本發(fā)明涉及一種用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備、用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)、用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法、以及用于控制這種設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序元件和已經(jīng)存儲(chǔ)了這種計(jì)算機(jī)程序元件的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

WO 2005/078666(A1)公開了一種與可變形表面模型的實(shí)時(shí)用戶交互和用于使用可變形表面來分割三維圖像中的感興趣對象的圖像處理系統(tǒng)。

EP1 566 772 A2公開了一種X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置，包括：通過X射線在主體的三維區(qū)域中進(jìn)行掃描的掃描器、存儲(chǔ)通過掃描采集的投影數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元、基于所存儲(chǔ)的投影數(shù)據(jù)生成與三維區(qū)域相對應(yīng)的體積數(shù)據(jù)的重建處理單元、根據(jù)體積數(shù)據(jù)生成與三個(gè)方向的切片平面相關(guān)的切片圖像數(shù)據(jù)的MPR處理單元、顯示切片圖像數(shù)據(jù)連同表示重建范圍的圖形元素的顯示單元、操作圖形元素的操作單元，以及基于所存儲(chǔ)的投影數(shù)據(jù)重建與由圖形元素表示的重建范圍相對應(yīng)的斷層攝影圖像數(shù)據(jù)的重建處理單元。

在介入程序中，X射線用于幫助醫(yī)生看到在人類身體內(nèi)部發(fā)生的事情。X射線圖像上的對象使用反向透視來投影。這意味著更遠(yuǎn)離X射線探測器的對象看起來比更靠近X射線探測器的對象更大。諸如切割或剪切平面的用戶能夠操縱的3D對象也可以使用反向透視來繪制，從而它們對應(yīng)于X射線圖像上的解剖結(jié)構(gòu)。然而，操縱這些反向透視3D對象對于用戶可能感覺到是違反直覺的。例如，在反向透視繪制場景中的剪切平面對于人類查看者來說感覺是畸形的。剪切平面看起來好像未與解剖結(jié)構(gòu)上的實(shí)際切割平面對準(zhǔn)。當(dāng)用戶嘗試向后移動(dòng)剪切平面時(shí)，感覺好像其向前移動(dòng)，反之亦然。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，存在一種用于對3D對象進(jìn)行可視化的改進(jìn)的設(shè)備的需要，其允許更容易地操縱3D對象。

本發(fā)明的問題通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來解決，其中，其他實(shí)施例并入從屬權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)注意，下文中所描述的本發(fā)明的方面也適用于用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備、用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)、用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法、計(jì)算機(jī)程序元件和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備。用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備包括處理單元。處理單元被配置為提供在2D投影平面中的圖像。圖像可以是例如示出使用反向透視投影的解剖結(jié)構(gòu)的X射線圖像。反向投影是一種在其中更遠(yuǎn)離探測器的對象看起來比更靠近探測器的對象更大的投影。這與正常的人類視覺相反，在正常的人類視覺中，更遠(yuǎn)的對象看起來比更靠近的對象更小。

根據(jù)本發(fā)明的處理單元被配置為利用反向投影變換將來自初始平面的初始3D對象投影到圖像的2D投影平面中，以實(shí)現(xiàn)反向2D對象。如上所述，反向投影變換是一種在其中更遠(yuǎn)離探測器的對象看起來比更靠近探測器的對象更大的投影變換。換言之，反向投影變換是這樣的投影變換：其中消失點(diǎn)位于2D投影平面的另一側(cè)，而不是初始對象一側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的處理單元還被配置為對反向2D對象進(jìn)行點(diǎn)鏡像，以實(shí)現(xiàn)鏡像的非反向2D對象。處理單元被配置為將鏡像的非反向2D對象投影回初始平面，以提供經(jīng)校正的3D對象。處理單元被配置為將經(jīng)校正的3D對象再次投影到圖像的2D投影平面，以提供看起來未被反向投影的最終3D對象。

因此，在反向透視投影場景中實(shí)現(xiàn)經(jīng)透視投影的3D對象。換言之，描述了將要操縱的3D對象(例如，剪切平面)的反向投影反轉(zhuǎn)到正常的非反向的透視投影，同時(shí)例如圖像中的解剖結(jié)構(gòu)維持反向投影。

