專利名稱：圖像處理設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理設(shè)備和一種相應(yīng)的圖像處理方法，用于處理感興趣的對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集和用于從一預(yù)定視角提供所述感興趣對(duì)象的投影圖像以供顯示。
最大強(qiáng)度投影(MIP)是用于顯示3D圖像數(shù)據(jù)的通常使用的技術(shù)，特別是在中間成像中，例如用于顯示3D脈管圖像數(shù)據(jù)。在后者的情況下，MIP依賴于具有比成像的解剖體的其它器官高的像素值強(qiáng)度的脈管中的血液。然而，這種關(guān)系并不適用于某些類型的組織。例如，在CT圖像中，例如骨骼的像素強(qiáng)度值趨向于比血管更高的值。因此，在多種情況中，為了在CT圖像數(shù)據(jù)的3D重建中正確地顯示血管，必須通過編輯除去像素強(qiáng)度值類似于或高于血管的結(jié)構(gòu)。
為此目的，人工編輯方法是已知的，然而所述方法需要消耗昂貴的機(jī)器和操作員時(shí)間，不能承受操作者是專家的情況。US 5,570,404披露了一種用于自動(dòng)地編輯多個(gè)CT圖像片段以提供位于病人體內(nèi)的選定對(duì)象的三維視圖的方法。該方法包括提供至少一塊由CT掃描系統(tǒng)產(chǎn)生的CT圖像片段和計(jì)算該塊的頂部MIP圖像。通過首先檢測(cè)所有像素從該頂部MIP圖像中自動(dòng)地除去不需要的對(duì)象，其中所述像素具有表示該不需要的對(duì)象的照射強(qiáng)度值。然后，將要除去的對(duì)象的所有像素設(shè)置成基本上為零的照射強(qiáng)度值以便從所述塊的頂部MIP圖像中除去所述對(duì)象。在從所述頂部MIP圖像中除去不需要的對(duì)象之后，對(duì)其做出的編輯被施加給所述塊中的每個(gè)CT圖像片段。另外，還披露了一種用于執(zhí)行CT血管造影圖像的3D重建的相應(yīng)設(shè)備。
當(dāng)從3D圖像數(shù)據(jù)集中獲得的感興趣對(duì)象的投影圖像應(yīng)被更新時(shí)，即，如果投影圖像應(yīng)該被獲得并顯示，從與以前的投影圖像相同的視角展示所述感興趣的對(duì)象，但展示或多或少的圖像對(duì)象，問題仍然存在。通常，這需要例如通過使用光線投影方法產(chǎn)生一個(gè)完全嶄新的投影圖像，并因此需要相關(guān)的計(jì)算成本，這在編輯感興趣的對(duì)象時(shí)限制了可能的交互量。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種減小用于更新感興趣對(duì)象的投影圖像的計(jì)算成本的更有效的圖像處理設(shè)備和方法。
根據(jù)本發(fā)明通過如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)這一目的，其包括-分割單元，用于對(duì)所述3D圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行分割以獲得一已分割3D圖像數(shù)據(jù)集，-標(biāo)記單元，用于對(duì)所述已分割3D圖像數(shù)據(jù)集的相同圖像對(duì)象的圖像體素進(jìn)行標(biāo)記以獲得標(biāo)記的圖像對(duì)象，-圖像產(chǎn)生器，用于從所述預(yù)定的視角生成所述標(biāo)記圖像對(duì)象和背景的投影圖像，-選擇器，用于選擇一個(gè)或者多個(gè)所述投影圖像中以供顯示，-圖像處理器，用于通過組合所選擇的投影圖像生成用于顯示的最終投影圖像。
在權(quán)利要求7中定義了一種相應(yīng)的圖像處理方法。在權(quán)利要求8中定義了一種包括程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼裝置用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述方法的步驟。
