ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ОБЪЕМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ АНАТОМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2019 года по МПК G06T19/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе и способу визуализации объемного изображения анатомической структуры. Изобретение также относится к рабочей станции и устройству визуализации, содержащему эту систему. Кроме того, изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему инструкции, обуславливающие выполнение способа процессорной системой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Объемные изображения могут быть представлены пользователю различными способами. Например, если объемное изображение представлено данными об изображении из стопы срезов двухмерного изображения, один из срезов двухмерного изображения может быть выбран для отображения, или может быть сгенерирован наклонный срез с помощью технологии многоплоскостного переформатирования, или мультипланарной реформации. Другой пример заключается в том, что если объемное изображение представлено данными о трехмерном (3D) изображении, для генерирования двухмерной (2D) проекции данных о трехмерном изображении может быть использована технология объемного рендеринга.

В целом, такие представления объемного изображения называются видами объемного изображения, а генерирование указанных видов называется генерированием вида. Такие технологии известны в области обработки изображений. В настоящем изобретении геометрическое расположение вида относительно объемного изображения может быть определено плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение. Такая плоскость обзора может представлять собой, например, геометрию для многоплоскостного переформатирования, выборку среза изображения, плоскость проекции и т.д.

На объемном изображении может быть показана анатомическая структура, такая как орган, часть органа и т.д. Для медицинского работника может быть предпочтительным получение вида, или проекции, поверхности анатомической структуры на объемном изображении, например, для обеспечения медицинскому работнику возможности вручную задать контур или скорректировать очертание контура анатомической структуры на виде.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проблема при получении вида поверхности анатомической структуры заключается в том, что поверхность на таком виде часто показана неявным образом.

Создание системы или способа с улучшенным качеством визуализации объемного изображения анатомической структуры.

Для лучшего решения данного вопроса, согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложена система для визуализации объемного изображения анатомической структуры, содержащая:

- интерфейс данных изображения для доступа к данным об объемном изображении;

- процессор отображения, выполненный с возможностью:

i) генерирования первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, и на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры,

ii) определения по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя;

iii) определения локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде, и

iv) генерирования второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации, определенной для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении по существу ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности; и

- устройство вывода данных отображения для генерирования и вывода данных отображения представляющих собой выходные данные процессора отображения.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложены рабочая станция и устройство формирования изображений, содержащие указанную систему.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен способ визуализации объемного изображения анатомической структуры, включающий:

- осуществление доступа к данным об объемном изображении;

- генерирование первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, при этом на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры;

- определение по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя, и локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде;

- генерирование второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации, определенной для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении по существу ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности; и

- генерирование и вывод данных отображения, представляющих собой выходные данные процессора отображения.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложен компьютерный программный продукт, содержащий инструкции, обуславливающие выполнение вышеуказанного способа процессорной системой.

Вышеуказанные меры включают доступ к данным об объемном изображении. Например, может быть осуществлен доступ к данным об 3D-изображении, например, в формате 3D-матрицы вокселов, или к данным об изображении стопы срезов 2D-изображения, каждый из которых находится, например, в форме 2D-матрицы вокселов или пикселов. Генерируется первый вид объемного изображения, на котором показано сечение поверхности анатомической структуры. Такой первый вид может быть сгенерирован в виде части системы, последовательно генерирующей различные виды данных об изображении для обеспечения пользователю возможности навигации по объемному изображению. Однако это не является ограничением, так как первый вид также может быть сгенерирован в другом контексте. Первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, определяющей геометрическое отношение между первым видом и объемным изображением. Например, плоскость обзора может представлять собой плоскость проекции, геометрию для многоплоскостного переформатирования или указывать на выборку среза изображения. В результате, первый вид может быть сгенерирован с помощью такой технологии генерирования вида, как многоплоскостное переформатирование. Однако это не является ограничением, и первый вид также может соответствовать подвыборке данных о 3D-изображении, например осевому, коронарному или сагиттальному срезу. Следует отметить, что функциональность, описанная в данном абзаце, как таковая известна из области отображения объемных изображений.

Кроме того, определяется локальная ориентация поверхности анатомической структуры в пределах объемного изображения, а именно путем анализа данных об объемном изображении. В настоящем документе, фраза «ориентация (…) в пределах объемного изображения» относится к трехмерной ориентации, например, описанной вектором, прилагательное «локальная» относится к ориентации, представляющей собой ориентацию поверхности в указанном по меньшей мере одном местоположении. Данное местоположение представляет собой местоположение на объемном изображении, которое также показано на первом виде.

Кроме того, система генерирует второй вид объемного изображения. Второй вид, как и первый вид, геометрически задан плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, а именно второй плоскостью обзора. Однако, помимо этого, вторая плоскость обзора пересекает объемное изображение таким образом, что поверхность анатомической структуры по существу ортогонально пересечена в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности. В настоящем документе, термин «по существу ортогонально» относится к ортогональному пересечению, или к такому, которое находится в пределах диапазона, ограниченного 90 градусами, представляющему ортогональное пересечение, например, в пределах +/- 20 градусов, +/- 10 градусов и/или в пределах +/- 5 градусов. Для определения подходящих геометрических параметров второго вида используется предварительно определенная локальная ориентация поверхности в указанном по меньшей мере одном местоположении на поверхности. Как и первый вид, второй вид может быть сгенерирован различными способами, например, посредством многоплоскостного переформатирования, если второй вид представляет собой наклонный срез по объемному изображению, путем получения подвыборки данных о 3D-изображении, отличающейся от подвыборки первого вида, и т.д.

