专利名称：在三维图像数据中穿行的方法
技术领域：
本发明涉及一种在三维电子图像数据中穿行的方法。
背景技术：
多于两个空间维度(2D)的电子图像数据在不同的应用目标中有着广泛的应用。三个空间维度(3D)的电子图像数据例如用于对过程、空间对象的设计和结构进行3D模拟，以及用于对这样的对象的进行测量技术的采集和光学再现。
一种特殊的应用是成像医疗技术的方法，其中对患者的身体例如借助放射成像方法进行3D检查，以及为后续的处理步骤采集3D检查数据。在此，在诊断中可以对特别感兴趣的被检查身体体元、即所谓的热点(hot spot)进行识别。在核医学中，热点表示具有增高的密度的图像区域，这表明在该区域中存在肿瘤(增高的组织活跃性)。另一方面，还可以将利用不同成像方法获得的同一身体的3D图像数据通过所谓的融合过程综合在一个共同的显示中，以获得更富含信息、更具有说服力的图像数据组。在融合中，热点的数据具有特殊的作用，因为它们使得由一种成像方法得到的同一身体体元的图像数据可以在另一成像方法的图像数据的上下文中被观察。这样融合的图像数据组包含作为可特殊标记的子图像数据组的热点。
对此的一个例子例如是将正电子发射断层造影(PET)和计算机断层造影(CT)的图像数据进行融合。PET数据表示这样的诊断数据组，其包含患者身体特定代谢功能的信息，并因此也被称为功能图像数据或功能数据组。PET数据主要构成软组织部分。而CT数据则还对患者身体的如骨骼结构的解剖特征进行成像，并因此使观察者可以借助患者的解剖结构得到明显更好的定向。因此，功能PET数据和CT数据的融合大大简化了对借助PET识别的热点的解剖对应。
对所有应用的3D图像数据的一个特殊问题是有限的光学显示可能性。通常采用仅能提供有限的3D可视化的2D显示设备，通常是计算机显示屏。公知的例如有透视显示、穿过待显示的对象的平面的截面图像、或者部分透明或完全整体可视化的对象的旋转显示。对于3D对象的可视化已有一系列的可按照上述方式使用的、被称为体积着色技术(Volume Rendering Technic，VRT，“体积再现方法”)的技术可供使用。此外，还可采用最大亮度投影(MIP)，其将沿着每条从(虚拟)观察者出发穿过3D对象延伸的视线上的各个最亮的图像点定义为2D投影图像点。或者还可以采用多平面整形(MPR，Multi-PlanareReformatierung)，其中，显示对象的不同2D投影、例如相互垂直的投影。
对于3D图像数据的有限光学显示可能性一方面由于观察者无法直接获得深度信息而难于在显示的对象中定向，并由此使得在另一方面难于在数据中穿行。该问题同样地存在于观察(例如在诊断分析中)以及产生(例如3D结构)中。
在医疗诊断中存在用于穿行采用功能数据组的旋转MIP的方法。其缺点在于不能始终唯一地进行解剖对应，例如当两个热点非常紧密地相邻时。因此该方法需要两级和因此繁琐的过程首先在旋转的MIP上设置通过感兴趣的热点的截面(1D信息)，然后必须额外地显示该截面并在该截面中取得热点的位置。只有在这时才有了关于该位置的3D信息。
在M.Jahnke的硕士论文“3D-EXPLORATION VON VOLUMENDATEN；Werkzeuge zur interaktiven Erkundung medizinischer Bilddaten”(1998.10.21)中公开了一种用于浏览立体数据组的工具，其包括2D和3D输入设备。其中例如建议了一种3D光标对象，借助该光标对象可以选择立体数据组的子立体；该子立体可以被理解为感兴趣区域(Region of Interest，ROI)或感兴趣体素(Voxelof Interest，VOI)。这样选出的子立体还可用作在其中进行浏览的独立观察立体。在其中建议的另一种3D对象是所谓的探查者(Prober)，其表示3D几何对象、例如立方体。该探查者可如光标一样被定位。探查者用于确定由其包围的各立体的扫描值；在立方体的情况下，扫描值可以是在该立方体表面上的立体的2D投影。在M.Jahnke的论文中建议的工具用于手动地浏览各个子立体。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在3D图像数据中穿行的方法，该方法自动查找和定位特别感兴趣的3D子图像数据组的3D位置以及将其可视化，并由此而使这些变得容易。
本发明的技术问题通过权利要求1的特征来解决。
本发明的基本思想在于，实现一种在3D电子图像数据组中穿行的方法，其中，所述图像数据组包含3D子图像数据组。该方法包括下列方法步骤-光学地显示一个图像数据组的至少一个两维投影，该两维投影包含至少一个子图像数据组的一个两维子投影；-光学地突显该至少一个两维子投影；-使该至少一个光学地突显的子投影这样功能化，使得能够通过用户输入选择该子投影；-接收对准对至少一个这样功能化的子投影的选择的用户输入；以及-根据该用户输入自动地光学显示该图像数据组的至少另一个两维投影，该另一个两维投影包含所选择的子图像数据组的一个两维投影。
