專利名稱：簡單幾何可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從醫(yī)療三維圖像照片中可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)、尤其是冠狀血管結(jié)構(gòu)的方法，其中首先提供管狀結(jié)構(gòu)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
為了例如測量狹窄或?yàn)榱斯烙嬧}化和非鈣化的斑沉積的周長，利用當(dāng)前可用的成像技術(shù)對冠狀血管系統(tǒng)的分析是一個耗時且復(fù)雜的過程。利用現(xiàn)代圖像計算機(jī)的高計算容量提供了各種不同的可視化方法，可以用于顯示所記錄的血管結(jié)構(gòu)。對此的例子是MIP(最大強(qiáng)度投影)、VRT(立體著色技術(shù))、SSD(陰影表面顯示)或在診斷時支持放射醫(yī)生的這些可視化方法的組合。為了對血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化分析，需要從二維或三維圖像照片中對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割，在此基礎(chǔ)上可以測量量化的量，例如狹窄的長度或直徑/長度比。
一個特殊的問題首先是將所采集的數(shù)據(jù)或者說從圖像照片中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)傳遞給另一個專業(yè)人員，例如心臟學(xué)醫(yī)生。目前采用的諸如交互3D-VRT的可視化方法在減少為二維顯示時導(dǎo)致難以解釋的圖像。雖然有數(shù)字化技術(shù)以及醫(yī)院內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)，但通常也總是需要將這種圖像打印在紙上，以傳遞給相應(yīng)的專業(yè)人員來對檢查結(jié)果進(jìn)行診斷。因此在這些情況下，檢查結(jié)果通常附有報告，其中對血管樹以簡單的話語(例如通過給定損害部位到一個諸如分叉點(diǎn)或解剖結(jié)構(gòu)異常的固定標(biāo)記之間的距離)來描述。但對專業(yè)人員來說，用所附的報告也很難從二維圖像中正確地再現(xiàn)出實(shí)際的血管結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)、如冠狀血管樹的方法，該方法使得在二維圖像顯示中也可以對管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的解釋。
在本發(fā)明的用于從醫(yī)療三維圖像照片中可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)、尤其是冠狀血管結(jié)構(gòu)的方法中，首先提供該管狀結(jié)構(gòu)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。該分割后的三維圖像數(shù)據(jù)優(yōu)選從包含管狀結(jié)構(gòu)的身體部位的斷層造影圖像照片的三維圖像數(shù)據(jù)中獲得。為此需要的分割方法如所謂的“區(qū)域增長”是現(xiàn)有技術(shù)，因此在此不再進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明方法的特征在于，對用分割后的三維圖像數(shù)據(jù)表示的管狀結(jié)構(gòu)通過多個相鄰的圓柱形和/或錐形幾何元素來近似，最后顯示這些相鄰的元素而不顯示該管狀結(jié)構(gòu)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。這種顯示可以按照二維或三維形式進(jìn)行。但對于以后對該顯示的傳遞來說，優(yōu)選用二維顯示。
