)隐含的指示函数来表示。上面已经提到的优点也适用于该优选的实施方式。

附图说明

以下参考附图借助实施例再次详细描述本发明。在不同的附图中相同的组件具有相同的附图标记。其中：

图1示出了按照本发明的方法的实施例的示意性流程图，

图2示出了用于交互地建立和/或修改空腔器官表示的按照本发明的方法的实施例的示意性框图，

图3示出了用于修改空腔器官表示的空腔器官走向线的按照本发明的方法的实施例的示意性框图，

图4示出了用于修改空腔器官表示的轮廓表示的按照本发明的方法的实施例的示意性框图，

图5示出了按照本发明的建立和/或修改系统的实施例的示意性框图，

图6示出了在用于交互地建立和/或修改空腔器官表示的按照本发明的方法的实施例范围内转换轮廓表示的示例图，

图7示出了如可以在本发明中被使用的扫掠方法的实施例的执行的示例图，

图8示出了在本发明的范围内可以被使用的扫掠方法的不同实施例的结果的透视图，

图9示出了如按照本发明的实施例可以被产生或修改的空腔器官表示的透视图，

图10示出了在执行按照本发明的用于修改空腔器官表示的空腔器官走向线的方法的实施例期间同一个空腔器官表示的两个透视图，

图11示出了如按照本发明的实施例可以被产生或修改的空腔器官表示的透视内视图，

图12示出了在本发明的实施例的范围内在用户介入之前和之后，空腔器官表示的两个透视图，

图13示出了在执行按照本发明的用于修改空腔器官表示的轮廓表示的方法的实施例期间同一个空腔器官表示的四个透视图。

具体实施方式

图1示出了用于分割空腔器官，特别是血管的方法的第一示意性流程图，在其执行中可以考虑本发明的不同方面。通过图像获取对于几何建模MOD使用涉及的空腔器官的医学技术图像数据BD。为此从医学技术图像数据BD中导出或产生空腔器官走向线VL，例如涉及的空腔器官的中线VL。借助全局扫掠GS沿着空腔器官走向线VL基于掩模地或基于格栅地扫掠并且从中产生三维模型HR，即空腔器官表示HR。也可以在轮廓修改步骤CM中基于医学技术图像数据BD建立修改的空腔器官走向线VL_mod，其例如比首先提供的空腔器官走向线VL更好地相应于空腔器官走向。在此特别地根据图3来描述按照本发明的工作方式。

此外可以借助局部扫掠LS，例如沿着修改的空腔器官走向线VL_mod来修改空腔器官表示HR。例如根据图2来描述该局部扫掠LS；特别地从根据图4详细描述的方法中得到一个具体的修改策略。

图2至4简要示出了按照本发明的方法和两个单个方面的步骤，其中所述步骤已经按照相同顺序被列举。

图2在图示中作为框图示出了用于基于空腔器官的医学技术图像数据BD交互地建立和/或修改空腔器官表示的方法Z的实施例。在第一步骤Y中提供医学技术图像数据BD连同表示空腔器官的走向的空腔器官走向线VL。在第二步骤X中此外进行空腔器官表示沿着空腔器官走向线VL的轮廓的多个轮廓表示的提供。在第三步骤W中进行用于输入和/或修改所选择的轮廓表示和/或空腔器官走向线VL的命令输入的接收W。在第四步骤H中然后基于命令输入在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示的空腔器官走向线VL借助自动插值扫掠(Sweep)算法，调节空腔器官表示HR的轮廓。该步骤相应于图1的局部扫掠LS。

图3示出了本发明的第一(附加)方面，即，用于基于空腔器官的医学技术图像数据BD，优选地自动修改CM空腔器官表示HR的空腔器官走向线VL的方法V的实施例的框图。方法包括以下步骤：

在第一步骤U中提供医学技术图像数据BD连同表示空腔器官的走向的空腔器官走向线VL。在第二步骤T中提供空腔器官表示HR沿着空腔器官走向线VL的轮廓的多个轮廓表示。然后在第三步骤S中确定S空腔器官走向线VL与两个相邻轮廓表示的轮廓中点的偏差，并且在第四步骤R中在超过空腔器官走向线VL与两个轮廓中点的预定的最大允许偏差的情况下借助两个轮廓中点调节R空腔器官走向线VL。

图4示出了本发明的第二(附加)方面、即一种用于基于空腔器官的医学技术图像数据BD来半自动修改空腔器官表示HR的轮廓表示的方法P的实施例的框图。方法P包括以下步骤：

在第一步骤N中接收医学技术图像数据BD连同空腔器官表示HR的轮廓的多个轮廓表示，并且在第二步骤M中接收M用于输入和/或修改从轮廓表示中所选择的轮廓表示的命令输入。第三步骤L包括将具有预定义形状的几何对象调节L到在所选择的轮廓表示的位置处的图像数据中，并且第四步骤K包括融合K来自于命令输入的几何信息和关于几何对象的信息以形成融合的修改的轮廓表示来替代所选择的轮廓表示。

