目標對象的修改過的圖像數(shù)據(jù)的產(chǎn)生的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于產(chǎn)生目標對象（O）的修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的方法。為此，首先提供目標對象（O）的至少一個通過當前的、規(guī)定的三維表面輪廓（S，RS）限界的體積（V）的體素表示并且采集當前的輪廓輸入線（IE）。為此然后基于當前的輪廓輸入線（IE）與當前的表面輪廓（S，RS）的交點（i0，i1）確定局部的變形區(qū)域（D），以用于修改當前的表面輪廓（S，RS）。然后基于所述輪廓輸入線（IE）進行所述變形區(qū)域（D）中修改過的三維表面輪廓（RS'）的確定。此外還描述了一種可以用來執(zhí)行該方法的圖像處理裝置（10）。
【專利說明】目標對象的修改過的圖像數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于成像系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生身體、優(yōu)選器官內(nèi)部的目標對象的修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的方法。此外，本發(fā)明涉及一種用于執(zhí)行該方法的圖像處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]基于以現(xiàn)代的成像醫(yī)學技術(shù)系統(tǒng)、例如磁共振斷層成像裝置、計算機斷層成像裝置、超聲波設(shè)備等獲得的測量數(shù)據(jù)不僅可以產(chǎn)生穿過身體內(nèi)部的任意層的二維圖像數(shù)據(jù)，而且也可以產(chǎn)生整個身體的或單獨的單個器官的三維圖像數(shù)據(jù)并且將其按照任意視圖示出。典型的應(yīng)用情況是穿過血管、食道、胃或腸的虛擬漫游。此外，目前也可以產(chǎn)生器官、例如心臟的運動的三維圖像并且以任意方式將其顯示。體積數(shù)據(jù)的產(chǎn)生通過或者從首先重建后的層圖像數(shù)據(jù)中(例如通過插值等)重建或者直接從測量數(shù)據(jù)中重建來進行。如果檢查的目標對象是特定的結(jié)構(gòu)，例如特定的器官，特定的骨骼等，則將涉及的目標對象分割為體積數(shù)據(jù)。
[0003]其中可以輔助性地采用目標對象的這些三維圖像數(shù)據(jù)的、目前越來越重要的應(yīng)用情況是手術(shù)規(guī)劃。這特別符合在切除或部分切除器官的情況。對此的典型例子是肝臟切除術(shù)的規(guī)劃，其首先可以虛擬地借助計算機執(zhí)行，以便然后能夠盡可能精確估計成功概率或風險。在肝臟切除術(shù)中在捐獻者或患者中保留的、剩余的肝臟體積的大小起主要作用。通常需要保留健康的肝臟體積的至少百分之40至60，從而肝臟可以完整地再生。在肝臟切除術(shù)中的主要問題是延伸穿過肝臟組織的不同的血管結(jié)構(gòu)。例如如果必須隨之切除在腫瘤附近的血管，則必須同樣切除通過該血管供血的肝臟組織。這導致非常復(fù)雜的情景。事先虛擬地檢驗不同的切除情景在此可以有助于確保保留足夠的肝臟體積。為此需要可以盡可能精確和容易使用的工具。迄今為止的可用來確定切除體積的方法原則上可以劃分為三個不同類別。第一類別中，策略基于利用一種格柵模型修改體積的輪廓。第二策略基于，在穿過器官的不同的層中分別標記保留的體積然后對三維輪廓進行插值。第三種方法對區(qū)域基于其通過血管的供血情況而進行分類，以便然后從中確定切除體積。但是所有這些迄今為止的方法要么不是特別精確要么應(yīng)用起來太復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于產(chǎn)生目標對象的三維圖像數(shù)據(jù)的特別簡單和可靠的方法以及一種相應(yīng)的圖像處理裝置，其中可以非常簡單地以高的精度修改目標對象的體積的表面輪廓(和由此可以修改體積)。
[0005]按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生目標對象的修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的方法優(yōu)選用于產(chǎn)生對于器官切除術(shù)的規(guī)劃圖像數(shù)據(jù)。在此目標對象或器官優(yōu)選是肝臟，從而以下通常以此為例。但是方法不限于用于規(guī)劃器官切除術(shù)的應(yīng)用并且特別地不限于用于規(guī)劃肝臟切除術(shù)的應(yīng)用。方法按照本發(fā)明具有以下方法步驟:
