專利名稱：具有封閉輪廓多平面重定格式的體繪制數(shù)據(jù)的可視化的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2004年3月4日申請的美國暫定申請?zhí)?0/550,134(代理人訴訟號2004P03697US)的優(yōu)先權(quán)，其標(biāo)題是“具有封閉輪廓MPRs的體繪制3D醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的增強顯示”，這里一并參考其全部內(nèi)容。
背景技術(shù)：
體繪制是一種用于使用一種稱作體繪制轉(zhuǎn)換(VRT)或轉(zhuǎn)換函數(shù)的分類方法來顯示三維(3D)數(shù)據(jù)的技術(shù)，其將圖象強度映射為顏色和不透明度。通過改變VRT轉(zhuǎn)換函數(shù)的參數(shù)，用戶可以手動地使得體繪制圖象中的不同結(jié)構(gòu)有選擇地變得透明或不透明。
當(dāng)繪制脈管圖象時，例如，VRT轉(zhuǎn)換函數(shù)一般設(shè)置為顯示脈管的高強度不透明的細胞腔(lumen)。查看脈管細胞腔是一種一般幫助放射科醫(yī)師檢測病理學(xué)條件的有效機能，所述病理學(xué)的條件例如動脈瘤或器官狹窄，但是它僅僅分辨病理的一部分。大部分基本信息并沒有被運送到細胞腔幾何結(jié)構(gòu)，而是在細胞腔緊鄰的周圍區(qū)域的內(nèi)容中。在健康的脈管中，例如，細胞腔是緊鄰著血管壁的。然而在其它情況下，其它物質(zhì)可能聚集在脈管細胞腔和血管壁之間，例如血小板和血栓。這種其它物質(zhì)的可視化、測量和分類對臨床醫(yī)生來說將是有用的。
一般地，血小板和血栓可以表示為計算機X射線斷層照相術(shù)血管造影圖象(CTA)，但是其它的圖象形式也可以表示這種物質(zhì)，例如磁共振(MR)、計算機X射線斷層造影術(shù)(CT)、旋轉(zhuǎn)三維血管造影術(shù)(三維血管造影術(shù)，3D Angio)和3D/4D超聲波。普遍可能的是僅僅通過調(diào)節(jié)體繪制圖像轉(zhuǎn)換函數(shù)來可視化細胞腔。不幸的是，如果可能，使用這種轉(zhuǎn)換函數(shù)自動地乃至半自動地同時并且全部可視化血小板和細胞腔是非常困難的。因此，我們需要一種可視化具有封閉的體繪制數(shù)據(jù)的自動化方式。

發(fā)明內(nèi)容
通過這樣一種裝置和方法來闡明現(xiàn)有技術(shù)的這些及其他缺點和弊端，即該裝置和方法用于可視化具有封閉輪廓多平面重定格式的體繪制數(shù)據(jù)。
一種用于可視化關(guān)于查看矢量的體繪制圖象的示例性系統(tǒng)包括處理器、檢測部件以及重新取樣裝置，所述檢測部件在與處理器進行信號通信時用于檢測圖像數(shù)據(jù)中的不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓，所述重新取樣裝置在與處理器進行信號通信時用于生成其沿著不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓的曲線多平面重定格式(MPR)重新取樣。
一種對應(yīng)的方法包括接收體繪制圖象，其包括對于每個不透明像素的距離值和表面法線，將所有正交于查看矢量的不透明像素聚集變成一組封閉點，并且將該組封閉點分離為獨立的封閉輪廓。
根據(jù)以下示例性實施例的描述、并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些及其他方面、特征和優(yōu)點將變得更加明顯。


當(dāng)前說明書根據(jù)以下示例性附圖闡明了一種用于可視化具有封閉輪廓多平面重定格式體繪制數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，其中附圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施例的用于可視化具有封閉輪廓體繪制數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的示意圖；附圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的用于可視化具有封閉輪廓的體繪制數(shù)據(jù)的方法流程圖；附圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