Кроме того, генерируются данные отображения, представляющие собой выходные данные процессора отображения. Например, эти данные отображения могут сначала показывать первый вид, а затем – второй вид, или они могут показывать оба вида одновременно, например, расположенные рядом или в виде наложения.

Авторами изобретения было обнаружено, что на отображении объемного изображения может часто происходить то, что на виде показано сечение, которое слегка пересекает поверхность анатомической структуры, например, по существу не ортогонально. На таких видах, поверхность анатомической структуры показана нечетко. Например, если поверхность представляет собой контур анатомической структуры, на первом виде может быть показана анатомическая структура с нечетким контуром. Конкретным примером является то, что осевое сечение по объемному изображению молочной железы на нижней части молочной железы, как правило, показывает слегка пересекаемую поверхность кожи, что в результате дает нечеткий контур. Неблагоприятно то, что пользователю может быть сложно очертить контуры поверхности кожи на таком виде.

Вышеуказанные меры обладают эффектом, заключающимся в том, что начиная с первого вида, на котором показано сечение поверхности анатомической структуры, пользователю выводится второй вид, на котором показано ортогональное сечение поверхности анатомической структуры. Выходом ортогонального сечения является рисунок поверхности, который более точен, чем нечеткое сечение. Соответственно, на втором виде поверхность показана более четко, чем обычно бывает в случае первого вида. Благодаря этому пользователь может вручную точнее задать контур анатомической структуры или скорректировать его очертание. Более того, существуют различные другие преимущественные варианты использования такого второго вида, такие как облегчение интерпретации изображения медицинским работником, более достоверный последующий автоматический анализ и т.д.

В частном случае реализации система дополнительно содержит подсистему взаимодействия с пользователем для обеспечения пользователю возможности размещения экранного указателя на первом виде, а процессор отображения выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя. За счет обеспечения подсистемы взаимодействия с пользователем, пользователь может взаимодействовать с системой. Например, подсистема взаимодействия с пользователем может содержать интерфейс устройства ввода, соединенный с устройством ввода, такой как манипулятор-мышь, клавиатура, сенсорная панель и т.д. Соответственно, пользователь может предоставить ввода пользователя за счет эксплуатации устройства ввода. В частности, пользователь может размещать экранный указатель, такой как курсор, на первом виде. Выходное дисплейное устройство может представлять собой часть подсистемы взаимодействия с пользователем, таким образом обеспечивая возможность предоставления системой видимой обратной связи в ответ на пользовательский ввод, предоставленный пользователем. Такая функциональность может быть использована для различных целей, таких как навигация по объемному изображению, аннотирование изображений или очерчивание изображения. Примером последнего является задание вручную или корректировка очертания контура анатомической структуры, например путем повторения контура анатомической структуры экранным указателем. Процессор отображения может определять указанное по меньшей мере одно местоположение на поверхности исходя из положения экранного указателя, например, непосредственно используя положение, путем выбора контура, наиболее приближенного к положению экранного указателя, и т.д. Соответственно, на втором виде показана поверхность анатомической структуры, которая по существу ортогонально пересечена в положении экранного указателя или около него. Преимущественно, пользователь может выбирать местоположение, в котором поверхность анатомической структуры по существу ортогонально пересечена, например, щелкая кнопку мыши или посредством наведения экранного указателя над местоположением, таким образом обуславливая генерирование второго вида системой и дисплеем.

В частном случае реализации подсистема взаимодействия с пользователем выполнена с возможностью обеспечения пользователю возможности очерчивания поверхности анатомической структуры на втором виде. Таким образом, второй вид генерируется и отображается по меньшей мере частично с целью обеспечения пользователю возможности очерчивания поверхности анатомической структуры на втором виде. Такое очерчивание может представлять собой трассирование пользователем контуров анатомической структуры экранным указателем. Поскольку на втором виде, как правило, поверхность показана более четко, чем бывает, как правило, в случае первого вида, второй вид является более подходящим для такого очерчивания. В результате, пользователь может точнее очерчивать контуры анатомической структуры.

В частном случае реализации процессор отображения выполнен с возможностью:

- определения интересующего объема на объемном изображении, содержащего указанное по меньшей мере одно местоположение на поверхности; и

- генерирования второго вида исходя из интересующего объема.

За счет определения интересующего объема, второй вид генерируется из конкретного поднабора данных об изображении, содержащего указанное по меньшей мере одно местоположение на поверхности. За счет генерирования второго вида, исходя из интересующего объема, предотвращена необходимость обработки всех данных об объемном изображении при генерировании второго вида. Например, интересующий объем может представлять собой объем проекции, из которого генерируется второй вид с помощью объемной проекции. Другим примером является то, что интересующий объем определяет данные об изображении, к которым применяется многоплоскостное переформатирование. При генерировании второго вида из интересующего объема может быть использована вторая плоскость обзора, например, выступая в роли плоскости проекции или в роли геометрической цели для многоплоскостного переформатирования. Преимущественно, если второй вид сгенерирован в качестве меньшей вставки или наложения на первый вид, например, с отображением только местоположения, соседнего по отношению к указанному по меньшей мере одному местоположению на поверхности, интересующий объем может быть выбран таким образом, чтобы соответствовать меньшему второму виду.

