CN1307597C - 3d图象处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种3D图象处理设备，包括：一个存储单元，用于存储相应于和对象强反差图象关联的各个投影方向的屏蔽图象，该对象强反差图象相应于各投影方向；一个减法单元，用于通过从强反差图象减去屏蔽图象产生相减图象；一个重建单元，用于从屏蔽图象重建第一体数据以及从相减图象重建第二体数据；一个图象处理单元，用于从第一体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象以及从第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象；一个图象合成单元，用于通过合成第一3D图象和第二3D图象产生合成图象；以及一个显示该合成图象的显示单元。

Description

3D图象处理设备
技术领域
本发明涉及3D(三维)图象处理设备。
背景技术
从由与多个投影方向对应的多个DSA(数字相减血管照相术)图象重建的3D-DSA图象可以提取出高精确的血管结构。从而对于IVR支持3D-DSA图象是非常重要的。但是在相减处理中去掉对比血管之外的骨和软组织的数据。所以3D-DSA图象不包含骨结构。因此，对于外科手术支持，3D-DSA图象的应用性低。从由与多个投影方向对应的多个DA(数字血管照相术)图象重建的3D-DA图象包含骨结构和血管结构。从而观察者可以从3D-DA图象了解血管相对于骨的位置。然而，在3D-DA图象中难以清楚地使血管和骨以及软组织分离。
发明内容
本发明的一个目的是清楚地使血管和骨分离并且高清晰度地显示血管。
依据本发明的一个方面，提供一种3D图象处理设备，其包括：一个存储单元，用于存储相应于和对象强反差图象关联的各个投影方向的屏蔽图象(mask image)，该对象强反差图象对应于各投影方向；一个减法单元，用于通过从强反差图象减去屏蔽图象产生相减图象；一个重建单元，用于从屏蔽图象重建第一体数据以及从相减图象重建第二体数据；一个图象处理单元，用于从第一体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象，以及从第二体数据产生代表对比血管(contrasted bloodvessel)的第二3D图象；一个图象合成单元，用于通过合成第一3D图象和第二3D图象产生合成图像；以及一个显示单元，用于显示合成图象和/或各个图象。
依据本发明的另一个方面，提供一种3D图象处理设备，包括：一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检测对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；一个重建单元，其被配置成从该多个强反差图象重建第一体数据以及从该多个屏蔽图象重建第二体数据；一个减法单元，其被配置成通过从该第一体数据减去该第二体数据来产生第三体数据；一个图象处理单元，其被配置成从该第二体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第三体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
依据本发明的另一个方面，提供一种3D图象处理设备，包括：一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检测对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；一个减法单元，其被配置成通过从该多个强反差图象减去该多个屏蔽图象来产生多个相减图象的数据；一个重建单元，其被配置成从该多个强反差图象重建第一体数据以及从该多个相减图象重建第二体数据；一个减法单元，其被配置成通过从该第一体数据减去该第二体数据来产生第三体数据；一个图象处理单元，其被配置成从该第三体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
