專利名稱：三維成像裝置、可視化方法及操作檢查設(shè)備和定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在三維數(shù)據(jù)組可視化中定向的輸入裝置以及一種用于可視化三維數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，本發(fā)明還涉及一種用于顯示這種可視化三維數(shù)據(jù)組的顯示裝置，此外還涉及一種用于操作成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的方法以及一種圖形定位預(yù)測量三維數(shù)據(jù)組中的、借助于成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備待測量的層的方法。
背景技術(shù)：
利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不斷增強(qiáng)的計(jì)算能力對三維數(shù)據(jù)組進(jìn)行紀(jì)錄、顯示和處理非常重要，因?yàn)楝F(xiàn)在也能夠?qū)τ诟邤?shù)據(jù)密度的空間數(shù)據(jù)、即更高分辨率的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、顯示和處理。正是在現(xiàn)代成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備中，這種設(shè)備發(fā)展中的進(jìn)步伴隨著對醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的顯示和分析處理的可能性。這種情況例如出現(xiàn)在大型醫(yī)療設(shè)備中，如在計(jì)算機(jī)斷層造影或磁共振斷層造影中，或在超聲波探測造影中。因此這例如首先是高分辨率血管造影數(shù)據(jù)的獲得使得能夠采取有針對性的醫(yī)療措施。
迄今，對這種三維數(shù)據(jù)組的顯示是以不同的方式實(shí)現(xiàn)的。一種方法是，在常規(guī)顯示器上顯示兩維截面圖像，而第三維則通過顯示不同層(翻閱)的可能性間接地顯示。另一種方法是，存在透視顯示的可能性，其中，這些顯示須從三維數(shù)據(jù)組計(jì)算出。以這種方式顯示的虛擬三維物體然后可以通過計(jì)算機(jī)控制的旋轉(zhuǎn)、即改變透視的出發(fā)點(diǎn)，從不同的方向加以觀察。這種類型的三維顯示可以傳送到投影系統(tǒng)中。
另一類顯示基于所謂的3D眼鏡，其為觀察者突顯三維圖像。一種進(jìn)一步的進(jìn)展是在所謂的賽博空間(Cyberspace)中進(jìn)行三維顯示，其中，三維數(shù)據(jù)被置于帶有數(shù)據(jù)眼鏡的數(shù)據(jù)頭盔中。觀察者得到接近實(shí)際的空間印象，其通過計(jì)算觀察者在三維數(shù)據(jù)組顯示中的位置(由頭盔的位置給出)得到。
立體顯示器采用特殊的設(shè)置。一個(gè)例子是Actuality Systems公司的3D監(jiān)視器，其產(chǎn)生待成像對象的真實(shí)三維圖像。在此，將一兩維計(jì)算出的圖像投影到一旋轉(zhuǎn)面上，由此為觀察者產(chǎn)生一三維圖像。這種三維監(jiān)視器的潛在應(yīng)用在于例如在顯示利用醫(yī)學(xué)成像設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)的領(lǐng)域，或顯示復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，例如顯示分子。立體顯示器首先具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其一是在顯示器的大環(huán)境范圍內(nèi)的圖像可視，因此，可以同時(shí)有多個(gè)觀察者來觀看所顯示的對象。這尤其對于培訓(xùn)來說是具有優(yōu)點(diǎn)的。另一優(yōu)點(diǎn)是，3D顯示器使觀察者可以聚焦在對象的任一點(diǎn)上，并分別獲得清晰的圖像。
對于用戶來說重要的是，如何用戶友好地訪問虛擬透視顯示信息或真實(shí)三維顯示信息。在此有意義的首先是輸入裝置，利用其可選擇數(shù)據(jù)組中的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其次是操縱這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的可能性，第三是盡可能優(yōu)選地顯示所操縱的3D數(shù)據(jù)組。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種在三維數(shù)據(jù)組可視化中用于定向的輸入裝置，一種用于可視化三維數(shù)據(jù)組的方法，一種用于顯示三維數(shù)據(jù)組可視化的顯示裝置，以及一種用于操作成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的方法以及一種圖形定位預(yù)測量三維數(shù)據(jù)組中的、借助于成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備待測量的層的方法，以改進(jìn)在三維數(shù)據(jù)組中的定向和對其的處理以及可視性。
本發(fā)明的技術(shù)問題是通過一種輸入裝置解決的，其用于在對三維數(shù)據(jù)組可視化時(shí)進(jìn)行定向，其具有用于選擇參照點(diǎn)的部件、用于確定方向的部件，以及用于調(diào)節(jié)距離量的部件。按照本發(fā)明的輸入裝置使觀察者能夠輸入可視化定向參數(shù)(如參照點(diǎn)、方向或距離量)，其中，輸入優(yōu)選地由手動(dòng)進(jìn)行。應(yīng)盡可能避免對觀察者在可視化上的觀察和自由度的妨礙。這樣的輸入裝置一方面具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即提供了按照自然的過程設(shè)置定向參數(shù)的可能性感興趣的點(diǎn)或區(qū)域與哪一點(diǎn)、在哪一方向上相距有多遠(yuǎn)。另一方面，按照本發(fā)明，該輸入裝置提供了順序上的靈活性，利用其可以設(shè)置定向參數(shù)。例如，可以首先確定參照點(diǎn)，然后確定方向，最后確定距離，或者也可以幾乎同時(shí)設(shè)置所有定向參數(shù)。
此外，本發(fā)明的目的還通過一種用于可視化三維數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)，在該方法中，首先在顯示器上顯示數(shù)據(jù)組，然后在顯示器的顯示區(qū)域內(nèi)選擇一點(diǎn)，為此，借助于上述輸入裝置輸入三個(gè)定向參數(shù)。一方面選擇一虛擬平面上的參照點(diǎn)，該虛擬平面的幾何排列與顯示器的顯示區(qū)域的關(guān)系已知。另一方面，設(shè)置一個(gè)方向，其指示從參照點(diǎn)出發(fā)至顯示器顯示區(qū)域中待選擇的點(diǎn)的方向。此外，設(shè)置確定待選擇的點(diǎn)與參照點(diǎn)之間的距離的距離量。然后，對其與選出的點(diǎn)的幾何關(guān)系是可調(diào)的顯示區(qū)域以其顯示方式進(jìn)行操作。
在該方法中有意義的是，將可借助輸入裝置調(diào)節(jié)的定向參數(shù)傳送到顯示可視化的顯示區(qū)域。例如，利用輸入裝置在一平面上選擇一個(gè)點(diǎn)，該平面與輸入裝置直接接觸。這種平面例如為輸入裝置在其上運(yùn)動(dòng)的襯墊。在將這些點(diǎn)傳送到虛擬平面上時(shí)，該虛擬平面應(yīng)一方面與顯示器的顯示區(qū)域相關(guān)，另一方面與觀察者相關(guān)。前者是由虛擬平面在顯示區(qū)域中選出點(diǎn)的前提，后者則通過三維顯示以及對其的觀察來確定例如視角。例如，在透視顯示時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)的是，使該平面位于對象和觀察者之間，而在立體顯示器的情況下，具有優(yōu)選地是使該面包圍顯示器。然后，求解利用輸入裝置設(shè)置的點(diǎn)與虛擬平面上的參照點(diǎn)之間的差，這只有當(dāng)其被認(rèn)為重要時(shí)才會(huì)執(zhí)行，因?yàn)橐稽c(diǎn)到另一點(diǎn)的傳送是確定的。該方法的優(yōu)點(diǎn)同樣在于其與實(shí)際三維對象打交道的自然方式。
