3D图像数据到平面上的投影的制作方法

3d图像数据到平面上的投影
技术领域
1.本发明涉及一种用于变换身体部分的3d表示的方法。本发明还涉及一种变换装置。本发明还涉及一种医学成像系统。

背景技术：

2.借助现代成像方法，通常产生二维或三维的图像数据，这些图像数据可以用于可视化被成像的检查对象，并且还可以用于其他应用。
3.医学图像数据的表示通常以所谓的剖面图像的形式进行，剖面图像整体形成检查区域、例如器官的3d图像。所描述的剖面图像的问题在于剖面不允许对整个检查区域或整个器官及其结构进行概览，因为剖面图像中的许多结构表现得倾斜或与剖面平面倾斜成一定角度设置。因此，进行检查的用户容易失去概览或错过从各个剖面图像中不容易变得显而易见的关联。
4.至今为止，通过求出称作为“中心线”的中线和和随后的拉直连同周围结构来说明3维的细长结构，即例如肋骨、血管或结肠。此外，存在用于表示头盖骨和骨盆的展开方法。相反，近似具有椭圆形形状的实体器官很难在不丢失3d信息的情况下投影到平面上。
5.在wo2011/017730中描述具有2d数据的头骨的表示。在此，头骨被一定程度展开并投影到平面中。
6.在us 2015/01311881a1描述胸腔的可视化方法。在此，胸腔沿脊柱一定程度打开。
7.在wo2005/101323中描述一种用于产生全景图像的方法。该方法用于表示中空器官，例如结肠镜检查中的肠道。
8.因此，尤其在医学领域中存在在不丢失主要信息的情况下清晰表示3d图像数据的问题。

技术实现要素：

9.所述目的通过根据本发明的用于变换身体部分的3d表示的方法、变换装置和医学成像系统来实现。
10.在根据本发明的用于变换身体部分的3d表示的方法中，确定要表示的身体部分的中轴线。这种中轴线例如可以位于穿过身体部分的几何重心，并且沿着身体部分的纵向方向延伸。直观地可以说对象被细直线刺穿。此外，确定与中轴线轴对称的变换面。身体部分应当理解为身体的部分区域，优选病患、例如人类或动物的身体的几何和/或功能连贯的部分区域。典型的身体部分包括器官、骨骼等。
11.此外，将表示身体部分的体素与轴对称的变换面空间关联，其中从中轴线起沿径向方向进行关联。可以将像素的三维等价物理解为体素。直观地，这种体素可以理解为三维区域内的方形的单元。体素在径向上的关联可以通过一种射束沿相对于中轴线的径向方向对体素或体素值、例如灰度值或hu值的扫描，其中扫描值在扫描后径向向外位移到变换面上。从中轴线起观察，位移的体素随后位于变换面的外侧上。
12.最后，将展开变换应用于变换面和与变换面相关联的体素。在此，变换面被展开成平面，并且体素在展开时保持其与现在展开的变换面的空间关联。换言之，体素与变换面一起展开。体素在变换面上形成一种形貌，该形貌随着变换面一起展开。根据本发明的表示有利地允许身体部分的角度的部分区域或整个身体部分的整体表示。例如，可以更容易地求出受损伤或其他缺陷影响的区域的位置和扩展。应用所描述的根据本发明的方法的示例是心脏灌注检查的表示。在这种心脏灌注检查中，造影剂通过冠状动脉泵送。血流较少的区域保持为暗，这些区域会表明收缩和梗塞。在根据本发明的表示中，可以容易地求出这种暗区域的扩展和位置，尤其是因为可以为检查提供心脏的整体表示。
13.根据本发明的变换装置具有轴线定位单元，其用于确定要表示的身体部分的中轴线。根据本发明的变换装置的一部分也是面定位单元，其用于确定相对于中轴线轴对称的变换面。
14.此外，根据本发明的变换装置包括关联单元，其用于将表示身体部分的体素与轴对称的变换面从中轴线起沿径向方向空间关联。
15.根据本发明的变换装置还包括变换单元，其用于将展开变换应用于变换面和与变换面相关联的体素，其中变换面被展开成平面，并且体素保持其与现在展开的变换面的空间关联。根据本发明的变换装置具有根据本发明的方法的优点。
