DE102006009255A1 - Bildverarbeitungsverfahren und Bildverarbeitungsgerät - Google Patents

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Abstract

Ein Schwellwert T, der etwas größer als Volumenelementwerte eines Zielgewebes, beispielsweise einer Blutbahn, ist, wird bestimmt. Als Nächstes werden ein virtueller Strahl projiziert und Volumenelementwerte auf dem virtuellen Strahl als Feld A1 (Originalfeld) ermittelt. Dann wird ein Feld A2 (ersetztes Feld) durch Volumenelementwerte des Feldes A1, welche gleich oder größer als der Schwellwert T sind, durch Spiegelung am Schwellwert T generiert. Dann wird ein Teil der Daten auf dem Feld A2, beispielsweise zum Zentralbereich einer verkalkten Region korrespondierende Spiegeldaten, ausgeschlossen. Als Nächstes wird ein Maximalwert M2 auf dem Feld A1 ermittelt und ein zum Wert M2 korrespondierender Wert M1 auf dem Feld A1 ermittelt. Dann wird der Wert M1 als Bildpunktwert für den virtuellen Strahl genutzt.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 28. Februar 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung 2005-054863, deren Inhalt hiermit vollständig aufgenommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsverfahren und ein Bildverarbeitungsgerät zur Volumenvisualisierung.
  • Bisher wurde ein projiziertes Bild durch Projektion von virtuellen Strahlen in ein dreidimensionales Bild erzeugt, das mittels eines Computertomographen (CT), eines Kernspintomographen (NMI) oder ähnlichem generiert wurde. Als Verfahren zum Erzeugen solch eines projizierten Bildes wird häufig die Volumenvisualisierung (englischer Begriff: volume rendering) genutzt. Zur Volumenvisualisierung sind beispielsweise das MIP-Verfahren (im Englischen: Maximum Intensity Projection), bei dem Maximalvolumenelementwerte (im Englischen: maximum voxel values) in einer Projektionsrichtung extrahiert und projiziert werden, das MinIP-Verfahren (im Englischen: Minimum Intensity Projection), bei dem der Minimalvolumenelementwert extrahiert und projiziert wird, Strahlverfolgungsverfahren, bei dem ein virtueller Strahl in Projektionsrichtung projiziert und das von einem Objekt reflektierte Licht berechnet wird, sowie weitere Verfahren bekannt.
  • 31A bis 31D sind beispielhafte Zeichnungen eines MIP-Verfahrens, welche eine Beziehung zwischen 3D-Daten (dreidimensionalen Daten), welche zu Volumenelementdaten eines visualisierten Objekts korrespondieren, und ausgewählten Maximalwerten für die Darstellung. Da beim MIP-Verfahren ein Maximalwert der 3D-Daten auf der mittels eines Pfeils in jeder Figur gezeigten Projektionslinie als Darstellungsdaten 4, 8, 8, und 8 verwendet wird, die jeweils die Maximalwerte der 3D-Daten darstellen, werden diese jeweils als Darstellungsdaten in den 31A, 31B, 31C und 31D verwendet.
  • 32A zeigt ein Strahlverfolgungsbild (im Englischen Raycast image) und 32B ein MIP-Bild. Das in 32A gezeigte Strahlverfolgungsbild ist ein Beispiel eines durch Volumenvisualisierung erhaltenen Bildes, bei dem Bildpunkte (im Englischen Pixel) durch Akkumulation von reflektiertem Licht von einer Vielzahl von Volumenelementen auf einem virtuellen Strahl bestimmt werden. Dies ist daher effektiv bei der Visualisierung von Umrissen bzw. Konturen und zum Erhalten von grafischen Bildern. Darüber hinaus wird die Berechnung für den Fall, dass der virtuelle Strahl zwischen Volumenelementdaten hindurch tritt, nicht auf Basis der Volumenelementdaten an sich, sondern auf Basis von interpolierten Volumenelementdaten durchgeführt.
  • Auf der anderen Seite ist das in 32B gezeigte MIP-Bild hinsichtlich seiner Objektivität eindrucksvoll, und eine Hochgeschwindigkeitsberechnung ist möglich, da, wie oben erwähnt, die Bildpunkte durch Auswahl eines einzelnen Volumenelements auf einem virtuellen Strahl selektiert und die Volumenelementwerte so wie sie sind visualisiert werden. Daher werden MIP-Bilder häufig bei der Visualisierung von Blutgefäßen verwendet. Manchmal werden interpolierte Volumenelementwerte in MIP-Verfahren verwendet, die sich auf eine Vielzahl von Volumenelemente beziehen, dies macht jedoch keinen Unterschied dahingehend, dass lediglich die Information eines einzelnen Punkts auf dem virtuellen Strahl verwendet wird. Allerdings ist es manchmal etwas schwierig, ein Organ zu visualisieren, das keine Ausprägung hinsichtlich seiner Volumenelementwerte aufweist.
  • 33A und 33B sind Zeichnungen zur Darstellung der Situation in einem MIP-Bild, bei dem ein Abschnitt einer Blutbahn 52 durch eine verkalkte Region 50 versperrt ist, die innerhalb des Blutgefäßes haftet. Darüber hinaus zeigen 33A und 33B den Fall, dass der gleiche Abschnitt des Blutgefäßes aus um 90 Grad zueinander versetzt angeordneten Richtungen beobachtet ist.
  • Bei dem in 33A gezeigten MIP-Bild lässt sich die Größe der verkalkten Region 50, die einen hohen CT-Wert aufweist, im Blutgefäß ermitteln. Allerdings, kann die Blutbahn 52 in einigen Fällen im verengten Abschnitt 51, der durch die verkalkte Region 50 blockiert ist, nicht korrekt gemessen werden. Darüber hinaus gestaltet sich die Beobachtung der Blutbahn 52 in dem in 33B gezeigten MIP-Bild schwierig, da die verkalkte Region 50 zum Hindernis wird. Die Blutbahn 52 kann nicht beobachtet werden, sogar wenn sie sich tatsächlich hinter oder vor der verkalkten Region 50 befindet.
  • 34 ist eine Zeichnung zur Darstellung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welches eine Veränderung in den Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl im Abschnitt zeigt, wo die einen hohen CT-Wert aufweisende verkalkte Region im Blutgefäß vorhanden ist. Auf dem virtuellen Strahl haben die zur verkalkten Region korrespondierenden Volumenelementwerte große Werte und zeigen scharfe Maximalwerte. Auf der anderen Seite haben die Volumenelementwerte der Blutbahn kleine Werte und haben einen relativ glatten Verlauf.
  • Daher wird im MIP-Bild, sofern ein Blutgefäß mit einer verkalkten Region beobachtet wird, die verkalkte Region mit großem Volumenelementwert dargestellt und daher die Blutbahnposition vor oder hinter der verkalkten Region nicht dargestellt, da der Maximalwert der Volumenelementwerte auf dem virtuellen Strahl unmittelbar dargestellt wird.
  • 35 ist eine Zeichnung zur Darstellung einer Lösung der bekannten Art, wenn die hinter oder vor einer verkalkten Region positionierten Blutbahn in einem MIP-Bilds beobachtet wird. Wie in 35 dargestellt, werden ersetzte Volumendaten durch Ersetzung der CT-Werte der verkalkten Region durch andere Werte (zum Beispiel Volumendaten der Luft) generiert. Dementsprechend werden zur verkalkten Region korrespondierende Volumenelementdaten erniedrigt, um die Blutbahn darzustellen. Alternativ dazu kann, unter Erreichung des im Wesentlichen gleichen Effekts, eine zur verkalkten Region korrespondierende Region vom visualisierten Objekt entfernt werden. Bei den beiden vorstehend genannten Verfahren ist es jedoch notwendig, vorher eine Bereichsextraktion zur Spezifizierung der verkalkten Region durchzuführen.
  • Das heißt, bei der Lösung des Standes der Technik wird in einer Vorstufe der Volumenvisualisierung eine verkalkte Region unter Verwendung eines Bereichsextraktionsverfahrens mit einem Schwellwert oder anderen Algorithmen detektiert. Dann werden unter Verwendung der Ergebnisse der Bereichsextraktion die Volumendaten modifiziert (die verkalkte Region wird entfernt) oder Maskendaten generiert (eine nicht visualisierende Region wird unter Verwendung einer Volumenmaske bestimmt), um die Darstellung der Blutbahn zu ermöglichen.
  • 36 zeigt ein Flussbild zur Veranschaulichung der Berechnung jedes Bildpunkts auf dem Bildschirm nach einem bekannten Strahlverfolgungsverfahren. Bei dem Strahlverfolgungsverfahren wird die folgende Berechnung für alle Bildpunkte auf dem Bildschirm durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsausgangspunkt O(x, y, z) sowie ein Abtastintervall bzw. Rasterintervall ΔS(x, y, z) festgelegt (Schritt S201).
  • Als Nächstes wird ein reflektiertes Licht E mit „0" und ein Restlicht (verbleibendes Licht, im Englischen: remaining light) I mit „1" initialisiert und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als „O" festgelegt (Schritt S202). Als nächstes wird ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X aus Volumendaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) erhalten (Schritt S203). Zusätzlich wird eine zum interpolierten Volumenelementwert V korrespondierende Trübung α (englische Bezeichnung opacity) bestimmt (Schritt S204). In diesem Fall wird eine Funktion α = f(V) zuvor bereitgestellt (Schritt S212).
  • Als Nächstes wird ein zum interpolierten Volumenelementwert V korrespondierender Farbwert C erhalten (Schritt S205). Danach wird ein Gradient G an der Position X aus Volumendaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) sowie ein Schattenkoeffizient β von einer Strahlrichtung X-O und dem Gradienten G erhalten (Schritt S206).
  • Als Nächstes werden abgeschwächtes Licht D (D = I·α) und teilweise reflektiertes Licht F (F = β·D·C) an der Position X(x, y, z) berechnet (Schritt S207). Dann werden das reflektierte Licht E und das Restlicht I aktualisiert (I-I-D, E = E + F) (Schritt S208).
  • Danach wird bestimmt, ob X eine Endposition erreicht hat und ob das Restlicht I „0" ist (Schritt S209). Sofern X nicht an der Endposition und das Restlicht nicht „0" sind (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S210) und die Prozesse von und nach Schritt S203 wiederholt. Auf der anderen Seite, wenn X die Endposition erreicht hat oder das Restlicht I "0" ist (ja), wird die Berechnung beendet und das reflektierte Licht E als Bildpunktwert für den zu berechnenden Bildpunkt verwendet (Schritt S211).
  • 37 zeigt ein Flussbild zur Berechnung jedes Bildpunktes auf dem Bildschirm bei einem vorbekannten MIP-Verfahren. Bei dem MIP-Verfahren wird die folgende Berechnung für jeden Bildpunkt auf dem Bildschirm durchgeführt. Zunächst werden von einer Projektionsposition ein Projektionsstartpunkt O(x, y, z) und ein Abstastintervall oder Rasterintervall ΔS(x, y, z) festgesetzt (Schritt S221).
  • Als Nächstes werden ein Maximalwert M als Minimalwert des Systems und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als "O" initialisiert (Schritt S222). Dann wird ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X aus Volumenelementdaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) bestimmt (Schritt S223).
  • Als Nächstes werden der Maximalwert M und der interpolierte Volumenelementwert V verglichen (Schritt S224). Falls der Maximalwert M kleiner als der interpolierte Volumenelementwert V ist (ja), wird dem Maximalwert M der interpolierte Volumenelementwert V als neuer Maximalwert zugeordnet (Schritt S225). Dann wird bestimmt, ob die aktuelle Berechnungsposition X eine Endposition erreicht hat (Schritt S226). Sofern die aktuelle Berechnungsposition X nicht an der Endposition ist (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S227) und die Prozesse von und nach Schritt S223 wiederholt. Andererseits wird der Maximalwert M als Bildelementwert für das zu berechnende Bildelement verwendet, sofern die aktuelle Berechnungsposition X die Endposition erreicht hat (ja) (Schritt S228).
  • Darüber hinaus werden im U.S. Patent 6,205,350 nicht in der blockierenden Region enthaltene zweite Volumendaten generiert, der Maximalwert in den zweiten Volumendaten erhalten und ein Wert in den ursprünglichen Volumendaten an der Position, die mit der Position des Maximalwerts korrespondiert, für die Visualisierung verwendet.
  • Allerdings werden in obigen vorbekannten Verfahren blockierende Regionen, wie verkalkte Regionen, durch Ersetzung von Volumendaten beseitigt. Daher geht die Information der blockierenden Region an sich vollständig verloren. Darüber hinaus ist es schwierig, lediglich die blockierende Region exakt auszuschließen und die Blutbahn korrekt darzustellen. Weiterhin können Fehlstellen an der Grenze der Region auftreten, welche zu einer Beeinträchtigung des Bildes führen, da eine extrahierte Region in Volumenelementeinheiten bestimmt wird. Darüber hinaus verursacht die Beibehaltung von Maskeninformation und zweiten Volumendaten zu einer unnötigen Belastung des Rechenspeichers, und der Vergleich mit den ursprünglichen Daten gestaltet sich schwierig, wenn die Volumendaten modifiziert sind. Zusätzlich beansprucht die Extraktion von einzelnen blockierenden Regionen viel Zeit und hängt stark von subjektiven Faktoren des Benutzers ab. Da die Extraktion insbesondere von subjektiven Faktoren des Nutzers abhängt, ist die Reproduzierbarkeit durch unterschiedliche Nutzer gering, was zu Einbußen hinsichtlich der Universalität als objektive Diagnoseinformation führt. Daher besteht das Problem, dass es schwierig ist, die Methoden für eine aussagekräftige Diagnose zu verwenden und daher werden sie nicht so häufig eingesetzt.
  • 38A, 38B und 38C sind Zeichnungen zur Darstellung des Problems in dem MIP-Bilder im Stand der Technik. Bei dem in 38A und 38B dargestellten vorbekannten Verfahren wird eine verkalkte Region 61 beseitigt, um eine Blutbahn 60 vor oder hinter der verkalkten Region 61 zu beobachten. In diesem Fall wird ein Abschnitt 62, wo die Blutbahn 60 existiert, ebenfalls entfernt. Darüber hinaus wird bei dem vorbekannten Verfahren die verkalkte Region 61 überhaupt nicht dargestellt und daher ist es schwierig, einen erkrankten Bereich zu bestimmen. Ebenfalls wird eine notwendige Region häufig beseitigt, wodurch die Vertrauenswürdigkeit sinkt.
  • In diesem Fall ist, wie in 38C gezeigt, die Information eines Bereichs 63, der ein Abdruck der beseitigten Region ist, erforderlich. Insbesondere ist die Information über einen Umrissabschnitt 64 der verkalkten Region erforderlich. Das heißt, lediglich wenn der Umriss oder die Kontur der verkalkten Region ohne die Darstellung der Füllung der verkalkten Region dargestellt ist, ist die Darstellung für Diagnosezwecke geeignet.
  • In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass die verkalkte Region eine dreidimensionale Region ist und die Grenzfläche der Region eine gekrümmte Fläche in einem dreidimensionalen Raum darstellt. Daher, wenn die Verkalkung in vorbekannter Weise durch Verwendung einer Maske oder Modifikation des Volumens visualisiert ist, repräsentiert jeder Bildpunkt eines Bildes einen Schnittpunkt eines virtuellen Strahls mit der dreidimensionalen Grenzoberfläche, wobei der Schnittpunkt den Bildpunkt darstellt, so dass eine zweidimensionale Kontur nicht dargestellt werden kann. Auf der andere Seite ist, wenn die Diagnose bei Betrachtung des Bildes durchgeführt wird, zur Berechnung der Bilder die Information des zweidimensionalen Umrissabschnitts der verkalkten Region sowie der Umgebung der verkalkten Region, insbesondere hinter und vor der verkalkten Region, erforderlich. Im Hinblick auf den zweidimensionalen Umrissabschnitt ist die Visualisierung für Diagnosezwecke geeignet, wenn lediglich der Abschnitt visualisiert werden kann, wo der virtuale Strahl den Rand der dreidimensionalen verkalkten Region streift.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bildverarbeitungsverfahren sowie ein Bildverarbeitungsgerät bereitzustellen, bei denen eine Visualisierung durch dynamische Bestimmung einer zweidimensionalen Kontur einer blockierenden Region unter gleichzeitiger Beseitigung der blockierenden Region, beispielsweise einer verkalkten Region, möglich ist, wenn die Berechnung, beispielsweise MIP-Verfahren, eines medizinischen Bildes durchgeführt wird.
