用于对3D对象进行可视化的设备的制作方法

本发明涉及一种用于对3D对象进行可视化的设备、用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统、用于对3D对象进行可视化的方法、以及用于控制这种设备的计算机程序元件和已经存储了这种计算机程序元件的计算机可读介质。

背景技术：

WO 2005/078666(A1)公开了一种与可变形表面模型的实时用户交互和用于使用可变形表面来分割三维图像中的感兴趣对象的图像处理系统。

EP1 566 772 A2公开了一种X射线计算机断层摄影装置，包括：通过X射线在主体的三维区域中进行扫描的扫描器、存储通过扫描采集的投影数据的存储单元、基于所存储的投影数据生成与三维区域相对应的体积数据的重建处理单元、根据体积数据生成与三个方向的切片平面相关的切片图像数据的MPR处理单元、显示切片图像数据连同表示重建范围的图形元素的显示单元、操作图形元素的操作单元，以及基于所存储的投影数据重建与由图形元素表示的重建范围相对应的断层摄影图像数据的重建处理单元。

在介入程序中，X射线用于帮助医生看到在人类身体内部发生的事情。X射线图像上的对象使用反向透视来投影。这意味着更远离X射线探测器的对象看起来比更靠近X射线探测器的对象更大。诸如切割或剪切平面的用户能够操纵的3D对象也可以使用反向透视来绘制，从而它们对应于X射线图像上的解剖结构。然而，操纵这些反向透视3D对象对于用户可能感觉到是违反直觉的。例如，在反向透视绘制场景中的剪切平面对于人类查看者来说感觉是畸形的。剪切平面看起来好像未与解剖结构上的实际切割平面对准。当用户尝试向后移动剪切平面时，感觉好像其向前移动，反之亦然。

技术实现要素：

因此，存在一种用于对3D对象进行可视化的改进的设备的需要，其允许更容易地操纵3D对象。

本发明的问题通过独立权利要求的主题来解决，其中，其他实施例并入从属权利要求中。应当注意，下文中所描述的本发明的方面也适用于用于对3D对象进行可视化的设备、用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统、用于对3D对象进行可视化的方法、计算机程序元件和计算机可读介质。

根据本发明，提出一种用于对3D对象进行可视化的设备。用于对3D对象进行可视化的设备包括处理单元。处理单元被配置为提供在2D投影平面中的图像。图像可以是例如示出使用反向透视投影的解剖结构的X射线图像。反向投影是一种在其中更远离探测器的对象看起来比更靠近探测器的对象更大的投影。这与正常的人类视觉相反，在正常的人类视觉中，更远的对象看起来比更靠近的对象更小。

根据本发明的处理单元被配置为利用反向投影变换将来自初始平面的初始3D对象投影到图像的2D投影平面中，以实现反向2D对象。如上所述，反向投影变换是一种在其中更远离探测器的对象看起来比更靠近探测器的对象更大的投影变换。换言之，反向投影变换是这样的投影变换：其中消失点位于2D投影平面的另一侧，而不是初始对象一侧。

根据本发明的处理单元还被配置为对反向2D对象进行点镜像，以实现镜像的非反向2D对象。处理单元被配置为将镜像的非反向2D对象投影回初始平面，以提供经校正的3D对象。处理单元被配置为将经校正的3D对象再次投影到图像的2D投影平面，以提供看起来未被反向投影的最终3D对象。

因此，在反向透视投影场景中实现经透视投影的3D对象。换言之，描述了将要操纵的3D对象(例如，剪切平面)的反向投影反转到正常的非反向的透视投影，同时例如图像中的解剖结构维持反向投影。

通过将3D对象的反向投影反转到正常的非反向的透视投影，同时图像中的解剖结构保持反向透视，用户能够容易地操纵3D对象。用户能够自然地和直观地使用并操纵3D对象，就好像用人眼看到的那样。

由于X射线的反向透视投影，本发明能够应用于X射线成像模态。如上所述，图像能够因此是X射线图像。然而，本发明还能够应用于产生反向透视投影图像的任何其它成像模态。

如上所述，图像还可以包括至少一个反向投影的解剖3D结构，其保持反向投影，同时提供看起来未被反向投影的最终对象。

图像还包括上述初始3D对象。初始3D对象能够被理解为可反向的对象。在范例中，初始3D对象位于初始平面中并且具有关于初始3D对象的几何图心对称的形状。

在范例中，初始3D对象是切割平面、剪切平面等。该平面可以是从3D解剖表示的另一部分“切割”3D解剖表示的一部分的平面。因此，初始3D对象所在的初始平面也能够被理解为切割平面。剪切平面能够例如在3D CT/MR/旋转X射线解剖结构被叠加在实时X射线图像顶部上的实况屏幕中使用。

