專利名稱：繪制的多維數(shù)據(jù)集的可視化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及繪制的多維數(shù)據(jù)集的可視化。
通常，多維數(shù)據(jù)集是由個(gè)別的數(shù)據(jù)元素(經(jīng)常被叫作象素或體素)構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素將數(shù)據(jù)值賦給多維幾何空間特別是體積中的位置。一般地，數(shù)據(jù)值涉及諸如密度、局部磁性、流速、溫度等物理量的值。通常多維幾何空間是三維的體積或二維的表面或平面。多維幾何空間的維度之一可以是時(shí)間，即多維數(shù)據(jù)集包括在3D+時(shí)間或2D+時(shí)間上的數(shù)據(jù)集。
為了將這種多維數(shù)據(jù)集在基本上是二維的顯示屏上進(jìn)行可視化，通常應(yīng)用繪制處理。這種繪制處理包括將一般是色彩值或灰度值以及不透明度值的顯示值賦給數(shù)據(jù)元素。數(shù)據(jù)元素的不透明度值表示，基于它們的相對(duì)位置，個(gè)別的數(shù)據(jù)元素影響其它數(shù)據(jù)元素可視化的方式。數(shù)據(jù)元素的顯示值表示數(shù)據(jù)元素本身被可視化的方式。
一種對(duì)多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化的方法由德國(guó)專利申請(qǐng)DE 100 52540獲知。
已知的可視化涉及應(yīng)用了體繪制的灰度值的三維數(shù)據(jù)集。體繪制涉及轉(zhuǎn)移函數(shù)，該轉(zhuǎn)移函數(shù)將具有透明度值(A)以及紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的混合的RGBA值賦給每個(gè)灰度值。已知的轉(zhuǎn)移函數(shù)根據(jù)具有幾個(gè)梯形(如引用的德國(guó)專利申請(qǐng)的圖3所示)形狀的圖形，將透明度值賦給三維數(shù)據(jù)集的灰度值。轉(zhuǎn)移函數(shù)基于三維數(shù)據(jù)集灰度值的直方圖而得到調(diào)整。轉(zhuǎn)移函數(shù)通過設(shè)置梯形的角和高而得到調(diào)整，以這種方式來控制透明度值。對(duì)于有關(guān)特定梯形的轉(zhuǎn)移函數(shù)的每一部分，顏色和亮度被賦給灰度值。
本發(fā)明的目的是提供一種可視化的方法，其中顯示值和不透明度值的賦值方式以一種更加用戶友好的方式而得到調(diào)整。
該目的通過本發(fā)明的可視化方法而達(dá)到，其中個(gè)別的數(shù)據(jù)元素將數(shù)據(jù)值賦給多維幾何空間的位置，并且可視化包括繪制處理，其中根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)值與不透明度和/或顯示值之間關(guān)系的轉(zhuǎn)移函數(shù)，顯示值和不透明度值被賦給多維數(shù)據(jù)集的個(gè)別的數(shù)據(jù)元素，并且其中，一個(gè)或幾個(gè)控制集被定義為包括各自根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)值、顯示值和/或不透明度值，并且對(duì)于個(gè)別的控制集，顯示值和/或不透明度值可獨(dú)立于其它控制集的顯示值和/或不透明度值調(diào)整。
轉(zhuǎn)移函數(shù)將不透明度值和/或顯示值賦給多維數(shù)據(jù)集的個(gè)別的數(shù)據(jù)值。被繪制的多維數(shù)據(jù)集被顯示的方法是基于不透明度值和顯示值而實(shí)現(xiàn)的。被賦給數(shù)據(jù)值的顯示值決定了用于在顯示器上顯示被研究的體素的顏色或灰度。顯示值使得能夠在視覺上區(qū)分體積內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，提供對(duì)體積內(nèi)部各結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的洞察，或者能夠指示或強(qiáng)調(diào)特定數(shù)據(jù)值的存在。數(shù)據(jù)值經(jīng)常是諸如密度、溫度等顯示值的標(biāo)量。不透明度值決定了被研究的體素所具有的視在的(apparent)吸收量，該吸收量根據(jù)其它體素的相對(duì)位置，影響用于顯示其它體素的亮度以及被用于繪制中的視線。轉(zhuǎn)移函數(shù)決定了顯示在顯示屏上的被繪制的多維數(shù)據(jù)集的外觀。根據(jù)本發(fā)明，指定了不透明度值和/或顯示值以及數(shù)據(jù)值相關(guān)集合的控制集被定義。事實(shí)上，控制集可被看作轉(zhuǎn)移函數(shù)圖形上的點(diǎn)。控制集能夠被個(gè)別地調(diào)整，這使得轉(zhuǎn)移函數(shù)被改變。通過調(diào)整個(gè)別的控制集，實(shí)施對(duì)轉(zhuǎn)移函數(shù)的改變，其中只有當(dāng)前被調(diào)整的控制集被改變，而其它控制集保持它們已經(jīng)設(shè)置的值。
