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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Visualisierung eines Objekts mittels simulierter Bestrahlung.
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Volume Rendering, d. h. der Darstellung bzw. Visualisierung von dreidimensionalen Körpern bzw. Objekten. Die Modellierung, Rekonstruktion oder Visualisierung von dreidimensionalen Objekten hat einen weiten Anwendungsbereich in den Feldern Medizin (z. B. CT, PET, MR, Ultraschall), Physik (z. B. Elektronenstruktur großer Moleküle) oder Geophysik (Beschaffenheit und Lage von Erdschichten). Typischerweise wird das zu untersuchende Objekt bestrahlt (z. B. mittels elektromagnetischer Wellen oder Schallwellen), um seine Beschaffenheit zu untersuchen. Die gestreute Strahlung wird detektiert und aus den detektierten Werten werden Eigenschaften des Körpers ermittelt. Üblicherweise besteht das Ergebnis in einer physikalischen Größe (z. B. Dichte, Anteil von Gewebebestandteilen, Elastizität, Geschwindigkeit), deren Wert für den Körper ermittelt wird. Dabei verwendet man in der Regel ein virtuelles Gitter, an dessen Gitterpunkten der Wert der Größe ermittelt wird. Diese Gitterpunkte bzw. die Werte der Größe an diesen Orten werden üblicherweise als Voxel bezeichnet. Diese liegen häufig in der Form von sog. Grauwerten vor.
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Mittels Volume Rendering wird aus den Voxeln eine dreidimensionale Darstellung des untersuchten Objekts bzw. Körpers auf einer zweidimensionalen Darstellungsfläche (z. B. Bildschirm) erzeugt. Dabei werden aus den Voxeln sog. Pixel erzeugt (häufig mit der Zwischenstufe von aus den Voxeln durch Interpolation gewonnenen Objektpunkten), aus welchen das Bild der zweidimensionalen Bildanzeige zusammengesetzt ist. Um auf einer zweidimensionalen Anzeige drei Dimensionen zu visualisieren, wird in der Regel ein sog. Alpha-Compositing bzw. eine Alpha-Zerlegung vorgenommen. Bei dieser Standardmethode werden Voxeln bzw. aus Voxeln gebildeten Volumenpunkten sowohl Farben als auch Durchlässigkeitswerte, genauer gesagt Werte für die Undurchlässigkeit bzw. Opazität (üblicherweise bezeichnet mit dem englischen Begriff Opacity, der die Durchlässigkeit bzw. die Deckkraft verschiedener Schichten des Körpers ausdrückt) zugeordnet. Konkreter werden einem Objektpunkt üblicherweise drei Farben in Form eines Drei-Tupels, der die Anteile der Farben rot, grün und blau kodiert (sog. RGB-Wert), und ein sog. Alpha-Wert, der die Undurchlässigkeit parametrisiert, zugeordnet. Zusammen bilden diese Größen einen Farbwert RGBA, der mit den Farbwerten anderer Objektpunkte zu einem Farbwert für das Pixel kombiniert bzw. gemischt werden (für die Visualisierung von teilweise transparenten Objekten üblicherweise mittels eines sog. alpha blending).
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Für die Zuordnung eines passenden Farbwertes wird meist mit einem Beleuchtungsmodell gearbeitet. Dieses Beleuchtungsmodell berücksichtigt Lichteffekte (in der Regel Reflexionen des Lichtes an Oberflächen des Objektes; dabei kann es sich um die äußere Oberfläche oder um Oberflächen innere Schichten des untersuchten Objektes handeln) bei einer zum Zwecke der Visualisierung modellierten bzw. simulierten Bestrahlung des Objektes.
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Es gibt in der Literatur eine Reihe von Beleuchtungsmodellen, die angewandt werden. Gebräuchlich ist z. B. das Phong- oder Blinn-Phong-Modell.
