CN102819859A - 用于显示对于密度特征的检查的体积数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在显示器上作为图像显示对象的特征的方法。在此借助体积数据显示所述对象。按照在体积数据内部的剪切信息来确定至少一个剪切区域。为了在显示器上显示使用体积数据的值域的映射，按照剪切区域到体积数据的与所述剪切区域邻接的区域的距离，对于剪切区域的体积数据修改所述映射。本发明可以融化对象层并在此改进对增密的识别。

Description

用于显示对于密度特征的检查的体积数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于在显示器上作为图像显示对象的特征的方法和装置。

背景技术

X射线在医学诊断中广泛使用。例如通常借助X射线（乳腺X射线照相）进行女性胸部组织癌症的检查。

由于检查的身体部位的特殊的解剖条件，对于借助X射线的这样的检查使用特殊设备，其通常称为乳腺X射线照相设备。

对于诊断，乳腺X射线照相设备的拍摄设置已经发展为标准设置。通常使用以下两个标准设置：

乳腺的侧斜位倾斜拍摄（MLO）（倾斜拍摄）是在乳腺癌早期识别-乳腺X射线照相中的标准设置。在此按照45°角度拍摄乳腺。该45°倾斜拍摄要显示外上象限、轴向分支和***下皱襞。

此外还有乳腺的头尾位拍摄（CC拍摄），其垂直向上进行。CC拍摄要显示尽可能多的乳腺组织并且理想地表示位于最远处的侧向和轴向片段外的所有乳腺片段。

在标准检查的范围内多次进行所谓的2层乳腺X射线照相，其结合了侧位（MLO）和头尾位（CC）拍摄。

尽管结合从不同角度的拍摄，常规的乳腺X射线照相还是具有其局限。存在如下危险：X射线图像中组织硬化（通常称所谓的钙化）通过其他结构遮盖并且不能被诊断。

例如在数字乳腺X射线照相中应用的断层合成（Tomosynthese）提供改进的诊断可能性。其基于，与计算机断层造影不同，仅扫描在围绕待检查的对象的X射线管的运动过程中一个相对小的角度区间。区间的该限制通常由于待检查的对象（例如女性***）引起。

可以借助修改的乳腺X射线照相***或乳腺断层合成***来拍摄乳腺X射线照相中的断层合成投影的序列。在此在X射线管在探测器上方在-25°和25°之间的角度范围中运动期间，例如建立25个投影。在该运动期间以有规律的距离触发射线并且从探测器分别读出投影。根据这些投影然后在断层合成-重建处理中在计算机中重建检查对象的三维表示。该对象然后通常以灰度值的形式呈现，所述灰度值表示对于在与灰度值对应的体素或空间点处的密度的度量。在医学诊断过程中通常仅考察重建的体积的所谓Z层，即，与探测器平面平行取向的重建的层图像。

对Z层的考察的改进可以通过用于三维体积数据组的可视化技术来实现。

对于三维体积作为图像在监视器上的显示使用所谓的体绘制技术。直接称为体绘制技术例如是光线投射（Ray Casting），即，仿真透射体积的光线。此外还有例如多平面重组，其也称为多平面重建（MPR）。在此是二维图像重建方法，其中使用作为横截面呈现的原始数据来计算正面矢状的倾斜形截面或曲线形截面，在解剖取向中其有助于观察者。在MIP（最大强度保护）方法中三维空间的每个具有最大灰度值的点分别沿着观察轴直接用于成像。形成二维投影图像。在从不同的考察位置考察一系列MIP图像时，由此形成空间关系。该方法大多用于显示利用造影剂填充的结构。

这样的用于显示断层合成数据的方法的应用例如在出版物US 20100166267A1，US 20090034684A1，US 7760924和US 20090080752A1中描述。

在所有这些方法中要考虑，其中通常作为灰度值呈现的体积数据出现不同密度的大的带宽（和由此扩大的灰度值范围）。为了描述重建的衰减值，通常使用标尺，该标尺根据科学家豪恩斯弗尔德（Hounsfield）命名并且大约从-1000（对于肺部组织）直到3000（骨）。该标尺上的每个值对应一个灰度级，从而总共获得大约4000个待显示的灰度级。这个在CT中在三维图像重建时通常的图不能简单转换到为可视化而使用的监视器上。这一点一方面由于，在商业上通用的8位监视器上最大能够显示256（即2⁸）个灰度级。更高数量的灰度级的显示是没有意义的，因为显示器的显示的精细度明显超过人眼的精细度，人眼大约能区分35个灰度级。对于人的组织的显示，由此试图提取对诊断相关的细节。