16.根据本发明的医学成像系统，优选计算机断层扫描系统或mr系统，具有用于从检查对象采集原始数据或测量数据的扫描单元。医学成像系统还可以具有控制装置，控制装置除了大量的控制功能外还可以包括重建单元的功能，以便执行采集到的测量数据的评估并在此基础上重建图像数据。根据本发明的医学成像系统的一部分也是根据本发明的变换装置。根据本发明的变换装置尤其可以是医学成像系统的所提到的控制装置的一部分。根据本发明的医学成像系统具有根据本发明的变换装置的优点。
17.根据本发明的变换装置的主要部件的主要部分可以以软件部件的形式构成。这尤其涉及轴线定位单元、面定位单元、关联单元和变换单元。但是，原则上，所述部件也可以部分地尤其在涉及尤其快速计算时可以以软件支持的硬件的形式实现，例如以fpga等的形式实现。同样地，所需的接口例如当仅涉及从其他软件部件接收数据时可以构成为软件接口。但是，所述接口也可以构成为硬件方面构建的接口，所述接口通过适当的软件来操控。
18.很大程度上软件方面的实现方案具有以下优点：可以通过软件更新以简单的方式对医学成像系统的至今为止已经使用的计算单元或控制装置进行改装，以便以根据本发明的方式工作。在这方面，该目的还通过具有计算机程序的相应的计算机程序产品来实现，所述计算机程序可以直接加载到医学成像系统的控制装置或计算单元的存储装置中并且包括程序段，以当计算机程序在医学成像系统的计算单元或控制装置中执行时，执行根据本发明的方法的所有步骤。
19.除了计算机程序之外，这种医学成像系统可以可选地包括附加组成部分，即例如文档和/或附加部件，还包括硬件部件，即例如用于使用软件的硬件密钥(加密狗等)。
20.例如记忆棒、硬盘或其他可位移或固定安装的数据载体也可以用于传输至医学成像系统的计算单元的存储装置和/或用于存储在医学成像系统的计算单元处，在记忆棒、硬盘或其他可位移或固定安装的数据载体上存储可由计算单元读取的和可执行的计算机程序程序段。例如，为此，计算单元可以具有一个或多个协作的微处理器等。
21.以及以下描述分别包含本发明的尤其有利的设计方案和改进形式。在此，特别地，一个权利要求类别的权利要求也可以类似于另一权利要求类别的从属权利要求来改进。此外，在本发明的范围内，不同实施例和权利要求的各种特征也可以组合成新的实施例。
22.在根据本发明的用于变换身体部分的3d表示的方法中，变换面优选地包括投影面。此外，体素的变换包括将身体部分的3d表示的体素投影到投影面上。在所述变型形式中，体素首先径向向外投影到投影面上。在此，在径向方向上依次安置的体素被投影到距一体素一定距离彼此同轴的投影面上。在此，投影面优选地位于要成像的对象之外。三维对象有利地被变换成符合投影面的多个层，这些层然后被变换成平面层，进而表示三维对象的一种形貌或地形图。
23.在根据本发明的方法中，身体部分的3d表示的布置在投影方向上的体素沿着投影方向位移中轴线和投影面之间的距离。直观地说，三维对象通过位移而拉伸，或者展开到投影面上，使得在随后的步骤中可以“展平”，以便获得一种浮雕或分层表示。
24.更特别优选地，对象的体素的位移使得体素然后相对于中轴线以定位在投影面对侧的方式布置。如已经提到的那样，要表示的身体部分被扩展为，使得投影面在投影面转变为平面和相应地变换体素的情况下一定程度表示底部面。
25.在此，在体素位移之后，将投影面变换为平面，并且体素借助相同的变换与该平面相关联地布置。有利地，体素现在形成要表示的对象的一种浮雕，这尤其对于概览地显示中空器官是有利的，因为其整个壁面和壁深度可以概览地表示。
26.在根据本发明的方法中，变换同样优选地包括重整。在该变型形式中，变换面包括多个切割面。切割面在此围绕中轴线同轴布置。切割面限定位于两个相邻的切割面之间的层，将这些层沿轴向方向切割并且分别变换成平坦层。尤其优选地，各个层相同厚，即各个切割面之间的距离是恒定的。有利地，产生具有均匀层厚度的层堆叠。与在光线投射方法中类似，可以从中轴线起径向地扫描各个体素的值。然后，可以根据相应体素距中轴线的距离以及根据相应的体素处于的射束穿过切割面的穿透点的位置求出层平面中的各个体素的位置。