图5以示意性框图示出了具有拍摄单元5和按照本发明的建立或修改系统7的实施方式的按照本发明的医学技术拍摄系统3。

建立或修改系统7在此用于执行所有在前面根据图2至4描述的按照本发明的方法的方面Z、V、P。其具有第一提供单元9、第二提供单元13和接收接口或接收单元15。此外其包括修改单元17、偏差确定单元19、调节单元23、拟合单元21和融合单元25。为了输出，建立或修改系统7包括三个输出接口27、29、31。

第一提供单元9在此构造为输入接口9并且执行方法Z的步骤Y或方法V的步骤U或方法P的步骤N的一部分。这意味着，其在第一方法Z中和在第二方法V中提供空腔器官的医学技术图像数据BD，连同代表了空腔器官的走向的空腔器官走向线VL。

第二提供单元13用于执行方法Z的步骤X或方法V的步骤T或方法P的步骤N的第二部分。其同样构造为输入接口13并且在运行中提供空腔器官表示HR沿着空腔器官走向线VL的轮廓的一定数量的、特别是多个轮廓表示KR。

接收接口15或接收单元15构造为用于接收用于输入和/或修改所选择的轮廓表示(在方法Z的步骤W或方法P的步骤M的范围内)和/或空腔器官走向线VL(在方法Z的步骤M的范围内)的命令输入BE。

修改单元17用于执行方法Z的步骤H和由此构造为用于基于命令输入BE在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示的条件下至少一侧地沿着相邻轮廓表示的空腔器官走向线借助自动插值扫掠算法局部修改空腔器官表示HR的轮廓。修改单元17由此如上所述执行局部扫掠LS。

偏差确定单元19与调节单元23一起用于执行方法V的步骤S和R：在此偏差确定单元19确定空腔器官走向线VL与两个相邻轮廓表示的轮廓中点的偏差，并且调节单元23在超过空腔器官走向线VL与两个轮廓中点的预定最大允许偏差的情况下借助两个轮廓中点调节空腔器官走向线VL。

拟合单元21和融合单元25执行方法P的步骤L和K：拟合单元21在此将具有预定义形状的几何对象拟合到在所选择的轮廓表示的位置处的图像数据BD中，并且融合单元25将来自于接收单元15的命令输入BE的几何信息和关于来自于拟合单元21的几何对象的信息融合以形成融合的修改的轮廓表示来替代所选择的轮廓表示。

以下结合具体的示意性图像数据和借助公式和对分割领域中的广泛的文献的交叉参考，在参考特别优选的实施细节的条件下详细解释按照本发明的方法步骤或方法细节的流程的实施例。在此不时地借助交叉参考在本申请的(特别是权利要求的)至此使用的术语和实施例中的具体的数学的专业概念之间来回参考。然而由于可读性原因，该交叉参考零星地进行；条件是，实施例的术语和其余申请中与其对应的术语基本上可同义地使用，除非明确指出意义相反。

背景

目前通常的血管建模方法可以粗略地分类为基于模型的方法和无模型的方法。

无模型的方法也称为隐含方法，因为其通常基于普通的基于点云的插值技术并且为此使用隐含的指示函数来对模型插值。这些方法通常用于从二进制分割掩模中鲁棒地提取点云，在此基础上其能够提取精细的血管。为了产生可靠的插值，这些方法需要密集采样并且通常不包含关于基本血管结构的明确的拓扑或几何信息。

相反，基于模型的方法基于血管系统的管形的结构并且通常被用于将走向线可视化。许多这些技术基于网格产生的明确方法，这通常可以快速执行，然而也导致，网格在血管交叉处互相重叠。然而对于计算机模拟的血流动力学需要的是，作为基础的模型是平滑的并且没有自重叠或不期望的内部结构。隐含建模的方法提供固有的构造机制，以解决该问题并且在产生基于模型的血管模型时已经证明是成功的。

隐含建模

隐含的指示函数是一种可以描述对象的体积和表面如何到标量场d(x):|³→|中的紧凑的方案。在带符号的指示函数中对象的表面通常通过零水平集、也就是通过d(x)＝0定义，对象的内部通过d(x)<0定义并且对象的外部通过d(x)>0定义。

图6具体地示出这样的处理的开始情形和结束情形：具有在轮廓线KL₁上的多个轮廓点KP₁的轮廓表示KR₁被变换为对应的轮廓表示KR₁'，方式是，将其通过隐函数表示。隐函数允许在(右边的)图像中在轮廓表示KR₁'的外部AU和其内部IN之间进行区分，并且还具有过渡区域UE，具有其轮廓点KP₁的轮廓线KL₁位于所述过渡区域的中心。如上所述，隐函数的值对于轮廓线KL₁上的所有轮廓点KP₁定义为0，从而内部IN总是具有带负号的隐函数的函数值并且外部AU总是具有带正号的隐函数的函数值。

