CN106055188A - 用于显示体积图像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于显示体积渲染的可视化系统，包括显示器、可在第一范围、第二范围和第三范围上移动的用户输入致动器以及处理器。所述第二范围位于所述第一范围和所述第三范围之间。处理器被配置成在所述用户输入致动器位于所述第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，并且在所述用户输入致动器位于所述第三范围内时根据第二传输函数生成所述第一体积渲染。所述第二传输函数与所述第一传输函数不同。所述处理器也被配置成当所述用户输入致动器位于所述第二范围内时根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染，并且在所述显示器上显示所述第一体积渲染。

Description

用于显示体积图像的系统和方法
技术领域
本发明涉及基于用户输入根据不同传输函数生成体积渲染。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种包括显示器、用户输入致动器和处理器的可视化系统。用户输入致动器可在第一范围、第二范围和第三范围上移动。第二范围位于第一范围和第三范围之间。处理器耦合至用户输入致动器和显示器。处理器被配置成在用户输入致动器位于第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，并且在用户输入致动器位于第三范围内时根据第二传输函数生成第一体积渲染。处理器也被配置成当用户输入致动器位于第二范围内时根据第一传输函数和第二传输函数的合成生成第一体积渲染，并且在显示器上显示第一体积渲染。
在另一实施例中，本发明提供一种包括通过用户输入致动器而接收用户输入的显示体积渲染的方法。用户输入致动器可在第一范围、第二范围和第三范围上移动。第二范围位于第一范围和第三范围之间。该方法包括：确定用户输入致动器的位置，并且在用户输入致动器位于第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，并且在用户输入致动器位于第三范围内时根据第二传输函数生成第一体积渲染。该方法还包括：当用户输入致动器位于第二范围内时根据第一传输函数和第二传输函数的合成生成第一体积渲染，并且在显示器上显示第一体积渲染。
通过考虑详细说明和附图将明白本发明的其它方面。
附图说明
图1是根据本发明的一种构造的可视化系统的立面图。
图2是在包括可视化系统的用户输入致动器的一个示例的图1的系统的一个屏幕上显示的用户界面。
图3是在包括可视化系统的用户输入致动器的第二示例的图1的系统的一个屏幕上显示的用户界面。
图4是用于图1的可视化系统的用户输入致动器的第三示例的横截面图。
图5是包括用户输入致动器的第四示例的可视化系统的另一示例的透视图。
图6是图1的可视化系统的方框图。
图7是存储在图1的可视化系统的存储器单元中的程序存储数据的结构的方框图。
图8是使用图1的可视化系统生成和显示体积渲染的方法的流程图。
图9是合成两种传输函数以在图1的可视化系统上生成和显示图像的第一方法的流程图。
图10是合成两种传输函数以在图1的可视化系统上生成和显示图像的第二方法的流程图。
图11是在用户输入致动器位于第一范围内时在图1的可视化系统的屏幕上显示的用户界面。
图12是在用户输入致动器被移动至第二范围内的第一位置时的图11的用户界面。
图13是在用户输入致动器被移动至第二范围内的第二位置时的图11的用户界面。
图14是在用户输入致动器被移动至第三范围内的位置时的图11的用户界面。
图15是在用户输入致动器被移动至第四范围内的第一位置时的图11的用户界面。
图16是在用户输入致动器被移动至第四范围内的第二位置时的图11的用户界面。
图17是在用户输入致动器被移动至第四范围内的第三位置时的图11的用户界面。
图18是在用户输入致动器被移动至第五范围内的位置时的图11的用户界面。
图19是在图1的可视化系统上显示的用于配置用户输入致动器的图形用户界面。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明的应用不限于在下文说明中提出或者在附图中示出的构造细节和组件布置。本发明能够为其它实施例，并且能够以各种方式实践或者执行本发明。
另外，应理解，本发明的实施例可以包括硬件、软件和为了讨论可能被示出和描述为像是大多数组件都仅以硬件实施的电子组件或者模块。然而，本领域技术人员基于本详细说明的阅读将认识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以通过可由一个或者更多处理单元，诸如微处理器和/或应用程序专用集成电路(“ASIC”)，执行的软件(例如，存储在非易失性计算机可读媒体上的指令)实施。同样地，应明白，可以采用多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构性组件实现本发明。例如，本说明书中所述的“服务器”和“计算装置”能够包括一个或者更多处理单元、一个或者更多计算机可读媒体模块、一个或者更多输入/输出接口以及连接组件的各种连接(例如，系统总线)。
体积渲染是一种表现由不同的医学成像方法，诸如计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)生成的复杂三维数据的有效方法。在数据被成像系统获取并且传输至可视化系统后，传输函数向每个体素(即，三维体积渲染中的每个数据点值)都分配不透明度和/或颜色值。然后，可视化系统根据传输函数分配的值显示三维(3D)数据。每个传输函数都由与确定如何将每个不透明度和颜色值分配给每个体素的参数相关联的一个或者更多控制点限定。例如，一些传输函数能够包括50个或者更多个参数，而其它传输函数能够仅包括几个参数。在一些实施例中，传输函数中所包括的参数的数目与限定传输函数的控制点的数目成比例。通过调节这些参数，可获得3D数据的许多不同视图。每个视图都高亮底层解剖学结构的不同方面。不同视图可以帮助成像专家识别和诊断不同的异常性。
