DE102011076929A1

DE102011076929A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Volumendaten für eine Untersuchung von Dichteeigenschaften

Info

Publication number: DE102011076929A1
Application number: DE102011076929A
Authority: DE
Inventors: Klaus Engel; Anna Jerebko
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-06
Also published as: US20120308107A1; CN102819859A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein die Darstellung von Eigenschaften eines Objekts als Bild auf einem Display. Dabei wird das Objekt mittels Volumendaten dargestellt. Nach Maßgabe von Schnitt-Informationen wird innerhalb der Volumendaten zumindest ein Schnittbereich festgelegt. Es wird eine Abbildung eines Wertebereichs der Volumendaten für die Darstellung auf dem Display verwendet, welche für den Schnittbereich nach Maßgabe eines Abstandes des Schnittbereichs zu einem an den Schnittbereich angrenzenden Bereich von Volumendaten verändert wird. Die Erfindung erlaubt ein Abschmelzen von Objektschichten und dabei ein besseres Erkennen von Verdichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von Eigenschaften eines Objekts als Bild auf einem Display.
Röntgenstrahlen sind in der medizinischen Diagnose weit verbreitet. So erfolgt z.B. die Untersuchung von Gewebe der weiblichen Brust auf Karzinombildung üblicherweise mittels Röntgenstrahlung (Mammographie).
Wegen der speziellen anatomischen Gegebenheiten des untersuchten Körperbereichs werden für derartige Untersuchung mittels Röntgenstrahlen Spezialgeräte verwendet, die üblicherweise als Mammographiegeräte bezeichnet werden.
Für die Diagnose haben sich Aufnahmeeinstellungen der Mammographiegeräte zu Standardeinstellungen entwickelt. Es werden folgende zwei Standardeinstellungen häufig verwendet:
Die medio-laterale Schräg-Aufnahme der Brust (MLO) (oblique-Aufnahme) ist die Standardeinstellung in der Brustkrebsfrüherkennungs-Mammographie. Dabei wird die Brust in einem 45°-Winkel aufgenommen. Diese 45°-Schrägaufnahme soll die äußeren oberen Quadranten, den axillären Ausläufer und die Inframammärfalte darstellen.
Daneben gibt es die cranio-caudale Aufnahme der Brust (CC-Aufnahme), welche senkrecht von oben durchgeführt wird. Die CC-Aufnahme sollte soviel Brustgewebe wie möglich zeigen und stellt idealer Weise alle Brustabschnitte außer den am weitesten lateral und axillar gelegenen Abschnitten dar.
Vielfach wird im Rahmen einer Standarduntersuchung eine sog. 2-Ebenen-Mammographie durchgeführt, welche die medio-lateral-schräge (MLO) und die cranio-caudale (CC) Aufnahme verbindet. Trotz dieser Verbindung von Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln hat die herkömmliche Mammographie ihre Grenzen. Es besteht die Gefahr, dass Gewebeverhärtungen (in der Regel sog. Kalzifizierungen) im Röntgenbild durch andere Strukturen verdeckt sind und nicht diagnostiziert werden.
Verbesserte Diagnosemöglichkeiten liefert die Tomosynthese, welche z.B. in der digitalen Mammographie angewendet wird. Sie basiert darauf, dass – im Gegensatz zur Computertomographie – nur ein vergleichsweise kleines Winkelintervall im Zuge der Bewegung der Röntgenröhre um das zu untersuchende Objekt abgetastet wird. Die Beschränkung des Intervalls ist im Regelfall durch das zu untersuchende Objekt bedingt (z.B. weibliche Mamma).
