DE102007008224A1

DE102007008224A1 - System und Verfahren für eine Inkontext-Volumenvisualisierung unter Verwendung eines virtuellen Schnitts

Info

Publication number: DE102007008224A1
Application number: DE102007008224A
Authority: DE
Inventors: Klaus Engel; James Williams
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-10-25
Also published as: JP2007222629A; US20070195088A1; US8466916B2; CN101110124A; CN101110124B

Abstract

Ein Verfahren zum Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds enthält ein Bereitstellen eines digitalen medizinischen Bildvolumens enthaltend eine Mehrzahl von Intensitäten auf einem dreidimensionalen Netz von Punkten, Bereitstellen einer Projektionsebene enthaltend ein zweidimensionales Gitternetz von Punkten, auf welches Wiedergabestrahlen projiziert werden von einem Betrachtungspunkt durch das Bildvolumen, Voranbringen (67) eines Abtastpunkts entlang eines Strahls durch das Bildvolumen, Erzeugen (62) einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens, Bestimmen (63) ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, wobei eine erste Transferfunktion angewendet wird (64) auf einen Abtastwert, der von einem Volumen interpoliert ist, wenn der Abtastwert innerhalb der Schnittregion ist, und eine zweite Transferfunktion angewendet wird (65) auf einen Abtastwert, der von einem zweiten Volumen interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt außerhalb der Schnittregion ist, und Akkumulieren (66) der Ausgabe der Transferfunktion.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung richtet sich an das Volumenwiedergeben, insbesondere an eine Inkontext-Volumenvisualisierung des Inneren eines volumetrischen Bilds.
Diskussion des betreffenden Standes der Technik
Das zugrunde liegende Prinzip der direkten Volumenwiedergabe liegt darin einen Volumendatensatz entlang Strahlen in einer frei wählbaren Richtung abzutasten und diese Abtastungen miteinander in einem Rahmenpuffer zu mischen. Vor dem Mischen werden die in dem Volumen gelesenen Dichten umgewandelt in Farben (RGBA) mit einer Transferfunktion, die oft als Nachschlagetabelle codiert ist. Aus diesem Grund wird das Mischen oft bezeichnet als Alpha-Mischen. Wenn eine ausreichende Menge an Abtastungen vorliegt, ist das Ergebnis ein übergangsloses Bild.
Es existieren verschiedene Techniken zum Wiedergewinnen des Inneren eines Volumens. Eine Option ist die Verwendung von Transferfunktionen, die Dichtewerte von dem Volumen auf Farben oder Schattierungen abbildet. Durch Verwenden einer sehr schwachen oder Nullverschattung für Dichtewerte von verdeckten Strukturen können diese verdeckten Strukturen transparent gemacht werden oder vollständig in den resultierenden Bildern entfernt werden. Durch das Entfernen von verdeckten Merkmalen unter Verwendung der Transferfunktion geht jedoch der Kontext, der ein wichtiges Merkmal umgibt, verloren. Darüber hinaus werden auch andere wichtige Merkmale, die ähnliche Dichtewerte wie die verdeckten Strukturen haben, entfernt.
Ein anderes bekanntes Verfahren zum Entfernen von verdeckendem Material ist das Segmentieren wichtiger Merkmale und das Entfernen von Fragmenten, die nicht innerhalb der segmentierten Teile des Volumens sind. Ähnlich zu Transferfunktionen geht der Kontext, der das segmentierte Merkmal umgibt, verloren durch Verwendung einer derartigen Technik. In einer wichtigkeitsgetriebenen Visualisierung wird Material, das ein wichtiges Merkmal verdeckt, das segmentiert worden ist, während der Wiedergabe weggeschnitten. Oft ist es jedoch notwendig, ein Volumen zu durchsuchen, um nach einem wichtigen Merkmal zu suchen, das noch nicht segmen tiert worden ist. Folglich kann die wichtigkeitsgetriebene Visualisierung in diesem Fall nicht verwendet werden.
Schnittebenen sind ein anderer allgemeiner Ansatz zur Rückgewinnung von Merkmalen, die im Inneren eines Volumendatensatzes eingebettet sind. Alle Fragmente in einem von den zwei Halbräumen, die durch die Schnittebene definiert ist, werden entfernt. Schnittgeometrien erlauben das Entfernen des Inneren oder des Äußeren von einer gegebenen frei wählbaren Geometrie.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier allgemein beschrieben enthaltend Verfahren und Systeme zur virtuellen Schnittwiedergabe, die eine Visualisierung bestimmter anatomischer Merkmale in dem Datensatz in dem Kontext anderer Information ermöglichen. Beispielsweise kann ein gebrochener Knochen in dem Kontext des Einblutens in das umgebende Gewebe gezeigt werden, wohingegen in einer traditionellen Volumenwiedergabe das umgebende Gewebe mit dem Einbluten verloren geht aufgrund einer Transferfunktion, die nur den Knochen zeigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Schnittbereich definiert, in dem eine virtuelle Schnittebene und der Abstand zu dem Betrachtungspunkt im Raum verwendet werden. Fragmente nahe der Schnittebene und zu dem Betrachtungspunkt werden entfernt oder wiedergegeben unter Verwendung einer anderen Transferfunktion. Da es einfach ist, den Abstand eines Fragments zu dem Bereich während der Wiedergabe zu evaluieren, können die Parameter, die den Bereich steuern, interaktiv geändert werden. Darüber hinaus kann das Volumen, das den Bereich umgibt, im Flug deformiert werden. Da das Innere des Volumens wiedergewonnen werden kann unter Verwendung eines verfahrenstechnischen Ansatzes ist es möglich, während der Wiedergabe zu evaluieren, ob ein Fragment innerhalb oder außerhalb des Schnittbereichs ist, sowie wie nahe das Fragment zu dem Schnittbereich ist. Folglich können die Form, die Position, die Orientierung, die Größe und alle anderen Parameter, die den Schnittbereich beschreiben, interaktiv geändert werden. Die Grenze des Schnittbereichs kann wiedergegeben werden unter Verwendung einer unterschiedlichen Transferfunktion. Darüber hinaus kann eine gekrümmte multiplanare Rekonstruktion (MPR) auf der Grenzfläche des Schnittbereichs gezeigt werden. Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann verwendet werden, um Einzelheiten zu visualisieren, die in dem Datensatz enthalten sind, in dem Kontext der umgebenden Strukturen, die üblicherweise entweder wichtige Merkmale verdecken oder während der Wie dergabe vollständig entfernt werden unter Verwendung von Transferfunktionen, Segmentierungsmasken, Schnittebenen oder Schnittgeometrien.