CN101529471B - 展示周期运动的多个阶段的区域的四维重建的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于构造展示周期运动的多个阶段的感兴趣区的四维重建的方法，包括用一组2-D投影构造一个或多个3-D重建的操作。该方法还包括根据所述一个或多个3-D重建中的每一个推导出一个或多个3-D模型段的操作，其中，由此形成了多个3-D模型段，并且其中，所述一个或多个3-D模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D重建中的单个3-D重建推导出的。所推导出的所述多个3-D模型段形成了所述感兴趣区的4-D重建。
Description
技术领域
本发明涉及用于四维重建的系统和方法，更具体地，涉及用于构建展示周期运动的多个阶段的区域的四维重建。
背景技术
如本领域已知的，图像重建的过程包括从多个不同图像投影重建图像的几个过程，例如用计算机断层摄影血管造影照片或其它成像形式来获得图像投影。四维(4-D)重建包括对作为第四个参数，例如时间，的函数的3-D图像的重建，结果产生的4-D重建允许例如用户理解所重建的3-D图像如何随时间动作。4-D重建能够充当预测模型的基础，从而提供与图像随时间的行为有关的信息。4-D重建已经在医学成像领域中实施，以呈现并建模人体动脉中的动脉瘤，例如“CT Angiography with ElectrocardiographicallyGated Reconstruction for Visualizing Pulsation of Intercranial Aneurysms：Identification of Aneurysmal Protuberance Presumably Associated with WallThinning”，M.Hayakawa等人，Am J Neroradiol，vol.26，第1366-1369页，2005年6月/7月，和“Prediction of Impending Rupture in Aneurysms Using4D-CTA：Histopathological Verification of a Real-Time Minimally InvasiveTool in Unruptured Aneurysms.”Y.Kato等人.Minim.Invas.Neurosurg.Vol47，第131-35页，2004。
美国专利No.6,643,392公开了用以获得4-D重建的多个技术。这篇参考文件说明了一种技术，由此在周期运动的多个循环上以特定时间间隔(或心动阶段)获得图像的2-D投影，在特定心动阶段获得的每个2-D投影组都充当构造相应3-D重建的基础。顺序地构造多个3-D重建，每一个3D重建都对应于特定时间间隔或心动阶段。
随后，将两个连续的3-D重建用于推导出现在两者之间的几何/空间变形的规律，为每一对连续的3D重建重复这个过程。最终将每一个2D投影 应用于所得到的空间变形规律，以获得图像的4-D重建。
4-D重建所借助的过程受到一些缺陷的影响，一个是4D重建的准确绘制所需的2-D投影的庞大数量。例如，预计需要200或更多的2-D投影来准确构造每一个3D重建，并且需要20或更多的3D重建来推导准确的4D重建，结果需要大约4000个2-D投影。而且，如果图像伪像存在于用于推导空间变形规律的一个3D重建对，则用于推导空间变形规律的3D-3D配准过程会操作以将这些伪像映射到空间变形规律中的两个(因为除了开头和结尾的3-D重建之外的3-D重建被使用了两次)，导致将错误传递到结果得到的4-D重建。当以较少投影使用上述方法时，例如每个运动阶段10个投影，总共20个阶段，就非常有可能在3D-3D配准过程期间会映射伪像，代替解剖结构而定义空间变形。
因此，需要一种改进的4-D重建过程，其需要较少的2-D投影，并提供较少的伪像传递。
发明内容
希望提供一种4-D重建技术，其包含改进的成像精度，且需要较少的2-D投影。
可以借助于根据独立权利要求的方法和系统来满足这个需要。
