DE102006014902A1

DE102006014902A1 - Bildverarbeitungseinrichtung zur erweiterten Darstellung von dreidimensionalen Bilddatensätzen

Info

Publication number: DE102006014902A1
Application number: DE102006014902A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Kidalka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007272889A; DE102006014902B4; US20070229547A1; CN101046890A; US7924295B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Bilddarstellungsmodul (2), das zur 3-D-Darstellung eines 3-D-Objektes (8) an einer Bildanzeigeeinrichtung (5) ausgebildet ist, und einem Interaktionsmodul (3), über das ein Benutzer das 3-D-Objekt (8) in der 3-D-Darstellung interaktiv verschieben, rotieren oder zoomen kann. Die Bildverarbeitungseinrichtung umfasst weiterhin ein Spiegelflächen-Generierungsmodul (4), das vom Benutzer über das Interaktionsmodul (3) frei im 3-D-Raum der 3-D-Darstellung definierbare Spiegelflächen erzeugt und durch die Spiegelflächen hervorgerufene Spiegelbilder (9) in der 3-D-Darstellung und/oder auf separaten Anzeigeflächen der Bildanzeigeeinrichtung darstellt. Mit der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung kann die Analyse eines dargestellten 3-D-Objektes mit geringerem Zeitaufwand erfolgen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildverarbeitungseinrichtung für eine erweiterte Darstellung eines dreidimensionalen Bilddatensatzes, insbesondere eines dreidimensionalen Bilddatensatzes aus der medizinischen Bildgebung, mit einem Bilddarstellungsmodul, das zur 3D-Darstellung eines 3D-Objektes an einer Bildanzeigeeinrichtung ausgebildet ist und einem Interaktionsmodul, über das ein Bediener das 3D-Objekt in der 3D-Darstellung interaktiv verschieben, rotieren oder zoomen kann.
Die 3D-Darstellung von 3D-Objekten stellt in vielen technischen Bereichen, beispielsweise im Bereich der medizinischen Bildgebung oder bei der Konstruktion technischer Geräte, ein wichtiges Hilfsmittel dar. So verwenden beispielsweise Radiologen und Chirurgen zur Befundung und Planung von Operationen 3D-Visualisierungseinrichtungen, die auf Basis eines medizinischen 3D-Bilddatensatzes eines Patienten unter Einsatz von Volume-Rendering Techniken (VRT) interessante anatomische Bereiche des Patienten dreidimensional in perspektivischer Darstellung an einem Monitor visualisieren. Durch geeignete Gewebe-Vorgaben ist es dabei möglich, dem Arzt nur die interessierenden Strukturen, beispielsweise nur die Gefäße, des untersuchten bzw. von dem 3D-Bilddatensatz umfassten Bereiches anzuzeigen. Der Arzt muss dann mit den verfügbaren Mitteln die für ihn relevanten Informationen aus dieser 3D-Darstellung ermitteln. Dies betrifft beispielsweise Gefäßverengungen, deren Position und Lage zu anderen Gefäßen, usw..
Zu diesem Zweck umfasst die Visualisierungseinrichtung in der Regel ein Interaktionsmodul, über das der Bediener das dargestellte Volumen interaktiv in alle Raumrichtungen rotieren, verschieben oder zoomen kann. Bei der Befundung und Planung werden diese Schritte mehrmals wiederholt, wobei es sehr oft erforderlich ist, das interessierende Objekt von allen Seiten zu betrachten. Diese sich wiederholenden Interaktionen können je nach Problemstellung sehr zeitintensiv sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bildverarbeitungseinrichtung für eine 3D-Darstellung eines 3D-Objektes anzugeben, die einem Benutzer eine Zeitersparnis bei der Analyse des dargestellten dreidimensionalen Objektes ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit der Bildverarbeitungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Bildverarbeitungseinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Die vorgeschlagene Bildverarbeitungseinrichtung weist in bekannter Weise ein Bilddarstellungsmodul auf, das zur 3D-Darstellung eines 3D-Objektes aus einem 3D-Bilddatensatz an einer Bildanzeigeeinrichtung ausgebildet ist, und ein Interaktionsmodul, über das ein Benutzer das 3D-Objekt in der 3D-Darstellung interaktiv verschieben, rotieren oder zoomen kann. Die Bildverarbeitungseinrichtung zeichnet sich durch ein Spiegelflächen-Generierungsmodul aus, das vom Bediener über das Interaktionsmodul frei im 3D-Raum der 3D-Darstellung definierbare Spiegelflächen erzeugt und durch die Spiegelflächen hervorgerufene Spiegelbilder in der 3D-Darstellung und/oder auf separaten Anzeigeflächen der Bildanzeigeeinrichtung darstellt.
Bei der Benutzung der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung kann der Benutzer somit in dem 3D-Raum der 3D-Darstellung die Position und Orientierung ein oder mehrerer Spiegelflächen vorgeben, durch deren Spiegelbilder in der gleichen Ansicht und/oder in anderen Anzeigesegmenten der Bildanzeigeeinrichtung rückwärtige und seitliche Details des dargestellten 3D-Objektes zusätzlich visualisiert werden. Damit müssen zahlreiche bisher erforderliche, sich wiederholen de Interaktionen bei der Analyse des 3D-Objektes in der 3D-Darstellung nicht mehr durchgeführt werden, so dass der Benutzer entsprechend Zeit einspart. Durch geeignete Vorgabe einer Spiegelfläche werden gleichzeitig die rückwärtigen Details in der gerade dargestellten Ansicht visualisiert, wodurch der Benutzer das 3D-Objekt nicht mehr interaktiv drehen muss, um diese Details zu erkennen.
Unter der 3D-Darstellung ist in der vorliegenden Patentanmeldung sowohl eine echte dreidimensionale Darstellung an einem dafür geeigneten 3D-Bildanzeigegerät als auch eine Bilddarstellung an einem herkömmlichen Bildanzeigegerät, beispielsweise einem herkömmlichen Monitor, zu verstehen, auf dem durch die Art der Bilddarstellung ein dreidimensionaler Eindruck vom Objekt erzeugt wird. Dies kann durch eine perspektivische Darstellung und/oder durch geeignete Volume- oder Oberflächen-Rendering-Techniken erreicht werden. In jedem Falle erhält der Benutzer die Möglichkeit, das dargestellte 3D-Objekt interaktiv zu verschieben, zu rotieren und zu zoomen, um es von allen Seiten betrachten zu können. Die Nutzung eines 3D-Monitors kann zu einer Darstellungsverbesserung führen, da ein besserer räumlicher Bezug aufgrund der zusätzlichen Tiefeninformation vermittelt wird.
