專利名稱：用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
已知采集心臟計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)數(shù)據(jù)集并根據(jù)所采集的心臟CT數(shù)據(jù)集重建空 間和時間依賴的心臟圖像數(shù)據(jù)集。將多表面三角模型與心臟圖像數(shù)據(jù)集相適配，并且根據(jù) 多表面三角模型的壁的預(yù)定部分的運(yùn)動確定心臟的靜息期(Phase)。該現(xiàn)有技術(shù)具有如下劣勢根據(jù)其確定靜息期的壁的部分被預(yù)先確定。另外，參數(shù) 的確定受到心臟的靜息期的確定的限制。但是，通常，不同的心臟具有不同的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和 不同的病狀。另外，不同的用戶通常具有不同的工作方式，并且希望已經(jīng)確定與心臟的不同 部分相關(guān)的不同參數(shù)。由于在現(xiàn)有技術(shù)中可變性是有限的，用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝 置不能應(yīng)對解剖學(xué)結(jié)構(gòu)、病狀和用戶偏好的所有可能的不同組合。因此，本發(fā)明的目的為提供一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置，其中，提高了所 述可變性。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置，其中，所述裝 置包括-自適應(yīng)模型提供單元，其用于提供所述對象的自適應(yīng)模型；-用戶界面，其允許用戶限定自適應(yīng)模型的區(qū)域；-圖像數(shù)據(jù)集提供單元，其提供運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集；-適配單元，其用于至少使自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與空間和時間依賴的圖像數(shù) 據(jù)集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性。-參數(shù)確定單元，其用于根據(jù)所限定區(qū)域的空間和時間依賴性確定運(yùn)動對象的參 數(shù)。本發(fā)明基于以下概念對象的不同結(jié)構(gòu)和條件以及不同的用戶偏好主要地與運(yùn)動 對象上的特定區(qū)域相關(guān)，并且，用戶可以通過使用例如圖形用戶界面，容易地進(jìn)行自適應(yīng)模 型的區(qū)域的限定。因此，通過允許用戶通過用戶界面限定自適應(yīng)模型的區(qū)域，對象的參數(shù)的 確定可以容易地與對象的不同結(jié)構(gòu)和條件，以及不同的用戶偏好相適配，即可以容易地提 高可變性。如果必須確定心臟的參數(shù)，自適應(yīng)模型為例如心臟的模型。自適應(yīng)模型可以為整 個運(yùn)動對象的模型或者運(yùn)動對象的僅一部分的模型。心臟的自適應(yīng)模型為，例如，在J. von Berg ^ A IS ^J "Multi-surface CardiacModel 1 ing, Segmentation, and Tracking", A. F. Frangi、P. I. Radeva、A. Santos禾口M. Hernandez,編輯，LNCS 3504,Functional Imaging and Modelling oftheHeart 1-11 頁，Springer Verlag，2005 中公開的多表面三角模型，在 此通過引用的方式將其并入本文。參數(shù)確定單元例如適于確定所限定區(qū)域的運(yùn)動，尤其是 所限定區(qū)域的基本上靜止的期。特別地，參數(shù)確定單元適于確定空間分辨的運(yùn)動圖中對象 的運(yùn)動的最佳期點(diǎn)，其中，最佳期點(diǎn)優(yōu)選地為時間點(diǎn)或時間間隔，其中，對象在所限定區(qū)域中的運(yùn)動小于對象在其他區(qū)域中的運(yùn)動。例如，在心臟成像、CT或其他模態(tài)中，當(dāng)心臟正在靜息時，最佳期點(diǎn)描述了在心動 周期中的時間點(diǎn)。通常(在較低心率)，這一時間點(diǎn)位于RR區(qū)間(即，所謂的心臟舒張區(qū) 域)的50%和90%之間，但是通常，在患者RR區(qū)間中具有兩個到三個不同最佳期點(diǎn)。所述 最佳期點(diǎn)位于心舒張期，在心收縮末期，并且對于一些患者在新房收縮之后可以看到靜息 其月。fiT^l^.^U、；^! .胃(pathologic electric excitation pattern) ^^ftkJ^ 因，所述最佳期點(diǎn)的相對位置會有很大變化。運(yùn)動強(qiáng)度的空間和時間變化優(yōu)選地被限定為運(yùn)動圖。以心臟成像為例，在Manzke 等人的Med. Phys. 31 (12) 2004,3345-3362頁的文章中描述了優(yōu)選的運(yùn)動圖，在此以引用的 方式將這篇文章合并入本文。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，參數(shù)確定單元可以適于確定在模型的限定區(qū)域內(nèi)的灰度值 的強(qiáng)度變化，其優(yōu)選地作為參數(shù)已貫穿空間和時間依賴的數(shù)據(jù)集。如果在周期性運(yùn)動對象 的情況中經(jīng)歷多個運(yùn)動周期采集數(shù)據(jù)集，例如在心臟的情況下經(jīng)歷多個心動周期采集數(shù)據(jù) 集，或者對于非周期性運(yùn)動對象——沿著時間軸采集數(shù)據(jù)集，參數(shù)確定單元還適于確定運(yùn) 動的可變性。優(yōu)選地，自適應(yīng)模型提供單元適于提供若干自適應(yīng)模型，在所述自適應(yīng)模型上限 定不同區(qū)域，其中用戶界面適于通過允許用戶選擇若干自適應(yīng)模型中的至少一個來允許用 戶限定自適應(yīng)模型的區(qū)域。這允許用戶簡單地通過選擇若干自適應(yīng)模型中的至少一個限定 所述自適應(yīng)模型，其中，區(qū)域的限定被簡化。