有封閉輪廓的示范性三維形狀實施例的示意圖；附圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的另一個示范性三維形狀的示意圖；以及附圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的具有封閉MPRs的附圖4中的示范性三維形狀的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個示例性實施例通過檢測所述圖象中不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓而自動地同時產(chǎn)生血小板和細胞腔的可視化，然后迅速地生成其沿著不透明結(jié)構(gòu)封閉輪廓的曲線多平面重定格式(MPR)重新取樣。
如附圖1所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，通常以附圖標(biāo)記100來表示一種用于可視化具有封閉輪廓體繪制數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括其與系統(tǒng)總線104進行信號通信的至少一個處理器或中央處理器(CPU)102。只讀存儲器(ROM)106、隨機存取存儲器(RAM)108、顯示器適配器110、I/O適配器112、用戶接口適配器114、通信適配器128以及圖象適配器130也與系統(tǒng)總線104進行信號通信。顯示裝置116經(jīng)由顯示適配器110而與系統(tǒng)總線104進行信號通信。諸如磁或光盤存儲裝置這樣的磁盤存儲器118經(jīng)由I/O適配器112而與系統(tǒng)總線104進行信號通信。鼠標(biāo)120、鍵盤122以及監(jiān)視器跟蹤裝置124經(jīng)由用戶接口適配器114而與系統(tǒng)總線104進行信號通信。成象裝置132經(jīng)由圖象適配器130而與系統(tǒng)總線104進行信號通信。
檢測部件170和重新取樣裝置180也包括在所述系統(tǒng)100中，并且與CPU102和系統(tǒng)總線104進行信號通信。雖然將檢測部件170和重新取樣裝置180顯示為耦合到至少一個處理器或CPU102，但是這些組件最好是體現(xiàn)在存儲于至少一個所述存儲器106、108和118中的計算機程序代碼，其中由CPU102執(zhí)行所述計算機程序代碼。
轉(zhuǎn)向附圖2，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例，通常由附圖標(biāo)記200來表示一種用于可視化具有封閉輪廓體繪制數(shù)據(jù)的方法。流程圖200包括開始框210，其將控制傳遞給輸入框212。輸入框212接收體繪圖象，所述體繪制圖象包括每個像素不透明度值且包括對于每個不透明象素的距離值和表面法線?？?12將控制傳遞給功能框214。功能框214將正交于觀察者的所有不透明像素集合成一組封閉點，并且順次將控制傳遞給功能框216?？?16將該組封閉點分成單獨的封閉輪廓，且將控制傳遞給功能框218。
功能框218順次使三維曲線擬合為每個封閉輪廓以創(chuàng)建一組封閉曲線，其中在給定封閉曲線上的每個點與不透明目標(biāo)的表面法線相關(guān)，所述不透明目標(biāo)的表面法線垂直于查看方向V?？?18將控制傳遞給功能框220?？?20產(chǎn)生用作封閉MPRs的平面，且可能將控制傳遞給一個可選功能框222，該可選功能框使用一個強度-顏色查找表來進行例如將強度映射為(R，G，B)顏色元組(tuples)。可選擇地，方框220或222將控制傳遞給功能框224。為了更好的顯示那些原色映射應(yīng)用不能區(qū)分的質(zhì)地(tissues)和結(jié)構(gòu)，功能框224將本地標(biāo)記或分類算法施加于由封閉MPRs定義的區(qū)域。方框220、222和/或224將控制傳遞給輸出框226，以通過顏色和/或標(biāo)記顯示對如血小板和血栓這樣的不同物質(zhì)的原始的、查出的和/或分類的顏色?？?26將控制傳遞給結(jié)束框228。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖3，通常由附圖標(biāo)記300表示一種具有封閉輪廓的示例性三維(3D)圖象。對于一個簡單三維球面形狀310，例如所述球面的封閉輪廓是一個圓周320。因此，對于觀察方向V，所述球面310的封閉輪廓定義為大圓320，在該大圓上表面法線正好垂直于所述觀察方向V或與所述觀察方向V具有一個90度的角。