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds, enthaltend das Bereitstellen eines digitalisierten medizinischen Bildvolumens, wobei das Bild eine Mehrzahl von Intensitäten auf einem dreidimensionalen Gitternetz von Punkten enthält, ein Bereitstellen einer Projektionsebene mit einer zweidimensionalen Anordnung von Punkten, auf die wiedergebende Strahlen projiziert werden von einem Betrachtungspunkt aus durch dieses Bildvolumen hindurch, Voranbringen eines Abtastpunkts entlang eines Strahls durch das Bildvolumen, Erzeugen einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens, Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, wobei eine erste Transferfunktion auf einen Abtastwert angewendet wird, der von einem ersten Volumen interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, und eine zweite Transferfunktion auf einen Abtastwert angewendet wird, der von einem zweiten Volumen interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt außerhalb der Schnittregion ist, und Ansammeln der Ausgaben der Transferfunktion.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Schnittregion eine Ebene einer endlichen Dicke parallel zu der Strahlrichtung, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, enthält ein Evaluieren eines Produkts der Position des Abtastpunkts mit einer Gleichung, die die Schnittebene darstellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Einfallregion eine Kugel mit einem endlichen Radius innerhalb des Bildvolumens, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, enthält ein Evaluieren eines Abstands der Position des Abtastpunkts zu dem Zentrumspunkt der Kugel.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind das erste Volumen und das zweite Volumen gleich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Bestimmen, ob der Abtastpunkt auf einer Grenze der Schnittregion ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Anwenden einer dritten Transferfunktion auf einen Abtastwert, der von einem Volumen interpoliert worden ist über den Abtastpunkt, wenn der Abtastpunkt ausreichend nahe zu der Grenze ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Interpolieren einer Ausgabe auf der Grenze der Schnittregion von der Ausgabe der ersten Transferfunktion und der Ausgabe von der zweiten Transferfunktion.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Ausgabe der ersten Transferfunktion entweder verworfen oder bildet Intensitäten des ersten Volumens transparent bezüglich der Intensitäten des zweiten Volumens.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verformt die erste Transferfunktion das Volumen um den Abtastpunkt x → gemäß der Transformation.
bestimmt durch die trilineare Interpolation der Translationsvektoren i →_ijk, die gegeben sind an den Eckpunkten eines Gittersubvolumens um den Abtastpunkt, und Interpolationsgewichtungen a_ijk, die gewonnen werden von dem nicht deformierten Bildvolumennetz.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Durchführen einer gekrümmten MPR Visualisierung an der Schnittgrenze.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Ändern eines Betrachtungsabstands für die gekrümmte MPR Visualisierung zwischen wiedergegebenen Rahmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Ändern von Parametern, die die Schnittregion charakterisieren, während des Wiedergebens, wobei die Parameter eine Position und Orientierung der Schnittregion bezüglich des Betrachtungspunkts und die Form und Größe der Schnittregion enthalten.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds enthaltend ein Bereitstellen eines digitalisierten medizinischen Bildvolumens, wobei das Bild eine Mehrzahl von Intensitäten enthält auf einem dreidimensionalen Netz von Punkten, ein Projizieren eines Strahls von einem Betrachtungspunkt aus durch das Bildvolumen auf eine zweidimensionale Projektionsebene, wobei ein Abtastpunkt voranschreitet entlang dieses Strahls, Erzeugen einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens durch Bereitstellen von Parametern, die die Schnittregion charakterisieren, wobei die Parameter eine Position und Orientierung der Schnittregion bezüglich des Betrachtungspunkts und eine Form und Größe der Schnittregion enthalten, und Berechnen eines Abstands von dem Abtastpunkt zu einer Grenze der Schnittregion.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Verwenden des Abstands, um zu bestimmen, welches von einer Mehrzahl von Subvolumen den Abtastpunkt enthält, wobei jedes der Mehrzahl von Subvolumen in Zusammenhang steht mit einer Transferfunktion, und ein Anwenden der Transferfunktion, die zu dem Subvolumen gehört, das den Abtastpunkt enthält, auf einen Abtastwert, der von dem Subvolumen interpoliert worden ist, und ein Ansammeln der Ausgaben der Transferfunktion entlang des Strahls.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Verfahren ein Interpolieren der Ausgabe der Mehrzahl von Transferfunktionen zwischen den Subvolumen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Programmspeichervorrichtung geschaffen, die von einem Computer lesbar ist, enthaltend ein Programm von Anweisungen, die durch den Computer ausführbar sind, um die Verfahrensschritte für das Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds durchzuführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a)-(b) verdeutlichen Metaphern für ein virtuelles Schnittverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt einen virtuell geöffneten Kopf in einem CT Bild gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3(a)-(d) zeigen direkte Volumenwiedergaben eines Abdomen-CT-Datensatzes mit einem verfahrenstechnischen Öffnen des Datensatzes unter Verwendung einer virtuellen Schnittebene gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4(a)-(d) zeigen weitere direkte Volumenwiedergaben eines Abdomen-CT-Datensatzes mit einem verfahrenstechnischen Öffnen des Datensatzes unter Verwendung einer virtuellen Schnittebene gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5(a)-(b) zeigen das Wiedergeben von gekrümmten multiplanaren Rekonstruktionen (MPRs) auf der Grenze des virtuellen Schnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines virtuellen Schnittverfahrens für eine Inkontext-Volumenvisualisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems zum Implementieren eines virtuellen Schnittverfahrens für die Inkontext-Volumenvisualisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier allgemein beschrieben, enthaltend Systeme und Verfahren für eine Inkontext-Volumenvisualisierung. Während die Erfindung verschiedene Modifikationen und alternative Formen erfahren kann, sind spezifische Ausführungsbeispiele davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden hier im Einzelnen beschrieben. Es soll verstanden werden, dass dies nicht dazu dient, die Erfindung auf bestimmte Formen, wie hier offenbart, zu beschränken, sondern im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Bereich der Erfindung fallen, abdecken.