在范例中，用于对3D对象进行可视化的设备包括被配置用于初始3D对象的显示和操纵的接口单元。接口单元可以是具有操纵控件和测量工具的显示器。切割平面能够在接口单元中被可视化为例如矩形3D形状。矩形可以指示用户能够如何以及在何处操纵切割平面。用户能够通过用鼠标拖动平面来例如旋转或移动平面。

在范例中，矩形被绘制为如同其是被透视投影的，同时图像中的解剖结构维持反向透视。然而，当用户将矩形远离相机移动时，矩形将看上去更大而不是更小。这能够随后通过缩放矩形来解决，从而当朝向相机移动时矩形变大。在范例中，处理单元因此被配置为缩放最终的3D对象，使得其在接近相机时放大。随后能够使用反向透视投影，结果连同图像的其余部分一起被绘制。

根据本发明，还提出一种用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统。X射线成像系统包括图像采集单元、显示单元和如上所述的用于对3D对象进行可视化的设备。图像采集单元被配置用于采集将由用于对3D对象进行可视化的设备的上述处理单元提供的图像。显示单元被配置为显示由用于对3D对象进行可视化的设备的上述处理单元提供的最终3D对象。

根据本发明，还提出一种用于对3D对象进行可视化的方法。所述方法包括以下步骤，但不一定按照此顺序：

-提供在2D投影平面中的图像。图像可以是示出例如使用反向透视投影的解剖结构的X射线图像；

-利用反向投影变换将来自初始平面的初始3D对象投影到图像的2D投影平面，以实现反向2D对象。初始3D对象可以是剪切平面。反向投影变换是这样的投影：其中，消失点位于2D投影平面的另一侧，而不是初始对象的一侧。换言之，透视线被反转；

-对反向2D对象进行点镜像，以实现镜像的非反向2D对象；

-将镜像的非反向2D对象投影回初始平面，以提供经校正的3D对象；

-将经校正的3D对象投影到图像的2D投影平面，以提供看起来未被反向投影的最终3D对象；

因此，在反向透视投影场景中实现透视投影的3D对象。换言之，描述了将要被操纵的3D对象的反向投影反转到正常的非反向的透视投影，同时，例如图像中的解剖结构维持反向投影。

根据本发明，还提出一种计算机程序元件，其中，计算机程序元件包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当计算机程序在控制在如独立设备权利要求中所定义的用于对3D对象进行可视化的计算机上运行时使得用于对3D对象进行可视化的设备执行用于对3D对象进行可视化的方法的步骤。

应当理解，根据独立权利要求的用于对3D对象进行可视化的设备、用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统、用于对3D对象进行可视化的方法、计算机程序元件和计算机可读介质具有类似的和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所定义的。参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐明。

附图说明

在下文中将参考附图描述本发明的范例性实施例：

图1示出了根据本发明的用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统1的实施例的范例的示意图。

图2a至2d示意性并且范例性地示出了根据本发明的3D对象的可视化的实施例。

图3a至3e示意性并且范例性地示出了根据本发明的3D对象的可视化的实施例。

图4示出了用于对3D对象进行可视化的方法的范例的基本步骤。

具体实施方式

图1示意性并且范例性地示出了根据本发明的用于对3D对象进行可视化的X射线成像系统1的实施例。X射线成像系统1包括用于对3D对象进行可视化的设备10、图像采集单元2和显示单元3。

用于对3D对象进行可视化的设备10包括处理单元11。图像采集单元2采集将由用于对3D对象进行可视化的设备10的处理单元11提供的图像。显示单元3显示由处理单元11提供的最终3D对象28(图2中所示)。

用于对3D对象进行可视化的设备10还包括用于初始3D对象22(图2中所示)的显示和操纵的接口单元12。接口单元12可以是上述显示单元3或独立的设备。

用于对3D对象进行可视化的设备10的处理单元11提供在2D投影平面23(图2中所示)中的图像。这里，图像是示出反向投影的解剖3D结构的X射线图像。反向投影是一种在其中更远离探测器的对象看起来比更靠近探测器的对象更大的投影。这与正常的人类生活相反，在正常的人类生活中，更远离的对象看起来比更靠近的对象更小。

