医学图像显示和处理的虚拟内窥镜方法、CT设备及工作站
阅读：1018发布：2020-09-24
专利汇可以提供医学图像显示和处理的虚拟内窥镜方法、CT设备及工作站专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种显示和处理计算机 断层 造影中的医学3D图像的虚拟 内窥镜 方法，具有步骤：根据3D数据体(10)提供第一分析空间(3)；提供穿过该第一分析空间(3)的观察路径(51)。为了在找不到穿过该分析空间的路径的情况下能够自动计算观察路径，根据本发明，根据预先确定的准则基于该三维数据体(10)自动确定至少一个与该第一分析空间(3)分离的其它分析空间(5，7，9)。，下面是医学图像显示和处理的虚拟内窥镜方法、CT设备及工作站专利的具体信息内容。
1.一种用于显示和处理三维医学图像的虚拟内窥镜方法，具有下述方 法步骤：
-根据三维数据体(10)提供第一分析空间(3)；
-提供穿过该第一分析空间(3)的观察路径(51)；
其特征在于，
-根据预先确定的准则基于该三维数据体(10)自动确定至少一个与 该第一分析空间(3)分离的其它分析空间(5，7，9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供穿过所述至少一个 其它分析空间(5，7，9)的其它观察路径(59，A，B，63)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于沿着所述观察 路径(51，59，A，B，63)使该观察路径识别出所述分析空间(3，5，7， 9)的边界(55)的情况是自动确定的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由观察路径(51)在第 一分析空间(3)的一个定向位置(53)或边界(55)出发自动确定所述至 少一个其它分析空间(5，7，9)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在实际三 维图像显示和处理之前沿着观察路径(51，59，A，B，63)进行自动确定。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在实际三 维图像显示和处理期间沿着观察路径(51，59，A，B，63)进行自动确定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据预先 确定的准则对所述至少一个其它分析空间(5，7，9)进行分析以及对该分 析空间的选项进行分析。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，为了选择 提供所述至少一个其它分析空间(5，7，9)以及该分析空间的选项。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，根据预先 确定的准则对多个所述其它分析空间(5，7，9)及其选项进行排序。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述预 先确定的准则是几何准则，尤其是所涉及的分析空间的大小、方向和形状。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述预 先确定的准则是医学准则，尤其是所涉及的分析空间的类型和表面特性。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，基于观 察者位置(53)和路径方向(61)来提供所述观察路径(51，59，A，B， 63)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，该用于显示和 处理医学图像的方法是计算机断层造影或磁共振断层造影中的成像方法。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其用于对结肠图像进 行医学图像显示和处理。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其用于对支气管树图 像进行医学图像显示和处理。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其用于对脑室图像进 行医学图像显示和处理。
17.一种计算机断层造影设备或磁共振断层造影设备，具有用于实施 根据权利要求1至16中任一项所述方法的方法步骤(71至89)的操作部 件。
18.一种用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图像显示 和处理的工作站，具有用于实施根据权利要求1至16中任一项所述方法的 方法步骤(71至89)的操作部件。
19.一种用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图像显示 和处理的计算机程序产品，具有用于实施根据权利要求1至16中任一项所 述方法的方法步骤(71至89)的程序模块。
技术领域
本发明涉及一种显示和处理医学3D图像的虚拟内窥镜方法。具有方法步 骤：根据三维数据体提供第一分析空间，提供穿过该第一分析空间的观察路径。 此外，本发明还涉及一种计算机断层造影设备、工作站及计算机程序产品。
背景技术
