專利名稱：用檢查體的三維體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用檢查體的三維體數(shù)據(jù)，尤其是MR體數(shù)據(jù)或CT體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法，其中，用該三維體數(shù)據(jù)計算出可預(yù)先給定的投影或可預(yù)先給定的截面的由單像素組成的灰度值圖像。
背景技術(shù)：
用三維體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像在許多技術(shù)領(lǐng)域，尤其是成像醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域起著重要作用。諸如磁共振(MR)層析攝影和計算機(jī)層析攝影(CT)的成像方法是從受檢體的整個檢查體(Untersuchungsvolume)中獲得信息。X射線-計算機(jī)層析攝影是一種特殊的X射線-層析攝影法，其中，將獲得橫斷面圖像，也就是基本與體軸垂直取向的身體斷層的圖像。為此，對所述檢查體從多個角度逐層透視，從而獲得一組三維體數(shù)據(jù)。利用這些三維體數(shù)據(jù)，通過適當(dāng)?shù)耐队胺椒?，計算出待顯示的截面圖像。除了這樣的截面圖像之外，借助計算機(jī)層析攝影還可以用該三維體數(shù)據(jù)計算出例如檢查體中對象的表面結(jié)構(gòu)等其它圖像顯示。
在磁共振層析攝影中，借助特殊接通的動態(tài)磁場，即所謂的梯度磁場，和穩(wěn)定磁場中的高頻脈沖，經(jīng)過空間分析獲得檢查體的磁共振信號。用這些由不同的小身體體元(Koepervolumina)，即所謂的體素(Voxel)獲得的、并作為三維體數(shù)據(jù)組存儲的磁共振信號計算出相應(yīng)的磁共振截面圖像。無論是磁共振層析攝影還是計算機(jī)層析攝影，都可以在大范圍內(nèi)任意選擇所述檢查體的待顯示斷層的位置和取向。在磁共振層析攝影中，除了產(chǎn)生所述斷層圖像或截面圖像之外，還可以用所測得的三維體數(shù)據(jù)計算和顯示不同的投影。一種正應(yīng)用在MR-缸管造影中的方法，即所謂的MIP(MaximumIntensity Projection，最大密度投影)技術(shù)，可以生成能顯示人體較大血管段的投影圖像。在該方法中，通過所述三維體數(shù)據(jù)組施加一簇平行射線，其中，沿每條射線分別只找出那些具有最高信號強(qiáng)度的點。由于要成像的是具有高信號強(qiáng)度的血管，因此分別沿每條射線選擇一個屬于血管的圖像點?，F(xiàn)在將該點在各射線結(jié)束時標(biāo)記到與這些射線垂直的投影平面中。通過這種方法，可以生成有立體效果的血管系統(tǒng)投影圖像。同樣的技術(shù)也可以應(yīng)用到計算機(jī)層析攝影中。通常，將用所述方法生成的截面圖像或投影圖像計算和顯示為灰度值圖像。
用于圖像顯示的計算方法或投影方法所生成的圖像大部分都不包含深度信息，這樣就無法清楚地辨認(rèn)出圖像中所顯示的解剖細(xì)節(jié)相互間的空間位置，并且可能會使觀察者產(chǎn)生混淆。為了使解剖細(xì)節(jié)的空間位置可視化，例如在采用MIP技術(shù)時，將連續(xù)順序的不同投影方向顯示為運動圖像，以便由此使觀察者形成一種空間印象。然而，這在技術(shù)上的計算量很大，而且并不總是適用的。由于對于恒定的顯示參數(shù)來說，“前-后”互換相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)，因此對所覆蓋(Bedeckung)的顯示不是直接唯一的。此外，還公知一些特殊設(shè)備，例如為每個眼睛提供相應(yīng)的不同觀察方向的三維眼鏡。然而，這種眼鏡以很好的空間視力為前提，而且直到目前還無法投入實際應(yīng)用。通過對距離的強(qiáng)度編碼(Intensitaetskodierung)，降低了對后部體素的顯示，從而產(chǎn)生對比度損失。
