CN103841895A - 用于图像显示的装置和方法 - Google Patents

Abstract

借助本装置和有关的方法，基于便携式显示器相对于与患者相对应的3D数据集的取向，在便携式显示器上的针对患者的图像显示成为可能。

Description

用于图像显示的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种装置和一种相关的方法，用于在可视化单元上的源自3D数据集的图像显示。

背景技术

在以可预给定的距离例如沿着扇形或圆弧形的轨迹对对象进行X射线拍摄之后，X射线拍摄的多个2D数据集能够被计算为一个3D数据集。基于3D数据集，可以在3D数据集内计算出对象的层图像或任意截面图。借助在输入掩膜（Eingabemaske）中切割类型、切割方向以及例如切割倾斜的预给定值，医生或外科医生可以在固定的屏幕上对穿过对象的截面进行成像。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供另一种装置和一种相关的方法以用于图像的可视化。

通过权利要求1或8的特征来解决所述技术问题。

借助所述装置和相关的方法，能够计算源自与对象相对应的3D数据集的截面图像或虚拟的X射线图像，并且在便携的可视化单元上进行成像。为此目的，通过至少一个在可视化单元上的传感器来确定其关于布置在诊断单元上的标记单元的取向和位置。借助可视化单元的取向，导出截面图像在3D数据集中的位置和/或虚拟的X射线拍摄的视向，并且计算截面图像的或数字重建的X射线图像的图像数据，并且在虚拟化单元上进行成像。

本发明带来这样的优势，即，手术中使用移动显示器以便显示通过3D数据集的截面或数字重建的X射线图像，其中，分别根据患者的、重建体积的位置和可视化单元的位置和地点，来对显示的截面或数字重建的X射线图像进行定向。

本发明带来这样的优势，即，依据3D数据集的位置坐标以及在诊断装置和可视化单元之间的关系来得出针对待显示的截面的定向。

本发明带来这样的优势，即，治疗医生迅速且全面地获得对其重要的区域的、与3D数据集的取向相符合的显示。

本发明带来这样的优势，即，能够在可视化单元或手术室内部或外部由高性能计算单元实施用于图像计算的密集计算的算法。

本发明带来这样的优势，即，截面图像的数据可以以带有高数据传输速率的WLAN（无线网络）连接被传输至移动显示器的接收单元。

本发明带来这样的优势，即，能够现场地直接在患者旁边以合适的位置和方向来观察截面图像显示。

附图说明

下面借助附图依据实施例来解释本发明。其中，

图1示出概视图，

图2示出第一截面显示，

图3示出第二截面显示，

图4示出第三截面显示，以及

图5示出另一概视图。

具体实施方式

借助所述装置和相关的方法，基于3D数据集在便携式显示器上的面向患者的截面图像显示成为可能。

在概视图中示例性地示出用于对截面图像进行成像的布置。图示的是布置在C型支撑部件C上的X射线装置，其也可以称作诊断单元。诊断单元在此也可以是计算机断层造影设备、磁共振设备或超声设备。对于该诊断单元，提供了计算设备RE。如图5中在方框图中表明的那样，在计算设备中布置各个模块或单元，用于确定位置分量、用于对移动显示器进行相对取向和用于根据同样在计算单元RE中存在的3D数据集进行所属的截面图像显示。

在此针对实施例示意性地描绘的由X射线源RQ和探测器D组成的X射线装置，总是对准待X射线照射的对象O。通过在此未具体示出的控制单元，相应于可预给定的关于对象O或在对象O的部分区域上的轨迹，来引导该X射线装置。在此可以例如在C型臂形状装置的轨道运动期间，对身体的部分区域进行多次X射线拍摄。除了轨道运动OB之外，角运动（Angulationsbewegung）也可以是C型臂的横向运动。在轨迹期间，对待诊断的或待判断的对象区域或身体区域进行多次X射线拍摄。分别通过在此未详尽示出的计算单元从探测器单元D中读取2D的X射线拍摄，并且借助重建算法计算为3D数据集。该3D数据集可以保存在与X射线装置C相对应的移动单元中，或者暂存在数据服务器上。从暂存的3D数据集KO中可以计算出任意的截面图或虚拟的X射线投影，其也被称为数字重建的X射线图像DRR。在数字重建的X射线图像中，可以分别从可视化单元的视角来观察整个3D数据集。可以在固定的或便携的图像屏幕单元上附加地观察这些截面图或截面图像或数字重建的X射线图像。在此处所考虑的实施例中，便携的图像屏幕单元或可视化单元可以被构造为移动的显示器DP，其具有相应的计算能力以便生成截面图像的分别的图像数据。借助对位于在手术台OPT上的对象O的事先配准，将所提供的3D数据集的方向添加到其。为了配准而所需的、例如布置在图像生成单元的探测器D上的标记单元OM，可以通过在移动显示器DP中集成的光学传感器来识别。如在图5中表明的那样，对象O对应于第一坐标系KS1，标记单元OM对应于第二坐标系KS2，并且移动显示器DP对应于第三坐标系KS3。标记单元OM可以由光学标记所构成。标记单元OM可以例如由四个不位于一个平面内的标记所构成。可以以CCD摄像头或分别具有对象识别单元的光学摄像头K、K1、K2的形式来构造显示器边缘所布置的光学传感器。诊断装置就位置和方向来说在数据拍摄和可视化之间不发生变化。