В частном случае реализации интересующий объем имеет форму куба или сферы. Формы куба или сферы хорошо подходят в качестве форм для интересующего объема. Однако, в качестве альтернативы, интересующий объем может иметь более общую форму. Следует отметить, что форма может быть задана предварительно, быть определенной для конкретного применения или может быть задана пользователем. Например, в случае удлиненной анатомической структуры, такой как кость, в качестве интересующего объема может быть использован вытянутый прямоугольник, так что более крупная часть поверхности кости отображается более четко.

В частном случае реализации процессор отображения выполнен с возможностью генерирования второго вида в виде наложения на часть первого вида. Таким образом, второй вид не полностью замещает первый вид. Это может предотвратить замешательство пользователя, обусловленное внезапным изменением вида, и/или замену первого вида, препятствующего навигации пользователя по объемному изображению. Наложение предпочтительно может представлять собой локальное наложение, например, показывающее только местоположение, соседнее по отношению к указанному по меньшей мере одному положению на поверхности с сохранением, таким образом, первого вида в качестве окружения.

В частном случае реализации часть первого вида, на которую осуществлено наложение, соответствует интересующему объему. В результате, второй вид наложен на соответствующую ему часть первого вида, например, путем отображения подобной части анатомической структуры. Это представляет собой особенно преимущественную визуализацию ввиду того, что она интуитивно понятна пользователю.

В частном случае реализации процессор отображения выполнен с возможностью сопряжения второго вида с первым видом на границе интересующего объема для установления постепенного перехода между наложением второго вида и первым видом. Соответственно, на границе интересующего объема могут быть предотвращены прерывистые переходы.

В частном случае реализации процессор отображения выполнен с возможностью установления локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения в качестве вектора ориентации, направленного в сторону наиболее крутого изменения интенсивности изображения от указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности анатомической структуры. Таким образом, локальная ориентация поверхности в указанном по меньшей мере одном местоположении на поверхности представлена вектором, например, трехмерным вектором. Как правило, наиболее крутое изменение интенсивности изображения указывает на ориентацию поверхности. Для определения такого наиболее крутого изменения известны различные технологии обработки изображений. Например, к данным об изображении может быть применен фильтр изображений, такой как фильтр Гессе.

В частном случае реализации процессор отображения выполнен с возможностью определения второй плоскости обзора путем поворота первой плоскости обзора так, чтобы включать вектор ориентации с преобразованием поворота с поворотом на наименьший абсолютный угол. Первая плоскость обзора может быть повернута вокруг различных отличающихся осей так, чтобы включать вектор ориентации с получением, таким образом, отдельного вида для каждой отдельной оси преобразования поворота. Путем поворота первой плоскости обзора с преобразованием поворота, обладающим наименьшим абсолютным углом поворота, угловое смещение второго вида относительно первого вида сводится к минимуму. Преимущество этого состоит в облегчению для пользователя интерпретирования второго вида.

В соответствии с вышеизложенным могут быть предложены система и способ визуализации объемного изображения анатомической структуры. Используя первый вид объемного изображения, на котором показано неортогональное сечение поверхности анатомической структуры, может быть определена локальная ориентация поверхности в пределах объемного изображения, а именно, путем анализа данных об объемном изображении. После определения локальной ориентации поверхности, может быть сгенерирован второй вид объемного изображения, который задан плоскостью обзора, ортогонально пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении. Соответственно, на втором виде поверхность может быть показана более четко, чем бывает, как правило, в случае первого вида. Благодаря этому пользователь может вручную точнее задать контур анатомической структуры или скорректировать его очертание. Более того, могут иметь место различные преимущественные варианты использования такого второго вида, такие как облегчение интерпретации изображения медицинским работником, более достоверный последующий автоматический анализ и т.д.

Специалисту в данной области техники будет ясно, что два или более вышеуказанных вариантов реализации, вариантов осуществления и/или аспектов настоящего изобретения могут быть скомбинированы любым полезным образом.

Модификации и вариации рабочей станции, устройства формирования изображений, способа и/или компьютерного программного продукта, которые соответствуют описанным модификациям и вариациям системы, могут быть осуществлены специалистом в данной области техники, основываясь на настоящем описании.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что способ может быть применен к данным о многомерном изображении, например, трехмерном (3D) или четырехмерном (4D) изображении. Размерность многомерного изображения может иметь отношение ко времени. Например, четырехмерное изображение может содержать последовательности трехмерных изображений во временной области. Изображение может быть получено с помощью различных методик получения, таких как, без ограничения, обычная рентгеновская визуализация, компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), ультразвуковое исследование (УФ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОЭКТ) и медицинская радиология (МР).

Настоящее изобретение определено в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные, но необязательные варианты реализации определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут ясными с разъяснениями, ссылающимися на варианты реализации, описанные ниже в данном документе. На чертежах:

на фиг. 1 показана система для визуализации объемного изображения анатомической структуры путем генерирования видов объемного изображения;

на фиг. 2A показан вид объемного изображения, представляющий собой осевое сечение молочной железы в нижней части молочной железы;

на фиг. 2B показан еще один вид объемного изображения молочной железы, представляющий собой осевое сечение молочной железы в центральном срезе;

на фиг. 3A показана первая плоскость обзора первого вида, пересекающаяся с объемным изображением при пересечении с поверхностью анатомической структуры под малым углом;

на фиг. 3B показана вторая плоскость обзора второго вида, пересекающая объемное изображение, так что поверхность анатомической структуры пересекается ортогонально;

на фиг. 4 показан второй вид, отображаемый в качестве локального наложения, наложенного на первый вид в положении экранного указателя;

на фиг. 5 показан способ визуализации объемного изображения анатомической структуры путем генерирования видов объемного изображения; и

на фиг. 6 показан компьютерный программный продукт, содержащий инструкции, обуславливающие выполнение способа системой обработки.