此外，本發(fā)明的技術(shù)問題還通過一種顯示裝置來解決，該顯示裝置用于按照上述用于可視化數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法來顯示三維數(shù)據(jù)組的可視化。該顯示裝置具有一同樣如上所述的、用于在可視化中定向的輸入裝置，以及一可視化單元，該可視化單元借助由輸入裝置輸入的定向參數(shù)產(chǎn)生一種可視化的顯示方式，一顯示器對這種可視化進(jìn)行顯示。該顯示裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，其使得可以直觀的方式在可視化中進(jìn)行定向并對其進(jìn)行處理。
此外，本發(fā)明的技術(shù)問題還通過一種操作成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的方法來解決，其利用上述可視化數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法。該用于操作檢查設(shè)備的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，一方面由于改進(jìn)的顯示而使得從醫(yī)學(xué)檢查中獲得信息可以更容易，并可以將其用于診斷，另一方面可將這些信息用于優(yōu)化由成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備所進(jìn)行的其它測量中，其中，例如有針對性地限定待檢查的區(qū)域。
再有，本發(fā)明的技術(shù)問題還通過一種在三維數(shù)據(jù)組中圖形定位由成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備待測量的層的方法來解決。該數(shù)據(jù)組通過預(yù)測量以較低的分辨率獲得，并在顯示器上進(jìn)行顯示。利用前述可視化數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，選擇一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)并確定待測量的層，該層是通過相對于該數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾何關(guān)系定義的。優(yōu)選地，該層通過該數(shù)據(jù)點(diǎn)延伸。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，借助于輸入裝置在預(yù)測量中進(jìn)行定向，并由此簡化了對待檢查層的選擇。
在用于在可視化中定向的輸入裝置的一種優(yōu)選的構(gòu)造中，用于選擇參照點(diǎn)的部件這樣構(gòu)成，即使得能夠在兩維平面上定位參照點(diǎn)，并能識別在該平面上的該位置。其優(yōu)點(diǎn)為，在兩維平面上，而不是在三維平面上定位參照點(diǎn)，但其前提是，該兩維平面過后要與可視化在空間上相關(guān)。
在輸入裝置的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于選擇參照點(diǎn)的部件是常規(guī)鼠標(biāo)，其例如在平面上的兩維運(yùn)動(dòng)被記錄。該鼠標(biāo)優(yōu)選地與計(jì)算單元連接，由鼠標(biāo)獲得的數(shù)據(jù)被傳送到該計(jì)算單元中。這種實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是其可以利用現(xiàn)有技術(shù)。
在輸入裝置的一種特殊的構(gòu)造中，用于確定方向的部件具有一可向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的操縱桿和一傳感器，該傳感器記錄該操縱桿在該方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種操縱桿可以是可轉(zhuǎn)動(dòng)的操縱桿(Joystick)，其中，例如通過確定偏轉(zhuǎn)角或偏轉(zhuǎn)過程的時(shí)長來監(jiān)控轉(zhuǎn)動(dòng)，并將其換算為一個(gè)角度。從兩維平面上參照點(diǎn)的位置出發(fā)，在兩個(gè)不同的方向?qū)蓚€(gè)角進(jìn)行取向，以在空間中唯一地確定一個(gè)方向。
在輸入裝置的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，操縱桿與常規(guī)鼠標(biāo)在結(jié)構(gòu)上相連接，以構(gòu)成多功能鼠標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)在于，可將使用者常用的兩種輸入裝置組合在一起。
在輸入裝置的另一種優(yōu)選的構(gòu)造中，該輸入裝置包括一優(yōu)選為可自由運(yùn)動(dòng)的指示棒，其與可能需要的單元例如沒有連接電纜。該指示棒既是用于選擇參照點(diǎn)的部件又是用于確定方向的部件。要將指示棒用作輸入裝置，需要一個(gè)能夠在空間中確定該指示棒位置以及確定其在空間的取向的部件。然后，將該位置和取向與可視化相關(guān)聯(lián)，以確定參照點(diǎn)和方向。
在輸入裝置的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，利用超聲波運(yùn)行時(shí)間測量來測量指示棒的位置和取向。超聲波運(yùn)行時(shí)間測量的優(yōu)點(diǎn)在于，可對分辨率、在這種情況下為位置分辨率進(jìn)行足夠精細(xì)地調(diào)節(jié)，以唯一地確定位置和方向。
在一種擴(kuò)展中，指示棒至少具有兩個(gè)超聲波發(fā)射器，它們優(yōu)選安裝在指示棒的兩端。由超聲波發(fā)射器發(fā)出的信號由輸入裝置的接收單元記錄。如果接收單元相對于可視化的位置已知，且超聲波發(fā)射器和接收單元通過同步部件(例如通過無線連接)在時(shí)間上同步，則可以利用超聲波發(fā)射器和接收單元之間的運(yùn)行時(shí)間計(jì)算指示棒的位置和取向。這種擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)在于，使利用了簡單而公知的超聲波運(yùn)行時(shí)間測量的形式。
在另一種擴(kuò)展中，指示棒至少具有兩個(gè)超聲波反射器，其也優(yōu)選地安裝在指示棒的兩端。位置已知的超聲波發(fā)射器發(fā)出信號，這些信號由反射器以不同的強(qiáng)度和特征脈沖波形反射。這種編碼的反射超聲波信號由相對于可視化的位置同樣已知的接收單元接收，并通過與已知的反射模式進(jìn)行信號比較，與各超聲波反射器相對應(yīng)。這種擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)在于，在指示棒的被動(dòng)工作方式下，其僅起超聲波反射器的作用，因此在指示棒中只需較低廉的電子元件。
在輸入裝置的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，用于調(diào)節(jié)距離量的部件包括一可旋轉(zhuǎn)小輪和一個(gè)用于測取這種旋轉(zhuǎn)的傳感器。這種小輪的優(yōu)點(diǎn)在于，其既可以設(shè)置在指示棒中，也可以設(shè)置在多功能鼠標(biāo)中。通過小輪的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的信號將通過例如無線通信傳遞給處理單元。
