可视化三维具颜色编码方向信息的向量参数的方法和装置转让专利

申请号 : CN200610008635.1

文献号 : CN1822049B

文献日 :

基本信息:

PDF:

法律信息:

相似专利:

发明人 : 詹斯·古林阿克塞尔·施赖伯

申请人 : 西门子公司

摘要 :

本发明涉及一种用于可视化三维的、在数据处理装置上存在和/或从测量或仿真中接收的具有颜色编码的方向信息的向量参数的方法,使得该向量参数根据其方向以不同的颜色并以三维或两维投影的表示显示在图像输出装置上,其中在该图像输出装置上显示至少一个给定该表示方向的参考元素和至少一个解释所采用的颜色编码的说明,其中将所述至少一个给定表示方向的参考元素彩色地构造为三维元素,使得通过该参考元素的彩色外形说明性地显示出所采用的颜色编码。

权利要求 :

1.一种用于可视化三维的、在数据处理装置上存在和/或从测量或仿真中接收的具有颜色编码的方向信息的向量参数的方法,使得向量参数根据其方向以不同的颜色以三维或两维投影的表示显示在图像输出装置上,其中在该图像输出装置上显示至少一个给定该表示的方向的参考元素和至少一个解释所采用的颜色编码的说明,其特征在于,借助存储在数据处理装置中的用于处理测量数据或仿真数据和/或用于图像处理的数据的程序将所述至少一个给定表示方向的参考元素彩色地构造为三维元素,使得通过该参考元素的彩色外形说明性地显示出所采用的颜色编码,从而将所述用于给定方向的参考元素和一个用于解释彩色编码的三维图例组合成一个元素。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,作为向量参数显示扩散过程的优选方向。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在扩散张量成像中利用磁共振设备来显示所述优选方向。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,作为参考元素采用立方体和/或球体和/或直角平行六面体和/或椭圆。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述参考元素的棱和/或平面和/或分解平面具有彩色外形。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述参考元素的分解平面通过引入宽度和长度或三角而产生。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述参考元素包括给定显示方向的文本组件,该文本组件为了解释颜色编码也具有彩色外形。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在显示中为了对主方向采用的基本颜色编码而相应地将主方向显示在所述参考元素上。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述主方向形成一个正交的三面形。

10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,对副方向编码的混合颜色对应于相应的副方向显示在所述参考元素上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其特征在于,在旋转所述参考元素时利用图像处理工具相应地旋转向量参数在图像输出装置上的显示,或者在旋转向量参数的显示时利用图像处理工具在图像输出装置上相应地旋转所述参考元素。

12.一种采用颜色编码的方向信息可视化三维向量参数的装置(16),包括用于处理存在和/或接收的数据的数据处理装置(23)和适用于彩色显示的图像输出装置,该装置(16)用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于,所述装置(16)包括用于操作图像处理工具的输入装置(25)。

14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,所述输入装置(25)是键盘(25a)和/或鼠标(25b)。

15.一种磁共振设备(15),其包括根据权利要求12至14中任一项所述的用于可视化三维向量磁共振参数的装置(16)。

说明书 :

技术领域

本发明涉及一种用于可视化三维的、在数据处理装置上存在和/或接收的具有颜色编码方向信息的向量参数的方法,使得该向量参数根据其方向以不同的颜色并以三维或两维投影的表示显示在图像输出装置上,其中在图像输出装置上显示至少一个给定该表示方向的参考元素和至少一个解释所采用的颜色编码的说明。

