專利名稱：針對可視化的虛擬器官展開(unfolding)的制作方法
相關申請的交叉參考本申請要求2003年8月4日提交的序列號為60/492/394(代理人檔案號為2003P11656US)并且標題為“Heart Unfolding for Coronary Visualization(用于冠狀可視化的心臟展開)”的美國臨時申請的利益，該申請在此整體引入作為參考。
背景醫學圖像掃描數據例如典型地以各種類型的成像模式的切片形式獲得。然后，這些切片被堆疊，以形成三維(“3D”)立體。然后必須對該立體進行可視化和分割。
在當前的醫學圖像掃描方法中，研究人員已經開發了各式各樣的用于隔離心臟冠狀動脈的分割技術。該領域中的研究是由大量患有冠狀動脈疾病的病人推動的。典型地，心臟冠狀動脈由于其大小以及接近心臟和血池的表面而難以進行分割。
因此，需要一種針對冠狀可視化能夠進行心臟展開的系統和方法。本發明提出這些及其它問題。
概述通過針對冠狀可視化的心臟展開的設備和方法來提出現有技術的這些及其它缺點和弊病。
一種針對特征可視化的器官圖像展開的系統包括處理器，用于接收器官掃描數據、與所述處理器進行信號通信的成像適配器，用于使模型適于掃描數據、與所述處理器進行信號通信的建模部件，以及用于展開3D建模的掃描數據、與所述處理器進行信號通信的展開部件。
一種針對特征可視化的器官圖像展開的對應方法包括分割器官的外表面，參數化器官的3D模型，將來自器官中心的射線投射到3D模型的表面，以及與射線投射相一致地展開器官的3D模型。
結合附圖閱讀，本發明的這些和其它方面、特征以及優點將在下述的示例性實施例的描述中變得顯而易見。
附圖簡述根據以下示例性附圖，本發明教導一種針對冠狀可視化的心臟展開(Unfolding)的設備和方法，其中
圖1示出根據本發明的示例性實施例的、針對冠狀可視化的心臟展開的設備；圖2示出根據本發明的示例性實施例的、針對冠狀可視化的心臟展開的流程圖；圖3示出根據本發明的示例性實施例的等面立體上的3D MIP紋理(texture)；圖4示出根據本發明的示例性實施例的展開可視化；圖5示出根據本發明的示例性實施例的VRT可視化；圖6示出根據本發明的示例性實施例的MIP可視化；圖7示出根據本發明的示例性實施例的3D模型可視化；圖8示出根據本發明的示例性實施例的另一3D模型可視化；以及圖9示出根據本發明的示例性實施例的再一個3D模型可視化。
優選實施例的詳述根據本發明的優選實施例，在此描述一種針對冠狀可視化的心臟展開的系統和方法。該方法允許用戶更好地可視化心臟冠狀和心臟表面上的脈管。
在最近幾十年里，研究人員已經開發了各式各樣的用于隔離心臟冠狀動脈的分割技術。該領域的研究是由大量患有冠狀動脈疾病的病人推動的。典型地，心臟冠狀動脈由于其大小以及接近心臟和血池的表面而難以進行分割。
由于分割困難以及由于冠狀動脈接近心臟表面，所以表面展開方法在某種程度上可被用于克服可視化問題。這種技術提供了針對心臟冠狀動脈可視化的很大改進。
當前公開的方法包括“展開”心臟的表面并且創建該表面的最大強度投影(Maximum Intensity Projection，MIP)。結果是包含外圍脈管的心臟表面的2D圖。
如圖1中所示，根據本發明的示例性實施例，用于采集時間建模以及自動后處理的系統通常由參考編號100來指示。該系統100包括至少一個與系統總線104進行信號通信的處理器或中央處理單元(“CPU”)102。只讀存儲器(“ROM”)106、隨機存取存儲器(“RAM”)108、顯示器適配器110、和I/O適配器112、用戶接口適配器114、通信適配器128以及成像適配器130也與系統總線104進行信號通信。顯示部件116經過顯示適配器110與系統總線104進行信號通信。磁盤存儲部件118(諸如磁性或光盤存儲部件)經過I/O適配器112與系統總線104進行信號通信。鼠標120、鍵盤122以及眼睛跟蹤裝置124經過用戶接口適配器114與系統總線104進行信號通信。磁共振成像裝置132經過成像適配器130與系統總線104進行信號通信。
建模部件170和展開部件180也被包括在系統100中，并且與CPU 102和系統總線104進行信號通信。盡管建模部件170和展開部件180被示為耦合到至少一個處理器或CPU 102，但是，這些部件優選地被體現在被存儲在存儲器106、108和118中的至少一個中的計算機程序代碼中，其中計算機程序代碼由CPU 102執行。基于在此的教導，如相關領域的普通技術人員將會認識到的那樣，可替換的實施例是可能的，諸如，在位于處理器芯片102上的寄存器中包含部分或全部計算機程序代碼。給出在此所提供的說明書的教導，相關領域的普通技術人員將會想到建模部件170和展開部件180以及系統100的其它元件的各種各樣的可替換的配置和實施方案，而這些配置和實施方案仍在本發明的范圍和精神內實施。
