CN1438614A

CN1438614A - 用检查体的三维体数据显示投影图像或截面图像的方法

Info

Publication number: CN1438614A
Application number: CN03103841.7A
Authority: CN
Inventors: 罗兰·费伯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: DE10206397B4; DE10206397A1; CN1320507C; US20030156747A1; US7088848B2

Abstract

本发明涉及一种用检查体(2)的三维体数据显示投影图像或截面图像的方法，其中，用该三维体数据计算出一幅预先给定投影或预先给定截面的由单像素组成的灰度值图像。本方法的特征在于，对该灰度值图像的每个像素确定检查体(2)的、通过该像素表示的体素与参考平面(5)之间的距离，将该灰度值图像的各像素与和该距离相应的颜色值相对应，并通过叠加或用对应于各像素的颜色值对该灰度值图像进行着色来显示投影图像或截面图像。本方法可以显示具有清晰且可直接理解的深度信息的投影图像。

Description

用检查体的三维体数据显示投影图像或截面图像的方法

技术领域

本发明涉及一种用检查体的三维体数据，尤其是MR体数据或CT体数据显示投影图像或截面图像的方法，其中，用该三维体数据计算出可预先给定的投影或可预先给定的截面的由单像素组成的灰度值图像。

背景技术

用三维体数据显示投影图像或截面图像在许多技术领域，尤其是成像医学技术领域起着重要作用。诸如磁共振(MR)层析摄影和计算机层析摄影(CT)的成像方法是从受检体的整个检查体(Untersuchungsvolume)中获得信息。X射线-计算机层析摄影是一种特殊的X射线-层析摄影法，其中，将获得横断面图像，也就是基本与体轴垂直取向的身体断层的图像。为此，对所述检查体从多个角度逐层透视，从而获得一组三维体数据。利用这些三维体数据，通过适当的投影方法，计算出待显示的截面图像。除了这样的截面图像之外，借助计算机层析摄影还可以用该三维体数据计算出例如检查体中对象的表面结构等其它图像显示。

在磁共振层析摄影中，借助特殊接通的动态磁场，即所谓的梯度磁场，和稳定磁场中的高频脉冲，经过空间分析获得检查体的磁共振信号。用这些由不同的小身体体元(Koepervolumina)，即所谓的体素(Voxel)获得的、并作为三维体数据组存储的磁共振信号计算出相应的磁共振截面图像。无论是磁共振层析摄影还是计算机层析摄影，都可以在大范围内任意选择所述检查体的待显示断层的位置和取向。在磁共振层析摄影中，除了产生所述断层图像或截面图像之外，还可以用所测得的三维体数据计算和显示不同的投影。一种正应用在MR-缸管造影中的方法，即所谓的MIP(MaximumIntensity Projection，最大密度投影)技术，可以生成能显示人体较大血管段的投影图像。在该方法中，通过所述三维体数据组施加一簇平行射线，其中，沿每条射线分别只找出那些具有最高信号强度的点。由于要成像的是具有高信号强度的血管，因此分别沿每条射线选择一个属于血管的图像点。现在将该点在各射线结束时标记到与这些射线垂直的投影平面中。通过这种方法，可以生成有立体效果的血管系统投影图像。同样的技术也可以应用到计算机层析摄影中。通常，将用所述方法生成的截面图像或投影图像计算和显示为灰度值图像。

用于图像显示的计算方法或投影方法所生成的图像大部分都不包含深度信息，这样就无法清楚地辨认出图像中所显示的解剖细节相互间的空间位置，并且可能会使观察者产生混淆。为了使解剖细节的空间位置可视化，例如在采用MIP技术时，将连续顺序的不同投影方向显示为运动图像，以便由此使观察者形成一种空间印象。然而，这在技术上的计算量很大，而且并不总是适用的。由于对于恒定的显示参数来说，“前-后”互换相当于旋转方向逆转，因此对所覆盖(Bedeckung)的显示不是直接唯一的。此外，还公知一些特殊设备，例如为每个眼睛提供相应的不同观察方向的三维眼镜。然而，这种眼镜以很好的空间视力为前提，而且直到目前还无法投入实际应用。通过对距离的强度编码(Intensitaetskodierung)，降低了对后部体素的显示，从而产生对比度损失。