Die Interaktion erfolgt hierbei in bekannter Weise über eine grafische Benutzerschnittstelle mit einem geeigneten Eingabegerät, beispielsweise einer Maus. Über diese Benutzerschnittstelle und das zugehörige Eingabegerät legt der Benutzer auch die Position und Lage der gewünschten Spiegelflächen im 3D-Raum der 3D-Darstellung fest.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung ist das Bilddarstellungsmodul so ausgebildet, dass es die Bildfläche des Anzeigegerätes in mehrere Segmente unterteilt, wobei in einem dieser Segmente die 3D-Darstellung des 3D-Bilddatensatzes erfolgt. In den anderen Segmenten können dann andere Bildansichten dargestellt werden, wie dies in der bildgebenden Medizintechnik häufig der Fall ist. In der vorliegenden Ausgestaltung werden in ein oder mehreren der anderen Segmente dann die durch die Spiegelflächen erzeugten Spiegelbilder dargestellt. Jedes Segment bzw. jede Anzeigefläche ist dabei mit einer anderen Spiegelfläche verknüpft. Die Spiegelbilder werden bei einer interaktiven Änderung der 3D-Darstellung vorzugsweise synchronisiert nachgeführt bzw. aktualisiert. Damit können auf sehr einfache Weise viele Details des interessierenden 3D-Objektes gleichzeitig dargestellt werden.
Selbstverständlich können die Spiegelbilder auch zusätzlich in der 3D-Darstellung visualisiert werden. Auch eine alleinige 3D-Darstellung mit den darin eingeblendeten Spiegelbildern an den jeweiligen Spiegelflächen ist selbstverständlich möglich. Bei einer hohen Anzahl an Spiegelflächen kann dies jedoch zu einer unübersichtlichen Darstellung führen.
Die vorliegende Bildverarbeitungseinrichtung lässt sich einerseits auf dem Gebiet der bildgebenden Medizintechnik, beispielsweise zur Visualisierung von 3D-Bilddatensätzen der Computer-Tomographie, der Magnetresonanz-Tomographie oder anderer tomographischer bildgebender Verfahren einsetzen. Auf der anderen Seite kann die Bildverarbeitungseinrichtung auch generell bei allen nicht-medizinischen Problemstellungen eingesetzt werden, bei denen 3D-Objekte in Form einer perspektivischen oder auch, wie im Falle von CAD-CAM-Anwendungen, orthogonalen Darstellung dreidimensional visualisiert werden.
Die vorliegende Bildverarbeitungseinrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung; und
2 schematisch eine Bilddarstellung, wie sie mit der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung generiert werden kann.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung der vorliegenden Bildverarbeitungseinrichtung 1, die ein Bilddarstellungsmodul 2, ein Interaktionsmodul 3 sowie das Spiegelflächen-Generierungsmodul 4 umfasst. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise in einen Rechner implementiert, in dem der 3D-Bilddatensatz des darzustellenden Objektes in einer Speichereinheit abgelegt ist. Die Bildverarbeitungseinrichtung ist mit einem Monitor 5 sowie einer Tastatur 6 und einer Computer-Maus 7 verbunden, über die der Benutzer das am Monitor 5 dargestellte Bild verschieben, rotieren und zoomen sowie die Position und Orientierung von Spiegelflächen eingegeben kann.
Nach dem Einlesen des 3D-Bilddatensatzes wird dieser zunächst im Bilddarstellungsmodul 2 verarbeitet, um eine perspektivische VRT-Darstellung des von diesem 3D-Bilddatensatz umfassten Objektes auf dem Monitor 5 darzustellen. Diese Darstellung erfolgt in der Regel in einer vordefinierten oder durch den Benutzer vorgebbaren Perspektive und Größe. In dieser 3D-Darstellung kann der Benutzer nun im 3D-Raum frei Spiegelflächen definieren, um zusätzlich rückwärtige und seitliche Ansichten des dargestellten Objektes zu erhalten, ohne das Objekt selbst drehen zu müssen. Durch diese Spiegelflächen, die nach der Vorgabe durch den Benutzer im Spiegelflächen-Generierungsmodul 4 erzeugt und in die Darstellung eingeblendet werden, beispielsweise in die ursprüngliche 3D-Darstellung, werden rückwärtige und seitliche Details des interessierenden Objektes zusätzlich sichtbar.
Vorzugsweise erfolgt die Darstellung ein oder mehrerer Spiegelbilder, die durch diese Spiegelflächen hervorgerufen werden, auf anderen Darstellungssegmenten des Monitors, wie dies in der 2 veranschaulicht wird. In dieser Figur ist der Einfachheit halber nur ein dreidimensionales Objekt 8 einfacher Geometrie dargestellt. Weiterhin ist die Anzeigefläche des Monitors hier auch nur in zwei Anzeigesegmente 10, 11 eingeteilt. Im linken Segment 10 erfolgt die Darstellung des aus dem 3D-Bilddatensatz erhaltenen dreidimensionalen Objektes 8 in entsprechender perspektivischer Darstellung, wie dies in der Figur angedeutet ist. Der Benutzer legt nun beispielsweise eine Spiegelfläche derart im 3D-Raum dieser Bilddarstellung hinter dieses Objekt, dass das daraus generierte Spiegelbild eine rückseitige Fläche des Objektes als Spiegelbild 9 zeigt.
Dieses Spiegelbild erscheint im vorliegenden Beispiel sowohl zusammen mit der ursprünglichen 3D-Darstellung des Objektes 8 im linken Anzeigesegment 10 als auch auf dem rechten Anzeigesegment 11. Die Darstellung im linken Segment 10 könnte dabei auch entfallen. Die mehrsegmentige Darstellung bietet vor allem dann Vorteile, wenn mehr als eine Spiegelfläche durch den Anwender festgelegt wird. Dann können in entsprechend vielen Segmenten gleichzeitig alle Spiegelbilder dargestellt werden, ohne die ursprüngliche 3D-Darstellung des 3D-Objektes mit Spiegelbildern zu überfrachten.
Mit der vorliegenden Bilddarstellungseinrichtung hat der Benutzer somit die Möglichkeit, ohne mehrfache Drehung bzw. Rotation des 3D-Objektes in der Bilddarstellung gleichzeitig rückwärtige und seitliche Details des interessierenden Objektes zusätzlich zu visualisieren, so dass er insgesamt weniger Zeit für die Untersuchung des Objektes aufwenden muss. Zusätzlich kann der räumliche Bezug einzelner Details auf diese Weise leichter hergestellt werden.

