Способ и устройство для объемной визуализации наборов данных

Способ и устройство для объемной визуализации наборов данных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для объемной визуализации наборов данных, более конкретно, наборов медицинских данных, согласно преамбуле независимых пунктов формулы изобретения.

Современные средства формирования изображений в медицине (например, компьютерная томография) обеспечивают большие количества данных с беспрецедентной разрешающей способностью. Представление этого огромного количества информации является сложной задачей, стоящей перед современными радиологическими рабочими станциями. Существующим предпочтительным способом обеспечения высококачественного исследования данных является объемная визуализация. За счет сочетания информации, обеспечиваемой методом двухмерной визуализации поперечного сечения и методом трехмерной визуализации, можно усовершенствовать процесс диагностики. Объединение различных представлений данных потенциально выгодно с точки зрения обеспечения значительного повышения эффективности. В данном случае объемный дисплей обычно действует как обзорный дисплей. Изображения поперечного сечения содержат важную для диагностики информацию.

Путем точного определения области патологии на объемном дисплее выбирают соответствующие изображения поперечного сечения для отображения на участке двумерного отображения. С технической точки зрения этот процесс является относительно простым для реализации. Положение в пространстве интересующей точки может быть выведено из характеристик заданного окна просмотра (т.е. функции преобразования и направления визирования). Важно отметить, что существует ограниченная степень свободы выделения положения на соответствующем изображении поперечного сечения.

Тем не менее обратная операция не является такой же несложной. В результате выбора положения на двухмерном поперечном срезе должно быть получено выразительное ясное объемное изображение. Даже если интересующее положение точно задано путем выбора точки на изображении поперечного сечения, надлежащее выделение интересующей области на соответствующем объемном представлении является сложной задачей.

Общим мотивом для выделения структуры, выбранной на двумерном изображении, на его трехмерном представлении, является получение контекстуальной информации. Проиллюстрируем это коротким примером. При считывании ангиографических изображений поперечного сечения, полученных методом компьютерной томографии, часто требуется определить, к какой анатомической структуре принадлежит конкретный частично видимый сосуд. В этом случае была бы желательна объемная визуализация изображенного сосуда и окружающего его пространства. Для получения оптимальных результатов выбранная структура должна быть хорошо видна и должна быть не затенена менее важными структурами.

Выбор точки обзора является хорошо изученной областью исследований в случае многоугольных изображений, но число проведенных исследований применительно к данным в объемном представлении является относительно небольшим. Кроме того, до настоящего времени уделялось мало внимания сочетанию расчета оптимальной точки обзора и синхронизированных изображений.

В работе Fleishman и др. [6] предложено автоматическое размещение камеры для получения основанных на анализе изображений моделей с известной геометрией. Для расчета видимости и затенения поверхностей применяется мера качества. У Blanz и др. [2] исследуются такие методы, как канонические представления изображения на предмет эстетических аспектов точки обзора. В используемой экспериментальной установке пользователи оценивают качественность точек обзора моделей трехмерных объектов. На основании полученных оценок задают набор критериев хороших точек обзора. Для определения качества точки обзора виртуальных изображений у Sbert и др. [12] применяется мера, основанная на расстоянии Кульбака-Лейблера проецируемой площади многоугольников в изображении. У Lee и др. [7] введен принцип значимости сетки для расчета местной значимости сеток. Он также может применяться для выбора точки обзора помимо упрощения сетки. В работе Vázquez и др. [16, 17] рассматривается вопрос отсутствия согласия в компьютерной графике по поводу того, что характеризует хорошее изображение. Для автоматического вычисления хороших точек обзора введено понятие энтропии точки обзора, основанное на теории информации. Работа Polonsky и др. [10] посвящена вычислению наилучшего изображения объекта. В ней описан набор дескрипторов изображения для расчета качества точки обзора. У Miihler и др. [8] предложено решение выбора точки обзора для визуализации поверхностей в медицине. Задачей этой работы является генерация динамических изображений для коллективного планирования вмешательств и обучения хирургов.

