專利名稱：形成人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于由三維圖像數(shù)據(jù)集來(lái)形成人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影的一種方法、一種設(shè)備和一種計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
對(duì)人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯影的方法是公知的?，F(xiàn)代醫(yī)療診斷技術(shù)利用各種成像方法實(shí)現(xiàn)相關(guān)檢查的功能。今天，斷層掃描方法，比如計(jì)算機(jī)斷層掃描和磁共振斷層掃描，已經(jīng)變得十分重要了；這些方法以多個(gè)分散的切片圖像的形式均勻地對(duì)人體或其局部進(jìn)行顯影，這些切片圖像相互之間以一定的間隔進(jìn)行定位。于是醫(yī)生能夠通過(guò)觀察多個(gè)切片圖像來(lái)獲得對(duì)人體內(nèi)的結(jié)構(gòu)的三維狀態(tài)的印象。
在切片圖像中，具有與相應(yīng)的成像方法相關(guān)的互不相同的性質(zhì)的人體結(jié)構(gòu)是借助不同的圖像值(比如灰度值、顏色)或通過(guò)其它圖形區(qū)分手段來(lái)進(jìn)行彼此區(qū)分的。
由于現(xiàn)代方法具有很高的分辨率，因此斷層掃描圖像通常包含有大量的信息。通過(guò)應(yīng)用諸如顯影劑的輔助使用、生物標(biāo)志技術(shù)以及對(duì)借助不同的技術(shù)得到圖像的疊加之類的現(xiàn)代技術(shù)，這一信息含量得到了進(jìn)一步地提高。因此，人們發(fā)現(xiàn)了各種通過(guò)受控過(guò)濾來(lái)減少斷層掃描圖像的信息含量的方法，這樣使得醫(yī)生能夠作出可靠的診斷和/或，例如，在可容忍的時(shí)間段內(nèi)作出清晰的三維圖像。
通常所執(zhí)行的用于人體圖像的過(guò)濾的步驟是諸如切片選擇或?qū)Ρ冗x擇這樣的步驟。通過(guò)選定一個(gè)極限值來(lái)過(guò)濾圖像也是一種公知技術(shù)。該極限值將圖像值分為將要顯示的圖像值和不顯示的圖像值?？梢酝ㄟ^(guò)定義上和下極限值來(lái)實(shí)現(xiàn)所要顯示的圖像值的區(qū)分選擇。
WO 01/54065公開(kāi)了一種方法，該方法借助基本上自動(dòng)的手段來(lái)檢查肺中明顯的結(jié)核組織。按照這種方法，借助多個(gè)連續(xù)的基于一個(gè)極限值的過(guò)濾操作以及輪廓檢測(cè)操作對(duì)肺進(jìn)行切片；然后對(duì)圖像元素進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確定切片組織的大小，并分離出可能的病變組織。該方法給醫(yī)生提供了一個(gè)縮減的圖像數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集含有由程序發(fā)現(xiàn)的可疑組織，并因此構(gòu)成了一種診斷輔助手段。該方法具有這樣的缺點(diǎn)要檢查任何肺部異常情況，都必須進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，并且提供給醫(yī)生的是一個(gè)經(jīng)過(guò)預(yù)先評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)集。然而，醫(yī)生通常不喜歡這種類型的自動(dòng)預(yù)先評(píng)價(jià)，因?yàn)獒t(yī)生其后就不能再對(duì)已經(jīng)排除的組織進(jìn)行控制了。
上面所述的方法可以為醫(yī)生在檢查人體圖像的時(shí)候提供特定的幫助，因此有助于診斷。不過(guò)，其缺點(diǎn)是，只有消耗大量的時(shí)間，醫(yī)生才能在三維圖像數(shù)據(jù)集中得出一個(gè)指定人體結(jié)構(gòu)的總體圖像，其操作時(shí)間是難以接受的。因此，存在著對(duì)這樣的數(shù)字方法的需求該方法為醫(yī)生提供經(jīng)過(guò)預(yù)先過(guò)濾的數(shù)據(jù)集，不過(guò)，并沒(méi)有對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行有關(guān)病理方面的預(yù)先評(píng)價(jià)，這樣使得醫(yī)生能夠進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于時(shí)間和成本方面的壓力的不斷增加，而且，附加的診斷輔助手段不應(yīng)需要大計(jì)算量，因此應(yīng)當(dāng)朝著減少大量數(shù)據(jù)的方向努力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種能夠由3D圖像數(shù)據(jù)集得出人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影的方法和裝置。