Eine Sequenz von Tomosynthese-Projektionen in der Mammographie kann mittels eines modifizierten Mammographiesystems oder eines Brust-Tomosynthese-Systems aufgenommen werden. Hierbei werden beispielsweise 25 Projektionen erstellt, während sich die Röntgenröhre über dem Detektor in einem Winkelbereich zwischen –25° und 25° bewegt. Während dieser Bewegung wird in regelmäßigen Abständen die Strahlung ausgelöst und je eine Projektion aus dem Detektor ausgelesen. Aus diesen Projektionen wird anschließend in einem Tomosynthese-Rekonstruktionsprozess eine dreidimensionale Repräsentation des untersuchten Objekts im Rechner rekonstruiert. Dieses Objekt liegt dann in der Regel in Form von Grauwerten vor, welche ein Maß für die Dichte an den Grauwerten zugeordneten Voxeln bzw. Raumpunkten darstellen. Im Zuge der medizinischen Befundung werden meist nur die sog. Z-Schichten des rekonstruierten Volumens betrachtet, d.h. diejenigen rekonstruierten Schichtbilder, die parallel zur Detektorebene orientiert sind.
Eine Verbesserung zur Betrachtung von Z-Schichten kann durch Visualisierungstechniken für dreidimensionale Volumendatensätze erreicht werden.
Für die Darstellung dreidimensionaler Volumina als Bild auf einem Monitor werden sogenannte Volume Rendering Techniken verwendet. Eine als direkt bezeichnete Volume Rendering Technik ist beispielsweise das Ray Casting, d.h. die Simulierung von das Volumen durchdringenden Strahlen. Daneben gibt es z.B. die multiplanare Reformation, die auch multiplanare Rekonstruktion (MPR) genannt wird. Dabei handelt es sich um ein zweidimensionales Bildrekonstruktionsverfahren, bei dem als transversale Schnitte vorliegende Rohdaten verwendet werden, um frontale sagitale schräg- oder kurvenförmige Schnitte zu errechnen, welche dem Betrachter bei der anatomischen Orientierung helfen. Bei dem MIP (Maximum Intensitiv Protections)-Verfahren kommt jeweils der Punkt aus dem 3D-Volumen entlang der Beobachtungsachse direkt zur Abbildung, der den maximalen Grauwert aufweist. Es entsteht ein zweidimensionales Projektionsbild. Bei Betrachtung einer Serie von MIP-Bildern aus unterschiedlichen Betrachterpositionen entsteht so ein räumlicher Zusammenhang. Dieses Verfahren wird viel zur Darstellung von mit Kontrastmittel gefüllten Strukturen verwendet.
Die Anwendung derartiger Verfahren zur Darstellung von Tomosynthesedaten sind beispielsweise in den Schriften US 20100166267 A1 , US 20090034684 A1 , US 7760924 und US 20090080752 A1 beschrieben.
Bei allen diesen Verfahren ist zu berücksichtigen, dass bei denen üblicherweise als Grauwerte vorliegenden Volumendaten eine große Bandbreite unterschiedlicher Dichte (und damit ein weitere Bereich von Grauwerten) auftreten. Zur Beschreibung der rekonstruierten Schwächungswerte wird üblicherweise eine Skala verwendet, die nach dem Wissenschaftler Hounsfield benannt ist und ungefähr von –1000 (für Lungengewebe) bis 3000 (Knochen) reicht. Jedem Wert auf dieser Skala wird eine Graustufe zugeordnet, so dass man insgesamt auf etwa 4000 darzustellende Graustufen kommt. Dieses im CT bei dreidimensionalen Bildrekonstruktionen übliche Schema lässt sich auf zur Visualisierung verwendeten Monitoren nicht einfach übernehmen. Dies liegt zum einen daran, dass auf einem handelsüblichen 8Bit-Monitor maximal 256 (d.h. 2⁸) Graustufen dargestellt werden können. Eine Darstellung einer höheren Anzahl von Graustufen ist zudem nicht sinnvoll, weil die Granularität der Darstellung des Displays deutlich die des menschlichen Auges, welches ungefähr 35 Graustufen unterscheiden kann, bereits deutlich übertrifft. Für die Darstellung menschlichen Gewebes versucht man daher, die diagnostisch interessanten Details zu extrahieren.
