專利名稱：顯示腔組織的系統(tǒng)和方法——腔觀察器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學成像領域，更具體地涉及用于利用掃描數(shù)據(jù)虛擬觀察腔器官的各種新穎的顯示方法。
背景技術：
通過采用先進技術，醫(yī)療方法已經(jīng)變得更少侵入性。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的一個領域是為了診斷和程序性規(guī)劃的目的而做腔或管狀體內(nèi)結構的檢查，例如結腸、主動脈等的檢查。隨著先進的診斷掃描方式的出現(xiàn)，例如，計算機斷層掃描(“CT”)，一種用來獲得身體部位的大量X射線切片(slice)的放射學方法，能夠獲得特定病人的大量掃描數(shù)據(jù)，使得能夠構造表示被掃描的病人身體特定范圍內(nèi)各種結構的三維體數(shù)據(jù)集。這種三維體數(shù)據(jù)集能夠用已知的體繪制技術來顯示，使得用戶可從任何觀察點以各種方式觀察這種三維體數(shù)據(jù)集內(nèi)的任何點。
傳統(tǒng)上，上述技術已經(jīng)應用于結腸鏡檢查領域。過去，在結腸鏡檢查中，醫(yī)生或其他用戶將在其末端具有照相機的半柔性的儀器通過病人的直腸插入并且當他觀察內(nèi)腔壁時連續(xù)地向上推該儀器通過病人的整個結腸。用戶將可以轉動或移動該儀器的末端以便從任何視點看到結腸的內(nèi)部，并且利用這種方法能夠鑒別病人的息肉、結腸癌、憩室或結腸的其他異常。
因此，利用諸如CT的技術，能夠從下腹部的大量(一般在100-300的范圍內(nèi))CT切片編制結腸的體數(shù)據(jù)集。這些CT切片可通過各種內(nèi)插法來擴充，以形成三維體，該三維體然后能夠利用常規(guī)的體繪制技術來繪制。根據(jù)這種技術，這種三維體數(shù)據(jù)集能夠在適當?shù)娘@示裝置上顯示，并且用戶能夠進行病人結腸的虛擬旅行(virtual tour)，因此無需插入實際的物理結腸鏡儀器。
上述一般的“虛擬結腸鏡檢查”有許多固有的缺點和困難。常規(guī)的“虛擬結腸鏡檢查”把用戶的視點放在所關注的器官(例如結腸)之內(nèi)，并且沿著其內(nèi)部，通常沿著中心線移動該視點。首先，很難在單視場計算機顯示屏上顯示深度暗示(depth cues)。其次，主要是由于圍繞實際內(nèi)窺鏡的習俗(culture)，呈現(xiàn)該內(nèi)窺鏡圖的虛擬結腸鏡檢查，只不過是當真正把結腸鏡儀器插入病人體內(nèi)時可看到的圖像。技術上沒有理由把虛擬結腸鏡檢查或由結腸掃描數(shù)據(jù)構造的體的其他顯示限制在這種內(nèi)窺鏡圖。在這種數(shù)據(jù)集中包含有大量的有用信息位，可以把這種數(shù)據(jù)集顯示給虛擬結腸鏡的用戶，這涉及結腸內(nèi)部之外的體素，例如來自腸息肉或其他凸起結構里面的體素、憩室的體素，或來自圍繞結腸腔內(nèi)壁的組織的體素。
最后，常常很難使所得到的數(shù)據(jù)的檢查的最大化，這種結腸和周圍組織的三維體數(shù)據(jù)集能夠通過觀察結腸的虛擬漫游(fly through)圖像并階段性地停止以改變虛擬照相機的視點方向而簡單地提供。特別，當在結腸內(nèi)虛擬漫游時，人們不能看到結腸的彎曲部分的周圍或結腸內(nèi)部褶皺(結腸中有許多)的后面(即沿著相應的行進方向在該結腸的更下面/更上面)。為了看到褶皺后面的東西或圍繞大曲率彎曲部分的東西，人們必須越過該褶皺或拐過該轉角，停下來，在大約正負180度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)虛擬照相機的觀察角度，以便能夠觀察該褶皺或凸起結構的后面。這樣增加了虛擬結腸鏡檢查中的勞動、困難和枯燥性。
因此需要對大管狀器官(例如結腸或血管)虛擬檢查的方法進行各種改進，以充分利用在三維體數(shù)據(jù)集中可得到的信息，該三維體數(shù)據(jù)是由包含有所關注管狀器官的解剖部位的掃描數(shù)據(jù)構造的。
對于虛擬結腸鏡檢查領域的應用，該領域所需要是有關技術和顯示模式，使得用戶不僅僅依賴于內(nèi)窺鏡圖像，而能夠充分利用結腸腔和周圍組織的三維數(shù)據(jù)集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于顯示腔器官的各種方法和系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明示范性的實施例中，包含腔器官的身體部分的大量二維圖像從諸如CT的掃描方法中得到。這種數(shù)據(jù)轉換成體(volume)并且根據(jù)定義的參數(shù)以各種可視化方式提供給用戶。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，用戶的視點設置在該腔器官的外面，并且用戶能夠沿著其任何縱向拓撲特征(例如其中心線，但是也可以是沿著外壁的線)移動該器官。而且，該器官還可以沿著其中心線轉動。當該器官在用戶前面移動時，用戶觀察該器官并對其進行檢查。為了從器官外面在整體上暴露這樣的器官，需要該器官是透明的，并且還需要能夠穿過該器官的各層面觀看而不使它們混淆。因此，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，管狀結構可以透明地并且立體地顯示。此外，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，用戶能夠利用各種顯示特征、模式和參數(shù)，例如，切換到虛擬漫游模式，虛擬漫游模式與該腔器官的外部觀察的視圖(“腔視圖”)、軸向視圖、冠狀視圖、矢狀視圖、“膠狀體圖”視圖一起同時觀察，都是以立體可視化方式來觀察，利用所定義的顯示參數(shù)指定并儲存用于顯示的子區(qū)域，這些參數(shù)例如是不同的顏色LUT(查找表)或縮放比，并將顯示空間劃分成相連接的區(qū)，每個區(qū)根據(jù)不同顯示參數(shù)顯示該數(shù)據(jù)集，并且通過這種連接區(qū)平移/旋轉該器官。


該專利或專利申請文件包含至少一個以彩色繪制的附圖。具有彩圖的專利或專利申請公開文件的復制件根據(jù)請求并交納所需費用后由專利局提供。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的透明地顯示并沿著其中心線移動的結腸表面；圖2是圖1的放大視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的作為紅藍立體彩色圖像顯示的示例性的結腸表面；圖3A示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖3中作為紅藍立體彩色圖像顯示的示例性的結腸表面的紅色通道信息的黑白版；圖3B示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖3中作為紅藍立體彩色圖像顯示的示例性的結腸表面的藍色通道信息的黑白版；圖4示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的外層組織變成透明的示例性的結腸內(nèi)壁；圖5示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的，外層組織變成不透明的結腸內(nèi)壁的視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖5的結腸內(nèi)壁的另一個視圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的用單視場并且透明顯示的示例性結腸表面；圖8示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的以紅綠立體方式顯示的圖7的示例性結腸；圖8A是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例以紅綠立體方式顯示的圖8的示例性結腸的紅色通道信息的黑白圖；圖8B是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例以紅綠立體方式示出圖8的示例性結腸的綠色通道信息的黑白圖；圖9示出用交叉看的觀察技術(最左邊兩個圖像)和直線看的觀察技術(最右面的兩個圖像)以立體方式顯示的圖7的示例性結腸表面；圖10示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的以紅綠立體方式繪制的圖7的示例性的結腸部分的內(nèi)表面上的示例性息肉的詳細圖；
圖10A是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖10中以紅綠立體方式繪制的示例性的結腸部分的內(nèi)表面上的息肉的紅色通道信息的黑白圖；圖10B是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖10中的以紅綠立體方式繪制示例性的結腸部分的內(nèi)表面上的息肉的綠色通道信息的黑白視圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的不透明地顯示的圖10的示例性結腸內(nèi)表面；圖11A是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖11的示例性結腸內(nèi)表面的紅色通道的黑白圖；圖11B是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖11的示例性的結腸內(nèi)表面的綠色通道的黑白圖；圖12示出用交叉看(最左邊兩個)和直線看的觀察技術以立體方式顯示的圖10的示例性的結腸表面；圖13示出用交叉看(最左邊兩個)和直線看的觀察技術以立體方式顯示的圖11的示例性的結腸表面；圖14示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用陰影和彩色繪制的示例性的結腸內(nèi)表面；圖15示出透明繪制的圖14的示例性的結腸內(nèi)表面，以展現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的示例性的測量標記；圖16示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用黑白方式繪制的圖14的示例性的結腸內(nèi)表面；圖17示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用黑白方式繪制的圖15的示例性的結腸內(nèi)表面；圖18示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖17的示例性結腸內(nèi)表面放大部分；圖19示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖18的放大的示例性結腸內(nèi)表面，該結腸表面是更加不透明地并利用示例性的顏色查找表繪制的；圖20示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的有一定轉動的圖18的放大的示例性結腸內(nèi)表面；圖21示出根據(jù)本發(fā)明示范性的實施例的圖20的示例性息肉，該息肉轉動以展現(xiàn)出該表面后面的體素，并且是以黑色和白色透明地繪制的；圖22示出根據(jù)本發(fā)明示范性的實施例的可視化改變的圖21的息肉，以便以黑白方式繪制所有的體素；圖23示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的看作兩個半體的示例性的結腸，其中更靠近用戶的半體透明地繪制。
圖24示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖23的示例性的結腸，僅僅是后面的半體以部透明方式可見。
