CN1711562A - 用于显示以立体数据组成像的对象的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于显示以第一立体数据组(20)成像的对象(3)的方法。首先产生第二立体数据组(30)，其中沿着进入该第一立体数据组(20)的主观察方向(22)并依据深度调制该第一立体数据组(20)的立体单元(23)。接着对所述第二立体数据组进行立体透视。

Description

用于显示以立体数据组成像的对象的方法

技术领域

本发明涉及一种用于显示以立体数据组成像的对象的方法。

背景技术

尤其是用现代成像医疗技术设备拍摄的图像具有相对高的分辨率，从而可以用这些图像来放大地产生3D照片(立体数据组)。成像医疗技术设备例如是超声波、计算机断层造影、磁共振或X射线设备或PET扫描仪。此外，通常采用计算机断层造影设备(CT)或X射线设备，因为在用该设备检查期间对生物体施加的放射负担较小。但是立体数据组比传统二维图像的图像数据组具有更大的数据量，因此分析立体数据组是比较花费时间的。目前，立体数据组的实际拍摄大约需要半分钟，而搜索和处理立体数据组则通常需要半个小时或更多。因此需要自动识别和处理的方法。

大约到2000年在计算机断层造影(CT)中几乎还只是借助轴向断层堆(截面图像)进行诊断或至少检查报告主要依靠截面图像。从大约1995年以来，由于计算机计算能力的提高而将3D显示扩展到检查平台；但是3D显示在最初更多是具有学术上的和补充的意义。为了简化医生的诊断，主要开发了4种3D可视化的基本方法：

1.多平面重组(Multiplanare Reformatierung，MPR)：这就是按不同于例如原始水平断层的其它取向重新组合立体数据组。尤其区分为正交MPR(分别垂直于其中一个原始坐标轴的三个MPR)、自由MPR(倾斜的断层；导出的＝插值的)和弯曲MPR(平行于任意一条穿过生命体图像的路径以及例如垂直于其中标明该路径的MPR产生断层)。

2.阴影表面显示(Shaded Surface Display，SSD)：立体数据组的分割和切出对象的表面显示，多数情况下通过图像的灰度值(例如CT值)的取向和手动辅助编辑强烈地显现。

3.最大强度投影(Maxiamal Intensity Projection，MIP)：显示沿每条视线的最高强度。在所谓的薄MIP中仅仅显示部分空间。

4.立体透视(Volume Rendering，VRT)：其被理解为借助于类似于进入对象或从对象出来的X射线的视线的模型化。由此，(部分透明地)采集了成像身体的整个深度；小的以及首先用薄断层显示的对象的细节可能丢失。该显示通过设置所谓的变换函数(色彩查找表)手动地显现出来。通过采用其它存储平面来光阑光照效果，在该存储平面中存储照明的梯度量和方向并在显示时进行计算。

但是，这些公知方法的缺陷在于对相对较弱的结构显示不足，尤其是当立体数据组较大时。公知方法的另一个缺陷是，分别只能以固定关系显示整个3D块。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种方法，利用该方法也可以更好地显示较弱的、尤其是以较大立体数据组成像的结构。

本发明的技术问题是通过一种用于显示以第一立体数据组成像的对象的方法，具有如下方法步骤：

-产生第二立体数据组，其中平行于进入该第一立体数据组的主观察方向并依据深度调制和/或编码第一立体数据组的立体单元，以及

-对所述第二立体数据组进行立体透视。

本发明方法的目标是，无需对以第一立体数据组成像的对象进行特殊的分割，通过继续开发立体透视实现对成像对象的整个深度的连续3D显示。第一立体数据组例如是用计算机断层造影设备或磁共振设备产生的，总的来说是用一种适用于产生立体数据组的成像设备产生的。

此外，根据本发明，通过深度投影同时实现对成像对象的空间和可塑印象。为此根据本发明，从第一立体数据中产生第二立体数据组，其中优选在主观察方向上依据深度调制或编码并存储第一立体数据组的所有立体单元(在CT中例如是Hounsfield单位)，并将公知的立体透视应用于该第二立体数据组。立体透视例如描述在Foley等人的“Computer Graphics：Principle and Practice，2.Auflage，Addison-Wesley，1990，1034-1039”中。这样，例如在与所谓α光阑的共同作用下一方面在深度投影时改善了可塑的3D印象。