现代医学成像方法通常以数字形式提供图像。为此首先在所谓的主应用的 范围内获取数据，并在数据再现的范围内提供该数字数据。特别是计算机断层 造影图像以数字的形式存在并因此可以直接在计算机或工作站中继续进行处 理。由原始图像可以利用两维或三维显示(2D显示、3D显示)获得新方向上 的图像，以便为检查者提供适当的概貌图。这样的显示尤其是构成随后进行的、 监视器判断范围内的诊断的基础。计算机断层造影的优点尤其在于，不存在如 常规放射造影中的叠加问题。计算机断层造影的优点还在于，可与在放射造影 中与拍摄几何形状相关的不同放大系数无关地进行无畸变显示。
在此期间，对3D图像显示和处理建立了一系列不同的方法。对于这些方 法，在计算机断层造影设备中设置了适当的操作部件，如计算机鼠标或其它控 制媒介。用于对计算机断层造影图像进行图像显示和处理的工作站具有计算机 程序产品形式的相应的软件实现以及在图像显示屏上的操作界面，该操作界面 具有相应的带有一定功能的操作元素。
计算机断层造影(CT)通常首先提供待检查躯体的、作为直接拍摄平面的 横截面的两维截面图像。在此躯体的横截面基本上垂直于躯体的纵轴。在具有 相对于横截面改变了角度的平面中的两维截面图像，和/或利用与原始层厚不同 的层厚、特别是更宽的层厚计算出的两维截面图像通常被称为多平面重整 (MPR)。一种用于诊断的重要方法在于大多通过相应的操作元素来控制对图 像立体的交互透视和分析。检查者可以借助这样的操作元素(类似于在超声波 中通过引导超声波探头)在解剖结构和病理细节处进行扫描，并通过前、后移 动选出那些其中最清楚地表示出感兴趣的细节的图像、即例如具有最高对比度 和最大直径显示的图像。两维显示的一种扩展形式是由薄层组成任意厚的断层 (厚片)。为此建立了“滑动薄厚片”(Sliding Thin Slab，STS)的概念。所有 2D显示的优点是可以直接而真实地显示计算机断层造影值。在此可以忽略有时 需要的对多个层的插值以及求平均值。由此总是给出分析空间(也称为感兴趣 空间，VOI)内的简单定向和与此对应的3D数据体以及对图像值的唯一解释。 但这种监视器判断是很费力并且是很耗时的。
而对分析空间的最可能的实际表示是通过对分析空间的三维显示实现的。 虽然3D图像显示和处理通常是有针对性的处理与诊断有关细节的前提，但后 面的判断通常是以2D显示进行的。
在3D图像显示和处理中通常提供3D数据体，在其基础上显示分析空间。 优选地检查者预先给定其打算观察分析空间的观察者位置。特别是通常为检查 者提供查找射线。在该例中计算垂直于该查找射线并得出空间印象的两维图像。 为了在图像平面内逐图像点(也称体素)地建立起这样的显示，须为每条从观 察者到各图像点的射线考虑和计算沿着穿过3D数据体的查找射线的所有CT 值。检查者通常预先给定一个其为显示一个图像点而适当选择的图像点值、例 如对比度值。通过对该过程的方法内在的重复，检查者在预先给定的图像点值 的基础上在CT值特征的范围内为查找射线显示相应于该查找射线的图像点的 集合，即感兴趣躯体部位/分析空间(VOI)的3D显示。
所有3D显示能够在次应用的范围内构建成中央投影或平行投影。对于平 行投影尤其适宜的是“最大强度投影”(MIP)，或一般的“体积着色”(Volume Rendering，VR)。在MIP中，在沿着查找射线的投影方向上确定具有最大CT 值的图像点。因此在这种情况下图像点值对应于查找射线上的最大CT值。在 VR中，对每条从观察者眼睛发出的查找射线不是仅选出一个图像点，而是沿 着该查找射线的所有CT值都可以用适当的加权提供一个图像点来参与显示结 果图像。通过可自由选择并交互改变的变换函数为每个图像点值配备不透明度 和颜色。由此可以例如将正常软组织部分选择为基本上透明的，注有造影剂的 血管是稍微不透明的，而骨骼是强不透明的。对于优选的中央投影例如可以通 过“表面明暗显示”(SSD)或通过“透视体积着色”(pVR)(或也称“虚拟内 窥镜”)来实现。与此相应地有SSD或者还有在虚拟内窥镜中使用的pSSD。
SSD是一种基于阈值的表面显示，其中通过预先给定阈值形式的图像点值 来预先给定图像点。对于每条通过现有3D数据体的查找射线确定这样的图像 点，即从观察者看去在该图像点上首次达到或超过预先给定的阈值形式的图像 点值。SSD和VR之间的原则区别在于，在SSD中仅定义一个阈值，但并不透 视地显示表面。而在VR中则定义多个阈值区域并对它们赋予颜色和通透度。 “虚拟内窥镜”需使虚拟的“内窥镜探头”附近能够被透视。结构可与实际内 窥镜中不同地从不同的方向和运动地来观察。给出虚拟飞过VOI印象的所谓的 “飞过(Fly-Through)”是可能的。这不仅是美学的和印象深刻的，而且也是 在诊断上有价值的。尤其是利用所谓的“血管观察”方法能使分析空间的内部 可见。
对于平行投影尤其适宜的是“最大强度投影”(MIP)，或一般的“体积着 色”(VR)。在MIP中，在沿着查找射线的投影方向上确定具有最大CT值的图 像点。因此在这种情况下图像点值对应于查找射线上的最大CT值。在VR中， 对每条从观察者眼睛发出的查找射线不是仅选出一个图像点，而是沿着该查找 射线的所有CT值都可以用适当的加权提供一个图像点来参与显示结果图像。 通过可自由选择并交互改变的变换函数为每个图像点值配备不透明度和颜色。 由此可以例如将正常软组织部分选择为基本上透明的，注有造影剂的血管是稍 微不透明的，而骨骼是强不透明的。