圖25示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例一同顯示的、分別單個呈現(xiàn)在圖23和圖24的結腸的兩個半體；圖26示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖25的示例性的整個結腸，其中結腸繞其中心線轉動180°；圖27至圖30分別示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與圖23至圖26同樣的圖像，包括以紅藍立體方式繪制的圖像，以及每個紅藍立體圖像的每個紅和藍通道的黑白版本；圖31示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖23至圖30的示例性結腸，其繞該圖的平面旋轉90°，使得圖30的左部現(xiàn)在是前景，而圖30的右部現(xiàn)在是背景；圖32至圖34示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例進一步沿著中心線向點P2前進的沿圖31的結腸的相繼點；圖35示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的紅藍立體圖方式的圖31的示例性視圖；圖35A和35B示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖35的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的黑白圖；圖36示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的放大圖像中的圖31的點P1示例性息肉；圖37示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的紅藍立體圖方式的圖36的示例性息肉；圖37A和37B示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖35的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的黑白圖；圖38示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用不透明的陰影繪制的圖36和圖37的示例性的息肉；圖39示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的以紅藍立體圖像的方式示出并顯示的圖38的示例性的視圖；圖39A和39B示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖39的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道信息的黑白圖像；圖40示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖36和圖37分別繞該圖的平面旋轉90°的息肉，使得圖36的左部為前景，而圖36的右部為背景；圖41示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的高放大率的、切過表面的圖40的實例性息肉；圖42示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的用不同的可視化方式以便展現(xiàn)內(nèi)部體素值的圖41的示例性視圖；圖43示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的用三個交叉平面以產(chǎn)生截面圖的切入該表面的圖40的示例性息肉；圖44示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與圖43不同的三個截平面的另一種設置；圖45示出利用交叉看和直線看的立體觀察技術的圖44的示例性視圖；圖46示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的以紅藍立體圖像顯示的圖44的示例性視圖，圖46A和46B示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖46的立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的黑白圖；圖47A-47C示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的結腸內(nèi)部的示例性繪制；圖47A示出沒有陰影的示例性結腸內(nèi)部，圖47B示出具有陰影的示例性結腸內(nèi)部，圖47C示出具有陰影和具有透明度的示例性結腸，僅僅示出腔內(nèi)部的結腸界面，所有的都根據(jù)本發(fā)明示范性實施例；圖48是圖47B的放大的視圖；圖49是圖47A的放大的視圖；圖50是圖47C的放大的視圖；圖51是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的以紅藍立體圖像示出的圖50的示例性的結腸陰影/透明視圖；圖51A和51B是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖51的立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的黑白視圖；
圖52至圖56分別示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以五個步驟沿其中心線的透明結腸的旋轉；圖57至61分別示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的分別以紅藍立體圖像顯示的圖52至圖56的示例性視圖，并且還示出每個立體圖像的每個紅色和藍色通道的黑白圖；圖62示出示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的看作兩個半體的例性結腸，其中前面的半體被透明地看見，而后面的半體用彩色陰影看作不透明的；圖63用紅綠色立體圖像示出圖62的示例性結腸，而圖63A和63B示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖63的立體圖像的單獨的紅色和綠色通道信息的黑白圖示；圖64示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖62和63所示的示例性結腸的另一部分，其中該結腸的后部用陰影不透明地顯示；圖64A示出示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于圖64中的帶陰影的黑白圖；圖65示出圖62至圖64所示的示例性結腸的另一種可選視圖，其中前景的一半用灰色半透明地顯示，背景的一半用陰影不透明地顯示；圖65A是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于圖64的帶陰影的黑白圖；圖66是出示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的整個結腸的示例性的透明視圖，其中空氣噴嘴裝置在箭頭(在彩圖中用黃色表示)所指的點插入病人直腸中；圖67是出示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的按透明放大視圖形式的圖66的空氣噴嘴裝置；圖68示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的具有更大的放大率的透明視圖形式的圖66的空氣噴嘴裝置；圖69示出以紅藍立體圖像形式的圖68的放大的透明視圖，圖69A和69B是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖69的圖像的單獨的紅色和綠色通道的黑白圖；圖70示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的旋轉180°的圖67的空氣噴嘴裝置；圖71示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖67的空氣噴嘴裝置，具有剪輯框以分隔該空氣噴嘴；圖72示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖71的剪輯的空氣噴嘴，其中用戶已經(jīng)完成對該剪輯框的調(diào)節(jié)；圖73示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用陰影顯示的圖72的空氣噴嘴；圖74示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用稍微不同的顏色查找表的圖73的陰影的空氣噴嘴和裝置；圖75示出用根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的顏色查找表顯示的圖71的剪輯的空氣噴嘴裝置；圖76示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的以另一種視圖形式的圖75的空氣噴嘴裝置；圖77示出以藍紅立體圖像顯示的圖76的空氣噴嘴裝置，圖77A和77B是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖77的立體圖像的單獨的藍色和紅色通道的黑白圖；圖78根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用三平面視圖示出前面各圖的空氣噴嘴裝置；圖79根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以透明的三平面視圖示出空氣噴嘴裝置，該透明的三平面視圖用示例性的系統(tǒng)用戶界面展現(xiàn)出實際的掃描值；圖80根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用不同的顏色查找表示出在圖79中所示的空氣噴嘴裝置的透明的三平面視圖；圖81示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以透明的體繪制圖示出的空氣噴嘴裝置；圖82示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用不同的顏色查找表(結腸漫游顏色查找表)顯示的圖81的分隔的空氣噴嘴裝置；圖83示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的圖81和圖82的空氣噴嘴和裝置的總的不透明的視圖；圖84示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的在剪輯以展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值之后的圖83的空氣噴嘴裝置的不透明的視圖；圖85根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用透明視圖示出的圖84的空氣噴嘴裝置，該透明的視圖具有顏色查找表并且剪輯以展現(xiàn)出該裝置內(nèi)的體素值；圖86根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用透明的黑白視圖示出圖85的空氣噴嘴裝置；圖87根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用透明的、放大的黑白視圖示出圖86的空氣噴嘴裝置；圖88根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用顏色查找表示出圖87的空氣噴嘴裝置；圖89根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用透明的、放大的黑紅色視圖示出圖88的空氣噴嘴裝置；圖90根