在優(yōu)選實(shí)施例中，在其上限定不同區(qū)域的若干自適應(yīng)模型被分配給不同條件，其 中，用戶界面適于通過允許用戶選擇若干條件中的一個來限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域。在運(yùn)動對象為如心臟的人類器官的情況下，不同條件為所述運(yùn)動對象的不同結(jié)構(gòu) 或病狀。人類器官的不同結(jié)構(gòu)或病狀可以例如從圖像數(shù)據(jù)集或本領(lǐng)域已知的其他專用信息 中調(diào)出，所述專用信息如從例如心電圖的醫(yī)學(xué)研究中的得出的信息。如果條件已知，用戶可 以通過選擇當(dāng)前條件容易地定義運(yùn)動對象上的區(qū)域，而不必直接限定對象上的區(qū)域。例如，對于大多數(shù)患者，由通過不同冠狀動脈的血液提供的心肌的區(qū)域是可比較 的。然而，可以存在心肌的冠狀動脈的不同的幾何分布，即條件，例如，所謂的左心室血液 供給類型或心臟解剖結(jié)構(gòu)的其他變化。如果已知或者期望這樣的異常幾何分布，所限定區(qū) 域可以為對應(yīng)于靠近冠狀動脈的區(qū)域的心臟模型的區(qū)域。特定條件也可以為左心房的形狀 的異常以及其到肺靜脈的連接的異常。如果條件與模型的特定區(qū)域相關(guān)，優(yōu)選地用戶可以 通過選擇對應(yīng)條件限定特定區(qū)域。用戶界面優(yōu)選地適于允許用戶限定自適應(yīng)模型的區(qū)域，并將自適應(yīng)模型與所限定 區(qū)域一起存儲在自適應(yīng)模型提供單元中。這允許用戶生成在其上已經(jīng)限定期望區(qū)域的自適 應(yīng)模型，并在另一步驟中選擇其上已經(jīng)限定區(qū)域的自適應(yīng)模型，以便在特定條件下在自適 應(yīng)模型上限定區(qū)域。因此，用戶可以生成自適應(yīng)模型的集合，其中，在每個自適應(yīng)模型上已 經(jīng)限定另一區(qū)域。更優(yōu)選地，用戶界面適于允許用戶將條件分配給在其上已經(jīng)限定區(qū)域的自適應(yīng)模 型，其中，自適應(yīng)模型提供單元適于存儲所分配的條件。這允許用戶生成自適應(yīng)模型的集 合，其中，所述自適應(yīng)模型被分配給不同條件。
在優(yōu)選實(shí)施例中，適配單元適于使整個自適應(yīng)模型與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù) 集相適配。由于，如果整個自適應(yīng)模型用于使模型與圖像數(shù)據(jù)集相適配，很多數(shù)據(jù)可用于適 配處理，所以改進(jìn)了適配，由此，改進(jìn)了參數(shù)的確定。優(yōu)選地，適配單元適于在初始的時間點(diǎn)使不僅僅所限定區(qū)域與時間和空間依賴的 圖像數(shù)據(jù)集相適配，并且，從時間上相鄰的時間點(diǎn)已適配的自適應(yīng)模型開始，對于其他時間 點(diǎn)中的時間點(diǎn)，所述適配單元適于僅使所限定區(qū)域與所述空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相 適配。由于對于其他時間點(diǎn)中的時間點(diǎn)的適配僅所限定區(qū)域與空間和時間依賴的數(shù)據(jù)集相 適配，適配的計(jì)算成本和時間成本被降低。另外，由于在初始的時間點(diǎn)不僅僅所限定的區(qū)域 適于空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集，特別地，由于優(yōu)選地，在初始的時間點(diǎn)，整個自適應(yīng)模 型與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，改進(jìn)了初始適配的質(zhì)量。另外優(yōu)選地，在所限定區(qū)域中，自適應(yīng)模型的分辨率，尤其是空間分辨率大于自適 應(yīng)模型其他部分的空間分辨率。由于在所限定區(qū)域中，自適應(yīng)模型的分辨率大于自適應(yīng)模 型其他部分的分辨率，可以以高質(zhì)量確定根據(jù)所限定區(qū)域確定的參數(shù)，同時降低計(jì)算成本 以及適配的時間，這是因?yàn)樽赃m應(yīng)模型的其他部分具有較小的分辨率。在本發(fā)明的其他方面，提供了用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的方法，其中，所述方法包 括如下步驟-由自適應(yīng)模型提供單元提供對象的自適應(yīng)模型；-提供用戶界面以允許用戶限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域；-由圖像數(shù)據(jù)集提供單元提供所述運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集；-由適配單元至少使所述自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與所述空間和時間依賴的圖像 數(shù)據(jù)集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性；-由參數(shù)確定單元根據(jù)所限定區(qū)域的所述空間和時間依賴性來確定所述運(yùn)動對象 的所述參數(shù)。在本發(fā)明的其他方面，提供了一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的計(jì)算機(jī)程序，其中， 所述計(jì)算機(jī)程序包括當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在控制如在權(quán)利要求1中限定的裝置的計(jì)算機(jī)上 運(yùn)行時，用于引起所述裝置執(zhí)行如在權(quán)利要求9中所限定的方法的步驟的程序代碼模塊。應(yīng)該理解，如權(quán)利要求1所述的裝置、如權(quán)利要求9所述的方法以及如權(quán)利要求10 所述的計(jì)算機(jī)程序具有如在從屬權(quán)利要求中所限定的類似和/或同樣的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)該理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也可以為從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任 思組合。