在虚拟内窥镜中进行图像显示的前提通常是给出观察路径。这样的观察路 径也称为飞跃路径或中心线。观察路径实际上对应于虚拟内窥镜探头行走的路 径，沿着该路径可以再现周围环境的透视视图。在此经常出现的问题是，将VOI 中要检查的身体部位划分成多个分析空间。在这种情况下没有穿过VOI的观察 路径。更确切地说，必须在第一分析空间内提供观察路径，然后转换到第二分 析空间，在那里须重新提供观察路径。当管形的VOI(如结肠、液囊或气管) 具有狭窄处或梗阻，或有其它中断，如未注入造影剂或由其它情况导致该管形 的要引入内窥镜的身体部位不能作为一个完整的分析空间存在时，就会发生这 种情况。为此对患者进行检查的常规方法的使用者通常必须分别找到第一和第 二分析空间，并重新确定观察路径的条件，如起点。在这种情况下，检查者必 须将其大部分时间用于找到所有的分析空间，以检查整个VOI。在每个单独的 分析空间中都须提供一条新的观察路径。这消耗了时间并导致须中断所谓的“飞 过”，或者甚至导致对部分VOI无法判断。
期望的是在虚拟内窥镜中能够尽可能可靠而完整地检查VOI。
在此期间，对3D图像显示和处理建立了一系列不同的方法。对于这些方 法，在计算机断层造影设备中设置了适当的操作部件，如计算机鼠标或其它控 制媒介。用于对计算机断层造影图像进行图像显示和处理的工作站具有计算机 程序产品形式的相应的软件实现以及在图像显示屏上的操作界面，该操作界面 具有相应的带有一定功能的操作元素。
计算机断层造影(CT)通常首先提供待检查躯体的、作为直接拍摄平面的 横截面的两维截面图像。在此躯体的横截面基本上垂直于躯体的纵轴。在具有 相对于横截面改变了角度的平面中的两维截面图像，和/或利用与原始层厚不同 的层厚、特别是更宽的层厚计算出的两维截面图像通常被称为多平面重整 (MPR)。一种用于诊断的重要方法在于大多通过相应的操作元素来控制对图 像立体的交互透视和分析。检查者可以借助这样的操作元素(类似于在超声波 中通过引导超声波探头)在解剖结构和病理细节处进行扫描，并通过前、后移 动选出那些其中最清楚地表示出感兴趣的细节的图像、即例如具有最高对比度 和最大直径显示的图像。两维显示的一种扩展形式是由薄层组成任意厚的断层 (厚片)。为此建立了“滑动薄厚片”(Sliding Thin Slab，STS)的概念。所有 2D显示的优点是可以直接而真实地显示计算机断层造影值。在此可以忽略有时 需要的对多个层的插值以及求平均值。由此总是给出分析空间(也称为感兴趣 空间，VOI)内的简单定向和与此对应的3D数据体以及对图像值的唯一解释。 但这种监视器判断是很费力并且是很耗时的。
而对分析空间的最可能的实际表示是通过对分析空间的三维显示实现的。 虽然3D图像显示和处理通常是有针对性的处理与诊断有关细节的前提，但后 面的判断通常是以2D显示进行的。
在3D图像显示和处理中通常提供3D数据体，在其基础上显示分析空间。 优选地检查者预先给定其打算观察分析空间的观察者位置。特别是通常为检查 者提供查找射线。在该例中计算垂直于该查找射线并得出空间印象的两维图像。 为了在图像平面内逐图像点(也称体素)地建立起这样的显示，须为每条从观 察者到各图像点的射线考虑和计算沿着穿过3D数据体的查找射线的所有CT 值。检查者通常预先给定一个其为显示一个图像点而适当选择的图像点值、例 如对比度值。通过对该过程的方法内在的重复，检查者在预先给定的图像点值 的基础上在CT值特征的范围内为查找射线显示相应于该查找射线的图像点的 集合，即感兴趣躯体部位/分析空间(VOI)的3D显示。
所有3D显示能够在次应用的范围内构建成中央投影或平行投影。对于平 行投影尤其适宜的是“最大强度投影”(MIP)，或一般的“体积着色”(Volume Rendering，VR)。在MIP中，在沿着查找射线的投影方向上确定具有最大CT 值的图像点。因此在这种情况下图像点值对应于查找射线上的最大CT值。在 VR中，对每条从观察者眼睛发出的查找射线不是仅选出一个图像点，而是沿 着该查找射线的所有CT值都可以用适当的加权提供一个图像点来参与显示结 果图像。通过可自由选择并交互改变的变换函数为每个图像点值配备不透明度 和颜色。由此可以例如将正常软组织部分选择为基本上透明的，注有造影剂的 血管是稍微不透明的，而骨骼是强不透明的。对于优选的中央投影例如可以通 过“表面明暗显示”(SSD)或通过“透视体积着色”(pVR)(或也称“虚拟内 窥镜”)来实现。与此相应地有SSD或者还有在虚拟内窥镜中使用的pSSD。
SSD是一种基于阈值的表面显示，其中通过预先给定阈值形式的图像点值 来预先给定图像点。对于每条通过现有3D数据体的查找射线确定这样的图像 点，即从观察者看去在该图像点上首次达到或超过预先给定的阈值形式的图像 点值。SSD和VR之间的原则区别在于，在SSD中仅定义一个阈值，但并不透 视地显示表面。而在VR中则定义多个阈值区域并对它们赋予颜色和通透度。 “虚拟内窥镜”需使虚拟的“内窥镜探头”附近能够被透视。结构可与实际内 窥镜中不同地从不同的方向和运动地来观察。给出虚拟飞过VOI印象的所谓的 “飞过(Fly-Through)”是可能的。这不仅是美学的和印象深刻的，而且也是 在诊断上有价值的。尤其是利用所谓的“血管观察”方法能使分析空间的内部 可见。
对于平行投影尤其适宜的是“最大强度投影”(MIP)，或一般的“体积着 色”(VR)。在MIP中，在沿着查找射线的投影方向上确定具有最大CT值的图 像点。因此在这种情况下图像点值对应于查找射线上的最大CT值。在VR中， 对每条从观察者眼睛发出的查找射线不是仅选出一个图像点，而是沿着该查找 射线的所有CT值都可以用适当的加权提供一个图像点来参与显示结果图像。 通过可自由选择并交互改变的变换函数为每个图像点值配备不透明度和颜色。 由此可以例如将正常软组织部分选择为基本上透明的，注有造影剂的血管是稍 微不透明的，而骨骼是强不透明的。