隐含建模基于如下，即，可以将带符号的指示函数简单地通过使用布尔运算来组合以定义并集或交集。这样的布尔运算在此包括例如最小和最大运算。两个带符号的指示函数的组合的结果仍然是带符号的指示函数，其允许递归地使用运算符，以便形成复杂的对象。该过程一般地称为“固态建模”并且可以简单应用。

扫掠对象

所谓的扫掠对象(英语：sweep objects)在本发明的上下文中作为当对象沿着运动轨迹运动时形成的形状来定义。根据应用，可以仅关注结果的扫掠对象的表面(即扫掠表面)或其体积(即扫掠体积)或关注二者。相应地存在两个基本的与之相关的检查区域：扫掠体积考虑空间中三维对象的运动而扫掠表面通常用于描述沿着轨迹被移动、即被扫掠过的二维形状。

血管的横截面信息基于血管走向线提供关于与空腔器官走向线VL(的位置)对应的、二维形状(轮廓表示)。这些二维形状可以借助扫掠表面方法被虚拟地移动。

图7参考两个轮廓表示KR₂,KR₃示出了扫掠方法的原理性过程。在此借助局部扫掠LS按照通过箭头表示的扫掠方向在沿着空腔器官走向线VL插值的情况下移动第一轮廓表示KR₂。第一轮廓表示KR₂的中点ZP₁和第二轮廓表示KR₃的ZP₂位于空腔器官走向线VL上，从而空腔器官走向线VL是中线VL。从局部扫掠LS得到空腔器官的通过两条轮廓线KL_o,KL_u表示的外部轮廓。

扫掠方法的迄今为止的方案要么关注在给定的参数范围中直接产生结果的扫掠(即扫掠对象)要么关注借助射线跟踪利用分析交叉测试直接可视化。在此重要的问题是，根据运动轨迹和根据运动的对象的形状，也就是运动的形状模板，在此也就是各自的轮廓表示，会相对频繁地出现交叉。隐含的表面描述具有如下特征，即，体积的布尔运算可以如联合或相交形成那样简单进行。该特征可以用于消除固有的自交叉，并且具体来说通过将隐函数作为扫掠模板(Sweep-Schablonen)使用，即，将运动的对象(在此也就是轮廓表示)通过隐函数表示。

隐含的扫掠方法的原函数如描述的那样通过扫掠模板和扫掠模板沿着其运动的运动轨迹来定义。在本情况中如结合图7示出的，运动轨迹相应于血管的(更确切：不分支的血管片段的)空腔器官走向线VL，其中空腔器官走向线VL可以通过多个连续的点描述，所述点(在中线的情况下)位于血管的中点中。与此对应的血管轮廓，即，轮廓表示，在此通过多个共平面的点表示，所述点位于对应的平面中的血管表面上并且所述点定义一个封闭的多边形。

为了设计血管树的隐含描述，执行三个步骤：首先将所有血管轮廓，即，将轮廓表示转换为隐含的二维扫掠模板。然后利用血管的走向线来计算血管树的每个单个血管的扫掠表面。最后将单个血管平滑地互相渐入(即混合)，以形成完整的血管树。

隐含的扫掠模板

存在大量方法用于从多边形产生的对象的隐含描述。为了实现交互的实时应用，优选的是，预先计算格栅化的(rasteristierte)隐含的轮廓表示。在评估随后的隐含的扫掠过程期间可以将预先计算的该图像作为隐含的扫掠模板使用，由此距离计算在扫掠模板的使用范围中包括不多于一个简单的和快速的图像查阅，也就是一种“缓存”策略。为了避免台阶效应(Treppeneffekte)，在访问扫掠模板图像时可以使用按照标准的线性滤波方法。

Catmull-Rom样条是立方Hermite插值的经常使用的组(对此特别地参见Tony D.DeRose/Brian A.Barsky:“Geometric continuity,shape parameters,andgeometric constructions for Catmull-Rom splines”,in:ACM Transactions onGraphics(TOG),第7卷；第1版,Jan.1988,1-41页,doi:10.1145/42188.42265。)其在此对于多个插值任务被使用，因为其是可以简单构建的。对点p_i,i＝0...n的连续列表进行插值的、近似弧形的纵向参数化的Catmull-Rom样条定义为

${\mathrm{CR}}_{p_i}^{\mathrm{\&tau;}}\left(t\right)={\left(\begin{array}{c}1\\ u\\ u^2\\ u^3\end{array}\right)}^T\left(\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ -\mathrm{\&tau;}& 0& \mathrm{\&tau;}& 0\\ 2\mathrm{\&tau;}& \mathrm{\&tau;}-3& 3-2\mathrm{\&tau;}& -\mathrm{\&tau;}\\ -\mathrm{\&tau;}& 2-\mathrm{\&tau;}& \mathrm{\&tau;}-2& \mathrm{\&tau;}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{p}_i-1\\ p_i\\ p_i\\ p_i+2\end{array}\right)$

