医用图像处理装置以及医用图像处理方法与流程
本说明书中说明的实施方式涉及一种医用图像的体绘制。
背景技术：
在医学领域中，关于三维(3d)图像数据集、即体数据集，通过在该领域被称为模态(modality)的各种技术来收集。作为这些技术，有计算机支援断层摄影(ct)、磁共振(mr)、单光子发射计算机断层摄影(spect)、超声波及正电子发射计算机断层摄影(pet)。
在医用图像应用等中显示图像时，特定的信号值与特定的不透明度关联，另外，是非灰度图像时，与用于辅助可视化的颜色关联。该关联、即映射是在使用来自3d数据集(体素数据集)的数据来计算2d数据集(像素数据集)时所进行的，其中，该2d数据集表示用于显示在计算机画面或其他以往的2d显示装置上的3d数据集的2d投影。该处理被称为体绘制，或者一般被称为绘制。
存在各种临床状况，其中，组织的厚度是重要的诊断基准。例如，在心脏成像中，使用心肌壁厚作为肥大的指标。
图1表示健康的心脏(左侧)及呈现右室肥大的心脏(右侧)的概略剖面图。如图所示，患病的心脏的心室壁v厚。
在用于将3d患者图像数据集可视化的体绘制应用中，能够通过与概略图一样地对通过心脏的剖面进行拍摄来弄清楚壁的肥厚，但是，为了作出该视图，有时需要花费大量时间。但是，在不对剖面进行摄像时，使厚度的度量可视化、或将厚度的度量与结构数据融合，都是不简单的。
一个已知的方法是将厚度的测定值投影在心脏壁上来作为纹理。这是东芝医疗系统的ct控制台的一个功能。
图2是说明将心肌的厚度可视化的上述方法的流程图。
步骤s1中，为了识别隔室及其他特征，进行心脏的ct体数据集的分割。
步骤s2中，计算心肌的厚度图。
步骤s3中，将该厚度映射为颜色。
步骤s4中，使用厚度的彩色映射将修正后的体数据集体绘制成心肌的外面的纹理。
步骤s5中，进行输出以显示来自体绘制的2d图像。
该方法相当奏效，但是由于纹理不自然，所以体绘制的图像对于用户来讲，看起来不自然。
用于将气管、食道、肠、或胃等内腔(即，脏器)的具有凹凸的内面可视化的、多少有些关联的一种方法在日本特开平9-237352中被公开。其中提出了：对于内腔的外表面通过其内腔的内表面的性质来进行遮盖从而修正内腔的之前的外部的视图。内表面的形态(topography)通过在特征的内部设置虚拟光源来确定。提出了追踪数据体的各切片的重心的线光源作为虚拟光源、即位于各切片的中心的点光源。由此，来计量胃、气管等的内表面的形态、即凹凸，接着，通过适当的变换能够在胃、气管等的外表面实现可视化。
在一般的更加以往的方法中，为了评价心肌存活性，不利用绘制应用，代替于此，使用所谓的极坐标显示(polarmap)或bull’seye绘图，它们是于1985年由e.garcia、k.v.train、j.maddahi、f.prigent、j.friedman、j.areeda、a.waxman、及d.berman在《rotationalthallium-201myocardialtomography的quantification》，journalofnuclearmedicine、第26卷、第1号、17～26页中提出。极坐标显示将左室或右室的3d体表示为分割成四个同心环而制作成共计17个区域的2d圆板。
图3是依照美国心脏协会(aha)的推荐的左室的极坐标显示。在与心肌的特定部位(关于区域的名称，请参考图3)对应的显示的各区域中，按照规范化的计数值来赋予颜色。极坐标显示在过去的20年中在临床诊疗中被广泛应用。根据该aha基准，能够在含有spect的不同模态之间进行比较。在bull’seye绘图中，虽然不具有在原理上应由体绘制达成的单一的融合视图(fusedview)这样的优点，但却提供了进行诊断的容易的方法。
接着，参照以下的附图，单纯地将本发明的实施方式作为一个例子来进行说明。
技术实现要素：
鉴于上述情况，其目的在于提供一种相比于以往能够直观地视觉识别组织厚度等的医用图像处理装置和医用图像处理方法。
实施方式涉及的医用图像处理装置，具备：图像生成单元，对于与诊断对象有关的体数据，隔着上述诊断对象的至少一部分的体素数据来设定视点或视野平面和光源，使用所设定的所述视点或视野平面和光源、在存在于所述视点或视野平面和光源之间的体素数据中衰减的光的透过率、以及所述体数据，生成与所述诊断对象有关的投影图像；以及显示单元，用规定的形态显示所生成的所述投影图像。
附图说明
图1是健康的心脏(左侧)及患病的心脏(右侧)的概略剖面图。
图2是说明将心肌的厚度可视化的已知的方法的流程图。
图3是依照美国心脏协会(aha)的推荐的左室的极坐标显示。
图4是虚拟的点光源配置于心脏内部的大致重心的心脏的概略图。
图5是以将二值体填充于根据心内膜内部的体所划定的心脏内部的方式配置了虚拟光源的心脏的概略图。
图6是基于将心肌的厚度可视化的一个例子的流程图。