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Eines der meistbenutzten Verfahren zum Volume Rendering ist das sog. Ray-Casting bzw. die Simulation einer Lichteinstrahlung zur Darstellung bzw. Visualisierung des Körpers. Beim Ray-Casting werden imaginäre Strahlen, die vom Auge eines imaginären Betrachters ausgehen, durch den untersuchten Körper bzw. das untersuchte Objekt gesendet. Entlang der Strahlen werden für Abtastpunkte RGBA-Werte aus den Voxeln bestimmt und zu Pixeln für ein zweidimensionales Bild mittels Alpha Compositing bzw. Alpha Blending vereinigt. Beleuchtungseffekte werden dabei üblicherweise mittels eines der oben abgesprochenen Beleuchtungsmodelle im Rahmen eines mit „Shading” bezeichneten Verfahrens berücksichtigt.
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Bestimmten geometrischen Größen, z. B. Wanddicke, Entfernungen oder Radien innerhalb eines untersuchten Objektes werden häufig vorab (im Rahmen einer pre-processing Prozedur) bestimmt, bevor ein Ray-Casting zur Bildberechnung durchgeführt wird. Z. B. verwendet Luerig et al. [1] morphologische Operatoren im Rahmen eines Pre-Processings, um den Durchmesser von Strukturen zu berechnen. Knorpp et al. [2] suchen entgegengesetzte Punkte für Oberflächen eines Volumens entlang einer Oberflächennormale. Reinhart et al. [3] verwendet einen Pre-Processing-Schritt, bei dem eine lokale Suche innerhalb sphärischer Regionen um Materialübergänge verwendet wird, um so Bereiche zu finden, wo zwei benachbarte Übergänge zwischen Luft und Material vorkommen.
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Die Ergebnisse (z. B. Objektstrukturen) derartiger Pre-Prozessing Verfahren können in einer von der dreidimensionalen Darstellung des Objekts abgeleiteten Datenstruktur gespeichert werden, z. B. in einer sekundären Darstellung bzw. einem sekundären Volumen, auf welches beim Rendering des primären Volumens zugegriffen wird, um Oberflächen entsprechend der Größe von Strukturen des Objektes zu färben.
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Es besteht ein Bedürfnis nach effizienteren Verfahren zur Berücksichtigung von Objekteigenschaften, wie z. B. geometrischen Strukturen, beim Volume Rendering. Vor allem sollte ein entsprechendes Volume Rendering so effizient durchführbar sein, dass ein Objekt interaktiv manipuliert werden kann (Drehen, anders Einfärben, ...), wobei die Manipulationen ein erneutes Durchführen des Renderings mit einer Neubestimmung von geometrischen Strukturen erfordern dürfen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, das Rendering eines Objektes im Hinblick auf Objekteigenschaften flexibler und effizienter zu machen.
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Die Aufgabe wird durch die Ansprüche gelöst.
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Die Erfindung betrifft die Visualisierung eines Objekts mittels simulierter Bestrahlung (z. B. Ray Casting). Dabei ist der Begriff Objekt breit zu verstehen. Insbesondere kann das Objekt auch aus mehreren Gegenständen bestehen, die mit dem Verfahren gemeinsam untersucht werden. Verknüpfte oder verbundene Gegenstände werden z. B. mittels Strahlen (erster oder zweiter Strahl im Sinne des unten beschriebenen Verfahrens) untersucht, die von einem Gegenstand in den anderen propagieren. Das Objekt kann praktisch beliebiger Natur sein. Insbesondere ist das Verfahren für die Materialuntersuchung und die medizinische Bildgebung geeignet.
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Es wird eine Darstellung des Objekts, bei welcher an Raumpunkten des Objekts skalare Werte (häufig sog. Grauwerte) einer das Objekt charakterisierenden Größe gegeben sind. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem dreidimensionalen Bild oder einer Volumendarstellung. Die charakterisierende Größe ist z. B. eine physikalische Größe, die mit einem Messverfahren (z. B. Computertomographie, Kernspintomographie, ...) bestimmt wurde. Dabei handelt es sich z. B. um eine Dichteinformation (Dichte des Gewebes oder Wasserstoffanteil; letzteres bei Kernspintomographie).
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Die Erfindung zielt auf die zweidimensionale Darstellung des Objekts bzw. von Objekteigenschaften, d. h. die Generierung eines zweidimensionalen Bildes. Dieses setzt sich aus sog. Pixeln zusammen. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren, das im Folgenden für ein Pixel beschrieben ist, für alle Pixel eines zweidimensionalen Bildes des Objektes durchgeführt.
