CN110998667A - 利用交互式分割对体积图像数据的体积绘制 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对图像体积的图像数据的体积绘制的系统和方法。将分割模型应用到所述图像体积的所述图像数据，由此描绘所述图像体积的子体积。对所述子体积内部的所述图像数据进行体积绘制。提供用户接口，其使得用户能够通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节所述子体积：对所述子体积的推动动作和拉动动作。所述推动动作可以使所述子体积的部分向内拉动，而所述拉动动作可以使所述子体积的部分向外拉动。对所述子体积的所述体积绘制可以响应于用户对所述子体积的调节而更新。

Description

利用交互式分割对体积图像数据的体积绘制
技术领域
本发明涉及一种用于对体积图像数据的体积绘制的系统和计算机实现的方法。本发明还涉及一种包括所述系统的工作站和成像装置，并且涉及一种包括用于使处理器系统执行所述计算机实现的方法的指令的计算机可读介质。
背景技术
医学图像采集技术(诸如计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)等)可以采集患者的解剖区域的体积图像数据。此处，术语“体积图像数据”指代表示图像体积的图像数据。这样的体积图像数据可以提供患者的解剖区域或结构的三维(3D)视图，并且可以由此支持患者的医学诊断和处置。
体积图像数据可以以各种方式呈现给用户。例如，如果体积图像数据由图像切片的堆叠表示，则图像切片之一可以被选择用于显示。另一范例在于，倾斜切片可以使用多平面重新格式化技术而生成。
又一范例在于，体积绘制技术被用于生成体积图像数据的二维(2D)视图。若干体积绘制技术在本领域中是已知的，其可以通常涉及将不透明度值分配给图像数据并且使用不透明度值将图像数据投射到视平面上。体积绘制的输出通常是2D图像。
已知使用分割来描绘图像体积的子体积并且生成对子体积内部的图像数据的体积绘制。这可以允许特定解剖区域或结构被可视化。
由Sherbondy等人的题为“Fast Volume Segmentation With SimultaneousVisualization Using Programmable Graphics Hardware”的公开物描述了基于种子区随着基于强度和梯度值的合并准则并且随着使用非线性扩散缩放的梯度敏感度而生长的快速分割方法。使用的分割算法据称由于其计算速度以及与硬件加速的体积绘制器的协同而允许交互式可视化和控制。
还据称用户可以交互性地改变分割算法的参数并且再次运行分割算法。
EP2312534描述了一种允许体积绘制的范围使用三维感兴趣区域(3D-ROI)限制的设备。
如经由http://docs.mitk.org/2016.11/org_mitk_views_segmentation.html# org_mitk_gui_qt_segmentationUserManualOverview查阅的医学成像交互工具包(MITK)的分割插件的手册描述了允许创建对人体的医学图像中的解剖和病理结构的分割的分割插件。使用校正工具，小的校正变化可以具体地通过绘制线被应用于分割。
不利地，诸如由Sherbondy等人所描述的措施的已知措施不允许用户容易地调节被体积绘制的子体积。
发明内容
获得一种允许用户更容易地调节被体积绘制的子体积的系统和方法将是有利的。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于对示出一类型的解剖结构的图像体积的图像数据的体积绘制的系统，所述系统包括：
图像数据接口，其被配置为访问所述图像体积的所述图像数据；
用户输入接口，其被配置为从能由用户操作的用户输入设备接收用户输入数据；
显示输出接口，其被配置为向显示器提供显示数据以可视化所述系统的输出；
存储器，其包括表示指令集的指令数据；
处理器，其被配置为与所述图像数据接口、所述用户输入接口、所述显示输出接口以及所述存储器通信并且执行所述指令集，其中，所述指令集当由所述处理器执行时使所述处理器：
访问定义用于分割所述类型的解剖结构的分割模型的模型数据；
将所述分割模型应用到所述图像体积的所述图像数据，由此描绘所述图像体积的表示对所述图像体积中的所述解剖结构的分割的子体积；
生成所述显示数据以示出包括对所述子体积内部的图像数据到视平面上的体积绘制的视口；
使用所述用户输入接口和所述显示输出接口，建立用户接口，所述用户接口使得所述用户能够：
交互式地调节所述体积绘制的所述视平面的几何形状以建立用户选择的视平面；
通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节所述子体积：对所述子体积的推动动作和拉动动作，其中，所述推动动作使所述子体积的部分向内拉动，其中，所述拉动动作使所述子体积的所述部分向外拉动，并且其中，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的所述子体积的所述部分是由所述处理器基于所述用户选择的视平面的所述几何形状而选择的，
其中，对所述子体积的所述体积绘制响应于由所述用户对所述视平面或所述子体积的调节而在所述视口中更新。
