用于提供对象的三维模型的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于提供通过体积数据表示的对象的三维模型的方法和设备。在此使用图像合成算法，所述图像合成算法构成用于通过将体积数据映射到二维可视化图像的可视化像素上来使三维对象可视化。求取用于操控图像合成算法的参数集，所述参数集适合于借助图像合成算法基于体积数据集产生多个不同的可视化图像的集。还通过借助图像合成算法利用参数集映射体积数据来产生多个不同的可视化图像的集。还基于多个可视化图像的集计算3D模型。于多个可视化图像的集计算3D模型。于多个可视化图像的集计算3D模型。

【技术实现步骤摘要】
用于提供对象的三维模型的方法和设备


[0001]本专利技术涉及用于产生和提供真实的三维对象的虚拟的三维模型(3D模型)的方法和设备。在此，提供3D模型以用于再现给用户以及由用户使用，所述用户可以根据3D模型使对象的不同的视图显示。

技术介绍

[0002]三维对象的建模、重建或可视化在领域医学(例如CT、PET)、物理学(例如大分子的电子结构)或地球物理学(地层的性质和位置)中具有广泛的应用范围。通常，待检查的对象被照射(例如借助于电磁波或声波)，以便检查所述对象的性质。探测散射辐射并且从所探测的值中确定对象的特性。通常在物理变量(例如密度、组织类型、弹性、速度)中产生结果，针对对象求取所述物理变量的值。在此，通常使用虚拟网格，在所述虚拟网格的网格点处求取变量的值。所述网格点通常称为体素。术语“体素”是由术语“体积”和“像素”形成的合成词。体素对应于网格点的空间坐标，所述空间坐标相关联有所述位置处的变量的值。在此通常涉及物理变量，所述物理变量可以表示为标量或矢量场，即对应的场值与空间坐标相关联。对象的如此获得的数据也称为体积数据。通过体素的内插，可以获得任意对象点处(即所检查的对象的任意位置点处)的变量或场的值。
[0003]为了使体积数据可视化，通常从体素中产生对象或身体在二维显示面(例如屏幕或所谓的“增强现实眼镜”的盘或透镜)上的三维显示。换言之，(以三个维度限定的)体素被映射到二维可视化图像的(以两个维度限定的)像素上。可视化图像的像素在下文中也称为可视化像素。映射通常称为体积渲染(体积再现)。与体积再现的执行相关的是，如何借助于像素再现在体素中包含的信息。
[0004]用于体积再现的最广泛使用的方法中的一个方法是所谓的光线投射(参见Levoy：“Display of Surfaces from Volume Data”，IEEE Computer Graphics and Applications，第8版，第3期，1988年5月，第29
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37页)。在光线投射中，从假想的观察者的眼睛发出的模拟的射线通过所检查的身体或所检查的对象发送。沿着射线，从体素中为采样点确定RGBA值，并且借助于Alpha复合或Alpha混合而合成用于二维图像的像素。在此，在表述RGBA中，字母R、G和B代表颜色分量红、绿和蓝，由其组成对应的采样点的颜色贡献。A代表ALPHA值，其表示用于采样点处的透明度的量度。在将采样点处的RGB值叠加至像素时使用相应的透明度。通常在称为“浓淡处理”的方法的范围内借助于照明模型来考虑照明效果。
[0005]用于体积再现的另一方法是所谓的Path
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Tracing或路径跟踪方法(参见Kajiya：“The rendering equation”，ACM SIGGRAPH Computer Graphics，第20版，第4期，1986年8月，第143
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150页)。在此，对于每个可视化像素，将多个模拟的射线射到体积数据中，然后所述模拟的射线与体积相互作用，即反射、折射或吸收，其中每次生成至少一个随机射线(吸收的情况除外)。因此，每个模拟的射线通过体积数据寻找其路径(英文：path)。每个可视化像素使用的虚拟射线越多，就越接近理想的图像。在此，尤其可以应用EP 3178 068B1中描述的方式和方法。在此，EP 3 178 068 B1的内容通过引用整体并入本专利技术。
[0006]在实现用于交互式体积再现的系统中的主要技术障碍是对大数据量的快速、高效和本地处理。恰好在具有有限的计算能力或图形能力的设备上，快速的体积渲染是一个挑战。这种设备的示例是移动设备，例如智能手机或平板电脑。所述设备通常配备有节能处理器(“System on a Chip(片上系统)”)，与现代PC相比，所述节能处理器具有比较低的计算能力。此外，体积再现系统的可移植性通常受限，因为不仅体积再现算法而且体积数据必须移植以用于本地使用。由于数据量和出于数据安全性的原因，这通常是不可行的。此外，找到用于产生合适的可视化图像的合适的参数通常是不容易的，以及对于最终用户难以概览，因为最终用户通常不是用于体积再现的方法的专家。
[0007]这引起，通过最终用户的交互式体积再现通常仅是受限的或甚至是不可行的。在通常情况下，仅将各个可视化图像提供给用户。然而，恰好在医学领域中重要的是，用户如女医生或男医生可以自由地改变体积再现中的视图。通常，由此仅可以实现基本事实的理解。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是，提出在所述方面改进的方法和设备，所述方法和设备尤其为用户确保三维对象的体积再现的更好的可移植性和交互性。
[0009]所述目的和其他目的借助根据本专利技术的实施例的方法、设备、计算机程序产品或计算机可读的存储介质来实现。有利的改进方案在下述描述中说明。
[0010]在下文中，所述目的的根据本专利技术的解决方案不仅在所要求保护的设备方面而且在所要求保护的方法方面予以描述。在此提及的特征、优点或替选的实施方式同样也可以转用于其他所要求保护的主题，并且反之亦然。换言之，实体性的权利要求(所述权利要求例如针对设备)也可以借助于结合方法描述或要求保护的特征来改进。在此，所述方法的对应的功能特征通过对应的实体模块构成。
[0011]根据一个方面，提供计算机实现的用于提供通过体积数据表示的三维对象的3D模型的方法。所述方法具有多个步骤。一个步骤旨在提供体积数据。另一步骤旨在提供图像合成算法，所述图像合成算法构成用于通过将体积数据映射到二维可视化图像的可视化像素上来使三维对象可视化。另一步骤旨在求取用于操控图像合成算法的参数集，所述参数集适合于借助图像合成算法基于体积数据集产生多个不同的可视化图像的集。另一步骤旨在通过借助图像合成算法利用参数集映射体积数据来产生多个不同的可视化图像的集。另一步骤旨在基于多个可视化图像的集来计算3D模型。另一步骤旨在(为用户)提供3D模型。