[0006]在第一步驟中首先提供目標對象的至少一個通過當前的、規(guī)定的三維表面輪廓限界的體積的體素表示。這樣的體素表示可以是所謂的體素堆(Voxel-Haufen)。在此對于該目的，優(yōu)選地二元的體素掩模(Voxel-Maske)就足夠，S卩，無需每個體素有特定的強度值，而是僅需要清楚，體素是否是目標對象的當前體積的部分。體積可以是目標對象完整的體積，但也可以是目標對象的重要的、保留的或要切除的部分體積。例如可以是在第一(虛擬或在前面的介入中實際進行的)切除之后保留的部分體積或反過來是在此切除的部分體積。
[0007]體素表示和由此還有所產(chǎn)生的三維圖像數(shù)據(jù)如上所述大多直接或間接基于成像醫(yī)學技術(shù)系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)，即，圖像數(shù)據(jù)或體素是基于測量數(shù)據(jù)重建的。體素表示的提供相應(yīng)地可以例如通過直接從醫(yī)學技術(shù)系統(tǒng)或還從數(shù)據(jù)庫等的其中事先存儲了數(shù)據(jù)的大容量存儲器中加載重建的體積數(shù)據(jù)、剖視圖像數(shù)據(jù)或測量數(shù)據(jù)來進行。然后可以基于這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生體素表示。替換地，也可以從存儲器或從另一個功能單元接收期望的體積的已經(jīng)產(chǎn)生的體素表示。
[0008]在另一個步驟中然后采集至少一個當前的輪廓輸入線。稱謂“當前的”在本發(fā)明的范圍內(nèi)理解為其總是涉及相應(yīng)的修改步驟。
[0009]S卩，當從一開始例如在多個步驟中虛擬地進行器官的切除時，一種起始器官掩模包括分割的器官的、在開始時存在的完全的體積，其中該體積具有通過涉及的器官的外部尺寸給出的三維的當前表面輪廓。為此例如可以在初始化步驟中首先提供目標對象的、通過起始表面輪廓限界的起始體積，其在使用醫(yī)學技術(shù)成像系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)或從中構(gòu)造的圖像數(shù)據(jù)的條件下基于模型地(即通過基于模型的分割)被建立。
[0010]第一輪廓輸入線在該第一步驟中是“當前的”輪廓輸入線。如果然后基于該第一修改步驟已經(jīng)虛擬地切除了體積的部分(即已經(jīng)基于第一輪廓輸入線進行了表面輪廓的第一修改)，則修改過的表面輪廓或修改過的體積在下一個步驟中是當前的表面輪廓或當前的體積并且在該下一個步驟中輸入的輪廓輸入線于是是新的“當前的”輪廓輸入線。
[0011]在輸入輪廓輸入線之后基于當前輪廓輸入線與體積的當前表面輪廓的交點進行局部的變形區(qū)域的確定以修改體積的當前表面輪廓。這是與迄今為止的方法的一個主要區(qū)另IJ，因為在此當前表面輪廓的和由此當前體積的變形或者說修改僅僅是局部地，即，如果該當前輪廓輸入線通過當前體積延伸，則在當前輪廓輸入線的特定規(guī)定的、基本上局部限界的周圍區(qū)域中進行變形或修改。
[0012]最后基于輪廓輸入線進行變形區(qū)域中修改過的三維表面輪廓的確定。修改過的三維表面輪廓然后例如根據(jù)在器官切除時的不同觀察方式而反映保留的部分或者反映待切除的部分。利用表面輪廓相應(yīng)地也修改通過當前表面輪廓限界的當前體積。
[0013]修改過的三維圖像數(shù)據(jù)然后可以按照任意方式輸出，例如首先在存儲器中存儲和/或在圖像輸出裝置，諸如屏幕、打印機等上輸出。就此而言，該方法也用于控制圖像輸出裝置，這通過將在變形區(qū)域中具有修改過的三維表面輪廓的修改過的體積的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用于圖像輸出裝置的相應(yīng)驅(qū)動器并且由此控制該圖像輸出裝置來實現(xiàn)。
[0014]局部限界的變形的特別的優(yōu)點在于，修改僅具有有限的作用。這特別地意味著，在一定的范圍中的表面的修改絕不會“無意地”改變遠處部位的表面。特別地在逐步處理切除建議的情況下該特征是重要的，因為否則的話會無意識地改變已經(jīng)仔細檢查過的和良好診斷的區(qū)域。
[0015]另一個優(yōu)點在于，在本發(fā)明的范圍內(nèi)對于操作者利用直觀方法可以修改存在的(優(yōu)選簡單的、二元的)體素掩模。特別地不需要，操作者在通過體積的多個平行的剖面中輸入切割線，這隨著體積的幾何特征的復(fù)雜性增加而幾乎不可能是一目了然的。