根據(jù)下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些方面和其他方面將變得明顯并得到闡述。 在附圖中圖1示意性且示例性地示出了用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置的實(shí)施例；圖2示意性且示例性地示出了圖像數(shù)據(jù)集提供單元的實(shí)施例；圖3示例性地示出了用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的方法的流程圖；以及圖4示例性地示出了生成具有所限定區(qū)域的自適應(yīng)模型的集合的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示意性且示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置的 實(shí)施例。裝置20包括用于提供對象的自適應(yīng)模型的自適應(yīng)模型提供單元12以及用于允許 用戶限定自適應(yīng)模型的區(qū)域的用戶界面13。裝置20還包括如下部件圖像數(shù)據(jù)集提供單 元14，其用于提供運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集；以及適配單元15，其連接到 自適應(yīng)提供單元12和圖像數(shù)據(jù)提供單元14以至少使得自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與空間和 時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，用于確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性。裝置20還包括 連接到適配單元15的參數(shù)確定單元16，用于根據(jù)所限定區(qū)域的空間和時間依賴性來確定 運(yùn)動對象的參數(shù)。自適應(yīng)模型提供單元提供對應(yīng)于運(yùn)動對象的至少一個自適應(yīng)模型。運(yùn)動對象為， 例如，類似人類心臟的人類器官。自適應(yīng)模型優(yōu)選地為自適應(yīng)形狀模型，尤其是心臟的自適 應(yīng)形狀模型，其中，自適應(yīng)形狀模型的表面優(yōu)選地由為三角形構(gòu)成。自適應(yīng)模型優(yōu)選地為 ^JC^ "Multi-surface cardiacmodelling, segmentation, and tracking", J. von Berg 禾口 C. Lorenz，在 A. F. Frangi，P. I. Radeva，A. Santos，and M. Hernandez，編輯，LNCS 3504， Functional Imaging and Modelling of the Heart，1_11 頁，Springer-Verlag，2005 中公 開的模型，在此通過引用的方式將所述文章合并入本文。自適應(yīng)形狀模型也可以為如胸肺 模型、椎骨模型或動脈瘤模型的另一對象的模型。自適應(yīng)模型也可以為整個身體模型，其允 許不僅分析人類解剖體部分，而且允許分析整個系統(tǒng)或者整個系統(tǒng)的用戶限定部分。另外， 自適應(yīng)模型還可以為體積模型，所述體積模型不僅僅示出對象的表面。自適應(yīng)模型提供單元12優(yōu)選地適于提供若干自適應(yīng)模型，所述模型具有相同的 結(jié)構(gòu)，但是在其上限定不同區(qū)域，即優(yōu)選地，若干自適應(yīng)模型之間唯一的區(qū)別在于不同的 限定區(qū)域。在優(yōu)選實(shí)施例中，自適應(yīng)模型提供單元12提供人類心臟的若干自適應(yīng)模型，在 該模型上限定不同區(qū)域，即例如，在該模型表面上標(biāo)注不同三角形。例如，可以對與心室相 關(guān)的模型的區(qū)域進(jìn)行限定以確定參數(shù)，所述參數(shù)諸如與該心室相關(guān)的最佳期點(diǎn)，或可以限 定優(yōu)選地在統(tǒng)計(jì)學(xué)上靠近冠狀動脈的區(qū)域，以確定與所限定區(qū)域相關(guān)和/或與冠狀動脈相 關(guān)的如最佳期點(diǎn)的參數(shù)。所限定區(qū)域不必須為表面區(qū)域。如果使用體積模型，可以限定模 型的體積區(qū)域。例如，如果模型為心臟，可以例如對其進(jìn)行標(biāo)記來限定心肌的區(qū)域，以確定 心肌的參數(shù)，尤其是心肌的最佳期點(diǎn)或者與心肌的時間性能相關(guān)的另一參數(shù)。由自適應(yīng)模型提供單元12提供的若干自適應(yīng)模型優(yōu)選地被分配給不同條件，例 如，被分配給不同的病狀。優(yōu)選地，如果對象為如人類心臟或另一器官的活的對象，條件為 對象的病狀或者與對象的病狀相關(guān)。但是，條件可以為與該對象相關(guān)的任何條件，所述對象 也可以為技術(shù)對象。例如，條件可以為對象的年齡或者解剖結(jié)構(gòu)。不同條件與對象的特定 區(qū)域相關(guān)。例如，如果已知技術(shù)對象的某一部分為磨損部分，在使用該技術(shù)對象(即特定 條件)特定時間之后，所限定區(qū)域可以為對應(yīng)于磨損部分的模型的區(qū)域。用戶界面13優(yōu)選地包括顯示單元，在所述顯示單元上顯示由自適應(yīng)模型提供單 元12提供的自適應(yīng)模型；以及輸入單元，所述輸入單元用于允許用戶在所顯示的自適應(yīng)模 型上限定區(qū)域。輸入單元優(yōu)選地包括鼠標(biāo)和鼠標(biāo)指針用于允許用戶限定在顯示單元上顯示 的自適應(yīng)模型的區(qū)域。例如，可以通過使用鼠標(biāo)指針或鍵盤，通過選擇構(gòu)成自適應(yīng)模型的所 述三角形中的一個或一組三角形限定自適應(yīng)模型的區(qū)域。