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用剪輯的以展現(xiàn)該裝置內(nèi)體素值的三平面放大的黑白視圖示出圖89的空氣噴嘴裝置；圖91根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以透明的、放大的黑白視圖的形式示出圖89的空氣噴嘴裝置；圖92根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以在白色背景上的透明的、放大的黑色和紅色視圖的形式示出圖91的空氣噴嘴裝置；圖93示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的在白色背景上的圖90的空氣噴嘴裝置；圖94根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用在白色背景上的具有稍微不同查找表的透明的黑白視圖示出圖91的空氣噴嘴裝置；圖95根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用CT掃描數(shù)據(jù)示出插入直腸中的空氣噴嘴裝置和周圍組織的視圖；圖96示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的來自不同透視圖的圖95的示例性的空氣噴嘴裝置和周圍組織；圖97根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用不同的顏色查找表示出圖96的空氣噴嘴裝置和周圍組織；圖98示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的具有透明繪制的特定結構的圖97的視圖，以便提供該空氣噴嘴裝置的直接的視圖；
圖99根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例用不同的顏色查找表示出圖98的空氣噴嘴和周圍不透明組織的視圖；圖100示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的在黑色背景上的圖99所示的視圖；圖101示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的具有透明繪制的特定結構的圖100的空氣噴嘴和周圍不透明的組織，以便提供該空氣噴嘴裝置的直接的視圖；圖102示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于中心線生成的界面；圖103示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于各腔段的中心線生成的流程圖；圖104示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的虛擬漫游模塊、腔觀察模塊與應用程序模塊之間的交互；圖105示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的在各個位置的腔的半徑估算，所述半徑估算作為沿中心線的路程的函數(shù)；圖106示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的估算沿著中心線在各點處的腔半徑的函數(shù)曲線圖；圖107示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的半透明的腔視圖；圖108示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的不透明-半透明的組合視圖；圖109示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的典型的腹部CT掃描的直方圖，該掃描直方圖用所關注的幾種閾值分成不同范圍；圖110示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的直方圖、所關注的閾值以及它們與顏色查找表的關系；圖111根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例以灰度圖像形式用CT數(shù)據(jù)示出腔的不透明的視圖；圖112示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的透明度增大的與圖111同樣的圖像；圖113示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的用透明度和彩色增大的與圖111和圖112同樣的CT圖像；圖114示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的顏色查找表的使用，其突出腹部CT掃描的骨結構；圖115示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的顏色查找表的使用，其突出腹部CT掃描的結腸壁；圖116示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的虛擬結腸鏡檢查用戶界面的布局，其包括同步的虛擬漫游和腔觀察視窗；圖117示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖116的用戶界面，其中全顏色的虛擬漫游視圖和“膠狀體圖”視圖相互切換。
具體實施例方式
示范性系統(tǒng)在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，可以使用任何三維數(shù)據(jù)集顯示系統(tǒng)。例如，由新加坡的Volume Interaction Pte Ltd公司提供DextroscopeTM是用于本發(fā)明示范性實施例的極好的平臺。例如，在硬件、軟件或其任何組合中能夠實現(xiàn)所述的功能性。
一般綜述在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，提供新穎的系統(tǒng)和方法，用于增強諸如結腸或血管的大型管狀器官的虛擬檢查。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，與模仿實際的“內(nèi)窺鏡”透視的常規(guī)“虛擬漫游”視圖不同，可以在實質上顯示管狀器官，使得用戶的視點在該器官的外面，并且該器官能夠沿著其任何縱向拓撲特征移動，例如，沿著其中心線，或沿著外壁的線移動，該器官在用戶前面有效地移動。此外，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，器官能夠沿著其中心線旋轉。
為了從腔器官外部的視點，在整體上對諸如結腸的腔器官做充分的檢查，需要(1)結腸是透明的，(2)立體顯示，使得能夠透過各層面觀看，而不將它們混為一體或能混淆。因此，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，可以使用許多用戶控制的立體顯示參數(shù)，此外，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，用戶能夠透明地或半透明地顯示腔器官的全部或一部分，并且這種透明的或半透明的顯示根據(jù)用戶定義的顏色查找表能夠有效利用任何顏色調(diào)色板。
此外，由于通過處理三維數(shù)據(jù)集而顯示腔器官，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，可以實現(xiàn)在三維數(shù)據(jù)集的顯示和分析中有用的各種導航和顯示功能。因此，與此共同轉讓的并且兩者的名稱均為“在三維數(shù)據(jù)顯示器上處理多個所關注部位的方法和系統(tǒng)”的2002年11月29日提交的美國臨時申請第60/505,343號和2003年12月1日提交的專利申請第10/727,344號，通過引用結合于此(“縮放環(huán)境(zoom context)”應用)。同樣，與此共同轉讓的并且兩者的名稱均為“用于3D顯示中的縮放控制的方法和系統(tǒng)”的2002年11月29日提交的美國臨時申請第60/505,345號和2003年12月1日提交的專利申請第10/425,773號，通過引用結合于此(“縮放滑動塊(zoom slider)”應用)。在所述縮放環(huán)境和縮放滑動應用中所述的全部功能可直接應用于根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的腔器官的顯示。
“縮放環(huán)境”與在諸如人的結腸的管狀解剖結構部分中的“書簽”(標記所關注部位)相關。在利用虛擬漫游(Flythrough)或者利用腔觀察器(Lumen Viewer)界面視圖第一次經(jīng)過結腸腔期間，用戶可以發(fā)現(xiàn)許多關注區(qū)(ROI)。為了使用戶能夠快速地再訪問這些ROI，可以使用書簽功能對關注區(qū)加標簽。這種加書簽操作可以在虛擬結腸鏡檢查應用中進行。而且，為了滿足放射學家或其他用戶的具體需要，諸如ROI的位置的信息和ROI的邊界可以包括在書簽中。例如，當?shù)竭_某個書簽時，可以縮放該ROI，以便更好地觀察。
用于ROI的觀察參數(shù)也可以包括在書簽中，例如觀察點、觀察方向、視域，或其他類似的視點。用于ROI的繪制參數(shù)也可以包括在書簽中，并且可以包括顏色查找表。例如，用戶可以把一組替換的CLUT(顏色查找表)結合到書簽，或者是預先定義，或者是用戶定義。此外，陰影模式和光線位置也可以包括在書簽中。診斷信息也可以與書簽相關聯(lián)。這些診斷信息可以包括標識符(例如標識名、病人姓名、標題、圖像日期、圖像產(chǎn)生時間、圖像尺寸、式樣等)；分類，線性量度(由用戶建立)，到直腸的距離；評注，快照(當用戶需要時，按單視場或各種立體模式)以及其他的信息條目。快照可以結合到書簽，并且這些用戶請求的快照可以是單視場或各種立體模式。書簽可以作為列表呈現(xiàn)給用戶。用戶可以利用上述信息通過書簽列表瀏覽，或者通過激活Flythrough/Lumen Viewer界面瀏覽，以做進一步的檢查。
在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，縮放滑動塊在Lumen Viewer顯示屏上不暴露于用戶。而是使用戶交互地控制縮放和所關注的中心，Lumen Viewer應用程序對縮放滑動處理進行控制。
Lumen Viewer的所關注中心線由沿著該中心線的當前位置確定，而該縮放由半徑估算算法的結果確定。通過應用與縮放滑動塊的用戶交互版本類似的處理，該Lumen Viewer應用程序平移該三維體，以便所關注中心位于該Lumen Viewer窗口的中心，并且把該體的縮放調(diào)節(jié)到適當?shù)某叽?，使得結腸腔適合該窗口。
在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，可以有若干種顯示內(nèi)腔(或管狀)器官的模式。在一個示范性實施例中，這種器官可以作為半透明的膠狀體(jelly-like)結構顯示，使得其所有層面(內(nèi)層和外層，靠近用戶的層，以及遠離用戶的層)是可視的。圖1示出這種顯示模式的示例性的概要，圖2是示出這種顯示模式的示例性的拉近或放大的視圖。概要模式使得用戶在檢查框(用于調(diào)節(jié)有關縮放框的縮放參數(shù)的東西)中具有更多的可見的結腸。這種模式可以讓用戶感覺該結腸形狀(并且還示出較大的息肉或憩室)和某些有害東西的細節(jié)。
參考圖2，在離用戶最遠(伸進結腸腔內(nèi)，即按朝向用戶的方向)的結腸壁上的息肉是可看見的，因此，在圖2所見的觀察模式中用戶能夠對該息肉進行測量。常常希望測量息肉以確定它們?nèi)绾伟l(fā)展，看它們是不是構成嚴重的威脅。息肉測量對于結腸鏡檢查來說是一個很重要的方面。通常進行線性(沿長度)的測量。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，用戶可以通過將測量尺的兩個端點設置在可看見息肉的兩端來測量息肉。例如，所選擇的測量點、測量線以及測量值可以顯示給用戶。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，用戶根據(jù)需要可以在概要(圖1)和放大(圖2)顯示模式之間切換。