成像专家可能想要在诊断特殊患者时以几个不同的视图(例如，采用不同的体积渲染)观察3D数据。在每个视图中，成像专家都可能寻找一些异常以验证他/她的诊断。然而，调节传输函数的参数以显示专家所期望的不同图像视图可能是一种复杂的任务。成像专家将需要了解改变哪些参数，以及如何改变这些参数以获得期望的图像视图(例如，体积渲染)。
一种用于控制体积渲染的简化机制例如可以包括在用户界面上提供一系列预置按钮。每个预置按钮都将对应于不同的传输函数，并且当被选择时，将引起系统根据特定的传输函数显示体积数据，由此高亮体积图像数据的不同方面。例如，一个预置按钮可以引起图像数据高亮患者的皮肤表面，而另一个预置按钮可以被用于高亮患者的骨骼结构等等。虽然使用相对简单，但是这些预置按钮将不提供对传输函数的完全定制。可能由可视化应用程序的制造商预定预置按钮，并且因此成像专家受限于特殊系列的预定视图，而不能访问所有可能的图像视图。
可替选地，可视化应用程序可以被配置成向成像专家提供传输函数编辑器，传输函数编辑器被设计成提供用于改变传输函数参数的完全控制和灵活性。这些传输函数编辑器可以包括将被独立地调节，以适应传输函数的多个按钮或者点。结果，尽管提供了更全面范围的定制化，但是这种详细的传输函数编辑器的操作将变得复杂，并且使成像专家不易理解。这也将使传输函数编辑器的完全利用限于少量能够充分地熟悉传输函数操作细节的成像专家。
此外，使用简化预置按钮或者更全面的传输函数编辑器将要求成像专家至少临时地关注控制界面而非关注体积图像数据本身。实际上，由于每个传输函数的可调参数的大小和复杂性，所以全面的传输函数编辑器将可能需要使用整个显示器。结果，成像专家可能必须在所显示的图像和控制机构之间连续地转换注意力，以便确定对传输函数的调节是否生成期望视图。这种工作流程很麻烦，并且妨碍成像专家对患者的诊断。
图1示出向用户提供易于使用的界面和详细的控制水平，以定制用于显示3D图像数据的传输函数的可视化系统10的示例。可视化系统10耦合至成像系统，诸如MRI或者CT系统(未示出)。成像系统获取医疗成像数据，并且将图像数据传输至可视化系统10，以显示、分析，并且在一些架构中存储。在各种实施方式中，可视化系统10可以被直接地耦合至成像系统，并且甚至可以被集成为成像系统的一部分。在其它实施方式中，可视化系统10被定位在单独的房间中，并且与成像系统分离。在又其它实施方式中，可视化系统10在通过局域网、广域网或者互联网连接而访问存储在医疗PACS(“图像存档通信系统”)上的医疗图像数据的台式计算机上实施。
图1的可视化系统10包括用于显示三维渲染的图像视图的显示器14、一个或者更多用户输入装置16a、16b以及处理单元20。用户输入装置16a、16b被用于与可视化系统10互动，并且改变体积渲染参数(例如，传输函数)、图像的尺寸(例如，图像的放大和缩小)、图像的方向(例如，旋转图像)，等等。在所示架构中，用户输入装置包括键盘16a和鼠标16b。在其它实施方式中，可视化系统10可以另外或者可替选地包括促进用户互动的其它单独装置和/或致动器。例如，在一些实施方式中，显示器14包括能够被用作用户输入装置的触敏屏幕(例如，平板计算装置)。
可视化系统10包括允许用户调节传输函数，以显示体积图像的不同渲染的用户输入致动器22。在图1的示例中，用户输入致动器22能够为作为由处理单元20生成并且显示在显示器14上的图形用户界面的一部分的虚拟线性致动器。虚拟线性致动器22包括路径26和位置指示器30。位置指示器30被用户使用显示器14的触敏屏幕或者通过使用鼠标16b沿着路径26移动。在一些实施方式中，路径26是包括多个非限制性位置的连续路径，并且位置指示器30能够以连续方式沿着路径26移动。在其它架构中，路径26包括离散、预定位置，并且位置指示器30可以仅在那些离散、预定位置之间移动。
如图2中所示，路径26包括第一范围34、第二范围38、第三范围43、第四范围46和第五范围50。用户输入致动器22在这些范围内的位置有助于确定使用哪个传输函数生成所显示的体积图像，以及调节传输函数的特定参数的程度。在图2的示例中，第一范围34、第三范围42和第五范围50每个都仅分别包括单个位置54、62和70。第二范围38位于第一范围34和第三范围42之间，并且包括如图2中以虚图示出的多个位置58a-58g。第四范围46位于第三范围42和第五范围50之间，并且也包括多个位置66a-66g。在该示例中，第二范围38和第四范围46包括相同数目的位置58a-h、66a-h。虽然图2的示例对第二范围38和第四范围46每个都示出七个位置，但是其它实施方式可以在每个范围中都包括更多或者更少位置。类似地，在其它实施方式中，第二范围38可以包括比第四范围46更多或者更少的位置，从而如下文进一步详述地对一个传输函数提供更高调节水平。
图2的示例包括如图1中所示包括线性路径26和位置指示器30的用户输入致动器22。路径26可以包括向用户示出位置指示器30的可能位置的多个指示器。可替选地，路径26可以包括彩色或者非彩色条或者类似的界面，以传达关于单独范围的信息。在其它实施方式中，线性用户输入致动器22可以被另一控制器代替。例如，在图3中，以圆形转盘致动器的形式提供用户输入致动器。
