在医学成像中的表面体积混合模块的可视化制造技术

为了在医学成像中的可视化，混合的体积（22）和表面（24）渲染器（16）使用统一光线追踪。并不是分开地光栅化表面（24）和光线追踪体积（22），而是将相同的光线或光线的集合用于体积（22）和表面（24）两者。可以通过以并行的方式确定（34）光线和该表面（24）或这些表面（24）的相交点和集成（36）体积（22）数据来建模各种各样的效果。对于医学成像（38）而言，可以通过基于所探测的相交点来更改对于光线追踪的积分来提供更复杂的效果、交互式渲染和/或实时渲染。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在医学成像中的表面体积混合模块的可视化
本实施方案涉及医学成像。在医学成像中，患者的内部被扫描。各种各样的方法是可能的，诸如磁共振（MR）、计算机断层扫描（CT）、X射线、荧光检查、超声、正电子发射断层扫描（PET）或单光子发射计算机断层扫描（SPECT）。三维的（3D）可视化是常规作法，用于评估和记录患者的内部条件。对于3D可视化而言，体积效果对众多的自然和非自然现象建模，两者都用于实时和离线可视化。3D可视化可能对于医学成像而言是困难的，尤其是对于以被增加的表面（例如表示在患者的扫描体积中的对象的模型的表面）来对来自扫描的体积数据进行渲染而言。
技术介绍
在高性能实时渲染方面，光栅化是最常见的硬件加速的技术。光栅化可能不适合于渲染体积数据，并且甚至高级表面渲染效果（例如精确照明、透明度、阴影等）仍然是具有挑战性的。另一方面，离线渲染系统常常使用光线追踪、路径追踪和其他高级的光传输模拟，其自然地在模型之内建模光传播并且以更少的开发努力来引起更现实的结果。这些投影渲染方法以更高计算成本来操作，但是可能被用于交互式的并且甚至实时的可视化。被嵌入到体积中的表面的渲染仍然是传统体积可视化系统中的挑战性的问题。存在大量的在两种数据的相交点附近实现特定类型效果的技术（例如表面透明度或环境光遮蔽）。对于不透明表面而言，现有的渲染器可以使用光栅化并且在体积积分期间应用产生的深度缓冲。产生的被渲染的体积然后被合成在光栅化结果之上。多通道渲染技术，诸如深度剥离以显著性能成本来对于嵌入的透明表面提供支持。存在对用于特殊视觉效果的、体积数据和表面数据之间的交互作用部分地建模的技术，诸如是体积阴影或环境光遮蔽。分开处理的体积和表面数据要求在渲染期间的复杂计算。现存的光线追踪渲染器通常支持自然现象体积效果，诸如雾、云和火，这一般对于医学或模拟数据的关键性分析而言并不足够。许多这样的系统的性能也并不适合于交互式的或实时的可视化。
技术实现思路
通过介绍，下面所描述的优选实施例包括：用于医学成像中的可视化的方法、系统、指令和计算机可读介质。混合的体积和表面渲染器使用统一的光线追踪。并不是分开地光栅化表面和光线追踪体积，而是将相同的光线或光线的集合用于体积和表面两者。可以通过以并行的方式确定光线和该表面或这些表面的相交点并积分体积数据来建模各种各样的效果。对于医学成像而言，更复杂的效果、交互式渲染和/或实时渲染可以这样被提供，其方式为，在统一的渲染工艺过程之内基于所探测的表面相交点对用于体积渲染的积分进行更改。在第一方面，为了医学成像中的可视化提供一种系统。医学成像系统被配置用于，扫描患者的内部区域并且生成体素数据，该体素数据表示包括该内部区域的体积。存储器被配置用于，存储在该体积之内的三维的表面。渲染器被配置用于，投射光线通过该体积，通过使用体素数据来沿着这些光线进行积分，在积分时沿着这些光线来检查三维的表面并且基于沿着一个或多个光线对三维的表面的探测来更改体素数据沿着一个或多个光线在积分中的贡献。显示器被配置用于，显示由渲染器所输出的被渲染的图像并且基于积分来显示表示内部区域的被渲染的图像。在第二方面，为了在医学成像中的可视化来提供一种方法。确定不同表面与被投射通过体积的光线的交点。沿着该光线由表示患者的体积数据来积累样本。这些样本的积累基于这些相交点而变化。从所积累的样本生成患者的医学图像。