CN110753954A - 用于组合彩色3d图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于使通过穿透辐射执行三维扫描而获得的数据可视化的系统和方法。原始密度阵列由扫描形成，每一个原始密度阵列都是三维阵列。处理的密度阵列通过一个或多个操作形成，例如取两个原始密度阵列之间的差值，旋转已处理的密度阵列，将已处理的密度阵列乘以front‑lighting阵列，并将已处理的密度阵列投影到平面上以形成图像，所述投影包括对一组矢量中的每一个计算多个统计量中的一个或多个，其中所述矢量中的每一个都与图像的像素相对应，所述多个统计量包括矢量平均值、矢量最大值和矢量标准偏差。

Description

用于组合彩色3D图像的系统和方法

技术领域

根据本发明的实施例的一个或多个方面涉及成像，并且更具体地,涉及显示呈现对象的内部结构的图像。

背景技术

计算机轴向断层扫描(CAT)扫描是一种诊断过程，该诊断过程可以用于获取与诸如患者的对象的内部结构有关的信息。CAT扫描可以用于检测癌症的指征。由于器官在体内的位置和周围组织的均质性，某些器官(例如，胰腺)中的癌症可能难以通过CAT扫描检测出来。这些特征可能会降低CAT扫描图像中可感知的细节。

因此，需要一种用于处理来自CAT扫描的数据的改进的系统和方法。

发明内容

本发明实施例的各方面涉及一种用于使例如通过穿透辐射执行一个或多个三维扫描获得的数据可视化的系统和方法。由扫描形成原始密度阵列，每个原始密度阵列都是三维阵列。通过一个或多个操作形成已处理的密度阵列，例如取两个原始密度阵列之间的差值、旋转已处理的密度阵列、将已处理的密度阵列乘以front-lighting阵列、和将已处理的密度阵列投影到平面上以形成图像，所述投影包括对一组矢量中的每一个计算多个统计量中的一个或多个，其中所述矢量中的每一个都与图像的像素相对应，多个统计量包括矢量平均值、矢量最大值和矢量标准偏差。

根据本发明的实施例，提供了一种用于使扫描数据可视化的方法，所述方法包括以下步骤：由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，第一处理密度阵列和原始密度阵列中的每一个都是具有多个阵列元素的三维阵列，每个原始密度阵列的每个元素表示对象的被扫描部分的密度；将第一处理密度阵列投影到平面上以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：形成每个像素的矢量，所述矢量与第一处理密度阵列的多个阵列元素中的沿着垂直于平面并通过像素位置的线的阵列元素相对应；计算每个矢量的多个统计量；和计算每个矢量的第一像素值，作为多个统计量的统计量加权和；和显示包括多个像素的图像，每个像素都具有与对应的第一像素值相等的第一值。

在一个实施例中，多个统计量包括从由矢量平均值、矢量最大值和矢量标准差组成的组中选择的两个统计量，其中所述方法还包括以下步骤：由多个原始密度阵列形成第二处理密度阵列；将第二处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第二像素值；由多个原始密度阵列形成第三处理密度阵列；和将第三处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第三像素值，其中所述显示图像包括显示图像的每个像素，其中第一颜色强度与对应的第一像素值成比例，第二颜色强度与对应的第二像素值成比例，以及第三颜色强度与对应的第三像素值成比例。

在一个实施例中，所述由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列的步骤包括：从多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去多个原始密度阵列的第一原始密度阵列；所述由多个原始密度阵列形成第二处理密度阵列的步骤包括：从多个原始密度阵列的第三原始密度阵列中减去第一原始密度阵列；和所述由多个原始密度阵列形成第三处理密度阵列的步骤包括：从多个原始密度阵列的第四原始密度阵列中减去第一原始密度阵列。

在一个实施例中，第一原始密度阵列是在将造影剂引入到对象中之前执行的扫描的结果，第二原始密度阵列是在将造影剂引入到对象之后在第一时间间隔执行的扫描的结果，第三原始密度阵列是在将造影剂引入到对象中之后在第二时间间隔执行的扫描的结果，第四原始密度阵列是在将造影剂引入到对象中之后在第三时间间隔执行的扫描的结果，并且第二时间间隔比第一时间间隔长，而第三时间间隔比第二时间间隔长。

在一个实施例中，所述由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列的步骤包括：从多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去多个原始密度阵列的第一原始密度阵列，以形成第三处理密度阵列；和使第三处理密度阵列绕着平行于第一原始密度阵列的三个维度中的一个的轴线旋转通过第一角度，以形成第四处理密度阵列。