Der Begriff „Bild" bezieht sich hier auf mehrdimensionale Daten, die diskrete Bildelemente (beispielsweise Pixel für 2-D Bilder und Voxel für 3-D Bilder) enthalten. Das Bild kann beispielsweise ein medizinisches Bild eines Subjekts sein, das durch Computertomographie, Magnetresonanzbildgebung, Ultraschall oder irgendein anderes medizinisches Bildgebungssystem, das einem Fachmann bekannt ist, erfasst wird. Das Bild kann auch bereitgestellt werden aus nicht medizinischen Inhalten, beispielsweise Fernerfassungssysteme, Elektronenmikroskopie, etc. Ob wohl ein Bild als eine Funktion von R³ zu R angesehen werden kann, sind die Verfahren gemäß der Erfindung nicht auf derartige Bilder beschränkt, und können auf Bilder irgendeiner Dimension angewendet werden, beispielsweise 2-D Bild oder 3-D Volumen. Für ein zwei- oder dreidimensionales Bild ist der Bereich des Bilds typischerweise eine zweidimensionale oder dreidimensionale rechteckige Anordnung, wobei jedes Pixel oder jedes Voxel adressiert werden kann bezüglich eines Satzes von zwei oder drei gegenseitig orthogonalen Achsen. Die Begriffe „digital" und „digitalisiert", wie sie hier verwendet werden, beziehen sich auf Bilder oder Volumen, je nachdem, in einem digitalen oder in einem digitalisierten Format, erfasst über ein digitales Erfassungssystem oder durch Umwandlung eines analogen Bilds.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren für eine Inkontextvisualisierung geschaffen, um das Innere des Volumens zu gewinnen durch verfahrenstechnisches Aufschneiden. Eine erste Metapher, die innerhalb dieses Kontexts verwendet wird, ist das Schneiden eines Volumens, um das Innere aufzudecken, ähnlich einem Schnitt während einer realen Operation. Dies wird erreicht durch Anwenden eines verfahrenstechnischen Öffnens und/oder Verformens während der Wiedergabe. Ein virtueller Schnittbereich wird im Flug („On-The-Flight") berechnet. Das Innere des Bereichs kann entweder verworfen oder wiedergegeben werden unter Verwendung einer Transferfunktion, die verschieden ist von der Transferfunktion, die verwendet wird für das Übrige des Volumens. Das Innere des Schnittbereichs kann nach außen verschoben werden, was eine Verformung zur Folge hat, ähnlich einer Verformung eines Gewebes bei einer realen Operation. Eine zweite Metapher, die in diesem Kontext verwendet wird, ist das Interpretieren eines Volumendatensatzes als ein Buch, das virtuell geöffnet und durchsucht werden kann.
Diese Metaphern sind in den 1(a)-(b) gezeigt. 1(a) verdeutlicht einen virtuellen Schnitt durch Öffnen eines Volumens ähnlich wie ein Buch geöffnet wird. 1(b) verdeutlicht, wie Volumenschnitte zu Seiten des Buchs werden, die durchsucht und umgeblättert werden können.
Verfahren zum Erzeugen eines zweidimensionalen Bilds aus Volumendaten können grob klassifiziert werden in indirekte und direkte Volumenwiedergabetechniken. Während die indirekten Verfahren eine Zwischendarstellung der Volumendaten erzeugen und wiedergeben, zeigen die direkten Verfahren die Voxeldaten durch Evaluieren eines optischen Modells, das beschreibt, wie das Volumen abstrahlt, reflektiert, streut, absorbiert und Licht abdeckt. Die Voxelwerte werden abgebildet auf physikalische Größen, die die Lichtinteraktion an den jeweiligen Punkten in dem 3D-Raum beschreiben. Während der Bildsynthese wird die Lichtausbreitung berechnet durch Integrieren der Lichtinteraktionseffekte entlang Betrachtungsstrahlen, basierend auf dem optischen Modell. Das entsprechende Integral ist bekannt als Volumenwiedergabeintegral. Hardwarebeschleunigte Verfahren, die eine Textur-Abbildungshardware verwenden, liefern hohe Bildrahmenraten und folglich eine hohe Interaktivität.
Interpolierte Volumendatenwerte werden üblicherweise nicht direkt wiedergegeben. Stattdessen bildet normalerweise eine Transferfunktion die Datenwerte auf Farben und Verschattungen ab. In dem Kontext der texturbasierten Volumenvisualisierung werden zwischen Farb- und Verschattungswerte, die während der Volumenwiedergabe erzeugt werden, als „Fragmente" bezeichnet. Durch Mischen vieler Fragmente entlang gerader Strahlen durch das Volumen wird die abschließende Ausgabefarbe für ein Pixel auf dem Schirm berechnet. In Abhängigkeit von den Verschattungswerten in der Transferfunktion, die durch den Benutzer spezifiziert wird, werden Teile des Volumens sichtbar, transparent oder unsichtbar. Das Innere des Volumens wird normalerweise aufgedeckt während der Wiedergabe durch Verwenden von Transferfunktionen, die das Material, das wichtige Merkmale innerhalb des Volumens bedeckt, auf eine Nullverschattung abbilden. Dies jedoch macht es unmöglich, wichtige Merkmale in dem Kontext des umgebenden Materials zu sehen. Das umgebende Material kann jedoch wichtige Aufschlüsse liefern, wie das Merkmal innerhalb des Volumens eingebettet ist.
Optionen zum Entfernen verdeckender Merkmale enthaltend Schnittebenen, frei wählbare Schnittgeometrien und Segmentierungsmasken. Die Schnittebenen entfernen alle Voxel in einem von zwei Halbräumen, die durch die Ebene definiert werden. Die Schnittgeometrien erlauben ein Wegschneiden von Voxeln innerhalb oder außerhalb der Geometrie, wodurch eine höhere Flexibilität geschaffen wird als bei Schnittebenen. Segmentierungsmasken liefern eine Provoxelmarkierung, was erlaubt Voxel mit einem bestimmten Markierungswert wiederzugeben mit einer anderen Transferfunktion oder derartige Voxel vollständig zu verwerfen.
All diese Techniken entfernen verdeckende Merkmale oder machen Merkmale transparenter. Folglich geht der Kontext, in welchem die verdeckten wichtigen Merkmale eingebettet sind, verloren oder werden zumindest weniger gut definiert.