[0016]用于產(chǎn)生目標對象的這些修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的按照本發(fā)明的圖像處理裝置具有以下部件:
[0017]-圖像數(shù)據(jù)接口，用于接收目標對象通過當前的、規(guī)定的三維表面輪廓限界的體積，
[0018]-輪廓線采集接口，用于采集至少一個當前輪廓輸入線，
[0019]-變形區(qū)域確定單元，用于基于當前輪廓輸入線與體積的當前表面輪廓的交點確定用于修改當前表面輪廓的局部變形區(qū)域，和
[0020]-表面輪廓確定單元，用于基于輪廓輸入線確定體積的修改過的三維表面輪廓。
[0021]此外，圖像處理裝置優(yōu)選具有用于將圖像例如輸出到存儲器或圖像輸出裝置的圖像輸出裝置，所述圖像輸出裝置可以由圖像處理裝置控制為輸出所產(chǎn)生的三維圖像數(shù)據(jù)。圖像輸出裝置優(yōu)選是一個或多個顯示器、打印機等。
[0022]按照本發(fā)明的圖像處理裝置可以作為獨立的裝置存在并且例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)等與其中存儲了圖像數(shù)據(jù)或體素掩模的合適存儲器連接，或者也可以直接與成像系統(tǒng)連接，在成像系統(tǒng)上產(chǎn)生用于圖像數(shù)據(jù)的測量數(shù)據(jù)。同樣地，圖像處理裝置也可以例如集成在成像系統(tǒng)的圖像重建裝置或甚至控制裝置中。
[0023]按照本發(fā)明的圖像處理裝置特別地也可以按照軟件的形式在具有相應(yīng)的存儲可能性的合適的圖像處理計算機上實現(xiàn)。這特別地符合變形區(qū)域確定單元和表面輪廓確定單元，其例如可以按照軟件模塊顯示實現(xiàn)。同樣這些單元也可以構(gòu)造為硬件部件，例如按照合適構(gòu)造的ASIC形式。接口同樣可以構(gòu)造為純硬件、軟件或通過軟件支持的硬件接口。盡可能按照軟件的實現(xiàn)具有優(yōu)點，即，可以以簡單的方式通過軟件更新改型迄今為止已經(jīng)使用的圖像處理裝置、例如常規(guī)的Viewer (觀察站)，以便按照本發(fā)明的方式工作。本發(fā)明由此也包括一種計算機程序產(chǎn)品，其可以直接加載到圖像處理計算機的存儲器中，具有程序代碼段，用于當程序在圖像處理計算機上運行時執(zhí)行按照本發(fā)明的所有步驟。
[0024]實施例以及下面的描述包含了本發(fā)明的特別有利的改進方案和擴展方案，其中特別地，一類技術(shù)方案也可以類似于另一類技術(shù)方案的實施例來擴展。同樣地實施例的單個技術(shù)特征或技術(shù)特征組也可以組合為新的實施例。
[0025]當前輪廓輸入線的采集原則上可以按照任意方式進行。例如當前輪廓輸入線可以自動地通過另外的裝置、例如上層布置的用于手術(shù)規(guī)劃的輔助程序等來規(guī)定。但是優(yōu)選地，可以根據(jù)操作者命令來采集當前輪廓輸入線。為此特別優(yōu)選地在圖形用戶界面上顯示體素表示的、位于優(yōu)選可自由選擇的輸入剖面中的剖視圖。輸入剖面在此是當前在監(jiān)視器上顯示的表面，在所述表面中然后可以標出新的輸入輪廓線。剖視圖可以僅僅是感興趣區(qū)域的如下部分剖面，在所述部分剖面中應(yīng)當改變輪廓或進行通過目標對象的切割，或者是所涉及的輸入剖面中體素表示的完整的剖視圖。于是借助圖形用戶界面采集當前的輪廓輸入線，方法是，例如隨之規(guī)定，操作者在剖視圖中例如借助圖形用戶界面的指針沿著哪條線標出線條。相應(yīng)地，圖像處理裝置的輪廓線采集接口優(yōu)選具有圖形用戶界面。
[0026]然后優(yōu)選對當前的輪廓輸入線進行預(yù)檢查或似然性檢查，例如，線條本身是否相交或其是否主要位于目標對象的體積中。因為當前的輪廓輸入線也可以用于校正例如之前進行的虛擬切除切割和例如又添加到體積中，所以在此完全可能的是，當前的輪廓輸入線位于目標對象當前保留的體積外部。但是在這種情況下其有意義地應(yīng)當位于目標對象的初始的總體積中。原則上可以在每個步驟中采集多于一個當前的輪廓輸入線，其然后在以下可以相似地先后在修改表面輪廓的情況下被考慮。但是此外為簡單起見假定，在本發(fā)明不限于此的情況下，每個步驟僅采集一個輪廓輸入線。
[0027]然后確定當前輪廓輸入線與當前體積的當前表面輪廓的交點。如果存在多于兩個這樣的交點，則優(yōu)選將當前輪廓輸入線劃分為輪廓輸入線片段。當前輪廓輸入線與體積的當前表面輪廓的交點由此分別形成在隨后修改時的待考察的輪廓輸入線的端點或在劃分輪廓輸入線情況下相應(yīng)的輪廓輸入線片段的端點。在該情況中然后優(yōu)選對于每個輪廓輸入線片段根據(jù)當前輪廓輸入線與體積的當前表面輪廓的交點確定局部的變形區(qū)域。如果僅存在兩個這樣的交點，則清楚的是，僅確定一個圍繞相應(yīng)的輪廓輸入線的局部變形區(qū)域。