本发明的另一方面提供了一种包括所述系统的工作站或成像装置。
本发明的另一方面提供了一种用于对示出一类型的解剖结构的图像体积的图像数据的体积绘制的计算机实现的方法，所述方法包括：
访问所述图像体积的所述图像数据；
访问定义用于分割所述类型的解剖结构的分割模型的模型数据；
将所述分割模型应用到所述图像体积的所述图像数据，由此描绘所述图像体积的表示对所述图像体积中的所述解剖结构的分割的子体积；
生成显示数据，所述显示数据示出包括对所述子体积内部的图像数据到视平面上的体积绘制的视口；
建立用户接口，所述用户接口使得所述用户能够：
交互式地调节所述体积绘制的所述视平面的几何形状以建立用户选择的视平面；
通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节所述子体积：对所述子体积的推动动作和拉动动作，其中，所述推动动作使所述子体积的部分向内拉动，并且其中，所述拉动动作使所述子体积的所述部分向外拉动，其中，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的所述子体积的所述部分是由所述处理器基于所述用户选择的视平面的所述几何形状而选择的；并且
响应于由所述用户对所述视平面或所述子体积的调节而在所述视口中更新对所述子体积的所述体积绘制。
本发明的另一方面提供一种计算机可读介质，包括表示被布置为使处理器系统执行所述计算机实现的方法的指令的瞬态或非瞬态数据。
以上措施提供被配置用于访问可以通过各种成像模态采集的体积图像数据的图像数据接口，各种成像模态包括但不限于CT和MRI、正电子发射断层摄影、SPECT扫描、超声波扫描术等。体积图像数据可以直接地格式化为图像体积(例如，体素的3D阵列)，而且不同地格式化又表示图像体积。后者的范例是2D图像(诸如图像切片)的集合，其一起表示所述图像体积。
以上措施还提供用于从能由所述用户操作的用户输入设备接收用户输入命令的用户输入接口。特别地，所述用户可以使用所述用户输入设备(例如，计算机鼠标、键盘或触摸屏)向所述系统提供输入命令并且控制所述系统的各种操作方面，诸如由所述系统建立的用户接口。此外，提供了可以在所述系统的使用期间连接到显示器以显示所述系统的视觉输出的显示输出接口。
提供了可由存储在存储器中的指令配置为将分割模型应用到所述图像数据的处理器。可以由模型数据定义的这样的分割模型可以被配置为对一类型的解剖区域或结构进行分割。有效地，所述处理器可以通过将所述分割模型应用到所述图像数据来执行对所述图像数据的基于模型的分割。出于该目的，存储在存储器中的指令可以定义适应技术。应注意到，该段落中所描述的功能本身从医学图像的基于模型的分割的领域已知。
通过将分割模型应用到所述图像数据，可以描绘通常对应于由所述分割模型表示的所述类型的解剖区域或结构的图像体积的子体积。例如，可以对胸腔的内部(包括心脏)进行分割。所述子体积内部的图像数据然后被体积绘制到视平面上(例如，使用任何适合的已知类型的体积绘制技术)，由此获得表示对所述子体积内部的图像数据的体积绘制的输出图像。对所述子体积内部的图像数据的该体积绘制因此还简单地被称为“对所述子体积的体积绘制”或者简言之“绘制的子体积”。所述视平面可以是几何构造并且可以(例如，通过平面坐标)相对于所述图像体积被定义。
然后生成当在显示器上显示时将绘制的子体积示出在视口中的显示数据。例如，所述视口可以被示出在图形用户接口的窗口中或者全屏示出。所述用户可以交互式地调节所述视平面的几何形状(例如通过调节所述图像体积内的视平面的位置或取向)，由此有效地在所述图像体积内导航并且从所述子体积的不同视角获得体积绘制。这样的类型的导航本身是已知的。
发明人已经考虑在许多医学应用中，(临床)用户可以主要对所述子体积的体积绘制感兴趣，在这种情况下，所述分割模型仅仅是选择要被体积绘制的子体积的“达到目的的手段”。然而，所述分割可以是不完美的，其可以甚至对于小误差极大地影响所述体积绘制。
已知允许用户手动调节从分割模型获得的分割。例如，在所述分割模型是网格模型的情况下，可以重新定位网格部分，或者可以增大网格部分的分辨率。这样的技术在例如WO2017001476中描述，其在通过分割模型描述对子体积的分割的范围内通过引用并入本文。为了调节应用的分割模型并且由此调节经分割的子体积，WO2017001476生成被优化以允许对所述网格部分的调节的图像数据的横截面视图。这样的横截面视图可以通过多平面重新格式化而生成。
然而，当用户主要对所述子体积的体积绘制感兴趣并且因此考虑所述分割模型是“达到目的的手段”或甚至不知道在内部使用分割模型来选择所述子体积的系统时，可能不期望如在WO2017001476中所描述的有目的地生成的横截面视图中调节分割模型。
这样的横截面视图可能不仅使所述用户从对所述子体积的体积绘制分心，而且也可能难以判断在所述横截面视图中对分割模型的调节如何影响所述体积绘制。例如，图3示出了遮挡心脏的薄骨层315，其可以是对胸腔的内部的分割的结果是稍微不准确的(例如，在亚毫米范围内)。从横截面视图判断对子体积的体积绘制是否包含这样的类型的遮挡或类似类型的伪影可能是困难或甚至不可能的。
Sherbondy等人的确示出所述分割的变化对所述体积绘制的影响，但是仅仅允许以分割参数的调节的形式的变化，在其之后所述分割算法必须再次运行。取决于可以调节的分割参数的类型，将特定调节应用到所述分割可能是困难或甚至不可能的。