依据本发明的再一个方面，提供一种3D图象处理设备，包括：一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检查对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；一个处理单元，其被配置成根据该多个强反差图象的数据和该多个屏蔽图象的数据来产生代表骨和/或软组织结构的第一体数据以及代表对比血管结构的第二体数据；一个图象处理单元，其被配置成从该第一体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
附图说明
图1是一个方块图，示出依据一实施例的3D图象处理设备的结构；
图2是示出图1中的X光成像机的外观的透视图；
图3A和3B是图1的3D重建处理单元中的失真校正处理的辅助图；
图4示出图1的3D图象处理设备中的预处理；
图5示出图1的3D图象处理设备中的第一处理顺序；
图6示出图1的3D图象处理设备中的第二处理顺序；
图7示出图1的3D图象处理设备中的第三处理顺序；
图8A示出强反差图象；
图8B示出屏蔽图象；
图8C示出DSA图象；
图9A示出和强反差图象对应的体数据；
图9B示出和屏蔽图象对应的体数据；
图9C示出和DSA图象对应的体数据；以及
图10示出3D血管/骨图象。
具体实施方式
如图1中所示，3D X光诊断设备具有X光成像机10和3D图象处理设备。如图2中所示，X光成像机10具有X光管12和检测系统14。检测系统14是由图象增强器和TV摄像机组成的。检测系统14可以由平板检测器形成。X光管12和检测系统14一起安装在C状臂160上。床的顶面50上的要检查的对象P位于X光管12和检测系统14之间。C状臂160由从天花板吊下的支承164支持。C状臂160可以绕三个垂直轴A、B和C转动。
3D图象处理设备1包括：充当主部件的控制单元37，A/D转换器21，输入部件22，存储部件23，减法单元31，失真校正单元32，仿射转换器36，3D重建处理单元33、3D图象处理单元35，图象合成单元34、D/A转换器38以及显示单元39。A/D转换器21和检测系统14连接。D/A转换器38和显示单元39连接。输入部件22具有键盘和鼠标。存储单元23存储各种经A/D转换器21输入的数据，例如图象数据、体数据和合成图象数据。减法单元31具有减去图象数据的功能以及减去图象数据或体数据的功能。在前一个相减处理中，计算二个数据的自然对数，并且然后将该二个数据相减。在后一个相减处理中，直接将二个数据相减。以下前者称为第一减法处理，而后者称为随后的第二减法处理。失真校正单元32进行失真校正处理以在图象增强中把图象失真校正到起始状态。仿射转换器36进行放大处理和移动处理。
3D重建处理单元33从和多个投影方向对应的多个图象数据重建体数据。3D图象处理单元35通过曲面描绘(surface rendering)处理产生3D图象数据。图象合成单元34通过合成二类或更多类的3D图象产生合成图象数据。
下面说明该实施例的操作。向对象的血管注入造影剂。在向对象注入造影剂之前，获取和多个投影方向对应的多个图象数据。注入造影剂之前获取的图象称为屏蔽图象。屏蔽图象包含骨的图象和软组织的图象。各个图象中的象素值反映骨和软组织独有的透射率。
在注入造影剂后，获得和多个投影方向对应的多个图象数据。注入造影剂后获取的图象称为强反差图象。和多个强反差图象对应的多个投影方向与和多个屏蔽图象对应的多个投影方向是相符的。强反差图象包含骨的图象、软组织的图象以及血管的图象。骨图象中的象素值反映骨独有的透射率。软组织图象中的象素值反映软组织独有的透射率。血管图象中的象素值反映血管中造影剂的而不是血管的独有透射率。造影剂的透射率比血管的透射率低得多。
具体地，例如在C状臂160高速转动(A向或B向)时按1°的间隔重复成像200次。由此，得到200个屏蔽图象(200帧)。这200个屏蔽图象对应200个投影方向。在注入造影剂后通过成像获得的200个强反差图象对应于这200个投影方向。这200个强反差图象分别对应于200个屏蔽图象。给定的屏蔽图象在投影方向上是和对应的一个强反差图象相符的。
