[发明专利]用于在2D图像中描绘3D图像的数据组的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及在二维(2D)图像中描绘三维(3D)图像的数据组的领域，并且尤其是，涉及用于在二维(2D)图像中描绘三维(3D)图像的数据组的方法和设备。 

背景技术

医学成像方法，例如超声(US)、X射线技术，尤其是计算机X射线断层扫描技术(CT)、磁共振成像(MRI)、或核医疗成像方法诸如正电子发射型计算机断层显像(PET)，允许获得人类以及动物身体的三维图像数据组(也称为体积数据)。因为典型的显示设备诸如显示屏和打印机仅提供二维(2D)平面图像，这导致了怎样描绘这些三维(3D)数据的问题。描绘三维(3D)数据记录的一个可以是使横截面穿过数据记录和仅描绘位于这个横截面上的3D图像数据组的这些图像元件(voxel，三维像素)。通过移动横截面或通过产生很多横截面，医疗从业者能够看见所要描绘的目标的三维图像。 

其它的方法也允许同时描绘整个3D图像数据组。例如，可以产生胎儿的三维超声图像的2D图像，该2D图像显示例如图11所示的数字地产生的顶视图的胎儿。为了产生这样的2D图像，成像软件从3D图像数据组提取在胎儿和围绕胎儿的羊膜液体之间的界面和根据虚拟光源增加灯光效果和阴影。这样的方法被称为表面绘制(surface rendering)。 

当图像数据组具有没有很好被限定的界面时，在2D图像中描绘整个图像数据组也是可以的。在这种情况中，3D图像体积的单个三维像素根据它们的光学特性被分类，例如透明或不透明，并且之后从某一观看方向产生2D图像，该2D图像对应于3D图像数据组的某一视图。这样的方法通常称为“体绘制”(volume rendering)。图8显示了通过体绘制产生的心脏的3D超声图像数据组的2D图像的例子。 

在德国，绘制的方法也被称为“DIGITALE BILDSYNTHESE”(“数字图像合成”)。术语“绘制”通常涉及从3D绘图产生2D图像的方法。这可以是3D图像数据组，也可以是几何绘图诸如方格模型、解析的/参数的绘图诸如公式或运算法则，例如不规则碎片形(factual)。 

通常，以及在本文中，“体绘制”是指从3D图像数据组产生2D图像的方法。优选地，这种图像给出3D图像的某种深度感觉。表面绘制是体绘制的具体的变形。 

当描绘通过绘制产生的2D图像时，通常优选颜色描绘。颜色被分配给3D图像体积的每个三维像素或2D图像的每个像素，这通过在颜色图表中列出的三维像素值或像素值来确定。 

如图11和8所示，虽然局部的特性(例如表面结构、弯曲等)通过局部虚拟照明(“gradient-lighting，梯度照明”)可用相对好且有效率的方式描绘，但是深度感觉在许多情况下被丢失。尤其是，当描绘复杂的解剖区域的体积记录时(例如3D/4D超声图像)，通常难于理解整体的定位。 

现有技术中，用于改善3D图像数据组的深度感觉的方法通常被称为“深度暗示”(depth cueing)。深度暗示是指一组效果，为了获得较好的深度感，所述一组效果作为相对于观看者的深度的函数改变特定材料特性或光照特性。例如，所谓“雾化”通常被施加以使得目标的颜色减退，例如减退至相对于背景的白色或黑色。另一个方法是在2002年卷7第4期，Journal of Graphics Tools中，D.Weiskopf，T.Ertl的″Real-TimeDepth-Cueing beyond Fogging″文章中被描述的。该文章提出改变颜色饱和度，以便在图像的前景中使用全部颜色饱和度，而在图像的背景中只适用灰色阴影。 

在2000年的IEEE Visualization 2000上的Ebert，P.Rheingans的文章Non-Photorealistic Rendering of Volume Data”提出结合深度暗示的强度与颜色阴影的微小修改。例如，随着深度的增加，如已经由Leonardo daVinci实施的，颜色可减退至蓝色。随着图片深度的增加，改变颜色阴影的这些方法根据图片主要的颜色具有非常不同的效果。例如，如果已包含蓝色梯度的颜色图表被用于产生图片，把背景改变成蓝色不是非常有 效率，而且是让人不愉快。 

美国专利US 2006/0173326描述了一种超声图像的深度暗示的方法，其中，为了给出深度感，“颜色血流(color-flow)”(多普勒)图像的颜色随着与观看者的距离的增加而改变。