優(yōu)選地調(diào)節(jié)用戶界面13，使得用戶可以在若干自適應(yīng)模型上限定區(qū)域，可以將所 述自適應(yīng)模型存儲在自適應(yīng)模型提供單元12中。因此，將用戶界面13與自適應(yīng)模型提供 單元12相適配，使得用戶可以生成自適應(yīng)模型的集合，在所述自適應(yīng)模型的集合上限定不 同區(qū)域。如果將這樣的若干自適應(yīng)對象的集合存儲在自適應(yīng)模型提供單元12中，用戶可以 通過使用用戶界面13選擇期望的所存儲的自適應(yīng)模型，并且從而，以這種方式限定自適應(yīng) 模型的區(qū)域。存儲在自適應(yīng)模型提供單元12中的若干模型可以具有相同的結(jié)構(gòu)并且僅由 不同的所限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，或者，可替代地或另外地，在自適應(yīng)模型提供單元12中可以 存儲具有另一結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)模型，在該具有另一結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)模型上限定相同區(qū)域或其他 區(qū)域。用戶界面13適于允許用戶為在其上已限定區(qū)域的自適應(yīng)模型分配條件，其中，所 述自適應(yīng)模型提供單元12適于存儲所分配的條件?？梢酝ㄟ^例如使用鍵盤向用戶界面13 輸入條件來執(zhí)行這一分配，所述條件對應(yīng)于在顯示單元上顯示的具有所限定區(qū)域的自適應(yīng) 模型。如果運(yùn)動對象為人類心臟，所述條件優(yōu)選地為與人類心臟上的特定區(qū)域相關(guān)的病狀。 因此，用戶可以生成具有在其上限定的不同區(qū)域的自適應(yīng)模型的集合，其中，優(yōu)選地為病狀 的條件已經(jīng)分配給至少一個自適應(yīng)模型，其中在該自適應(yīng)模型上已限定區(qū)域。如果將這樣 的自適應(yīng)模型的集合存儲在自適應(yīng)模型提供單元12中，其中在這些自適應(yīng)模型上限定區(qū) 域并且為這些自適應(yīng)模型指定優(yōu)選地為病狀的條件，那么，知道或者認(rèn)為知道該條件(優(yōu) 選地為病狀)的用戶可以通過選擇具有在其上限定的區(qū)域的自適應(yīng)模型在所述自適應(yīng)模 型上限定區(qū)域，所述自適應(yīng)模型對應(yīng)于本條件。這可以通過選擇相應(yīng)條件容易地執(zhí)行。病 狀可以例如從心電圖或其他醫(yī)學(xué)研究中已知。在這一實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)集提供單元14為計(jì)算機(jī)斷層攝影系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)斷 層攝影系統(tǒng)生成計(jì)算機(jī)斷層攝影圖像并且將在下面對其進(jìn)行更詳細(xì)描述。在其他實(shí)施例 中，圖像數(shù)據(jù)集提供單元可以為例如存儲單元，在其中存儲運(yùn)動對象的空間和時間依賴的 圖像數(shù)據(jù)集。圖像數(shù)據(jù)集提供單元還可以為計(jì)算機(jī)，其根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)重建運(yùn)動對象的 空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集，通過成像系統(tǒng)采集所述數(shù)據(jù)。該成像系統(tǒng)不必為計(jì)算機(jī)斷 層攝影系統(tǒng)。其也可以為任何其他成像系統(tǒng)，例如，磁共振成像系統(tǒng)、超聲成像系統(tǒng)或核成 像系統(tǒng)。在圖2中示意性地示出了在該實(shí)施例中使用的圖像數(shù)據(jù)集提供單元14。在圖2中示意性地示出的圖像數(shù)據(jù)集提供單元14為計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。所述 計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置包括機(jī)架1，所述機(jī)架能夠圍繞平行于z方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)。輻 射源2安裝在機(jī)架1上，該實(shí)施例中輻射源2為X射線管。輻射源2帶有準(zhǔn)直器3，在該實(shí) 施例中所述準(zhǔn)直器3將由輻射源2生成的輻射形成為錐形輻射束4。輻射穿過在檢查區(qū)帶 5中的感興趣區(qū)域中的諸如患者的對象(未示出)，所述檢查區(qū)帶5在該實(shí)施例中為圓柱形 的。在穿過檢查區(qū)帶5之后，輻射束4入射在包括二維檢測表面的檢測設(shè)備6上。在其他 實(shí)施例中，輻射束可以具有其他形狀，例如，扇形。另外，在其他實(shí)施例中，將檢測設(shè)備6形 成為使得其對應(yīng)于輻射束的相應(yīng)形狀。例如，如果輻射束為扇形束，檢測設(shè)備優(yōu)選地包括對 應(yīng)于扇形形狀的一維檢測表面。在該實(shí)施例中，檢測設(shè)備6為非能量分辨檢測設(shè)備。在其 他實(shí)施例中，檢測設(shè)備可以為能量分辨的，例如，為了允許通過使用所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查 區(qū)帶的光譜重構(gòu)。
計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置包括具有兩個馬達(dá)7、8的運(yùn)動單元。機(jī)架1由馬達(dá)7以優(yōu)選 地恒定的但可調(diào)節(jié)的角速度進(jìn)行驅(qū)動。提供馬達(dá)8用于對例如患者的對象進(jìn)行移位，所述 對象被安排在平行于旋轉(zhuǎn)軸R或z軸的方向的檢查區(qū)帶5中的患者臺上。這些馬達(dá)7、8由 控制單元9進(jìn)行控制，例如，使得輻射源2、檢查區(qū)帶5以及由此檢查區(qū)帶5中的感興趣區(qū) 域，沿螺旋形軌跡相對于彼此移動。然而，如下情況也是可能的對象或檢查區(qū)帶5未移動， 而是僅僅輻射源2旋轉(zhuǎn)，即所述輻射源2沿環(huán)形軌跡相對于對象或檢查區(qū)帶5運(yùn)動。在其 他實(shí)施例中，輻射源2和檢查區(qū)帶5可以彼此相對地沿其他軌跡運(yùn)動。