專利名稱：在三維圖像數(shù)據(jù)中穿行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在三維電子圖像數(shù)據(jù)中穿行的方法。
背景技術(shù)：
多于兩個(gè)空間維度(2D)的電子圖像數(shù)據(jù)在不同的應(yīng)用目標(biāo)中有著廣泛的應(yīng)用。三個(gè)空間維度(3D)的電子圖像數(shù)據(jù)例如用于對(duì)過程、空間對(duì)象的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D模擬，以及用于對(duì)這樣的對(duì)象的進(jìn)行測(cè)量技術(shù)的采集和光學(xué)再現(xiàn)。
一種特殊的應(yīng)用是成像醫(yī)療技術(shù)的方法，其中對(duì)患者的身體例如借助放射成像方法進(jìn)行3D檢查，以及為后續(xù)的處理步驟采集3D檢查數(shù)據(jù)。在此，在診斷中可以對(duì)特別感興趣的被檢查身體體元、即所謂的熱點(diǎn)(hot spot)進(jìn)行識(shí)別。在核醫(yī)學(xué)中，熱點(diǎn)表示具有增高的密度的圖像區(qū)域，這表明在該區(qū)域中存在腫瘤(增高的組織活躍性)。另一方面，還可以將利用不同成像方法獲得的同一身體的3D圖像數(shù)據(jù)通過所謂的融合過程綜合在一個(gè)共同的顯示中，以獲得更富含信息、更具有說服力的圖像數(shù)據(jù)組。在融合中，熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有特殊的作用，因?yàn)樗鼈兪沟糜梢环N成像方法得到的同一身體體元的圖像數(shù)據(jù)可以在另一成像方法的圖像數(shù)據(jù)的上下文中被觀察。這樣融合的圖像數(shù)據(jù)組包含作為可特殊標(biāo)記的子圖像數(shù)據(jù)組的熱點(diǎn)。
對(duì)此的一個(gè)例子例如是將正電子發(fā)射斷層造影(PET)和計(jì)算機(jī)斷層造影(CT)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。PET數(shù)據(jù)表示這樣的診斷數(shù)據(jù)組，其包含患者身體特定代謝功能的信息，并因此也被稱為功能圖像數(shù)據(jù)或功能數(shù)據(jù)組。PET數(shù)據(jù)主要構(gòu)成軟組織部分。而CT數(shù)據(jù)則還對(duì)患者身體的如骨骼結(jié)構(gòu)的解剖特征進(jìn)行成像，并因此使觀察者可以借助患者的解剖結(jié)構(gòu)得到明顯更好的定向。因此，功能PET數(shù)據(jù)和CT數(shù)據(jù)的融合大大簡化了對(duì)借助PET識(shí)別的熱點(diǎn)的解剖對(duì)應(yīng)。
對(duì)所有應(yīng)用的3D圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)特殊問題是有限的光學(xué)顯示可能性。通常采用僅能提供有限的3D可視化的2D顯示設(shè)備，通常是計(jì)算機(jī)顯示屏。公知的例如有透視顯示、穿過待顯示的對(duì)象的平面的截面圖像、或者部分透明或完全整體可視化的對(duì)象的旋轉(zhuǎn)顯示。對(duì)于3D對(duì)象的可視化已有一系列的可按照上述方式使用的、被稱為體積著色技術(shù)(Volume Rendering Technic，VRT，“體積再現(xiàn)方法”)的技術(shù)可供使用。此外，還可采用最大亮度投影(MIP)，其將沿著每條從(虛擬)觀察者出發(fā)穿過3D對(duì)象延伸的視線上的各個(gè)最亮的圖像點(diǎn)定義為2D投影圖像點(diǎn)。或者還可以采用多平面整形(MPR，Multi-PlanareReformatierung)，其中，顯示對(duì)象的不同2D投影、例如相互垂直的投影。
對(duì)于3D圖像數(shù)據(jù)的有限光學(xué)顯示可能性一方面由于觀察者無法直接獲得深度信息而難于在顯示的對(duì)象中定向，并由此使得在另一方面難于在數(shù)據(jù)中穿行。該問題同樣地存在于觀察(例如在診斷分析中)以及產(chǎn)生(例如3D結(jié)構(gòu))中。