[0028]此外優(yōu)選總是對于當前輪廓輸入線(或在存在多個輪廓輸入線片段的情況下分別對于各個輪廓輸入線片段)確定當前的變形中央點，其至少大約位于變形區(qū)域的中間。特別優(yōu)選對于變形區(qū)域確定在當前輪廓輸入線或當前輪廓輸入線片段與體積的當前表面輪廓的兩個交點之間的中點，作為當前變形中央點。對于每個輪廓輸入線，或在輪廓輸入線的劃分情況下對于每個輪廓輸入線片段，相關(guān)的變形中央點必定總是位于當前輸入剖面中。
[0029]在此可以簡單地將沿著在兩個屬于輪廓輸入線或輪廓輸入線片段的交點之間的最短距離的中點用作變形中央點。替換地，也可以這樣選擇變形中央點，使得其例如位于輸入剖面中如下路徑的中間，該路徑沿著體積在兩個交點之間的當前表面輪廓。也就是在該情況中當前變形中央點一方面位于輸入剖面中，另一方面也位于當前待修改的表面輪廓上。
[0030]為了精確確定變形區(qū)域，在特別優(yōu)選的方法變形中為了確定用于當前輪廓輸入線的(或者在相應(yīng)劃分的情況下分別用于當前輪廓輸入線片段的)變形區(qū)域的邊緣而使用搜索算法，優(yōu)選A*算法。利用這樣的合適的搜索算法可以在使用所限定的成本函數(shù)的條件下確定路徑，該路徑優(yōu)選近似沿著球面從當前輪廓輸入線或當前輪廓輸入線片段與當前表面輪廓的第一交點延伸至當前輪廓輸入線或當前輪廓輸入線片段與當前表面輪廓的第二交點以及反向延伸。該近似的球面或最后還有通過邊緣限定的圓形區(qū)域的中點然后優(yōu)選是變形中央點。路徑在此在當前的、即體積的待修改的表面輪廓上延伸。
[0031]通過這樣的工作方式，利用搜索算法找到封閉的邊緣輪廓，該邊緣輪廓在體積的待修改的表面輪廓上通過兩個交點延伸。由此給出明確的變形邊界，該變形邊界根據(jù)輪廓輸入線與待修改表面輪廓的交點的距離來將通過當前輪廓輸入線引起的修改限制為局部的，特別是還在垂直于當前輸入剖面延伸的方向上限制為局部的。
[0032]特別優(yōu)選地，為了確定在變形區(qū)域中的體積的修改過的三維表面輪廓而對對該變形區(qū)域內(nèi)部的表面輪廓的表面點進行插值，并且具體來說基于當前輪廓輸入線或當前輪廓輸入線片段和優(yōu)選也基于沿著表面輪廓的變形區(qū)域的邊緣的表面點來進行插值。在此可以涉及在邊緣上、例如在如上所述的路徑上的點，但替換地或附加地也可以是與該路徑相鄰地位于變形區(qū)域外部或內(nèi)部的點。
[0033]在此原則上可以采用具有合適的邊界條件的任何插值方法，其中特別地將當前輪廓輸入線上或輪廓輸入線片段上的點以及提到的沿著邊緣的點規(guī)定為固定的邊界條件或“支點(StUtzstellen)”。這保證在邊緣上或邊緣外部平滑地過渡到存在的表面中的新插值過的表面。例如可以這樣進行插值，使得找到如下表面函數(shù)，所述表面函數(shù)這樣描述修改過的體積的表面輪廓，使得其正好在表面上是零并且例如在體積內(nèi)部取負值并且在體積外部取正值，或相反。在此已經(jīng)已知的支點可以立即置零，即，在這些位置處表面函數(shù)具有確定的值零。
[0034]特別優(yōu)選的插值方法基于在期望的支點處定位的徑向基函數(shù)。利用這些徑向基函數(shù)可以相對快和簡單地實現(xiàn)非常好的插值結(jié)果。利用徑向基函數(shù)插值表面的原理性方法例如在 Greg Turk 等所著的 “Modelling with implicit surfacesthat interpolate，，，ACMTransactions on Graphics (TOG) , 2002,第 855 至 873 頁，以及在 Greg Turk 等所著的“Implicit surfaces that interpolate，，，SMI International Conference on ShapeModeling and Applications, 2002,第 62 至 71 頁中描述。
[0035]特別優(yōu)選地，在插值時附加地考慮在事先采集的、較舊輪廓輸入線上的位于當前表面輪廓上的點。在此通常涉及如下輪廓輸入線，其位于與當前輸入剖面成一個角度(例如與之垂直)并且在前面的修改過程中被輸入以限定在該另一平面中的切割。為了能夠?qū)^舊輪廓輸入線進行考慮，優(yōu)選在每個步驟中存儲當前輪廓輸入線數(shù)據(jù)，例如通過對體素體積的、屬于這種輪廓輸入線的單個體素進行標記。在后面的方法步驟中在輸入新的當前輪廓輸入線時于是僅還需要對修改過的當前表面輪廓上的確定區(qū)域，即，在當前變形區(qū)域中的所有體素進行仔細搜索，看其是否標記為(較早的)輪廓輸入線并且由此不應(yīng)當改變或最多在明確的沖突檢查之后改變其。