图7是帮助定义名称的概略图，该名称用于将两个光源设为灯丝灯泡，将视点设为照相机，并利用阴影概略性地表示对象组织的照明模型的数学性的说明中。
图8a是表示沿图7的射线的消光系数(extinctioncoefficient)
图8b是表示无量纲可视率(dimensionlessvisibilityratio)
图9是表示具有参数g的各种值的henyey-greenstein函数的五个绘图。
图10是表示用于表示朗伯(lambert)定律的函数的绘图。
图11是针对虚拟透过照明(transillumination)的单纯的预设的概略图。
图12是利用在心脏的内部具有虚拟光源来作为唯一的光源的照明(lighting)模型所绘制的心脏的例示性图像。
图13是利用与图12同样地在心脏的内部具有相同的虚拟光源的照明模型，另外还使用外部光源所绘制的心脏的例示性图像。
图14是表示包含诊断设备及关联仪器的例示性的网络的概略图。
图15是表示用于生成体数据的一般性的ct扫描仪的图。
图16a是概略性地表示通过本发明的实施方式用于处理图像数据的计算机系统的图。
图16b是概略性地表示通过本发明的实施方式用于处理图像数据的计算机系统的图。
图17是概略性地表示更详细的图16a及图16b的计算机系统的特征中的某些个特征的图。
具体实施方式
本发明的特定的实施方式提供一种具备存储器、处理器、显示器、网络输出连接、及装载于存储器中的绘制应用的计算机装置，绘制应用使计算机装置能够进行下述动作：
a)将由通过该绘制应用形成用于处理的场景的体素构成的三维患者图像数据集进行装载，
b)分配与对象组织的区域邻接的体素中的一个或多个，以作为光源来发挥功能，
c)通过使用包含吸收和散射的光学模型来计算从光源体素(可以是多个)放射的光是怎样通过对象组织(tissueofinterest)并前进至视点或视野平面(viewplane)的，从而绘制场景的图像，该场景来自视点或视野平面的观点，及
d)在显示器上显示图像、和/或将图像存储于存储器、和/或将图像输出至网络输出连接。
本发明的特定的实施方式提供一种通过用于根据患者图像数据集来计算图像的计算机来自动化的方法，该方法包含：
a)在计算机装置上执行绘制应用，
b)将由通过绘制应用形成用于处理的场景的体素构成的三维患者图像数据集进行装载，
c)分配与对象组织的区域邻接的体素中的一个或多个，以作为光源来发挥功能，
d)通过使用包含散射和吸收的光学模型来计算光是怎样从光源体素(可以是多个)通过对象组织并前进至视点或视野平面的，从而绘制场景的图像，该场景来自视点或视野平面的观点，及
e)将图像进行显示和/或存储。
本发明的特定的实施方式提供一种存储用于进行上述方法的绘制应用的非暂时性的计算机程序产品。
本发明的特定的实施方式提供一种用于进行上述方法的绘制应用装载并且能够进行动作以执行该绘制应用的图像获取设备。
本发明人们提出一种具有新型照明模型的拟真绘制装置及方法，包含为了通过建模来使组织的厚度可视化而以与对象组织的区域邻接的方式设置合成光源或虚拟光源，该建模是在从光源放射的光通过对象组织并前进至视野平面的视点时，对于来自虚拟光源的光通过吸收及散射等效果与对象组织怎样相互作用来进行建模。尤其是，当来自虚拟光源的光通过对象组织时，能够模拟一部分的光是怎样被吸收后，形成较厚、较暗色(由于被吸收的光变多，强度降低)并且更红的(由于组织具有相比红色的波长更强吸收蓝色及绿色的波长的倾向，该色彩效果并入照明模型中)组织区域。因此，能够提供一种2d图像，该2d图像能够提供一种通过组织后传播的光的颜色及强度与组织的厚度有关的视觉性反馈。
吸收能够使用具有颜色依存性吸收参数的吸收函数来计算。在几个的实施方式中，该颜色依存性吸收参数相比红色的颜色分量对于蓝色及绿色的颜色分量提供更强的吸收，这是模仿在真实世界中的基于白色光的组织的透过照明。
在几个的实施方式中，绘制包括：事前计算，用于对每个体素计算从光源接收到的光量及其入射方向，并且与视点或视野平面独立；及接着的、到达视点或视野平面的放射照度的计算，由此能够在对话中的视点或视野平面的移动中，再次使用事前计算。在简单的实施方式中，光源体素在绘制中作为透明来处理，因此不对散射或吸收带来贡献。
光源较佳的是分散的，即不是点光源。换言之，具有在体积(volumetric)区域分散的多个光源体素。
光源体素能够通过1对1映射直接地、或从被分割的体开始，接着进行例如收缩、扩张、或变形等变换，并基于患者图像数据集的分割来进行分配。
在几个的实施方式中，参照血管或肠的中心线等内腔的中心线来分配光源体素。
在几个的实施方式中，当对象组织的区域是中空时，光源体素位于其区域的内部，视点或视野平面位于其区域的外部，以使光源被对象组织遮蔽。在其他实施方式中，当对象组织的区域是中空时，光源体素位于其区域的外部，视点或视野平面位于其区域的内部，以使光源被对象组织遮蔽。