Следует отметить, что элементы, имеющие одинаковые ссылочные позиции на различных фигурах, имеют одинаковые конструктивные признаки и одинаковые функции, или представляют собой одинаковые сигналы. Если функция и/или конструкция такого элемента были описаны, в повторном их разъяснении в подробном описании нет необходимости.

Перечень ссылочных позиций

Далее представлен перечень ссылочных позиций, который предназначен для облегчения интерпретации чертежей и который не следует истолковывать в качестве ограничения формулы изобретения.

020 внешнее хранилище

022 данные об объемном изображении

060 дисплей

080 устройство ввода пользователя

082 данные, предоставляемые устройством ввода пользователя

100 система для визуализации объемного изображения

120 интерфейс данных изображения

140 процессор отображения

142 выходные данные процессора дисплея

160 устройство вывода данных отображения

162 данные отображения

180 подсистема взаимодействия с пользователем

182 информация о расположении

200 вид, пересекающий поверхность кожи молочной железы под малым углом

220 вид, пересекающий поверхность кожи молочной железы под крутым углом

250, 252 контур, представляющий собой поверхность кожи молочной железы

300 первая плоскость обзора, представляющая собой первый вид

310 2D-изображение первой плоскости обзора

312 2D-изображение второй плоскости обзора

320 вторая плоскость обзора, представляющая собой второй вид

350, 352 поверхность анатомической структуры

360, 362 локальная ориентация поверхности

370 местоположение на поверхности

400 первый вид

420 второй вид

440 экранный указатель

500 способ визуализации объемного изображения

510 осуществление доступ к объемному изображению

520 генерирование первого вида

530 определение локальной ориентации поверхности, показанной на первом виде

540 генерирование второго вида, ортогонально пересекающего поверхность

550 генерирование выходных данных отображения

600 компьютерный программный продукт

610 инструкции.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показана система 100 для визуализации объемного изображения анатомической структуры. Система 100 содержит интерфейс 120 данных изображения для осуществления доступа к данным 022 об объемном изображении. На фиг. 1 показана система, осуществляющая доступ к данным 022 об изображении из внешнего хранилища 020. В качестве альтернативы, доступ к данным 022 об изображении может быть получен в пределах системы 100, т.е. из внутреннего хранилища. Система 100 дополнительно содержит процессор 140 отображения. Показанный процессор 140 отображения осуществляет доступ к данным 022 об изображении через интерфейс 120 данных изображения из внешнего хранилища 020. Система 100 дополнительно содержит устройство 160 вывода данных отображения для генерирования и вывода данных 162 отображения, представляющих собой выходные данные процессора 140 отображения. Показанное устройство 160 вывода данных отображения выдает данные 162 отображения на дисплей 060.

Внешнее хранилище 020 может представлять собой систему передачи и архивации изображений (СПАИ, PACS). Как система 100, так и СПАИ 020, могут представлять собой часть медицинской информационной системы (МИС, HIS). В качестве альтернативы, внешнее хранилище может иметь другую форму.

Работа системы 100 может быть вкратце описана следующим образом. Интерфейс 120 данных изображения осуществляет доступ к данным 022 об объемном изображении. Исходя из данных 022 об изображении, к которым получен доступ, процессор 140 отображения генерирует первый вид объемного изображения, геометрически заданный первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, и на котором показано сечение поверхности анатомической структуры. Процессор 140 отображения определяет локальную ориентацию поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде. Исходя из локальной ориентации поверхности, процессор 140 отображения генерирует второй вид объемного изображения, геометрически заданный второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении по существу ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности. Устройство 160 вывода данных отображения генерирует и выводит данные 162 отображения, представляющие выходные данные 142 процессора отображения.

Следует отметить, что вместо упомянутого устройства 160 вывода данных отображения, устройство вывода может представлять собой устройство вывода другого типа, отличающегося тем, что оно может выводить данные, представляющие собой выходные данные 142 процессора отображения в любое место, например, на подсистему анализа для дальнейшего автоматического анализа.

На фиг. 1 дополнительно показан необязательный аспект системы 100, которая в этом случае содержит подсистему 180 взаимодействия с пользователем. Показанная подсистема 180 взаимодействия с пользователем соединена с устройством 080 ввода пользователя, таким как манипулятор-мышь, клавиатура, сенсорная панель и т.д., таким образом обеспечивая пользователю возможность взаимодействия с системой 100 путем управления устройством 080 ввода пользователя. Например, подсистема 180 взаимодействия с пользователем может обеспечивать пользователю возможность расположения экранного указателя исходя из данных 082, принятых с устройства 080 ввода пользователя. В результате, на процессор 140 отображения может быть предоставлена информация 182 о расположении. Несмотря на то, что это не показано на фиг. 1, подсистема 180 взаимодействия с пользователем может содержать устройство 160 вывода данных отображения и отдельный интерфейс ввода пользователя, соединенный с устройством 080 ввода пользователя.