背景技术

例如在医疗、地质学或材料检验中可视化三维数据时,一方面需要将所显示信息的空间方向文档化。为此采用根据图像平面的位置或着色的立体显示可以推断出方向的参考元素。此外通常还需要解释该显示的图例,该图例解释作为向量场显示的三维向量参数所采用的颜色编码。除了实际的图像和参考元素之外,该3D图例作为解释所采用的颜色编码的说明也显示在图像输出装置上。
但一方面通过参考元素对方向的显示和另一方面对3D图例作为所采用的颜色编码的说明的显示带来了问题,即在图像输出装置上会出现快速的遮盖,从而用图像显示工作的使用者可能会丢失重要的信息。此外该显示不是很快就一目了然。同时方向说明和3D图例的实施要求使用大量的用于可视化的程序源代码。由此可能很快出现错误。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是提供一种改善的可视化方法。
为了解决该技术问题,在开始所述类型的方法中,根据本发明将至少一个说明显示方向的参考元素作为三维元素彩色地形成,使得通过参考元素的该彩色外形能说明性地显示出所采用的颜色编码。
由此这样解决了该问题,传统的独立存在的元素、即用于说明方向的参考元素和用于解释颜色编码的3D图例组合在一个元素中。构成为图形元素或文本标记的参考元素这样彩色地构成,使得参考元素同时显示所采用的颜色编码的文件。由此结果给出了紧凑的同时也是直观的显示。在图像输出装置、如屏幕或打印件上用所显示的向量参数工作的使用者可以基本上毫无限制地使用他已学到的知识来给定方向和颜色编码,其中只对刚开始只用于显示方向的参考元素的解释进行扩展。通过将颜色编码集成到给定方向的参考元素中可以进行更为简单的实施,从而减少了可能由于作为参数的图像显示之基础的程序的数量而产生的错误。
向量参数可以是来自测量或仿真的参数,这些参数是在地质学或材料检验中获取的,例如描述机械压力中力传播的向量,或者表现岩石层针对液体的渗透性的向量。另一个应用领域是在医疗领域,例如显示扩散过程。同样血流和肌肉组织的运动方向可以颜色编码地显示。在这种情况下,解剖方向以及颜色编码显示在用于图像显示这些参数的图像输出装置上,为此根据本发明只需要一个元素。
由此根据本发明,作为向量参数显示扩散过程的优选方向,尤其是在利用磁共振设备的扩散张量成像(DTI)中。在此分子是扩散驱动着运动的,其中在不同方向提供的自由行程通常是不同的,由此出现了运动的各向异性。其中存在定向扩散的组织被彩色地显示,使得该扩散的解剖优选方向可以从颜色中看出。在根据本发明的对这种扩散参数的可视化中,所采用的颜色编码通过参考元素的彩色外形来给定,该参考元素同时还表现照片的解剖方向。同样,扩散参数的可视化可以在技术领域中进行。
作为参考元素可以采用立方体和/或球体和/或直角平行六面体和/或椭圆体。在此作为同是用于显示复杂颜色编码的参考元素采用具有完全平面的元素,如球或椭圆,其上可以特别好地给出颜色过渡。另一方面具有平坦平面的参考元素的优点在于,在此每个平坦平面都对应于一个特定的方向说明,例如在解剖结构上对应于右左或前后的说明。
在采用具有不同棱长的直角平行六面体或椭圆体时可以一方面表现在诸如屏幕或纸张打印件的图像输出装置上的向量参数显示的分辨率或者说特定失真,另一方面可以在必要时在特定方向上进行颜色编码的更为准确的显示。
根据本发明还具备的是,参考元素的棱和/或平面和/或尤其是通过引入宽度和长度或三角而出现的参考元素的分解平面具有彩色外形。这样例如可以根据对应于水平或垂直方向的颜色对立方体的棱着色。同样,还可以根据颜色编码使立方体的平面或者构成一个球体的分解平面具有彩色外形。