[0036]但是如果輪廓輸入線由操作者在不同的輸入剖面中輸入，則在最不常見的情況下由此要考慮，這些輪廓輸入線直接交叉，即，具有共同的交點。在大多數(shù)情況下，輪廓輸入線或多或少在彼此旁邊延伸經(jīng)過。這意味著，當前輪廓輸入線在特定的區(qū)域中反對基于較較舊輪廓輸入線進行的對表面輪廓的修改。盡管如此，還應(yīng)當相應(yīng)考慮較舊輪廓輸入線。
[0037]為了解決該沖突，特別優(yōu)選地確定當前采集的輪廓輸入線(或者在輪廓輸入線劃分的情況下相應(yīng)地是輪廓輸入線片段)與事先采集的輸入線的距離。
[0038]完全特別優(yōu)選地，為此使用在分別相關(guān)的輸入剖面的交點中兩個輪廓輸入線(或輪廓輸入線片段)之間的歐氏距離。由此可以首先以簡單方式采集偏差，即，沖突的強度。
[0039]特別優(yōu)選地，可以根據(jù)在當前輪廓輸入線(或輪廓輸入線片段)和事先采集的較舊輪廓輸入線之間確定的距離而保持不考慮較較舊輪廓輸入線的所限定的區(qū)段。即，完全地在插值方法中也考慮較較舊輪廓輸入線上的點，如上所述例如作為支點來考慮。但不考慮低于與新的輪廓輸入線的確定距離、或優(yōu)選與其中繪入新輪廓輸入線的新輸入剖面的確定距離的點，其中該距離例如通過在當前輪廓輸入線(或當前輪廓輸入線片段)和較較舊輪廓輸入線之間的距離來規(guī)定。
[0040]插值此外優(yōu)選這樣進行，使得在變形區(qū)域內(nèi)部的表面輪廓的表面點和在變形區(qū)域外部的表面輪廓的表面點之間的過渡邊是平滑的。通過調(diào)整梯度，這例如是可能的。為此也可以在實際的變形區(qū)域外部的過渡區(qū)域中進行稍微的調(diào)整。例如可以對于插值方法合適地選擇邊界條件，其中可以相應(yīng)地調(diào)整梯度，方法是，將在邊緣附近、即在邊緣外部的體素也如上面描述那樣考慮為支點，并且將其值關(guān)于描述修改過的表面輪廓的表面函數(shù)選擇為使得梯度合適。[0041]在找到了變形區(qū)域中體積的修改過的三維表面輪廓之后，在考慮該修改過的表面輪廓的條件下最后修改目標對象的體積的體素表示。圖像處理裝置為此優(yōu)選具有體積修改單元。
[0042]為了保持計算開銷盡可能小，體積的體素表示的修改在此優(yōu)選可以利用窄帶方法沿著所搜索的、所插值的表面輪廓進行。此外為此特別優(yōu)選地附近使用包括變形區(qū)域的范圍盒，以便于是還限制計算開銷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]以下參考附圖借助實施例來詳細解釋本發(fā)明。其中，
[0044]圖1是虛擬的肝臟切除術(shù)的示意圖(左邊:肝臟的剖面中的兩個規(guī)劃的切口 ；右邊:肝臟的三個合適的立體3D圖，從上開始，中間標記出待切除的第一部分，以及第一部分已切除和標記出待切除的第二部分)，
[0045]圖2示意性示出了在如圖1中那樣的肝臟剖面中的所計劃的切口，其中第一待切除部分上的切割線改變，
[0046]圖3示出了按照本發(fā)明的方法的一個實施例的流程圖，
[0047]圖4示出了在圖形用戶界面上顯示的、帶有所繪入的輪廓輸入線的肝臟剖視圖，
[0048]圖5示出了與按照圖4的輪廓輸入線匹配的變形區(qū)域中的表面輪廓的立體三維圖，
[0049]圖6是用于闡述對于輪廓輸入線找出當前表面輪廓上的變形區(qū)域的方法的示意圖，
[0050]圖7是用于闡述找出和解決在當前表面輪廓上新輪廓輸入線與的較舊輪廓輸入線的沖突的方法的示意圖，
[0051]圖8立體地三維示出了基于按照圖4的輪廓輸入線而在按照圖5的變形區(qū)域中修改的表面輪廓，和
[0052]圖9示出了按照本發(fā)明的圖像處理裝置的簡化的方框圖。
【具體實施方式】
[0053]與大多數(shù)常規(guī)的方案不同，在按照本發(fā)明的方法中，為了對切除術(shù)建模利用特別優(yōu)選是二元的體素掩模進行工作。在這樣的二元體素掩?；蝮w素表示中，切除掩?；虿糠煮w積總是與切除表面同義。切除表面隱含地通過切除掩模的邊界來限定。這特別以圖1為例很好地看出。在此，在左圖中在縱向通過肝臟延伸的剖面中示意性示出作為目標對象O的肝臟的輪廓。在該剖面中繪入兩條輪廓輸入線Ie，其將中間保留的體積Vv與肝臟的兩個端部待切除的體積Ve分離。在右邊與之匹配地三維地示出了該體積，其中上面示出具有肝臟的完整的表面輪廓S的總體積V，其下面示出了具有標記出的、左邊待切除部分的體積Ve的總體積V，并且其下面示出了在切除左邊部分之后新剩余的并且具有標記出的待切除右邊部分的體積Vv。