α值确定所显示对象的透明度或不透明度，并针对立体数据的每一个可能值来定义。另一方面，对于各个显示的深度区域都可以连续选择。这并非是微不足道的，因为例如在计算机断层造影中存在测量值的宽频谱。成像对象例如是生物的身体。就观察者的视线来说，当位于眼前的对象沿着视线的延展是有限的并具有极少不透明(＝透明)的Alpha时，对特定的造影剂密度或在成像的生物身体很后方的骨骼(脊柱)密度仍可以强不透明的Alpha向前照射。该矛盾不能用传统的立体透视来解决。在遮蔽线(沿着视线)中，实际上总是只能有一个对象完全显示得很小，而转换为其它对象的显示就意味着很费事并且会剧烈改变图像印象。

本发明的方法提供了这种可能性，即通过深度选择尤其是实时地显示所有对象部分(器官)，而不会改变具有完全对比度和深度投影的整体印象。对立体数据组在主观察方向上以不同于Alpha光阑的指数下降的惯性显现出另一个Alpha，并将该数据组调谐为获得第一立体数据组的密度调制(在CT中例如是Hounsfield单位)。这样来规定，在成像的部分对象局部给出深度投影，也就是在边缘上从前到后形成阴影，由此可塑的显现出所有对象部分。

例如利用滑动调节器可以连续设置应当显示哪些深度区域，其中该滑动调节器作用于变换函数的部分区域，该部分区域在调制或编码立体数据组的值域上平移。在此新颖的是，尤其是可以实时地更新显示，因为立体数据已经事先按照合适的调制或编码例如存储在显示存储器中，例如市场上常见的图形卡。该设置也可以与照相时设置深度清晰度相对照。但是与照相时的深度清晰度相反，在此可以例如用矩形变换函数更为精确地定义前面和后面的边缘，尤其是对观察者来说，为了完全消除视线障碍这是很重要的。

与按照第二立体数据组的形式编码或调制的立体一起存放在存储器中的还有相应建立的变换函数，如果希望深度投影从前向后，在最简单的情况下例如作为相对于观察者来说下降的斜坡函数，或者如根据本发明一实施方式那样按照调制的矩形或方格的形式，其倾斜的上边缘下降。根据本发明方法的变形，变换函数存放在查找表中。

不采用滑动调节器、鼠标或其它控制器，也能借助导航系统实施深度设置，如根据本发明方法的另一变形那样。在这种情况下，实时地由导航系统设置如传统立体透视中的视点和透视图，以及选择当前待显示的立体数据。这实现了对本身封闭的成像对象的所有立体数据的“穿越”。目前公知的方法只允许通过选择数据(MIP中只选择最大值，但是在整个立体中)、通过结合预分割来选择穿过空腔的特殊路径(实际的穿越)或者通过费事的预先计算(分割、着色、实际上还有数据交换)来进行。

根据本发明方法的实施方式，如果尤其是根据修剪-弯曲(Shear-Warp)方法另外实施一种所谓的“纹理映射”，插值出第一和/或第二立体数据组的立体单元，对第一和/或第二立体数据组进行滤波，和/或对第一立体数据组的滤波结果和/或对第二立体数据组的滤波结果进行中间存储，则可以尤其是在显示速度上进一步改善对成像对象的显示。

附图说明

附图中示意性地示出一个实施例。示出：

图1是计算机断层造影设备，

图2是用计算机断层造影设备拍摄的具有虚拟视线的第一立体数据组，

图3是由图2所示的立体数据组产生的其它立体数据组，

图4是变换函数的图形显示，

图5是借助本发明方法产生的显示。

具体实施方式

图1示意性示出计算机断层造影设备，具有X射线辐射源1，从该辐射源发射出锥形的X射线辐射束2，其边缘在图1中以点划线示出，该X射线辐射束穿过检查对象(例如患者3)并落在射线探测器4上。X射线辐射源1和射线探测器4在本实施例中在环形的支架5上相对设置。支架5关于系统轴6可旋转地支撑在图1中未示出的支撑装置上(参见箭头a)，该系统轴6穿过环形支架5的中心。