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Für die Darstellung eines Pixels wird dabei ein Farbwert ermittelt. Dieser wird üblicherweise in Form eines RGB-Wertes kodiert (d. h. durch die Beiträge der Farben Rot, Grün und Blau). Der Begriff Farbwert soll jede Kodierung eines Farbwertes umfassen. Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Zusammensetzung von verschiedenen Farbwerte zu eine Pixelfarbwert (z. B. im Zuge eines sog. alpha compositing oder alpha blending) erfolgen. Zu diesem Zweck werden in der Regel sog. alpha-Werte verwendet, die ein Maß für die Opazität des jeweiligen Punktes darstellen. Üblich sind auch als RGBA bezeichnete 4-Tupel, die neben den Farben einen alpha-Wert beinhalten. Der Begriff Farbwert soll auch derartige Ausdrücke umfassen, d. h. erforderlichenfalls auch eine Opazitäts- oder Transparenzinformation bzw. einen alpha-Wert beinhalten. Dem Fachmann ist klar, dass derartige Werte für eine Zusammensetzung von mehreren Farbwerten zu einem erforderlich sind. D. h. bei den Ausgestaltungen der Erfindung, wo eine Zusammensetzung von Farbwerten erfolgt, beinhaltet in der Regel die Bestimmung von Farbwertinformationen auch die einer Information zur Opazität oder Transparenz.
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Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Schritt ein erster Strahl zur Bestimmung eines einem Pixel für eine zweidimensionale Darstellung des Objekts (bzw. von Objekteigenschaften) zugeordneten Pixelfarbwerts generiert. Dieser erste Strahl wird durch zumindest einen Teil des Objekts propagiert, wobei schrittweise Werte der charakteristischen Größe (z. B. als Grauwerte dargestellte Dichteinformationen) auf dem ersten Strahl ermittelt werden. Bei der Propagation kann für die Abtaststellen des Strahles ein Zuordnen eines Farbwertes (z. B. RGBA-Wertes) zu den ermittelten Werten (z. B. mittels Transferfunktion) erfolgen. Zudem kann an diesen Stellen auch ein Shading, z. B. mittels eines lokalen Beleuchtungsmodells, durchgeführt werden.
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Es wird im Zuge der Propagation des ersten Strahls eine Oberfläche des Objekts mittels der auf dem ersten Strahl ermittelten Werte detektiert. Dabei kann es sich um eine äußere oder innere Oberfläche des Objekts handeln (eine innere Oberfläche ist dabei z. B. durch das Aufeinandertreffen von verschiedenen Material- bzw. Gewebeschichten definiert). Die Oberflächendetektion besteht in der Regel aus der Bestimmung des Schnittpunkts des Strahls mit der Oberfläche. Dabei kann z. B. mittels Intervallschachtelung eine im Bezug auf die bei der Propagation des ersten Strahls verwendete Schrittweite verfeinerte Detektion der Oberfläche vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß wird dann ein zweiter Strahl oder eine Mehrzahl von zweiten Strahlen generiert, was der Bestimmung eines eine Eigenschaft des Objekts charakterisierenden quantitativen Werts dient. Dabei kann es sich um eine geometrische Eigenschaft handeln (z. B. Dicke einer an die Oberfläche angrenzenden Materialschicht bzw. Gewebeschicht oder eines Maßes für Dichteschwankungen). Denkbar ist aber auch z. B. eine Materialeigenschaft, wie z. B. Homogenität oder Anisotropie.
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Dieser wenigstens eine zweite Strahl wird von der Oberfläche aus durch zumindest einen Teil des Objekts propagiert. Die Richtung des Strahls kann z. B. nach Maßgabe des Normalenvektors der Oberfläche an dem Schnittpunkt mit dem ersten Strahl festgelegt werden (z. B. ein Strahl in entgegengesetzter Richtung zum Vektor, ein Bündel von Strahlen, die definierte Winkel mit der Normalen einschließen, ...). Es werden schrittweise mit der charakteristischen Größe assoziierte Werte auf dem wenigstens einen zweiten Strahl ermittelt. Dabei kann, muss sich es aber nicht um die Werte der Größe handeln. Z. B. ist denkbar, dass der Betrag von Gradienten der Größe ermittelt wird, z. B. als Maß für Fluktuationen.