Следует отметить, что работа системы 100, в том числе ее различных необязательных аспектов, будет описана более подробно со ссылкой на фиг. 2А-4.

Система 100 может быть реализована в качестве отдельного устройства или прибора, такого как рабочая станция или устройство формирования изображений, или в нем. Устройство или прибор может содержать один или более микропроцессоров, исполняющих соответствующее программное обеспечение. Программное обеспечение может быть загружено и/или сохранено в соответствующем запоминающем устройстве, например, энергозависимом запоминающем устройстве, таком как ОЗУ, или энергонезависимом запоминающем устройстве, таком как флэш-накопитель. В качестве альтернативы, функциональные блоки системы могут быть реализованы в устройстве или приборе в виде программируемой логической схемы, например, программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС, FPGA). В целом, каждый функциональный блок системы может быть реализован в форме микросхемы. Следует отметить, что система 100 также может быть реализована распределенным образом, например, с привлечением различных устройств или приборов. Например, распределение может быть выполнено в соответствии с моделью клиент-сервер.

На фиг. 2А показан вид 200 объемного изображения молочной железы. Вид 200 соответствует осевому сечению по молочной железы в нижней части молочной железы. В результате, вид 200 может представлять собой осевой срез из стопы срезов 2D-изображения. Фиг. 2А служит для иллюстрации проблемы с видами, на которых показаны сечения поверхностей анатомической структуры, заключающейся в том, что такая поверхность 250 может быть слегка пересечена, т.е. под малым углом, что, как правило, приводит к тому, что поверхность 250 анатомической структуры показана на виде 200 неявным образом. В настоящем документе термин «малый» относится к углу между плоскостью обзора, которая геометрически задает вид 200, и поверхностью 250 анатомической структуры, составляющий по существу менее 90 градусов, например, 60 градусов или меньше. В результате, поверхность 250 кожи молочной железы представлена на виде 200 по фиг. 2А нечетким контуром. Такой нечеткий контур может быть трудно с точностью очертить, с точностью интерпретировать и т.д.

На фиг. 2В показан еще один вид 210 объемного изображения молочной железы. Данный еще один вид 210 представляет собой осевое сечение по молочной железы в центральном срезе. По сравнению с осевым сечением, показанным на фиг. 2А, осевое сечение по фиг. 2В пересекает молочную железу под более крутым, по существу прямым углом. Как следствие, поверхность 252 молочной железы представлена на виде 210 по фиг. 2В более четким контуром, чем на фиг. 2А.

Авторами изобретения было обнаружено, что начиная с первого вида, на котором относительно слабое сечение поверхности анатомической структуры, может быть автоматически и целенаправленно сгенерирован второй вид, пересекающий поверхность анатомической структуры круче, например, ортогонально или по существу ортогонально.

На фиг. 3A схематически показана первая плоскость 300 обзора такого первого вида. Для упрощения интерпретации, на фиг. 3А представлено 2D-изображение 310 вместо 3D-изображения. В результате, первая плоскость 300 обзора представлена линией, пересекающей поверхность 350 анатомической структуры. Первая плоскость 300 обзора может представлять собой плоскость изображения, представляющую отображаемое в текущий момент изображение. Показанная первая плоскость 300 обзора пересекает поверхность 350 анатомической структуры в местоположении 370 на поверхности. Соответственно, местоположение 370 содержится на первом виде в качестве части контура, представляющего собой поверхность 350 анатомической структуры. Первая плоскость 300 обзора пересекает поверхность 350 анатомической структуры неортогонально, как отмечено вектором 360 ориентации, представляющим собой ориентацию поверхности в местоположении 370, которое не находится в пределах первой плоскости 300 обзора.

На фиг. 3B представлено 2D-изображение 312 второй плоскости 320 обзора. Вторая плоскость обзора ортогонально пересекает поверхность 352 анатомической структуры. Вторая плоскость 320 обзора может быть получена путем поворота первой плоскости обзора в пределах объемного изображения. Однако для упрощенного сравнения с фиг. 3А, на фиг. 3В не показана вторая поворачиваемая плоскость обзора, а показано окружающее изображение, и, как следствие, на ней показана анатомическая структура. Как следствие, вторая плоскость 320 обзора теперь ортогонально пересекает поверхность 352 анатомической структуры, как отмечено вектором 362 ориентации, находящимся в пределах второй плоскости 320 обзора. Вышеуказанное может являться результатом заявленного процессора отображения за счет того, что процессор отображения может определять вторую плоскость 320 обзора и после этого генерировать второй вид.

Следует отметить, что процессор отображения, в целом, может выявлять локальную ориентацию поверхности в пределах объемного изображения в качестве вектора ориентации, направленного в сторону наиболее крутого изменения интенсивности изображения от указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности анатомической структуры. Процессор отображения может определять направление наиболее крутого изменения интенсивности изображения путем применения фильтра изображений к данным об изображении. Например, процессор отображения может применять фильтр Гессе к данным об изображении. Фильтры Гессе широко известны в областях обработки изображений и анализа изображений. В качестве альтернативы, для определения направления наиболее крутого изменения интенсивности изображения в пределах данных об изображении может использоваться любая другая подходящая технология обнаружения. После определения вектора ориентации процессор отображения может определить вторую плоскость обзора путем поворота первой плоскости обзора так, чтобы включать вектор ориентации. Для сведения к минимуму и/или предотвращения так называемого внутриплоскостного поворота содержимого второго вида относительно первого вида, процессор отображения может использовать преобразование поворота с поворотом на наименьший абсолютный угол. В частности, из числа всех возможных преобразований поворота, преобразующих первую плоскость обзор во вторую плоскость обзора, например вдоль различных отличающихся осей, может быть выбрано конкретное преобразование поворота, в частности преобразование поворота с поворотом на наименьший абсолютный угол .