本發(fā)明是基于下述認(rèn)識(shí)做出的在3D圖像數(shù)據(jù)集的關(guān)系和投影圖像的關(guān)系之間存在一致性。對(duì)于3D圖像數(shù)據(jù)集中包含的先前已分割和標(biāo)記的圖像對(duì)象生成若干投影圖像，即，獲得個(gè)別地表征每個(gè)已分割和標(biāo)記的圖像對(duì)象的投影的層的集合。另外，獲得背景的投影圖像，即由所有已分割和標(biāo)記的圖像對(duì)象被抑制的視圖組成的背景投影圖像。所有投影圖像都是從相同的預(yù)定視角產(chǎn)生的。因此，就生成了有效地表示該圖像集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也稱作多層投影圖像。然后通過組合從該表示或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中選擇的投影圖像獲得了預(yù)定視角的最終投影圖像，即，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)或者多個(gè)投影圖像可被選擇用于在所述組合的最終投影圖像中顯示。
因此，例如通過使用射線投射操作產(chǎn)生所述圖像對(duì)象和背景的所述投影圖像的步驟對(duì)于每個(gè)觀察幾何(viewing geometry)只需要一次，隨后僅通過從所述背景視圖中添加/除去個(gè)別的已分割對(duì)象層就可快速更新所述最終的投影圖像。更新操作的所需數(shù)量從體素的數(shù)量到沿著給定投影射線對(duì)象的數(shù)量減少了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，本發(fā)明提議了一種更新已分割對(duì)象數(shù)據(jù)的投影可視化的有效方法和設(shè)備，其使得能夠?qū)崟r(shí)交互式編輯投影視圖的內(nèi)容。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例定義在從屬權(quán)利要求中。如上所述，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圖像產(chǎn)生器適合于產(chǎn)生多個(gè)強(qiáng)度的投影圖像。然而，本發(fā)明通常也可應(yīng)用于其它適合于生成其它種類的投影圖像(例如體繪制圖像)的圖像生成裝置。
在MIP圖像的情況下，最好圖像處理器適合于通過從所選擇的用于顯示的投影圖像的相同圖像像素中為所述最終的投影圖像的每個(gè)圖像像素選擇最大像素值來生成所述最終投影圖像。這是一種產(chǎn)生最終投影圖像的非常簡(jiǎn)單和成本高效的方法。不需要額外的射線投射操作，只是需要從所有選擇的投影圖像的象素值中簡(jiǎn)單地選擇最大象素值。因此能實(shí)時(shí)和交互地執(zhí)行對(duì)給定視角的投影圖像中所示的對(duì)象的更新。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，視角選擇器被提供用于選擇供顯示的最終投影圖像應(yīng)該被觀看的視角。該選擇器可以是用戶能夠通過它選擇視角的任何接口。此外，在本實(shí)施例中，高分辨率用于在包含圖像對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集的區(qū)域中產(chǎn)生新投影圖像，而低分辨率用于不包含圖像對(duì)象的區(qū)域。因此，來自先前獲得的投影圖像和關(guān)于圖像對(duì)象在3D圖像數(shù)據(jù)集中的位置的先前分割的知識(shí)在產(chǎn)生新投影圖像時(shí)被利用以便減小用于在事實(shí)上在一特定投影圖像中并不存在圖像對(duì)象的區(qū)域中獲得所述投影圖像的像素值的操作數(shù)量。這樣，在選擇新視角之后，獲得最終投影圖像的計(jì)算數(shù)量能夠被相當(dāng)大地減少。
現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中

圖1示意地表示根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設(shè)備；圖2表示感興趣對(duì)象的完整MIP圖像；圖3表示分割的感興趣對(duì)象的三個(gè)投影圖像和背景投影圖像；和圖4表示通過組合圖3中所示的一些投影圖像獲得的最終投影圖像。