在醫(yī)療診斷中存在用于穿行采用功能數(shù)據(jù)組的旋轉(zhuǎn)MIP的方法。其缺點(diǎn)在于不能始終唯一地進(jìn)行解剖對(duì)應(yīng)，例如當(dāng)兩個(gè)熱點(diǎn)非常緊密地相鄰時(shí)。因此該方法需要兩級(jí)和因此繁瑣的過程首先在旋轉(zhuǎn)的MIP上設(shè)置通過感興趣的熱點(diǎn)的截面(1D信息)，然后必須額外地顯示該截面并在該截面中取得熱點(diǎn)的位置。只有在這時(shí)才有了關(guān)于該位置的3D信息。
在M.Jahnke的碩士論文“3D-EXPLORATION VON VOLUMENDATEN；Werkzeuge zur interaktiven Erkundung medizinischer Bilddaten”(1998.10.21)中公開了一種用于瀏覽立體數(shù)據(jù)組的工具，其包括2D和3D輸入設(shè)備。其中例如建議了一種3D光標(biāo)對(duì)象，借助該光標(biāo)對(duì)象可以選擇立體數(shù)據(jù)組的子立體；該子立體可以被理解為感興趣區(qū)域(Region of Interest，ROI)或感興趣體素(Voxelof Interest，VOI)。這樣選出的子立體還可用作在其中進(jìn)行瀏覽的獨(dú)立觀察立體。在其中建議的另一種3D對(duì)象是所謂的探查者(Prober)，其表示3D幾何對(duì)象、例如立方體。該探查者可如光標(biāo)一樣被定位。探查者用于確定由其包圍的各立體的掃描值；在立方體的情況下，掃描值可以是在該立方體表面上的立體的2D投影。在M.Jahnke的論文中建議的工具用于手動(dòng)地瀏覽各個(gè)子立體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在3D圖像數(shù)據(jù)中穿行的方法，該方法自動(dòng)查找和定位特別感興趣的3D子圖像數(shù)據(jù)組的3D位置以及將其可視化，并由此而使這些變得容易。
本發(fā)明的技術(shù)問題通過權(quán)利要求1的特征來解決。
本發(fā)明的基本思想在于，實(shí)現(xiàn)一種在3D電子圖像數(shù)據(jù)組中穿行的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)組包含3D子圖像數(shù)據(jù)組。該方法包括下列方法步驟-光學(xué)地顯示一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組的至少一個(gè)兩維投影，該兩維投影包含至少一個(gè)子圖像數(shù)據(jù)組的一個(gè)兩維子投影；-光學(xué)地突顯該至少一個(gè)兩維子投影；-使該至少一個(gè)光學(xué)地突顯的子投影這樣功能化，使得能夠通過用戶輸入選擇該子投影；-接收對(duì)準(zhǔn)對(duì)至少一個(gè)這樣功能化的子投影的選擇的用戶輸入；以及-根據(jù)該用戶輸入自動(dòng)地光學(xué)顯示該圖像數(shù)據(jù)組的至少另一個(gè)兩維投影，該另一個(gè)兩維投影包含所選擇的子圖像數(shù)據(jù)組的一個(gè)兩維投影。
由此得到的優(yōu)點(diǎn)是，用戶可以借助常規(guī)的2D投影選擇特別感興趣的子圖像數(shù)據(jù)組，并由此自動(dòng)獲得該圖像數(shù)據(jù)組的另一同樣包含該子圖像數(shù)據(jù)組的投影。該另一投影不必由用戶先通過在原始投影中設(shè)置截面來手動(dòng)產(chǎn)生。在該意義下，子圖像數(shù)據(jù)組的投影同樣被用作活躍鏈接，例如可以由用戶利用鼠標(biāo)或其它指示設(shè)備來選擇，即被點(diǎn)擊。由此使得可以直觀而簡單地產(chǎn)生標(biāo)識(shí)和確定子圖像數(shù)據(jù)組的位置所需的截面圖像。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，采用由至少兩個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)組融合而成的圖像數(shù)據(jù)組。由此尤其使得用戶在通過融合而擴(kuò)充了信息含量的圖像數(shù)據(jù)組中的穿行變得容易。該擴(kuò)充的信息含量又恰好可以用于自動(dòng)識(shí)別可能感興趣的子圖像數(shù)據(jù)組，用戶然后可以從這些子圖像數(shù)據(jù)組中進(jìn)行手動(dòng)選擇。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，采用全部來自同一個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)組的子圖像數(shù)據(jù)組。