圆形转盘致动器允许不具有开始或者结束位置的无限连续控制路径。结果，用户能够在单个圆方向中继续移动位置指示器30，以在传输函数之间循环，而非前后移动线性控制器30。图3的圆形转盘致动器包括与图2的线性致动器相同的五个范围。然而，第一范围34和第五范围50两者都靠近转盘的顶部，两者之间不存在范围。第三范围42可以位于转盘的底部，而第二范围48和第四范围46位于转盘界面的任一侧上的顶部位置和底部位置之间。在一些实施方式中，第一和第五范围34、50可以代表具有相同参数的相同传输函数，并且在转盘的顶部占用相同空间。然而，在其它架构中，系统能够被配置成当位置指示器30继续移动超过范围50时前进至又另一传输函数。
虽然图2和3的示例示出以在图形用户界面上的虚拟控制器形式呈现的用户输入致动器22，但是在其它实施方式中，用户输入致动器22可以被实施为专用硬件装置(即，物理滑块条或者物理旋钮转盘)。在又其它实施方式中，部分用户输入装置16b能够被用作用户输入致动器22。例如，图4示出具有内部滚轮78的鼠标16b的横截面图。滚轮78被用户绕中心点86沿着圆形迹线82旋转。虽然滚轮78不包括位置指示器30(如图2和3中的示例)，但是滚轮的旋转仍能够被用于与图3的圆形转盘致动器一样，通过各种范围循环。代替关注于位置指示器30的特殊位置，用户能够关注于在体积渲染上产生的变化。
图5示出其中膝上型或者台式计算机的触摸板90被用作用户输入致动器22的另一示例。在一些实施方式中，用户以圆形形状沿触摸板90移动她的手指，从而实现如上文参考图3所述的圆形范围调节。在其它系统中，用户线性地移动她/他的手指，从而实现如上文参考图2所述的调节机制。在又其它系统中，能够基于用户偏好调节所需移动，或者所需移动可以包括其它形状(例如，包括四个单个点“范围”(在四个角的每个角中)和四个连续的调节“范围”(每一边)的矩形)。
图6示出可视化系统10的内部通信耦合与各种结构性组件。处理单元20被耦合至显示器14和用户输入装置16a、16b。如果用户输入致动器22为单独装置，则处理单元20也耦合至用户输入致动器22。处理单元20包括可操作以从成像系统接收图像数据，基于传输函数生成图像数据的图像渲染，以及在显示器14上显示结果图像等等的硬件和软件的组合。在所示架构中，处理单元20包括控制器100(例如，微控制器或者处理器)、存储器单元104、输入单元108和输出单元112。控制器100、存储器单元104和输入与输出单元108、112由一个或者更多控制和/或数据总线(例如，公用总线116)连接。
为了例示而在图6中大致示出控制和/或数据总线116。考虑到本文所述的本发明，用于在各种模块和组件之间互联和通信的一个或者更多控制和/或数据总线的使用将是本领域技术人员所已知的。在一些实施例中，控制器100部分或者完全地在半导体(例如，现场可编程门阵列(FPGA)半导体)芯片上实施。在一些架构中，处理单元20包括处于控制器100外部的另外电路。例如，处理单元20可以包括从外部电源接收功率，并且视处理单元20的电组件而转换功率的功率输入模块。控制器100包括控制单元120、算术逻辑单元(“ALU”)124和多个寄存器128(如图6中的一组寄存器所示)等等，并且使用已知的计算机架构，诸如改进哈佛结构、冯诺曼架构等等实施。
例如，存储器单元104包括程序存储区132和数据存储区136。程序存储区132和数据存储区136能够包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如，动态RAM、同步DRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘驱动器、SD卡或者其它适当的磁、光、物理或者电子存储器装置。控制器100连接至存储器单元104，并且执行能够被存储在存储器单元104的RAM(例如，在执行期间)、存储器单元104的ROM(例如，基于通常的永久)、或者另一非易失性计算机可读媒体中，诸如另一存储器或者磁盘中的软件指令。不同的体积图像的可视化中所包括的软件能够被存储在处理单元20的存储器单元104中。例如，软件包括固件、一个或者更多应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或者更多程序模块和其它可执行指令。处理单元20被配置成从存储器单元104检索，并且执行涉及传输函数的调节和图像的体积渲染生成的指令等等。在其它架构中，处理单元20包括另外的、更少或者不同的组件。
如图7中所示，程序数据包括确定模块140、传输函数模块144和体积渲染生成模块148。控制器100检索每个模块140、144、148中的指令，以生成3D图像数据的期望体积渲染。位置确定模块140包括当被控制器100执行时确定用户输入致动器22的位置的指令。传输函数模块144包括当被控制器100执行时根据用户输入致动器22的确定位置而生成传输函数，或者两种传输函数的期望合成的指令。体积渲染生成体积148根据传输函数模块144生成的传输函数或者多个传输函数生成3D图像数据的期望体积渲染。
图8示出一种基于用户输入致动器22的位置控制和调节如何在屏幕上显示体积图像的方法。可视化系统10(例如，控制器100)从成像系统接收3D图像数据(步骤152)。然后，控制器100从用户输入致动器22接收指示用户控制输入的信号(步骤156)。用户输入可以包括用户输入致动器22向期望位置或者范围的平移。然后，控制器100通过位置确定模块140确定用户输入致动器22的位置，并且确定用户输入致动器22是否位于第一范围34、第二范围38、第三范围42、第四范围46或者第五范围50内。
