用于分析管道系統的方法
【專利摘要】本發明提供了一種分析管道系統，具體而言，是通過對管道系統圖像進行圖像處理來分析管道系統的方法。為了實現對通過所計算的管道模型的媒介物流動進行模擬，本發明從特定管道數據集收集管道模型。通過由用戶限定媒介物的虛擬注射點的必要參數，媒介物通過模型流動。使用這種顯示的模擬來產生至少兩幅圖像從而獲得了人工圖像序列，該人工圖像序列可以為希望檢查與所計算模型對應的真實結構的人員提供支持。可以在其中看到這一點。
【專利說明】用于分析管道系統的方法
[0001 ] 本申請是2009年03月02日提交的申請號為200980107533.7、名稱為“用于分析管道系統的方法”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及分析管狀系統的領域，更具體而言，本發明涉及用于管道系統的圖像處理的方法、相應的裝置和軟件要素。
【背景技術】
[0003]在很多醫療過程中，將導管或其他不同種類的器件插入到如患者的動脈系統的管道系統中，并將其引導至身體內部的目標位置。通常使用例如C型臂類型的熒光透視檢查裝置在成像引導下進行該過程。操作醫師定期地拍攝X射線快照以查看導管頂端所處的位置，或在操控困難的情況下，在連續熒光透視檢查成像下由醫師執行這些操作。
[0004]基于C型臂的X射線成像是很多血管介入手術選擇的形式。在諸如神經血管或肝臟血管治療的應用中，位于下層的血管結構的復雜性常常使治療變得很復雜。由于常常很小且曲折的病變血管交疊嚴重，血管造影判讀可能會是非常繁重的任務，其需要多次造影劑注射以便從不同層次級別上使血管樹可視化。由此，造影劑是用于改善例如X射線圖像中的內部身體結構可視性的元素或化合物。
[0005]此外，必須要在介入式成像和診斷用血管造影術之間進行區分，介入式成像是連續應用低劑量的輻射并將其用于導航或監視，診斷用血管造影術使用高劑量以改善診斷和治療決策。
[0006]當前的血管造影成像依賴于二維(2D)序列和/或靜態三維(3D)重建。盡管2D成像是動態的，且這意味著能夠監視所注入造影劑劑團的流入和分布，但其常常無法分辨精確的血管拓撲。由于能夠從多方面來檢查血管樹，3D成像克服了這些局限中的很多。不過由于是靜態的，血液動力學相互關系的重建評估的通常無選擇特征仍然是富有挑戰性的任務。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供用于分析管道系統的快速且高效的方法或裝置。
[0008]可以由根據獨立權利要求之一的主題實現該目的。在從屬權利要求中描述了本發明的有利實施例。
[0009]根據本發明的第一示范性實施例，提出了一種用于圖像處理的方法，該方法包括以下步驟:從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型，選擇媒介物的虛擬注射點，模擬開始于虛擬注射點的媒介物的動態流動，其中，基于流動特性產生該模擬，其中，媒介物通過所述管道模型的至少一個管道流動。該方法還包括以下步驟:使用所述模擬產生至少兩幅動態圖像并顯示所述動態圖像。
[0010]在下文中，將詳細解釋根據第一示范性實施例的方法的更多可能特征和優點。
[0011]虛擬注射點可以是用戶限定的虛擬注射點。因此，動態流動的模擬可以開始于用戶限定的虛擬注射點。
[0012]可以在如血管、通道、導管、管路、動脈、靜脈、支氣管或淋巴通道等術語的意義上使用和理解術語管道。也可以利用短語管道系統和管道來描述消化系統。可以利用當前組合的模擬和顯示方法來研究包括不同管道系統的任何實際系統。此外，收集這一表達包括產生、核算、檢索、采集和計算這些表達的總含義。此外，短語流動也可以包括液體或氣態物質流動或熱流動。此外，“虛擬流動”可以是備選表達，以描述模擬的媒介物流動，從而將該方法與真實注射情形區分開。
[0013]據信，尤其是當用于治療患者時，此類方法在例如血管造影術過程中可以減少造影劑的量和X射線暴露。一般而言，這對患者可能是有益的，因為較少造影劑意味著較小的應力，以及對患者可能的副作用更少。在臨床實踐中，正在嘗試使造影劑的使用最小化。如果造影劑對于介入的成功而言是必需的，甚至應用更大劑量的造影劑。之后執行透析以減小有毒造影劑的副作用。
[0014]在無需真正向管道系統中注射媒介物的情況下分析該管道系統可能是本發明該實施例的另一個優點。
[0015]由此，本發明的該方面將不為患者提供診斷或治療，而是提供分析復雜管道系統的技術問題的解決方案。
[0016]可以按照所述步驟次序執行關于方法的本發明的所有實施例，雖然如此，這不是所述方法步驟的唯一必需次序。與此同時描述了方法步驟的所有不同次序和組合。