由此可以引入尤其適于標(biāo)識(shí)可能感興趣的子圖像數(shù)據(jù)組的原始圖像數(shù)據(jù)組，并且用戶可以自動(dòng)地知道這些子圖像數(shù)據(jù)組是在為標(biāo)識(shí)而引入的原始圖像數(shù)據(jù)組的特殊方面下選擇的。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，作為原始圖像數(shù)據(jù)組至少引入一個(gè)通過計(jì)算機(jī)斷層造影方法獲得的圖像數(shù)據(jù)組和一個(gè)由正電子發(fā)射斷層造影方法獲得的圖像數(shù)據(jù)組。這種組合在癌癥治療的醫(yī)學(xué)診斷中尤其有意義，因?yàn)镃T圖像數(shù)據(jù)組可使觀察者在患者的解剖中非常好地定向，而PET圖像數(shù)據(jù)組則尤其適于標(biāo)識(shí)可能被癌癥侵害的身體部分。
本發(fā)明的方法可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)施，其可以安裝在計(jì)算機(jī)上，也可以作為可以在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或安裝的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求和附圖給出。


以下借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。圖中圖1示出利用3D圖像數(shù)據(jù)組的2D投影的顯示屏視圖；圖2示出截面和熱點(diǎn)的顯示屏視圖；圖3示出具有熱點(diǎn)的截面的示意性視圖；圖4示出截層和熱點(diǎn)的顯示屏視圖；圖5示出具有熱點(diǎn)的截層的示意性視圖；圖6示出具有隨機(jī)的截面圖像的示意性顯示屏視圖；圖7示出具有通過熱點(diǎn)的截面圖像的顯示屏視圖；圖8示出隨機(jī)截面的示意性視圖；圖9示出通過熱點(diǎn)的截面的示意性視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出利用3D圖像數(shù)據(jù)組的2D投影的醫(yī)療圖像處理工作位置上的顯示屏視圖。示出了與PET圖像數(shù)據(jù)組融合的CT圖像數(shù)據(jù)組。這些圖像數(shù)據(jù)組是事先記錄的，即是比例和位置正確地相互定向的并且包含所有3D信息。CT數(shù)據(jù)組例如是包含解剖信息的立體數(shù)據(jù)組，PET數(shù)據(jù)組例如是具有功能信息的同一患者的立體數(shù)據(jù)組。所顯示的投影例如是利用著色方法VRT和MIP獲得的，其例如對(duì)于每個(gè)醫(yī)生是3D立體著色方法；以及利用MPR方法獲得的，其例如對(duì)于每個(gè)醫(yī)生是截面著色。
該方法支持兩種所謂的剪切(Clipping)對(duì)象剪切平面(截面)以及厚片(截層定義的厚度)。與此相應(yīng)地，功能數(shù)據(jù)組的圖像既可以是(在剪切平面或厚片的截面上成像的)截面圖像，也可以是在剪切平面或厚片中恰好如投影的解剖數(shù)據(jù)組的立體圖像。用戶可以在立體顯示(MIP)和截面圖像顯示(MPR)之間來回轉(zhuǎn)換。
一個(gè)重要的方面還在于所采用的著色方法的可能的參數(shù)設(shè)置。在VRT中，可以隨時(shí)改變CT參數(shù)中的顏色、透視性或組織對(duì)應(yīng)，以達(dá)到CT數(shù)據(jù)組的最佳視圖。在MPR或MIP中，可以隨時(shí)改變?nèi)绱翱凇⒉噬獿UT、遮蓋(即確定信息組成部分的可視性的閾值)等參數(shù)。尤其是遮蓋極其重要，以便使顯示盡可能僅局限于熱點(diǎn)，而數(shù)據(jù)組的其它包含熱點(diǎn)的信息組成部分則被淡出(“遮蓋”)，以便不會(huì)遮蓋太多的CT數(shù)據(jù)組的解剖信息。此外還可設(shè)置描述CT顯示和PET顯示的混合比的混合系數(shù)(Blending Faktor)。對(duì)于不同的參數(shù)設(shè)置以下將不再贅述。
示出了具有四個(gè)所謂觀察端口(Viewport)3、4、5、6(即顯示屏分段)的顯示屏1，這些觀察端口可以分別顯示不同的截面或截層。借助這些須由用戶利用工具和按鈕手動(dòng)地在顯示屏分段7中對(duì)準(zhǔn)和產(chǎn)生的不同投影，可以顯示用戶感興趣的子圖像數(shù)據(jù)組或熱點(diǎn)，并確定其3D位置。為了更好地定向，觀察端口6提供了可手動(dòng)操作的PET數(shù)據(jù)組的旋轉(zhuǎn)視圖8。