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Mittels des zweiten Strahls wird der eine Eigenschaft des Objekts charakterisierende quantitative Wert bestimmt. Dabei wird z. B. der wenigstens eine zweite Strahl propagiert, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Dieses Abbruchkriterium besteht z. B. aus dem Auftreffen auf eine weitere Oberfläche (z. B. über Absolutwerte oder Beträge der Gradienten von mit der charakteristischen Größe assoziierten Werten detektiert). Es kann aber auch andere Kriterien geben. Denkbar ist beispielsweise eine Untersuchung der Homogenität eines Materials. Die bei den Schritten genommenen Werte werden miteinander korreliert und abgebrochen, wenn der Wert eines vorgegebnen Maßes für Schwankungen überschritten wird. In Zuge des Abbruchs kann eine Verfeinerung zur präzisieren Bestimmung der Stelle, wo das Abbruchkriterium erfüllt ist, durchgeführt werden. Dies ist vor allem sinnvoll, wenn der eine Eigenschaft des Objekts charakterisierenden quantitative Wert die Länge des sekundären Strahls oder eine aus den Längen einer Mehrzahl sekundärer Strahlen ermittelte Größe ist.
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Dem so bestimmten quantitativen Wert wird ein Farbwertes (z. B. RGBA-Wert) z. B. mittels einer Transferfunktion zugeordnet. Dabei ist es in vielen Anwendungen sinnvoll, die Transferfunktion nach Maßgabe zumindest eines darzustellenden Bestandteils des Objekts festzulegen. Z. B. kann das Objekt ein Kopf eines Lebewesens sein, und die Transferfunktion zwecks Darstellung von Arterien für eine im Wesentlichen transparente Darstellung der Schädeldecke festgelegt werden.
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Das Verfahren kann nach dem Propagieren des wenigstens einen zweiten Strahls fortgesetzt werden, indem der erste Strahl von der Oberfläche aus weiter propagiert wird. Es kann nach erneuten Treffen auf eine weitere Oberfläche die Propagation eines weiteren wenigstens einen zweiten Strahls durchgeführt werden. Dabei ist es sinnvoll, die Propagation des ersten Strahles abzubrechen, wenn im Rahmen der weiteren Propagation des Strahles kein signifikanter Beitrag zum Farbwert des Pixels ermittelbar ist, z. B. weil in Richtung der weiteren Propagation Intransparenz des Objektes vorliegt.
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Der im Zuge der Propagation des wenigstens einen zweiten Strahls ermittelte Farbwertes wird für die Bestimmung des Pixelfarbwertes verwendet. Dabei kann eine Zusammensetzung dieses Farbwertes mit von bei dem Verfahren mittels des ersten Strahls und/oder weiterer zweiter Strahlen ermittelten anderen Farbwerten erfolgen, um so den Pixelfarbwertes zu erzeigen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit Pixel Strahlen generiert werden können, die on-the-fly auch geometrische oder andere Eigenschaften eines untersuchten Objektes berücksichtigen. Sie ist damit aufwandsärmer als herkömmliche Verfahren.
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Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen
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1 schematische Darstellung von Ray-Casting
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2 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren
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3 Vorgehen zum Auffinden der Position einer Oberfläche
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4 Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dickenbestimmung eines Objekts
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5 Zwei Bilder von mittels des Verfahren visualisierten Objekten
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6 eine Hardwarestruktur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Im Zuge einer Ausgestaltung der Erfindung werden Bilder generiert, welche geometrische Eigenschaften des Objektes visualisieren, z. B. im Rahmen der Färbung von Oberflächen in Abhängigkeit der Dicke der darunterliegenden Struktur unter Verwendung einer Farbpalette.