在輸入裝置的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述輸入裝置附加地具有用于觸發(fā)信號的按鍵。一個(gè)或多個(gè)這樣的按鍵可以產(chǎn)生控制信號，這些信號被傳送至計(jì)算單元。按鍵的優(yōu)點(diǎn)在于，其具有操作優(yōu)勢，并可簡單地集成在指示棒或多功能鼠標(biāo)中。
在輸入裝置的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，該輸入裝置附加地具有用于輸出參照點(diǎn)、方向和距離量的部件。該輸出部件例如可以安裝在中央計(jì)算機(jī)中，該中央計(jì)算機(jī)例如還包括同步單元和/或接收單元，并對它們進(jìn)行控制。該輸出部件可與本文開始所述的3D顯示系統(tǒng)連接。
在用于可視化數(shù)據(jù)點(diǎn)方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，將數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示在3D顯示器上。如果這樣的顯示器例如具有半球形的顯示區(qū)域，則參照點(diǎn)投影到其上的虛擬平面優(yōu)選地同樣為環(huán)繞顯示區(qū)域的半球形。
在用于可視化的方法的另一實(shí)施方式中，將對象透視地顯示在2D顯示器上。優(yōu)選地將顯示器屏幕選作虛擬平面，在其上利用選擇參照點(diǎn)的部件來選擇參照點(diǎn)。
在該方法的該實(shí)施方式以及前述實(shí)施方式中，虛擬平面相對于顯示區(qū)域的幾何排列是已知的。在一種擴(kuò)展中，利用輸入裝置輸入兩個(gè)用于給出方向的角。這些角位于參照點(diǎn)的位置，并確定待選擇的點(diǎn)所在顯示區(qū)域中的方向。角的底邊優(yōu)選位于與正切平面垂直的、不平行的平面內(nèi)，其中，正切平面在參照點(diǎn)處正切于虛擬半球或顯示器屏幕面。作為另一種選擇，角的底邊也可位于正切平面內(nèi)。
在用于可視化的方法的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，利用第一坐標(biāo)系例如以經(jīng)度和緯度來分割虛擬平面。如果是在第二坐標(biāo)系中選擇參照點(diǎn)，則將由選擇參照點(diǎn)部件確定的參照點(diǎn)傳送給虛擬平面是通過從第一坐標(biāo)系到第二坐標(biāo)系的傳送實(shí)現(xiàn)的。
在用于可視化的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在調(diào)節(jié)定向參數(shù)時(shí)，一箭頭連續(xù)地標(biāo)示出各當(dāng)前由定向參數(shù)確定的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中箭頭的尖峰位于所述數(shù)據(jù)點(diǎn)上，而箭頭的箭身示出參照點(diǎn)的方向。
在一種擴(kuò)展中，只要示出箭頭，定向參數(shù)就會(huì)改變。首先通過按壓輸入裝置的按鍵來確定定向參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對顯示方式的操作。
在用于可視化的方法的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過選擇參照點(diǎn)同時(shí)也選擇一個(gè)區(qū)域，其體積和/或形狀可以預(yù)先設(shè)置，或是可改變的。其優(yōu)點(diǎn)在于，不僅可以操作一個(gè)點(diǎn)，而且可以操作通過該點(diǎn)確定的、根據(jù)需要進(jìn)行匹配的區(qū)域。
在一種優(yōu)選擴(kuò)展中，操作一個(gè)位于參照點(diǎn)和所選擇的點(diǎn)之間的區(qū)域，其中，待操作的區(qū)域圓錐形地朝向所選出的點(diǎn)。該區(qū)域隨著選出的點(diǎn)的變化而連續(xù)運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)在于，觀察者的視線可沿著在所選出點(diǎn)上的圓錐體進(jìn)行操作，以便例如避免妨礙對所選擇的區(qū)域的視線。
在用于可視化方法的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，三維數(shù)據(jù)組和/或選擇的區(qū)域的顯示可以按不同的方式進(jìn)行，例如骨架式，不透明、透明、或部分透明。不透明顯示例如僅示出3D對象的表面。骨架式顯示僅對特定的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行不透明顯示，因此例如在血管造影中，在血管中以及在血管表面，在其連網(wǎng)中以柵格的形式顯示。在對數(shù)據(jù)點(diǎn)的透明和部分透明的顯示中，數(shù)據(jù)點(diǎn)是不可見的或其不完全遮蓋位于其后的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
在部分透明顯示中，為數(shù)據(jù)點(diǎn)分配影響對各數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示的透明度。例如，對背景數(shù)據(jù)點(diǎn)、即在觀察方向上位于一數(shù)據(jù)點(diǎn)之后的數(shù)據(jù)點(diǎn)的透視進(jìn)行控制。這在特殊的體積測量的3D顯示器中可以通過各數(shù)據(jù)點(diǎn)的顯示強(qiáng)度來起作用。以這種方式可以產(chǎn)生透視效應(yīng)。透明度的分配例如由數(shù)據(jù)點(diǎn)關(guān)于信號強(qiáng)度的頻率分布來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)信號強(qiáng)度來對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行操作使得可以例如將位于一強(qiáng)度間隔之外的數(shù)據(jù)點(diǎn)透明地顯示。以這種方式，可抑制可視化中不需要的強(qiáng)度范圍。
在用于可視化的方法的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，待選擇的區(qū)域具有一形狀，例如球或四面體。通過一個(gè)圓錐，其內(nèi)容在這種情況下是透明顯示的，觀察者可以例如首先定位該四面體，然后看到該四面體內(nèi)，其中，該四面體的內(nèi)容例如骨架式地顯示。此外，還可將該四面體的內(nèi)容和以圓錐為界的側(cè)面透明地顯示。該四面體剩下的側(cè)面構(gòu)成了穿過3D對象的相應(yīng)的定位截面圖像。其優(yōu)點(diǎn)在于，可借助于此對內(nèi)診介入進(jìn)行模擬。
在本方法的一種優(yōu)選的擴(kuò)展中，通過選出的點(diǎn)設(shè)置一截面，其中，在該截面的一面上數(shù)據(jù)點(diǎn)是透明顯示的，在另一面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)是不透明顯示的。這相當(dāng)于通常的截面圖像的3D顯示。
在用于可視化方法的另一種實(shí)施方式中，除了三維顯示之外，還在一2D顯示器上產(chǎn)生兩維顯示。除了對截面圖像的兩維顯示之外，還在三維顯示中示出該截面的位置，例如以框架的形式。這使得能夠在三維顯示中進(jìn)行截面圖像的概略定向和定位，以及在2D顯示器上以高分辨率顯示截面圖像。
在用于可視化方法的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，選出的區(qū)域是這樣確定的選出其在一個(gè)窗口范圍內(nèi)的特征量值位于選出的點(diǎn)的值附近的點(diǎn)。特征量例如是選出的點(diǎn)的信號強(qiáng)度。該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是，可得到具有相似特征量值的點(diǎn)的骨架式顯示。