Разработки в области полигональных данных способствовали появлению ряда недавних работ, касающихся выбора точки обзора применительно к данным в объемном представлении. У Bordoloi и Shen [3] предложено основанное на энтропии решение для определения минимального набора репрезентативных представлений заданного изображения. В процессе выбора точки обзора принимается во внимание распределение данных, функция преобразования и видимость вокселов. У Takahashi и др. [13] предложено характеристическое решение для выбора хорошей точки обзора. Для обнаружения локально оптимальных точек обзора идентифицируют характерные компоненты в объеме. Эти точки обзора используют для получения оптимальной глобальной точки обзора. В работе Viola и др. [18] предложено основанное на значимости решение, сфокусированное на структурах внутри данных в объемном представлении. Выделенный объект задается пользователем, и система автоматически выбирает характерную точку обзора, которая обеспечивает выразительное изображение интересующего объекта. У Chan и др. [5] предложена структура, облегчающая выбор точки обзора в случае объемных ангиографических изображений. Рассмотрены дескрипторы изображения применительно к видимости, охвату и самозатенению сосудов для определения глобально оптимальной точки обзора. Это изображение выбирают путем поиска в пространстве решений для точек обзора.

Помимо методов выбора точки обзора существует множество подходов к определению интересующей области (ROI) данных в объемном представлении. Применительно к объемным изображениям эту область также называют интересующим объемом (VOI). У Тоrу и Swindells [14] предложен метод ExoVis прямой объемной визуализации деталей и контекста. VOI может быть определен путем помещения прямоугольника внутрь объемного изображения. Эту часть извлекают из объемного изображения путем перемещения, и этот трехмерный фрагмент может отображаться с использованием различных стилей визуализации или функций преобразования. У Owada и др. [9] описан улавливатель объемного изображения в качестве средства определения ROI внутри данных несегментированного объемного изображения. Пользователь определяет эту область путем вычерчивания двухмерной линии вдоль контура интересующей структуры, а система осуществляет ограниченную сегментацию на основании статистического слияния областей. У Zhou и др. [20] предложена обусловленная областью фокальная характеристическая объемная визуализация для выделения VOI. Согласно предложенному подходу используют геометрическую форму наподобие сферы, чтобы разделить объемное изображение на фокальную и контекстную область. Интересное исследование, касающееся классификации тканей, было проведено Sato и др. [11]. Для идентификации локальных объектов, таких как кромки, пластинки, линии и пятна, которые обычно соответствуют типам тканей при визуализации трехмерных медицинских данных, принимались во внимание трехмерные локальные структуры интенсивности. В фильтрах локальных структур используются векторы-градиенты наряду с матрицей Гессе интенсивности объемного изображения в сочетании с гауссовым размыванием.

Несмотря на исследования коррекция параметров окна просмотра с целью обеспечения хорошего и незатененного изображения интересующей структуры по-прежнему является сложной и трудоемкой задачей. Обычно пользователь должен следить за соответствующей точкой обзора, масштабированием, настройкой функции преобразования, плоскостями отсечения и другими параметрами. Именно поэтому во многих случаях исследуются только двухмерные срезы, а не объемные визуализации наборов данных в объемном представлении.

В основу изобретения положена задача создания способа и соответствующего устройства, позволяющего получать качественные объемные изображения наборов данных, в частности наборов медицинских данных, и требующего меньшего ввода данных пользователем.

Эта задача решена с помощью способа или соответствующего устройства согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Предложенный в изобретении способ включает следующие шаги, на которых: собирают набор данных объекта, в частности, набор медицинских данных пациента, отображают по меньшей мере одно изображение среза собранного набора данных, пользователь определяет положение в интересующей структуре (SOI) по меньшей мере на одном отображенном изображении среза, отображают объемную визуализацию интересующей структуры на основании одного или нескольких первых параметров, которые характеризуют изображение отображаемой объемной визуализации интересующей структуры, при этом упомянутые первые параметры автоматически определяют с учетом выбранного пользователем положения и одного или нескольких вторых параметров, которые характеризуют по меньшей мере одно из следующего: объект, интересующую структуру, текущее отображаемое изображение среза и одну или несколько предыдущих объемных визуализаций интересующей структуры, а упомянутые первые параметры определяют таким образом, чтобы получить оптимизированное изображение отображаемой объемной визуализации интересующей структуры без дополнительного ввода данных пользователем помимо выбора положения.