患者3在本实施例中躺在对X射线束来说是透明的卧榻7上，后者借助图1中同样未示出的支撑装置沿着系统轴6可平移地安放(参见箭头b)。

由此，X射线辐射源1和射线探测器4形成一个测量系统，其可以关于系统轴6旋转，并沿着该系统轴6相对于患者3平移，从而可以在关于系统轴6的不同投影角度和不同位置下透视患者3。数据采集系统9根据在此出现的射线探测器4的输出信号形成测量值，将该测量值输入计算机11，由该计算机借助专业人员公知的方法计算出患者3的图像，该图像又可以显示在与该计算机11连接的监视器12上。在本实施例中，用示出的例如包含滑环系统或无线传输段的电导线8将数据采集系统9与射线探测器4连接，用电导线10将数据采集系统9与计算机11连接。

在图1中示出的计算机断层造影设备可以用于序列扫描和螺旋扫描。

在序列扫描中逐个断层地扫描患者3。其中，X射线辐射源1和射线探测器4关于系统轴6围绕患者3旋转，包括X射线辐射源1和射线探测器4的测量系统拍摄多个投影，以扫描患者3的二维断层。根据其中获得的测量值再现出一幅显示被扫描断层的截面图像。在扫描连续断层之间，患者3分别沿着系统轴6运动。该过程一直重复，直到所有感兴趣断层都被采集了为止。

在螺旋扫描期间包括X射线辐射源1和射线探测器4的测量系统关于系统轴6旋转，并且卧榻7在箭头b方向上连续运动，也就是说，包括X射线辐射源1和射线探测器4的测量系统相对于患者3一直连续地在螺旋轨道c上运动，直到患者3的感兴趣区域完全被采集为止。其中产生一个立体数据组，其在本实施例的情况下根据医疗技术中常见的DICOM标准编码。

在本实施例的情况下，利用在图1中显示的计算机断层造影设备产生一个由多个相互连续的截面图像组成的、患者3的腹部的立体数据组，具有大约500个512×512矩阵的CT断层(截面图像)。

该立体数据组例如为了应用于最小侵入手术/腹腔镜而解释为与卧榻7平行的断层。由此断层取向(冠状)垂直于图1未示出的医生的视线，该医生通常以垂直于患者3肚皮的方向看过去。这些断层在本实施例中解释为纹理或插值的多纹理，并根据修剪-弯曲方法计算为3D显示(立体透视的公知显现)。从中形成的立体数据组20在图2中示意性地示出。大约从医生的视线方向出发并进入立体数据组20的虚拟视线21在图2中以虚线示出。在使用者的优选观察方向上与视线21成最小角度的、原始立体数据组的坐标轴(也就是最可能平行于优选方向上的视线21)称为主观察方向22。对如本例中的大数据组来说，即使视线方向向侧面或向上/向下偏转最大大约达到+-80°，所描述的方法用该优选方向仍然能够奏效。为了改善显示，在+-45°时转换为垂直于第一取向(轴向或径向)的断层。原理上，在本实施例中为包括黑白显示在内的彩色查找模式存储3D数据。对较大的数据组来说，这意味着一方面具有最小存储要求(例如3D是8比特，只对显示才例如是32比特)，另一方面可以通过修改查找表实时更改或匹配显示。

根据本发明，显示控制通过查找表与投影和深度信息相关联。为此，在本实施例中，产生另一个在图3中示出的立体数据组30，其中用沿着与边缘平行的主观察方向的深度值以及可能的其它滤波器响应来逐个体素地调制立体数据组20的立体单元23，并通过该一次性预处理编码地存储在计算机11的图形卡13的工作存储器中。

在本实施例中，立体数据组20的各个立体单元23的调制沿着主观察方向22进行，并且这样进行，即计算立体数据组20的、远离沿着主观察方向22的观察者视点的立体单元23的灰度值(对于CT例如是Hounsfield单位)，该灰度值比观察者附近的立体单元的灰度值具有更小的因子。