根据本发明一个实施例的一种方法包括用2-D投影组构造一个或多个3-D重建。该方法还包括根据所述一个或多个3-D重建的每一个推导出一个或多个3-D模型段，其中，由此构成了多个3-D模型段，并且其中，所述一个或多个3-D模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D模型段中的单个3-D模型段推导出的。推导出的所述多个3-D模型段构成了感兴趣区的4-D重建。
根据本发明一个实施例的一种系统包括3D重建模块和推导模块。3-D重建模块被配置为用2-D投影组构造一个或多个3-D重建。推导模块被配置为根据所述一个或多个3-D重建中的每一个3-D重建中推导出一个或多个3-D模型段，其中，由此构成多个3-D模型段，并且其中，所述一个或多个3-D模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D模型段中的单个3-D模型段形成的。推导出的所述多个3-D模型段共同构成了感兴趣区的 4-D重建。
本发明的一个方面的要点可以视为根据单个3-D重建推导出3-D模型段，所述单个3-D重建采取以下形式之一：(i)运动阶段特定的3-D重建，其是根据具有基本上相同运动阶段的2-D投影子集而构成的，或者(ii)共同平均3-D重建，其是根据在大量不同运动阶段上得到的2-D投影组而构成的。根据单个3D重建推导出3-D模型段提供的益处在于：需要较少的2-D投影来构造4-D重建。更有利的是，与使用两个3-D重建来产生相应的3-D模型段的常规方案相比，减少了到4-D重建的伪像传递。
以下说明了用于根据本发明构造4-D重建的一种方法的示范性特点和改进，尽管这些特点和改进也会应用于系统。
在一个实施例中，用2-D投影组构造一个或多个3-D重建的前述操作包括以下操作：(i)在该组2-D投影内确定多个子集，每一个2-D投影子集都与感兴趣区的不同运动阶段(例如，不同心动阶段)相对应，以及(ii)为每一个2-D投影子集构造3-D重建，其中构成了共同的多个3-D重建。在该实施例中更具体地，推导出一个或多个3-D模型段的操作包括：根据所述多个3-D重建中的单个3-D重建推导3-D模型段，由此构成多个3-D模型段。这个示范性实施例允许形成运动阶段特定的3-D段，其共同构成了根据本发明的4-D重建。
在前述实施例中更具体地，推导出一个或多个3-D模型段的操作包括：将所述多个3-D模型段中的每一个3-D模型段朝向所述多个2-D投影子集中相应的子集进行调整。这个特点结果得到了对每一个3-D模型段的改进的绘制精度，结果得到了感兴趣区的改进的4-D重建。
对于前述实施例更具体地，该方法包括对准操作，由此为每一个所述3-D模型段选择在感兴趣区内的参考特征，所述参考特征确定了在每一个3-D模型段中的基本上相同的特征。可以从一个组中选择所述参考特征，该组包括：在感兴趣区内的预定特征的质心、在感兴趣区内的预定特征的形状属性、或在感兴趣区内的预定参考位置。随后，通过实施一系列3-D模型段来构造4-D重建，由此在至少一个3-D模型段中的参考特征定义了对准点，将在每一个剩余3-D模型段中的参考特征与该对准点相互对准。这个过程确保了在各个3-D模型段之间的相互对准，结果得到了感兴趣区的 准确4-D重建。
在本发明的第二示范性实施例中，用2-D投影组构造一个或多个3-D重建的前述操作包括操作：为该组2-D投影构造平均3-D重建。对第二实施例更特定地，推导出一个或多个3-D模型段的操作包括：根据所述平均3-D重建推导出平均3-D模型，并且将所述平均3-D模型分割为多个3-D模型段。在该第二实施例中更特定地，用2-D投影组构造一个或多个3-D重建的操作包括：将所述多个3-D模型段中的每一个3-D模型段朝向所述多个2-D投影子集中相应的子集进行调整，并且推导出一个或多个3-D模型段的前述操作包括：将所述多个3-D模型段中的每一个3-D模型段朝向一个或多个所述2-D投影进行调整。这个示范性实施例允许形成运动阶段特定的3-D段，其共同构成了根据本发明的4-D重建。而且，由于每一个3-D模型段都是根据相同的平均3-D重建推导出的，因此所述3-D模型段固有地对准。