用多個圓柱形和/或圓錐形元素來近似管狀結(jié)構(gòu)通過對分割后的三維圖像進(jìn)行自動的圖像處理來完成。在此，可以通過與該管狀結(jié)構(gòu)匹配的具有不同直徑和不同長度的一排圓柱來模擬管狀結(jié)構(gòu)。由此，在管狀血管結(jié)構(gòu)中，這些匹配的圓柱的直徑隨著血管結(jié)構(gòu)的分叉深度增長而變小。還可以不采用從圓柱的開始到結(jié)束都具有相同直徑的圓柱，而采用直徑從開始到結(jié)束線性減少或增加的錐形元素來近似管狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)然還可以采用這兩種元素類型的組合，以達(dá)到與管狀結(jié)構(gòu)盡可能精確的匹配。
因此利用本方法，可以通過簡單的幾何元素顯示管狀結(jié)構(gòu)。對這些依次排成行的元素的二維投影(例如中心投影或平行投影)可以沒有信息丟失地通過傳真?zhèn)魉徒o專業(yè)人員，后者可以從該顯示中毫無問題地得出作為基礎(chǔ)的管狀結(jié)構(gòu)的變化。在血管結(jié)構(gòu)的情況下，可以基于這些在此顯示的、具有比相鄰元素更小直徑的元素輕易地識別出分叉和局部變窄、特別是狹窄。在本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在顯示中另外、優(yōu)選地用顏色來標(biāo)記這種解剖異常。這同樣也可以通過用圖像處理算法識別出局部變窄和分叉而自動地進(jìn)行。
用本發(fā)明方法提供的管狀結(jié)構(gòu)的顯示為無法交互地訪問該結(jié)構(gòu)的三維圖像數(shù)據(jù)的三維圖像顯示的專業(yè)人員提供了在該結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行分析和定向的便利。本發(fā)明的方法尤其使得可以沒有信息丟失地簡單傳送該結(jié)構(gòu)的二維顯示，并且用很低的存儲需求就可以進(jìn)行存儲。盡管如此，仍可以在顯示中識別出管狀結(jié)構(gòu)的每一個對診斷重要的特征。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，這樣將依次排列成行的元素投影到一個平面中，使得對應(yīng)于相同分層結(jié)構(gòu)級別的分叉位于一個共同的環(huán)上，而對應(yīng)于不同分層結(jié)構(gòu)級別的分叉分別位于該平面中相互套著的不同的環(huán)上。將投影和相應(yīng)的環(huán)一起進(jìn)行顯示。因此，觀察者在該顯示中可以立即看見其中可能具有狹窄的相應(yīng)的分層結(jié)構(gòu)或分叉深度。這種顯示方式可以向觀察者提供一種印象，就好像該結(jié)構(gòu)位于一個球體的表面上一樣，該結(jié)構(gòu)從該球體的最高點(diǎn)出發(fā)延伸到表面。
對于管狀結(jié)構(gòu)在分割后的三維圖像數(shù)據(jù)中的近似，當(dāng)然可以采用不同的圖像處理算法。這種算法的一個例子可以引用隨后的一個實(shí)施方式?；旧?，這種圖像處理算法只需貫穿管狀結(jié)構(gòu)，并在很多位置上確定管狀結(jié)構(gòu)的重心和直徑，以便能夠在這些位置上將對應(yīng)的元素近似地與該結(jié)構(gòu)的延伸相匹配。
本發(fā)明的方法不限于對血管結(jié)構(gòu)的可視化，而是可以一般地用于模擬和可視化患者體內(nèi)的管狀結(jié)構(gòu)。所基于的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)可以來自分別涉及的身體部位的三維圖像照片，這些三維圖像照片是用不同的成像模件記錄的，如X射線CT、X射線血管造影、磁共振斷層造影、三維超聲波、PET或SPECT。實(shí)施本發(fā)明方法的條件只是能夠從這些三維圖像照片中適當(dāng)?shù)胤指畛龉軤罱Y(jié)構(gòu)。


下面借助實(shí)施例結(jié)合附圖再次簡要解釋本發(fā)明的方法。其中示出圖1A-1C示出血管樹的圖像和兩個從中導(dǎo)出的排列成行元素的二維顯示的例子，圖2示出近似血管結(jié)構(gòu)的第一步的例子，圖3示出根據(jù)圖2用圓柱形元素近似圖2中的結(jié)構(gòu)的例子，以及圖4示出依次排列成行的圓柱體的分級顯示的例子，這些圓柱體是根據(jù)圖2和圖3的步驟獲得的。
具體實(shí)施例方式