在用于顯示三維數(shù)據(jù)組可視化的顯示裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，可視化單元具有將參照點(diǎn)、方向和距離與虛擬平面相關(guān)聯(lián)的部件。在此，該部件可以包括一計(jì)算單元，其利用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算定向參數(shù)、虛擬平面和可顯示體積之間的幾何關(guān)系。
在用于圖形定位的方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在借助于預(yù)運(yùn)行的測量選出層并定位之后，利用成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備進(jìn)行高分辨率的測量并在顯示器上顯示。


以下借助圖1至13對本發(fā)明的多種實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖中，圖1示出了一個(gè)用于顯示三維數(shù)據(jù)組可視化的顯示裝置，
圖2示出了一個(gè)具有多個(gè)功能部件的多功能鼠標(biāo)，圖3示出了說明指示棒的使用的示意圖，圖4為在利用2D顯示器進(jìn)行透視的3D顯示時(shí)，選擇虛擬平面的一個(gè)例子，圖5為用于說明可借助輸入裝置輸入的定向參數(shù)的示意圖，圖6示出了第一測量構(gòu)造，其允許確定指示棒的位置和取向，圖7示出了第二測量構(gòu)造，其允許確定指示棒的位置和取向，圖8為說明圖7所用的編碼反射的示意圖，圖9為可操作的體積的截面顯示，圖10為由磁共振斷層造影設(shè)備拍攝的3D血管造影，圖11為由計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備拍攝的3D膝關(guān)節(jié)圖像，圖12示出了數(shù)據(jù)點(diǎn)的強(qiáng)度頻率分布以及其借助于窗口設(shè)置的透明度分布，圖13示出了說明在顯示空間中選擇層的示意圖，圖14示出了說明在磁共振斷層造影中定位層的圖像。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了用于顯示三維數(shù)據(jù)組可視化顯示裝置1。數(shù)據(jù)組借助于磁共振斷層造影設(shè)備3(即成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備)獲得。這里，所拍攝的患者頭部5的三維圖像借助3D顯示器7顯示出來。3D顯示器7在此是真實(shí)的3D顯示器，其將對象，在此即患者頭部5在其立體的顯示空間8中作為空間圖像(在此為頭部圖像9)顯示出來。此外，3D顯示器7還可以是常規(guī)顯示器，即具有兩維顯示空間的顯示器，其利用空間透視對頭部成像。
利用輸入裝置11、13，例如多功能鼠標(biāo)11或指示棒13，可以在顯示空間8中、并由此在三維可視化(即頭部圖像9)中定向。為此所需的參數(shù)將例如被數(shù)字化，并通過電纜或紅外線接口送至計(jì)算和產(chǎn)生可視化的單元。
如果例如利用輸入裝置11、13在頭部圖像9中選擇一點(diǎn)14，則可以例如沿著透明圓錐15觀察圍繞該點(diǎn)14的虛擬截面。附加地，還可將該截面成像在一2D常規(guī)顯示器17上。在圖1中，例如對穿過頭部5平衡器官的截面圖像19進(jìn)行成像。
觀察者可借助輸入裝置11、13在3D顯示器7的成像空間中的任何位置上對圓錐15進(jìn)行取向，即在顯示空間8中可從每個(gè)方向來觀察各個(gè)點(diǎn)14。
顯示裝置1的3D顯示器7還附加地具有一計(jì)算單元21，該計(jì)算單元21將由輸入裝置輸入的各參照點(diǎn)23、方向以及距離與虛擬平面關(guān)聯(lián)起來，該虛擬平面相對于顯示空間8的幾何排列是已知的。該計(jì)算單元21還具有用于將3D數(shù)據(jù)與由輸入裝置11、13輸入的參數(shù)之間的幾何關(guān)系以高效率的計(jì)算時(shí)間進(jìn)行組合和計(jì)算的部件。換言之，該計(jì)算單元21將輸入的參照點(diǎn)23與虛擬平面上的一個(gè)點(diǎn)相對應(yīng)，由該點(diǎn)出發(fā)，沿輸入的方向，以輸入的距離，在三維數(shù)據(jù)組中選出點(diǎn)14，或圍繞其的區(qū)域。該計(jì)算例如是通過對圖形關(guān)系優(yōu)化的處理器以盡可能快的速度實(shí)施的。
圖2示出了一個(gè)具有多個(gè)不同功能部件的多功能鼠標(biāo)11。多功能鼠標(biāo)11的基礎(chǔ)是基座31，其功能相當(dāng)于普通的PC鼠標(biāo)。借助于球33，將測量在襯墊上兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，它們在圖2中用X方向和Y方向表示。該多功能鼠標(biāo)11在襯墊上的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致X和Y坐標(biāo)的變化，這被記錄并借助計(jì)算單元21傳遞到虛擬平面坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)。作為另一種選擇，也可光學(xué)地采集多功能鼠標(biāo)11在襯墊上的運(yùn)動(dòng)(光學(xué)鼠標(biāo))。
在圖1所示3D顯示器的例子中，顯示了例如穿過顯示空間8的半球形表面虛擬平面，該虛擬平面例如可按經(jīng)度和緯度分布。例如，相應(yīng)于基座31沿X方向的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)在緯度上的運(yùn)動(dòng)，而相應(yīng)于基座31沿Y方向的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)在經(jīng)度上的運(yùn)動(dòng)。
作為另一種選擇，以鼠標(biāo)形式的基座31是追蹤球或追蹤墊系統(tǒng)。在這種情況下，坐標(biāo)的改變直接通過球的旋轉(zhuǎn)或通過追蹤墊的接觸被記錄。
在基座31上有一個(gè)操縱桿35，其允許記錄在兩個(gè)例如正交方向上的偏轉(zhuǎn)。在一個(gè)方向上的偏轉(zhuǎn)可以例如通過偏轉(zhuǎn)度或通過偏轉(zhuǎn)時(shí)長確定一個(gè)角。借助于計(jì)算單元21將一個(gè)以這種方式輸入的角換算成一個(gè)確定一個(gè)方向的角，該方向從參照點(diǎn)出發(fā)在虛擬平面中被顯示出。該操縱桿35的向前及向后偏轉(zhuǎn)例如又相應(yīng)于圖1中參照點(diǎn)經(jīng)度平面內(nèi)的角度變化，而其向兩側(cè)的偏轉(zhuǎn)相應(yīng)于垂直于經(jīng)度平面以及垂直于顯示空間8半球形表面上在參照點(diǎn)處的正切平面的平面內(nèi)的角度變化，其中，所有平面均通過參照點(diǎn)。
此外，多功能鼠標(biāo)11還具有三個(gè)按鍵37、38、39，其操作及功能與常規(guī)鼠標(biāo)的左、右和中間鍵相似。利用這些按鍵可以進(jìn)行附加的輸入，以便例如固定角度或參照點(diǎn)，或?qū)⑺鼈冊O(shè)置到一輸出值。中間鼠標(biāo)按鍵39附加地被制作成小輪，其旋轉(zhuǎn)被記錄，并通過計(jì)算單元21將其換算成距離量，例如從參照點(diǎn)出發(fā)的箭頭的長度。
圖3示出了說明指示棒13在選擇顯示空間8中的點(diǎn)14a時(shí)的使用的示意圖。由于指示棒13可以自由運(yùn)動(dòng)，使用者可以從各個(gè)期望的位置顯示顯示空間8中的任何一個(gè)區(qū)域。在圖3中，使用者使用指示棒13指向3D對象41。在該指示棒13被使用期間，其位置和取向與顯示空間8的關(guān)系將被測量。顯示裝置1的計(jì)算單元21利用該量計(jì)算直線42，該直線沿指示棒13的期望延長線延伸。