在第三方面，非瞬时计算机可读存储介质在此存储了表示如下指令的数据，这些指令能够由用于医学成像中的可视化的已编程的处理器来执行。存储介质包括如下指令，这些指令用于：随着时间从医学扫描仪采样表示患者体积的体素的序列；对于每个时间，光线投射通过体素；基于对于其中每个时间的光线投射，沿着光线来积分体素；与沿着光线的积分并行地在使用光线的情况下穿越加速结构；对于其中每个时间，该穿越识别光线与表面的相交点并且基于这些相交点由所积分的体素、被渲染的图像的像素值生成被渲染的图像的序列。本专利技术由以下权利要求来限定，并且在本部分中没有任何内容应被视为对这些权利要求的限制。本专利技术的其他方面和优点以下结合优选的实施例来得以讨论并且可能之后以单独或结合的方式来被要求。附图说明这些组件和附图不需要是按比例的，而是将强调重点放在对本专利技术的原理的阐明。此外，在附图中，同样的附图标记贯彻不同视图来标出对应部分。其中：图1是用于医学成像中的可视化的系统的一种实施例的框图；图2阐明体积、表面和光线的一种示例性的实施例；和图3是用于在医学成像中的可视化的方法的一种实施例的流程图。具体实施方式表面/体积混合模型在医学成像中被可视化。这样的混合模型在大量的医学可视化应用（例如可视化分割表面或在手术模拟中显示医学工具）中出现。现有的医学体积渲染系统通常仅支持不透明的表面并且仅对体积和表面之间的光相交点的受限的子集进行建模。利用统一处理体积数据类型和表面数据类型两者来进行的光线追踪使得利用传统体积渲染或光栅化系统不能实现的大量高级视觉效果成为可能。对于其中体积数据起主要作用并且可视化的清晰度是关键要求的医学可视化而言，将嵌入的表面的渲染与体积渲染统一。对统一的或并行的基于光线追踪的渲染系统的使用精确地计算体积数据和表面数据之间的光相交点。这允许大量特殊效果改进数据的视觉分析。该统一并不需要复杂的、每效果的处理。该系统可以被用在非医学成像环境中。使用混合的体积和表面数据的3D渲染的任何应用、诸如计算流体力学、计算机辅助设计,或制造都可以得益于用于在渲染中处理表面和体积之间复杂且精确的相交点的能力。本系统此外可以大规模地并行利用GPU或其他硬件来允许以交互式速度进行的真实感晕染。对表面/体积混合模型的可视化的挑战通过基于GPU的渲染框架来得以满足，但是其他渲染器也可以被使用。图1示出用于在医学成像中的可视化的系统10的一种实施例。该系统10对用于医学可视化的体积/表面混合模型进行渲染。如果考虑到变化和细微地在患者体积中的结构的变化，工具或在患者中被建模或探测的其他对象的差异和在体积中的照明困难，混合模型的统一光线投射允许对于许多不同应用而言适合的各种各样的效果。在使用对扫描体积的光线投射的情况下投影渲染的精确度得益于与表面探测的结合。并不通过利用光栅化进行的分开表面渲染来限制有用的效果，而是使用相同光线来在使用加速结构的情况下探测该表面。该系统10包括医学成像系统12、用户接口或输入端14、渲染器16、存储器18和显示器20。附加地，不同的或者更少的组件可以被提供。例如，提供网络或网络连接，诸如用于与医学成像网络或数据存档系统联网。作为另一示例，用户接口14不被提供。用户接口14、渲染器16、存储器18和显示器20是医学成像系统12的部分。可替代地，用户接口14、渲染器16、存储器18和/或显示器20是存档和/或图像处理系统的部分，诸如与医学记录数据库工作站或服务器相关联。在其他实施例中，用户接口14、渲染器16、存储器18和/或显示器20是单独的计算机（诸如台式机或笔记本电脑）、工作站、服务器、网络或其组合。