在几个的实施方式中，用户能够使用绘图工具、即通过来自图形用户接口的输入来分配光源体素。
通常，为了提供场景的整体照明，希望将至少一个追加光源远离对象组织来设置。
图4是虚拟的点光源被配置于心脏内部的大致重心的心脏的概略图。
通过将光源定位于对象组织的内部，从而表示着例如根据分割所知那样的所划定的内在的空间的内部的意思。作为内在的空间的例子，有室(ventricle)、房、肺腔、头盖、及由骨髓填满的骨小腔、血管(例如动脉或静脉)、肠、结肠、或膝(例如大腿骨)。
室定义为身体或脏器的内部的小的空洞或小房，尤其用于表示左室及右室，还用于表示脑的空洞。
房定义为身体的空洞或小房，尤其用于表示心脏的左心房及右心房。
内腔定义为血管、动脉或静脉、或肠或结肠等管状的脏器的内侧的空的空间或空洞。
通过将光源定位于对象组织的后方，从而表示着将对象组织定位于视点和光源之间，以使不存在从视点向光源的直接的视线。
在另外的实施方式中，希望注意以下内容：设想为了使光从外侧、例如从内腔的外部前进至内腔的内部的观察者(viewer)，在肠或其他内腔的内部等被对象组织的区域包围的内在的空间的内部，设置观察者即视点或视野平面，并将光源定位于对象组织的区域的外部。该观察模式(viewingmode)能够对例如虚拟的结肠镜检查有用。
相比用于有意图地修正脏器的外表面的外观的基于纹理的手法、基于遮盖的手法、或基于内部凹凸的手法，使用本说明书中提出的新型的照明模型并使用绘制方法来生成的图像的主观性印象是，这些图像不被图像数据中包含的噪声所影响，提供对观察者带来高画质识别的拟真视图。
提出用于使用户能够理解及识别组织的厚度及厚度的变化的虚拟光源的使用方法是真实世界中的所谓的透过照明的虚拟的类似物(virtualanalog)。因此，将该绘制方法称为虚拟透过照明。
光的吸收及散射是非常自然的光学现象，因此，通过加入了这些效果的适当的照明模型所生成的图像能够提供用户能够直观地评价组织的厚度的图像。
根据研究，在使用点光源时，在几个的应用中，有时有照明的变动，这表示意味着不是总能够提供可以信赖的厚度的指标。这是否成为问题，取决于内在的空间及应该被进行透过照明的其周围组织的形状。该不希望的效果当点光源的位置变动时产生，导致从光源点及视点直线通过组织的路径的长度显著变化。
回避产生该问题的可能性的一个方法是，不使用点光源，而将二值体作为光源使用，该二值体是由从分割可知的与对象组织邻接(例如，内部、外部、或后方)的一个或多个的体构成的区域。对心肌进行透过照明是所希望的情形，以该情形作为例子，对左室和/或右室的被分割的心内膜及血液池进行摄像，并且使这些分割化的体放射光线。通过将全部体确定为虚拟光源，能够带来非常均匀的照明条件，由此，确保壁厚的准确的表现及患者间的本质性的规范化。
图5是以将二值体填充于根据心内膜内部的体所划定的心脏内部的方式配置了虚拟光源的心脏的概略图。
其他类似的手法是，确定点光源(例如分割化的脏器的重心)或线光源(例如结肠、血管、或其他内腔的中心线)，接着，按如下方式将该点或线分别扩张成球状或套筒状的区域，例如，直至扩张的体内的1点到达包含二值体的边缘的原始的点或线，以点或线与对象组织邻接的边界之间的距离的比率；或，更简单地，以固定长度。
进而其他手法是，用户能够以手动确定虚拟光源的位置及程度。为了达成该手法，用户可以使用标准的cad绘图工具来确定发光的(luminous)体。用户可以对虚拟光源的形状、大小、及位置进行调整，直至实现所希望的印象。
另外，被照明的体素还可以位于层或套筒等中，层或筒等由分割化的特征来决定，该特征是例如：通过内腔或脏器的壁来规定的位移了的表面、扩大了的表面、或缩小了的表面，例如：从心内膜缩小的表面、或从血管的壁缩小的套筒状的结构、或从皮肤得到的但是位于皮肤之下的薄片等。这样的层或套筒能够通过表面网眼来表示。
在大部分的实施方式中，将作为虚拟光源的二值体中包含的体素设定为完全透明，因此，假想这些体素不与从虚拟光源放射的光子(photon)相互作用。否则，被照射的体的内部中有一些复杂的效果。该效果在原理上是诊断值的追加，但是当没有详细地理解时，有可能成为只是赋予了不希望的伪影的印象。
在本说明书中提出的虚拟透过照明能够应用于将包含心脏、呼吸道、结肠、骨骼、头盖、血管、及皮肤的多种多样的特征的相对的厚度进行可视化。
为用户所生成的图像被识别为具有高画质。其中的原因之一是由于与将厚度作为表面的纹理来表示的方式不同而能够提供直观性的印象的透过照明的拟真的性质。被识别为高画质的另一个原因是，得到透过照明手法通过其聚集性(aggregatingnature)不怎么受到噪声的影响这样的量上的有益的结果。考虑由虚拟光源放射的光子产生单一或多个散射这一点还能够对所生成的图像的拟真性带来贡献。
用户甚至能够根据闪光(flashlight)从指间漏出或闪光进入口中等个人的经验，来直观地理解透过照明，并且能够理解出明亮的区域薄，带有红色的区域更薄，颜色越是深的区域越厚。