為了能在顯示空間8中標(biāo)示箭頭43，計(jì)算單元21計(jì)算該直線42與顯示空間8表面45的交匯點(diǎn)23a。交匯點(diǎn)23a相應(yīng)于由指示棒13輸入的參照點(diǎn)23。參照點(diǎn)23在其上定位的虛擬平面，在這種情況下將通過顯示空間8的表面45構(gòu)成。如果借助指示棒13中的小輪47附加地輸入距離量，則該量確定待選擇的點(diǎn)14a沿直線42與交匯點(diǎn)23a之間的距離。作為另一種選擇，該距離還可通過指示棒13沿直線42的平移運(yùn)動(dòng)來調(diào)節(jié)，其中，在按壓按鍵49時(shí)對該平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行記錄。
如果以這種方式在3D對象中確定了點(diǎn)14a，則沿直線42標(biāo)示出箭頭43，其中，箭頭的尖峰指示待選擇的點(diǎn)14a。箭頭43隨著點(diǎn)14a的變化而連續(xù)運(yùn)動(dòng)，而點(diǎn)14a的變化是由指示棒13的運(yùn)動(dòng)引起的。通過選擇點(diǎn)14a，3D對象41中圍繞該點(diǎn)14a的區(qū)域的顯示也將變化。優(yōu)選地，根據(jù)需要預(yù)先設(shè)置要改變的區(qū)域，或者例如借助輸入裝置11、13來確定。
借助安裝在指示棒13上的按鍵49，可以對在顯示空間8中3D對象41的選擇過程以及顯示方式施加影響。因此，例如可以利用它們在不同的顯示方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
為了抑制由于操作指示棒13時(shí)的抖動(dòng)而對顯示和選擇過程產(chǎn)生的干擾，將對參照點(diǎn)23的計(jì)算放緩，以便使參照點(diǎn)23在表面45上的位置變化僅僅是延遲或衰減。此外，可以例如借助按鍵49將參照點(diǎn)23固定在其位置上，由此僅需對指示棒13的取向進(jìn)行控制和測量，以對直線的方向以及由此對箭頭43進(jìn)行計(jì)算。
為了加速計(jì)算，計(jì)算單元21可例如將顯示空間8的表面45在一坐標(biāo)系中利用經(jīng)度和緯度51和53來分割。
圖4示出了在利用平面顯示器57上的透視3D顯示時(shí)，選擇虛擬平面55的例子。虛擬平面55在此位于圖像顯示屏表面，因此其總是處于觀察者和顯示之間。利用多功能鼠標(biāo)11掃描的平面，例如鼠標(biāo)墊58，可以一種標(biāo)度傳遞到虛擬平面55上。如果將笛卡兒坐標(biāo)59、59a用于兩個(gè)平面，即用于鼠標(biāo)墊58和用于虛擬平面55，來確定多功能鼠標(biāo)11和參照點(diǎn)23b的位置，則標(biāo)度尤其簡單。
圖5示出了可以借助輸入裝置11，13輸入的定向參數(shù)。在此，圖5示出了兩個(gè)例子，其中，用于確定方向的角度輸入不是在經(jīng)度和緯度平面上進(jìn)行的，而是角度輸入與通過參照點(diǎn)的正切平面法線的偏差相關(guān)。在這些例子中，借助輸入裝置11，13輸入?yún)⒄拯c(diǎn)61，61a。它們位于顯示空間8表面45上的不同位置上。此外，在圖5中示出了距離量63，63a，它們確定參照點(diǎn)61，61a至選出的點(diǎn)的距離，選出的點(diǎn)位于箭頭64，64a的尖峰處。此外，在圖5中還示出了在表面45上分別通過參照點(diǎn)61，61a的正切平面65，65a。在圖5的第一個(gè)例子中，箭頭64位于垂直在正切平面65上的平面內(nèi)。在這種情況下，至少對于一個(gè)方向不輸入角偏差。在第二個(gè)例子中，借助操縱桿35或者指示棒13的取向輸入角67，該角確定箭頭64a的方向與一個(gè)方向上正切平面65a上的法線68a的偏差。
圖6示出了允許確定指示棒13的位置和取向的測量構(gòu)造，在指示棒13中有兩個(gè)超聲波發(fā)射器S1，S2。這兩個(gè)發(fā)射器交替地發(fā)射超聲波脈沖，這些超聲波脈沖在一定的運(yùn)行時(shí)間U1，U2，U3，Un之后由至少三個(gè)接收器E1，E2，E3，En接收。從該運(yùn)行時(shí)間U1，U2，U3，Un、借助聲速，計(jì)算出超聲波發(fā)射器S1，S2和接收器E1，E2，E3，En之間的距離。由該距離和接收器E1，E2，E3，En已知的位置可以確定超聲波發(fā)射器S1和S2的位置。由此，指示棒13的位置和它的取向都在空間中被唯一地定義，并可以很容易地與顯示空間8相關(guān)。
借助于計(jì)算單元21可以計(jì)算出期望的指示棒的延長，并在顯示空間8中標(biāo)示出。
為了確定運(yùn)行時(shí)間U1，U2，U3，Un，發(fā)射器S1，S2必須與接收器E1，E2，E3，En同步。這通過同步單元S以及所屬的同步路徑TE1，TE2，TE3，Ten，TS，TS1，TS2實(shí)現(xiàn)，這些同步路徑在指示桿13中將同步單元S、例如無線發(fā)射器與接收器E1，E2，E3，En和發(fā)射器S1，S2相連接。此外，還借助同步單元S確定，超聲波發(fā)射器S1，S2以什么樣的順序進(jìn)行發(fā)射。
利用小輪39a也可如上所述地調(diào)節(jié)參照點(diǎn)與選擇的點(diǎn)或體積的距離。
為了可以圍繞3D顯示無干擾地操作指示桿13，為避免通過3D顯示器的屏蔽效應(yīng)，設(shè)置了多于三個(gè)超聲波接收器E1，E2，E3，En。
圖7示出了第二種測量方法。利用這種方法，借助于指示桿13中的超聲波反射器R1，R2，可以確定指示桿13相對于顯示空間8的位置和取向。借助于超聲波發(fā)射器S3發(fā)射一超聲波脈沖序列。該超聲波脈沖序列由各具有固定振幅和頻率的短脈沖序列構(gòu)成。這些脈沖被反射到反射器R1和R2，并然后由接收器E1，E2，E3，En記錄。發(fā)射器S3與接收器E1，E2，E3，En又通過同步單元S同步。兩個(gè)反射器R1，R2與圖6中的兩個(gè)發(fā)射器S1，S2一樣，在指示桿13的端部以距離L設(shè)置。
反射器具有這樣的特性它們可以以不同的頻率在超聲波脈沖序列中產(chǎn)生不同的諧振，即，以不同的強(qiáng)度反射超聲波脈沖。以這種方式，通過反射器R1，R2對超聲波脈沖編碼，以便接收器E1，E2，E3，En可以將它們相互區(qū)別，另一方面，可以與雜質(zhì)的反射相區(qū)別。由運(yùn)行時(shí)間又可以計(jì)算反射器和接收器之間的距離，因此，借助計(jì)算單元21可以計(jì)算指示棒13相對于顯示空間8的位置和取向。
圖8以在反射器R1和雜質(zhì)上的反射為例說明了編碼的反射的作用。圖8中示意地示出了在編碼時(shí)，信號發(fā)射序列SP的每個(gè)脈沖，以及其振幅A1，A2，…，An在頻率f1，f2，…，fn下關(guān)于時(shí)間t的變化，每個(gè)脈沖分別以確定的反射系數(shù)在反射器R1上反射。由此產(chǎn)生了振幅為B1，B2，…，Bn的反射回波信號脈沖序列EP1。在此，還可以通過發(fā)射脈沖SP在R1上的反射改變接收脈沖序列EP1的脈沖寬度和脈沖形狀的特征。在雜質(zhì)上的反射是不可控制的，并同樣產(chǎn)生一回波信號脈沖序列EPF，其中，如圖8的例子所示，雜質(zhì)上反射的振幅曲線是幾乎不變的。在圖8中，同時(shí)示出了回波信號脈沖序列EP1和回波信號脈沖序列EPF的振幅關(guān)于時(shí)間t的變化。
與反射器相關(guān)，反射回波信號脈沖序列的振幅變化和脈沖形狀是不同的，理想地是通過反射器專用的回波信號、例如圖8所示回波信號EE1來確定。借助接收信號和所期望的反射器專用回波信號EE1的相關(guān)K，可以將信號與反射器R1，R2或雜質(zhì)相對應(yīng)。當(dāng)接收信號例如包含回波信號脈沖序列EP1時(shí)，從與回波信號EE1的相關(guān)K中獲得相關(guān)值K1。該相關(guān)值K1大于由雜質(zhì)反射回波信號脈沖序列EPF與回波信號EE1的相關(guān)K中獲得相關(guān)值KF。如果相繼接收了回波信號脈沖序列EP1和回波信號脈沖序列EPF，則產(chǎn)生如圖8所示的接收信號和回波信號EE1的相關(guān)在時(shí)間上的變化。