基于設(shè)置的控制集，轉(zhuǎn)移函數(shù)被定義為將顯示值和或不透明度值賦給多維數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)值。對(duì)于不是可調(diào)整控制集其中之一的一部分的數(shù)據(jù)值，轉(zhuǎn)移函數(shù)能夠通過任意的插值方案而被定義。例如，簡(jiǎn)單的線段能夠被用于連接控制集，以便構(gòu)成轉(zhuǎn)移函數(shù)的圖形，這種簡(jiǎn)單的插值方案可帶來很好的結(jié)果。
可個(gè)別和獨(dú)立調(diào)整的控制集使得用戶能夠以非常直觀的方式來調(diào)整轉(zhuǎn)移函數(shù)。特別地，轉(zhuǎn)移函數(shù)只在正在被調(diào)整的控制集附近被改變，而對(duì)于離正在被調(diào)整的控制集較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)值來說，避免了轉(zhuǎn)移函數(shù)發(fā)生無意中的其它改變。
本發(fā)明的這些以及其它方面將結(jié)合從屬權(quán)利要求中限定的實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
在可視化方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)值的非重疊范圍被預(yù)先確定。這些非重疊范圍可以由用戶選擇?？刂萍欢ㄎ辉趥€(gè)別的非重疊范圍之內(nèi)。這些非重疊范圍可以是接近的，也可以是嚴(yán)格分離的。調(diào)整控制集主要影響用于被研究的控制集數(shù)據(jù)值范圍的轉(zhuǎn)移函數(shù)。特別地，當(dāng)使用只限于鄰近控制集的簡(jiǎn)單插值時(shí)，一個(gè)控制集的調(diào)整僅僅在被研究控制集的范圍內(nèi)以及相鄰范圍內(nèi)影響轉(zhuǎn)移函數(shù)。因此，轉(zhuǎn)移函數(shù)的改變以及由此對(duì)多維數(shù)據(jù)集可視化的改變很容易得到控制也非常直觀。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，在數(shù)據(jù)值非重疊范圍的邊界上存在顯示值集合。這就提供了附加的對(duì)顯示值更加直觀的控制。例如，為數(shù)據(jù)值的特定范圍設(shè)置相等的顯示值，使得顯示值在該范圍內(nèi)是恒定的，且該范圍內(nèi)的任意控制集都具有該恒定的顯示值。
通過添加和/或刪除控制集，使得以更精確的方式調(diào)整轉(zhuǎn)移函數(shù)的進(jìn)一步選項(xiàng)變得可行。以這種方式，轉(zhuǎn)移函數(shù)能夠適應(yīng)應(yīng)用了可視化的多維數(shù)據(jù)集的內(nèi)容。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有將多維數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化的功能的工作站。為此，工作站具有用來接收多維數(shù)據(jù)集的輸入、用來執(zhí)行可視化過程的處理器，以及顯示可視化過程結(jié)果的顯示屏。本發(fā)明的工作站由權(quán)利要求5來定義。本發(fā)明的工作站可以執(zhí)行本發(fā)明的可視化，并因此允許用戶以更加直觀和更好控制的方式來調(diào)整可視化的轉(zhuǎn)移函數(shù)。本發(fā)明還涉及能夠被安裝在例如通用工作站的處理器中的計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序由權(quán)利要求6來定義。當(dāng)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序被安裝在工作站的處理器中時(shí)，工作站可以執(zhí)行本發(fā)明的可視化，并因此允許用戶以更加直觀和更好控制的方式來調(diào)整可視化的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
本發(fā)明的這些以及其它方面將結(jié)合下面描述的實(shí)施例并結(jié)合附圖來加以闡明。其中

圖1示出了提出的對(duì)代表轉(zhuǎn)移函數(shù)的顏色和不透明度映射(map)進(jìn)行靈活簡(jiǎn)單定義的方法；圖2示出了用于定義和操作轉(zhuǎn)移函數(shù)的交互窗口；圖3示出了對(duì)顏色和不透明度進(jìn)行精確定義的放大；
