CN1722174A - 用于加载和后处理数字三维数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加载和后处理三维数字立体数据的方法和装置，特别是在医学领域中。通常，由CT或MR设备采集断层图像并组合成一个立体数据组。将一种或多种后处理方法引入到该组合的数据组，例如VRT、MIP和/或MPR技术。按照本发明，这些后处理方法紧接在加载过程开始之后就可以应用于已经加载的图像数据部分。

Description

用于加载和后处理数字三维数据的方法和装置

技术领域

本发明属于图像处理的领域，尤其是涉及用于后处理三维图像数据的方法和装置，特别是在以诊断为目的的医学领域。

背景技术

在临床实际中，对患者的不同类型的图像数据进行采集，并且必要时在以后的某个时刻由医生对其进一步处理，以进行诊断。除了别的之外，这可以是由计算机断层造影设备、超声设备或核自旋设备所采集的图像。PET图像或者来自血管造影的图像也可以成为按照本发明的方法的基础。

在医学领域的图像处理中重要的是，必须处理大量的数据，以便可以显示一幅接下来可用的图像。不过，按照本发明的措施不仅可以应用于医学领域，也可以应用于任何其它基于对图像数据的后处理的应用领域。

为了能够在显示设备上显示所采集的断层图像数据，必须从该数据由采集设备预定的原始二维形式出发，将该数据变换或换算成3D显示形式，使得可以在显示设备上进行立体显示。为此，将所采集的断层图像按照计算机的方式进行重叠。对由此得到的3D表示进行其它后处理。这些用于三维图像数据的后处理方法涉及例如将所表示的像素参照相互的关系或者参照对该对象进行其它观察者透视的可能性来进行对比。因此，例如必要的是，除了肺部的俯视图外还需要显示前视图，或者说还需要显示穿过特定轴的截面。所选择以及所采用的后处理方法的类型，在实际情况下特别是由主治医师来限定。

此外，对于图像数据经常采用特定于应用情形的显示方法。这样，使用者可以建立或定义所谓的变换函数，该变换函数例如确定应该显示特定的结构而其它的则不显示，因为后者在该情况下是不重要的。也可以设置成，应该将特定的组织类型透明地显示，以便同样可以看到处于其后面的断层。也就是说，根据不同的应用情况进行特定的、对于图像显示来说重要的设置。

在由现有技术所公开的系统中，要求在可以使用后处理方法之前，对所有图像数据处理或者换算完毕。按照现有技术的迄今为止的措施导致了这样的缺点，即，使用者必须付出很长的等待时间，这种等待时间在例如紧急的情况下是不能容忍的。另一个负面的影响在于，使用者也不了解当前的计算状态，因此被迫地等待一个不可预期的时间段直到图像建立完毕。

利用CT和MR设备的扫描器通常产生断层图像，这些断层图像然后被换算，从而这些断层图像形成一个三维空间。然后，在必要时对该三维图像进行其它的后处理。

在按照现有技术的方法中，直到立体数据完全被加载后才可以使用后处理方法。公知的方法被证明是非常有问题的，因为使用者反复地付出很长的等待时间。例如其必须等到数据被完全加载，随后才可以采用后处理方法，对于后处理方法的结果使用者部分地还必须等待更长的时间以及因此反复等待。

反之，特别是在一些医疗应用中，如果在一个时刻已经可以看出对于当前的问题只有一个图像片段是感兴趣的，则提前中断图像建立过程，这是有意义的和足够的。

现有技术中的其它方法还涉及到这样的措施，即，用至该时刻加载的立体部分重复地计算三维图像。不过，由此明显地延长了加载过程的总持续时间。

因此，希望有一种方法，该方法使得可以在完全建立图像之前就可以使用后处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可以用来使等待时间最小的途径，其中等待时间是因为三维图像数据的加载过程和后处理过程而形成的。在此，一个特殊的方面可以在于对治疗重要性的强调，即，应该尽早地提供诊断上有价值的信息。

针对本文开始部分描述的现有技术，上述技术问题是通过本发明的特征来解决的，优选地通过一种用于处理和/或后处理图像数据、特别是三维数字图像数据的方法来解决的，该方法具有如下步骤：