控制器100基于用户输入致动器22的位置而生成适当的传输函数或者传输函数的合成。如果用户输入致动器22位于第一范围34内(步骤160)，则控制器100通过传输函数模块144生成第一传输函数(步骤164)。如果用户输入致动器22位于第二范围38内(步骤168)，则控制器100基于用户输入致动器22在第二范围38内的特定位置生成第一传输函数和第二传输函数的合成(步骤172)。如果用户输入致动器22位于第三范围42内(步骤176)，则控制器100生成第二传输函数(步骤180)。如果用户输入致动器22位于第四范围46内(步骤184)，则控制器100基于用户输入致动器22在第四范围38内的特定位置生成第二和第三传输函数的合成(步骤188)。最后，如果用户输入致动器22位于第五范围50内(步骤192)，则控制器100生成第三传输函数(步骤196)。
一旦已经由传输函数模块生成了传输函数或者传输函数的合成(例如，在步骤164、172、180、188、196之后)，则控制器100根据所生成的传输函数生成体积渲染(步骤200)，并且在显示器14上显示所生成的体积渲染(步骤204)。在显示所生成的体积渲染的同时，控制器100继续监控所接收的用户输入，以检测用户输入致动器22的位置变化。如果用户改变了用户输入致动器22的位置，则步骤156-204重复，以基于用户输入致动器22的新位置生成和显示已更新的体积渲染。
如上所述，控制器100随着用户输入致动器22通过第二范围从第一范围/位置移动至第三范围/位置以及随着用户输入致动器22通过第四范围从第三范围/位置移动至第五范围/位置而生成两个传输函数之间的合成。能够由用户指定或者由系统确定的不同方式生成这种“合成”。在所示实施方式中，系统实施用于生成第一和第二传输函数的合成的第一方法(图9)和用于生成第二和第三传输函数的合成的第二方法(图10)。在其它实施方式中，第二方法能够被用于生成第一和第二传输函数的合成，并且第一方法能够被用于生成第二和第三传输函数的合成。
例如，如图9中所示，用户输入致动器22在第二范围内的位置能够被用于调节传输函数的特定参数或者多个参数，以生成两个传输函数的合成。如上所述，因为第二范围38包括几个位置，所以控制器100确定光标(例如，用户输入指示器22的位置指示器30)在第二范围内的特定位置(步骤208)。控制器100基于光标的特定位置，使用传输函数模块144调节传输函数的一个或者更多参数(步骤212)。在所示示例中，传输函数模块144将第一传输函数的一个或者更多参数值调节为近似于第二传输函数。换句话说，传输函数模块114确定并且调节第一传输函数的参数值，以便基于已调节的第一传输函数生成的体积渲染接近近似于基于第二传输函数生成的体积渲染。随着光标从第一位置54移动至第三位置62，使用第一传输的第二传输函数的近似越来越接近，直到光标到达第三位置62，使用第一传输函数的第二传输函数的近似最接近近似于第二传输函数。换句话说，当光标最接近第一位置54时，传输函数模块114稍微调节一个或者更多参数值，以开始近似将在光标达到第三位置62时生成的第二传输函数的视觉输出。然而，当光标最接近第三位置62时，传输函数模块114显著地调节一个或者更多参数值，以最接近地近似于将在光标到达第三位置62时由第二传输函数生成的视觉输出。一旦传输函数的一个或者更多参数变化，则基于已调节的传输函数生成体积渲染(步骤216)，并且在屏幕上显示新更新的渲染(步骤220)。
当根据图9的方法生成两个传输函数的合成时，则选择传输函数和经调节的参数，使得随着调节参数，体积渲染朝着将由第二传输函数生成的图像过渡。例如，能够调节颜色分布参数。另外，虽然仅描述为调节第一传输函数，但是传输函数模块144能够另外地或者可替选地调节第二传输函数的参数。换句话说，在这些实施例中，在光标处于第二范围38内时，通过已调节的参数基于第二传输函数显示体积渲染。
此外，在一些实施方式中，系统通过根据两个单独的传输函数生成两个单独的体积渲染，并且随着用户输入致动器穿过第二范围(或者穿过第四范围)移动而调节每个渲染的不透明度而生成两个传输函数的合成。图10示出通过调节第二传输函数生成的体积渲染和第三传输函数生成的体积渲染的相对不透明度而合成传输函数的一种方法的示例。控制器100首先确定用户输入致动器22在第四范围46内的相对位置(步骤224)。然后，控制器100根据第一传输函数生成第一体积渲染(步骤228)，并且根据第二、不同传输函数生成第二体积渲染(步骤232)。然后，控制器100基于用户输入致动器22在第四范围46内的相对位置，设置第一体积渲染的不透明度水平(步骤236)和第二体积渲染的不透明度水平(步骤240)。经不透明度调节的体积渲染被彼此重叠(步骤224)，以形成向用户显示的第三体积渲染(步骤248)。
随着用户输入致动器22接近第三范围位置42，第一体积渲染的不透明度值降低，并且第二体积渲染的不透明度值升高。类似地，随着用户输入致动器22更远离第三范围位置42并且更接近第一范围位置34移动，第一体积渲染的不透明度水平升高，并且第二体积渲染的不透明度水平降低。结果，当用户输入致动器位于第一范围位置34附近，并且所显示的图像主要受第一传输函数影响时，第二体积渲染较不可见。
在所示示例中，生成第二传输函数和第三传输函数的合成的步骤(例如，图8上的步骤188)可以仅涉及基于光标在第四范围46内的相对位置而确定每个体积渲染的相对不透明度水平。相同步骤能够可替选地包括根据第二传输函数生成体积渲染(图10的步骤228)、根据第三传输函数生成体积渲染(图10的步骤232)和确定每个体积渲染的相对不透明度水平(图10的步骤236、240)。在这些实施方式中，根据传输函数或者所生成的传输函数的合成而生成体积渲染的步骤(图8的步骤200)可以相应于以确定的相对不透明度水平重叠两个生成的体积渲染(一个根据第二传输函数，另一个根据第三传输函数)。