按照本發(fā)明，該目的是通過(guò)下述對(duì)3D圖像數(shù)據(jù)集逐步進(jìn)行的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的-形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，在該數(shù)據(jù)集中，所有存在于所述3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像元素得以再分為將以獨(dú)立形式顯示的圖像元素和將不顯示的圖像元素，其中圖像值的過(guò)濾是借助極限值進(jìn)行的，并且選取包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的小于一個(gè)預(yù)定大小的圖像結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的所有圖像元素，-通過(guò)將原始的3D圖像數(shù)據(jù)集的圖像值輸入給二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中被表征為將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素的那些圖像元素來(lái)形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集，-由經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)通過(guò)逐步應(yīng)用給定的過(guò)濾操作，能夠選出人體結(jié)構(gòu)，尤其是復(fù)雜精細(xì)的人體結(jié)構(gòu)的圖像元素，以獲得經(jīng)簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)集，由該數(shù)據(jù)集，可以以更簡(jiǎn)單快速的方式形成相應(yīng)人體結(jié)構(gòu)的顯影。
在由原始的數(shù)據(jù)集形成二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的本方法的第一個(gè)步驟中，該原始數(shù)據(jù)集是借助斷層掃描成像法得到的，比如計(jì)算機(jī)斷層掃描法或磁共振斷層掃描法，并且以大量具有給定圖像值(例如，灰度值)的圖像元素的形式包含了人體結(jié)構(gòu)。在這個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中，將3D圖像數(shù)據(jù)集的所有圖像元素再分為將要顯示的圖像元素和不顯示的圖像元素。
為了實(shí)現(xiàn)這一再分，首先確定一個(gè)圖像值，該圖像值用作后續(xù)過(guò)濾操作的極限值。然后將所有具有大于這個(gè)極限值的圖像值的圖像元素賦值為相同的二進(jìn)制值(例如，1)。將所有具有小于這個(gè)極限圖像值的圖像值的圖像元素賦值為不同的二進(jìn)制值(例如，0)。
在本發(fā)明的第二個(gè)步驟中，對(duì)這樣過(guò)濾了的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集以這樣一種方式進(jìn)一步進(jìn)行過(guò)濾形成大小小于一個(gè)給定、預(yù)定尺寸的圖像結(jié)構(gòu)的所有圖像元素的二進(jìn)制值都被改變。例如，這樣能夠?qū)⑦M(jìn)行了極限值過(guò)濾之后具有圖像值1的結(jié)構(gòu)濾出，以致在本第二過(guò)濾步驟之后，它們具有圖像值0。
在這樣形成的再分的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中，獨(dú)立結(jié)構(gòu)顯影所需的所有圖像元素具有相同的圖像值(例如，1)，而不需顯示的所有圖像元素具有一個(gè)不同的圖像值(例如，0)。從這樣再分得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，形成了一個(gè)經(jīng)過(guò)濾得出的數(shù)據(jù)集，其中所有將要顯示的圖像元素再次獲得它們包含在原始的數(shù)據(jù)集中的圖像值。為此，獨(dú)立結(jié)構(gòu)的顯影所需要的所有圖像元素(即，例如，具有圖像值1的所有圖像元素)使用的圖像值是將原始的3D圖像數(shù)據(jù)集中相應(yīng)位置上的圖像值輸入給這一圖像元素的圖像值。