-加载图像数据以便在显示设备上显示，和

-后处理所述图像数据，

其中，所述加载和后处理的方法步骤在时间上相互交错，其特征在于，紧接在加载开始之后就可以对已经加载的图像数据部分进行图像数据的后处理。

此外，上述技术问题还通过一种用于处理和/或后处理图像数据、特别是三维数字图像数据的装置解决的，该装置具有如下模块：

-至少一个加载模块，其构造用来加载图像数据以便在显示设备上显示，和

-至少一个后处理模块，其构造用来后处理所述图像数据，

其中，所述加载模块和后处理模块在时间上相互交错地工作，其特征在于，紧接在加载模块的加载过程开始之后就至少可以将已经加载的图像数据部分提供给后处理模块进行后处理。

按照本发明，图像数据的后处理可以开始的时刻独立于加载过程的实施和结束。这样，在任意时刻可以至少对已加载的图像数据部分进行后处理。其中，对于后处理过程开始的时间间隔被定义为：紧接在加载过程开始之后且在整个加载过程结束之前。在此，按照本发明用户具有这样的施加影响的可能性，即，其可以根据不同的应用情况确定该时刻。

在本发明的一个优选的实施方式中，用户可以设定其所希望的图像分辨率。这样，在只需要对器官具有粗略视图的紧急情况下，有意义的是设置一个低的图像分辨率，以便可以减小由于图像数据的计算造成的等待时间。在该关联中，这里所建议方法的优点在于，根据用户的不同设置，甚至紧接在加载开始之后就已经至少为已加载的图像数据部分提供了最大的或者所希望的图像分辨率。总的来说，这提高了结果质量。

通常，图像数据的后处理在显示设备上进行。不过，在复杂的临床结构中也可以在一个设备上采集图像数据，而在另一个设备上独立于用户所选择的设置进行计算，以及必要时在不同于前两个的设备上进行显示。在此，所有设备相互交换数据。

对于三维图像数据的后处理存在不同的机制。对于本发明重要的是，原则上可以采用所有后处理机制。不过，在后处理的范围中优选地采用下列机制的至少一个：

-VRT或者立体着色技术，

-MIP或者最大强度投影，和/或

-MPR或者多平面重建。

VRT技术是一种相对花费多且复杂的图像处理方法。为所有采集的身体解剖结构(例如，颈椎柱和临近的动脉)配置不同的透明级别或不透明值、明亮程度和色彩。这种配置在CT数据的情况下是明确的并且基于标准化的标度，即所谓的洪氏单位标度(Houndsfield-Unit-Skala)。

利用这种技术可以同时表示半透明的和不透明的VRT对象，并使得用户可以迅速得到关于有问题的解剖结构的概貌。这样，在上述例子中可以通过将动脉前面的颈椎柱表示为透明的来表示和显示动脉。

MIP方法是一种可视化方法，其适合于，仅仅表示最大可能差别的数据片段或者部分立体是重要的。因此，用户首先选择一个感兴趣的立体(VOI)。在该技术中，这样来产生对该立体的三维印象：从一个给定的视角仅仅将具有最大灰度值或最小灰度值的3D空间点分别投影为一幅二维图像。

MPR原则使得可以从任意的透视观看所描绘的器官或者解剖结构。因此，也可以从不同于获取平面的另一个透视来观察立体对象或者器官。为此，用户定义一个希望的截面(例如，矢状的、冠状的、副轴向的或其它截面)。借助于该技术，在不对患者施加额外辐射的情况下就可以计算对应的图像。

在可选用的实施方式中，同样还采用另外的后处理方法，例如表面重建(阴影表面显现，SSD)，以便为了更简单的可视化而后处理原始数据。重要的是，本发明不局限于后处理的一种原则，而是可以采用后处理的任意方法。

不过，所有可以采用的后处理方法具有这样的缺点，即，它们对计算能力提出了巨大的需求，该计算能力在通常的工作站上可能占用非常多的时间。因此，这些非常重要和增强质量的方法在临床环境中迄今为止很少被采用。