对于第二示范性实施例更特定地，每一个2-D投影都包括时间标记，其指明在2-D投影序列内获得该特定2-D投影的相对位置。更具体地，所述调整操作包括：将所述多个3-D模型段中的每一个3-D模型段朝向所述多个2-D投影子集中相应的子集进行调整，并且将每一个所述3-D模型段朝向相应的所述2-D投影子集进行调整。执行其中将每一个3-D段调整到与特定运动阶段相对应的子集的初始调整过程提供了增强的段成像，并且其中将每一个3-D模型段调整到特定2-D投影的后续调整过程提供了4-D重建的改进的时间精度。
作为运动阶段或者时间的第四维度可以绘制ROI的4-D重建，由此分别提供了3-D模型段的运动阶段序列或者时间推移(time lapse)序列。按照运动阶段序列的ROI的4-D重建可用于识别该结构的取决于阶段的现象。类似地，按照时间推移序列的感兴趣区的4-D重建有利于确定取决于时间的现象。
所述4-D重建可以被配置为提供一个特定序列中的3-D模型段，尽管可以预期以其它序列进行绘制。因此，在运动阶段与时间推移序列之间的变换会是有用的。
可以通过为每一个3-D模型段确定该3-D模型段的运动阶段以及基本 上包含所述运动阶段的2-D投影的时间标记，来完成从运动阶段序列到时间推移序列的变换。接下来，定位3-D模型段，以占据沿时间标记轴的一个位置，它们的各自位置与包含基本上按照所选3-D模型段的运动阶段的2-D投影的时间标记相对应。
可以通过为每一个3-D模型段确定其时间标记以及基本上包含该时间标记的2-D投影的运动阶段，来完成从时间标记序列到运动阶段序列的变换。接下来定位每一个3-D模型段，以占据沿运动阶段轴的一个位置，它们的各自位置与包含按照所选3-D模型段的基本上类似的时间标记的2-D投影的运动阶段相对应。
前述方法和操作的操作可以由计算机程序，即借助于软件，或者通过使用一个或多个专用电子优化电路，即以硬件，或者使用混合/固件形式，即借助于软件组件和硬件组件，来实现。该计算机程序可以实现为使用任何适当编程语言，例如JAVA，C++的计算机可读指令代码，并且可以存储在计算机可读介质上(可移动盘，易失性或非易失性存储器，嵌入式存储器/处理器等)，指令代码可操作用以编程其它此类可编程装置的计算机，以执行预期的功能。可以从网络获得计算机程序，例如万维网，可以从其下载计算机程序。
本发明的这些及其它方面依据下文所述的实施例而变得明显，并参考其加以阐明。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于构造展示了周期运动的多个阶段的感兴趣区的四维重建的一种示范性方法。
图2示出了根据本发明第一示范性实施例的图1所示的示范性操作过程。
图3示出了根据本发明第二示范性实施例的图1所示的示范性操作过程。
图4示出了根据本发明的用于对准所推导出的多个三维模型段的示范性过程。
图5A示出了根据本发明的用于将3-D模型段的时间推移序列变换为运 动阶段序列的一种示范性方法。
图5B示出了根据本发明的用于将运动阶段序列变换为时间推移序列的一种示范性方法。
图6示出了根据本发明的用于产生展示了多个运动阶段的感兴趣区的四维重建的一种示范性系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于构造展示了周期运动的多个阶段的感兴趣区的四维重建的一种示范性方法。模型100包括第一操作110，即，用在周期运动的多个阶段上为感兴趣区获得的2-D投影组构造一个或多个3-D重建。在120，根据所述一个或多个3-D重建中的每一个推导出一个或多个3-D模型段，其中由此形成了多个3-D模型段。共同的一个或多个3-D模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D重建中的单个3-D重建推导出的，并且通过共同的多个3-D模型段实现对感兴趣区的4-D重建的构成。