此外,参考元素包括说明显示方向的文本组件,该文本组件彩色地构成为解释颜色编码。因此例如在解剖结构显示中可以根据对应于方向的颜色来彩色地构造表示“前面”的标记“A”。这样可以彩色地构造用于给定方向如“垂直”或“水平”的文本组件,从而文本组件还用于传达关于所采用的颜色编码的信息。
优选地,在显示中为了对主方向采用的基本颜色进行编码而相应地将该方向显示在相应的参考元素上。例如在医疗中,主方向——前-后通常通过绿颜色来编码,左-右可以通过红色来显示,头-脚通过蓝色来显示。这些颜色或者说必要时其它用于对主方向采用的基本颜色进行编码而相应地将该方向显示在相应的参考元素上,从而例如以绿色对立方体的平面进行着色,该平面用于说明在以代表“前”的“A”进行解剖成像时的方向。类似地,对直角平行六面体的水平棱对应于从左向右的方向着上红色。相反,对球体元素的北极着上蓝色,由此与头-脚方向平行或反平行的表达出该取向。
主方向可以形成一个正交的三面形。这符合医疗应用和自然科学或工程应用中的惯例,其中主要采用正交的xyz坐标系统作为主方向。
在本发明的实施方式中,对副方向编码的混合颜色对应于相应的方向显示在参考元素上。如果对主方向分别给出红、绿或蓝的基本颜色,则如果对副方向使用通过基本颜色的组合给出的混合颜色就可以改善对颜色编码的直观理解。这样例如对于一个相对于头-脚方向有所倾斜的向量采用更亮的蓝色,该颜色对于对应于前-后方向的向量会缓慢的过渡到绿色。
根据本发明,在旋转参考元素时利用图像处理工具相应地旋转该参数在图像输出装置上的显示,反过来也是。因此使用者可以采用他通过键盘或鼠标控制的图像处理工具。这样,例如可以通过给定旋转角和旋转方向或直接借助箭头显示或者说借助所显示的操作手按照期望的那样旋转参考元素。在这种情况下匹配图像显示,使得该方向与参考元素上表现的方向一致。反过来,例如通过匹配作为基础的参数可以在图像输出装置上旋转该显示。在这种情况下也自动对参考元素进行相应的旋转,从而该参考元素分别用所属的颜色编码表现正确的方向。
这样根据本发明采用唯一的一个元素就可以将图像显示的方向与作为向量参数显示的基础的颜色编码一起表现出来。
此外本发明还涉及一种采用颜色编码的方向信息可视化三维向量参数的装置,包括用于处理存在和/或接收的数据的数据处理装置和适用于彩色显示的图像输出装置,该装置用于执行上述方法。在数据处理装置上存储了向量参数,或者通过数据存储介质或数据连接线将该向量参数例如从测量装置传送到所述数据处理装置。所述装置的图像输出装置可以是显示器或平板显示屏等等,适用于颜色编码地显示向量参数。同样,该图像输出装置也彩色地构造并因此除了方向之外还显示给定颜色编码的参考元素。这通常利用数据处理装置中存储的用于处理诸如测量数据或仿真数据的数据和用于图像显示的程序来实现。
优选地,该装置包括输入装置、尤其是键盘和/或鼠标来操作图像处理工具。利用图像处理工具例如可以抓取和旋转参考元素,其中该控制可以通过鼠标等等进行。此外该输入装置还可用于通过文本输入来控制图像处理,其中例如更改确定显示方向的参数。同样,利用该输入装置可以为一次新的显示选择图像区域或截面。
最后,本发明涉及一种磁共振设备,其包括如上所述的用于可视化三维向量磁共振参数的装置。在此可能的参数是扩散优选方向的向量,该向量在扩散张量成像时通过质子的不同运动性或者说通过由此形成的限定优选方向的各向异性来给出。同样,例如可以通过向量参数表现出心肌的运动方向。通过采用本发明的装置,为利用磁共振设备执行检查的使用者提供了更为紧凑的显示,该显示一方面避免了重叠,另一方面又非常直观。