在虚拟内窥镜中进行图像显示的前提通常是给出观察路径。这样的观察路 径也称为飞跃路径或中心线。观察路径实际上对应于虚拟内窥镜探头行走的路 径，沿着该路径可以再现周围环境的透视视图。在此经常出现的问题是，将VOI 中要检查的身体部位划分成多个分析空间。在这种情况下没有穿过VOI的观察 路径。更确切地说，必须在第一分析空间内提供观察路径，然后转换到第二分 析空间，在那里须重新提供观察路径。当管形的VOI(如结肠、液囊或气管) 具有狭窄处或梗阻，或有其它中断，如未注入造影剂或由其它情况导致该管形 的要引入内窥镜的身体部位不能作为一个完整的分析空间存在时，就会发生这 种情况。为此对患者进行检查的常规方法的使用者通常必须分别找到第一和第 二分析空间，并重新确定观察路径的条件，如起点。在这种情况下，检查者必 须将其大部分时间用于找到所有的分析空间，以检查整个VOI。在每个单独的 分析空间中都须提供一条新的观察路径。这消耗了时间并导致须中断所谓的“飞 过”，或者甚至导致对部分VOI无法判断。
期望的是在虚拟内窥镜中能够尽可能可靠而完整地检查VOI。
发明内容
在此，本发明要解决的技术问题是，提供一种虚拟内窥镜方法和相应的设 备，利用该设备能够特别简单而可靠地实施虚拟内窥镜。尤其是就是对于VOI 包括多个分析空间的情况，也能以特别合适的方式来确定观察路径。
本发明的技术问题是通过一种本文开头所述的用于显示和处理3D医学图 像的虚拟内窥镜方法来解决的，其具有下述方法步骤：
-根据预先确定的准则基于3D数据体自动确定至少一个与第一分析空间 分离的其它分析空间。
在此，本发明基于这样的考虑：在提供第一分析空间时在VOI中已定义了 在各种情况下足以识别的分析空间的表征特征。这些特征可以是几何特征或医 学特征。根据本发明的认知，可将这样的特征作为用于基于3D数据体自动确 定至少一个其它分析空间的预定准则。因此检查者无需自己来查找所有的分析 空间以准备VOI的完整图像。在此提出的概念尤其具有优点的是，基于此能够 基本上自动计算穿过整个VOI的观察路径，即使该VOI是以多个分离的分析空 间的形式存在。这对于一个分析空间同样有效：虽然该分析空间作为一个完整 的分析空间而存在，但在其几何形状上存在通常不能直接给出一直穿过VOI的 观察路径的拐弯、弯曲、或其它形式的强烈的方向改变。
因此，第一和其它的分析空间也可以理解为一个连接在一起的VOI的第一 区域和其它区域，其中，该第一和其它区域例如由于急剧变窄或收缩而这样彼 此分开，即在实践中为检查者在屏幕判断时实际上提供了第一分析空间和一个 其它的分析空间。
通常分析空间以管状形式存在，如它们在结肠、脑室或支气管中那样。
优选地，提供一条穿过所述至少一个其它分析空间的其它观察路径。以这 种方式实际上可以全自动地计算穿过多个分开存在的分析空间的观察路径，即 使是对不能找到或只能很困难地找到在所有分析空间之间穿行的观察路径的情 况也是如此。因此在一种扩展中尤其是对于沿着观察路径使该观察路径识别出 分析空间的边界的情况进行自动确定。
在第一种变形中，按照在此提出的概念计算观察路径可以优选地通过在实 际的3D图像显示和处理之前沿观察路径来自动地确定。作为另一种选择或附 加地，可以在第二变形中在实际的3D图像显示和处理期间沿观察路径自动确 定观察路径。
在第一种变形中通过预计算框架下的所谓的中心线来确定观察路径。在第 二种变形中，例如在“最大视野”对应于所期望的飞行方向的假设下，将观察 路径作为“飞过”时的所谓中心线来计算。因此在这种情况下所涉及的是观察 路径的在线计算。
在两种情况下，都对于下述情况自动确定至少一个其它的分析空间，即在 实际的3D图像显示和处理期间沿着第一分析空间的观察路径使该观察路径识 别出第一分析空间的边界。
优选地由第一分析空间中观察路径的一个定向位置或边界出发自动确定 该至少一个其它分析空间。在此定向位置尤其是指由其出发可以识别出第一分 析空间的边界的位置。因此根据这种扩展，自动确定是由第一分析空间中的一 个位置出发，在该位置上第一分析空间中的观察路径实际上结束。
已展示出，只有当VOI、即通常为管状的结构被完全填充了造影剂(例如 空气或CO2的惰性气体或水)时，才可以尤其好地确定观察路径。对于待检查 的且通常是运动的躯体(呼吸运动、肌肉运动、血流、手术介入)常常会遇到 未预见的狭窄或将VOI分解为各个分析空间(Auswertevolumn)的情况，从而 使得观察路径的计算不再能轻易实现。
因此在一种特别优选的扩展的范围内，首先自动查找具有所有部分、尤其 是填充了造影剂的部分的整个VOI。然后优选将整个VOI分割为其部分。通过 适当地选择一个部分可以尤其合适地确定第一分析空间。自动确定至少一个其 它分析空间优选通过交互地选择未被采集的或错误采集的分析空间来支持。
本发明的其它扩展设置了在本发明概念的范围内检查者的其它辅助支持。
优选地，根据预先确定的准则对至少一个其它分析空间进行分析以及对该 分析空间的选项进行分析。该根据几何和/或医学准则找到的其它分析空间与这 些准则自然或多或少地很好地对应。这样的对应使得可以在分析中进行量化。 因此例如可以给出该其它分析空间以多大的概率恰好与该第一分析空间同属于 一个VOI，即同属于一个待检查的身体部位(如大肠)。
优选为检查者提供多个其它分析空间及其选项以供选择。其优点在于，检 查者能够例如通过菜单选择作出关于其它选择可能类型的可靠决定。
优选地，根据预先确定的准则对多个其它分析空间及其选项进行排序。例 如，将多个其它分析空间按照降低的概率进行排序。
优选地，所述预先确定的准则是几何准则，尤其是涉及分析空间的大小、 方向和形状的准则。只要一个其它的分析空间就这些准则来说或多或少与第一 分析空间具有相同的特性，则其为相同的VOI、即相同的待检查身体部位的概 率就很高。
此外，医学准则用于进行分析，尤其是涉及分析空间的类型和表面特性。 例如肠壁就其表面特性来说与其它身体部位相比具有独特的构造。