图11-18示出随着用户将线性用户输入致动器22从远左侧位置移动至远右侧位置，在可视化系统10的显示器14的显示域250上示出的一系列体积渲染的示例。在该示例中，可视化系统10已经被配置成允许用户(例如，成像专家)根据三个不同的传输函数(例如，第一传输函数、第二传输函数和第三传输函数)生成体积渲染，并且合成这些传输函数以生成定制体积渲染。在该示例中，第一传输函数生成示出患者皮肤细节的渲染(即，图11)。第一传输函数定义向皮肤范围内的体素值分配不透明度值的“皮肤不透明度”参数。为了示出患者的皮肤细节，第一传输函数中的皮肤不透明度参数被设置为“1”(例如，完全不透明)。第二传输函数高亮患者的骨骼结构(即，图14)。第二传输函数也将不透明度值分配给皮肤范围内的体素值。为了高亮患者的骨骼结构，第二传输函数中的皮肤不透明度参数被设置为“0”(例如，透明)。第三传输函数高亮骨骼和患者牙齿的齿根两者(即，图18)。在一些实施例中，第三传输函数也定义皮肤不透明度参数，而在其它实施例中，第三传输函数不特别定义皮肤不透明度参数。
从图11中开始，用户输入致动器的位置指示器30位于线性路径26的远左侧处，并且因此位于第一范围/位置34内。结果，在图11的示例中的屏幕的显示域15上显示的体积渲染完全基于第一传输函数生成。由于图11中所示的体积渲染仅基于第一传输函数生成，所以体积不透明度参数被设置为“1”。
在图12中，位置指示器30已经移动到第二范围38内，并且根据图9的方法，第一传输函数的皮肤不透明度参数被调节为近似于第二传输函数。为了生成图12中所示的体积渲染，皮肤不透明度参数值被调节为近似0.75，由此降低皮肤体素值的不透明度，并且允许底层骨骼结构稍微更可见。
在图13中，用户输入致动器22的位置指示器30移动至第二范围38内的第二位置，并且现在更靠近第三范围位置42。随着位置指示器30进一步朝着右侧移动，皮肤不透明度参数值继续降低，并且第一传输函数更好地近似于第二传输函数。在图13中所示的体积渲染中，皮肤不透明度参数值近似于0.25。如图12和13中所示，当位置指示器30更接近于第一位置34时，则皮肤不透明度参数被设置为更接近于第一传输函数的值。类似地，当位置指示器30更接近于第三范围/位置42时，则皮肤不透明度参数被设置为更接近于第二传输函数的值。
在图14中，用户输入致动器22的位置指示器30已经移动至第三范围位置42。因此，完全基于在该示例中不包括皮肤不透明度参数(例如，皮肤不透明度参数被设置为“0”)的第二传输函数生成所显示的图像。由于第二传输函数不包括皮肤不透明度参数，所以图14中所示的体积渲染示出患者的骨骼结构而无皮肤表面的任何细节。虽然图12-13已经被描述为使用图9的方法合成两个传输函数，但是能够可替选地使用图10的方法以合成两个传输函数而生成图12-13(或者类似的体积渲染)。
在图15中，用户输入致动器22的位置指示器30已经移动到第四范围46中，并且因此基于第二传输函数(即，骨骼)和第三传输函数(即，齿根)两者生成所显示的图像。在所示示例中，图10的方法被用于合成第二和第三传输函数，并且由此生成图15-17。换句话说，随着光标从第四范围46的远左侧移动至第四范围46的远右侧，根据第二传输函数生成的体积渲染的不透明度减小，而根据第三传输函数生成的体积渲染的不透明度增大，然后，两个体积渲染被彼此重叠，以生成在图15-17上显示的体积渲染。图15示出用户输入致动器22处于第四范围46中最靠近第三范围42的第一位置中。重叠根据第三传输函数生成的低不透明度版本的体积渲染，并且因此在屏幕上可见患者的齿根结构。在图15中显示的体积渲染中，第一体积渲染(高亮骨骼结构)被设置为近似0.75的不透明度，而第二体积渲染(高亮骨骼和齿根两者)被设置为近似0.25的不透明度。因而，图15的体积渲染主要基于第二传输函数。
然后，图16示出用户输入致动器22处于第四范围46中更靠近第五范围50的第二位置中。在图16中显示的体积渲染中，第一体积渲染被设置为近似0.5的不透明度，而第二体积渲染也被设置为近似0.5的不透明度。因而，图16的体积渲染相对相等地基于第二和第三传输函数。最后，在图17中，用户输入致动器22处于第四范围46中最靠近第五范围50的第三位置中。在图17中显示的体积渲染中，第一体积渲染被设置为近似0.25的不透明度，而第二体积渲染被设置为近似0.75的不透明度。因而，图17的体积渲染主要基于第三传输函数。
在图18中，用户输入致动器22的位置指示器30已经移动至第五范围位置50。因此，完全基于第三传输函数生成所显示的图像(第三传输函数的不透明度值被设置为1.0)，并且所显示的图像示出患者的齿根图像，不重叠任何骨骼结构。虽然图15-17已经被描述为使用图10的方法合成两个传输函数，但是能够可替选地使用图9的方法以合成两个传输函数而生成图15-17(或者类似的体积渲染)。
虽然图11-18的示例示出用户基于三个不同的传输函数生成几个不同的体积渲染，但是在其它实施方式中，可视化系统10可以被配置成仅允许用户根据更少的传输函数(即，调节单个传输函数的参数或者仅调节两个体积渲染的不透明度)或者更具更多的传输函数(即，四个或者更多传输函数的各种组合和合成)生成体积渲染。例如，在其它架构中，可视化系统10可以允许用户根据四个或者更多不同的传输函数生成体积渲染。类似地，在上述示例中，第一传输函数高亮皮肤，第二传输函数高亮骨骼，并且第三传输函数允许骨骼和齿根两者都被高亮。然而，在其它架构中，结合用户输入致动器22和控制器100使用高亮不同解剖学结构和/或方面的不同传输函数。另外，在上述示例中，可视化系统10使用两种不同的方法以合成两个传输函数。在其它架构中，可视化系统10可以仅使用一种方法合成两个传输函数，或者可以采用不同的方法混合两个传输函数。
在一些实施方式中，在屏幕上显示的用户输入致动器22包括当用户输入致动器22置于一定范围内时，识别不同的范围，或者特别向用户指示显示的是哪种类型的体积渲染的标签。在一些实施方式中，标签仅被包括在其中体积渲染仅基于一个传输函数的范围内(例如，范围34、42、50)，并且用户理解标签之间的范围包括两个相邻传输函数的合成。