  • Ein Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung ist ein Bildverarbeitungsverfahren mittels Volumenvisualisierung, das umfasst: Auswahl zumindest eines Punkts, der auf einem virtuellen Strahl angeordnet bzw. ausgerichtet ist; und Bestimmung eines Bildpunktwertes eines Bildes durch Volumenvisualisierung auf der Basis eines Wertes des zumindest einen ausgewählten Punkts (oder auf der Basis jedes Werts einer Vielzahl von ausgewählten Punkten, sofern eine Vielzahl verwendet wird), wobei der zumindest eine Punkt auf Basis einer ersten Vektorinformation und einer zweiten Vektorinformation ausgewählt ist, und wobei eine Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts wechselseitig austauschbar auf dem virtualen Strahl bei der Bestimmung des Bildpunktwerts ist. Beim Stand der Technik wird bei Volumenvisualisierungsverfahren ohne die Berechnung von reflektiertem Licht, beispielsweise MIP-Verfahren, eine Vektorinformation nicht verwendet. Allerdings kann gemäß obiger Ausgestaltung durch Verwendung der Vektorinformation beispielsweise ein zweidimensionaler Effekt (zweidimensionale Kontur) in Abhängigkeit von der Richtung des virtuellen Strahls zum Bild hinzuaddiert werden. Daher wird es möglich, Information hinsichtlich der Gestalt einer blockierenden Region und Information hinsichtlich deren Umgebung gleichzeitig unter Verwendung der zweidimensionalen Kontur zu erhalten.
  • Der Ausdruck "Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts ist wechselseitig austauschbar auf dem virtualen Strahl bei der Bestimmung des Bildpunktwerts" bedeutet, daß the Reihenfolge der Berechnung unter Verwendung von Volumenelementwerten nicht das Berechnungsresultat des Bildpunktwerts beeinflußt (kommutative Eigenschaft).
  • Der Verarbeitungszweck des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahrens ist die Volumenvisualisierung. In obigem Ausdruck „Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts ist wechselseitig austauschbar auf dem virtuellen Strahl" wird „Punkt" anstelle von „Volumenelement" benutzt, da in vielen Fällen Bildpunktewerte nicht auf Basis von Volumenelementwerten, sondern auf der Basis von Werten berechnet werden, die durch Interpolation der Volumenelementwerte erhalten wurden. Darüber hinaus wird der Ausdruck „zumindest ein Punkt" anstelle von „ein Punkt" benutzt, da die Erfindung nicht nur auf MIP-Verfahren, bei denen lediglich ein Punkt auf dem virtuellen Strahl verwendet wird, sonder auch auf andere Verfahren, wie beispielsweise Top10MIP-Verfahren, bei denen ein Durchschnittswert der oberen zehn Punkte auf einem virtuellen Strahl dargestellt werden, angewendet werden kann. Das MIP-Verfahren wird von dem Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst, da das gleiche Bild erhalten wird, selbst wenn die Volumendaten in Tiefenrichtung invertiert sind. Beim MIP-Verfahren und ähnlichen kann beispielsweise ein Trübungswert nicht definiert werden, da die Positionsbeziehung der Punkte auf dem virtuellen Strahl nicht verwendet wird. Diese Situation trifft auch bei einem Durchschnittswertverfahren zu, welches einen Durchschnittswert von Punkten auf einem virtuellen Strahl verwendet, da das Ergebnis nicht beeinflusst wird, selbst wenn die Position der Punkte gegenseitig ausgetauscht wird. Ebenso wird das Ergebnis bei einer Methode, die einen gewichteten Durchschnitt von Punkten auf einem virtuellen Strahl verwendet, nicht beeinflusst, selbst wenn die Positionen der Punkte zusammen mit ihren zugeordneten Gewichten (Beitragsgrad jedes Punkts zu einem Bildpunkt) gegenseitig ausgetauscht werden. Daher kann bei einem erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren der Beitragsgrad mehrfachwertig sein. Bei einem Volumenvisualisierungsverfahren, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, wurde ein Gradient eines Volumenelements bisher bei der Berechnung nicht berücksichtigt, da ein solches Verfahren nicht auf der Simulation von Lichtstrahlen basiert. Im Gegensatz dazu ist bei einem Strahlverfolgungsverfahren (englischer Begriff Raycasting) jedem Volumenelement eine Trübung zugeordnet, und die Abschwächung der Lichtmenge eines virtuellen Strahls, der durch Volumenelemente hindurchtritt, wird berechnet. Daher wird ein unterschiedliches Bild erhalten, wenn die Vorder- und Rückseite von Volumendaten invertiert werden.
  • Darüber hinaus ist die erste Vektorinformation hauptsächlich ein Richtungsvektor des virtuellen Strahls, wenn allerdings ein anderer Richtungsvektor verwendet wird, wird ein zu dem anderen Richtungsvektor korrespondierendes Bild erhalten. Auf der anderen Seite ist die zweite Vektorinformation hauptsächlich ein Gradient eines Volumenelements (einschließlich interpolierter Gradient), allerdings können auch andere zu Volumenelementen in Beziehung stehende Vektorinformationen, beispielsweise Bewegungsinformationen, verwendet werden.
  • Weiterhin ist beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren die erste Vektorinformation ein Richtungsvektor des virtuellen Strahls. Bei dem erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren ist die zweite Vektorinformation eine Gradienteninformation. Beim Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der ausgewählten Punkte eins bzw. ist eine Zahl des ausgewählten Punkts eins.
  • Beim Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis von Daten selektiert, die durch Ersetzung von Originaldaten auf dem virtuellen Strahl erhalten wurden. Beim Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden Werte der ersetzten Daten durch Umkippen, Spiegeln oder Umklappen von Werten der Originaldaten oberhalb, an oder über einem Schwellwert erhalten. Zum Beispiel kann der Begriff "Umkippen" dahingehend verstanden werden, daß Volumenelementwerte am Schwellwert reflektiert werden, sofern sie den Schwellwert übersteigen, so daß Spiegelvolumenelementwerte erzeugt werden, welche die ursprünglichen Volumenelementwerte ersetzen. Mit anderen Worten kann "umkippen bzw. kippen (umklappen)" "reflektieren" und "umgekippte bzw. gekippte (umgeklappte) Daten" können "Spiegeldaten" bedeuten. Als Beispiel soll angenommen werden, daß der Schwellwert T, der ursprüngliche Wert V und der Spiegelwert (reflek tierter Wert) Vreflektiert ist, dann kann beispielsweise die folgende Gleichung (Umkippen, Spiegeln) angewendet werden Vreflektiert = –(V – T)·(V – T).
  • Das obige Beispiel für das Umkippen von Werten ist ein Ansatz, der kein bedingtes Verzweigen während der Berechnung erfordert. Ein alternativer Ansatz kann sein: Vreflektiert = i·T – V : (V > T).
  • Typischerweise wird Vreflektiert lediglich bei einer Entscheidung von Kanditatenpunkten auf dem virtuellen Strahl verwendet. Obige Beispiele für "Umkippen" sind jedoch nicht einschränkend zu sehen.
  • Beim Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis eines Größenwerts der zweiten Vektorinformation ausgewählt. Beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren wird der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis eines Winkels zwischen der ersten Vektorinformation und der zweiten Vektorinformation bestimmt. Das Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin die Darstellung einer zweidimensionalen Kontur einer Region, die in einem visualisierten Objekt eines Volumenvisualisierungsbildes enthalten ist.
  • Darüber hinaus ist ein Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein Bildverarbeitungsverfahren auf Basis der Volumenvisualisierung, das umfasst:
    Auswahl zumindest eines Punktes, der an einem virtuellen Strahl ausgerichtet oder auf einem virtuellen Strahl angeordnet ist; Bestimmung eines Beitragsgrades eines Wertes des zumindest einen Punkts (oder jeder Werts einer Vielzahl von ausgewählten Punkten, sofern eine Vielzahl verwendet wird); und Bestimmung eines Bildpunktwertes eines Bildes durch Volumenvisualisierung auf Basis des bestimmten Beitragsgrades des Wertes des zumindest einen ausgewählten Punkts.
  • Bei Volumenvisualisierungsverfahren im Stand der Technik wird das Beitragsgrad bei der Verarbeitung zur Berechnung der Bildpunktwerte mittels Maskeninformation oder ähnlichem bereitgestellt. Somit wird der Beitragsgrad dreidimensional bestimmt, und ein zweidimensionaler Effekt kann nicht hinzugefügt werden. Im Gegensatz dazu kann bei obiger Ausgestaltung der Erfindung der zweidimensionale Effekt zum Bild hinzuaddiert werden, da der Beitragsgrad auf dem virtuellen Strahls bestimmt wird.
  • Darüber hinaus ist beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren zumindest ein Beitragsgrad Null. Beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren wird der Beitragsgrad auf Basis von Daten bestimmt, die durch die Ersetzung von Originaldaten auf dem virtuellen Strahl erhalten werden. Beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren werden Werte der ersetzten Daten durch Umklappen (Umkippen) oder Spiegeln von Werten der Originaldaten an einem oder oberhalb eines Schwellwerts erhalten.
  • Darüber hinaus wird beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren der Beitragsgrad weiterhin auf Basis eines Gradientenvektors bestimmt, der auf einem Volumen angeordnet und zu einer Position des ausgewählten Punkts korrespondiert, sowie eines Richtungsvektors des virtuellen Strahls. Der Gradientenvektor wird nicht nur von Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl, sondern auch von Imformation, die von peripheren "Volumendaten" erhalten wurden, ermittelt. Beim Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der Beitragsgrad weiterhin auf Basis einer Veränderung von Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl bestimmt.
  • Darüber hinaus umfasst das Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung weiterhin das Darstellen einer zweidimensionalen Kontur einer Region, die in einem visualisierten Objekt eines Volumenvisualisierungsbildes enthalten ist, auf Basis des bestimmten Bildpunktwertes. Das Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung umfasst weiterhin das Darstellen einer ausgeschlossenen Region, die in einem visualisierenden Objekt eines Volumenvisualisierungsbildes enthalten ist.
  • Darüber hinaus wird beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung das Volumenvisualisierungsbild und ein anderes Bild nebeneinander oder einander überlappend angeordnet oder eine Differenz der Bilder zeigend dargestellt. Beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird ein Bildpunktwert lediglich für eine Region ermittelt, die durch einen Nutzer bestimmt ist. Beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird ein Bildpunktwert lediglich für ein auf einem Bildschirm dargestelltes Fensters (englischer Begriff: window) bestimmt.
  • Darüber hinaus wird beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung die Kontur oder Umriss bei gleichzeitiger Veränderung dargestellt. Beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird die Bildverarbeitung durch parallele Verarbeitung durchgeführt. Beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird die Bildverarbeitung mittels einer GPU (englischer Begriff graphics processing unit) durchgeführt. Beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird die Bildverarbeitung durch eine GUI (englischer Begriff graphical user interface) ausgeführt, bei der Parameter veränderbar sind.
  • Darüber hinaus wird die Bildverarbeitung beim erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren mittels MIP-Verfahren (englischer Begriff Maximum Intensity Projection), MinIP-Verfahren (Minimum Intensity Projection) Strahlsummen-Verfahren (Raysum) oder einem Durchschnittswertverfahren durchgeführt. Die Bildverarbeitung beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird mittels eines MIP-Verfahrens (Maximum Intensity Projection), MinIP-Verfahren (Minimum Intensity Projection), Raysum-Verfahren, einem Durchschnittswertverfahren oder einem Strahlverfolgungsverfahren durchgeführt. Das Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin das Darstellen des zumindest einen ausgewählten Punkts auf einem Schnittbild des visualisierten Objekts, wobei das Schnittbild den virtuellen Strahl umfasst.
  • Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsgerät ein Bildverarbeitungsgerät zur Darstellung eines Volumenvisualisierungsbildes, wobei das Gerät geeignet ist: Zur Auswahl zumindest eines Punkts, der auf einem virtuellen Strahl angeordnet oder ausgerichtet ist; zur Bestimmung eines Bildpunktwertes eines Bildes mittels Volumenvisualisierung auf der Basis eines Wertes des zumindest einen ausgewählten Punkts; und zur Darstellung einer zweidimensionalen Kontur bzw. Umriss einer Region, die in einem visualisierten Objekt im Volumenvisualisierungsbild enthalten ist, wobei die Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts bei der Bestimmung des Bildpunktwerts wechselseitig auf dem virtuellen Strahl austauschbar ist.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zum Zeitpunkt, an dem ein virtueller Strahl projiziert wird, ein Diagnoseobjekt korrekt dargestellt werden durch Bestimmung von Teilen der Volumenelementdaten in den Volumenelementdaten auf dem virtuellen Strahl, beispielsweise ein zweidimensionaler Zentralteil einer blockie renden Region, als nicht darzustellende Daten und durch die Bestimmung einer zweidimensionalen Kontur oder Umriss der blockierenden Region als darzustellende Daten.
    •
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1A und 1B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, das bei den Bildverarbeitungsverfahren gemäß den Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird.
  • 2 ist eine Zeichnung zur Darstellung der Charakteristik eines Volumenelementprofils entlang eines virtuellen Strahls, welches die Änderung der Volumenelementwerte zeigt, wenn der virtuelle Strahl durch den Zentralteil einer verkalkten Region 20, den Rand 21 der verkalkten Region und einer Blutbahn 22 hindurchtritt.
  • 3 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche den Fall zeigt, dass ein Gradient in der MIP-Verarbeitung (ohne Spiegelung/Umkippen) im Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
  • 4A und 4B sind erläuternde Zeichnungen einer Bestimmungsmethode (1), welche illustrieren, ob zum virtuellen Strahl korrespondierende Volumenelementwerte im Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem ersten Ausstellungsbeispiel der Erfindung ausgeschlossen werden.
  • 5A und 5B sind erläuternde Zeichnungen für den Fall, dass bei einem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt wird, ob zu dem virtuellen Strahl korrespondierende Volumenelementwerte von den Darstellungsdaten für die Region in der möglicherweise auszuschließenden Gruppe auszuschließen sind.
  • 6 ist ein Flussbild einer MIP-Verarbeitung (ohne Spiegelung/Umkippen) unter Verwendung eines Gradientens bei dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7A, 7B und 7C sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche den Fall zeigen, dass Gradient und Spiegelung/Umkippen verwendet werden für die MIP- Verarbeitung in dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 8A, 8B und 8C sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welches die Modifikation eines Profilmusters mit einem Gradientenfaktor zeigen.
  • 9A und 9B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristik eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche die Modifikation eines Profilmusters durch Spiegelung/Umkippen zeigen.
  • 10 ist eine erläuternde Zeichnung von Beispielen einer LUT-Funktion und eine Darstellung einer verkalkten Region.
  • 11 zeigt ein Flussbild einer MIP-Verarbeitung unter Verwendung eines Gradientens und Spiegelung/Umkippen bei dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 12 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristik von Volumenelementwertprofilen entlang eines virtuellen Strahls, welche eine Prozedur 1 zeigt, bei welcher der zentrale Teil einer verkalkten Region entfernt ist, und die Blutbahn vor und hinter dem Zentralteil der verkalkten Region und ebenso der Rand der verkalkten Region bei dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt sind.
  • 13A bis 13C sind Zeichnungen zur Erläuterungen der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche Profilmuster (1) zeigen, die mittels des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurden.
  • 13D zeigt ein mittels des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestelltes Bild.