在一个实施例中，所述轴线平行于所述平面。

在一个实施例中，第三处理密度阵列包括多个二维切片，每个切片是垂直于轴线的二维阵列，并且其中所述第三处理密度阵列的旋转包括使每个切片旋转通过第一角度以形成第四处理密度阵列的对应切片。

在一个实施例中，所述第三处理密度阵列的切片的旋转包括从第三处理密度阵列的切片的多个元素内插第四处理密度阵列的对应切片的元素的值。

在一个实施例中，所述内插包括使用双线性内插方法。

在一个实施例中，每个矢量是第一处理密度阵列的一维子阵列，所述平面垂直于阵列的三个维度中的第一维度，并且一维子阵列沿着第一维度。

在一个实施例中，所述第一处理密度阵列的形成包括：通过从第二原始密度阵列中减去第一原始密度阵列形成第三处理密度阵列，第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于平面的二维阵列，并且每个切片逐个元素地乘以与切片具有相同维度的front-lighting阵列，在沿着垂直于平面的线更接近与第三处理密度阵列分开的虚拟观察点的front-lighting阵列的第一阵列元素的值小于front-lighting阵列的更远离虚拟观察点的第二阵列元素的值。

在一个实施例中，在front-lighting阵列的元素的连续子集内，front-lighting阵列的每个元素都具有与该元素的第一坐标的平方成比例的值，第一坐标为在垂直于平面的方向上的坐标。

在一个实施例中，在front-lighting阵列的元素的第一连续子集内，front-lighting阵列的每个元素都具有与该元素的第一坐标的四次方成比例的值，第一坐标为在垂直于平面的方向上的坐标。

在一个实施例中，所述方法包括front-lighting阵列的元素的第一连续子集，具有超过阈值的第一坐标的front-lighting阵列的每个元素都具有为零的值。

根据本发明的实施例，提供了一种用于生成对象内部的视图的系统，所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于通过穿透辐射扫描对象并测量通过对象的穿透辐射的透射；处理电路；和显示器，所述处理电路被配置为：由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，第一处理密度阵列和原始密度阵列中的每一个都是包括多个阵列元素的三维阵列，每个原始密度阵列中的每个元素表示被扫描对象的密度；将第一处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：形成每个像素的矢量，所述矢量与第一处理密度阵列的多个阵列元素中的沿着垂直于所述平面并穿过所述像素位置的线的阵列元素相对应；计算每个矢量的多个统计量；和计算每个矢量的第一像素值，作为多个统计量的统计量加权和；以及显示包括多个像素的图像，每个像素都具有与对应的第一像素值相等的第一值。

在一个实施例中，多个统计量包括从由矢量平均值、矢量最大值和矢量标准偏差所组成的组中选择的两个统计量，以及其中，所述由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列包括：从多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去多个原始密度阵列的第一原始密度阵列，以形成第三处理密度阵列；和使第三处理密度阵列绕着平行于第一原始密度阵列的三个维度中的一个的轴线旋转通过第一角度，以形成第四处理密度阵列。

在一个实施例中，第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述轴线的二维阵列，并且其中所述第三处理密度阵列的旋转包括使每个切片旋转通过第一角度，以形成第四处理密度阵列的对应切片。

在一个实施例中，所述第一处理密度阵列的形成包括：通过从第二原始密度阵列中减去第一原始密度阵列来形成第三处理密度阵列，第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述平面的二维阵列，和将每个切片逐个元素地乘以具有与切片相同维度的front-lighting阵列，front-lighting阵列的第一阵列元素在沿着垂直于所述平面的线更接近与第三处理密度阵列分开的虚拟观察点处的值小于front-lighting阵列的更远离虚拟观察点的第二阵列元素的值。

在一个实施例中，在front-lighting阵列的元素的连续子集内，front-lighting阵列的每个元素都具有与所述元素的第一坐标的平方成比例的值，第一坐标为在垂直于所述平面的方向上的坐标。

根据本发明的实施例，提供了一种用于生成对象内部的视图的系统，所述系统包括：处理电路；和显示器，所述处理电路被配置为：由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，第一处理密度阵列和原始密度阵列中的每一个都是包括多个阵列元素的三维阵列，每个原始密度阵列中的每个元素都表示被扫描对象的密度；将第一处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：形成每个像素的矢量，所述矢量与第一处理密度阵列的多个阵列元素中的沿着垂直于所述平面并穿过所述像素位置的线的阵列元素相对应；计算每个矢量的多个统计量；和计算每个矢量的第一像素值，作为多个统计量的统计量加权和；和显示包括多个像素的图像，每个像素都具有等于对应的第一像素值的第一值。