通过在移动显示器DP的边缘区域内布置例如至少一个第一和/或一个第二光学系统K1、K2，可以采集相对于光学标记OM的位置和方向。对此，可以在定位模块ODP内在与移动显示器DP相对应的计算单元RE中对计算进行确定。为此，数据传输可以无线地进行。

在3D数据集KO和例如布置在探测器D上的光学标记OM之间的局部关系，通过第一变换规则（T_m ^k）的调查来被预先给定并且在第一模块ET中的计算单元RE中被确定。

第二变换规则T_m ⁱ描述在光学标记OM和移动显示器DP之间的局部关系，并且在第二模块ZT被确定。

所得到的在3D数据集KO和移动显示器DP之间的变换规则T_k ⁱ是通过将第一和第二变换规则T_m ⁱ和T_m ^k相关联而在第三模块DT中确定的，以及通过3D数据集来算出显示器DP的相对位置和各个截面。可以借助计算单元RE来实施用于截面图像SB1、…、SBn的计算操作。在便携的显示器DP中相应的计算容量的情况下，在其中计算出截面图像SB1、…、SBn。所得到的变换规则即T_k ⁱ=T_m ^k·T_m ⁱ。本发明带来这样的优势，即，能够以相对于患者的几何外形准确的关系来观察手术前或手术中获得的图像数据。截面图像SB1、…、SBn的当前数据能够附加地或者显示在监视车的图像屏幕上或者显示在独立的图像屏幕上。可以通过相对于当前3D数据集，例如围绕便携显示器DP的重心的对准、倾斜、旋转和/或偏移来选择特定的层或截面图像SB1、…、SBn以及数字重建的X射线图像DRR。如果特定的图像SBn、SBx或DRR是特别感兴趣的，则其可以例如通过操作在显示器边缘的功能键来选择，并且保存或者提供用于视图。

借助所述装置和相关的方法将移动显示器的地点和位置列入当前3D数据集KO之内。在此示出的内容和相关的方法考虑，重建的3D数据集KO相对于固定点和/或例如在X射线装置上的标记或标记装置而言的地点。可以通过光学标记、超声传感器或电磁传感器来构造固定点和/或标记或标记单元。

便携显示器DP相对于患者或者相对于布置在X射线装置RQ、D上的标记单元或固定点而言的位置可以通过例如第一和/或第二摄像头的在便携显示器DP上布置的识别部件K、K1、K2来确定。

如果摄像头移动显示器DP由至少两个摄像头构造，则可以分别确定相对于标记单元OM的标记而言的距离和其方向。如果在便携显示器DP的所有四个边或角区域内集成光学传感器，则总是可以有至少两个摄像头K、K1、K2采集光学标记OM或固定点。然后例如可以通过三角测量来计算移动显示器DP相对于标记单元OM或固定点的位置或方向。

如果移动显示器DP仅配备一个传感器或摄像头，则通过具有至少四个不在一个平面内的标记的光学标记单元OM来确定移动显示器的方向。

如果便携显示器DP在第一和第二拍摄之间移动一段路程，则可以通过借助在便携显示器DP的边缘区域内布置的摄像头K对标记单元OM的第一和第二拍摄来确定移动显示器DP的方向。分别可以通过便携显示器中集成的传感技术来采集便携显示器DP的位置，并且确定路程。借助对于第一和第二拍摄所保存的位置数据，然后可以通过所提供的计算单元、借助三角测量来计算便携显示器DP的位置和方向。

然后根据3D数据集KO的方向和便携显示器DP、DP′、DP〞的取向，在便携显示器上显示层图像和/或截面图像或虚拟的X射线投影。也可以固定便携显示器DP的取向，移开显示器，并且在另一位置观察截面图像或虚拟的X射线投影。计算过程的部分或全部段落可以在外部计算单元RE中执行，并且通过数据传输被在线传输至移动显示器DP。相应层或数字重建的X射线图像的全部计算也可以在外部计算机上进行，其中移动显示器DP的实际位置和方向分别用作输入。

