專利名稱：在三維圖像數據中穿行的方法
技術領域：
本發明涉及一種在三維電子圖像數據中穿行的方法。
背景技術：
多于兩個空間維度(2D)的電子圖像數據在不同的應用目標中有著廣泛的應用。三個空間維度(3D)的電子圖像數據例如用于對過程、空間對象的設計和結構進行3D模擬，以及用于對這樣的對象的進行測量技術的采集和光學再現。
一種特殊的應用是成像醫療技術的方法，其中對患者的身體例如借助放射成像方法進行3D檢查，以及為后續的處理步驟采集3D檢查數據。在此，在診斷中可以對特別感興趣的被檢查身體體元、即所謂的熱點(hot spot)進行識別。在核醫學中，熱點表示具有增高的密度的圖像區域，這表明在該區域中存在腫瘤(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圖像數據通過所謂的融合過程綜合在一個共同的顯示中，以獲得更富含信息、更具有說服力的圖像數據組。在融合中，熱點的數據具有特殊的作用，因為它們使得由一種成像方法得到的同一身體體元的圖像數據可以在另一成像方法的圖像數據的上下文中被觀察。這樣融合的圖像數據組包含作為可特殊標記的子圖像數據組的熱點。
對此的一個例子例如是將正電子發射斷層造影(PET)和計算機斷層造影(CT)的圖像數據進行融合。PET數據表示這樣的診斷數據組，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據或功能數據組。PET數據主要構成軟組織部分。而CT數據則還對患者身體的如骨骼結構的解剖特征進行成像，并因此使觀察者可以借助患者的解剖結構得到明顯更好的定向。因此，功能PET數據和CT數據的融合大大簡化了對借助PET識別的熱點的解剖對應。
對所有應用的3D圖像數據的一個特殊問題是有限的光學顯示可能性。通常采用僅能提供有限的3D可視化的2D顯示設備，通常是計算機顯示屏。公知的例如有透視顯示、穿過待顯示的對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象的旋轉顯示。對于3D對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(Volume Rendering Technic，VRT，“體積再現方法”)的技術可供使用。此外，還可采用最大亮度投影(MIP)，其將沿著每條從(虛擬)觀察者出發穿過3D對象延伸的視線上的各個最亮的圖像點定義為2D投影圖像點。或者還可以采用多平面整形(MPR，Multi-PlanareReformatierung)，其中，顯示對象的不同2D投影、例如相互垂直的投影。
對于3D圖像數據的有限光學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象中定向，并由此使得在另一方面難于在數據中穿行。該問題同樣地存在于觀察(例如在診斷分析中)以及產生(例如3D結構)中。
在醫療診斷中存在用于穿行采用功能數據組的旋轉MIP的方法。其缺點在于不能始終唯一地進行解剖對應，例如當兩個熱點非常緊密地相鄰時。因此該方法需要兩級和因此繁瑣的過程首先在旋轉的MIP上設置通過感興趣的熱點的截面(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的位置。只有在這時才有了關于該位置的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據組的工具，其包括2D和3D輸入設備。其中例如建議了一種3D光標對象，借助該光標對象可以選擇立體數據組的子立體；該子立體可以被理解為感興趣區域(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行瀏覽的獨立觀察立體。在其中建議的另一種3D對象是所謂的探查者(Prober)，其表示3D幾何對象、例如立方體。該探查者可如光標一樣被定位。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地瀏覽各個子立體。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種在3D圖像數據中穿行的方法，該方法自動查找和定位特別感興趣的3D子圖像數據組的3D位置以及將其可視化，并由此而使這些變得容易。
本發明的技術問題通過權利要求1的特征來解決。
本發明的基本思想在于，實現一種在3D電子圖像數據組中穿行的方法，其中，所述圖像數據組包含3D子圖像數據組。該方法包括下列方法步驟-光學地顯示一個圖像數據組的至少一個兩維投影，該兩維投影包含至少一個子圖像數據組的一個兩維子投影；-光學地突顯該至少一個兩維子投影；-使該至少一個光學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；-接收對準對至少一個這樣功能化的子投影的選擇的用戶輸入；以及-根據該用戶輸入自動地光學顯示該圖像數據組的至少另一個兩維投影，該另一個兩維投影包含所選擇的子圖像數據組的一個兩維投影。