Eine wichtigkeitsgetriebene Visualisierungsverfahren verhindern, dass wichtige Merkmale durch weniger wichtige Merkmale verdeckt werden, indem eine Pro-Voxel-Wichtigkeitsmarkierung bereitgestellt wird. Die Voxel mit geringer Wichtigkeit werden im Flug während der Wiedergabe entfernt, nur wenn sie Voxel mit hoher Wichtigkeit verdecken. Material wird dynamisch entfernt in Abhängigkeit von der Betrachtungsrichtung, was eine Visualisierung von wichtigen Merkmalen im Kontext des umgebenden Materials erlaubt. Speziell für die interaktive Volumenwiedergabe verbessert dies das Verständnis, wie Merkmale in den Volumendaten eingebettet sind.
Wichtigkeitsgetriebene Visualisierung erfordert, dass wichtige Merkmale klassifiziert werden unter Verwendung von Segmentierungsalgorithmen, also die Wichtigkeit der Merkmale muss vorberechnet werden durch normalerweise „teure" Segmentierungsalgorithmen. Im Gegensatz zu herkömmlichen wichtigkeitsgetriebenen Inkontextvisualisierungsalgorithmen benötigt ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung keine Segmentierungsinformation.
Eine Inkontextvisualisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet einen virtuellen Schnitt. Der Begriff „virtueller Schnitt" bezieht sich auf das Aufdecken des Inneren eines Volumens, indem dieses virtuell aufgeschnitten wird durch entweder Verwerfen von Fragmenten innerhalb des Schnittbereichs (Wegschneiden von Material), Verschieben von Fragmenten innerhalb des Schnittbereichsäußeren (Verformen des Materials) oder Verwenden einer anderen Transferfunktion in dem Schnittbereich (das Material transparent machen). Der virtuelle Schnittbereich innerhalb des Volumens wird verfahrenstechnisch definiert, also es existiert keine explizite Darstellung der Form des Schnittbereichs im Speicher. Stattdessen wird der Schnittbereich bestimmt während einer Im-Flug-Wiedergabe unter Verwendung eines geometrischen Ansatzes. Der Schnittbereich kann definiert werden, indem irgendeine Geometrie, wie Kugel, Würfel, Zylinder, etc. verwendet werden. Für die Zwecke der klaren Darstellung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine virtuelle Schnittebene verwendet, beschrieben. Es soll jedoch verstanden werden, dass eine virtuelle Schnittebene gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft und nicht einschränkend ist, und dass Fachleute auf diesem Gebiet verstehen, wie die Lehren, wie sie hier beschrieben werden, auf andere virtuelle Schnittgeometrien anzuwenden sind.
Wenn eine virtuelle Schnittebene verwendet wird, bestimmen der Abstand zu dieser Ebene und der Betrachtungspunkt (oder irgendein anderer Punkt im Raum), ob ein Fragment innerhalb oder außerhalb des Schnittbereichs liegt. Die Schnittprozedur berechnet den Abstand zu der Schnittebene, und man gewinnt negative Abstandswerte, wenn die Abtastposition innerhalb des Schnittbereichs ist, und positive Abstände, wenn die Abtastposition außerhalb ist. Die Ebene definiert die Schnittrichtung des virtuellen Schnitts, während die Betrachtungsposition oder ein anderer Punkt im Raum den Ursprung definiert, von welchem der virtuelle Schnitt aus durchgeführt wird. Während der Wiedergabe ist es einfach zu bestimmen, ob irgendein 3D Punkt innerhalb des Volumens oder außerhalb des Schnittbereichs ist, da der Schnittbereich verfahrenstechnisch definiert ist.
Fragmente innerhalb des Schnittbereichs können entweder verworfen werden oder wiedergegeben werden unter Verwendung einer zweiten Transferfunktion. 2 verdeutlicht ein Beispiel eines virtuell geöffneten Kopfs in einem CT Bild, wobei die Fragmente innerhalb des Schnittbereichs wiedergegeben sind unter Verwendung einer Transferfunktion, die den Knochen zeigt, während die Fragmente außerhalb des Schnittbereichs wiedergegeben werden unter Verwendung einer Transferfunktion, die die Haut zeigt.
Die 3 (a-d) verdeutlichen Beispiele von direkten Volumenwiedergaben eines Abdomen-CT-Datensatzes mit einem verfahrenstechnischen Öffnen des Datensatzes unter Verwendung einer virtuellen Schnittebene, wobei die Fragmente innerhalb des Schnittbereichs verworfen werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 3(a) ist keine Verformung angewendet auf das Volumen, also die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs werden geschnitten. In 3(b) wurde eine Deformierung angewendet auf das Volumen, also die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs sind nach außen von dem Schnittbereich verschoben. Die 3(c) und (d) entsprechen jeweils den 3(a) und (b), mit der Ausnahme, dass beide eine virtuelle Schnittebene verwenden mit eingeschränkter Schnittlänge.
Die 4 (a-d) zeigen weitere Abwandlungen von direkten Volumenwiedergaben eines Abdomen-CT-Datensatzes mit einem verfahrenstechnischen Öffnen des Datensatzes unter Verwendung einer virtuellen Schnittebene, wo ein Arterienaneurysmus innerhalb des Schnittbereichs visualisiert ist. In 4(a) ist keine Verformung auf das Volumen angewendet, also die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs werden wiedergegeben unter Verwendung einer zweiten Transferfunktion. 4(b) verwendet eine virtuelle Schnittebene mit einer begrenzten Schnittlänge. Erneut ist keine Verformung auf das Volumen angewendet worden, also die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs werden wiedergeben unter Verwendung einer zweiten Transferfunktion. In 4(c) ist eine Verformung auf das Volumen angewendet worden, also die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs werden nach außerhalb des Schnittbereichs verschoben. Die Volumendaten innerhalb des Schnitts werden wiedergegeben unter Verwendung einer zweiten Transferfunktion. 4(d) verwendet auch eine virtuelle Schnittebene mit eingeschränkter Schnittlänge. Erneut ist ein Verformen auf das Volumen angewendet worden, so dass die Volumendaten innerhalb des Schnittbereichs außerhalb des Schnittbereichs verschoben werden, und innerhalb des Schnitts werden die gleichen Volumendaten wiedergegeben unter Verwendung einer zweiten Transferfunktion.