圖1以部分圖1A示出只示意性表示的冠狀血管結(jié)構(gòu)10，如作為MIP在監(jiān)視器上顯示的。該顯示基于已分割的該血管結(jié)構(gòu)10的三維圖像數(shù)據(jù)。利用本方法，這些分割后的三維圖像數(shù)據(jù)從大動脈11出發(fā)，以便用多個相鄰的圓柱形元素12來近似該血管結(jié)構(gòu)10。接著在沒有該作為基礎(chǔ)的血管結(jié)構(gòu)10的三維圖像數(shù)據(jù)的情況下顯示按序排列的圓柱體12。這在分圖1B中可以在按序排列的圓柱體12的平行投影13中看到，其中另外還顯示了作為分割后的對象的大動脈11。如通過斑沉積或狹窄引起的解剖異常在該顯示中通過被標(biāo)記的元素15表示。同樣方式下在該例中用圓來標(biāo)記分叉點(diǎn)16。
相鄰元素的另一種顯示方法在部分圖1C中可以看到，其中繪出多個同心環(huán)17，這些同心環(huán)代表不同的分叉級別，也就是從大動脈11出發(fā)的第一分叉、第二分叉等等。在此，按序排列的圓柱形元素12這樣投影在這些環(huán)的平面上，使得分叉位于對應(yīng)的環(huán)17上。
在根據(jù)本方法的兩個顯示中，血管結(jié)構(gòu)10的延伸和遞增的變細(xì)可以通過所投影的圓柱形元素12的不同直徑來識別。正是部分圖1C的分級顯示使得觀察者可以立即識別出其中存在解剖異常的分叉深度。
圖2示出在實(shí)施本發(fā)明方法時第一步驟的例子，為簡化起見借助二維顯示。在該顯示中可以識別出作為血管結(jié)構(gòu)10的分割后的血管樹的一段圖像，其中各個矩形表示作為基礎(chǔ)的圖像的體素18。在橫穿該血管樹時，首先設(shè)置一個起始點(diǎn)，該起始點(diǎn)在圖2中通過具有數(shù)字1的體素18來表示。圍繞該起始點(diǎn)首先設(shè)置一個小球，接著逐步的擴(kuò)大該小球。該過程在圖2中用數(shù)字2-5表示，這些數(shù)字分別以體素為單位給出從起始點(diǎn)開始的球周長的距離。逐漸增長的球體例如可以通過所謂的距離變換方法來實(shí)現(xiàn)。在該球體的大小達(dá)到其在形成兩個封閉的、至少接近環(huán)形的截線的情況下與血管結(jié)構(gòu)10的外邊界相切之后，在本例中該球體還要繼續(xù)增大一或兩個步長。然后獲得的截線確定在此匹配的圓柱體的起始面和終止面，該圓柱體的直徑對應(yīng)于通過該兩個截線中的至少一個而封閉起來的平面(截面)的直徑。在本例中，兩個截面具有相同的直徑。如果兩個截面的直徑不同，則也能將平均直徑用于形成圓柱體。此外，在該情況下還可以采用錐形的元素，其起始直徑和終止直徑對應(yīng)于截面的直徑。
在形成第一圓柱體之后，在離該圓柱體的終止面大約該圓柱體直徑那么長距離的地方設(shè)置一個新的起始點(diǎn)，并重新填充起一個球體，以便匹配出下一個圓柱體或下一個錐形延伸的元素。在確定截線時，還確定相應(yīng)截面的重心，以便根據(jù)該重心設(shè)置后面的起始點(diǎn)。檢測到多于兩個截面標(biāo)志著存在分叉。然后將該位置標(biāo)記為分叉點(diǎn)16。這也顯示在圖2中。
通過擴(kuò)大附加步長的數(shù)量，使球體在形成兩個截線之后繼續(xù)以該附加步長增長，可以影響各個圓柱形和/或錐形元素的長度。優(yōu)選地，在檢測到兩個截線之后將球體繼續(xù)擴(kuò)大一到三個步長。如果在該范圍內(nèi)截面的直徑?jīng)]有發(fā)生顯著變化，則將在球體的最終大小時達(dá)到的截面用于形成這些元素。如果檢測到變化，則還可以再將球體縮小一或兩個步長，以便隨后形成相應(yīng)的元素。
圖3示出根據(jù)圖2的步驟匹配圓柱形元素12的結(jié)果。各個依次排列的圓柱體在結(jié)構(gòu)的分叉逐漸增長時具有越來越小的直徑。分叉點(diǎn)16在該顯示中通過圓來標(biāo)記。
血管結(jié)構(gòu)10的表示還可以這樣投影到一個平面中并顯示出來，使得不同分叉級別的分叉點(diǎn)16分別位于該平面中不同的環(huán)17上，而相同分叉級別的分叉點(diǎn)16分別位于該平面中相同的環(huán)17上。這可以借助圖4的顯示看出。在該分級的線圖中，結(jié)構(gòu)的起始點(diǎn)位于中心，后面的分叉級別分別位于同心環(huán)17上，在這些環(huán)之間依次排列的圓柱形元素12對應(yīng)于其投影到該平面上的變化而顯示出來。