[0017]作為開始，可以使用公知的分割和建模技術從任意維度(一維、二維、三維或四維)的數據集提取管道模型。這意味著，例如，可以評估或測量血管解剖結構，并且之后可以將所測的信息存儲在血管數據集中。該過程可以描述為如下短語:從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型。
[0018]流動的模擬還可以部分地或完全地通過不同的程序設計語言(如Java、C、C++、Mathlab、Labvi ew、PHP 或 Per I)來實現。
[0019]通過選擇媒介物的虛擬注射點，分析人員不必使用真實的注射器件。這意味著，用戶通過鼠標點擊、標記或以任意方式限定坐標來例如在可視化桌面上選擇他希望模擬開始的區域。通過限定相對于虛擬注射點的方向，用戶指定以下流動模擬的流動方向。這對應于在特定點并以特定取向放置導管的真實情形。
[0020]虛擬注射點的選擇可以是用戶限定的或也可以是自動方法的部分，其中，從例如介入式熒光透視檢查的任何成像器械中提取真實導管的位置。該過程稱為導管跟蹤。
[0021]由此，模擬媒介物的動態流動意味著流動的模擬依賴于對管道樹內媒介物狀態變化的計算和模擬。因此，將管道樹的管道模型視為具有其自身通道的給定并固定的體積，并通過這些通道執行關于媒介物的虛擬流動的物理、數值模擬。此外，該方法包括如下步驟:虛擬注射媒介物的模擬流動取決于并基于在管道系統中運送所注射媒介物的媒介物的父流動。例如，這種父流動可以是動脈中的血液流動或支氣管中的空氣流動。這種內在的流動模擬明顯區分于僅僅將不同圖片粘貼在一起的方法。僅僅將灌注圖像重疊在計算機斷層攝影的圖像上可能導致如添加的但仍為靜態的流動的情況，與該過程形成鮮明對比的是，本發明的本實施例導致正在傳播的媒介物隨時間演變。換言之，當開始模擬之后，媒介物的狀態表現為動態。因此所述流動是動態的O
[0022]管道模型也可以包括諸如收縮部分(狹窄)和膨脹(buldge)部分(動脈瘤)的病理結構。此外，可以向每個模型部分分配管道壁的特定特性，諸如彈性模量。為了使流動模擬更加準確，可以考慮流體與實體結構交互作用時所發生的流體-結構交互(FSI)。
[0023]換言之，已知的可視化是在分別采集解剖結構和功能圖像數據之后組合它們的顯示，與之形成鮮明對比的是，這種圖像處理方法在實際成像過程之前提供了對動態采集的預測，并且無需使用造影劑和無需X射線暴露。
[0024]在本發明的另一示范性實施例中，通過以下方式避免了在用于診斷和治療的采集期間的高造影劑和X射線負擔。首先，利用當前的圖像幾何結構和設置執行模擬。可以重復這一步驟，直到醫師對模擬結果滿意為止。直到那時才采集如真實血管造影圖片的真實數據。這導致了一次嘗試就成功采集且可以避免非最佳采集的優點。
[0025]在第一版本中，可視化流動的變化基于使用來自生理學的知識唯一地從模型的幾何結構中提取的流動特性。例如，可以在這種情況中使用流動分數。還可以將所注射材料的材料特性和注射器特性用作流動模擬的基礎。此外，可以使用形成管道系統的材料的特性。在擴展中，可以使用用于流動估計的精密方法從相關數據中提取流動參數以使得預測模型更加準確。也可以將流體力學或熱力學定律用于改善所述模擬。
[0026]此外，可以使用注射設置來執行并改善模擬，注射設置例如是材料的注射體積或注射模式、所注射材料的脈動性和流動特性。
[0027]例如，通過從正在傳播的媒介物的這種模擬時間演變中拍攝兩幅圖片，并顯示這兩幅關聯到動態流動的動態圖像，為檢查人員提供了人工圖像序列。該圖像序列顯示在屏幕上，例如，所述屏幕是計算機斷層攝影(CT)裝置的屏幕、CT血管造影裝置(CTA)的屏幕、磁共振血管造影裝置(MRA)的屏幕、旋轉X射線裝置的屏幕、超聲波裝置(US)的屏幕或成像系統的任何其他屏幕。雖然如此，屏幕也可以是鏈接到工作站或PACS系統的顯示器。
[0028]換言之，本發明的這一實施例為正在分析管道系統或感興趣結構的人員提供了在無需使用例如導管的真實注射器件的情況下評估系統的流動動力學相關性的可能。與公知的二維動態序列和靜態三維重建形成鮮明對比的是，這種圖像處理能夠提供通過任意管道系統的動態三維流動信息。例如，可以由關心精確拓撲及其血液動力學相關性的檢查醫師分析該管道系統。
[0029]例如，可以將該圖像處理方法應用于模擬通過肺解剖結構一部分的空氣流動。因此，在這種情況下流動的媒介物是空氣。通過消化系統追蹤劑團是另一備選應用。
[0030]在臨床實踐中，利用明確限定的劑團通過灌注進行媒介物施予。因此，媒介物的模擬允許追蹤通過所分析結構(如消化系統)的劑團。