圖4示出了a)原始體素?cái)?shù)據(jù)(橫截面)的例子，以及b)得到的被繪制的圖像；圖5示出了應(yīng)用了本發(fā)明的工作站的圖形表示。
本發(fā)明的可視化方法定義了用戶想讓它們位于的準(zhǔn)確的體素值上的顏色。顏色在表示控制集的所定義的位置之間進(jìn)行插值。通過在想要范圍的邊界上設(shè)置相同的顏色，可以實(shí)現(xiàn)使體素值的范圍(分段)在整個(gè)該范圍中具有恒定的顏色。
不透明度以與顏色完全相同的方式而被定義。顏色和不透明度相互之間完全獨(dú)立。圖1示出了轉(zhuǎn)移函數(shù)(TF)圖形的例子，該轉(zhuǎn)移函數(shù)是采用顏色和不透明度映射的形式，其中的繪圖包括具有恒定顏色的三個(gè)分段和具有恒定不透明度的兩個(gè)分段。
當(dāng)鄰近的色值或者其相關(guān)的體素值被修改時(shí)，在特定體素值上設(shè)置的顏色或者為體素值的特定范圍設(shè)置的顏色不會(huì)改變。對(duì)于賦給的不透明度值也是這樣。因此可以保證，一旦顏色或不透明度被賦給一個(gè)體素值，它就不會(huì)改變，除非其本身被用戶故意改變。
用顏色或不透明度定義的體素值的數(shù)量對(duì)用戶來說可以自由選擇。定義指出了與控制集的對(duì)應(yīng)關(guān)系，顏色或不透明度能夠被簡(jiǎn)單地添加或刪除。
顏色與不透明度之間相互獨(dú)立這一事實(shí)帶來了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它們都可以在不影響另外一個(gè)的情況下而被修改。例如組織類型(體素值范圍)因而能夠被給予特定的顏色，而被繪制圖形中的半透明(不透明度)仍然能夠在不改變其顏色的情況下變化。本發(fā)明的方法很簡(jiǎn)單并且提供最高的靈活度。
轉(zhuǎn)移函數(shù)(TF)被定義在UI窗中，該窗將體素值直方圖顯示為彩色背景上的覆蓋圖，其表示定義的顏色。在我們的實(shí)施方式中，直方圖被顯示為灰度半透明覆蓋圖，而色值被顯示在背景中圖像的完全高度之上，以使得定義的顏色清晰可見，而與直方圖的高度或出現(xiàn)無關(guān)。
TF能夠從劃線被定義，也能夠從作為缺省TF或者先前生成的TF從存儲(chǔ)器加載。
顏色沿水平體素值軸而被定義的位置是由沿圖像較低部分條帶中的垂直指示器線來指示的。被定義的不透明度映射被顯示為折線形式的圖形覆蓋圖，其中該折線的節(jié)點(diǎn)表示定義的體素值/不透明度組合。水平位置表示體素值，而節(jié)點(diǎn)的垂直位置表示對(duì)于該體素值的不透明度。參見圖2。
對(duì)定義了顏色的體素值的修改是通過簡(jiǎn)單地將相應(yīng)垂直線拖拉到另外的水平位置來完成的。對(duì)賦給了體素值的顏色的修改是通過選擇相應(yīng)的線來完成的，在這之后跳出顏色選擇面板。對(duì)定義的體素值和不透明度的組合的修改是通過選擇相應(yīng)的表示折線的不透明度節(jié)點(diǎn)，并將其拖拉到另外的水平和/或垂直位置來完成的。利用簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)按鈕和鍵盤組合，能夠添加新的體素值與顏色或不透明度的組合或刪除現(xiàn)有組合。
現(xiàn)在被包括在所提出方法的實(shí)施原型中以便提高用戶友好和易用程度的附加功能包括，顏色或不透明度映射相對(duì)于直方圖的平移(translation)和拉伸(水平方向的放大)，以及為了更好的細(xì)節(jié)可視性而進(jìn)行的直方圖和完全TF的組合的平移/拉伸。參見圖3。
直接由MR得到的冠狀動(dòng)脈的可視化，是所提出方法可以應(yīng)用的例子。然而，應(yīng)該注意，該方法適用于利用直接體繪制(DVR)來進(jìn)行可視化的任意情形。
圖4a示出了由獲得的3D MR數(shù)據(jù)集得到的一個(gè)橫截面，它覆蓋了全部的心臟區(qū)域以及周圍結(jié)構(gòu)。圖2示出了足夠的TF，由該TF得到的繪制被示于圖4b。優(yōu)選地，在繪制圖像的相應(yīng)位置與3D MR數(shù)據(jù)集的相關(guān)橫截面之間建立鏈接。當(dāng)用戶指示繪制圖像中的位置時(shí)，基于該鏈接，相關(guān)橫截面上的相應(yīng)位置被示出(反之亦然)。這樣，用戶可以在繪制的圖像中識(shí)別懷疑有諸如器官狹窄等病灶的區(qū)域，并可以在相關(guān)橫截面(反之亦然)中確認(rèn)病灶的出現(xiàn)。