优选地，基于观察者位置和路径方向来提供所述观察路径。由观察者位置 出发，虚拟内窥镜可以沿路径方向前行，直至以这种方式产生的直线观察路径 到达分析空间的边界。如果该边界位于“视野”之内，则可以自动确定至少一 个其它分析空间或一次方向改变。
尤其合适的是，将本发明的方法用于对结肠图像(即结肠镜)、尤其是计 算机断层造影或磁共振造影图像进行医学图像显示和处理。同样具有优点的是， 将本发明的概念用于对支气管树图像(即在支气管镜下)、尤其是计算机断层造 影或磁共振造影图像进行医学图像显示和处理。同样具有优点的是，将本发明 的方法用于对脑室图像(即在囊镜下)、尤其是计算机断层造影或磁共振造影图 像进行医学图像显示和处理。
本发明的关于装置的技术问题通过一种计算机断层造影设备或磁共振断 层造影设备来解决，其具有用于实施按照上述概念的本发明方法的方法步骤的 操作部件。
此外，本发明还可在用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图 像显示和处理的工作站上进行，其具有用于实施按照上述概念的本发明方法的 方法步骤的操作部件。
相应的用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图像显示和处 理的计算机程序产品具有用于实施按照上述概念的方法的方法步骤的程序模 块。
附图说明
下面借助附图相对于现有技术描述本发明的实施例，附图中也部分示出了
现有技术。其中示出：
图1举例示出确定穿过具有多个分析空间的VOI的观察路径的常规方法；
图2示出确定穿过具有多个分析空间的VOI的观察路径的本发明过程的优 选实施例；
图3示意性示出本发明方法优选实施例的流程图。
本发明的技术问题是通过一种本文开头所述的用于显示和处理3D医学图 像的虚拟内窥镜方法来解决的，其具有下述方法步骤：
-根据预先确定的准则基于3D数据体自动确定至少一个与第一分析空间 分离的其它分析空间。
在此，本发明基于这样的考虑：在提供第一分析空间时在VOI中已定义了 在各种情况下足以识别的分析空间的表征特征。这些特征可以是几何特征或医 学特征。根据本发明的认知，可将这样的特征作为用于基于3D数据体自动确 定至少一个其它分析空间的预定准则。因此检查者无需自己来查找所有的分析 空间以准备VOI的完整图像。在此提出的概念尤其具有优点的是，基于此能够 基本上自动计算穿过整个VOI的观察路径，即使该VOI是以多个分离的分析空 间的形式存在。这对于一个分析空间同样有效：虽然该分析空间作为一个完整 的分析空间而存在，但在其几何形状上存在通常不能直接给出一直穿过VOI的 观察路径的拐弯、弯曲、或其它形式的强烈的方向改变。
因此，第一和其它的分析空间也可以理解为一个连接在一起的VOI的第一 区域和其它区域，其中，该第一和其它区域例如由于急剧变窄或收缩而这样彼 此分开，即在实践中为检查者在屏幕判断时实际上提供了第一分析空间和一个 其它的分析空间。
通常分析空间以管状形式存在，如它们在结肠、脑室或支气管中那样。
优选地，提供一条穿过所述至少一个其它分析空间的其它观察路径。以这 种方式实际上可以全自动地计算穿过多个分开存在的分析空间的观察路径，即 使是对不能找到或只能很困难地找到在所有分析空间之间穿行的观察路径的情 况也是如此。因此在一种扩展中尤其是对于沿着观察路径使该观察路径识别出 分析空间的边界的情况进行自动确定。
在第一种变形中，按照在此提出的概念计算观察路径可以优选地通过在实 际的3D图像显示和处理之前沿观察路径来自动地确定。作为另一种选择或附 加地，可以在第二变形中在实际的3D图像显示和处理期间沿观察路径自动确 定观察路径。
在第一种变形中通过预计算框架下的所谓的中心线来确定观察路径。在第 二种变形中，例如在“最大视野”对应于所期望的飞行方向的假设下，将观察 路径作为“飞过”时的所谓中心线来计算。因此在这种情况下所涉及的是观察 路径的在线计算。
在两种情况下，都对于下述情况自动确定至少一个其它的分析空间，即在 实际的3D图像显示和处理期间沿着第一分析空间的观察路径使该观察路径识 别出第一分析空间的边界。
优选地由第一分析空间中观察路径的一个定向位置或边界出发自动确定 该至少一个其它分析空间。在此定向位置尤其是指由其出发可以识别出第一分 析空间的边界的位置。因此根据这种扩展，自动确定是由第一分析空间中的一 个位置出发，在该位置上第一分析空间中的观察路径实际上结束。
已展示出，只有当VOI、即通常为管状的结构被完全填充了造影剂(例如 空气或CO2的惰性气体或水)时，才可以尤其好地确定观察路径。对于待检查 的且通常是运动的躯体(呼吸运动、肌肉运动、血流、手术介入)常常会遇到 未预见的狭窄或将VOI分解为各个分析空间(Auswertevolumn)的情况，从而 使得观察路径的计算不再能轻易实现。
因此在一种特别优选的扩展的范围内，首先自动查找具有所有部分、尤其 是填充了造影剂的部分的整个VOI。然后优选将整个VOI分割为其部分。通过 适当地选择一个部分可以尤其合适地确定第一分析空间。自动确定至少一个其 它分析空间优选通过交互地选择未被采集的或错误采集的分析空间来支持。
本发明的其它扩展设置了在本发明概念的范围内检查者的其它辅助支持。
优选地，根据预先确定的准则对至少一个其它分析空间进行分析以及对该 分析空间的选项进行分析。该根据几何和/或医学准则找到的其它分析空间与这 些准则自然或多或少地很好地对应。这样的对应使得可以在分析中进行量化。 因此例如可以给出该其它分析空间以多大的概率恰好与该第一分析空间同属于 一个VOI，即同属于一个待检查的身体部位(如大肠)。
优选为检查者提供多个其它分析空间及其选项以供选择。其优点在于，检 查者能够例如通过菜单选择作出关于其它选择可能类型的可靠决定。