在存储单元23中存储这200个屏蔽图象的数据。类似地，在存储单元23中存储这200个强反差图象的数据。如图4中所示，通过失真校正单元32对这些屏蔽图象数据和强反差图象数据进行失真校正处理。为简便起见，对失真校正处理考虑采用具有以方格形式按等距垂直地和水平地排列的线的幻像的处理。在把该幻像放在检测系统14的检测表面上后进行成像时，该幻像的投影图象理想地具有正方格形状，如图3B中所示。但是，实际上，由于检测系统14的检测表面的形状以及由于地磁的反曲畸变，该幻像的投影图象产生枕形失真，如图3A中所示。因此，预先获取图3A中示出的失真图象数据，并从该失真图像数据提取各条线的交点作为格点。在没有失真情况下这些格点应等距地排列。从而，对每个格点获得用于按等距排列格点的校正向量。根据这些校正向量校正屏蔽图象和强反差图象。通过利用相邻格点的数据校正格点之外的各点。注意，由于按不同的角度出现不同的失真分布，存储一个从所得到的对角度特定的幻像投影图像测出的失真分布表，并且根据该表进行校正。
减法单元31校正屏蔽图象中的密度不均匀性。类似地，减法单元31校正强反差图象中的密度不均匀性。用来进行校正密度不均匀性的处理按第一减法处理从屏蔽图象或强反差图象中减去一个用来校正密度不均匀性的图象。通过在X光管12和检测系统14之间只存在空气而不置入其它任何物体的状态下进行成像以得到该用于校正密度不均匀性的图象。
为了分别产生代表骨结构的3D图象数据和代表对比血管结构的3D图象数据，本实施例提供三种类型的3D图象处理。在图4、5和6中示出这三种3D图象处理。操作员通过输入部件22选择这三种3D图象中希望的一种。通过选定的处理产生血管图象和骨图象。显示所生成的血管图象和骨图象的合成图象。
下面顺序说明这三类3D图象处理。
如图5中所示，在第一3D图象处理中，减法单元31首先在第二减法处理中从多个不同投影方向的校正后的强反差图象(见图8A)减去多个不同投影方向的校正后的屏蔽图象(见图8B)。具体地说，从相应的校正后的强反差图象减掉和这些屏蔽图象的投影方向相同的投影方向上的校正后的屏蔽图象。从而产生多个DSA图象(见图8C)。每个校正后的屏蔽图象包含骨的图象和软组织的图象。每个校正后的强反差图象包含骨的图象、软组织的图象和对比血管的图象。每个DSA图象本质上只包含对比血管的图象。
由3D重建处理单元33对多个屏蔽图象进行3D重建处理。结果，产生体数据(屏蔽)(见图9B)。该体数据(屏蔽)包含骨的3D结构和软组织的3D结构。由3D重建处理单元33对多个DSA图象进行3D重建处理。由此产生体数据(DSA)(见图9C)。该体数据(DSA)只包含对比血管的3D结构。
作为重建方法，通常采用Feldkamp等提出的滤波后向投影方法。对这200个DSA图象施加适当的卷积滤波，例如Shepp-Logan滤波或Ramanhandran滤波。然后对由该卷积滤波器处理过的200个DSA图象进行后向投影操作。结果产生体数据(DSA)。类似地，对该200个校正后的屏蔽图象施加适当的卷积滤波。然后对由该卷积滤波器处理过的200个校正屏蔽图象进行后向投影操作。结果产生体数据(屏蔽)。
在此情况下，重建区被定义为是与沿所有方向来自X光管12的X光束内切的圆柱。在通过该检测系统14的一个检测元件的宽度投影的该重建区的中心部分处按长度d对该圆柱的内部进行三维离散化，并且必然得到基于每个离散点的数据的重建图象。尽管说明了离散间隔的一个例子，取决于设备和制作者该值可以不同。从而，基本上，如果采用为每个设备定义的离散间隔就足够了。
由3D图象处理单元35对体数据(屏蔽)进行曲面描绘处理。这产生表示骨的3D结构的3D图象(3D骨图象)。由3D图象处理单元35对体数据(DSA)进行曲面描绘处理。这产生表示对比血管的3D结构的3D图象(3D血管图象)。
曲面描绘处理是把体数据重新排列到2D象素矩阵中从而在具有2D显示屏幕的显示单元39上绘制数据的处理。该图象数据是按2D矩阵数据排列但表示对象的3D结构。从而，在此情况下，特别地将该图象认为是3D图象。在曲面描绘处理中，首先把体数据的坐标位置转换到视点坐标系统。体数据(屏蔽)的视点坐标系统和体数据(DSA)的视点坐标系统相符。在曲面描绘处理中，相对于被转换的体数据执行遮蔽对象表面的封闭处理和明暗处理。由此产生3D图象数据。对于体数据(屏蔽)的曲面描绘处理只对其体素值(CT值)在与骨对应的范围内的体素进行。这产生3D骨图象。对于体数据(DSA)的曲面描绘处理只对其体素值(CT值)在与对比血管对应的范围内的体素进行。这产生3D血管图象。
图象合成单元34利用隐藏面消除处理，根据体数据(屏蔽)产生3D图象(屏蔽)并且产生源自体数据(DSA)的3D图象(DSA)。图象合成单元34合成3D图象(屏蔽)和3D图象(DSA)。从而产生合成图象(3D血管/骨图象)。