$u=\frac{t-t_i}{t_{i+1}-t_i}$

其中，t_i＝t_i-1+|p_i-p_i-1|和t₀＝0确定弧长的近似。对于每个区间[t_i,t_i+1]，样条通过在p_i开始并且在p_i+1结束的局部贝塞尔曲线定义。用户侧可设置的参数值τ∈[0,1]确定所谓的“张力”，由此意味着样条在该区域中如何被“弯曲”。

为了有效地产生形状模板(即扫掠模板)，在第一步骤中构建封闭的Catmull-Rom样条其对轮廓表示进行插值。为了将该参数化的曲线转换为隐含描述，将样条适应性地划分并且将得到的多边形格栅化为具有可调节的分辨率的图像。然后使用不带符号的距离变换算法，由此得到离散的距离场。为了将其转换为带符号的距离场，使用修改的扫描线算法(Scanlinien-algorithmus)，其使用划分的多边形并且将对象内部的距离值的符号反向。

该方法非常快，并且得到的距离场的质量主要通过距离变换算法的选择和通过格栅分辨率来确定。利用该方案产生的离散的距离模板从一定的距离开始由轮廓向外被切割，然而因为本发明主要关注在最终效果中得到的扫掠对象的表面和内部，所以距离场的与对象远离的区域被较少关注。

为了提高性能，可以串并行地进行模板的产生，方式是，将其分布到可用的计算单元上。

隐含扫掠对象的定义

在下一个步骤中从通过空腔器官走向线VL确定的、具有对应的扫掠模板的运动轨迹中计算隐含的指示函数B(P)。血管分支的表面可以通过零水平集B(P)＝0来描述，血管的内部作为具有B(P)<0的负的区域。

F:|→|³是平滑的参数曲线，其在参数值t_i处对采样的走向线位置F_i进行插值。在此成立：

F(t)＝(f_x(t),f_y(t),f_z(t))

为了定义血管的扫掠表面，需要仿射映射：W:|³→|³，其将位置从曲线的参数场转换到封闭的空间并且反之亦然。以下将参数场称为切向量空间(tangentspace)并且封闭的空间称为世界空间(world space)。在此切向量空间可以通过使用Frenet框架来定义，其对于每个曲线参数t定义正交基：

$F^t\left(t\right)=\frac{F^{\&prime;}\left(t\right)}{\left|\right|F^{\&prime;}\left(t\right)\left|\right|}$

$F^n\left(t\right)=\frac{F^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)}{\left|\right|F^{\&prime;\&prime;}\left(t\right)\left|\right|}$

F^b(t)＝F^t(t)xFⁿ(t)

其中，F^t是正切函数并且正态函数Fⁿ和双正态函数F^b将总是正交于空腔器官走向线VL的平面参数化。通过F^t、Fⁿ和F^b定义的基础允许定义映射W，该映射将切向量空间点P′＝(P_t,P_n,P_b)对于每个给出的曲线参数t转换到世界空间点P＝(P_x,P_y,P_z)。

(P_x,P_y,P_z)＝W_t(P_t,P_n,P_b)＝F(P_t)+P_n*Fⁿ(P_t)+P_b*F^b(P_t)

为了描述弯曲的空腔器官走向线VL，F(t)可以通过使用对采样的走向线位置F_i进行插值的Catmull-Rom样条来定义。每个世界空间位置可以被映射到切向量空间中的多个位置。这首先意味着，根据运动轨迹(即，空腔器官走向线VL)的曲率和根据使用的扫掠模板的尺寸，可能形成局部自重叠(Selbst-überlappungen)。然而基于在扫掠时的隐含定义，该自重叠可以简单地通过使用布尔联合运算来解决。

为了对于世界空间中的点P确定W^-1，必须确定所有参数值t，所述参数值允许从P到平面中的F(t)的投影，其通过F(t)确定。由此相反的映射W^-1为如下：

W^-1(P_x,P_y,P_z)＝{W_t ^-1(P_x,P_y,P_z)|((P_x,P_y,P_z)-F(t))·F^t(t)＝0}

可投影的参数t的计算取决于被用于描述F和Fn的多项式的阶(Graden)。如在此是优选的三次多项式插值中，必须计算第五阶的多项式的零点。单独地对于涉及的Catmull-Rom样条的每个局部贝塞尔曲线片段进行求根。只要曲线参数t对于世界空间中的一个确定的点(P_x,P_y,P_z)已经被确定，则该点可以被映射到切向量空间中所有相对应的位置，其评估隐含扫掠并且在使用联合运算的条件下形成隐含值。

B(P_x,P_y,P_z)＝min_li{B'(W^-1(P_x,P_y,P_z))}

因为扫掠模板通常在确定的曲线参数t的情况下稀疏地存在，所以会需要插值方法，其经过中间位置执行扫掠。对于切向量空间点，P_t坐标与曲线参数t直接对应，由此得到一批扫掠模板。