[0012]体积数据可以具有多个体素。体素(“体积像素”或三维像素)是表示三维(3D)空间中的规则网格上的值的体积元素。体素类似于表示二维(2D)图像数据的像素。与像素一样，体素本身通常不包含其在空间中的位置(所述体素的坐标)，而是所述体素的坐标基于所述体素相对于其他体素的位置(即所述体素在形成单个的体积图像的数据结构中的位置)导出。体素的值可以表示三维对象的不同的物理特性，例如局部密度。例如，在计算机断层扫描记录(CT扫描)中，所述值以亨氏单位表示，所述值表示被映射的材料关于X射线的不透明度。借此，体积数据描述对象体积中的三维对象。体积数据尤其可以说明对象体积中的三维对象的(尤其不均匀的)密度。
[0013]体积数据尤其可以通过医学成像方法来提供。成像方法例如可以基于X射线透视、
计算机断层扫描(CT)、磁共振断层扫描(MR)、超声和/或正电子发射断层扫描(PET)。对应地，三维对象可以是患者的身体或身体部位。在此，三维对象可以包括患者的一个或多个器官。
[0014]图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机实现的用于提供通过体积数据(VD)表示的三维对象的3D模型(3DM)的方法，所述方法具有以下步骤：
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提供(S10)所述体积数据(VD)，
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提供(S20)图像合成算法(BSA)，所述图像合成算法(BSA)构成用于通过将所述体积数据(VD)映射到二维可视化图像(VB)的可视化像素(VP)上来使所述三维对象可视化，
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求取(S30)用于操控所述图像合成算法(BSA)的参数集(PS)，所述参数集(PS)适合于借助所述图像合成算法(BSA)基于体积数据集(VD)产生多个不同的可视化图像(VB)的集(S)，
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通过借助所述图像合成算法(BSA)利用所述参数集(PS)映射所述体积数据(VD)来产生(S40)所述多个不同的可视化图像(VB)的集(S)，
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基于所述多个可视化图像(VB)的集(S)计算(S50)所述3D模型(3DM)，以及
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提供(S60)所述3D模型(3DM)。2.根据权利要求1所述的方法，其中：
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计算(S50)所述3D模型(3DM)的步骤通过摄影测量学进行。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中：
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所述参数据(PS)具有：
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所述体积数据(VD)的映射特性的第一参数化(PS
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1)，以及
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用于借助相同的所述第一参数化(PS
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1)产生所述三维对象的多个不同的视图的第二参数化(PS
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2)，以便因此产生所述集(S)的多个不同的可视化图像(VB)。4.根据权利要求3所述的方法，其中：
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所述第一参数化(PS
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2)包括用于将所述体积数据(VD)映射到所述可视化图像(VB)上的传递函数和/或所述三维对象的分割和/或剪辑蒙版。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中：
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提供(S10)所述体积数据(VD)、提供(S20)所述图像合成算法(BSA)、求取(S30)所述参数集(PS)，产生(S40)所述集(S)和计算(S50)所述3D模型(3DM)的步骤在第一计算装置(SERV)中进行，以及
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在所述提供(S60)的步骤中，将所述3D模型(3DM)提供给第二计算装置(CLNT)，所述第二计算装置(CLNT)与所述第一计算装置(SERV)不同，其中所述第二计算装置(CLNT)尤其包括便携式用户终端设备(SP)。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中：
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所述图像合成算法(BSA)实现路径跟踪方法或光线投射方法。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中：
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所述体积数据(VD)通过医学成像方法产生并且表示患者的一个或多个器官，以及所述方法还包括：
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提供(S15)与所述患者相关联的患者信息(PI)，其中：
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附加地，基于所述患者信息(PI)求取所述参数集(PS)。8.根据权利要求7所述的方法，其中：
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提供(S60)所述3D模型的步骤包括为所述患者提供所述3D模型(3DM)作为另外的患者信息(PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：