27.在所述变型形式中，省去体素向外的投影或位移，或省去要表示的身体部分到投影面上的扩展。相反，产生同轴地围绕中轴线设置的层，这些层在第二步骤中可以变换为平坦层并显示为一种层堆叠。
28.在根据本发明的方法中，变换面更特别优选地包括圆柱侧表面。在该情况下得到围绕中轴线同轴布置的环形的层，这些层直观地说被切割并“卷开”，并且最后相互堆叠地设置并且共同地形成层堆。根据距中轴线的距离，各个层具有不同的扩展。直观地说，直接与中轴线相关联的层对应于变换面的圆柱侧表面的小环周而最小，而最外层对应变换面的圆柱侧表面的环周具有最大的扩展。
29.根据本发明的方法优选地应用于包括中空器官的身体部分的图形表示。有利地，通过根据本发明的变换，可以如地图那样表示中空器官的整个包络层，使得可以容易地识别各个区域的扩展和位置。
30.所表示的中空器官优选地包括以下器官之一：
31.心脏，
32.膀胱，
33.前列腺，
34.子宫，
35.肺，
36.胃，
37.甲状腺。
38.如已经提到的那样，所提到的中空器官的各个部分区域可以更精确地定位，并且其扩展可以被容易地求出。对此的示例是所提到的中空器官中的血液供应薄弱的区域、肿瘤或其他病理现象部的定位和限界。
附图说明
39.下面参考附图根据实施例更详细地解释本发明。其中：
40.图1示出器官的俯视图的示意表示，俯视图通过多个投影在根据本发明的一个实施例的用于变换身体部分的3d表示的方法的范围中产生，
41.图2示出已经在图1中表示的器官的投影到平面上的表示，
42.图3示出图1中所示的器官的俯视图的原始表示还有投影到圆柱侧表面上的表示，
43.图4示出在圆柱侧表面展开成平面期间投影到圆柱侧表面上的器官的俯视图，
44.图5示出图1至图4所示的器官的多个二维剖面的立体图，
45.图6示出根据本发明的一个替代的实施例的用于变换身体部分的3d表示的方法的表示，
46.图7示出根据本发明的一个替代的实施例的用于变换身体部分的3d表示的方法的流程图，
47.图8示出根据本发明的一个实施例的变换装置的示意图，
48.图9示出根据本发明的一个实施例的医学成像系统的示意图。
具体实施方式
49.图1从上方示出器官o的示意截面图10。图1中所示的器官旨在表示以俯视图示出的心脏。器官在由体素v构成的网格vks(vks＝体素坐标系)中表示。竖直的中轴线za位于穿过垂直于页面平面取向的心脏o的中心，并且围绕中轴线za以距离d位于投影圆柱体tf。直接地围绕中轴线za布设的体素v
1,1
现在沿径向方向r投影到所述投影圆柱体或圆柱体侧表面za上。更靠外侧的体素v
7.6
、v
8.2
、v
8.7
、v
9.2
投影到投影圆柱体(未示出)上，使得在第一投影圆柱体tf上形成由体素v
7.6'
、v
8.2'
、v
8.7'
、v
9.2'
构成的、在投影方向上、即在径向方向上生长的“塔”。
50.在图2中示出示意表示20，其中投影圆柱体tf在环周方向u上展开成平面te，并且已经在图1中示出的体素v
1.1
′
、v
7.6
′
、v
8.2
′
、v
8.7
′
、v
9.2
′
可识别为体素“塔”。通过变换面、即投影圆柱体tf现在已变换为平面的方式，体素“塔”现在相互平行并形成一种浮雕。这在图2中无法直接识别，因为在那里为了更好的概览仅示出两个体素“塔”。
51.在图3中示出对应于图1的、器官o的俯视图30，器官现在完全投影到投影圆柱体tf上或者投影到与其忽悠体素距离处的其他的投影圆柱体(未示出)上。因此，图1和图2中所示的表示仅示出一些示例性投影的体素，在图3中器官o的所有体素都投影到投影圆柱体tf