  • 14A bis 14C sind Zeichnungen zur Erläuterung von Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche Profilmuster (2) zeigen, die durch das Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurden.
  • 14D zeigt ein Bild, das mittels des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
  • 15 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, die eine Prozedur 2 in dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • 16A und 16B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche eine Bestimmungsmethode (2) in Prozedur 2 des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Bestimmung, ob ein zum virtuellen Strahl korrespondierender Volumenelementwert auszuschließen ist, zeigen.
  • 17 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche eine Bestimmungsmethode (3) in Prozedur 2 des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Bestimmung, ob ein zum virtuellen Strahl korrespondierender Volumenelementwert ausgeschlossen ist, zeigt.
  • 18A und 18B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche den Fall zeigen, dass der Rand der verkalkten Region unter Verwendung einer anderen Transformationsmethode als Spiegelung/Umkippen detektiert ist, welche einen Schwellwert in dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
  • 19A und 19B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche eine Prozedur 3 in dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall zeigen, dass die Originaldaten vor Spiegelung/Umkippen bzw. Umklappen als Darstellungsdaten des Randes der verkalkten Region verwendet werden.
  • 20A und 20B sind Zeichnungen zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche bevorzugte Beispiele des Bildverarbeitungsverfahrens gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
  • 21A zeigt ein Beispiel eines MIP-Bildes aus dem Stand der Technik.
  • 21B zeigt ein Beispiel eines MIP-Bildes, das mittels des Bildverarbei tungsverfahrens gemäß der Ausführungsbeispiele der Erfindung erzeugt wurde.
  • 22 zeigt ein Flussbild zur Darstellung einer Verarbeitung zur Erzeugung jedes Bildpunktwerts eines Bildes beim Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 23 zeigt ein Flussbild für den Fall beim Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass zu bestimmen ist, ob Daten unter Verwendung einer Veränderung in Volumenelementdaten auszuschließen sind.
  • 24 zeigt ein Flussbild für den Fall bm Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass ein Ausschluss von Daten unter Verwendung eines Gradientens bestimmt wird.
  • 25 ist eine erläuternde Zeichnung für den Fall bei der Bildverarbeitungsmethode gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Trübung sich ändert (Anwendung 1 für das Strahlverfolgungsverfahren).
  • 26 zeigt ein Flussbild für den Fall im Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass ein Gradient verwendet wird, wenn die Trübung sich ändert (Anwendung 1 für das Strahlverfolgungsverfahren).
  • 27 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche den Fall beim Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, dass sich die Trübung ändert (Anwendung 2 für das Strahlverfolgungsverfahren).
  • 28 zeigt ein Flussbild für den Fall im Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass die Trübung unter Verwendung der Veränderung in Volumenelementwerten verändert ist (Anwendung 2 für das Strahlverfolgungsverfahren).
  • 29 zeigt ein Flussbild einer MIP-Verarbeitung in einem Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Gradientenverarbeitung und Umkipp- oder Spiegelungsverarbeitung verwendet werden.
  • 30A und 30B sind erläuternde Darstellungen für den Fall, dass sich kreuzende Blutströme zu visualisieren sind.
  • 31A, 31B, 31C und 31D sind erläuternde Darstellungen einer MIP- Verarbeitung von Volumenelementwerten und 3D-Daten.
  • 32A ist ein Beispiel eines Strahlverfolgungsbildes (englischer Begriff raycast image).
  • 32B ist ein Beispiel eines MIP-Bildes.
  • 33A und 33B sind Zeichnungen zur Illustration der Situation eines Abschnitts in einem MIP-Bild, wo eine Blutbahn 52 durch eine verkalkte Region 50, die in einem Blutgefäß haftet, blockiert ist.
  • 34 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche eine Veränderung in Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl an einem Abschnitt zeigt, wo eine verkalkte Region, die einen hohen CT-Wert aufweist, in einem Blutgefäß existiert.
  • 35 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Charakteristiken eines Volumenelementwertprofils entlang eines virtuellen Strahls, welche eine vorbekannte Lösung illustriert, wenn eine vor oder hinter der verkalkten Region positionierte Blutbahn in dem MIP-Bild beobachtet wird.
  • 36 ist ein Flussbild zur Veranschaulichung der Berechnung jedes Bildpunktes auf dem Bildschirm bei einem vorbekannten Strahlverfolgungsverfahren.
  • 37 zeigt ein Flussbild zur Berechnung jedes Bildpunktes auf dem Bildschirm in einer vorbekannten MIP-Verarbeitung.
  • 38A, 38B und 38C sind Zeichnungen zur Darstellung der Probleme des Standes der Technik in einem MIP-Bild.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • 1A und 1B zeigen eine Veränderung (Profilmuster) von Volumenelementwerten (einschließlich interpolierten Volumenelementwerten) auf einem virtuellen Strahl, sofern der virtuelle Strahl bei dem Bildverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsbeispiele durch die Volumendaten hindurchtritt. Das Profilmuster wird bestimmt mit jedem virtuellen Strahl und weist eine Charakteristik für jedes Objekt auf, durch das der virtuelle Strahl hindurchtritt. Hier ist ein Profilmuster von Volumenelementwerten gezeigt, wenn der virtuelle Strahl durch eine blockierende Region wie zum Beispiel eine verkalkte Region hindurchtritt. Wenn der virtuelle Strahl, wie in 1A gezeigt, durch den Zentralbereich der blockierenden Region hindurchtritt, springen die zur blockierenden Region 10 korrespondierenden Volumenelementwerte deutlich. Andererseits ist ein Anstieg der zur blockierenden Region korrespondierenden Werte begrenzt und relativ flach, wenn der virtuelle Strahl, wie in 1B gezeigt, den Rand 11 der blockierenden Region 10 streift.
  • 2 zeigt ein Profilmuster von Volumenelementwerten, wenn ein virtueller Strahl durch den Zentralbereich und einen Rand 21 einer verkalkten Region sowie eine Blutbahn 22 hindurchtritt. Wenn der virtuelle Strahl durch den Zentralbereich der verkalkten Region 20 hindurchtritt, haben die Volumenelementwerte einen hohen Höchstwert (Maximalwert). Sofern der virtuelle Strahl durch den Rand 21 der verkalkten Region 20 hindurchtritt, haben die Volumenelementwerte einen geringen Höchstwert. Darüber hinaus haben die zur Blutbahn 22 korrespondierenden Volumenelementwerte einen flachen hügelähnlichen Verlauf.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – Gradient wird ohne Spiegelung/Kippen verwendet)
  • 3 ist eine beispielhafte Zeichnung für den Fall in der Bildverarbeitung des vorliegenden Ausführungsbeispiels, dass ein Gradient in der MIP-Verarbeitung (ohne Spiegelung/Kippen) verwendet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden zwei Schwellwerte vorbereitet und Volumenelementwerte in drei Gruppen mittels der Schwellwerte unterteilt, um eine Berechnung für den Ausschluss der blockierenden Region durchzuführen. Das heißt, die Volumenelementwerte werden in drei Gruppen separiert: Eine vollständig auszuschließende Gruppe (ein Abschnitt, der ausreichend hohe Volumenelementwerte hat, wird als verkalkte Region angesehen und wird entfernt); eine möglicherweise auszuschließende Gruppe (eine Region, wo Volumenelementwerte keine ausreichenden Hinweise zur Bestimmung geben, ob die Region ausgeschlossen werden soll oder nicht); und eine nicht auszuschließende Gruppe (normales Gewebe). Danach wird die Region in der möglicherweise auszuschließenden Gruppe erneut auf Basis eines Gradienten separiert.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können sowohl die verkalkte Region als auch die zweidimensionale Kontur der verkalkten Region mittels des Richtungsvektors des virtuellen Strahls und der Gradienteninformation der Volumenelemente, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, bestimmt werden. Die Gradienteninformation der Volumenelemente kann durch Ermittelung der Differenz einer 3 × 3 × 3 Volumenelementumgebung eines Zielvolumenelements bestimmt werden.
  • Auf der anderen Seite werden im Stand der Technik Volumenelementwerte, die gleich oder größer sind als ein gewisser Schwellwert, automatisch entfernt und folglich ist der Maximalwert auf dem virtuellen Strahl notwendigerweise auf den Schwellwert begrenzt. In diesem Fall kann die Blutbahn oder ähnliches, die vor oder hinter der verkalkten Region ist, nicht beobachtet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein dazwischenliegender Bereich von Volumenelementwerten bereitgestellt und für ein Volumenelement, das einen Wert in dem dazwischenliegenden Bereich hat, wird unter Verwendung des Gradientens bestimmt, ob das Volumenelement zur verkalkten Region gehört oder nicht, wodurch ein Maximalwert eines gewünschten Abschnitts erhalten wird.
  • 4A und 4B sind erläuternde Zeichnungen eines Bestimmungsverfahrens (1) im Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung, ob zum virtuellen Strahl korrespondierende Volumenelementwerte auszuschließen sind. In diesem Fall wird ein Gradientenvektor G von dreidimensionalen Volumenelementwerten in einem Bestimmungsverfahren zum Ausschließen des Zentralbereichs der verkalkten Region und zur lediglichen Verwendung des Randbereichs der verkalkten Region verwendet.
  • Wie in 4A gezeigt, wird der Gradientenvektor G 30 des Volumenelements im wesentlichen parallel zur Vorwärtsrichtung des virtuellen Strahls, sofern der virtuelle Strahl durch den Zentralbereich der verkalkten Region 20 hindurchtritt. Daher wird der Abschnitt, wo der Gradientenvektor G 30 im wesentlichen parallel zur Vorwärtsrichtung des virtuellen Strahls ist, als Zentralbereich der verkalkten Region 20 bestimmt und, von den Darstellungsdaten ausgeschlossen.
  • Auf der anderen Seite, wenn der virtuelle Strahl, wie in 4B gezeigt, den Rand 21 der verkalkten Region streift, wird der Gradientenvektor G 31 des Volumenelements im wesentlichen senkrecht zur Vorwärtsrichtung des virtuellen Strahls. Daher wird der Abschnitt, wo der Gradientenvektor G 31 im wesentlichen senkrecht zur Vorwärtsrichtung des virtuellen Strahls ist, als Rand 21 der verkalkten Region bestimmt, und damit der Abschnitt bei der Darstellung berücksichtigt.
  • In diesem Fall kann die Bestimmung zum Ausschluss oder zur Verwendung der Anzeigedaten wie folgt durchgeführt werden: ein inneres Produkt |D·G| wird von einem virtuellen Strahlvektor D und dem Gradientenvektor G in einer Kandidatenposition für den Maximalwert des Volumenelementwerts ermittelt; dann wird der absolute Wert |D·G| mit einem Schwellwert einer zulässigen Parallelität TP verglichen (dies ist genauer beschrieben in 24). Darüber hinaus kann der Schwellwert der zulässigen Parallelität TP dynamisch von einem Nutzer mittels der grafischen Benutzerschnittstelle GUI (Graphical User Interface) verändert werden, und der Beseitigungsgrad (degree of removal) der verkalkten Region kann während der Betrachtung des dargestellten Bildes verändert werden.
  • 5A und 5B sind erläuternde Zeichnungen eines Bildverarbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zur Darstellung der Bestimmung, ob zum virtuellen Strahl korrespondierende Volumenelementwerte für die Region in der möglicherweise auszuschließenden Gruppe von den Darstellungsdaten auszuschließen sind. 5A zeigt den Fall, dass der virtuelle Strahl durch den Zentralbereich der blockierenden Region hindurchtritt. 5B zeigt den Fall, dass der virtuelle Strahl durch den Umriss der blockierenden Region hindurchtritt. Die Bestimmung, ob der Ausschluss für die Region in der möglicherweise auszuschließenden Gruppe möglich ist, wird unter Verwendung einer Evaluierungsfunktion f, die den Gradientenvektor G und einen virtuellen Strahlvektor D nutzt, durchgeführt. Das heißt, wenn der folgende Bedingungsausdruck: f(G, D) > ein Schwellwerterfüllt ist, ist ermittelt, dass der Ausschluss möglich ist. Beispielsweise kann der Ausdruck sein: f(G, D) = (1 – (1 – G·D/(|G|·|D|)^2·h(|G|))(G·D ist das Skalarprodukt der Vektoren G und D)
    wobei 1 – (1 – G·D/(|G|·|D|) ein Wert ist, der in Beziehung zu einem Schnittwinkel des Gradientenvektors G und des virtuellen Strahlvektors D steht, und h(|G|) ein normalisierter Wert des Gradientenvektors G ist.
  • 6 ist ein Flussbild einer MIP-Verarbeitung (ohne Spiegelung/Umkippen) im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines Gradientens. Dies ist ein Verfahren zur Berechnung jedes Bildpunkts auf dem Bildschirm, und die folgende Berechnung wird für alle Bildpunkte des Bildes durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsstartpunkt O(x, y, z) und ein Abtastintervall (Rasterintervall) ΔS(x, y, z) sowie eine virtuelle Strahlrichtung D(x, y, z) festgelegt (Schritt S301).
  • Als Nächstes werden ein Maximalwert M als Minimalwert des Systems und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als „O" initialisiert (Schritt S302). Dann wird aus Volumenelementdaten in der Nachbarschaft einer Position X(x, y, z) ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X bestimmt (Schritt S303).
  • Als Nächstes wird der Wert von V überprüft (Schritt S304), und wenn der Wert von V als "möglicherweise ausgeschlossen" erkannt wurde, wird der Gradient G an der Position X berechnet (Schritt S305). Dann wird der Gradient G mit einem Schwellwert T verglichen (Schritt S306) und, sofern f(G, D) kleiner als oder gleich der Schwellwert T ist (nein), werden M und V verglichen (Schritt S307). Sofern die Ungleichung M < V erfüllt ist (ja) wird V als neuer Maximalwert M zugeordnet (Schritt S308).
  • Als Nächstes wird bestimmt, ob X eine Endposition erreicht hat (Schritt S309). Sofern X nicht an der Endposition ist (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S310) und die Prozesse von und nach Schritt S303 wiederholt. Auf der anderen Seite, wenn X die Endposition erreicht hat (ja), wird der Maximalwert M als Bildpunktwert des zu berechnenden Bildpunkts verwendet (Schritt S311).
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – Gradient wird verwendet zusammen mit Spiegelung/Umkippen)
  • 7A, 7B und 7C sind erläuternde Zeichnungen für den Fall beim Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, dass ein Gradient sowie eine Spiegelung für die MIP-Verarbeitung verwendet werden. Beim Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein erstes Profilmuster unter Verwendung eines „Umklappens" (Spiegeln/Umkippen) und eines „Gradientenfak tors" modifiziert. Dadurch ändert sich die Position des Maximalwerts, und folglich wird der veränderte Maximalwert ausgenutzt. Das heißt, ein zweites Profilmuster kann durch Ersetzung der Daten auf einem ersten Profilmuster generiert werden. Bei der Durchführung einer solchen Verarbeitung kann im Vergleich zum Fall, dass der Ausschluss lediglich durch die Bestimmung eines Bereichs mit Schwellwerten zur Beseitigung eines Hindernisses auf dem virtuellen Strahl durchgeführt wird, ein weicherer Übergang im Bild erzeugt werden. Somit kann bei der Visualisierung verhindert werden, dass die Grenze der ausgeschlossenen Region als Fehlstelle (englischer Begriff alias) erscheint. Darüber hinaus kann die Flexibilität in der Bildverarbeitung weiter verbessert werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein erstes Profilmuster verarbeitet, um ein zweites Profilmuster zu generieren, und ein Maximalwert wird vom zweiten Profilmuster bestimmt. Bei der vorbekannten MIP-Verarbeitung wird der Maximalwert vom ersten Profilmuster erhalten. Allerdings, da der Maximalwert nicht notwendigerweise mit dem zu beobachtenden Abschnitt korrespondiert, kann im Ergebnis manchmal die verkalkte Region auf dem Bildschirm dargestellt sein. Andererseits kann ein geeigneter Wert als Maximalwert verwendet werden, wenn die Ersetzung durchgeführt wird, da sich die Position des Maximalwerts auf dem Profilmuster verschiebt.