在圖1的方框圖中，示意地示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設(shè)備1。另外還示出了圖像獲取裝置2，其可以是用于獲得感興趣對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)的任何裝置。為了提及一些實(shí)施例，所述圖像獲得裝置可以是優(yōu)選用于獲得病人的圖像數(shù)據(jù)的CT設(shè)備、允許旋轉(zhuǎn)血管造影術(shù)的X射線設(shè)備、MR設(shè)備或超聲設(shè)備。然而，通常圖像獲取裝置還可適用于獲得工業(yè)領(lǐng)域中的感興趣對(duì)象(例如澆鑄部件)的3D圖像數(shù)據(jù)。此外，任何種類的圖像獲取形態(tài)都能被使用。
所述獲得的3D圖像數(shù)據(jù)集通常儲(chǔ)存在圖像存儲(chǔ)器3中，其可以是服務(wù)器或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、工作站的硬盤或任何種類的存儲(chǔ)裝置，例如記錄載體。
更進(jìn)一步，示出用于顯示一個(gè)或者多個(gè)投影圖像的顯示裝置4，尤其是所述獲得的最終投影圖像。此外，用于交互地編輯和/或控制圖像處理或顯示的裝置可以顯示在顯示器4上，所述顯示器4優(yōu)選的是計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。
可以是工作站或PC的圖像處理設(shè)備1包括分割單元10，用于分割例如從圖像存儲(chǔ)器3獲得的感興趣對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集。對(duì)于分割，通?？梢詰?yīng)用任何種類的分割方法。如何分割3D圖像數(shù)據(jù)集在現(xiàn)有技術(shù)中通常是已知的，因此將不對(duì)其進(jìn)行更加詳細(xì)的解釋。作為分割的結(jié)果，被認(rèn)為屬于相同的圖像結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)組的3D圖像數(shù)據(jù)集的體素被標(biāo)記為屬于該對(duì)象，而其它體素被認(rèn)為不是所述對(duì)象的部分，即，獲得了分割的3D圖像數(shù)據(jù)集。
然后，在標(biāo)記單元11中，所述分割3D圖像數(shù)據(jù)集的相同圖像對(duì)象的圖像體素那么就被相應(yīng)地標(biāo)記，這可由用戶自動(dòng)地或交互地進(jìn)行。因此，相同圖像對(duì)象的圖像體素通過相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記。例如，所有靜脈由第一標(biāo)號(hào)標(biāo)記，所有動(dòng)脈由第二標(biāo)號(hào)標(biāo)記，第一骨骼由第三標(biāo)號(hào)標(biāo)記等等。在圖2中示出了展示分割和標(biāo)記靜脈和動(dòng)脈的病人足部的這種分割和標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)集的完整投影圖像，即分割和標(biāo)記的圖像對(duì)象。
之后，在圖像產(chǎn)生裝置中，由圖像產(chǎn)生器12產(chǎn)生分割和標(biāo)記圖像對(duì)象和背景(由所有分割和標(biāo)記圖像對(duì)象都得到抑制的視圖構(gòu)成)的投影圖像。這種投影圖像可例如是多強(qiáng)度投影圖像，對(duì)于三種不同的圖像對(duì)象(在該情況中為靜脈)如圖3a至3c所示，而對(duì)于背景如圖3d所示。然而，可以等效地使用任何其它種類的投影方案，例如體繪制投影圖像。這些投影圖像是通過任何種類的圖像投影操作(例如，射線投射操作)獲得的，由于所述圖像投影操作通常在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的并因此在這里將不對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。這種射線投射操作例如見諸于V.Pekar等人在“Proceedings data visualisation 2003”(第135-140頁(yè)，Grenoble，F(xiàn)rance)中發(fā)表的“Efficient visualisation of largemedical image datasets on standard PC hardware”。所有產(chǎn)生的投影圖像從相同的預(yù)定視角對(duì)所述圖像對(duì)象或背景分別提供一個(gè)視圖。