优选地，根据预先确定的准则对多个其它分析空间及其选项进行排序。例 如，将多个其它分析空间按照降低的概率进行排序。
优选地，所述预先确定的准则是几何准则，尤其是涉及分析空间的大小、 方向和形状的准则。只要一个其它的分析空间就这些准则来说或多或少与第一 分析空间具有相同的特性，则其为相同的VOI、即相同的待检查身体部位的概 率就很高。
此外，医学准则用于进行分析，尤其是涉及分析空间的类型和表面特性。 例如肠壁就其表面特性来说与其它身体部位相比具有独特的构造。
优选地，基于观察者位置和路径方向来提供所述观察路径。由观察者位置 出发，虚拟内窥镜可以沿路径方向前行，直至以这种方式产生的直线观察路径 到达分析空间的边界。如果该边界位于“视野”之内，则可以自动确定至少一 个其它分析空间或一次方向改变。
尤其合适的是，将本发明的方法用于对结肠图像(即结肠镜)、尤其是计 算机断层造影或磁共振造影图像进行医学图像显示和处理。同样具有优点的是， 将本发明的概念用于对支气管树图像(即在支气管镜下)、尤其是计算机断层造 影或磁共振造影图像进行医学图像显示和处理。同样具有优点的是，将本发明 的方法用于对脑室图像(即在囊镜下)、尤其是计算机断层造影或磁共振造影图 像进行医学图像显示和处理。
本发明的关于装置的技术问题通过一种计算机断层造影设备或磁共振断 层造影设备来解决，其具有用于实施按照上述概念的本发明方法的方法步骤的 操作部件。
此外，本发明还可在用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图 像显示和处理的工作站上进行，其具有用于实施按照上述概念的本发明方法的 方法步骤的操作部件。
相应的用于对计算机断层造影或磁共振断层造影图像进行图像显示和处 理的计算机程序产品具有用于实施按照上述概念的方法的方法步骤的程序模 块。
附图说明
下面借助附图相对于现有技术描述本发明的实施例，附图中也部分示出了
现有技术。其中示出：
图1举例示出确定穿过具有多个分析空间的VOI的观察路径的常规方法；
图2示出确定穿过具有多个分析空间的VOI的观察路径的本发明过程的优 选实施例；
图3示意性示出本发明方法优选实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出了在虚拟内窥镜方法中预先给定观察路径的常规方法。在 此描述是以显示和处理结肠计算机断层造影图像为例进行的，即以虚拟内照射 结肠镜为例进行的。
图1示出感兴趣空间(VOI)1，其具有分析空间3和其它分析空间5、7、 9。分析空间3、5、7、9表示基于用坐标交叉表示的3D数据体10的结肠的部 分。虽然VOI1总的来说表示要检查的管状身躯部分，也就是将大肠作为结肠 的一部分。然而该VOI1在屏幕判断时向检查者所显示的是这样的曲折，使得 无法找到穿行的观察路径。第一分析空间3与第二分析空间5例如由一个拐弯 11而分开。在该拐弯11处的弯曲是如此厉害，使得在第一分析空间3与第二 分析空间5之间无法找到穿行的路径。通过预计算确定的观察路径13在端点 15触及第一分析空间3的边界。因此，检查者不得不以新的观察者位置19和 新的路径方向21的形式给出在第二分析空间5中的新的观察路径17。为此他 必须首先找到第二分析空间5。在第一分析空间3中，端点15实际上标示出观 察路径13在第一分析空间3中的结束。
第二分析空间5在损伤23的区域内被挤压成闭锁25。因此该其它观察路 径17在端点27触及第二分析空间5的边界。检查者又要找到第三分析空间7 并以观察者位置31和路径方向33的形式给出新的观察路径29。在此的缺点是 第三分析空间7中的区域35未被检查。新的观察路径29在虚拟内窥镜飞行时 分别在位置37在相同的飞行方向33上以最大视野延伸。因此，当前第三分析 空间7的内照射视图是在对观察路径29的在线计算的框架内实现的。
观察路径29在端点39又触及第三分析空间7的边界。在此这是因为由于 肌肉43形成的VOI1的狭窄41而造成的。同样，狭窄也可由于造影剂过少而 形成。于是又要在第四分析空间9中以观察者位置47和路径方向49的形式给 出新的观察路径45。
所勾画的过程被证明是困难的、耗时的，同时在虚拟内窥镜中也是不可靠 的，因为区域35可能不能用于判断。这同样适用于在此所示的结肠镜，并且也 类似地适用于支气管镜和囊镜领域或其它领域中的虚拟内窥镜。
在此提出的用于虚拟内窥镜的方法的概念的一个优选实施例以同样的作 为结肠部分以及VOI的大肠的例子在图2中示出。图中对相同的部分采用相同 的附图标记。
按照该优选实施例，基于3D数据体10提供该大肠的第一分析空间3，并 预先给定穿过该第一分析空间3的观察路径51。这种预先给定优选是自动进行 的并由计算机支持。必要时该自动的预先给定基于检查者的输入，如涉及观察 路径51的起始点50和方向54。就这样为检查者提供了观察路径51。在定向位 置53观察路径51识别到分析空间3的边界55。通常这样的定向位置实际上是 观察路径51的结束。类似的情况也适用于第二分析空间5、第三分析空间7和 第四分析空间9，因此使用相同的附图标记来标记相应的定向位置53和边界55。
因此，在用方框符号标记出的VOI1的区域57、57’、57”中，根据预先 确定的准则基于3D数据体10自动确定至少一个其它分析空间。在第一分析空 间3的区域57中自动确定第二分析空间5。在此，预先确定的准则首先是医学 准则，因为所涉及的第二分析空间5的类型和表面特性对于第一分析空间3来 说具有同等的意义。检查者可以交互地预先给定一条其它观察路径59，或者可 预先给定一条自动穿过该第二分析空间5的其它观察路径。在此，可以例如由 检查者从可能性列表中图形地选出第二分析空间5。