上或投影到围绕其的其他的投影圆柱体上。直观地表达，器官o通过扩展成像到变换的器官to上。在图3还绘出多个投影轴线pa，借助所述投影轴向投影体素，使得变换的器官to直观地说在图3中所示的投影圆柱体tf上展开。
52.在图4中以瞬时采集40说明图3中已经投影的器官现在被如何展开。在此，内投影圆柱体tf直观地转变成平面te，其中投影圆柱体tf在纵向方向上被切割并在环周方向u上展开。
53.结果可以在图5中的表示50中识别出。在那里，以立体表示来表示长度l和宽度u的平面te，其中长度l对应于穿过器官o的中轴线za的长度，并且宽度u对应于投影圆柱体tf的环周。在径向方向r上，在图5中表示器官o的形貌。
54.在图6中示出根据本发明的替代方法中的处理方式的示意图60。在所述变型中，首先没有投影到圆柱面上，而是圆柱面被同轴围绕中轴线za伸展地引入到器官o本身中，并且形成切割面sz1、sz2、sz3、sz4、sz5，在这些切割面处将器官o一定程度划分成圆柱侧表面状的切片。随后，圆柱侧表面sz1、sz2、sz3、sz4、sz5被展开成平坦面，这些平坦面对具有不同扩展的层进行限界。这些层将器官o的结构沿径向方向r一定程度成像为竖直方向上的轮廓。
55.在图7中示出流程图700，该流程图说明根据本发明的一个实施例的用于变换身体部分的3d表示的方法。在步骤7.i中，中轴线za首先位于穿过要成像的器官。这种中轴线za的方位例如被选择为使得中轴线za伸展穿过器官的几何重心。此外，中轴线za的取向可以沿竖直方向进行。
56.在步骤7.ii中，投影圆柱体构成为围绕中轴线za的变换面tf，其中中轴线za同时形成投影圆柱体的圆柱轴线。
57.在步骤7.iii中，产生器官o的体素v的成像v'，其中成像的体素v'以图1中所示的方式和方法布置在变换面tf上。
58.在步骤7.iv中，变换面tf被变换为平面te，并且在步骤7.v中，布置在变换面te上的成像的体素v'作为体素v”被成像到平面te上并且在那里构成对象o沿径向方向相对于中轴线za的一种轮廓。
59.最后，在步骤7.vi中，进行对象o的所产生的轮廓的表示。
60.在图8示出根据本发明的一个实施例的变换装置80的示意图。
61.图8中所示的变换装置80包括轴线定位单元81，轴线定位单元被设计用于接收器官的例如来自重建单元的三维的图像数据bd-3d，并且确定穿过成像的器官的中轴线za。变换装置80的一部分也是面定位单元82，面定位单元确定变换面tf，该变换面相对于中轴线za轴对称地设置。变换装置80还包括关联单元83。关联单元83设计用于将表示器官o的体素v与轴对称的变换面tf相关联，其中从中轴线za起沿径向方向进行关联。在此，产生经变换的体素v'。同样是变换装置80的一部分的面变换单元84被设计用于产生经变换的、即平坦的变换面te。基于所述变换，体素变换单元85产生双重变换的体素v”，双重变换的体素表示在径向方向上在平坦的变换面te上的器官轮廓。最后，变换装置80还包括用于输出变换的层图像数据t-bd的表示单元86，其例如在图5中示出。
62.在图9中示出计算机断层扫描系统1，简称ct系统1，其包括图8中所示的变换装置80。在此，ct系统1主要由常规的扫描单元13构成，在扫描单元中在机架11处具有x射线检测器16和与检测器16相对置的x射线源15的投影测量数据采集单元5围绕测量空间12环绕。患