Fragmente, die von dem Inneren des Schnittbereichs stammen, können abwechselnd außerhalb des Schnittbereichs verschoben werden unter Verwendung einer verfahrenstechnischen Verformung. Dies ist ähnlich zu der Situation bei einer realen Operation, beispielsweise während einer Bypassoperation, wo das Sternum aufgeschnitten wird, um die Brust freizulegen. Das Gewebe, das dem Schnittbereich entspringt, wird von der Schnittregion wegverschoben. Diese Verformung wird ebenfalls im Flug berechnet, also es gibt keine explizite Darstellung der Verformung im Speicher. Anstatt Fragmente von dem Schnittbereich wegzuverschieben, werden Texturkoordinaten für Fragmente außerhalb des Schnittbereichs derart modifiziert, dass auf Datenwerte von dem Inneren des Schnittbereichs zugegriffen wird, indem eine Umkehrung der Verformungsabbildung verwendet wird.
Gemäß einem beispielhaften Verformungsmodell wird ein Volumenobjekt zuerst unterteilt in einen Satz von Nebenwürfeln. Die Verformung ist spezifiziert durch eine Übersetzung der Koordinaten für jeden Grenzpunkt dieses Modells. Die resultierende Übersetzung (Translation) eines Punkts x → in das Innere eines Nebenwürfels wird bestimmt durch eine trilineare Interpolation der Translationsvektoren t →_ijk, die an den Grenzpunkten gegeben sind. Das Ergebnis ist eine trilineare Abbildung
mit den Interpolationsgewichtungen a_ijk, die gewonnen werden aus dem ursprünglich nicht defornierten Netz. Ferner, um einem Benutzer zu erlauben schnell einen Grenzpunkt zu nehmen und ihn an eine frei wählbare Position zu ziehen, ist die Umkehrtransformation Φ^–1 erforderlich. Da das Inverse einer trilinearen Abbildung im Allgemeinen nicht erneut eine trilineare Abbildung ist, sondern eine Funktion höherer Komplexität, kann eine gute Näherung für die Umkehrungsabbildung gewonnen werden durch einfaches Negieren der Originaltranslationsvektoren.
mit einem Näherungsfehler von einer maximalen Deformierungsgröße γ der Größenordnung O (γ²). Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann dieses Umkehrungsabbilden verfahrenstechnisch durchgeführt werden, und kein vordefiniertes Deformierungsvolumen ist erforderlich.
3(b) zeigt eine Verformung des Volumens unter Verwendung von modifizierten Texturkoordinaten, die gewonnen werden durch Berechnen von Verschiebungsvektoren orthogonal zu der Schnittebene. Die Schnittlänge kann optional begrenzt werden, um näher an dem Ergebnis eines Schnitts während einer Operation zu sein, wie in den 3(c), 3(d), 4(b) und 4(d) gezeigt.
Aufgrund der verfahrenstechnischen Definition der Schnittebene kann der Schnittbereich dynamisch aktualisiert werden, also die Position und die Orientierung des Schnittbereichs können interaktiv für jeden Rahmen modifiziert werden, wobei ein Rahmen ein Wiedergabeausgabebild ist, wobei Strahlen für alle Pixel berechnet worden sind. Eine Option ist die Positionierung der Schnittebene immer parallel zu der Sichtlinie des Betrachters. Folglich hat die Schnittebene eine feste Position und Orientierung bezüglich der Betrachtungsposition und Orientierung. Durch Drehen des Volumens kann der Benutzer das Innere des Volumens durchsuchen.
Eine andere Option ist einem Benutzer zu erlauben, die Schnittebene frei zu positionieren und zu drehen. Zusätzlich kann der Schnittbereich modifiziert werden durch Ändern anderer Parameter, die den Schnittbereich definieren, wie Scheitelpunkt, Krümmung, Länge, Öffnungswinkel, etc.
Die verfahrenstechnische Definition des Schnittbereichs ist nützlich, da für jeden Punkt innerhalb des Volumens der Abstand zu dem Schnittbereich leicht berechnet werden kann. Dies erlaubt zusätzliche Effekte, wie beispielsweise das Wiedergeben der Grenze des Schnittbereichs mit einer anderen Transferfunktion, die glatt die Transferfunktionen von dem Inneren und Äußeren des Schnittbereichs auf der Schnittbereichsgrenze interpoliert, und eine gekrümmte MPR Visualisierung auf der Grenze des Schnittbereichs ermöglicht. Wie vorher erwähnt, impliziert ein negativer Abstandswert, dass die Abtastposition innerhalb des Schnittbereichs ist, und ein positiver Abstandswert impliziert die Abtastposition außerhalb. Ein Wert von Null bedeutet, dass die Abtastposition auf der Grenze des Schnittbereichs ist, folglich kann man leicht eine gekrümmte MPR haben, wenn eine MPR ähnliche Transferfunktion angewendet wird auf Punkte, die ausreichend nahe zu der Grenze sind, beispielsweise wenn abs(d – D) < Epsilon, wobei Epsilon die halbe Dicke des gekrümmten MPR Bereichs ist, d der Abstand der augenblicklichen Abtastposition zu dem Schnittbereich ist, und D der Abstand zu dem Schnittbereich ist, an welchem die gekrümmte MPR Schale wiederzugeben ist. Eine gekrümmte MPR kann wiedergegeben werden bei jedem Abstand D von dem Schnittbereich (beispielsweise eine Schnittebene). Durch Ändern dieses Abstands D zwischen Rahmen kann man einen Effekt des Umblätterns der MPR erhalten, ähnlich wie bei einer Seite eines Buchs.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erlaubt das Erleichtern der Berechnung des Abstands zu dem Schnittbereich für jeden Punkt innerhalb des Volumens die Verwendung von mehreren Transferfunktionen. Man kann verschiedene Volumen mit unterschiedlichen Transferfunktionen basierend auf bestimmten Bereichen von Abständen zu dem Schnittbereich wiedergeben, beispielsweise:
0 < Abstand ≤ 0,1: Volumen 1/Transferfunktion 1 wiedergeben;
0,1 < Abstand ≤ 0,2: Volumen 2/Transferfunktion 2 wiedergeben;
0,2 < Abstand ≤ 0,5: Volumen 3/Transferfunktion 3 wiedergeben;
0,5 < Abstand ≤ 0,7: Volumen 4/Transferfunktion 4 wiedergeben.
Die Transferfunktionen können auch zwischen den Bereichen interpoliert werden.