[0031]不過，從事于管道系統及其流動動力學的其他技術人員，如研究用于諸如油或氣體的媒介物的輸送管線結構或供給通道的人，或對電動機通道中的燃料和廢氣流動感興趣的機械工程師，也可能受益于該圖像處理方法。此外，可以利用這種圖像處理方法分析不同應用領域中的水和廢水通道系統。在本發明的這些示范性實施例中，可以使用不同類型的數據庫提供作為用于收集管道模型的管道數據集的數據。例如，可以將建筑公司的技術數據庫、廢水系統的公共管理數據庫或運行像輸油管線的管道系統的公司的數據庫用于該目的。
[0032]本發明的這些示范性實施例均包括首先模擬并在模擬期間優化成像目的的可能，其中，在達到由模擬導致的最佳情形之前，不進行成本和工作量較高的真實采集。
[0033]根據本發明的另一實施例，該圖像處理方法針對虛擬血管造影術，其中，管道數據集是血管造影數據集，并且其中，動態圖像是人工動態血管造影圖像。
[0034]這種虛擬血管造影術的優點還可以是簡化的血管造影判讀，因此簡化的診斷治療計劃制定、更高的工作流程效率，以及更少的造影劑和更少的X射線采集以及因此更少的X射線暴露。
[0035]在將該方法應用于血管造影術領域的情況下，用戶首先可以執行血管造影或在三維中的脈管系統采集。例如，這可以通過如MR、CT、旋轉X射線或US的成像系統進行。換言之，可以將任何患者特異性圖像用于該目的。接下來的處理可以包括使用三維血管造影數據對血管拓撲進行分割和建模，或者，能夠從相應的數據庫中收集血管模型。此外，可以從圖譜集中提取數據以構建血管模型。此外，根據所提取的血管樹幾何結構以及根據從生理學或物理學已知的規則分配流動特性是該方法的可能步驟。在根據用戶指定的虛擬注射點已經開始流動模擬之后，可以遵循Hagen-Poiseui I Ie規則或依賴于更為詳盡的計算流體動力學模擬。接下來，示出了從虛擬注射點開始的流動模擬。因此，從模擬產生的至少兩幅動態圖像是人工動態血管造影圖像。
[0036]換言之，通過從模擬中拍攝至少兩幅圖片，為檢查醫師提供了至少兩幅人工血管造影圖像，該圖像示出了所計算出的正在傳播的媒介物通過血管模型的虛擬時間演變。
[0037]根據示范性實施例的新虛擬血管造影特征能夠集成到當前的觀察站中，并可以針對很多血管應用簡化對復雜血管樹的圖像判讀。
[0038]可以經由被稱為“虛擬血管造影術”或“血管預覽”的概念將根據以上實施例的系統和方法應用于血管造影分析。虛擬血管造影術可以組合當前的二維(2D)成像和三維(3D)成像的優點，這是因為可以以3D提供血管樹但該可視化不是靜態的。實際上，將通過預先產生的3D血管樹模型傳播虛擬造影劑團。作為前提條件，例如，可以從3D血管造影數據集(例如由MRA、CTA、CT、US獲得的)中提取血管模型。從用戶限定的感興趣血管開始，通過血管幾何結構傳播例如造影劑分布的專用模型。可以將該結果用于產生可以向醫師顯示的人工血管造影圖像序列。因此可以容易地訪問本地和全局血液流體力學信息。可以從任何(虛擬)導管位置重新開始這種流動模擬和可視化，這樣可以容易地評估相應的子樹而無需進一步注射造影劑。
[0039]另一任選步驟可以包括:例如，使用血管模型和預先采集并標記的體積之間的配準來對血管模型加以標記。或者，能夠通過在參考血管上經由鼠標點擊來交互地標記該體積，按照定義，參考血管是感興趣子樹的根。對于靶向藥物輸送而言，感興趣子樹是為目標治療區域供血的血管樹。向血管樹的其余部分分配屬性“非目標”。還如權利要求中所述，可以分配任何其他屬性。
[0040]根據另一示范性實施例，能夠將以下步驟或過程添加到“虛擬血管造影術”的概念中，如:將3D血管模型映射到血管造影流動序列(例如，三維數字旋轉血管造影術(3DRA)和二維數字剪影血管造影術(2D DSA))，從血管造影2D流動序列中提取流動信息，利用所提取的流動信息調諧3D流動模擬從而能夠提供更為個性化的流動模擬。
[0041]此外，媒介物可以是液體和/或固體的各種或不同混合物，所述液體和/或固體例如是具有不同流動特性和材料性質的造影劑、血液、油、藥物、微球體、放射性物質。
[0042]還應當指出，除了收集管道模型的步驟之外，本發明的這一實施例和其他實施例的步驟未必需要與潛在的患者交互。
[0043]根據本發明的另一方面，該圖像處理方法還包括以下步驟:使用血管造影數據集對血管拓撲進行自動分割和建模;以及限定相對于所述虛擬注射點的方向。
[0044]根據本發明的另一方面，還包括執行定量流動分析以改善流動模擬的步驟。
[0045]在真實注射并隨后流動的情況下，可以定量地分析這種真實流動，這意味著可以確定每時間單位的流動媒介物。還可以采集如流速、壓力或流動密度的參數。這些所采集的數據可以使用戶能夠改善以下模擬。
[0046]根據本發明的另一方面，該方法還包括子樹可視化，以降低管道樹的復雜性，其中，子樹可視化包括以下步驟:由用戶選擇用戶限定的感興趣子樹，重新開始本發明的先前實施例之一所述的方法，其中所述實際虛擬注射點可以與先前的虛擬注射點不同。