在图2至4中，分别示出便携显示器DP、DP′、DP〞相对于与其相对应的第三坐标系KS3的位置。

在图2中，在z方向上水平地或沿着在xy平面中的角等分线来对准便携显示器DP。总是与作为3D数据集的基础的第二坐标系KS2平行地来对准3D数据集。在实施例中，第二和第三坐标系KS2、KS3具有相同的取向。用不连续的迹线来示出3D数据集KO。经过在此直角平行六面体形状示出的3D数据集KO的截面得到截面图像SB1。该截面图像SB1在便携显示器DP上以阴影线示出。

在图3中，便携显示器DP′在向后倾斜期间保持具有一个在坐标系KS3的xy平面的角等分线上的边。由此带来的影响是，现在从3D数据集KO中仅还对梯形形状的截面进行成像。以阴影线示出截面图像SB2。

在图4中，平行于y坐标对准的便携显示器DP、DP′、DP〞沿着x坐标移动。相应地，从3D数据集KO中计算出不同的截面图像SB3、SB4、SBn。

在图5中详细示出了便携显示器DP所配备的计算单元RE。在计算单元RE中，为了数据分析以及为了计算必要的坐标和截面图像，描绘必要的3D、ODP、DT、ET、ZT、SBM、DRRM单元。便携显示器DP的可能的取向被描绘。在方向模块ODP中，确定移动显示器DP、DP′、DP〞的取向。在第一存储单元3D中，暂存3D数据集KO。在第一、第二和第三模块ET、ZT和DT中，实施所描述的变换规则，并且在截面图像模块中分别计算出截面图像SBn，以及暂存所计算出的截面图像SB1、…、SBn。在X射线图像模块DRRM中确定和暂存数字重建的X射线图像DRR。在计算单元RE中布置的3D、ODP、DT、ET、ZT、SBM、DRRM单元也可以对应于便携显示器DP中集成的处理器，并且现场计算截面图像。

附图标记列表

C       C型臂

P       iPad

DP      显示器

K       摄像头

OM      标记单元

O       对象

KO      立方体/3D数据集

OPT     手术台

D       检测器

RQ      X射线源

Tmi     选择标记/iPad的第一变换规则

Tmk     选择标记/立方体的第二变换规则

Tki     变换  立方体/iPad

K       光学传感器

K1      第一摄像头

K2      第二摄像头

3D      第一存储单元

ODP     方向模块

ET      第一模块

ZT      第二模块

DT      第三模块

SB1、…、SBn  截面图像

DRR     数字重建的X射线图像

DRRM    X射线图像模块

SBM     截面图像模块

KS1     第一坐标系

KS2     第二坐标系

KS3  第三坐标系

Claims (8)

1.一种用于根据与对象（O）相对应的3D数据集（KO）在可视化单元（DP）上对图像（SB1,…,SBn）进行可视化的装置，其特征在于，

在诊断单元（C,D,RQ）上设置标记单元（OM），

所述可视化单元（DP）具有至少一个传感器（K,K1,K2），借此来采集所述可视化单元（DP）相对于在所述诊断单元（C,D,RQ）上所布置的标记单元（OM）的取向和位置，并且从中导出截面图像（SBn）的位置和/或根据3D数据集（KO）被数字重建的X射线图像（DRR）的位置，并且计算所述图像（SBn,DRR）的数据并且在所述可视化单元（DP）上成像。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，

设置定位模块（ODP），以确定所述可视化单元（DP）相对于所述标记单元（OM）的取向。

3.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

设置截面图像模块（SBM），以基于所述可视化单元（DP）相对于所述与对象（O）相对应的3D数据集的取向来计算所述截面图像（SBn）的数据。

4.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

设置X射线图像模块（DRRM），以基于所述可视化单元（DP）相对于所述与对象（O）相对应的3D数据集的取向来计算所述数字重建的X射线图像（DRR）的数据。

5.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

设置第一模块（ET），以实现在标记单元（OM）和所述3D数据集（KO）之间的第一变换规则（T_m ⁱ），

设置第二模块（ZT），以实现在所述标记单元（OM）和显示器之间的第二变换规则（T_m ^k），

设置第三模块（DT），以将所述第一和第二变换规则（T_k ⁱ）相关联。

6.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

所述可视化单元（DP）在至少两个边上具有光学传感器（K,K1,K2）。

7.按照上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，

所述可视化单元（DP）是便携式显示器（DP），

所述可视化单元（DP）具有计算单元（RE），用于确定截面图像（SB1,…,SBn）和虚拟的X射线图像（DRR）的图像数据。

8.一种用于根据与对象（O）相对应的3D数据集（KO）对截面图像（SB1,…,SBn）进行可视化的方法，其特征在于，

采集可视化单元（DP）的取向，并且从中导出源自3D数据集（KO）的截面图像（SBn）的和/或数字的X射线图像（DDR）的位置，并且计算所述截面图像（SBn）的和/或数字的X射线图像（DRR）的图像数据。

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