为了解决这些问题，发明人已经设想到建立用户接口，所述用户接口使得所述用户能够通过对所述子体积应用推动动作和/或拉动动作来交互式地调节所述子体积同时响应于由所述用户对子体积的调节而更新对所述子体积的体积绘制。此处，推动动作使所述子体积的部分向内拉动，并且拉动动作使所述子体积的所述部分向外拉动。有效地，使得所述用户能够通过向内推动所述子体积的部分和/或向外拉动所述子体积的部分来直接地调节所述子体积。所述推动和/或拉动动作被应用到的部分可以基于视平面的几何形状而自动选择，因为所述几何形状(例如，相对于所述图像体积的位置和/或取向)是用户可调节的并且可能所述用户在调用所述推动和/或拉动动作时希望所述动作被应用到当前可见的子体积的部分，或者至少对所述子体积的调节在当前几何形状处可见。例如，所述动作可以被自动应用到所述子体积的中心示出部分。所述推动和/或拉动动作将被应用到的部分因此被自动选择并且可能不要求显式的用户交互，同时可直观地由用户理解。当体积绘制直接在这样的调节之后更新时，用户可以立即看到所述调节如何影响所述体积绘制。因此，其不需要在单独的横截面视图中执行调节，所述调节也不限于分割算法的分割参数，例如，阈值或敏感度参数，其可以常常是全局而不是局部的。
任选地，所述推动动作或所述拉动动作是由所述用户基于至少以下项中的至少一项而选择和应用的：键盘命令和预定义鼠标交互。这样的类型的用户输入是即时的并且允许用户快速地且直观地激活所述推动动作和/或拉动动作(简言之推动/拉动动作)。
任选地，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的子体积的部分是由所述处理器基于以下项中的至少一项而选择的：
子体积的被示出在视口的中心的点，
子体积的最接近于所述用户选择的体积绘制的视平面的点。
所述推动/拉动动作可以被局部地应用到所述分割模型，例如，集中在所述子体积的点周围或以其他方式相对于所述子体积的点定位。所述视口的中心或者接近于所述视平面的点可以被自动选择并且不要求显式的用户交互，同时可直观地由用户理解。所述子体积的这样的点和其他点可以基于用户选择的视平面的几何形状来确定。
任选地，所述用户接口包括手动选择模式，在手动选择模式中，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的子体积的部分是由所述处理器基于对所述子体积的点的用户选择而选择的。对于由所述处理器进行的选择额外地或者备选地，所述用户可以手动选择所述子体积的点，例如通过在所述视口中点击。
任选地，所述用户接口使得所述用户能够选择以下项中的至少一项：所述推动动作或所述拉动动作的空间范围和强度。所述推动/拉动动作可以被局部地应用在空间区域内(例如，在所选择的点周围)，并且具有确定推动/拉动变形的程度的强度。该范围和强度可以可由用户显式地(例如，通过在所述用户接口中指定所述参数)或者隐式地(例如，基于激活所述推动/拉动动作的用户输入的特性)选择。例如，如果所述推动/拉动动作通过拖曳而被激活，则距离可以确定强度。
任选地，所述用户接口包括侧面调节模式，在侧面调节模式中，所述拉动动作和所述推动动作在平行于所述体积绘制的用户选择的视平面的平面内操作，并且其中，当所述侧面调节模式被选择时，所述子体积的横向侧面的轮廓被可视化在所述视口中。可以提供侧面调节模式，所述侧面调节模式当有效时可以向所述用户提供以所述子体积的横截面轮廓的形式的视觉辅助以当(例如，沿着平行于所述用户选择的视平面的平面)横向调节所述子体积时辅助所述用户。这样的视觉辅助已经被发现对于这种类型的调节无干扰，因为其不遮挡绘制的子体积的横向侧面。
任选地，当所述侧面调节模式被选择时，所述图像体积中的子体积周围的图像数据根据相比于所述子体积内部的图像数据不同的可视化参数被体积绘制和显示在所述视口中。除了示出所述轮廓之外，另一视觉辅助可以当横向调节所述子体积时被提供，即，以紧接着正被显示的子体积外部的图像数据的体积绘制的形式。这允许所述用户快速地看到何时所述子体积由拉动动作扩大的效果。然而，为了清楚地示出所述子体积的边界，周围的图像数据可以不同地被可视化(例如，以较高的不透明度或较低的强度)。对于其他类型的调节，这样的视觉辅助可以再次或多或少地遮挡绘制的子体积或者由绘制的子体积遮挡。
任选地，所述用户接口包括正面调节模式，在所述正面调节模式中，所述拉动动作和所述推动动作在正交于所述体积绘制的用户选择的视平面的平面内操作。在该模式中，可以使得所述用户能够调节所述子体积的正面(例如，面向用户的一面)。
任选地，当所述正面调节模式被选择时，所述图像体积中的子体积周围的图像数据从所述体积绘制中排除或者在所述体积绘制中被分配以100％的不透明度。
任选地，所述分割模型是网格模型。这样的网格模型很好地适合于分割解剖区域或结构。
任选地，所述分割模型定义闭包。这样的闭包可以直接被用于选择所述子体积。
本领域技术人员将认识到，本发明的上文所提到的实施例、实施方式和/或任选方面中的两个或更多个可以以被认为有用的任何方式来组合。
对应于所述系统的所描述的修改和变型的所述工作站、所述成像装置、所述方法和/或所述计算机程序产品的修改和变型可以由本领域技术人员基于本说明书来执行。