在光线投射方法中可以通过选择传输函数更好可见密度特征。将密度值或者说灰度值借助称为传输函数的映射（Abbildung）成像到通常以三原色形式的三个颜色，该三原色编码颜色红、绿和蓝分量（所谓的RGB值）。通常附加地进行到所谓的阿尔法值的映射，该阿尔法值对不透过性进行参数化。这些参数共同形成在光线投射中对于仿真的光线的扫描点确定的颜色值RGBA，并且与其他扫描点的颜色值组合或混合为对于显示器的像素的颜色值（对于可视化部分透明的对象通常借助所谓的阿尔法混合）。特别地，阿尔法值在此确定，哪些结构显示在显示器上。例如，在脂肪和***的不透过性太高的情况下位于更深的钙化被遮住。关于感兴趣组织结构的可视化相应地选择传输函数。

除了传输函数的选择，对于更好研究利用体绘制显示的对象的特征可以需要合适调节对象的显示。具体来说可以修改或影响在显示屏上显示的对象的显示，例如通过对对象的部分着色、去除或放大。对于这样的操作，在英语的专业中文献也使用体积编辑和分割的概念。体积编辑是指诸如剪辑、裁剪和冲压。分割可以分类出对象结构，例如显示的身体部位的解剖结构。在分割的过程中例如对对象组成部分着色或去除。直接体积编辑的概念涉及借助虚拟工具（诸如画笔、凿子、钻头或刀子）交互地编辑或者说影响对象显示。例如用户可以通过借助鼠标或其他触觉或其他功能的输入装置着色或去除对象部分来交互地修改在显示屏上显示的对象的图像。

在这样处理显示的对象时修改对象图像的计算的像素是远远不够的，而是必须进行像素的重新计算。即，在诸多这样的操作（着色、剪切、…）情况下在每次修改时必须重新进行体绘制或光线投射。

在该过程中要考虑，对于恶性改变的诊断是一个复杂的任务。因此明显更大的钙化是好的而小的所谓的微观钙化给出了肿瘤形成的提示。为了改善评价，医生需要关于组织改变的范围和改变的组织在周围组织层中的嵌入的尽可能多的相关信息。

需要用来影响通过体绘制显示的体积的方法，其提供用于评价对象特征的相关信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种对体积数据的显示的修改，该修改主要在医学诊断中可以改善对其特征的检查。

本发明从体积数据组出发，所述体积数据组例如是借助利用医学模态（例如X射线设备、计算机断层造影、核自旋断层造影、超声波…）进行测量而获得或重建的。为了显示与该体积数据组对应的对象，使用该体积数据组。在显示器或监视器上的显示例如可以借助光线投射或仿真的光线入射来进行。规定，为了检查对象的特征，修改所述显示。为此目的，可以进行剪切，其按照剪切信息修改体积数据的区域（剪切区域）。剪切信息在此可以自动生成或通过用户输入。在剪切区域中借助体积数据的值域的映射来影响所述显示。该映射例如是传输函数（例如斜坡函数），如其在光线投射中使用的那样。在此传输函数可以在自变量的轴上这样移动或变形，使得不同地显示密度值，例如比剩余空间中更透明地显示。在该过程中对于剪切区域的体积数据的映射按照剪切区域到体积数据的与剪切区域邻接的区域的距离（有意义地按照最小距离），即，按照到剪切区域的边缘的距离，来改变。特别有意义的是，对于体积数据的值域，到边缘的距离越大，则越透明地显示体积。该显示的透明度向着边缘的降低既可以是单调的也可以是严格单调下降。

本发明发展了常规地在绘制中使用的剪切技术，其实现了对象区域（或在医学组织中）的纯去除，进一步的目的是，涉及剪切的区域的所有信息现在不再丢失。至少在一定的、原则上可预先给出的与剪切表面的去除中，对于显示还考虑对象的体积特征或借助剪切所处理的对象在那里不是作为完全透明地显示。有意义的是，随着距离增加，至少在一个特定的密度区域中透明度增加。在该区域中因此更清楚出现增密或硬化，而不丢失整个周围或上下文信息。在此意义上，然后通过剪切进行一种“组织融化掉”或“组织薄化”，其支持诊断。

有意义的是，从一定的阈值距离开始，通过剪切而处理的对象作为完全透明地显示，即，从该点开始（如在常规的剪切（Cutting）中那样）在显示中完全去除对象物质。在该实施方式中可以在深度剪切之后，区分显示的对象的三个区，即，最外部的，那里对象被完全去除或作为完全透明的来显示；过渡区，其从剪切面向外延伸，在那里物质（特别是正常的或主要的物质在主要的密度区域中）被透明地显示；和未涉及剪切的区域，其中显示保持不变。剪切可以具有任意形状，例如球形，v形或平面形。如果象在断层合成中那样给出一个方向，在该方向上体积数据按照与垂直方向相比减小的分辨率呈现，则有意义的是，利用基本上（直至10°）垂直于更小分辨率的方向的视线进行显示。