附图说明

结合附图说明特征、方面和实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的用于生成对象内部的图像的系统；以及

图2是根据本发明实施例的用于生成对象内部的图像的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细说明作为根据本发明提供的用于显示三维成像数据的系统和方法的示例性实施例的说明，且并不旨在表现其中可以构造或利用本发明的唯一形式。所述说明结合所示的实施例阐述了本发明的特征。然而，应当理解的是相同或等同的功能和结构可以通过不同的实施例来实现，这些不同的实施例也旨在被包含在本发明的精神和保护范围内。如本文其它地方所表示的，相同的附图标记旨在表示相同的元件或特征。

计算机轴向断层扫描(CAT)扫描是这样的过程：其中通过来自辐射源的穿透(例如，X射线)辐射从多个方向照亮对象(例如，患者)，并且通过检测器形成不同情况下发射的辐射的原始扫描图像，以形成多个原始扫描图像，每个原始扫描图像可以被表示为二维阵列。在不同种类的物质中，辐射可能会以不同的速率衰减；因此，每个图像中的每个点可以根据辐射从辐射源移动到检测器所沿的路径上的物质的成分的衰减率与发射的辐射强度相对应。可以由原始扫描图像的组合形成对象的“密度”的三维模型，其中本文关于CAT扫描所使用的“密度”是指穿透辐射的局部衰减率。尽管在本发明中在人类患者的CAT扫描的背景下讨论了示例，但是本发明不限于此，而是在一些实施例中，其它种类的扫描也提供三维密度数据，例如磁共振成像扫描或者正电子发射断层扫描，或者人类患者以外的其他对象的扫描可以以类似的方式进行。在其它实施例中，例如，使用另一种扫描方法，所述方法生成空间上以三维表示亚体素水平的扫描，并且其中扫描中的数值之间存在差异，从而使它们进行三色显示。在其它类型的扫描的情况下，可以相应地定义密度；在正电子发射断层扫描的情况下，例如，密度可以是因β+(beta plus)发射而衰减的核密度。本文所使用的术语“对象”包括可以被扫描的任何事物，并且包括但不限于人类患者、动物、植物、无生命对象及其组合。

当被成像的对象是人类患者(或其他活体)时，可以使用造影剂(例如，注入到患者体内或由患者摄取)以选择性地改变一些组织的密度。造影剂可以例如包括相对不透明(即，对于穿透辐射相对不透明)的物质。因此，包含造影剂的组织的密度可以增加，并且可以根据组织中造影剂的浓度增加到一定程度。图1示出了根据一个实施例的用于执行扫描和处理以及显示结果的系统的方框图。所述系统包括扫描仪110、处理电路115(在下面进一步详细说明)、用于以影像的形式显示图像或图像序列的显示器120、以及一个或多个输入装置125，例如操作员(例如，放射科医生)可以用于操作系统以及设置影响待显示图像的处理的参数的键盘或鼠标。应当注意处理电路115、显示器120和输入装置125可以是整体系统的一部分，或者可以是具有处理电路115的分布式系统，例如，处理电路115是单独的且可通信地连接到显示器120和输入装置125。在一些实施例中，服务器存储图像，并且客户端调用图像，其中在服务器或客户端上或在两者上执行图像处理。

可以执行多个扫描，并且一起进行分析。例如，可以在注射造影剂之前执行第一扫描，并且随着造影剂浓度的改变，可以在注射造影剂之后在不同时间(例如，以规则的间隔)执行几次后续扫描。造影剂浓度初始增加时的比率、达到的峰值浓度、以及造影剂浓度随后减少时的比率都可以取决于组织的类型。

在一些实施例中，可以使用不同的方法由CAT扫描数据生成图像，以在CAT扫描的使用中作为诊断工具进行辅助。可以使用图2中所示的下面进一步详细说明的一系列步骤或“动作”，例如，以从一组四个扫描中形成彩色影像。在一些实施例中，使用多于或少于四个的扫描。在一些实施例中，在动作205中，包含三维扫描数据的阵列可以(从扫描仪110通过处理电路115的将原始扫描图像转换成原始密度阵列的部分、或者通过在处理电路115中执行的过程(执行该转换))被接收，在动作210中被减去以形成差值，并且在动作215中被过滤(在可选地加上偏差之后)并被裁剪。然后，结果可以在动作220中被旋转，在动作225中受到前照明处理，并在动作230中投影到平面上。在动作235中，可以将几个这样的投影(例如，三个投影)组合以形成彩色图像(具有例如与彩色图像的红色、绿色和蓝色分量相对应的三个投影)。可以通过重复动作220–230形成一系列彩色图像(每个图像都被旋转到例如稍微不同的角度)，然后在动作240中将它们组合成影像(例如，显示扫描对象旋转的影像)。可以在动作245中将影像显示给操作员。动作205-240可以由处理电路115执行。