在DE4436263A1中公開了一種以二維截面圖像顯示體的三維測量數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)，其中，將相鄰斷層的截面圖像疊加到待顯示斷層的截面圖像上。通過將這些疊加的截面圖像進(jìn)行不同顏色的顯示，可以獲得對觀察者很重要的位于該顯示斷層之前或之后的圖像細(xì)節(jié)信息。該方法用于使截面圖像的觀察者了解截面圖像中可識別對象的其它變化的方向。對觀察者來說，盡管利用該方法可使待顯示斷層和其直接相鄰的環(huán)境之間的三維關(guān)系清晰可見，但是該方法沒有提供在投影圖像中尤為重要的深度信息。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用檢查體的三維體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法，為圖像觀察者提供可靠的深度信息。在此，三維體數(shù)據(jù)可理解為一組測量數(shù)據(jù)，該測量數(shù)據(jù)組包含由三維檢查體的不同的部分體素(Teilvolumina)所獲得的測量值。
上述技術(shù)問題是通過一種利用檢查體的三維體數(shù)據(jù)，尤其是MR體數(shù)據(jù)或CT體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法解決的，其中，利用這些三維體數(shù)據(jù)計算出一幅預(yù)先給定投影或預(yù)先給定截面的、由單像素組成的灰度值圖像，并對該灰度值圖像的每個像素，確定檢查體由該像素表示的體素與參考平面之間的距離，并將該灰度值圖像的各像素與一個和該距離相應(yīng)的、通過對該距離進(jìn)行顏色編碼所獲得的顏色值相對應(yīng)，以及通過疊加或用對應(yīng)于各像素的顏色值對該灰度值圖像進(jìn)行著色來顯示投影圖像或截面圖像。
此外，用對應(yīng)于該灰度值圖像各像素的顏色值生成一顏色編碼的距離圖像，并與所述灰度值圖像相疊加，以顯示所述投影圖像或截面圖像。其中，所述灰度值圖像和所述距離圖像的疊加是通過一種可參數(shù)化的方法實現(xiàn)的，其中，可以任意選擇或修改該兩幅疊加的圖像的相對權(quán)重。
按照本發(fā)明的一種實施方式，將所述灰度值圖像的圖像平面選為投影圖像的參考平面。
按照本發(fā)明的一種實施方式，所述對距離的顏色編碼是通過可標(biāo)度化的線性函數(shù)將顏色標(biāo)度與距離標(biāo)度相關(guān)聯(lián)實現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的另一種實施方式，所述對距離的顏色編碼是通過可參數(shù)化的非線性函數(shù)將顏色標(biāo)度與距離標(biāo)度相關(guān)聯(lián)實現(xiàn)的。
此外，還利用增強(qiáng)的距離分辨率顯示預(yù)先給定的距離區(qū)域。
按照本發(fā)明的一種實施方式，通過Alpha混合技術(shù)利用所述顏色值對所述灰度值圖像進(jìn)行疊加。并采用MIP技術(shù)作為投影方法來計算所述灰度值圖像。此外，還將所述灰度值圖像作為所述檢查體的一次或二次掃描的截面圖像來計算。
本方法尤其適用于MR體數(shù)據(jù)或CT體數(shù)據(jù)。在本方法中，以公知方式計算出由單像素組成的預(yù)先給定投影或預(yù)先給定截面的灰度值圖像。本方法由于以下特點而顯得與眾不同，即，對灰度值圖像的每個像素，用三維體數(shù)據(jù)確定通過該像素顯示的檢查體體素或部分體(Teilvolumen)與預(yù)先給定的參考平面之間的距離，并將該灰度值圖像的各個像素分別與一個與該距離相應(yīng)的顏色值相對應(yīng)。通過對距離進(jìn)行顏色編碼獲得各顏色值，其中，例如將距離標(biāo)度與顏色標(biāo)度相關(guān)聯(lián)。最后，通過疊加或者通過用對應(yīng)于各像素的顏色值對灰度值圖像進(jìn)行著色來顯示投影圖像或截面圖像。當(dāng)然，所述疊加或著色是這樣進(jìn)行的，即，疊加的顏色信息不會遮蓋灰度值圖像的細(xì)節(jié)信息。