在第二分析空间5的区域57’中自动确定第三分析空间7，尽管由于闭锁 25找不到穿行的路径。根据分析空间7的涉及几何准则的大小、定向以及形状， 将该分析空间7识别为与第二分析空间5属于同一个VOI1。在这种情况下， 检查者例如可以选择实际上在第二分析空间5、第三分析空间7和第四分析空 间9中保持相同方向61的新观察路径A。此外，还可以为检查者由计算机支持 地给出第三分析空间7中与闭锁25更好匹配的新观察路径B。
在此无论是观察路径A还是观察路径B都可以在上述预计算或上述在线计 算中提供。
所述情形在第三分析空间7和第四分析空间9之间的区域57”中以类似 方式重复。在区域57”中，根据预先确定的几何和/或医学准则自动确定第四 分析空间9。检查者可以为该第四分析空间9预先给定或指定一条其它的新的 观察路径63。
对于检查者错误地例如将肌肉43作为分析空间的选项选择的情况，则肌 肉43由于其与第三分析空间7和第四分析空间9的几何特性和医学特性的强烈 偏差，在本发明方法的范围内被分析的概率自动变得小得多。此外，检查者还 可以将小肠的部分52作为另一分析空间的选项来提供。按照本发明的方法，小 肠的部分52由于其几何位置(因其与分析空间7、9不在相同的轴位置)以及 该部分52没有在闭锁处表示出结束这个事实而使得其被分析的概率较低。此 外，作为小肠一部分的部分52没有开始，并具有不同于分析空间7和9(即感 兴趣的大肠(VOI)的部分)的直径。因此在这种情况下，检查者将以最高优 先级来选择第四分析空间9，并尤其以可忽略的低概率程度来选择肌肉43和小 肠部分52。也就是说，检查者可以根据基于所实施的分析的适当排序，可靠而 快速地以正确的方式将第四分析空间9选择为VOI1的部分。
图3示意性示出虚拟内窥镜方法的优选实施例的流程图。在方法开始71 之后，在方法步骤73中提供3D数据体，在方法步骤75基于该3D数据体提供 第一分析空间。虚拟内窥镜将在该分析空间中自动定位。为此例如可采用图2 中所示的3D数据体10和第一分析空间3。然后在方法步骤77，由软件以及必 要时基于检查者的输入(如有关的观察者位置和路径方向)给出穿过该第一分 析空间的观察路径。该路径例如可以是图2所示的第一观察路径51。
在图3所示的实施例中，在方法步骤79询问是否识别出分析空间的边界， 这例如可以是图2所示的、在定向位置53识别出的边界55。对于没有识别出 边界的情况，将在分支N中继续在“飞过”的框架下遵循最初的观察路径。对 于识别出边界的情况将遵循分支J。这导致根据预先确定的准则基于3D数据体 自动确定至少一个其它的分析空间。该步骤例如在图2所示区域57、57’、57” 中通过自动确定其它分析空间5、7、9来实施。在方法流程70中，该过程由方 法步骤81示出。对于确定多个分析空间的数目的情况，在方法步骤83中求出 该数目的值并在方法步骤85中以该值的降序进行排序。在图3所示的方法流程 70的优选实施例中这样进行排序，即将以较高概率分析的分析空间排在以较低 概率分析的分析空间之前。因此，检查者在方法步骤87已获得顺序下降的、预 排序的分析空间的选择，其中，具有最高概率的分析空间位于第一位置。该选 择例如以可选分析空间(如7、9、52、43)或者说定向位置53或边界55的列 表的形式或图形显示的形式给出。当检查者认为这是符合目的时，其可在方法 步骤89中断该方法。否则他可以利用方法步骤91通过交互或自动选择在其它 分析空间中的一条其它观察路径来继续该方法。作为其它观察路径例如可以是 图2中的观察路径59、A、B、63。
该方法在循环中继续，其中又针对新的观察路径查询分析空间的边界。
给出一种在计算机断层造影中用于显示和处理3D图像的虚拟内窥镜方 法，具有下述方法步骤：
-根据3D数据体10提供第一分析空间3；
-提供通过该第一分析空间3的观察路径51。
为了对于无法找到穿过该VOI的穿行路径的情况也能自动计算观察路径， 按照在此提出的概念根据预先确定的准则基于该3D数据体10自动确定至少一 个其它分析空间5、7、9。
图1示出感兴趣空间(VOI)1，其具有分析空间3和其它分析空间5、7、 9。分析空间3、5、7、9表示基于用坐标交叉表示的3D数据体10的结肠的部 分。虽然VOI1总的来说表示要检查的管状身躯部分，也就是将大肠作为结肠 的一部分。然而该VOI1在屏幕判断时向检查者所显示的是这样的曲折，使得 无法找到穿行的观察路径。第一分析空间3与第二分析空间5例如由一个拐弯 11而分开。在该拐弯11处的弯曲是如此厉害，使得在第一分析空间3与第二 分析空间5之间无法找到穿行的路径。通过预计算确定的观察路径13在端点 15触及第一分析空间3的边界。因此，检查者不得不以新的观察者位置19和 新的路径方向21的形式给出在第二分析空间5中的新的观察路径17。为此他 必须首先找到第二分析空间5。在第一分析空间3中，端点15实际上标示出观 察路径13在第一分析空间3中的结束。
第二分析空间5在损伤23的区域内被挤压成闭锁25。因此该其它观察路 径17在端点27触及第二分析空间5的边界。检查者又要找到第三分析空间7 并以观察者位置31和路径方向33的形式给出新的观察路径29。在此的缺点是 第三分析空间7中的区域35未被检查。新的观察路径29在虚拟内窥镜飞行时 分别在位置37在相同的飞行方向33上以最大视野延伸。因此，当前第三分析 空间7的内照射视图是在对观察路径29的在线计算的框架内实现的。
观察路径29在端点39又触及第三分析空间7的边界。在此这是因为由于 肌肉43形成的VOI1的狭窄41而造成的。同样，狭窄也可由于造影剂过少而 形成。于是又要在第四分析空间9中以观察者位置47和路径方向49的形式给 出新的观察路径45。