為了計(jì)算反射器R1，R2的空間位置，測量相應(yīng)的脈沖序列從發(fā)射時(shí)刻開始至由接收器E1，E2，…，En接收的運(yùn)行時(shí)間。由該運(yùn)行時(shí)間來計(jì)算具有焦點(diǎn)S3，E1，E2，E3，En的旋轉(zhuǎn)橢圓體。由至少三個(gè)橢圓體的交點(diǎn)標(biāo)記出反射器R1，R2的位置。為了改善位置確定的精確性，可以在計(jì)算中考慮反射器R1，R2的已知距離L。此外，反射器R1，R2的諧振頻率可以是不同的。
用于顯示三維數(shù)據(jù)組可視化的顯示裝置1在例如醫(yī)學(xué)以及特別是三維數(shù)據(jù)的放射顯示中允許有多種顯示方式以及相應(yīng)的應(yīng)用。正是在這種實(shí)際的3D顯示器中，可以由顯示裝置來實(shí)現(xiàn)借助虛擬手術(shù)器械的手術(shù)模擬和培訓(xùn)。然后，可以將模擬的手術(shù)數(shù)據(jù)傳送給手術(shù)機(jī)器人。
在第一種顯示方式中，應(yīng)能借助輸入裝置11，13穿入不透明的3D對象，其中，該3D對象在箭頭的周圍是透明的。由此，使得位于箭頭尖峰的待檢查的體積可從外邊看到。該透明的體積的形狀和大小例如可在一球形上加以設(shè)置?？蛇x擇的是，箭頭本身是透明顯示的，以使其不會(huì)遮蓋顯示對象的區(qū)域。
在這種顯示方式的一種變化中，借助箭頭在3D對象中設(shè)置任何定形的透明體積(如球或立方體)。該體積相對于箭頭的位置和取向同樣是可調(diào)節(jié)的。例如可以利用顯示空間8中的虛擬空間或籠子來表示該體積，并利用輸入裝置11，13將其穿過該3D對象移動(dòng)并定位。在此，該3D對象例如可在邊框的一側(cè)被透明顯示。
定義這種體積的另一種可能性在于，借助輸入裝置11和13標(biāo)記多個(gè)點(diǎn)，它們分布在整個(gè)體積上或該體積的部分區(qū)域上，例如在一平面上。
在一種顯示方式中，將體積中的數(shù)據(jù)點(diǎn)例如顯示為透明的。
以這種方式，例如可以進(jìn)行主動(dòng)的數(shù)據(jù)處理，如在成像中去除干擾的骨骼。
圖9中以截面的形式示出了例如這種可透明變換的體積的優(yōu)選實(shí)施方式。為了能夠沿直線42a觀察箭頭尖峰71所在區(qū)域的體積，可將該體積構(gòu)成構(gòu)成圓錐73的形式。該圓錐73的端部位于箭頭尖峰區(qū)域，即位于所選擇的點(diǎn)14a的區(qū)域，其形狀例如為平面74，或者半球75。
另一種顯示方式為柵格顯示76。為了說明，在圖10中示出了利用磁共振斷層造影設(shè)備拍攝的3D血管造影圖像，圖11示出了利用計(jì)算機(jī)斷層造影設(shè)備拍攝的3D膝關(guān)節(jié)圖像。柵格顯示76所需的數(shù)據(jù)組例如可以通過窗口(Fensterung)產(chǎn)生。
在一種簡單的窗口中，只顯示具有相似強(qiáng)度I的數(shù)據(jù)點(diǎn)。為此，將具有強(qiáng)度I的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目N記入頻率分布H，見圖12。除了強(qiáng)度I，還可以選擇其它特征量的頻率分布H，如流量或擴(kuò)散的頻率分布H。在該頻率分布H中選擇一個(gè)中心值77和一個(gè)在中心值77附近的窗口寬度79。位于如此定義的窗口之外的數(shù)據(jù)點(diǎn)，被例如透明顯示。對該值域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)將在其顯示中進(jìn)行特別地處理，例如，其透明度T隨著強(qiáng)度的增長而線性下降(透明度顯示80)。這使得在顯示中，不能透視觀察方向上在該值域中具有高強(qiáng)度值I的點(diǎn)后面的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
通過改變窗口參數(shù)，可以對所有強(qiáng)度值范圍無級地調(diào)節(jié)3D對象的透明度。
窗口化過程使得可以例如依據(jù)圖像的強(qiáng)度標(biāo)度來選擇任意區(qū)域并改變地(例如透明或不透明地)進(jìn)行顯示。
在這種過程的第一說明中，在3D對象的代表位置上進(jìn)行標(biāo)記。然后，將所有具有相同或至少相似強(qiáng)度的數(shù)據(jù)點(diǎn)置為透明的。這使得觀察者(例如放射學(xué)者)可以將與檢查無關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)置為透明的，例如在磁共振圖像中抑制亮的脂肪組織。
在這種過程的第二說明中，將從該代表位置出發(fā)具有增強(qiáng)的強(qiáng)度變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)不透明地進(jìn)行成像。由此產(chǎn)生接近于圖10的3D血管造影拍攝的柵格顯示。如果將這樣選擇的區(qū)域相反置為透明的，則其接近該層后面區(qū)域的部分，如骨骼。
借助于顯示裝置同樣可以在顯示空間8中選擇層。圖13示出了這種過程。在顯示空間8中有一3D對象41a，此外，還示出了指向選出的點(diǎn)41c的箭頭81。待選擇的層83與與箭頭81正交的平面例如成45°傾角，并通過框85和在3D對象41a上標(biāo)出的輪廓線87示出。該選擇的層面83然后可以利用3D顯示器進(jìn)行顯示，或者當(dāng)3D顯示器與2D顯示器共同使用時(shí)，也同時(shí)在2D顯示器上成像。
在很多情況下有利的是，借助輸入裝置11、13的按鍵將箭頭尖峰固定在任意空間點(diǎn)上，然后例如改變箭頭方向或選出的層與箭頭81之間的角度。
一種可能的應(yīng)用是磁共振斷層造影中的圖形層定位，其中，為了進(jìn)行準(zhǔn)備，實(shí)施快速3D測量。所獲得的3D數(shù)據(jù)組包含分辨率較低的待測身體區(qū)域，并利用顯示裝置進(jìn)行顯示。圖14示出了一個(gè)例子。使用者可以在3D對象中，這里為頭部圖像91，通過框85標(biāo)示出下一個(gè)待測量的層83，并接近于現(xiàn)實(shí)地取向和定位。
權(quán)利要求
1.一種輸入裝置(11，13)，用于在對三維數(shù)據(jù)組可視化(9，41，41a，91)時(shí)進(jìn)行定向，其具有用于選擇參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)的部件、用于確定方向的部件，以及用于調(diào)節(jié)距離量(63，63a)的部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于選擇參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)的部件具有用于在兩維平面(58)上定位點(diǎn)的部件和一個(gè)傳感器(33)，其中，該傳感器(33)將該點(diǎn)記錄在該平面(58)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于選擇參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)的部件具有一常規(guī)鼠標(biāo)(31)，其中，由該常規(guī)鼠標(biāo)(31)記錄的鼠標(biāo)(31)的兩維運(yùn)動(dòng)與參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)在平面(45，55)上的運(yùn)動(dòng)相對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于確定方向的部件具有一可向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的操縱桿(35)和一傳感器，其中，該傳感器記錄該操縱桿在該方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于確定方向的部件具有一可兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的操縱桿(35)，通過它的轉(zhuǎn)動(dòng)可唯一地確定兩個(gè)用于確定方向的角(67)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