[0047]通過提供這種子樹可視化，本發明的這一實施例使得檢查醫師能夠關注他所感興趣的結構的特定部分。由此，先前的子樹和隨后的子樹始終是管道子樹。這樣通過關注特定區域而提高了流動模擬的分辨率。因此，醫師可以給出感興趣子樹的指示并限定用于媒介物的第二或新的虛擬注射點。然后相對于該虛擬注射點開始流動模擬并使得流動模擬可視化。
[0048]在第一版本中，虛擬血管造影術基于流動特性，所述流動特性是使用來自生理學的知識唯一地從模型的幾何結構中提取的。在擴展中，可以使用用于流動估計的精密方法從數據中提取流動參數以使得預測模型更加準確。例如，該數據可以是實時數據、出自圖譜集的數據或基于所計算的流體動力學的數據。通過限定新的虛擬注射點，用戶明確在感興趣區域中的模擬。
[0049]應當指出，在本發明的這一實施例中也可以實現相反方向的縮放，換言之，縮小顯示窗口。如果圖像段或感興趣子樹可能太小，或者，如果所顯示的樹模型選擇性太大，用戶可以限定新的虛擬注射點，并如先前所做的那樣通過管道模型的更寬的段重新開始模擬。這還包括放大和縮小的交替序列。
[0050]此外，要強調指出的是，根據本發明的以上實施例選擇媒介物的虛擬注射點以及選擇用戶限定的感興趣子樹可以始終不使用或無需使用真實注射器件來完成。
[0051]此外，由用戶選擇用戶限定的感興趣子樹的步驟是通過選擇在可視化顯示器上的模塊或使用任意工作站進行的。換言之，用戶通過在屏幕表面上進行鼠標點擊、標記或限定坐標來選擇新的虛擬注射點，所述屏幕例如是CT、CTA、MRA、旋轉X射線裝置或介入式X射線裝置或US裝置的屏幕或成像系統或計算系統的任何其他屏幕。
[0052]根據本發明的另一示范性實施例，可以將子樹可視化與使得與相關脈管系統中的透視縮短和交疊相關的視角優化的附加特征相組合。
[0053]根據本發明的另一示范性實施例，可以包括以下步驟:使用不同顏色的圖，其中顏色表示管道的附加性質。
[0054]為了例如在目標管道樹中的動態流動和對于治療藥劑靶向輸送的非目標管道樹中的動態流動之間加以區分，不同顏色可能是有用的。相對于診斷、治療決策或支持器官區域而言，優選為檢查醫師提供區域的顏色編碼可視化，可以將顏色分配給具有不同性質的區域。這可以增加本發明的用戶友好性。
[0055]此外，以圖像交疊的形式進行可視化的選項是可能的。
[0056]根據本發明的另一示范性實施例，可以包括以下步驟:自動檢測鄰接的血管。
[0057]換言之，可以自動檢測與從圖像數據提取的血管樹的幾何結構(諸如鄰接血管)相關的t吳糊。
[0058]由此，鄰接血管是以交叉點為特征的至少兩個血管的組合，其中從特定視角不能清晰地分辨出血管是否真正彼此接觸或它們是否在不同高度上彼此交叉而無任何接觸。
[0059]因此可以通過例如半自動的方式，例如使用從Zahlten等人在1995年19期European Journal of Rad1logy的第96-100頁中所知的方法，檢測、可視化并分辨鄰接血管構造。根據該方法，對在區域生長期間訪問中線體素的次數進行計數以檢測所提取血管樹拓撲中的循環。或者，能夠使用流動信息，例如劑團的到達時間。為了分辨鄰接血管，可以采用不同種類的可視化，例如上述動態和流動取向的可視化。不過，本發明的該示范性實施例中還包括靜態可視化，靜態可視化以顏色編碼形式簡單示出了可能分辨鄰接血管的不同構造。
[0060]隨后，將對于所檢測的模糊構造可能的不同流動構造的圖示說明可視化。通過提供用戶接口以選擇最可能的構造，可以提供半自動的方式。之后，優選使用不同顏色的圖在目標血管樹中的流動之間、在非目標血管樹中的流動之間以及在由于如鄰接血管的模糊而仍未指定的血管段中的流動之間加以區分。一般而言，將流動信息的可視化用于校正并增強血管圖像數據集的缺陷。
[0061]根據本發明的另一示范性實施例，可以包括以下步驟:通過最小化感興趣血管的透視縮短和交疊中的至少一個，計算用于動態流動模擬的最佳視角。
[0062]這里，視角是向用戶顯示模擬的角度。
[0063]為了分辨常常錯綜復雜的位于下層的血管結構，虛擬血管造影術或血管預覽可以計算用于動態流動模擬顯示的角度，在該角度，血管的可能透視縮短或交疊被最小化。
[0064]如果兩個或更多血管似乎掩蔽了彼此的部分，用戶可能無法清晰地識別出模型的解剖結構的真實情況。當選擇不夠大的視角時可能發生另一缺點，即，使管道模型的很多部分由于所選的角度而被扭曲。
[0065]對于隨后的真實采集而言，可以選擇這樣的視角。
[0066]此外，用于圖像處理的裝置可能是本發明的另一示范性實施例，其中，該裝置被布置為執行根據上述本發明的實施例之一的方法。