這樣過(guò)濾得到的數(shù)據(jù)集包含獨(dú)立結(jié)構(gòu)顯影所需的所有的圖像元素，這些圖像元素具有它們的原始圖像值。利用慣用的方法(例如，最大強(qiáng)度投影)，由這一數(shù)據(jù)集能夠形成獨(dú)立人體結(jié)構(gòu)的顯影。
按照本發(fā)明的方法提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)所述的過(guò)濾步驟的連續(xù)應(yīng)用無(wú)需大的計(jì)算強(qiáng)度就能選取出將要顯示的(可能是細(xì)枝末節(jié)的)結(jié)構(gòu)的圖像元素。所選取的圖像元素的數(shù)量通常僅占包含在原始的3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像元素的很小的比例。由于這一簡(jiǎn)化，所需的存儲(chǔ)空間和圖像元素的處理所需的計(jì)算量都減小到了最基本的程度。這樣就為醫(yī)生提供了用于特別是細(xì)枝末節(jié)的結(jié)構(gòu)的評(píng)定的快速簡(jiǎn)單的成像方法。
在進(jìn)行過(guò)濾之后，通常只有原始的3D圖像數(shù)據(jù)集中的少數(shù)圖像元素保留下來(lái)，以便形成要以獨(dú)立形式顯示的人體結(jié)構(gòu)。因此，為了數(shù)據(jù)縮減和易于管理過(guò)濾出來(lái)的數(shù)據(jù)，通常最好由過(guò)濾出來(lái)的數(shù)據(jù)集形成一個(gè)列表。這個(gè)圖像元素的列表含有所要以獨(dú)立形式顯示的人體結(jié)構(gòu)的圖像元素的位置數(shù)據(jù)和圖像值。獨(dú)立人體結(jié)構(gòu)的顯影可以由這個(gè)列表簡(jiǎn)便地形成。
簡(jiǎn)化了的管理和數(shù)據(jù)縮減帶來(lái)了這樣的效果，通過(guò)利用當(dāng)前計(jì)算機(jī)的現(xiàn)有計(jì)算能力對(duì)診斷用圖像進(jìn)行處理和評(píng)價(jià)，就能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，這樣使得醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)地改變放大倍數(shù)和觀察方向。
為了將要以獨(dú)立方式顯示的圖像元素與不顯示的圖像元素分離開(kāi)來(lái)，可以使用所謂的區(qū)域生長(zhǎng)法。為了這個(gè)目的，濾除了圖像的給定區(qū)域，例如，人為現(xiàn)象區(qū)(artefact region)。為此，手工地或自動(dòng)地將一個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)設(shè)置在人為現(xiàn)象區(qū)中，從而濾除了所有與生長(zhǎng)點(diǎn)具有相同的圖像元素值且從生長(zhǎng)點(diǎn)不用穿過(guò)具有不同圖像值的圖像元素就可以到達(dá)的圖像元素。這樣就簡(jiǎn)單快速地濾除了人為現(xiàn)象區(qū)域或位于完全由本成像方法覆蓋的區(qū)域之外的成像區(qū)域。
最好借助所謂的形態(tài)開(kāi)操作(morphological opening)法或距離變換法來(lái)選取小于預(yù)定尺寸的圖像結(jié)構(gòu)的圖像元素。這樣就能夠借助一種快速的方法從經(jīng)過(guò)預(yù)先過(guò)濾的數(shù)據(jù)集中選取出細(xì)枝末節(jié)的結(jié)構(gòu)的顯影所需要的小結(jié)構(gòu)的圖像元素。
在形態(tài)開(kāi)操作法的第一個(gè)步驟中，為了過(guò)濾小于預(yù)定大小的結(jié)構(gòu)，借助一個(gè)適當(dāng)大小的模板對(duì)整個(gè)圖像區(qū)域進(jìn)行掃描，從而濾除掉了不能在一個(gè)或多個(gè)方向上完全填充該模板的所有圖像結(jié)構(gòu)。由于在經(jīng)過(guò)了第一濾除步驟中的濾除之后，從大圖像結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域?yàn)V除掉的給定量依然存在，在第二步驟中，對(duì)這些大結(jié)構(gòu)在邊緣區(qū)域重新放大該給定量。
按照距離變換法，為每個(gè)圖像元素分配一個(gè)距離值，該距離值描述該圖像元素與最近的具有不同圖像值的相鄰圖像元素之間的距離。這得到了一個(gè)起伏像，其中位于大結(jié)構(gòu)中心的圖像元素具有大的距離值，而位于小結(jié)構(gòu)中的圖像元素具有小的距離值。通過(guò)濾除具有小距離值的圖像元素就可以濾除小的結(jié)構(gòu)了。在這一方法中，在進(jìn)行過(guò)濾之后剩下的大結(jié)構(gòu)的邊緣必須在第二步驟中被放大給定量。
為了提高處理速度，所述距離變換法最好包括通過(guò)整數(shù)類型斜面距離進(jìn)行的距離變換。