由此得到的优点是，用户可以借助常规的2D投影选择特别感兴趣的子图像数据组，并由此自动获得该图像数据组的另一同样包含该子图像数据组的投影。该另一投影不必由用户先通过在原始投影中设置截面来手动产生。在该意义下，子图像数据组的投影同样被用作活跃链接，例如可以由用户利用鼠标或其它指示设备来选择，即被点击。由此使得可以直观而简单地产生标识和确定子图像数据组的位置所需的截面图像。
在本发明的一种优选实施方式中，采用由至少两个原始图像数据组融合而成的图像数据组。由此尤其使得用户在通过融合而扩充了信息含量的图像数据组中的穿行变得容易。该扩充的信息含量又恰好可以用于自动识别可能感兴趣的子图像数据组，用户然后可以从这些子图像数据组中进行手动选择。
在本发明的另一种优选实施方式中，采用全部来自同一个原始图像数据组的子图像数据组。由此可以引入尤其适于标识可能感兴趣的子图像数据组的原始图像数据组，并且用户可以自动地知道这些子图像数据组是在为标识而引入的原始图像数据组的特殊方面下选择的。
在本发明的另一种优选实施方式中，作为原始图像数据组至少引入一个通过计算机断层造影方法获得的图像数据组和一个由正电子发射断层造影方法获得的图像数据组。这种组合在癌症治疗的医学诊断中尤其有意义，因为CT图像数据组可使观察者在患者的解剖中非常好地定向，而PET图像数据组则尤其适于标识可能被癌症侵害的身体部分。
本发明的方法可以在计算机上实施，其可以安装在计算机上，也可以作为可以在计算机上执行或安装的计算机程序产品实现。
本发明的其它优选实施方式由从属权利要求和附图给出。
以下借助附图对本发明的实施例进行详述。图中图1示出利用3D图像数据组的2D投影的显示屏视图；图2示出截面和热点的显示屏视图；图3示出具有热点的截面的示意性视图；图4示出截层和热点的显示屏视图；图5示出具有热点的截层的示意性视图；图6示出具有随机的截面图像的示意性显示屏视图；图7示出具有通过热点的截面图像的显示屏视图；图8示出随机截面的示意性视图；图9示出通过热点的截面的示意性视图。
具体实施例方式
图1示出利用3D图像数据组的2D投影的医疗图像处理工作位置上的显示屏视图。示出了与PET图像数据组融合的CT图像数据组。这些图像数据组是事先记录的，即是比例和位置正确地相互定向的并且包含所有3D信息。CT数据组例如是包含解剖信息的立体数据组，PET数据组例如是具有功能信息的同一患者的立体数据组。所显示的投影例如是利用着色方法VRT和MIP获得的，其例如对于每个医生是3D立体着色方法；以及利用MPR方法获得的，其例如对于每个医生是截面着色。
该方法支持两种所谓的剪切(Clipping)对象剪切平面(截面)以及厚片(截层定义的厚度)。与此相应地，功能数据组的图像既可以是(在剪切平面或厚片的截面上成像的)截面图像，也可以是在剪切平面或厚片中恰好如投影的解剖数据组的立体图像。用户可以在立体显示(MIP)和截面图像显示(MPR)之间来回转换。
一个重要的方面还在于所采用的着色方法的可能的参数设置。在VRT中，可以随时改变CT参数中的颜色、透视性或组织对应，以达到CT数据组的最佳视图。在MPR或MIP中，可以随时改变如窗口、彩色LUT、遮盖(即确定信息组成部分的可视性的阈值)等参数。尤其是遮盖极其重要，以便使显示尽可能仅局限于热点，而数据组的其它包含热点的信息组成部分则被淡出(“遮盖”)，以便不会遮盖太多的CT数据组的解剖信息。此外还可设置描述CT显示和PET显示的混合比的混合系数(Blending Faktor)。对于不同的参数设置以下将不再赘述。
示出了具有四个所谓观察端口(Viewport)3、4、5、6(即显示屏分段)的显示屏1，这些观察端口可以分别显示不同的截面或截层。借助这些须由用户利用工具和按钮手动地在显示屏分段7中对准和产生的不同投影，可以显示用户感兴趣的子图像数据组或热点，并确定其3D位置。为了更好地定向，观察端口6提供了可手动操作的PET数据组的旋转视图8。
图2示出具有也是由CT数据和PET数据融合而成的数据组中的截面和热点的显示屏视图1。显示屏1仅示出了一个观察端口11，其中用虚线示出通过融合的图像数据组的截面图像。观察端口11中的投影包括一个可在被成像的患者身体的腹部作为光学突显的图像部分识别的热点。该被突显的图像部分可由用户例如通过点击鼠标进行选择，以产生其它显示屏视图。不需要用户的其它手动操作，因此显示屏分段7中仅包含较少的按钮和工具。
图3示意性示出上述成像的投影。其示出通过由CT数据组14和PET数据组15的投影组成的融合图像数据组的截面13。在PET数据组15中为用户可识别地光学突显出热点19，如通过特别加亮或醒目地着色。对所显示的截面13这样定位和定向，使得用户可以看到热点19。对热点19的显示进行功能化，使得用户可以手动地、例如通过点击鼠标对其进行选择。热点19相互靠得比较紧密，因此不使用自动方法进行分析。