Bei dem Ray Casting Verfahren können Dichteeigenschaften durch die Wahl von Transferfunktionen besser sichtbar gemacht werden. Es werden Dichte- bzw. Grauwerte mittels einer als Transferfunktion bezeichneten Abbildung üblicherweise auf drei Farben in Form eines Drei-Tupels, der die Anteile der Farben rot, grün und blau kodiert (sog. RGB-Wert) abbgebildet. Meist erfolgt die Abbildung zusätzlich auf einen sog. Alpha-Wert, der die Undurchlässigkeit parametrisiert. Zusammen bilden diese Größen einen Farbwert RGBA, der beim Ray Casting für einen Abtastpunkt eines simulierten Strahls ermittelt und mit den Farbwerten anderer Abtastpunkte zu einem Farbwert für ein Pixel eines Displays kombiniert bzw. gemischt wird (für die Visualisierung von teilweise transparenten Objekten üblicherweise mittels eines sog. alpha blending). Insbesondere der Alpha-Wert bestimmt dabei, welche Strukturen auf dem Display dargestellt werden. Z.B. würden bei einer zu hohen Undurchlässigkeit von Fett- und Bindegewebe tiefer liegende Kalzifizierungen verdeckt werden. Entsprechend werden Transferfunktionen im Hinblick auf die Visualisierung der interessierenden Gewebestrukturen gewählt.
Zusätzlich zur Wahl der Transferfunktion kann für das bessere Studium von Eigenschaften eines mit Volume Rendering dargestellten Objektes eine geeignete Anpassung der Darstellung des Objektes erforderlich. Konkret soll es möglich sein, die Darstellung des auf einem Bildschirm dargestellten Objekts zu verändern oder zu beeinflussen, z.B. indem Teile des Objekts eingefärbt, entfernt oder vergrößert werden. Für derartige Manipulationen werden in der englischsprachigen Fachliteratur auch die Begriffe Volume Editing und Segmentation benutzt. Volume Editing bezieht sich dann auf Eingriffe wie Clipping, Cropping und Punching. Segmentation erlaubt die Klassifizierung von Objektstrukturen, wie z.B. anatomische Strukturen eines dargestellten Körperteils. Im Zuge der Segmentierung werden z.B. Objektbestandteile eingefärbt oder entfernt. Der Begriff Direct Volume Editing bezieht sich auf das interaktive Editieren bzw. Beeinflussen der Objektdarstellung mittels virtuellen Werkzeugen wie Pinsel (brushes), Meißel (chisels), Bohrer (drills) oder Messer (knifes). Zum Beispiel kann der Benutzer interaktiv das auf einem Bildschirm dargestellte Bild des Objektes durch Einfärben oder Wegschneiden on Objektteilen mittels einer Maus oder einem anderen haptischen oder anders funktionierenden Eingabemittel verändern.
Bei einer derartigen Bearbeitung des dargestellten Objekts ist es vielfach nicht ausreichend, die berechneten Pixel des Objektbildes zu verändern, sondern es muss eine Neuberechnung von Pixel erfolgen. D.h. bei vielen derartigen Manipulationen (Einfärbungen, Clippings, ...) muss das Volume Rendering bzw. Ray Casting bei jeder Änderung neu durchgeführt werden.
Bei diesem Vorgehen ist zu berücksichtigen, dass die Diagnose von malignen Veränderungen ein komplexes Unterfangen ist. So sind vielfach größere Kalzifizierungen gutartig und kleinere, sogenannte Mikrokalzifizierungen geben Hinweise auf eine Tumorbildung. Zur besseren Beurteilung benötigt der Arzt möglichst viele relevante Informationen über den Bereich der Gewebeveränderung und die Einbettung des veränderten Gewebes in die umliegenden Gewebeschichten.