如在此所用的，术语“周期运动阶段”和“周期运动的阶段”(简称为“运动阶段”)指的是在区域所经历的在周期或循环运动的范围内的ROI特定状态。例如，ROI可以包括器官，例如心脏或肺，在运动可以是心脏运动或肺部的/呼吸的运动的情况下，其不同阶段就是在此所指的“周期运动阶段”或“周期运动的阶段”。尤其是对于心脏运动，术语“周期运动阶段”或“周期运动的阶段”包括在ECG的正常循环内的那些阶段，ECG表示随着每次心跳而出现的连续的心房除极化(atrial depolarization)/再极化和心室除极化/再极化。如本领域已知的，这些阶段能够近似地与被标记为P、Q、R、S和T的ECG波形的峰和谷相关联。
进一步的示例，ROI可以是动脉，或者在其中形成的动脉瘤。在这种实施例中，ROI的“运动阶段”会是动脉或动脉瘤运动经历的不同阶段，这种运动可以通过对所述动脉进行供给的心脏的心动阶段来确定。以下提出的本发明的示范性实施例按照心脏运动及其阶段来说明，然而，如上指出的，技术人员会理解本发明不限于此。
在本发明的一个具体实施例中，该2-D投影组是选通射线照相/x射线图像或对应于此的数据，它们的获取可以通过各种手段来完成，例如ECG 选通(gated)C臂x射线扫描系统，以及2-D超声。可以使用的其它成像技术包括旋转血管造影术、计算机断层摄影血管造影术、和磁共振血管造影术。
在过程110获得的2-D投影组可以是各种形式，例如电子形式，或可见绘制的形式。而且，在110获得的2-D投影组包括描绘了在运动的至少两个不同阶段中的ROI的投影。在本发明的一个具体实施例中，所获得的2-D投影组在200个2-D投影数量级上，尽管可以在根据本发明的操作110期间获得另一数量的投影(2、3、50、100、1000或更多)。更具体地，在过程120产生的多个2-D投影子集可以在相似的范围中，例如2、3、50、100、1000或更多个子集。每一个2-D投影子集都可以包含ROI的一个投影，或者ROI的多个投影(例如2、3、50、100、1000或更多投影)。当在每一个子集中都有多个2-D投影时，可以使用单个2-D投影，其表示包含在其中的多个投影的加权或不加权的平均值。
可任选的，每一个2-D投影都包括时间标记，其指明在2-D投影序列内获得该特定2-D投影的相对位置。本领域技术人员会意识到，可以使用各种实施方式，例如时钟、计数器或其它装置，或者标记，它们都可用以确定在过程110中各个2-D投影是在共同序列中的哪一点获得的。
在以下图2中进一步所示的本发明的第一示范性实施例中，在整个2D投影组内确定多个2D投影子集，每一个子集都包含基本上相同运动阶段的2-D投影。随后，为每一个2-D投影子集构造3-D重建，接下来，从各个3-D重建推导出3-D模型段。以此方式，使用一个3D重建推导出相应的3-D模型段。组合多个3-D模型段以形成运动阶段序列，尽管这个运动阶段序列能够变换为时间推移序列，如以下进一步说明的。进一步可任选的，对于所述多个3-D模型段中的每一个，使用用以推导该3D模型段的特定2D投影子集对其进行调整(即经由相应的3-D重建)，以下说明对其的示范性过程。
在以下图3进一步示出的本发明第二示范性实施例中，将该2D投影组作为一个整体，并求平均值，根据该平均值构造3-D重建。根据平均3-D重建推导出平均3-D模型，并将平均3-D模型分割为多个3-D模型段。以此方式，多个3-D模型段中的每一个都是根据单个3-D重建推导出的。组 合所述多个3-D模型段，以形成4-D重建。进一步可任选的，按照与第一示范性实施例中所述的类似的方式，对于所述多个3-D模型段中的每一个，使用所确定的2D投影子集对其进行调整，每一个子集都包含基本上相同阶段运动的2D投影。
依据前述，能够明白，与使用多个3-D重建来获得4-D重建的常规配准方案相对照，本发明使用了单个3-D重建作为推导相应3-D模型段的基础，多个3-D模型段共同形成了4-D重建。与需要大量2-D投影来提供大量3-D重建的常规技术相比，该方案需要的2-D投影数量显著减少。例如，能够在例如约7秒、每秒30个投影及约180°的角度范围内的单次旋转X射线采集内实现足够的图像质量。