權(quán)利要求
1.一種用于從醫(yī)療三維圖像照片中可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)、尤其是冠狀血管結(jié)構(gòu)的方法，具有如下步驟-提供該管狀結(jié)構(gòu)(10)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)；-通過多個相鄰的圓柱形和/或錐形元素(12)來近似由該分割后的三維圖像數(shù)據(jù)表示的管狀結(jié)構(gòu)(10)；-顯示這些相鄰的元素(12)而不顯示該管狀結(jié)構(gòu)(10)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在至少一個二維投影(13，14)中顯示所述相鄰的元素(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，這樣將所述相鄰元素(12)投影到一個平面中，使得不同分層級別的分叉(16)分別位于不同的環(huán)(17)上，而相同分層級別的分叉(16)分別位于同一個環(huán)(17)上，并且將這些投影和環(huán)(17)一起顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對管狀結(jié)構(gòu)(10)的自動近似通過以下步驟實(shí)現(xiàn)-在分割后的三維圖像數(shù)據(jù)中在該管狀結(jié)構(gòu)(10)內(nèi)設(shè)置一個起始點(diǎn)；-將該起始點(diǎn)作為中心圍繞該起始點(diǎn)形成一個球體；-將該球體逐步增大到其最終大小，在該最終大小下該球體形成兩條與所述結(jié)構(gòu)(10)的側(cè)壁的連續(xù)截線，它們預(yù)先給定在此形成的元素(12)的開始和結(jié)束以及至少一個平均直徑；-在與已形成的元素(12)相鄰的管狀結(jié)構(gòu)(10)內(nèi)設(shè)置一個新的起始點(diǎn)；-繼續(xù)上述步驟，直到完成所述結(jié)構(gòu)(10)的一個預(yù)定部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述球體的逐步增大按照分割后的三維圖像數(shù)據(jù)的單個體素(18)為步長進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在相鄰元素(12)的顯示中標(biāo)記出解剖結(jié)構(gòu)上異常的片段，尤其是以彩色標(biāo)記。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述提供分割后的三維圖像數(shù)據(jù)包括步驟-提供其中存在所述管狀結(jié)構(gòu)(10)的身體區(qū)域的斷層造影三維圖像照片的三維圖像數(shù)據(jù)，以及-在該斷層造影三維圖像照片的三維圖像數(shù)據(jù)中對管狀結(jié)構(gòu)(10)進(jìn)行分割。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從醫(yī)療三維圖像照片中可視化管狀解剖結(jié)構(gòu)、尤其是冠狀血管結(jié)構(gòu)的方法，其中首先提供該管狀結(jié)構(gòu)(10)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。由分割后的三維圖像數(shù)據(jù)表示的管狀結(jié)構(gòu)(10)通過多個相鄰的圓柱形和/或錐形元素(12)來近似。接著顯示這些相鄰的元素(12)而不顯示該管狀結(jié)構(gòu)(10)的分割后的三維圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明的方法使得可以簡化地幾何顯示管狀結(jié)構(gòu)(10)，從而尤其是在作為二維圖像顯示傳輸時向?qū)I(yè)人員提供對該結(jié)構(gòu)的簡單解釋。
文檔編號A61B6/00GK1766896SQ20051009916
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者丹尼爾·林克, 邁克爾·肖伊林 申請人:西門子公司