CN101051391B - 最大强度投影的执行方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了最大强度投影执行方法和设备。为了显像与厚血管交叠的狭窄血管，对三维图像数据执行最大强度投影时，使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数加权三维图像数据。对所述多个加权后的三维图像数据执行最大强度投影，并且对所有最大强度投影的结果求和。在所述投影线到达图像表面前所述加权函数的权重是零，并且在到达后，所述权重从初始值逐渐减小。或者，到所述投影线的某中点前，所述加权函数的权重是零，并且在所述中点以后，其从初始值逐渐减小。所述中点是可调节的。所述衰减特性由指数函数给出。所述指数函数的参数是可调节的。

Description

最大强度投影的执行方法和装置

技术领域

本发明涉及最大强度投影(MIP)执行方法和设备，并且更特别地，涉及用于对三维图像数据执行最大强度投影的方法和设备。

背景技术

在对体内血管的扩张状态进行成像的情况下，对通过血管造影术等获取的三维图像数据执行最大强度投影。通过以投影线为单位提取穿过数据空间的投影线所遇到的最大值图像数据来执行最大强度投影。最大强度投影也称作MIP。由最大强度投影获得的图像也称作MIP图像(参考，例如，日本专利公开特开平11(1999)-056840)。

MIP图像不具有深度信息。因此，不能清楚的识别血管在深度上的关系并且难以把握在深度上的血管扩张状态。在任何投影的正向和反向方向(正向投影和反向投影)都无法直视与厚血管交叠的狭窄血管。

为解决这一问题，需要在逐渐移动投影方向时获得多个MIP图像并象电影一样显示这些图像。然而，在不同的投影方向获得若干MIP图像是相当麻烦的。

发明内容

因此，本发明的目的是实现能够捕获透视图像的最大强度投影执行方法和设备。本发明的另一个目的是实现能够显像与厚血管交叠的狭窄血管的最大强度投影执行方法和设备。

根据解决问题的一个方面，本发明提供了用于对三维图像数据执行最大强度投影的最大强度投影方法，其包括步骤：使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数对三维图像数据进行加权；对加权后的三维图像数据执行最大强度投影；以及对所有最大强度投影的结果进行求和。

根据解决问题的一个方面，本发明提供了用于对三维图像数据执行最大强度投影的最大强度投影执行设备，其包括：使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数对三维图像数据进行加权的加权装置；对加权后的三维图像数据执行最大强度投影的最大强度投影执行装置；以及对所有最大强度投影的结果进行求和的求和装置。

为了进行有效的加权，优选的，在投影线到达图像表面以前，加权函数的权重为零，并且，在投影线到达后，所述权重从初始值逐渐减小。

为了进行有效的加权，优选地，在所述投影线的某中点之前，加权函数的权重是零，并且，在该中点之后，所述权重从初始值逐渐减小。

为了显像被厚血管遮蔽的狭窄血管，优选地，所述中点是可调节的。

为了正确执行衰减，优选地，所述衰减特性由指数函数和常数的和给出。

为了正确加权，优选地，所述指数函数的参数和所述常数是可调节的。

为了最少化所述加权函数，优选地，所述多个加权函数是两个加权函数。

为了获得全局最大值和局部最大值，优选地，所述两个加权函数之一的衰减是相对平缓的，而另一个加权函数的衰减则是相对急剧的。

为了正确获得全局最大值和局部最大值，优选地，所述两个加权函数中之一的初始值是相对较大的，而另一个加权函数的则是相对较小的。

为了获得冠状动脉的MIP图像，优选地，所述三维图像数据被执行了血管造影术的心脏图像数据。

根据每一方面的本发明可以实现能够获得透视图像的最大强度投影执行方法和设备，其中在对三维图像数据执行最大强度投影的时候，使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数对三维图像数据进行加权，对所述加权后的三维图像数据执行最大强度投影，并且对所有最大强度投影的结果进行求和。本发明还可以实现能够显像与厚血管交叠的狭窄血管的最大强度投影方法和设备。