  • 8A, 8B und 8C sind erläuternde Darstellungen zur Veranschaulichung der Modifikation eines Profilmusters durch einen Gradientenfaktor. Darüber hinaus sind 9A und 9B erläuternde Darstellungen zur Veranschaulichung der Modifikation eines Profilmusters durch Umklappen/Umkippen (Spiegeln). Die Transformation des Profilmusters gleicht einer Transformation jedes Punkts auf dem Profilmuster durch eine Funktion. Das heißt, dass unter der Annahme, dass der Volumenelementwert V, ein umgeklappter bzw. gespiegelter Volumenelementwert flipV, der virtuelle Strahlvektor R, der Gradient G = grad(V), die Höhe des Gradienten L = |G| und der Winkel mit dem virtuellen Strahl θ = arccos(G·R/(|G|·|R|)) sind, wird ein Volumenelementwert V2 des transformierten Profilmusters als V2 = f(flipV, L, θ) berechnet. In diesem Fall kann f jede beliebige Funktion sein. Hier ist f(flipV, L, θ) = flipV·LUT(L, θ), wobei die Nachschlagetabelle (englischer Begriff lookup table) beispielhaft erläutert ist.
  • 10 ist eine erläuternde Darstellung eines Beispiels einer LUT-Funktion und eine Darstellung einer verkalkten Region. In der gewöhnlichen Darstellung einer verkalkten Region ist der Umriss unklar. Im Gegensatz dazu ist der Umriss in der Darstellung einer verkalkten Region durch das vorliegende Verfahren klar. Ebenso wird ein besseres Bild durch die Berücksichtigung sowohl der Richtung als auch der Höhe des Gradientens, wie in 10 gezeigt, erhalten. Weiterhin wird die LUT-Funktion anhand einer Binärfunktion zur Erklärung beispielhaft erläutert, allerdings kann die LUT-Funktion auch eine mehrwertige Funktion sein. Dadurch kann ein glatteres Ergebnisbild erhalten werden.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm einer MIP-Verarbeitung des Bildverarbeitungsverfahrens des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Verwendung eines Gradientens und der Spiegelung/Umkippen. Dies ist ein Verfahren zur Berechnung jedes Bildpunkts auf dem Bildschirm, und die folgende Berechnung wird für alle Bildpunkte des Bildes durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsstartpunkt „O"(x, y, z), ein Abtastintervall ΔS(x, y, z) und eine virtuelle Strahlrichtung D(x, y, z) festgesetzt (Schritt S321).
  • Als Nächstes werden ein Maximalwert M als Minimalwert des Systems, ein Maximalwert M2 als Minimalwert des Systems und eine Position des Maximalwerts VX initialisiert, eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y,z) als „O" initialisiert sowie ein Spiegelschwellwert (Umkippschwellwert) T festgesetzt (Schritt S322). Dann wird ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X aus Volumenelementdaten der Umgebung an der Position X(x, y, z) berechnet (Schritt S323).
  • Als Nächstes wird der Gradient G an der Position X berechnet (Schritt S324), flipV = Spiegelfunktion (Umkippfunktion) (V, T) berechnet (Schritt S325) sowie L = |G| berechnet (Schritt S326). Dann wird θ = arccos(G·R/(|G|·|R|)) berechnet (Schritt S327) und V2 = f(flipV, L, θ) berechnet (Schritt S328). Hier kann das Profilmuster dynamisch berechnet und muss nicht zuvor vorbereitet werden.
  • Als Nächstes werden M2 und V2 verglichen (Schritt S329), und wenn M2 < V2 erfüllt ist (ja), werden V als neuer Maximalwert M und V2 als neuer Maximalwert M2 zugeordnet (Schritt S330). Dann wird bestimmt, ob X die Endposition erreicht hat (Schritt S331). Wenn X noch nicht an der Endposition ist (nein), wird ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S332) und die Prozesse von und nach Schritt S323 wiederholt. Auf der anderen Seite, wenn X die Endposition erreicht hat (ja), wird der Maximalwert M als Bildpunktwert des zu berechnenden Bildpunkts verwendet (Schritt S333).
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – mit Spiegelung/Umkippen)
  • Im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird eine Verarbeitung durchgeführt, bei der eine Stärke eines lokalen Anstiegs des Profilmusters zur Bestimmung, ob die verkalkte Region auszuschließen ist, durchgeführt. Darüber hinaus wird ein zweites Profilmuster erzeugt, um die Stärke des lokalen Anstiegs zu bestimmen. 12 zeigt eine Prozedur des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem das zweite Profilmuster durch Ersetzen von Werten des Originalprofilmusters des virtuellen Strahls, welche gleich oder größer sind als ein Schwellwert, durch Spiegelwerte (oder Umkippwerte) erhalten wird. In Prozedur 1 wird zum Beispiel das zweite Profilmuster, welches ersetzte Daten sind, durch Spiegeln bzw. Umkippen des Profilmusters, das Volumenelementwerte gleich oder größer als ein Schwellwert hat, generiert (Schwellwert T wird genauer in 22 beschrieben). Diese Prozedur verhindert eine Visualisierung einer verkalkten Region, die hohe Volumenelementwerte hat, und wird zum Ausschluss des Abschnitts, wo eine Veränderung in den Volumenelementwerten in der nächsten Prozedur 2 groß ist, und weiterhin zur Hervorhebung des Umrisses bzw. der Kontur eines visualisierten Objekts durchgeführt. Eine Charakteristik der vorliegenden Verarbeitung ist es, dass es nicht notwendig ist, die Grenze der verkalkten Region genau zu bestimmen. Darüber hinaus ist im Vergleich mit dem Verfahren, welches einen Gradienten verwendet, die Berechnung einfach und kann mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, da die vorliegende Verarbeitung lediglich mit den Daten auf dem virtuellen Strahl ausgeführt wird.
  • Dadurch kann beim Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Umriss visualisiert und die Visualisierung der verkalkten Region, welche hohe Volumenelementwerte aufweist, verhindert werden. Darüber hinaus kann der Maximalwert (Schwellwert T) einfach gesetzt und die Visualisierung mit hoher Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Schwellwert T dynamisch durch einen Nutzer mittels der GUI verändert werden, und der Nutzer kann so der Beseitigungsgrad der verkalkten Region während der Betrachtung des dargestellten Bildes verändern.
  • 13A bis 13C zeigen Profilmuster (1), die durch ein Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels erzeugt wurden, und 13D zeigt ein Bild, das durch das Bildverarbeitungsverfahren dargestellt ist. Die Profilmuster repräsentieren Volumenelementwerte (einschließlich interpolierter Volumenelementwerte) auf dem virtuellen Strahl. Das heißt, wie in 13A gezeigt, Volumenelementwerte auf den durch eine Blutbahn 22 hindurchtretenden virtuellen Strahl, die zur Blutbahn 22 korrespondieren, erscheinen als Profilmuster. Darüber hinaus erscheinen, wie in 13B gezeigt, Volumenelementwerte auf dem durch einen Rand 21 der verkalkten Region hindurchtretenden virtuellen Strahl, die zum Rand 21 der verkalkten Region korrespondieren, als Profilmuster. Darüber hinaus, wie in 13C gezeigt, erscheinen die Volumenelementwerte auf dem durch den Zentralbereich der verkalkten Region 20 hindurchtretenden virtuellen Strahl, die zur Blutbahn 22 und nicht zur verkalkten Region 20 korrespondieren, als Profilmuster.
  • Daher werden im dargestellten Bild, wie in 13D gezeigt, die Blutbahn 22 und der Rand (Kontur) 21 der verkalkten Region ohne den Zentralbereich der verkalkten Region 20 dargestellt. Ebenso kann in der Region des Zentralbereichs der verkalkten Region 20 die hinter der verkalkten Region 20 befindliche Blutbahn 22 dargestellt werden. Daher können die Größe (Umriss) der verkalkten Region 20 sowie die Blutbahn 22 des durch die verkalkte Region 20 eingeengten Blutgefäßes durch den Nutzer gleichzeitig beobachtet werden.
  • 14A bis 14C zeigen Profilmuster (2), die durch das Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels erzeugt wurden, und 14D zeigt ein Bild, welches durch das Bildverarbeitungsverfahren dargestellt wird. Dabei werden, sofern die Blutbahn 22 kaum noch existiert wie in 14A dargestellt, Volumenelementwerte ähnliche denen des umgebenden Gewebes verwendet. Darüber hinaus werden, wie in 14B gezeigt, Volumenelementwerte, die zum Rand 21 der verkalkten Region korrespondieren, für den virtuellen Strahl verwendet, der durch den Rand 21 der verkalkten Region hindurchtritt. Darüber hinaus wird, wie in 14C gezeigt, für den virtuellen Strahl, der durch den Zentralbereich der verkalkten Region 20 hindurch tritt, ein anderer Maximalwert als von der ausgeschlossenen Region verwendet, zum Beispiel ein Volumenwert, der zur Umgebung der verkalkten Region 20 korrespondiert, da die Blutbahn 22 weder vor noch hinter der verkalkten Region 20 existiert. Dadurch kann ein Nutzer die Größe (Umriss) der verkalkten Region 20 während der Betrachtung des Bildes exakt erhalten.
  • 15 zeigt eine Prozedur 2 im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels. In Prozedur 2 wird beispielsweise ein Abschnitt auf dem virtuellen Strahl, wo der Absolutwert der zweiten Ableitung größer ist als der Schwellwert, ausgeschlossen, um einen Abschnitt auszuschließen, der eine große Veränderung in Bezug zum visualisierten Objekt aufweist. Dadurch wird der Rand der verkalkten Region visualisiert, um so die Größe der verkalkten Region zu erhalten. Darüber hinaus kann die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region visualisiert werden, was schwierig bei den vorbekannten Verfahren ist. Diese Verarbeitung vermeidet, dass nach der Umkipp- bzw. Spiegelverarbeitung in Prozedur 1, der Schwellwert, an den Volumenelementwerten umgekippt bzw. gespiegelt werden, notwendigerweise als Maximalwert auf dem virtuellen Strahl ausgewählt wird.
  • 16A und 16B sind erläuternde Zeichnungen zum Bestimmungsverfahren (2) in Prozedur 2 zur Bestimmung, ob ein zum virtuellen Strahl korrespondierender Volumenelementwert auszuschließen ist. 16A zeigt ein Profil von Volumenelementwerten für den Fall, dass der virtuelle Strahl durch den Rand der verkalkten Region tritt. In diesem Fall wird zum Beispiel die Stärke der vertikalen Veränderung (in Richtung der Volumenelementwertachse) der Volumenelementwerte oder der Anstieg des Volumenelementwertprofils gemessen. Dann wird beispielsweise die gemessene Stärke der vertikalen Veränderung der Volumenelementwerte oder der gemessene Anstieg des Volumenelementwertprofils mit einem zulässigen Veränderungsschwellwert TD (genauer erklärt in 23) verglichen. Dadurch wird detektiert, dass die Region, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, der Rand der verkalkten Region ist, und das Volumenelement wird als darzustellend markiert.
  • Auf der anderen Seite zeigt 16B ein Profilmuster für den Fall, dass der virtuelle Strahl durch den Zentralbereich der verkalkten Region hindurchtritt. In diesem Fall wird zum Beispiel die Stärke der vertikalen Veränderung in den Volumenelement werten oder die Stärke eines Gradientens der Volumenelementwerte gemessen. Dadurch wird bestimmt, dass die Region, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, der Zentralbereich der verkalkten Region ist. Dann werden Volumenelemente in einem gewissen Bereich auf dem Profilmuster von den darzustellenden Daten ausgeschlossen. Dadurch kann lediglich der Rand, das heißt, die Kontur der verkalkten Region ohne Visualisierung des Zentralbereichs der verkalkten Region visualisiert werden. Darüber hinaus kann die vor oder hinter dem Zentralbereich der verkalkten Region existierende Blutbahn visualisiert werden. Weiterhin kann durch einen Nutzer mittels der GUI der zulässige Veränderungsschwellwert TD dynamisch verändert werden, und der Nutzer kann der Beseitigungsgrad der verkalkten Region während der Betrachtung des dargestellten Bildes verändern.
  • 17 ist eine erläuternde Zeichnung der Bestimmungsmethode (3) in Prozedur 2 zur Bestimmung, ob ein zum virtuellen Strahl korrespondierender Volumenelementwert auszuschließen ist, und zeigt ein Profil von Volumenelementwerten für den Fall, dass der virtuelle Strahl durch den Rand der verkalkten Region hindurchtritt. In diesem Fall wird Bezug genommen auf die Stärke der Gradienten vor und hinter einem Spiegelpunkt/Umkipppunkt(Spitze). Da lediglich einer der Gradienten vor und hinter einem Spiegelpunkt/Umkipppunkt groß ist, wird dieser Abschnitt als Rand der verkalkten Region bestimmt und für die Darstellungsdaten verwendet. Zur Vereinfachung können anstelle der Bezugnahme auf Gradienten Werte der zweiten Ableitung unter Nutzung der Volumenelementwerte vor und hinter dem Spiegelpunkt verwendet werden. Ein Bedingungsausdruck, welcher die zweite Ableitung nutzt, kann wie folgt vorgegeben werden: p0 – 2·p1 + p2 > threshold
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – mit Transformation und Schwellwertkürzung)
  • Im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wurde eine Spiegelung/Umkippen des Volumenelementwertprofils durchgeführt. Alternativ können andere Transformationsmethoden auf das Profil angewendet werden. 18A und 18B sind erläuternde Darstellungen für den Fall, dass der Rand der verkalkten Region durch eine andere Transformationsmethode als die Spiegelung detektiert wird. In diesem Ausführungsbeispiel werden die einen Schwellwert übersteigenden Volumenelementwerte nicht an dem Schwellwert gespiegelt bzw. umgekippt, sondern werden durch den Schwellwert ersetzt bzw. gerundet. Dann wird ein Gradient des gerundeten bzw. ersetzten Volumenelementwerts berechnet, um unter Ausnutzung der Veränderung im Gradienten zu bestimmen, ob das Volumenelement von den Darstellungsdaten auszuschließen oder in diese aufzunehmen ist.
  • Das heißt, sofern der Gradient der an einem gewissen Schwellwert gerundeten (oder mit dem Schwellwert ersetzten) Volumenelementwerte gering ist, wird die gerundete Region als Rand der verkalkten Region bestimmt und als Displaydaten verwendet, wie in 18A gezeigt. Auf der anderen Seite, wird die gerundete Region als Zentralbereich der verkalkten Region bestimmt und von den Darstellungsdaten ausgeschlossen, sofern, wie in 18B gezeigt, der Gradient der an einem gewissen Schwellwert gerundeten Volumenelementwerte hoch ist. Gemäß diesem Verfahren ist es ohne Spiegelverarbeitung an einem Schwellwert möglich zu bestimmen, ob das Volumenelement auszuschließen oder in den Displaydaten zu verwenden ist.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – Originaldaten werden mit Spiegelung/Umkippen verwendet)
  • Im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wurde eine Spiegelung auf dem Volumenelementwertprofil durchgeführt und Daten des transformierten Profils wurden als Darstellungsdaten ausgewählt. Allerdings ist es bevorzugt, dass die Darstellungsdaten vom Originalprofil anstelle vom transformierten Profil erhalten werden. 19A und 19B zeigen eine Prozedur 3 für den Fall im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, dass die Originaldaten vor Spiegelung/Umkippen als Displaydaten für den Rand der verkalkten Region verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Nutzer mittels der GUI den Schwellwert der Spiegelung/Umkippen dynamisch verändern, um ihn in die Nähe des Maximalwerts in der darzustellenden Region zu setzen. Allerdings können in Abhängigkeit von der Position, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, die zum Rand der verkalkten Region korrespondierenden Volumenelementwerte zu spiegelnde Objekte werden, wie in 19B gezeigt. In diesem Fall, wie in 19A gezeigt, kann der Rand der verkalkten Region unter Verwendung der Volumenelementwerte (Originaldaten), welche zum Rand der verkalkten Region vor der Spiegelung korrespondieren, klar visualisiert werden.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • (Bevorzugtes Ausführungsbeispiel – MIP-Verarbeitung mit Spiegelung/Umkippen)
  • 20A und 20B zeigen bevorzugte Beispiele des Bildverarbeitungsverfahrens des vorliegenden Ausführungsbeispiels. 20A zeigt einen Fall, dass der Zentralbereich der verkalkten Region, der Rand der verkalkten Region und die Blutbahn auf dem virtuellen Strahl sind. Bei Durchführung der Spiegelung an einem Schwellwert, um die Stärke der Veränderung in den Volumenelementwerten zu detektieren, wird bestimmt, ob die Region, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, der Zentralbereich der verkalkten Region oder der Rand der verkalkten Region ist. Dadurch kann lediglich der Rand der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region dargestellt werden.