者支承装置3或患者台3位于扫描单元13之前，患者支承装置或患者台的上部2可以与位于其上的患者p一起位移至扫描仪13，以便使患者p相对于检测器系统16移动穿过测量空间12。扫描单元13和患者台3通过控制装置30a操控，采集控制信号as经由通常的控制接口34来自该控制装置，以便根据预设的测量协议以常规方式操纵整个系统。在螺旋采集的情况下，在测量期间通过患者p沿z方向移动和x射线源15相对于患者p的同时环绕得到螺线轨道，其中z方向对应于纵向穿过测量空间12的系统轴线z。在此，检测器16总是相对于x射线源15平行地一起运行，以便检测投影测量数据rd，投影测量数据然后用于重建体积和/或层图像数据bd-3d。同样地也可以执行顺序的测量方法，其中沿z方向移近固定位置并且然后在环绕、部分环绕或多次环绕期间在相关的z位置处检测所需的投影测量距rd，以便在z位置处重建剖面图像或者以便从多个z位置的投影测量数据中重建图像数据bd-3d。原则上，根据本发明的方法也可以在其他的ct系统处使用，例如具有仅一个唯一的x射线源和具有相对置的x射线计数的检测器或具有唯一的具有kv切换功能的唯一的x射线源或形成完整环的x射线检测器的ct系统。例如，根据本发明的方法也可以应用于具有不移动的患者台和在z方向上移动的机架(所谓的滑动机架)的系统。
63.由检测器16获取的投影测量数据rd(以下也称为原始数据)被传输给控制装置30a的重建单元33。在所述实施例中，重建单元以处理器上的软件形式在控制装置30中实现。随后，所产生的三维图像数据bd-3d由变换装置80以结合图1至图8描述的方式和方法进行变换。
64.由变换装置80产生的变换的图像数据t-bd然后存储在控制装置30a的存储器32中和/或以通常方式在控制装置30a的屏幕上输出。图像数据还可以经由图9中未示出的接口馈送给连接于计算机断层扫描系统1的网络中，例如放射信息系统(ris)中，并且存储在在那里可访问的大规模存储器中或者在那里连接的打印机或影像站上作为图像输出。因此，可以以任意方式进一步处理数据，并且然后保存或输出。合适的操控参数或操控信号as也经由控制装置30a基于先前输入的数据求出，特别是基于尺寸参数值a和关于成像类型的信息求出。然后，将操控信号传输给所提出的控制接口34。然后，操控信号as从那里直接传输给参与成像的单元，例如x射线源15、x射线检测器16、患者床3等。
65.变换装置80的部件可以主要或完全以合适处理器上的软件元件的形式实现。特别地，变换装置80的部件之间的接口或者变换装置80和控制装置30a的其它部件之间的接口也可以纯粹以软件的方构成。所需要的只是存在对合适的存储区域的访问可行性，在存储区域中可以适当地暂存数据并且随时再次调用和更新。
66.最后再次指出，上述方法和设备仅是本发明的优选的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下改变本发明。因此，主要根据用于记录医学图像数据的系统来解释用于变换身体部分的3d表示的方法和变换设备80。然而，本发明不限于在医学领域中的应用，原则上本发明还可用于为其他目的记录图像。为完整起见还需指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除相关特征也可以重复存在。同样地，术语“单元”不排除其由多个部件构成，这些部件必要时也可以空间分布。

技术特征：

1.一种用于变换身体部分(o)的3d表示的方法，所述方法具有以下步骤：确定要表示的身体部分(o)的中轴线(za)，确定与所述中轴线(za)轴对称的一个变换面(tf)，将表示所述身体部分(o)的多个体素(v)与轴对称的所述变换面(tf)空间关联，其中从所述中轴线(za)起沿径向方向进行所述关联，将展开变换应用于所述变换面(tf)和与所述变换面(tf)相关联的所述体素(v)，其中所述变换面(tf)被展开成平面，并且所述体素(v)保持其与现在展开的所述变换面(te)的空间关联。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述变换面(tf)包括一个投影面，所述体素(v)的变换包括将所述身体部分(o)的所述3d表示的所述体素(v)投影到所述投影面上。