通過將3D對象的反向投影反轉(zhuǎn)到正常的非反向的透視投影，同時(shí)圖像中的解剖結(jié)構(gòu)保持反向透視，用戶能夠容易地操縱3D對象。用戶能夠自然地和直觀地使用并操縱3D對象，就好像用人眼看到的那樣。

由于X射線的反向透視投影，本發(fā)明能夠應(yīng)用于X射線成像模態(tài)。如上所述，圖像能夠因此是X射線圖像。然而，本發(fā)明還能夠應(yīng)用于產(chǎn)生反向透視投影圖像的任何其它成像模態(tài)。

如上所述，圖像還可以包括至少一個(gè)反向投影的解剖3D結(jié)構(gòu)，其保持反向投影，同時(shí)提供看起來未被反向投影的最終對象。

圖像還包括上述初始3D對象。初始3D對象能夠被理解為可反向的對象。在范例中，初始3D對象位于初始平面中并且具有關(guān)于初始3D對象的幾何圖心對稱的形狀。

在范例中，初始3D對象是切割平面、剪切平面等。該平面可以是從3D解剖表示的另一部分“切割”3D解剖表示的一部分的平面。因此，初始3D對象所在的初始平面也能夠被理解為切割平面。剪切平面能夠例如在3D CT/MR/旋轉(zhuǎn)X射線解剖結(jié)構(gòu)被疊加在實(shí)時(shí)X射線圖像頂部上的實(shí)況屏幕中使用。

在范例中，用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備包括被配置用于初始3D對象的顯示和操縱的接口單元。接口單元可以是具有操縱控件和測量工具的顯示器。切割平面能夠在接口單元中被可視化為例如矩形3D形狀。矩形可以指示用戶能夠如何以及在何處操縱切割平面。用戶能夠通過用鼠標(biāo)拖動(dòng)平面來例如旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)平面。

在范例中，矩形被繪制為如同其是被透視投影的，同時(shí)圖像中的解剖結(jié)構(gòu)維持反向透視。然而，當(dāng)用戶將矩形遠(yuǎn)離相機(jī)移動(dòng)時(shí)，矩形將看上去更大而不是更小。這能夠隨后通過縮放矩形來解決，從而當(dāng)朝向相機(jī)移動(dòng)時(shí)矩形變大。在范例中，處理單元因此被配置為縮放最終的3D對象，使得其在接近相機(jī)時(shí)放大。隨后能夠使用反向透視投影，結(jié)果連同圖像的其余部分一起被繪制。

根據(jù)本發(fā)明，還提出一種用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)。X射線成像系統(tǒng)包括圖像采集單元、顯示單元和如上所述的用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備。圖像采集單元被配置用于采集將由用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備的上述處理單元提供的圖像。顯示單元被配置為顯示由用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備的上述處理單元提供的最終3D對象。

根據(jù)本發(fā)明，還提出一種用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法。所述方法包括以下步驟，但不一定按照此順序：

-提供在2D投影平面中的圖像。圖像可以是示出例如使用反向透視投影的解剖結(jié)構(gòu)的X射線圖像；

-利用反向投影變換將來自初始平面的初始3D對象投影到圖像的2D投影平面，以實(shí)現(xiàn)反向2D對象。初始3D對象可以是剪切平面。反向投影變換是這樣的投影：其中，消失點(diǎn)位于2D投影平面的另一側(cè)，而不是初始對象的一側(cè)。換言之，透視線被反轉(zhuǎn)；

-對反向2D對象進(jìn)行點(diǎn)鏡像，以實(shí)現(xiàn)鏡像的非反向2D對象；

-將鏡像的非反向2D對象投影回初始平面，以提供經(jīng)校正的3D對象；

-將經(jīng)校正的3D對象投影到圖像的2D投影平面，以提供看起來未被反向投影的最終3D對象；

因此，在反向透視投影場景中實(shí)現(xiàn)透視投影的3D對象。換言之，描述了將要被操縱的3D對象的反向投影反轉(zhuǎn)到正常的非反向的透視投影，同時(shí)，例如圖像中的解剖結(jié)構(gòu)維持反向投影。

根據(jù)本發(fā)明，還提出一種計(jì)算機(jī)程序元件，其中，計(jì)算機(jī)程序元件包括程序代碼單元，所述程序代碼單元用于當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在控制在如獨(dú)立設(shè)備權(quán)利要求中所定義的用于對3D對象進(jìn)行可視化的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)使得用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備執(zhí)行用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法的步驟。