檢測設(shè)備6生成取決于入射到檢測設(shè)備6上的輻射的檢測值，并且將所述檢測值 提供給圖像生成設(shè)備10以生成對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集，所述對象為如人類 心臟的運(yùn)動對象。運(yùn)動對象部分地或全部地位于檢查區(qū)帶5中的感興趣區(qū)域中。在該實(shí)施例中，采集檢測值的過程中，連接到患者的心電圖描記器17生成心電 圖，所述心電圖包括對應(yīng)于人類心臟的不同運(yùn)動期的值。心電圖也被提供給圖像生成設(shè)備 10。并且優(yōu)選地由控制單元9控制心電圖描記器17。圖像生成單元10通過本領(lǐng)域中技術(shù)人員所公知的重構(gòu)方法生成計(jì)算機(jī)斷層攝影 圖像數(shù)據(jù)集，所述計(jì)算機(jī)斷層攝影圖像數(shù)據(jù)集為運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù) 集。例如，如果對象為心臟，可以在心動周期的不同期重構(gòu)心臟的圖像，并且通過利用在等 距期點(diǎn)的重構(gòu)來覆蓋整個心動周期，生成心臟的空間和時間依賴的數(shù)據(jù)集。在上述提及并 引作參考的Manzke等人的文章中給出空間和時間依賴的數(shù)據(jù)集的重構(gòu)的更詳細(xì)描述，尤 其是用于不同期的重構(gòu)的更詳細(xì)描述?？梢宰罱K將重構(gòu)圖像提供給計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置14的顯示單元11。在其他實(shí)施例中，裝置14可以包括運(yùn)動值確定單元，所述運(yùn)動值確定單元不是心 電圖描記器并且確定運(yùn)動值，所述運(yùn)動值對應(yīng)于對象的運(yùn)動期。例如，運(yùn)動值確定單元可以 僅僅基于所采集的檢測值確定運(yùn)動值，特別地通過所謂的記波圖方法確定運(yùn)動值，該方法 例如在M. Kachelriess等人發(fā)表于Med. Phys.，29 (7)，2002，1489-1503頁的文章所公開的。將自適應(yīng)模型以及空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集提供給適配單元15以使得自適 應(yīng)模型與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。在該實(shí)施例中，整個自適應(yīng)模型與空間和 時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。在其他實(shí)施例中，適配單元15可以用于在初始的時間點(diǎn)使 得不僅僅所限定區(qū)域與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，特別地，在初始的時間點(diǎn)，整 個自適應(yīng)模型可以與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，并且，從時間上相鄰的時間點(diǎn) 已適配的自適應(yīng)模型開始，對于其他時間點(diǎn)中的時間點(diǎn)，適配單元15還用于僅使得所限定 區(qū)域與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。例如，如果四維圖像數(shù)據(jù)集由圖像數(shù)據(jù)集提 供單元14提供，對于不同時間點(diǎn)、，...，tN呈現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)集的不同集合，S卩在時間點(diǎn) to,...，tN中的每個點(diǎn)，呈現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)集。在初始時間點(diǎn)、，使得不僅僅所限定的區(qū)域， 特別地整個自適應(yīng)模型，與對應(yīng)的三維圖像數(shù)據(jù)集相適配，并且在其他時間點(diǎn)、，...，、執(zhí) 行傳播，其中，為了在時間點(diǎn)ti的適配僅執(zhí)行所限定區(qū)域與該時間點(diǎn)ti的三維圖像數(shù)據(jù)集 的適配，并且其中，這是從這樣的自適應(yīng)模型開始的，所述自適應(yīng)模型在時間上相鄰的時間 點(diǎn)和/或ti+1已經(jīng)被適配。優(yōu)選地對適配單元15進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得如果不僅所限定區(qū)域與空間和時間依賴的 圖像數(shù)據(jù)集相適配，在所限定區(qū)域以比在自適應(yīng)對象的剩余部分大的分辨率執(zhí)行自適應(yīng)。例如，如果將多表面三角形模型用作自適應(yīng)模型，可以使用更多三角形表面單元和/或更 小三角形用于使自適應(yīng)模型在所限定區(qū)域與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，而不是 使所述自適應(yīng)模型的其他部分與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。適配單元可以適于使用例如在J. von Berg等人的“Multi-surfaceCardiac Modelling, Segmentation, and Tracking，，，在 A. F. Frangi、P. I. Radeva、A. Santos、禾口 M. Hernandez 編輯，LNCS 3504, Functional Imaging andModelling ofthe Heart, 1-11 頁，Springer Verlag，2005中所描述的形狀約束可變形表面模型方法(shape-constrained deformable surface modelapproach)，特別地適于使多表面模型與CT圖像相適配。具有給 定頂點(diǎn)位置的模型根據(jù)訓(xùn)練圖像得出，所述訓(xùn)練圖像用于初始網(wǎng)格的初始化并且用作其適 配過程中的約束。在這一處理中，三角形的數(shù)量仍然未改變。在優(yōu)選方案中，三角形表面網(wǎng) 格的頂點(diǎn)位置為要改變的參數(shù)。通過將能量項(xiàng)￡ = +小化執(zhí)行網(wǎng)格變形。外 部能量向在表面檢測步驟中獲取的表面點(diǎn)驅(qū)動網(wǎng)格。