按照常規(guī)，圖像數(shù)據(jù)是以3D圖像數(shù)據(jù)集的形式存在的。借助本發(fā)明的方法，以在切片中進(jìn)行處理的方式，可以方便地對(duì)該圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理。由3D圖像數(shù)據(jù)集，形成了切片圖像，這些切片圖像可以以任意的方式排列，并且還可以進(jìn)行變換。在這種方案中，各個(gè)切片圖像中的圖像元素是像素。然后以這樣的方式對(duì)各個(gè)切片圖像進(jìn)行處理由這些切片圖像的每一個(gè)形成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，并且執(zhí)行上述的各個(gè)過(guò)濾步驟。然后可以以連續(xù)的方式或并行的方式對(duì)各個(gè)切片圖像進(jìn)行處理。當(dāng)由切片圖像形成了經(jīng)過(guò)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集時(shí)，這些數(shù)據(jù)集重新組合起來(lái)以形成一個(gè)經(jīng)過(guò)過(guò)濾的3D圖像數(shù)據(jù)集。以上述同樣的方式可以由這一經(jīng)過(guò)過(guò)濾的3D圖像數(shù)據(jù)集形成人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影和/或可以首先將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)圖像元素的列表。
可使用公知的顯影方法來(lái)進(jìn)行圖像元素的顯影。此類顯影方法之一是最大強(qiáng)度投影(MIP)法。按照MIP法，檢索在從觀察者的眼睛發(fā)出的一條虛擬視線上的具有最大圖像值的圖像元素，以進(jìn)行顯示。
另一種公知的顯影方法是最接近血管投影(CVP)法。按照CVP法，檢索在從觀察者的眼睛發(fā)出的虛擬視線上位于最接近眼睛處的圖像元素，以便選取進(jìn)行顯影。跟著就是以圖像柵的形式給出大量視線，視線的數(shù)量取決于圖像數(shù)據(jù)集的分辨率和/或觀察者所需的圖像分辨率。
但按照本發(fā)明的方法將經(jīng)過(guò)過(guò)濾的圖像數(shù)據(jù)集存放在含有所有要以獨(dú)立方式進(jìn)行顯示的圖像元素的空間坐標(biāo)和圖像值的列表中時(shí)，可以方便地以反向方式應(yīng)用所給出的類型的顯影方法。按照這種應(yīng)用的反向方式，不是處理從虛擬的觀察者的眼睛朝向圖像元素的方向上的視線，而是在處理視線的同時(shí)繼續(xù)處理來(lái)自虛擬的觀察者的眼睛方向上的圖像元素。因?yàn)橐元?dú)立方式顯示人體結(jié)構(gòu)的圖像元素的列表通常僅含有少量圖像元素，所以能夠減少需要處理的視線的數(shù)量，并因此降低了所需的計(jì)算量。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的快速處理。
為了實(shí)現(xiàn)所需計(jì)算量的進(jìn)一步降低，可以在圖像數(shù)據(jù)集或圖像元素列表的圖像元素的顯影期間，對(duì)在視線的處理期間位于相關(guān)視線上的圖像元素進(jìn)行表征。這樣所表征的圖像元素就不必在顯影的后續(xù)處理步驟中再進(jìn)行處理了。
本發(fā)明還涉及一種用于由3D圖像數(shù)據(jù)集形成人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影的設(shè)備，該設(shè)備包括用于形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的裝置，在該數(shù)據(jù)集中，所有存在于所述3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像元素被再分為將以獨(dú)立形式顯示的圖像元素和將不顯示的圖像元素；過(guò)濾器裝置，用于借助圖像值的極限值來(lái)選擇圖像值；用于選取包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的、小于一個(gè)預(yù)定大小的圖像結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的所有圖像元素的裝置；用于通過(guò)將原始的3D圖像數(shù)據(jù)集的圖像值輸入給二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中被表征為將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素來(lái)形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集的裝置；和顯示裝置，用于由過(guò)濾得到的數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。