该配置允许在扫掠模板之间的直接插值。为了渐入(blend)距离场模板，使用上面已经提到的Catmull-Rom样条其中T_i＝T_i(P_n,P_b)是从隐含扫掠模板中采样的值，其与参数值t_i相关联。对于在切向量空间的点P＝(P_t,P_n,P_b)的隐含距离值由此如下定义：

$B^{\&prime;}(P_t,P_n,P_b)={\mathrm{CR}}_{T_i}^{0.7}\left(P_t\right)$

图8示出了在线性扫掠插值(中间)和基于Catmull-Rom样条的插值(右边)的扫掠结果之间的比较。从多个沿着空腔器官走向线VL的已知轮廓表示KR(左边)出发，基于第一个提到的方法产生第一空腔器官表示HR_a并且基于第二个提到的方法产生第二空腔器官表示HR_b。第一空腔器官表示HR_a具有一些用箭头表示的、仅较差地反映基本器官结构的楞角，而第二空腔器官表示HR_b明显更平滑并且由此也明显更好地表示了空腔器官。该图由此着重强调在使用Catmull-Rom样条的情况下对建模质量的改善。

图9示出了以空腔器官表示HR_c的形式的血管结构的完整血管树，如借助前面描述的建模算法可以描绘的。除了血管树的空间分布，也可以看出和示出，血液在哪个流动方向FL上流入系统并且然后继续流动。

鲁棒模板渐入

带符号距离场的插值一般必须小心处理。例如当相邻的扫掠模板的(负的)内部区域不是沿着一条线时则出现问题。这例如甚至会导致极端情况，即，两个相邻的扫掠模板的各自的内部与另一个根本不重叠，如在图10中所示。

当距离场然后在扫掠过程期间被插值时，得到的体积，即，得到的空腔器官表示，具有两个互相分离的区域(图10左侧，左图)，因为在这两个区域之间存在基于两个扫掠模板(在此是相邻轮廓表示KR₆(下)和KR₅(上))的隐函数全部具有正值的区域(参见左侧，左图)。还可以看出，空腔器官走向线VL不是分别中间地通过两个轮廓表示KR₅、KR₆延伸。在该特殊情况下空腔器官走向线VL由于两个轮廓表示KR₅、KR₆的(在此侧面的)偏移而恰好通过其各自的边界线。

在两个相邻的扫掠模板的内部至少部分重叠的情况中，通常可以通过相应的扫掠算法将体积相连，因为插值的扫掠模板包含负的互相可连接的区域。然而在此也存在危险，即，从仅微小的重叠中只能很小地度量这些负的互相可连接的区域，使得形成体积伪影，其然后可能被错误地例如解释为狭窄。在很好确定的空腔器官走向线VL、特别是很好定义的中线作为空腔器官走向线VL的情况下，该问题不会产生：在这样的情况下可以假定，中线实际上总是通过血管中心延伸并且由此防止这样的伪影。然而在病理情况下，在较大的血管钙化或低分辨率的高噪声的体积图像数据组的情况下，自动分割算法提供通常不一致的血管模型，其中血管结构(即，还有轮廓表示)仅以较小的数量存在并且其中中线也不总是足够精确。

为了确保这样的配置固有地产生满意的结果，在本发明的范围内(这特别地涉及本发明的第一个上面提到的附加方面)，应用基于样条的渐入(blending)技术，其将扫掠模板(优选在切向量空间中)互相连接。在此不是如在图10的左侧所示沿着空腔器官走向线VL混合，而是如在图10的右侧所示沿着附加的Catmull-Rom样条。这样构造该样条，即，其通过两个相邻轮廓表示KR₅,KR₆的轮廓中点ZP₁,ZP₂(优选在切向量空间)延伸。该技术在上述情况中极大提高模型形成的鲁棒性。

对于详细的工作方式，再次参考图10的右侧进行讨论：对每一个相邻轮廓表示KR₅,KR₆确定相对应的轮廓中点ZP₁,ZP₂，优选确定各自的轮廓表示KR₅,KR₆的重心。如果空腔器官走向线VL与至少一个轮廓中点ZP₁,ZP₂在如下程度上偏离，即，偏离值大于最大允许偏离，则这样修改空腔器官走向线VL，使得得到修改的空腔器官走向线VL_mod，其在此通过两个轮廓中点ZP₁,ZP₂延伸。与初始产生的空腔器官表示HR_h相比由此形成修改的空腔器官表示HR_h'。

血管分支的连接(混合)

为了修改整个血管树，必须将事先构建的单个隐含分支综合，以形成全局隐含指示函数。为了在此确保所述综合在分支点处具有平滑的过渡，使用所谓的Wyvill场函数的扩展：

F_wyvill(x)＝(1-x²)³:|→[0,1]

由此单个血管分支的伪距离场相对于势能场被映射。与上述公式相反，在此使用的场函数f_w(x):|→[-1,0]产生在对象内部(也就是轮廓表示)为负的场。由此可以始终使用最小运算，以形成统一体积：