Соответствующее устройство согласно изобретению содержит дисплей для отображения по меньшей мере одного изображения среза набора данных объекта, в частности, пациента, блок выбора, позволяющий пользователю выбирать положение в интересующей структуре (SOI) по меньшей мере на одном отображенном изображении среза, блок объемной визуализации для вычисления объемной визуализации интересующей структуры на основании одного или нескольких первых параметров, которые характеризуют изображение отображаемой объемной визуализации интересующей структуры, отображаемой на дисплее, при этом упомянутый блок объемной визуализации служит для автоматического определения упомянутых первых параметров с учетом выбранного пользователем положения и одного или нескольких вторых параметров, которые характеризуют по меньшей мере одно из следующего: объект, интересующую структуру, текущее отображаемое изображение среза и одну или несколько предыдущих объемных визуализаций интересующей структуры, а упомянутый блок объемной визуализации служит для определения упомянутых первых параметров таким образом, чтобы получить оптимизированное изображение отображаемой объемной визуализации интересующей структуры без дополнительного ввода данных пользователем помимо выбора положения.

Применительно к настоящему изобретению один или несколько первых параметров также именуются "параметрами окна просмотра", а вторые параметры также именуются "входными параметрами".

В основу изобретения положен принцип выведения параметров окна просмотра, т.е. первых параметров для получения хорошего объемного изображения выбранной интересующей структуры только на основании информации, заданной:

выбранным пользователем положением в интересующей структуре и

одним или несколькими вторыми параметрами, которые могут автоматически выводиться из характеристик объекта, интересующей структуры, текущего отображаемого изображения среза или одной или нескольких предыдущих объемных визуализаций интересующей структуры, соответственно.

Таким способом получают хорошие объемные изображения наборов данных, и при этом сводят необходимый ввод данных пользователем к выбору положения в интересующей структуре.

В одном из вариантов осуществления изобретения один или несколько первых параметров содержит по меньшей мере одно из следующего:

точку обзора, которая является точкой рассматривания интересующей структуры на отображаемой объемной визуализации,

направление визирования (наблюдения), которое является направлением рассматривания интересующей структуры на отображаемой объемной визуализации,

по меньшей мере одну поверхность отсечения, каждая из которых делит интересующую структуру на первую и вторую области, при этом детали интересующей структуры, находящиеся в первой области поверхности отсечения, отображаются на объемной визуализации, детали интересующей структуры, находящиеся во второй области поверхности отсечения, не отображаются на объемной визуализации, а по меньшей мере одна поверхность отсечения предпочтительно является плоскостью отсечения, совмещенной с направлением визирования, и

объемный коэффициент масштабирования, характеризующий размер интересующей структуры на отображаемой объемной визуализации.

Тем самым число первых параметров сводится к наиболее важным для хорошего объемного изображения параметрам, что делает выведение первых параметров простым и быстрым и позволяет получать прямые синхронизированные двухмерные/объемные изображения.

Один или несколько вторых параметров, характеризующих объект, также предпочтительно содержат ориентацию объекта, в частности, ориентацию пациента в момент получения набора данных объекта, в частности, пациента. Кроме того, один или несколько вторых параметров, характеризующих интересующую структуру, содержат информацию о форме интересующей структуры. Предпочтительно один или несколько вторых параметров, характеризующих интересующую структуру, содержат информацию о видимости интересующей структуры. В другом предпочтительном варианте осуществления один или несколько вторых параметров, характеризующих одну или несколько предыдущих объемных визуализаций интересующей структуры, содержат информацию об одной или нескольких предыдущих точках обзора, являющихся точкой или точками рассматривания интересующей структуры на предыдущей отображаемой объемной визуализации или визуализациях интересующей структуры. Помимо этого, один или несколько вторых параметров, характеризующих текущее отображаемое изображение среза, предпочтительно содержат информацию о размере интересующей структуры на текущем отображаемом изображении среза.

Поскольку упомянутые выше вторые параметры можно легко получить или автоматически вывести из доступных данных, например, набора данных или информации, касающейся получения набора данных, не требуется дополнительный ввод пользователем данных, касающихся получения или выведения вторых параметров.

В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере для одного из вторых параметров выводят информацию, касающуюся качества точек обзора, на основании по меньшей мере из одного из вторых параметров. Для получения особо хорошего изображения на выбранной интересующей структуре используют принцип деформированных сфер обзора, при этом сфера обзора окружает центр сканированного набора данных и описывает все возможные положения камеры по отношению к этому объекту. Вторые параметры используют для кодирования качества точки обзора на деформированных сферах обзора всякий раз при осуществлении выбора. После комбинирования деформированных сфер для различных вторых параметров, исходя из полученной сферы, можно определить расчетное качество всех возможных точек обзора на выбранной интересующей структуре.