[0067]根據本發明的另一示范性實施例提出了一種裝置，其中，該裝置包括處理器和用戶接口，其中所述處理器被布置為檢索管道數據集;并且其中，所述處理器還被布置為從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型。所述用戶接口被布置為讀入對媒介物虛擬注射點的用戶選擇以及相對于所述虛擬注射點的方向。所述處理器還被布置為根據用戶限定的虛擬注射點模擬媒介物的動態流動，其中基于流動特性產生所述模擬。由此，媒介物通過所述管道模型的至少一個管道流動。所述處理器還被布置為使用所述模擬產生至少兩幅動態圖像并顯示所述圖像。
[0068]在模擬(意思是計算)媒介物流動時，也可以備選地將這種動力學描述為通過管道的虛擬流動。
[0069]在表達核心裝置系統的這一裝置的實施例中，僅需要一次用戶交互來限定虛擬注射點。可能需要更多的用戶交互來明確該系統，例如限定感興趣子樹、選擇要注射的成份或在如鄰接血管的幾何結構中分辨模糊。因此，在裝置的這一實施例中包括了特定情況下大部分所需的用戶交互。此外，通過在可視化顯示器或如上所述的任意屏幕上選擇感興趣的血管來完成用戶對感興趣血管的選擇。
[0070]另一附加的步驟可能是限定虛擬注射的方向。
[0071]換言之，該裝置能夠提供實現前述實施例的圖像處理方法的所有部件，以便提供例如三維數據，所述三維數據示出了正在傳播的媒介物相對于先前限定的媒介物的虛擬注射點通過管道模型的時間演變。
[0072]在將這種裝置應用于血管造影術時，檢查醫師能夠通過該裝置得到造影劑通過血管結構的流動模型預測，而無需使用如導管的與造影劑注射器組合的真實注射器件。這可以降低通過醫療或血管造影檢查施加于患者的身體影響。此外，由于通過該裝置模擬可能的流動可以避免將來的造影劑注射，因此可以減小潛在成本。
[0073]工作站可以從成像系統或任何種類的圖像存檔介質接收圖像數據。可以將以上方法的各方面實現為讀出數據、提取血管造影信息、產生3D血管模型以及模擬血液流動的軟件。軟件的輸出可以是虛擬血管造影術，所述虛擬血管造影術對例如相對于用戶限定的虛擬造影劑注射點通過3D血管模型的血液流動進行仿擬并預測。可以將工作站耦合至交互器件，該交互器件允許用戶引導的可視化和血管造影分析。例如，用戶可以輸入對VIP的限定，以便分辨和/或重新布置如鄰接血管構造的模糊幾何結構以及改變血管樹可視化的攝像機位置。
[0074]根據本發明的另一示范性實施例，所述裝置還包括成像系統，其中，所述成像系統被布置為評估具有至少一個管道的管道樹的管道解剖結構。所述成像系統還被布置為在管道數據集中存儲所評估的管道解剖結構信息，其中，所述成像系統被布置為評估和存儲流動數據集。
[0075]因此，使得成像系統能夠評估例如真實的灌注數據，所述灌注數據是表征人體組織中區域性血液流動的動態、二維醫療圖像數據。不過也可以利用成像系統執行血管造影。
[0076]還可以注意到，除了使用成像系統之外，在本發明的這一實施例中和每個其他實施例中也可以包括遠程工作站。此外，所需的數據可以源自不同的成像系統。
[0077]成像系統可以是例如CT、CTA、MR、MRA、旋轉X射線裝置或介入式X射線裝置、超聲波裝置、DSA或三維旋轉血管造影裝置(3DRA)。
[0078]由于通常需要注射造影劑，可以將成像系統耦合至造影劑注射系統中。
[0079]此外，在區分來自過程的這個流動和那個圖像的意義上使用動態流動和動態圖像的表達，其中，將已經采集的不同圖片組合、粘貼在一起或僅僅彼此交疊，以便創建新的“準”動態圖片。與該過程形成鮮明對比的是，本發明實施例的動態流動模擬和動態圖像代表所收集的管道模型，通過所述管道模型，通過計算每種特定情形的固有流動參數來數值模擬媒介物的流動。這些動態圖像和那種動態流動模擬基于流動特性，可以以不同方式提供該流動特性。
[0080]根據本發明的另一實施例，提出了一種計算機程序要素，當在通用計算機上使用時，所述計算機程序要素適于使計算機執行根據上文和下文所述實施例之一的方法步驟。
[0081]因此，可以將這一計算機程序要素存儲于計算單元上，所述計算單元也可以是本發明實施例的部分。這種計算單元可以適于執行或誘發執行上述方法的步驟。此外，所述計算單元可以適于操作上述裝置的部件。計算單元能夠適于自動操作和/或執行用戶的指令。此外，計算單元能夠請求用戶進行選擇以處理來自用戶的輸入。
[0082]本發明的這個實施例涵蓋了自一開始就使用本發明的計算機程序以及借助更新手段將現有程序轉變為使用本發明的程序的計算機程序兩者。
[0083]此外，計算機程序單要素能夠提供所有必要的步驟以完成如以上方法和裝置中所述的虛擬血管造影術的過程。
[0084]根據本發明的另一實施例，提供了一種計算機可讀介質，其中，計算機可讀介質上存儲有計算機程序要素，所述計算機程序要素是由前面章節或以下章節加以描述的。