$f_w\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}-1& x<-w\\ -f_{\mathrm{wyvill}}(\frac{x}{2w}+f_{\mathrm{wyvill}}^{-1}\left(0.5\right))...& -w\&le;x\&le;w\\ 0& x>w\end{array}\right.$

在该公式中w使得可以调节f_w在对象内部多快地降落到-1和在对象外部降落到0。由此w也就是表示描述的场的混合区域。距离场一般在原理上对于任意远相距的点提供不等于零的值，并且对象表面通过零水平集定义，而f_w仅在对象的相邻和内部是不等于零，并且表面通过-0.5水平集定义。

可以使用对混合运算的广泛选择，以实现在场之间的平滑过渡。

交互的模型校正

在此作为例子介绍的用于模型校正，即，用于修改空腔器官表示的交互框架，例如利用三角网格，以将刚刚更新的血管模型可视化。附加地可以加载体积数据组，以均衡在重叠的绘制中的分割或将其由此验证。例如计算机断层成像-血管成像-图像数据于是提供患者特定的血管结构的造影剂支持的视图，从而这样的图像数据特别好地适合于血管建模。当用户在三维网格上的任意的点上点击这样准备的图像数据时，为其显示与此相关联的MPR视图(多平面重组)。由此可以为其显示在当前更新的血管模型中的局部的血管横截面作为在原始图像上的覆盖图。这在图13的(从左边)第一图上示出。借助鼠标滚轮，用户可以来回通过各自的血管分支(沿着血管横截面)导航，以获得关于更新的血管模型的快速概览。如果期望，则可以附加地激活所谓的“抠图(Snapping)特征”(“抠图(Einschnapp)功能”)，其中自动地这样调整各视图，使得在图像中是各血管的最靠近的轮廓。

如果用户对在确定的位置处的血管模型不满意，则其可以将校正的轮廓画到MPR视图中，以便然后(借助快速的按照本发明的局部扫掠方法)获得改变的完整血管模型。在此如果已经存在轮廓表示，则其被替代，如果不存在，则插入新的轮廓表示，并且如果轮廓表示被用户删除，则其从血管模型中被去除。

图12示例地示出图像中的这样的局部扫掠LS：空腔器官1的(原始的)空腔器官表示HR_e具有多个轮廓表示KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR₄,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_end。在此末端轮廓表示KR_anf,KR_end位于空腔器官表示HR_e的两个末端。在所选择的轮廓表示KR₄被修改、也就是通过修改的轮廓表示KR₄'代替(这里：变窄)的该情况中，通过局部扫掠(参见图中的右侧)仅还得到在两个直接相邻的，但是不超出的轮廓表示中的微小的变窄。局部扫掠的原理是对于任何情况，两个末端轮廓表示KR_anf,KR_end在扫掠时从不被考虑和/或修改。

基于分割的裁剪(Culling)

为了产生用于可视化的网格，可以采用隐含的多边形化器(Polygonisierer)、诸如基于移动立方体(Marching Cubes)的算法，以评估在(多个)世界空间位置P＝(P_x,P_y,P_z)处的隐含扫掠V。在对V的每个评估时，如上所述优选地，计算对空腔器官走向线VL的所有潜在的投影。该步骤在计算方面是非常昂贵的，因为如上所述在此必须找到五阶多项式的所有根。为了将计算局部化可以使用所谓的裁剪(culling)策略，其基于轴向包围盒法(Axis-Aligned BoundingBoxes:AABB)。为此优选将空腔器官走向线VL的Catmull-Rom样条逐段地划分为其单个立方的贝塞尔曲线片段，对于其然后计算AABB。因为先验地仅具有关于属于单个贝塞尔片段的现有表面的有限知识，所以为此如下启发式地确定对于每个片段的保守估计。

由于贝塞尔曲线的凸起的外壳特征，可以将局部的控制多边形(即局部呈现的轮廓表示)用于限制空腔器官走向线片段。附加地可以确定空腔器官走向线位置与相对应的血管轮廓的最长距离。

包括了所有局部轮廓点和附加地对于每个轮廓点包括一个在每个方向上至少与最大存在的血管半径一样大的区域的AABB可以作为对于局部片段的最大尺寸的安全估计被考虑。

图11示出了贝塞尔片段Bez的边界的确定。在此对AABB计算其控制点并且一直扩展，直到其最大具有最大距离，即，一系列轮廓表示KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m中的两个相邻轮廓表示KR_j,KR_k的半径因为空腔器官走向线上的点不必全部与一个轮廓表示相关联，所以在此分别涉及下一个、即相邻的已知(即非空)轮廓表示和在空腔器官走向线上的其各自的中点。这样被计算的AABB描述了对于一个贝塞尔片段的边界的最差情况近似。因为局部立方体空腔器官走向线曲线也允许考虑非常复杂的配置，所以在例子中选择该保守的、但安全的边界确定技术。因为使用的混合运算提高局部片段的影响，所以AABB甚至可能还需要一个与混合权重成比例的附加放大的扩张(Ausbreitung)。为了实现在图像数据中的快速局部查询，可以最后计算对于片段AABB的八叉树(Octree)，如在图13中的两个右图所示。该八叉树在血管模型的重新评估中可以被用于，将空腔器官走向线片段的局部子组综合，所述局部子组在改变血管模型中的点时必须被考虑。