В частности, путем вычисления деформированной сферы обзора по меньшей мере для одного второго параметра выводят информацию, касающуюся качества точек обзора, при этом положения точек обзора, находящихся на большем расстоянии по радиусу от сферы обзора, считаются лучшими, чем положения точек обзора, находящихся на меньшем расстоянии по радиусу от сферы обзора.

В частности, вычисляют деформированные сферы обзора для двух или более вторых параметров и комбинируют их таким образом, чтобы на основании этих вторых параметров получить комбинированную деформированную сферу, содержащую информацию, касающуюся качества точек обзора. Деформированные сферы обзора для вторых параметров предпочтительно взвешивают перед их комбинированием с комбинированной деформированной сферой обзора. В частности, деформированные сферы обзора комбинируют путем сложения, умножения или определения порога деформированных сфер обзора.

Хорошую точку обзора предпочтительно определяют путем выбора точки обзора, находящейся преимущественно на наибольшем расстоянии по радиусу от сферы обзора деформированной сферы обзора или комбинированной деформированной сферы обзора, соответственно. Хорошее направление визирования также предпочтительно определяют на основании выбранного пользователем положения и хорошей точки обзора. В одном из вариантов осуществления положение хорошей поверхности отсечения устанавливают с учетом деформированной сферы обзора или комбинированной деформированной сферы обзора, соответственно, и с учетом суммарной непрозрачности интересующей структуры для лучей, начиная с выбранного пользователем положения, при этом хорошую плоскость отсечения устанавливают в положении, в котором суммарная непрозрачность находится ниже заданного порога. В другом варианте осуществления определяют объемный коэффициент масштабирования с учетом размера, в частности, коэффициента масштабирования изображения среза интересующей структуры на текущем отображаемом изображении среза.

Путем осуществления одной или нескольких из упомянутых выше операций обеспечивают простое и быстрое выведение первых параметров.

В одном из выгодных вариантов осуществления, касающемся прямой синхронизации двухмерных/объемных изображений, пользователь выбирает несколько положений путем последовательного указания различных положений в интересующей структуре на отображаемом изображении среза, при этом для каждого из различных положений автоматически определяют упомянутые первые параметры, и последовательно обновляют отображение соответствующей объемной визуализации интересующей структуры таким образом, чтобы получить оптимизированное изображение отображаемых объемных визуализаций интересующей структуры без дополнительного ввода данных пользователем помимо последовательного указания различных положений в интересующей структуре.

В частности, пользователь предпочтительно выбирает множество положений в интересующей структуре путем непрерывного отслеживания интересующей структуры на отображаемом изображении среза, при этом для каждого положения из множества положений автоматически определяют упомянутые первые параметры, и последовательно обновляют отображение соответствующей объемной визуализации интересующей структуры таким образом, чтобы получить оптимизированное изображение отображаемых объемных визуализаций интересующей структуры без дополнительного ввода данных пользователем помимо последовательного отслеживания интересующей структуры. Данный вариант осуществления представляет собой очень выгодное применение прямой синхронизации двухмерных/объемных изображений согласно изобретению.

Дополнительно или в качестве альтернативы, автоматически, т.е. без взаимодействия с пользователем выбирают одно или несколько положений в интересующей структуре. Предпочтительно автоматически идентифицируют интересующую структуру и ее форму и(или) очертания и автоматически определяют положения в интересующей структуре вдоль идентифицированной формы и(или) очертания интересующей структуры. Например, анализируют набор данных сердечно-сосудистой системы, идентифицируют и описывают сосуды посредством средней линии, проходящей через центр сосудов. При этом автоматически выбирают одно или несколько положений вдоль упомянутой средней линии и соответствующим образом настраивают или обновляют объемное изображение. Таким образом, для получения хорошего объемного изображения соответствующих сосудов на основании набора данных сердечно-сосудистой системы не требуется взаимодействие с пользователем.