图6是基于将心肌的厚度可视化的一个例子的流程图。
步骤s1中，为了识别隔室及其他特征，进行心脏的ct体数据集的分割。
步骤s2中，使心脏的内侧体发光。例如，能够使血液池、例如由左室及右室构成的小房的体素发光。其他例子是使心内膜内部的全部体素发光。
步骤s3中，应用照明模型，来追踪来自虚拟光源的光怎样通过图像数据集及在其途中通过被透过照明的组织即该例子中为心肌与该光的相互作用而该光是怎样被修正的，由此，达成透过照明效果。在透过照明中，使用加入了反射、散射、及吸收的光学模型。接着，关于视点更详细地说明照明模型。可以认为视点是照相机、或其他光传感器、或眼睛。
图7是用于帮助定义以下所使用的名称的概略图。在该图中，尝试非常粗略地表示一种应该绘制的场景，该场景包含心脏或血管等一般性的中空的特征、即将虚拟光源设置于内部的特征。两个光源作为灯丝灯泡被概略性地表示。一个是位于对象体(图的右侧)的外部的外部光源，另一个是配置于对象体的内部的光源。在是单个点
图8a是表示在进行透过照明的组织中具有不是零的吸收的沿图7的射线的消光系数
图8b是表示下述的图表，即、作为与被进行透过照明了的组织进行相互作用的结果，表示沿图7的射线到达照相机的放射线的一部分的无量纲可视率
放射照度既可以是各波长中固有的频谱放射照度，也可以是频谱全体的总放射照度。生成彩色图像时，放射照度分离成用于追加的颜色模型的红色、绿色及蓝色等光分量。因此，在是彩色图像时，以下的式子应该解释为对于特定的颜色分量的式子(因此，针对每种颜色分量重复)。
该函数定义了对于单个点
散射函数s可以定义为消光系数τ和粒子的反照率(particlealbedo)a(表示当光被散射/反射时，多少光被吸收(表面多黑？))与相位函数的乘积。
相位函数定义入射光在各方向怎样分散。在不同种类的材料中，该光学性质可以使用米式散射来建模，其中假定介质是随机分散的球状粒子的集。当粒径与光的波长相同时，可以使用henyey-greenstein函数对散射进行近似。
在此，g∈(-1，1)是定义散射特性的常数。
图9是表示g的各种值即从左到右具有g＝[0.9、0.7、0.5、0.3、0]的henyey-greenstein函数的五个绘图。是负数时，生成相同的形状，但是方向相反。
使用henyey-greenstein函数只是一个例子而已。其他一般性的函数可以通过朗伯定律来定义，该其他一般性的函数是对于比光的波长大的粒子的函数。
图10是表示用于表示朗伯定律的函数的绘图。
类似的函数也能够用于反射，这时，该函数可以被指定为与常常被定义为标量场梯度
为了实现最大的写实，可以将反射和散射(透过率)加入函数
在上述的说明中，说明了单个点时，可以怎样对光相互作用进行建模。
关于多少光被照相机接收这一点进行累积的等式如下定义。
在该式子中，ipix表示到达照相机平面上的像素的最终放射照度。io是从对象的背面直接从外部光源接收的放射照度。大多数的情形中，io在透过照明场景中是0。函数内的积分可以解释为，朝向照相机仅衰减t的、从沿观察线的各点接收的光量的总和。查看t的其他方法是定义
在至此的说明中，省略了函数的一部分、即iin。iin是递归性的，与ipix相同地被定义。iin的式子相比ipix变得稍稍不那么复杂，但是iin和ipix在本质上表示是相同的，因此，在是单个散射时，对于iin不需要考虑散射。在本说明书中，id、
当考虑多个散射时，上述函数中的两个变得更复杂。处理散射时，在此，如以下所定义那样必须考虑在任意方向上散射的光。需要注意的是，该版本的iout也适用于多个光源或体积的单个光源，另外，还适用于单个散射和多个散射这两方。
另外，因为该单纯化的iin必须定义为完全递归性的积分(fullrecursiveintegral)，因此变得非常复杂。
由此，在体内的所有地方，从所有方向光都能够自由地散射。数学上，向积分的扩张不是很困难，但是计算的复杂性大幅增加。
为了使用该模型达成基于相互作用的可视化(interactivevisualization)、即实时的浏览，大多情况下希望事前计算
用于进行该等式的计算上最简单方法是，令g＝0并使用henyey-greenstein函数，这时，能够将s移至积分以外。
通过进行事前计算，并使用多分辨率树的表现(例如，8叉树或k-d树)或甚至使用点群(pointcloud)，来形成能够表现为3d光栅的放射照度标量场。
在透过照明仿真中，当前使用较复杂的iout变量，但是因为事前计算
在虚拟透过照明中，针对体绘制使用接下来说明的光子映射法。代替光子映射，也可以使用其他光学模式。
存在形成仿真的基础光的光子相互作用的五个侧面。
放射：通常，新的光子通过原子弛豫或固体弛豫产生。
吸收：光子的全部能量被传递至材料。该效果大多数情况是高波长依存性。