述操縱桿(35)與所述常規(guī)鼠標(biāo)(31)在結(jié)構(gòu)上相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于選擇參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)的部件以及所述用于確定方向的部件包括一指示棒(13)，其相對于所述可視化(9，41，41a，91)的位置與取向確定所述參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)和方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述指示棒(13)的位置和/或取向可利用超聲波運(yùn)行時(shí)間測量進(jìn)行測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述指示棒(13)至少具有兩個(gè)超聲波發(fā)射器(S1，S2)，該輸入裝置(11，13)還具有一附加的用于接收超聲波信號的接收單元(E1，E2，E3，En)，以及具有用于同步該超聲波發(fā)射器(S1，S2)和該接收單元(E1，E2，E3，En)的部件(S)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于同步的部件(S)通過無線連接與所述指示棒(13)的超聲波發(fā)射器(S1，S2)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述指示棒(13)至少具有兩個(gè)超聲波反射器(R1，R2)，所述輸入裝置(11，13)具有一附加的超聲波發(fā)射器(S3)，一用于接收超聲波信號(EP1，EP2)的接收單元(E1，E2，E3，En)，以及具有用于同步該超聲波發(fā)射器(S3)和該接收單元(E1，E2，E3，En)的部件(S)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述超聲波反射器(R1，R2)這樣構(gòu)成，即其依據(jù)超聲波脈沖(SP)的頻率(f1，f2，…，fn)以不同的強(qiáng)度和/或特征脈沖波形反射一超聲波脈沖(SP)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述用于調(diào)節(jié)距離量(63，63a)的部件包括一可旋轉(zhuǎn)小輪(39，39a，47)和一個(gè)用于測取這種旋轉(zhuǎn)的傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述輸入裝置(11，13)附加地具有用于觸發(fā)信號的按鍵(37，38，39，47，49)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，其特征在于，所述輸入裝置(11，13)附加地具有用于輸出信號的部件，所述信號優(yōu)選地包括關(guān)于參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)、方向和/或距離量(63，63a)的信息。
16.一種用于可視化三維數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，其利用根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)、在顯示器(7，57)上進(jìn)行可視化，其特征在于-在顯示器(7，57)上顯示所述數(shù)據(jù)組，-在該顯示器(7，57)的顯示區(qū)域內(nèi)選擇點(diǎn)(14，14a，14b)，其中，借助于所述輸入裝置(11，13)選擇參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)，將其投影到虛擬平面(45，55)上，該虛擬平面(45，55)的幾何排列與顯示器(7，57)的顯示區(qū)域(8)的關(guān)系已知，其中，借助所述輸入裝置(11，13)設(shè)置一個(gè)方向、即指示從虛擬平面(45，55)上的參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)出發(fā)，至顯示器(7，57)的顯示區(qū)域(8)中待選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)的方向，以及其中，借助輸入裝置(11，13)設(shè)置確定所述顯示區(qū)域(8)中待選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)與參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)的距離的距離量(63，63a)，-操作數(shù)據(jù)組顯示區(qū)域的顯示方式，其中，該區(qū)域與選出的點(diǎn)(14，14a，14b)的幾何關(guān)系是可調(diào)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，通過按壓所述輸入裝置(11，13)的按鍵(37，38，39，47，49)來確定參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)、方向和距離量(63，63a)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，在2D顯示器(57)上三維透視地、或在3D顯示器(7)上在三個(gè)空間方向上顯示所述數(shù)據(jù)組。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)組由成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備(3)產(chǎn)生。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述虛擬平面(45)至少部分地球形環(huán)繞所述顯示區(qū)域(8)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用一坐標(biāo)系分割所述虛擬平面(45，55)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述坐標(biāo)系按經(jīng)度和緯度(51，53)來分割所述虛擬平面(45)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，借助兩個(gè)角(67)來調(diào)節(jié)方向，其底邊在兩個(gè)垂直于正切平面(65，65a)的平面內(nèi)，其中，該正切平面(65，65a)在參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)正切于所述虛擬平面(45，55)。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用由一傳感器記錄的一可旋轉(zhuǎn)小輪(39，47)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)距離量(63，63a)。
25.根據(jù)權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述顯示區(qū)域內(nèi)標(biāo)示一個(gè)箭頭(43，64，64a)，其尖峰(71)位于所選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)上。
26.根據(jù)權(quán)利要求16至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述待操作的區(qū)域包括一圍繞所選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)的體積。