На фиг. 4 показан второй вид 420, отображаемый в качестве локального наложения, наложенного на первый вид 400 в положении экранного указателя 440. Данная фигура имеет отношение к следующему. Пользователю может быть обеспечена возможность расположения экранного указателя 440, например, путем управления устройством ввода пользователя, соединенным с подсистемой взаимодействия с пользователем, содержащейся в системе 100 по фиг. 1. Например, экранный указатель 440 может быть предусмотрен для использования в графическом интерфейсе пользователя, установленным подсистемой взаимодействия с пользователем. Процессор отображения может быть выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя 440. Например, местоположение может быть представлено текущим положением экранного указателя 440 или местоположением на поверхности анатомической структуры, наиболее приближенным к текущему положению. Процессор отображения может генерировать второй вид 420 в качестве локального наложения на часть первого вида 400, таким образом замещая первый вид в положении, соседнем относительно положения экранного указателя 440. Например, наложение может обеспечивать продолжительный вид в режиме реального времени, на котором показана поверхность анатомической структуры, пересекаемая ортогонально по мере перемещения экранного указателя 440 пользователем по первому виду 400. Второй вид 420 может быть сгенерирован исходя из интересующего объема. Интересующий объем может представлять собой соседнее положение, которое может содержать текущее положение экранного указателя и окружающие его части в объемном изображении. Интересующий объем может иметь форму куба или сферы, но в равной степени предполагаются и другие формы. Например, форма может быть подогнана под форму анатомической структуры. Интересующий объем может представлять собой вводные данные для технологии многоплоскостного переформатирования. В результате, технология многоплоскостного переформатирования может быть применена к интересующему объему, а не ко всему объемному изображению.

Несмотря на то, что это не показано на фиг. 4, процессор отображения может осуществлять сопряжение второго вида с первым видом на границе интересующего объема для установления постепенного перехода между наложением второго вида и первым видом. Следует отметить, что второй вид также может отображаться различными другими способами. Например, второй вид может быть предоставлен в отдельном окне, которое примыкает к окну, на котором показан первый вид, например, в конфигурации «бок-о-бок». Кроме того, второй вид может полностью замещать первый вид. Кроме того, второй вид может быть предоставлен только после выбора режима очерчивания, при этом подсистема взаимодействия с пользователем может обеспечивать пользователю возможность очерчивать поверхность анатомической структуры на втором виде.

На фиг. 5 показан способ 500 визуализации объемного изображения анатомической структуры путем генерирования видов объемного изображения. Способ 500 может соответствовать работе системы 100 по фиг. 1. Однако это не является ограничением и выполнение способа 500 также возможно за пределами системы 100.

На стадии под названием «ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ДОСТУПА К ОБЪЕМНОМУ ИЗОБРАЖЕНИЮ» способ 500 включает осуществление 510 доступа к данным об объемном изображении. На стадии под названием «ГЕНЕРИРОВАНИЕ ПЕРВОГО ВИДА» способ 500 дополнительно включает генерирование 520 первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, при этом на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры. На стадии «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ, ПОКАЗАННОЙ НА ПЕРВОМ ВИДЕ» способ 500 дополнительно включает определение 530 локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде. На стадии под названием «ГЕНЕРИРОВАНИЕ ВТОРОГО ВИДА, ОРТОГОНАЛЬНО ПЕРЕСЕКАЮЩЕГО ПОВЕРХНОСТЬ» способ 500 дополнительно включает генерирование 540 второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности. На стадии «ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ВЫВОД ДАННЫХ ОТОБРАЖЕНИЯ» способ 500 дополнительно включает генерирование и вывод 550 данных отображения, представляющих собой выходные данные процессора отображения.

Следует понимать, что вышеуказанное функционирование может быть выполнено в любом подходящем порядке, например, последовательно, одновременно или посредством их комбинации, в отношении которой, в частном случае реализации устанавливается конкретный необходимый порядок, например, посредством соотношений вход-выход. Например, второй вид может быть сгенерирован при условии перехода графического интерфейса пользователя в конкретный режим, такой как режим очерчивания. Кроме того, второй вид также может быть сгенерирован повторно для различных местоположений на поверхности, показанной на первом виде, например, как указано положением экранного указателя. В настоящем документе, первый вид может представлять собой навигационный вид, например, для обеспечения пользователю возможности навигации по объемному изображению.

Способ 500 может быть реализован на компьютере в качестве реализуемого на компьютере способа, в качестве аппаратного обеспечения специального назначения, или в качестве комбинации и того и другого. Как также показано на фиг. 6, инструкции для компьютера, например, исполнимый код, могут храниться на компьютерочитаемом носителе 600, например, в форме ряда 610 машиночитаемых физических знаков и/или в виде ряда элементов, имеющих различные электрические, например, магнитные, или оптические свойства или значения. Исполнимый код может храниться кратковременным или некратковременным образом. Примеры компьютерочитаемых носителей включают запоминающие устройства, оптические устройства 600 хранения данных, интегральные микросхемы, серверы, программное обеспечение в режиме онлайн и т.д. На фиг. 6 показан оптический диск.