列表1中列出的代码显示了MATLAB^TM代码，所述代码用于生成可以被作为影像观察的一系列图像。列表1的代码接收多个CAT扫描数据文件作为输入。在variable a3中，文件sample_patient_1_a3_no_filt.mat、sample_patient_2_a3_no_filt.mat、sample_patient_3_a3_no_filt.mat和sample_patient_4_a3_no_filt.mat中的每一个都定义了三维阵列，在此称作“原始密度阵列”(例如，第一原始密度阵列、第二原始密度阵列、第三原始密度阵列和第四原始密度阵列)。每个原始密度阵列中的每个元素表示患者体内与该元素的坐标相对应的物理位置处的小体积或“体素”的组织密度。

可以使用例如去卷积过程从(二维)原始扫描图像生成这些(三维)原始密度阵列(然后在动作205中被接收)，以推断正在被扫描的对象(例如，患者)的三维密度。第一文件可以包括来自在将造影剂注射到患者之前执行的扫描的数据，并且其余三个文件可以包括来自在将造影剂注射到患者之后每隔2分钟执行的扫描的数据。然而，应当理解，不需要使用造影剂和/或可以使用其它定时间隔或图像数量。例如，可以使用下面进一步详细说明的方法，通过单次扫描来形成单色投影和单色影像。列表1的第34-41行具有读取四个数据文件并将相应的三维阵列分别复制到四个相应的变量scan1、scan2、scan3和scan4中的作用。在列表1的第43-45行中，从其它三个扫描中的每个扫描中减去(例如，逐个元素相减)(不使用造影剂进行的)第一次扫描，以分别在变量scan21、scan31和scan41中形成三个密度阵列或“处理后的”密度阵列。本文所使用的“处理的密度阵列”是由一个或多个原始密度阵列直接或间接形成的任何三维密度阵列，并用于将投影形成到图像上，或者通过另外的处理形成另一个处理的密度阵列。由处理原始密度阵列或其它处理的密度阵列(通过一个或多个处理步骤，其中一些可以是可选的)而产生的处理过的密度阵列可以被称为第一处理密度阵列、第二处理密度阵列、第三处理密度阵列、第四处理密度阵列、第五处理密度阵列、第六处理密度阵列以及类似密度阵列，以将所述密度阵列彼此区分开。

如上所述，每个密度阵列的每个体素可以与对象中(例如，患者中)的物理地点相对应。该地点的位置可以通过具有X轴、Y轴和Z轴的三维(例如，笛卡尔)坐标系中的坐标来标识。因此，每个体素可以具有X坐标、Y坐标和Z坐标，所述坐标可以根据其相对于坐标系原点(可以在患者体内的某处)的位置(例如，以厘米或毫米为单位)来规定。密度阵列的每个元素都可以由三个整数的元组(或三元组)指出，并且每个元素还可以通过其对应的体素的坐标来标识(为简便起见，可以将所述坐标称为阵列元素的坐标)。三元组可以被写成(x，y，z)，并且可以包括范围在1与Nx之间的x指数，范围从1到Ny的y指数和范围从1到Nz的z指数，其中Nx、Ny、Nz是在列表1的第64行被定义的整数，规定了原始密度阵列的大小。

在列表1的第50-52行中，三个差值scan 21、scan 31和scan 41中的每一个都由三维中值滤波器进行过滤。滤波器输出的每个体素可以是滤波器输入中相应体素周围的m xm x m邻域的中值，变量“NMED”包含标量m。应该注意的是，列表1的函数medfilt3()不是内置于MATLAB^TM的同名函数，而是另一个具有相似作用的函数(但接收的是NMED的标量值，而不是矢量)。三个滤波器输出分配给各自的颜色(其中变量red对应于红色，变量grn对应于绿色，变量blu对应于蓝色)，以显示在列表1的后续部分中。

在第55-57行中，将分配颜色的滤波器输出的值小于0的元素四舍五入(或“裁剪”)为零，在第60-62行中，将三个新的阵列初始化(为单精度数字，以提高处理速度并避免过多的内存使用)。在过滤和颜色分配步骤期间，可以使用偏差(可变偏差)来调整造影；通过在裁剪操作之前添加负偏差，例如，可以将较低的强度值设置为零，从而提高造影。列表1中的偏差被设置为-1050；在一些实施例中，所述偏差是由操作者例如使用输入装置125来设置，或者所述偏差可以基于所使用的造影剂或者正在被成像的身体部位。