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1 zeigt das Prinzip von Volume-Ray-Casting, wie es derzeit verwendet wird. Strahlen werden von einem virtuellen Auge 11 durch jedes Pixel einer virtuellen Bildebene 12 gesendet. Punkte dieser Strahlen werden innerhalb des Volumens bzw. des Objekts O an diskreten Positionen (erste Position 13) abgetastet. Eine Vielzahl der Abtastwerte wird dann zu einer endgültigen Pixelfarbe kombiniert.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Erzeugen von Bildern aus Volumendaten unter Berücksichtigung von dabei ermittelten Geometrieinformationen. Bei diesem Verfahren wird, wie bei der standardgemäßen Volume-Ray-Casting Prozedur, für jedes Pixel der Bildebene ein Strahl generiert (Schritt 21), der von einer virtuellen Augenposition ausgeht (vgl. 1). Mit diesen Strahlen wird das Objektinnere abgetastet. Dabei wird eine innere oder äußere Oberfläche der Volumendaten detektiert (Schritt 22). Dies geschieht beispielsweise durch ein Schwellenwertverfahren oder durch die Detektion von lokal hohen Gradientenwerten in den Volumendaten. Eine binäre Suche kann verwendet werden um die Position der Oberfläche mit Subvoxel-Genauigkeit bzw. einer höheren Genauigkeit als die Abtast-Schrittweite des Strahls zu bestimmen.
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In 3 ist veranschaulicht ein Vorgehen zur Bestimmung einer Oberflächenposition mit höherer Genauigkeit. Der Ausgangspunkt ist ein imaginäres Auge 31, von dem aus schrittweise der Strahl propagiert wird. Dieser Strahl erreicht im ersten Schritt die Position 32, dann 33 und schließlich 34. Zwischen dem Schritt 33 und 34 dringt der Strahl in das Objekt O ein. Aus den Dichtewerten an den Voxeln des Objekts werden Dichtewerte für die einzelnen Abtastpunkte 31, 32, 33, ... berechnet. Beim Abtastpunkt 33 ist der Dichtewert null, da sich dieser Abtastpunkt noch außerhalb des Volumens O befindet. Dieser Dichtewert hat sich beim Abtastpunkt 34 stark geändert. Diese Änderung wird erkannt und dadurch eine Verfeinerungsprozedur getriggert. Als nächster Schritt wird der zwischen den Abtastwerten 33 und 34 liegende Punkt 35 abgetastet. Die Berechnung der Dichte an diesem Ort zeigt, dass sich dieser Wert außerhalb des Objektes O befindet. Als nächster Schritt wird der Punkt 36 abgetastet, der sich in der Mitte zwischen den Punkten 35 und 34 befindet. Dieser Punkt liegt innerhalb des Objektes, wie sich aus der Dichte erschließen lässt. Damit ist im Zuge dieser Intervallschachtelung der Ort der Oberfläche als zwischen den Punkten 35 und 36 liegend bestimmt. Als Näherung für den Ort der Oberfläche wird nun der mittlere Wert dieses Intervalls genommen, nämlich der Punkt 37. Dies zeigt, wie mit einer Art Intervallschachtelung die Präzision für die Ortsbestimmung des Eintrittspunktes des Strahles in die Oberfläche präzisiert wird.