圖5示出了應(yīng)用了本發(fā)明的工作站的圖形表示。工作站1包括繪制系統(tǒng)2，它能夠訪問多維數(shù)據(jù)集3。工作站1被提供有帶有顯示屏的用戶接口，顯示屏具有幾個(gè)視見區(qū)(view port)V1、V2。在一個(gè)視見區(qū)上，顯示了具有以定義點(diǎn)形式的控制集的轉(zhuǎn)移函數(shù)。用戶可以通過處理定義點(diǎn)來調(diào)整轉(zhuǎn)移函數(shù)。數(shù)據(jù)值范圍邊界的顏色設(shè)置也可以由用戶在視見區(qū)V1的幫助下定義。對(duì)繪制處理的相應(yīng)設(shè)置被應(yīng)用到繪制系統(tǒng)2。繪制系統(tǒng)執(zhí)行諸如直接體繪制的繪制處理，并向用戶接口提供繪制的多維數(shù)據(jù)集以便例如在其中一個(gè)視見區(qū)內(nèi)顯示。利用明顯不同的視見區(qū)來顯示轉(zhuǎn)移函數(shù)和顯示繪制的多維數(shù)據(jù)集。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)元素的多維數(shù)據(jù)集的可視化方法，個(gè)別的數(shù)據(jù)元素將數(shù)據(jù)值賦給多維幾何空間中的位置，-可視化包括-繪制處理，其中根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)值與不透明度和/或顯示值之間關(guān)系的轉(zhuǎn)移函數(shù)，顯示值和不透明度值被賦給多維數(shù)據(jù)集的個(gè)別的數(shù)據(jù)元素，并且其中，-一個(gè)或幾個(gè)控制集被定義為包括各自根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)值、顯示值和/或不透明度值，并且對(duì)于個(gè)別的控制集，顯示值和/或不透明度值可獨(dú)立于其它控制集的顯示值和/或不透明度值調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的可視化多維數(shù)據(jù)集的方法，其中-數(shù)據(jù)值的預(yù)先確定的非重疊范圍被設(shè)置，并且-一個(gè)或幾個(gè)控制對(duì)具有在所述范圍中的單獨(dú)一個(gè)之內(nèi)的數(shù)據(jù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的可視化多維數(shù)據(jù)集的方法，其中顯示值被設(shè)置在預(yù)先確定的非重疊范圍的邊界上。
4.如權(quán)利要求1所述的可視化多維數(shù)據(jù)集的方法，其中控制對(duì)被添加和/或刪除。
5.一種可視化多維數(shù)據(jù)集的工作站，包括被安排為執(zhí)行繪制處理的繪制系統(tǒng)，在該繪制處理中，根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)值與不透明度和/或顯示值之間關(guān)系的轉(zhuǎn)移函數(shù)，顯示值和/或不透明度值被賦給多維數(shù)據(jù)集的個(gè)別數(shù)據(jù)元素，其中，-一個(gè)或幾個(gè)控制集被定義為包括各自根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)值、顯示值和/或不透明度值，并且-對(duì)于個(gè)別控制集，顯示值和/或不透明度值可獨(dú)立于其它控制集的顯示值和/或不透明度值調(diào)整。
6.一種計(jì)算機(jī)程序，包括執(zhí)行繪制處理的指令，在該過程中，根據(jù)導(dǎo)出數(shù)據(jù)值與不透明度和/或顯示值之間關(guān)系的轉(zhuǎn)移函數(shù)，顯示值和不透明度值被賦給多維數(shù)據(jù)集的個(gè)別的數(shù)據(jù)元素，并且其中-一個(gè)或幾個(gè)控制集被定義為包括各自根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)值、顯示值和/或不透明度值，并且-對(duì)于個(gè)別的控制集，顯示值和/或不透明度值可獨(dú)立于其它控制集的顯示值和/或不透明度值調(diào)整。
全文摘要
一種數(shù)據(jù)元素的多維數(shù)據(jù)集的可視化方法，包括繪制處理，在該過程中，顯示值和不透明度值被賦給個(gè)別的數(shù)據(jù)元素。一個(gè)或幾個(gè)控制集被定義為包括各自根據(jù)轉(zhuǎn)移函數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)值、顯示值和/或不透明度值，并且對(duì)于個(gè)別控制集，不透明度值可獨(dú)立于其它控制集的不透明度值調(diào)整?？蓚€(gè)別和獨(dú)立調(diào)整的控制集使用戶可以以非常直觀的方式調(diào)整轉(zhuǎn)移函數(shù)。
文檔編號(hào)G06T15/50GK101052998SQ200580037698
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月1日
發(fā)明者S·洛布里格特, H·L·T·德布利克, C·P·威瑟 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司