本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序，用于從3D圖像數(shù)據(jù)集中形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)顯影，該計(jì)算機(jī)程序包括當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1中所述的方法的各步驟的程序裝置。
該計(jì)算機(jī)程序包括多個(gè)程序裝置，用于- 從3D圖像數(shù)據(jù)集形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，- 借助圖像元素值的極限值對(duì)圖像元素進(jìn)行過(guò)濾，- 選取小于給定尺寸的圖像結(jié)構(gòu)的圖像元素，- 形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集，和- 形成一個(gè)獨(dú)立人體結(jié)構(gòu)的顯影。
當(dāng)在計(jì)算上運(yùn)行時(shí)，這些程序裝置完成在權(quán)利要求1中公開(kāi)的方法的步驟。


在下文中，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明，其中附圖1表示按照本發(fā)明的方法的流程圖，附圖2表示在使用-400HU作為極限值進(jìn)行過(guò)濾之后得到的胸腔的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的二維切片圖像，附圖3表示在利用區(qū)域生長(zhǎng)法從該圖像的四個(gè)角進(jìn)行了過(guò)濾之后附圖2的二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)集的二維切片圖像，附圖4表示在濾除了所有小于給定尺寸的結(jié)構(gòu)之后附圖3的二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)集的二維切片圖像，附圖5表示要以獨(dú)立形式顯示的圖像元素的二維切片圖像，和附圖6表示利用最大強(qiáng)度投影法得到的3D圖像數(shù)據(jù)集中要以獨(dú)立方式顯示的圖像元素的顯影。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1，按照本發(fā)明的優(yōu)選方案的輸入數(shù)據(jù)是由胸腔的三維數(shù)據(jù)集的圖像數(shù)據(jù)組成的。該數(shù)據(jù)集是借助計(jì)算機(jī)斷層掃描照射得到的。圖像值與這個(gè)3D圖像數(shù)據(jù)集中的每一個(gè)圖像元素相關(guān)。這個(gè)圖像值通常表示為CT值或者所謂的霍斯菲耳德氏單位(Hounsfieldunit)，CT值或霍斯菲耳德氏單位是將組織的衰減值與水的衰減值相比而得到的單位。
將該3D圖像數(shù)據(jù)集再細(xì)分為多個(gè)水平定位的切片圖像。依照本發(fā)明的方法對(duì)這些切片圖像單獨(dú)進(jìn)行處理。
在本方法的第一個(gè)步驟(附圖1中的S1)中進(jìn)行過(guò)濾，此時(shí)使用一個(gè)給定的HU作為極限值。將具有小于這一極限值(對(duì)于肺部組織顯影而言，最好等于-400HU)的值HU的所有圖像元素的圖像值都設(shè)置為0，并且將所有大于這一極限值的圖像元素的圖像值都設(shè)置為1。如附圖2所示，在執(zhí)行了這一步驟之后，諸如骨骼、脂肪、肝臟和血液之類的人體組織30被設(shè)置為1，而人體周圍的空氣10、肺中存在的空氣和肺實(shí)質(zhì)組織20被設(shè)置成了0。
在本方法的后續(xù)步驟(附圖1中S2)過(guò)程中，開(kāi)始進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，即，從設(shè)置在切片圖像的四個(gè)角的四個(gè)生長(zhǎng)點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行生長(zhǎng)。不過(guò)，也可能設(shè)置多于或少于四個(gè)的生長(zhǎng)點(diǎn)。這些生長(zhǎng)點(diǎn)是以這樣一種方式進(jìn)行設(shè)置的將一個(gè)區(qū)域中設(shè)置為0的圖像元素設(shè)置為1。隨后，圍繞著相應(yīng)圖像元素且具有值0的所有圖像元素均設(shè)置成了1，并且區(qū)域生長(zhǎng)從這些圖像元素的每一個(gè)起繼續(xù)進(jìn)行。病人身體周圍的整個(gè)空氣空間，包括放置病人的墊子40以及身體周圍的圓形噪聲環(huán)50都被設(shè)置成了1。本方法的這一步驟得出了如附圖3所示的二進(jìn)制圖像。