图2示出了根据本发明第一示范性实施例的示范性过程110和120。示范性过程110包括过程212，在其中确定2-D投影组内的多个子集，每一个2-D投影子集都与感兴趣区的不同运动阶段相对应。在214，为每一个2-D投影子集构造3-D重建，从而构成共同的多个3-D重建。示范性过程120包括过程222，在其中根据所述多个3-D重建中的单个3-D重建推导出3-D模型段，从而构成多个3-D模型段。进一步的过程224包括：对于所述多个3-D模型段中的每一个，使用用以推导出该3D模型段的特定2D投影子集对其进行调整(即通过相应的3-D重建)，以下说明对其的示范性过程。将共同的多个3-D模型段对准，并将其组合以构成ROI的4-D重建，以下说明用于它的示范性过程。
在本发明的一个具体实施例中，感兴趣区的所述运动阶段是要建模的动脉瘤的心动阶段。在这个实施例中，过程212包括：执行R峰值分析，以确定2D投影的具体心动阶段。可以对2-D x射线图像的每一个子集执行选通重建，以产生包含动脉瘤的感兴趣区的相应的多个3-D重建，从而实现过程214。能够用已知的过程执行过程222，在其中根据每一个3-D重建推导出3-D表面模型段，由M.R.Kaus，J.von Berg，J.Weese，W.Niessen和V.Pekar.在“Automated Segmentation of the Left Ventricle in Cardiac MRI”Med.Img.Anal.8245-254，2004中说明了所述已知的过程的一个实例。
图3示出了根据本发明第二示范性实施例的示范性过程110和120。示范性过程110包括过程312，其中将2D投影组作为一个整体，用基本上整 个2-D投影组构造平均3D重建。术语“平均3-D重建”意图表示共同的3-D重建，其将全部2D投影信息保留在其中。注意在该具体实施例中，在具有多个运动阶段的2-D投影上执行一个选通重建；而在图2的实施例中，进行多个选通重建，其每一个都在具有特定运动阶段的特定2-D投影子集上延伸。进一步的示范性过程110包括过程314，在其中确定该组2-D投影内的多个子集，每一个2-D投影子集都与感兴趣区的不同运动阶段相对应。然而，在该实施例中不执行在2-D投影子集上的选通重建；作为替代将这些2-D投影子集用于调整，如下所述。
示范性过程120包括322，在其中根据平均3-D重建推导出平均3-D模型，平均3-D段也保留了由共同的多个2D投影数据提供的全部信息。结果，平均3-D模型会出现模糊，因为绘制的图像会包括ROI的多个运动阶段。在324，将该平均3-D模型分割为多个3-D模型段，用于形成4-D重建。
以此方式，根据一个(平均)3D重建推导出多个3-D模型段的每一个。
进一步的示范性过程120包括过程326，在其中对于所述多个3-D模型段中的每一个，使用在过程314中形成的2D投影子集对其进行调整。组合共同的多个3-D模型段以形成按照运动阶段序列的ROI的4-D重建，尽管这个序列可以转换为时间推移序列，如以下将说明的。
以上说明了本发明的具体实施例，其中ROI的所述运动阶段是要建模的动脉瘤的心动阶段。在这个实施例中，执行对所采集的2-D x射线图像组的选通重建，以产生对包含动脉瘤的感兴趣区的平均3-D重建，从而实现过程312，并且执行R峰值分析，以确定2D投影的具体心动阶段，从而实现过程314。可以用已知的过程执行过程322，在其中根据平均3-D重建推导出平均3-D表面模型段，由M.R.Kaus，J.von Berg，J.Weese，W.Niessen和V.Pekar.在“Automated Segmentation of the Left Ventricle in Cardiac MRI”Med.Img.Anal.8245-254，2004中说明了所述已知的过程的一个实例。
能够使用已知的过程，例如使用平均3D模型内的点的子集，执行过程中的平均3-D模型到多个3-D模型段的空间分割。平均3D模型被分割得到的段的示范性数量可以是2、3、5、50、100、1000或更多段。在具体实施例中，3-D模型段的数量对应于在以上过程314中所确定的2-D投影子集的数量。
3-D模型段调整方法