由此得到的優點是，用戶可以借助常規的2D投影選擇特別感興趣的子圖像數據組，并由此自動獲得該圖像數據組的另一同樣包含該子圖像數據組的投影。該另一投影不必由用戶先通過在原始投影中設置截面來手動產生。在該意義下，子圖像數據組的投影同樣被用作活躍鏈接，例如可以由用戶利用鼠標或其它指示設備來選擇，即被點擊。由此使得可以直觀而簡單地產生標識和確定子圖像數據組的位置所需的截面圖像。
在本發明的一種優選實施方式中，采用由至少兩個原始圖像數據組融合而成的圖像數據組。由此尤其使得用戶在通過融合而擴充了信息含量的圖像數據組中的穿行變得容易。該擴充的信息含量又恰好可以用于自動識別可能感興趣的子圖像數據組，用戶然后可以從這些子圖像數據組中進行手動選擇。
在本發明的另一種優選實施方式中，采用全部來自同一個原始圖像數據組的子圖像數據組。由此可以引入尤其適于標識可能感興趣的子圖像數據組的原始圖像數據組，并且用戶可以自動地知道這些子圖像數據組是在為標識而引入的原始圖像數據組的特殊方面下選擇的。
在本發明的另一種優選實施方式中，作為原始圖像數據組至少引入一個通過計算機斷層造影方法獲得的圖像數據組和一個由正電子發射斷層造影方法獲得的圖像數據組。這種組合在癌癥治療的醫學診斷中尤其有意義，因為CT圖像數據組可使觀察者在患者的解剖中非常好地定向，而PET圖像數據組則尤其適于標識可能被癌癥侵害的身體部分。
本發明的方法可以在計算機上實施，其可以安裝在計算機上，也可以作為可以在計算機上執行或安裝的計算機程序產品實現。
本發明的其它優選實施方式由從屬權利要求和附圖給出。
以下借助附圖對本發明的實施例進行詳述。圖中圖1示出利用3D圖像數據組的2D投影的顯示屏視圖；圖2示出截面和熱點的顯示屏視圖；圖3示出具有熱點的截面的示意性視圖；圖4示出截層和熱點的顯示屏視圖；圖5示出具有熱點的截層的示意性視圖；圖6示出具有隨機的截面圖像的示意性顯示屏視圖；圖7示出具有通過熱點的截面圖像的顯示屏視圖；圖8示出隨機截面的示意性視圖；圖9示出通過熱點的截面的示意性視圖。
具體實施例方式
圖1示出利用3D圖像數據組的2D投影的醫療圖像處理工作位置上的顯示屏視圖。示出了與PET圖像數據組融合的CT圖像數據組。這些圖像數據組是事先記錄的，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數據組例如是包含解剖信息的立體數據組，PET數據組例如是具有功能信息的同一患者的立體數據組。所顯示的投影例如是利用著色方法VRT和MIP獲得的，其例如對于每個醫生是3D立體著色方法；以及利用MPR方法獲得的，其例如對于每個醫生是截面著色。
該方法支持兩種所謂的剪切(Clipping)對象剪切平面(截面)以及厚片(截層定義的厚度)。與此相應地，功能數據組的圖像既可以是(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據組的立體圖像。用戶可以在立體顯示(MIP)和截面圖像顯示(MPR)之間來回轉換。
一個重要的方面還在于所采用的著色方法的可能的參數設置。在VRT中，可以隨時改變CT參數中的顏色、透視性或組織對應，以達到CT數據組的最佳視圖。在MPR或MIP中，可以隨時改變如窗口、彩色LUT、遮蓋(即確定信息組成部分的可視性的閾值)等參數。尤其是遮蓋極其重要，以便使顯示盡可能僅局限于熱點，而數據組的其它包含熱點的信息組成部分則被淡出(“遮蓋”)，以便不會遮蓋太多的CT數據組的解剖信息。此外還可設置描述CT顯示和PET顯示的混合比的混合系數(Blending Faktor)。對于不同的參數設置以下將不再贅述。
示出了具有四個所謂觀察端口(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地在顯示屏分段7中對準和產生的不同投影，可以顯示用戶感興趣的子圖像數據組或熱點，并確定其3D位置。為了更好地定向，觀察端口6提供了可手動操作的PET數據組的旋轉視圖8。
圖2示出具有也是由CT數據和PET數據融合而成的數據組中的截面和熱點的顯示屏視圖1。顯示屏1僅示出了一個觀察端口11，其中用虛線示出通過融合的圖像數據組的截面圖像。觀察端口11中的投影包括一個可在被成像的患者身體的腹部作為光學突顯的圖像部分識別的熱點。該被突顯的圖像部分可由用戶例如通過點擊鼠標進行選擇，以產生其它顯示屏視圖。不需要用戶的其它手動操作，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數據組14和PET數據組15的投影組成的融合圖像數據組的截面13。在PET數據組15中為用戶可識別地光學突顯出熱點19，如通過特別加亮或醒目地著色。對所顯示的截面13這樣定位和定向，使得用戶可以看到熱點19。對熱點19的顯示進行功能化，使得用戶可以手動地、例如通過點擊鼠標對其進行選擇。熱點19相互靠得比較緊密，因此不使用自動方法進行分析。
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別出。此外，在此可參考對圖2和3的描述。