例如，可以将人类患者的纵轴线(即，身高轴线)定义为Z轴，将前后轴线定义为X轴，并将左右轴线定义为Y轴。然后可以将图像序列形成为以可变量旋转的三维阵列的到平面上的投影序列。每个投影都可以近似于：如果患者部分透明，则位于患者的“虚拟观察点”处的、距离沿着垂直于所述平面的线(“模拟观察方向”)的一定距离的“虚拟观察器”是可见的，使得患者的内部器官可见。例如，表示组织密度的阵列可以绕着Z轴旋转并被投影到Y-Z平面上以生成图像序列，如果患者部分透明，并且如果患者站在旋转平台上的虚拟观察器前面，其中虚拟观察器从沿X轴的模拟观察方向观察患者，则所述图像序列与虚拟观察器可能看到的图像序列相对应。在其它实施例中，三维阵列的旋转轴线可以是X轴或Y轴而不是Z轴，并且模拟方向可以沿着Y轴或Z轴。

在列表1中，常量ROTXY、ROTXZ和ROTYZ用于确定：(i)表示组织密度的阵列旋转所围绕的轴线和(ii)虚拟观察器的观察方向的不同组合。在一些实施例中，模拟的观察方向被选择为垂直于旋转轴线(即，被处理的密度矩阵投影到其上的平面被选择为平行于旋转轴线)，使得一些器官随着密度阵列旋转在其它器官的前面或后面通过。为了便于计算，所述平面可以被选择为垂直于系统的轴线中的一个(以及所处理的密度阵列的尺寸中的一个)。在这种情况下，投影可以每次对处理过的密度阵列的一个矢量进行操作，每个矢量为垂直于平面的一维子阵列。在其它实施例中，所述平面具有任意角度，使得垂直于该平面并穿过像素位置的每条线都不会与处理后的密度阵列的三个维度中的任何一个对准；在这种情况下，在对所述线穿过的像素进行投影之前，可以使用内插法沿着每条这样的线形成密度值的矢量。

在每个投影中，可以使用加权来增强特定特征(例如，特定器官、或异常(例如，肿瘤))的可见性。例如，可以增强虚拟观察器附近的特征，以及可以抑制距离较远的特征，使得从前面观察例如具有较高密度但距离虚拟观察器较远的脊椎时不需要遮掩更靠近虚拟观察器的器官。

列表1的第70-72行对应于这样一种情况，其中表示组织密度的阵列绕着Z轴旋转并被投影到Y-Z平面上。当旋转轴线为Z轴且模拟观察方向沿着X轴时，变量front_lighting中的加权阵列可以用于强调对象中更靠近虚拟观察器的部分。例如，线71和72在X-Y平面中形成二维阵列(即，具有与X方向相关联的第一坐标和与Y方向相关联的第二坐标)，所述二维阵列在X指数值的范围内随X指数的第四次升幂变化(所述范围不包括在X方向上的前120个元素和后50个元素)，并且在其它位置为零(即，在X方向上的前120个元素和后50个元素为零)。以这种方式，例如，如果从前面看时脊椎完全落在距离虚拟观察器最远的50个元素之内，则在将旋转的三维阵列乘以front_lighting阵列后，可以将脊椎从投影中完全消除。类似地，患者肋骨的还可以具有高密度和相应高的遮盖内部器官的能力的部分可以定位在最靠近虚拟观察器的120个元素内，并且也可以通过使用71和72行的front-lighting阵列来消除。其它类似的front-lighting阵列(二次方变化而不是四次方)被形成为沿Z方向观察，绕着Y轴旋转(在67行中)或者绕着X轴旋转(在第69行中)。在列表1中，平方加权用于ROTXZ和ROTYZ情况，而四次方加权用于ROTXY情况；在其他实施例中，可以与旋转轴线和模拟观察方向的任意组合一起使用任一种加权(或其他类型的加权，例如三次方加权)。

第87–169行定义一个循环(在此称为“角度循环”)，所述循环为每次迭代生成所述图像序列中的图像，每个图像针对处理后的密度阵列的不同旋转角度(并模拟通过患者的不同观察方向)。角度范围和角度增量在第75–80行中被定义。