應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備、用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)、用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法、計(jì)算機(jī)程序元件和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有類似的和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例，特別是如在從屬權(quán)利要求中所定義的。參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯而易見并得到闡明。

附圖說明

在下文中將參考附圖描述本發(fā)明的范例性實(shí)施例：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)1的實(shí)施例的范例的示意圖。

圖2a至2d示意性并且范例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的3D對象的可視化的實(shí)施例。

圖3a至3e示意性并且范例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的3D對象的可視化的實(shí)施例。

圖4示出了用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法的范例的基本步驟。

具體實(shí)施方式

圖1示意性并且范例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對3D對象進(jìn)行可視化的X射線成像系統(tǒng)1的實(shí)施例。X射線成像系統(tǒng)1包括用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備10、圖像采集單元2和顯示單元3。

用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備10包括處理單元11。圖像采集單元2采集將由用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備10的處理單元11提供的圖像。顯示單元3顯示由處理單元11提供的最終3D對象28(圖2中所示)。

用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備10還包括用于初始3D對象22(圖2中所示)的顯示和操縱的接口單元12。接口單元12可以是上述顯示單元3或獨(dú)立的設(shè)備。

用于對3D對象進(jìn)行可視化的設(shè)備10的處理單元11提供在2D投影平面23(圖2中所示)中的圖像。這里，圖像是示出反向投影的解剖3D結(jié)構(gòu)的X射線圖像。反向投影是一種在其中更遠(yuǎn)離探測器的對象看起來比更靠近探測器的對象更大的投影。這與正常的人類生活相反，在正常的人類生活中，更遠(yuǎn)離的對象看起來比更靠近的對象更小。

如圖2a中所示，處理單元11利用反向投影變換(由箭頭示出)將初始平面27中的初始3D對象22(這里示出為2D)投影到圖像的2D投影平面23中，以實(shí)現(xiàn)反向2D對象24。初始3D對象22(在圖2a中示為2D)是可以將3D解剖結(jié)構(gòu)切割成兩個(gè)部分的矩形3D形狀。矩形可以指示用戶能夠如何操縱切割平面。初始3D對象22位于初始平面27內(nèi)，并且具有關(guān)于初始3D對象的幾何圖心對稱的形狀。如上所述，反向投影變換是一種在其中更遠(yuǎn)離探測器的對象看起來比更靠近探測器的對象更大的投影變換。換言之，反向投影變換是這樣的投影變換：其中，消失點(diǎn)是在2D投影平面23的另一側(cè)，而不是在初始對象22一側(cè)。

如圖2b中所示，處理單元11對反向2D對象24的所有點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)鏡像(由箭頭示出)，以實(shí)現(xiàn)看起來被反轉(zhuǎn)的鏡像的非反向2D對象25。如圖2c中所示，處理單元11隨后將鏡像的非反向2D對象25投影回初始平面27，以提供經(jīng)校正的3D對象26。隨后，經(jīng)校正的3D對象26仍然與初始平面27對準(zhǔn)，但現(xiàn)在已經(jīng)變形，從而使得使用反向透視投影將其投影回圖像的2D投影平面23產(chǎn)生看起來未被反向投影的透視投影的最終3D對象28。

因此，在反向透視投影場景中實(shí)現(xiàn)透視投影的最終3D對象28。通過將3D對象的反向投影反轉(zhuǎn)到正常的非反向的透視投影，同時(shí)圖像中的解剖結(jié)構(gòu)保持反向透視，用戶能夠容易地操縱3D對象，就好像用人眼看到的那樣。

在圖2c中，最終3D對象或矩形28(這里以2D示出)被繪制為如同被透視投影，同時(shí)圖像中的解剖結(jié)構(gòu)維持反向透視。然而，當(dāng)用戶將矩形28遠(yuǎn)離相機(jī)移動(dòng)時(shí)，矩形28將顯得更大而不是更小。如圖2d中所示，這能夠隨后通過縮放矩形28來解決，使得當(dāng)朝向用戶或相機(jī)移動(dòng)時(shí)其變大。處理單元11因此縮放最終3D對象28，使得其在接近相機(jī)時(shí)放大。使用反向透視投影，結(jié)果隨后能夠連同圖像的其余部分一起被繪制。