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3 zeigt somit im Detail, wie der Schritt 22 aus 2 ausgeführt werden kann. Gemäß 2 sind die nächsten Schritte die Berechnung der Flächennormalen und die Generierung eines Teststrahls (Schritte 23 und 24). Dies ist in 4 detaillierter dargestellt. Vom Eintrittspunkt 41 aus wird die Flächennormale n bestimmt und in der entgegengesetzten Richtung ein Teststrahl propagiert, der zur Berechnung der Dicke des Objektes O an dieser Stelle verwendet wird (Schritt 24 aus 2). Dieser Teststrahl besitzt die Abtastpunkte 42, 43 und 44, wobei wieder durch die Dichtenänderung erkannt wird, dass bei dem Schritt von 43 auf 44 eine Dichtenänderung stattfindet. Erneut wird entsprechend 3 eine verfeinerte Suche nach der Position des Austritts aus der Oberfläche vorgenommen, um so einen Wert für die Dicke d des Objektes O an dieser Stelle zu erhalten. Dies sind die in 2 mit 25 und 26 beschriebenen Schritte, d. h. die Detektion der hinteren Oberfläche und die Berechnung deren Position bzw. der Dicke d. Pfeil 45 deutet an, dass diese Dicke d als Input für eine Transferfunktion, die dieser Dicke d eine Farbe und Opazität (RGBA-Wert) zuordnet, verwendet wird. In 4 ist unten ein Diagramm D gezeigt, welches drei verschiedene Transferfunktionen T1 bis T3 zeigt. Dabei ist auf der X-Achse die bestimmte Dicke und auf der Y-Achse die entsprechende Transparenz bzw. Durchsichtigkeitswert angezeigt. Unten ist die Dicke d eingezeichnet, die berechnet wurde. Je nach gewählter Transferfunktion T1 bis T3 wird die Oberfläche in der Darstellung transparent oder opak bzw. undurchsichtig. Durch die geeignete Wahl der Transferfunktion können Eigenschaften des untersuchten Objektes O besser visualisiert werden. Der erhaltene Farbwert (RGBA-Wert) wird mit dem beim Ray-Casting erhaltenen Farbwerten verknüpft (z. B. durch alpha blending), wie Schritt 27 der 2 zeigt. An dieser Stelle kann die Propagation des ursprünglichen Ray-Casting-Strahls dann abgebrochen werden, wenn die weiteren Abtastpunkte keinen Beitrag mehr zum Pixel leisten, da der Strahl nicht bis dorthin vordringt. Dies ist in der Abfrage 28 von 2 dargestellt; wenn der Schwellenwert für Undurchlässigkeit erreicht wird, ist die Pixelberechnung abgeschlossen und die Pixelfarbe kann für die Darstellung abgespeichert werden (Schritt 29). Anderenfalls wird das Ray-Casting fortgesetzt, bis eine neue Oberfläche gefunden wird und ggf. der Beitrag dieser Oberfläche zu dem Pixel mit derselben Methode wie vorher bestimmt.
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In 5 sind zwei Beispiele von Objekten gezeigt, die mit der erfindungsgemäßen Methode untersucht wurden. Die Dicke von Strukturen innerhalb des Objektes wird visualisiert. Mit den dort verwendeten Transferfunktionen (weiße Kurve in den Diagrammen) werden Strukturen mit mittlerer Dicke transparent dargestellt. Dies wird durch entsprechend niedrige Alphawerte erreicht. Der Vorteil ist beispielsweise an dem Bild rechts zu sehen. Da die Schädeldecke und die Arterien innerhalb des menschlichen Kopfes eine vergleichbare Dicke besitzen, lassen sich beide bei herkömmlichem Ray-Casting schlecht unterscheiden. Die gezeigte Darstellung benützt die unterschiedlichen Dicken (nämlich geringe Dicke der Arterien und mittlere Dicke der Schädeldecke) um eine bessere Visualisierung der Arterien zu erreichen.
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Das Verfahren erlaubt nicht nur sekundäre bzw. innere Oberflächen innerhalb desselben Volumendatensatzes zu detektieren, sondern auch nach sekundären Oberflächen innerhalb von kombinierten Volumina zu sondieren. In dem Fall werden Teststrahlen von einer primären Oberfläche in dem Hauptvolumen in das damit verbundene Volumen propagiert, um dort eine Oberfläche zu detektieren. Dies kann verwendet werden für die Visualisierung von Schwankungen, z. B. der Dichte bei verschiedenen Komponenten, in industriellen CT-Anwendungen oder für vor- und nachoperative Vergleiche in medizinischen Visualisierungsverfahren. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialzweckprozessoren oder einer Kombination daraus implementiert werden kann. Bevorzugt ist eine Implementierung auf einer GPU (Graphics Processing Unit) mit OpenGL (Open Graphics Library) und der OpenGL Shading Language.
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In einer Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung in Software als ein Anwendungsprogramm implementiert werden. Das Anwendungsprogramm kann auf einer Maschine hochgeladen und auf ihr ausgeführt werden, die eine beliebige geeignete Architektur aufweist.