[0054]在此，在該當前剩余體積Vv的左面示出了，在切除左邊待切除的部分之后如何必然在切除面積上產(chǎn)生保留的體積Vv (剩余體積)的改變的、于是“當前的”表面輪廓RS。就此而言，在本發(fā)明的方法中可以的是，在整個過程期間將內(nèi)部的切除狀態(tài)分別簡單地通過掩豐旲來表不，在該掩|旲中將體素標記為切除的或者保留的。這冋時意味著，規(guī)劃系統(tǒng)能夠從開始就進行任意的切除術(shù)，但是在規(guī)劃的切除術(shù)中間也可以改變規(guī)劃并且又改變存在的體積。
[0055]這例如可以根據(jù)圖2看出。在此應(yīng)當通過(如在按照圖1的左側(cè)上)剖面中新的輸入輪廓線Ie現(xiàn)在確定新的表面輪廓RS’，從而將另一個部分體積Va添加到保留的肝臟體積Vv，以便擴大保留的體積Vv。
[0056]因為原則上也可以將每個體積表示劃分為體素，所以原則上目前可供使用的所有的切除術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)也可以作為起始點使用，以便在規(guī)劃時借助按照本發(fā)明的方法或按照本發(fā)明的裝置繼續(xù)工作。此外在體素示圖中工作的方法具有優(yōu)點，即，不再需要將切除表面明確地與器官匹配。此外無需更大的附加開銷就可以實現(xiàn)如在圖1和2中所示那樣限定多重切除。
[0057]以下根據(jù)圖3詳細解釋本方法的優(yōu)選變形。在此明確指出，在該方法的范圍內(nèi)進行的各個方法步驟也可以不取決于具體描述的其它方法步驟，而因此可以有利地在其它方法步驟的范圍內(nèi)使用。
[0058]該方法首先如下開始，S卩，提供待處理的相關(guān)體積的(也就是器官的完整的體積或例如應(yīng)當進行另一切除術(shù)的、仍相關(guān)的部分體積的)體素表示、優(yōu)選為二元的體素掩模。在圖3中示出的流程規(guī)劃在此在開始時是肝臟的完整體積。屬于肝臟體積的體素利用通常的分割方法而從借助成像系統(tǒng)生成的圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生。
[0059]該體素表示然后例如可以在圖形用戶界面上由操作者在任意方向上旋轉(zhuǎn)，以便這樣確定特定的輸入剖面P”這在步驟I中進行。然后在圖形用戶界面上顯示該輸入剖面。這種示圖的例子在圖4中示出。在此示出正好位于所選輸入剖面中的肝臟剖視圖。然而在按照圖4的該剖視圖中已經(jīng)虛擬切除了肝臟體積的一部分。在下一個步驟的范圍中此時應(yīng)當修改保留的體積的表面輪廓RS并且具體來說正好在相對于所切除的體積的切除表面上進行修改。為此操作者可以例如利用操作終端的鼠標或以類似方式畫出新的輪廓輸入線IE。這在步驟II中進行。
[0060]在步驟III中然后首先預(yù)檢查該輪廓輸入線Ie的似然性，例如線本身是否相交或者其到底是否涉及肝臟的體積。如果該預(yù)檢查完成，則在步驟IV中確定輪廓輸入線Ie與當前表面輪廓RS、在此也就是與切除表面RS的交點Ici和i10這些交點在圖5中再次示出，其中示出對切除面的表面輪廓RS的觀察。在此還繪入了初始輪廓線Ik (即當前的輸入剖面P1中的表面輪廓RS上的路徑)的走向以及新的輪廓輸入線Ie的走向。
[0061]如果當前的輪廓輸入線Ie與初始的、現(xiàn)在要修改過的表面輪廓多次相交，則存在多于兩個交點。于是將輪廓輸入線劃Ie分為多個輪廓輸入線片段。這可以可選地在步驟V中進行。
[0062]然后對于該輪廓輸入線Ie的所有各個片段執(zhí)行接下來的步驟VI至XIII，其中在其它附圖中這僅對于單個輪廓輸入線Ie示出。但是原則上清楚的是，該方法可以在任意多個輪廓輸入線片段或輪廓輸入線Ie的情況下工作。為此在步驟VI中首先選擇輪廓輸入線片段中的一個。如果僅存在一個簡單的輪廓輸入線Ie，則取消該步驟。以下如果沒有另外指出則為簡單起見假定，僅單次輸入了輪廓輸入線IE。但是在步驟VI至XIII的循環(huán)內(nèi)部的方法步驟對于各個輸入線片段相應(yīng)地如對于一個單個的輪廓輸入線Ie那樣進行。[0063]在步驟VII中然后標記體素掩模的、位于當前待觀察的輪廓輸入線Ie上的所有體素。在此考慮，每個輸入輪廓線或每個輸入輪廓線片段或任意其它線在體素表示內(nèi)部可以簡單地示出為排列在彼此上的一定數(shù)量的體素并且由此例如也可以按照各個體素的列表的形式存儲。同樣，在體積內(nèi)部的體素可以簡單地按照合適的方式標記為屬于特定的線。
[0064]因為修改在其它方法中無論如何應(yīng)當這樣進行，S卩，修改過的表面輪廓通過選擇的輸入線Ie延伸，所以首先將在當前輪廓輸入線上的體素在存儲器中存儲為稍后對新表面輪廓進行插值的支點。