此外，生長(zhǎng)點(diǎn)也可以根據(jù)需要設(shè)置在結(jié)構(gòu)中，比如設(shè)置在呼吸道中，認(rèn)為呼吸道是具有很小的HU(接近-1000HU)的小區(qū)域。本區(qū)域生長(zhǎng)法同樣以這種方式將小的呼吸道設(shè)置為1。
在本方法的這一區(qū)域生長(zhǎng)步驟之后，所有小于給定尺寸的小的肺部組織都將在本方法的另一個(gè)步驟(附圖1中的S3a、S3b)中被設(shè)置為0。于是可以采用形態(tài)開(kāi)操作法(附圖1中的S3a)。按照這一方法，將借助一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，比如一個(gè)具有給定直徑的圓，對(duì)二進(jìn)制切片圖像進(jìn)行柵格化，該圓的直徑大到足以包含感興趣的肺部組織，這些肺部組織小于給定的尺寸。然后將所有無(wú)法完全填入所述結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)的圖像元素設(shè)置為0。將所有兩倍于結(jié)構(gòu)單元大小(或圓的直徑)的結(jié)構(gòu)也設(shè)置為0。而且，在所有大于結(jié)構(gòu)單元的兩倍的結(jié)構(gòu)的邊緣區(qū)域內(nèi)，將相當(dāng)于結(jié)構(gòu)單元的大小的厚度的邊緣地帶和度設(shè)置為1。因此，本方法接在所述柵格化操作后面的步驟中，將邊緣地帶內(nèi)的所有剩余結(jié)構(gòu)再次放大相當(dāng)于結(jié)構(gòu)單元的大小的倍數(shù)。
這一步驟還利用了距離變換方法(附圖1中S3b)代替形態(tài)開(kāi)操作法。按照該距離變換法，為每個(gè)圖像元素賦予一個(gè)圖像值，該圖像值等于相應(yīng)的圖像元素與最近的具有不同圖像值的圖像元素之間的距離。這一賦值得到這樣的結(jié)果，由二進(jìn)制切片圖像形成了一個(gè)浮雕狀的圖像；在這個(gè)浮雕圖像中，大的組織的邊緣地帶的圖像元素和小的組織的圖像元素具有小值，反之，大的組織的中央處的圖像元素具有高的值。當(dāng)把所有小于一個(gè)給定值的圖像元素都設(shè)置為0時(shí)，小的組織能夠因此全部得以設(shè)置為零，而對(duì)于大的組織來(lái)說(shuō)，只有邊緣地帶得以設(shè)置為零。在后續(xù)的步驟中，后者能后得以重新恢復(fù)，即，通過(guò)使用與形態(tài)開(kāi)操作法中相同的方法對(duì)剩余的結(jié)構(gòu)重新放大。
本方法的這一步驟得到了附圖4所示的二進(jìn)制圖形。
在執(zhí)行了上述的過(guò)濾操作之后，可以通過(guò)邏輯AND組合來(lái)選取要以獨(dú)立形式顯示的圖像元素(附圖l中的步驟S4)。這一操作是以這樣的方式進(jìn)行的選取所有這樣的圖像元素一方面在完成了形態(tài)凈化(或距離變換)法之后得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集(附圖1中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集B)中具有值0，且還在借助極限值進(jìn)行過(guò)濾的方法的第一個(gè)步驟完成之后得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集(附圖1中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集A)中具有值1。
于是得到了一個(gè)如附圖5所示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的顯影。這些圖像元素(感興趣的立體像素)被再次分配圖像值，這些圖像值包含在相關(guān)圖形元素的原始的3D圖像數(shù)據(jù)集中(附圖1中的S5)。
然后，通過(guò)包含著要以獨(dú)立形式顯現(xiàn)的圖像元素并且是由多個(gè)切片圖像形成的圖像數(shù)據(jù)集，形成了一個(gè)列表，該列表中是輸入給每個(gè)圖像元素的各自的空間坐標(biāo)和圖像值(附圖l中的S6)。
這樣，能夠由具有512個(gè)切片和0.68mm2×0.6mm3的分辨率且含有接近138兆個(gè)立體像素的胸腔圖像的典型的數(shù)據(jù)集形成一個(gè)將以獨(dú)立方式顯現(xiàn)的立體像素(感興趣的立體像素)的列表。這個(gè)列表典型地含有小于一兆的立體像素，就是說(shuō)，小于原始數(shù)據(jù)量的1％。
如附圖6所示，通過(guò)應(yīng)用最大強(qiáng)度投影(MIP)，可以由這個(gè)列表形成三維結(jié)構(gòu)的二維投影。然后為包含在該列表中的各個(gè)立體像素計(jì)算觀察角度，并且確定出在一個(gè)觀察方向上具有最大圖像值的立體像素。然后將這樣確定的立體像素顯現(xiàn)在二維投影中。