圖2示出具有也是由CT數(shù)據(jù)和PET數(shù)據(jù)融合而成的數(shù)據(jù)組中的截面和熱點(diǎn)的顯示屏視圖1。顯示屏1僅示出了一個(gè)觀察端口11，其中用虛線示出通過融合的圖像數(shù)據(jù)組的截面圖像。觀察端口11中的投影包括一個(gè)可在被成像的患者身體的腹部作為光學(xué)突顯的圖像部分識(shí)別的熱點(diǎn)。該被突顯的圖像部分可由用戶例如通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行選擇，以產(chǎn)生其它顯示屏視圖。不需要用戶的其它手動(dòng)操作，因此顯示屏分段7中僅包含較少的按鈕和工具。
圖3示意性示出上述成像的投影。其示出通過由CT數(shù)據(jù)組14和PET數(shù)據(jù)組15的投影組成的融合圖像數(shù)據(jù)組的截面13。在PET數(shù)據(jù)組15中為用戶可識(shí)別地光學(xué)突顯出熱點(diǎn)19，如通過特別加亮或醒目地著色。對(duì)所顯示的截面13這樣定位和定向，使得用戶可以看到熱點(diǎn)19。對(duì)熱點(diǎn)19的顯示進(jìn)行功能化，使得用戶可以手動(dòng)地、例如通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)對(duì)其進(jìn)行選擇。熱點(diǎn)19相互靠得比較緊密，因此不使用自動(dòng)方法進(jìn)行分析。
圖4和圖5所示出的與圖2和圖3相似，因此采用相同的附圖標(biāo)記。但其中代之以截面(剪切平面)顯示了截層16(厚片)，可在圖5的顯示中作為盒子識(shí)別出。此外，在此可參考對(duì)圖2和3的描述。
圖6示意性示出具有四個(gè)觀察端口3、4、5、11顯示屏視圖1。觀察端口11這樣相應(yīng)于上述對(duì)功能化的投影的描述地顯示，就好象用戶可以例如通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)在截面13中選擇了熱點(diǎn)19。觀察端口3、4、5示出隨機(jī)選擇的、不包含熱點(diǎn)19的截面中融合的數(shù)據(jù)組的截面圖像14、15。熱點(diǎn)19僅包含在截面13的截面圖像17中。對(duì)于熱點(diǎn)19的確切定位，必須選擇還在觀察端口3、4、5的其它的不同投影中示出熱點(diǎn)19的顯示。
為此，用戶首先選擇上述顯示形式之一，以得到對(duì)熱點(diǎn)19的最佳視圖。在觀察端口11中可以在正確的視圖中進(jìn)行空間旋轉(zhuǎn)和對(duì)截面13的平移，以在熱點(diǎn)19進(jìn)行聚焦。在該穿行圖像上可以直接獲得3D深度信息，該信息使得可以利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊來選擇熱點(diǎn)19。通過在熱點(diǎn)19上點(diǎn)擊鼠標(biāo)觸發(fā)所謂的體積提取，使得顯示屏視圖1為用戶自動(dòng)地在熱點(diǎn)19上進(jìn)行聚焦。一方面在觀察端口11中使剪切平面13或必要時(shí)厚片的重點(diǎn)在融合顯示中平移到所選擇的熱點(diǎn)19中，另一方面在其它觀察端口3、4、5中顯示的所有其它圖像在顯示屏上同樣移動(dòng)到熱點(diǎn)19。由此，為用戶自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)于識(shí)別熱點(diǎn)19最佳的顯示屏視圖1，而不需要用戶手動(dòng)地在所有觀察端口3、4、5中用旋轉(zhuǎn)角和深度來設(shè)置適當(dāng)?shù)耐队?。在體積提取的結(jié)果中，觀察端口3、4、5中的圖像移動(dòng)到選出的熱點(diǎn)19，觀察端口11中的截面13也同樣如此。
因此可以非常簡單地在觀察端口11中查找熱點(diǎn)19，然后可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)將所有四個(gè)觀察端口3、4、5、6聚焦在熱點(diǎn)19上。