本发明的更多的目的和优点将通过下文对如附图所示的本发明优选实施方式的描述变得更加明确。

附图说明

图1显示了作为执行本发明最佳方式的示例的图像处理设备的构造。

图2是用造影剂获得的心脏切片图像的半色调图片的示意图。

图3是显示用于获得最大强度投影图像的过程的示意图。

图4A至4C是心脏的最大强度投影图像的半色调图片的示意图。

具体实施方式

用于实现本本发明的一个最佳方式将参考附图在下文进行说明。本发明不局限于用于实现本发明的所述最佳方式。图1是显示图像处理设备的构造的方框图。

该设备是用于实现本发明最佳方式的实例。通过该设备的构造，示出了实现与最大强度投影执行设备有关的本发明的最佳方式的实例。通过该设备的操作，示出了实现与最大强度投影执行方法有关的本发明的最佳方式的实例。

如图1所示，所述设备具有数据处理单元10、显示单元20、操作单元30、存储单元40、以及输入/输出单元50。

所述数据处理单元10基于使用者通过所述显示单元20和所述操作单元30进行的交互操作，对存储于存储单元40的数据执行预定的数据处理。

所述数据处理单元10通过所述输入/输出单元50从外部设备输入或向外部设备输出数据。待进行最大强度投影的图像也通过所述输入/输出单元50从外部设备输入。所述外部设备是例如医学成像设备，如X射线CT设备或MRI设备或医学图像服务器。所述设备可以是医学成像设备或医学图像服务器的一部分。在这种情况下，所述输入/输出单元50并不总是必要的。

接下来将要介绍最大强度投影。最大强度投影由所述数据处理单元10执行。所述数据处理单元10通过下列表达式获得最大强度投影图像。

iMIP(y，z)＝S₁+S₂+....S_m $z=1..N_{z^3}y=1..\mathrm{Ny}$

(表达式1)

如该表达式所示，通过对m幅图像S₁、S₂、...和S_m进行求和获得最大强度投影图像iMIP(y，z)。所述图像S₁、S₂、...和S_m由下列表达式给出。

S₁(y，z)＝Max[I(x，y，z)*w₁(x-α(y，z))]_x＝α..Nx

S₂(y，z)＝Max[I(x，y，z)*w₂(x-α(y，z))]_x＝α..Nx

S_m(y，z)＝Max[I(x，y，z)*w_m(x-α(y，z))]_x＝α..Nx

...(表达式2)

如上述表达式所示，图像S_i(i＝1，2，...和m)通过对由用加权函数w_i(x-α)乘三维图像数据I(x，y，z)得到的值执行最大强度投影(MIP)获得。投影线的方向是x方向。所述三维图像I(x，y，z)的矩阵大小是N_x*N_y*N_z。通过用旋转矩阵乘以I(x，y，z)，可以获得任意方向的最大强度投影图像。加权函数W_m(x)由下列表达式给出。

$W_m\left(x\right)={\mathrm{\α}}_m+C_m{\exp }^{[-(x-\mathrm{\α}(y,z))/b_m]}$   x>＝α(y，z)

W_m(x)＝0   x<α(y，z)

...(表达式3)

如上述表达式所示，在所述加权函数W_m(x)中，在X<α范围内权重为0而在x>α范围内指数衷减。α(y，z)是从一个投影线的出发点到图像表面的距离并且是依赖于(y，z)改变的数值。当x＝α时，所述加权函数具有初始值。

在所述加权函数的参数a_m、b_m和c_m中，c_m指示初始值调节系数，a_m表示所述权重的偏差，而b_m表示衰减系数。每一个参数都可以由使用者调节。

图2显示加权函数的一个实例和应用了加权函数的心脏切片图像。所述心脏切片图像通过对比图像采集获得。血管部分具有高亮度。作为所述加权函数，使用两加权函数w1和w2。

在加权函数w1中，权重在投影线上在宽的范围内衷减。在加权函数w2中，权重在投影线上在窄的范围内衰减。所述加权函数w1的衰减特性是相对平缓的，而所述加权函数w2的衰减特性则是相对急剧的。所述加权函数w1的权重初始值相对较大，而所述加权函数w2的权重初始值则相对较小。

所述加权函数w1适于在全局最大值执行最大强度投影。所述加权函数w2适于在局部最大值执行最大强度投影。

通过将所述加权函数应用于心脏切片图像，获得一幅图像，其亮度从右到左逐渐减小，如左边一角的插入图像所示。这是因为权重从右到左逐渐减小。因为所述权重从作为起点的图像表面(x＝α)减小，所以亮度也从心脏的表面开始减小。