在每个角度下，三个处理过的密度阵列(对应于红色、绿色和蓝色)中的每一个都在从第89行延伸到第123行的for循环(此处称为“切片循环”)中一次处理一个切片，根据切片指数n指数化。每个切片是垂直于旋转轴线的二维阵列，指数n的一个值对应于沿旋转轴线的位置。例如，为了绕着Y轴旋转(第91–94行)，从处理过的密度阵列red_temp、grn_temp和blu_temp中的每一个提取与XZ平面平行的切片。

然后，在第106-108行上的对imrotate()的相应调用中，每个切片旋转当前角度。MATLAB^TM函数imrotate()使二维阵列旋转，所述阵列是所述函数的通过第二幅角中指定的角度的第一幅角，使用第三幅角中指定的插值方法并具有第四幅角规定的大小。在第106-108行的示例代码中规定双线性插值，值“crop”规定通过与通过如第一幅角的函数的阵列相同大小的函数返回的阵列。

在第110-122行中，由切片组装三个新的三维阵列，并应用front lighting来突出三维阵列中更靠近虚拟观察器的部分。front lighting通过每个旋转的切片乘以front_lighting阵列来实现，所述front_lighting阵列(如上所述)可以在虚拟观察者的方向上包含较大的值。如上所述，该阵列在某些元素中还可以包括零值，这可以具有设置到切片的零区域(例如，位于距观察者最远的体素条纹内的区域和/或在最靠近虚拟观察器的体素条纹内的区域)的效果。

在128–130行(对于平行于Z轴的观察方向，即，对于ROTXZ或ROTYZ)上或150–152行(对于平行于X轴的观察方向，即，对于ROTXZ)上形成三个“单色”阵列red_im、grn_im和blu_im。每个单色阵列的每个像素被设置为等于与观察方向平行并经过像素位置的体素矢量的达到三个统计量的加权和，所述三个统计量是矢量均值、矢量最大值和矢量标准偏差。例如，参照第128行，red_im阵列的坐标(27,52)处的像素(出于说明目的，坐标27和52在这里用作任意值)将被形成为坐标为(27，53，n)的体素矢量、指数n的范围为1到Nz的三个统计量的加权和(即，矢量均值、矢量最大值和矢量标准偏差)。该体素矢量平行于观察方向，并且垂直于三维red1阵列投影到其上以形成red_im单色阵列的平面。MATLAB^TM函数mean()计算阵列的平均值，所述阵列的平均值是阵列的沿其第二幅角的维度的第一幅角以返回具有比第一幅角的阵列少一维的维度的阵列。例如，对于三维阵列，沿着三维(例如，Z维度)的平均值是二维阵列，每个阵列的元素是三维阵列内平行于Z轴的对应矢量的平均值。类似地，MATLAB^TM函数max()和std()分别返回输入阵列内的矢量最大值的阵列或者输入阵列内的对应矢量的标准偏差(例如，样本标准偏差)的阵列。可以(例如，由系统设计者、由系统自动、或者由用户在操作期间通过适当的用户界面)选择权重c1、c2和c3，以增强对象的感兴趣的部分的可见性，并抑制不感兴趣的部分。例如，特定器官可以比其它组织更快地吸收造影剂，因此在注射造影剂之后的第一次扫描中，特定器官可以具有明显高于其他组织的密度。对于通过器官的矢量，这可能会导致大的标准偏差值，并且如果在投影中对标准偏差进行了大量地加权(即，如果将c3设置为相对较高)，则器官可以在每个投影中显示成明亮区域，其颜色与注入造影剂后的第一次扫描相对应。

第132–140和144–147行是用于诊断的代码行(对列表1的代码进行其它更改时)，并且对列表1的代码的执行没有影响。

在第157-159行中，形成包括多个像素的彩色图像，每个像素都具有第一像素值(例如，红色强度)、第二像素值(例如，绿色强度)和第三像素值(例如，蓝色强度)。彩色图像被组合在三维阵列col_im中，其前两个维度对应于像素坐标，而最后一个维度(取值为1、2或3)对应于三种颜色(例如，分别为红色、绿色和蓝色)。col_im的三个颜色分量是三个“单色”阵列red_im、grn_im和blu_im。

列表1的第161–167行将当前的彩色图像作为一帧添加到影像中，所述影像在播放时将显示通过角度环生成的图像序列，因此所述影像将显示扫描的对象围绕旋转轴线旋转。名为gain的变量调节图像(和影像)的亮度。该变量在第11行中设置；在其它实施例中，所述变量由操作员例如使用输入装置125来设置。