如附圖4所示，脈管成像一般地由附圖標(biāo)記400表示。前視圖的脈管圖象410是在觀看體繪制圖象中的影象脈管目標(biāo)430、432和434時由觀察者所看到的，而俯視圖脈管圖象420示出了觀察方向V和觀察目標(biāo)的關(guān)系。
轉(zhuǎn)向附圖5，具有封閉輪廓的脈管圖像一般地由附圖標(biāo)記500表示。所述前視象510看起來象附圖4中的圖象410，但是也示出了如其在前視圖中出現(xiàn)的封閉多平面重定格式重新取樣(MPRs)540。同樣地，俯視象520看起來象圖4的圖象420，但是也顯示了邊緣-頂面(edge-on)表示中的MPRs540。
在體繪制處理期間，通常是模擬燈光照在不透明表面上。為了模擬燈光效果，有必要知道或能夠估計出在任何特定表面三維坐標(biāo)點(voxel)處圖象中不透明表面的表面法線。繪制算法或者是預(yù)先計算出表面法線或者是在操作中計算表面法線。對于每個完全不透明的三維坐標(biāo)點(voxel)可能既存儲深度值又存儲表面法線，所述完全不透明的三維坐標(biāo)點(voxel)在最后繪制的圖象中是可見的。
現(xiàn)在更加詳細的描述附圖2的方法200的操作。對于每個像素給定一個繪制圖象，其具有
1、位于范圍
中象素的不透明度值A(chǔ)LPHA[x，y]；2、如果不透明度是1，從該像素3D位置到觀察者位置的距離ZDEPTH[x，y]；以及3、如果不透明度是1，所述不透明表面三維坐標(biāo)點(voxel)的表面法線NORMAL[x，y]。
然后執(zhí)行以下算法來創(chuàng)建一組封閉曲線首先，將所有那些ALPHA[x，y]＝1 AND NORMAL[x，y]垂直于觀察者的像素[x，y]集合成一組OCCLUDING_POINTS。
接下來，通過找出OCCLUDING_CONTOURS的所連接成分，將OCCLUDING_POINTS分為K個獨立的OCCLUDING_CONTOURS[1..K]。K等于OCCLUDING_POINTS中發(fā)現(xiàn)的連接成分的數(shù)目。
接下來，將三維曲線擬合為OCCLUDING_CONTOURS的每個元以創(chuàng)建一組曲線OCCLUDING_CURVES[1..K]。
給定封閉曲線上的每個點與所述不透明目標(biāo)n的表面法線相關(guān)聯(lián)，其垂直于觀察方向V?，F(xiàn)在可能產(chǎn)生以下形式的用作封閉MPRs的平面給定一個封閉輪廓f(t)＝(x(t)，y(t)，z(t))和相關(guān)函數(shù)n(f(t))＝(x(f(t))，y(f(t))，z(f(t)))，其給出與f(t)中每個點有關(guān)的單位表面法線，創(chuàng)建一個表面S(s，t)＝f(t)+n(f(t))s。表面S具有對可視化有用的某些屬性1、如果f(t)和n(f(t))是連續(xù)的則S(s，t)是連續(xù)的。
2、如果s被限制在正值或零值，則S(s，t)包括輪廓f(t)加上輪廓f(t)的偏移量，所述偏移量移自所述表面法線方向的不透明結(jié)構(gòu)。
3、如果f(t)對觀察者來說是可見的，則S(s，t)對觀察者來說是可見的。
直觀地，在
的表面S(s，t)、s是通過長度k的線性分段清除的點的軌跡，這是因為它沿著總是定位在f(t)的不透明表面法線的方向移動。
假設(shè)在給定位置[x，y，z]的體積的強度由函數(shù)I(x，y，z)表示。表面S(s，t)可以顯示為圖象中的一個不透明表面，其具有在S(s，t)＝I(S(s，t))表面的顏色?？蛇x擇地，可以使用一個強度-顏色的查找表格。例如，假設(shè)TR-＞R3是將強度映射為(R，G，B)顏色元組(tuples)的函數(shù)。因此顯示表面S具有S(s，t)＝T(I(S(s，t)))表面的顏色。這允許使用專門的查找表格來通過顏色區(qū)分諸如血小板和血栓這樣的物質(zhì)?？蛇x擇地，為了更好的顯示那些通過原色映射的應(yīng)用不能區(qū)分的質(zhì)地(tissues)和結(jié)構(gòu)，可將本地標(biāo)記或分類算法施加于由封閉MPRs所定義的區(qū)域。
