Zusammenfassung
Die klassischen medizinischen Abbildungsverfahren liefern nur zweidimensionale Ausschnitte aus einer dreidimensionalen Wirklichkeit. Mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung und der Computer-Graphik ist es jedoch möglich, medizinische Objekte aus räumlichen Bildfolgen zu rekonstruieren und wählbare Ansichten auf einem Bildschirm darzustellen. Zu diesem Zweck muß das Datenvolumen in die darzustellenden Objekte segmentiert und in eine für die Darstellung geeignete Datenstruktur übergeführt werden. Die Verfahren hierfür werden erläutert und mit Anwendungen aus der radiologischen Diagnostik, der Chirurgie, der Orthopädie und der Anatomie illustriert. Schließlich werden die Probleme der Implmentation für Routinezwecke diskutiert.
Summary
The classical imaging modalities in medicine deliver only two-dimensional views of a three-dimensional reality. Using techniques of image processing and computer graphics, it is possible to reconstruct medical objects from spatial image sequences and to show arbitrary views on a display screen. For this purpose the volume of primary data has to be segmented into the objects and a data structure suitable for the display operation has to be generated. The methods are described and illustrated with applications in diagnostic radiology, surgery, orthopedics, and anatomy. Finally the problems of implemention for routine application are discussed.
Literatur
Hundt, E., Schwierz, G.: Verfahren und Systeme der Computer-tomographie. Info.-Spek. 8, 273 (1985)
Burger, G., Jütting, U.: Specimen Classification in Cytometry: An intercomparison of various means of decision making, in: Gelsema, L.N. (ed.): Pattern Recognition in Practice II, p. 509. Amsterdam: North-Holland (1986)
Udupa, J.K.: Display and Analysis of 3D Medical Images Using Directed Contours. Proc. NCGA'85, p.145 (1985)
Fuchs, H., Kedem, Z.H., Uselton, S.P.: Optimal Surface Reconstruction from Planar Contours. Comm. ACM 20, 693 (1977)
Fuchs, H., Abram, G.D., Grant, E.D.: Near Real-Time Shaded Display of Rigid Objects. Comput. Graph. 17, 65 (1983)
Keppel, E.: Approximating Complex Surfaces by Triangulation of Contour Lines. IBM J. Res. Devel. 19, 2 (1974)
Sunguroff, U., Greenberg, D.: Computer Generated Images for Medical Applications. Comput. Graph. 12, 196 (1978)
Tiede, U., Böcker, F.R.P., Witte, G., Höhne, K.H.: Eine neue Heuristik für die 3D-Rekonstruktion medizinischer Bildsequenzen mittels Triangulation. Proc. 7. DAGM-Symp., Erlangen 1985, S.207
Tiede, U.: Vergleich von Voxelbzw. triangulierter Oberflächen repräsentation für die 3D-Darstellung medizinischer Objekte. Diplomarbeit Univ. Hamburg 1987
Tönnies, K.D., Jackel, D.: Automatische drei-dimensionale Oberflächenrekonstruktion aus Konturlinien zur Visualisierung von komplexen anatomischen Objekten. Proc. 27. Jahrestagung der GMDS. Hamburg: Springer (1982)
Tönnies, K.D.: Erzeugung von 3D-Objektrepräsentationen durch Triangulation. Techn. Ber. 86/2, Technische Universität Berlin, FB 20, 1986
Stiehl, H.S.: Model Guided Labelling of CSF Cavities in Cranial Computed Tomograms, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology, p. 519. Berlin: Springer 1985
Artzy, E., Frieder, G., Herman, G.T.: The Theory, Design, Implementation and Evaluation of a Three-Dimensional Surface Detection Algorithm. Comput. Graph. 15, 1 (1981)
Frieder, G., Meyer, C., Udupa, J.K.: Large Software Problems for Small Computers: An Example from Medical Imaging. Software 2, 37 (1985)
Herman, G.T., Liu, H.K.: Three-dimensional Display of Human Organs from Computed Tomograms. Comput. Graph. Image Process. 9, 1 (1979)
Herman, G.T.: Three-Dimensional Imaging from Tomograms, in: Höhne, K.H. (ed.): Digital Image Processing in Medicine. Lecture Notes in Medical Informatics 15. Berlin: Springer 1981
Meagher, D.J.: Applying Solids Processing Methods to Medical Planning. Proc. NCGA'85, p.101 (1985)
Meagher, D.J.: Geometric Modeling Using Octree Encoding. Comput. Graph. Image Process. 19, 129 (1982)
Samet, H.: The Quadtree and Related Hierarchical Data Structures. Comput. Surv. 16, 187 (1984)
Frieder, G., Gordon, D., Reynolds, R.A.: Back-to-Front Display of Voxel-Based Objects. Comput. Graph. Appl. 5, 52 (1985)
Oswald, H.: Three-Dimensional Imaging from Computed Tomograms, in: Huang, T.S. (ed.): Image Sequence Processing and Dynamic Scene Analysis, p.710. Berlin: Springer 1983