在DE4436263A1中公开了一种以二维截面图像显示体的三维测量数据的方法和系统，其中，将相邻断层的截面图像叠加到待显示断层的截面图像上。通过将这些叠加的截面图像进行不同颜色的显示，可以获得对观察者很重要的位于该显示断层之前或之后的图像细节信息。该方法用于使截面图像的观察者了解截面图像中可识别对象的其它变化的方向。对观察者来说，尽管利用该方法可使待显示断层和其直接相邻的环境之间的三维关系清晰可见，但是该方法没有提供在投影图像中尤为重要的深度信息。

发明内容

基于现有技术的状况，本发明要解决的技术问题是，提供一种用检查体的三维体数据显示投影图像或截面图像的方法，为图像观察者提供可靠的深度信息。在此，三维体数据可理解为一组测量数据，该测量数据组包含由三维检查体的不同的部分体素(Teilvolumina)所获得的测量值。

上述技术问题是通过一种利用检查体的三维体数据，尤其是MR体数据或CT体数据显示投影图像或截面图像的方法解决的，其中，利用这些三维体数据计算出一幅预先给定投影或预先给定截面的、由单像素组成的灰度值图像，并对该灰度值图像的每个像素，确定检查体由该像素表示的体素与参考平面之间的距离，并将该灰度值图像的各像素与一个和该距离相应的、通过对该距离进行颜色编码所获得的颜色值相对应，以及通过叠加或用对应于各像素的颜色值对该灰度值图像进行着色来显示投影图像或截面图像。

此外，用对应于该灰度值图像各像素的颜色值生成一颜色编码的距离图像，并与所述灰度值图像相叠加，以显示所述投影图像或截面图像。其中，所述灰度值图像和所述距离图像的叠加是通过一种可参数化的方法实现的，其中，可以任意选择或修改该两幅叠加的图像的相对权重。

按照本发明的一种实施方式，将所述灰度值图像的图像平面选为投影图像的参考平面。

按照本发明的一种实施方式，所述对距离的颜色编码是通过可标度化的线性函数将颜色标度与距离标度相关联实现的。

按照本发明的另一种实施方式，所述对距离的颜色编码是通过可参数化的非线性函数将颜色标度与距离标度相关联实现的。

此外，还利用增强的距离分辨率显示预先给定的距离区域。

按照本发明的一种实施方式，通过Alpha混合技术利用所述颜色值对所述灰度值图像进行叠加。并采用MIP技术作为投影方法来计算所述灰度值图像。此外，还将所述灰度值图像作为所述检查体的一次或二次扫描的截面图像来计算。

本方法尤其适用于MR体数据或CT体数据。在本方法中，以公知方式计算出由单像素组成的预先给定投影或预先给定截面的灰度值图像。本方法由于以下特点而显得与众不同，即，对灰度值图像的每个像素，用三维体数据确定通过该像素显示的检查体体素或部分体(Teilvolumen)与预先给定的参考平面之间的距离，并将该灰度值图像的各个像素分别与一个与该距离相应的颜色值相对应。通过对距离进行颜色编码获得各颜色值，其中，例如将距离标度与颜色标度相关联。最后，通过叠加或者通过用对应于各像素的颜色值对灰度值图像进行着色来显示投影图像或截面图像。当然，所述叠加或着色是这样进行的，即，叠加的颜色信息不会遮盖灰度值图像的细节信息。

优选这样实现所述叠加，即，用对应于灰度值图像各像素的颜色值生成编码的距离图像，并将该距离图像与灰度值图像进行叠加，以显示投影图像或断层图像。优选通过一种可参数化的方法实现该叠加，例如Alpha混合(Alpha-Blending)方法，其中，可以任意选择两幅叠加图像的相对权重。因此，用户也可以预先给定相应的权重，在该权重下，例如为了更好地辨认灰度值图像的细节，使距离图像显示的强度小于灰度值图像，或者为了更好地辨认深度信息，使其显示的强度大于灰度值图像。