这里使用的术语“处理电路”包括用于处理数据或数字信号的硬件、固件和软件的任何组合。处理电路硬件可以包括例如应用型专用集成电路(ASIC)、通用或专用中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)以及诸如现场可编程门阵列(FPGA)的可编程逻辑装置。在本文所使用的处理电路中，每个功能由配置为(即，硬连线)执行该功能的硬件执行、或者由更通用的硬件(例如，CPU)执行，所述通用硬件被配置为执行存储在非暂时性存储介质中的指令。处理电路可以被制造在单个印刷线路板(PWB)上或分布在几个互连的PWB上。处理电路可以包含其它处理电路；例如，处理电路可以包括在PWB上互连的两个处理电路，FPGA和CPU。处理电路可以包括多个处理单元，所述多个处理单元在地理上分开并且例如通过诸如互联网的网络连接。

可以理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述不同的元件、部件、区域、阵列和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、阵列或部分。因此，例如，下述的第一元件、第一部件、第一区域、第一阵列或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二阵列或第二部分，而不会背离本发明构思的精神和保护范围。

尽管本文已经具体说明和示出了用于显示三维成像数据的系统和方法的有限实施例，但是对于本领域技术人员来说，不同的修改和变化将是显而易见的。因此，应当理解，除了本文具体描述的以外，还可以包括根据本发明原理采用的用于显示三维成像数据的系统和方法。本发明也由以下权利要求及其等效形式限定。

Claims (20)

1.一种用于可视化扫描数据的方法，所述方法包括以下步骤：

由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，所述第一处理密度阵列和所述原始密度阵列中的每一个都是具有多个阵列元素的三维阵列，所述原始密度阵列中的每一个的每个元素都表示对象的被扫描部分的密度；

将所述第一处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：

形成每个像素的矢量，所述矢量与所述第一处理密度阵列的所述多个阵列元素中的沿着垂直于所述平面并通过所述像素位置的线的阵列元素相对应；

计算每个矢量的多个统计量；和

计算每个矢量的所述第一像素值，作为所述多个统计量的统计量加权和；和

显示包括多个像素的图像，每个像素都具有与对应的第一像素值相等的第一值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个统计量包括从由矢量平均值、矢量最大值和矢量标准偏差组成的组中选择的两个统计量，

其中，所述方法还包括以下步骤：

由所述多个原始密度阵列形成第二处理密度阵列；

将所述第二处理密度阵列投影到所述平面上，以在所述多个像素位置处形成多个第二像素值；

由所述多个原始密度阵列形成第三处理密度阵列；和

将所述第三处理密度阵列投影到所述平面上，以在所述多个像素位置处形成多个第三像素值，

其中所述显示所述图像的步骤包括以与所述对应的第一像素值成比例的第一颜色强度、与所述对应的第二像素值成比例的第二颜色强度以及与所述对应的第三像素值成比例的第三颜色强度显示所述图像的每个像素。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述由所述多个原始密度阵列形成所述第一处理密度阵列的步骤包括从所述多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去所述多个原始密度阵列的第一原始密度阵列；

所述由所述多个原始密度阵列形成所述第二处理密度阵列的步骤包括从所述多个原始密度阵列的第三原始密度阵列中减去所述第一原始密度阵列；和

所述由所述多个原始密度阵列形成所述第三处理密度阵列的步骤包括从所述多个原始密度阵列的第四原始密度阵列中减去所述第一原始密度阵列。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述第一原始密度阵列是在将造影剂引入对象中之前执行的扫描的结果；

所述第二原始密度阵列是在将造影剂引入对象中之后在第一时间间隔执行的扫描的结果；

所述第三原始密度阵列是在将造影剂引入对象中之后在第二时间间隔执行的扫描的结果；

所述第四原始密度阵列是在将造影剂引入对象中之后在第三时间间隔执行的扫描的结果；以及

所述第二时间间隔长于所述第一时间间隔，而所述第三时间间隔长于所述第二时间间隔。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述由所述多个原始密度阵列形成所述第一处理密度阵列的步骤包括：

从所述多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去所述多个原始密度阵列的第一原始密度阵列，以形成第三处理密度阵列；和

使所述第三处理密度阵列绕着平行于所述第一原始密度阵列的三个维度中的一个的轴线旋转通过第一角度，以形成第四处理密度阵列。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述轴线平行于所述平面。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述轴线的二维阵列，并且其中所述第三处理密度阵列的旋转包括使所述切片中的每一个旋转通过所述第一角度以形成所述第四处理密度阵列的对应切片。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三处理密度阵列的切片的旋转包括从所述第三处理密度阵列的切片的多个元素内插所述第四处理密度阵列的对应切片的元素的值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述内插包括使用双线性内插方法。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，每个矢量都是所述第一处理密度阵列的一维子阵列，所述平面垂直于所述阵列的三个维度中的第一维度，并且所述一维子阵列沿着所述第一维度。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成所述第一处理密度阵列的步骤包括：