该实施例的3D图象处理的特征在于，独立地产生代表骨的3D结构的3D图象(3D骨图象)和代表对比血管的3D结构的3D图象(3D血管图象)。从而，可以用和骨的3D结构不同的颜色显示血管的3D结构。可以从骨的3D结构辨别血管的3D结构。
在显示单元39上显示3D血管/骨图象(见图10)。根据操作员规定的操作，在显示单元39上单独地显示3D血管显示图象或3D骨显示图象以代替3D血管/骨图象。该3D显示方法不受曲面描绘方法的限制。可以使用体绘制方法、MIP(最大亮度投影)、MinIp(最小亮度投影)或VED(虚拟内窥显示)。
如图6中所示，在第二3D图象处理中，在相减处理之前进行3D重建处理。由3D重建处理单元33对多个屏蔽图象进行3D重建处理。这产生体数据(屏蔽)。该体数据(屏蔽)包含骨的3D结构和软组织的3D结构。
由3D重建处理单元33对多个强反差图象进行3D重建处理。这产生体数据(注入造影剂后)(参见图9A)。该体数据(注入造影剂后)包含骨的3D结构、软组织的3D结构以及对比血管的3D结构。
通过第二相减处理从体数据(对比)掉体数据(屏蔽)。结果产生只包含对比血管的3D结构的体数据(DSA)。
所产生的体数据(屏蔽)和体数据(DSA)经历和第一3D图象处理相同的处理。
如图7中所示，和第一3D图象处理一样，在第三3D图象处理中首先通过第二相减处理从多个强反差图象减掉多个屏蔽图象以产生多个DSA图象。
接着3D重建处理单元33从多个强反差图象产生体数据(注入造影剂后)，并且从多个DSA图象产生体数据(DSA)。
从体数据(注入造影剂后)减掉体数据(DSA)。这产生包含骨的3D结构、软组织的3D结构的体数据(屏蔽)。
所产生的体数据(屏蔽)和体数据(DSA)经历和第一3D图象处理相同的处理。
在该实施例中，独立地从强反差图象和屏蔽图象产生包含骨结构的体数据和包含对比血管的体数据。分别对包含骨结构的体数据和包含对比血骨结构的体数据施加曲面描绘。产生表示骨结构的3D图象和表示血管结构的3D图象。合成这二个图象。接着显示结果图象。这使得能和骨结构一起显示精确的血管结构。
在这种情况下，该X光成像设备包括3D重建处理单元和3D图象处理单元。但是，本发明不受此限制，可以按一种许可的组合独立安排X光成像设备、3D重建处理单元和3D图象处理单元。可以从体数据(屏蔽)提取诸如内部器官的软组织以代替骨。
本领域技术人员容易想到其它优点和修改。从而在其更广阔的方面上本发明不受本文示出和说明的具体细节和代表实施例的限制。从而，在不背离由附后权利要求书和其等同物定义的总的发明概念的精神和范围的情况下可以做出各种修改。

Claims (20)

1.一种3D图象处理设备，包括：
一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检查对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；
一个减法单元，其被配置成通过从该多个强反差图象减掉该多个屏蔽图象来产生多个相减图象的数据；
一个重建单元，其被配置成从该多个屏蔽图象重建第一体数据以及从该多个相减图象重建第二体数据；
一个图象处理单元，其被配置成从该第一体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；
一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及
一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
2.依据权利要求1的设备，其中，该图象合成单元产生合成图象的数据，以便以和该第一3D图象的颜色不同的颜色显示该第二3D图象。
3.依据权利要求1的设备，其中，该图象合成单元与该第一3D图象无关地向该第二3D图象分配颜色信息。
4.依据权利要求1的设备，其中，该图象处理单元通过体绘制处理产生该第一和第二3D图象的数据。
5.依据权利要求1的设备，其中，该显示单元根据用户指令单独显示该第一3D图象或该第二3D图象以替代该合成图象。
6.一种3D图象处理设备，包括：
一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检测对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；