內(nèi)部能量通過保持形狀模型 的頂點(diǎn)配置限制柔性。參數(shù)a對兩個項(xiàng)的作用進(jìn)行加權(quán)。在網(wǎng)格上執(zhí)行確定數(shù)量n的這 樣的最小化步驟。在上面提及并通過引用合并于此的J. von Berg等人的文章中給出了更 詳細(xì)的描述。在自適應(yīng)模型通過適配單元15與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配之后，經(jīng) 適配的模型被提供給參數(shù)確定單元16。參數(shù)確定單元16根據(jù)所限定區(qū)域的空間和時間依賴性來確定運(yùn)動對象的參數(shù)。 例如，參數(shù)確定單元16可以適于確定可以為心臟的對象的特定子結(jié)構(gòu)的靜息期(最佳期)。 如果在一個示例中，模型為由三角形構(gòu)成的表面模型，可以通過如下方式執(zhí)行該確定通過 確定隨著時間的在所限定區(qū)域內(nèi)的模型的三角形的所有頂點(diǎn)的位移，以及通過確定例如針 對每個期點(diǎn)的平均絕對位移，其中，具有最小平均絕對位移的期點(diǎn)為所確定的最佳期點(diǎn)。優(yōu) 選地通過計(jì)算作為這一所限定區(qū)域的部分的相鄰期點(diǎn)之間的表面網(wǎng)格的所有頂點(diǎn)的平均 絕對位移計(jì)算模型的所限定區(qū)域的平均絕對位移。另外，根據(jù)該曲線可以計(jì)算沿心動周期 的最大和最小位移或者沿時間軸的標(biāo)準(zhǔn)差。可替代地或另外地，為了確定所限定模型區(qū)域中的強(qiáng)度變化，計(jì)算由所限定區(qū)域 包括的所有體素的平均絕對差，所限定區(qū)域優(yōu)選地為體積區(qū)域。作為對所限定區(qū)域的強(qiáng)度 改變的量度，可以計(jì)算相鄰時間戳之間的所限定區(qū)域內(nèi)的灰度值的平均差。另外，根據(jù)該曲 線可以計(jì)算沿時間軸的斜率或者整個心動周期的最大和最小變化。下面，將參照在圖3中示出的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明的用于確定運(yùn)動對象的參數(shù) 的方法的示例性實(shí)施例。在步驟101，由自適應(yīng)模型提供單元12提供對象的自適應(yīng)模型。在步驟102，用戶 有機(jī)會通過使用所提供的用戶界面13在自適應(yīng)模型上限定區(qū)域。如果自適應(yīng)模型為多表 面三角形模型，例如，可以通過使用例如用戶界面的鼠標(biāo)指針選擇一個或若干三角形執(zhí)行 自適應(yīng)模型的區(qū)域的這一限定?？商娲兀脩艨梢赃x擇在其上已經(jīng)限定區(qū)域的若干自適 應(yīng)模型中的一個，或者，用戶可以選擇特定條件，例如，特定病狀，其中已經(jīng)為該特定病狀分 配具有所限定區(qū)域的特定自適應(yīng)模型，從而在所述自適應(yīng)模型上限定區(qū)域。自適應(yīng)模型提供單元12可以已經(jīng)包括具有所限定區(qū)域的若干自適應(yīng)模型的集 合，并且優(yōu)選地還包括已經(jīng)被分配給若干自適應(yīng)模型的條件，所述條件特別地為病狀?？商娲鼗蚋郊拥?，可以由用戶使用用戶界面13生成具有所限定區(qū)域和所分配條件的這些自 適應(yīng)模型的集合。在下面將參照在圖4中示出的流程圖更詳細(xì)地對此進(jìn)行解釋。在步驟201，在用戶界面13的顯示單元上顯示例如人類心臟的多表面三角形模型 的運(yùn)動對象的模型。用戶可以通過在步驟202中使用用戶界面13，例如，通過選擇多表面三 角形模型的一個或若干三角形在自適應(yīng)模型上限定區(qū)域。另外，在步驟203，用戶可以將條 件分配給具有在步驟202中所限定的區(qū)域的模型，并且在步驟204中，具有所限定區(qū)域的模 型連同所分配的條件一起被存儲在自適應(yīng)模型提供單元12中。在步驟205，用戶被問到他 是否想要在自適應(yīng)模型提供單元12中存儲具有所限定區(qū)域和所分配條件的另一自適應(yīng)模 型。如果他想要存儲另一自適應(yīng)模型，將再次執(zhí)行步驟201。否則，在步驟206將結(jié)束在自 適應(yīng)模型提供單元12中存儲具有所限定區(qū)域和所分配條件的自適應(yīng)模型。在另一實(shí)施例中，調(diào)節(jié)用戶界面13使得用戶可以選擇他是否想要將具有所限定 區(qū)域的若干自適應(yīng)對象與所分配的條件一起存儲。如果用戶選擇具有所限定區(qū)域的若干自 適應(yīng)對象應(yīng)該在沒有分配條件的情況下進(jìn)行存儲，步驟203可以省略。再次參照圖3，在步驟103，圖像數(shù)據(jù)集提供單元14提供運(yùn)動對象的空間和時間依 賴的圖像數(shù)據(jù)集。在該實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)集提供單元14為計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。將在下 面描述由計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置執(zhí)行的運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集的提供。首先，采集檢測值和心電圖。為了采集檢測值，輻射源2圍繞旋轉(zhuǎn)軸R進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 而對象未移動，即輻射源2沿對象周圍的環(huán)形軌跡行進(jìn)。在另一實(shí)施例中，輻射源相對于 所述對象沿諸如螺旋形軌跡的另一軌跡行進(jìn)。輻射源發(fā)射穿過至少在感興趣區(qū)域中的對象 的輻射，特別地，多波長輻射，所述感興趣區(qū)域包括，例如，人類患者的心臟。由生成檢測值 的檢測設(shè)備6檢測穿過對象的輻射。與檢測值的采集同時，通過心電圖描記器17采集心電 圖。檢測值和心電圖被提供給圖像生成設(shè)備，所述圖像生成設(shè)備根據(jù)所采集的檢測值和心 電圖生成空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集。