專利名稱：可視化三維具顏色編碼方向信息的向量參數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可視化三維的、在數(shù)據(jù)處理裝置上存在和/或接收的具有顏色編碼方向信息的向量參數(shù)的方法，使得該向量參數(shù)根據(jù)其方向以不同的顏色并以三維或兩維投影的表示顯示在圖像輸出裝置上，其中在圖像輸出裝置上顯示至少一個(gè)給定該表示方向的參考元素和至少一個(gè)解釋所采用的顏色編碼的說明。
背景技術(shù)：
例如在醫(yī)療、地質(zhì)學(xué)或材料檢驗(yàn)中可視化三維數(shù)據(jù)時(shí)，一方面需要將所顯示信息的空間方向文檔化。為此采用根據(jù)圖像平面的位置或著色的立體顯示可以推斷出方向的參考元素。此外通常還需要解釋該顯示的圖例，該圖例解釋作為向量場顯示的三維向量參數(shù)所采用的顏色編碼。除了實(shí)際的圖像和參考元素之外，該3D圖例作為解釋所采用的顏色編碼的說明也顯示在圖像輸出裝置上。
但一方面通過參考元素對方向的顯示和另一方面對3D圖例作為所采用的顏色編碼的說明的顯示帶來了問題，即在圖像輸出裝置上會出現(xiàn)快速的遮蓋，從而用圖像顯示工作的使用者可能會丟失重要的信息。此外該顯示不是很快就一目了然。同時(shí)方向說明和3D圖例的實(shí)施要求使用大量的用于可視化的程序源代碼。由此可能很快出現(xiàn)錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種改善的可視化方法。
為了解決該技術(shù)問題，在開始所述類型的方法中，根據(jù)本發(fā)明將至少一個(gè)說明顯示方向的參考元素作為三維元素彩色地形成，使得通過參考元素的該彩色外形能說明性地顯示出所采用的顏色編碼。
由此這樣解決了該問題，傳統(tǒng)的獨(dú)立存在的元素、即用于說明方向的參考元素和用于解釋顏色編碼的3D圖例組合在一個(gè)元素中。構(gòu)成為圖形元素或文本標(biāo)記的參考元素這樣彩色地構(gòu)成，使得參考元素同時(shí)顯示所采用的顏色編碼的文件。由此結(jié)果給出了緊湊的同時(shí)也是直觀的顯示。在圖像輸出裝置、如屏幕或打印件上用所顯示的向量參數(shù)工作的使用者可以基本上毫無限制地使用他已學(xué)到的知識來給定方向和顏色編碼，其中只對剛開始只用于顯示方向的參考元素的解釋進(jìn)行擴(kuò)展。通過將顏色編碼集成到給定方向的參考元素中可以進(jìn)行更為簡單的實(shí)施，從而減少了可能由于作為參數(shù)的圖像顯示之基礎(chǔ)的程序的數(shù)量而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
向量參數(shù)可以是來自測量或仿真的參數(shù)，這些參數(shù)是在地質(zhì)學(xué)或材料檢驗(yàn)中獲取的，例如描述機(jī)械壓力中力傳播的向量，或者表現(xiàn)巖石層針對液體的滲透性的向量。另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是在醫(yī)療領(lǐng)域，例如顯示擴(kuò)散過程。同樣血流和肌肉組織的運(yùn)動(dòng)方向可以顏色編碼地顯示。在這種情況下，解剖方向以及顏色編碼顯示在用于圖像顯示這些參數(shù)的圖像輸出裝置上，為此根據(jù)本發(fā)明只需要一個(gè)元素。
由此根據(jù)本發(fā)明，作為向量參數(shù)顯示擴(kuò)散過程的優(yōu)選方向，尤其是在利用磁共振設(shè)備的擴(kuò)散張量成像(DTI)中。在此分子是擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)著運(yùn)動(dòng)的，其中在不同方向提供的自由行程通常是不同的，由此出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)的各向異性。其中存在定向擴(kuò)散的組織被彩色地顯示，使得該擴(kuò)散的解剖優(yōu)選方向可以從顏色中看出。在根據(jù)本發(fā)明的對這種擴(kuò)散參數(shù)的可視化中，所采用的顏色編碼通過參考元素的彩色外形來給定，該參考元素同時(shí)還表現(xiàn)照片的解剖方向。同樣，擴(kuò)散參數(shù)的可視化可以在技術(shù)領(lǐng)域中進(jìn)行。