反射：光子根据表面的朝向及入射角而改变方向。
折射：折射仅适用于同种材料。光子根据表面的朝向、入射角、及光学性指数的差(opticalindexdifferential)来改变方向。
散射：光子相对于传播方向改变方向。这是同种材料中的纯粹的统计学效果。单个/多个散射是用于说明能够产生多少个相互作用的用语。散射是弹性效果。
应该映射的量是频谱放射照度、或在每秒在某波长中所进入的光能量的量。将波长汇集(bin)为三个分量(红色、绿色及蓝色)，将单位时间间隔设为1。从光源，以特定的能量
接着，从光子与体相互作用的光源至吸收光子的点，追踪光子。在该第1步骤中，不试图判断各个光子是否实际到达照相机。因为其可能性非常低，所以相比希望处理的光子，必须模拟非常多的光子。在该第1步骤中，只不过是决定光子倾向于在哪里结束。
a.吸收
对于所有射线间隔，通过使用传递函数f(v(t)，o(t))减去能量，并根据吸收函数来计算吸收，在此，v(t)是体素强度值，o(t)是作为路径参数t的函数的分割对象。
另外，还可以根据朗伯-比尔定律如以下那样连续进行的情形进行说明。
计算的效果是高级别的测光效果(photometriceffect)。关于各个光子，吸收是可以从上述的式子导出的、以某个固定概率分布所产生的离散性现象。但是，这时，将追踪的实体，不只作为光子，而作为表示多个光子的能量束来进行处理，由此能够达成相当快速的统计性会聚。为了限制必须追踪的光子或能量束的数量，尽可能地使用该方式。
b.反射及折射
反射的全局性的效果有时非常大。通过对高反射性(扩散)的白色顶板发出强光，能够照亮整个小房。颜色能够通过反射从邻接的表面间渗出，这是通常由多边形射线追踪所表示的效果。
当折射与反射组合时，折射有时被称为焦散(caustics)，也是使用光子映射或其他光学性模型能够高效地模拟的效果。
当前的实施方式中，反射效果和折射效果都不包含于光子映射中。通过在映射阶段包含反射而得到的全局性的效果，在向医用图像数据的利用时是非常微小的，因此，反射在绘制步骤中被考虑，被认为是适当的近似法。折射仅适用于同种材料，因为大多数的组织型的组成是不均匀的，所以不包含折射。但是，反射和/或折射有时包含在其他实施方式中，可以考虑提高图像中的现实感的程度，并为绘图技法(illustrativetechnique)提供自由度。
c.散射
在光子映射阶段，当前的实施方式中，不模拟多个散射。在更简单的实施方式中，仅考虑单个散射。
当前的实施方式中，单个散射通过与绘制中的每个样本的散射近似(persamplescatteringapproximation)组合进行模拟吸收来达成。光的散射可以作为以光的传播方向为中心的概率分布函数来处理。被称为相位函数的该函数是与反射的双方向反射分布函数(brdf)的散射类似的函数(scatteringanalogue)。根据情形，该散射分布函数能够设为高波长依存性。但是，医用图像数据内的大部分的组织型等的较高密度的材料中，主要的着色效果(chromaticeffect)是基于吸收的效果，因此，将散射在频谱中处理为均匀是良好的近似法。所使用的具体的相位函数被称为henyey-greenstein相位函数。与反射相关的blinn/phong模型是实验性上准确的近似法，基于实验数据的henyey-greenstein相位函数也是实验性上准确的近似法。该函数表示发散度在方向θ上散射的概率。
常数g表示散射特性，并且在[-1，1]的范围内，在此，-1是完全的后向散射，1是完全的前向散射(无散射)。在仿真中，将能量分离产生新的光子所需的基础结构(infrastructure)复杂，因此将该效果处理为随机性的。具有活性的光子(activephoton)的数量随着光子连续地分裂(branch)，以指数方式地增加。为了对相位函数进行采样，需要将相位函数变换成适合于使用的形态。为此，对累积概率分布函数进行定义。
根据上述，可以将矩形分布变换成所希望的相位函数分布。这时，常数g完全不是常数，但在此，能够由每个对象的传递函数g(v(t)，o(t))来提供。
d.滤波
光子映射中使用的全部随机过程能够执行充分长的时间以使其分布单独地会聚。但是，直至信息的内容变得充分高为止执行其过程是高效的，但是平滑度依旧低。接着，可以使用滤波使分布变得平滑。从实验示出通过单纯的高斯滤波能够得到优秀的基线。
有时信息的内容局部地变化，所以为了以例如利用自适应(adaptive)高斯滤波或扩散滤波，而使滤波阶段变得更复杂。滤波对于为了使映射过程前进来说是重要的。有时，低品质的映射是将少数的光子投射成(cast)高能量，并将大的σ值用于高斯滤波而产生的情况。该σ值能够定义为光子数np(t)及体尺寸v的函数即σ(np(t)，v)。
关于照明模型详细地进行了说明，接着对方法的进一步步骤进行说明。