  • Darüber hinaus betrifft 20B einen Fall, dass der Zentralbereich der verkalkten Region und die Blutbahn auf dem virtuellen Strahl sind. Mittels der Spiegelung an einem Maximalwert, um die Stärke der Veränderung in den Volumenelementwerten zu bestimmen, wird der Zentralbereich der verkalkten Region ermittelt. Daher kann lediglich die hinter dem Zentralbereich der verkalkten Region befindliche Blutbahn ohne Darstellung des Zentralbereichs dargestellt werden.
  • 21A zeigt ein Beispiel eines MIP-Bildes aus dem Stand der Technik und 21B ein Beispiel eines durch das Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels generierten MIP-Bildes. Bei dem in 21A gezeigten MIP-Bild ist die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region auf Grund des Vorhandenseins der verkalkten Region nicht deutlich sichtbar. Im Gegensatz dazu wird bei dem in 21B gezeigten MIP-Bild des vorliegenden Ausführungsbeispiels lediglich die Kontur der verkalkten Region dargestellt und der Nutzer kann erkennen, ob die Blutbahn vor oder hinter der verkalkten Region noch vorhanden ist.
  • 22 zeigt ein Flussbild zur Illustrierung des Gesamtbilds der Verarbeitung zur Bestimmung jedes Bildpunktwertes eines Bildes in dem Bildverarbeitungsver fahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Um jeden Bildpunktwert des Bildes zu erhalten wird zuerst, wie in 22 gezeigt, der Schwellwert T, welcher etwas größer als die Volumenelementwere eines Zielgewebes, wie beispielsweise einer Blutbahn, bestimmt (Schritt S11).
  • Als Nächstes wird ein virtueller Strahl projiziert (Schritt S12) und ein Feld A1 (ursprüngliches (erstes) Profilmuster) aus Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl gebildet (Schritt S13). Dann wird ein Feld A2 (zweites Profilmuster) durch Spiegelung von Volumenelementwerten des Feldes A1, welche gleich oder größer als der Schwellwert T sind, am Schwellwert T generiert (Schritt S14). Dann wird ein Teil der Daten des Feldes A2, das heißt, die gespiegelten bzw. gekippten und zum Zentralbereich der verkalkten Region korrespondierenden Daten, ausgeschlossen (Schritt S15).
  • Als Nächstes wird ein Maximalwert M2 auf dem Feld A2 bestimmt (Schritt S16) sowie ein Wert M auf dem Feld A1 (Originaldaten in 19A), der zum Wert M2 korrespondiert, ermittelt (Schritt S17). Als Nächstes wird der Wert M1 als Bildelementwert für den virtuellen Strahl verwendet (Schritt S18).
  • Im Ausführungsbeispiel wird ein Puffer für das ersetzte Feld A2 in Schritt S14 generiert. Im folgenden Schritt S15 wird ein Teil der Daten des Feldes A2 ausgeschlossen. Es ist ebenso möglich, dass das ersetzte Feld A2 dynamisch in Abhängigkeit vom Fortschreiten des virtuellen Strahls, das durch Nutzerinstruktionen an die GUI bestimmt ist, erstellt wird, so dass ein Teil der Daten stufenweise ausgeschlossen werden kann. Dadurch kann ein Nutzer ein Objekt unter Veränderung des Zielobjekts und der Objektbeobachtungsrichtung genau beobachten.
  • 23 zeigt ein Flussbild zur Bestimmung im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, ob Daten unter Verwendung einer Veränderung in Volumenelementdaten auszuschließen sind. Zunächst wird, wie in 16A und 16B gezeigt, der zulässige Veränderungsschwellwert TD zur Bestimmung der Stärke der Veränderung in den Volumenelementdaten (Gradient im Graph) bestimmt (Schritt S21).
  • Als Nächstes wird mit dem Scannen bzw. Abtasten (Rastern) des Feldes A2 begonnen (Schritt S22) und das Scannen wird unter Verwendung einer Position P auf dem Feld A2 durchgeführt (Schritt S23). Dann werden ein Wert V0 an der Position (P – 1) auf dem Feld A2, ein Wert V 1 an der Position P auf dem Feld A2 und ein Wert V2 an der Position (P + 1) auf dem Feld bestimmt (Schritt S24).
  • Als Nächstes werden die Veränderung D0 = |V1 – V0| und die Veränderung D1 = |V2 – V1| bestimmt (Schritt S25), und die Veränderungen D0 und D1 werden mit dem zulässigen Veränderungsschwellwert TD hinsichtlich ihrer Größe verglichen (Schritt S26). Dann wird der Punkt an der Position P ausgeschlossen, sofern D0 und D1 größer als der zulässige Veränderungsschwellwert TD (ja) sind.
  • Andererseits wird, wenn die Veränderung D0 und D1 nicht größer als der zulässige Veränderungsschwellwert TD sind (nein), bestimmt, ob die Position P das Ende des Feldes erreicht hat (Schritt S28). Sofern die Position P nicht am Ende des Feldes ist (nein), wird die Position P um 1 erhöht (Schritt S30), und die Verarbeitung von und nach Schritt S24 werden wiederholt. Sofern die Position P das Ende des Feldes erreicht hat (ja), wird andererseits in Schritt S28 das Scannen des Feldes A2 beendet (Schritt S29).
  • Dadurch wird nicht der Zentralbereich der verkalkten Region visualisiert, sondern lediglich der Rand, das heißt, die Kontur wird visualisiert. Darüber hinaus kann die vor und hinter dem Zentralbereich der verkalkten Region vorhandene Blutbahn visualisiert werden. Darüber hinaus kann der zulässige Veränderungsschwellwert TD dynamisch durch einen Nutzer über die GUI verändert werden, und der Nutzer kann so der Beseitigungsgrad der verkalkten Region während der Betrachtung des dargestellten Bildes verändern.
  • 24 zeigt ein Flussbild für den Fall, dass der Ausschluss der Daten mittels Gradienten im Bildverarbeitungsverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels bestimmt wird. In diesem Fall wird zunächst, wie in 4A und 4B gezeigt, der virtuelle Strahlvektor D ermittelt (Schritt S41) und ein zulässiger Parallelitätsschwellwert TP bestimmt (Schritt S42).
  • Als Nächstes wird mit dem Abscannen (Abrastern) des Feldes A2 begonnen (Schritt S43) und das Abscannen erfolgt unter Verwendung der Position P auf dem Feld A2 (Schritt S44). Darüber hinaus wird ein Gradientenvektor G auf der Basis von Volumenelementen in den Volumendaten, die zur Position P auf dem Feld A2 korrespondieren, ermittelt (Schritt S45).
  • Als Nächstes wird der Absolutwert eines Skalarprodukts des virtuellen Strahlvektors D und des Gradientenvektors G der Volumendaten mit dem zulässigen Parallelitätsschwellwert TP verglichen (Schritt S46). Wenn der Absolutwert des Skalarprodukts von virtuellem Strahlvektor D und Gradientenvektor G größer als der zulässige Parallelitätsschwellwert TP ist (ja), wird der Punkt an der Position P ausgeschlossen (Schritt S47).
  • Sofern der Absolutwert des Skalarprodukts von virtuellem Strahlvektor D und Gradientenvektors G nicht größer als der zulässige Parallelitätsschwellwert TP ist (nein) wird bestimmt, ob die Position P das Ende des Feldes erreicht hat (Schritt S48). Wenn die Position P nicht am Ende des Feldes ist (nein), wird die Position P um einen Schritt (+1) erhöht (Schritt S50) und die Prozesse von und nach Schritt S45 wiederholt. Wenn andererseits die Position P das Ende des Feldes erreicht hat (ja), wird das Abscannen des Feldes A2 beendet (Schritt S49).
  • Damit wird der Abschnitt, in dem der Gradientenvektor G im wesentlichen parallel zum virtuellen Strahlvektor D des virtuellen Strahls ist, als Zentralbereich der verkalkten Region bestimmt und somit dieser Abschnitt von den Darstellungsdaten ausgeschlossen. Andererseits wird der Abschnitt, wo der Gradientenvektor G im Wesentlichen senkrecht zum virtuellen Strahlvektor D ist, als Rand der verkalkten Region erkannt und diese Region dann in den Darstellungsdaten verwendet. Darüber hinaus kann der zulässige Parallelitätsschwellwert TP dynamisch vom Nutzer über die GUI verändert werden. Der Nutzer kann dadurch der Beseitigungsgrad (degree of removal) für die verkalkte Region während der Betrachtung des dargestellten Bildes verändern.
  • Siebentes Ausführungsbeispiel
  • (Strahlverfolgungsverfahren unter Verwendung eines Gradienten)
  • Bei einem Strahlverfolgungsverfahren kann die Trübung für jedes Volumenelement gesetzt werden. Somit kann die Trübung den Daten auf dem virtuellen Strahl zugeordnet werden, ohne einige Bereiche des virtuellen Strahls von ihrer Nutzung als Darstellungsdaten auszuschließen.
  • Unter Bezugnahme auf das Vorhergehende ist es beispielsweise möglich, einen Abschnitt, der einen scharfen Volumenelementwertgradienten hat, als harten Bereich und einen Abschnitt, der einen graduellen Volumenelementwertgradienten auf weist, als weichen Abschnitt darzustellen, usw. Dadurch ist es möglich, auszuwählen sowie einen Abschnitt, der einen scharfen Gradienten aufweist, nicht darzustellen. Da es weiterhin möglich ist, den Abschnitt mit dem scharfen Gradienten (Grenzfläche einer Verkalkung) zu detektieren, kann ein Bild, aus dem eine verkalkte Position entfernt wurde, ohne einen Maskenprozess dargestellt werden.
  • 25 zeigt eine erläuternde Zeichnung für den Fall, dass eine Trübung der blockierenden Region verändert und der Zentralbereich der blockierenden Region nicht dargestellt ist (Anwendung 1 des Strahlverfolgungsverfahrens). Ebenso kann bei Veränderung der Trübung der Volumenelementwerte des visualisierten Objekts eine blockierende Region ausgeschlossen werden. Das heißt, ein Ausschlussgrad (exclusion degree) α des visualisierten Objekts wird berechnet und der Ausschlussgrad α wird der Trübung zugeordnet.
  • In diesem Fall wird ein Skalarprodukt des virtuellen Strahlvektors X-O der gespiegelten(gekippten Daten und der Gradientenvektor G zur Berechnung des Ausschlussgrades α = |G·(X-O| verwendet. Da ein Abschnitt, wo der virtuelle Strahlvektor X-O und der Gradientenvektor G parallel und der Ausschlussgrad α hoch ist, als Zentralbereich der verkalkten Region angesehen wird, wird die Trübung der Volumenelementwerte verringert, um die verkalkte Region nicht darzustellen. Dadurch ist es möglich, ohne einen besonderen Verarbeitungsprozess, wie beispielsweise eine Berechnung zur Spiegelung, durchzuführen, den Rand der verkalkten Region und die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region darzustellen.
  • 26 zeigt ein Flussbild für den Fall, dass die Trübung unter Verwendung des Gradienten der Volumenelementwerte verändert wird (Anwendung 1 des Strahlverfolgungsverfahrens). Diese Verarbeitung ist eine Berechnung für jeden Bildpunkt auf dem Bildschirm, und die folgende Berechnung wird für alle Bildpunkte des Bildes durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsstartpunkt O(x, y, z) und ein Abtastintervall (Rasterintervall) ΔS(x, y, z) festgelegt (Schritt S101).
  • Als Nächstes werden ein reflektiertes Licht E als „0", ein Restlicht (verbleibendes Licht, remaining light) I als „1" und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als „O" initialisiert (Schritt S102). Dann wird von Volumenelementdaten in der Umgebung der aktuellen Berechnungsposition X(x, y, z) ein interpolierter Volumenelementwert V an der aktuellen Berechnungsposition X bestimmt (Schritt S103). Zusätzlich wird eine zum interpolierten Volumenelementwert V korrespondierende Trübung α ermittelt (Schritt S104). In diesem Fall wird durch α1 = f(V), α2 = 1 – G·(X-O), α = α1·(1 – α2) der Ausschlussgrad an der Position X berechnet (Schritt S112).
  • Als Nächstes wird ein zum interpolierten Volumenelementwert V korrespondierender Farbwert C ermittelt (Schritt S105). Dann wird aus Volumendaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) ein Gradient G an der Position X ermittelt. Ausgehend von einer Strahlrichtung X-O und dem Gradienten G wird ein Schattenkoeffizient β ermittelt (Schritt S106).
  • Als Nächstes werden abgeschwächtes Licht D (D = I·a) und teilweise reflektiertes Licht F (F = β·D·C) an der Position X(x, y, z) berechnet (Schritt S107). Dann werden das reflektierte Licht E und das Restlicht I aktualisiert (I = I·D, E = E + F) (Schritt S108).
  • Als Nächstes wird bestimmt, ob die aktuelle Berechnungsposition X eine Endposition und ob das Restlicht I gleich „0" ist (Schritt S109). Sofern die aktuelle Berechnungsposition X noch nicht an der Endposition und das Restlicht I nicht „0" (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weiter gesetzt (Schritt S110) und die Prozesse von und nach Schritt S103 wiederholt.
  • Sofern auf der anderen Seite die aktuelle Berechnungsposition X die Endposition erreicht hat, oder das Restlicht „0" wird (ja), ist die Berechnung beendet und das reflektierte Licht E wird als Bildpunktwert des zu berechnenden Bildpunkts verwendet (Schritt S111). In vorbekannten Strahlverfolgungsverfahren wird zur Berechnung einer reflektierten Lichtmenge ein Schattenkoeffizient verwendet, der aus einem Produkt aus einem Volumenelementgradienten und einer Lichtquellenrichtung ermittelt wurde. Wie vorstehend beschrieben, ist es allerdings mit der vorliegenden Erfindung möglich, eine verkalkte Region und eine zweidimensionale Grenzfläche davon durch ein produkt von virtueller Strahlrichtung und Gradienten unabhängig von der physikalischen Bedeutung des Gradientens zu ermitteln. Darüber hinaus ist es durch Veränderung der Trübung der Volumenelemente in Übereinstimmung mit der detektierten Information möglich, den Rand der verkalkten Region und die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region darzustellen.
  • Achtes Ausführungsbeispiel
  • (Strahlverfolgungsverfahren mit Spiegelung/Umkippen)
  • 27 zeigt eine erläuternde Darstellung für den Fall, dass die Trübung verändert ist (Anwendung 2 des Strahlverfolgungsverfahrens). In diesem Fall wird der Ausschlussgrad α aus der Veränderung der gespiegelten Volumenelementwerte bestimmt. Das heißt, in dem für den Ausschluss zu bestimmenden Abschnitt, wie beispielsweise gespiegelte Daten, wird ein Abschnitt, wo die Volumenelementwerte sich deutlich ändern und gespiegelt sind, durch α = 1, ein Abschnitt, wo die Volumenelementwerte sich deutlich ändern jedoch nicht gespiegelt sind, durch α = 0,5 und andere Bereiche durch beispielsweise α = 0 repräsentiert. Dann wird die Region mit α = 1 nicht dargestellt und wird als blockierende Region bestimmt. Die Region mit α = 0,5 wird als Rand der blockierenden Region dargestellt. Das heißt, durch Ermittlung des Ausschlussgrades α aus der Veränderung in den gespiegelten Volumenelementwerten ist es möglich, den Randbereich der verkalkten Region und die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region darzustellen.