Es besteht ein Bedarf für Methoden der Beeinflussung von durch Volume Rendering dargestellten Objekten, die relevante Informationen zur Beurteilung von Objekteigenschaften liefern.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Veränderung der Darstellung von Volumendaten anzugeben, die eine verbesserte Untersuchung von deren Eigenschaften, vor allem in der medizinischen Diagnose, ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von einem Volumendatensatz aus, welcher beispielsweise mit Hilfe von Messungen mit einer medizinischen Modularität (z.B. Röntgenapparat, Computertomographie, Kernspintomographie, Ultraschall ...) erhalten bzw. rekonstruiert wurde. Dieser Volumendatensatz wird für die Darstellung eines diesem Volumendatensatz zugeordneten Objektes verwendet. Die Darstellung auf einem Display bzw. einem Monitor kann beispielsweise mittels Ray Casting bzw. simuliertem Strahleneinfall vorgenommen werden. Es ist vorgesehen, die Darstellung für die Untersuchung von Eigenschaften des Objektes zu verändern. Zu diesem Zweck können Schnitte durchgeführt werden, welche nach Maßgabe von Schnittinformationen einen Bereich der Volumendaten (Schnittbereich) verändern. Die Schnittinformationen können dabei automatisch generiert werden oder durch einen Nutzer eingegeben sein. Im Schnittbereich wird die Darstellung mittels einer Abbildung eines Wertebereichs der Volumendaten beeinflusst. Bei dieser Abbildung handelt es sich beispielsweise um eine Transferfunktion (z.B. Rampenfunktion), wie sie z.B. beim Ray Casting verwendet wird. Dabei kann die Transferfunktion auf der Achse der Argumente derart verschoben oder verzerrt werden, dass Dichtewerte anders, z.B. transparenter als im Restvolumen, dargestellt werden. Bei diesem Vorgehen wird die Abbildung für Volumendaten des Schnittbereiches nach Maßgabe eines Abstandes (sinnvoller Weise nach Maßgabe des geringsten Abstands) des Schnittbereichs zu einem an den Schnittbereich angrenzenden Bereich der Volumendaten, d.h. nach Maßgabe des Abstands zum Rand des Schnittbereichs, verändert. Insbesondere ist sinnvoll, für einen Wertebereich der Volumendaten dass Volumen umso transparenter darzustellen, je größer der Abstand zu dem Rand ist. Bei dieser zum Rande hin abfallenden Transparenz der Darstellung kann es sowohl um ein monotones als auch um ein streng monotones Abfallen handeln.
Die Erfindung entwickelt herkömmliche beim Rendering verwendete Schnitt-Techniken, welche ein reines Entfernen von Objektbereichen (bzw. im medizinischen Gewebe) ermöglichen, in dem Sinne weiter, als dass nun nicht mehr alle Informationen des durch den Schnitt betroffenen Bereiches verloren gehen. Zumindest in einer gewissen, im Prinzip vorgebbaren Entfernung der Schnittoberfläche werden Volumeneigenschaften des Objektes für die Darstellung noch berücksichtigt bzw. wird dort das mittels Schnitt bearbeitete Objekt nicht als völlig transparent dargestellt. Sinnvoll ist es, dass mit zunehmendem Abstand zumindest in einem bestimmten Dichtebereich zunehmende Transparenz herrscht. So treten in diesem Bereich Verdichtungen bzw. Verhärtungen deutlicher hervor, ohne dass die gesamten Umgebungs- bzw. Kontextinformationen verloren gingen. In diesem Sinne findet dann durch den Schnitt eine Art „Gewebewegschmelzen“ oder „Gewebeverdünnung“ statt, welches die Diagnose unterstützt.