在一些架构中，用户能够定义哪些传输函数与沿用户输入致动器22的路径26的每个位置相关联。图19示出在显示域253内示出，以配置用户输入致动器22的图形用户界面252。如图19中所示，对于用户输入致动器22的每个范围，可获得不同的下拉菜单254a-e。因而，用户能够确定在用户输入致动器22位于特殊位置时(即，第一范围24、第二范围42和第五范围50)，使用哪个传输函数以生成体积渲染。用户也能够确定对于第二和第四范围38、46，是否使用第一合成方法(图9)或者第二合成方法(图10)。此外，在一些实施方式中，能够使用用于第二范围38和第四范围46的下拉菜单，以选择随着用户输入致动器22的位置指示器移动而将被调节的相邻范围/位置的传输函数的特定参数。
下列示例示出本文所述的示例系统和方法。
示例1：一种用于显示体积渲染的可视化系统，所述系统包括：显示器，可在第一范围、第二范围和第三范围上移动的用户输入致动器，所述第二范围位于所述第一范围和所述第三范围之间，和耦合至所述用户输入致动器和所述显示器的处理器，所述处理器被配置成在所述用户输入致动器位于所述第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，在所述用户输入致动器位于所述第三范围内时根据第二传输函数生成所述第一体积渲染，所述第二传输函数与所述第一传输函数不同，当所述用户输入致动器位于所述第二范围内时根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染，并且在所述显示器上显示所述第一体积渲染。
示例2：根据示例1所述的系统，其中所述显示器包括图形用户界面，其中所述用户输入致动器包括在所述图形用户界面上显示的虚拟线性致动器，并且其中所述处理器还被配置成接收包括所述虚拟线性致动器的线性平移的用户输入，基于所述线性平移确定所述虚拟线性致动器的位置，并且基于所述虚拟线性致动器的所述确定的位置确定所述用户输入致动器是否位于所述第一范围、所述第二范围或者所述第三范围内。
示例3：根据示例1和2所述的系统，其中所述用户输入致动器包括用户输入装置，并且其中所述处理器被配置成接收包括与所述用户输入装置的物理用户互动的用户输入。
示例4：根据示例1-3任一项所述的系统，其中所述第二范围包括第一位置和第二位置，并且其中所述处理器被配置成确定所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置，并且基于所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置调节所述第一和第二传输函数的合成度。
示例5：根据示例4所述的系统，其中当所述用户输入致动器被定位为更靠近所述第一范围但是处于所述第二范围内时，主要基于所述第一传输函数生成所述第一体积渲染。
示例6：根据示例1-5任一项所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：根据所述第一传输函数生成第二体积渲染，根据所述第二传输函数生成第三体积渲染，将所述第二体积渲染的不透明度设置为第一值并且将所述第三体积渲染的不透明度设置为第二值，其中基于所述用户输入致动器的位置，相对于所述第三体积渲染的不透明度设置所述第二体积渲染的不透明度，并且将具有所述第一不透明度值的所述第二体积渲染重叠到具有所述第二不透明度值的所述第三体积渲染上，以形成所述第一体积渲染。
示例7：根据示例1-6任一项所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：将所述第一传输函数的多个参数调节为第一多个参数值，每个参数值都相应于所述多个参数中的一个，从而更接近地近似于根据所述第二传输函数生成的体积渲染，其中根据所述第一传输函数，以所述第一多个参数值生成所述第一体积渲染。
示例8：根据示例1-7任一项所述的系统，其中所述处理器还被配置成接收指示所述用户输入致动器的移动的用户输入，确定所述用户输入致动器移动后的所述用户输入致动器的位置，基于所述用户输入致动器的位置生成第二体积渲染，并且在所述显示器上显示所述第二体积渲染。
示例9：根据示例1-8任一项所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：将所述第二传输函数的多个参数调节为第一多个参数值，每个参数值都相应于所述多个参数中的一个，从而更接近地近似于根据所述第一传输函数生成的体积渲染，其中基于所述第二传输函数，以所述第一多个参数值生成所述第一体积渲染。
示例10：根据示例1-9任一项所述的系统，其中所述用户输入致动器进一步可在第四范围上移动，并且其中所述处理器还被配置成在所述用户输入致动器位于所述第四范围内时根据第三传输函数生成所述第一体积渲染。
示例11：根据示例1-10任一项所述的系统，其中所述处理器还被配置成在显示所述第一体积渲染的同时通过所述用户输入致动器接收用户输入，所述用户输入包括所述用户输入致动器的移动。
示例12：根据示例1-11任一项所述的系统，其中所述第二范围比所述第一范围和所述第三范围每个都大。
示例13：一种显示体积渲染的方法，包括通过用户输入致动器而接收用户输入，所述用户输入致动器可在第一范围、第二范围和第三范围上移动，第二范围位于所述第一范围和所述第三范围之间，响应于所述用户输入确定所述用户输入致动器的位置，在所述用户输入致动器位于所述第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，在所述用户输入致动器位于所述第三范围内时根据第二传输函数生成所述第一体积渲染，当所述用户输入致动器位于所述第二范围内时根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染，并且在显示器上显示所述第一体积渲染。