通过从第二原始密度阵列中减去第一原始密度阵列形成第三处理密度阵列，所述第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述平面的二维阵列；和

将每个切片逐个元素地乘以具有与所述切片相同维度的front-lighting阵列，所述front-lighting阵列的第一阵列元素在沿着垂直于所述平面的线更接近与所述第三处理密度阵列分开的虚拟观察点处的值小于所述front-lighting阵列的更远离所述虚拟观察点的第二阵列元素的值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述front-lighting阵列的元素的连续子集内，所述front-lighting阵列的所述元素中的每一个都具有与所述元素的第一坐标的平方成比例的值，所述第一坐标为在垂直于所述平面的方向上的坐标。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，在所述front-lighting阵列的元素的第一连续子集内，所述front-lighting阵列的所述元素中的每一个都具有与所述元素的第一坐标的四次方成比例的值，所述第一坐标为在垂直于所述平面的方向上的坐标。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在包括所述front-lighting阵列的元素的所述第一连续子集的所述front-lighting阵列的元素的第二连续子集内，第一坐标超过阈值的所述front-lighting阵列的所述元素中的每一个都为零值。

15.一种用于生成对象内部的视图的系统，所述系统包括：

扫描仪，所述扫描仪用于通过穿透辐射扫描对象并测量通过对象的穿透辐射的透射；

处理电路；和

显示器，

所述处理电路被配置为：

由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，所述第一处理密度阵列和所述原始密度阵列中的每一个都是包括多个阵列元素的三维阵列，所述原始密度阵列中的每一个的每个元素表示被扫描对象的密度；

将所述第一处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：

形成每个像素的矢量，所述矢量与所述第一处理密度阵列的所述多个阵列元素中的沿着垂直于所述平面并穿过所述像素位置的线的阵列元素；

计算每个矢量的多个统计量；和

计算每个矢量的所述第一像素值，作为所述多个统计量的统计量加权和；和

显示包括多个像素的图像，每个像素都具有与对应的第一像素值相等的第一值。

16.根据权利要求15所述的系统，其中：

所述多个统计量包括从由矢量平均值、矢量最大值和矢量标准偏差组成的组中选择的两个统计量；以及

由所述多个原始密度阵列形成所述第一处理密度阵列包括：

从所述多个原始密度阵列的第二原始密度阵列中减去所述多个原始密度阵列的第一原始密度阵列，以形成第三处理密度阵列；和

使所述第三处理密度阵列绕着平行于所述第一原始密度阵列的三个维度中的一个的轴线旋转通过第一角度，以形成第四处理密度阵列。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述轴线的二维阵列，并且其中所述第三处理密度阵列的旋转包括使所述切片中的每一个旋转通过所述第一角度，以形成所述第四处理密度阵列的对应切片。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一处理密度阵列的形成包括：

通过从第二原始密度阵列中减去第一原始密度阵列来形成第三处理密度阵列，所述第三处理密度阵列由多个二维切片组成，每个切片都是垂直于所述平面的二维阵列；和

将每个切片逐个元素地乘以具有与切片相同维度的front-lighting阵列，所述front-lighting阵列的第一阵列元素在沿着垂直于所述平面的线更接近与所述第三处理密度阵列分开的虚拟观察点的值小于更远离所述虚拟观察点的所述front-lighting阵列的第二阵列元素的值。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，在所述front-lighting阵列的元素的连续子集内，所述front-lighting阵列的所述元素中的每一个都具有与所述元素的第一坐标的平方成比例的值，所述第一坐标为在垂直于所述平面的方向上的坐标。

20.一种用于生成对象内部的视图的系统，所述系统包括：

处理电路；和

显示器，

所述处理电路被配置为：

由多个原始密度阵列形成第一处理密度阵列，所述第一处理密度阵列和所述原始密度阵列中的每一个都是包括多个阵列元素的三维阵列，所述原始密度阵列中的每一个的每个元素都表示被扫描对象的密度；

将所述第一处理密度阵列投影到平面上，以在多个像素位置处形成多个第一像素值，所述投影包括：

形成每个像素的矢量，所述矢量与所述第一处理密度阵列的所述多个阵列元素中的沿着垂直于所述平面并通过所述像素位置的线的阵列元素相对应；

计算每个矢量的多个统计量；和

计算每个矢量的所述第一像素值，作为所述多个统计量的统计量加权和；和

显示包括多个像素的图像，每个像素都具有与对应的第一像素值相等的第一值。

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