Es ist sinnvoll, wenn ab einem gewissen Schwellenabstand das durch den Schnitt bearbeitete Objekt als völlig transparent dargestellt wird, d.h. ab diesem Punkt wird – wie beim herkömmlichen Cutting – in der Darstellung die Objektmaterie vollständig abgetragen. In dieser Ausführungsform kann man nach einem tieferen Schnitt, drei Zonen des dargestellten Objektes unterscheiden, nämlich die äußerste, wo das Objekt vollständig abgetragen wurde bzw. als vollständig transparent dargestellt wird, eine Übergangszone, die sich von der Schnittfläche nach außen erstreckt, wo Materie (evtl. besonders normale bzw. dominierende Materie in einem vorherrschenden Dichtebereich) transparenter dargestellt wird, und einem von dem Schnitt nicht betroffenen Bereich, in dem die Darstellung unverändert bleibt. Die Schnitte können beliebige Formen haben, beispielsweise sphärische, v-förmige oder planare Form aufweisen. Falls wie bei der Tomosynthese eine Richtung gegeben ist, in der die Volumendaten in im Vergleich zur senkrechten Richtung in dazu geringerer Auflösung vorliegen, ist es sinnvoll, eine Darstellung mit Blickrichtung im Wesentlichen (bis 10°) senkrecht zur Richtung geringerer Auflösung vorzunehmen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden automatisch unterschiedliche Schnitte (vorzugsweise eine Vielzahl von Schnitten) vorgenommen und in dieser Form abgespeichert. Die Vorgabe der verschiedenen Schnitte kann nach Maßgabe von Objekteigenschaften (Form, Anatomie, ...) erfolgen. Es ergibt sich dann eine Bildsequenz, welche für weitere Verwendungen abgespeichert werden kann. Diese Bildsequenz kann bedarfsabhängig aus dem Speicher ausgelesen und studiert werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Arbeit mit der Bildsequenz sehr viel weniger Resourcen an Rechenleistung und Speichervolumen benötigt, als die das eigentliche Rendering bzw. die Gewinnung von Darstellungen. Insbesondere kann eine derartige Bildersequenz auch gut für Remote Diagnostics bzw. Ferndiagnosen zum Einsatz kommen, da das beschränkte Datenvolumen der Bildsequenz einen Transport über größere Entfernungen erlaubt. Alternativ werden Schnitte nicht automatisch vorgegeben, sondern vom Nutzer mittels Schnittinformationen eingegeben. Dies kann mit einem Eingabemittel wie einer Maus oder einer Tastatur geschehen. Die jeweilige Neuberechnung nach einem Schnitt erfolgt bei der Nutzereingabe vorzugsweise „on the fly“ bzw. interaktiv, d.h. durch direktes Rendering.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung und ein Computerprogramm, die für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet sind.
Der Erfindungsgegenstand wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Seitenansicht eines Mammographiegeräts
2 eine Vorderansicht des Mammographiegeräts gemäß 1
3 zwei Auslenkpositionen bei der Bestrahlung mittels eines Mammographiegeräts bei einer Tomosynthese
4a und 4b: die Erfindung in Einsatz bei einer Brustuntersuchung
5 einen v-förmigen Schnitt
6 einen sphärischen Schnitt
7 einen Flow-Chart eines erfindungsgemäßen Verfahrens
In den 1 und 2 sind entsprechend eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines Mammographiegeräts 2 dargestellt. Das Mammographiegerät 2 weist einen als Stativ 4 ausgebildeten Grundkörper und einen von diesem Stativ 4 auskragenden, abgewinkelten Gerätearm 6 auf, an dessen freiem Ende eine als Röntgenstrahler ausgebildete Bestrahlungseinheit 8 angeordnet ist. Auf dem Gerätearm 6 sind weiterhin ein Objekttisch 10 und eine Kompressionseinheit 12 gelagert. Die Kompressionseinheit 12 umfasst ein Kompressionselement 14, das relativ zum Objekttisch 10 entlang einer vertikalen Z-Richtung verschiebbar angeordnet ist, sowie eine Halterung 16 für das Kompressionselement 14. Zum Verfahren der Halterung 16 samt dem Kompressionselement 14 ist hierbei eine Art Liftführung in der Kompressionseinheit 12 vorgesehen. In einem unteren Bereich des Objekttisches 10 ist weiterhin ein Detektor 18 (vgl. 3) angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel ein digitaler Detektor ist.