示例14：根据示例13所述的方法，其中确定所述用户输入致动器的位置包括确定所述用户输入致动器是否位于所述用户输入致动器的所述第二范围的第一或者第二位置中。
示例15：根据示例14所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括确定所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置，和基于所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置而调节合成度。
示例16：根据示例15所述的方法，其中调节所述合成度包括在所述用户输入致动器被定位为更靠近所述第一范围但是处于所述第二范围内时主要基于所述第一传输函数生成所述第一体积渲染。
示例17：根据示例15和16所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括根据所述第一传输函数生成第二体积渲染，根据所述第二传输函数生成第三体积渲染，将所述第二体积渲染的不透明度设置为第一值并且将所述第三体积渲染的不透明度设置为第二值，其中基于所述用户输入致动器的位置，相对于所述第三体积渲染的不透明度设置所述第二体积渲染的不透明度，并且将具有所述第一不透明度值的所述第二体积渲染重叠到具有所述第二不透明度值的所述第三体积渲染上，以形成所述第一体积渲染。
示例18：根据示例13-17任一项所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括将所述第一传输函数的参数调节为第一参数值，以更接近地近似于所述第二传输函数，并且基于所述第一传输函数，以所述第一参数值生成所述第一体积渲染。
示例19：根据示例13-18任一项所述的方法，还包括接收指示所述用户输入致动器的移动的第二用户输入，在所述用户输入致动器移动后确定所述用户输入致动器的第二位置，基于所述用户输入致动器的所述第二位置生成第二体积渲染，并且在所述显示器上显示所述第二体积渲染。
示例20：根据示例13-19任一项所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括：将所述第二传输函数的参数调节为第一参数值，以更接近地近似于所述第一传输函数，并且基于所述第二传输函数，以所述第一参数值生成所述第一体积渲染。
示例21：根据示例13-20任一项所述的方法，其中所述用户输入致动器也可在第四范围上移动，并且进一步包括当所述用户输入致动器位于所述第四范围内时基于第三传输函数生成所述第一体积渲染。
示例22：根据示例13-21任一项所述的方法，其中接收用户输入包括在显示所述第一体积渲染的同时经由所述用户输入致动器接收用户输入。
因而，本发明提供一种允许用户基于两个传输函数的合成易于生成体积渲染的可视化系统，等等。在下文权利要求中提出本发明的各种特征和优点。

Claims (22)

1.一种用于显示体积渲染的可视化系统，所述系统包括
显示器；
可在第一范围、第二范围和第三范围上移动的用户输入致动器，所述第二范围位于所述第一范围和所述第三范围之间；和
耦合至所述用户输入致动器和所述显示器的处理器，所述处理器被配置成：
在所述用户输入致动器位于所述第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染，
在所述用户输入致动器位于所述第三范围内时根据第二传输函数生成所述第一体积渲染，所述第二传输函数与所述第一传输函数不同，
在所述用户输入致动器位于所述第二范围内时根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染，并且在所述显示器上显示所述第一体积渲染。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示器包括图形用户界面，其中所述用户输入致动器包括在所述图形用户界面上显示的虚拟线性致动器，并且其中所述处理器还被配置成：
接收包括所述虚拟线性致动器的线性平移的用户输入；
基于所述线性平移确定所述虚拟线性致动器的位置；并且
基于所述虚拟线性致动器的所述确定的位置确定所述用户输入致动器是否位于所述第一范围、所述第二范围或者所述第三范围内。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户输入致动器包括用户输入装置，并且其中所述处理器被配置成接收包括与所述用户输入装置的物理用户互动的用户输入。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二范围包括第一位置和第二位置，并且其中所述处理器被配置成：
确定所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置；并且
基于所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置调节所述第一和第二传输函数的合成度。
5.根据权利要求4所述的系统，其中当所述用户输入致动器被定位为更靠近所述第一范围但是处于所述第二范围内时，主要基于所述第一传输函数生成所述第一体积渲染。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：
根据所述第一传输函数生成第二体积渲染；
根据所述第二传输函数生成第三体积渲染；
将所述第二体积渲染的不透明度设置为第一值并且将所述第三体积渲染的不透明度设置为第二值，其中基于所述用户输入致动器的位置，相对于所述第三体积渲染的不透明度设置所述第二体积渲染的不透明度；并且