作為參考元素可以采用立方體和/或球體和/或直角平行六面體和/或橢圓體。在此作為同是用于顯示復(fù)雜顏色編碼的參考元素采用具有完全平面的元素，如球或橢圓，其上可以特別好地給出顏色過渡。另一方面具有平坦平面的參考元素的優(yōu)點(diǎn)在于，在此每個(gè)平坦平面都對應(yīng)于一個(gè)特定的方向說明，例如在解剖結(jié)構(gòu)上對應(yīng)于右左或前后的說明。
在采用具有不同棱長的直角平行六面體或橢圓體時(shí)可以一方面表現(xiàn)在諸如屏幕或紙張打印件的圖像輸出裝置上的向量參數(shù)顯示的分辨率或者說特定失真，另一方面可以在必要時(shí)在特定方向上進(jìn)行顏色編碼的更為準(zhǔn)確的顯示。
根據(jù)本發(fā)明還具備的是，參考元素的棱和/或平面和/或尤其是通過引入寬度和長度或三角而出現(xiàn)的參考元素的分解平面具有彩色外形。這樣例如可以根據(jù)對應(yīng)于水平或垂直方向的顏色對立方體的棱著色。同樣，還可以根據(jù)顏色編碼使立方體的平面或者構(gòu)成一個(gè)球體的分解平面具有彩色外形。
此外，參考元素包括說明顯示方向的文本組件，該文本組件彩色地構(gòu)成為解釋顏色編碼。因此例如在解剖結(jié)構(gòu)顯示中可以根據(jù)對應(yīng)于方向的顏色來彩色地構(gòu)造表示“前面”的標(biāo)記“A”。這樣可以彩色地構(gòu)造用于給定方向如“垂直”或“水平”的文本組件，從而文本組件還用于傳達(dá)關(guān)于所采用的顏色編碼的信息。
優(yōu)選地，在顯示中為了對主方向采用的基本顏色進(jìn)行編碼而相應(yīng)地將該方向顯示在相應(yīng)的參考元素上。例如在醫(yī)療中，主方向——前-后通常通過綠顏色來編碼，左-右可以通過紅色來顯示，頭-腳通過藍(lán)色來顯示。這些顏色或者說必要時(shí)其它用于對主方向采用的基本顏色進(jìn)行編碼而相應(yīng)地將該方向顯示在相應(yīng)的參考元素上，從而例如以綠色對立方體的平面進(jìn)行著色，該平面用于說明在以代表“前”的“A”進(jìn)行解剖成像時(shí)的方向。類似地，對直角平行六面體的水平棱對應(yīng)于從左向右的方向著上紅色。相反，對球體元素的北極著上藍(lán)色，由此與頭-腳方向平行或反平行的表達(dá)出該取向。
主方向可以形成一個(gè)正交的三面形。這符合醫(yī)療應(yīng)用和自然科學(xué)或工程應(yīng)用中的慣例，其中主要采用正交的xyz坐標(biāo)系統(tǒng)作為主方向。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，對副方向編碼的混合顏色對應(yīng)于相應(yīng)的方向顯示在參考元素上。如果對主方向分別給出紅、綠或藍(lán)的基本顏色，則如果對副方向使用通過基本顏色的組合給出的混合顏色就可以改善對顏色編碼的直觀理解。這樣例如對于一個(gè)相對于頭-腳方向有所傾斜的向量采用更亮的藍(lán)色，該顏色對于對應(yīng)于前-后方向的向量會緩慢的過渡到綠色。
根據(jù)本發(fā)明，在旋轉(zhuǎn)參考元素時(shí)利用圖像處理工具相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)該參數(shù)在圖像輸出裝置上的顯示，反過來也是。因此使用者可以采用他通過鍵盤或鼠標(biāo)控制的圖像處理工具。這樣，例如可以通過給定旋轉(zhuǎn)角和旋轉(zhuǎn)方向或直接借助箭頭顯示或者說借助所顯示的操作手按照期望的那樣旋轉(zhuǎn)參考元素。在這種情況下匹配圖像顯示，使得該方向與參考元素上表現(xiàn)的方向一致。反過來，例如通過匹配作為基礎(chǔ)的參數(shù)可以在圖像輸出裝置上旋轉(zhuǎn)該顯示。在這種情況下也自動(dòng)對參考元素進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，從而該參考元素分別用所屬的顏色編碼表現(xiàn)正確的方向。
這樣根據(jù)本發(fā)明采用唯一的一個(gè)元素就可以將圖像顯示的方向與作為向量參數(shù)顯示的基礎(chǔ)的顏色編碼一起表現(xiàn)出來。