所勾画的过程被证明是困难的、耗时的，同时在虚拟内窥镜中也是不可靠 的，因为区域35可能不能用于判断。这同样适用于在此所示的结肠镜，并且也 类似地适用于支气管镜和囊镜领域或其它领域中的虚拟内窥镜。
在此提出的用于虚拟内窥镜的方法的概念的一个优选实施例以同样的作 为结肠部分以及VOI的大肠的例子在图2中示出。图中对相同的部分采用相同 的附图标记。
按照该优选实施例，基于3D数据体10提供该大肠的第一分析空间3，并 预先给定穿过该第一分析空间3的观察路径51。这种预先给定优选是自动进行 的并由计算机支持。必要时该自动的预先给定基于检查者的输入，如涉及观察 路径51的起始点50和方向54。就这样为检查者提供了观察路径51。在定向位 置53观察路径51识别到分析空间3的边界55。通常这样的定向位置实际上是 观察路径51的结束。类似的情况也适用于第二分析空间5、第三分析空间7和 第四分析空间9，因此使用相同的附图标记来标记相应的定向位置53和边界55。
因此，在用方框符号标记出的VOI1的区域57、57’、57”中，根据预先 确定的准则基于3D数据体10自动确定至少一个其它分析空间。在第一分析空 间3的区域57中自动确定第二分析空间5。在此，预先确定的准则首先是医学 准则，因为所涉及的第二分析空间5的类型和表面特性对于第一分析空间3来 说具有同等的意义。检查者可以交互地预先给定一条其它观察路径59，或者可 预先给定一条自动穿过该第二分析空间5的其它观察路径。在此，可以例如由 检查者从可能性列表中图形地选出第二分析空间5。
在第二分析空间5的区域57’中自动确定第三分析空间7，尽管由于闭锁 25找不到穿行的路径。根据分析空间7的涉及几何准则的大小、定向以及形状， 将该分析空间7识别为与第二分析空间5属于同一个VOI1。在这种情况下， 检查者例如可以选择实际上在第二分析空间5、第三分析空间7和第四分析空 间9中保持相同方向61的新观察路径A。此外，还可以为检查者由计算机支持 地给出第三分析空间7中与闭锁25更好匹配的新观察路径B。
在此无论是观察路径A还是观察路径B都可以在上述预计算或上述在线计 算中提供。
所述情形在第三分析空间7和第四分析空间9之间的区域57”中以类似 方式重复。在区域57”中，根据预先确定的几何和/或医学准则自动确定第四 分析空间9。检查者可以为该第四分析空间9预先给定或指定一条其它的新的 观察路径63。
对于检查者错误地例如将肌肉43作为分析空间的选项选择的情况，则肌 肉43由于其与第三分析空间7和第四分析空间9的几何特性和医学特性的强烈 偏差，在本发明方法的范围内被分析的概率自动变得小得多。此外，检查者还 可以将小肠的部分52作为另一分析空间的选项来提供。按照本发明的方法，小 肠的部分52由于其几何位置(因其与分析空间7、9不在相同的轴位置)以及 该部分52没有在闭锁处表示出结束这个事实而使得其被分析的概率较低。此 外，作为小肠一部分的部分52没有开始，并具有不同于分析空间7和9(即感 兴趣的大肠(VOI)的部分)的直径。因此在这种情况下，检查者将以最高优 先级来选择第四分析空间9，并尤其以可忽略的低概率程度来选择肌肉43和小 肠部分52。也就是说，检查者可以根据基于所实施的分析的适当排序，可靠而 快速地以正确的方式将第四分析空间9选择为VOI1的部分。
图3示意性示出虚拟内窥镜方法的优选实施例的流程图。在方法开始71 之后，在方法步骤73中提供3D数据体，在方法步骤75基于该3D数据体提供 第一分析空间。虚拟内窥镜将在该分析空间中自动定位。为此例如可采用图2 中所示的3D数据体10和第一分析空间3。然后在方法步骤77，由软件以及必 要时基于检查者的输入(如有关的观察者位置和路径方向)给出穿过该第一分 析空间的观察路径。该路径例如可以是图2所示的第一观察路径51。
在图3所示的实施例中，在方法步骤79询问是否识别出分析空间的边界， 这例如可以是图2所示的、在定向位置53识别出的边界55。对于没有识别出 边界的情况，将在分支N中继续在“飞过”的框架下遵循最初的观察路径。对 于识别出边界的情况将遵循分支J。这导致根据预先确定的准则基于3D数据体 自动确定至少一个其它的分析空间。该步骤例如在图2所示区域57、57’、57” 中通过自动确定其它分析空间5、7、9来实施。在方法流程70中，该过程由方 法步骤81示出。对于确定多个分析空间的数目的情况，在方法步骤83中求出 该数目的值并在方法步骤85中以该值的降序进行排序。在图3所示的方法流程 70的优选实施例中这样进行排序，即将以较高概率分析的分析空间排在以较低 概率分析的分析空间之前。因此，检查者在方法步骤87已获得顺序下降的、预 排序的分析空间的选择，其中，具有最高概率的分析空间位于第一位置。该选 择例如以可选分析空间(如7、9、52、43)或者说定向位置53或边界55的列 表的形式或图形显示的形式给出。当检查者认为这是符合目的时，其可在方法 步骤89中断该方法。否则他可以利用方法步骤91通过交互或自动选择在其它 分析空间中的一条其它观察路径来继续该方法。作为其它观察路径例如可以是 图2中的观察路径59、A、B、63。
该方法在循环中继续，其中又针对新的观察路径查询分析空间的边界。
给出一种在计算机断层造影中用于显示和处理3D图像的虚拟内窥镜方 法，具有下述方法步骤：
-根据3D数据体10提供第一分析空间3；
-提供通过该第一分析空间3的观察路径51。
为了对于无法找到穿过该VOI的穿行路径的情况也能自动计算观察路径， 按照在此提出的概念根据预先确定的准则基于该3D数据体10自动确定至少一 个其它分析空间5、7、9。
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