另外，也可以使用最接近血管投影(closest vessel projection)(CVP)法來(lái)確定在觀察方向上最接近觀察者的立體象素，以便將其顯現(xiàn)在二維投影中。
為了給觀察者提供獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的三維感受或深度信息，可以使觀察角度自動(dòng)且連續(xù)地變化，從而得到了這樣一種感覺(jué)人體結(jié)構(gòu)好像圍繞著一個(gè)空間軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于前面介紹的數(shù)據(jù)減少的作用，借助通?？捎玫挠?jì)算能力，就可以實(shí)時(shí)從這種觀察模式所需的不同觀察方向?qū)崿F(xiàn)人體結(jié)構(gòu)的大量二維投影。這樣就能夠得到均勻且流暢的感覺(jué)。
亦可方便地實(shí)現(xiàn)觀察角度的變化和圖像細(xì)節(jié)的選擇(放大功能)，這是由用戶控制的。這樣的用戶控制可借助計(jì)算機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行。由于前面所述的數(shù)據(jù)減少，利用常規(guī)可用的計(jì)算能力，可實(shí)時(shí)地進(jìn)行由用戶控制的觀察角度的變化以及由用戶選擇的細(xì)節(jié)的放大或縮小。就計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間的多寡而言，當(dāng)在進(jìn)行這一計(jì)算之前，將所要顯示的圖像元素以圖像元素列表的形式進(jìn)行保存是非常有益的。
假若在給定環(huán)境下可用的計(jì)算量不足以進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，亦可在第一步驟中計(jì)算來(lái)自不同觀察方向上的給定的二維投影，而利用前面計(jì)算的投影，可在第二步驟中形成人體結(jié)構(gòu)的均勻且流暢旋轉(zhuǎn)的顯影。
在以這種方式預(yù)先計(jì)算了觀察方向的情況下，還可實(shí)現(xiàn)有限的用戶控制形式，在這種形式下，用戶可得到的旋轉(zhuǎn)僅限于圍繞給定軸的旋轉(zhuǎn)，例如，專門圍繞z軸旋轉(zhuǎn)，并且在這種形式下，這種受限的旋轉(zhuǎn)可能有的觀察方向是預(yù)先計(jì)算的。
權(quán)利要求
1.一種由3D圖像數(shù)據(jù)集形成一個(gè)獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)顯影的方法，該方法包括步驟-形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，在該數(shù)據(jù)集中，將所有存在于所述3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像元素再分為將以獨(dú)立形式顯示的圖像元素和將不顯示的圖像元素，其中a1.借助極限值對(duì)圖像值進(jìn)行過(guò)濾，和a2.選取包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的、小于一個(gè)預(yù)定大小的圖像結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的所有的圖像元素，-通過(guò)將原始的3D圖像數(shù)據(jù)集的圖像值輸入給二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中被表征為將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素的那些圖像元素來(lái)形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集，-由經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集形成圖像元素的列表，該列表具有將要以獨(dú)立的形式顯示的所有圖像元素的位置數(shù)據(jù)和相關(guān)的圖像值，并且由這個(gè)列表形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了形成二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素區(qū)域和不顯示的圖像元素區(qū)域是借助區(qū)域生長(zhǎng)法得以彼此分離的。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用了形態(tài)開(kāi)操作法，以選擇將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素區(qū)域和不顯示的圖像元素區(qū)域。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用了距離變換方法，最好包含一個(gè)整數(shù)類型斜面距離，以選擇將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素區(qū)域和不顯示的圖像元素區(qū)域。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，切片中的二維數(shù)據(jù)集的處理在本方法的至少一個(gè)步驟中進(jìn)行，在本方法的這些步驟中的圖像元素是像素。