[0065]所有支點的集合在以下利用附圖標記C表示，因為在此涉及插值的邊界條件(約束(Constraint))。
[0066]如圖5所示，當前變形區(qū)域D在兩邊都通過交點L、I1限界，在該變形區(qū)域中應(yīng)局部地對于當前輪廓輸入線Ie修改當前表面輪廓RS。變形區(qū)域D基本上幾乎圓形地圍繞變形中央點Cs延伸。為了確定變形區(qū)域D或變形中央點Cs，存在不同的可能性。
[0067]在圖5中示出的實施例中，作為變形中央點Cs，選擇在兩個交點L、I1之間在當前輸入剖面中在起始輪廓線Ik上的中點。從該點出發(fā)然后同心地向外在表面上添加越來越多的屬于變形區(qū)域的體素，直到達到變形區(qū)域D的交點h。這通過徑向地向外延伸的箭頭表不。
[0068]然而在圖3中示出的方法流程中使用另外的方法來確定變形中央點Cs以及變形區(qū)域D。以下參考附圖6解釋該方法。該方法也首先基于其中輸入了當前輪廓輸入線Ie的當前輸入剖面P1,以及輪廓輸入線Ie與當前表面輪廓RS相交的兩個交點L和當前輸入剖面P1以及當前表面輪廓RS都在圖6中示出。同樣在輸入剖面P1中示出當前輪廓輸入線Ie以及其與當前表面輪廓RS的交點L、h。在此簡單地將當前輸入剖面P1中在兩個交點Ld1之間的幾何中點限定為當前變形中央點。這在步驟VIII中(見圖3)進行。
[0069]此外在步驟IX中限定兩個點(V、QT。該方法在此如下:首先選擇在兩個交點L、I1之間的輸入輪廓線Ie上的中點。這可以通過沿著在交點ItlU1之間的輪廓輸入線Ie簡單地計數(shù)體素來進行。從該中點出發(fā)然后分別垂直于當前輸入剖面匕中的輪廓輸入線Ie地，在距該輪廓輸入線Ie間隔很短處、例如每一邊上間隔兩個或三個體素處確定點C:、。；。這些點僅被需要用來在后面確定，哪個區(qū)域位于插值的表面內(nèi)部并且哪個區(qū)域位于插值的表面外部。點(V，C0-同樣可以在稍后對修改過的表面輪廓進行插值時用作支點，但是其中同時將與當前輪廓輸入線的距離確定為這兩個點的函數(shù)值。點(V，C0-由此與其距離值一起作為其它支點或約束C而存儲。
[0070]在步驟X中然后確定變形區(qū)域D，方法是找到封閉的輪廓或通過交點ItlU1延伸的、圍繞變形中央點Cs的邊緣Mci, M1O該邊緣或者該邊緣上或在該邊緣Md、M1的區(qū)域中的這些點(體素)在后面同樣用作用于對所修改的表面輪廓進行插值的支點或邊界條件C。
[0071]在如結(jié)合圖6說明的方法中，使用限于表面的、基于圖形的A*搜索算法，以確定變形區(qū)域D的邊緣。在此確定正好兩個半輪廓Mtl和M1，其中一個半輪廓Mtl從交點L到交點I1延伸并且另一個半輪廓M1相反從交點I1返回到交點L。在此，在沿著球形輪廓、即沿著示出的圓周的表面上，從相應(yīng)的起始點1(|或I1開始分別一步一步地或一個體素一個體素地搜索到相應(yīng)目標點I1或io的最有希望的方向。在仔細搜索期間將表面體素(即，與表面相交的體素)判讀為圖形的節(jié)點并且分別檢查限于這些節(jié)點或體素的26鄰域(B卩，相應(yīng)待考察的體素的所有直接的鄰居體素，包括對角線上的鄰居體素)。為了在每個單個搜索步驟中一個體素一個體素地估計最有希望的搜索方向，使用至相應(yīng)目標點的估計的距離度量fh。
[0072]為了盡可能快速達到封閉的邊緣輪廓的期望條件，使用特殊的成本函數(shù)
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生目標對象(O)的修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的方法，包括以下方法步驟: -提供所述目標對象(O)的通過當前的三維表面輪廓(S，RS)限界的體積(V)的體素表示， -米集當前的輪廓輸入線(IE)， -基于所述當前的輪廓輸入線(Ie)與所述當前的表面輪廓(S，RS)的交點(i0, I1)確定局部的變形區(qū)域(D)，以便修改所述當前的表面輪廓(S，RS),以及 -基于所述輪廓輸入線(Ie)在所述變形區(qū)域(D)中確定修改過的三維表面輪廓(RS’)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在圖形用戶界面(GUI)上示出所述體素表示(V)的位于輸入剖面(P1)中的剖視圖(SB)，并且借助所述圖形用戶界面(⑶I)采集所述當前的輪廓輸入線(IE)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述當前的輪廓輸入線(Ie)與所述當前的表面輪廓(S，RS)的交點將所述當前的輪廓線(Ie)劃分為輪廓輸入線片段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，相應(yīng)地根據(jù)所述當前的輪廓輸入線與所述當前的表面輪廓(S，RS)的交點分別為輪廓輸入線片段確定局部的變形區(qū)域(D)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，對于變形區(qū)域(D)，確定在所述當前的輪廓輸入線(Ie)或所述當前的輪廓輸入線片段與所述當前的表面輪廓(S，RS)的兩個交點(i。