此外本發(fā)明還涉及一種采用顏色編碼的方向信息可視化三維向量參數(shù)的裝置，包括用于處理存在和/或接收的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置和適用于彩色顯示的圖像輸出裝置，該裝置用于執(zhí)行上述方法。在數(shù)據(jù)處理裝置上存儲了向量參數(shù)，或者通過數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)或數(shù)據(jù)連接線將該向量參數(shù)例如從測量裝置傳送到所述數(shù)據(jù)處理裝置。所述裝置的圖像輸出裝置可以是顯示器或平板顯示屏等等，適用于顏色編碼地顯示向量參數(shù)。同樣，該圖像輸出裝置也彩色地構(gòu)造并因此除了方向之外還顯示給定顏色編碼的參考元素。這通常利用數(shù)據(jù)處理裝置中存儲的用于處理諸如測量數(shù)據(jù)或仿真數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)和用于圖像顯示的程序來實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，該裝置包括輸入裝置、尤其是鍵盤和/或鼠標(biāo)來操作圖像處理工具。利用圖像處理工具例如可以抓取和旋轉(zhuǎn)參考元素，其中該控制可以通過鼠標(biāo)等等進(jìn)行。此外該輸入裝置還可用于通過文本輸入來控制圖像處理，其中例如更改確定顯示方向的參數(shù)。同樣，利用該輸入裝置可以為一次新的顯示選擇圖像區(qū)域或截面。
最后，本發(fā)明涉及一種磁共振設(shè)備，其包括如上所述的用于可視化三維向量磁共振參數(shù)的裝置。在此可能的參數(shù)是擴(kuò)散優(yōu)選方向的向量，該向量在擴(kuò)散張量成像時(shí)通過質(zhì)子的不同運(yùn)動(dòng)性或者說通過由此形成的限定優(yōu)選方向的各向異性來給出。同樣，例如可以通過向量參數(shù)表現(xiàn)出心肌的運(yùn)動(dòng)方向。通過采用本發(fā)明的裝置，為利用磁共振設(shè)備執(zhí)行檢查的使用者提供了更為緊湊的顯示，該顯示一方面避免了重疊，另一方面又非常直觀。


下面利用實(shí)施例和附圖給出本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)。其中圖1示出本發(fā)明的用于可視化向量參數(shù)的方法中的屏幕顯示；圖2示出具有球形參考元素的另一個(gè)屏幕顯示；圖2A示出圖2的一段顯示；圖3示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的參考元素；圖4示出本發(fā)明的具有執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置的磁共振設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明用于可視化三維向量參數(shù)的方法中的屏幕顯示1，向量參數(shù)存在于數(shù)據(jù)處理裝置上或者由該數(shù)據(jù)處理裝置通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線或借助存儲介質(zhì)接收。替代地或補(bǔ)充地，還可以觀察在此未示出的圖像印象。在醫(yī)療領(lǐng)域的數(shù)據(jù)獲取時(shí)確定的向量參數(shù)以三維顯示2再現(xiàn)于屏幕顯示1中。三維顯示2除了向量參數(shù)的顯示3之外還包括對應(yīng)的檢查區(qū)域、在此是被檢查患者的頭部的作為參考目的的顯示4，其中向量參數(shù)根據(jù)相應(yīng)向量的方向而被顏色編碼。為此將患者的頭部與對應(yīng)的主要組織以及脂肪組織、腦髓以及骨架一起顯示。此外為了定向顯示出在水平方向上穿過三維顯示2的頭部區(qū)域的平面5。
除了三維顯示2之外，屏幕顯示1還包括立方體形式的參考元素6。立方體的側(cè)面在此用文本元素“L”表示“左”，“P”表示“后”，“H”表示“頭”，這些文本元素給出了解剖顯示2的方向。如在此通過不同的陰影線所表示的，立方體的側(cè)面7形成為不同的顏色，由此說明性地給定了用于向量參數(shù)顯示3的顏色編碼。方向?qū)?yīng)于后方向的向量參數(shù)具有與相應(yīng)地用“P”表示的參考元素6的側(cè)面7相同的顏色，在此通過陰影線識別。具有與左方向一致的向量在向量參數(shù)的顯示3中以相同的顏色表現(xiàn)出來，如在以“L”表示的立方體6的所述側(cè)面7上給出的。方向不與三個(gè)相互正交的主方向的任何一個(gè)一致的參數(shù)在顯示3中通過不同的陰影線表示的混合顏色表現(xiàn)出來。