7.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，為了對(duì)圖像元素列表的圖像元素進(jìn)行顯影，以反向方式使用了一種顯影方法，尤其是最大強(qiáng)度投影(MIP)或者最接近血管投影(CVP)法，以所述反向方式，路徑是沿著從包含在圖像元素列表中的圖像元素到一個(gè)虛擬的觀察者的眼睛的方向。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，以獨(dú)立的形式對(duì)肺部進(jìn)行顯影。
9.一種從3D圖像數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)顯影的設(shè)備，該設(shè)備包括-用于形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的裝置，在該數(shù)據(jù)集中，所有存在于所述3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像元素被再分為將以獨(dú)立形式顯示的圖像元素和將不顯示的圖像元素，-過(guò)濾裝置，用于借助圖像值的極限值來(lái)選擇圖像值，-用于選取包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的、小于一個(gè)預(yù)定大小的圖像結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集的所有圖像元素的裝置，-用于通過(guò)將原始的3D圖像數(shù)據(jù)集的圖像值輸入給二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中被表征為將要以二進(jìn)制形式顯示的圖像元素的那些圖像元素來(lái)形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集的裝置，-顯示裝置，用于由經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。
10.一種計(jì)算機(jī)程序，用于從3D圖像數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)顯影，該計(jì)算機(jī)程序包括當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1中所述的方法的各步驟的程序裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由3D圖像數(shù)據(jù)集形成人體結(jié)構(gòu)的獨(dú)立顯影的方法，該方法包括步驟形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，其中將包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的所有圖像元素分為將要以獨(dú)立的形式顯示的圖像元素和不顯示的圖像元素，其中借助圖像值的極限值進(jìn)行圖像值的過(guò)濾，并且選取包含在3D圖像數(shù)據(jù)集中的小于預(yù)定大小的圖像結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中所有圖像元素；通過(guò)將原始3D圖像數(shù)據(jù)集中的圖像值輸入給二進(jìn)制數(shù)據(jù)集中被表征為將要以獨(dú)立形式顯示的圖像元素的那些圖像元素，形成一個(gè)經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集；由該經(jīng)過(guò)濾的數(shù)據(jù)集形成獨(dú)立的人體結(jié)構(gòu)的顯影。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備，并且還涉及在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述步驟的編程裝置。
文檔編號(hào)G06T15/40GK1692377SQ02824444
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者R·維克, T·布拉弗特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司