附图说明

下面利用实施例和附图给出本发明的其它优点、特征和细节。其中:
图1示出本发明的用于可视化向量参数的方法中的屏幕显示;
图2示出具有球形参考元素的另一个屏幕显示;
图2A示出图2的一段显示;
图3示出根据本发明构造的参考元素;
图4示出本发明的具有执行本发明方法的装置的磁共振设备。

具体实施方式

图1示出本发明用于可视化三维向量参数的方法中的屏幕显示1,向量参数存在于数据处理装置上或者由该数据处理装置通过数据导线或借助存储介质接收。替代地或补充地,还可以观察在此未示出的图像印象。在医疗领域的数据获取时确定的向量参数以三维显示2再现于屏幕显示1中。三维显示2除了向量参数的显示3之外还包括对应的检查区域、在此是被检查患者的头部的作为参考目的的显示4,其中向量参数根据相应向量的方向而被颜色编码。为此将患者的头部与对应的主要组织以及脂肪组织、脑髓以及骨架一起显示。此外为了定向显示出在水平方向上穿过三维显示2的头部区域的平面5。
除了三维显示2之外,屏幕显示1还包括立方体形式的参考元素6。立方体的侧面在此用文本元素“L”表示“左”,“P”表示“后”,“H”表示“头”,这些文本元素给出了解剖显示2的方向。如在此通过不同的阴影线所表示的,立方体的侧面7形成为不同的颜色,由此说明性地给定了用于向量参数显示3的颜色编码。方向对应于后方向的向量参数具有与相应地用“P”表示的参考元素6的侧面7相同的颜色,在此通过阴影线识别。具有与左方向一致的向量在向量参数的显示3中以相同的颜色表现出来,如在以“L”表示的立方体6的所述侧面7上给出的。方向不与三个相互正交的主方向的任何一个一致的参数在显示3中通过不同的阴影线表示的混合颜色表现出来。
这样,利用本发明的可视化方法可以快速可采集地利用唯一的一个以相应的颜色构成的参考元素显示出方向和对向量参数的方向信息进行编码的颜色编码。
图2示出具有球形参考元素9的另一个屏幕显示8。在该屏幕显示8中以二维的椭圆10示出向量参数,如在图2A的截图中可以识别出的,其中该椭圆10的长短半轴之比为该参数的各向异性提供了一个度量。该向量参数的方向信息通过椭圆10的彩色外形表现出来,该彩色外形在此通过不同的阴影线表示。为了概略显示,在显示8中没有示出椭圆结构,而只是根据阴影线表现出彩色区域。该颜色编码又通过参考元素9的彩色外形来说明,该参考元素首先说明了通过椭圆10形成的显示8的方向。为此参考元素9是包括文本元素11的球形,在此“F”表示“脚”,“A”表示“前”,因为在此又拍摄了对应于一个解剖方向的医疗数据。文本元素采用针对各个对应的主方向的颜色编码的颜色构成,副方向通过混合颜色编码。椭圆10给出的颜色(在此以阴影显示)与参考元素9上面给出的颜色一致,并且椭圆10具有相应通过参考元素9的方向表示出的方向。
如果在图1或图2中分别通过采用对应的图像处理工具或通过输入确定显示的说明来旋转参考元素,则向量参数的显示也相应地发生旋转,必要时所显示的检查区域也相应地发生旋转。反过来,在旋转图像显示时一起旋转参考元素,从而该参考元素提供的对方向的说明始终与参考向量的显示一致。
图3示出根据本发明构成的立方体形式的参考元素12。方向在此通过参照x、y和z方向的文本元件13显示。这些主方向形成一个正交的三面形。参考元素12还包含针对在此未示出的向量参数的颜色编码的说明性给定,其中参考元素12的棱14a分别按照其空间方向而被着上不同的颜色,在此通过相应的虚线或点划线表示。这样,可以从参考元素12立即得出具有垂直优选方向的向量参数必须在所述显示中具有哪些颜色。平面14b在所显示的参考元素12中没有着色,而是给出了统一的,不与颜色编码混淆的颜色,例如灰色。
最后在图4中示出本发明的包括执行本发明方法的装置16的磁共振设备15。磁共振设备15包括磁共振断层造影仪17,其具有外壳18和开口19,该开口适用于拍摄患者处于其上的患者卧榻20。
利用磁共振断层造影仪17在扩散张量成像的范围内产生图像,其中用扩散方向测量向量参数。向量参数通过数据连接线22传送到包括数据处理装置23的装置16,该数据处理装置23具有存储和计算单元、屏幕24和由键盘25a以及鼠标25b组成的输入装置25。由磁共振断层造影仪17通过数据连接线22接收的向量参数由数据处理装置23进行处理,使得该向量参数在屏幕24上以颜色编码的形式显示在还包括参考元素的显示26中。在此出于清楚起见而未示出的参考元素既表现出被拍摄的检查区域的三维和两维投影显示的方向,又表现出可用于对向量参数的方向信息进行编码的颜色编码。在此,合适的是通过文本组件给定方向,该文本组件同时还通过具有彩色外形而用于给定颜色编码。此外参考元素的平面也可以相应地具有彩色外形。
由此利用本发明的采用装置16的磁共振设备15可以可视化具有颜色编码的方向信息的三维向量参数,使得只需要将一个参考元素用于解释该可视化的重要特征(即方向和颜色编码)。从而以简单方式利用本发明的磁共振设备15提供了理解数据可视化所需要的信息。