步骤s4中，为了提供来自心脏的外部的场景的一些个整体照明，执行模拟追加光源的效果的任意选择的步骤。该追加光源既可以是例如位于应该成像的体的外部的点光源，也可以是周围光源。
步骤s5中，对频谱放射照度体进行求积分来制作射线投射引擎。
步骤s6中，包含体数据集没有被修正的分割、即在该例子中不是心脏的体的分割，并在被修正了的体数据集上执行体绘制。在各样本中，利用henyey-greenstein相位函数来评价通过单个散射所接收的光，并利用相位函数(与brdf类似的函数(brdfanalog))来评价通过反射所接收的光。为了推定单个散射，需要知道光的方向、或至少关于多少光中的哪些个由哪个光源产生的推定值。在单个点光源时，这显然是不言而喻的。实用性的近似法是基于g＝0的相位函数，将反射作为充分的扩散来处理，将散射作为局部的扩散来处理。并且，能够在光子映射阶段通过使用多个散射，来捕捉组织内的散射的效果。即使将这些近似法应用于光子映射时，通过绘制，能够得到非常高的画质及写实。另外，利用这些近似法的绘制是非常高速的，这当然也是实时绘制中非常渴望的特性。
光子映射提供良好的基线，以绘制仅在扩散时没有梯度的照明(diffuse-onlygradient-freelighting)。当体中噪声不太多时，可以基于梯度将全局照明与局部照明组合。具有被进行了光子映射的周围及扩散的局部性的镜面照明是提供尤其良好的画质的模式。局部性的能量分布被用于调制镜面系数(specularfactor)，以使得隐藏在阴影中的暗色的区域不放射镜面光。来自局部映射/光子映射的贡献由连续系数定义，以使得能够将观察的目光从局部照明滑动至全局照明。
对虚拟光源的体素、即作为放射体的体素进行处理，以在绘制中，不与光子相互作用、即不吸收或不散射(或，在包含这些相互作用的效果时，反射或折射)。这是可以通过将放射体素的不透明度设为零，或即使在传递函数中使用任意的预设窗口也存在于外部，因此使这些的体素成为事实上透明的任意值来进行建模。
步骤s7中，进行输出以将来自体绘制的2d图像进行显示。
根据本发明人们的结果，表明该绘制方法的画质非常良好。为了使光学建模包含吸收、散射、及任意选择的其他效果，可以将所需的多余的设定加入预设。认为每个体的追加的调整是不必要的。已判明小型化至原本尺寸(每个轴)的四分之一的频谱放射照度体对于ct图像数据集和超声波图像数据集这两方能够达成性能和品质的良好平衡。认为为了得到良好的画质所需的光子的数量应该与体尺寸成正比例。个人计算机(搭载了2.2ghz处理器、2×4核、及超线程的dellt5500)能够达成接近于基于ct图像数据集的指向性照明的相互作用级别的浏览。周围照明一般为了达成所希望的分布需要花费非常长的时间，但是周围照明只需要偶尔地即传递函数变化时、或类似于剪裁及分割这样的空间特征变化时进行更新即可。另外，周围照明对体中的更多的部分进行照射，当旋转视图时，能够允许更多的静态照明。在是超声波体时，能够以每秒最大约10个光子图这样的速度达成光的方向的相互作用所致的变化。如果设为能够以类似或更快速度进行滤波的话，那么每秒应该达成5～10个光子图，并且被传送至绘制阶段。良好的组合是使用对话开始时所计算的基线的周围照明，接着，将部分的指向性照明加入该周围照明。因为频谱放射照度是付加的，所以前进型技术的实施往往更偏于容易。因为不需要在规定的位置计算梯度或照明，所以对于绘制过程，当不组合局部照明时，相比使用局部照明往往稍快些。
进行模拟的光源是下述任一种光源：即在体素区域延伸的体积光源、在体素的线上延伸的线状的光源、点光源、通过完全均匀的随机过程所模拟的周围光源、指向性光源、或通过半球状的随机的周围模型所模拟的周围光源。可以理解为，最好的结果是为了将与一个或多个光源组合的组织的特定部位的所希望的透过照明提供给进行了透过照明的组织及邻接的特征的整体照明，使用体积光源等多个光源来达成，其中，该光源可以是点光源，也可以是周围光源。
图11是透过照明的单纯的预设的概略图，对预设的窗口宽度进行设定，以使得心肌的颜色最淡的部分以白色或非常淡的红色来显示，是大约0～20％的吸收，并使得心肌的颜色最深的部分以暗红色或黑色来显示，是大约80～100％的吸收，由此，在窗口宽度整体上呈现吸收的线性变化。预设可以是事前决定的，即最大厚度及最小厚度既可以是固定值，也可以是使用厚度的计算值在执行中所计算，其中，该厚度的计算值来自可视化的被分割的3d图像数据集。预设可以具有模仿真实世界的透过照明的色彩形态(coloraspect)，由此，虚拟光源是白色，并对组织的吸收进行建模，以优先吸收红色以外的颜色，即具有比红色分量的吸收参数高的蓝色分量及绿色分量的吸收参数。如此，存在关于单个参数(组织的厚度)对于观察者的多维反馈(颜色从白色向红色变化，强度从高向低变化)。