按照本发明的一种构造，自动进行不同的剪切（优选多个剪切）并且按照该形式存储。不同剪切的规定可以按照对象特征（形状、解剖、…）来进行。然后得到图像序列，其可以为进一步使用而被存储。该图像序列可以根据需求从存储器中读出并且研究。该过程的优点是，利用图像序列的工作与实际的绘制或获得显示相比需要非常少的计算资源和存储体积。特别地，这样的图像序列还可以很好地适用于远程诊断，因为图像序列的有限数据体积允许经过更大距离传送。替换地，可以不是自动地进行剪切，而是由用户借助剪切信息输入。这一点可以利用诸如鼠标或键盘的输入装置来进行。在剪切之后的各个重新计算在用户输入情况下优选“传输地（on the fly）”或交互地，即，通过直接绘制进行。

本发明还包括一种装置和一种计算机程序，其被构造为用于执行按照本发明的方法。

附图说明

以下借助附图在实施例的范围内详细解释本发明内容。

附图中：

图1示出乳腺X射线照相设备的侧视图，

图2示出按照图1的乳腺X射线照相设备的前视图，

图3示出了在断层合成中在借助乳腺X射线照相设备辐照时的两个偏转位置，

图4a和4b示出了本发明在乳腺检查中的应用，

图5示出了v形剪切，

图6示出了球形剪切，

图7示出了按照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1和2相应地示出了乳腺X射线照相设备2的侧视图和前视图。乳腺X射线照相设备2具有作为支架4构造的基体和从该支架4突出的成角的机臂6，在该机臂的自由端上布置了构造为X射线辐射器的辐射单元8。在机臂6上还放置了对象台10和压紧单元12。压紧单元12包括压紧元件14，后者相对于对象台10沿着垂直Z方向可移动地布置，以及用于压紧元件14的固定设备16。为了移动固定设备16连同压紧元件14，在此在压紧单元12中设置一种上升导引。在对象台10的下部区域中此外设置检测器18（参见图3），其在该实施例中是数字检测器。

乳腺X射线照相设备2特别设置为用于断层合成检查，其中辐射单元8在一个角度范围上围绕与Y方向平行延伸的中轴M移动，如从图3中看出的那样。在此获得在对象台10和压紧元件14之间位置固定的待检查对象20的多个投影。在从不同的角度位置拍摄图像时横截面为圆锥形或扇形的X射线21透射压紧元件14、待检查的对象20和对象台10并且击中检测器18。检测器18在此这样确定尺寸，使得图像拍摄可以在-25°和+25°的相应的偏转角度的情况下在两个偏转位置22a、22b之间的角度范围中进行。偏转位置22a、22b布置X-Z平面中在零位置23的两侧，在该零位置X射线21垂直地击中检测器18。平板检测器18在该实施例中特别具有24×30cm的大小。

在从点22a到点22b的轨迹上移动时进行25个拍摄。从拍摄的投影中重建检查对象20。

重建的对象通常以在体素或空间点上给出的密度值的形式呈现，这些密度值是对于各个密度的度量。为了可视化对象特征，从灰度值产生用于在监视器上的显示的像素值。

根据断层合成数据详细解释按照本发明的过程。在此假定，借助光线投射进行体绘制。在光线投射的过程中使用所谓的传输函数。传输函数在此将体积数据组的数据值与光学特征对应，利用所述光学特征其在绘制的图像中被显示。为此的一个已知例子是传输函数，其将体积数据组的每个值与颜色或阻光度（α通道）对应。体积数据组的相同的值在此获得相同的颜色和相同的阻光度。为了更好可视化显示还已知，阻光度不仅利用数据值而且附加地还利用梯度大小来调制，以便这样明显突出边或表面。梯度大小相应于梯度矢量的绝对值，其指向从体素的数据值到相邻的体素的数据值的最强的梯度方向。

其中颜色值和阻光度改变的传输函数通常是RGBA传输函数。为了更好解释，以下从仅使用体积值或密度值作为自变量的传输函数T_RGBA（x）出发。该函数将体积值x与RGBA值对应。还可以考虑，在“融化”的过程中仅改变阻光度A或α。各个位置x相应于在光线投射中使用的射线的扫描点。该扫描点从体积数据中获得。在显示软组织时通常使用斜坡函数。为了更好解释起见对于以下的讨论假定这一点。在光线投射的范围内颜色值和阻光度沿着光线积累，以便对于得到的像素在监视器上产生颜色和阻光度。对于按照本发明融化掉组织来说，将传输函数在x轴上按照扫描点到通过剪切定义的边界的距离d移动。在实践中，利用恒定的系数t缩放到边界的距离并且利用“Clamp”函数在[0，1]区间中映射，即，ds=Clamp（t*d，0.，最大偏置）。在此最大偏置（maxOffset）是如下参数，该参数定义，从与边界的哪个距离开始组织被显示为完全透明的。对显示或传输函数的修改然后可以这样进行，即，对于扫描点s，整个传输函数或仅描述阻光度的部分不是在位置x=s上，而是在位置x=s-ds上进行，其中，如上面定义的，ds是到边界的距离的度量。在第一种情况下，使用的RGBA值通过T_RGBA（s-ds）并且在第二种情况下（仅修改阻光度）通过T_RGB（s）和阻光度T_A（s-ds）给出。在斜坡函数中，该运算相应于按照到边缘的距离移动该斜坡函数。