Автоматическое определение упомянутых первых параметров и последующее обновленное отображение соответствующих объемных визуализаций также предпочтительно может быть активировано и деактивировано пользователем. В данном варианте осуществления для активации и деактивации нажимают и отпускают пусковую клавишу, в частности функциональную клавишу или управляющую клавишу, или выбирают иконку (пиктограмму) на дисплее. В частности, автоматическое определение упомянутых первых параметров и последующее обновленное отображение соответствующих объемных визуализаций происходит только в случае выбора пользователем положения в интересующей структуре на отображаемом изображении среза при одновременном нажатии пользователем пусковой клавиши. В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения пользователь деактивирует автоматическое определение упомянутых первых параметров и последующее отображение соответствующих объемных визуализаций и изменяет по меньшей мере один из автоматически определенных первых параметров, после чего на основании измененных первых параметров отображают обновленную объемную визуализацию интересующей структуры.

В одном из дополнительных или альтернативных вариантов осуществления изобретения получают по меньшей мере две деформированные сферы обзора на основании ранее собранных наборов данных одного или нескольких объектов, в частности, одного или нескольких пациентов, при этом как упомянутые ранее полученные наборы данных, так и текущие полученные наборы данных являются результатом обследования одного и того же типа, а первые параметры, характеризующие изображение отображаемой объемной визуализации интересующей структуры на основании текущих собранных наборов данных, определяют с учетом по меньшей мере двух деформированных сфер обзора, полученных на основании ранее собранных наборов данных.

В основу данного варианта осуществления положен принцип выведения по меньшей мере одного первого параметра, в частности точки обзора, характеризующей объемную визуализацию текущих собранных медицинских данных пациента на основании деформированных сфер обзора, которые были вычислены на основании ранее собранных медицинских данных упомянутого пациента и(или) другого пациента и(или) других пациентов. Путем использования таким способом ранее полученной информации легко получают хорошее объемное изображение текущих собранных наборов данных.

Первые параметры, выведенные таким способом, предпочтительно используют для начального отображения объемной визуализации текущих собранных медицинских данных. В дальнейшем может быть осуществлено определение первых параметров на основании одного или нескольких вторых параметров, характеризующих по меньшей мере одно из следующего: текущего обследуемого пациента, текущую выбранную SOI, текущее отображаемое изображение среза и уже отображенные объемные визуализации текущей выбранной SOI, как это подробно описано далее.

Упомянутые по меньшей мере две деформированные сферы обзора, полученные на основании ранее собранных наборов данных, предпочтительно накладывают друг на друга, чтобы получить суммарную деформированную сферу обзора, и выводят первые параметры из упомянутой суммарной деформированной сферы обзора. В данном предпочтительном варианте осуществления информацию, содержащуюся в различных деформированных сферах обзора, вычисленных на основании медицинских данных одного и того же или различных пациентов, но являющуюся результатом медицинского обследования одного и того же типа, например, изображения головы пациентов методом компьютерной томографии суммируют или накладывают друг на друга, например, путем сложения и(или) усреднения в суммированной деформированной сфере обзора. Из упомянутой суммированной деформированной сферы обзора можно легко и очень быстро вывести первые параметры, в результате чего получают хорошее начальное изображение текущих собранных медицинских данных текущего обследуемого пациента.

По меньшей мере одна из упомянутых по меньшей мере двух деформированных сфер обзора, полученных на основании ранее собранных наборов данных, также предпочтительно может представлять собой комбинированную деформированную сферу обзора, которую получают путем комбинирования двух или более сфер обзора для двух или более вторых параметров, характеризующих по меньшей мере одно из следующего: предыдущего обследованного пациента, предыдущую выбранную SOI, предыдущее отображенное изображение среза и предыдущие объемные визуализации предыдущей выбранной SOI. Комбинация деформированных сфер обзора с комбинированной деформированной сферой обзора и ее преимущества уже были описаны выше.

В общих словах, в изобретении предложен новый принцип синхронизации двухмерных изображений среза и объемных изображений наборов данных.

Посредством интуитивного выбора положения на отображаемом двухмерном изображении среза пользователь определяет интересующие его анатомические структуры. Трехмерное объемное изображение автоматически обновляют с целью обеспечения пользователя выразительными трехмерными изображениями. Для достижения этой осуществляемой в реальном времени или прямой синхронизации, иначе обозначаемой в изобретении термином "LiveSync", используют минимальный набор вторых параметров без необходимости в сегментированных наборах данных, заданных данными предварительных вычислений и т.д. Единственное взаимодействие с пользователем, необходимое для выведения всех параметров окна просмотра, т.е. первых параметров на основании вторых параметров, задано выбором положения на отображаемом изображении среза.