因此，圖1的裝置100使用圖2的方法200來查看具有如圖5中封閉MPRs這樣的封閉MPRs的如圖4中脈管目標(biāo)430、432和434這樣的目標(biāo)。因此，圖5的封閉MPRs540顯示為前視圖所呈現(xiàn)的，以及顯示為所述俯視圖中的邊緣-頂面表示。
在裝置100的替換實施例中，可將一些或所有的計算機程序代碼存儲在其位于處理機芯片102的寄存器中。另外，如同系統(tǒng)100的其他元件一樣，可以制造出檢測部件170和重新取樣裝置180許多不同結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)。
可以理解，可以采用硬件、軟件、固件、專用處理機或它們的結(jié)合的不同形式來實現(xiàn)本發(fā)明的闡述。最好是，通過硬件和軟件的結(jié)合來實現(xiàn)本發(fā)明的闡述。
此外，最好將軟件實現(xiàn)成確實體現(xiàn)于程序存儲器單元中的應(yīng)用程序。所述應(yīng)用程序可以加載到包含所有適當(dāng)結(jié)構(gòu)的機器，或者由包含所有適當(dāng)結(jié)構(gòu)的機器來執(zhí)行。最好是，在其具有諸如一個或多個中央處理器(CPU)、隨機存嘲器(RAM)和輸入/輸出(I/O)接口這樣的硬件的計算機平臺上實現(xiàn)所述機器。
所述計算機平臺還包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。這里描述的各種處理與函數(shù)可以是微指令代碼的一部分，或是應(yīng)用程序的一部分或其中任何的結(jié)合，其由CPU來執(zhí)行。另外，可將各種其它的外部設(shè)備連接到所述計算機平臺，諸如額外的數(shù)據(jù)存儲器和打印裝置。
應(yīng)當(dāng)進一步理解的是，因為附圖描述的一些組成的系統(tǒng)組成部分和方法最好在軟件中執(zhí)行，依賴于本發(fā)明的編程方式，系統(tǒng)組成部分或處理功能方塊間實際連接可以不同。這里給出的闡述，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能想到本發(fā)明的這些和相似的實施例或者配置。
盡管這里結(jié)合附圖已經(jīng)描述了所述示例性實施例，仍然應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不局限于這些具體的實施例，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進行不同的變換和修改。所有這種變換和修改將包含在如附加權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于可視化與查看矢量相關(guān)的體繪制圖象的方法，包括接收一個體繪制圖象，包括用于每個不透明像素的距離值和表面法線；將所有垂直于查看矢量的不透明像素集合為一組封閉點；并且將所述組封閉點分成單獨的封閉輪廓。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括將三維曲線擬合為每一封閉輪廓來創(chuàng)建一組封閉曲線，其中在封閉曲線上的每個點與垂直于查看矢量的不透明目標(biāo)的表面法線相關(guān)聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括產(chǎn)生來自所述組封閉輪廓的平面以用于封閉多平面重格式(MPR)重新取樣。
4.如權(quán)利要求3的方法，還包括將強度-顏色的查找表格施加到封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域以將強度映射為顏色元組。
5.如權(quán)利要求3的方法，還包括將至少一個本地標(biāo)記算法和分類施加到封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域以便區(qū)分物質(zhì)。
6.如權(quán)利要求3的方法，還包括顯示封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域。
7.一種用于可視化相對于查看矢量的體繪制圖像數(shù)據(jù)的裝置，包括處理器；與處理器進行通信的檢測裝置，用于檢測圖像數(shù)據(jù)中不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓；以及與處理器進行通信的重新取樣裝置，用于生成曲線多平面重定格式(MPR)重新取樣，所述重新取樣沿著不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓。