圖7利用與前面的圖相同的附圖標(biāo)記示出針對(duì)用戶選出的熱點(diǎn)19優(yōu)化的、包含體積提取的結(jié)果的顯示屏視圖1。在觀察端口11這樣定位截面13，使得截面圖像17示出連同熱點(diǎn)19的投影。其余的圖像示出單獨(dú)的數(shù)據(jù)組或融合的數(shù)據(jù)組的相互參照的截面圖像，它們也分別包含熱點(diǎn)19。這些截面圖像相互參照，這通過穿過所有觀察端口3、4、5并通過選出的熱點(diǎn)19延伸的標(biāo)記線A、B、C示出。由此定位了熱點(diǎn)19，并為用戶進(jìn)行最佳可視的顯示。
在圖8和圖9中再次示出了以上參照?qǐng)D6和7中的觀察端口11描述的聚焦過程。圖8中示出包含熱點(diǎn)19的融合的圖像數(shù)據(jù)組的截面圖像14、15。截面13是隨機(jī)定位的并且不包含熱點(diǎn)19的投影。圖9中將截面13這樣平移，使其與熱點(diǎn)19相切并包含融合的圖像數(shù)據(jù)組的投影17。
權(quán)利要求
1.一種在三維電子圖像數(shù)據(jù)組中穿行的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)組包含三維子圖像數(shù)據(jù)組，該方法包括方法步驟-光學(xué)地顯示一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組的至少一個(gè)兩維投影，該兩維投影包含至少一個(gè)子圖像數(shù)據(jù)組的一個(gè)兩維子投影；-光學(xué)地突顯該至少一個(gè)兩維子投影；-使該至少一個(gè)光學(xué)地突顯的子投影這樣功能化，使得能夠通過用戶輸入選擇該子投影；-接收對(duì)準(zhǔn)對(duì)至少一個(gè)這樣功能化的子投影的選擇的用戶輸入；-根據(jù)該用戶輸入自動(dòng)地光學(xué)顯示該圖像數(shù)據(jù)組的至少另一個(gè)兩維投影，該兩維投影包含所選擇的子圖像數(shù)據(jù)組的一個(gè)兩維投影。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)組通過至少兩個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)組的融合構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，全部子圖像數(shù)據(jù)組都來自同一個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述原始圖像數(shù)據(jù)組包括一個(gè)通過計(jì)算機(jī)斷層造影方法獲得的原始圖像數(shù)據(jù)組和一個(gè)由正電子發(fā)射斷層造影方法獲得的原始圖像數(shù)據(jù)組。
5.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其使得可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)施或安裝根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在三維電子圖像數(shù)據(jù)組中穿行的方法，其中，圖像數(shù)據(jù)組包含三維子圖像數(shù)據(jù)組，該方法包括步驟光學(xué)地顯示至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組的兩維投影，該兩維投影包含至少一個(gè)子圖像數(shù)據(jù)組的子投影；光學(xué)地突顯該至少一個(gè)兩維子投影；接收對(duì)準(zhǔn)對(duì)一特定子投影的選擇的用戶輸入，根據(jù)用戶輸入自動(dòng)光學(xué)顯示該圖像數(shù)據(jù)組的至少另一個(gè)兩維投影，該兩維投影包含所選擇的子圖像數(shù)據(jù)組的一個(gè)兩維投影。該方法可用于一個(gè)通過至少兩個(gè)原始圖像數(shù)據(jù)組的融合構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)組。這些原始圖像數(shù)據(jù)組尤其可以包括一個(gè)計(jì)算機(jī)斷層造影圖像數(shù)據(jù)組和一個(gè)正電子發(fā)射斷層造影圖像數(shù)據(jù)組。
文檔編號(hào)G06T19/00GK1886761SQ200480035377
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·布茲, 羅伯特·施奈德 申請(qǐng)人:西門子公司