Das Mammographiegerät 2 ist insbesondere für Tomosynthese-Untersuchungen vorgesehen, bei denen die Strahlungseinheit 8 über einen Winkelbereich um eine zu der Y-Richtung parallel verlaufende Mittelachse M verfahren wird, wie aus 3 ersichtlich ist. Hierbei werden mehrere Projektionen des zwischen dem Objekttisch 10 und dem Kompressionselement 14 positionsfest gehaltenen zu untersuchenden Objekts 20 erhalten.
Bei den Bildaufnahmen aus den unterschiedlichen Winkelstellungen durchdringt ein im Querschnitt konus- oder fächerartiger Röntgenstrahl 21 das Kompressionselement 14, das zu untersuchende Objekt 20 und den Objekttisch 10 und trifft auf den Detektor 18 auf. Der Detektor 18 ist hierbei derart dimensioniert, dass die Bildaufnahmen in einem Winkelbereich zwischen zwei Auslenkpositionen 22a, 22b bei entsprechenden Auslenkwinkeln von –25° bzw. +25° gemacht werden können. Die Auslenkpositionen 22a, 22b sind in der X-Z-Ebene beidseitig von einer Nullposition 23 angeordnet, in der der Röntgenstrahl 21 vertikal auf den Detektor 18 auftrifft. Der flächige Detektor 18 weist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere eine Größe von 24 × 30 cm auf.
Beim Durchlaufen der Bahn vom Punkt 22a zum Punkt 22b werden 25 Aufnahmen gemacht. Aus den aufgenommenen Projektionen wird das untersuchte Objekt 20 rekonstruiert.
Das rekonstruierte Objekt liegt üblicherweise in Form von an Voxeln oder Raumpunkten gegebenen Dichtewerten vor, welche ein Maß für die jeweilige Dichte darstellen. Zur Visualisierung von Objekteigenschaften werden aus den Grauwerten Pixelwerte für die Darstellung auf einem Monitor erzeugt.
Das erfindungsgemäße Vorgehen wird anhand von Tomosynthesedaten näher illustriert. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Volume Rendering mittels Ray Casting vorgenommen wird. Im Zuge des dem Ray Castings werden sogenannte Transferfunktionen verwendet. Die Transferfunktion ordnet dabei den Datenwerten des Volumendatensatzes optische Eigenschaften zu, mit denen sie im geränderten Bild dargestellt werden. Ein bekanntes Beispiel dafür sind Transferfunktionen, die jedem Wert des Volumendatensatzes eine Farbe und eine Opazität (α-Kanal) zuordnen. Gleiche Werte des Volumendatensatzes erhalten dabei die gleiche Farbe und die gleiche Opazität. Zur besseren visuellen Darstellung ist es auch bekannt, die Opazität nicht nur mit dem Datenwert sondern zusätzlich noch mit der Gradientenmagnitude zu modulieren, um so Kanten bzw. Oberflächen deutlicher herauszustellen. Die Gradientenmagnitude entspricht dem Betrag des Gradientenvektors, der in Richtung des stärksten Gradienten vom Datenwert des Voxels zu den Datenwerten der benachbarten Voxel zeigt.