Следует понимать, что заявленное изобретение может с успехом использоваться в следующих вариантах использования. Во многих клинических применениях, в которые вовлечены данные об объемных медицинских изображениях, таких как МР, КТ или 3D-ультразвуковые изображения, пользователю может быть необходимо вручную задать или скорректировать заранее заданный контур 3D-подобъема, например, опухоли или органа. Специалисты в области лучевой диагностики, как правило, проверяют объемные изображения путем просмотра данных под 2D сечением, или вдоль ориентаций сетки вокселов, лежащей в основе (например, осевой, коронарной и сагиттальной) или наклонных срезов. Наведение контуров 3D-объектов может быть выполнено с помощью рисования замкнутых контуров на смежных 2D-срезах с последующим объединением стопы замкнутых контуров в поверхностную 3D-сетку. Заявленное изобретение может быть с успехом использовано для обнаружения локальной ориентации поверхности на объемном изображении в текущем местоположении указателя мыши. На этапе реформации локальный интересующий объем вокруг указателя мыши может быть переориентирован таким образом, что обнаруженная поверхность обрезает ортогонально через срез изображения. При данном способе трассирования, точность контура явным образом может быть повышена. С этой целью, в любом заданном положении указателя мыши на изображении, может быть применен фильтр, например фильтр Гессе, или 3D-градиент для анализа локальной ориентации изображенной структуры. Локальная ориентация может быть представлена вектором О, направленным в сторону наиболее крутого изменения интенсивности изображения. Может быть задана плоскость P, которая 1) ортогональна плоскости изображения (например, плоскость обзора, задающей текущий отображаемый вид) и 2) содержит вектор ориентации. В настоящем документе плоскость P может быть использована для выбора поворота с наименьшим возможным углом поворота, что приводит к попаданию вектора ориентации в плоскость обзора. Ось поворота может быть перпендикулярна плоскости P. Все другие повороты вокруг других осей могут быть связаны с большими углами. Набор вокселов вокруг положения указателя мыши может быть определен в качестве интересующего объема (ИО) для данного варианта применения. ИО может быть в форме куба или сферы или может иметь более общую форму. Размер может быть задан заранее, зависеть от варианта применения или задан пользователем. К ИО может быть применен поворот с перемещением вокселов в новые местоположения. Поворот может быть задан таким образом, что ось поворота содержится в плоскости обзора и является ортогональной относительно плоскости P. Угол поворота может быть задан в качестве наименьшего угла (абсолютного значения), который обеспечивает отображение вектора О ориентации в плоскость обзора. Таким образом, видимое изображения может быть улучшено с поворотом объема изображения на минимально возможный угол. Таким образом, локальная структура изображения в ИО может быть представлена так, что сечение поверхности представлено более ясно и с возможностью более легкого трассирования пользователем. Кроме того, к самому положению указателя мыши может быть применено преобразование R поворота и оно может постепенно расплываться в сторону границ ИО путем применения взвешенного преобразования wR, где w стремится от 1 в центре ИО к 0 на границе ИО. Это может предотвратить прерывистые переходы на границе ИО.

Следует отметить, что хотя вышеуказанные примеры относятся к анатомической структуре, представляющей собой молочную железу, заявленное изобретение может быть с успехом использовано для получения вида другой анатомической структуры, а также для более ясного отображения их поверхности.

Следует понимать, что настоящее изобретение также применимо к компьютерным программам, в частности, компьютерным программам на носителе или в нем, приспособленным к реализации настоящего изобретения на практике. Программа может быть в форме исходного кода, объектного кода, промежуточного источника кода и объектного кода, такого как в частично компилированной форме, или в любой другой форме, подходящей для использования при реализации способа в соответствии с настоящим изобретением. Следует также понимать, что такая программа может иметь много различных архитектурных проектирований. Например, программный код, реализующий функциональность способа или системы в соответствии с настоящим изобретением, может быть подразделен на одну или более подпрограмм. Специалисту в данной области техники будут очевидны многие различные способы распространения функциональности по этим подпрограммам. Подпрограммы могут совместно храниться в одном исполнимом файле для образования автономной программы. Такой исполнимый файл может содержать исполнимые на компьютере инструкции, например, инструкции процессора и/или инструкции интерпретатора (например, инструкции Java-интерпретатора). В качестве альтернативы, одна или более или все подпрограммы могут храниться по меньшей мере в одном файле внешней библиотеки и связаны с основной программой статическим или динамическим образом, например, во время выполнения. Основная программа содержит по меньшей мере один вызов по меньшей мере одной из подпрограмм. Подпрограммы также могут содержать вызовы функций друг друга. Вариант реализации, относящийся к компьютерному программному продукту, содержит исполнимые на компьютере инструкции, соответствующие каждому этапу обработки по меньшей мере одного из способов, изложенных в настоящем документе. Эти инструкции могут быть подразделены на подпрограммы и/или сохранены в одном или более файлах, которые могут быть связаны статическим или динамическим образом. Другой вариант реализации, относящийся к компьютерному программному продукту, содержит исполнимые на компьютере инструкции, соответствующие каждому средству, содержащемуся по меньшей мере в одном из систем и/или продуктов, изложенных в настоящем документе. Эти инструкции могут быть подразделены на подпрограммы и/или сохранены в одном или более файлов, которые могут быть связаны статическим или динамическим образом.