一个重建单元，其被配置成从该多个强反差图象重建第一体数据以及从该多个屏蔽图象重建第二体数据；
一个减法单元，其被配置成通过从该第一体数据减去该第二体数据来产生第三体数据；
一个图象处理单元，其被配置成从该第二体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第三体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；
一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及
一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
7.依据权利要求6的设备，其中，该图象合成单元产生合成图象的数据，以便以和该第一3D图象的颜色不同的颜色显示该第二3D图象。
8.依据权利要求6的设备，其中，该图象合成单元与该第一3D图象无关地向该第二3D图象分配颜色信息。
9.依据权利要求6的设备，其中，该图象处理单元通过体绘制处理产生该第一和第二3D图象的数据。
10.依据权利要求6的设备，其中，该显示单元根据用户指令单独地显示该第一3D图象或该第二3D图象以替代该合成图象。
11.一种3D图象处理设备，包括：
一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检测对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；
一个减法单元，其被配置成通过从该多个强反差图象减去该多个屏蔽图象来产生多个相减图象的数据；
一个重建单元，其被配置成从该多个强反差图象重建第一体数据以及从该多个相减图象重建第二体数据；
一个减法单元，其被配置成通过从该第一体数据减去该第二体数据来产生第三体数据；
一个图象处理单元，其被配置成从该第三体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；
一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及
一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
12.依据权利要求11的设备，其中，该图象合成单元产生合成图象的数据，以便以和该第一3D图象的颜色不同的颜色显示该第二3D图象。
13.依据权利要求11的设备，其中，该图象合成单元与该第一3D图象无关地向该第二3D图象分配颜色信息。
14.依据权利要求11的设备，其中，该图象处理单元通过体绘制处理来产生该第一和第二3D图象的数据。
15.依据权利要求11的设备，其中，该显示单元根据用户指令单独地显示该第一3D图象或该第二3D图象以替代该合成图象。
16.一种3D图象处理设备，包括：
一个存储单元，其被配置成存储和多个与待检查对象关联的投影方向对应的多个屏蔽图象的数据，并存储和多个与该对象关联的投影方向对应的多个强反差图象的数据；
一个处理单元，其被配置成根据该多个强反差图象的数据和该多个屏蔽图象的数据来产生代表骨和/或软组织结构的第一体数据以及代表对比血管结构的第二体数据；
一个图象处理单元，其被配置成从该第一体数据产生代表骨结构和/或软组织结构的第一3D图象的数据，以及从该第二体数据产生代表对比血管的第二3D图象的数据；
一个图象合成单元，其被配置成通过合成该第一3D图象和该第二3D图象来产生合成图象的数据；以及
一个显示单元，其被配置成显示该合成图象。
17.依据权利要求16的设备，其中，该图象合成单元产生合成图象的数据，以便以和该第一3D图象的颜色不同的颜色显示该第二3D图象。
18.依据权利要求16的设备，其中，该图象合成单元与该第一3D图象无关地向该第二3D图象分配颜色信息。
19.依据权利要求16的设备，其中，该图象处理单元通过体绘制处理来产生该第一和第二3D图象的数据。
20.依据权利要求16的设备，其中，该显示单元根据用户指令单独地显示该第一3D图象或该第二3D图象以替代该合成图象。
CNB2004100586796A 2003-08-28 2004-07-28 3d图象处理设备 Expired - Lifetime CN1307597C (zh)

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