另外，第2测定也可以通过例如在预设中加入与颜色吸收相关的效果，来导入预设。该第2输入可以基于组织的浓度、例如心肌中的ct体素值。进而，在其他情形时，第2输入可以根据超声波、pet、或spect等不同模态而产生。例如，大部分是ct图像的状况中，为了将ct与pet组合，第2输入可以设为pet数据内的体素值。第2输入也可以指定其他参数，例如，在基于时间分解法的研究(time-resolvedstudy)中，在帧间确定的动作等。
为了辅助诊断，可以对用户提示来自使用相同可视化参数及透过照明预设的参照3d图像数据集的图像。
图12是在心脏的内部具有虚拟光源作为照明模型内的唯一光源的心脏的例示性的图像。
图13是心脏的例示性的图像，其中，与图12相同地在心脏的内部具有虚拟光源，但还使用以往的非指向性外部光源形的光源，该光源用于提供来自外部的心脏的一些整体照明。
使用了提供上述所说明的虚拟透过照明效果的照明模型的拟真的绘制方法、尤其是图6所示的方法作为软件、或作为软件和适合体绘制或体绘制中最佳化的显卡或芯片组等的被最佳化的硬件或专用硬件的组合来实施。将该软件嵌入绘制应用中，该绘制应用能够在计算机工作站或作为在客户-服务器模型下运行的网络的一部分的服务器上执行。与绘制应用常驻的工作站或服务器相关的通常状况是接着说明的医院网络。
图14是包含计算机控制的诊断设备、独立的计算机工作站、及关联机器的例示性的网络1的概略图。网络1具有三个构成要素。即，具有主要医院构成要素2、远程的诊断设备构成要素4、及远程的单个用户构成要素6。主要医院构成要素2具备：用于获取患者的图像的多个诊断设备，该例中是ct扫描仪8、mr图像装置10、数字x射线摄影(dr)设备12、和计算机放射线成像(cr)设备14；多个计算机工作站16；一般形式的文件服务器18；文件档案20；及因特网网关15。所有这些特征都通过局域网(lan)25相互连接。应该理解的是，为了使各计算机装置通过网络进行通信，至少具有一个网络输出连接。
远程的诊断设备构成要素4具备：ct扫描仪11、一般形式的文件服务器13、及因特网网关17。ct扫描仪11及文件服务器13通常与因特网网关17连接，因特网网关17通过因特网与位于主要医院构成要素2的内部的因特网网关15连接。
远程的单个用户构成要素6具备具有内置调制解调器(未图示)的计算机工作站21。计算机工作站21也通过因特网与位于主要医院构成要素2的内部的因特网网关15连接。
构成网络1，以通过标准化的一般形式来发送数据。例如，最先，ct扫描仪8生成源数据集、即3d图像数据集，操作者能够从该数据集取出适当的2d图像。以标准的图像数据形式将该2d图像编码，为了存储在文件档案20中，通过lan25传送至文件服务器18。之后，使用计算机工作站16中的一个计算机工作站进行作业的用户能够请求图像，文件服务器18从档案20取入该图像，通过lan25交给用户。同样地，远离主要医院构成要素2，使用远程的诊断设备构成要素4或远程的单个用户构成要素6进行作业的用户也可以存取存储于档案20或网络1的其他位置的数据并将该数据发送。
图15是为了得到与计算机支援断层摄影(ct)扫描仪8的开口7内部的患者5的一个区域关联的和x射线减弱相关的剖面图像的、一般的扫描仪最特别是例如图14所示的扫描仪8的概略斜视图。不同成像模态(例如ct、mr、pet、超声波)可以用于提供不同类型的医用图像数据。
参照图14及图15，实施本发明的绘制应用能够常驻于图示的计算机装置的某一个、即工作站6、16、服务器13、15、17、18、或计算机及与扫描仪8、10、11、12、14关联的任意的关联的图形处理硬件。
图16a及图16b概略性地表示为了进行基于本发明的实施方式的处理而构成的通用计算机系统22。图16a是主要表示构成计算机系统22的功能单元的概略斜视图，图16b是表示为了使用而配置的计算机系统22的概略斜视图。
计算机22具备：中央处理装置(cpu)24、读取专用存储器(rom)26、随机存取存储器(ram)28、硬盘驱动器30、显示器驱动器32、两个显示器34即第1显示器34a和第2显示器34b、及与键盘38和鼠标40结合的用户输入/输出(io)电路36。这些设备通过公共总线42连接。计算机22还包括通过公共总线42连接的显卡44。该显卡包括图形处理单元(gpu)、及与该gpu紧密结合的随机存取存储器(gpu存储器)。
cpu24能够执行用于执行ram28或硬盘驱动器30内能够存储的医用图像数据的处理、显示及操作的程序命令，该程序命令存储于rom26、ram28、或硬盘驱动器30内。ram28及硬盘驱动器30被总称为系统存储器。cpu24还能够执行相当于计算机系统22的操作系统的程序命令。关于这点，cpu可以看作是具有用于执行与计算机系统22的动作关联的任务的各种功能单元。gpu也能够执行程序命令，该程序命令执行从cpu送来的图像数据的处理。