将具有所述第一不透明度值的所述第二体积渲染重叠到具有所述第二不透明度值的所述第三体积渲染上，以形成所述第一体积渲染。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：将所述第一传输函数的多个参数调节为第一多个参数值，每个参数值都相应于所述多个参数中的一个，从而更接近地近似于根据所述第二传输函数生成的体积渲染，其中根据所述第一传输函数，以所述第一多个参数值生成所述第一体积渲染。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成：
接收指示所述用户输入致动器的移动的用户输入；
确定所述用户输入致动器移动后的所述用户输入致动器的位置；
基于所述用户输入致动器的位置生成第二体积渲染；并且
在所述显示器上显示所述第二体积渲染。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成通过如下步骤而根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染：将所述第二传输函数的多个参数调节为第一多个参数值，每个参数值都相应于所述多个参数中的一个，从而更接近地近似于根据所述第一传输函数生成的体积渲染，其中基于所述第二传输函数，以所述第一多个参数值生成所述第一体积渲染。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户输入致动器进一步可在第四范围上移动，并且其中所述处理器还被配置成在所述用户输入致动器位于所述第四范围内时根据第三传输函数生成所述第一体积渲染。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成在显示所述第一体积渲染的同时通过所述用户输入致动器接收用户输入，所述用户输入包括所述用户输入致动器的移动。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二范围比所述第一范围和所述第三范围每个都大。
13.一种显示体积渲染的方法，包括：
通过用户输入致动器而接收用户输入，所述用户输入致动器可在第一范围、第二范围和第三范围上移动，所述第二范围位于所述第一范围和所述第二范围之间；
响应于所述用户输入确定所述用户输入致动器的位置；
在所述用户输入致动器位于所述第一范围内时根据第一传输函数生成第一体积渲染；
在所述用户输入致动器位于所述第三范围内时根据第二传输函数生成所述第一体积渲染；
当所述用户输入致动器位于所述第二范围内时根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染；并且
在显示器上显示所述第一体积渲染。
14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述用户输入致动器的位置包括确定所述用户输入致动器是否位于所述用户输入致动器的所述第二范围的第一或者第二位置中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括确定所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置，和基于所述用户输入致动器在所述第二范围内的位置而调节合成度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中调节所述合成度包括在所述用户输入致动器被定位为更靠近所述第一范围但是处于所述第二范围内时主要基于所述第一传输函数生成所述第一体积渲染。
17.根据权利要求15所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括：
根据所述第一传输函数生成第二体积渲染；
根据所述第二传输函数生成第三体积渲染；
将所述第二体积渲染的不透明度设置为第一值并且将所述第三体积渲染的不透明度设置为第二值，其中基于所述用户输入致动器的位置，相对于所述第三体积渲染的不透明度设置所述第二体积渲染的不透明度；并且
将具有所述第一不透明度值的所述第二体积渲染重叠到具有所述第二不透明度值的所述第三体积渲染上，以形成所述第一体积渲染。
18.根据权利要求13所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括将所述第一传输函数的参数调节为第一参数值，以更接近地近似于所述第二传输函数，并且基于所述第一传输函数，以所述第一参数值生成所述第一体积渲染。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括：
接收指示所述用户输入致动器的移动的第二用户输入；
在所述用户输入致动器移动后确定所述用户输入致动器的第二位置；
基于所述用户输入致动器的所述第二位置生成第二体积渲染；并且
在所述显示器上显示所述第二体积渲染。
20.根据权利要求13所述的方法，其中根据所述第一传输函数和所述第二传输函数的合成生成所述第一体积渲染包括将所述第二传输函数的参数调节为第一参数值，以更接近地近似于所述第一传输函数，并且基于所述第二传输函数，以所述第一参数值生成所述第一体积渲染。
21.根据权利要求13所述的方法，其中所述用户输入致动器也可在第四范围上移动，并且进一步包括当所述用户输入致动器位于所述第四范围内时基于第三传输函数生成所述第一体积渲染。
22.根据权利要求13所述的方法，其中接收用户输入包括在显示所述第一体积渲染的同时经由所述用户输入致动器接收用户输入。
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