這樣，利用本發(fā)明的可視化方法可以快速可采集地利用唯一的一個(gè)以相應(yīng)的顏色構(gòu)成的參考元素顯示出方向和對向量參數(shù)的方向信息進(jìn)行編碼的顏色編碼。
圖2示出具有球形參考元素9的另一個(gè)屏幕顯示8。在該屏幕顯示8中以二維的橢圓10示出向量參數(shù)，如在圖2A的截圖中可以識別出的，其中該橢圓10的長短半軸之比為該參數(shù)的各向異性提供了一個(gè)度量。該向量參數(shù)的方向信息通過橢圓10的彩色外形表現(xiàn)出來，該彩色外形在此通過不同的陰影線表示。為了概略顯示，在顯示8中沒有示出橢圓結(jié)構(gòu)，而只是根據(jù)陰影線表現(xiàn)出彩色區(qū)域。該顏色編碼又通過參考元素9的彩色外形來說明，該參考元素首先說明了通過橢圓10形成的顯示8的方向。為此參考元素9是包括文本元素11的球形，在此“F”表示“腳”，“A”表示“前”，因?yàn)樵诖擞峙臄z了對應(yīng)于一個(gè)解剖方向的醫(yī)療數(shù)據(jù)。文本元素采用針對各個(gè)對應(yīng)的主方向的顏色編碼的顏色構(gòu)成，副方向通過混合顏色編碼。橢圓10給出的顏色(在此以陰影顯示)與參考元素9上面給出的顏色一致，并且橢圓10具有相應(yīng)通過參考元素9的方向表示出的方向。
如果在圖1或圖2中分別通過采用對應(yīng)的圖像處理工具或通過輸入確定顯示的說明來旋轉(zhuǎn)參考元素，則向量參數(shù)的顯示也相應(yīng)地發(fā)生旋轉(zhuǎn)，必要時(shí)所顯示的檢查區(qū)域也相應(yīng)地發(fā)生旋轉(zhuǎn)。反過來，在旋轉(zhuǎn)圖像顯示時(shí)一起旋轉(zhuǎn)參考元素，從而該參考元素提供的對方向的說明始終與參考向量的顯示一致。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的立方體形式的參考元素12。方向在此通過參照x、y和z方向的文本元件13顯示。這些主方向形成一個(gè)正交的三面形。參考元素12還包含針對在此未示出的向量參數(shù)的顏色編碼的說明性給定，其中參考元素12的棱14a分別按照其空間方向而被著上不同的顏色，在此通過相應(yīng)的虛線或點(diǎn)劃線表示。這樣，可以從參考元素12立即得出具有垂直優(yōu)選方向的向量參數(shù)必須在所述顯示中具有哪些顏色。平面14b在所顯示的參考元素12中沒有著色，而是給出了統(tǒng)一的，不與顏色編碼混淆的顏色，例如灰色。
最后在圖4中示出本發(fā)明的包括執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置16的磁共振設(shè)備15。磁共振設(shè)備15包括磁共振斷層造影儀17，其具有外殼18和開口19，該開口適用于拍攝患者處于其上的患者臥榻20。
利用磁共振斷層造影儀17在擴(kuò)散張量成像的范圍內(nèi)產(chǎn)生圖像，其中用擴(kuò)散方向測量向量參數(shù)。向量參數(shù)通過數(shù)據(jù)連接線22傳送到包括數(shù)據(jù)處理裝置23的裝置16，該數(shù)據(jù)處理裝置23具有存儲和計(jì)算單元、屏幕24和由鍵盤25a以及鼠標(biāo)25b組成的輸入裝置25。由磁共振斷層造影儀17通過數(shù)據(jù)連接線22接收的向量參數(shù)由數(shù)據(jù)處理裝置23進(jìn)行處理，使得該向量參數(shù)在屏幕24上以顏色編碼的形式顯示在還包括參考元素的顯示26中。在此出于清楚起見而未示出的參考元素既表現(xiàn)出被拍攝的檢查區(qū)域的三維和兩維投影顯示的方向，又表現(xiàn)出可用于對向量參數(shù)的方向信息進(jìn)行編碼的顏色編碼。在此，合適的是通過文本組件給定方向，該文本組件同時(shí)還通過具有彩色外形而用于給定顏色編碼。此外參考元素的平面也可以相應(yīng)地具有彩色外形。
由此利用本發(fā)明的采用裝置16的磁共振設(shè)備15可以可視化具有顏色編碼的方向信息的三維向量參數(shù)，使得只需要將一個(gè)參考元素用于解釋該可視化的重要特征(即方向和顏色編碼)。從而以簡單方式利用本發(fā)明的磁共振設(shè)備15提供了理解數(shù)據(jù)可視化所需要的信息。