優(yōu)選這樣實現(xiàn)所述疊加，即，用對應(yīng)于灰度值圖像各像素的顏色值生成編碼的距離圖像，并將該距離圖像與灰度值圖像進(jìn)行疊加，以顯示投影圖像或斷層圖像。優(yōu)選通過一種可參數(shù)化的方法實現(xiàn)該疊加，例如Alpha混合(Alpha-Blending)方法，其中，可以任意選擇兩幅疊加圖像的相對權(quán)重。因此，用戶也可以預(yù)先給定相應(yīng)的權(quán)重，在該權(quán)重下，例如為了更好地辨認(rèn)灰度值圖像的細(xì)節(jié)，使距離圖像顯示的強(qiáng)度小于灰度值圖像，或者為了更好地辨認(rèn)深度信息，使其顯示的強(qiáng)度大于灰度值圖像。
通過本方法，投影圖像或截面圖像的觀察者可以直接清楚地了解有關(guān)圖像中待辨認(rèn)細(xì)節(jié)的深度信息?；陬伾幋a的深度信息顏色顯示是唯一且可直接理解的，其避免了在對諸如圖像標(biāo)簽或解剖知識這樣的附加信息的分析過程中出現(xiàn)的解釋錯誤，這些信息尤其是在成像醫(yī)學(xué)檢查方法領(lǐng)域內(nèi)起著重要作用。疊加方法的參數(shù)化(例如Alpha編碼)優(yōu)化了對灰度值圖像結(jié)構(gòu)信息的顯示，該顯示通過用戶預(yù)先給定或修改相應(yīng)的加權(quán)參數(shù)，可以適應(yīng)當(dāng)時的需要。
可以按照顏色標(biāo)度線性變換距離值，并將該變換優(yōu)選為可標(biāo)度化的。然而，也可以使用可參數(shù)化的非線性變換，例如對數(shù)變換，以便以優(yōu)選的分辨率對確定的距離范圍，例如鄰近范圍的深度信息進(jìn)行顯示。通過上述對距離編碼的可參數(shù)化或可標(biāo)度化，可以使色差適應(yīng)檢查體中的感興趣體區(qū)域(RoI)。
可以選擇不同的可預(yù)先給定的參考平面，相對于該參考平面可以用三維數(shù)據(jù)求出各對圖像重要的體素的距離。在顯示投影圖像、例如MIP圖像時，將相應(yīng)于這些參考平面來選擇投影平面或圖像平面。在顯示截面圖像時，通常由于待顯示斷層的深度較小而不需要深度信息，因此將本方法應(yīng)用于一次傾斜或二次傾斜(doppelt schraeg)的斷層。在此，將所述參考平面選擇為與期望的觀察方向垂直，優(yōu)選為沿體軸的方向(矢狀面、冠狀面、橫斷面)，從而可以從由此生成的截面圖像的顏色變化中辨認(rèn)出斷層或截面相對于該軸的掃描和掃描方向。這將有助于避免在觀察各幅圖像的過程中、在分析圖像標(biāo)簽(Bildetikette)時出現(xiàn)錯誤。


下面借助附圖所示的實施方式再次簡要說明本方法。在此示出了
圖1為實施本方法的原理性方法過程示例；圖2為應(yīng)用本方法生成截面圖像的示意圖；圖3為另一生成擴(kuò)展的感興趣區(qū)域的投影圖像的方法的示意圖。
具體實施例方式
圖1概括性地示出了本方法的示意圖。在利用相應(yīng)的測量技術(shù)，例如磁共振層析攝影或計算機(jī)層析攝影技術(shù)獲得三維體數(shù)據(jù)之后，利用這些體數(shù)據(jù)、通過取決于數(shù)據(jù)采集技術(shù)和所期望的圖像結(jié)果的適當(dāng)?shù)耐队胺椒?，計算出具有灰度值結(jié)構(gòu)的臨時投影圖像，以下稱之為灰度值圖像。與此同時或緊接著，將確定出包含在這些三維體數(shù)據(jù)中的有關(guān)檢查體中體素或點的距離的信息作為深度信息，其中，所述體素或點是基于灰度值圖像中各個像素的。通過基于調(diào)色板的顏色編碼將灰度值圖像中的每個像素與一顏色值相對應(yīng)，該顏色值相應(yīng)于檢查體中所顯示的點與圖像平面的距離。通過這種方式，生成一幅具有深度顯示的彩色圖像，以下稱之為顏色編碼的距離圖像。借助可參數(shù)化的疊加方法，將該顏色編碼的距離圖像這樣疊加到原始灰度值圖像上，即使置于灰度值圖像下的結(jié)構(gòu)(例如解剖結(jié)構(gòu))對于觀察者清晰可見。