在圖1和圖2的示例性可視化模式中，靠近用戶的器官部分能夠使遠離用戶的那些部分變模糊。當兩個可疑的部位在顯示空間具有同樣的XY座標，但是具有不同的Z座標時，它們就是這種模糊的例子。因此，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，腔器官可以立體地顯示，并且根據(jù)深度感可以識別內(nèi)部和外部結構。圖3以放大的顯示模式示出示例性的結腸立體顯示。圖3是用立體眼鏡可以看見的浮雕式立體圖像。而且，通過估算該結構相對于該結構所連接的表面靠近或離開用戶，可立體地分辯該病理學是息肉或是憩室。圖3A和3B是圖3的圖像信息的單獨的紅色和藍色通道黑白圖示。可以組合這些單獨的紅色和藍色通道信息以形成合成的立體圖像。
同樣，通過沿著其中心線旋轉該器官，例如可以在顯示中避免模糊了其他身體異常的身體異常位于觀察者的視線。通過旋轉(和平移)所獲得的視差深度效果可以有助于用戶把對象或關注部分形成在其他對象或元素的前面。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，如果用戶看到可疑點并檢查可能是息肉的部位，則可以停止圖像轉動。這種檢查可以例如利用預定義的一組顏色查找表來突出結腸的不同部分。掃描(體素)的獲得值被映射到用于顯示目的的顏色和透明度值。
執(zhí)行這種映射的一種技術稱之為“顏色查找表”(CLUT)，其中“轉換功能”將體素值映射為紅、綠和藍色(加透明度)值。CLUT可以例如是線性的(將體素0映射成(R，G，B，T)＝(0，0，0，0)；體素1映射成(1，1，1，1)等)，或者是例如過濾器，其中某些體素值是完全透明的，而另一些則是可見的等。在結腸的情況下，可以讓對應于空氣的體素值是透明的(T＝0)，而對應于結腸組織的體素值(例如，內(nèi)部表面組織)是不透明的，以便使用戶能夠看見它們(見，例如，圖14-17)。一旦檢測出可疑的潛在的息肉，重要的是檢查該息肉內(nèi)部體素值，以確定它們的本質類型(例如，它們可能是人體組織，或在假息肉的情況下，是排泄物)。通過檢查內(nèi)部體素值，用戶可以把“真正”的息肉與糞便(stool)附著物區(qū)開來，由于糞便通常包含空氣氣泡(經(jīng)常是許多空氣氣泡)，它會示出不同于這些人體組織的體素值。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，這種檢查過程需要改變CLUT以展現(xiàn)出內(nèi)部體素(如例如在圖18-22和圖43-46所示)。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，能夠顯示管狀(或內(nèi)腔)組織，使得其層面之一(例如其內(nèi)壁或其外壁)變成不透明的，而其他層面是透明的。在這種示范性實施例中，該器官能夠沿著其縱軸被切成兩半，以便用戶能夠看見該壁的一半。然后該器官可以沿著這樣的縱軸滾動，使得當它在用戶前面經(jīng)過時顯示其整整一圈。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，器官能夠沿著平行于用戶的觀察方向的方向，或者朝著用戶的視點、或者離開用戶的視點移動(虛擬漫游圖像)，或者，在根據(jù)本發(fā)明替換示范性實施例中，沿著與用戶的觀察方向正交的方向(“內(nèi)腔圖像”)、或沿著例如與用戶的觀察方向在45度角之間的任何方向移動。在如下面所述的一些實施例中，這些圖像可以同步地的并且同時在用戶界面上顯示。
圖4是外部組織變成透明的情況下的結腸內(nèi)壁的示例性的顯示。透過外部組織觀看的能力為用戶揭示出移動方向，使得轉動不迷失方向。在圖4的示例性的顯示中，該器官沿其中心線沿著朝向用戶的方向移動。以另一種方式，用戶感受這樣的觀察好像是他進入顯示屏中，沿著中心線經(jīng)過該結腸。
參考圖5，圖5顯示出類似圖4中所示的結腸的視圖。但是，在圖5的示例性的顯示中，不僅結腸的內(nèi)壁是可見的，而且結腸的外部組織變成不透明的，以便用戶能夠檢查其性質。
同樣地，圖6示出一個可選的示例性視圖，其示出結腸內(nèi)壁且外部組織變成不透明的。但是，與圖5不同，該器官被切成兩半，并沿著其中心線在與用戶的觀察方向正交的方向移動。在這種類型的示例性顯示模式中，用戶在其前面以固定的距離感受該結腸，在旋轉的同時，或移動到其左面或移動到其右面。由于在該模式空間存在虛擬的豎直切割平面，該平面以將結腸腔分成兩半，成為兩個半圓柱體，當該結腸旋轉時，該結腸的不同部分在該虛擬平面的后面并繪制成可見的，而另一部分在該虛擬平面的前面并繪制成透明的。這個圖像不具有透明的前半部(對于類似的例子見下面的圖62-65)。因此，由于完整轉動，能夠連續(xù)地觀察整個結腸壁。
在下面，利用虛擬結腸鏡作為示例性的應用來說明根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的大量示例性功能。在其余的圖中，各種示例性的可視化和用戶與其交互將在下文描述。應當理解，本發(fā)明的功能性和方法可用于各種用途和應用，虛擬結腸鏡檢查僅僅是其中一個例子。
此外，根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實施例能夠實現(xiàn)由其余圖所示出的一種和多種顯示模式或類型。雖然說明書提供所示出的內(nèi)容，但是應當理解本發(fā)明的功能性不限于這些說明，說明性的附圖通常每個都需要許多眾所周知的言詞。
立體可視化圖7示出示根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的透明顯示的示例性結腸的表面。箭頭(在彩圖中用黃色表示)指向被懷疑的息肉。如果不是立體地觀察這種示例性的結腸，并且很少有其他深度暗示，則很難確定箭頭所指的結構是不是伸進該結腸腔內(nèi)并且可能是息肉，或者從外壁向外伸出并且因此是憩室。如圖8所示，立體地觀察該同一結腸，在一定程度上解決這個問題。
圖8以紅綠立體圖像立體地示出圖7的示例性結腸。圖8A和8B是用于圖8的單獨的紅色和綠色通道立體信息的黑白圖像。當這些單獨的紅色和綠色通道能夠組合形成結腸的立體圖像時，使用立體顯示，箭頭(在彩圖中用黃色表示)所指的結構能夠清楚地被識別為從該結腸較遠的壁的內(nèi)表面伸出的息肉。
圖9用交叉看的觀察技術(圖9A和9B，兩個最左面的圖像)和直線看的觀看技術(圖9B和9C，最右面兩個圖像)示出圖8的立體圖像。利用立體顯示，該結構(圖7中箭頭所指的)能夠清楚地被識別為從該結腸較遠的壁的內(nèi)表面伸出的息肉。
圖10根據(jù)本發(fā)明示范性實施例以紅綠立體圖像示出示例性的放大的結腸部分。圖10A和10B示出能夠組合形成立體圖像的單獨的紅色和綠色通道信息(以黑白形式示于圖中)。結腸內(nèi)壁上的息肉是可看見的。為了更加靠近檢查，用戶能夠放大所關注部位。這里結腸部分透明地顯示，并且立體觀察展現(xiàn)出該息肉是向外“凸出的”。圖11是圖10的替換視圖，結腸表面不透明顯示。圖11A和11B是能夠組合形成單一紅綠色立體圖像的單獨的紅色和綠色通道2信息的黑白圖。
可選地，圖12用交叉看的觀察技術(圖12A和12B，兩個最左面的圖像)和直線看的技術(圖12B和12C，最右面兩個圖像)示出圖10的立體圖像。如圖10所示，所關注部位被放大。在這里該結腸透明地顯示，并且立體觀察展現(xiàn)出該息肉是向外“凸出的”。
圖13用交叉看的觀察技術(圖13A和13B，兩個最左面的圖像)和直線看的技術(圖13B和13C，最右面兩個圖像)示出圖10的立體圖像。如圖11所示，所關注部位被放大。在這里該結腸不透明地顯示，并且立體觀察展現(xiàn)出該息肉是向外“凸出的”。
陰影利用陰影效果的示例性顯示將在下面參考圖14至圖20描述。參考圖14，結腸的示例性的內(nèi)壁用陰影繪制。繪陰影是計算機圖形學技術，其模擬光線和給定表面的相互作用效果。在圖14中，中心線是可看見的，其沿所示結腸的中心延伸。正如所看到的，繪陰影的效果是給用戶關于該結腸內(nèi)的褶皺和拓撲結構的深度的暗示。
圖15示出現(xiàn)在透明繪制的圖14的示例性的結腸表面，這樣展現(xiàn)出在中心處(到可見中心線的左面)的5.86mm的測量標記。
圖14至圖15的示例性的結腸部分用黑白不透明的繪制示于圖16中。
參考圖17，與圖16同樣的黑白顏色查找表，但是透明地繪制該示例性的結腸表面，類似于圖15的示例性的圖，再一次展現(xiàn)出在中心處(到可見中心線的左面)的5.86mm的測量標記。
圖18是圖17中的示例性圖的放大形式，其中用戶將具有5.86mm的測量標記的部位設置在觀察框的中心。
圖19是所關注部位的主要放大部分，如果用戶從圖14開始，將會看到這部分，保持不透明性和顏色查找表以及所實現(xiàn)的縮放操作。
最后，圖20是旋轉一定角度的圖19的示例性圖，以進一步展現(xiàn)出息肉的形狀。正如在圖19和圖20提供的比較中所能夠看到的，如果正方向指向圖的右面，圖20示出繞該結腸腔的中心線順時針旋轉的圖19的結腸。
圖21一圖22是利用縮放特征的示例性的息肉檢查圖。在圖21中，可疑的息肉被旋轉以展現(xiàn)出其表面后面的體素。圖22以變化的可視化示出圖21的示例性的息肉，以便以黑白的形式繪制所有的體素。
一半和一半如上所述，在病人下腹部的三維數(shù)據(jù)集中可用的全部數(shù)據(jù)的有益利用使得可以在用戶視點位于該結腸外部的情況下來描繪結腸，并且該結腸可在顯示屏上在該用戶前面移動。正如進一步所述，這會引起這樣的可能情況，其中用戶可能想觀察被朝向該結腸一側上的某些結構擋住的后面的結腸部分。這個問題在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中可以用如下方式解決通過利用兩組顯示參數(shù)顯示該結腸，或者僅僅該結腸腔和該結腸內(nèi)壁之間的界面，或者具有周圍組織的內(nèi)壁。這是已知的俗稱為“一半和一半”顯示，并且將參考圖23至圖30詳細的描述。
參考圖23至圖25，圖23至圖25示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的示例性的結腸部分。根據(jù)這個實施例，該結腸沿著平行于顯示屏并包含該結腸腔的中心線的虛擬平面分成兩半。在虛擬平面的靠用戶一側的結腸部分用一組參數(shù)顯示，而在虛擬平面另一側的結腸部分用另一組顯示參數(shù)顯示。參考圖23，該示例性結腸部分的前部或示例性結腸部分的一半被透明地顯示，而在圖24中，同一結腸的另一半被不透明地顯示。參考圖25，圖23和圖24中分開的兩個半體相應地重疊，示出整個結腸壁。圖26是圖25的示例性的結腸的示例性繪圖，其中該結腸繞中心線(如果中心線的正方向取成指向圖的右方，則沿順時針旋轉)旋轉180°圖27至圖30分別是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖23至圖26的立體形式。類似于上述的前面的立體圖，圖27至圖30示出彩色的紅綠立體圖像，以及單獨的紅色和藍色通道立體信息的黑白圖。立體圖像可以通過組合該紅色和藍色通道以形成合成的圖像來形成，如上所見，管狀器官的立體顯示使得用戶能夠更敏銳地看出深度并因此獲得需要仔細檢查的更好的管狀器官的三維性的記憶印象。
在本發(fā)明的示范性實施例中，所述一半和一半的功能性也可以用于把從俯臥的CT掃描繪制的結腸部分和從仰臥的CT掃描繪制的同樣部分并置。
虛擬漫游圖31至圖37示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的示例性結腸的虛擬漫游視圖。觀察以90°旋轉取向的圖23至圖30所示的示例性結腸，用戶能夠沿著結腸的中心線行進，并結合如上所述的內(nèi)窺鏡視圖。給出90°旋轉，參考P1點，該點原來按腔觀察器的透視是在該圖的左側上，現(xiàn)在按內(nèi)窺鏡或虛擬漫游的透視是在該圖的前景中。參考點P2，該點原來按腔觀察器的透視(即，用戶的視點在腔器官外面的透視，例如，如圖7所示)是在該圖的左側上，現(xiàn)在按該腔虛擬漫游或內(nèi)窺鏡的透視是在該圖的背景中。