cpu24、rom26、ram28、硬盘30、显示器驱动器32、用户输入/输出(io)电路36、显卡44、及连接总线42等构成计算机系统22的各种功能要素被容纳在壳体21内。这时，两个显示器34a、34b，键盘38及鼠标40与壳体独立，通过将它们以适当的接线连接，再次成为壳体21内的计算机系统的相关功能要素。关于这点，图16a及图16b的例示性的实施方式的计算机系统22可以看作是台式类型，但也可以使用其他类型的计算机系统。
图17概略性地表示通过图16a及图16b所详细表示的计算机系统2的特征中的几个特征。ram28及硬盘驱动器30被汇集表示为系统存储器46。从图15所示的扫描仪8所得到的医用图像数据被存储于图中概略地表示的系统存储器中。为了帮助表示计算机系统22的特征之间的各种数据传送路径，图16a所示的公共总线42在图17中概略性地表示为一系列的单独的总线连接42a～d。一个总线连接42a将系统存储器46与cpu24连接。其他的总线连接42b将cpu24与显卡44连接。总线连接的其他对、即第1总线连接42ca及第2总线连接42cb将显卡44与显示器34a、34b的各自一个连接。其他的总线连接42d将用户i/o电路36和光标控制单元27与cpu24连接。cpu包含cpu缓存50。显卡44包括gpu54及gpu存储器56。gpu54包括用于设置加速图形处理接口60、gpu缓存i/o控制器62、处理引擎64、显示器i/o控制器66的电路。处理引擎64的设计通常为了将与医用图像数据集的处理相关的程序命令的类型的执行最佳化。
用户将键盘38和鼠标40(或跟踪板或手写平板/数字转换器等其他定点设备)与显示器34上显示的图形用户接口(gui)组合并使用，例如为了能在第1显示器34a及第2显示器34b中的每一个内部进行定点并点击，将能够移动的画面光标与鼠标、跟踪板等组合并使用，由此，能够选择所希望的处理参数。特别地，绘制应用的gui能够为用户提供绘图工具，以识别虚拟光源的位置及程度。例如，用户通过使用画图类型的功能可以完全自由地绘画虚拟光源。其他的例子是，用户通过gui，选择被分割的区域，接着，例如通过缩小、扩大、变形、或旋转，对该区域进行操作，来形成虚拟光源的情况。
参照图16a、图16b及图17，实施本发明的绘制应用能够存储在hdd30和/或rom26中。在应该执行应用时，应用能够根据需要装载至系统存储器46或ram28中。另外，执行时，cpu24及gpu54能够利用的缓存存储器50、62等高速存储器对应用中的几个进行主持。从绘制应用输出的图像能够在第1显示器34a及第2显示器34b等的适当的显示器上显示。从绘制应用输出的图像还能够存储于适当的存储器中。另外，能够通过网络发送从绘制应用输出的图像，由此能够在网络内的其他位置进行显示或存储。
上述对于体绘制及绘制应用的说明中，并不是希望表示对任意的特定类型的体绘制的限定的意思，具体的意思是，包含任意的适当的不基于强度的投影模式。例如，该方法可以用于有时被称为遮盖体绘制(shadedvolumerendering)的彩色体绘制中。该方法还可以应用于通过两个平面将体绘制剪裁后制作厚片的厚片体绘制(slabbedvolumerendering)。
并且，对于三维图像数据集的说明中，包含通过有时被称为四维图像数据集的时间分解成像所生成的数据集等三维图像数据集的序列。
本发明的特定的实施方式提供一种计算机程序产品。该计算机程序产品可以是非暂时性的计算机程序产品，包含用于执行方法的机械可读命令。
本发明的特定的实施方式提供一种装载用于执行方法的机械可读命令，并且能够动作以使得执行该机械可读命令的计算机系统。
本发明的特定的实施方式提供一种图像获取设备，与用于执行方法的机械可读命令一同被装载，以执行该机械可读命令。
以下，就使用计算机实施的系统、方法、及在非暂时性的介质中能够存储的计算机程序产品，对本发明的实施方式进行说明。尽管关于计算机程序产品说明了本实施方式中的几个，但是根据以下的说明，希望理解的是，这只不过是本发明的几个实施方式的一个例子，该计算机程序产品使计算机例如个人计算机或其他方式的工作站提供在本发明的几个实施方式中要求的功能。例如，本发明的几个实施方式中，不是独立计算机，而是计算机的网络能够实施本发明的实施方式。或者，进而，本发明的功能的至少几个能够通过例如设为特殊目的集成电路(例如，面向特定用途的集成电路(asic))的形态的特殊目的硬件来实施。
对于特定的实施方式进行了说明，但是这些实施方式只是作为例子来提示的，并非想要限定本发明的范围。实际上，本说明书中说明的新型方法、计算机及计算机程序产品、及设备能够以各种其他方式来实施。并且，在不脱离本发明的主旨下，能够对本说明书中说明的方法及系统的方式进行各种省略、置换及变更。添附的权利要求书及其等价物意图包含本发明的范围及主旨中包含的该方式或变形例。
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