Ein Flussdiagramm eines Beispiels, das die Implementierung einer virtuellen Schnittvolumenwiedergabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung nicht einschränkt, ist in 6 gezeigt. In diesem nicht einschränkenden Beispiel kann die Schnittregion entweder eine Ebene parallel zu der gegenwärtigen Sichtrichtung sein, oder eine Kugel um einen Abtastpunkt. Bezugnehmend auf die Figur wird bei einem gegebenen dreidimensionalen Bildvolumen, das wiederzugeben ist, eine zweidimensionale Bildprojektionsebene geschaffen, auf der Strahlen von einem Betrachtungspunkt projiziert werden. Ein Schleifenbilden über jedem Pixel in der Bildebene, eine Startposition und Richtung werden definiert für einen Strahl, der auf einem Pixel abgebildet (projiziert) wird in Schritt 361. Die Abtastposition wird initialisiert auf die Startposition, und die Strahlausgabefarbe wird initialisiert.
In Schritt 62 wird eine Schnittregion geschaffen. Die Charakteristiken der Schnittregion können dynamisch während der Wiedergabe bestimmt werden, so dass die Bestimmung, ob ein Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, verfahrenstechnisch ist. Dann, in Schritt 63, wird bestimmt, ob die augenblickliche Abtastposition innerhalb der Schnittregion ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese Bestimmung implementiert in einer boolschen Funktion, die wahr oder falsch zurückgibt, und als Argumente die augenblickliche Abtastposition nimmt, den Typ des Schnitts und die Parameter, die zu dem Schnitttyp gehören, um die Bestimmung durchzuführen. Ein beispielhafter Pseudocode für diese boolsche Funktion ist wie folgt.
Diese Funktion verdeutlicht ein beispielhaftes Testen für zwei Typen von Schnittregionen: eine Ebene und eine Kugel. Im Allgemeinen enthalten diese Tests ein Berechnen eines Abstands von dem Abtastpunkt zu einem Punkt auf einer Grenzfläche. Typischerweise impliziert ein negativer Abstandswert, dass die Abtastposition innerhalb der Schnittregion ist, ein positiver Abstand impliziert, dass die Abstandsposition außerhalb der Region ist, und ein Wert nahe Null impliziert, dass die Abstandsposition auf oder nahe der Grenze der Schnittregion ist. Ein Fachmann auf diesem Gebiet kann leicht Tests für andere Typen von Schnittregionen implementieren. Man beachte, dass in einer alternativen Ausführungsform (Implementierung) die Funktionen, die in der boolschen Bedingung getestet werden, also sgrt (dot (samplingPosition-spherePosition, samplingPosition-spherePosition)) für die Kugel, und dot(samplingPosition, planeEquation) für die Ebene, als Parameter übergeben werden können, anstatt der planeEquation, spherePosition und sphereRadius Variablen.
Wenn die augenblickliche Abtastposition innerhalb der Schnittregion ist, wird ein erstes Volumen innerhalb des Schnitts abgetastet, um einen trilinear interpolierten Wert an der augenblicklichen Strahlabtastposition zu erhalten, und dieser interpolierte Wert wird an eine erste Transferfunktion übergeben in Schritt 64, um eine Abtastfarbe zu erhalten. Andererseits wird ein zweites Volumen abgetastet, und der erhaltene Wert wird an eine zweite Transferfunktion in Schritt 65 übergeben, um die Abtastfarbe zu erhalten. In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Volumen abgetastet, bevor die Schnittregionbestimmung erfolgt, in welchem Fall die gleiche Abtastung verwendet wird mit unterschiedlichen Transferfunktionen zum Gewinnen der Abtastfarbe. Geeignete Transferfunktionen können irgendeinen oben beschriebenen virtuellen Schnitt durchführen, beispielsweise Fragmente verwerfen, Material verformen, Material transparent machen und zusätzliche Effekte, wie MPR Visualisierung auf der Grenze der Schnittregion. Eine dritte Transferfunktion kann optional angewendet werden auf den Abtastpunkt, der auf oder ausreichend nahe zu der Schnittregiongrenze ist.
In Schritt 66 wird die Abtastfarbe vermischt in die Strahlausgabefarbe, und in Schritt 67 wird die Abtastposition entlang der Strahlrichtung aktualisiert.
In Schritt 68 wird bestimmt, ob das Ende des Strahls erreicht ist. Wenn nicht, kehrt die Wiedergabe zu Schritt 63 zurück, um die aktualisierte Abtastposition zu testen, im übrigen wird bestimmt in Schritt 69, ob der Rahmen vollständig wiedergegeben worden ist. Wenn nicht, kehrt die Wiedergabe zu Schritt 61 zurück, um die Strahlstartposition neu zu initialisieren und die Richtung für ein anderes Pixel, im übrigen wird die Wiedergabe beendet.
Es soll bemerkt werden, dass der Code, der innen/außen der Schnittregion prüft, verfahrenstechnisch ist (beispielsweise die Funktion „insideIncision"), also es gibt keine Datenstruktur, die die Schnittregion beschreibt. Stattdessen wird eine mathematische Formel verwendet, die in „insideIncision" evaluiert ist. Es gibt viele verschiedene Schnitttypen, einfache planare und einfache bogenförmige Schnitte, die in dem obigen Pseudocode enthalten sind.
Die verfahrenstechnische Definition der Schnittregionen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erlaubt einem Benutzer die Schnittregion frei zu positionieren und zu drehen, und die Schnittregion zu modifizieren durch Ändern derjenigen Parameter, die die Schnittregion definieren, wie Scheitelpunkt, Länge, Öffnungswinkel, etc. Dies kann interaktiv durch den Benutzer erfolgen, oder während ein Rahmen wiedergegeben wird, oder zwischen Rahmen. Darüber hinaus erfordert eine prozedurale Definition eines mittleren Schnitts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung keine Segmentierungsinformation.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, als eine Alternative zu der verfahrenstechnischen Definition des Schnitts, ist es möglich eine geometrische Darstellung für die Grenze des Schnittbereichs zu erzeugen, indem ein polygonales Modell berechnet wird, das die Grenze des Schnittbereichs darstellt. Für ein Modell mit einer konvexen Schnittgeometrie wird oft ein Dualtiefenpufferansatz verwendet. Das erste Tiefenpuffer speichert für jedes Pixel die Tiefe der ersten Kreuzung des Strahls von der Projektionsebene durch ein Pixel in dem Modell, also wenn der Strahl in die Modellgeometrie eindringt. Das zweite Tiefenpuffer speichert die Tiefe der zweiten Kreuzung des Strahls durch ein Pixel in dem Modell, also wenn der Strahl das Modell verlässt. Um das Innere der konvexen Schnittgeometrie zu verwerfen (schneiden) kann man diejenigen Abtastpunkte verwerfen, die eine Tiefe größer als der Wert haben, der in dem ersten Tiefenpuffer gespeichert ist, und kleiner als der Wert, der in dem zweiten Tiefenpuffer gespeichert ist. Für eine geschlossene nicht konvexe Schnittgeometrie existieren Techniken, die bestimmen, ob die augenblickliche Abtastposition innerhalb (oder außerhalb) der Schnittgeomet rie ist. Dies kann erreicht werden durch Zählen der Anzahl an Kreuzungen der frei wählbaren Strahlen von der augenblicklichen Abtastposition mit der Geometrie. Wenn die Anzahl an Kreuzungen gerade ist, dann ist die augenblickliche Abtastposition innerhalb der (nicht konvexen) Schnittgeometrie, ansonsten außerhalb. Dieser Test kann implementiert werden unter Verwendung von Grafikhardware durch Zählen der Anzahl an Kreuzungen der Strahlen entlang der augenblicklichen Betrachtungsrichtung und Verwendung eines Matrixpuffers. Diese Ansätze erfordern jedoch eine Neuberechnung der Schnittbereichsgrenzgeometrie, wenn sich die Schnittbereichsparameter, wie beispielsweise Krümmung und Öffnung, etc., ändern.