在圖31至圖34中，用戶從在P1點后面某處的起始點依次移動，經(jīng)過P1，到接近于P2的點，并到達P2。此外，在圖31至圖34每個當中分別可見的是結腸的中心線(在彩圖中用藍色表示)，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例，其能夠被計算并且被顯示。應當注意，該中心線在掃描數(shù)據(jù)中沒有描述，但是可以根據(jù)從結腸腔和結腸內(nèi)壁界面處的掃描數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的知識來計算。其曲線形狀是由于在病人下腹部的三維空間的不規(guī)則扭曲、轉動和平移引起的。
從圖31至圖34的比較中分別可以看出，在該結腸內(nèi)有兩個可疑的結構，可能是息肉。其中之一僅在圖31中該結腸的左下側可以看見，在其近似中心用參考點P1標記。參考圖32，P1現(xiàn)在是在所顯示視圖的外面，并且較之虛擬切割平面具有更接近用戶的Z值，虛擬切割平面標記了朝向用戶的用于可視繪制結腸的最接近Z位置。在圖32中，可能的息肉后部在位于該可能息肉頂部的該結腸壁截面圖的左下側是可看見的。在圖33中，用戶的視點已經(jīng)完全移過了該范圍。但是，在圖33中，從參考點P2有幾分靠近用戶，在該結腸的底部右側有另一個結構，其也是可能的息肉。在圖34中，與該可能的息肉相關的該結腸壁被虛擬切割平面切割了大約一半。
正如將在下面描述的，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例，用戶不僅能夠看見結腸壁，并且因此檢查如上所述的參考點P1和P2的可疑部位的內(nèi)部組織。圖35是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的在圖31中可見的示例性結腸樣品的立體繪制。圖35A和35B是可以組合形成紅藍立體圖像的合成圖像的圖35的單獨的紅色和藍色通道的黑白圖。因此，由可能的息肉分別靠近的參考點P1和P2是完全可見的。
高放大率可視化參考圖36至圖42，下面將要描述的是高放大率可視化。在根據(jù)本發(fā)明示范性實施例中，用戶在觀察諸如P1附近的可疑部位時可以參考高放大率的圖26至圖31。圖36示出了有參考點P1附著在其上的可疑息肉的高倍放大。圖36的圖是圖31中所示的可疑區(qū)的放大的視圖。在根據(jù)本發(fā)明示范性實施例中，利用成像系統(tǒng)界面控制，用戶將拉近或放大圍繞參考點P1的部位。正如參考圖36能夠看到的，參考點P1在該視圖的中心附近。圖37是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的圖36中所示的示例性結腸的立體顯示。圖37A和37B表示圖37的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色的黑白圖。圖37A和37B組合成彩色合成圖將形成紅藍立體圖像。圖38是圖36和37所示的示例性結腸部分分別逆時針旋轉約45°的圖，并且為了增強觀察用稍稍不同的顏色查找表繪制。圖39是利用紅藍立體圖像的圖38的示例性圖。圖39A和37B是圖39的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色的黑白圖。圖39A和39B組合成彩色合成圖將形成紅藍立體圖像。圖40是圖36所示的示例性可疑息肉區(qū)繞該可疑息肉旋轉中心旋轉90°的圖，以便它能夠從另一個透視圖被檢查。圖41是圖40的所示的示例性結腸部分，其移動靠近用戶并切割該示例性息肉的表面，以便能夠檢查該結構的后面。最后圖42是用不同的可視化模式示出圖41中的該可疑息肉的高倍放大圖，以展現(xiàn)出里面的體素值。
三平面視圖/三維截面圖下面將參考圖43至圖46描述的是用于檢查諸如息肉的所關注結構內(nèi)部的示例性的方法。參考圖43，圖43所示的是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例中的三平面視圖。在該三平面視圖中，在例如息肉的情況下，用戶能用三個正交平面生成所關注區(qū)的截面。這些平面是在用戶界面(UI)中的XZ平面和XY平面，并且每個平面可沿著正負方向移動，沿著該方向它具有自由度。例如，顯示空間中平行于顯示屏的XY平面能夠沿著Z軸的正或負方向移動。因此在顯示空間為水平面的XZ平面能夠沿著Y軸上下移動。
利用三平面的功能性，任何結構可以分解為三組截面和其內(nèi)部視圖。同樣地，圖44示出在圖43中被觀察的示例性的息肉，其中XZ平面大大降低(例如沿著Y軸的負方向移動)以展現(xiàn)不同的截面。并且參考圖44，或沿著X軸的負方向，YZ平面已經(jīng)移動到左面。利用該三個平面的移動的任何組合，用戶能夠觀察所關注結構的整個內(nèi)部組成。而且，如參考圖45所示，在根據(jù)本發(fā)明示范性實施例中的該三平面視圖能夠立體地顯示。這將增強對被觀察結構或部分的深度察覺(perception)。因此圖45和46示出在圖44用單視場提供的三平面視圖。圖45用交叉看的和直線看的兩個通用立體技術顯示該信息，而圖46以紅藍立體圖像立體地示出該信息。圖46A和46B以黑白圖的方式示出圖46的單獨的紅色和藍色通道，組合時，將形成紅藍立體圖像。
參考圖47至圖51，下面將描述根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的陰影比較的使用。正如在圖47A至圖47C能夠看到的，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例有示出結腸內(nèi)壁的不同方式。圖47A示出沒有陰影的結腸內(nèi)部的示例性的繪制，而圖47B示出有陰影的結腸內(nèi)部的同樣的示例性的繪制。圖47C示出有陰影但使結腸透明的同一個示例性結腸的視圖。正如從圖47C能夠看到的，雖然它使得在感覺上透明地觀察結腸更容易，但是它對深度覺察也引起一些混淆，這在下面應當注意。圖48至圖50分別是圖47A至圖47C放大的形式。圖51是圖50所示的示例性結腸內(nèi)部部分的立體繪制。圖51A和51B以黑白圖的方式示出圖51的立體圖像的單獨的紅色和藍色通道，這些通道可以組合形成紅藍立體圖像。由該紅色和藍色通道形成的立體圖像分辨了由于深度覺察的不確定，并且可以清楚地看出圖50中的P1表示的可疑息肉伸進該結腸腔中。應當注意，在根據(jù)本發(fā)明的、沒有實現(xiàn)立體顯示的示范性實施例中，關于圖50的可疑息肉區(qū)P1的同樣的深度不確定性能夠利用圖48和圖49中分別所示的具有或不具有陰影的該結腸壁后面的或側面的體素來分辨。
下面將參考圖52至圖61所描述的是根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的透明結腸沿著其中心線的旋轉。通過旋轉顯示的結腸并使其在用戶的前面移動，可以從許多方向觀察可疑的息肉或其他所關注區(qū)域。
圖52至圖56分別示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的透明結腸沿著其中心線分五步旋轉。圖57至61分別示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的分別以紅藍立體圖像顯示的圖52至圖56的示例性視圖。這些圖示出單獨的紅色和藍色通道，當組合時，該單獨的紅色和藍色通道形成紅藍立體圖像。圖52所示的結腸與圖23至26中所示的結腸是同一個結腸，但是繞圖的中心點旋轉了180度。圖52(圖57)中的P1從后結腸壁突出，并且在繞該圖平面中的指向右側的軸線逆時針旋轉約180度之后，結果從圖56(圖61)中的前結腸壁伸進該圖。圖57A和57B以黑白圖的方式示出用于圖57中所示紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的信息。同樣地，圖58A和58B是圖58的立體圖像的紅色和藍色通道的每個通道的黑白圖，而圖59A和59B是圖59的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道的黑白圖。此外圖60A和60B示出圖60的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道(以黑白方式)，而圖61A和61B示出圖61的立體圖像的紅色和藍色通道。
圖62示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的看作兩個半體的示例性的結腸，其中前面的半體透明地看見，而后面的半體用彩色陰影不透明地看見。圖62A是圖62的黑白圖。圖63根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用紅綠立體圖像示出圖62的示例性結腸。圖63A和63B以黑白圖的方式示出用于圖63的立體圖像的單獨的紅色和綠色通道。組合圖63A和63B的紅色和綠色通道將得到紅綠立體圖像。圖64示出圖62和圖63中所示的示例性結腸的可選部分，其中該結腸的后部根據(jù)本發(fā)明示范性實施例用陰影不透明地顯示(前部未示出)。圖64A是圖64中所用的繪陰影的黑白圖。圖65示出圖62至圖64所示的示例性結腸的另一個可選的視圖，該示例性結腸的前景一半用灰色半透明地顯示，并且該示例性結腸的背景一半用繪陰影不透明地顯示。圖65A是圖65所示的示例性結腸的可選視圖的前景圖的黑白圖。這些圖像能夠組合形成該結腸的兩個半體的合成圖像。利用變化的CLUT的示例性的值，在示例性的實施例中，結腸的一部分能夠以從不透明到完全透明的任何方式顯示，并具有賦予任何體素密度值的任何顏色，這是非常有用的或方便的。
利用空氣噴嘴作為所關注對象的說明圖正如從圖7至圖65以及前面關于從圖7至圖65的討論中能夠理解的，未經(jīng)訓練的眼睛很難區(qū)分結腸息肉。因此，為了說明根據(jù)本發(fā)明示范性實施例某些顯示功能的目的，圖66至圖101用對一般公眾較容易區(qū)別的對象，即，空氣噴嘴裝置，示出各種顯示特征。這些示例性的圖將在下面進行說明。它們每個示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的各種顯示參數(shù)。圖66至圖101中的許多圖示出所關注對象與周圍組織的分隔。這些說明性的可視化使得用戶能夠詳細研究所關注對象，進行測量，研究結構的內(nèi)部體素，或進行任何其他合適的分析任務。
圖66示出整個結腸的示例性的透明視圖，其中空氣噴嘴裝置插入直腸中(在彩圖中，用黃色線指向肛門)。同樣，圖67也示出插入直腸中的空氣噴嘴裝置。但是，圖67的視圖是示例性的透明的放大的視圖。圖68示出具有高倍放大率的插入直腸中的空氣噴嘴裝置的示例性的透明視圖。參考圖69，示出了一個示例性的帶有插入直腸中的空氣噴嘴裝置的紅綠立體圖像。圖69A示出插入直腸中的空氣噴嘴裝置的紅色通道圖像，而圖69B示出同一空氣噴嘴裝置的藍色通道圖像。以黑白圖示出的圖69A和圖69B的紅色和藍色通道能夠組合形成紅藍色立體圖像。圖70示出旋轉180度的圖67的空氣噴嘴裝置，并且示出透明的放大圖。
圖71和72示出插入直腸中的空氣噴嘴裝置的透明視圖。用戶調(diào)節(jié)剪輯框(crop box)以分隔該裝置，沒有示出周圍組織(直腸)。同樣的功能性可以應用于息肉或所關注的其他區(qū)。圖73示出圖72的空氣噴嘴裝置，但是圖73示出該裝置與周圍組織分隔之后的帶陰影的視圖。圖74示出該裝置與周圍組織(直腸)分隔之后的具有稍稍不同的CLUT的該空氣噴嘴裝置的帶陰影的圖。
圖75示出圖71的空氣噴嘴裝置。如圖所示，圖75示出該裝置與周圍組織分隔之后的帶陰影的視圖(利用剪輯框)。圖76以可選的帶陰影的視圖示出圖75的空氣噴嘴裝置。
圖77示出圖76的空氣噴嘴裝置的紅藍立體圖像。圖77A和77B示出圖76的空氣噴嘴裝置的紅藍立體圖像的單獨的紅色和藍色通道。以黑白圖形式示出圖77A和77B的紅色和藍色通道信息能夠組合形成紅藍立體圖像。