Носитель компьютерной программы может представлять собой любую сущность или устройство, выполненное с возможностью реализации программы. Например, носитель может содержать устройство хранения данных, такое как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), например ПЗУ на основе компакт-диска или ПЗУ на основе полупроводника, или магнитный носитель информации, например жесткий диск. Кроме того, носитель может представлять собой переходящий носитель, такой как электрический или оптический сигнал, который может передаваться по электрическому или оптическому кабелю, или по радио, или другому средству. При реализации программы в таком сигнале, носитель может быть составлен таким кабелем или другим устройством или средством. В качестве альтернативы, носитель может представлять собой интегральную схему, в которую встроена программа, при этом интегральная схема выполнена с возможностью выполнения соответствующего способа или использования при его выполнении.

Следует отметить, что вышеуказанные варианты реализации приведены для иллюстрации изобретения, а не для его ограничения, и специалисты в данной области техники смогут разработать многочисленные альтернативные варианты реализации без выхода за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, заключенные в скобки, не следует толковать, как ограничение формулы изобретения. Использование глагола «содержит» и его производных не исключает наличия элементов или этапов, отличных от изложенных в формуле изобретения. Грамматические показатели, указывающие на единственное число элемента, не исключают наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано с помощью аппаратного обеспечения, содержащего несколько отличающихся элементов, и с помощью подходящим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, в котором перечислено несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. Сам по себе тот факт, что некоторые меры изложены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть с успехом использована.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат – улучшение качества визуализации объемного изображения анатомической структуры. Система для визуализации объемного изображения анатомической структуры содержит: интерфейс данных изображения для осуществления доступа к данным об объемном изображении; процессор отображения для: генерирования первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, и на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры; определения местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя; определения локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении и генерирования второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации, определенной для местоположения на поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении ортогонально в указанном местоположении на указанной поверхности; устройство вывода данных отображения и подсистему взаимодействия с пользователем. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система для визуализации объемного изображения анатомической структуры, содержащая:

интерфейс данных изображения для осуществления доступа к данным об объемном изображении;

процессор отображения, выполненный с возможностью:

i) генерирования первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, и на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры,

ii) определения по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя;

iii) определения локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде, и

iv) генерирования второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации, определенной для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении по существу ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности;

устройство вывода данных отображения для генерирования и вывода данных отображения, представляющих собой выходные данные процессора отображения,

и подсистему взаимодействия с пользователем для обеспечения пользователю возможности размещения экранного указателя на первом виде,

причем процессор отображения выполнен с возможностью определения указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя.

2. Система по п. 1, в которой подсистема взаимодействия с пользователем выполнена с возможностью обеспечения пользователю возможности очерчивания поверхности анатомической структуры на втором виде.

3. Система по п. 1, в которой процессор отображения выполнен с возможностью:

определения интересующего объема на объемном изображении, содержащего указанное по меньшей мере одно местоположение на поверхности; и

генерирования второго вида исходя из интересующего объема.

4. Система по п. 3, в которой интересующий объем имеет форму куба или сферы.

5. Система по п. 1, в которой процессор отображения выполнен с возможностью генерирования второго вида в виде наложения на часть первого вида.

6. Система по п. 5, в которой часть первого вида, на которую осуществлено наложение, соответствует интересующему объему.

7. Система по п. 6, в которой процессор отображения выполнен с возможностью сопряжения второго вида с первым видом на границе интересующего объема для установления постепенного перехода между наложением второго вида и первого вида.

8. Система по п. 1, в которой процессор отображения выполнен с возможностью установления локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения в качестве вектора ориентации, направленного в сторону наиболее крутого изменения интенсивности изображения от указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности анатомической структуры.

9. Система по п. 8, в которой процессор отображения выполнен с возможностью определения второй плоскости обзора путем поворота первой плоскости обзора так, чтобы включать вектор ориентации с преобразованием поворота при повороте на наименьший абсолютный угол.

10. Система по п. 8, в которой процессор отображения выполнен с возможностью определения направления наиболее крутого изменения интенсивности изображения путем применения фильтра изображений к данным об изображении.

11. Система по п. 10, в которой фильтр изображений представляет собой фильтр Гессе.

12. Рабочая станция, содержащая систему по п. 1.

13. Устройство формирования изображений, содержащее систему по п. 1.

14. Способ визуализации объемного изображения анатомической структуры, включающий:

осуществление доступа к данным об объемном изображении;

генерирование первого вида объемного изображения, причем первый вид геометрически задан первой плоскостью обзора, пересекающей объемное изображение, при этом на первом виде показано сечение поверхности анатомической структуры;

определение по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя и локальной ориентации поверхности в пределах объемного изображения путем анализа данных об объемном изображении, при этом локальная ориентация определена для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, показанной на первом виде;

генерирование второго вида объемного изображения исходя из локальной ориентации, определенной для указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности, при этом второй вид геометрически задан второй плоскостью обзора, пересекающей поверхность анатомической структуры на объемном изображении по существу ортогонально в указанном по меньшей мере одном местоположении на указанной поверхности;

генерирование и вывод данных отображения, представляющих собой выходные данные процессора отображения,

обеспечение пользователю возможности размещения экранного указателя на первом виде, и

определение указанного по меньшей мере одного местоположения на поверхности исходя из положения экранного указателя.

15. Некратковременный компьютерочитаемый носитель данных, содержащий инструкции, обуславливающие выполнение способа по п. 14 процессорной системой.