本领域技术人员将认识到，所述系统和方法可以被应用于通过各种采集模态采集的图像数据，各种采集模态诸如但不限于标准X射线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和核医学(NM)。
附图说明
本发明的这些和其他方面将从在以下描述中并且参考附图以范例的方式描述的实施例变得明显并且进一步参考其得到阐述，在附图中：
图1示出了用于对图像体积的图像数据的体积绘制的系统，显示器和用户输入设备连接到该系统；
图2示出了图像体积和描绘图像体积中的子体积的分割模型；
图3示出了对子体积内部的图像数据的体积绘制的范例，在该范例中，子体积包括薄骨层，由此使心脏的部分在体积绘制中被遮挡；
图4示出了包括绘制的子体积的视口，图示了用户接口的正面调节模式中的推动动作和拉动动作；
图5A在分割模型的横截面视图中示出了由拉动动作进行的调节如何使分割模型局部地变形；
图5B在分割模型的横截面视图中示出了由推动动作进行的调节如何使分割模型局部地变形；
图6示出了包括绘制的子体积的视口，图示了用户接口的侧面调节模式中的拉动动作；
图7示出了用于对图像体积的图像数据的体积绘制的计算机实现的方法的框图；并且
图8示出了包括指令的计算机可读介质。
应当注意，附图仅是图解性的并且未按比例绘制。在附图中，对应于已经描述的元件的元件可以具有相同的附图标记。
附图标记列表
以下附图标记列表被提供以方便解读附图并且不应被理解为对权利要求进行限制。
020 图像数据存储库
022 数据通信
030 图像数据
060 显示器
062 显示数据
080 用户输入设备
082 用户输入数据
100 用于体积绘制的系统
120 图像数据接口
122 内部数据通信
140 处理器
142 内部数据通信
144 内部数据通信
160 存储器
180 用户接口子系统
182 显示输出接口
184 用户输入接口
200 图像体积
210 由分割模型描绘的子体积
220、222 分割模型的横截面视图
230 横截面视图中的子体积的表面
232 通过拉动动作局部地调节的表面
234 通过推动动作局部地调节的表面
300、302 显示内容
310、312 对子体积内部的图像数据的体积绘制
315 薄骨层
320 对子体积外部的图像数据的体积绘制
330、332 包括体积绘制的视口
340 子体积的可视化轮廓
400、402 拉动动作
410 推动动作
420、422 推动/拉动点
430、432 推动/拉动动作的空间范围
500 用于体积绘制的方法
510 访问图像体积的图像数据
520 应用分割模型以识别子体积
530 对子体积的图像数据的体积绘制
540 建立用户接口
550 更新体积绘制
600 计算机可读介质
610 非瞬态数据
具体实施方式
以下实施例涉及提供使得用户能够通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节子体积的用户接口：对子体积的推动动作和拉动动作。推动动作可以使子体积的部分向内拉动，而拉动动作可以使子体积的部分向外拉动。对子体积的体积绘制可以响应于用户对子体积的调节而更新。
图1示出了用于对图像体积的图像数据的体积绘制的系统100。系统100包括图像数据接口120，其被配置为访问图像体积的图像数据030。在图1的范例中，图像数据接口120被示出为连接到外部图像存储库020，其包括图像体积的图像数据030。例如，图像存储库020可以通过系统100可以连接或者包括于其中的医院信息系统(HIS)的图像存档和通信系统(PACS)构成或者是其一部分。因此，系统100可以经由外部数据通信022获得对图像体积的图像数据030的访问。备选地，可以从系统的内部数据存储访问体积图像数据。一般而言，图像数据接口120可以采取各种形式，诸如局域网或广域网(例如，因特网)的网络接口、内部或外部数据存储的存储接口、等等。
系统100还被示出为包括用户接口子系统180，其可以被配置为在系统100的操作期间使得用户能够与系统100交互(例如使用图形用户接口)。用户接口子系统180被示出为包括被配置为从能由用户操作的用户输入设备080接收用户输入数据082的用户输入接口184。用户输入设备080可以采取各种形式，包括但不限于计算机鼠标、触摸屏、键盘、麦克风等。图1将用户输入设备示出为计算机鼠标080。一般而言，用户输入接口184可以具有对应于用户输入设备080的类型的类型，即，其可以具有对应类型的用户设备接口184。
用户接口子系统180还被示出为包括被配置为向显示器060提供显示数据062以可视化系统100的输出的显示输出接口182。在图1的范例中，显示器是外部显示器060。备选地，显示器可以是内部显示器。
系统100还被示出为包括被配置为在内部经由数据通信122与图像数据接口120通信的处理器140，以及可由处理器140经由数据通信142访问的存储器160。处理器140还被示出为在内部经由数据通信144与用户接口子系统180通信。
处理器140可以被配置为在系统100的操作期间将分割模型应用到图像体积的图像数据030，由此描绘图像体积的子体积，生成显示数据062以示出包括对子体积内部的图像数据的体积绘制的视口，并且使用用户输入接口184和显示输出接口182，建立使得用户能够通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节子体积的用户接口：对子体积的推动动作和拉动动作，其中，推动动作使得子体积的部分向内拉动，其中，拉动动作使子体积的部分向外拉动，并且其中，对子体积的体积绘制响应于由用户对子体积的调节而在视口中更新。