Oswald, H., Kropatsch, W., Leberl, F.: A Perspective Projection Algorithm with Fast Evaluation of Visibility for Discrete Three- Dimensional Scenes. Proc. ISMII, Berlin (1982), p.464
Böcker, F.R.P., Höhne, K.H., Witte, G.: Experiments with Three-Dimensional Reconstruction from Ventriculograms, in: Höhne, H. (ed.): Pictorial Information System in Medicine, p.469. Berlin: Springer 1968
Tuy, H.K., Tuy, L.T: Direct 2-D Display of 3-D Objects. Comput. Graph. Appl. 4, 29 (1984)
Foley, I.D., van Dam, A.: Fundamentals of Interactive Computer Graphics. Reading: Addison-Wesley 1983
Chen, L.S., Herman, G.T, Reynolds, R.A., Udupa, J.K.: Surface Shading in the Cuberille Environment. Comput. Graph. Appl. 5, 33 (1985)
Gordon, D., Reynolds, R.A.: Image Space Shading of Three-Dimensional Objects. Comput. Vis. 29, 361 (1985)
Tiede, U., Höhne, K.H., Riemer, M.: Comparison of Surface Rendering Techniques for 3D Tomographic Objects, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology. Berlin: Springer 1987
Höhne, K.H., Bernstein, R.: Shading 3D-Images from CT Using Gray Level Gradients. IEEE Trans. Med. Imag. 5, 45 (1986)
Höhne, K.H., DelaPaz, R.L., Bernstein, R., Taylor, R.C.: Combined Surface Display and Reformatting for the 3D-Analysis of Tomographic Data. Invest. Radiol. (im Druck)
Block, P., Udupa, J.K.: Application of Computerized Tomography to Radiation Therapy and Surgical Planning. Proc. IEEE 71, 351 (1983)
Böcker, F.R.P., Tiede, U., Höhne, K.H.: Combined Use of Different Algorithms for Interactive Surgical Planning, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology, p.572. Berlin: Springer 1985
Brewster, L.J., Trivedi, S.S., Tuy, H.K., Udupa, J.K.: Interactive Surgical Planning. Comput. Graph. Appl. 4, 31 (1984)
Vannier, M.W., Marsh, J.C., Warren, J.D.: Three-Dimensional Computer Graphics for Craniofacial Surgical Planning and Evaluation. Comput. Graph. 17, 263 (1983)
Rhodes, M.L., Azzawi, Y.M., Cgu, E.S., Pang, A.T., Glenn, W.V., Rothman, S.L.G.: A Network Solution for Structure Models and Custom Prostheses Manufacturing from CT-Data, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology, p.403. Berlin: Springer 1985
Höhne, K.H., Riemer, M., Tiede, U., Heller, M., Witte, G.: Viewing Operations for 3D Tomographic Gray Level Data, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology. Berlin: Springer 1987
Schulze, W., Riemer, M., Rehder, U., Höhne, K.H.: Computer Aided Three-Dimensional Reconstructions of the Arrangement of Primary Spermatocytes in Human Seminiferous Tubules. Cell Tiss. Res. 244, 1 (1986)
Goldwasser, S.M., Reynolds, R.A., Bapty, T., Baraff, D., Summers, J., Talton, D.A., Walsh, E.: Physician's Workstation with Real-Time Performance. Comput. Graph. Appl. 5, 44 (1985)
Jackel, D.: The Graphics PARCUM System: A 3D Memory Based Computer Architecture for Processing and Display of Solid Models. Comput. Graph. Forum 1, 21 (1985)
Kaufman, A.: Voxel Based Architectures for Three-Dimensional Graphics. Proc. IFiP'86, Dublin 1986
Pizer, S.M.: Systems for 3D Display in Medical Imaging, in: Höhne, K.H. (ed.): Pictorial Information Systems in Medicine, p.235. Berlin: Springer 1986
Stiehl, H., Jackel, D.: On a Framework for Processing and Visualizing Spatial Images, in: Lemke, U. (ed.): Computer Assisted Radiology. Berlin: Springer 1987
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Die Möglichkeit der intensiven Beschäftigung mit Methoden der 3D-Bildverarbeitung verdanke ich einem Aufenthalt beim IBM Palo Alto Scientific Center. Mein Dank gilt Dipl.-Inform. F. Böcker, Dipl.-Inform. U.Tiede, Dipl.-Ing. M.Riemer und Dipl.-Inform. M.Bomans sowie Prof. Dr. med. W.Höltje, Dr. med. G.Witte und Dr. med. M. Heller für wertvolle Anregungen zu dieser Arbeit. Die Original-Bildsequenz zu Abb.8 wurde freundlicherweise von der Firma Siemens, Unternehmensbereich Medizinische Technik, zur Verfügung gestellt. J. und N. Höhne danke ich für die Anfertigung der Zeichnungen.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Höhne, K.H. 3D-Bildverarbeitung und Computer-Graphik in der Medizin. Informatik-Spektrum 10, 192–204 (1987). https://doi.org/10.1007/BF00417970
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00417970
Schlüsselwörter
- Digitale Bildverarbeitung
- Computer-Graphik
- dreidimensionale Darstellung
- medizinische Diagnostik
- Computertomographie
- Kernspintomographie
Key words
- Digital image processing
- Computer graphics
- Three-dimensional display
- Medical diagnostics
- Computer tomography
- Magnetic resonance tomography