轉向圖2，根據本發明的示例性實施例的針對冠狀可視化的采集臟展開的流程圖通常由參考編號200來指示。流程圖200包括開始塊210，該開始塊210將控制傳給功能塊212。功能塊212啟動初步(preliminary)心臟掃描時期并且將控制傳給輸入塊214。輸入塊214接收初步心臟掃描數據并且將控制傳給功能塊216。
功能塊216將心臟的外表面進行分割并且將控制傳給功能塊218。功能塊218執行心臟的固定(fixed)3D模型參數化并且將控制傳給功能塊220。功能塊220將來自心臟中心的射線投射到3D模型的表面，并且將控制傳給功能塊222。功能塊222展開3D模型并且將控制傳給結束塊224。
現在轉向圖3，等面立體上的3D MIP紋理通常由參考編號300來指示。3DMIP紋理300提供針對心臟展開的可視化。
如圖4中所示，心臟展開可視化通常由參考編號400來指示。心臟表面的展開帶來一種可視化冠狀的新方式。展開可視化400示出MIP 410(上面)和所展開的心臟表面420(下面)之間的相關性。
轉向圖5，通用的VRT可視化通常由參考編號500來指示。在這個示例性實施例中，圖形剪切算法被用來得到空的心臟體(hollow heart volume)，該空的心臟體將確定要被展開的表面。在這個實例中，VRT可視化500由3D Syngo卡(card)來造影(shade)。
現在轉向圖6，通用的MIP可視化通常由參考編號600來指示。這里，常規的MIP視圖示出冠狀是由光亮體素(bright tissue)來遮擋(obstructed)的。在這個實例中，厚表面的MIP可視化600由3D Syngo卡來顯示。
如圖7中所示，新的3D模型可視化通常由參考編號700來指示。新的3D模型可視化700示出被映射在等面立體上的3D MIP紋理。
轉向圖8，另一新的3D模型可視化通常由參考編號800來指示。這里，新的3D模型可視化800示出使橢圓體810適于心臟820的表面，在橢圓體810上投影MIP紋理、3D模型的可視化以及使橢圓體810(左)或球體830(右)適合心臟820的表面。
現在轉向圖9，3D模型可視化通常由參考編號900來指示。3D模型可視化900表示如應用于實際數據的示例性實施例心臟展開方法的實際結果。如相關領域的普通技術人員將會認識到的那樣，這種結果具有比利用現有方法獲得的結果更高的臨床價值。
該示例性方法提出了一種改進的針對心臟冠狀以及心臟表面上的脈管的可視化技術。基本原理是“展開”心臟表面并且刨建這個所展開的表面的MIP。心臟表面的最終的2D圖包含高對比度的脈管。
因此，用于展開心臟表面的示例性技術由以下四個步驟來完成1)心臟的外表面的分割；2)心臟的固定3D模型參數化；3)將來自心臟中心的射線投射到3D模型的表面(這里可以應用MIP濾波器)；以及4)展開3D模型。
例如，本領域公知的圖形剪切算法可被用來分割心臟的外表面。從該分割的結果中，創建距離圖來估計從該立體上的每個點到所分割的心臟表面的距離。然后，已知的3D模型適于心臟，以致心臟表面符合模型表面。這個步驟之后，射線從心臟中心被投射到3D模型的表面。當射線傳播穿過心臟時，創建輪廓曲線，并且響應濾波器被用于檢測脈管的可能的位置。如果發現位置，那么算法在3D模型的表面上顯示結果。如相關領域的普通技術人員所認識到的，3D模型的展開是廣泛研究的問題并且可以使用多個不同的算法。
優選實施例使用球體作為3D模型以及使用最大強度投影(MIP)作為輪廓曲線濾波器。盡管可以使用可替換的3D模型和射線濾波器，但是有些可能相反地影響結果的質量。
因此，本發明的優選實施例提供了強大的、針對冠狀可視化的心臟展開工具，允許用戶提取重要特征和感興趣區域。在臨床應用中，優選實施例可以用作非常有用的采集時間建模以及自動后處理工具。
基于在此的教導，相關領域的普通技術人員很容易弄清楚本發明的這些和其它特征和優點。可以理解的是，本發明的教導可以各種形式的硬件、軟件、固件、專用處理器或其組合來實施。
最優選地，本發明的教導被實施為硬件和軟件的組合。此外，軟件優選地被實施為確切地包含在程序存儲單元上的應用程序。應用程序可以被加載至包括任何適當結構的機器上并由該機器執行。優選地，該機器在計算機平臺上實施，該計算機平臺具有硬件、諸如一個或多個中央處理單元(“CPU”)、隨機存取存儲器(“RAM”)以及輸入/輸出(“I/O”)接口。計算機平臺還可以包括操作系統和微指令代碼。在此描述的各種過程和功能可以是可由CPU執行的微指令代碼的部分或應用程序的部分、或者其任何組合。此外，各種其它外圍部件、諸如附加的數據存儲部件和打印部件也可以被連接到該計算機平臺。