在步驟104，將具有所限定區(qū)域和所提供的圖像數(shù)據(jù)集的自適應(yīng)模型提供給適配 單元15，所述適配單元15使得所述自適應(yīng)模型的至少所限定的區(qū)域與空間和時間依賴的 圖像數(shù)據(jù)集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性。優(yōu)選地，整個自適應(yīng)模型與空 間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配?？商娲?，自適應(yīng)模型的一部分，特別地僅僅所限定的 區(qū)域，可以與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。在步驟105，向參數(shù)確定單元16提供自適應(yīng)模型，所述參數(shù)確定單元根據(jù)所限定 區(qū)域的空間和時間依賴性確定運(yùn)動對象的參數(shù)。盡管，在上述實(shí)施例中，在自適應(yīng)模型上僅限定一個區(qū)域，在其他實(shí)施例中，在自 適應(yīng)模型上也可以限定多于一個區(qū)域。 盡管在上述描述中，已經(jīng)提到自適應(yīng)模型的表面由三角形構(gòu)成，所述自適應(yīng)模型 也可以由其他元件構(gòu)成，例如，由如方形的具有其他形狀的區(qū)域構(gòu)成。
盡管上述由參數(shù)確定單元確定的參數(shù)與所限定區(qū)域直接相關(guān)，參數(shù)確定單元還可 以適于確定對象的元件的參數(shù)，所述對象不是自適應(yīng)模型的一部分，但是卻與自適應(yīng)模型 的所限定區(qū)域相關(guān)。這樣的元件為，例如，位于靠近所限定區(qū)域并由此與所限定區(qū)域基本一 起運(yùn)動的元件。例如，心臟模型不得包含冠狀動脈自身，但是當(dāng)外心臟表面為模型的一部 分，并且由三角形的表面網(wǎng)格構(gòu)成的限定區(qū)域靠近模型時，由于他們?yōu)樽詣酉噙B的，所限定區(qū)域的運(yùn)動也表示冠狀動脈的運(yùn)動。因此，根據(jù)所限定區(qū)域的運(yùn)動，可以確定如最佳期點(diǎn)的 與冠狀動脈的運(yùn)動相關(guān)的參數(shù)。盡管在上述實(shí)施例中，僅確定了 一個參數(shù)，在其他實(shí)施例中，確定了與自適應(yīng)模型 的所限定區(qū)域相關(guān)的若干參數(shù)。在上述實(shí)施例中用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的步驟102和103也可以在執(zhí)行步驟 101之前執(zhí)行，即也可以在提供自適應(yīng)模型之前以及在限定自適應(yīng)模型的區(qū)域之前提供 圖像數(shù)據(jù)集。另外，可以在執(zhí)行步驟103之后執(zhí)行上述步驟102，即在限定自適應(yīng)模型的 區(qū)域之前可以執(zhí)行到自適應(yīng)模型的條件的分配。另外，如果自適應(yīng)模型的預(yù)限定部分或者 如果整個自適應(yīng)模型與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，在確定運(yùn)動對象的參數(shù)之前 的任意時間可以執(zhí)行自適應(yīng)模型的區(qū)域的限定，這是由于要被確定的參數(shù)取決于所限定區(qū) 域的空間和時間依賴性。另外，如果已經(jīng)執(zhí)行自適應(yīng)模型到空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集 的適配，并且如果執(zhí)行該適配使得其獨(dú)立于所限定區(qū)域，參數(shù)確定單元可以在不使自適應(yīng) 對象與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集再次相適配的情況下確定運(yùn)動對象的參數(shù)。盡管在上述實(shí)施例中，心電圖描記器由計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置使用，空間和時間依 賴的計(jì)算機(jī)斷層攝影圖像數(shù)據(jù)集，即四維圖像數(shù)據(jù)集，也可以在沒有采集心電圖的情況下 被重構(gòu)。例如，也可以由其他方式從檢測值得出或者由其他方式測量與到對象的運(yùn)動相關(guān) 的運(yùn)動值。盡管，在上述實(shí)施例中，運(yùn)動對象優(yōu)選地為人類心臟，運(yùn)動對象也可以為任何其他 運(yùn)動對象，例如，其他人類器官或技術(shù)對象。用戶界面13的顯示單元和計(jì)算機(jī)斷層攝影裝 置的顯示單元11可以為同一個?？臻g和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集可以為具有二維或三維空間依賴性的時間依賴的 圖像數(shù)據(jù)集。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過實(shí)踐所要求的本發(fā)明、通過研究附圖、通過本公開以及所附 權(quán)利要求可以理解并實(shí)現(xiàn)所公開實(shí)施例的其他改變。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個” 不排除多個。單個單元或設(shè)備可以滿足在權(quán)利要求中所敘述的若干物件的功能。在各個不同的 從屬權(quán)利要求中敘述的特定測量的事實(shí)并不表示這些測量的組合不能被用于改進(jìn)。由一個或若干單元或設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算和確定可以通過任意數(shù)量的單元或設(shè)備執(zhí) 行。例如，盡管在上述實(shí)施例中，由適配單元執(zhí)行自適應(yīng)對象到圖像數(shù)據(jù)集的適配，由參 數(shù)確定單元執(zhí)行運(yùn)動對象的參數(shù)的確定，但是可以通過單個單元或設(shè)備執(zhí)行這一適配或確 定。根據(jù)本發(fā)明的方法，特別地，計(jì)算、確定和/或不同單元和設(shè)備的控制可以被實(shí)施為計(jì) 算機(jī)程序的程序代碼模塊和/或被實(shí)施為專用硬件?？梢詫⒂?jì)算機(jī)程序存儲/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，諸如與其他硬件一起或者作為其 他硬件的一部分提供的光存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，也可以以其他形式分布，諸如經(jīng)由因特網(wǎng) 或其他有線或無線通信系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)該被理解為對范圍的限制。