α可以不被设置为到图像表面的距离，而可能是由使用者设置的适当距离。当α由使用者设置时，权重减小的起点，亦即，与权重的初始值对应的位置可以调整到目标血管的位置。它使得目标血管以高可见度显像。

图3显示用于获得最大强度投影图像的过程。如图3所示，最大强度投影通过三个过程301、302和303执行。所述过程由所述数据处理单元10执行。

在过程301中，用多个加权函数对三维图像数据加权。所述三维图像数据是I(x，y，z)。所述多个加权函数是W₁(x)、W₂(x)、...和W_m(x)。用于执行过程301的所述数据处理单元10是本发明加权装置的一个实例。

在过程302中，对每一加权后的三维图像数据执行最大强度投影，从而获得多个图像S₁(y，z)、S₂(y，z)、...和S_m(y，z)。用于执行过程302的所述数据处理单元10是本发明的最大强度投影装置的一个实例。

在过程303中，所有最大强度投影的结果被求和。通过该过程，所述图像S₁、S₂、...和S_m被求和。特别地，获得图像S₁、S₂...和S_m的和，并获取了最大强度投影图像iMIP。用于执行过程303的所述数据处理单元10是本发明的求和装置的一个实例。

图4A至4C显示所述最大强度投影图像iMIP与通过常规方法获得的最大强度投影图像相比较的真实的例子。图4A和4B显示所述最大强度投影图像iMIP而图4C显示通过常规方法获得的最大强度投影图像iMIP。

如图4A至4C所示，所述最大强度投影图像iMIP具有深度信息而通过常规方法获得的最大强度投影图像是不具有深度信息的图像。因此，在所述最大强度投影图像iMIP中，血管在深度上的位置关系是清晰的，并且深度上的血管可以容易地获取。此外，与厚血管交叠的狭窄血管也是清晰可见的。因此，三维冠状动脉的状态是可识别的。

因为在投影线到达图像表面之前所述加权函数的权重是零并且，当所述投影线到达图像表面之后，所述权重从初始值逐渐减小，所以心脏的形状在所述最大强度投影图像iMIP中是清晰可见的并且所述血管图像的背景是均匀的。

虽然上文已经描述了通过血管造影术获得心脏最大强度投影图像，但是本发明的方法并不局限于所述实例，而是能够广泛的用于获得各种待获得的目标的最大强度投影图像。虽然已经描述了通过指数函数给出加权函数的衰减特性的实例，但本发明并不局限于由指数函数给出的衰减特性，而可以是适当的衰减特性。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以构造本发明多个不同的实施方式。应当理解本发明并不局限于说明书中描述的实施方式，而以附权利要求所定义的为准。

Claims (10)

1.一种最大强度投影执行方法，用于对三维图像数据执行最大强度投影，其包括步骤：

使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数对三维图像数据进行加权；

对加权后的三维图像数据执行最大强度投影；以及

对所有最大强度投影的结果进行求和。

2.一种最大强度投影执行设备，用于对三维图像数据执行最大强度投影，其包括：

加权装置，其使用沿投影线具有不同衰减特性的多个加权函数对三维图像数据进行加权；

最大强度投影执行装置，用于对加权后的三维图像数据执行最大强度投影；以及

求和装置，用于对所有最大强度投影的结果进行求和。

3.如权利要求2所述的最大强度投影执行设备，其中在所述投影线到达图像表面以前所述加权函数的值为零，并且，在到达后，所述加权函数的值从初始值逐渐减小。

4.如权利要求2所述的最大强度投影执行设备，其中在所述投影线中的某个点之前所述加权函数的值是零，并且，在所述某个点之后，所述加权函数的值从初始值逐渐减小。

5.如权利要求4所述的最大强度投影执行设备，其中所述某个点是可调整的。

6.如权利要求2至5中任一项所述的最大强度投影执行设备，其中所述衰减特性由指数函数和常数的和给出。

7.如权利要求6所述的最大强度投影执行设备，其中所述指数函数的参数和所述常数是可调节的。

8.如权利要求2所述的最大强度投影执行设备，其中所述多个加权函数是两个加权函数。

9.如权利要求8所述的最大强度投影执行设备，其中所述两个加权函数之一的衰减相对另一个加权函数的衰减是平缓的。

10.如权利要求8所述的最大强度投影执行设备，其中所述两个加权函数之一的初始值相对另一个加权函数的初始值较大。

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