通過使用選擇器13，由圖像產(chǎn)生器12產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)所述投影圖像可被選擇用于優(yōu)選地在組合的最終投影圖像中進(jìn)行顯示。該選擇器13可被適配從而使得它能夠使用戶能夠交互地選擇哪些圖像對(duì)象應(yīng)被顯示或哪些應(yīng)被抑制。在其它實(shí)施例中，選擇器13可被適配以根據(jù)先前進(jìn)行的設(shè)置或選擇標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行這種選擇，所述設(shè)置或選擇標(biāo)準(zhǔn)可例如是顯示所有靜脈，但不顯示動(dòng)脈，或者可以是顯示所有血管但不顯示骨骼。
基于所述選擇，通過在圖像處理器14中組合所選擇的投影圖像而獲得最終的投影圖像。在MIP的情況下，這可簡(jiǎn)單地通過從選擇的投影圖像中為最終投影圖像的每個(gè)圖像像素選擇相同圖像像素的最大圖像值而容易地進(jìn)行。當(dāng)然，在其它投影的情況下，可以應(yīng)用不同的標(biāo)準(zhǔn)或算法在所選擇的投影圖像的圖像值中確定最終投影圖像中的圖像值。例如，可在體繪制圖像的情況下應(yīng)用適當(dāng)?shù)募訖?quán)。但在任一種情況中，在產(chǎn)生最終投影圖像期間都不考慮沒有選擇的圖像投影，并且也不需要執(zhí)行射線投射操作來產(chǎn)生最終投影圖像。
通過組合圖3a、3b和3d中所示的投影圖像獲得的最終投影圖像被顯示在圖4中?，F(xiàn)在能夠很容易地更新該最終投影圖像，即插入或抑制早先已經(jīng)分割和標(biāo)記并且存在單獨(dú)的投影圖像的其它圖像對(duì)象。例如，用戶可通過使用選擇器13選擇應(yīng)在最終投影圖像中顯示其它圖像對(duì)象，例如圖3中所示的圖像對(duì)象。因此，通過本發(fā)明，通過相同的觀察幾何學(xué)對(duì)最終投影圖像進(jìn)行更新是容易的并且能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行。
當(dāng)應(yīng)從一個(gè)不同的視角產(chǎn)生一個(gè)新的最終投影圖像時(shí)，也可進(jìn)一步利用從第一視角產(chǎn)生圖像對(duì)象的投影圖像獲得的信息。例如，通常需要旋轉(zhuǎn)所顯示的感興趣對(duì)象并應(yīng)以某一數(shù)量的角度間隔顯示新的最終投影圖像。獨(dú)立圖像對(duì)象的投影圖像包含圖像對(duì)象在由3D圖像數(shù)據(jù)集覆蓋的體積的哪個(gè)區(qū)域中的信息?，F(xiàn)在能夠從一個(gè)新的視角(例如，旋轉(zhuǎn)后)獲得新的最終投影圖像以在存在圖像對(duì)象的地方用大量射線執(zhí)行射線投射操作，并在將為那個(gè)圖像對(duì)象產(chǎn)生的投影圖像中產(chǎn)生相應(yīng)的圖像值，而在不存在對(duì)象的區(qū)域中使用較少的射線。因此，對(duì)于從新的視角產(chǎn)生新的最終投影圖像的過程來說，本發(fā)明還導(dǎo)致操作數(shù)量的減少，并因此導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間的減少。
所述圖像處理設(shè)備及其元件可以是工作站或PC的一部分，或者可分布在若干臺(tái)計(jì)算機(jī)上。另外，也可將本發(fā)明的元件實(shí)行為硬件或軟件，例如實(shí)現(xiàn)為用于執(zhí)行所述功能的獨(dú)立計(jì)算機(jī)程序或一個(gè)通用軟件。
權(quán)利要求
1.圖像處理設(shè)備(1)，用于處理感興趣對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集和從一預(yù)定的視角提供所述感興趣對(duì)象的投影圖像以用于顯示，所述圖像處理設(shè)備包括-分割單元(10)，用于對(duì)所述3D圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行分割以獲得一已分割的3D圖像數(shù)據(jù)集，-標(biāo)記單元(11)，用于對(duì)所述已分割3D圖像數(shù)據(jù)集的相同圖像對(duì)象的圖像體素進(jìn)行標(biāo)記以獲得標(biāo)記的圖像對(duì)象，-圖像產(chǎn)生器