Далее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 показана предпочтительная последовательность выполняемых действий согласно изобретению,

на фиг.2 - сфера обзора на основании ориентации пациента,

на фиг.3 - примеры первого главного компонента, определенного путем анализа главных компонентов (АГК),

на фиг.4 - сфера обзора на основании предыстории точки обзора,

на фиг.5 - сферы обзора на основании расчета локальной формы,

на фиг.6 - сферы обзора на основании видимости,

на фиг.7 - действие различных операторов в комбинации сфер обзора,

на фиг.8 - первый пример применения изобретения,

на фиг.9 - второй пример применения изобретения,

на фиг.10 - третий пример применения изобретения и

на фиг.11 - пример устройства для объемной визуализации наборов медицинских данных согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Устройство и процесс

На фиг.11 схематически представлен один из примеров устройства 10 для объемной визуализации наборов данных согласно изобретению. Система 19 формирования изображений в медицине, например рентгеновская установка или компьютерный томограф, генерирует наборы 18 медицинских данных и загружает их в устройство 10.

Устройство 10 имеет дисплей 11, например, дисплей на тонкопленочных транзисторах для отображения изображения 12 среза набора медицинских данных объекта, которым в данном случае является пациент, и мышь 13, служащую блоком выбора, позволяющим пользователю выбирать положение в интересующей структуре (SOI) на отображаемом изображении 12 среза путем перемещения указателя 14 по интересующей структуре на отображаемом изображении 12 среза и нажатия и(или) освобождения кнопки мыши 13 или клавиши на клавиатуре 15, например, управляющей клавиши или "горячей" клавиши. Устройство 10 дополнительно имеет блок 16 объемной визуализации для вычисления объемной визуализации 17 выбранной интересующей структуры, отображаемой на дисплее 11.

Для обеспечения двухмерной/объемной синхронизации отображаемого изображения 12 среза и объемного изображения 17 функциональные возможности LiveSync могут быть предпочтительно активированы путем нажатия "горячей" клавиши на клавиатуре 15 и одновременного указания интересующей структуры на срезе 12 с помощью указателя 14 мыши и деактивированы путем освобождения "горячей" клавиши.

На основании этого процесса выбора применяются основанные на знаниях методы расчета хороших точек обзора объемного изображения, вычисления соответствующего размещения видоориентированной плоскости отсечения и корректирования коэффициента масштабирования.

В зависимости от предпочтений пользователя устройство 10 позволяет осуществлять плавное динамическое чередование или мгновенное переключение между двумя последовательными точками обзора. Если пользователь не полностью удовлетворен полученным объемным изображением 17, оно может быть улучшено путем ручного изменения точки обзора, замены плоскости отсечения или корректирования предложенного масштабирования, чтобы получить изображение SOI более высокого качества.

Если функция LiveSync не активирована, навигацию по срезам осуществляют традиционным способом, и не происходит обновление объемного изображения.

При достижении прямой синхронизации согласно изобретению учитывают следующие ниже факторы.

Выбранную точку (т.е. выбранное пользователем положение): пространственное положение отображенной структуры определяют на основании положения, которое выбрал пользователь на срезе 12.

Масштабирование изображения среза: масштабирование изображения 12 среза служит индикатором размера интересующей анатомической структуры. Для автоматического задания первых параметров учитывают этот коэффициент масштабирования, чтобы скорректировать масштабирование объемного изображения 17.

Ориентация пациента: сканированные медицинские данные содержат информацию о положении и ориентации пациента во время сбора медицинских данных. С учетом информации об осуществленной процедуре может быть сделан приблизительный расчет предпочтительных направлений визирования.

Предыстории точки обзора: последняя точка обзора используется в качестве параметра для выбора следующей точки обзора. Это означает, что система пытается найти хорошую точку обзора, близкую к последней точке обзора, если это не противоречит другим параметрам.

Расчет локальной формы: локальная форма выбранной структуры оценивается на основании локальной сегментации. Структурам, используемым в качестве параметров для выбора точки обзора, придают три основные формы: линии, пластинки и пятна.

Видимость: другим параметром является видимость выбранной структуры. Для вычисления видимости отслеживают лучи из выбранного положения до определенного числа точек обзора и осуществляют анализ на предмет затеняющих структур.

Ориентацию пациента согласно вторым параметрам, предысторию точки обзора, расчет локальной формы и видимость кодируют непосредственно в сферах обзора. Если конкретный параметр отражает хорошую точку обзора в определенном положении, единичную сферу деформируют таким образом, чтобы увеличить расстояние от этой точки до центра сферы.