[0085]此外，本發明的另一實施例可以是用于使計算機程序要素可以下載的介質，所述計算機程序要素被布置為執行根據以上實施例之一的方法。
[0086]可以將以下內容視為本發明的要點，即流動模擬是在管道系統上執行的，例如當所述管道系統被應用于血管造影術時，可以允許執行虛擬血管造影術而無需向患者體內注射造影劑。
[0087]必須指出的是，本發明的某些實施例是參考不同主題加以描述的。具體而言，某些實施例是參考方法類型權利要求描述的，而其他實施例則是參考裝置類型權利要求描述的。然而，本領域技術人員將由上述和下述說明中了解，除非另有說明，除了屬于一類主題的特征的任意組合之外，涉及不同主題的特征之間的任意組合也應當被認為在本申請中得到了公開。
[0088]本發明的上述方面以及其他方面、特征和優點可以從下文將要描述的實施例范例中導出并且將參考所述實施例范例得到描述。在下文中，將參考實施例的范例更為詳細地描述本發明，但是本發明不限于此。
【附圖說明】
[0089]圖1示出了流程圖，示意性表示了根據本發明實施例的圖像處理方法；
[0090]圖1a示出了流程圖，示意性表示了根據本發明另一實施例的圖像處理方法；
[0091]圖2示出了根據本發明另一實施例具有不同模擬圖像的管道模型的示意圖像；
[0092]圖3示意性示出了可以被本發明實施例分辨的鄰接血管情形；
[0093]圖4示出了根據本發明實施例的裝置的示意圖；
[0094]圖5和圖5a示出了根據本發明另一實施例的裝置的示范性成像系統的另一示意圖；
[0095]圖5b示出了根據本發明另一示范性實施例的裝置的另一示意圖。
[0096]參考標號列表
[0097]I 裝置
[0098]2處理器
[0099]3用戶接口
[0100]4成像系統
[0101]5計算單元
[0102]6 屏幕
[0103]7視頻系統
[0104]8管道模型
[0105]9，9a、9b、9c、9d虛擬注射點
[0106]I Oa、I Ob、I Oc、I Od為各個虛擬注射點所計算的流動模擬圖像
[0107]11第一管道
[0108]12第二管道
[0109]13未限定或未分辨的部分
[0110]14彩色圖
[0111]15計算機程序要素
[0112]16計算機可讀介質
[0113]17鄰接血管構造的錯誤判讀
[0114]SI從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型
[0115]Sla利用血管造影數據集對血管拓撲自動進行分割和建模
[0116]Slb通過最小化感興趣血管的透視縮短和交疊中的至少一個，計算用于動態流動模擬的最佳視角
[0117]S2選擇媒介物的虛擬注射點
[0118]S3限定相對于虛擬注射點的方向
[0119]S4從用戶限定的虛擬注射點開始模擬媒介物的動態流動
[0120]S5利用該模擬產生至少兩幅動態圖像[0121 ]S6顯示動態圖像
[0122]S7子樹可視化，以降低管道樹的復雜性
[0123]S8由用戶選擇用戶限定的感興趣子樹
[0124]S9重新開始前述權利要求之一所述的方法
[0125]SlO使用不同顏色的圖，其中顏色表示管道的附加性質
[0126]SI I自動檢測鄰接血管
[0127]SI 2執行定量流動分析以改善流動模擬
【具體實施方式】
[0128]為幾幅圖中類似或相關部件提供相同的附圖標記。圖中的視圖是示意的且不是完全按比例的。
[0129]圖1示出了根據本發明實施例的圖像處理的可能核心方法，其中，該方法包括以下步驟:從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型SI;選擇媒介物的虛擬注射點S2;限定相對于虛擬注射點的方向S3;從用戶限定的虛擬注射點開始模擬媒介物的動態流動S4，其中，基于流動特性產生所述模擬，其中，所述媒介物通過管道模型的至少一個管道流動;使用所述模擬以便產生至少兩幅動態圖像S5;以及顯示動態圖像S6。由此，流動模擬可以是三維可視化。
[0130]圖1a繪示了在根據本發明實施例的流程圖中所提供的圖像處理方法的步驟。在圖1所示的實施例中，通過從管道數據集中收集具有至少一個管道的管道樹的管道模型SI，產生了用于以下流動模擬的基礎。由此，術語收集可能包括核算、計算、檢索、采集和產生管道樹的管道模型。此外，術語“管道”可以包括表述血管、導管、管路、動脈或靜脈，這意味著可能從血管數據集中收集具有至少一個血管的血管樹的血管模型。作為第二步驟，可以集成分割和建模技術。因此，可以通過該方法利用血管造影數據集進行血管拓撲的自動分割和建模Sla。