權(quán)利要求
1.一種用于可視化三維的、在數(shù)據(jù)處理裝置上存在和/或從測量或仿真中接收的具有顏色編碼的方向信息的向量參數(shù)的方法，使得向量參數(shù)根據(jù)其方向以不同的顏色以三維或兩維投影的表示顯示在圖像輸出裝置上，其中在該圖像輸出裝置上顯示至少一個(gè)給定該表示的方向的參考元素和至少一個(gè)解釋所采用的顏色編碼的說明，其特征在于，借助存儲在數(shù)據(jù)處理裝置中的用于處理諸如測量數(shù)據(jù)或仿真數(shù)據(jù)和/或用于圖像處理的數(shù)據(jù)的程序?qū)⑺鲋辽僖粋€(gè)給定表示方向的參考元素彩色地構(gòu)造為三維元素，使得通過該參考元素的彩色外形說明性地顯示出所采用的顏色編碼，從而結(jié)果將所述用于給定方向的參考元素和一個(gè)用于解釋彩色編碼的三維圖例組合成一個(gè)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為向量參數(shù)顯示擴(kuò)散過程的優(yōu)選方向，尤其是在擴(kuò)散張量成像中利用磁共振設(shè)備來顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為參考元素采用立方體和/或球體和/或直角平行六面體和/或橢圓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述參考元素的棱和/或平面和/或尤其是通過引入寬度和長度或三角而出現(xiàn)的參考元素的分解平面具有彩色外形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述參考元素包括給定顯示方向的文本組件，該文本組件為了解釋顏色編碼也具有彩色外形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在顯示中為了對主方向采用的基本顏色編碼而相應(yīng)地將該方向顯示在所述參考元素上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述主方向形成一個(gè)正交的三面形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，對副方向編碼的混合顏色對應(yīng)于相應(yīng)的方向顯示在所述參考元素上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在旋轉(zhuǎn)所述參考元素時(shí)利用圖像處理工具相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)向量參數(shù)在圖像輸出裝置上的顯示，或反之。
10.一種采用顏色編碼的方向信息可視化三維向量參數(shù)的裝置(16)，包括用于處理存在和/或接收的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置(23)和適用于彩色顯示的圖像輸出裝置，該裝置(16)用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述裝置(16)包括輸入裝置(25)、尤其是鍵盤(25a)和/或鼠標(biāo)(25b)用于操作圖像處理工具。
12.一種磁共振設(shè)備(15)，其包括根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的用于可視化三維向量磁共振參數(shù)的裝置(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于可視化三維的、在數(shù)據(jù)處理裝置上存在和/或從測量或仿真中接收的具有顏色編碼的方向信息的向量參數(shù)的方法，使得該向量參數(shù)根據(jù)其方向以不同的顏色并以三維或兩維投影的表示顯示在圖像輸出裝置上，其中在該圖像輸出裝置上顯示至少一個(gè)給定該表示方向的參考元素和至少一個(gè)解釋所采用的顏色編碼的說明，其中將所述至少一個(gè)給定表示方向的參考元素彩色地構(gòu)造為三維元素，使得通過該參考元素的彩色外形說明性地顯示出所采用的顏色編碼。
文檔編號G06T7/00GK1822049SQ20061000863
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者詹斯·古林, 阿克塞爾·施賴伯 申請人:西門子公司