表面提取

为了在交互时段期间有效产生可视化，可以使用基于扩张的移动立方体算法，其使用支持模型的网格近似。

局部模型修改

目标是，在用于修改血管模型的用户交互期间产生血管模型的尽可能迅速更新的可视化。这是在扫掠时上述局部工作方式的背景。当用户删除、改变或新插入一个轮廓表示时，基于Catmull-Rom样条基于插值方法，将修改局部地限制到前面产生的涉及的AABB。如果改变隐含的模板，则可以潜在地改变两个相邻片段的外表。血管模型可以在修改期间增长或变小。由此AABB被创建，其限制涉及的片段，并且然后具有新的轮廓表示的模型描述被添加。于是对于涉及的片段可以创建另一个AABB并且将两个AABB互相组合，从而形成新的修改的边界。该步骤在图13的两个左图示出。为了然后创建一个更新的表面网格，足够的是，仅在新的修改的边界内部重新计算表面。为此首先将处于移动立方体体积中修改的边界内部的、全局距离函数的前面的评估删除。在此标记当前由表面切割并且直接位于修改的边界外部的所有移动立方体单元。这些单元是对于(在修改的边界内部)改变的区域的重新再计算的理想进入点。因为保证，空腔器官的表面在改变之后也通过其延伸，所以其可以直接作为对于借助基于扩张的移动立方体方法局部重新计算的开始点被使用。

根据图13还可以描述，按照本发明的第二个附加方面，可以如何进行轮廓表示的(例如用户定义的、但也可以是自动化的)修改：涉及的空腔器官表示HR_g的所选择的轮廓表示KR4根据(基于计算机的和/或优选基于用户命令的)命令输入BE被修改，如在整个左图所示。除了命令输入BE，使用具有预定义形状的几何对象并且与改变的轮廓表示KR₄的几何信息融合，使得由此得到融合的修改的轮廓表示KR₄'(从左边第二图)替代所选择的轮廓表示KR₄，所述修改的轮廓表示KR₄'在后面被继续使用。如在从左边第二图中容易看出的，通过几何图形(在此是圆形，其很好地反映了空腔器官的在此逐区域呈现的基本上圆形的横截面)的拟合和然后融合，实现对空腔器官的实际上预计的形状的更好近似。

试验结果

基于本发明的建模或模型修改的试验得到以下结果：在扫掠方法中以大约2.5至4.5秒产生整个开始模型，而按照本发明利用局部扫掠的局部修改持续少于0.5秒，也就是足够快，以便能够实际地瞬时显示给用户。

最后再次指出，前面详细描述的方法以及示出的装置仅仅是实施例，其可以由专业人员以不同的方式修改，而不脱离本发明的范围。此外不定冠词“一个”的使用不排除，涉及的特征也可以多重存在。

Claims (15)

1.一种用于基于空腔器官(1)的医学技术图像数据(BD)交互地建立和/或修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的方法(Z)，包括以下步骤：

a)提供(Y)医学技术图像数据(BD)连同表示空腔器官(1)的走向的空腔器官走向线(VL)，

b)提供(X)空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的沿着空腔器官走向线(VL)的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

c)接收(W)用于输入和/或修改所选择的轮廓表示(KR₂,KR₄)和/或空腔器官走向线(VL)的命令输入(BE)，

d)基于所述命令输入(BE)在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示(KR₂,KR₄)的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示(KR₃,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_end)的空腔器官走向线(VL)借助自动插值扫掠算法，局部修改(H)空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于多个用户输入进行所述命令输入(BE)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)包括隐含的指示函数。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，相邻轮廓表示(KR₃,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_end)的预定义数量最大为5，优选最大为3，特别优选最大为2。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，多数轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)包括分别基本上在空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的相对的末端的两个末端轮廓表示(KR_anf,KR_end)，并且在步骤d)中的局部修改(H)中不考虑和/或修改或仅考虑和/或修改一个末端轮廓表示(KR_anf,KR_end)。