将参考图2-6更详细地解释系统100的该操作及其各种任选方面。
在一些实施例中，由系统100建立的用户接口可以是或者包括示出在显示器060上的图形用户接口。出于该目的，处理器140可以被配置为生成显示数据062以向用户显示图形用户接口。图形用户接口可以由作为数据存储在对处理器140可访问的存储器中的接口指令集表示，该存储器例如是存储器160或系统100的另一存储器。应注意到，在其他实施例中，由系统100建立的用户接口不是图形用户接口。例如，用户可以使用键盘向系统100提供输入，同时视口可以全屏示出在显示器上。系统100的这样的配置可以常规地不被理解为图形用户接口。
一般而言，系统100可以被实现为单个设备或装置或在单个设备或装置中，诸如工作站或成像装置或移动设备。设备或装置可以包括执行适当的软件的一个或多个微处理器。软件可能已经被下载和/或被存储在对应的存储器中，例如，易失性存储器(诸如RAM)或非易失性存储器(诸如闪存)。备选地，系统的功能单元(例如，图像数据接口、用户输入接口、显示输出接口以及处理器)可以以可编程逻辑的形式被实施在设备或装置中(例如，作为现场可编程门阵列(FPGA))。一般而言，系统的每个功能单元可以以电路的形式实现。应注意到，系统100还可以以分布式方式来实施，例如，包含不同的设备或装置。例如，分布可以根据客户端服务器模型(例如，使用服务器和瘦客户端)。
图2通过其轮廓示意性地示出图像体积200，其中，分割模型210已经被应用到图像体积200的图像数据，从而导致对图像体积200中的子体积210的描绘或分割。在图2中并且在图5A和图5B中，子体积210被示出为对应于由分割模型210占用的体积，并且因此通过相同的附图标记引用并且通过相同的附图标记可视化。
用于基于模型的分割的任何已知技术可以被用于描绘特定子体积，例如，“感兴趣子体积”。子体积可以对应于解剖区域(诸如胸腔的内部)、解剖器官(诸如心脏)或者任何其他类型的解剖结构。基于模型的分割可能导致显式地或隐式地定义闭合表面(例如，包)的点集，其包含并且由此描绘图像体积的子体积。在Ecabert等人的“Automatic Model-basedSegmentation of the Heart in CT Images”(IEEE Transactions on Medical Imaging2008，27(9)，第1189-1201页)中描述了这样的基于模型的分割的范例。
将认识到，一般而言，分割模型可以定义超过解剖区域或结构的(外部)表面。例如，分割模型可以描绘器官的外部以及器官内的内部结构。在这样的范例中，子体积可以通过分割模型的外表面(例如，包)描绘。然而，分割模型还可以直接并且仅仅定义这样的外表面。
图3示出了对子体积内部的图像数据的体积绘制310的范例。应注意到，此处子体积对应于胸腔的内部，并且因此与仅仅描绘心脏的图2的子体积不同。在图3中，未示出图像体积外部的图像数据，例如，通过已经从体积绘制技术的输入排除或者已经被分配以100％的不透明度。还如图3中所示，绘制的子体积310包括结构的不期望(部分)可以是可能的。例如，在图3的情况下，子体积包括薄骨层315，由此使心脏的部分在体积绘制310中被遮挡。这可以归因于基于模型的分割的小的(可能是亚毫米的)偏差。而且，较大误差可以在分割期间发生。例如，结构可能已经错误地从分割中排除，诸如由于分割算法的有限视场已经被解读为脊柱的主动脉。在这种情况下，体积绘制可能缺乏可能对于用户而言感兴趣的结构。在这些和类似情况下，可能期望调节子体积。
将认识到，在分割正确的情况下，这样的调节也可能是期望的。例如，其可以是分割模型不完全表示感兴趣解剖区域或结构，并且因此原则上正确的分割的“校正”是期望的。
图4示出了可以作为显示内容300的一部分被示出在显示器上的视口330。图1的系统100可以生成这样的显示内容，其中，显示内容以显示数据的形式被提供给显示器。虽然未在图4中示出，但是显示内容300可以包括除视口330之外的其他内容，包括但不限于图形用户接口的按钮、菜单等。在一些实施例中，显示内容可以全部由视口330构成，在这种情况下，视口330被全屏示出。
视口330被示出为包括类似于图3中示出的子体积的绘制的子体积。用户可以使用视口330在图像体积内导航并且从子体积的不同视角获得体积绘制。这样的导航可以基于用户向图1的系统100提供导航命令。这些导航命令可以由系统100转译为对体积绘制的视平面的几何形状的调节，例如通过调节图像体积内的视平面的位置或取向。这样的类型的导航本身已知。
另外，示意性地图示了由图1的系统100提供的调节工具。即，图示了用户可以在利用视口330呈现时选择使子体积的部分向内推动的推动动作，其利用箭头410在图4中图示。类似地，用户可以选择使子体积的部分向外拉动的拉动动作，其利用箭头400在图4中图示。在图4的范例中，推动动作和拉动动作两者都引起正交于视平面的变形，因为拉动动作朝向用户拉动子体积的部分，并且推动动作将子体积的部分推动远离用户。