通过本方法，投影图像或截面图像的观察者可以直接清楚地了解有关图像中待辨认细节的深度信息。基于颜色编码的深度信息颜色显示是唯一且可直接理解的，其避免了在对诸如图像标签或解剖知识这样的附加信息的分析过程中出现的解释错误，这些信息尤其是在成像医学检查方法领域内起着重要作用。叠加方法的参数化(例如Alpha编码)优化了对灰度值图像结构信息的显示，该显示通过用户预先给定或修改相应的加权参数，可以适应当时的需要。

可以按照颜色标度线性变换距离值，并将该变换优选为可标度化的。然而，也可以使用可参数化的非线性变换，例如对数变换，以便以优选的分辨率对确定的距离范围，例如邻近范围的深度信息进行显示。通过上述对距离编码的可参数化或可标度化，可以使色差适应检查体中的感兴趣体区域(RoI)。

可以选择不同的可预先给定的参考平面，相对于该参考平面可以用三维数据求出各对图像重要的体素的距离。在显示投影图像、例如MIP图像时，将相应于这些参考平面来选择投影平面或图像平面。在显示截面图像时，通常由于待显示断层的深度较小而不需要深度信息，因此将本方法应用于一次倾斜或二次倾斜(doppelt schraeg)的断层。在此，将所述参考平面选择为与期望的观察方向垂直，优选为沿体轴的方向(矢状面、冠状面、横断面)，从而可以从由此生成的截面图像的颜色变化中辨认出断层或截面相对于该轴的扫描和扫描方向。这将有助于避免在观察各幅图像的过程中、在分析图像标签(Bildetikette)时出现错误。

附图说明

下面借助附图所示的实施方式再次简要说明本方法。在此示出了：

图1为实施本方法的原理性方法过程示例；

图2为应用本方法生成截面图像的示意图；

图3为另一生成扩展的感兴趣区域的投影图像的方法的示意图。

具体实施方式

图1概括性地示出了本方法的示意图。在利用相应的测量技术，例如磁共振层析摄影或计算机层析摄影技术获得三维体数据之后，利用这些体数据、通过取决于数据采集技术和所期望的图像结果的适当的投影方法，计算出具有灰度值结构的临时投影图像，以下称之为灰度值图像。与此同时或紧接着，将确定出包含在这些三维体数据中的有关检查体中体素或点的距离的信息作为深度信息，其中，所述体素或点是基于灰度值图像中各个像素的。通过基于调色板的颜色编码将灰度值图像中的每个像素与一颜色值相对应，该颜色值相应于检查体中所显示的点与图像平面的距离。通过这种方式，生成一幅具有深度显示的彩色图像，以下称之为颜色编码的距离图像。借助可参数化的叠加方法，将该颜色编码的距离图像这样叠加到原始灰度值图像上，即使置于灰度值图像下的结构(例如解剖结构)对于观察者清晰可见。

按照颜色标度既可以线性也可以非线性地变换距离值，并将该变换优选为可标度化的，以使观察者能够对检查体的感兴趣区域进行适配。通过适当的参数可以输入相应的标度。通过为叠加方法提供预先给定的参数，在叠加图像或投影图像中修改或预先给定颜色编码的距离图像的权重，以用于灰度值图像。