按照本发明，将由于三维图像数据的加载时间造成的总等待时间划分成多个等待时间块，这使得用户在一个较早的时刻就可以得到至少部分结果。这点通过紧接在对应数据的加载过程之后就后处理部分或立体数据片段而达到。

在一个优选的实施方式中，可以按照不同的分辨率级别对所述图像数据进行后处理。对分辨率级别的选择又影响最终的等待时间。

通常必须对图像数据进行后处理。不过，所述方法也可以仅仅加载和显示图像数据，而不进行后处理。由此，可以将最初的原始数据用于其它的处理和诊断。后处理不是必须的，而是可选的。

优选地将该方法这样设置，即，可以将其它处理机制和/或应用用于已经加载的图像数据部分，特别是大小改变、对比度改变或者变换函数之间的交换。由此，紧接在加载过程开始之后就可以对原始数据进行后处理和/或其它处理应用。

一种可选的实施方式还额外地包括下列步骤：

-采集图像数据和/或计算所需要的数据组。该方法步骤在时间上优选地被安排在加载和后处理阶段之前。不过也可以考虑，将该步骤与其它各步骤在时间上交织在一起或者重叠设置，使得分别仅仅采集一部分数据并引入到其它方法步骤中，接着又将这些部分结果综合在一起。

图像数据的采集通常包括：识别至少一个对应的数据组、读取或传递该数据组，例如从一个设备传送到显示设备。

上面描述的、本发明的实施方式也可以作为计算机程序产品构成，包括计算机可以读取的介质以及计算机程序，其中，计算机在加载了计算机程序后可以用来执行上述的本发明的方法。

一种替换的技术方案在于用来存储上述计算机实现的方法并可以由计算机读取的存储介质。

附图说明

在下面对附图的详细描述中，不是限制在用于理解的实施方式，而是根据附图描述了其特征和其它优点。图中：

图1表示根据本发明的优选实施方式的本发明装置部件的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种方法以及一种一般地用10标记的装置，该装置用于对三维图像(尤其是在医学领域中的断层图像拍摄)进行电子处理、后处理和/或表示。

在第一步骤中采集断层图像数据组。这通常借助于断层造影或磁共振断层造影拍摄实现。不过，PET数据组、超声波拍摄或者旋转血管造影仪的图像也可以作为本发明方法或者装置的基础。

通常，装置10包括采集模块12，其构造用于采集、准备、传送和/或选择重要的数据组。该采集模块12与拍摄设备以及存储所采集的数据组的设备(如CT设备)进行数据交换。

加载模块14用来加载和/或计算立体数据。它与采集模块12以及后处理模块16交换数据。

不过，也可以不设置采集模块12；在这种情况下，加载模块14与拍摄设备进行数据交换。或者也可以不设置加载模块14；这样采集模块12一方面与所述设备、另一方面与后处理模块16进行数据交换，并且也用于从原始数据中计算立体数据组。

原则上总是要求，至少设置一个用于将截面图像变换为三维视图的模块。为此，必须将属于不同截面图像的原始数据组按照适当的机制进行换算或计算。二维的截面图像在计算机支持下被相互堆积。在此，除了堆积的顺序外还要注意一致的缩放系数和片段(视场)。

装置10或者后处理模块16将经过后处理的数据传递到显示设备18上显示。

因为断层图像的拍摄关系到花费(一方面对于患者，而另一方面也考虑到时间)，但是从医疗观点来看经常又需要除了三维表示外还要有对同一器官或者同一患者的其它透视和/或其它观察平面，因此采用这样的方法，这些方法在不需要新的拍摄的情况下就允许对一次采集的三维图像数据组进行数据后处理和其它表示。

在本发明的可替代的实施方式中，将采集模块12、加载模块14或者后处理模块16不是设置在装置10的内部，而是分别设置成外部部件。

如果在特定的透视中例如仅仅对立体数据的一个片段存在清楚定义和界定的兴趣，则按照本发明用户可以紧接在对整个立体数据的加载过程开始之后就启动后处理方法，该方法应用于目前已经加载的立体数据部分。在此，例如可以采用VRT、MIP或MPR技术。