圖6示意性示出具有四個觀察端口3、4、5、11顯示屏視圖1。觀察端口11這樣相應于上述對功能化的投影的描述地顯示，就好象用戶可以例如通過點擊鼠標在截面13中選擇了熱點19。觀察端口3、4、5示出隨機選擇的、不包含熱點19的截面中融合的數據組的截面圖像14、15。熱點19僅包含在截面13的截面圖像17中。對于熱點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19的顯示。
為此，用戶首先選擇上述顯示形式之一，以得到對熱點19的最佳視圖。在觀察端口11中可以在正確的視圖中進行空間旋轉和對截面13的平移，以在熱點19進行聚焦。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點擊來選擇熱點19。通過在熱點19上點擊鼠標觸發所謂的體積提取，使得顯示屏視圖1為用戶自動地在熱點19上進行聚焦。一方面在觀察端口11中使剪切平面13或必要時厚片的重點在融合顯示中平移到所選擇的熱點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到熱點19。由此，為用戶自動產生對于識別熱點19最佳的顯示屏視圖1，而不需要用戶手動地在所有觀察端口3、4、5中用旋轉角和深度來設置適當的投影。在體積提取的結果中，觀察端口3、4、5中的圖像移動到選出的熱點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19，然后可以通過點擊鼠標將所有四個觀察端口3、4、5、6聚焦在熱點19上。
圖7利用與前面的圖相同的附圖標記示出針對用戶選出的熱點19優化的、包含體積提取的結果的顯示屏視圖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19的投影。其余的圖像示出單獨的數據組或融合的數據組的相互參照的截面圖像，它們也分別包含熱點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19延伸的標記線A、B、C示出。由此定位了熱點19，并為用戶進行最佳可視的顯示。
在圖8和圖9中再次示出了以上參照圖6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19的融合的圖像數據組的截面圖像14、15。截面13是隨機定位的并且不包含熱點19的投影。圖9中將截面13這樣平移，使其與熱點19相切并包含融合的圖像數據組的投影17。
權利要求
1.一種在三維電子圖像數據組中穿行的方法，其中，所述圖像數據組包含三維子圖像數據組，該方法包括方法步驟-光學地顯示一個圖像數據組的至少一個兩維投影，該兩維投影包含至少一個子圖像數據組的一個兩維子投影；-光學地突顯該至少一個兩維子投影；-使該至少一個光學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；-接收對準對至少一個這樣功能化的子投影的選擇的用戶輸入；-根據該用戶輸入自動地光學顯示該圖像數據組的至少另一個兩維投影，該兩維投影包含所選擇的子圖像數據組的一個兩維投影。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像數據組通過至少兩個原始圖像數據組的融合構成。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，全部子圖像數據組都來自同一個原始圖像數據組。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述原始圖像數據組包括一個通過計算機斷層造影方法獲得的原始圖像數據組和一個由正電子發射斷層造影方法獲得的原始圖像數據組。
5.一種計算機程序產品，其使得可以在計算機上實施或安裝根據上述權利要求中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種在三維電子圖像數據組中穿行的方法，其中，圖像數據組包含三維子圖像數據組，該方法包括步驟光學地顯示至少一個圖像數據組的兩維投影，該兩維投影包含至少一個子圖像數據組的子投影；光學地突顯該至少一個兩維子投影；接收對準對一特定子投影的選擇的用戶輸入，根據用戶輸入自動光學顯示該圖像數據組的至少另一個兩維投影，該兩維投影包含所選擇的子圖像數據組的一個兩維投影。該方法可用于一個通過至少兩個原始圖像數據組的融合構成的圖像數據組。這些原始圖像數據組尤其可以包括一個計算機斷層造影圖像數據組和一個正電子發射斷層造影圖像數據組。
文檔編號G06T19/00GK1886761SQ200480035377
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月22日 優先權日2003年11月28日
發明者塞巴斯蒂安·布茲, 羅伯特·施奈德 申請人:西門子公司