27.根據(jù)權(quán)利要求16至26中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述待操作的區(qū)域包括一沿參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)與所選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)之間的連接線(42，42a)的體積。
28.根據(jù)權(quán)利要求16至27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述體積沿參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)與所選擇的點(diǎn)(14，14a，14b)之間的連接線(42，42a)圓錐形地朝向所選擇的點(diǎn)。
29.根據(jù)權(quán)利要求16至28中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一部分三維數(shù)據(jù)被顯示為不透明的對象(91)。
30.根據(jù)權(quán)利要求16至29中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一部分三維數(shù)據(jù)被顯示為骨架式柵格。
31.根據(jù)權(quán)利要求16至30中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，透明地顯示所選擇的區(qū)域。
32.根據(jù)權(quán)利要求16至31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在對區(qū)域的操作中為所屬的數(shù)據(jù)點(diǎn)分配透明度(T)，該透明度(T)通過三維數(shù)據(jù)頻率分布(H)中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置來確定，其中，數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布用特征量(I)描述。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述頻率分布(H)是強(qiáng)度頻率分布，其中，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在信號強(qiáng)度(I)上。
34.根據(jù)權(quán)利要求16至33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，待選擇的區(qū)域包括一平面(19，83)，數(shù)據(jù)點(diǎn)在該平面(19，83)的一面上被透明地顯示。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述平面(19，83)是穿過顯示器(7)的顯示區(qū)域(8)的截面。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的方法，其特征在于，將所述平面(19，83)的數(shù)據(jù)點(diǎn)兩維地顯示在2D顯示器(17，57)上。
37.根據(jù)權(quán)利要求16至36中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分配一特征值，所選擇的區(qū)域包括具有相似特征值的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
38.一種顯示裝置(1)，用于按照根據(jù)權(quán)利要求16至37中任一項(xiàng)所述的方法、利用根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的輸入裝置(11，13)，顯示三維數(shù)據(jù)組的可視化(9，41，41a，91)，其具有一可視化單元，該可視化單元借助由所述輸入裝置(11，13)輸入的量(61，61a，63，63a)產(chǎn)生一種可視化(9，41，41a，91)的顯示方式，并利用顯示器(7，57)加以顯示。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的顯示裝置(1)，其特征在于，所述顯示器為3D顯示器(7)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的顯示裝置(1)，其特征在于，所述可視化單元具有部件(21)，其使由所述輸入裝置(11，13)分別確定的參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)、方向和/或距離與所述虛擬平面(45，55)相關(guān)，在該部件一側(cè)與可利用顯示器(7，17)顯示的體積(8)之間存在已知的幾何關(guān)系。
41.根據(jù)權(quán)利要求38至40中任一項(xiàng)所述的顯示裝置(1)，其特征在于，所述可視化單元具有部件(21)，其將輸入的參照點(diǎn)(23，23b，61，61a)與所述虛擬平面上的點(diǎn)相對應(yīng)，從該點(diǎn)出發(fā)，該部件(21)沿輸入的方向以輸入的距離(63，63a)確定三維數(shù)據(jù)組中的點(diǎn)(14，14a，14b)。
42.一種用于操作成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備(3)的方法，其利用根據(jù)權(quán)利要求16至37中任一項(xiàng)所述的方法。
43.一種用于在預(yù)測量的三維數(shù)據(jù)組中圖形定位由成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備(3)待測量的層(83)的方法，其特征在于，-利用較低的分辨率實(shí)施預(yù)測量，并顯示數(shù)據(jù)組，-借助根據(jù)權(quán)利要求16至37中任一項(xiàng)所述的方法，選擇一個(gè)點(diǎn)(14c)和待測量的層(83)，該層是通過相對于所選擇的點(diǎn)(14c)的幾何關(guān)系定義的。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，在可視化(9，41，41a，91)顯示中，將待測量的層(83)作為輪廓線(87)顯示。
45.根據(jù)權(quán)利要求43或44所述的方法，其特征在于，將所屬的截面圖像兩維地顯示在2D顯示器(17)上。
46.根據(jù)權(quán)利要求43至45中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，利用成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備(3)測量和顯示待測量的層(83)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在三維數(shù)據(jù)組可視化中定向的輸入裝置以及一種用于可視化三維數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，本發(fā)明還涉及一種用于顯示這種可視化三維數(shù)據(jù)組的顯示裝置，此外還涉及一種用于操作成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的方法以及一種圖形定位預(yù)測量三維數(shù)據(jù)組中的、借助于成像醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備待測量的層的方法。在顯示器(7，57)上顯示三維數(shù)據(jù)組的可視化(9，41，41a，91)的顯示裝置(1)使得可以利用輸入裝置(11，13)輸入的量(61，61a，63，63a)操作三維顯示，其中，這種操作僅限于可視化(9，41，41a，91)的一個(gè)區(qū)域。
文檔編號G06T15/08GK1504965SQ20031011958
公開日2004年6月16日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月4日
發(fā)明者喬爾格·U·方蒂厄斯, 喬爾格 U 方蒂厄斯 申請人:西門子公司