  • 28 zeigt ein Flussbild für den Fall, dass die Trübung durch die Veränderung in den Volumenelementwerten verändert ist (Anwendung 2 des Strahlverfolgungsverfahrens). Diese Verarbeitung ist eine Berechnung für jeden Bildpunkt auf dem Bildschirm und die folgende Berechnung wird für alle Bildpunkte des Bildes durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsstartpunkt O(x, y, z) und ein Abtastintervall ΔS(x, y, z) festgesetzt (Schritt S121).
  • Als Nächstes werden ein reflektiertes Licht E als „0", ein Restlicht (verbleibendes Licht, remaining light) I als „1" und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als „O" initialisiert (Schritt S122). Dann wird aus Volumenelementdaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X ermittelt (Schritt S123). Zusätzlich wird eine Trübung α unter Berücksichtigung des interpolierten Volumenelementwertes V und des „Ausschlusses" ermittelt (Schritt S124).
  • In diesem Fall wird der Ausschlussgrad an der Position X durch α1 = f(V), α2 = g(X), und α = α1·(1 – α2) berechnet (Schritt S132).
  • Als Nächstes wird ein zum interpolierten Volumenelementwert V korrespondierender Farbwert C ermittelt (Schritt S125). Dann wird aus Volumenelementdaten in der Umgebung der Position X(x, y, z) ein Gradient G an der Position X ermittelt. Ausgehend von einer Strahlrichtung X-O und dem Gradienten G wird ein Schattenkoeffizient β bestimmt (Schritt S126).
  • Als Nächstes werden ein abgeschwächtes Licht D (D = I·α) und ein partiell reflektiertes Licht F(F = β·D·C) an der Position X(x, y, z) berechnet (Schritt S127). Dann werden das reflektierte Licht E und das Restlicht I aktualisiert (I = I – D, E = E + F) (Schritt S128).
  • Dann wird bestimmt, ob X eine Endposition erreicht hat und ob das Restlicht I gleich „0" ist (Schritt S129). Sofern X nicht an der Endposition und das Restlicht I nicht „0" ist (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S130) und die Prozesse von und nach Schritt S123 wiederholt.
  • Auf der anderen Seite wird, sofern X die Endposition erreicht hat oder das Restlicht I „0" geworden ist (ja), die Berechnung beendet und das reflektierte Licht E als Bildpunktwert des zu berechnenden Bildpunkts verwendet (Schritt S131). Das heißt, bei Veränderung der Trübung unter Ausnutzung der Veränderung in den Volumenelementwerten ist es möglich, den Rand der verkalkten Region und die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region darzustellen.
  • Neuntes Ausführungsbeispiel
  • (MIP-Verarbeitung – mit Gradienten und Spiegelung/Umkippen)
  • 29 zeigt ein Flussbild einer MIP-Verarbeitung bei der Gradientenverarbeitung und Spiegelung durchgeführt werden. Diese Berechnung ist eine Berechnung für jeden Bildpunkt auf dem Bildschirm und die folgende Berechnung wird für alle Bildpunkte des Bildes durchgeführt. Zunächst werden, ausgehend von einer Projektionsposition, ein Projektionsstartpunkt O(x, y, z) und ein Abtastintervall (Rasterintervall) ΔS(x, y, z) festgelegt (Schritt S141).
  • Dann werden ein Maximalwert M als Minimalwert des Systems und eine aktuelle Berechnungsposition X(x, y, z) als „O" initialisiert (Schritt S142). Ein interpolierter Volumenelementwert V an der Position X(x, y, z) wird aus Volumenelementdaten in der Umgebung an der Position X ermittelt (Schritt S143). Dann werden Volumenelementdaten VS1 in der Umgebung der Position X(x, y, z) ermittelt (Schritt S144) und Spiegeldaten VS2 aus VS1 berechnet (Schritt S145).
  • Dann wird ein Gradient G an der Position X der Spiegeldaten VS2 berechnet (Schritt S146) und ein Skalarprodukt I der Strahlrichtung X-O und des Gradienten G ermittelt (Schritt S147). Dann wird ermittelt, ob die Bedingung –T < I < T für einen Schwellwert T erfüllt ist (Schritt S148). Sofern die Bedingung erfüllt ist (ja), wird der Maximalwert M mit dem interpolierten Volumenelementwert V verglichen (Schritt S149). Wenn der Maximalwert M kleiner als der interpolierte Volumenelementwert V ist (ja), wird dem Maximalwert M der interpolierte Volumenelementwert V als neuer Maximalwert zugeordnet (Schritt S150).
  • Danach wird bestimmt, ob X die Endposition erreicht hat (Schritt S151). Wenn X noch nicht an der Endposition ist (nein), werden ΔS(x, y, z) zu X(x, y, z) hinzuaddiert, die aktuelle Berechnungsposition weitergesetzt (Schritt S152) und die Prozesse von und nach Schritt S143 wiederholt. Sofern X die Endposition erreicht hat (ja), wird der Maximalwert M als Bildpunktwert des zu berechnenden Bildpunkts zugeordnet und die Verarbeitung beendet (Schritt S153). Dadurch ist es durch Kombination von Gradientenverarbeitung und Spiegelung möglich, den Rand der verkalkten Region und die Blutbahn vor und hinter der verkalkten Region ohne Darstellung des Zentralbereichs der verkalkten Region darzustellen.
  • Das Bildverarbeitungsverfahren der Ausführungsbeispiele kann mittels eines Grafikprozessors GPU (Graphic Processing Unit) durchgeführt werden. Ein Grafikprozessor ist im Gegensatz zu einer Universal-CPU (Central Processing Unit) ein insbesondere auf die Bildverarbeitung spezialisierter Prozessor. Typischerweise ist ein Grafikprozessor separat von der CPU im Computer angeordnet.
  • Darüber hinaus kann bei dem Bildverarbeitungsverfahren der Ausführungs beispiele die Berechnung der Volumenvisualisierung durch eine gewisse Bildregion, ei ne Volumenregion oder ähnlichem unterteilt werden und die unterteilten Regionen nach der Berechnung übereinander gelegt werden. Daher kann das Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Ausführungsbeispiele durch Parallelverarbeitung, netzwerkverteilte Verarbeitung oder einer Kombination dieser durchgeführt werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf darin konkret beschriebenen Ausführungsarten beschränkt. Die folgenden Beispiele werden ebenfalls von der Erfindung umfasst.
  • Beispiel 1
  • Zum Beispiel werden eine Geschwulst mit einem hohen Kontrast in der Umgebung eines Beobachtungsobjekts mit A und ein durch ein Projektionsverfahren ermittelter Vektor sowie eine Projektionsrichtung als B bezeichnet. Hierbei ist B eine Blickrichtung für den Fall der Parallelprojektion, ein Radialvektor im Fall der virtuellen Endoskopie (VE) oder ein Vektor senkrecht zur Blickrichtung.
  • In diesem Fall, das heißt, bei Visualisierungsverarbeitung durch Strahlverfolgung, hat die Verarbeitung zum Zwecke der Verhinderung, dass A ein Hindernis zur Beobachtung des Beobachtungsobjekts ist, einen Mechanismus, dass der Umriss von A insbesondere selektiv und dynamisch in jedem Schritt der Strahlverfolgung hervorgehoben ist. Dann wird in Übereinstimmung mit dem hervorgehobenen Resultat und B einer der folgenden Prozess durchgeführt: (1) Überspringen des Schrittes; (2) Ersetze die Originaldaten mit anderen Werten und verarbeite; oder (3) Verändere die Höhe der Abschwächung im Fall eines Visualisierungsverfahrens, wobei die Abschwächung des Lichts simuliert ist.
  • Beispiel 2
  • Ein Gewebe mit einem hohen Kontrast in der Umgebung eines Beobachtungsobjekts wird mit A bezeichnet, das Beobachtungsobjekt mit B und ein mittels eines Projektionsverfahrens bestimmter Vektor sowie eine Projektionsrichtung mit C. Hierbei ist C eine Blickrichtung für den Fall der Parallelprojektion, ein Radialvektor im Fall der virtuellen Endoskopie oder ein Vektor senkrecht zur Blickrichtung.
  • Für diesen Fall, das heißt, der Visualisierungsverarbeitung mittels Strahlver folgung, hat die Verarbeitung für die Situation, dass A die Bebachtung von B verhindert, einen Mechanismus, dass der Umriss von A insbesondere selektiv und dynamisch in jedem Schritt der Strahlverfolgung für die folgenden Zwecke hervorgehoben wird: (1) Das Bild von B wird in der Region, wo B nicht mit A überlappt, beeinträchtigt; (2) Die Region, wo B mit A überlappt, ist vom Bild entfernt oder ist im Bild mit Ausnahme für einen Teil des Bildes von A, der die Charakteristik von A andeutet, lichtdurchlässig gemacht worden; und (3) die Gesamtansicht von B kann ohne Behinderung durch A betrachtet werden. Dann kann in Übereinstimmung mit dem hervorgehobenen Ergebnis und C einer der folgenden Prozesse durchgeführt werden: (1) Überspringe den Schritt; (2) Ersetze die Originaldaten mit anderen Werten und verarbeite; oder (3) Verändere die Stärke der Abschwächung im Fall eines Visualisierungsverfahrens, wobei die Abschwächung des Lichts simuliert ist.
  • Beispiel 3:
  • Zum Beispiel ist die Anwendung auf ein Luftbild (Volumenvisualisierungsbild, das lichtdurchlässig ist und wo lediglich der Umriss leicht sichtbar ist) eines Darms ist möglich. In dem Fall des Luftbildes ist „A=B" und „Die Region, welche die Charakteristiken von A andeutet" entspricht „der Region von B, deren Beobachtung gewünscht ist".
  • In diesem Fall werden eine Geschwulst mit hohem Kontrast in der Umgebung eines Beobachtungsobjekts mit A, das Beobachtungsobjekt mit B (es gibt den Fall, dass B identisch mit A ist) und ein durch eine Projektionsmethode bestimmter Vektor sowie eine Projektionsrichtung mit C bezeichnet. Dabei ist C eine Blickrichtung für den Fall der Parallelprojektion, ein Radialvektor im Fall der virtuellen Endoskopie oder ein Vektor senkrecht zur Blickrichtung.
  • In dem Fall der Visualisierungsverarbeitung durch Strahlverfolgung hat die Verarbeitung in einer Situation, dass A die Beobachtung von B verhindert, einen Mechanismus, dass der Umriss von A insbesondere selektiv und dynamisch in jedem Schritt der Strahlverfolgung für die folgenden Zwecke hervorgehoben wird: 1) in der Region, wo B nicht durch A überlagert wird, ist die Beobachtung des Bildes von B nicht behindert; (2) die Region, wo B durch A überlagert wird, wird beseitigt oder lichtdurch lässig in dem Bild mit Ausnahme für einen Teil des Bildes von A gemacht, welcher die Charakteristik von A andeutet; und (3) die Gesamtansicht von B kann ohne Behinderung durch A beobachtet werden. Dann wird in Übereinstimmung mit dem hervorgehobenen Ergebnis und C einer der folgenden Prozesse durchgeführt: (1) Überspringe den Schritt; (2) Ersetze die Originaldaten mit anderen Werten und verarbeite; oder (3) Verändere die Höhe der Abschwächung für den Fall eines Visualisierungsverfahrens, wobei die Abschwächung von Licht simuliert ist.
  • Beispiel 4:
  • Eine Geschwulst mit hohem Kontrast in der Nachbarschaft eines Beobachtungsobjekts wird mit A, das Beobachtungsobjekt mit B (es gibt den Fall, dass B identisch mit A ist) und ein durch ein Projektionsverfahren bestimmter Vektor sowie eine Projektionsrichtung mit C bezeichnet. Dabei ist C eine Blickrichtung für den Fall der Parallelprojektion, ein Radialvektor für den Fall der virtuellen Endoskopie oder ein Vektor senkrecht zur Blickrichtung.
  • Im Fall der Visualisierungsverarbeitung mittels Strahlverfolgung hat die Verarbeitung in einer Situation, dass A die Beobachtung von B behindert, einen Mechanismus, dass der Umriss von A insbesondere selektiv und dynamisch in jeden Schritt der Strahlverfolgung für die folgenden Zwecke hervorgehoben wird: (1) In der Region, wo B nicht von A überdeckt wird, ist die Beobachtung des Bildes von B nicht behindert; (2) die Region, wo B von A überdeckt wird, wird im Bild mit Ausnahme für einen Teil des Bildes von A, der die Charakteristik von A andeutet, lichtdurchlässig gemacht; und (3) die Gesamtansicht von B kann ohne Behinderung durch A betrachtet werden. Sofern das hervorgehobene Ergebnis und C eine gewisse Bedingung, die zuvor gesetzt wurde, erfüllen, wird einer der folgenden Prozesse alternativ zur gewöhnlichen Verarbeitung durchgeführt: (1) Überspringe den Schritt; (2) Ersetze die Originaldaten mit anderen Werten und führe die übliche Verarbeitung durch; (3) Führe eine Verarbeitung, zu welcher eine Transformation mit dem hervorgehobenen Ergebnis und C hinzuaddiert ist, als Vorverarbeitung einer gewöhnlichen Verarbeitung durch; oder (4) Verändere die Höhe der Abschwächung für den Fall eines Visualisierungsverfahrens, wobei die Abschwächung des Lichts simuliert ist.
  • Beispiel 5:
  • In obigen Beispielen wird angenommen, dass der Umriss von A im Ergebnisbild verblieben ist. Allerdings ist ebenso ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem kein Umriss von A verbleibt. In diesem Fall wird eine Geschwulst mit einem hohen Kontrast in der Umgebung eines Beobachtungsobjekts mit A, das Beobachtungsobjekt mit B (es gibt den Fall, dass B mit A identisch ist) und ein mittels eines Projektionsverfahrens bestimmter Vektor sowie eine Projektionsrichtung mit C bezeichnet. Dabei ist C eine Blickrichtung im Fall der Parallelprojektion, ein Radialvektor im Fall der virtuellen Endoskopie oder ein Vektor senkrecht zur Blickrichtung.
  • In dem Fall der Visualisierungsverarbeitung durch Strahlverfolgung hat die Verarbeitung in einer Situation, dass A die Beobachtung von B verhindert, einen Mechanismus, dass der Umriss von A insbesondere selektiv und dynamisch in jedem Schritt der Strahlverfolgung für die folgenden Zwecke hervorgehoben wird: (1) In der Region, wo B nicht durch A überdeckt wird, wird die Beobachtung des Bildes von B nicht behindert; (2) die Region, wo A und B überlappen, (2.1) andere Regionen als ein Teil des Projektionsbildes von A, der die Charakteristik von A andeutet oder (2.2) das gesamte Projektionsbild von A, ist vom Bild entfernt oder ist im Bild durchsichtig gemacht worden; (3) die Gesamtansicht von B kann ohne Behinderung durch A beobachtet werden. Sofern „die Originaldaten, das hervorgehobene Ergebnis und C" an der Verarbeitungsposition jedes Schrittes der Strahlverfolgung und in der Umgebung der Position eine gewisse, zuvor festgesetzte Bedingung erfüllen, wird einer der folgenden Prozesse alternativ zur gewöhnlichen Verarbeitung durchgeführt: (1) Überspringe den Schritt; (2) Ersetze Originaldaten mit anderen Werten und führe eine übliche Verarbeitung durch; (3) Führe eine Verarbeitung, zu welcher eine Transformation mit dem hervorgehobenen Ergebnis und C hinzuaddiert ist, als Vorverarbeitung der üblichen Verarbeitung durch; oder (4) Verändere die Höhe der Abschwächung im Fall eines Visualisierungsverfahrens, wobei die Abschwächung des Lichts simuliert ist.