按照顏色標(biāo)度既可以線性也可以非線性地變換距離值，并將該變換優(yōu)選為可標(biāo)度化的，以使觀察者能夠?qū)z查體的感興趣區(qū)域進(jìn)行適配。通過適當(dāng)?shù)膮?shù)可以輸入相應(yīng)的標(biāo)度。通過為疊加方法提供預(yù)先給定的參數(shù)，在疊加圖像或投影圖像中修改或預(yù)先給定顏色編碼的距離圖像的權(quán)重，以用于灰度值圖像。
圖2以圖解方式舉例示出了本方法對截面圖像空間位置的顯示。該圖示出了患者身體1，利用適當(dāng)?shù)某上窦夹g(shù)可從中獲得檢查體2的三維體數(shù)據(jù)。利用這些三維體數(shù)據(jù)可以獲得患者身體的斷層3的截面圖像6，該斷層3的斷層平面與身體的縱軸垂直。然而在很多情況下，并不期望所顯示的斷層的取向與體軸垂直。利用本方法，能以優(yōu)選方式顯示這種一次或二次掃描(einfach-oder doppelt-gekippte)截面圖像(例如，橫斷面＞矢狀面)。該圖舉例示出了斷層4的截面圖像，其中，對斷層4進(jìn)行一次掃描。通過這種方式獲得的截面圖像7以圖解方式進(jìn)行了有力的說明。該截面圖像包含一幅常規(guī)的灰度值圖像，其與一幅顏色編碼的距離圖像疊加在一起。通過對斷層4各點與參考平面5之間的距離進(jìn)行顏色編碼可獲得該顏色編碼的距離圖像，參考平面5選擇為與患者身體的縱軸垂直。該圖中，用雙箭頭標(biāo)示所述距離。在通過這種方式獲得的截面圖像7中，觀察者可以清楚地看到各像素從下到上的顏色變化、例如從紅色到藍(lán)色的變化，這種變化表示所顯示的斷層與參考平面之間的距離在減小。因此，該截面圖像的觀察者可以立即辨認(rèn)出掃描方向，并且在了解顏色標(biāo)度的標(biāo)度值的情況下，還可以辨認(rèn)出掃描強(qiáng)度。因此，本方法實現(xiàn)了對各像素的空間位置相對于主觀察方向(此處為矢狀面)的直接可視顯示，從而不必對給出所顯示斷層的取向的圖像標(biāo)簽進(jìn)行解釋。
最后，圖3示出了另一個例子，以說明在投影圖像中本方法的應(yīng)用，該投影圖像顯示了三維感興趣區(qū)域在相應(yīng)圖像平面上的投影。說明這種投影的一個例子是人體血管的MIP顯示。在此，圖3示出了患者1，從中獲得檢查體2的三維體數(shù)據(jù)，該檢查體2同時表示感興趣體(RoI)。利用這些三維體數(shù)據(jù)生成一幅相當(dāng)于體2在圖像平面5上的投影的投影圖像，該圖像平面5同時表示用于本方法的參考平面。在采用相應(yīng)的、將該體區(qū)域在圖像平面5上進(jìn)行投影的投影方法計算出灰度值圖像之后，對該灰度值圖像的每個圖像點確定出基于檢查體2的點或體素的與參考平面5之間的距離。在該圖示中也用雙箭頭標(biāo)示該距離。利用該深度信息生成顏色編碼的距離圖像，并與所述顯示投影圖像的灰度值圖像疊加?，F(xiàn)在，觀察者借助于顏色，可以從該圖像中直接辨認(rèn)出基于所述灰度值圖像可辨認(rèn)出的血管，以及這些血管相對于參考平面5或圖像平面5的距離。這使得直接辨認(rèn)重疊的各血管及它們的順序成為可能。通過所述顏色編碼可以直接清楚地看到，哪根血管在前，哪根血管在后。
當(dāng)然，對于所述顏色編碼可以使用公知的標(biāo)準(zhǔn)顏色標(biāo)度，例如熱標(biāo)度(Gluehskala)，或新的還有待完成的顏色標(biāo)度。本方法尤其適用于醫(yī)學(xué)技術(shù)成像方法的三維體數(shù)據(jù)，例如MR體數(shù)據(jù)或CT體數(shù)據(jù)。當(dāng)然，本方法也可以應(yīng)用到其它技術(shù)領(lǐng)域，例如材料檢驗，其中，將產(chǎn)生應(yīng)包含深度信息的投影圖像。