На фиг.1 в общем виде представлена последовательность выполняемых действий при осуществлении функции LiveSync. Изначально существует объемное изображение 21, которое демонстрируется с точки обзора по умолчанию, и двухмерное изображение 22 среза. При осуществлении каждой операции выбора на отображаемом срезе 22 инициируется деформация сфер обзора по меньшей мере для одного из следующих вторых параметров: ориентация 23 пациента, предыстории 24 точки обзора, расчета 25 локальной формы и видимости 26. При этом вторые параметры именуются "входными параметрами изображения".

Соответствующие деформированные сферы 27 обзора этих вторых параметров взвешивают и комбинируют, чтобы получить комбинированную деформированную сферу 28, которая кодирует комбинированное качество точек обзора.

Помимо этого корректируют коэффициент 30 масштабирования, и устанавливают положение видоориентированной плоскости 29 отсечения, допускающее гибкую замену затеняющих структур для генерации значимого объемного изображения 31.

Таким способом, при осуществлении каждой операции выбора на срезе 22 используются вторые параметры 23-26 для определения хорошей точки обзора и соответствующего деформирования сфер 27 обзора, чтобы автоматически генерировать прямое синхронизированное объемное изображение 31, обеспечивающее хорошее изображение выбранной структуры без дополнительного ввода пользователем данных, априорной информации, заданной данными, или предварительных вычислений.

Деформированные сферы обзора

Для задания точки обзора и направления визирования используется концепция сфер обзора. В принципе, в любой точке на поверхности сферы, в которой инкапсулировано изображение, может быть помещена виртуальная камера. Для перемещения камеры на эту сферу обычно осуществляют операции поворота. Помимо этого направление визирования камеры определяет, на каком положении изображений сфокусирована камера. Масштабирование может осуществляться путем перемещения камеры вдоль поверхности, перпендикулярной к ее положению на сфере.

Параметризация сфер

Поскольку вторые параметры должны быть закодированы непосредственно в форме сферы, необходим интуитивный способ параметризации сферы обзора. Помимо этого, эта параметризация должна эффективно сохраняться с учетом того, что должны быть применимы операторы для комбинации отдельных сфер. Обычная параметризация сфер может быть достигнута с помощью полярных координат. Каждая точка сферы в этой системе может быть охарактеризована величинами θ и φ, которые отображают полярный и азимутальный угол, и расстоянием по радиусу r. Полярный угол начинается от положительной оси z и находится в диапазоне от 0 до 180°, а азимутальный угол в плоскости xy начинается от положительной оси x и находится в диапазоне от 0 до 360°. С помощью этой параметризации можно очень эффективно вычислять ряд преобразований и расчетов [15, 19].

Карта сферы

Отображение текстуры на сфере является хорошо известной задачей в компьютерной графике. Согласно упрощенному подходу осуществляют прямое широтно-долготное отображение на сфере путем использования единой прямоугольной текстуры, у которой ширина в два раза превышает высоту. Согласно называемому uv-отображению u означает расстояние по экватору, a v - расстояние между полюсами. Это отображение является прямым, и его недостаток состоит в том, что по мере приближения к полярным областям увеличивается дискретизация. Альтернативами отображения сферических текстур являются отображения куба, двадцатигранника и восьмигранника [1].

Для отображения сферы на структуре, которая облегчает операции, осуществляемые в настоящем изобретении, должна быть решена обратная задача. С учетом кпд памяти и интуитивного индексирования предпочтительным является прямое широтно-долготное отображение, в котором прямолинейная текстура сохраняется как двухмерный массив из 360×180 элементов. Прямое сохранение в памяти необходимо для облегчения эффективного комбинирования данных с различной дискретизацией. В рассматриваемой реализации аналитически описывают данные ориентации пациента, предыстории точки обзора и расчета локальной формы, а выборку данных видимости осуществляют дискретно. Поскольку угловое положение может быть вычислено из индексов массива, достаточно внести в этот массив значения расстояния по радиусу.

Деформация сфер

Общей идея указания качества точек обзора является прямая деформация сферы обзора. Положения на поверхности сферы с большим расстоянием по радиусу отображают хорошую точку обзора. Для достижения соответствующей трансформации сферы по аналогии используют модель освещения Фонга. В этом моде