參考圖78，在該裝置與周圍組織分隔之后，前面各圖的空氣噴嘴裝置用三平面視圖(與空氣噴嘴裝置的縱軸相交的三個正交的平面)示出。這些實例性的視圖展現(xiàn)出用于最終決策的實際掃描值。圖79和圖80也示出空氣噴嘴裝置的三平面視圖，雖然這些圖中的視圖是透明的三平面圖。在圖79中，示出帶有虛擬畫筆裝置的示例性的用戶界面。用戶能夠指向顏色查找表按鈕(這里是標記的“結腸腔”)以獲得該裝置的不同的可視化。圖80也示出示例性的用戶界面，其中用戶能夠指向顏色查找表按鈕(在這里是標記的“結腸飛行漫游”，其示出紅色繪制)以獲得該裝置的不同可視化。
圖81示出在該裝置與周圍組織分隔之后按透明體繪制圖方式的插入直腸中的空氣噴嘴裝置。用戶能夠指向顏色查找表按鈕(在這里標記“結腸腔”)以獲得該裝置的不同可視化。圖82也示出繪制該空氣噴嘴裝置的視圖的半透明的體，其中用戶能夠指向顏色查找表按鈕，在這里是標記的“結腸飛行漫游”，以獲得該裝置的不同可視化。
參看圖83，圖83示出完全不透明的空氣噴嘴。這個視圖展現(xiàn)出圍繞該裝置(在剪輯框的邊界內(nèi))的體素值。用戶能夠指向示例性界面中的顏色查找表按鈕(在這里是標記用于黑白圖的“bw”)以獲得該裝置的不同可視化。圖84也示出完全不透明的空氣噴嘴的視圖，但是該視圖被剪輯以展現(xiàn)出該裝置內(nèi)的體素值。如果該裝置是息肉，可通過對如圖所示的內(nèi)部體素值的研究來區(qū)別排泄物與實際息肉。在這里，正如所看到的，由于是排泄物并因此不是息肉，該內(nèi)部具有與周圍空氣同樣的體素值。
參看圖85，空氣噴嘴裝置用透明視圖示出，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置的內(nèi)部體素值。圖86用透明的黑白視圖示出空氣噴嘴裝置，其剪輯成以便展現(xiàn)出該裝置的內(nèi)部體素值。如圖87所示，該空氣噴嘴裝置用透明的放大的黑白視圖示出，其剪輯成以便展現(xiàn)出該裝置的內(nèi)部體素值。在這些圖中的視圖是該裝置與周圍裝置分隔之后，并展現(xiàn)出用于最終確定的實際掃描值。
圖88用透明的放大的帶紅色的視圖示出空氣噴嘴裝置，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值。參考圖89，該空氣噴嘴裝置用透明的、放大的黑白視圖示出，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值。圖90示出以三平面放大的黑白視圖示出的空氣噴嘴裝置，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值。
如圖91所示，該空氣噴嘴裝置以透明的放大的黑白視圖示出，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值。在圖92中，該空氣噴嘴裝置以透明的放大的黑色和紅色視圖示出，經(jīng)剪輯以便展現(xiàn)出該裝置內(nèi)部的體素值。
圖93示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的在白色背景上的圖90的空氣噴嘴裝置。在圖94中，圖91的空氣噴嘴裝置用根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的在白色透明背景上的具有稍稍不同的顏色查找表的透明的黑白視圖示出。圖95示出示例性的空氣噴嘴裝置。該圖示出了CT的概要視圖，經(jīng)剪切以展現(xiàn)出該裝置和直腸。由于是白色的，骨骼可以看見。圖96也示出該空氣噴嘴裝置并顯示出白色的骨骼。
如圖97所示，空氣噴嘴裝置按CT概要視圖示出，其中骨骼(和其他如空氣噴嘴的非常不透明的物質)通過使軟組織為透明的而使其他組織是不透明的顏色查找表設置而顯示。圖98也以CT概要視圖示出空氣噴嘴裝置，其中骨骼(和其他如空氣噴嘴的非常不透明的物質)通過使軟組織為透明的而使其他組織是不透明的顏色查找表設置而顯示。
參看圖99至圖101，空氣噴嘴裝置用帶陰影的CT概要視圖示出，其中骨骼(和其他如空氣噴嘴的非常不透明的物質)通過使軟組織為透明的而使其他組織是不透明的顏色查找表設置而顯示。在圖101中，看見空氣噴嘴在骨骼的后面。
虛擬內(nèi)窺鏡檢查和中心線生成以及界面上面描述的示例性的系統(tǒng)能夠從用戶接收多個種子點作為輸入，用于虛擬內(nèi)窺鏡檢查過程和在管狀結構中的有關中心線的生成。圖102示出示例性的用戶界面，用于使用戶能夠指定多個種子點并用于在任何軸向、冠狀和矢狀切片上的中心線生成。在接收輸入之后，示例性的系統(tǒng)能夠自動排序所述種子點，并且利用所述種子點構造中心線段。這種技術對于離散的結腸數(shù)據(jù)集很有效。在一些實施例中，該方法可以假定第一種子點定義了直腸管的位置，而后續(xù)的種子點的次序不重要。可替換地，可以從輸入的這組種子點中確定最靠近直腸區(qū)的種子點，并且當確定這個點時，其余的種子點可以相應地排序。
在一些示范性實施例中，可以采用自動直腸檢測。自動直腸檢測可以依靠通常的腹部CT掃描中的直腸區(qū)的特征。例如，作為沿軸向切片的軀干中央附近的內(nèi)腔出現(xiàn)的直腸區(qū)可用于自動檢測。此外，可以利用直腸區(qū)總是出現(xiàn)在整個體數(shù)據(jù)集的下端附近的這種信息。
參看圖103，在示例性的中心線生成方法中100中，可以在步驟110從用戶得到多個種子點。在本發(fā)明示范性實施例中，在示例性的虛擬內(nèi)窺鏡檢查中和在管狀結構中的中心線計算中可采用幾種假設。可以假定，與充分鼓脹的結腸腔段的長度相比，塌陷區(qū)的長度非常短。此外可假定，如上所述，該第一種子點靠近直腸區(qū)。
種子點的次序在本發(fā)明示范性的實施例中對用于排序多個結腸腔段是很重要的。因此種子點的次序在圖103的步驟120可以自動計算。當用戶對所有的結腸段提供種子點時，只有第一個種子點對算法是重要的。在示范性的實施例中，其余種子點可以自動排序為正確的次序。
在示例性的虛擬內(nèi)窺鏡檢查中，在步驟130可以生成用于每個腔段的中心線。重要的是應當注意，在方法100的這個階段，該組中心線段集合是未排序的。
其次，在示例性步驟140，包含第一種子點的腔段可以被指定為第一腔段，對于對應于第一腔段的中心線段的兩個端點，在步驟150可以將靠近該第一種子點的端點標記為整個多段中心線的起點。其次，在步驟160，利用第一個中心線段的另一個端點，可以確定最靠近這個端點的其余中心線段中的另外端點。步驟170將新的中心線段添加到該多段中心線中。其次，在步驟180，確定是否所有的中心線段已經(jīng)被添加到所述多段中心線中。如果沒有，則方法100將重復步驟160和170，直到所有的中心線段已經(jīng)被添加到該多段中心線中。
在方法100的一些示例性實施例中，通過檢查直腸區(qū)，該第一種子點能夠被自動地設置。自動直腸檢查可以依靠這樣的信息，例如作為沿軸向掃描切片的軀干中央附近的內(nèi)腔出現(xiàn)的直腸區(qū)，并且該直腸區(qū)出現(xiàn)在整個體數(shù)據(jù)集的下端附近。用戶可以選擇這種自動直腸檢查特征以發(fā)現(xiàn)在示例性的方法100中使用的直腸和合適的種子點。在示例性的實施例中，通過自動直腸檢查所選擇的種子點可以在包含該軸向、冠狀和矢狀切片的示例性用戶界面上顯示給用戶，如圖102所示。
腔觀察器和虛擬漫游模塊許多功能能夠在上述的示例性系統(tǒng)中實現(xiàn)，使得能夠通過半透明模式快速地顯示該結腸并通過半透明-不透明模式進行詳細檢查。圖104示出虛擬漫游(Flythrough)模塊和內(nèi)腔觀察(Lumen Viewer)模塊與應用程序模塊的交互。該虛擬漫游模塊可以負責生成諸如結腸的管狀結構的傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡圖。如上所述，該內(nèi)腔觀察模塊可以利用半透明模式和半透明-不透明模式生成該結腸的視圖。
腔觀察器顯示模式可以按同步方式與該虛擬漫游視圖同時顯示，用于在立體模式中全面檢查結腸。如圖104所示，虛擬漫游模塊和腔觀察模塊與位于中央的虛擬結腸鏡檢查應用程序模塊一同注冊。
利用觀察器/通知器設計模式可以實現(xiàn)同步。例如，當虛擬漫游模塊是活動組件時，它主動進行計算或修改觀察參數(shù)，每當它改變該系統(tǒng)時它能夠通知應用程序模塊。該應用程序模塊反過來能夠檢查與其一起注冊的組件，并且相應地更新它們。在這里情況下，它利用虛擬漫游模塊所修改的最新參數(shù)來更新腔觀察模塊。
在同步模式下，該系統(tǒng)的性能比在通常的非同步操作下的性能慢。但是，這種變慢不是由同步機制引起的。而是附加的繪制使系統(tǒng)變慢。附加的圖像處理硬件和存儲器可以改進繪制速度和系統(tǒng)的性能。注意，在非同步模式下，該虛擬漫游模塊和腔觀察模塊當中只有一個需要顯示其更新。在同步模式下，兩個模塊都需要顯示更新，這實際交互地加倍繪制數(shù)據(jù)的總量。雖然當該示例性的系統(tǒng)以同步方式工作時可能承受速度減慢，但是整個系統(tǒng)仍然是響應敏感的。因此，由同步引起的附加繪制不影響該系統(tǒng)的交互。
半徑估算在本發(fā)明的示范性實施例中，為了調(diào)整顯示給用戶的腔尺寸，可以執(zhí)行半徑估算。例如，該估算可以通過如下方式進行沿著中心線采樣最小距離，使用該距離字段(field)信息，并從這些采樣中選擇最大半徑。
該半徑估算可以在兩個分開的步驟中進行。首先，確定該結腸腔在不同的位置的半徑，該半徑作為從起始點沿中心線的路程的函數(shù)。這個步驟利用在生成中心線期間已經(jīng)計算出的用于每個內(nèi)腔段的到邊界字段的近似的歐幾里德距離。對于該結腸腔內(nèi)的每個點，從這點到結腸腔邊界的最短距離可以從如圖105所示的該歐幾里德距離字段估算。以規(guī)則間隔來采樣整個中心線之后，能夠在該中心線的每個點構造估算該內(nèi)腔半徑的函數(shù)，如圖106所示。在示范性的實施例中，可以解下面的方程式R＝2km·max{rqq∈[p-x，p+x]}＝2x其中k是用于內(nèi)腔觀察器的OpenLG觀察窗口的縱橫比，m是所期望的由該腔所占據(jù)的觀察窗口的比率。OpenLG只是示例性的圖形API，可以使用另外的圖形API以提供類似的功能。在圖106示出的繪制例子中，k＝1，m≈1.75。k和m的值可以根據(jù)用戶的喜好做改變。在示例性的實施例中，可以估算所需要的縮放比R，以便用待檢查的內(nèi)腔段填充該觀察口。上述方程能夠有效地求解，例如，在運行時使用標準的迭代近似算法來求解。
顯示模式在本發(fā)明的示范性實施例中，可以實現(xiàn)兩種不同的顯示模式，用于在該腔觀察器中示出結腸壁。該第一種顯示模式是如圖107中所示的半透明模式。該第二種顯示模式是如圖108中所示的半透明-不透明模式。用于每種顯示的顏色查找表模式可以用圖像分析自動生成。
在CT圖像中，例如，不同類型的對象吸收不同量的X射線能量?？諝鈳缀醪晃漳芰?，而流體和軟組織吸收一定量的能量，骨骼吸收的能量最多。因此，每種類型的物質在掃描圖像中看起來具有不同的密度值。其他的成像技術由類似的原理決定。
而且，在CT數(shù)據(jù)集中，空氣通常以非常低的密度出現(xiàn)(通常在0-255的灰度范圍內(nèi)為0-10)，而軟組織具有較高的密度。每種類型的對象的實際密度值范圍隨著對象的性質、裝置的校準、X射線的劑量等而變化。例如，在一次掃描中空氣可以具有0-5范圍內(nèi)的值。而在另一次掃描中可以具有6-10的值。其他對象的密度范圍也可以按類似的方式變化。
盡管不同對象的實際密度不同，但是這些對象的密度值的分布具有特定的模式，其特征是該數(shù)據(jù)的直方圖。因此通過分析CT數(shù)據(jù)的直方圖，能夠確定該密度值范圍和各種類型對象之間的對應關系。當確定密度值的范圍時，可以確定顏色查找表，以便使不同類型的對象在體繪制中按不同方式出現(xiàn)。
用于虛擬結腸鏡檢查的典型的下腹部CT數(shù)據(jù)集的直方圖類似于圖109所示的直方圖。該直方圖被三個所關注的閾值，即C1、C2、C3，分成不同的范圍。在