Bei Transferfunktionen, bei welchen Farbwert und Opazität variieren, spricht man auch von RGBA-Transferfunktionen. Zur besseren Illustration wird im Folgenden von einer Transferfunktion T_RGBA (x) ausgegangen, welche als Argument lediglich den Volumenwert bzw. Dichtewert verwendet. Diese Funktion ordnet dem Volumenwert x RGBA-Werte zu. Es wäre auch denkbar, im Zuge eines „Abschmelzens“ nur die Opazität A bzw. α zu variieren. Der jeweilige Ort x entspricht den Abtastpunkten der beim Ray Casting verwendeten Strahlen. Diese Abtastpunkte sind aus den Volumendaten gewonnen. Bei der Darstellung von weichem Gewebe werden häufig Rampenfunktionen verwendet. Dies wird zu besseren Veranschaulichungen auf für die folgende Diskussion angenommen. Im Rahmen des Ray Castings werden Farbwerte und Opazitäten entlang des Strahles akkumuliert, um für das resultierende Pixel auf dem Monitor eine Farbe und Opazität zu generieren. Für das erfindungsgemäße Wegschmelzen von Gewebe wird die Transferfunktion auf der x-Achse nach Maßgabe des Abstandes d des Abtastpunktes zu einer durch einen Schnitt definierten Grenze verschoben. In der Praxis kann der Abstand zu der Grenze mit einem konstanten Faktor t skaliert werden und mit einer „Clamp“-Funktion in den [0,1]-Bereich abgebildet werden, d.h. ds = Clamp(t·d, 0., maxOffset). Dabei ist der maximale Offset (maxOffset) ein Parameter, welcher definiert, ab welchem Abstand von der Grenze Gewebe als völlig transparent dargestellt wird. Die Veränderung der Darstellung bzw. Transferfunktion kann dann derart vorgenommen werden, dass für einen Abtastpunkt s die gesamte Transferfunktion oder lediglich der die Opazität beschreibende Teil statt am Ort x = s am Ort x = s – ds genommen wird, wobei – wie oben definiert – ds ein Maß für den Abstand zur Grenze ist. In dem ersten Fall wäre der verwendete RGBA-Wert durch T_RGBA(s – ds) und im zweiten Fall (nur Veränderung der Opazität) durch T_RGB(s) und Opazität T_A(s – ds) gegeben. Bei einer Rampenfunktion entspräche diese Operation einer Verschiebung dieser Rampenfunktion nach Maßgabe des Abstandes zum Rande.
Im Falle von Brustuntersuchungen in der Mammographie führt dieses Vorgehen zu einer Art simuliertem Schmelzens, bei der dichteres Weichgewebe langsamer geschmolzen wird als Weichgewebe geringerer Dichte. Dichteeigenschaften sind so in der Nähe der durch die Schnitte erzeugten Grenzen als dreidimensionale Strukturen gezeigt. Anders gesagt, das Dichtematerial formt Erhebungen und Vertiefungen auf den Grenzen der Schnittbereiche. Dies ist anhand der Figuren gut zu sehen. Für einen planaren Schnitt mit einer entsprechenden planaren Grenze ist der Effekt des Wegschmelzens von weichem Gewebe in den 4a und 4b gezeigt. Dabei zeigt die 4a einen fast orthogonalen Blick zur xy-Ebene von digitalen Brusttomosynthesedaten. 4b zeigt denselben Datensatz nach Rotation in eine schrägere Lage. Es ist zu sehen, dass das dichtere Gewebe so wie Masse und Gefäße Hügel und Vertiefungen bildet. D.h. es kann eine die dreidimensionale Form solcher Strukturen erfasst werden. Durch Bewegung der Positionen der planaren Grenzfläche kann der Nutzer durch den gesamten Volumendatensatz gehen und 3D-Strukturen in beliebiger Dichte rekonstruieren.
Andere Schnittgeometrien, z.B. ein v-förmiger Schnitt (5) oder eine Sphäre (6) können verwendet werden. Ein typisches Nutzerszenario für einen sphärischen Schnitt würde einem Nutzer erlauben, einen sphärischen Schnittbereich über bzw. durch das weiche Gewebe zu führen. Dabei erscheinen Strukturen dichterer Materie und verschwinden wieder, sofern der Schnittbereich weiter geführt wird. Diese Strukturen sind jeweils am Rande des Schnittbereiches lokalisiert. Dieses Führen von Schnitten oder Bewegen von Schnitten durch das Objekt kann automatisch oder nutzergesteuert folgen.