接着，另一个立体数据组30在显示时实时地用相对于其它立体透视可能修改了的Alpha值来计算，并在查找表(变换函数)的共同作用下显示。

在本实施例中，变换函数具有倾斜方块40的形式，如图4示意性所示。立体数据组30中的编码和变换函数的采用这样进行，倾斜方块40的平移区域对应于立体数据组30的深度，由此可以成像出数据组30的立体单元的整个大彩色或灰度值区域(在8比特时是256个单元)。另一个立体数据组30的深度用轴31显示。

在实时生成3D视图时，这样打破另一个立体数据组30的每个编码断层(纹理)，就像该立体数据组对应于具有中心视线21的当前透视图，最后在与所述光阑Alpha相乘之后按照累加器结构相加，其中，在本实施例中还在图形卡13中应用实时插值。

累加器存储器、例如图形卡13中的显示缓冲器，用整个编码和计算包含一幅投影的、必要时加强了边缘的3D图像，其中显示图2示出的原始立体数据组20的一个或多个深度区域。通过相应设置查找表来量出期望的深度。也可以进行精细的非线性编码，以便更为清楚地分开或遮蔽不感兴趣的结构(例如在有些情况下的骨骼(肋骨))。这种特殊编码应当面向测量值刻度的已知大小，在本实施例中是立体数据组20的各立体单元的Houndfield单位的已知大小。

查找表(变换函数)的值例如是：倾斜矩形在深度区域中从大约136mm延伸到120mm，对应于查找函数的位置136至120。在纯灰度编码中，在位置136是显示彩色值“255、255、255”，一直下降到例如位置120的值“50、50、50”。这放大了对立体数据组30的深度编码，其中例如在侧俯视图中对位于对象表面很下方的表面立体单元在Alpha积分中的透视平均比位于很上方的立体单元的透视更暗，并由此给出可塑的或放大的空间效果。

整个计算例如通过滑动调节器或鼠标运动来进行，或通过更新图1未详细示出、但专业人员一般公知的导航系统的位置坐标和方向坐标来连续地进行，从而例如利用当前可获得的标准图形卡可以达到每秒钟约15个透视。

在图5中以图像50的形式示例性示出利用本发明方法产生的显示。

在本实施例中，立体数据组20用计算机断层造影设备产生，并按照多个连续计算机断层造影截面图像的形式出现。立体数据组20还可以用其它成像设备产生，例如磁共振设备、X射线设备、超声波设备或PET扫描仪。并且立体数据组20不必按照多个连续计算机断层造影截面图像的形式出现。

本发明的方法还可以用于成像的技术对象。

同样，本实施例只是具有示例性的特征。

Claims (12)

1.一种用于显示以第一立体数据组(20)成像的对象(3)的方法，具有如下方法步骤：

-产生第二立体数据组(30)，其中，平行于进入该第一立体数据组(20)的主观察方向(22)并依据深度调制和/或编码该第一立体数据组(20)的立体单元(23)，以及

-对该第二立体数据组应用立体透视。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了控制依据深度的3D显示采用变换函数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述变换函数对于所述立体透视具有倾斜方块(40)的形式。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述变换函数存放在查找表中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，利用导航系统来控制所述立体透视。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，利用计算机输入设备来手动控制所述立体透视。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，尤其是根据修剪-弯曲方法和可能时利用所谓的多纹理还进行所谓的“纹理映射”。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述“纹理映射”借助图形卡13的硬件实施。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，插值出第一和/或第二立体数据组(20，30)的立体单元(23)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，对第一和/或第二立体数据组(20，30)进行滤波。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，对第一立体数据组(20)的滤波结果和/或对第二立体数据组(30)的滤波结果进行中间存储。

12.根据权利要求5至11任一项所述的方法，其中，用对应于查找表的一个特定保留区域的彩色值来存储事先分割的对象部分，从而使该对象部分从所描述的立体透视的其它对象组成的环境中以自身的颜色凸现出来，并由此可以利用所述导航系统有针对性地进行控制。

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