范圍內(nèi)的前面的兩個峰值對應于一些凹腔/內(nèi)腔中的空氣和CT掃描圖像的背景。在一些例子中，前面兩個峰值中可只有一個可以在
范圍內(nèi)。在[C2，C3]范圍內(nèi)的另外兩個峰值對應于該軀干中的軟組織。在一些例子中，可以只有一個峰值在這個范圍內(nèi)，如在低劑量CT掃描中有時發(fā)生的。最后，超過C3的平坦段可以是源于骨骼和對比劑。
在虛擬內(nèi)窺鏡檢查中，圍繞某些內(nèi)腔結構的人體組織按照與所關注凹腔不同的方式來繪制，內(nèi)腔結構可能有空氣、液體、對比劑等。
在圖110中，示出腹部CT數(shù)據(jù)集的直方圖(在這個圖的彩色圖中，以黃色示出)。線條和方塊(在彩圖中用綠色示出)代表顏色查找表的阿爾法(不透明度)函數(shù)。如圖110所示，該阿爾法函數(shù)示作斜面，其中左側(對應于空氣)是完全透明的，而右側(對應于軟組和骨骼)是完全不透明的。為了獲得可視的較光滑的繪制結果，該顏色查找表的阿爾法函數(shù)可以是類似于圖110所示的較平滑的斜面形狀。從C1到C2范圍內(nèi)的體素密度值被繪制成從完全透明的逐漸到完全不透明的，其可視地示出從結腸內(nèi)腔(充滿空氣)到結腸壁(軟組織類型)的過渡。
通過對直方圖進進行分析，在本發(fā)明的示范性實施例中，識別所關注體素密度閾值，即C1、C2和C3。調(diào)整顏色查找表的設置以便獲得所希望的繪制結果。
在圖110所示的例子中，該阿爾法函數(shù)在
的范圍內(nèi)被設置成完全透明的，在[C2，255]的范圍內(nèi)是完全不透明的，在兩個范圍之間有簡單的斜面。
初始的CT數(shù)據(jù)部分被用來形成圖111所示的圖像。第一個可見切片由于其不透明性擋住后面的所有細節(jié)。僅僅通過應用該阿爾法函數(shù)，由于該腔不是透明的，同樣的數(shù)據(jù)就可顯出更多意義。
在一些示例性實施例中，為了進一步增強可視化結果，在顏色查找表中加入另外的顏色信息。例如，可以將粉紅色和白色用于不同的體素密度范圍(其可以在靠近顏色查找表所重疊的直方圖底部示出)。該繪制結果示于圖112和113(只有彩圖示出該粉紅色)，其給用戶該內(nèi)腔和周圍軟組織的深入了解的視圖。
根據(jù)該直方圖分析結果，可以構造另一個顏色查找表，以突出人體解剖的其他部分。例如通過對同一體應用不同的顏色查找表(在每個圖的底部所示的)，圖114和圖115分別示出同一CT數(shù)據(jù)集的骨骼和結腸壁。
虛擬漫游(FlyThrough)模塊在本發(fā)明的示范性實施例中，在虛擬漫游模塊中的標記與腔觀察模塊、軸向、冠狀和矢狀顯示是同步的。為了加速繪制，正交切片的繪制可以使用硬件加速的多紋理(multi-texture)法來實現(xiàn)。這種技術克服了大訪問李存儲器用量的問題。
多紋理是圖形處理單元(GPU)中使用的技術。在示范性實施例中，系統(tǒng)的基礎圖形處理單元支持多紋理，并且作為紋理來繪制做插值的兩個相鄰切片的每個。然后可以命令該GPU硬件執(zhí)行必要的計算以在幀緩存器中產(chǎn)生被插值的切片。通常，該多紋理法比基于混合的插值運行的更快。
在一個實施例中，對CT數(shù)據(jù)集做紋理化，并且然后按原始切片形式傳遞到(并儲存在)圖形存儲器中。但是，如果該體比較大，這種處理對于圖形處理系統(tǒng)可能是相當繁重的。而且，與沿軸向的切片不同的那些切片(即冠狀和矢狀切片)，在初始體數(shù)據(jù)集中的切片必須在一次一起處理。注意，每個插值冠狀或矢狀切片涉及從整個體中的每個軸向切片取一個體素的掃描行。因此這種方法可能要承擔大量計算操作，因此可能變慢。
在本發(fā)明的另一個實施例中，不是一次將所有的切片傳遞到紋理存儲器，通過從初始體中的每個軸向切片取兩個相鄰的掃描行可以動態(tài)地構造兩個相鄰的切片(冠狀或矢狀)。這兩個臨時切片可以利用多紋理插值圖形系統(tǒng)來處理。這大大減小紋理存儲器的負擔以及數(shù)據(jù)處理中的輔助操作。
虛擬結腸鏡檢查應用圖116和117示出用于在單一界面中具有虛擬漫游和腔觀察模塊顯示窗口的虛擬結腸鏡檢查應用的示例性界面。在這些圖中所示的界面還可以包括用于觀察整個結腸結構的軸向、冠狀和矢狀切片以及“膠狀體圖”視圖的窗口。在一些實施例中，能夠相互獨立地使用各模塊，或使虛擬漫游和腔觀察同步(如圖116所示)。該顯示屏的每個窗口具有像單視場的、立體鏡的或紅藍立體圖像的獨立顯示模塊。
為了克服顯示屏大小的限制(即，每個窗口占有多少屏幕空間——該內(nèi)窺鏡圖對該軸向切片圖)，該界面可以是用戶可配置的。這使得用戶能夠為所關注的特定視圖分配更多屏幕空間。如圖117所示，膠狀體圖窗口(示出全部腸結構)被拖進原來被內(nèi)窺鏡圖所占據(jù)的屏幕空間內(nèi)，因此給出較大的較清楚的視圖。
用于亮度和對比度的界面在本發(fā)明的一些實施例中，用于插值切片的實時亮度和對比度控制的用戶界面可以在示例性的硬件中實現(xiàn)。該動態(tài)的亮度和對比度調(diào)節(jié)能夠關于利用上述多紋理技術由GUP計算的插值切片來執(zhí)行，或可替換地，通過使用通用技術命令圖形處理硬件來執(zhí)行所需要的附加計算。
已經(jīng)結合示范性實施例和僅僅作為例子的裝置描述了本發(fā)明。因此，結合結腸所描述的任何功能性也能夠應用于任何其他內(nèi)腔器官，例如，大型血管，反過來也一樣。本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神實質的情況下，能夠對本分明的任何示范性實施例或裝置進行修改。
權利要求
1.一種生成管狀解剖結構虛擬圖的方法，包括獲得包含管狀結構的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)；用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的管狀結構；以及顯示該虛擬的管狀結構，其中在用戶的視點置于該管狀結構的外面的情況下顯示該管狀結構，并且其中當該管狀結構在所述用戶的前面移動時觀看該管狀結構。
2.如權利要求1所述的方法，其中該管狀結構透明地顯示。
3.如權利要求1所述的方法，其中，當該顯示的管狀結構在所述用戶的前面移動時，該管狀結構被旋轉。
4.如權利要求1所述的方法，其中該管狀結構利用用戶定義的顯示參數(shù)來顯示，該顯示參數(shù)包括顏色查找表、剪輯框、透明度、陰影、縮放比或三平面圖中的至少一個。
5.如權利要求4所述的方法，其中，該管狀結構顯示成兩個縱向切割成的半體，后面的半體不透明地顯示，而前面的半體則透明地或半透明地顯示。
6.如權利要求4所述的方法，其中，該管狀結構用兩個不同的顏色查找表來顯示，該兩個不同的顏色查找表是用于該管狀結構的前景區(qū)的第一查找表和用于該管狀結構的背景區(qū)的第二查找表。
7.如權利要求6所述的方法，其中，該前景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的該管狀結構的一部分，該背景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一所述部分。
8.如權利要求6所述的方法，其中，該背景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的該管狀結構的一部分，該前景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一部分。
9.如權利要求1所述的方法，其中，該管狀結構立體地顯示。
10.如權利要求9所述的方法，其中，該管狀結構用一個或多個紅藍立體圖、紅綠立體圖來顯示，并且交錯地顯示。
11.如權利要求1所述的方法，其中，該管狀結構沿著其與用戶的觀察方向成90度至0度之間角度的中心線移動。
12.如權利要求1所述的方法，其中，該用戶能夠將該管狀結構的顯示從置于該管狀結構外面的視點切換到內(nèi)窺鏡的虛擬漫游視圖。
13.如權利要求1所述的方法，其中，該管狀結構的內(nèi)窺鏡的虛擬漫游視圖與其中用戶視點置于該管狀結構的外面的內(nèi)腔視圖同時顯示。
14.如權利要求1所述的方法，其中，所述顯示還包括虛擬漫游視圖、整個管狀結構的視圖、軸向視圖，矢狀視圖或冠狀視圖中的至少一個。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述的虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個管狀結構視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶安排在顯示屏上。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個管狀結構視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶調(diào)節(jié)尺寸。
17.如權利要求1所述的方法，其中，該用戶能夠線性測量在所顯示的管狀結構中的所關注對象。
18.如權利要求1所述的方法，還包括用所述掃描數(shù)據(jù)生成體素密度的直方圖。
19.如權利要求18所述的方法，還包括根據(jù)生成的直方圖調(diào)節(jié)顏色查找表，使得在顯示器上突出所關注的部位。
20.一種用于在管狀結構中生成中心線的方法，包括(a)從用戶接受多個種子點；(b)對所述各種子點的次序做排序；(c)用內(nèi)腔段中的所述種子點構造各中心線段；(d)對于對應于第一內(nèi)腔段的第一中心線段的兩個端點，指定更靠近第一個種子點的第一端點，作為多段中心線的起點；(e)利用該第一中心線段的第二端點，確定最靠近這個端點的第二中心線段中的另外端點；(f)將新的中心線段添加到所述多段中心線中；以及(g)確定是否所有的中心線段已經(jīng)被添加到所述多段中心線中。
21.如權利要求20所述的方法，其中，該管狀結構是人的結腸。
22.如權利要求21所述的方法，其中，所述的種子點次序的排序確定所述第一點最靠近該結腸的直腸區(qū)。
23.如權利要求21所述的方法，其中，從該用戶接收的所述第一種子點被假定是最靠近該結腸的直腸區(qū)。
24.如權利要求20所述的方法，還包括估算該管狀結構的半徑以調(diào)節(jié)所顯示的管狀結構的尺寸。
25.如權利要求24所述的方法，其中，所述的半徑估算包括估算該管狀結構在各個位置的半徑，作為沿所述中心線距起始點的路程的函數(shù)；構造估算該內(nèi)腔在所述中心線每個點處的半徑的函數(shù)；以及估算所需要的縮放比例，以用該腔段填充該顯示屏的視圖區(qū)。
26.一種體繪制方法，包括獲得所關注部位的掃描數(shù)據(jù)；由所述掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用所述至少一個體數(shù)據(jù)集動態(tài)地構造兩個相鄰的切片，其中所述構造包括從該初始體中的每個軸向切片取兩個相鄰的掃描線；以及利用用于多紋理插值的圖像處理系統(tǒng)處理所述兩個相鄰的切片。
27.一種用于生成用在虛擬結腸鏡檢查中的結腸腔虛擬圖的方法，包括獲得包含結腸的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)；用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的結腸腔；以及顯示該虛擬的結腸腔，其中在該用戶的視點置于該虛擬結腸腔的外面的情況下顯示該虛擬的結腸腔，并且其中當該結腸腔在該用戶前面移動時該結腸腔被觀看。
28.如權利要求27所述的方法，其中，該虛擬的結腸腔透明地顯示。
29.如權利要求27所述的方法，其中，當該顯示的虛擬結腸腔在用戶前面移動時，旋轉該顯示的虛擬結腸腔。
30.如權利要求27所述的方法，其中，該結腸腔用用戶定義的顯示參數(shù)來顯示，該顯示參數(shù)包括顏色插值表、剪輯框、透明度、陰影、縮放比或三平面視圖中的至少一個。
31.如權利要求30所述的方法，其中，該結腸腔以縱向切割的兩個半體的形式顯示，后面的半體不透明地顯示，前面的半體透明地或半透明地顯示。