图4和图5所示出的与图2和图3相似，因此采用相同的附图标记。但其中代之以截面(剪切平面)显示了截层16(厚片)，可在图5的显示中作为盒子识别出。此外，在此可参考对图2和3的描述。
图6示意性示出具有四个观察端口3、4、5、11显示屏视图1。观察端口11这样相应于上述对功能化的投影的描述地显示，就好象用户可以例如通过点击鼠标在截面13中选择了热点19。观察端口3、4、5示出随机选择的、不包含热点19的截面中融合的数据组的截面图像14、15。热点19仅包含在截面13的截面图像17中。对于热点19的确切定位，必须选择还在观察端口3、4、5的其它的不同投影中示出热点19的显示。
为此，用户首先选择上述显示形式之一，以得到对热点19的最佳视图。在观察端口11中可以在正确的视图中进行空间旋转和对截面13的平移，以在热点19进行聚焦。在该穿行图像上可以直接获得3D深度信息，该信息使得可以利用鼠标点击来选择热点19。通过在热点19上点击鼠标触发所谓的体积提取，使得显示屏视图1为用户自动地在热点19上进行聚焦。一方面在观察端口11中使剪切平面13或必要时厚片的重点在融合显示中平移到所选择的热点19中，另一方面在其它观察端口3、4、5中显示的所有其它图像在显示屏上同样移动到热点19。由此，为用户自动产生对于识别热点19最佳的显示屏视图1，而不需要用户手动地在所有观察端口3、4、5中用旋转角和深度来设置适当的投影。在体积提取的结果中，观察端口3、4、5中的图像移动到选出的热点19，观察端口11中的截面13也同样如此。
因此可以非常简单地在观察端口11中查找热点19，然后可以通过点击鼠标将所有四个观察端口3、4、5、6聚焦在热点19上。
图7利用与前面的图相同的附图标记示出针对用户选出的热点19优化的、包含体积提取的结果的显示屏视图1。在观察端口11这样定位截面13，使得截面图像17示出连同热点19的投影。其余的图像示出单独的数据组或融合的数据组的相互参照的截面图像，它们也分别包含热点19。这些截面图像相互参照，这通过穿过所有观察端口3、4、5并通过选出的热点19延伸的标记线A、B、C示出。由此定位了热点19，并为用户进行最佳可视的显示。
在图8和图9中再次示出了以上参照图6和7中的观察端口11描述的聚焦过程。图8中示出包含热点19的融合的图像数据组的截面图像14、15。截面13是随机定位的并且不包含热点19的投影。图9中将截面13这样平移，使其与热点19相切并包含融合的图像数据组的投影17。
权利要求
1.一种在三维电子图像数据组中穿行的方法，其中，所述图像数据组包含三维子图像数据组，该方法包括方法步骤-光学地显示一个图像数据组的至少一个两维投影，该两维投影包含至少一个子图像数据组的一个两维子投影；-光学地突显该至少一个两维子投影；-使该至少一个光学地突显的子投影这样功能化，使得能够通过用户输入选择该子投影；-接收对准对至少一个这样功能化的子投影的选择的用户输入；-根据该用户输入自动地光学显示该图像数据组的至少另一个两维投影，该两维投影包含所选择的子图像数据组的一个两维投影。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像数据组通过至少两个原始图像数据组的融合构成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，全部子图像数据组都来自同一个原始图像数据组。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述原始图像数据组包括一个通过计算机断层造影方法获得的原始图像数据组和一个由正电子发射断层造影方法获得的原始图像数据组。
5.一种计算机程序产品，其使得可以在计算机上实施或安装根据上述权利要求中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种在三维电子图像数据组中穿行的方法，其中，图像数据组包含三维子图像数据组，该方法包括步骤光学地显示至少一个图像数据组的两维投影，该两维投影包含至少一个子图像数据组的子投影；光学地突显该至少一个两维子投影；接收对准对一特定子投影的选择的用户输入，根据用户输入自动光学显示该图像数据组的至少另一个两维投影，该两维投影包含所选择的子图像数据组的一个两维投影。该方法可用于一个通过至少两个原始图像数据组的融合构成的图像数据组。这些原始图像数据组尤其可以包括一个计算机断层造影图像数据组和一个正电子发射断层造影图像数据组。
文档编号G06T19/00GK1886761SQ200480035377
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年11月28日
发明者塞巴斯蒂安·布兹, 罗伯特·施奈德 申请人:西门子公司