專利名稱：用于分析管狀結(jié)構(gòu)例如血管的處理器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器，尤其是涉及一種用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器，其能夠以對診斷有用的方式，在由診斷醫(yī)學成像裝置(醫(yī)療設備)獲取的病人的三維圖像數(shù)據(jù)的基礎上，進行管狀結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))，例如血管、腸、氣管和食道的三維觀察，并對包括管狀結(jié)構(gòu)的厚度(包括局部變化例如狹窄和腫塊)和長度在內(nèi)的對診斷有用的指標進行定量分析。
背景技術(shù)：
在血管診斷中，常規(guī)的方法是給病人使用血管造影劑拍攝X射線圖像，從而在圖像值的基礎上探測到異常的存在。
在這種情況下，近來成圖技術(shù)的發(fā)展，例如X射線CT(計算機斷層攝影)掃描儀和MRI(核磁共振成像)，已經(jīng)能夠容易地獲得病人需要診斷的血管區(qū)域的三維圖像，結(jié)果為使用該三維圖像進行血管的斷層攝影診斷提供了可能。
盡管X射線血管造影檢查需要動脈注射血管造影劑，而使用X射線CT或MRI的血管三維成像允許通過靜脈注射進行血管造影術(shù)。靜脈注射侵入性更小并且能夠減輕病人的負擔。
基本上不需要血管造影劑的血管成像方法已經(jīng)在進行研究，特別地，基于MRI進行不需要血管造影劑的檢查，其為一個無創(chuàng)過程，即使當該檢查在短時間內(nèi)重復進行，也能夠使病人所承受的負擔減到最低程度。
基于診斷所使用的成像維數(shù)有優(yōu)點也有缺點。由于X射線圖像是二維的，所以基于該圖像對斷層掃描異常(tomological abnormality)的評估就受到了局限。例如，當利用在一個方向拍攝的X射線圖像時，診斷傾向于低估血管狹窄的程度。三維成像的使用提供了三維形式的觀察，因比提高了血管狹窄診斷的精度，三維成像也有效地用于識別血流或血管瘤的三維結(jié)構(gòu)。目前的X射線血管造影術(shù)成像在透視毛細血管時存在不足，然而隨著未來三維攝像圖像質(zhì)量的提高，用三維圖像進行診斷的應用范圍將擴大。
在這種情況下，已提出了下述方法用于血管的三維斷層攝像。
例如，經(jīng)過審查的日本專利申請公開文本No.3-10985公開了一種方法，該方法獲取由X射線CT、MRI和超聲診斷裝置產(chǎn)生的三維圖像數(shù)據(jù)，依靠“矢量探測器”計算管狀結(jié)構(gòu)的縱向矢量，從縱向矢量的結(jié)果計算垂直于腔隙結(jié)構(gòu)的截面，并準備和顯示沿著這些截面剪切的圖像。
美國專利No.5891030公開了一種方法，該方法包括下述步驟在獲取的三維圖像中從管狀結(jié)構(gòu)圖像中提取管狀結(jié)構(gòu)的芯線(core line)；沿著該芯線在縱向方向延伸該管狀結(jié)構(gòu)，由此成為一個伸展的狀態(tài)；顯示該伸直的圖像；和顯示對應于前面的圖像的繪制視圖像和平面重組圖像。
未經(jīng)過審查的日本專利申請公開文本No.2001-175847公開了一種方法，該方法在沿著血管芯線的方向依次準備與所提取血管的芯線(例如中心線)垂直的截面的MPR(多平面重建)圖像，并動態(tài)顯示依次產(chǎn)生的圖像，該顯示方法試圖使復雜的血管三維結(jié)構(gòu)的觀察變得容易。
另一方面，已提出了各種用于提取血管芯線的技術(shù)。例如IEEETran.Med.Imag雜志2000年第19卷第4期第337-346頁，Onno Wick等人的“在3D血管造影圖像中血管的快速描繪和顯示(Fast delineation andvisualization of vessels in 3-D angiographic images)”的文章公開了一種方法，該方法包括下述步驟將血管的芯線確定為由三維坐標表示的一列點；在該芯線上所述點列上的各獨立點提取與芯線垂直的截面上的血管輪廓。這使實現(xiàn)血管芯線和血管輪廓(血管表面)的三維提取成為可能。沿著血管芯線的各位置上血管的面積或直徑能夠通過提取芯線和血管的輪廓而確定。該文章也公開了以血管直徑作為縱坐標和以沿著血管芯線的距離作為橫坐標的曲線圖。
假設狹窄存在，使用一個假定的血管直徑A和實際狹窄部位的血管直徑B，按照公式[100×(1-(B/A))](％)計算出血管的狹窄率。因此，為了確定狹窄率，必須確定在一個在假定的正常狀態(tài)的血管半徑。這種計算方法的一個實例在未經(jīng)過審查的日本專利申請公開文本No.5-264232中公開了，其包括下列步驟從二維X射線成像獲得的血管造影圖像估計正常狀態(tài)下的血管直徑，然后從中計算狹窄率。
然而，因為管狀結(jié)構(gòu)，例如血管，由于通常復雜的三維復雜路徑造成其具有復雜的形狀，所以即使當觀察一個偽三維顯示圖像(例如體繪制圖像)的時候也很難確定狹窄或腫塊這些疾病部位的位置或狀態(tài)。另一方面，當觀察任意截面上的二維圖像時，很難準確地設定截面的位置，這增加了操作者，例如醫(yī)生的負擔。
這些情況在下面詳細描述。管狀結(jié)構(gòu)，例如血管或大腸的常規(guī)三維觀觀察方法涉及各種未解決的問題，如下文所述。
首先，當使用一個曲面重組圖像(reformatted image)時，有一個問題是很難容易地三維地掌握彎曲表面重組圖像上點的位置以及它朝向哪個方向。
其次，在一種所謂遙“穿越(flythrough)”顯示器中顯示經(jīng)過視點位置的截面的方法中，在穿越(flythrough)屏幕上不獲得能被能觀察到的位置處截面在血管中的位置信息。
由于血管的芯線和輪廓由許多控制點表示，手動編輯花費了額外的時間和勞動。
血管疾病包括動脈瘤(血管患有腫瘤)。當最大直徑超過例如5mm，或最大直徑的長期變化超過例如每年3mm，動脈瘤將破裂，通常認為病人需要接受手術(shù)治療。然而在現(xiàn)有的情況下，動脈瘤的最大直徑通過使用軸向圖像來觀察和測量，所以很難掌握動脈瘤的三維形狀或其直徑的長期變化，因此診斷結(jié)果在很大程度上取決于醫(yī)生的經(jīng)驗和診斷能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到在如上文所述的管狀結(jié)構(gòu)(管狀系統(tǒng))的常規(guī)觀察和分析方法中存在的各種問題而進行了改進，其主要的目的是提供一種用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器，其能夠容易地掌握管狀結(jié)構(gòu)，例如病人身體的血管的全部或部分三維形狀，能夠容易地發(fā)現(xiàn)和觀察待觀察部位，例如狹窄或瘤疾病部位的位置和狀態(tài)，同時能夠極大地減輕實施診斷和觀察的操作者的操作上的負擔，由此能夠提高操作效率。
在上述主要目的之外，本發(fā)明的另一個目的是能夠更容易掌握管狀結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)之間的位置關系。
在上述主要目的之外，本發(fā)明的又一個目的是能夠用自然輪廓來描繪管狀結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)軤罱Y(jié)構(gòu)形式進行更穩(wěn)定和更精確的分析。
在上述主要目的之外，本發(fā)明的又一個目的是當設定管狀結(jié)構(gòu)的芯線或輪廓時，能夠在很大程度上減輕手動編輯控制點的勞動強度。
在上述主要目的之外，本發(fā)明的又一個目的是能夠準確提供管狀結(jié)構(gòu)的局部疾病部位，例如瘤的三維結(jié)構(gòu)的長期變化的信息，由此便于比較觀察疾病部位過去的結(jié)果和將來預期的結(jié)果。
為了達到這些目的，一方面，本發(fā)明提供了一種管狀結(jié)構(gòu)的分析器，作為一種分析待檢查對象管狀結(jié)構(gòu)的分析器。該分析器包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的多組三維圖像數(shù)據(jù)；一結(jié)構(gòu)提取單元，其用于從多組三維圖像數(shù)據(jù)中逐組地提取表示三維管狀結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)，由此產(chǎn)生多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)；一參考方向指定單元，其用于為多組三維圖像數(shù)據(jù)指定參考方向；一參考點指定單元，其用于為包含于多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的每一組中的管狀結(jié)構(gòu)的每一個芯線指定一個參考點；一伸直圖像產(chǎn)生單元，其用于從多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)中的每一組產(chǎn)生多個截面中的每個截面的管狀結(jié)構(gòu)的伸直圖像數(shù)據(jù)，其中這些截面在三維位置上彼此相同并且基于參考方向而確定，由此產(chǎn)生多組伸直圖像數(shù)據(jù)；和一伸直圖像顯示單元，其用于顯示基于參考點列的伸直圖像的多組數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，該伸直圖像產(chǎn)生單元包括一輪廓數(shù)據(jù)提取單元，其用于以芯線作為參考從多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)組的每一組中提取管狀結(jié)構(gòu)的輪廓數(shù)據(jù)。在這種結(jié)構(gòu)中，最好分析器進一步包括一輪廓顯示單元，其用于顯示管狀結(jié)構(gòu)的多組輪廓數(shù)據(jù)的輪廓數(shù)據(jù)；一變化信息獲取單元，其用于在由輪廓顯示單元顯示的多組管狀結(jié)構(gòu)的輪廓的基礎上獲取與管狀結(jié)構(gòu)隨時間的推移產(chǎn)生的變化相關的信息；一信息顯示單元，其用于顯示所獲得的與隨時間推移而發(fā)生的變化相關的信息。
作為本發(fā)明的另一方面，提供了一種分析待檢查對象的管狀結(jié)構(gòu)的分析器，該分析器包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的三維圖像數(shù)據(jù)；一圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生對象的體繪制圖像、三維圖像數(shù)據(jù)的最大強度投影(MIP)圖像和在三維圖像數(shù)據(jù)中任意一個截面的平面重組圖像中的至少一種圖像的數(shù)據(jù)；一曲面重組圖像產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生曲面重組圖像的數(shù)據(jù)；一芯線產(chǎn)生單元，其用于通過使用三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)芯線的三維位置數(shù)據(jù)；一參考圖像顯示單元，其用于通過將芯線的位置數(shù)據(jù)疊加于由體繪制圖像、最大強度投影(MIP)圖像、平面重組圖像和曲面重組圖像中的一種所組成的參考圖像的數(shù)據(jù)上而顯示該芯線；一曲面重組圖像顯示單元，其用于通過將芯線的位置數(shù)據(jù)疊加于曲面重組圖像的數(shù)據(jù)上而顯示該芯線；一芯線校正單元，其設置為用于校正疊加于由參考圖像顯示單元顯示的參考圖像上的芯線形狀；和一曲面重組圖像更新單元，其用于響應通過芯線校正單元對參考圖像上芯線形狀的校正，從三維圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生由曲面重組圖像顯示單元顯示的曲面重組圖像的數(shù)據(jù)，并且用于更新參考圖像上芯線的疊加顯示基本上實時地響應芯線形狀校正而更新曲面重組圖像。
在該結(jié)構(gòu)中，最好分析器進一步包括一分析單元，其用于分析管狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征；一接收單元，其用于接收用來指示顯示在參考圖像和曲面重組圖像上的芯線位置是否合適的信號；和一分析許可單元，其用于僅僅當接收單元接收到的所述信號指示芯線的位置合適時才允許分析單元分析管狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征。
進一步地，作為本發(fā)明的另一個方面，提供了一種分析待檢查對象的管狀結(jié)構(gòu)的分析器，該分析器包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的三維圖像數(shù)據(jù)；一圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生對象的體繪制圖像、三維圖像數(shù)據(jù)的最大強度投影(MIP)圖像和三維圖像數(shù)據(jù)中任意一個截面的平面重組圖像中的至少一種圖像的數(shù)據(jù)，作為參考圖像數(shù)據(jù)；一單元，其用于從所述三維圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生指示管狀結(jié)構(gòu)的三維位置信息的芯線數(shù)據(jù)；一單元，其用于基于芯線數(shù)據(jù)產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)的伸直圖像或垂直截面圖像的數(shù)據(jù)；一單元，其用于使用參考圖像的數(shù)據(jù)、伸直圖像或垂直截面圖像的數(shù)據(jù)，和芯線的數(shù)據(jù)，從而使疊加有芯線的參考圖像和疊加有芯線的伸直圖像或垂直截面圖像并排顯示；一單元，其用于在每一個參考圖像和伸直圖像的芯線上指定一位置可變標記，所述標記用來表示管狀結(jié)構(gòu)的視圖信息和感興趣點的信息；一單元，其用于響應在伸直圖像上的上述標記的位置變化，從而重新繪制在其中反映出該位置變化的參考圖像。


本發(fā)明的其它目的和方面從下面的描述和帶有參考附圖的實施例中將變得顯而易見。
圖1是示出了在本發(fā)明各個實施例中采用的用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器的一個典型硬件結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是示出了在第一實施例中進行的用于顯示和分析管狀結(jié)構(gòu)，例如血管的處理的概要流程草圖；
圖3A和3B示出了屏幕上顯示的實例；圖4示出了由芯線位置校正產(chǎn)生的關聯(lián)顯示處理的概要流程圖；圖5示出了顯示由芯線位置校正產(chǎn)生的關聯(lián)顯示的屏幕；圖6示出了顯示由芯線位置校正產(chǎn)生的關聯(lián)顯示的屏幕；圖7是用于接受芯線位置校正的窗口的描述圖；圖8A到8C示出了顯示提取出的血管壁的實例的屏幕；圖9A到9B示出了用于說明血管輪廓校正的屏幕；圖10示出了血管圖像顯示的一個實例；圖11示出了血管分析結(jié)果顯示的一個實例；圖12示出了血管分析結(jié)果顯示的另一個實例；圖13示出了血管分析結(jié)果顯示的又一個實例；圖14示出了血管分析結(jié)果顯示的又一個實例；圖15A到15C示出了說明第一實施例的第一變型中取向簡化實例的屏幕；圖16A和16B示出了說明第一變型中取向簡化實例的屏幕；圖17示出了用于說明適用于第一變型的關聯(lián)顯示的屏幕；圖18A到18B示出了其它用于說明適用于第一變型的關聯(lián)顯示的屏幕；圖19是用于說明第一實施例的第二變型中關聯(lián)顯示的處理的概要的流程圖；圖20示出了說明第二變型中關聯(lián)顯示的屏幕；圖21A到21B是用于說明向第一實施例的第三變型中增加芯線的必要性的血管示意圖；圖22是示出了第三變型中與通過點的增加和移動相對應的芯線校正操作的示意流程圖；圖23A和23B是用于說明第三變型中通過點的增加的血管示意圖；圖24是用于說明本發(fā)明管狀結(jié)構(gòu)的分析處理器第二實施例的功能框圖；圖25示出了在第二實施例中執(zhí)行的伸直空間(straight volume)準備處理；圖26示出了在第二實施例中執(zhí)行的伸直視圖和垂直視圖的截面位置變化；圖27示出了在第二實施例中執(zhí)行的從管狀結(jié)構(gòu)中提取的輪廓的校正處理；圖28示出了在第二實施例中執(zhí)行的參數(shù)圖像準備處理；圖29示出了在第二實施例中顯示的缺省圖像(監(jiān)視器屏幕)的實例；
圖30示出了在第二實施例中執(zhí)行的特定區(qū)域三維圖像的顯示；圖31示出了在第二實施例執(zhí)行的體數(shù)據(jù)顯示和特定區(qū)域三維顯示的參數(shù)顯示；圖32示出了在第二實施例中準備一個假設的處于正常狀態(tài)的管狀結(jié)構(gòu)模型；圖33是用于說明在第二實施例中執(zhí)行的顯示和定量分析管狀結(jié)構(gòu)，例如血管的概要流程草圖；圖34是用于說明本發(fā)明管狀結(jié)構(gòu)的分析處理器第三實施例的功能框圖；圖35示出了在第三實施例中執(zhí)行的位置對齊處理；圖36示出了在第三實施例中執(zhí)行的長期變化的計算；圖37示出了在第三實施例中執(zhí)行的長期變化圖像的準備；圖38示出了用于顯示在第三實施例中顯示的典型的測量范圍設置屏幕的屏幕。
圖39示出了用于顯示在第三實施例中顯示的典型的長期變化觀察屏幕的屏幕；圖40是用于說明在第三實施例中實施的管狀結(jié)構(gòu)，例如血管的長期變化的觀察處理的流程草圖；具體實施方式
本發(fā)明的管狀結(jié)構(gòu)的圖像處理器的優(yōu)選實施例將參照附圖進行詳細描述，根據(jù)本發(fā)明，該圖像處理器具有作為分析器的功能。
(第一實施例)第一實施例將參照圖1-14來進行描述。
如圖1所示，本實施例的圖像處理器是一個通過通信線與醫(yī)療設備在線連接的電腦裝置、與醫(yī)療設備合為一個整體的電腦裝置或作為與醫(yī)療設備分離的離線電腦裝置。
如圖1所示，該電腦裝置包括一帶有CPU和存儲器的圖像處理器11，一存儲程序和處理數(shù)據(jù)的存儲器單元12，一顯示單元13，和一輸入單元14，如上所述，該電腦裝置具有按照要求和外界進行數(shù)據(jù)通信的功能。
由診斷成像裝置(醫(yī)療設備)，例如X射線CT掃描儀或MRI，采集的被測對象的三維(立體)圖像數(shù)據(jù)，被在線或離線發(fā)送到存儲器單元12。這些三維圖像數(shù)據(jù)存儲在由存儲器單元提供的大容量的存儲器介質(zhì)，例如磁光盤中。
用于實現(xiàn)本實施例的三維顯示/分析方法的程序事先記錄在存儲器單元12的記錄媒體，例如硬盤中。圖像處理器11因此包括CPU111，在其啟動后，程序被讀出，然后按照程序中描述的步驟來順序執(zhí)行三維顯示/分析方法的處理。在該執(zhí)行過程中，與三維顯示/分析方法相關的圖像顯示在顯示單元13上，關于三維顯示/分析方法的操作信息通過輸入單元14從操作者接收。結(jié)果，圖像處理器11、顯示單元13和輸入單元14也能夠作為由操作者來進行自動血管提取處理的接口。
因為這種硬件結(jié)構(gòu)，所以用于上述三維顯示/分析方法的程序運行能夠獲得圖2所示要達到的功能。
在本實施例中，提供了一種操作方法和一種定量分析的技術(shù)，用于在使用血管造影CT/MRI拍攝出的血管三維圖像的基礎上有效地觀察血管的形態(tài)。
參照圖2，現(xiàn)在將詳細描述本實施例中由圖像處理器11運行的血管分析處理。其中管狀結(jié)構(gòu)是血管的情況將在這里進行說明。
<讀入圖像數(shù)據(jù)>
采集待由診斷醫(yī)療成像裝置分析的血管的圖像數(shù)據(jù)，或者讀入事先以這種方法采集的三維圖像數(shù)據(jù)。從所述三維圖像數(shù)據(jù)準備三維或二維參考圖像，然后將它顯示為一個主屏幕(主窗口)(步驟S1)。所述參考圖像至少能夠歸類為以下種類圖像中的一種體繪制圖像，MPR圖像(任意截面上的平面重組圖像或曲面重組圖像(曲面MPR圖像))，和MIP(最大值投影)圖像。該圖像數(shù)據(jù)是通過使用螺旋CT技術(shù)在人體軸線方向某一距離處獲得的三維圖像數(shù)據(jù)。不同種類的圖像數(shù)據(jù)，例如通過MRI裝置或超聲診斷裝置拍攝的圖像數(shù)據(jù)，只要它們包含被分析血管的三維圖像數(shù)據(jù)，都是可以接受的。所述圖像數(shù)據(jù)通常是身體軸線截面的圖像(切片圖像)，每一個都包括512×512像素，拍攝的間隔大約2mm且數(shù)量大約為200幅圖像。
<血管提取范圍的指定>
然后，指定血管提取范圍(步驟S2)。在這種情況下，操作者設置200個按順序顯示的切片圖像。通過定點設備，例如鼠標來指定顯示的切片圖像上管狀區(qū)域中的點，由此從曾經(jīng)指定的位置信息來選擇三維空間上的一點。該操作執(zhí)行兩次，一次用于起點S，另一次用于終點E，并分別設置三維坐標ps和pe。
<血管芯線的伸展>
接著，提取連接著血管提取范圍的起點S和終點E的管狀區(qū)域的芯線(步驟S3)。芯線的提取可以通過對在血管中提取管狀區(qū)域得到的二進制數(shù)據(jù)進行三維線細化(line-refining)處理來實現(xiàn)。更具體地，可采用被稱為細化法(thinning method)或骨架化方法(skeletonization method)的技術(shù)(例如，見2001年的Proceedings of SPIE雜志第4322卷第323-330頁，Ali Shahrokni等人的文章“Fast skeletonization algorithm for 3-D elongated objects”)。用來確定管狀區(qū)域的芯線的另一種方法被美國專利No.5971767公開了，其也適用于在本實施例中提取芯線。作為用上述任一種方法提取芯線的結(jié)果，可以獲得作為包含N個點的pi(i＝1..N)的血管從起點S到終點E的血管范圍內(nèi)的血管芯線。
參考材料IEEE Tran.Med.Imag雜志2000年第19卷第4期，Onno WinkandWiro J.Niessen的文章“Fast Dedineation and Visualization of Vessles in 3-DAngiographic Images”公開了一種方法，該方法通過從一個指定點自動跟蹤血管的內(nèi)部血管而提取芯線和血管的表面(血管跟蹤法)。
<血管芯線的顯示和校正>
提取的血管芯線的點列顯示在屏幕上，并按照要求在操作者的處理下，對該點列進行校正(步驟S4)。圖3A到3B示出了屏幕顯示的實例。
平面重組圖像(見圖3A)是三維圖像在朝向任意方向的一個平面上的剖視圖，其通過灰度級表示。在圖3A中，管腔簡單地由點的集合表示。雖然除血管之外的部分也由灰度級表示，但所有的部分在圖3A中都用白色顯示。一粗實線SL表示提取的芯線，由于血管芯線SL作為三維曲線來表示，因此它通常與平面重組圖像的芯線不在同一部分，然而它作為曲線投射在該平面上而疊加顯示。在粗實線上顯示的方塊標記MK表示用于手動校正曲線的控制點，該彎曲形狀可以通過操作鼠標移動該點或類似的方法而進行校正。
曲面重組圖像(見圖3A)是通過在一個二維平面上擴展一個由曲面剪切三維圖像產(chǎn)生的灰度級圖像而獲得的圖像，該曲面表示為與平面重組圖像的所述平面垂直的直線當同時通過平面重組圖像的芯線(粗實線SL)上的點的集合。與在平面重組圖像中相同，血管腔IB由圖3B中點的集合來表示。在平面重組圖像中，如果血管腔是三維彎曲的，那么血管的全部范圍并不總是顯示在圖像中。然而，由于血管芯線SL通過血管內(nèi)部，所以如果芯線的三維位置合適，用來確定芯線SL的血管的全部范圍必須在曲面重組圖像中進行描繪。因此在血管的全部范圍內(nèi)通過觀察曲面重組圖像可獲得厚度或類似的信息。
由此該曲面重組圖像能有效地用于觀察血管的斷層掃描信息，血管的芯線(粗實線)SL和用于手動校正芯線SL的控制點MK也顯示在曲面重組圖像中。在平面重組圖像和曲面重組圖像中，芯線的位置能夠通過控制點MK的位置校正而得到三維校正。
在本實施例中，當平面重組圖像的芯線被校正時，對應于該校正后的新的芯線的曲面重組圖像重新生成并顯示。
血管芯線的校正及其確認操作子程序現(xiàn)在將參考圖4-7進行描述。
子程序處理的概要如圖4所示，當血管芯線被提取時，例如，一參考圖像和一確認圖像平行顯示在顯示單元13的屏幕上，所述參考圖像是體繪制圖像、MIP圖像、平面重組圖像和曲面重組圖像中的任意一種。在該實例中，所述圖像是平面重組圖像。例如，一曲面重組圖像作為確認圖像顯示。因此在顯示單元13上提供了圖5所示的監(jiān)視器屏幕。
與在圖5所示的監(jiān)視器屏幕上觀察到的相同的血管腔IB(也就是血管圖像)顯示在平面重組圖像和曲面重組圖像中，沿著其中的腔，血管芯線SL以加權(quán)單位顯示。由于在平面重組圖像長度方向的中間部分，提取的芯線SL在腔的寬度方向的位置不理想，因此血管腔IB部分變得不規(guī)則，并且在與曲面重組圖像長度方向?qū)闹虚g部分A處消失。也就是說，觀察圖像的操作者能夠馬上意識到需要校正血管芯線SL的位置。
因此，操作者通過操作輸入單元14(圖4，步驟S100)“牽引芯線”來在圖6所示的監(jiān)視器屏幕上的平面重組圖像中校正芯線的位置。例如，如虛箭頭AR所示，該位置由虛線位置移到了實線位置。響應該移動，該圖像處理器22讀入由該移動產(chǎn)生的芯線SL的位置信息(步驟S101)，然后重新產(chǎn)生校正的曲面重組圖像的數(shù)據(jù)(步驟S102)，當前顯示在顯示單元13上的監(jiān)視器屏幕上的所述曲面重組圖像通過使用上述重新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)而更新(步驟S103)。結(jié)果，在圖6所示的監(jiān)視器屏幕中，血管腔IB合適地出現(xiàn)在曲面重組圖像中，芯線SL基本上可靠地位于其寬度方向上的中間位置。
如圖7所示，“血管芯線的提取結(jié)果”的“校正和確認”窗口同時顯示在監(jiān)視器屏幕上，因此操作者通過操作輸入單元14來點擊“校正和確認”窗口上的“接受”按鈕或“取消”按鈕。
響應該操作，所述圖像處理器11讀入表示操作者“是否接受了芯線位置(接受或不接受)”的信號，并且從操作單元13做出這樣的判斷(步驟S104)。當判斷是“否”時，也就是說，當芯線位置不被接受時，所述圖像處理器進一步讀入來自操作單元13的顯示“芯線校正操作是否取消”的詢問操作者的信號，并且做出這樣的決定(步驟S105)。
當確定取消該芯線的校正操作時，圖像處理器11將監(jiān)視器屏幕重新設置到一系列校正之前的屏幕，并且設置一個表示取消的標記(步驟S106)。另一方面，如果在步驟S104的決定是“是”，也就是說，當芯線校正結(jié)果被確定為可接受時，圖像處理器11執(zhí)行一個規(guī)定的接受處理(步驟S107)，該接受處理包括設置一個表示接受結(jié)果的標記。隨后將進行描述的血管形狀的分析操作和其結(jié)果的顯示(步驟S8-S13)僅僅當設置了該標記時才允許進行。
在本實施例中，如上文所述，操作者(檢查醫(yī)生或類似的人)有機會直觀地確定芯線位置的狀態(tài)是否合適和按照要求對其進行校正。芯線位置能夠手動校正，隨同該校正，曲面重組圖像也基本上實時地自動校正。這保證了曲面重組圖像中芯線確定的整個范圍內(nèi)血管(腔)的合適繪制，由此可能在合適地掌握血管形狀時校正芯線，所以能夠更快速地執(zhí)行校正操作。在被采用的系統(tǒng)中，隨后將描述的血管形狀的分析僅僅當芯線的校正結(jié)果合理時才被允許，所以能夠進一步的增加分析結(jié)果的可靠性。
<血管輪廓的提取>
當如此建立最終的血管芯線之后，提取血管輪廓，也就是血管表面形狀的三維數(shù)據(jù)(步驟S5)，該提取過程可以使用例如在本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)部分提到的參考資料IEEE Trans.Med.Imag雜志2000年第19卷第4期第337-346頁，Onno Wick等人的“在3D血管造影圖像中血管的快速描繪和顯示”的文章所公開的技術(shù)。結(jié)果，在與血管芯線上有限數(shù)量的點對應的血管截面(基本上垂直于血管芯線的截面)上，血管輪廓的形狀可作為輪廓上有限數(shù)量的點的位置信息而獲得。通過使用這些信息，能夠確定一個三維彎曲的表面，這樣確定的彎曲表面表示出血管表面的一個三維形狀。
<血管輪廓提取的顯示和校正>
然后，上述得到的血管輪廓的形狀被轉(zhuǎn)移到監(jiān)視器上，其中輪廓上有限數(shù)量的各段位置信息能夠按照要求象芯線位置的校正操作那樣響應操作者的操作而被校正(步驟S6)。
<提取的血管壁的顯示>
通過上述血管輪廓的提取確定的血管表面的形狀作為輪廓線疊加顯示在圖8A-8C所示的平面重組圖像和曲面重組圖像上(步驟S7)。
為了執(zhí)行該操作，確定輪廓線的手段是必要的。輪廓線是表示三維血管表面與平面重組圖像的一個平面和曲面重組圖像的一個曲面的交叉的線。其計算和顯示通過在整個的彎曲表面上重復確定和顯示局部交叉線的操作而實現(xiàn)，所述局部交叉線是由控制點表示的血管的局部彎曲表面和重組圖像的表面交叉形成的。血管壁顯示在平面重組圖像和曲面重組圖像上的實例如圖8A-8C所示。
準備一平面重組圖像和一曲面重組圖像的方法與顯示芯線的情況相同，另一方面，曲面重組圖像A是沿著一個平面伸展和顯示一個彎曲表面而產(chǎn)生的，所述彎曲表面表示為經(jīng)過芯線上的點、與平面重組圖像的所述平面平行的直線的集合和三維圖像截面的灰度圖像表示。血管芯線(細實線)SL和輪廓線(血管壁和彎曲表面的交叉線)CT疊加顯示在上面。用于彎曲表面形狀校正的控制點(方塊)MK顯示在曲面重組圖像A和B的輪廓線上，所述彎曲表面的形狀(血管表面形狀)可以通過例如鼠標這樣的定點設備移動控制點MK而進行校正，這種校正的實例分別如圖9A和9B所示。
與芯線位置的校正一樣，顯示的彎曲表面形狀由操作者確認，如果認為其合適，那么操作者點擊“確定”按鈕。當點擊“確定”按鈕之后，建立顯示的輪廓形狀并用于隨后的分析處理。當“確定”按鈕沒有被點擊，該輪廓形狀就不會用于隨后的處理，這保證了分析結(jié)果的高精度。
<提取的血管的顯示>
然后，顯示所述提取的血管(步驟S7)。血管的該顯示通過在垂直視圖(屏幕)上顯示垂直截面圖像，和在伸直視圖(屏幕)上顯示血管的提取圖像來實現(xiàn)。
<垂直截面圖像的顯示>
當提取芯線之后，就能夠在芯線上的每一點限定一個與芯線垂直的截面，這允許平面重組圖像作為一個垂直截面圖像顯示在該表面上(見圖10B)。尤其是，圖像處理器11以實時的方式根據(jù)沿著核心線顯示的每一個截面的變化準備和顯示一個相應的垂直截面圖像，它有效地用于確定例如狹窄這樣的三維血管結(jié)構(gòu)。
<血管伸直圖像的顯示>
圖像處理器11在芯線上以小間隔準備上述垂直截面圖像，一個三維體圖像通過堆疊這些圖像而得到。準備好體圖像(伸展的體圖像)，這樣血管芯線對應于準備好的垂直截面圖像的某一位置(例如在中心)。在該體圖像中，血管芯線形成一直線，設置伸展的體圖像中的基本上平行于該直線的平面，從這些平面準備平面重組圖像。這產(chǎn)生了帶有直線延伸的血管芯線的血管伸直圖像的準備和顯示(見圖10A)。
伸直血管圖像清楚地顯示軸向上例如厚度這樣的血管形狀的變化，能用于從不同于垂直截面圖像的視點觀察血管的三維形狀，因此如圖10A和10B所示的垂直圖像和血管伸直圖像的組合顯示尤其有用。
圖10中的區(qū)域BV表示準備好的重組圖像中血管的一部分，粗虛線VW通過準備好所述重組圖像和血管壁的平面面的相交曲線來表示提取的血管壁形狀，血管伸直圖像上的縱軸線L1是指示顯示在垂直截面圖像上的截面位置的游標(標線)，其可以按照操作者的操作在屏幕上左右移動。根據(jù)接受到的移動指令，圖像處理器11以實時的方式在垂直視圖上重新繪出相應的垂直截面圖像。
垂直截面圖像上的對角線L2是指示血管伸直圖像的一個截面的游標(標線)，其可以通過使用者的操作而類似地旋轉(zhuǎn)，伴隨著該旋轉(zhuǎn)操作，圖像處理器11以實時的方式在伸直視圖上重新繪出相應的截面。標線L1和L2的末端都被用作點擊點，用鼠標拖曳這些點允許上述標線的移動。標線L1和L2附近所帶的三角是截面相對于圖像在哪個方向顯示的標志。
當在圖像處理器11中實際準備一個血管伸直圖像和一個垂直截面圖像時，適用的方法不局限于上述方法，包括上述的對伸展空間的中間準備，和通過使用平面重組技術(shù)準備一個血管伸直圖像的步驟。所述平面伸展圖像能夠直接從提取的芯線準備，所述平面伸展圖像準備方法的細節(jié)將隨后進行描述。
另一方面，圖像處理器11能夠按照要求通過操作從血管伸展的顯示狀態(tài)切換到基于平面重組圖像的MIP(最大值投影)圖像。結(jié)果，在基于MPR方法的血管伸直圖像的情況下，血管芯線與提取的血管壁相分離的情況將導致提取的血管的中斷，而切換到MIP圖像使之能夠提供一幅未中斷的圖像。
<分析范圍的指定，測量點的指定/狹窄率的分析>
隨后，執(zhí)行血管形狀的分析處理，與芯線的位置和血管表面的形狀的處理一樣，僅僅當獲得操作者在屏幕上的確認(接受)時才允許進行該分析處理。
在上述伸展血管的顯示完成之后，在圖像處理器11中指定狹窄率和測量點分析的范圍成為可能，從而允許響應該指定的狹窄率的分析(步驟S8和S9)。
為了實施狹窄率分析，首先需要指定測量點，測量點通過如下的方法由圖像處理器11指定。
圖11顯示了用于測量點的指定的一個典型屏幕，該屏幕顯示了一個血管伸直圖像和一個垂直截面圖像，同時還有標有“O”和“R”的按鈕。當通過在伸直視圖上移動標線L1(見圖11A)，使標線L1對準血管在垂直截面圖像上被觀察到最細的位置，并且在此選擇“O”按鈕時，在標線L1的位置處顯示一條縱向線，且標記“O”標示在該縱軸線旁。當標線設置在血管被觀察到具有正常厚度處，并且按下“R”按鈕時，顯示相似的縱向線，且標記“R”標示在其旁邊，在該截面水平的血管厚度顯示在標記“O”和“R”附近。
即使當上述的標記有“O”和“R”的測量點指定之后，也可在移動標線之后通過重新點擊按鈕“R”或類似的按鈕來重新指定。配置可以是這樣，即測量點的位置能夠通過拖曳表示指定點的線而進行校正。
關于提取的血管壁的信息用于測量血管的厚度。對于一個三維攝像的血管，除截面面積之外，平均直徑或最小直徑可以用于表示血管厚度。例如，配置可以是這樣，即在部分R(正常部分)的一個測量點顯示平均直徑，在部分“O”(最嚴重的狹窄部分)的一個測量點顯示最小直徑。
圖像處理器11通過計算公式“{(正常部分直徑-狹窄部位直徑)/正常部分直徑}×100(％)”計算狹窄率，計算的結(jié)果值顯示在位于部分O(最嚴重的狹窄部分)的檢查點位置的縱向線附近。用于部分R(正常部分)的測量點數(shù)量不僅限于一個，也可以指定兩個或多個。當部分R(正常部分)僅有一個測量點時，部分R的直徑用作正常部分的直徑。另一方面，當指定多個測量點時，該多個部分R的直徑的平均值可以作為正常部分的直徑。
平均直徑或最小直徑按如下方法確定。作為血管壁的提取的結(jié)果，獲得了血管截面圖像的血管輪廓形狀。該輪廓如圖12所示由圍繞區(qū)域RC的線表示。當考慮到在一個包括區(qū)域RC的平面上指向具有角度θ的方向的直線時，那里存在兩條直線LN1和LN2，其中所有血管區(qū)域僅包含在上述直線的一側(cè)。所述兩條直線LN1和LN2互相平行，它們之間的距離d(θ)表示血管在角度θ方向上投影的厚度。平均直徑是d(θ)值的平均值，最小直徑是d(θ)值的最小值。由于平均直徑和最小直徑不依賴于角度θ的參考方向(θ＝0的方向)，因比操作者可以為每個截面任意選擇一個參考方向。除上述以外，也可以使用有效直徑(＝面積的平方根)。
<截面面積曲線/直徑曲線>
圖像處理器11可以具有一種配置，其中作為上文所述的狹窄分析處理(步驟S9)的一部分，計算出與血管相關的各種系數(shù)并以圖形的形式顯示。
當沿著血管芯線移動血管芯線上的點時，通過計算血管腔面積、平均直徑、有效直徑、最小直徑和最大直徑，能夠繪出一個顯示關于血管厚度沿著血管如何變化的信息的曲線。類似地當改變O點時通過計算狹窄率也能夠繪出顯示沿著血管狹窄率如何變化的曲線。
圖13示出了一個與血管伸直圖像一起顯示的典型的截面面積曲線。除此以外，關于血管腔面積、平均直徑、有效直徑、最小直徑、最大直徑和/或狹窄率的曲線圖也能夠以相同的方法適當?shù)販蕚浜惋@示。操作者能夠通過觀察這些圖形直觀地了解血管的哪個部位患有何種程度的狹窄。因此，操作者不但能夠及早發(fā)現(xiàn)血管的異常部位，而且能夠及早知道所發(fā)現(xiàn)的異常部位周圍的血管厚度如何變化，以及在什么長度上該異常已經(jīng)變得很嚴重。
<測量點的指定/血管長度的分析>
在上述提取的血管的顯示完成之后(步驟S7)，圖像處理器指定測量點，從而允許響應這些測量點進行血管長度分析(步驟S10和S11)。
提取血管芯線的另一個好處是容易地沿著血管芯線進行血管長度的分析的可能性。圖14示出了一個典型的血管長度分析屏幕。
當通過橫向移動標線L1，在血管伸直圖像中按下按鈕“P”后，設置了一個測量點P。同時一個標記“P”標示在一個同時顯示的曲線上(例如截面面積曲線)，距璃點P處提取的血管范圍前端的距離以mm為單位顯示。當標線L1進一步移動并按下按鈕“D”時，設置另一個測量點并且在曲線上標示標記“D”。距離點D的血管范圍前端的距離以mm為單位顯示。
即使在一旦指定測量點之后，該指定也能夠通過移動標線，然后再按下“P”或“D”按鈕進行修正。測量點的位置可以通過拖曳表示指定的測量點的線而變得準確。
通過這樣的血管長度的分析顯示的長度不是三維空間的歐幾里德距離，而是沿著血管芯線的長度。所述血管芯線是由多個控制點表示的曲線(典型地是一個三次仿樣曲線)，該曲線上的坐標能通過使用參數(shù)t以例如x(t)這樣的參數(shù)形式表示。假設x(t)對于t的微分是x′(t)，參數(shù)t1到t2的距離通過以下公式計算d=∫t1t2|x′(t)|d(t)]]>當測量點P和D都被設置之后，沿著血管芯線從P點到D點的距離由上述同樣的方法計算，結(jié)果值顯示在例如截面曲線上。
根據(jù)這種血管長度的分析及其顯示的方法，操作者僅通過在血管伸直圖像上左右移動標線L1就能在血管芯線上指定兩個點。在這種情況下，當操作者通過伸直圖像和截面面積曲線觀察血管厚度的變化時就能夠確定這些測量點。當在常規(guī)技術(shù)中在體繪制屏幕的三維空間上指定一個測量點時，在進行這樣的比較時很難確定測量點，也很難在屏幕上確定所指定的測量點是否是操作者想要的點。與此相比，相反地，在本實施例中用于在血管伸直圖像上指定測量點的方法允許容易地確定所指定的測量點對應于血管的什么部分，并能夠按照要求容易地校正測量點的一個曾指定的位置，產(chǎn)生長度分析的更加可靠的結(jié)果。
<測量點的指定/血管彎曲角度的分析>
在上述提取的血管的顯示完成之后(步驟S7)，圖像處理器11指定測量點，從而允許響應這些測量點進行血管彎曲角度的分析(步驟S12和S13)。
更具體地，在血管長度的分析時，在血管芯線上指定三個點就可以計算它們之間的角度。當這三個點的三維坐標為x1，x2，x3，時，血管的彎曲角度由下面公式計算α=180πcos-1(-x1-x2|x1-x2|·x3-x2|x3-x2|)[deg]]]>其計算結(jié)果以一種適當?shù)姆绞斤@示。
(可適用于第一實施例的變型)現(xiàn)在將參照附圖描述可應用于上述第一實施例的管狀結(jié)構(gòu)圖像處理器基本配置的各種變型。
(第一變型)
第一變型與由圖像處理器11執(zhí)行的有助于撐握取向(空間位置關系)的處理有關。
<(1.1)伸直視圖中的取向(標記顯示)(marker display)>
用于幫助掌握取向的手段是在伸直視圖(血管伸直圖像)中的取向指示功能，更具體地，其為標記顯示(marker display)。
如圖15A-15C所示，標記o和x顯示在與血管伸直圖像上的血管壁A(左)和血管壁B(右)相對應的與主屏幕相應的血管壁上。這指出了血管左右方向之間的關系。
該顯示既適用于扭轉(zhuǎn)量被校正的情況也適用于扭轉(zhuǎn)量未被校正的情況。如果血管伸直圖像包括血管明顯的扭轉(zhuǎn)，就很難掌握位置關系。為了解決這個問題，一個標記o或x顯示在血管伸直圖像的血管壁上，然后，同樣類型的標記顯示在主屏幕上血管壁的對應位置。類似的顯示也可用于垂直截面圖像(見圖15A)。
圖15B示出了標記顯示在主屏幕上參考圖像的血管兩邊的情況，所述標記位于血管上與血管伸直圖像的游標條對應的位置。垂直截面圖像在血管的左右兩邊有兩個對應的標記位置。所述標記顯示在這兩點處。
圖15C示出了這樣的情況一個標記在垂直截面圖像中顯示在與圖15A中相同的位置的情況；一個標記在主屏幕的參考圖像中顯示在與在圖15A中相同的位置；進一步地，主屏幕的參考圖像的血管輪廓形狀以加權(quán)值顯示。在血管伸直圖像中，與參考圖像上兩個標記(o和x)的左右位置關系相對應，對應的標記顯示在游標條的左右。
<(1.2)伸直視圖的取向(彎曲的剪切面)(bent clip face)>
作為另一個用于幫助撐握取向的手段，這里提供了一個在伸直視圖的血管伸直圖像中使用一個彎曲的剪切面(bent clip face)的取向指示功能。
例如，如圖16A所示，對應于血管伸直圖像的截面一個彎曲的剪切面顯示在主屏幕上，從而能夠掌握血管伸直圖像的截面的方向。如圖16B所示，血管伸直圖像的法向在主屏幕上由一個箭頭顯示。
(a)特別地，提供用于指示體繪制圖像的待顯示范圍的剪切體數(shù)據(jù)。判斷每個體數(shù)據(jù)的體元(boxel)位置與血管芯線間的距離是否小于特定值，以及它是否在血管伸直圖像的伸直視圖中所述截面這一側(cè)的區(qū)域內(nèi)；該判斷結(jié)果反映到剪切體數(shù)據(jù)中。將體繪制圖像顯示在主屏幕上時，參考體數(shù)據(jù)進行剪切，并且僅僅顯示判斷結(jié)果是為假的區(qū)域。用于剪切的體數(shù)據(jù)可以作為體元數(shù)據(jù)存儲，其中真假判斷結(jié)果對應于空間體的所有邏輯單元進行記錄，或者以信息壓縮的形式同等地儲存所有這些數(shù)據(jù)。
(b)在伸直視圖的血管伸直圖像上與游標條位置對應的線A顯示在主屏幕上的體繪制圖像、MIP圖像或平面重組圖像上；確定一個朝向該屏幕這一邊的矢量，其垂直于血管伸直圖像的截面；一個朝向該矢量的箭頭顯示在與主屏幕的線A的血管芯線對應的位置。
<(1.3)從主屏幕到伸直視圖的關聯(lián)移動>
作為另一個幫助識別取向的手段，提供了從主屏幕上的參考圖像到伸直視圖上的血管伸直圖像的聯(lián)鎖處理。
采用伸直視圖上的血管伸直圖像和垂直視圖上的垂直截面圖像的方法是一種用于觀察血管厚度或截面形狀變化的方便的顯示方法。然而，在辨認病人的血管和其它組織的位置關系中存在困難，這是因為，單獨從顯示在這些截面上的圖像上，不能容易地判斷截面是從什么周圍組織切下的這樣的位置關系。
在該實例中，除血管伸直圖像和垂直截面圖像之外，通過同時提供一個具有與截面圖像的位置相關的視向的參考圖像而解決這個問題。
圖17示出了包括血管伸直圖像、垂直截面圖像和參考圖像的三個屏幕顯示在單個監(jiān)視器屏幕中的情況。
以一個視向拍攝的病人的部分MIP圖像顯示為主屏幕上的參考圖像。在此MIP圖像是作為一個例子進行顯示，然而也可顯示體繪制圖像和平面重組圖像。在該方案中，可通過鼠標或鍵盤操作改變視向。
特別地，當?shù)谝淮物@示該屏幕時，或者該視向通過操作者操作而被改變時，圖像處理器11通過使用表示取決于操作者的操作的初始視向的坐標轉(zhuǎn)換矩陣或表示新修改的視向的坐標轉(zhuǎn)換矩陣繪出一個參考圖像。
然后，準備一個垂直于參考圖像的視向矢量的曲面重組圖像，該曲面重組圖像還具有一經(jīng)過并垂直于血管芯線的直線作為橫坐標，該圖像作為血管伸直圖像顯示在伸直視圖上。
當準備該曲面重組圖像時，如圖18A所示，首先確定一直線，其垂直于血管芯線和在每一點的視圖矢量，這些點由從點S(提取的血管的前端)沿著芯線每隔一段與血管伸直圖像的單個像素對應的距離分割血管而獲得，該直線被作為血管伸直圖像的第一軸使用。如果在沿著血管芯線離點S的距離為t的點的位置血管芯線的單位切線矢量(朝向E)是t，在主屏幕中朝向深度方向的單位尺寸的視圖方向矢量為v，朝向血管伸直圖像的第一軸的矢量e可以根據(jù)e＝t×v計算。血管伸直圖像通過沿著該矢量等間隔地對圖像采樣而準備，該圖像顯示在伸直視圖上。
然后，準備一個垂直于該血管伸直圖像的截面圖像，并且作為垂直截面圖像顯示在垂直視圖上。假設與在血管伸直圖像中一樣，表示該屏幕第一軸的矢量是e，那么表示第二軸的矢量為u＝e×t。通過使用這兩個矢量e和u進行采樣確定坐標r(i，j)＝ihe+jhu+p(t)的一個點上的像素值準備一個垂直截面圖像。在該公式中，h表示垂直截面圖像的每個像素的長度，p(t)表示血管芯線上的一點(離點S的距離為t)。
然后，在該狀態(tài)下血管伸直圖像的截面能夠通過旋轉(zhuǎn)垂直截面圖像上的游標條而旋轉(zhuǎn)，例如，如圖18B所示，當游標條逆時針轉(zhuǎn)過一個角度θ，采用取決于t的矢量e′＝ecosθ-usinθ對血管伸直圖像進行重新采樣。結(jié)果，能夠在傾斜角為θ的截面上為血管伸直圖像準備數(shù)據(jù)，其中θ取決于游標條的旋轉(zhuǎn)。
由于一直建立有使主屏幕的深度基本上朝向垂直視圖的下方的位置關系，垂直截面圖像的方向能夠容易地確定。因為當游標條水平地位于垂直截面圖像上時，基本上平行主屏幕的一個截面形成血管伸直圖像，所以能夠容易地獲得關于哪個截面與血管伸直圖像對應的信息。
(第二變型)第二變型涉及由圖像處理器執(zhí)行的從伸直視圖上的血管伸直圖像到主屏幕上的參考圖像(切向視圖模式)的關聯(lián)顯示。
在上述第一變型中，通過產(chǎn)生三個屏幕的關聯(lián)，使主屏幕的深度方向基本上與垂直視圖的屏幕縱軸方向一致，并使伸直視圖上的血管伸直圖像的截面基本上與平行于主屏幕的平面一致，從而允許容易地識別截面位置。因為主屏幕的方向從不任意變化，既然操作者能夠一直看到周圍組織和參考圖像屏幕的方向之間的關系，所以該關聯(lián)顯示能有效識別一般的大概位置關系。
然而，在一個三維空間里，當有必要準確地確定截面的位置時，包括想要在血管伸直圖像上確認顯示在血管附近和周圍的精細結(jié)構(gòu)的位置的情況下，上述第一變型所使用的技術(shù)并不總是夠用。也就是說，僅有一個合適的位置關系是可辨認的，這可能需要花費大量的時間和遭遇更大的困難。在該變型中，提供了一個在這種情況下很有用的屏幕移動方法(切向視圖模式)，具體地，該方法按下面的步驟由圖像處理器11執(zhí)行。
當操作者實施一個模式變化操作來將上述第一變型的顯示狀態(tài)改變到該變型的顯示狀態(tài)時，圖像處理器11響應該操作按順序進行下面的步驟，如圖19示意性示出。
再次在主屏幕上繪出參考圖像(圖19，步驟S120和S121)，顯示上述之后，按下文所述設置一個軸。在模式改變之前的狀態(tài)下，顯示在血管伸直圖像的游標條位置t1處的垂直截面圖像。該圖像的軸向矢量表示為e、t(t1)和u(t1)，血管伸直圖像的軸線矢量表示為e’(t1)、t(t1)和u’(t1)。通過設置一個在e’(t1)方向的朝向屏幕右方的第一軸，一個在t(t1)方向的朝向屏幕下方的第二軸，和一個在u’(t1)方向的朝向屏幕深度方向的第三軸而繪出參考圖像。通過操作者在主屏幕上的操作可以選擇和顯示MIP圖像、體繪制圖像和平面重組圖像中的任何一個圖像。
然后，一個標記顯示在主屏幕的參考圖像上與血管伸直圖像的游標條對應的位置(步驟S122)。結(jié)果，獲得例如如圖20所示的監(jiān)視器屏幕。
通過在伸直視圖上移動血管伸直圖像上游標條CB1的位置，利用模式改變之前參考圖像的視圖方向矢量v，通過與第一變型中同樣的計算方法計算e、t(t1)和u(t1)而再次繪出(也就是重新描繪)垂直截面圖像。同時，響應游標條CB1的移動，通過使用作為第一、第二和第三軸的e’(t1)、t(t1)和u’(t1)而在游標條CB1的新位置再次繪出參考圖像(步驟S123和S124)。
當在垂直截面圖像上旋轉(zhuǎn)游標條CB2時，通過第一變型中的同樣計算方法再次計算e’(t1)、t(t1)和u’(t1)，并再次繪出(也就是重新描繪)血管伸直圖像。響應游標條CB2的旋轉(zhuǎn)，對應于矢量e’(t1)、t(t1)和u’(t1)再次繪出參考圖像(步驟S125和S126)。
因此，當選擇平面重組圖像作為主屏幕上的圖像時，伸直視圖上游標條上圖像的截面與主屏幕上從標記處橫向延伸的直線上的圖像截面完全一致。所以能夠通過使游標條與顯示在血管伸直圖像中的圍繞血管的精細結(jié)構(gòu)對準而在主屏幕上顯示同一結(jié)構(gòu)。因此能夠通過在主屏幕上觀察參考圖像而準確和容易地確認是什么結(jié)構(gòu)。通過提供給該確認操作的幫助，將主屏幕從平面重組圖像切換到MIP圖像或體繪制圖像可有效地用于準確地理解該圖像。
上述的關聯(lián)顯示適用于從垂直截面圖像的旋轉(zhuǎn)到主屏幕上的參考圖像的關聯(lián)。
也就是說，能夠用反向旋轉(zhuǎn)屏幕自身來代替旋轉(zhuǎn)垂直截面圖像的游標條CB2，或者響應它進行更新主屏幕的參考圖像的方向的操作。當進行該操作時，如果屏幕逆時針旋轉(zhuǎn)角，視圖方向矢量v圍繞作為一個軸的矢量t順時針旋轉(zhuǎn)“-”角，完成該旋轉(zhuǎn)之后，通過使用矢量v，e、t(t1)、u(t1)、e’(t1)和u’(t1)以上述第一變型中同樣的方法計算，再次繪出血管伸直圖像和垂直截面圖像。然后在上述步驟的基礎上再次繪出參考圖像。
上述的旋轉(zhuǎn)視圖方向矢量的操作也能有效用于上述第一變型中的顯示模式。
(第三變型)第三變型涉及一種由圖像處理器11執(zhí)行的提取血管芯線的方法，其指定一個通過點。
當提取血管芯線時，希望只指定起點S和終點E就能提取S和E點之間的芯線。然而，在某些情況下，例如當在它們之間存在血管的閉塞時，S和E不能自動連接在一起。
該變型針對上述不便而進行改進，希望通過指定一個另外的通過點允許S和E點之間的連接。圖21A所示的情況示出了一種狀態(tài)，其中由于血管的閉塞和分支的存在，提取S和E點之間的芯線過程中會產(chǎn)生錯誤。
在這種情況下，指定一個如圖21B所示的通過點M，并在S和M以及M和E之間分別提取芯線就行了。粗線表示在S和M之間提取的正確的芯線。相反地，對于M和E之間的部分(粗虛線)，因為該部分中存在完全閉塞，所以僅分別提取部分芯線，并且M和E不連接在一起。在這種情況下，圖像處理器11通過連接從M點提取的芯線和從E點提取的芯線的最短的線(細虛線)而連接兩個分離的芯線。S和E之間的芯線最終通過連接如此確定的S-M芯線和M-E芯線而確定。
用于提取血管的該方法由圖像處理器11按圖22所示的處理步驟執(zhí)行。
更具體地，圖像處理器11按照上述方法從病人的三維圖像數(shù)據(jù)準備體繪制圖像、MIP圖像或平面重組圖像，并將其準備好的圖像作為參考圖像顯示在主屏幕上。所述圖像處理器11準備一個曲面重組圖像，并將準備好的圖像作為確認圖像與上述圖像并排同時顯示在主屏幕上(圖22，步驟200；見上述圖5和6中的例子)。所述曲面重組圖像也可以用作參考圖像。作為確認圖像，血管的伸直圖像可以用于代替曲面重組圖像。
然后，圖像處理器11通過輸入單元14接受來自操作者的用于指定血管提取范圍的點S和E的指定(步驟S201)，根據(jù)指定的點的信息提取和顯示在點S和E的范圍內(nèi)的血管芯線(步驟S202)。
圖像處理器11在作為參考圖像的MIP圖像、VR(體繪制)圖像或平面重組圖像上，和作為確認圖像的曲面重組圖像上疊加顯示提取的血管芯線(步驟S203)。
然后，圖像處理器11交互地響應操作者的操作而改變截面位置、截面方向或疊加顯示的參考圖像的視圖方向。通過使用這種界面功能，操作者能從參考圖像和確認圖像的顯示狀態(tài)確定提取的血管芯線是否合適(步驟S204)。
當接收到來自操作者的確定血管芯線的提取狀況合適的信息時，就可以使用該血管芯線合適地進行血管壁的提取或血管狹窄率的分析(隨后描述的步驟S213)。
另一方面，當接收到來自操作者的血管芯線不合適的信息時，圖像處理器11將指示操作者在屏幕上進行手動校正(步驟S205和S206)，或通過加入一個血管芯線的通過點而重新嘗試提取血管芯線(S205，S207-S211)。
當再次提取血管芯線時，圖像處理器11通過輸入單元14輸入由操作者提供的有關通過點的信息(步驟S207)，執(zhí)行新的通過點和已指定的通過點之間的順序關系處理(步驟S208)，并準備和顯示連接通過點的線(步驟S209)。圖像處理器11確定增加或移動通過點的必要性(步驟S210)，并在需要時重復步驟S207到S209的處理。如果不必要，根據(jù)通過點的更新信息再次提取血管芯線(步驟S211)，處理回到步驟S204，并重復上述的處理。
通過點的增加和移動處理將參考下面的情況進行描述。
當選擇通過點再提取操作時，再輸入由操作者使用輸入單元14在主屏幕的參考圖像上指定的一個點作為通過點M1(步驟S207)。
當輸入通過點時，設置順序關系S-M1-E，顯示兩條虛線S-M1和M1-E，從而允許操作者確認該順序關系(步驟S208和S209，見圖23A)。
當設置另一個通過點(M2)時，計算從這兩條線到點M2的最短的距離11和12，新的通過點M2加入到所述最短距離的線之間(步驟S207-S209；見圖23B)。在圖23B的情況下，其M1和E之間的連線具有較短的距離，各點的順序關系是S-M1-M2-E。當通過點被添加到不是由操作者想要的線中時，則刪除該增加點。該點被添加到滿足正確的順序關系的直線(在M1和M2之間的直線)附近，并交互地進行將該點移動到一個想要的位置的操作。
隨后，例如，當操作者在屏幕上點擊“再提取”按鈕時，圖像處理器11執(zhí)行血管芯線的再提取(步驟S210)。
在再提取中，更具體地，圖像處理器11從組順序關系導出所有的兩點組，在這種情況下，它們包括三組S-M1、M1-M2和M2-E。然后，血管從這三個組中的每一組提取血管芯線。提取之后，當從兩個終點延伸的兩條線不連接時，它們通過連接彼此間最近的點而連成一條線。通過連接上述提取的三條芯線準備S和E之間的一條單獨的血管芯線，從而改變當前有效的疊加顯示。
當按上述方法在參考圖像上設置一個新的通過點時，圖像處理器11響應最新的血管芯線而更新作為確認圖像的曲面重組圖像(步驟S211)，這使在通過點的增加和其位置的連接過程中能夠基本上以實時的方式觀察由該通過點處理產(chǎn)生的曲面重組圖像中的變化。
隨后，圖像處理器11詢問操作者通過點的添加和其位置的校正是否完成(步驟S212)，當確定該處理未完成時，過程返回步驟S207，如果確定該處理完成時，過程返回步驟S204。
結(jié)果，操作者能夠進行再次確認血管芯線是否被合適地提取(步驟S204)。上述一系列操作可以不斷重復，直到血管芯線被合適地提取，或者血管芯線被手動連接成一個合適的芯線，或者血管芯線的提取操作本身被取消。也就是說，當操作者確定血管芯線未被合適提取時，所述血管芯線能夠按上述方法進行校正和再提取。
相反地，當操作者確定血管芯線已被合適地提取時，圖像處理器11允許血管形狀的各種分析處理(步驟S213)。
如上文所述，通過響應通過點的增加和其位置校正提供一個血管芯線的自動校正機制，從而僅通過簡單地附加指定幾個通過點就可以穩(wěn)定地以高精確度提取血管芯線。因此，與手動血管芯線校正相比，極大地減輕了負擔。
(第二實施例)
本發(fā)明的用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器的第二實施例將參考圖24-33進行描述。
本實施例提供了一個用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器，其允許在血管圖像的三維顯示中有效識別截面形狀，尤其是狹窄部位周圍部分和整個血管中的位置的觀察。更具體地，用于分析的處理器具有在伸直視圖的血管伸直圖像和垂直視圖的垂直截面圖像中允許校正提取區(qū)域的輪廓的功能；具有在血管伸直圖像上并行顯示狹窄率曲線的功能；具有剪切待分析區(qū)域和三維顯示該被剪切區(qū)域的功能；具有圖像顯示位置的跳變功能和參數(shù)顯示功能。
本實施例中用于分析管狀結(jié)構(gòu)的該處理器具有與圖1中所示的同樣的硬件結(jié)構(gòu)。
與本實施例中的處理相關的各種部件(包括功能單元)將參照圖24進行描述。
顯示單元13提供了一個監(jiān)視器顯示屏幕，GUI(圖形用戶界面)部分13A和圖像顯示單元13B顯示在該屏幕上，這使得顯示單元13B能夠顯示存儲在設置在圖像處理器11中視頻存儲器11A中的圖像數(shù)據(jù)。GUI部分13A有用于操作設置在其中的分析處理器器的各種按鈕，通過作為輸入單元14一部分的鼠標14A進行操作。
另一方面，圖像處理器11具有硬件部件比如CPU111、存儲器11R和視頻存儲器11A。除了其它之外，CPU111讀出事先存儲在存儲器12中的處理程序并且根據(jù)該處理程序處理三維圖像數(shù)據(jù)，從而向圖像處理器11提供如圖24所示的各種不同功能。
圖像處理器11負責圖像處理并且功能性地具有-鼠標操作輸入處理部分11B-圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C-結(jié)構(gòu)提取部分11D-芯線提取部分11E-伸直空間準備部分11F-血管伸直圖像準備部分11G-垂直截面圖像準備部分11H-截面位置改變部分11I
-管狀結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J-假設的正常管狀結(jié)構(gòu)模型準備部分11K-截面面積/直徑計算部分11L-狹窄率計算部分11M-狹窄率曲線準備部分11N-參數(shù)圖像準備部分11O-特定區(qū)域三維繪圖部分11P-體數(shù)據(jù)顯示準備部分11Q在這些組成部件中，鼠標操作輸入處理部分11B對操作者通過鼠標14A在監(jiān)視器屏幕上進行的操作進行數(shù)據(jù)處理。
圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C存儲從存儲器12中讀出的三維圖像數(shù)據(jù)。所述三維圖像數(shù)據(jù)(體圖像數(shù)據(jù))將垂直于身體軸向的截面圖像沿身體軸線按位置順序管理，這些截面圖像與在體圖像數(shù)據(jù)中表示人的身體方向的信息一起被管理。
管狀結(jié)構(gòu)提取部分11D通過所需要的區(qū)域提取方法從體圖像數(shù)據(jù)中提取例如血管這樣的管狀結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)。適用的區(qū)域提取方法包括，例如由MarkoSubasic等人開發(fā)的從X射線CT血管造影圖像自動提取三維血管和血塊區(qū)域的技術(shù)(參見2001年醫(yī)學成像(Medial Imaging)Image Processing，Proceeding ofSPIE雜志第4322卷(2001)第388-394頁的“腹部主動脈瘤的3D圖像分析”)。提取的血管區(qū)域作為管狀結(jié)構(gòu)模型(輪廓上具有一個采樣頂點的表面模型)被儲存在存儲器11R中。其它技術(shù)也可以用于代替上述的提取方法。
芯線提取部分11E在提取的三維血管區(qū)域中提取芯線，用于提取芯線的合適方法包括，例如由Onno Wink等人開發(fā)的從X射線CT血管造影圖像自動提取三維血管芯線的技術(shù)(參見IEEE Transactions Medical Imaging雜志2000年4月第19卷第4期的文章“在3D血管造影圖像中血管的快速成形和顯示(FastDelineation and Visualization of Vessel in 3-D Angiography Images)”)，其它的技術(shù)也可以應用于替換該芯線提取方法。
伸直空間準備部分11F通過堆疊與血管芯線CL垂直的截面圖像重建體數(shù)據(jù)，從而血管的芯線如圖25所示變直。根據(jù)儲存在圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C中的圖像數(shù)據(jù)的人體方向信息，堆疊截面圖像，從而，作為參考方向，從人體胸部到背部的方向朝向截面圖像的上方。上述準備的數(shù)據(jù)在下文中稱為“直體數(shù)據(jù)”。
血管伸直圖像準備部分11G從直體數(shù)據(jù)準備一個包括血管芯線的截面圖像(伸直視圖；見圖25C)。具體地，它準備在由位置改變部分11I指定的位置處的截面圖像。
垂直截面圖像準備部分11H準備垂直于伸直空間數(shù)據(jù)中血管芯線的截面圖像(垂直視圖；見圖25C)，具體地，它準備在由位置改變部分11I指定的位置處的截面圖像。
如圖26所示，截面位置改變部分11I可以響應操作者的操作確定生成血管伸直圖像/垂直截面圖像的截面位置。更具體地，該部分具有步進截面移動模式，在該移動模式中，可以以設定的步進值改變截面位置(伸直視圖中繞血管芯線旋轉(zhuǎn)的角度；垂直視圖中沿著血管芯線的距離或體元(boxels)數(shù))。
截面位置變化部分11I具有跳到狹窄率計算部分11M計算出的狹窄率曲線的最大位置的跳變模式。在該跳變模式中，當操作者執(zhí)行跳變指令操作時，該部分在伸直視圖的中央顯示最大狹窄率位置，并作為伸直視圖的顯示范圍，自動設置一個包括覆蓋狹窄率至少為特定值的范圍的兩邊的最大值的所述顯示范圍的放大比例。伸直視圖為具有狹窄率最大值的截面，并被設置在通過最小直徑的截面上。在這種情況下，在具有狹窄率最大值的位置處的截面圖像被顯示在垂直截面圖像上，也就是垂直視圖上。
伸直視圖的中央位置和垂直視圖的截面位置可以使用血管截面面積或直徑的曲線來代替狹窄率曲線進行設置。然而，當使用截面面積或直徑時，應當采用曲線的最大或最小值位置作為跳變位置。在動脈瘤或類似的情況時應選擇最大值，在狹窄的情況時選擇最小值。
截面位置改變部分11I具有一種模式，其中當從指定了在GUI部分13A中設置的特定像素值的窗口中設置一個特定的像素值時，處理過程跳變到包括帶有上述像素值的區(qū)域(例如，鈣化區(qū)域或軟斑(soft plaque)區(qū)域)的截面。當操作者進行這樣的跳變指令操作時，該部分在每個圍繞血管芯線旋轉(zhuǎn)的方向和沿著血管芯線的方向，搜尋具有包括指定的像素值的區(qū)域的伸直視圖/垂直視圖的一個截面，其中在該步進移動模式中設置當前步進值，同時在顯示部分產(chǎn)生該截面。跳變的參考位置應當位于所述具有特定像素值的區(qū)域的重心位置。搜尋的優(yōu)先順序是，例如，以從中心到血管的末端的方向，然后圍繞芯線沿順時針方向。
如圖27所示，結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J將由結(jié)構(gòu)提取部分11D提取的管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型的輪廓疊加顯示在血管伸直圖像和垂直截面圖像上，并將其寫入到視頻存儲器11A中。該部分響應操作者的操作改變顯示的輪廓。管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型在輪廓上有一個作為頂點的采樣點。通過鼠標14A拖曳該頂點，該頂點響應該操作在截面上移動。三維空間中所述移動的頂點的相鄰的頂點也移動到連接相鄰頂點的近似曲線上，從而允許管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型的校正。所述管狀結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J重新寫入圖像儲存器11A的數(shù)據(jù)，從而校正的結(jié)果也分別反映到疊加顯示在血管伸直圖像和垂直圖像上的管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型中。
截面面積/直徑計算部分11L具有根據(jù)管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型計算垂直于血管芯線的截面的截面面積的功能，和計算穿過血管芯線的直徑和半徑的功能。
假設的正常結(jié)構(gòu)模型準備部分11K具有準備假設的正常狀態(tài)中管狀結(jié)構(gòu)模型的數(shù)據(jù)的功能(假設的正常結(jié)構(gòu)模型)。具體地，如圖32所示，該準備部分11K通過對利用回歸線法從血管芯線到管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型的頂點(輪廓上的采樣點)的距離(半徑)的值描繪曲線而得到一近似曲線圖。然后，低于該回歸線的采樣點被去除。結(jié)果，該處理不斷重復，直到在剩余采樣點處的半徑和回歸線之間的相對均方差總和(采樣點處的直徑-回歸線值數(shù)值)^2/(采樣點直徑)^2小于某一閾值。從回歸線再次確定半徑。然后，通過響應該重新確定的半徑在半徑方向移動頂點位置準備假設的正常管狀結(jié)構(gòu)模型。所述回歸線可以是回歸曲線。
狹窄率計算部分11M基于結(jié)構(gòu)輪廓模型和假設的正常結(jié)構(gòu)模型的截面形狀計算管狀結(jié)構(gòu)的狹窄率。
確定垂直視圖上結(jié)構(gòu)輪廓模型的截面a的面積Aa，和垂直視圖上假設的正常管狀結(jié)構(gòu)模型的截面b的面積Ab。狹窄率計算部分11M使用這些面積值依照公式(Ab-Aa)/Ab×100(％)計算狹窄率，通過確定截面A的最小直徑(Da)和對應于截面b的位置處的直徑或平均直徑(Db)，可計算(Db-Da)/Db×100(％)的值作為狹窄率。
狹窄率曲線準備部分11N通過沿血管芯線的方向繪制由狹窄率計算部分11M算出的狹窄率而準備一狹窄率曲線。所述狹窄率曲線被寫入視頻存儲器11A中，從而與伸直視圖對應地顯示該曲線(見圖31)。
參數(shù)圖像準備部分11O的功能現(xiàn)在將參照圖28進行描述。所述參數(shù)圖像準備部分11O在原始圖像數(shù)據(jù)的坐標系上建立一帶有連接點的線框模型，所述連接點從伸直空間中結(jié)構(gòu)輪廓模型的頂點的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的點而獲得。將垂直視圖上所述結(jié)構(gòu)模型的半徑、直徑、截面面積或狹窄率分配給每一個連接點。
在四個相鄰連接點的平均坐標位置添加連接點，直到線框的連接點之間的距離小于某一個閾值。根據(jù)連接點的距離對分配給相鄰連接點的數(shù)值(半徑、直徑、截面面積或狹窄率)進行插值，并且將結(jié)果分配到增加的連接點(這被作為“參數(shù)模型”)。
參數(shù)圖像準備部分11O具有使用如上文所述準備的參數(shù)模型進行管狀結(jié)構(gòu)的三維顯示的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該顯示，所述準備部分11O準備顯示圖像數(shù)據(jù)，從而響應分配給連接點的值而改變表面顏色。該數(shù)據(jù)可以準備成使具有超過某個閾值的連接點的表面顯示為紅色，或者顯示圖像可以準備成，例如，具有從藍色到紅色的連續(xù)色彩層次。按上述準備的圖像被稱為參數(shù)圖像。當進行層次顯示時，最好是準備一個顯示在顯示圖像上以保證顏色和數(shù)值之間的視覺對應的色彩條。
這些不同的顯示方法也適用于隨后敘述的特定區(qū)域的三維顯示和體數(shù)據(jù)顯示的管狀結(jié)構(gòu)的顯示。在體數(shù)據(jù)顯示中，參數(shù)值最好帶注釋顯示。
特定區(qū)域三維準備部分11P的功能現(xiàn)在將參照圖30進行描述。特定區(qū)域三維準備部分11P具有進行對應于顯示在伸直視圖上的范圍的原始體圖像數(shù)據(jù)的三維顯示的功能。在該三維顯示中，一公知的任意截面圖像和一偽三維顯示(體繪制或曲面描繪)可以融合在一起(見圖30A和30B)。從而能夠進行通常的操作，例如三維圖像中的容量設置、圖像旋轉(zhuǎn)、放大率的改變和搖鏡頭。
在該情況下的所述任意截面圖像準備作為伸直視圖截面位置處的截面(當血管彎曲時通常形成一個彎曲的表面)、垂直視圖截面位置處的截面，或作為血管芯線切線方向的截面。也就是，當改變伸直視圖和垂直視圖的截面位置時，該任意截面位置也會改變。
當所述任意截面位置在該特定區(qū)域三維顯示中改變時，伸直視圖和垂直視圖的截面位置可以設置成關聯(lián)改變。
設置可以允許前剪切顯示使用任意截面作為一剪切表面(見圖30E)。由假設的正常結(jié)構(gòu)模型準備部分11K準備的假設的正常結(jié)構(gòu)模型可以響應操作者的選擇操作而融合顯示(見圖30C)。設置也可以允許響應起點和視圖方向的變化通過鼠標操作而準備圖像的“穿越(fly-through)”顯示(見圖30D)。待顯示的區(qū)域范圍可以與伸直視圖的顯示范圍無關地任意指定。
體數(shù)據(jù)顯示準備部分11Q準備體圖像數(shù)據(jù)的MPR圖像、MIP等的投影圖像，或體繪制圖像，通過疊加表示當前顯示在該圖像上的垂直視圖的截面位置的圖形而準備圖像數(shù)據(jù)，并將該圖像數(shù)據(jù)寫入視頻存儲器11A中。
設置在圖像處理器11中的存儲器11R臨時存儲等待處理器11處理的數(shù)據(jù)。視頻存儲器11A存儲由GUI部分13A和圖像處理部分13B準備的圖像數(shù)據(jù)。視頻存儲器中的內(nèi)容顯示在監(jiān)視器屏幕上。使用鼠標14A，使用者能夠進行GUI部分13A的按鈕操作和顯示在圖像顯示部分13B上的圖像的操作。
由處理器執(zhí)行的用于分析本實施例的管狀結(jié)構(gòu)的基本圖像顯示和分析操作的實例現(xiàn)在將參照圖29、31和33進行描述。
如圖33所示，圖像處理器11按照圖像數(shù)據(jù)的選擇順序處理這樣的圖像顯示和分析操作(步驟S41)；管狀結(jié)構(gòu)的提取(步驟S42)；管狀結(jié)構(gòu)芯線的提取(步驟S43)；缺省圖像顯示(步驟S44；包括血管伸展顯示(伸直視圖)，垂直截面顯示(垂直視圖)，體數(shù)據(jù)顯示，和缺省條件下的特定區(qū)域三維圖像顯示)；管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型的校正(步驟S45)；狹窄率的計算；狹窄率曲線的顯示；參數(shù)圖像的準備(步驟S46)，然后是圖像操作(步驟S47)。屏幕操作包括伸直視圖和垂直視圖的截面位置的移動操作；截面的跳變操作；特定區(qū)域三維圖像處理(剪切開/關)；參數(shù)的顯示開/關；參數(shù)切換；和體數(shù)據(jù)顯示操作(MPR/投影/體繪制顯示切換，顯示條件的改變)。
這隨后將按順序詳細描述。
圖像處理器11啟動圖像選擇GUI(未示出)，顯示存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C中的數(shù)據(jù)列表，當操作者從列表中選擇想要的圖像數(shù)據(jù)時，被選擇的數(shù)據(jù)從例如存儲單元12寫入存儲器11R(步驟S41)。
然后，圖像處理器11依靠其管狀結(jié)構(gòu)提取部分11D對寫入存儲器11R中的該圖像數(shù)據(jù)進行管狀結(jié)構(gòu)提取處理，從而準備一個實際的管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型(步驟S42)。
然后，圖像處理器11依靠芯線提取部分11E提取所提取的管狀結(jié)構(gòu)的血管芯線(步驟S43)。
當上述的準備完成之后，如圖29所示的一缺省圖像作為一個例子由圖像處理器11顯示在監(jiān)視器13的圖像顯示部分13B上。更具體地，伸直空間準備部分11F根據(jù)血管芯線和圖像數(shù)據(jù)準備直體數(shù)據(jù)。響應該準備過程，血管伸直圖像準備部分11G和垂直截面圖像準備部分11F啟動。也就是，血管伸直圖像準備部分11G在缺省截面位置和顯示條件下從直體數(shù)據(jù)準備伸直視圖的血管伸直圖像；垂直截面圖像準備部分11F準備垂直視圖的垂直截面圖像；將這些圖像數(shù)據(jù)寫入視頻存儲器11A中。
圖像數(shù)據(jù)顯示準備部分11Q在缺省的顯示條件下為圖像數(shù)據(jù)的體數(shù)據(jù)顯示準備圖像，且準備好的圖像數(shù)據(jù)寫入到視頻存儲器11A中。
特定區(qū)域三維準備部分11P為對應于伸直視圖的顯示范圍的原始圖像數(shù)據(jù)準備一個三維顯示圖像，且準備好的圖像數(shù)據(jù)寫入到視頻存儲器11A中。
因此，監(jiān)視器13顯示寫入視頻存儲器11A中的圖像數(shù)據(jù)作為缺省圖像，例如如圖29所示。
通過結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J，圖像處理器11為操作者提供了一個手動校正當前顯示的管狀結(jié)構(gòu)比如血管的輪廓的機會(步驟S45)。
具體地，結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J依靠自身帶有的功能將由結(jié)構(gòu)提取部分11D擴展的管狀結(jié)構(gòu)輪廓模型的輪廓數(shù)據(jù)寫入到視頻存儲器11A中，并將該輪廓模型分別疊加顯示在血管伸直圖像和垂直截面圖像上。如果想要校正該模型，觀察該疊加顯示輪廓模型的操作者就通過鼠標14或類似的裝置對圖像處理器11(結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J)發(fā)出指令以校正輪廓。
管狀結(jié)構(gòu)的輪廓模型在輪廓上具有作為頂點的采樣點。通過用鼠標14A拖曳該頂點，該頂點能夠響應拖曳操作在截面上移動。因此，在結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J的功能影響下，三維空間中該移動頂點的相鄰的頂點關聯(lián)地自動移到連接相鄰頂?shù)慕凭€上的合適的位置，從而校正了管狀結(jié)構(gòu)的輪廓模型。通過視頻存儲器11A中圖像數(shù)據(jù)的重新寫入處理，該校正的結(jié)果也反映到疊加顯示在伸直視圖的血管伸直圖像和垂直視圖的垂直截面圖像上的輪廓圖像中。
通過分別拖曳截面位置條B1和B2能夠分別移動伸直視圖和垂直視圖的截面位置動(見圖29)。通過點擊步進移動操作按鈕B3，截面位置移動一個通過由截面位置改變部分11I設置的步進量。分別由伸直圖像準備部分11G和垂直截面圖像準備部分11H準備該截面位置的圖像，且準備好的結(jié)構(gòu)輪廓模型的輪廓，通過結(jié)構(gòu)輪廓校正部分11J對視頻存儲器11A中的輸出圖像數(shù)據(jù)的寫入操作，在監(jiān)視器13上分別疊加顯示在血管伸直圖像和垂直截面圖像上。
然后，圖像處理器11執(zhí)行狹窄率計算、狹窄率曲線顯示和參數(shù)圖像的準備處理(步驟S46；見圖31)。
具體地，當操作者點擊“狹窄率計算按鈕B4”時，假設的正常結(jié)構(gòu)模型準備部分11K依靠自身帶有的功能根據(jù)已實際獲得的結(jié)構(gòu)輪廓模型，例如血管模型而準備一個假設的正常結(jié)構(gòu)模型。
結(jié)果，狹窄率計算部分11M依靠自身帶有的功能從實際的結(jié)構(gòu)輪廓模型和假設的正常結(jié)構(gòu)模型的截面形狀計算管狀結(jié)構(gòu)的狹窄率。當前顯示的垂直視圖的截面上的狹窄率通過向視頻存儲器11A中寫入數(shù)據(jù)而疊加顯示在垂直視圖上。
通過自身功能的使用，狹窄率曲線準備部分11N沿著血管芯線的方向準備由繪制狹窄率計算部分11M計算出的狹窄率而獲得的狹窄率數(shù)據(jù)。將狹窄率曲線的數(shù)據(jù)寫入視頻存儲器11A中，從而與血管伸直圖像對應地將該數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)視器13上，如圖31所示。
參數(shù)圖像準備部分11O通過使用自身帶有的功能而準備上述參數(shù)模型，并將該模型存儲在存儲器11R中。
這樣，圖像處理器11允許操作者進行各種圖像操作(步驟S47)。這些操作現(xiàn)在將分類進行描述。
<A伸直視圖和垂直視圖的截面位置的移動操作>
操作者能夠通過在圖像上拖曳它們而移動表示伸直視圖和垂直視圖的截面位置的“截面位置條”B2和B1。響應于此，截面位置改變部分11I改變截面位置，并且響應該改變，改變的截面位置的圖像數(shù)據(jù)由血管伸直圖像準備部分11G和垂直截面圖像準備部分11H準備，并寫入視頻存儲器11A中。響應上述截面位置的改變，任意截面位置由特定區(qū)域三維圖像準備部分11P改變，并準備其在該截面位置的圖像數(shù)據(jù)。這些圖像數(shù)據(jù)也寫入到視頻存儲器11A中。每隔一定時間讀出這些寫入到視頻存儲器11A中的圖像數(shù)據(jù)并顯示在監(jiān)視器13上。當垂直視圖的截面位置改變時，體數(shù)據(jù)顯示準備部分11Q準備由疊加顯示垂直視圖的更新的截面位置的圖形而獲得的數(shù)據(jù)，并且該圖像數(shù)據(jù)通過向視頻存儲器11A的數(shù)據(jù)重新寫入處理而顯示在監(jiān)視器13上。
在該截面操作中，有到狹窄率最大位置的截面跳變操作，或到具有一個特定像素值的截面的跳變操作。更具體地，當點擊“最大狹窄率跳變”鍵B5，或“特定像素值跳變”鍵B6時，能夠如上文所述在某一時間產(chǎn)生截面位置的跳變。隨著在該截面位置的跳變操作，所述圖像顯示自動相關聯(lián)地更新。每次點擊B6或B6鍵都導致跳變到下一個位置。
<B特定區(qū)域三維圖像操作>
在該特定區(qū)域三維圖像操作中，可進行如下所述的幾種操作。
(B1)任意截面顯示的模式選擇操作者可以通過GUI部分13A從伸直視圖的截面位置、垂直視圖的截面位置和血管芯線的切向截面中為特定三維圖像顯示選擇一個任意截面位置。特定區(qū)域三維準備部分11P響應該選擇準備一個圖像，并將該準備好的圖像傳輸?shù)揭曨l存儲器11A中。存儲在視頻存儲器11A中的內(nèi)容由此顯示在監(jiān)視器13上。當選擇芯線的切向截面時，設置垂直于垂直視圖截面的截面，其中該截面與伸直視圖的交叉線和與垂直視圖的交叉線相同。
(B2)假設的正常結(jié)構(gòu)的融合顯示操作者可通過GUI部分13A選擇一個假設的正常結(jié)構(gòu)模型顯示模式，響應該選擇，該特定區(qū)域三維準備部分11P準備一個假設的正常結(jié)構(gòu)模型的融合圖像，且該圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l存儲器中并顯示在監(jiān)視器13上。
(B3)穿越(Fly-through)顯示操作者可以通過GUI部分13A選擇穿越(fly-through)顯示模式。響應該選擇，特定區(qū)域三維準備部分11P基于通過鼠標操作產(chǎn)生的起點和視圖方向的變化準備一個圖像。該準備好的圖像數(shù)據(jù)寫入視頻存儲器11A中并顯示在監(jiān)視器13上。
(B4)前剪切顯示操作者可以通過GUI部分13A選擇前剪切顯示模式，根據(jù)該選擇，特定區(qū)域三維準備部分11P準備一個具有一個任意截面作為剪切表面的前剪切圖像，該準備好的圖像數(shù)據(jù)通過寫入視頻存儲器11A而顯示在監(jiān)視器13上。
<C參數(shù)顯示>
現(xiàn)在將描述參數(shù)顯示。當操作者通過GUI部分13A打開觸發(fā)鍵“參數(shù)顯示”時，參數(shù)圖像準備部分11O準備一個圖像，該圖像根據(jù)上述參數(shù)模型通過將體數(shù)據(jù)顯示中管狀結(jié)構(gòu)的顯示和一個特定區(qū)域三維圖像顯示切換到一個參數(shù)圖像而獲得。該圖像數(shù)據(jù)通過視頻存儲器11A傳輸?shù)奖O(jiān)視器13并顯示。
在這種情況下，操作者能夠通過GUI部分13A任意選擇一個參數(shù)(半徑/直徑/截面面積/狹窄率)(見圖31)。響應該選擇，參數(shù)圖像準備部分11O準備和更新圖像。響應對GUI部分13A實施的閾值顯示和色彩層次顯示之一的選擇，所述圖像進行相似地準備和更新(見圖31)。當選擇色彩層次顯示時，同時準備一個色彩條。該色彩條的數(shù)據(jù)也與準備好的圖像一起傳輸?shù)揭曨l存儲器11A中并顯示。當選擇閾值顯示時，可操作一個閾值設置滑條(見圖31)將超出由該滑條指定的閾值的部分變成紅色。參數(shù)圖像準備部分11O準備圖像數(shù)據(jù)，從而使所述表面顏色與此相對應地改變，其傳輸?shù)揭曨l存儲器11A中并顯示在監(jiān)視器13上。
<D體數(shù)據(jù)顯示操作>
響應操作者的選擇，體數(shù)據(jù)顯示準備部分11Q的功能被激活，并準備一個投影圖像，例如體圖像數(shù)據(jù)的MPR圖像或MIP圖像，或體繪制圖像。準備表示當前顯示的垂直視圖的截面位置的圖形與這樣準備好的圖像的疊加產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并通過向視頻存儲器11A中寫入數(shù)據(jù)而顯示在監(jiān)視器13上。
根據(jù)本實施例，如上文所述，操作者能夠容易地執(zhí)行用于定量分析的管狀結(jié)構(gòu)伸展區(qū)域的輪廓校正。他(她)能夠通過比較例如血管這樣的管狀結(jié)構(gòu)的狹窄率而確定圖像顯示位置。由于待分析的區(qū)域被剪切且那里的三維圖像被移動，因此保證了一個更高速度的數(shù)據(jù)處理。
另一方面，目標位置的圖像顯示能夠從狹窄率，彎曲部分中管狀結(jié)構(gòu)直徑的截面面積自動地完成。該管狀結(jié)構(gòu)根據(jù)狹窄率、直徑或截面面積顯示為不同顏色。這種結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)因此能夠更簡單和更可靠地識別。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，可以以三維方式更容易地掌握管狀結(jié)構(gòu)。結(jié)果，可以期待診斷精確度的提高，并能夠真正減輕操作者，例如醫(yī)生的負擔。
(第三實施例)本發(fā)明用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器的第三實施例現(xiàn)在將參照圖34-40進行描述。
本實施例目的是在血管的三維顯示中能夠識別截面形狀，尤其是能夠容易和準確地識別血管中瘤的三維長期變化，從而提高對是否適合做手術(shù)所做決定的準確度。本實施例用于分析的處理器概略地以包括下述步驟的操作為基礎從現(xiàn)在和以前的三維圖像數(shù)據(jù)中提取血管芯線和血管區(qū)域(包括血管腔和血塊部位)；指定測量范圍；指定作為測量范圍前后的參考的分支位置和對準這些位置；依據(jù)在該狀態(tài)下血管區(qū)域的圖像進行定量分析并顯示關于瘤的分析結(jié)果。
與第二實施例相同，本實施例用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器具有與上述圖1中所示相同的硬件結(jié)構(gòu)，因此圖像處理器11讀出事先存儲在存儲器12中的操作程序，在該操作程序的基礎上，通過處理三維圖像數(shù)據(jù)顯示如圖34所示的功能。
各功能模塊將參照圖34進行描述。
顯示單元13提供一個顯示GUI部分13A和圖像顯示部分13B的監(jiān)視器顯示屏幕。結(jié)果，顯示單元13B能夠顯示存儲在設置于圖像處理器11內(nèi)的視頻存儲器11A中的圖像數(shù)據(jù)(包括長期變化圖像數(shù)據(jù))。GUI部分13A有用于操作該處理器進行分析的各種按鈕，并且通過作為輸入單元14一部分的鼠標14A進行操作。
圖像處理器11負責圖像處理，其具有包括CPU111，存儲器11R，視頻存儲器11A等的硬件結(jié)構(gòu)。通過執(zhí)行CPU111的規(guī)定的處理程序，圖像處理器11功能性地具有鼠標操作輸入部分11B，圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C，圖像準備部分11S，血管提取處理部分11T，圖像數(shù)據(jù)對齊部分11U，長期變化計算部分11V，和長期變化圖像準備部分11W。
其中，鼠標操作輸入部分11B負責測量范圍設置處理和GUI部分按鈕操作。通過測量范圍設置處理，基于鼠標指定的位置在顯示在監(jiān)視器13的圖像顯示部分13B上的兩個對比檢查的圖像上設置測量范圍。GUI部分的按鈕操作處理依據(jù)鼠標指令信息處理與GUI部分13A的按鈕操作有關的數(shù)據(jù)。
圖像準備部分11S準備用于執(zhí)行設置測量范圍的位置指定的圖像。存儲器11R將上述存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C中的兩個對比檢查的圖像調(diào)入到存儲器11R中，并為其中的每個圖像數(shù)據(jù)準備一個MPR圖像。準備好的MPR圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l存儲器11A中。
血管提取操作部分11T具有通過處理存儲在圖像存儲器11R中的圖像數(shù)據(jù)，在兩個對比檢查的圖像數(shù)據(jù)的指定測量范圍內(nèi)，提取血管區(qū)域和粘附到血管內(nèi)壁上的血栓區(qū)域的功能。這種區(qū)域提取可以通過由Marko Subasic等人開發(fā)的從X射線CT血管造影圖像自動提取三維血管和血栓區(qū)域的技術(shù)(參考2001年醫(yī)療影像Image Processing，Proceeding of SPIE雜志第4322卷(2001)第388-394頁的“腹部主動脈瘤的3D圖像分析”)而實現(xiàn)。該血管提取部分11T也具有提取被提取的血管區(qū)的芯線(或包括血栓部位的區(qū)域的芯線)的功能。芯線的提取能通過使用由Onno Wink等人開發(fā)的從X射線CT血管造影圖像自動提取三維血管芯線的技術(shù)(參考IEEE Tran.Med.Imag雜志2000年第4期第19卷的文章“在3D血管造影圖像中血管的快速成形和顯示”)而實現(xiàn)。
圖像處理對齊部分11U負責伸直空間準備處理的位置對齊。
其中，伸直空間準備處理按上述相同的方式實現(xiàn)(見圖25)。更具體地，所述兩個檢查的圖像數(shù)據(jù)的方向?qū)R，從而人體的方向與這兩個對比檢查的圖像數(shù)據(jù)上的檢查方向?qū)R，并且圖像數(shù)據(jù)中的人體方向數(shù)據(jù)存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C中。與血管芯線垂直的截面圖像堆疊在一起，從而測量范圍內(nèi)的血管芯線形成一直線。結(jié)果，圖像數(shù)據(jù)被重建。所述數(shù)據(jù)堆疊在一起，從而例如作為參考方向的從胸部到背部的人體方向變成相對于截面圖像向上，從而準備了稱為直體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。
對兩個直體數(shù)據(jù)進行對齊處理，如圖35A和35B所示，其帶有作為參考的測量范圍的指定點。對應部分通過插值而準備。
如圖36A和36B所示，長期變化計算部分11V具有在兩個對比檢查(檢查時間1和檢查時間2，后者時間較早)的直體數(shù)據(jù)中計算垂直于血管芯線的對應平面之間直徑長度的功能，并通過公式“(在檢查時間1時的直徑)-(在檢查時間2時的直徑)”的計算來確定直徑的變化量。在垂直于血管芯線的截面上每個一定的角度處，在血管芯線中按一定間隔進行該計算(見圖36C)。
長期變化計算部分11V用檢查時間1和檢查時間2這兩段時間值除直徑變化量，從而確定直徑的變化速度。
長期變化計算部分11V具有確定截面面積的變化量的功能，例如，對于兩個對比檢查中的各伸直空間數(shù)據(jù)(檢查時間1和檢查時間2，后者時間較早)，其包括下列步驟計算垂直于對應血管芯線的截面面積，和計算公式“(在檢查時間1時的截面積)-(在檢查時間2時的截面積)”。與血管直徑的計算相同，該計算沿著血管芯線按一定間隔進行。
另外，長期變化計算部分11V用檢查時間1和檢查時間2的時間值來除截面面積變化量，從而確定截面面積的變化速度。
如圖37A和37B所示，長期變化圖像準備部分11W建立一個線框模型，其連接點為從直體數(shù)據(jù)中血管直徑的終點轉(zhuǎn)換為原始圖像數(shù)據(jù)的坐標而得到的點，并分配由長期變化計算部分11V計算出的直徑的變化量和變化速度。
更具體地，可添加連接點，使得線框的連接點之間的距離小于某一閾值(例如，通過在四個相鄰的連接點的平均坐標位置加入一個連接點)。響應連接點的距離進行直徑變化量和直徑變化速度的插值計算，并且插值的結(jié)果值被分配給添加的連接點。
長期變化圖像準備部分11W在準備好的線框模型的基礎上進行曲面描繪。在曲面描繪時，響應分配給各連接點的直徑的變化量和變化速度而設置表面顏色，并且準備將要顯示的圖像數(shù)據(jù)。例如，圖像數(shù)據(jù)可以準備成使得超過閾值的連接點表面繪成紅色。當直徑的變化量和變化速度變大時，圖像數(shù)據(jù)可以準備成表面具有從藍色到紅色的連續(xù)色彩層次。在這方面，最好是為顯示圖像上顏色和數(shù)值對應關系的色彩條準備數(shù)據(jù)，從而使該對應關系易于視覺識別。
長期變化圖像準備部分11W也對截面面積的變化進行相似的操作。也就是說，對于截面面積的變化量，以與直徑變化量相同的方式，通過將相同的截面面積變化量或相同的截面面積變化速度分配給垂直于血管芯線的同一截面上線框模型的連接點，而準備圖像數(shù)據(jù)。
圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C具有存儲和管理圖像數(shù)據(jù)的功能。這些醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)通常這樣被管理，使得垂直于身體軸線方向的截面圖像按照身體軸線位置順序排列，并連同在圖像數(shù)據(jù)中顯示人體方向的數(shù)據(jù)一起存儲。所述圖像數(shù)據(jù)從存儲器11R中讀出，并當作三維圖像數(shù)據(jù)進行處理。圖像數(shù)據(jù)按每個病人進行管理，從而特定病人的檢查圖像數(shù)據(jù)能容易地發(fā)現(xiàn)。
存儲器11R具有讀出存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分11C中的圖像數(shù)據(jù)和臨時保存該數(shù)據(jù)的功能。用于圖像數(shù)據(jù)的像素數(shù)據(jù)可以這樣管理，使得允許用三維坐標來指定。視頻存儲器11A保存由圖像準備部分11S和長期變化圖像準備部分11W準備的顯示圖像數(shù)據(jù)，從而在監(jiān)視器13上顯示圖像。操作者可以進行在顯示于圖像顯示部分13B上的圖像上設置一個測量范圍的操作，除了GUI部分13A的按鈕操作外，也可以通過鼠標操作。
本實施例中用于分析管狀結(jié)構(gòu)的由處理器執(zhí)行的基本圖像顯示和分析操作的一個實例將參考圖38-40進行描述。
如圖38所示的圖像處理器11的測量范圍設置屏幕的一個例子表示在監(jiān)視器13的圖像顯示部分13B上(圖40，步驟S51)。然后，當從操作者接收到交互操作信息時，從病人數(shù)據(jù)列表和GUI部分13A的檢查列表中選擇病人和他(她)的數(shù)據(jù)(步驟S52)。例如，當點擊鍵“檢查1”(或檢查2)時，圖像處理器11通過使用圖像準備部分11S的功能而準備指定的圖像數(shù)據(jù)。圖像顯示部分13B在其中的顯示區(qū)域顯示檢查1(檢查2)的圖像。
然后，當確定GUI部分的“測量范圍的指定”鍵是否視點擊時，圖像處理器11等待(步驟S53)。
當“測量范圍的指定”鍵視點擊時，圖像處理器通過使用鼠標操作輸入部分11B的功能而開啟測量指定模式。結(jié)果，鼠標操作輸入部分11B接受由操作者在檢查1和檢查2的圖像上所指定的測量范圍，在該位置的基礎上設置一個測量范圍，并進行顯示于圖像顯示部分13B上的表示測量范圍的圖形顯示(步驟S54)。
然后，圖像處理器11等待操作者點擊GUI部分13A的“長期變化觀察”鍵，并轉(zhuǎn)到長期變化分析處理(步驟S55)。該長期變化分析按下面的步驟執(zhí)行(1)通過血管提取部分的功能的使用，圖像處理器11在指定的測量范圍內(nèi)自動提取血管和血栓區(qū)域以及血管芯線。
(2)激活圖像處理器的圖像處理對齊部分11U，執(zhí)行上述伸直空間準備操作和位置對齊處理。結(jié)果，將檢查1和檢查2數(shù)據(jù)的血管芯線作為參考進行位置對齊。
(3)然后，圖像處理器的長期變化計算部分11V計算直徑的變化量和變化速度。
(4)然后，激活圖像處理器11的準備長期變化圖像的長期變化圖像準備部分，并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭曨l存儲器11A中。
(5)結(jié)果，如圖39所示的例子，表示長期變化的圖像顯示在圖像顯示部分13B上，與此同時，GUI部分13A切換到如圖39所示的一個屏幕。
當這些準備完成之后，圖像處理器11和操作者互動地進行與長期變化圖像的觀察操作相對應的操作(步驟S56)。
也就是說，在長期變化觀察屏幕上，能夠選擇血管直徑的變化量和變化速度，或者截面面積的變化量或變化速度(見圖39中所示的GUI部分13A的按鈕)。結(jié)果，響應操作者對按鈕的選擇，在圖像處理器11的長期變化圖像準備部分11W的作用下，為每個直徑或截面面積，或每個變化量或變化速度而準備圖像數(shù)據(jù)，并通過視頻存儲器11A被發(fā)送到監(jiān)視器13。結(jié)果，這種血管的長期變化顯示在圖像顯示部分13，并用于觀察。
在該長期變化觀察屏幕上，曲面描繪的表面顏色可以依據(jù)“閾值”或“色彩層次”通過對GUI部分13A進行點擊操作而選擇。響應該選擇，長期變化圖像準備部分11W準備一個圖像，并導致顯示在監(jiān)視器13的圖像顯示部分13B上的圖像的切換。當選擇“色彩層次”按鈕時，長期變化圖像準備部分11W同時準備一個色彩條，并使圖像顯示部分13B顯示該色彩條(見圖39中圖像顯示部分13B)。
當移動GUI部分13A的閾值設置滑動條時，長期變化圖像準備部分11W對該操作做出反應，準備圖像數(shù)據(jù)，從而使數(shù)值超出閾值的像素部分顯示為紅色，并導致圖像顯示部分13B上顯示的切換。
即使在此觀察期間，當確定顯示在GUI部分13A中的“測量范圍設置”鍵(見圖39)是否通過鼠標操作輸入部分11B視點擊時，圖像處理器11等待(步驟S57)。當“測量范圍設置”鍵被點擊時，圖像處理器11返回步驟S51的操作，并使監(jiān)視器13上的顯示切換到如圖38所示的測量范圍設置屏幕。結(jié)果，操作者可以進行用于觀察下一個長期變化和測量范圍的設置的數(shù)據(jù)的選擇。
如上文所述，與血管中長期變化的觀察相關的檢查數(shù)據(jù)的選擇、測量范圍的指定、長期變化的分析和長期變化的觀察可以重復執(zhí)行。
因此，更容易識別三維血管結(jié)構(gòu)和進行長期變化的觀察，從而帶來了診斷精度的提高，使醫(yī)生能確定一個合適的手術(shù)時間。
根據(jù)本實施例中用于分析管狀結(jié)構(gòu)的處理器，如上文所述，能夠在病人體內(nèi)更容易地識別例如血管這樣的管狀結(jié)構(gòu)的全部或部分三維形狀。能夠容易地確定和觀察待觀察部位比如狹窄和瘤這樣的病變部位的位置和狀態(tài)。能夠很大程度上減輕進行診斷或觀察的操作者所承擔的操作負擔，從而提高了操作效率。
除上述之外，本發(fā)明還能夠更容易地識別管狀結(jié)構(gòu)的取向。管狀結(jié)構(gòu)可以繪成自然的輪廓。本發(fā)明能夠以更高的精度更穩(wěn)定地分析管狀結(jié)構(gòu)的形狀。極大地減少了手動編輯用于設置芯線或管狀結(jié)構(gòu)的輪廓的控制點所需要的勞動量。本發(fā)明的處理器可以正確提供關于管狀結(jié)構(gòu)中例如瘤這樣的局部病變部位的長期三維結(jié)構(gòu)變化的信息，從而便于對比觀察過去的病變部位和對其未來的預期。
本發(fā)明可以有不超出其精神和實質(zhì)性特征的其它的表現(xiàn)形式。因此這些實施例及其變型在各個方面都是說明性的而非限定性的，本發(fā)明的范圍由附帶的權(quán)利要求書而不是前面的描述來限定，在權(quán)利要求書的等同含義和范圍內(nèi)的所有的變化都將包含在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分析待檢查對象的管狀結(jié)構(gòu)的分析器，其包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的多組三維圖像數(shù)據(jù)；一結(jié)構(gòu)提取單元，其用于從所述多組三維圖像數(shù)據(jù)中逐組地提取表示三維管狀結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)，由此產(chǎn)生多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)；一參考方向指定單元，其用于為所述多組三維圖像數(shù)據(jù)指定參考方向；一參考點指定單元，其用于為包含于所述多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的每一組中的管狀結(jié)構(gòu)的每一個芯線指定一個參考點；一伸直圖像產(chǎn)生單元，其用于從所述多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)中的每一組產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)的伸直圖像在多個截面中的每個截面中的數(shù)據(jù)，所述多個截面在三維位置方面彼此相同并且基于參考方向而確定，由此產(chǎn)生多組伸直圖像數(shù)據(jù)；一伸直圖像顯示單元，其用于顯示基于參考點排列的多組伸直圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的分析器，其特征在于所述伸直圖像產(chǎn)生單元包括一輪廓數(shù)據(jù)提取單元，其用于以芯線作為參考從所述多組結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)的每一組提取管狀結(jié)構(gòu)的輪廓數(shù)據(jù)，所述分析器進一步包括一輪廓顯示單元，其用于顯示管狀結(jié)構(gòu)的所述多組輪廓數(shù)據(jù)的輪廓數(shù)據(jù)；一變化信息獲取單元，其用于在由輪廓顯示單元顯示的多個管狀結(jié)構(gòu)的輪廓的基礎上獲取與管狀結(jié)構(gòu)隨時間推移的變化相關的信息；一信息顯示單元，其用于顯示所獲得的與隨時間推移的變化相關的信息。
3.如權(quán)利要求2所述的分析器，其特征在于所述信息顯示單元是在一個色彩圖中顯示所獲得的與隨時間推移的變化相關的信息的單元。
4.如權(quán)利要求1所述的分析器，其包括一參考圖像產(chǎn)生單元，其用于產(chǎn)生所述三維圖像數(shù)據(jù)的體繪制圖像和最大強度投影(MIP)圖像中的一個的圖像數(shù)據(jù)，作為一個參考圖像的數(shù)據(jù)；一參考圖像顯示單元，其用于顯示所產(chǎn)生的參考圖像數(shù)據(jù)；和一指示標顯示單元，其用于在由參考圖像顯示單元顯示的參考圖像上顯示一個指示標，所述指示標指示伸直圖像的的截面方向。
5.如權(quán)利要求4所述的分析器，其特征在于所述指示標包括在伸直圖像中管狀結(jié)構(gòu)兩個壁部上單獨放置在任意位置的兩個標記和在參考圖像中管狀結(jié)構(gòu)兩個壁部上單獨放置的兩個標記，所述伸直圖像上的兩個標記與參考圖像上的兩個標記對于管狀結(jié)構(gòu)的每個壁上在位置上是對應的。
6.如權(quán)利要求5所述的分析器，其特征在于所述指示標包括另一個標記，該標記不僅通過參考圖像上的所述兩個標記疊加在參考圖像上，而且指示管狀結(jié)構(gòu)的輪廓形狀。
7.如權(quán)利要求4所述的分析器，其特征在于所述指示標包括一個放置在伸直圖像上任意位置的游標條，和在參考圖像中管狀結(jié)構(gòu)的兩個壁部上單獨放置的兩個標記，單獨放置所述兩個標記的兩側(cè)壁部在位置與所述游標條相對應。
8.一種分析待檢查對象的管狀結(jié)構(gòu)的分析器，其包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的三維圖像數(shù)據(jù)；一圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生對象的體繪制圖像、三維圖像數(shù)據(jù)的最大強度投影(MIP)圖像和在三維圖像數(shù)據(jù)中任意一個截面的平面重組圖像中的至少一個的數(shù)據(jù)；一曲面重組圖像產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)中產(chǎn)生曲面重組圖像的數(shù)據(jù)；一芯線產(chǎn)生單元，其用于通過使用三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)芯線的三維位置數(shù)據(jù)；一參考圖像顯示單元，其用于通過將芯線的位置數(shù)據(jù)疊加于由體繪制圖像、最大強度投影(MIP)圖像、平面重組圖像和曲面重組圖像中的一個所構(gòu)成的參考圖像的數(shù)據(jù)上而顯示該芯線；一曲面重組圖像顯示單元，其用于通過將芯線的位置數(shù)據(jù)疊加于曲面重組圖像的數(shù)據(jù)上而顯示該芯線；一芯線校正單元，其用于校正疊加于由參考圖像顯示單元顯示的參考圖像上的芯線形狀；和一曲面重組圖像更新單元，其用于響應通過芯線校正單元對參考圖像上芯線的形狀校正，從三維圖像數(shù)據(jù)重新產(chǎn)生由曲面重組圖像顯示單元顯示的曲面重組圖像的數(shù)據(jù)，并且更新芯線在參考圖像上的疊加顯示基本上實時地響應芯線形狀校正而更新曲面重組圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的分析器，其包括一分析單元，其用于分析管狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征；一接收單元，其用于接收用來指示顯示在參考圖像和曲面重組圖像上的芯線位置是否合適的信號；和一分析許可單元，其用于僅僅當接收單元接收到的所述信號指示芯線的位置合適時才允許分析單元分析管狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征。
10.如權(quán)利要求8所述的分析器，其包括一指定單元，其用于允許在參考圖像中的管狀結(jié)構(gòu)上指定多個標記，所述多個標記指示管狀結(jié)構(gòu)上所需的兩個端位置和位于兩個所需的端位置之間的零個或多個所需的通過位置；一單元，其用于將所述多個標記分成若干對標記，從而所述若干對標記按照上述指定單元指定多個標記的指定順序而順序安排；一單元，其用于在參考圖像上顯示相互連接上述若干對標記的線段；一單元，其用于允許在參考圖像上指定一個或多個另外的標記，所述另外的標記指示另外的通過位置；一單元，其用于當指定另外的標記時，通過決定所述另外的標記應當位于上述若干對標記的哪兩對標記之間而重新決定所述若干對標記的順序；一單元，其用于在所述重新決定的若干對標記的基礎上重新產(chǎn)生芯線的數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的分析器，其包括一單元，其用于在參考圖像上移動所述另外的指定標記；一單元，其用于響應所述另外的指定標記的移動，使用所述三維圖像數(shù)據(jù)更新曲面重組圖像的數(shù)據(jù)，并重新顯示更新后的曲面重組圖像數(shù)據(jù)，基本實時地響應所述另外的標記的移動來更新所述曲面重組圖像。
12.一種分析待檢查對象的管狀結(jié)構(gòu)的分析器，其包括一準備單元，其用于準備同一待檢查對象的三維圖像數(shù)據(jù)；一圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生單元，其用于從三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生對象的體繪制圖像、三維圖像數(shù)據(jù)的最大強度投影(MIP)圖像和三維圖像數(shù)據(jù)中任意一個截面的平面重組圖像中的至少一個的數(shù)據(jù)，作為參考圖像數(shù)據(jù)；一單元，其用于從所述三維圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生指示管狀結(jié)構(gòu)的三維位置信息的芯線數(shù)據(jù)；一單元，其用于基于芯線數(shù)據(jù)產(chǎn)生管狀結(jié)構(gòu)的伸直圖像或垂直截面圖像的數(shù)據(jù)；一單元，其用于使用參考圖像的數(shù)據(jù)、伸直圖像或垂直截面圖像的數(shù)據(jù)，和芯線的數(shù)據(jù)，從而使疊加有芯線的參考圖像和疊加有芯線的伸直圖像或垂直截面圖像并排顯示；一單元，其用于在參考圖像和伸直圖像的每一個中指定一位置可變標記，所述標記用來在芯線上表示管狀結(jié)構(gòu)的視圖信息和感興趣點的信息；一單元，其用于響應在伸直圖像上的上述標記的位置變化，從而重新繪制在其中反映出該位置變化的參考圖像。
13.如權(quán)利要求12所述的分析器，其包括一單元，其在垂直截面圖像上顯示一個在方向上可變并且指示該視圖信息的視圖信息標記；和一單元，當所述視圖信息標記的方向變化時，其用于響應所述視圖信息標記的方向變化而重新繪制參考圖像。
14.如權(quán)利要求12所述的分析器，其包括一單元，該單元用于在參考圖像上顯示一指示標，所述指示標指示伸直圖像的截面方向。
15.如權(quán)利要求14所述的分析器，其特征在于所述指示標包括在伸直圖像中管狀結(jié)構(gòu)兩個壁部上單獨放置在任意位置的兩個標記和在參考圖像中管狀結(jié)構(gòu)兩個壁部上單獨放置的兩個標記，所述伸直圖像上的兩個標記與參考圖像上的兩個標記對于管狀結(jié)構(gòu)的每個壁上在位置上是對應的。
16.如權(quán)利要求15所述的分析器，其特征在于所述指示標包括另一個標記，該標記不僅通過參考圖像上的所述兩個標記疊加在參考圖像上，而且指示管狀結(jié)構(gòu)的輪廓形狀。
17.如權(quán)利要求14所述的分析器，其特征在于所述指示標包括一個放置在伸直圖像上任意位置的游標條，和在參考圖像中管狀結(jié)構(gòu)的兩個壁部上單獨放置的兩個標記，單獨放置所述兩個標記的兩側(cè)壁部在位置與所述游標條相對應。
全文摘要
本申請公開了用于分析管狀結(jié)構(gòu)例如血管的處理器。使用醫(yī)學三維圖像數(shù)據(jù)，將體繪制圖像、任意截面上的平面重組圖像、曲面重組圖像和MIP(最大值投影投影)圖像中的至少一個作為參考圖像。從該參考圖像中提取血管芯線，準備基于該芯線的血管伸展圖像和與該芯線基本垂直的垂直截面圖像中的至少一個圖像?；跍蕚浜玫膱D像分析血管形狀，并且將準備好的伸直圖像和/或垂直截面圖像與參考圖像作比較，其結(jié)果與圖像一起顯示。參考圖像的顯示與伸直圖像或垂直截面圖像相聯(lián)系?？捎刹僮髡哌M行的血管芯線的校正和由該校正產(chǎn)生圖像的自動校正。
文檔編號G06T15/08GK1551033SQ20041006310
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者近藤泰平, 大湯重治, 山形仁, 阿圖羅·卡爾德龍, 川崎友寬, 杉山敦子, 卡爾德龍, 子, 寬, 治 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社