，I1)之間的中點，作為當前的變形中央點(Cs)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定所述變形區(qū)域(D)的邊緣(Mtl, M1),相應(yīng)地對于當前的輪廓輸入線(Ie)或者當前的輪廓輸入線片段借助搜索算法在使用所限定的成本函數(shù)的條件下確定路徑，該路徑優(yōu)選近似沿著球面從所述當前的輪廓輸入線(Ie)或所述當前的輪廓輸入線片段與所述當前的表面輪廓(S，RS)的第一交點(io)延伸至所述當前的輪廓輸入線(Ie)或所述當前的輪廓輸入線片段與所述當前的表面輪廓(S，RS)的第二交點(^。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，首先提供所述目標對象(O)的、通過起始表面輪廓(S)限界的起始體積(V)，所述起始體積在使用成像系統(tǒng)(I)的測量數(shù)據(jù)(MBD)的條件下基于模型地建立。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，為了確定在所述變形區(qū)域(D)中的修改過的三維表面輪廓(RS’)，基于 -所述當前的輪廓輸入線(Ie),以及 -沿著所述表面輪廓(S，RS)的變形區(qū)域(D)的邊緣(Mtl, M1)的表面點， 對所述變形區(qū)域(D)中的表面輪廓(RS’ )的表面點進行插值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在插值中考慮其它的、事先采集的輪廓輸入線(R1)上的點。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，確定當前采集的輪廓輸入線(Ie)或輪廓輸入線片段與事先采集的輪廓輸入線(R1)的距離(d)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，根據(jù)在所述當前的輪廓輸入線(Ie)或輪廓輸入線片段與所述事先采集的輪廓輸入線(R1)之間所確定的距離(d)，保持不考慮所述事先采集的輪廓線(R1)的所限定的區(qū)段。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的方法，其特征在于，將插值進行為使得在所述變形區(qū)域(D)內(nèi)部的表面輪廓(RS’ )的表面點和在所述變形區(qū)域(D)外部的表面輪廓(S，RS)的表面點之間的過渡邊是平滑的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，在考慮所述變形區(qū)域(D)中修改過的三維表面輪廓(RS’ )的條件下修改所述目標對象的體積(V)的體素表示。
14.一種用于產(chǎn)生目標對象(O)的修改過的三維圖像數(shù)據(jù)的圖像處理裝置(10)，具有以下部件: -圖像數(shù)據(jù)接口(11)，用于接收所述目標對象(O)的通過當前的、規(guī)定的三維表面輪廓(S，RS)限界的體積(V)， -輪廓線采集接口( 13)，用于采 集當前的輪廓輸入線(Ie), -變形區(qū)域確定單元(14)，用于基于所述當前的輪廓輸入線(Ie)與所述當前的表面輪廓(S，RS)的交點(U I1)確定局部的變形區(qū)域(D)，以便修改所述當前的表面輪廓(S，RS),和 -表面輪廓確定單元(15)，用于基于所述輪廓輸入線(Ie)確定所述變形區(qū)域(D)中修改過的三維表面輪廓(RS’)。
15.一種可以直接加載到圖像處理計算機(10)的存儲器中的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品具有程序代碼段，用于當程序在所述圖像處理計算機(10)上運行時執(zhí)行按照權(quán)利要求1至13中任一項所述方法的所有步驟。
【文檔編號】G06T1/00GK103578076SQ201310323763
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】J.克雷特什莫, G.索扎, C.蒂特詹 申請人:西門子公司