用户接口14、渲染器16、存储器18和显示器20可以是不同系统的部分，诸如：存储器18在图片存档和通信系统（PACS）中，渲染器16是工作站的部分和/或显示器20是成像系统或本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在医学成像中的可视化的系统，所述系统包括：医学成像系统（12），所述医学成像系统被配置用于扫描患者的内部区域并且生成体素数据，所述体素数据表示包括所述内部区域的体积（22）；存储器（18），所述存储器被配置用于存储在所述体积（22）之内的三维的表面（24）；渲染器（16），所述渲染器被配置用于，投射光线通过所述体积（22），通过使用所述体素数据来沿着所述光线进行积分、在积分时沿着所述光线来检查所述三维的表面（24）并且基于沿着一个或多个所述光线对所述三维的表面（24）的探测来更改所述体素数据沿着其中一个或多个所述光线在所述积分中的贡献；和显示器（20），所述显示器被配置用于，显示由所述渲染器（16）所输出的、被渲染的图像并且基于所述积分来显示表示所述内部区域的所述被渲染的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在医学成像中的可视化的系统，所述系统包括：医学成像系统（12），所述医学成像系统被配置用于扫描患者的内部区域并且生成体素数据，所述体素数据表示包括所述内部区域的体积（22）；存储器（18），所述存储器被配置用于存储在所述体积（22）之内的三维的表面（24）；渲染器（16），所述渲染器被配置用于，投射光线通过所述体积（22），通过使用所述体素数据来沿着所述光线进行积分、在积分时沿着所述光线来检查所述三维的表面（24）并且基于沿着一个或多个所述光线对所述三维的表面（24）的探测来更改所述体素数据沿着其中一个或多个所述光线在所述积分中的贡献；和显示器（20），所述显示器被配置用于，显示由所述渲染器（16）所输出的、被渲染的图像并且基于所述积分来显示表示所述内部区域的所述被渲染的图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述医学成像系统（12）被配置用于，相应地进行扫描，使得体素数据集合的序列被提供，其中所述渲染器（16）被配置用于，投射光线、进行积分、检查和对于所述序列的其中每个所述集合进行更改，并且其中所述显示器被配置用于显示所述图像，作为基于在所述积分中的重复的图像的序列中的一个。3.根据权利要求1所述的系统，所述系统另外包括用户接口，所述用户接口被配置用于接收用于改变渲染参数的输入，其中所述渲染器（16）被配置用于，在使用经改变的渲染参数的情况下由所述体素数据来进行渲染，并且其中基于使用所述经改变的渲染参数来进行的所述渲染来替代所述被渲染的图像。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述渲染器（16）被配置用于，在使用加速结构的情况下进行检查。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述加速结构被配置用于，利用实时的或交互式的渲染进行操作。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述渲染器（16）被配置用于投射所述光线，使得相同的所述光线被用于所述积分和所述检查。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述三维的表面（24）包括网格。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述三维的表面（24）包括在所述体积（22）之内的多个所述三维的表面（24）之一，并且其中所述渲染器（16）被配置用于对于所有的所述三维的表面（24）进行检查并且基于对其中每个所述三维的表面（24）的探测来更改所述贡献。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述医学成像系统（12）被配置用于，采集不同的表示所述体积（22）的体素数据集合，并且其中所述渲染器（16）被配置用于，由表示来自不同所述集合的相同位置的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：K佩特科夫，
申请(专利权)人：西门子保健有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE