專利名稱：虛擬內(nèi)窺鏡檢查的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療成像技術(shù)。本發(fā)明在利用通過計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)、磁共振成像等生成的結(jié)腸的立體圖像的虛擬結(jié)腸鏡中找到具體的應(yīng)用，并且將具體參照它進(jìn)行描述。更一般地，本發(fā)明在諸如膀胱、血管、氣管、腸或其它器官那樣的基本上任何腔結(jié)構(gòu)的虛擬內(nèi)窺鏡檢查中以及在器官和非器官的其它受限制空間的虛擬內(nèi)窺鏡檢查中中找到具體的應(yīng)用，以及可以利用通過基本上任何適當(dāng)?shù)某上窦夹g(shù)生成的感興趣的器官或受限制空間的立體圖像。
虛擬內(nèi)窺鏡檢查利用諸如計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)掃描儀或磁共振掃描儀那樣的醫(yī)療成像系統(tǒng)來得到諸如結(jié)腸那樣的感興趣的腔限定的結(jié)構(gòu)的三維圖像。把虛擬圖像分段以識(shí)別腔限定的表面，并被處理成提供腔限定的表面的透視圖，以便從放置在空腔內(nèi)的攝影機(jī)得益。因此，虛擬內(nèi)窺鏡檢查可模擬由被插入到結(jié)腸內(nèi)的空腔內(nèi)的物理內(nèi)窺鏡攝影機(jī)所提供的視圖，這些視圖對(duì)于習(xí)慣用物理內(nèi)窺鏡攝影機(jī)進(jìn)行結(jié)腸鏡檢查的醫(yī)學(xué)人員是熟悉的。
而且，虛擬內(nèi)窺鏡處理可以克服傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡檢查的某些缺點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消除物理的內(nèi)窺鏡攝影機(jī)，它插入到病人的體內(nèi)空腔是很不舒服的。在虛擬內(nèi)窺鏡檢查中，使用計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)的成像和磁共振成像等等來代替內(nèi)窺鏡攝影機(jī)。因此，虛擬內(nèi)窺鏡檢查可以探測(cè)那些從結(jié)構(gòu)外部不可接入的空腔限定的結(jié)構(gòu)。同樣地，虛擬內(nèi)窺鏡檢查可以探測(cè)含有氣體、液體或固體物質(zhì)的空腔限定的結(jié)構(gòu)，其中該物質(zhì)在采集到的立體圖像中與周圍的空腔限定的結(jié)構(gòu)是可區(qū)分的(即，可以與其分段的)。
由傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡攝影機(jī)的透視圖提供的有限的視區(qū)在某些虛擬內(nèi)窺鏡檢查實(shí)施方案中可通過提供結(jié)腸空腔的展開的視圖(有時(shí)稱為“凸起(filet)”視圖)而得到解決。在概念上，展開的或凸起的視圖相應(yīng)于沿縱向切開結(jié)腸的一側(cè)，并在切割處展開結(jié)腸以形成二維表面。
然而，現(xiàn)有的展開視圖把不想要的失真引入到結(jié)腸的呈現(xiàn)表面。這些失真也使得展開的視圖很不適合于仔細(xì)檢查可疑的息肉?，F(xiàn)有的展開視圖通常不能克服在傳統(tǒng)的和虛擬的內(nèi)窺鏡檢查中存在的另一個(gè)問題，即空腔限定的表面的皺褶的或高起伏的表面形態(tài)遮蔽了傷痕、息肉或感興趣的其它特性。典型地，需要至少兩遍，即一次向前觀看和一次向后觀看，以便查看皺褶的兩面。通常，通過結(jié)腸的運(yùn)動(dòng)在不同的位置處停止，觀看點(diǎn)和角度要加以改變以便巡視關(guān)心的區(qū)域。再者，現(xiàn)有的傳統(tǒng)的和虛擬內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)通常不提供深度信息而是只指示表面結(jié)構(gòu)和取向。
下面打算給出克服上述的限制和其它缺點(diǎn)的改進(jìn)的設(shè)備和方法。
按照一個(gè)方面，提供了用于在具有細(xì)長(zhǎng)的空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法。展開軸被確定為基本上在細(xì)長(zhǎng)的空腔內(nèi)。攝影機(jī)位置被選擇在沿展開軸的位置上。展開軸被劃分成軸分段。射線投射方向被選擇為總體上從展開軸的軸分段徑向地延伸。至少某些射線投射方向根據(jù)相應(yīng)的軸分段與攝影機(jī)位置之間的距離離開攝影機(jī)位置而傾斜。射線的投射要沿傾斜的射線投射方向進(jìn)行以便規(guī)定像素值。象素值被安排到展開的視圖中。
按照另一方面，提供了一種虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，用于在空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查。射線投射方向被選擇為向空腔限定的結(jié)構(gòu)的一個(gè)空腔限定的表面延伸。體素(voxel)的統(tǒng)計(jì)特性在沿每個(gè)射線投射方向進(jìn)入空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)定的距離(dinterval)上進(jìn)行計(jì)算。像素值至少根據(jù)計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)特性對(duì)于每個(gè)射線投射方向而被確定。像素值被安排到空腔限定的結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡檢查的視圖中。
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在展開的視圖中減小的失真。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于呈現(xiàn)的失真更直觀，這樣，它可得到有益的使用。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在虛擬內(nèi)窺鏡檢查視圖中提供深度信息。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于用于檢查可疑的傷痕、息肉、或其它感興趣的特性的改進(jìn)的用戶接口。
再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減小由于空腔限定的表面的皺褶的或其它高度起伏的表面形態(tài)而遮蔽感興趣的特性。
在閱讀以下的詳細(xì)說明后，許多附加優(yōu)點(diǎn)和好處對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
本發(fā)明可以取在不同部件和部件安排以及不同處理操作和處理操作安排的形式。附圖僅僅用于說明優(yōu)選實(shí)施例的目的，而不是限制本發(fā)明。


圖1示意地顯示虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)。
圖2示意地顯示圖1的虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)的虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器。
圖3示意地顯示用戶可選擇的虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)。
圖4A示意地顯示一個(gè)包括由箭頭表示的射線投射方向的展開的軸分段的端視圖。
圖4B示意地顯示一個(gè)包括由箭頭表示的射線投射方向的展開的軸分段的透視圖。
圖4C示意地顯示一個(gè)包括由箭頭表示的射線投射方向的展開軸的側(cè)視圖。
圖4D示意地顯示在任選地可大于360°的角度范圍θm上展開視圖的展開或打開。
圖4E顯示通過使用展開的或凸起的視圖呈現(xiàn)結(jié)腸表面的一部分。
圖4F示意地顯示通過在展開的視圖上使射線投射方向傾斜而得到的透視效果。
圖5A示意地顯示包括射線投射方向展開的軸和周圍的空腔限定的表面的側(cè)視圖，其中攝影機(jī)位置沿空腔中心線移位。
圖5B示意地顯示在圖5A的攝影機(jī)位置處得到的展開的視圖。
圖6A示意地顯示包括射線投射方向展開的軸和周圍的空腔限定的表面的側(cè)視圖，其中攝影機(jī)位置沿空腔中心線但與圖5A相反的方向移動(dòng)。
圖6B示意地顯示在圖6A的攝影機(jī)位置處得到的展開的視圖。
圖7示意地顯示在攝影機(jī)位置處與空腔中心線相切的直線展開軸。
圖8示意地顯示與一部分空腔中心線一致的彎曲的展開軸。
圖9示意地顯示以檢查位置為幾何中心的透視的內(nèi)窺鏡視圖。
圖10顯示包括兩個(gè)輔助傾斜視圖的示例性透視的內(nèi)窺鏡視圖。
圖11示意地顯示在選擇的間隔(dinterval)上計(jì)算統(tǒng)計(jì)特性的射線投射的端視圖。
圖12示意地顯示其上計(jì)算統(tǒng)計(jì)特性的體素。
圖13顯示利用MIP統(tǒng)計(jì)特性和對(duì)比度增強(qiáng)成像的示例性灰度展開的視圖。
圖14A示意地顯示利用統(tǒng)計(jì)特性的射線投射，它被施加到包括附著的一部分糞便物質(zhì)的空腔限定的一部分結(jié)腸表面。
圖14B示意地顯示相應(yīng)于圖14A的結(jié)腸空腔部分的灰度展開視圖的一部分，其中統(tǒng)計(jì)特性是在該距離(dinterval)上的體素值的取平均。
圖14C示意地顯示相應(yīng)于圖14A的結(jié)腸空腔部分的灰度展開視圖的一部分，其中統(tǒng)計(jì)特性是在該距離(dinterval)上的MIP。
參照?qǐng)D1，虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)包括診斷成像設(shè)備，諸如所顯示的計(jì)算X射線層析攝影術(shù)成像掃描儀10。所顯示的掃描儀10包括圓錐波束X射線源12和被安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)架16上在成像區(qū)域20的對(duì)面的二維X射線檢測(cè)器陣列14。(X射線源12、檢測(cè)器陣列14和旋轉(zhuǎn)機(jī)架16為了說明起見被顯示于圖1；然而，將會(huì)看到，典型地，這些部件被封裝在靜止的機(jī)架外殼內(nèi)。)內(nèi)窺鏡檢查對(duì)象，諸如要檢查結(jié)腸、膀胱、血管、氣管或其它空腔限定的結(jié)構(gòu)的腫瘤或異常的病人、要進(jìn)行包括結(jié)腸癌篩選的通常的體格檢查的病人等等，被放置在病人支撐臺(tái)22上，并被移到成像區(qū)域20。結(jié)腸或感興趣的其它空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體的計(jì)算X射線層析攝影術(shù)數(shù)據(jù)通過使用掃描儀10而得到，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器24中。重建處理器26利用經(jīng)濾波的背投影或另外的圖像重建算法把采集的投影數(shù)據(jù)重建成結(jié)腸或感興趣的其它空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像，并把它存儲(chǔ)到立體圖像存儲(chǔ)器30。
應(yīng)當(dāng)看到，所顯示的計(jì)算X射線層析攝影術(shù)掃描儀10是一個(gè)例子，它可以用適用于能對(duì)感興趣的器官成像的其它立體成像系統(tǒng)代替。例如，磁共振成像掃描儀可被適當(dāng)?shù)赜米鳛槟承┨摂M內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)的成像器。
還應(yīng)當(dāng)看到，病人或其它成像對(duì)象可任選地在內(nèi)窺鏡手術(shù)之前或期間進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)預(yù)備過程。作為例子，在虛擬結(jié)腸鏡手術(shù)之前，病人典型地禁止服用食物和飲料，并在虛擬內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)之前的規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)給予一種或多種藥物，以促進(jìn)腸的蠕動(dòng)，以便大腸基本上排空大便。擴(kuò)張物質(zhì)注射器34把適當(dāng)?shù)臄U(kuò)張物質(zhì)注入結(jié)腸，以便在成像期間擴(kuò)張結(jié)腸。適當(dāng)?shù)臄U(kuò)張物質(zhì)例如包括經(jīng)由一個(gè)插入結(jié)腸的管道注入的室內(nèi)空氣；壓力控制的二氧化碳；或水。任選地，擴(kuò)張物質(zhì)包括適當(dāng)?shù)膶?duì)比度試劑，以便增強(qiáng)在擴(kuò)張的結(jié)腸壁與結(jié)腸空腔之間的圖像對(duì)比度。例如，當(dāng)利用磁共振成像來得到立體成像數(shù)據(jù)時(shí)，為此目的可以把基于釓(gadolinium)的對(duì)比度試劑加到基于水的擴(kuò)張流體。
這里公開的某些虛擬內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)提供有關(guān)在感興趣的器官壁以外的深度間隔中的組織的統(tǒng)計(jì)特性，這在不同情形下可以是有用的。例如，這樣的信息可以被用于虛擬內(nèi)窺鏡檢查以分辨糞便物質(zhì)與結(jié)腸壁的息肉或其它特性。在這里公開的其它內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)中，靜脈對(duì)比度試劑注入器36以靜脈注入方式注射增強(qiáng)血液對(duì)比度的對(duì)比度試劑；因此，壁穿透間隔統(tǒng)計(jì)學(xué)提供有關(guān)在感興趣的器官壁附近的脈管的信息，它例如在識(shí)別和分類某些有害的特性時(shí)是有用的。
被存儲(chǔ)在立體圖像存儲(chǔ)器30中的結(jié)腸或感興趣的其它器官的立體圖像由中心線處理器46來處理，該處理器將圖像分段，以區(qū)分結(jié)腸或感興趣的其它器官的空腔，并且確定空腔的中心線。實(shí)際上，可以使用任何立體圖像分段處理過程。在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆侄翁幚磉^程中，相應(yīng)于空腔的體素被識(shí)別為對(duì)X射線透明的或具有低的X射線不透明度的體素，而相應(yīng)于周圍的組織的體素被識(shí)別為具有高的X射線不透明度的體素。在分段后，中心線處理器46分析分段立體圖像，以識(shí)別選擇的軌跡，諸如沿結(jié)腸或感興趣的其它器官的中心線。實(shí)際上，可以使用任何適用于識(shí)別或規(guī)定通過總的管狀或細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)的中心線或其它軌跡的軌跡規(guī)定處理過程。在某些實(shí)施例中，中心線是通過使用跟蹤中心線的體素位置的排序的序列而被規(guī)定。在其它實(shí)施例中，中心線被規(guī)定為擬合的分段的空腔的中心線的實(shí)驗(yàn)公式或數(shù)學(xué)模型。足以規(guī)定中心線的信息被存儲(chǔ)在中心線存儲(chǔ)器48。
結(jié)合圖形用戶接口52一起操作的虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器50提供結(jié)腸壁或感興趣的其它器官的壁的互動(dòng)的虛擬內(nèi)窺鏡圖像。用戶互動(dòng)地處理虛擬內(nèi)窺鏡圖像以便來定位和檢查可疑的息肉或其它感興趣的區(qū)域。內(nèi)窺鏡成像可以利用近似于在虛擬空間中熟悉的內(nèi)窺鏡檢查攝影機(jī)的視圖的透視圖像來研究結(jié)腸或感興趣的其它器官。替換地或另外地，內(nèi)窺鏡成像利用展開的或凸起的視圖，其中結(jié)腸或感興趣的其它大體上為管狀的或細(xì)長(zhǎng)的器官使用數(shù)學(xué)處理被縱向剖開和打開。在這樣的圖像中的像素是由模擬光從空腔的內(nèi)壁反射到虛擬攝影機(jī)并產(chǎn)生熟悉的表面反射圖像而被生成的。在某些過程中內(nèi)窺鏡成像包括壁穿透間隔信息。在某些手術(shù)中，在相對(duì)于遠(yuǎn)離虛擬攝影機(jī)的檢查位置的透視圖上執(zhí)行對(duì)可疑的息肉或感興趣的其它區(qū)域的檢查。這些特性是例子--虛擬內(nèi)窺鏡成像可以包含這些特性的各種組合，并且可以包含附加的或其它特性。在所顯示的實(shí)施例中，圖形用戶接口52還與掃描儀控制器54通信，通過它用戶可以操作計(jì)算X射線層析攝影術(shù)成像掃描儀10。在其它的實(shí)施例中，利用分開的用戶接口來操作掃描儀。
雖然這里作為說明性實(shí)例手術(shù)描述了虛擬內(nèi)窺鏡檢查，但可以看到，公開的虛擬內(nèi)窺鏡檢查過程可以更一般地在其它局部中空的器官、體腔、非生物空腔限定的結(jié)構(gòu)等等方面得到利用。
繼續(xù)參照?qǐng)D1并參照?qǐng)D2，描述了虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器50的實(shí)施例。虛擬內(nèi)窺鏡檢查過程，諸如虛擬結(jié)腸鏡檢查過程，典型地用于識(shí)別和檢查傷痕、息肉或其存在和/或精確的位置是未知的其它特性。因此，虛擬內(nèi)窺鏡檢查典型地在初始包括探查空腔限定的表面。這種探查優(yōu)選地通過使用展開的或凸起的視圖來進(jìn)行。展開的視圖利用徑向環(huán)繞和縱向沿著直線或彎曲的展開軸而分布的視線。最終得到的圖像被變換成空腔限定的表面的一部分的展開表示。
一旦識(shí)別了傷痕、息肉和感興趣的其它特性，用戶典型地就希望更仔細(xì)地檢查特性。在展開的視圖上進(jìn)行精確的特性檢查是困難的，因?yàn)榘讶S空腔限定的表面變換成總體上鋪開的平的表面會(huì)引入失真。因此，要構(gòu)建感興趣的特性的透視圖。透視圖來自內(nèi)窺鏡攝影機(jī)在觀看感興趣的特性時(shí)的優(yōu)勢(shì)。
在構(gòu)建展開的視圖或透視圖時(shí)，規(guī)定多個(gè)射線投射方向，射線投射處理器66確定相應(yīng)于每個(gè)射線投射方向的適當(dāng)?shù)南袼刂?。在某些虛擬內(nèi)窺鏡成像模式中，像素值是由呈現(xiàn)處理器68生成的光反射立體呈現(xiàn)值。立體呈現(xiàn)包括虛擬照明方向、由射線投射方向規(guī)定的觀看方向、立體圖像的體素的不透明度映射、梯度信息等等。這樣的呈現(xiàn)提供表示表面取向變化的結(jié)構(gòu)性表示。
在其它虛擬內(nèi)窺鏡模式，像素值是由深度間隔處理器70生成的統(tǒng)計(jì)像素值。間隔像素值提供從射線投射方向與空腔限定的表面之間的一個(gè)交叉點(diǎn)開始和以沿進(jìn)入空腔限定的結(jié)構(gòu)的射線投射方向的一個(gè)預(yù)先選擇的距離為終結(jié)的一個(gè)間隔上沿射線投射方向的體素的統(tǒng)計(jì)特性?？涨幌薅ǖ谋砻婵梢员惶崛『捅幻黠@地存儲(chǔ)，或更方便地，可以在射線投射操作期間被隱含地檢測(cè)，例如通過使用作用在數(shù)據(jù)樣本值上或圍繞采樣位置的局部數(shù)據(jù)梯度的幅度上的閾值。統(tǒng)計(jì)特性可以是例如在間隔內(nèi)的最大或平均體素值。雖然由呈現(xiàn)處理器68提供的數(shù)值指示的是空腔限定的表面，但由間隔處理器70提供的統(tǒng)計(jì)特性值則提供有關(guān)在表面以下各層的數(shù)據(jù)內(nèi)容的信息。不管用戶選擇的是展開的還是透視的內(nèi)窺鏡成像模式，射線投射處理器66都可以提供來自呈現(xiàn)處理器68的呈現(xiàn)像素值、來自間隔處理器70的統(tǒng)計(jì)特性象素值、或它們的某些選擇的組合。
內(nèi)窺鏡圖像可以是展開的圖像或透視的圖像，并可以利用呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)象素值或它們的選定的組合，內(nèi)窺鏡圖像是存儲(chǔ)在虛擬內(nèi)窺鏡存儲(chǔ)器76中的，并可經(jīng)由虛擬內(nèi)窺鏡檢查用戶接口處理器78通過圖形用戶接口52顯示和處理。為了使得用戶能夠選擇各種內(nèi)窺鏡成像模式，諸如在展開的和透視的模式之間選擇、像素值模式的選擇等等，虛擬內(nèi)窺鏡檢查用戶接口處理器78包括用戶可選擇的虛擬內(nèi)窺鏡檢查參數(shù)80。
繼續(xù)參照?qǐng)D2并參照?qǐng)D3，用戶可選擇的虛擬內(nèi)窺鏡檢查參數(shù)80包括射線投射模式82，它選擇呈現(xiàn)的數(shù)值、間隔統(tǒng)計(jì)數(shù)值、或它們的某些組合。間隔深度參數(shù)84指示空腔限定結(jié)構(gòu)的深度，間隔處理器70對(duì)該結(jié)構(gòu)計(jì)算統(tǒng)計(jì)特性。統(tǒng)計(jì)特性功能參數(shù)86規(guī)定或表明統(tǒng)計(jì)特性(例如，MIP或平均象素值)。視圖模式參數(shù)88表示當(dāng)前有效的是展開的還是透視的內(nèi)窺鏡視圖。攝影機(jī)位置參數(shù)90表明在透視的內(nèi)窺鏡成像模式中攝影機(jī)的位置，以及表明在展開的或凸起的成像模式中展開軸的中心。
在展開成像模式，展開的直線或在中心線上的參數(shù)92表示與空腔的中心線一致的展開的軸是直線的還是彎曲的。展開的視見區(qū)長(zhǎng)度范圍參數(shù)94表示在中心線的方向上展開的視圖的長(zhǎng)度(L)，而展開的視見區(qū)角度范圍參數(shù)96表示在展開的方向上展開的視圖的角度(θm)。展開的透視角度參數(shù)98也被使用于這里公開的展開或凸起模式成像。檢查位置參數(shù)99涉及圖像體積中感興趣特性的位置，這個(gè)參數(shù)被用于這里公開的某些透視成像模式。
在某些觀看模式，某些用戶可選擇的虛擬內(nèi)窺鏡檢查參數(shù)80可能是未使用的。例如，如果射線投射模式參數(shù)82被設(shè)置為純呈現(xiàn)的，則統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)的參數(shù)84，86是未使用的。此外，可以看到，某些用戶可選擇的參數(shù)在這里的說明不阻止包括其它用戶可選擇的參數(shù)。而且，不同的或其它用戶可選擇的參數(shù)可被使用來執(zhí)行相同的功能。作為例子，間隔深度參數(shù)84可被設(shè)置為零以表明立體呈現(xiàn)，在這種情形下，射線投射模式參數(shù)82被適當(dāng)?shù)睾雎?。再另外，某些用戶可選擇的參數(shù)也可以具有以間接或自動(dòng)的方式被設(shè)置的數(shù)值。例如，攝影機(jī)位置可以用選定的速率自動(dòng)遞增，以提供自動(dòng)跨越成像。
參照?qǐng)D4A-4F，生成展開的視圖要通過規(guī)定位于攝影機(jī)位置102附近的展開的軸100和選定多個(gè)射線投射方向104(由箭頭表示)，它們總體上從展開軸向空腔限定的結(jié)構(gòu)的空腔限定的表面106徑向延伸。例如，在虛擬結(jié)腸鏡檢查中，空腔限定的表面106可以是由計(jì)算X射線層析攝影術(shù)掃描儀10成像的結(jié)腸的內(nèi)表面。在圖4A-4F上顯示的方法中，展開的軸100被劃分成軸分段110，每個(gè)分段具有總體上圍繞展開的軸100徑向地對(duì)稱安排的相應(yīng)的多個(gè)射線投射方向104。這個(gè)徑向?qū)ΨQ性可在圖4A上明顯看到。因此，每個(gè)射線投射方向104可以由沿展開軸100的相應(yīng)的軸坐標(biāo)合適地表示的展開軸100的展開軸坐標(biāo)和由指示圍繞展開軸100的射線投射方向的角度位置表示的視角坐標(biāo)θ(圖4A上標(biāo)記的)來指定。
在虛擬內(nèi)窺鏡檢查和某些其它虛擬內(nèi)窺鏡檢查過程中，空腔限定的表面106是起伏的，它包括對(duì)于某些視角可以部分或全部地遮蔽傷痕、息肉或其它感興趣的特性的皺褶。例如，圖4C顯示位于空腔限定的表面106的皺褶121里面在θ＝180°處的特征120。圖4C還顯示位于空腔限定的表面106的皺褶123里面在θ＝-180°處的特征121。皺褶121，123遮蔽了在攝影機(jī)位置102沿射線投射方向104直接觀看特征120，122。
為了解決這個(gè)問題，射線投射方向104根據(jù)在相應(yīng)的軸分段110與攝影機(jī)位置102之間的距離偏離攝影機(jī)位置102而傾斜。該傾斜總體上隨著軸分段110偏離攝影機(jī)位置102的距離的增加而增加，該傾斜直觀地相應(yīng)于展開的表面的“靠近的”視圖。正如在圖4B上清楚看到的，在某些實(shí)施例中，對(duì)于給定的軸分段110的射線投射方向都傾斜相同的量，因此規(guī)定了射線投射方向104的一個(gè)圓錐。在概念上，射線傾斜近似于空腔106被切割和變平坦，然后通過使用在靠近表面的攝影機(jī)位置102處的廣角攝影機(jī)來對(duì)其進(jìn)行檢查。射線傾斜量由展開的透視角參數(shù)98確定(見圖3)，它大約相應(yīng)于攝影機(jī)位置102離展開的表面的接近的靠近程度(見圖4F)。
參照?qǐng)D4D，展開或鋪開在從-θm/2的起始角坐標(biāo)到θm/2的終結(jié)角坐標(biāo)的范圍內(nèi)執(zhí)行。在圖4D上，可以看到，角度范圍(-θm/2，θm/2)可以做到成大于360°，這樣，在角度坐標(biāo)方向的末端鋪開表面有某些重復(fù)。例如，展開視圖的角度寬度θm可以是400°。這允許諸如息肉那樣的的重要的結(jié)構(gòu)在圖上完整地呈現(xiàn)，即使在它們處在展開的角度范圍的起始端或結(jié)束端附近。
圖4E顯示通過使用展開的或凸起的視圖而呈現(xiàn)的一部分結(jié)腸表面。圖4F示意地顯示通過包括這里描述的射線傾斜的展開過程所模擬的透視圖。展開的視圖處在跨越一個(gè)角度觀看坐標(biāo)范圍(-θm/2，θm/2)和一個(gè)展開軸觀看坐標(biāo)范圍(-L/2，L/2)的靠近的一個(gè)透視視見區(qū)140。(在圖4F，視見區(qū)140由粗實(shí)線表示)。展開的中心線100和攝影機(jī)位置102在圖4E的展開的視圖上是疊加的。將會(huì)指出，對(duì)于攝影機(jī)位置102的右面，皺褶的左壁是可看見的，而對(duì)于攝影機(jī)位置102的左面，皺褶的右壁是可看見的。這是圖4A，4B，和4C所示的射線投射方向的傾斜的結(jié)果。透視的角度參數(shù)98控制傾斜量。在傾斜量與透明度之間的關(guān)系被顯示于圖4F。大的傾斜量在概念上相應(yīng)于對(duì)表面的靠近視圖(即，攝影機(jī)位置102接近于展開的視見區(qū)140)，而較小的傾斜量在概念上相應(yīng)于遠(yuǎn)離表面的視圖(即，攝影機(jī)位置102遠(yuǎn)離展開的視見區(qū)140)。為了利用角度傾斜提供的視圖透明度來識(shí)別遮蔽的傷痕、息肉、或諸如特征120，122那樣的其它特征，有利地沿空腔的中心線移動(dòng)攝影機(jī)位置102。隨著攝影機(jī)移動(dòng)，展開的視見區(qū)140也移動(dòng)。
參照?qǐng)D5A和5B，圖4C的攝影機(jī)位置102移動(dòng)到新的攝影機(jī)位置102’，它離沿空腔中心線的攝影機(jī)位置102有某個(gè)距離。正如在圖5A看到的，在攝影機(jī)位置102’，某些傾斜的射線被傾斜成看到遮蔽位于θ＝-180°的特征的皺褶123。因此，隨著攝影機(jī)位置從攝影機(jī)位置102移動(dòng)到攝影機(jī)位置102’，特征122在展開的視圖上變成可見的(圖5B)。然而，皺褶121仍舊完全阻擋了在攝影機(jī)位置102’對(duì)特征120的觀看，而且特征120確實(shí)不處在圖5B的展開的視圖的視見區(qū)內(nèi)。
同樣地，參照?qǐng)D6A和6B，圖4C的攝影機(jī)位置102移動(dòng)到新的攝影機(jī)位置102”，它處在沿空腔中心線相反方向與攝影機(jī)位置102有某個(gè)距離。正如在圖6A是看到的，在攝影機(jī)位置102”，某些傾斜的射線被傾斜成去觀看遮蔽位于θ＝180°的特征的皺褶123。因此，隨著攝影機(jī)位置從攝影機(jī)位置102移動(dòng)到攝影機(jī)位置102”，特征120變?yōu)樵谡归_的視圖上可看見的(圖6B)。
正如在圖4F上清楚見到的，典型地在展開軸坐標(biāo)方向上展開的視見區(qū)140的長(zhǎng)度明顯小于結(jié)腸或其它空腔限定的結(jié)構(gòu)的總的長(zhǎng)度，以便提供放大的視圖和以便攝影機(jī)位置能夠沿空腔中心線移動(dòng)從而使展開的空腔限定的表面的失真偏移。在某些實(shí)施例中，在展開軸坐標(biāo)方向上的長(zhǎng)度L是幾厘米。
參照?qǐng)D7，當(dāng)展開的直線或在中心線上的參數(shù)92(見圖3B)被設(shè)置成直線模式時(shí)，展開軸100是直線，并且在攝影機(jī)位置102處與空腔限定的表面106的空腔中心線相切。直線的展開軸幾何關(guān)系是一個(gè)低失真的幾何關(guān)系。在中心線150的急劇的彎曲處，直線的展開軸幾何關(guān)系具有有限的視區(qū)。
參照?qǐng)D8，當(dāng)展開的直線或在中心線上的參數(shù)92(見圖3B)被設(shè)置為在中心線上的模式時(shí)，彎曲的展開軸100’與一部分中心線150一致，這比起直線的展開軸幾何關(guān)系典型地會(huì)在急劇的曲線附近提供更大的視區(qū)。然而，在這樣的曲線上，傾斜的射線投射方向可能重疊。這樣的重疊在展開的視圖上會(huì)產(chǎn)生諸如顛倒和雙特征那樣的偽像。圍繞中心線在角度上顛倒重疊的射線，某些區(qū)域可能會(huì)欠采樣和呈現(xiàn)人為壓縮。為了消除這樣的問題，要調(diào)整相鄰的射線投射方向104的相對(duì)傾斜，以便限制在相鄰的射線投射方向之間的相對(duì)角度，從而阻止它們互相交叉。典型地，射線投射從靠近攝影機(jī)位置102的展開軸100’的中心處的射線投射方向開始，并起向外遠(yuǎn)離中心的作用。射線投射方向通常隨離攝影機(jī)位置102的距離增加而增加傾斜。然而，在射線投射方向由于展開軸100’的彎曲而沖突的場(chǎng)合，調(diào)整傾斜以避免在預(yù)先選擇的最大射線投射距離內(nèi)射線投射的重疊。應(yīng)當(dāng)看到，這個(gè)限制造成射線的徑向?qū)ΨQ軸在急劇的彎曲處變?yōu)榕c中心線切線不共線的。在遠(yuǎn)離彎曲時(shí)，對(duì)稱軸使它本身重新對(duì)準(zhǔn)中心線切線。算法的這個(gè)特征允許在急劇彎曲處表面特性的呈現(xiàn)的失真得到控制，以阻止過大的表面翹曲，而不管中心線路徑的彎曲程度。在相鄰的射線投射徑向軸方向之間允許的最大角度隨著由展開的透視的角度98表明的和處在預(yù)先選定的最大射線投射距離內(nèi)的透視程度而增加。
回過來參照?qǐng)D2和3，在展開的視圖模式下，射線投射方向從展開軸發(fā)出。然而，視圖模式88可被設(shè)置為透視的。典型地，展開的視圖模式對(duì)于執(zhí)行探查和識(shí)別潛在的傷痕或息肉是有利的，這是由于(i)展開的視圖模式提供大的視區(qū)，和(ii)通過射線投射線的傾斜提供的失真能提供變化的表面取向，因?yàn)閿z影機(jī)位置沿空腔中心線移動(dòng)，這可以揭示由皺褶或空腔限定表面的其它形態(tài)所隱藏的特征。一旦感興趣的特征得以識(shí)別，切換到透視觀看模式通常是有利的。透視觀看模式減小失真，并啟動(dòng)變焦放大以便更緊密地觀看特征。在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ?，在展開觀看模式下操作的用戶操作像鼠標(biāo)、跟蹤球等等的指點(diǎn)裝置來指點(diǎn)和選擇展開的視圖的一個(gè)像素作為檢查位置。虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器50然后通過改變觀看模式88的設(shè)置值而切換到透視模式。攝影機(jī)位置參數(shù)90初始地保持與展開的觀看模式時(shí)相同，并且檢查位置參數(shù)99被設(shè)置到用戶選擇的像素位置上。
參照?qǐng)D9，圖上描述適當(dāng)?shù)耐敢曈^看幾何關(guān)系。攝影機(jī)位置200(被存儲(chǔ)在攝影機(jī)位置參數(shù)90)具有指向檢查位置204(存儲(chǔ)在檢查位置參數(shù)99中的位置和觀看方向202)。另外，透視圖具有圍繞觀看方向202的圓錐視區(qū)206。透視圖利用從攝影機(jī)位置200發(fā)出的和處在圓錐視區(qū)206內(nèi)的射線投射方向的圓錐。射線投射處理器66執(zhí)行沿某個(gè)射線投射方向的呈現(xiàn)以產(chǎn)生要顯示的內(nèi)窺鏡透視圖。
用戶可以使用指點(diǎn)裝置或另外的接口工具在內(nèi)窺鏡透視圖上操作，以便圍繞檢查位置204旋轉(zhuǎn)攝影機(jī)位置200。例如，用戶可以旋轉(zhuǎn)到更新的攝影機(jī)位置200’(用點(diǎn)線畫出)，其中經(jīng)更新的內(nèi)窺鏡透視圖被重建，但仍舊觀看在視區(qū)的中心的檢查位置204。在這樣的旋轉(zhuǎn)期間，攝影機(jī)位置保持在以檢查位置204為中心的球形觀看表面210中。任選地，用戶還可以變焦推近或拉遠(yuǎn)，這相應(yīng)于改變球形觀看表面210的半徑。用戶可以具有其它觀看選項(xiàng)，諸如改變圓錐視區(qū)206的尺寸，或限制所觀看的立體圖像的部分，以便具有被空腔限定表面干擾部分遮蔽的檢查點(diǎn)204。
任選地，用戶可以選擇地把體積數(shù)據(jù)分段，例如圍繞球212(圖9上由虛線圓表示)或其它形狀。這允許觀看者從其中空腔皺褶或其它結(jié)構(gòu)將不遮蔽觀看方向的方向觀看檢查位置204。
參照?qǐng)D10，在一個(gè)適當(dāng)?shù)耐敢暤膬?nèi)窺鏡顯示器上，在主窗口220上連同表示兩個(gè)正交的傾斜視圖的虛線222，224一起顯示內(nèi)窺鏡透視圖。相應(yīng)于虛線222的傾斜視圖被顯示在第一輔助傾斜視圖窗口232，而相應(yīng)于虛線224的傾斜視圖被顯示在第二輔助傾斜視圖窗口234。每個(gè)傾斜視圖平行于連接攝影機(jī)位置200與檢查位置204的觀看線202。當(dāng)用戶通過圍繞檢查位置204旋轉(zhuǎn)攝影機(jī)位置200而更新內(nèi)窺鏡透視圖時(shí)，傾斜視圖232，234也被更新。
在展開的視圖或透視的視圖中，可以通過由呈現(xiàn)處理器68執(zhí)行的沿每個(gè)射線投射方向的立體呈現(xiàn)而生成圖像。立體呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)乩蒙渚€投射方向作為觀看方向和照明方向；替換地，可以選擇另一個(gè)照明方向。立體呈現(xiàn)典型地還包括下列因素諸如與射線投射方向的交叉點(diǎn)處的空腔限定表面的不透明度、梯度信息等等。這樣的呈現(xiàn)提供指明表面取向變化的結(jié)構(gòu)表示。替換地，用戶可以通過射線投射模式參數(shù)82選擇深度間隔統(tǒng)計(jì)象素值。
參照?qǐng)D11和12，深度間隔處理器70(見圖2)計(jì)算從射線投射方向104與空腔限定的表面106之間的一個(gè)交叉點(diǎn)開始和以沿進(jìn)入空腔限定的結(jié)構(gòu)的射線投射方向104的一個(gè)預(yù)先選擇的距離(dinterval)為終結(jié)的一個(gè)間隔上沿射線投射方向104的體素238的統(tǒng)計(jì)特性。統(tǒng)計(jì)特性可以是例如在間隔深度(dinterval)內(nèi)體素238的最大或平均體素值。如果最大象素值被用作為統(tǒng)計(jì)特性，則其效果是計(jì)算在距離dinterval上的最大強(qiáng)度投影(MIP)。間隔深度是以間隔深度參數(shù)84由用戶控制的(見圖3)。
統(tǒng)計(jì)特性的效果是提供有關(guān)空腔限定的表面106的內(nèi)部信息。相反，呈現(xiàn)通常提供表面取向信息，而不提供內(nèi)部信息。由統(tǒng)計(jì)特性提供的內(nèi)部信息取決于特定的空腔限定表面。
回過來參照?qǐng)D2和另外參照?qǐng)D13，深度間隔成像的一個(gè)應(yīng)用是對(duì)在空腔限定的表面下面的脈管成像。例如，在結(jié)腸鏡中，在結(jié)腸表面附近的脈管異?？梢员硎緪盒韵⑷狻榱耸姑}管成像，靜脈對(duì)比度試劑注射器36注入適當(dāng)?shù)膶?duì)比度試劑以增強(qiáng)血液對(duì)比度。圖13顯示利用MIP間隔成像的對(duì)比度增強(qiáng)的虛擬內(nèi)窺鏡檢查的展開視圖。在展開的視圖上血管呈現(xiàn)為較亮的區(qū)域250。較暗的紋理252相應(yīng)于結(jié)腸表面的皺褶。
參照?qǐng)D14A-14C，深度間隔成像的另一個(gè)應(yīng)用不利用靜脈對(duì)比度試劑。圖14A顯示空腔限定的表面，在空腔的大多數(shù)部分上的表面由結(jié)腸壁260規(guī)定。然而，部分糞便262仍舊留在部分結(jié)腸壁260上。箭頭266表示在其上計(jì)算統(tǒng)計(jì)特性的深度(dinterval)。標(biāo)記為“P1”和“P4”的位置表示沿結(jié)腸表面的糞便262的側(cè)向范圍。標(biāo)記為“P2”和“P3”的位置表示其中糞便至少與間隔深度(dinterval)一樣厚的糞便區(qū)域262的側(cè)向范圍。圖14B和14C顯示使用統(tǒng)計(jì)平均(圖14B)和使用MIP(圖14C)的展開的視圖的相應(yīng)部分，這里假設(shè)糞便物質(zhì)比起結(jié)腸材料具有較低的密度。在圖14B和14C上，像素強(qiáng)度從對(duì)于最低的強(qiáng)度的白色變化到對(duì)于最高的強(qiáng)度的黑色。
正如在圖14B上看到的，當(dāng)統(tǒng)計(jì)特性是平均象素值時(shí)，對(duì)比度在包含至少某些糞便物質(zhì)262的“P1”和“P4”之間的整個(gè)區(qū)域內(nèi)平滑地變化。平滑的對(duì)比度變化相應(yīng)于糞便物質(zhì)262的平滑地改變的厚度。
正如在圖14C上看到的，當(dāng)統(tǒng)計(jì)特性是MIP時(shí)，對(duì)比度在間隔深度完全被包含在糞便物質(zhì)262的位置“P2”和“P3”處突然改變。在由位置“P2”和“P3”為邊界的區(qū)域內(nèi)，MIP整個(gè)在代表糞便物質(zhì)的體素上執(zhí)行。在由位置“P2”和“P3”為邊界的區(qū)域以外，MIP包括表示結(jié)腸壁的較高強(qiáng)度體素，因此得到急劇變高的MIP值。雖然未顯示，但可以看到，如果用最小強(qiáng)度投影作為統(tǒng)計(jì)特性，則對(duì)比度“P1”和“P4”處突然改變，在其中最小強(qiáng)度投影將包括表示較低強(qiáng)度的糞便物質(zhì)262。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地構(gòu)建其它適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)特性。在所顯示的實(shí)施例中，統(tǒng)計(jì)特性功能被存儲(chǔ)在統(tǒng)計(jì)特性功能參數(shù)86，它可包含用戶規(guī)定的功能。
雖然圖13，14B和14C的顯示的深度間隔圖像例子是展開的視圖，但深度間隔射線投射也可被使用于內(nèi)窺鏡投影視圖。而且，雖然圖13，14B和14C的顯示的例子按灰度級(jí)像素值來畫出深度間隔射線投射值，但該信息也可以以其它方式使用。例如，深度間隔射線投射信息可以與立體呈現(xiàn)相組合以提供組合表面形態(tài)(即，表面取向)信息和深度間隔信息兩種圖像。在一個(gè)方法中，呈現(xiàn)處理器68對(duì)于每個(gè)射線投射方向執(zhí)行立體呈現(xiàn)，以產(chǎn)生表示交叉的空腔限定的表面的表面取向的呈現(xiàn)的體素值。每個(gè)呈現(xiàn)的體素值根據(jù)由深度間隔處理器70計(jì)算的深度間隔統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行調(diào)整以便在立體呈現(xiàn)中包括深度信息。例如，立體呈現(xiàn)可以是單色的，而基于深度調(diào)整可以根據(jù)所計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性調(diào)整呈現(xiàn)的體素的體素彩色。
本發(fā)明是參照優(yōu)選實(shí)施例描述的。顯然，在閱讀和了解以前的詳細(xì)說明后可以作出修改和改變。打算把本發(fā)明看作為包括所有的這樣的修改和改變，只要它們是屬于所附權(quán)利要求及其等價(jià)物范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種用于在具有細(xì)長(zhǎng)的空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，該方法包括確定基本上在細(xì)長(zhǎng)的空腔內(nèi)和總體上位于攝影機(jī)位置(102，102’，102”)處的展開軸(100，100’)，該展開軸被劃分成軸分段(110)；選擇總體上從展開軸的軸分段徑向地延伸的射線投射方向(104) ；根據(jù)相應(yīng)的軸分段與攝影機(jī)位置間的距離，使至少某些射線投射方向偏離開攝影機(jī)位置而傾斜；沿傾斜的射線投射方向進(jìn)行射線投射以確定像素值；以及把象素值安排到展開的視圖中。
2.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中相應(yīng)于每個(gè)軸分段的射線投射方向被安排成徑向并對(duì)稱地圍繞展開軸(100，100’) 。
3.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中傾斜總體上隨軸分段離攝影機(jī)位置的距離增加而增加。
4.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中射線投射具有預(yù)先選擇的最大射線投射距離，并且傾斜被調(diào)整成防止在預(yù)先選擇的最大射線投射距離范圍內(nèi)有射線投射的重疊。
5.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中傾斜量通過用戶選擇的展開的透視角度參數(shù)(98)而被控制。
6.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中對(duì)于每個(gè)軸分段(110)，相應(yīng)于軸分段的射線投射方向的傾斜是相同的，軸分段的傾斜的射線投射方向規(guī)定一個(gè)射線投射方向的圓錐。
7.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中展開軸(100)是直線，并且在攝影機(jī)位置(102)處與空腔中心線(150)相切。
8.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中展開軸(100’)總體上是彎曲的，并且與空腔中心線(150)的一部分基本上一致。
9.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，還包括把攝影機(jī)位置(102)移動(dòng)到經(jīng)更新的攝影機(jī)位置(102’；102”)；以及反復(fù)地確定展開軸(100，100’)、選擇射線投射方向(104)，使射線投射方向傾斜、進(jìn)行射線投射、和安排象素值，以產(chǎn)生對(duì)于更新的攝影機(jī)位置的更新的展開視圖。
10.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，還包括在展開的視圖上規(guī)定相應(yīng)于感興趣的結(jié)構(gòu)的檢查位置；構(gòu)建具有(i)攝影機(jī)位置(102，200)和(ii)觀看檢查位置(204)的內(nèi)窺鏡投影視圖；把檢查位置(204)固定為球的中心；根據(jù)用戶輸入，沿球的表面旋轉(zhuǎn)攝影機(jī)位置；以及構(gòu)建旋轉(zhuǎn)的內(nèi)窺鏡投影視圖，其具有(i)根據(jù)用戶輸入旋轉(zhuǎn)的更新的攝影機(jī)位置(200’)和(ii)觀看檢查位置(204)。
11.如在權(quán)利要求10中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中規(guī)定檢查位置(204)包括經(jīng)由與展開的視圖的用戶互動(dòng)而接收展開的視圖的一個(gè)像素的用戶的選擇，所選擇的像素的位置是檢查位置(204)。
12.如在權(quán)利要求10中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，還包括與內(nèi)窺鏡投影視圖同時(shí)顯示兩個(gè)正交傾斜視圖，每個(gè)傾斜視圖平行于連接攝影機(jī)位置(200)和檢查位置(204)的直線(202)；以及與旋轉(zhuǎn)的內(nèi)窺鏡投影視圖同時(shí)顯示兩個(gè)更新的正交傾斜視圖，每個(gè)更新的傾斜視圖平行于連接更新的攝影機(jī)位置(200’)和檢查位置(204)的直線。
13.如在權(quán)利要求10中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中內(nèi)窺鏡投影視圖包括少于整個(gè)的立體圖像以避免阻擋檢查點(diǎn)(204)的攝影機(jī)視場(chǎng)。
14.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中沿每個(gè)射線投射方向(104)執(zhí)行射線投射以確定相應(yīng)于每個(gè)射線投射方向的象素值，包括執(zhí)行沿射線投射方向的立體呈現(xiàn)，該立體呈現(xiàn)利用射線投射方向作為照明方向參數(shù)。
15.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中執(zhí)行射線投射包括識(shí)別射線投射方向與空腔限定的結(jié)構(gòu)的空腔限定的表面(106)的交叉點(diǎn)；以及對(duì)沿射線投射方向到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinterval)計(jì)算體素(238)的統(tǒng)計(jì)特性。
16.如在權(quán)利要求15中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中統(tǒng)計(jì)特性是在沿射線投射方向(104)到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinterval)上的體素的最大強(qiáng)度投影與平均值之一。
17.如在權(quán)利要求14中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中沿每個(gè)射線投射方向(104)執(zhí)行射線投射以確定相應(yīng)于每個(gè)射線投射方向的象素值還包括執(zhí)行對(duì)射線投射方向的立體呈現(xiàn)以產(chǎn)生表示交叉的空腔限定表面(106)呈現(xiàn)的體素值；以及根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性調(diào)整呈現(xiàn)的體素值。
18.如在權(quán)利要求17中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中調(diào)整呈現(xiàn)的體素值包括根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性調(diào)整呈現(xiàn)的體素值。
19.如在權(quán)利要求14中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中空腔限定的結(jié)構(gòu)是解剖學(xué)器官，虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法還包括在采集解剖學(xué)器官的立體圖像之前，注入靜脈對(duì)照試劑以提供立體圖像中增強(qiáng)的血管對(duì)比度。
20.如在權(quán)利要求1中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像是從包含結(jié)腸、膀胱、血管、氣管、和腸的一個(gè)組中選擇的器官的立體的計(jì)算X射線層析攝影術(shù)圖像。
21.一種執(zhí)行權(quán)利要求1的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法的虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器(50)。
22.一種用于在空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，該方法包括選擇朝向空腔限定的結(jié)構(gòu)的空腔限定的表面(106)延伸的射線投射方向(104)；對(duì)沿每個(gè)射線投射方向到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinterval)，計(jì)算體素(238)的統(tǒng)計(jì)特性；至少根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性確定對(duì)每個(gè)射線投射方向的象素值；以及把象素值安排到空腔限定的結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡視圖中。
23.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中統(tǒng)計(jì)特性是在沿射線投射方向(104)到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinterval)上的最大強(qiáng)度投影與最小強(qiáng)度投影之一。
24.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中統(tǒng)計(jì)特性是在沿射線投射方向(104)到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinterval)上的體素的平均值。