In 7 ist ein Flow-Chart für zentrale Bestandteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dabei wird ein Volumen mit Hilfe von Volumendaten dargestellt (Schritt 1). Es werden Schnitt-Informationen zur Veränderung der Darstellung des Volumens eingegeben (Schritt 2), woraufhin eine Festlegung eines Schnittbereichs nach Maßgabe der eingegebene Schnitt-Informationen erfolgt (Schritt 3). Für die Darstellung von Volumendaten wird eine dafür ausgewählte Abbildung verwendet (Schritt 4). Diese Abbildung wird gemäß des Abstandes von Punkten des Schnitt-Bereichs zum Schnittbereichsrand verändert (Schritt 5), wodurch die Umgebung des Schnittbereichrands betreffende Informationen besser visualisiert werden können. Dabei können die obigen Schritte zumindest teilweise in anderer Reihenfolge vorgenommen werden.
Die Erfindung wurde im Rahmen des Ausführungsbeispiels für Tomosynthesedaten beschrieben. Sie ist keineswegs auf diesen Fall beschränkt, sondern lässt sich zur Visualisierung jeglicher als Voxel vorliegender Objekte verwenden. Neben medizinischen Anwendungen kommen beispielsweise auch industrielle Anwendungen (z.B. Materialuntersuchungen) in Frage.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20100166267 A1 [0011]
US 20090034684 A1 [0011]
US 7760924 [0011]
US 20090080752 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Darstellung von Eigenschaften eines Objekts als Bild auf einem Display, wobei – das Objekt mittels Volumendaten dargestellt wird, – nach Maßgabe von Schnitt-Informationen innerhalb der Volumendaten zumindest ein Schnittbereich festgelegt wird, – eine Abbildung eines Wertebereichs der Volumendaten für die Darstellung auf dem Display verwendet wird, und – die Abbildung für Volumendaten des Schnittbereichs nach Maßgabe eines Abstandes des Schnittbereichs zu einem an den Schnittbereich angrenzenden Bereich von Volumendaten verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung derart verändert wird, dass zumindest für einen Wertebereich der Volumendaten das Volumen umso transparenter dargestellt wird, je größer der Abstand ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Transparenz des dargestellten Volumens nach Maßgabe der Dichte durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen mittels Ray Casting dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung in Form einer Transferfunktion gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferfunktion die Form einer Rampenfunktion hat.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferfunktion zumindest für Argumente, deren minimaler Abstand zu dem angrenzenden Bereich einen Maximalabstand nicht überschreitet, nach Maßgabe des Abstandes des Arguments von dem angrenzenden Bereich verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abständen, die größer als ein Schwellenwertabstand sind, das Volumen als völlig transparent dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumendaten mittels Tomosynthese gewonnen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnittbereich gemäß eines sphärischen, v-förmigen oder planaren Schnittes festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Richtung gegeben ist, in der die Volumendaten in im Vergleich zu den senkrechten Richtungen dazu geringerer Auflösung vorliegen, und – eine Darstellung mit Blickrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Richtung geringerer Auflösung vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Maßgabe von Objekteigenschaften Schnitt-Informationen automatisch festgelegt werden oder im Rahmen einer Voreinstellung bestimmt sind und wenigstens ein zu den Informationen korrelierender Schnitt automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sequenz von Bildern mit sich unterscheidenden Schnitten erzeugt und abgespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schnitt-Informationen mittels eines Eingabemittels von einem Nutzer eingebbar sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Neuberechnung eines Bildes auf die eine Eingabe von Schnitt-Informationen durch einen Nutzer erzeugt wird.
Vorrichtung zur Darstellung von Eigenschaften eines Objekts als Bild auf einem Display, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–15 ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, umfassend funktionelle Module – zur Darstellung des Objekts mittels Volumendaten, – zur Festlegung zumindest eines Schnittbereichs innerhalb der Volumendaten nach Maßgabe von Schnitt-Informationen, – eine Abbildung eines Wertebereichs der Volumendaten für die Darstellung auf einem Display verwendet wird, und – zur Veränderung einer Abbildung für Volumendaten des Schnittbereichs nach Maßgabe eines Abstandes des Schnittbereichs zu einem an den Schnittbereich angrenzenden Bereich, wobei die Abbildung einen Wertebereichs der Volumendaten für die Darstellung des Schnittbereiches auf dem Display verändert.
Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.