图2以图解方式举例示出了本方法对截面图像空间位置的显示。该图示出了患者身体1，利用适当的成像技术可从中获得检查体2的三维体数据。利用这些三维体数据可以获得患者身体的断层3的截面图像6，该断层3的断层平面与身体的纵轴垂直。然而在很多情况下，并不期望所显示的断层的取向与体轴垂直。利用本方法，能以优选方式显示这种一次或二次扫描(einfach-oder doppelt-gekippte)截面图像(例如，横断面＞矢状面)。该图举例示出了断层4的截面图像，其中，对断层4进行一次扫描。通过这种方式获得的截面图像7以图解方式进行了有力的说明。该截面图像包含一幅常规的灰度值图像，其与一幅颜色编码的距离图像叠加在一起。通过对断层4各点与参考平面5之间的距离进行颜色编码可获得该颜色编码的距离图像，参考平面5选择为与患者身体的纵轴垂直。该图中，用双箭头标示所述距离。在通过这种方式获得的截面图像7中，观察者可以清楚地看到各像素从下到上的颜色变化、例如从红色到蓝色的变化，这种变化表示所显示的断层与参考平面之间的距离在减小。因此，该截面图像的观察者可以立即辨认出扫描方向，并且在了解颜色标度的标度值的情况下，还可以辨认出扫描强度。因此，本方法实现了对各像素的空间位置相对于主观察方向(此处为矢状面)的直接可视显示，从而不必对给出所显示断层的取向的图像标签进行解释。

最后，图3示出了另一个例子，以说明在投影图像中本方法的应用，该投影图像显示了三维感兴趣区域在相应图像平面上的投影。说明这种投影的一个例子是人体血管的MIP显示。在此，图3示出了患者1，从中获得检查体2的三维体数据，该检查体2同时表示感兴趣体(RoI)。利用这些三维体数据生成一幅相当于体2在图像平面5上的投影的投影图像，该图像平面5同时表示用于本方法的参考平面。在采用相应的、将该体区域在图像平面5上进行投影的投影方法计算出灰度值图像之后，对该灰度值图像的每个图像点确定出基于检查体2的点或体素的与参考平面5之间的距离。在该图示中也用双箭头标示该距离。利用该深度信息生成颜色编码的距离图像，并与所述显示投影图像的灰度值图像叠加。现在，观察者借助于颜色，可以从该图像中直接辨认出基于所述灰度值图像可辨认出的血管，以及这些血管相对于参考平面5或图像平面5的距离。这使得直接辨认重叠的各血管及它们的顺序成为可能。通过所述颜色编码可以直接清楚地看到，哪根血管在前，哪根血管在后。

当然，对于所述颜色编码可以使用公知的标准颜色标度，例如热标度(Gluehskala)，或新的还有待完成的颜色标度。本方法尤其适用于医学技术成像方法的三维体数据，例如MR体数据或CT体数据。当然，本方法也可以应用到其它技术领域，例如材料检验，其中，将产生应包含深度信息的投影图像。

Claims

1.一种利用检查体(2)的三维体数据，尤其是MR体数据或CT体数据显示投影图像或截面图像的方法，其中，利用这些三维体数据计算出一幅预先给定投影或预先给定截面的、由单像素组成的灰度值图像，其特征在于，对该灰度值图像的每个像素，确定检查体(2)由该像素表示的体素与参考平面(5)之间的距离，并将该灰度值图像的各像素与一个和该距离相应的、通过对该距离进行颜色编码所获得的颜色值相对应，以及通过叠加或用对应于各像素的颜色值对该灰度值图像进行着色来显示投影图像或截面图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用对应于所述灰度值图像各像素的颜色值生成一颜色编码的距离图像，并与所述灰度值图像叠加，以显示所述投影图像或截面图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述灰度值图像和所述距离图像的叠加是通过一种可参数化的方法实现的，其中，可以任意选择或修改该两幅叠加的图像的相对权重。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将所述灰度值图像的图像平面选为投影图像的参考平面(5)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述对距离的颜色编码是通过可标度化的线性函数将颜色标度与距离标度相关联实现的。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述对距离的颜色编码是通过可参数化的非线性函数将颜色标度与距离标度相关联实现的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用增强的距离分辨率显示预先给定的距离区域。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，通过Alpha混合技术利用所述颜色值对所述灰度值图像进行叠加。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，采用MIP技术作为投影方法来计算所述灰度值图像。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，将所述灰度值图像作为所述检查体的一次或二次扫描的截面图像来计算。