圖3a示出了在平行2D投影中并被反向投影以實(shí)現(xiàn)在圖3b中示出的反向2D平面24的初始3D對象22。反向2D平面被點(diǎn)鏡像，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)鏡像的非反向2D平面25，其使得平面看起來如在圖3c中所示的被透視投影?？雌饋睃c(diǎn)鏡像的非反向的2D平面25隨后以平行投影被投影回原始3D平面，以提供圖3d中所示的經(jīng)校正的3D對象26。如在圖3e中所示，經(jīng)校正的對象隨后使用透視投影來繪制，產(chǎn)生具有針對立方體的反向透視投影和針對最終3D對象28的透視投影的圖像。

圖4示出了用于對3D對象進(jìn)行可視化的方法的步驟的示意性概述。所述方法包括以下步驟，但不一定按照此順序：

-提供在2D投影平面23中的圖像；

-利用反向投影變換將來自初始平面27的初始3D對象22投影到圖像的2D投影平面23，以實(shí)現(xiàn)反向2D對象24。反向投影變換是這樣的投影：其中，消失點(diǎn)位于2D投影平面23的另一側(cè)，而不是初始對象的一側(cè)；

-對反向2D對象24進(jìn)行點(diǎn)鏡像，以實(shí)現(xiàn)鏡像的非反向2D對象25；

-將鏡像的非反向2D對象25投影回初始平面27，以提供經(jīng)校正的3D對象26；

-將經(jīng)校正的3D對象26投影到圖像的2D投影平面23，以提供看起來未被反向投影的最終3D對象28。

因此，在反向透視投影場景中實(shí)現(xiàn)透視投影3D對象。換言之，描述了將要被操縱的3D對象(例如，剪切平面)的反向投影反轉(zhuǎn)到正常的非反向的透視投影，同時(shí)，例如圖像中的解剖結(jié)構(gòu)維持反向投影。

在本發(fā)明的另一范例性實(shí)施例中，提供一種計(jì)算機(jī)程序或計(jì)算機(jī)程序元件，其特征在于，適于在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)上執(zhí)行根據(jù)前述實(shí)施例之一的方法的方法步驟。

計(jì)算機(jī)程序元件可以因此被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)單元上，所述計(jì)算機(jī)單元也可以是本發(fā)明的實(shí)施例的部分。該計(jì)算單元可以適于執(zhí)行或誘導(dǎo)上述方法的步驟的執(zhí)行。此外，其可以適于操作上述裝置的組件。計(jì)算單元能夠適于自動(dòng)操作和/或執(zhí)行用戶的命令。計(jì)算機(jī)程序可以被加載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)處理器可以因此被配備為執(zhí)行本發(fā)明的方法。

本發(fā)明的該范例性實(shí)施例覆蓋從一開始就使用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序，以及通過將現(xiàn)有程序更新轉(zhuǎn)換為使用本發(fā)明的程序的計(jì)算機(jī)程序二者。

更進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)程序元件可以能夠提供所有必要步驟以完成如上所述的方法的范例性實(shí)施例的過程。

根據(jù)本發(fā)明的其他范例性實(shí)施例，提出一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如CD-ROM，其中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有被存儲(chǔ)在其上的計(jì)算機(jī)程序元件，所述計(jì)算機(jī)程序元件由前面的章節(jié)描述。

計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)和/或分布在合適的介質(zhì)上，諸如與其他硬件一起或作為其他硬件的部分供應(yīng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以以其他形式被分布，諸如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他有線或無線的通信系統(tǒng)。

然而，計(jì)算機(jī)程序也可以被呈現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上，如萬維網(wǎng)，并且能夠從這樣的網(wǎng)絡(luò)下載到數(shù)據(jù)處理器的工作存儲(chǔ)器中。根據(jù)本發(fā)明的其他范例性實(shí)施例，提供用于使計(jì)算機(jī)程序可用于下載的介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序元件被布置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的先前描述的實(shí)施例中的一個(gè)的方法。

必須指出，已經(jīng)參考不同的主題對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述。具體地，參考方法類型權(quán)利要求對一些實(shí)施例進(jìn)行了描述，而參考設(shè)備類型權(quán)利要求對其他實(shí)施例進(jìn)行了描述。然而，所有的特征都能夠被組合來提供多于特征的簡單加和的協(xié)同效果。

盡管在附圖和前面的描述中已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的圖示和描述，但是這種圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是圖示性的或范例性的，而非限制性的。在權(quán)利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或控制器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載特定措施并不指示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解讀為對范圍的限制。