32.如權利要求30所述的方法，其中，該虛擬結腸腔用兩個不同的顏色查找表來顯示，該兩個不同的顏色查找表是用于該結腸內(nèi)腔前景區(qū)的第一查找表和用于該結腸內(nèi)腔背景區(qū)的第二查找表。
33.如權利要求32所述的方法，其中，該前景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的結腸腔的部分，該背景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一所述部分。
34.如權利要求32所述的方法，其中，該背景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的結腸腔的部分，該前景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一所述部分。
35.如權利要求27所述的方法，其中，該虛擬結腸腔立體地顯示。
36.如權利要求35所述的方法，其中，該虛擬結腸腔用一個和多個紅藍立體圖、紅綠立體圖顯示，并且交錯地顯示。
37.如權利要求27所述的方法，其中，該顯示的虛擬結腸腔沿著其與用戶的觀察方向成90度至0度之間角度的中心線移動。
38.如權利要求27所述的方法，其中，該用戶可以將該結腸腔的顯示從置于該管狀結構外面的用戶的視點轉換到內(nèi)窺鏡的虛擬漫游視圖。
39.如權利要求27所述的方法，其中，該結腸腔的內(nèi)窺鏡虛擬漫游視圖與其中用戶的視點置于該虛擬結腸腔外面的該內(nèi)腔視圖同時顯示。
40.如權利要求27所述的方法，其中，所述的顯示還包括虛擬漫游視圖、用戶的視點置于該虛擬結腸腔外面的該內(nèi)腔視圖、整個結腸腔的視圖、軸向視圖，矢狀視圖、或冠狀視圖中的至少一個。
41.如權利要求40所述的方法，其中，所述的虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個結腸內(nèi)腔的視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶安排在顯示屏上。
42.如權利要求40所述的方法，其中，所述的虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個結腸內(nèi)腔的視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶調(diào)節(jié)尺寸。
43.如權利要求27所述的方法，其中，該用戶能夠線性地測量在該顯示的虛擬結腸腔中的所關注對象。
44.如權利要求27所述的方法，其中，還包括用該掃描數(shù)據(jù)生成體素密度的直方圖。
45.如權利要求44所述的方法，還包括根據(jù)生成的直方圖調(diào)節(jié)顏色查找表，使得突出該顯示器中的所關注部位。
46.在管狀結構中選擇所關注點的方法，包括獲得包含管狀結構的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)；用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的管狀結構；顯示該虛擬的管狀結構；第一次通過該管狀結構時，指定至少一個所關注區(qū)域；設置用于該至少一個指定的所關注區(qū)的顯示參數(shù)；以及第二次通過該管狀結構時，根據(jù)所述設置的顯示參數(shù)觀察所述至少一個所關注區(qū)。
47.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括設置對該至少一個所關注區(qū)的縮放比。
48.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括選擇要顯示的所述所關注區(qū)的位置。
49.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括選擇要顯示的所述所關注區(qū)的邊界。
50.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括設置用于該所關注區(qū)的觀察參數(shù)，該觀察參數(shù)包括視點、觀察方向或視域。
51.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括使用戶能夠調(diào)節(jié)用于該所關注區(qū)的繪制參數(shù)，該繪制參數(shù)包括用于顯示該至少一個所關注區(qū)的顏色查找表、陰影模式、或光線位置。
52.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括設置診斷信息，該診斷信息包括標識符、分類、線性測量、到直腸的距離、或評注。
53.如權利要求46所述的方法，其中，所述設置顯示參數(shù)包括用戶要求的單視場或立體快照。
54.如權利要求46所述的方法，還包括接收來自用戶的選擇，以觀察該指定的所關注區(qū)的列表。
55.一種用于縮放管狀結構中的所關注區(qū)域的方法，包括獲得包含管狀結構的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)；用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的管狀結構；通過利用半徑估算生成所生成的管狀結構中的中心線；顯示該虛擬的管狀結構，其中將該管狀結構的中心居中在該顯示窗口，并且調(diào)節(jié)所述縮放使得該管狀結構具有合適的尺寸，以便它適合于在該顯示窗口內(nèi)。
56.一種生成管狀解剖結構虛擬圖的系統(tǒng)，包括用于獲得包含管狀結構的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)的裝置；用于利用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集的裝置；用于利用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的管狀結構的裝置；以及用于顯示該虛擬的管狀結構的裝置，其中在該用戶的視點置于該管狀結構的外面的情況下顯示該虛擬的管狀結構，并且其中當其在該用戶前面移動時觀看該管狀結構。
57.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中該管狀結構透明地顯示。
58.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中當該顯示的管狀結構在用戶前面移動時，旋轉該顯示的管狀結構。
59.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中該管狀結構用用戶定義的顯示參數(shù)來顯示，該顯示參數(shù)包括顏色查找表、剪輯框、透明度、陰影、縮放比或三平面圖中的至少一個。
60.如權利要求59所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構顯示成兩個縱向切割的半體，后面的半體不透明地顯示，而前面的半體透明地或半透明地顯示。
61.如權利要求59所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構用兩個不同的顏色查找表來顯示，該兩個不同的顏色查找表是用于該管狀結構的前景區(qū)的第一查找表和用于該管狀結構的背景區(qū)的第二查找表。
62.如權利要求61所述的系統(tǒng)，其中，該前景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的該管狀結構的一部分，該背景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一所述部分。
63.如權利要求61所述的系統(tǒng)，其中，該背景區(qū)用于繪制來自俯臥掃描的該管狀結構的一部分，該前景區(qū)用于繪制來自仰臥掃描的同一所述部分。
64.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構立體地顯示。
65.如權利要求64所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構用一個或多個紅藍立體圖、紅綠立體圖顯示，并且交錯地顯示。
66.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構沿著其與用戶的觀察方向成90度至0度之間角度的中心線移動。
67.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該用戶能夠將該管狀結構的顯示從置于該管狀結構外面的視點切換到內(nèi)窺鏡的虛擬漫游視圖。
68.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該管狀結構的內(nèi)窺鏡的虛擬漫游視圖與其中用戶的視點置于該管狀結構的外面的內(nèi)腔視圖同時地顯示。
69.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示還包括虛擬漫游視圖、整個管狀結構的視圖、軸向視圖，矢狀視圖或冠狀視圖中的至少一個。
70.如權利要求69所述的系統(tǒng)，其中，所述虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個管狀結構視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶安排在顯示屏上。
71.如權利要求69所述的系統(tǒng)，其中，所述虛擬漫游視圖、內(nèi)腔視圖、整個管狀結構視圖、軸向視圖、或冠狀視圖中至少一個的每個的顯示可以由用戶調(diào)節(jié)尺寸。
72.如權利要求56所述的系統(tǒng)，其中，該用戶能夠線性地測量所顯示的管狀結構中的所關注對象。
73.如權利要求56所述的系統(tǒng)，還包括用該掃描數(shù)據(jù)生成的體素密度的直方圖。
74.如權利要求73所述的系統(tǒng)，還包括根據(jù)該生成的直方圖調(diào)節(jié)顏色查找表，使得在顯示屏上突出所關注部位。
75.一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機可使用的介質，具有設置在其中的計算機可讀程序代碼裝置，在所述計算機程序產(chǎn)品中的該計算機可讀程序代碼裝置包括用于使計算機執(zhí)行下述功能的裝置獲得包含管狀結構的所關注身體部位的掃描數(shù)據(jù)；用該掃描數(shù)據(jù)構造至少一個體數(shù)據(jù)集；用該至少一個體數(shù)據(jù)集生成虛擬的管狀結構；以及顯示該虛擬的管狀結構，其中在該用戶的視點置于該管狀結構的外面的情況下顯示該管狀結構，并且其中當該管狀結構在該用戶前面移動時觀看該管狀結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于顯示內(nèi)腔器官的各種方法和系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例中，從掃描過程中獲得包含內(nèi)腔器官的身體部分的大量兩維圖像。這種數(shù)據(jù)轉換成體(volume)，并且根據(jù)所定義的參數(shù)以各種可視化方式繪制給用戶。在根據(jù)本發(fā)明的示范性的實施例中，用戶的視點設置在該內(nèi)腔器官外面，并且用戶能夠沿著其任何縱向拓撲特征(例如中心線，但是也可以是沿著外壁的線)移動該器官。為了從該器官的外面整個地暴露這種器官，管狀結構可以透明地/半透明地顯示，并且立體地顯示。
文檔編號A61B19/00GK1875381SQ200480032704
公開日2006年12月6日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權日2003年11月3日
發(fā)明者路易斯·塞拉, 弗雷迪·英輝·吳 申請人:布拉科成像S.P.A.公司