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述身体部分(o)的所述3d表示的布置在投影方向上的体素(v)沿着所述投影方向位移所述中轴线(za)和所述投影面之间的距离(d)。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述位移使得所述体素(v)然后相对于所述中轴线(za)以定位在所述投影面对侧的方式布置。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中在位移所述体素(v)之后将所述投影面变换为平面，并且所述体素(v)借助相同的变换与所述平面相关联地布置。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述变换包括重整，所述变换面(tf)包括多个切割面(sz1，sz2，sz3，sz4，sz5)，所述切割面(sz1，sz2，sz3，sz4，sz5)围绕所述中轴线(za)同轴布置，所述切割面(sz1，sz2，sz3，sz4，sz5)限定位于两个相邻的切割面(sz1，sz2，sz3，sz4，sz5)之间的层，将所述层沿轴向方向切割并且分别变换成平坦层。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述变换面(tf)包括圆柱侧表面。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述身体部分(o)包括中空器官。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述中空器官包括以下器官中的任一个器官：心脏，膀胱，前列腺，子宫，肺，胃，甲状腺。10.一种变换装置(80)，具有：一个轴线定位单元(81)，用于确定要表示的身体部分(o)的中轴线(za)，一个面定位单元(82)，用于确定与所述中轴线(za)轴对称的一个变换面(tf)，一个关联单元(83)，用于将表示所述身体部分(o)的多个体素(v)与轴对称的所述变换
面(tf)空间关联，其中从所述中轴线(za)起沿径向方向进行所述关联，一个变换单元(84，85)，用于将展开变换应用于所述变换面(tf)和与所述变换面(tf)相关联的体素(v')，其中所述变换面(tf)被展开成平面，并且所述体素(v')保持其与现在展开的所述变换面(te)的空间关联。11.一种医学成像系统(1)，具有：一个用于从检查对象(p)采集原始数据(rd)的扫描单元(13)，一个用于基于所述原始数据(rd)重建图像数据(3d-bd)的重建单元(33)，一个根据权利要求10所述的变换单元(80)。12.一种计算机程序产品，具有计算机程序，所述计算机程序能够直接加载到计算单元的存储单元中，所述计算机程序具有程序段，以便当所述计算机程序在所述计算单元中执行时，执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。13.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有能够由计算单元执行的程序段，以便当所述程序段由所述计算单元执行时，执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。

技术总结

本发明描述一种用于变换身体部分(O)的3D表示的方法。在该方法中，确定要表示的身体部分(O)的中轴线(ZA)。此外，确定与中轴线(ZA)轴对称的变换面(TF)。变换面(TF)被变换为平面，并且以定向到经变换的变换面(TE)的方式执行对身体部分(1)的3D表示的体素(V)的变换。本发明还描述一种变换装置(80)。此外，本发明描述一种医学成像系统(1)。一种医学成像系统(1)。一种医学成像系统(1)。