權(quán)利要求
一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置，所述裝置包括-自適應(yīng)模型提供單元(12)，其用于提供所述對象的自適應(yīng)模型；-用戶界面(13)，其用于允許用戶限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域；-圖像數(shù)據(jù)集提供單元(14)，其用于提供所述運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集；-適配單元(15)，其用于至少使所述自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與所述空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性；-參數(shù)確定單元(16)，其用于根據(jù)所限定區(qū)域的所述空間和時間依賴性來確定所述運(yùn)動對象的所述參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述自適應(yīng)模型提供單元適于提供若干自適應(yīng) 模型，在所述若干自適應(yīng)模型上限定不同區(qū)域，其中，所述用戶界面適于通過允許用戶選擇 所述若干自適應(yīng)模型中的至少一個來允許用戶限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述若干自適應(yīng)模型被分配給若干條件，在所述 若干自適應(yīng)模型上限定不同區(qū)域，其中，所述用戶界面適于通過允許用戶選擇所述若干條 件中的一個來允許用戶限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述用戶界面適于允許用戶限定自適應(yīng)模型的 區(qū)域并將所述自適應(yīng)模型與所限定的區(qū)域一起存儲在所述自適應(yīng)模型提供單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述用戶界面適于允許用戶將條件分配給在其 上已限定了區(qū)域的自適應(yīng)模型，其中，所述自適應(yīng)模型提供單元適于存儲所分配的條件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述適配單元適于使整個自適應(yīng)模型與所述空 間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述適配單元適于在初始的時間點(diǎn)，使不僅僅所 限定區(qū)域與所述空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，并且，從時間上相鄰的時間點(diǎn)已適 配的自適應(yīng)模型開始，對于其他時間點(diǎn)中的時間點(diǎn)，所述適配單元適于僅使所限定區(qū)域與 所述空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配。
8.根據(jù)權(quán)要求1所述的裝置，其中，在所限定區(qū)域所述自適應(yīng)模型的分辨率大于在所 述自適應(yīng)模型的剩余部分的分辨率。
9.一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的方法，所述方法包括 -由自適應(yīng)模型提供單元提供所述對象的自適應(yīng)模型； -提供用戶界面以允許用戶限定所述自適應(yīng)模型的區(qū)域；-由圖像數(shù)據(jù)集提供單元提供所述運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集； -由適配單元至少使所述自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與所述空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù) 集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間和時間依賴性；_由參數(shù)確定單元根據(jù)所限定區(qū)域的所述空間和時間依賴性確定所述運(yùn)動對象的所述 參數(shù)。
10.一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼模塊， 所述程序代碼模塊用于當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在控制如在權(quán)利要求1中限定的裝置的計(jì)算機(jī) 上運(yùn)行時，引起所述裝置執(zhí)行如在權(quán)利要求9中所限定的方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定運(yùn)動對象的參數(shù)的裝置，其中，所述裝置包括用于提供對象的自適應(yīng)模型的自適應(yīng)模型提供單元(12)。用戶可以通過用戶界面(13)限定自適應(yīng)模型的區(qū)域。該裝置還包括圖像數(shù)據(jù)集提供單元(14)，用于提供運(yùn)動對象的空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集；以及適配單元(15)，用于至少使自適應(yīng)模型的所限定區(qū)域與空間和時間依賴的圖像數(shù)據(jù)集相適配，以確定所限定區(qū)域的空間的和時間依賴性。由參數(shù)確定單元(16)根據(jù)空間和時間依賴性確定運(yùn)動對象的參數(shù)。
文檔編號G06T7/20GK101855652SQ200880115531
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者A·齊格勒, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司