Die Verformung des Materials außerhalb des Schnittbereichs kann auch erreicht werden, indem ein Verformungsvolumen verwendet wird. Anstelle eines verfahrenstechnischen Verformens des Volumens im Flug wird ein Verformungsvolumen in einem Vorverarbeitungsschritt erzeugt, der Offset-Texturkoordinaten für das Nachschlagen in nicht verformter Volumentextur speichert. Erneut erfordert jedoch dieser Ansatz eine Neuberechnung des Verformungsvolumens, sobald sich Schnittbereichsparameter, wie Krümmung, Öffnung, etc., ändern.
Es soll verstanden werden, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Formen in Hardware, Software, Firmware, Spezialzweckprozessen oder Kombinationen davon implementiert werden können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung implementiert werden in Software als Anwendungsprogramm, das verkörpert ist auf einer computerlesbaren Programmspeichervorrichtung. Das Anwendungsprogramm kann auf einer Maschine, die irgendeine geeignete Architektur enthält, hochgeladen und von dieser ausgeführt werden.
Ein Anwendungsprogramm, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung implementiert, kann in irgendeiner geeigneten Computersprache geschrieben sein. Mindestens ein Ausführungsbeispiel ist ausgelegt, um implementiert zu sein, um eine GPU (grafische Verarbeitungseinheit) unter Verwendung einer Open GL Shading Language (GLSL) als eine Source Sprache auszuführen.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems zum Implementieren eines virtuellen Schnittverfahrens für eine Inkontext-Volumenvisualisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bezugnehmend auf 7 kann ein Computersystem 71 zum Implementieren der vorliegenden Erfindung u. a. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 72, einen Speicher 73 und eine Eingabe/Ausgabe (I/O)-Schnittstelle 74 enthalten. Das Computersystem 71 ist im Allgemeinen gekoppelt über die I/O-Schnittstelle 74 an eine Anzeige 75 und an verschiedene Eingabevorrichtungen 76, wie beispielsweise eine Maus und eine Tastatur. Die Unterstützungsschaltungen können Schaltungen enthalten, wie Cash, Energieversorgung, Taktschaltungen und einen Kommunikationsbus. Der Speicher 73 kann ein Zufallszugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), Laufwerk, Bandlaufwerk, etc., oder eine Kombination davon sein. Die vorliegende Erfindung kann als Routine 77 implementiert werden, die in dem Speicher 73 gespeichert wird und von der CPU 72 ausgeführt wird, um das Signal von der Signalquelle 78 zu verarbeiten. Als solches ist das Computersystem 71 ein Allzweckcomputersystem, das zu einem Spezialzweckcomputersystem wird, wenn die Routine 77 der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Das Computersystem 71 enthält auch ein Betriebssystem und Mikroanweisungscode. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben sind, können entweder Teil des Mikroanweisungscodes oder Teil des Anwendungsprogramms (oder Kombination davon) sein, was über das Betriebssystem ausgeführt wird. Zusätzlich können verschiedene andere Peripheriegeräte mit der Computerplattform verbunden sein, wie eine zusätzliche Datenspeichervorrichtung und eine Druckervorrichtung.
Es ist ferner zu verstehen, dass einige der Systemkomponenten und Verfahrensschritte, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, in Software implementiert werden können, die tatsächlichen Verbindungen zwischen den Systemkomponenten (oder den Prozessschritten) abweichen können in Abhängigkeit von der Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung programmiert ist. Durch die hier gegebenen Lehren der vorliegenden Erfindung kann ein Fachmann auf diesem Gebiet diese und ähnliche Implementierungen oder Konfigurationen der vorliegenden Erfindung verwenden.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann ein Fachmann auf diesem Gebiet verschiedene Modifikationen und Substitutionen vornehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds enthaltend die Schritte: Bereitstellen eines digitalisierten medizinischen Bildvolumens, wobei das Bild eine Mehrzahl von Intensitäten auf einem dreidimensionalen Netz von Punkten enthält; Bereitstellen einer Projektionsebene enthaltend ein zweidimensionales Gitternetz von Punkten, auf welches Wiedergabestrahlen von einem Betrachtungspunkt durch das Bildvolumen projiziert werden; Voranbringen eines Abtastpunkts entlang eines Strahls durch das Bildvolumen; Erzeugen einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens; Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, wobei eine erste Transferfunktion angewendet wird auf einen Abtastwert, der von einem ersten Volumen interpoliert worden ist, wenn der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, und eine zweite Transferfunktion auf einen Abtastwert angewendet wird, der von einem zweiten Volumen interpoliert worden ist, wenn der Abtastpunkt außerhalb der Schnittregion ist; und Kumulieren der Ausgaben der Transferfunktion.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schnittregion eine Ebene einer endlichen Dicke parallel zu der Strahlrichtung ist, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, ein Evaluieren eines Produkts der Position des Abtastpunkts mit einer Gleichung, die die Schnittebene darstellt, enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schnittregion eine Kugel mit endlichem Radius innerhalb des Bildvolumens ist, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, ein Evaluieren eines Abstands der Position des Abtastpunkts zu dem Zentrumspunkt der Kugel enthält.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Volumen und das zweite Volumen gleich sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit einem Bestimmen, ob der Abtastpunkt auf einer Grenze der Schnittregion ist.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner enthaltend ein Anwenden einer dritten Transferfunktion auf einen Abtastwert, der von einem Volumen um den Abtastpunkt interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt ausreichend nahe an der Grenze ist.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner enthaltend ein Interpolieren einer Ausgabe auf der Grenze der Schnittregion von der Ausgabe der ersten Transferfunktion und der Ausgabe der zweiten Transferfunktion.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Ausgabe der ersten Transferfunktion die Intensitäten des ersten Volumens verwirft oder bezüglich der Intensitäten des zweiten Volumens transparent macht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Transferfunktion das Volumen um den Abtastpunkt x → gemäß der Transformation
verformt, die bestimmt ist durch eine trilineare Interpolation von Translationsvektoren t →_ijk, die gegeben sind an Eckpunkten eines Netznebenvolumens um den Abtastpunkt, und Interpolationsgewichtungen a_ijk, die von dem unverformten Bildvolumennetz erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit einem Durchführen einer gekrümmten MPR Visualisierung an der Schnittgrenze.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit einem Ändern eines Betrachtungsabstands für die gekrümmte MPR Visualisierung zwischen einem Wiedergeben der Rahmen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit einem Ändern von Parametern, die die Schnittregion charakterisieren, während des Wiedergebens, wobei die Parameter die Position und die Orientierung der Schnittregion bezüglich des Betrachtungspunkts enthalten, und die Form und die Größe der Schnittregion.