[0131]如果血管模型已經可用，這通常包括中線、本地半徑估計和樹狀拓撲(樹的曲線圖)以及在分叉、血管體素和端點中的血管中線體素的拓撲分類。
[0132]因此，如果血管模型可用，則不需要進一步分割和/或建模。
[0133]為了提高圖像處理方法的用戶友好性能，可以執行另一步驟，S卩，通過最小化感興趣血管的透視縮短和/或交疊，計算用于動態流動模擬的最佳視角Sib。通過第二步驟，選擇媒介物的虛擬注射點S2，可以使用戶能夠關注他觀察的血管結構的感興趣部分。通過限定相對于虛擬注射點的方向S3，用戶指定并規定了之后的模擬方向的方向。通過模擬開始于用戶限定的虛擬注射點的媒介物的動態流動S4，所述圖像處理方法避免了使患者負擔額外的注射供應以及可能的X射線暴露。由此，使用模擬動態流動的表述將這種方法步驟的不同表達為潛在不同的技術，例如，將已經采集的血管圖片和正在傳播的媒介物的圖片僅僅彼此交疊或粘貼在一起。因此，模擬動態流動意味著通過給定且固定的管道結構計算數值模擬。這意味著可以將管道模型數據解釋為具有管道的固定體積，其中，正在傳播的媒介物的參數隱含了時間演變。因此，基于流動特性產生所述模擬，其中，媒介物虛擬地通過管道模型的至少一個管道流動。此外，使用模擬來產生至少兩幅動態圖像S5，并且隨后是顯示動態圖像S6的步驟。因此，可以為檢查醫師提供人工圖像序列，所述圖像序列是媒介物虛擬流動的數值模擬結果。
[0134]此外，用于降低管道樹S7的復雜性的子樹可視化可以是這里所述方法的另一步驟。其中，子樹可視化包括以下步驟:由用戶選擇用戶限定的感興趣子樹S8，通過該步驟，使用戶能夠關注感興趣的特定區域。通過這樣做，用戶有可能以改善的方式分辨感興趣的區域。這種選擇可以僅通過如點擊顯示器的用戶交互來完成，在所述顯示器上向醫師顯示管道樹模型和模擬。在那里他可能以舒適的方式來挑選和選擇感興趣的區域。
[0135]這使得可能動態模擬潛在媒介物通過新的感興趣區域的流動。可以應用以下方法步驟，重新開始前面實施例之一的方法S9，其中，實際的虛擬注射點可以與前述的注射點不同。這僅僅是對收斂過程的描述，其中，用戶開始第一圖像處理方法，并在已經關注感興趣的特定區域之后，在所述區域中開始新的虛擬血管造影術。不過，在這一收斂過程期間，可以優化或確定如視角那樣的圖像幾何結構、造影劑的量和其他采集參數。
[0136]為了在關于診斷治療決策的管道和支持器官區域之間作出區分，用戶能夠使用不同顏色的圖。因此，使用其中顏色表示管道的附加性質的不同顏色的圖SlO是本發明另一實施例的可能步驟。這也可以在圖2中圖示說明。
[0137]另一步驟可以是:自動檢測鄰接血管或幾何結構的模糊S11。由于這些構造是血管模型的缺陷，這個步驟可能使得開始對管道模型的新的收集(SI)，以便在新模型中避免這種缺點。這描述了這樣的情形:即不能清晰地分辨幾個管道的交叉或分叉并檢測到了未限定血管拓撲的區域。例如，通過使用流動信息可以分辨鄰接血管。另一步驟向用戶圖示出不同可能的流動構造，其中，用戶利用用戶接口選擇可能的鄰接血管或模糊構造的最可能構造。
[0138]圖2示出了管道樹8的管道模型的示意圖，其中，指示出了不同的虛擬注射點9a、9b、9c和9d。它們是由黑點表示的。針對每個虛擬注射點計算流動模擬。這里，由代表性圖像或圖像序列I Oa、I Ob、I Oc和I Od對每個流動模擬進行可視化。
[0139]圖3示出了被稱為鄰接血管構造的典型血管模糊的示意圖像，其中，在這個角度中第一管道11和第二管道12是交叉的。圖3的右側部分示出了未限定的或未分辨的部分13，應當由本發明實施例來檢測和分辨部分13 ο在這種圖像中借助于顏色，可以對例如非目標血管、目標血管、來自鄰接血管位置的不清晰附屬末梢進行可視化。
[0140]圖3中示出的三幅所示圖片中的中間部分示出了對左側圖片中示出的鄰接血管構造的錯誤判讀17。由此，右手邊視圖上以淺灰色示出的管道的兩個上部，不能被識別或與以黑色和深灰色所示的管道其他部分相關聯。
[0141]圖4示出了根據本發明實施例的裝置I的示意圖。該裝置包括處理器2、用戶接口3、成像單元4和計算單元5。經由不同線條示出的不同連接將不同要素連接在一起。因此，使得作為本發明實施例的裝置能夠控制如處理器或成像系統的幾個要素來執行根據本發明以上實施例的方法步驟。裝置I因此能夠在血管造影分析期間為檢查醫師提供三維動態圖片，而無需真正向患者體內注射媒介物。因此，這種裝置完全可以處理已經描述的虛擬血管造影術的概念和原理。
[0142]圖5和圖5a兩者都示出了可用于上文和下文所述的虛擬血管造影術中的成像系統的示范性實施例。