25.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中至少根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性來確定象素值包括執(zhí)行對(duì)于射線投射方向(104)的立體呈現(xiàn)，以產(chǎn)生表示交叉的空腔限定的表面(106)的呈現(xiàn)的體素值；以及根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性調(diào)整呈現(xiàn)的體素值。
26.如在權(quán)利要求25中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中調(diào)整呈現(xiàn)的體素值包括根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性調(diào)整呈現(xiàn)的體素值的彩色。
27.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中空腔限定的結(jié)構(gòu)是解剖學(xué)器官，虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法還包括在采集解剖學(xué)器官的立體圖像之前，注入靜脈對(duì)比度試劑以提供立體圖像中增強(qiáng)的血管對(duì)比度。
28.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中(i)射線投射方向(104)被選擇為從總體上位于攝影機(jī)位置(102，102’，102”)處的展開軸(100，100’)總體上徑向地延伸，和(ii)把象素值安排在展開的內(nèi)窺鏡視圖中。
29.如在權(quán)利要求28中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中展開軸(100，100’)被劃分成多個(gè)軸分段(110)，射線投射方向(104)圍繞每個(gè)軸分段徑向地對(duì)稱地安排，以及虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法還包括根據(jù)在相應(yīng)的軸分段與攝影機(jī)位置之間的距離，使射線投射方向偏離攝影機(jī)位置(102，102’，102”)而傾斜，該傾斜總體上隨軸分段離攝影機(jī)位置的距離增加而增加。
30.如在權(quán)利要求22中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中(i)射線投射方向被選擇為從攝影機(jī)位置(220，200’)延伸，和(ii)把象素值安排在展開的內(nèi)窺鏡視圖中。
31.一種被編程以執(zhí)行權(quán)利要求22的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法的虛擬內(nèi)窺鏡檢查處理器(50)。
32.一種虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)，包括成像系統(tǒng)(10，26)，用于產(chǎn)生空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像，以及處理器(50)，用于執(zhí)行權(quán)利要求1和權(quán)利要求22的任一項(xiàng)的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法。
33.如在權(quán)利要求32中闡述的虛擬內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)，其中成像系統(tǒng)(10，26)包括計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)掃描儀(10)，包括X射線源(12)，它圍繞成像區(qū)域(20)旋轉(zhuǎn)并把X射線投射到其中，以及檢測(cè)器陣列(14)，它檢測(cè)穿過成像區(qū)域以后的X射線以產(chǎn)生立體的計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)投影數(shù)據(jù)；重建處理器(26)，用于把立體的計(jì)算的X射線層析攝影術(shù)投影數(shù)據(jù)重建成空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像。
34.一種用于在具有細(xì)長(zhǎng)的空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查設(shè)備，該設(shè)備包括用于確定基本上在細(xì)長(zhǎng)的空腔內(nèi)和總體上位于攝影機(jī)位置(102，102’，102”)處的展開軸(100，100’)的裝置，該展開軸被劃分成軸分段(110)；用于選擇從展開軸的軸分段總體上徑向地延伸的射線投射方向(104)的裝置；用于根據(jù)在相應(yīng)的軸分段與攝影機(jī)位置之間的距離使至少某些射線投射方向偏離攝影機(jī)位置而傾斜的裝置；用于沿傾斜的射線投射方向進(jìn)行射線投射以確定像素值的裝置；以及用于把象素值安排在展開的視圖中的裝置。
35.一種用于在空腔限定的結(jié)構(gòu)的立體圖像上執(zhí)行虛擬內(nèi)窺鏡檢查的虛擬內(nèi)窺鏡檢查設(shè)備，該設(shè)備包括用于選擇朝向空腔限定的結(jié)構(gòu)的空腔限定的表面(106)延伸的射線投射方向(104)的裝置；用于計(jì)算在沿每個(gè)射線投射方向到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(dinteral)上的體素(238)的統(tǒng)計(jì)特性的裝置；用于至少根據(jù)計(jì)算的統(tǒng)計(jì)特性確定對(duì)于每個(gè)射線投射方向的象素值的裝置；以及用于把象素值安排在空腔限定的結(jié)構(gòu)的內(nèi)窺鏡視圖中的裝置。
全文摘要
在虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法中，基本上沿細(xì)長(zhǎng)的空腔(150)的展開軸(100，100’)被劃分成軸分段(110)。射線投射方向(104)被選擇為總體上從軸分段徑向地延伸。使至少某些射線投射方向傾斜而偏離攝影機(jī)位置(102)。射線投射沿傾斜的射線投射方向進(jìn)行，以便確定被安排在展開的視圖中的像素值。射線投射利用以下的至少一項(xiàng)(i)立體呈現(xiàn)；和(ii)計(jì)算在沿射線投射方向到空腔限定的結(jié)構(gòu)的預(yù)先選擇的距離(d
文檔編號(hào)G06T17/40GK101014983SQ200580028669
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者D·德克爾, J·S·杜爾岡, T·R·弗萊特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司