  • Beispiel 6:
  • Das Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung umfasst (A) Volumenvisuali sierung, die (B) Bestimmung, ob der Wert eines Abtastpunkts eines Beobachtungsobjekts in jedem Abtastpunkt des virtuellen Strahls verwendet wird oder ausgeschlossen ist. In diesem Beispiel ist es (C) eine Aufgabe der Erfindung, lediglich den Umriss der blockierenden Region zu visualisieren. Darüber hinaus (D) ist es wünschenswert, Daten, die aus Volumendaten generiert wurden, zur Bestimmung des Ausschlusses zu verwenden (dies ist nicht zwingend erforderlich).
  • Im Stand der Technik wird eine blockierende Region durch Modifizierung eines Volumens oder durch Generierung eines Maskenvolumens entfernt. In der Erfindung wird die blockierende Region dynamisch während der Projektion des virtuellen Strahls berechnet. Daher kann ein Bild, in dem die Projektionsrichtung berücksichtigt wird, generiert werden (Extraktion des Umrisses aus der Blickrichtung (aus Richtung des Blickpunkts)). Daher kann das gewünschte Bild leicht erhalten werden, da sich die Darstellung des Umrisses mit der Veränderung der Blickrichtung verändert.
    • (A) Das Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung kann bei normaler Volumenvisualisierung genutzt werden und wird insbesondere im MIP-Verfahren und Strahlverfolgungsverfahren wirksam genutzt. Bei der Volumenvisualisierung gibt es Verfahren wie beispielsweise (A1) MIP-Verfahren und MinIP-Verfahren, die durch MIP-Verfahren repräsentiert werden, bei denen ein Abtastpunkt von den Daten auf dem virtuellen Strahl zur Bestimmung eines Bildpunktes ausgewählt wird. Darüber hinaus gibt es Verfahren, wie beispielsweise (A2) Strahlverfolgungsverfahren, Strahlsummenverfahren (englischer Begriff raysum) und Durchschnittswertverfahren, die durch Strahlverfolgungsverfahren repräsentiert werden, bei denen eine Vielzahl von Abtastpunkten auf dem virtuellen Strahl zur Bestimmung eines Bildpunktes ausgewählt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf jede dieser Methoden angewendet werden. In (A1) kann das vorliegende Verfahren nach (B) durch Ausschließen der Abtastpunkte, die in (B) aus den Daten auf dem virtuellen Strahl selektiert wurden, implementiert werden (ein Implementierungsbeispiel in einem MIP-Verfahren). Auf der anderen Seite (A2) kann das vorliegende Verfahren nach (B) durch Ausschluss der Abtastpunkte, die in (B) aus der Vielzahl von Punkten auf dem virtuellen Strahl selektiert wurden, implementiert werden.
  • Darüber hinaus können im Verfahren (A2), wie beispielsweise Strahlverfolgungsverfahren, (A), (B) und (C) so wie sie oben beschrieben wurden, implementiert werden, die Abtastpunkte müssen jedoch nicht notwendigerweise ausgeschlossen werden, sondern der Beitragsgrad zur Bestimmung der Bildpunkte kann verringert werden.
  • Zum Beispiel wird in Strahlverfolgungsverfahren eine Trübung α auf Basis von Volumenelementwerten für Abtastpunkte, durch welche der virtuelle Strahl hindurchtritt, berechnet. Der Wert der Trübung α kann für die in (B) selektierten Abtastpunkte manipuliert werden.
    • (B) Im Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wird für jeden Abtastpunkt auf dem virtuellen Strahl ermittelt, ob der Wert eines Abtastpunktes eines Beobachtungsobjekts verwendet oder ausgeschlossen wird. Zur Bestimmung des Ausschlusses können zusätzlich zu obigem Verfahren (B1), welches einen Gradienten verwendet (beachte: für Spiegeldaten kann der Gradient für alle Abtastpunkte oder einen Teil davon (beispielsweise in der Umgebung des Schwellwerts) berechnet werden) und Verfahren (B2), das eine Veränderung, wie beispielsweise eine Differenz von Volumenelementwerten, verwendet, die folgenden Verfahren genutzt werden: (a) Ausschluss von Hochfrequenzkomponenten durch Frequenzanalyse; (b) Berechnung der Varianz der Daten und Ausschluss von Abtastpunkten, die eine Varianz gleich oder größer als ein Schwellwert haben; (c) Verwendung eines Rauschbeseitigungsfilters; und ähnliches. Darüber hinaus kann der Ausschluss nicht nur durch binäre Werte wie „ausgeschlossen" und „nicht ausgeschlossen", sondern auch durch Mehrfachwerte mit einem „Ausschlussgrad" bestimmt werden.
    • (C) Eine Aufgabe der Erfindung im Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es, lediglich den Umriss einer blockierenden Region zu visualisieren. Zusätzlich können zweidimensionale Charakteristiken von Daten, die nicht notwendigerweise der Umriss sein müssen, dargestellt werden. Darüber hinaus ist es bei dynamischer Durchführung der Berechnung des Ausschlusses unabhängig vom Umriss möglich, ein neues Bild in der medizinischen Bildverarbeitung zu generieren.
    • (D) Darüber hinaus ist es beim Bildverarbeitungsverfahren der Erfindung wünschenswert, aus Volumendaten generierte Daten zur Bestimmung des Ausschlusses zu verwenden (dies ist nicht zwingend). Hierbei werden die folgenden Fälle berücksich tigt: (D1) Spiegeldaten oder Umkippdaten werden verwendet; (D2) Daten unterhalb eines Schwellwerts werden verwendet (wenn ein Gradient genutzt wird); (D3) sofern ein Gradient verwendet wird, kann der gleiche Effekt ohne Spiegelung durch (1) Bestimmung des Ausschlusses eines Volumenelements, sofern dessen Wert deutlich größer als ein Schwellwert ist, (2) Bestimmung des Ausschlusses in Abhängigkeit von einem Gradienten, sofern ein Volumenelementwert nahe des Schwellwerts ist und (3) Bestimmung des Nichtausschlusses, sofern ein Volumenelementwert deutlich kleiner als der Schwellwert ist; (D4) Maskendaten werden verwendet, das heißt, der gleiche Effekt kann bei Berechnung eines Gradienten auf Maskendaten erhalten werden; und (D5) aus Volumendaten generierte Daten können (a) zum Zeitpunkt berechnet werden, wenn der virtuelle Strahl projiziert wird, oder (b) zuvor als zweite Volumendaten generiert werden.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird die Bestimmung einer verkalkten Region durchgeführt. Die Erfindung kann allerdings zur Bestimmung jeder Region angewendet werden, sofern es sich um eine blockierende Region handelt. Zum Beispiel ist das Verfahren insbesondere für die Beobachtung von medizinischen Geräten, wie zum Beispiel Stents, medizinischen Klammern und medizinischen Spiralen geeignet, welche in den menschlichen Körper eingeführt sind. Darüber hinaus kann die Region eine Region einer Blutbahn oder eines Organs sein. Darüber hinaus kann die Region eine Kontrastregion sein, wo Signale durch Kontrastmittel verstärkt werden. Die Kontrastregion umfasst auch eine Kontrastregion, die mit einem Kontrastmittel in geringer Konzentration dargestellt ist. Darüber hinaus ist die blockierende Region nicht auf eine Hochsignalregion begrenzt, sondern kann auch eine Region mit einem geringen Signal, wie beispielsweise eine Luftblase, sein, so dass deren zweidimensionaler Umriss dargestellt werden kann. Weiterhin kann die blockierende Region eine Region mit mittlerer Signalintensität, beispielsweise Fett, sein, so dass deren zweidimensionaler Umriss dargestellt werden kann.
  • In obigen Ausführungsbeispielen ist die blockierende Region eine Geschwulstregion. Allerdings kann die Region jede beliebige Form sein, sofern es sich um eine blockierende Region handelt. Beispielsweise können in einem Bild, in dem sich Blutbahnen mit unterschiedlichen Umfängen kompliziert miteinander kreuzen, wie in 30A gezeigt, die Blutbahnen durch Darstellung ihrer zweidimensionalen Umrisse korrekt erkannt werden, wie in 30B gezeigt. Weiterhin kann im Fall der radiografischen Kontrastierung des Darms die Positionsbeziehung und die Gestalt der kompliziert gefalteten Darmwand gut durch Darstellung der zweidimensionalen Kontur des Darms erkannt werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird das Bild gemäß der Erfindung einzeln dargestellt, allerdings ist es jedoch auch möglich, das gemäß der Erfindung generierte Bild in Kombination mit anderen Bildern darzustellen. Zum Beispiel können das gemäß der Erfindung generierte Bild und ein mit einem vorbekannten Verfahren generiertes Bild seitlich nebeneinander oder überlappend dargestellt werden. In diesem Fall haben die Bilder einen gleichen Blickwinkel, Parallelprojektionsverfahren, Perspektivprojektionsverfahren oder Zylinderprojektionsverfahren, und die Daten auf dem virtuellen Strahl können gleichzeitig oder nacheinander in Abhängigkeit von den Anforderungen der Berechnung ermittelt werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird das gesamte Bild mit dem gleichen Berechnungsverfahren generiert. Allerdings kann die Bildverarbeitung gemäß des vorliegenden Verfahrens auch lediglich auf einen Teil des Bildes angewendet werden. Zum Beispiel kann die Bildverarbeitung gemäß des vorliegenden Verfahrens lediglich auf die Umgebung eines durch ein Zeigergerät, wie beispielsweise eine Maus, definierten Zeigers angewendet werden. Dabei kann das Bild leicht betrachtet und gleichzeitig die vorbekannte Bildverarbeitung mit der Bildverarbeitung gemäß dem vorliegenden Verfahren verglichen werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird das gesamte Bild durch das gleiche Berechnungsverfahren generiert. Allerdings kann die Bildverarbeitung gemäß dem vorliegenden Verfahren auch auf lediglich einen Teil des Bildes angewendet werden. Insbesondere kann im vorliegenden Verfahren für den Bereich, wo eine blockierende Region nicht existiert, das Bild mit einem vorbekavnten Verfahren ermittelt werden. Somit kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit durch vorherige Generierung eines Bildes mit einem vorbekannten Verfahren und durch insbesondere automatischer Bestimmung der Region, welche eine blockierende Region aufweist, erhöht werden. Insbesondere im Beispiel, bei dem ein MIP-Verfahren ausgenutzt wird, kann das vorliegende Verfahren auf lediglich einen Abschnitt angewendet werden, wo ein Maximalwert auf dem virtuellen Strahl gleich oder größer als ein Schwellwert ist.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird die Gradienteninformation durch Ermittlung der Differenz einer umgebenden 3 × 3 × 3 Volumenelementregion eines Zielvolumenelements ermittelt. Allerdings ist das Verfahren zur Ermittlung der Gradienteninformation nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann in dem Fall, dass der Wert eines Punkts, durch welchen der virtuelle Strahl hindurchtritt, durch Interpolation von Umgebungsvolumenelementen und nicht durch das Zielvolumenelement selbst ermittelt wird, die umgebende 3 × 3 × 3 Volumenelementregion des Zielvolumenelements ebenfalls durch Interpolation ermittelt werden. Außerdem kann anstelle der 3 × 3 × 3 Volumenelementregion eine 2 × 2 × 2 Volumenelementregion verwendet werden. Darüber hinaus kann der Gradient nach Normalisierung des Volumenelements in Richtung des virtuellen Strahls bestimmt werden.
  • Da es in den obigen Ausführungsbeispielen schwierig ist, intuitiv den Beitragsgrad eines Volumenelements auf dem virtuellen Strahl zu einem Bild zu verstehen, ist es möglich, ein Bild darzustellen, in dem der Beitragsgrad des Volumenelements, das in den Volumendaten enthalten ist, separat darzustellen. Beispielsweise ist es möglich, einen Graphen darzustellen, welcher der Beitragsgrad eines Volumenelements auf dem virtuellen Strahl zeigt. Darüber hinaus kann ein Graph dargestellt werden, welcher der Beitragsgrad für eine Vielzahl von virtuellen Strahlen anzeigt. Zum Beispiel wird ein CPR-Bild (englischer Begriff: curved multi planar reconstruction) unter Verwendung von Ebenen, die von einer Gruppe von zu einer Linie auf dem Bild korrespondierenden virtuellen Strahlen zusammengesetzt sind, generiert, und der Beitragsgrad eines Volumenelements auf einem virtuellen Strahl, der sich auf jeden Punkt im CPR-Bild bezieht, kann unter Überlagerung abgebildet werden.
  • Da es in den obigen Ausführungsbeispielen schwierig ist, intuitiv zu verstehen, ob ein Volumenelement auf dem virtuellen Strahl in der Berechnung eines Bildes berücksichtigt oder ausgeschlossen (nicht verwendet) wurde, ist es möglich, ein Bild darzustellen, in welchem separat veranschaulicht ist, ob das in den Volumendaten enthaltene Volumenelement für die Generierung des Bildes verwendet oder von dieser ausgeschlossen wurde. Zum Beispiel kann ein Graph dargestellt werden, welcher zeigt, ob ein Volumenelement auf dem virtuellen Strahl für die Erzeugung eines Bildes verwendet oder von dieser ausgeschlossen ist. Darüber hinaus kann ein Graph dargestellt werden, welcher zeigt, ob ein Volumenelement auf dem virtuellen Strahl für die Erzeugung eines Bildes für eine Vielzahl von virtuellen Strahlen verwendet oder von dieser ausgeschlossen wurde. Zum Beispiel wird ein CPR-Bild (curved multi planar reconstruction) unter Verwendung von Ebenen generiert, die aus einer Gruppe von zu einer Linie des Bildes korrespondierenden virtuellen Strahlen zusammengesetzt sind, generiert und die Information, ob ein Volumenelement auf einem virtuellen Strahl, der zu jedem Punkt auf dem CPR-Bild korrespondiert, zur Erzeugung des Bildes verwendet wurden, kann unter Superposition dargestellt werden.
  • Da es in obigen Ausführungsbeispielen schwierig ist, intuitiv zu verstehen, wie ein Profilmuster auf dem virtuellen Strahl ersetzt wurde, kann das ersetzte Profilmuster auf dem virtuellen Strahl dargestellt werden. Beispielsweise kann das ersetzte Profilmuster, welches zu einem Punkt korrespondiert, auf den ein Zeigergerät weist, im gleichen Fenster durch Überlagerung auf das mit dem vorliegenden Verfahren generierte Bild oder in einem anderen Fenster dargestellt werden. Darüber hinaus kann das ursprüngliche Profilmuster ebenso durch Überlagerung auf das ersetzte Profilmuster dargestellt werden.
  • Da es in den obigen Ausführungsbeispielen, insbesondere im Bildverarbeitungsverfahren, welches lediglich einen einzelnen Punkt auf einem virtuellen Strahl nutzt, schwierig ist, intuitiv die dreidimensionale Position, wo der Einzelpunkt erhalten wurde, zu verstehen, kann die dreidimensionale Position, an dem der Einzelpunkt ermittelt wurde, visualisiert werden. Beispielsweise wird ein Bild erzeugt, in dem die dreidimensionale Position, wo der Einzelpunkt ermittelt wurde, als Tiefeninformation abgebildet ist. Darüber hinaus kann das abgebildete Bild durch Überlagerung mit oder neben einem Bild angeordnet dargestellt werden, das mit dem vorliegenden Verfahren oder einem Berechnungsverfahren des Standes der Technik generiert wurde.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird die Berechnung mit einer Einzelprozessoreinheit ausgeführt. Allerdings kann eine Parallelverarbeitung durch eine Vielzahl von Prozessoreinheiten erfolgen. Da beispielsweise im vorliegenden Verfahren die Berechnung für jeden virtuellen Strahl unabhängig voneinander durchgeführt werden kann, kann die Berechnung für jeden virtuellen Strahl parallel erfolgen.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird die Bildverarbeitung von einer einzelnen Zentralprozessoreinheit durchgeführt. Allerdings kann eine GPU (englischer Begriff: graphics processing unit) für die Bildverarbeitung verwendet werden, die mit einem programmierbaren Shader ausgerüstet ist.