Verfahren zum Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds, enthaltend die Schritte: Bereitstellen eines digitalisierten medizinischen Bildvolumens, wobei das Bild eine Mehrzahl von Intensitäten auf einem dreidimensionalen Netz von Punkten enthält; Projizieren eines Strahls von einem Betrachtungspunkt durch das Bildvolumen auf eine zweidimensionale Projektionsebene, wobei ein Abtastpunkt entlang dieses Strahls voranschreitet; Erzeugen einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens durch Bereitstellen von Parametern, die die Schnittregion charakterisieren, wobei die Parameter die Position und Orientierung der Schnittregion bezüglich des Betrachtungspunkts und eine Form und Größe der Schnittregion enthalten; und Berechnen eines Abstands von dem Abtastpunkt zu einer Grenze der Schnittregion.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit einem Verwenden des Abstands, um zu bestimmen, welches von einer Mehrzahl von Nebenvolumen den Abtastpunkt enthält, wobei jedes der Mehrzahl von Nebenvolumen zu einer Transferfunktion gehört, und Anwenden der Transferfunktion, die zu dem Nebenvolumen gehört, das den Abtastpunkt enthält, auf einen Abtastwert, der von dem Nebenvolumen interpoliert worden ist; und Akkumulieren der Ausgabe der Transferfunktion entlang des Strahls.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner enthaltend ein Interpolieren der Ausgabe der Mehrzahl der Transferfunktionen zwischen den Nebenvolumen.
Programmspeichervorrichtung, die von einem Computer lesbar ist, mit einem Programm von Anweisungen, die von dem Computer ausführbar sind, um die Verfahrensschritte für das Volumenwiedergeben eines digitalisierten medizinischen Bilds durchzuführen, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Bereitstellen eines digitalisierten medizinischen Bildvolumens, wobei das Bild eine Mehrzahl von Intensitäten auf einem dreidimensionalen Netz von Punkten enthält; Bereitstellen einer Projektionsebene, die ein zweidimensionales Gitternetz von Punkten enthält, auf das Wiedergabestrahlen von einem Betrachtungspunkt durch das Bildvolumen hindurch projiziert werden; Voranschreiten eines Abtastpunkts entlang eines Strahls durch das Bildvolumen; Erzeugen einer Schnittregion innerhalb des Bildvolumens; Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, wobei eine erste Transferfunktion auf einen Abtastwert angewendet wird, der von einem ersten Volumen interpoliert wird, wenn der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, und eine zweite Transferfunktion auf einen Abtastwert angewendet wird, der von einem zweiten Volumen interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt außerhalb der Schnittregion ist; und Akkumulieren der Ausgabe der Transferfunktion.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schnittregion eine Ebene mit einer endlichen Dicke parallel zu der Strahlrichtung ist, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, ein Evaluieren eines Produkts der Position des Abtastpunkts mit einer Gleichung, die die Schnittebene darstellt, enthält.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Schnittregion eine Kugel mit einem endlichen Radius innerhalb des Bildvolumens ist, und das Bestimmen, ob der Abtastpunkt innerhalb der Schnittregion ist, ein Evaluieren eines Abstands der Position des Abtastpunkts zu dem Zentrumspunkt der Kugel enthält.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das erste Volumen und das zweite Volumen gleich sind.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Verfahren ferner ein Bestimmen enthält, ob der Abtastpunkt auf einer Grenze der Schnittregion ist.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Verfahren ferner ein Anwenden einer dritten Transferfunktion auf einen Abtastwert enthält, der von einem Volumen um den Abtastpunkt interpoliert ist, wenn der Abtastpunkt ausreichend nahe zu der Grenze ist.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Verfahren ferner ein Interpolieren einer Ausgabe auf der Grenze der Schnittregion von der Ausgabe der ersten Transferfunktion und der Ausgabe der zweiten Transferfunktion enthält.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die Ausgabe der ersten Transferfunktion entweder die Intensitäten des ersten Volumens verwirft oder bezüglich der Intensitäten des zweiten Volumens transparent macht.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die erste Transferfunktion das Volumen um den Abtastpunkt x → gemäß der Transformation
verformt, die bestimmt ist durch eine trilineare Interpolation von Translationsvektoren t →_ijk, die gegeben sind an Eckpunkten eines Netzes eines Nebenvolumens um den Abtastpunkt, und Interpolationsgewichtungen a_ijk, die gewonnen werden von dem unverformten Bildvolumennetz.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Verfahren ferner das Durchführen einer gekrümmten MPR Visualisierung an der Schnittgrenze enthält.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Programm ferner ein Ändern einer Betrachtungsrichtung für die gekrümmte MPR Visualisierung zwischen dem Wiedergeben von Rahmen enthält.
Computerlesbare Programmspeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei das Verfahren ferner ein Ändern von Parametern enthält, die die Schnittregion charakterisieren, während eines Wiedergebens, wobei die Parameter die Position und Orientierung der Schnittregion bezüglich des Betrachtungspunkts und die Form und Größe der Schnittregion enthalten.