權(quán)利要求
1.一種利用檢查體(2)的三維體數(shù)據(jù)，尤其是MR體數(shù)據(jù)或CT體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法，其中，利用這些三維體數(shù)據(jù)計算出一幅預(yù)先給定投影或預(yù)先給定截面的、由單像素組成的灰度值圖像，其特征在于，對該灰度值圖像的每個像素，確定檢查體(2)由該像素表示的體素與參考平面(5)之間的距離，并將該灰度值圖像的各像素與一個和該距離相應(yīng)的、通過對該距離進(jìn)行顏色編碼所獲得的顏色值相對應(yīng)，以及通過疊加或用對應(yīng)于各像素的顏色值對該灰度值圖像進(jìn)行著色來顯示投影圖像或截面圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用對應(yīng)于所述灰度值圖像各像素的顏色值生成一顏色編碼的距離圖像，并與所述灰度值圖像疊加，以顯示所述投影圖像或截面圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述灰度值圖像和所述距離圖像的疊加是通過一種可參數(shù)化的方法實現(xiàn)的，其中，可以任意選擇或修改該兩幅疊加的圖像的相對權(quán)重。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，將所述灰度值圖像的圖像平面選為投影圖像的參考平面(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述對距離的顏色編碼是通過可標(biāo)度化的線性函數(shù)將顏色標(biāo)度與距離標(biāo)度相關(guān)聯(lián)實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述對距離的顏色編碼是通過可參數(shù)化的非線性函數(shù)將顏色標(biāo)度與距離標(biāo)度相關(guān)聯(lián)實現(xiàn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用增強(qiáng)的距離分辨率顯示預(yù)先給定的距離區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，通過Alpha混合技術(shù)利用所述顏色值對所述灰度值圖像進(jìn)行疊加。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，采用MIP技術(shù)作為投影方法來計算所述灰度值圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，將所述灰度值圖像作為所述檢查體的一次或二次掃描的截面圖像來計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用檢查體(2)的三維體數(shù)據(jù)顯示投影圖像或截面圖像的方法，其中，用該三維體數(shù)據(jù)計算出一幅預(yù)先給定投影或預(yù)先給定截面的由單像素組成的灰度值圖像。本方法的特征在于，對該灰度值圖像的每個像素確定檢查體(2)的、通過該像素表示的體素與參考平面(5)之間的距離，將該灰度值圖像的各像素與和該距離相應(yīng)的顏色值相對應(yīng)，并通過疊加或用對應(yīng)于各像素的顏色值對該灰度值圖像進(jìn)行著色來顯示投影圖像或截面圖像。本方法可以顯示具有清晰且可直接理解的深度信息的投影圖像。
文檔編號G06T15/00GK1438614SQ0310384
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月15日
發(fā)明者羅蘭·費伯 申請人:西門子公司