進一步可以理解的是，因為附圖中所描述的一些組成系統部件和方法優選地以軟件來實施，所以系統部件或過程功能塊之間的實際連接可以根據本發明被編程的方式而不同。在此給出教導，相關領域的普通技術人員將能想到本發明的這些和類似的實施方案或配置。
盡管在此參照附圖已描述了示例性實施例，但可以理解的是，本發明不限于那些確切的實施例，并且在不脫離本發明的范圍或精神的情況下，相關領域的普通技術人員可以在此實施各種各樣的變化和修改。所有這些變化和修改都意圖被包括在如所附的權利要求中所闡述的本發明的范圍內。
權利要求
1.一種針對特征可視化的器官圖像展開的方法，所述方法包括分割器官的外表面；參數化器官的3D模型；將來自器官中心的射線投射到3D模型的表面；以及與射線投射相一致地展開器官的3D模型。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述器官是心臟。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述特征包括冠狀血管。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括接收初步器官掃描數據。
5.如權利要求1所述的方法，其中3D模型是固定的。
6.如權利要求1所述的方法，其中從包括球體、圓柱體以及橢圓體的3D形狀組中選擇所述3D模型。
7.如權利要求1所述的方法，其中射線投射包括應用最大強度投影濾波器。
8.一種針對特征可視化的器官圖像展開的設備，其包括用于分割器官掃描數據的分割裝置；用于使3D模型適于器官掃描數據的建模裝置；用于將來自器官中心的射線投射到3D模型表面的射線投射裝置；以及響應于射線投射裝置用于展開所述3D模型的展開裝置。
9.如權利要求8所述的設備，進一步包括用于接收器官掃描數據的掃描裝置。
10.如權利要求8所述的設備，進一步包括用于顯示器官掃描數據的顯示裝置。
11.一種針對特征可視化的器官圖像展開的系統，其包括處理器；與所述處理器進行信號通信的成像適配器，用于接收器官掃描數據；與所述處理器進行信號通信的建模部件，用于使模型適于掃描數據；以及與所述處理器進行信號通信的展開部件，用于展開3D建模的掃描數據。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述處理器將詳細的掃描數據再現為關于感興趣區域的3D圖像。
13.如權利要求12所述的系統，進一步包括與所述處理器進行信號通信的顯示適配器，用于顯示所再現的3D圖像。
14.如權利要求13所述的系統，其中顯示適配器和用戶接口適配器可用于檢查掃描質量。
15.如權利要求11所述的系統，其中所述處理器改變模型。
16.一種機器可讀取的程序存儲裝置，確切地包含該機器可執行的指令程序，以執行針對特征可視化的器官圖像展開的程序步驟，所述程序步驟包括分割器官的外表面；參數化器官的3D模型；將來自器官中心的射線投射到3D模型表面；以及與射線投射相一致地展開器官的3D模型。
17.如權利要求16所述的程序存儲裝置，其中所述器官是心臟。
18.如權利要求17所述的程序存儲裝置，其中所述特征包括冠狀血管。
19.如權利要求16所述的程序存儲裝置，其中從包括球體、圓柱體和橢圓體的3D形狀組中選擇所述3D模型。
20.如權利要求1所述的程序存儲裝置，其中射線投射包括應用最大強度投影濾波器。
全文摘要
提供一種針對特征可視化的器官圖像展開的系統(100)以及方法(200)，其中系統(100)包括處理器(102)，用于接收器官掃描數據的、與所述處理器進行信號通信的成像適配器(130)，用于使模型適合掃描數據的、與所述處理器進行信號通信的建模部件(170)，以及用于展開3D建模的掃描數據的、與所述處理器進行信號通信的展開部件(180)；以及對應方法(200)包括分割器官的外表面(218)，參數化器官的3D模型(220)，將來自器官中心的射線投射到3D模型表面(222)，以及與所述射線投射相一致地展開器官的3D模型(224)。
文檔編號G06K9/00GK1830003SQ200480022058
公開日2006年9月6日 申請日期2004年8月3日 優先權日2003年8月4日
發明者R·莫羅－戈巴爾 申請人:西門子共同研究公司