8.如權(quán)利要求7的裝置，還包括與處理器進行信號通信的用于接收圖像數(shù)據(jù)的至少一個圖象適配器和一個通信適配器。
9.如權(quán)利要求7的裝置，還包括與處理器進行通信的輸入輸出適配器，用于存儲對于每個在體繪制圖象中不透明的像素的距離值和表面法線。
10.如權(quán)利要求7的裝置，還包括與處理器進行信號通信的用戶接口適配器，用于定義一種查看矢量，所述查看矢量來自垂直于查看矢量所有不透明像素集聚為一組封閉點。
11.如權(quán)利要求7的裝置，還包括與處理器進行信號通信的顯示適配器，用于顯示封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域。
12.一種用于可視化相對于查看矢量的體繪制圖像數(shù)據(jù)的裝置，包括繪制裝置，用于接收體繪制圖像，包括用于每個不透明像素的距離值和表面法線；矢量分解裝置，用于將所有垂直于查看矢量的不透明像素聚集為一組封閉點；以及點分離裝置，用于將所述組封閉點分成單獨的封閉輪廓。
13.如權(quán)利要求12的裝置，還包括曲線擬合裝置，用于將三維曲線擬合為每一封閉輪廓以創(chuàng)建一組封閉曲線，其中在封閉曲線上的每個點與垂直于查看矢量的不透明目標(biāo)的表面法線相關(guān)聯(lián)。
14.如權(quán)利要求12的裝置，還包括重新取樣裝置，用于產(chǎn)生來自所述組封閉輪廓的平面，以用于封閉多平面重定格式(MPR)重新取樣。
15.如權(quán)利要求14的裝置，還包括查找裝置，用于將強度-顏色查找表格施加到封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域以將強度映射為顏色元組。
16.如權(quán)利要求14的裝置，還包括區(qū)分裝置，用于將至少一個本地標(biāo)記算法和分類施加到封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域以便區(qū)分物質(zhì)。
17.如權(quán)利要求14的裝置，還包括顯示裝置，用于顯示封閉MPR重新取樣定義的區(qū)域。
18.一種機器可讀的程序存儲器裝置，明確包括機器執(zhí)行的指令程序以執(zhí)行用于可視化相對于查看矢量的體繪制圖象的程序步驟，所述程序步驟包括接收一個體繪制圖象，包括對于每個不透明像素的距離值和表面法線；將垂直于查看矢量的所有不透明像素集合為一組封閉點；以及將所述組封閉點分成獨立的封閉輪廓。
19.如權(quán)利要求18的裝置，所述程序步驟還包括將三維曲線擬合到每一封閉輪廓以創(chuàng)建一組封閉曲線，其中在封閉曲線上的每個點與垂直于查看矢量不透明目標(biāo)的表面法線相關(guān)聯(lián)。
20.如權(quán)利要求18的裝置，所述程序步驟還包括產(chǎn)生來自所述組封閉輪廓的平面，以用于封閉多平面重定格式(MPR)重新取樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有封閉輪廓多平面重定格式的體繪制數(shù)據(jù)的可視化。本發(fā)明提供一種用于可視化相對于查看矢量的體繪制圖象的裝置(100)以及方法(200)，其中所述裝置包括處理器(110)、和所述處理器進行信號通信的檢測部件(170)以及和所述處理器進行信號通信的重新取樣裝置(180)，所述檢測部件用于檢測所述圖像數(shù)據(jù)中不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓，所述重新取樣裝置用于生成曲線多平面重定格式(MPR)重新取樣，其遵循不透明結(jié)構(gòu)的封閉輪廓；并且所述方法包括接收(212)一個體繪制圖象，包括對于每個不透明像素的距離值以及表面法線，將所有垂直于查看矢量的不透明像素集合(214)為一組封閉點，以及將所述組封閉點分成(216)獨立封閉輪廓。
文檔編號G06T15/00GK1664866SQ20051006550
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者J·P·威廉斯, K·D·恩格爾, G·帕拉迪尼 申請人:西門子共同研究公司