本发明的方法可以包括调整过程，以便更准确地绘制构成4-D重建的3-D模型段。根据本发明，可以将每一个3-D模型段朝向表示特定运动阶段的一个或多个2D投影、朝向具有特定时间标记a的2D投影、或者朝向两类2D投影的组合进行调整。在过程224的一个示范性实施例中，将每一个所得到的3-D模型段朝向最初从中推导出该3D模型段的2-D投影子集进行调整(即经由相应的3-D重建)。这个调整过程用于修正根据相应的3-D重建推导出3-D模型段时会出现的运动阶段中的任何未对准。以此方式，在将3-D模型段组合到4-D重建之前，精确地调整了每一个3-D模型段的运动阶段。可任选的，用于调整所得到的3-D模型段的2D投影子集可以不同于从中构造相应3-D重建的子集。例如，与重建形式相比，子集的调整形式可以包括具有较少变化的2D投影，因为较少的变化会有利于更准确地调整3-D模型段。
在调整过程的一个具体实施例中，将一个或多个2-D投影用作参考，将3-D模型段朝向这些2D投影进行调整。这个过程的一个特定实施例会包括：将每一个3-D模型段朝向表示从中构造该段的相应3-D重建的子集的2-D投影子集进行调整。该2-D投影子集是“表示性的”，因为用于调整的子集可以不同于用于3-D重建的子集，如上所指明的。将每一个3-D模型段调整到具有基本上相同运动阶段的多个2-D投影提供了增强的成像，因为能够使用来自具有基本上相同运动阶段的不同2-D图像的信息为该特定运动阶段构造准确的3-D模型段。
在调整过程的另一个特定实施例中，将每一个3-D模型段朝向具有特定时间标记的相应的2-D投影进行调整。作为这个实施例的示例，将每一个3-D模型段调整到一个2-D投影，所调整的3-D模型段包含将该3-D模型段朝向其进行调整的2-D投影的时间标记。这个调整方案提供了借助于4-D重建来绘制的3-D模型段的准确的时间推移序列。在这个方案中，调整过程包括调整3-D模型段，以便其前向投影与所测量的2D投影达到足够相关度。
在调整过程再进一步的特定实施例中，将每一个3-D模型段最初朝向描述特定运动阶段的相应2-D投影子集进行调整，随后朝向具有特定时间 标记的相应的2-D投影进行调整。这些调整过程的组合得到了4-D重建模型，其享有从将3D段朝向各自的运动阶段进行调整而获得的增强的ROI成像的优点，以及将3D段朝向各自的时间标记进行调整而实现的准确的时间推移绘制的优点。
在前述示范性实施例中，可以使用2D-3D配准过程，通过对模型参数的有规则的优化(直接的或迭代的)来执行调整，由J.Weese，G.P.Penney，P.Desmedt，T.M.Buzug，D.L.G.Hill和D.J.Hawkes的“Voxel-based 2-D/3-DRegistration of Fluoroscopy Images and CT Scans for Image-Guided Surgery”，IEEE Trans.Inform.Technol.Biomed.，vol.1，第284-293页，1997年12月说明了该2D-3D配准过程的一个实例。而且，调整过程可以包括调整投影参数、建模参数、或这两类参数。投影参数涉及3-D表面模型段的投影数据，可以使用形状敏感滤波器对投影参数所进行的调整可以增强ROI内的特定特征的绘制。模型参数涉及3-D表面模型段，并可以通过提供用于调整3-D模型段的机械特征或结构特征，例如惯性，表面形状或体积力矩，的建模代码来调整模型参数。
3-D模型段的对准
在图2所示的实施例中，通过将多个3-D模型表面段组合到一个共同的序列中，来获得4D重建的形成。为了有利于该组合过程，可以使用感兴趣区内的一个或多个参考特征用作关键物(key)，每一个3-D表面模型段都相互对准到该关键物。
图4示出了示范性过程400，用于根据本发明对准根据图2所示的过程推导出的多个三维模型段。在这个过程中，在412，为每一个3-D模型段在感兴趣区内选择参考特征，参考特征确定了在每一个3-D模型段中基本上相同的特征。在414，通过使用3-D模型段的序列来产生4D重建的组合，由此在至少一个3-D模型段中的参考特征定义了对准点，将在每一个剩余3-D模型段中的参考特征与该对准点相互对准。