6.一种特别是在按照上述权利要求中任一项所述的用于交互地建立和/或修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的方法的范围内用于基于空腔器官(1)的医学技术图像数据(BD)、优选地自动修改(CM)空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的空腔器官走向线(VL)的方法(V)，包括以下步骤：

i)提供(U)医学技术图像数据(BD)连同表示空腔器官(1)的走向的空腔器官走向线(VL)，

ii)提供(T)空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')沿着空腔器官走向线(VL)的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

iii)确定(S)空腔器官走向线(VL)与两个相邻轮廓表示(KR₅,KR₆)的轮廓中点(ZP₁,ZP₂)的偏差，

iv)在超过空腔器官走向线(VL)与两个轮廓中点(ZP₁,ZP₂)的预定的最大允许偏差的情况下，借助两个轮廓中点(ZP₁,ZP₂)调节(R)空腔器官走向线(VL)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空腔器官走向线(VL)被调整为，使得其基本上通过所述两个轮廓中点(ZP₁,ZP₂)引导。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，为了调整空腔器官走向线(VL)，考虑与所述两个相邻轮廓表示(KR₅,KR₆)又相邻的其他轮廓表示的附加的位置信息。

9.一种特别地在按照权利要求1至5中任一项所述的用于交互地建立和/或修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的方法(Z)的步骤d)的范围中用于基于空腔器官(1)的医学技术图像数据(BD)来半自动修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)的方法(P)，包括步骤：

I)提供(N)医学技术图像数据(BD)连同空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

II)接收(M)用于输入和/或修改从轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)中所选择的轮廓表示(KR₄)的命令输入(BE)，

III)将具有预定义形状的几何对象调整(L)到在所选择的轮廓表示(KR₄)的位置处的图像数据(BD)中，

IV)融合(K)来自于步骤II)的命令输入的几何信息和步骤III)的几何对象的信息以形成融合的修改的轮廓表示(KR₄')来替代所选择的轮廓表示(KR₄)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述命令输入(BE)基于多个用户输入进行。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述几何对象包括圆或椭圆或卵形或多边形，优选旋转对称的多边形。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，通过隐含的指示函数表示所选择的轮廓表示(KR₄)和/或几何对象。

13.一种用于基于空腔器官(1)的医学技术图像数据(BD)交互地建立和/或修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')和/或空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的空腔器官走向线(VL)的建立和/或修改系统(7)，包括：

a)第一提供单元(9)，其在运行中提供医学技术图像数据(BD)连同表示空腔器官(1)的走向的空腔器官走向线(VL)，

b)第二提供单元(13)，其在运行中提供空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')沿着空腔器官走向线(VL)的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

c)接收接口(15)，用于接收用于输入和/或修改所选择的轮廓表示(KR₂,KR₄)和/或空腔器官走向线(VL)的命令输入(BE)，

d)修改单元(17)，构造为用于基于命令输入(BE)在考虑预定义数量的所选择的轮廓表示(KR₂,KR₄)的条件下，至少一侧地沿着相邻的轮廓表示(KR₃,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,)的空腔器官走向线(VL)借助自动插值扫掠算法，局部修改空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的轮廓

和/或

i)第一提供单元(9)，其在运行中提供医学技术图像数据(BD)连同表示空腔器官(1)的走向的空腔器官走向线(VL)，

ii)第二提供单元(13)，其在运行中提供空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')沿着空腔器官走向线(VL)的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

iii)偏差确定单元(19)，构造为用于确定空腔器官走向线(VL)与两个相邻轮廓表示(KR₅,KR₆)的轮廓中点(ZP₁,ZP₂)的偏差，

iv)调节单元(23)，其在运行中在超过空腔器官走向线(VL)与两个轮廓中点(ZP₁,ZP₂)的预定的最大允许偏差的情况下借助两个轮廓中点(ZP₁,ZP₂)调节空腔器官走向线(VL)，

和/或

I)提供单元(9)，其在运行中提供医学技术图像数据(BD)连同空腔器官表示(HR,HR_a,HR_b,HR_c,HR_d,HR_e,HR_e',HR_g,HR_g')的轮廓的多个轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)，

II)接收单元(15)，构造为用于接收用于输入和/或修改从轮廓表示(KR,KR₁,KR₁',KR₂,KR₃,KR₄,KR₄',KR₅,KR₆,KR_anf,KR_a,KR_b,KR_c,KR_d,KR_e,KR_f,KR_g,KR_h,KR_i,KR_j,KR_k,KR_l,KR_m,KR_end)中所选择的轮廓表示(KR₄)的命令输入(BE)，

III)拟合单元(21)，其在运行中将具有预定义形状的几何对象拟合到在所选择的轮廓表示(KR₄)的位置处的图像数据(BD)中，

IV)融合单元(25)，其在运行中融合来自于接收单元(15)的命令输入(BE)的几何信息和来自于拟合单元(21)的几何对象的信息以形成融合的修改的轮廓表示(KR₄')来替代所选择的轮廓表示(KR₄)。

14.一种医学技术拍摄系统(3)，具有拍摄单元(5)和按照权利要求13所述的建立和/或修改系统(7)。

15.一种计算机程序产品，其能够直接加载到可编程的建立和/或修改系统(7)的处理器中，具有程序代码装置，用于当程序产品在建立和/或修改系统(7)上运行时执行按照权利要求1至12中任一项所述的方法的所有步骤。