[0143]圖5b示出了本發明的另一實施例。計算單元5上可以例如安裝有軟件，所述軟件可以包含計算機程序要素15，計算機程序要素15的特征在于，當在通用計算機上使用時適于使計算機執行前面所述的圖像處理方法的步驟。屏幕6或視頻系統7能夠向用戶顯示本發明實施例的要素，例如管道模型或動態流動模擬。計算機可讀介質16可以包含這種計算機程序要素15。此外，示出了成像系統4的示范性實施例。
[0144]通過研究附圖、說明書和權利要求，本領域技術人員能夠在實踐所要求保護的本發明的過程當中理解并實施針對所公開的實施例的其他變型。在權利要求中，“包括”一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個”不排除多個元件或步驟。可以通過單個處理器或其他單元實現權利要求中陳述的幾個項目或步驟的功能。在互不相同的從屬權利要求中陳述某些措施不表示不能有利地采用這些措施的組合。可以將計算機程序存儲/分布在適當的介質當中，例如，所述介質可以是光存儲介質或者與其他硬件一起提供的或者作為其他硬件的部分的固體介質，但是，也可以使所述計算機程序通過其他形式分布，例如，通過因特網或者其他有線或無線電通信系統。權利要求中的任何附圖標記不應被視為具有限制范圍的作用。
【主權項】
1.一種圖像處理方法，所述方法包括以下步驟: 從管道數據集收集具有至少一個管道的患者特異性管道樹的管道模型(SI)，其中，所述管道數據集是患者的血管造影數據集； 在所述管道模型上選擇媒介物的虛擬注射點(S2); 從所述虛擬注射點開始模擬所述媒介物的虛擬流動(S4); 其中，基于流動特性產生所述模擬； 其中，所述媒介物通過所述管道模型的所述至少一個管道流動； 使用所述模擬產生至少兩幅動態圖像(S5);以及 顯示所生成的至少兩幅動態圖像(S6)。2.如權利要求1所述的方法， 其中，圖像處理用于虛擬血管造影術； 其中，所述動態圖像是人工動態血管造影圖像。3.如權利要求2所述的方法，還包括以下步驟: 使用所述血管造影數據集對血管拓撲自動進行分割和建模(Sla);以及 限定相對于所述虛擬注射點的方向(S3)。4.如權利要求1、2或3所述的方法，還包括以下步驟: 執行定量流動分析，以改善所述流動模擬(S12)。5.如權利要求1、2、3或4所述的方法，還包括子樹可視化，以降低所述管道樹的復雜性(S7)， 其中，所述子樹可視化包括以下步驟: 由用戶選擇所述用戶限定的感興趣子樹(S8); 重新開始前述權利要求之一所述的方法(S9); 其中，實際虛擬注射點不同于前述虛擬注射點。6.如權利要求1、2或3所述的方法，還包括以下步驟: 使用其中顏色表示管道的附加性質的不同顏色的圖(14)(S10)。7.如權利要求1、2或3所述的方法，還包括以下步驟: 自動檢測鄰接血管(Sll)。8.如權利要求1、2或3所述的方法，還包括以下步驟: 通過最小化感興趣血管的透視縮短和交疊中的至少一個，計算用于所述虛擬流動模擬的最佳視角(Slb)。9.一種用于圖像處理的裝置(I )，所述裝置包括: 處理器(2);以及 用戶接口(3); 其中，將所述處理器布置為檢索管道數據集； 其中，還將所述處理器布置為從管道數據集收集具有至少一個管道的患者特異性管道樹的管道模型，其中，所述管道數據集是患者的血管造影數據集； 其中，將所述用戶接口布置為讀入對媒介物在所述管道模型上的虛擬注射點(9)的用戶選擇以及相對于所述虛擬注射點的方向； 其中，還將所述處理器布置為根據所述用戶限定的虛擬注射點模擬媒介物的虛擬流動； 其中，基于流動特性產生模擬； 其中，所述媒介物通過所述管道模型的所述至少一個管道流動；以及其中，還將所述處理器布置為使用所述模擬產生至少兩幅動態圖像并顯示所生成的至少兩幅動態圖像。10.如權利要求9所述的裝置， 其中，所述裝置還包括成像系統(4); 其中，將所述成像系統布置為利用具有至少一個管道的管道樹評估管道解剖結構； 其中，將所述成像系統布置為在管道數據集中存儲所評估管道解剖結構的信息；以及 其中，將所述成像系統布置為評估和存儲流動數據集。11.一種圖像處理裝置，所述裝置包括: 用于從管道數據集收集具有至少一個管道的患者特異性管道樹的管道模型的模塊，其中，所述管道數據集是患者的血管造影數據集； 用于在所述管道模型上選擇媒介物的虛擬注射點的模塊； 用于從所述虛擬注射點開始模擬所述媒介物的虛擬流動的模塊； 其中，基于流動特性產生所述模擬； 其中，所述媒介物通過所述管道模型的所述至少一個管道流動； 用于使用所述模擬產生至少兩幅動態圖像的模塊；以及 用于顯示所生成的至少兩幅動態圖像的模塊。
【文檔編號】G06T7/00GK105869176SQ201610250989
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2009年3月2日
【發明人】S·莫盧斯, J·布雷多諾, J·威斯, D·巴比克
【申請人】皇家飛利浦電子股份有限公司