推动动作和拉动动作的方向可以以各种方式确定。例如，可以提供特定调节模式，在该特定调节模式中，推动动作和拉动动作在特定平面内操作。例如，如在图4中所指示的，可以提供正面调节模式，在正面调节模式中，拉动动作400和推动动作410在正交于体积绘制310的视平面的平面内操作(例如，朝向并且远离用户)。另一范例在于，调节的方向可以取决于将被调节的子体积的部分的空间取向。例如，调节的方向可以总是垂直于其表面。又一范例在于，被用于选择和激活推动/拉动动作的输入命令的类型可以确定在哪个方向上执行推动/拉动动作。
一般而言，推动动作410或拉动动作400被应用到的子体积的部分可以被选择为集中在子体积的点420周围或以其他方式相对于子体积的该点定位。例如，点420可以由系统选择，例如，作为被示出在视口330的中心的子体积的点或者接近于体积绘制的视平面的子体积的点。将认识到，在这样的范例中，如果系统提供这样的功能，则用户可以间接影响对点的选择(例如，通过旋转或移动绘制的子体积)。备选地或额外地，用户可以例如经由光标手动地选择点420。
由系统提供的用户接口还可以使得用户能够选择推动动作410或拉动动作400的空间范围430和/或强度。在图4中被示出为由空间半径定义的圆形430而且可以具有任何其他形状的该空间范围可以定义由推动/拉动操作影响的子体积的表面上的区域的大小。例如，区域可以基于到点420的表面上的测地距离来选择，例如，被选择为表示分割模型的网格的表面上的距离，或者是由具有点周围的给定空间半径的球体与子体积的交集给定的区域。空间半径或一般而言空间范围可以具有默认值。类似地，可以选择定义子体积的表面通过推动/拉动动作变形到什么程度的强度。强度可以是用户定义值或默认值。
将认识到，推动动作和拉动动作可以以各种方式来选择和激活。在一些实施例中，选择和激活可以是相同的。例如，推动/拉动动作可以由键盘命令或由鼠标交互选择和激活，诸如滚动滚轮或拖动鼠标，由此，向内(“推动”)或向外方向(“拉动”)可以基于鼠标交互的方向来确定。对推动/拉动动作的选择还可以在图形用户接口中进行(例如，通过来自菜单的选择)，其中，激活是例如鼠标点击。
图5A和图5B两者都在分割模型的横截面视图220、222中图示了通过推动/拉动动作进行的调节如何使分割模型局部地变形。应注意到，这些附图被提供用于图示目的并且不表示由用户执行调节的方式。图5A图示了拉动动作400，其中，可以看到分割模型(并且由此子体积)的表面230通过拉动动作400在点420周围局部地向外变形，从而得到局部地调节的表面232。图5B图示了推动动作410，其中，可以看到表面230通过推动动作410在点420周围局部地向内变形，从而得到局部地调节的表面234。
图6示出了可以作为显示内容302的一部分被示出在显示器上的视口332，同时进一步图示了侧面调节模式。在这样的侧面调节模式中，拉动动作402和推动动作(未明确示出在图6中)在平行于体积绘制312的视平面的平面内操作。图6进一步图示了在其周围执行拉动动作402的点422和拉动动作的空间范围432。为了在对子体积的调节中辅助用户，可以在视口中可视化子体积的横向侧面的轮廓340。轮廓340可以是线，或者子体积的表面的横向部分可以以半透明的方式绘制。在一些实施例中，轮廓340可以被“拖放”以执行推动/拉动动作。
额外地或备选地，图像体积中的子体积周围的图像数据还可以被体积绘制(图6中的附图标记320)，但是根据相比于子体积内部的图像数据不同的可视化参数被显示在视口322中。例如，对子体积周围的图像数据的体积绘制320可以以较高的不透明度或较低的强度被显示。图6示出了后一类型的可视化。
一般而言，在每个推动/拉动动作之后，子体积可以被重新绘制在视口中。在一些实施例中，子体积可以在推动/拉动动作被执行的同时被重新绘制(例如，在其完成之前已经被重新绘制)。
在一些实施例中，可以在交互式调节之后保存经调节的分割模型。在一些实施例中，可以存储调节步骤，并且用户接口可以提供重做和重复操作。
将认识到，对表示子体积的分割模型或表面的调节本身是已知的。因此其在技术人员的范围内以使分割模型以如本说明书中所描述的方式通过局部向内拉动或局部向外拉动而变形。例如，如果分割模型是网格模型，则网格变形技术可以如本身从计算机图形或网格建模的领域已知的那样来使用。
图7示出了用于对图像体积的图像数据的体积绘制的计算机实现的方法500。应注意到，方法500可以但是不需要对应于如参考图1和其他所描述的系统100的操作。
方法500包括在题为“访问图像体积的图像数据”的操作中访问510图像体积的图像数据。方法500还包括在题为“应用分割模型以识别子体积”的操作中将分割模型应用520到图像体积的图像数据，由此描绘图像体积的子体积。方法500还包括在题为“对子体积的图像数据的体积绘制”的操作中生成530示出包括对子体积内部的图像数据的体积绘制的视口的显示数据。方法500还包括在题为“建立用户接口”的操作中建立540用户接口，该用户接口使得用户能够通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节子体积：对子体积的推动动作和拉动动作，其中，推动动作使子体积的部分向内拉动，并且其中，拉动动作使子体积的部分向外拉动。方法500还包括在题为“更新体积绘制”的操作中响应于由用户对子体积的调节而在视口中更新550对子体积的体积绘制。将认识到，以上操作可以以任何适合的次序(例如，连续地、同时地或其组合)执行，在适用的情况下经受例如由输入/输出关系需要的特定次序。