Claims

Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Bilddarstellungsmodul (2), das zur 3D-Darstellung eines 3D-Objektes (8) an einer Bildanzeigeeinrichtung (5) ausgebildet ist, und einem Interaktionsmodul (3), über das ein Bediener das 3D-Objekt (8) in der 3D-Darstellung interaktiv verschieben, rotieren oder zoomen kann, wobei die Bildverarbeitungseinrichtung ein Spiegelflächen-Generierungsmodul (4) umfasst, das vom Bediener über das Interaktionsmodul (3) frei im 3D-Raum der 3D-Darstellung definierbare Spiegelflächen erzeugt und durch die Spiegelflächen hervorgerufene Spiegelbilder (9) in der 3D-Darstellung und/oder auf separaten Anzeigeflächen der Bildanzeigeeinrichtung (5) darstellt.
Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelflächen-Generierungsmodul (4) so ausgebildet ist, dass es die Spiegelbilder (9) bei einer interaktiven Änderung der 3D-Darstellung synchronisiert nachführt.
Bildverarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelflächen-Generierungsmodul (4) so ausgebildet ist, dass es jede Spiegelfläche mit einer anderen Anzeigefläche der Bildanzeigeeinrichtung (5) verknüpft, auf der dann das zugehörige Spiegelbild (9) dargestellt wird.
Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilddarstellungsmodul (2) so ausgebildet ist, dass es die 3D-Darstellung mit einer VRT-Technik in perspektivischer oder orthogonaler Projektion erzeugt.
Bildverarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilddarstellungsmodul (2) zur 3D-Darstellung des 3D- Objektes (8) an einem 3D-Monitor als Bildanzeigeeinrichtung (5) ausgebildet ist.