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Unter Bezugnahme auf 7 kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Computersystem 401 für GPU basiertes Raycasting unter anderem eine zentrale Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit; CPU) 402, einen Speicher 403, und eine Eingabe-/Ausgabe (E-/A-)Schnittstelle 404 aufweisen. Das Computersystem 401 ist im Allgemeinen über die E-/A-Schnittstelle 404 mit einer Anzeigevorrichtung 405 und diversen Eingabevorrichtungen 106 wie z. B. eine Maus oder eine Tastatur gekoppelt. Die Zusatzschaltkreise können Schaltkreise wie z. B. Cache, Stromversorgung, Taktschaltungen und eine Kommunikationssammelleitungen umfassen. Der Speicher 403 kann ein Schreib-Lese-Speicher (Random Access Memory, RAM), ein Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM), ein Diskettenlaufwerk, ein Bandlaufwerk, usw. oder eine Kombination davon umfassen. Die vorliegende Erfindung kann als ein Programmroutine 407, die im Speicher 403 gespeichert ist und von der CPU 402 ausgeführt wird, implementiert werden, um das Signal von der Signalquelle 408 zu verarbeiten. Das Computersystem 401 umfasst des Weiteren eine grafische Verarbeitungseinheit (Graphic Processing Unit; GPU) 409, zur Verarbeitung von Graphikanweisungen, z. B. zur Verarbeitung der Signalquelle 408, die Bilddaten aufweist. Als solches ist das Computersystem 401 ein allgemeines Mehrzweck-Computersystem, das zu einem Spezialzweck-Computersystem wird, wenn es das Programm 407 der vorliegenden Erfindung ausführt.
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Die Computerplattform 401 enthält auch ein Betriebssystem und einen Mikrobefehlscode. Die verschiedenen, hierin beschriebenen Verfahren und Funktionen können entweder Teil des Mikrobefehlscodes oder Teil des Anwendungsprogramms (oder einer Kombination davon) sein, das von dem Betriebssystem ausgeführt wird. Darüber hinaus können verschiedene andere Peripheriegeräte wie z. B. eine zusätzliche Datenspeichereinrichtung und eine Druckeinrichtungen an die Computerplattform angeschlossen werden.
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Es versteht sich des Weiteren, dass, da einige der einzelnen Systemkomponenten und Verfahrensschritte, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind, in Software implementiert werden können, die tatsächlichen Verbindungen zwischen den Systemkomponenten (oder zwischen den Prozessschritten) abweichen können, in Abhängigkeit der Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung programmiert ist. Mit der angegebenen Lehre der vorliegenden Erfindung, die hierin vorgelegt wird, wird der einschlägige Fachmann imstande sein, diese und ähnliche Ausführungen oder Konfigurationen der vorliegenden Erfindung zu berücksichtigen.
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Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Fälle beschränkt. Insbesondere ist vorstellbar, dass bei virtuellen Darstellungen in ganz anderen Bereichen als der Medizintechnik oder der Bauteilprüfung dieses Verfahren zum Einsatz kommt. Weitere Beispiele sind die Visualisierung von Produkten im Rahmen von Wirtschaft und Handel und Computerspiele.
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Christoph Lürig, Thomas Ertl: Hierarchical volume analysis and visualization based an morphological Operators. IEEE Visualization 1998: 335–341 [2] Dr. Ralph Knorpp, Dr. Dimitri Vitkin: Method for nondestructive wall thickness inspection, Patent Application number
EP20010120835 , Daimler Chrysler AG (DE), 2002
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C. Reinhart, C. Poliwoda, T. Guenther, W. Roemer, S. Maass, C. Gosch, „Modern Voxel Based Data and Geometry Analysis Software Tools for Industrial CT", 16th World Conference an NDT 2004 -
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Luerig et al. [0007]
- Knorpp et al. [0007]
- Reinhart et al. [0007]
- Christoph Lürig, Thomas Ertl: Hierarchical volume analysis and visualization based an morphological Operators. IEEE Visualization 1998: 335–341 [0044]
- C. Reinhart, C. Poliwoda, T. Guenther, W. Roemer, S. Maass, C. Gosch, „Modern Voxel Based Data and Geometry Analysis Software Tools for Industrial CT”, 16th World Conference an NDT 2004 [0044]