方法500可以在计算机上被实现为计算机实现的方法、可以被实现为专用硬件、或者被实现为两者的组合。还如在图8中所图示的，用于计算机的指令(例如，可执行代码)可以被存储在计算机可读介质600上，例如以机器可读物理标记的系列610的形式和/或作为具有不同的电气(例如，磁性或光学特性或值)的元件的系列。可执行代码可以以瞬态或者非瞬态方式存储。计算机可读介质的示例包括存储器设备、光学存储设备、集成电路、服务器、在线软件等。图8示出了光盘600。
根据本申请的摘要，可以提供一种用于对图像体积的图像数据的体积绘制的系统和方法。分割模型可以被应用到图像体积的图像数据，由此描绘图像体积的子体积。可以对子体积内部的图像数据进行体积绘制。可以提供用户接口，该用户接口使得用户能够通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节子体积：对子体积的推动动作和拉动动作。推动动作可以使子体积的部分向内拉动，而拉动动作可以使子体积的部分向外拉动。对子体积的体积绘制可以响应于用户对子体积的调节而更新。
无论是否被指示为非限制性的示例实施例或任选特征将不被理解为对如要求保护的本发明的限制。
将认识到，本发明还适用于计算机程序(特别是适于将本发明付诸实践的载体上或中的计算机程序)。程序可以以源代码、目标代码、代码中间源和目标代码的形式，诸如以部分编译形式或以适合于使用在对根据本发明的方法的实施中的任何其他形式。还将认识到，这样的程序可以具有许多不同的架构设计。例如，实现根据本发明的方法或系统的功能的程序代码可以被细分为一个或多个子例程。将功能性分布在这些子例程中间的许多不同的方式对于技术人员而言将是明显的。子例程可以一起被存储在一个可执行文件中以形成自包含程序。这样的可执行文件可以包括计算机可执行指令，例如，处理器指令和/或解析器指令(例如，JAVA解析器指令)。备选地，子例程中的一个或多个或全部可以被存储在至少一个外部库文件中并且静态地或动态地(例如，在运行时)与主程序链接。主程序包含对子例程中的至少一个的至少一个调用。子例程还可以包括对彼此的函数调用。与计算机程序产品有关的实施例包括对应于本文所阐述的方法中的至少一个方法的每个处理阶段的计算机可执行指令。这些指令可以被细分为子例程和/或被存储在可以被静态地或动态地链接的一个或多个文件中。与计算机程序产品有关的另一实施例包括对应于本文所阐述的系统和/或产品中的至少一个的每个单元的计算机可执行指令。这些指令可以被细分为子例程和/或被存储在可以静态地或动态地链接的一个或多个文件中。
计算机程序的载体可以是能够承载程序的任何实体或设备。例如，载体可以包括数据存储设备(诸如ROM，例如CD ROM或者半导体ROM)或者磁性记录介质(例如，硬盘)。另外，载体可以是可传输载体，诸如电或光信号，其可以经由电缆或光缆或者通过无线电或其他手段来传达。当程序被体现在这样的信号中时，载体可以由这样的线缆或其他设备或单元构成。备选地，载体可以是程序被嵌入其中的集成电路，该集成电路适于执行相关方法或者使用在对相关方法的执行中。
应当注意，上文提到的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离随附权利要求书的范围的情况下设计出许多备选实施例。在权利要求中，置于括号内的任何附图标记不应当被解释为对权利要求的限制。对动词“包括”和其词形变化的使用不排除除权利要求中记载的那些外的元件或阶段的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括若干不同的元件的硬件并且借助于适合地编程的计算机来实施。在枚举若干单元的设备权利要求中，可以通过同一项硬件实现这些单元中的若干单元。在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种用于对示出一类型的解剖结构的图像体积(200)的图像数据的体积绘制的系统(100)，所述系统包括：
图像数据接口(120)，其被配置为访问所述图像体积的所述图像数据(030)；
用户输入接口(184)，其被配置为从能由用户操作的用户输入设备(080)接收用户输入数据(082)；
显示输出接口(182)，其被配置为向显示器(060)提供显示数据(062)以可视化所述系统的输出；
存储器(160)，其包括表示指令集的指令数据；
处理器(140)，其被配置为与所述图像数据接口、所述用户输入接口、所述显示输出接口以及所述存储器通信并且执行所述指令集，其中，所述指令集当由所述处理器执行时使所述处理器：
访问定义用于分割所述类型的解剖结构的分割模型的模型数据；
将所述分割模型应用到所述图像体积(200)的所述图像数据，由此描绘所述图像体积的表示对所述图像体积中的所述解剖结构的分割的子体积(210)；
生成所述显示数据以示出包括对所述子体积内部的图像数据到视平面上的体积绘制(310、312)的视口(330、332)；
使用所述用户输入接口和所述显示输出接口，建立用户接口，所述用户接口使得所述用户能够：
交互式地调节所述体积绘制的所述视平面的几何形状以建立用户选择的视平面；