  • In obigen Ausführungsbeispielen werden in der Bildverarbeitung verwendete Parameter zuvor vorbestimmt. Allerdings können die Parameter dynamisch in Abhängigkeit von Aktionen eines Nutzers geändert werden. Beispielsweise kann ein Schwellwert für eine Spiegelung durch Bedienen eines Schiebereglers auf dem Bildschirm verändert werden.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird ein Richtungsvektor des virtuellen Strahls verwendet. Allerdings können auch andere Richtungsvektoren genutzt werden. Zum Beispiel kann unter Verwendung eines Richtungsvektors, der schräg die Richtung des virtuellen Strahls kreuzt, ein zu Schatten korrespondierender Effekt im mittels einer MIP-Verarbeitung oder ähnlichem erzeugten Bild ausgedrückt werden. Darüber hinaus werden beispielsweise unter Verwendung des Richtungsvektors einer Zentrallinie eines Blutgefäßes die Region vor dem Blutgefäß und die Region hinter dem Blutgefäß unterschiedlich dargestellt.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird das MIP-Verfahren als Volumenvisualisierungsverfahren verwendet, wobei Werte von zumindest einem Datenpunkt des virtuellen Strahls zur Bestimmung der Bildpunktwerte verwendet werden, und die Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts ist wechselseitig austauschbar. Allerdings können auch andere Verfahren für das Volumenvisualisierungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann ein MinIP-Verfahren (englischer Begriff: Minimum Intensity Projection) eingesetzt werden, bei dem ein Minimalwert verwendet wird. Weiterhin lässt sich auch ein Durchschnittswertverfahren nutzen, bei dem ein Durchschnittswert zumindest eines Punkts verwendet wird. Darüber hinaus kann ein Stahlensummenverfahren (Raysum) eingesetzt werden, bei dem die Summe zumindest eines Punkts genutzt wird. Weiterhin kann beispielsweise ein Top10MIP-Verfahren eingesetzt werden, bei dem die Werte der oberen 10 Punkte auf dem virtuellen Strahl ermittelt und ein Durchschnittswert davon verwendet wird.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird ein Gradient an jeder Position in einem Volumen genutzt. Es ist möglich, einen Gradienten an einer Position zu nutzen, von einem Durchtrittspunkt des virtuellen Strahls in dem Volumen ausgelenkt ist. Dadurch weicht die Position, an welcher eine zweidimensionale Kontur visualisiert wird, ab und dadurch wird eine genauere Beobachtung an der Grenzregion ermöglicht und gleichzeitig dem Nutzer das Vorhandensein des zweidimensionalen Umrisses suggeriert.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird ein Gradient an jeder Position im Volumen genutzt. Es ist möglich, die Gradienteninformation an einer Position in einem anderen Volumen als dem zur Bestimmung der Bildpunkte verwendeten Volumen zu nutzen. Beispielsweise kann bei Verwendung anderer Volumendaten, welche sich in zeitlicher Reihenfolge unterscheiden (zu unterschiedlichen Punkten in einer Zeitreihe korrespondieren), die Bewegung des zweidimensionalen Umrisses visualisiert werden. Darüber hinaus können beispielsweise, sofern ein im Voraus generiertes Maskenvolumen verwendet wird, Umrissinformationen visualisiert werden, die durch einen Umrissextraktionsalgorithmus oder einem Nutzer generiert wurden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird ein unbewegtes Bild erzeugt, jedoch ist auch die Erzeugung eines bewegten Bildes möglich. Weiterhin kann ein in Abhängigkeit von der Aktivität eines Nutzers dargestelltes bewegtes Bild dynamisch generiert werden. Zum Beispiel kann die zweidimensionale Kontur bzw. Umriss des Beobachtungsobjekts noch deutlicher beobachtet werden, sofern ein bewegtes Bild generiert wird, bei dem ein Blickpunkt um das Beobachtungsobjekt rotiert. Der zweidimensionale Umriss kann ebenfalls genauer beobachtet werden, wenn ein bewegtes Bild genutzt wird, bei dem Parameter der Bildverarbeitung verändert werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird ein zweidimensionaler Umriss eines Beobachtungsobjekts dargestellt, jedoch ist die Darstellung des Beobachtungsobjekts nicht auf den zweidimensionalen Umriss beschränkt. Beispielsweise wird der Zentralbereich des Beobachtungsobjekts hervorgehoben, sofern ein Abschnitt, wo der Winkel zwischen dem Richtungsvektor des virtuellen Strahls und dem Gradientenvektor klein ist, nicht ausgeschlossen, dagegen jedoch ein Abschnitt ausgeschlossen wird, wo der Winkel groß ist. Weiterhin kann beispielsweise, sofern die Bestimmung auf Basis der Richtung des äußeren Vektorprodukts des Richtungsvektors des virtuellen Strahls und des Gradientenvektors durchgeführt wird, diese Richtung in Bezug zu einer spezifischen Richtung zusätzlich zum zweidimensionalen Umriss dargestellt werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird die Trübung bestimmt, sofern das Strahlverfolgungsverfahren verwendet wird, jedoch kann jeder Beitragsgrad zu einem Bild ohne Begrenzung auf die Trübung festgesetzt werden. Beispielsweise kann im Durchschnittswertverfahren ein Bild unter Festsetzung des Beitragsgrades und Nutzung eines gewichteten Durchschnitts anstelle eines Durchschnittswerts erzeugt werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird ein zweidimensionaler Umriss einer verkalkten Region dargestellt, jedoch sind darzustellende Objekte nicht auf die verkalkte Region beschränkt. Beispielsweise ist die Beobachtung von medizinischen Geräten, wie beispielsweise Stents, medizinische Klammern und medizinische Spiralen, die in einen menschlichen Körper eingesetzt sind, effektiv. Darüber kann ohne Beschränkung auf eine Hochsignalregion ein zweidimensionaler Umriss einer Schwachsignalregion, wie beispielsweise eine Luftblase, dargestellt werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen werden Volumendaten, die durch ein CT-Gerät erzeugt wurden, verwendet, allerdings lassen sich die Volumendaten auch durch andere Verfahren oder Geräte generieren. Beispielsweise können durch Kernspintomografie (englischer Begriff magnetic resonance imaging, MRI) oder durch Positronen-Emissions-Tomografie (englischer Begriff positron emission tomographie, PET) ermittelte Volumendaten verwendet werden. Darüber hinaus können Volumendaten, die durch Anwendung eines Filterprozesses oder ähnlichem auf Volumendaten modifiziert wurden, oder Volumendaten, die durch Kombination einer Vielzahl von Volumendaten erzeugt wurden, verwendet werden.
  • In obigen Ausführungsbeispielen wird der Winkel zwischen der ersten Vektorinformation und der zweiten Vektorinformation berechnet, wobei der Winkel auch einen negativen Wert annehmen oder größer als 90 Grad sein kann. Dadurch kann lediglich eine Wand an der Vorderseite dargestellt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf ein Bildverarbeitungsverfahren, das zur Darstellung eines Bildes mittels dynamischer Beseitigung einer blockierenden Region, wie beispielsweise einer verkalkten Region, und dynamischer Bestimmung des Umrisses der blockierenden Region geeignet während der Berechnung eines medizini schen Bildes, wie beispielsweise eine MIP-Verarbeitung, ist.
  • In anderen, allgemeinen Worten, kann ein Aspekt der Erfindung auch wie folgt beschrieben werden: Ein Schwellwert T, der etwas größer ist als Volumenelementwerte eines Zielobjekts, wie beispielsweise einer Blutbahn, wird bestimmt. Als nächstes wird ein virtueller Strahl projiziert und die Volumenelementwerte entlang des virtuellen Strahls als Feld A1 ermittelt (Originalfeld). Dann wird ein Feld A2 (ersetztes Feld) durch die Volumenelementwerte des Feldes A1 erzeugt, welche gleich oder größer als der Schwellwert T sind, die am Schwellwert T gespiegelt werden. Dann wird ein Teil der Daten auf dem Feld A2, beispielsweise gespiegelte Daten, die zum Zentralbereich einer verkalkten und Nichtumrissregion korrespondieren, ausgeschlossen. Die Nichtumrissregion wird in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen Gradientenvektor und Strahlrichtungsvektor bestimmt. Als nächstes wird ein Maximalwert M2 auf dem Feld A2 ermittelt und ein Wert M1 auf dem Feld A1 korrespondierend zum Wert M2 ermittelt. Dann wird der Wert M1 als Bildpunktwert für den virtuellen Strahl verwendet.
  • Für den Fachmann ist es klar, dass verschiedene Modifikationen und Varianten an den beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ohne Abkehr vom Umfang und Geist der Erfindung vorgenommen werden können. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung alle Modifikationen und Varianten der Erfindung in Übereinstimmung mit dem Umfang der anhängenden Ansprüche und ihrer Äquivalente umfasst.

Claims (27)

  1. Bildverarbeitungsverfahren durch Volumenvisualisierung, wobei das Bildverarbeitungsverfahren umfasst: Auswahl zumindest eines Punkts der auf einem virtuellen Strahl angeordnet oder ausgerichtet ist; und Bestimmung eines Bildpunktwerts eines Bildes durch Volumenvisualisierung auf der Basis eines Werts des zumindest einen ausgewählten Punkts, wobei der zumindest eine Punkt auf Basis einer ersten Vektorinformation und einer zweiten Vektorinformation ausgewählt ist, und eine Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts auf dem virtuellen Strahl bei der Bestimmung des Bildpunktwerts wechselseitig austauschbar ist.
  2. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Vektorinformation ein Richtungsvektor des virtuellen Strahls ist.
  3. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Vektorinformation eine Gradienteninformation ist.
  4. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zahl der ausgewählten Punkte eins ist bzw. die Zahl der ausgewählten Punkte eins ist.
  5. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis von Daten, die durch Ersetzung von Originaldaten auf dem virtuellen Strahl ermittelt wurden, ausgewählt wird.
  6. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis einer Stärke der zweiten Vektorinformation ausgewählt wird.
  7. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zumindest eine Punkt weiterhin auf Basis eines Winkels zwischen der ersten Vektorinformation und der zweiten Vektorinformation ausgewählt wird.
  8. Bildverarbeitungsverfahren durch Volumenvisualisierung, wobei das Bildverarbeitungsverfahren umfasst: Auswahl zumindest eines Punkts, der auf einem virtuellen Strahl angeordnet oder ausgerichtet ist; Bestimmung eines Beitragsgrades eines Werts des zumindest einen ausgewählten Punkts; und Bestimmung eines Bildpunktwerts eines Bildes durch Volumenvisualisierung basierend auf dem bestimmten Beitragsgrad des Werts des zumindest einen ausgewählten Punkts.
  9. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 8, wobei zumindest einer der Beitragsgrade Null ist.
  10. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der Beitragsgrad auf Basis von Daten ermittelt wird, die durch Ersetzung von Originaldaten auf dem virtuellen Strahl erhalten werden.
  11. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Beitragsgrad weiterhin auf Basis eines Gradientenvektors bestimmt wird, der zu einer Position des ausgewählten Punkts und einem Richtungsvektor des virtuellen Strahls korrespondiert.
  12. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Beitragsgrad weiterhin auf Basis einer Veränderung von Volumenelementwerten auf dem virtuellen Strahl bestimmt wird.
  13. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 wei terhin umfassend: Darstellen von Regionen im volumenvisualisierten Bild (Volumenvisualisierungsbild) mit Ausnahme einer Region, die in einem visualisierten Objekt auf dem oder im volumenvisualisierten Bild enthalten ist.
  14. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 5 oder 10, wobei Werte der ersetzten Daten durch Spiegeln bzw. Kippen von Werten der Originaldaten an einem oder oberhalb eines Schwellwerts erhalten werden.
  15. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, weiterhin umfassend: Darstellen eines zweidimensionalen Umrisses einer Region, die in einem visualisierten Objekt auf dem oder im volumenvisualisierten Bild (Volumenvisualisierungsbild) enthalten ist.
  16. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei das volumenvisualisierte Bild und ein anderes Bild nebeneinander, einander überlappend oder unter Aufzeigen des Unterschiedes der Bilder dargestellt werden.
  17. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei der Bildpunktwert lediglich für eine von einem Nutzer bestimmte Region ermittelt wird.
  18. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei der Bildpunktwert lediglich für ein auf einem Bildschirm bereitgestelltes Fenster ermittelt wird.
  19. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Umriss bei gleichzeitig kontinuierlicher Veränderung dargestellt wird.
  20. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei die Bildverarbeitung durch Parallelverarbeitung durchgeführt wird.
  21. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei die Bildverarbeitung durch eine grafische Prozessoreinheit GPU durchgeführt wird.
  22. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 8, wobei die Bildverarbeitung mittels einer grafischen Benutzerschnittstelle durchgeführt wird, in welcher Parameter veränderbar sind.
  23. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Bildverarbeitung durchgeführt wird durch ein MIP-Verfahren (Maximum Intensity Projection), ein MinIP-Verfahren (Minimum Intensity Projection), ein Strahlsummenverfahren (Raysum) oder ein Durchschnittswertverfahren.
  24. Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Bildverarbeitung durchgeführt wird durch ein MIP-Verfahren (Maximum Intensity Projection), ein MinIP-Verfahren (Minimum Intensity Projection), ein Strahlsummenverfahren (Raysum), ein Durchschnittswertverfahren oder ein Strahlverfolgungsverfahren (Raycasting).
  25. Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, weiterhin umfassend: Darstellen des zumindest einen ausgewählten Punkts auf einem Schnittbild eines visualisierten Objekts, wobei das Schnittbild den virtuellen Strahl umfasst.
  26. Computerlesbares Mittel aufweisend ein Programm umfassend Instruktionen zur Ausführung auf einem Computer, um eine Bildverarbeitung durch Volumenvisualisierung durchzuführen, wobei die Instruktionen aufweisen: Auswahl zumindest eines Punkts der auf einem virtuellen Strahl angeordnet oder ausgerichtet ist; und Bestimmung eines Bildpunktwerts eines Bildes durch Volumenvisualisierung auf der Basis eines Werts des zumindest einen ausgewählten Punkts, wobei der zumindest eine Punkt auf Basis einer ersten Vektorinformation und einer zweiten Vektorinformation ausgewählt ist, und eine Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts auf dem virtuellen Strahl bei der Bestimmung des Bildpunktwerts wechselseitig austauschbar ist.
  27. Bildverarbeitungsgerät zur Darstellung eines volumenvisualisierten Bildes (Volumenvisualisierungsbild), wobei das Bildverarbeitungsgerät programmtechnisch ist um: zumindest einen Punkt auszuwählen, der auf einem virtuellen Strahl angeordnet bzw. ausgerichtet ist; einen Bildpunktwert eines Bildes durch Volumenvisualisierung auf der Basis eines Werts des zumindest einen ausgewählten Punkts zu bestimmen; und einen zweidimensionalen Umriss einer Region darzustellen, die in einem visualisierten Objekt auf dem oder im volumenvisualisierten Bild enthalten ist, wobei eine Positionsbeziehung des zumindest einen Punkts auf dem virtuellen Strahl bei der Bestimmung des Bildpunktwerts wechselseitig austauschbar ist.
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Andries van Dam: Raytracing Basics, Oct. 30, 2001, S. 1-39, http://userfs.cec.wustl.edu/ APPROX cse452/ lectures/14Raytracing.pdf *
Andries van Dam: Raytracing Basics, Oct. 30, 2001, S. 1-39, http://userfs.cec.wustl.edu/~cse452/ lectures/14Raytracing.pdf
Thomas Ertl et al.: SaarCOR-A Hardware Architec- ture for Ray Tracing, Graphics Hardware (2002), pp. 1-11 *

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