如果不希望进行后处理，则也可以这样设置；这样将原始数据组输入到显示设备18。

不过，通常应该对数据进行后处理，以便简化时间上随后由医生进行的诊断。按照本发明，在加载过程期间将原始图像用于3D后处理：只要加载了断层图像的较小部分，就可以对其引入任意的3D后处理方法或将其输入后处理模块16。用户在图像显示至少部分加载的数据时也可以选择性地采用其它机制，例如，在不同的视图或者页之间来回翻阅、改变对比度或者设置缩放系数、缩小或放大所显示的图像。

与按照现有技术的方法相比，发明的重要的优点在于，可以显著更早地开始诊断，因为医生例如在放射学诊断中从不一下子研究所有的立体数据，而总是只能分别专注于一个片段，并且可以说从一次结束出发逐步地做准备。

另一个优点在于，紧接在加载过程开始之后就可以为已加载的数据部分提供最大的图像分辨率。

重要的是，本发明不再要求传递所有的立体数据，而是按照多个块的形式将该立体数据逐步地传递到后处理模块16就足够了，由此按照本发明将后处理方法的接口设置得不同。一旦立体数据的一个块被计算或者加载，就可以将其传递至后处理模块16。由此形成了递增的后处理，此外在完成加载过程之前就执行了后处理。

Claims (20)

1.一种用于处理和/或后处理图像数据、特别是三维数字图像数据的方法，具有如下步骤：

-加载图像数据以便在显示设备(18)上显示，和

-后处理所述图像数据，

其中，所述加载和后处理的方法步骤在时间上相互交错，其特征在于，图像数据的后处理紧接在加载开始之后就可以对已经加载的图像数据部分进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，紧接在加载过程开始之后且在整个加载过程结束之前的任意时刻，至少可以对已加载的图像数据部分进行后处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接在加载开始之后就已经至少为已加载的图像数据部分提供了最大的或者所希望的图像分辨率。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，图像数据的后处理在所述显示设备(18)或者在一个与该显示设备交换数据的设备上进行。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述后处理基于下列机制中的至少一个：

-立体着色技术，

-最大或最小强度投影，和/或

-多平面重建或者任何其它用于后处理图像数据的机制。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按照不同的分辨率级别对所述图像数据进行后处理。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法仅仅加载和显示图像数据，而不进行任何后处理。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，可以将其它处理机制和/或应用用于已经加载的图像数据部分，特别是大小改变、对比度改变或者在图像部分之间的交换。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列的初始化步骤：

-采集图像数据和/或计算所需要的数据组。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述采集图像数据的方法步骤包括：识别至少一个对应的数据组、读取或传递该数据组。

11.一种用于处理和/或后处理图像数据、特别是三维数字图像数据的装置，该装置具有如下模块：

-至少一个加载模块(14)，其构造用来加载图像数据以便在显示设备(18)上显示，和

-至少一个后处理模块(16)，其构造用来后处理所述图像数据，

其中，所述加载模块(14)和后处理模块(16)在时间上相互交错地工作，其特征在于，紧接在加载模块(14)的加载过程开始之后就可以将已经加载的图像数据部分提供给后处理模块(16)进行后处理。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，紧接在加载过程开始之后且在整个加载过程结束之前的任意时刻，至少可以对已加载的图像数据部分进行后处理。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，紧接在加载开始之后就已经至少为已加载的图像数据部分提供了最大的或者所希望的图像分辨率。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置，其特征在于，图像数据的后处理在所述显示设备(18)或者在一个与该显示设备交换数据的设备上进行。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述后处理基于下列机制中的至少一个：

-立体着色技术，

-最大或最小强度投影，和/或

-多平面重建。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其特征在于，按照不同的分辨率级别对所述图像数据进行后处理。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(10)仅仅加载和显示图像数据，而不包括后处理模块(16)。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的装置，其特征在于，可以将其它处理机制和/或应用用于已经加载的图像数据部分，特别是大小改变、对比度改变或者在图像部分之间的交换。

19.根据权利要求11至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(10)还包括：

-至少一个采集模块(12)，其构造用于采集图像数据和/或采集计算所需要的数据组。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集装置(12)用来：识别至少一个对应的数据组、读取或传递该数据组。