通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节所述子体积：对所述子体积的推动动作(410)和拉动动作(400、402)，其中，所述推动动作使所述子体积的部分向内拉动，其中，所述拉动动作使所述子体积的所述部分向外拉动，其中，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的所述子体积的所述部分是由所述处理器基于所述用户选择的视平面的所述几何形状而选择的，
其中，对所述子体积的所述体积绘制响应于由所述用户对所述视平面或所述子体积的调节而在所述视口中更新。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中，所述推动动作(410)或所述拉动动作(400、402)是由所述用户基于以下项中的至少一项而选择和应用的：键盘命令和预定义鼠标交互。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中，所述推动动作(410)或所述拉动动作(400、402)被应用到的所述子体积(210)的所述部分是由所述处理器基于以下项中的至少一项而选择的：
所述子体积的被示出在视口的中心的点(420、422)，
所述子体积的最接近于所述体积绘制的所述用户选择的视平面的点。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述用户接口包括手动选择模式，在所述手动选择模式中，所述推动动作(410)或所述拉动动作(400、402)被应用到的所述子体积(210)的所述部分是由所述处理器基于对所述子体积的点的用户选择而选择的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统(100)，其中，所述用户接口使得所述用户能够选择以下项中的至少一项：所述推动动作(410)或所述拉动动作(400、402)的空间范围(430、432)和强度。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的系统(100)，其中，所述用户接口包括侧面调节模式，在所述侧面调节模式中，所述拉动动作(402)和所述推动动作在平行于所述体积绘制(312)的所述用户选择的视平面的平面内操作，并且其中，当所述侧面调节模式被选择时，所述子体积的横向侧面的轮廓(340)被可视化在所述视口(332)中。
7.根据权利要求6所述的系统(100)，其中，当所述侧面调节模式被选择时，所述图像体积(200)中的所述子体积(210)周围的图像数据根据相比于所述子体积内部的所述图像数据不同的可视化参数被体积绘制(320)和显示在所述视口(322)中。
8.根据权利要求7所述的系统(100)，其中，所述不同的可视化参数使对所述子体积(210)周围的所述图像数据的所述体积绘制(320)以较高的不透明度或较低的强度被显示。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的系统(100)，其中，所述用户接口包括正面调节模式，在所述正面调节模式中，所述拉动动作(400)和所述推动动作(410)在正交于所述体积绘制(310、312)的所述用户选择的视平面的平面内操作。
10.根据权利要求9所述的系统(100)，其中，当所述正面调节模式被选择时，所述图像体积(200)中的所述子体积(210)周围的图像数据从所述体积绘制(310、312)中排除或者在所述体积绘制中被分配以100％的不透明度。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的系统(100)，其中，所述分割模型是网格模型。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的系统(100)，其中，所述分割模型定义闭包。
13.一种包括根据权利要求1至12中的任一项所述的系统(100)的工作站或成像装置。
14.一种用于对示出一类型的解剖结构的图像体积的图像数据的体积绘制的计算机实现的方法(500)，所述方法包括：
访问(510)所述图像体积的所述图像数据；
访问定义用于分割所述类型的解剖结构的分割模型的模型数据；
将所述分割模型应用(520)到所述图像体积的所述图像数据，由此描绘所述图像体积的表示对所述图像体积中的所述解剖结构的分割的子体积；
生成(530)显示数据，所述显示数据示出包括对所述子体积内部的图像数据到视平面上的体积绘制的视口；
建立(540)用户接口，所述用户接口使得所述用户能够：
交互式地调节所述体积绘制的所述视平面的几何形状以建立用户选择的视平面；
通过应用以下项中的至少一项来交互式地调节所述子体积：对所述子体积的推动动作和拉动动作，其中，所述推动动作使所述子体积的部分向内拉动，并且其中，所述拉动动作使所述子体积的所述部分向外拉动，其中，所述推动动作或所述拉动动作被应用到的所述子体积的所述部分是由所述处理器基于所述用户选择的视平面的所述几何形状而选择的；并且
响应于由所述用户对所述视平面或所述子体积的调节而在所述视口中更新(550)对所述子体积的所述体积绘制。
15.一种计算机可读介质(600)，包括表示被布置为使处理器系统执行根据权利要求14所述的计算机实现的方法的指令的瞬态或非瞬态数据(610)。
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