在乳腺X射线照相中检查乳腺的情况下该过程导致一种仿真的融化，其中更密的软组织比密度更小的软组织更慢地融化。密度特征这样在通过剪切产生的边界附近作为三维结构示出。换言之，密度材料形成剪切区域的边界上的突起和凹陷。这一点根据附图可以很好看出。对于利用相应的平的边界的平面剪切，在图4a和4b中示出了软组织融化掉的效果。在此图4a示出了与数字的***断层合成数据的xy平面几乎正交的视线。图4b示出了旋转到倾斜位置上之后相同的数据组。可以看出，更密的组织如团块和血管形成小丘和凹陷。即，可以采集这样的结构的三维形式。通过移动平的边界面的位置用户可以遍历整个体积数据组和按照任意密度重建三维结构。

可以使用其他剪切几何，例如v形剪切（图5）或球形（图6）。对于球形剪切的典型的用户情形允许用户引导球形剪切区域经过或通过软组织。在此更密的物质的结构出现并且只要进一步引导剪切区域则又消失。这些结构分别定位在剪切区域的边缘。剪切的该引导或剪切通过对象的运动可以自动或用户控制地进行。

图7示出了对于按照本发明的方法的中央组成部分的流程图。在此借助体积数据显示体积（步骤1）。输入用于修改体积的显示的剪切信息（步骤2），接着按照输入的剪切信息来确定剪切区域（步骤3）。对于体积数据的显示，使用为此选择的映射（步骤4）。该映射按照剪切区域的点到剪切区域边缘的距离来修改（步骤5），由此可以更好可视化涉及剪切区域边缘周围的有关信息。在此上面的步骤至少部分按照其他顺序进行。

在对于断层合成数据的实施例的范围内描述了本发明。但是本发明绝不限于该情况，而是可以用于可视化任何作为体素呈现的对象。除了医学应用，例如还可以进行工业应用（例如材料检查）。

Claims (18)

1.一种用于在显示器上作为图像显示对象的特征的方法，其中，

-借助体积数据显示所述对象，

-按照在该体积数据内部的剪切信息，确定至少一个剪切区域，

-为了在显示器上显示而使用该体积数据的值域的映射，和

-按照所述剪切区域到体积数据的与该剪切区域邻接的区域的距离，对于该剪切区域的体积数据修改所述映射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这样修改所述映射，使得至少对于体积数据的值域，距离越大，则体积越透明地显示。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，按照密度进行对所显示的体积的透明度的提高。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助光线投射显示所述体积。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述映射按照传输函数的形式给出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述传输函数具有斜坡函数的形状。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，按照自变量与邻接的区域的距离至少对于如下的自变量来移动所述传输函数：所述自变量与邻接的区域的最小距离不超过最大距离。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在大于阈值距离的距离情况下，体积被显示为完全透明的。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助断层合成获得所述体积数据。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按照球形、v形或平面形剪切确定剪切区域。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-给定一个方向，在该方向上体积数据按照比垂直方向更小的分辨率呈现，并且

-利用基本上垂直于更小分辨率的方向的视线进行显示。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按照对象特征自动确定或在预先设置的范围内确定剪切信息，并且自动进行至少一个与所述信息相关的剪切。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，利用不同的剪切产生并存储图像的序列。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助输入装置由用户输入剪切信息。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，根据通过用户输入的剪切信息产生图像的重新计算。

16.一种用于在显示器上作为图像显示对象的特征的装置，所述装置被构造为用于执行按照权利要求1至15中任一项所述的方法。

17.根据权利要求16所述的装置，包括功能模块

-用于借助体积数据显示对象，

-用于按照剪切信息在体积数据内部确定至少一个剪切区域，

-为了在显示器上显示使用体积数据的值域的映射，和

-用于按照所述剪切区域到体积数据的与该剪切区域邻接的区域的距离，对于剪切区域的体积数据修改所述映射。

18.一种计算机程序，用于执行按照权利要求1至15中任一项所述的方法。

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