(12)，用于從所述預(yù)定的視角生成所述標(biāo)記圖像對(duì)象和背景的投影圖像，-選擇器(13)，用于選擇一個(gè)或者多個(gè)所述投影圖像以供顯示，-圖像處理器(14)，用于通過組合所選擇的投影圖像生成用于顯示的最終投影圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中所述圖像產(chǎn)生器(12)適用于產(chǎn)生多個(gè)強(qiáng)度投影圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像處理設(shè)備，其中所述圖像處理器(14)適用于通過從用于顯示的所選擇投影圖像的相同圖像像素為所述最終投影圖像的每個(gè)圖像像素選擇最大像素值來產(chǎn)生所述最終投影圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中所述圖像產(chǎn)生器(12)適用于產(chǎn)生體繪制圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，還包括視角選擇器(13)，用于選擇用于顯示的最終投影圖像將被觀察的視角，其中所述圖像產(chǎn)生器(12)適用于通過在所述3D圖像數(shù)據(jù)集的包含圖像對(duì)象的的區(qū)域中使用高分辨率和在所述3D圖像數(shù)據(jù)集的不包含圖像對(duì)象的區(qū)域中使用低分辨率來從一新選擇的視角產(chǎn)生相同的感興趣對(duì)象的新投影圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中所述圖像產(chǎn)生器(12)適用于通過使用射線投射方法來產(chǎn)生所述投影圖像。
7.圖像處理方法，用于處理感興趣對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集和從一預(yù)定的視角提供所述感興趣對(duì)象的投影圖像以用于顯示，所述圖像處理方法包括步驟-對(duì)所述3D圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行分割以獲得一已分割3D圖像數(shù)據(jù)集，-對(duì)所述已分割3D圖像數(shù)據(jù)集的相同圖像對(duì)象的圖像體素進(jìn)行標(biāo)記以獲得標(biāo)記的圖像對(duì)象，-從所述預(yù)定的視角生成所述標(biāo)記圖像對(duì)象和背景的投影圖像，-選擇一個(gè)或者多個(gè)所述投影圖像以供顯示，-通過組合所選擇的投影圖像生成用于顯示的最終投影圖像。
8.計(jì)算機(jī)程序，包括當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求7所述方法的步驟的程序代碼裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像處理設(shè)備(1)，用于處理感興趣對(duì)象的3D圖像數(shù)據(jù)集和從一預(yù)定的視角提供所述感興趣對(duì)象的投影圖像以用于顯示。為了提供能夠?qū)崟r(shí)交互編輯投影視圖(例如MIP視圖)的內(nèi)容的設(shè)備，提出一種圖像處理設(shè)備，其包括分割單元(10)，用于對(duì)所述3D圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行分割以獲得一已分割3D圖像數(shù)據(jù)集；標(biāo)記單元(11)，用于對(duì)所述已分割3D圖像數(shù)據(jù)集的相同圖像對(duì)象的圖像體素進(jìn)行標(biāo)記以獲得標(biāo)記的圖像對(duì)象；圖像產(chǎn)生器(12)，用于從所述預(yù)定的視角生成所述標(biāo)記圖像對(duì)象和背景的投影圖像；選擇器(13)，用于選擇一個(gè)或者多個(gè)所述投影圖像以供顯示；圖像處理器(14)，用于通過組合所選擇的投影圖像生成用于顯示的最終投影圖像。
文檔編號(hào)G06T15/00GK101031938SQ200580032775
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者S·揚(yáng), D·比斯特羅夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司