如图2a中所示，处理单元11利用反向投影变换(由箭头示出)将初始平面27中的初始3D对象22(这里示出为2D)投影到图像的2D投影平面23中，以实现反向2D对象24。初始3D对象22(在图2a中示为2D)是可以将3D解剖结构切割成两个部分的矩形3D形状。矩形可以指示用户能够如何操纵切割平面。初始3D对象22位于初始平面27内，并且具有关于初始3D对象的几何图心对称的形状。如上所述，反向投影变换是一种在其中更远离探测器的对象看起来比更靠近探测器的对象更大的投影变换。换言之，反向投影变换是这样的投影变换：其中，消失点是在2D投影平面23的另一侧，而不是在初始对象22一侧。

如图2b中所示，处理单元11对反向2D对象24的所有点进行点镜像(由箭头示出)，以实现看起来被反转的镜像的非反向2D对象25。如图2c中所示，处理单元11随后将镜像的非反向2D对象25投影回初始平面27，以提供经校正的3D对象26。随后，经校正的3D对象26仍然与初始平面27对准，但现在已经变形，从而使得使用反向透视投影将其投影回图像的2D投影平面23产生看起来未被反向投影的透视投影的最终3D对象28。

因此，在反向透视投影场景中实现透视投影的最终3D对象28。通过将3D对象的反向投影反转到正常的非反向的透视投影，同时图像中的解剖结构保持反向透视，用户能够容易地操纵3D对象，就好像用人眼看到的那样。

在图2c中，最终3D对象或矩形28(这里以2D示出)被绘制为如同被透视投影，同时图像中的解剖结构维持反向透视。然而，当用户将矩形28远离相机移动时，矩形28将显得更大而不是更小。如图2d中所示，这能够随后通过缩放矩形28来解决，使得当朝向用户或相机移动时其变大。处理单元11因此缩放最终3D对象28，使得其在接近相机时放大。使用反向透视投影，结果随后能够连同图像的其余部分一起被绘制。

图3a示出了在平行2D投影中并被反向投影以实现在图3b中示出的反向2D平面24的初始3D对象22。反向2D平面被点镜像，以实现点镜像的非反向2D平面25，其使得平面看起来如在图3c中所示的被透视投影。看起来点镜像的非反向的2D平面25随后以平行投影被投影回原始3D平面，以提供图3d中所示的经校正的3D对象26。如在图3e中所示，经校正的对象随后使用透视投影来绘制，产生具有针对立方体的反向透视投影和针对最终3D对象28的透视投影的图像。

图4示出了用于对3D对象进行可视化的方法的步骤的示意性概述。所述方法包括以下步骤，但不一定按照此顺序：

-提供在2D投影平面23中的图像；

-利用反向投影变换将来自初始平面27的初始3D对象22投影到图像的2D投影平面23，以实现反向2D对象24。反向投影变换是这样的投影：其中，消失点位于2D投影平面23的另一侧，而不是初始对象的一侧；

-对反向2D对象24进行点镜像，以实现镜像的非反向2D对象25；

-将镜像的非反向2D对象25投影回初始平面27，以提供经校正的3D对象26；

-将经校正的3D对象26投影到图像的2D投影平面23，以提供看起来未被反向投影的最终3D对象28。

因此，在反向透视投影场景中实现透视投影3D对象。换言之，描述了将要被操纵的3D对象(例如，剪切平面)的反向投影反转到正常的非反向的透视投影，同时，例如图像中的解剖结构维持反向投影。

在本发明的另一范例性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序元件，其特征在于，适于在适当的系统上执行根据前述实施例之一的方法的方法步骤。

计算机程序元件可以因此被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上述装置的组件。计算单元能够适于自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器可以因此被配备为执行本发明的方法。

本发明的该范例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及通过将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。

更进一步地，计算机程序元件可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的范例性实施例的过程。

根据本发明的其他范例性实施例，提出一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序元件，所述计算机程序元件由前面的章节描述。

计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式被分布，诸如经由互联网或其他有线或无线的通信系统。

然而，计算机程序也可以被呈现在网络上，如万维网，并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他范例性实施例，提供用于使计算机程序可用于下载的介质，所述计算机程序元件被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个的方法。

必须指出，已经参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地，参考方法类型权利要求对一些实施例进行了描述，而参考设备类型权利要求对其他实施例进行了描述。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加和的协同效果。

尽管在附图和前面的描述中已经对本发明进行了详细的图示和描述，但是这种图示和描述应当被认为是图示性的或范例性的，而非限制性的。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记不应被解读为对范围的限制。