充当对准点的参考特征可以是各种特征。在一个实例中，参考特征是感兴趣区内的预定特征的中心或质心，例如动脉瘤或其它物质块的质心。在另一个实施例中，参考特征是ROI内的预定特征的表面属性，例如ROI内的动脉瘤的形状或曲率。在另一个实施例中，将ROI内的预定参考位置 用作参考特征，例如ROI中的基本上不随时间和/或动脉瘤的心动阶段中的变化而运动的点。在一个具体实施例中，基于以下选择参考特征：即能够随时间和运动阶段中的变化在ROI内准确地追踪此类特征，或者该参考特征基本上不随时间和/或运动阶段中的变化而在ROI内位移。技术人员会意识到可替换地或除前述之外，还可以使用其它参考特征。
而且，尽管图4的前述对准过程是按照一个参考特征来说明的，但技术人员会意识到可以增加附加的一个或多个额外的参考特征(2、3、5、10、100或更多参考特征)，以在对准3-D模型段时提供更大的精度，在特定3-D模型段中的每一个参考特征都提供了一个对准点，用于其它3-D模型段中的该参考特征与该对准点对准。
参考图3的第二示范性实施例，根据同一平均3-D重建推导出全部3-D模型段。从而，将所有3-D模型段都与同一3-D体积对准，在3-D模型段之间提供了内在的相互对准。
运动阶段和时间之间的4-D重建的变换
如所指出的，可以按照运动阶段序列或按照时间序列，来提供(作为电子数据的、虚拟绘制的等)4D重建。按照运动阶段序列的ROI 4-D重建的有用之处在于这个序列有助于确定特定现象发生在哪一个运动阶段中，或确定取决于运动阶段的现象。这个序列能够用于确定例如动脉瘤是否有可能会破裂。
提供ROI的时间推移序列在识别与ROI相关的取决于时间的现象时也是有用的。在观看ROI的时间推移序列时，也可以识别出其它特征，例如壁变薄。
可以通过将适当的2-D投影应用于每一个3-D模型段，来执行在时间推移序列与运动阶段序列之间的转换。图5A示出了用于将3-D模型段的时间推移序列转换为运动阶段序列的示范性方法510。起初在512，确定3-D模型段的时间标记，并且还确定基本上包含所述时间标记的2-D投影的运动阶段。在514，映射3-D模型段，以占据沿运动阶段轴的一个位置，所述位置对应于包含按照所选3-D模型段的基本上相似的时间标记的2-D投影的运动阶段。对每一个3-D模型段重复这个过程，结果得到了3-D模型段的运动阶段序列。在排序3-D模型段时可以考虑时间标记信息；例如，可 以沿着基于时间标记的轴从左到右排序具有基本上相同运动阶段的3-D模型段，最早的3-D模型段在最左边，最晚的3-D模型段出现在最右边。当然其它排序也是可以的。
图5B示出了用于将运动阶段序列转换为时间推移序列的示范性方法520。最初在522，确定3-D模型段的运动阶段，并且确定具有基本上相同时间标记的2-D投影，该2-D投影具有与之相对应的时间标记。在524，映射3-D模型段，以占据沿时间轴的与该2-D投影的时间标记相对应的位置。对每一个3-D模型段重复这个过程，结果得到了3-D模型段的时间序列。
图6示出了根据本发明的用于构造展示了多个运动阶段的感兴趣区的四维重建的示范性系统600。作为这个系统的示例，EGC选通C臂x射线扫描系统605用于获得感兴趣区的选通2D投影，因为ROI展示了随时间的多个不同运动阶段。也可以使用其它扫描系统，例如多切面CT，超声等。
所获得的选通2D投影数据被提供给处理系统610的输入608，处理系统610在具体实施例中实现为计算机。处理系统610还包括3-D重建模块620，用于用2-D投影组构造一个或多个3-D重建。3-D重建模块620包括确定和分类模块622，用于确定所接收的2-D投影的不同运动阶段，并将其分类到多个不同子集中，每一个子集都包含基本上相同运动阶段的2-D投影，所述信息在622a输出。3-D重建模块620还包括选通3-D重建模块624，用于执行对2-D投影数据的选通重建。在符合图2的方法的一个实施例中，选通重建模块624用于对由确定和分类模块622提供的多个2-D投影子集的每一个上执行选通重建。在符合图3的方法的另一个实施例中，选通3-D重建模块624用于从输入610接收2D投影数据组，并在基本上整个接收的2-D投影数据组上执行选通重建。在624a提供选通重建信息。与图3的实施例一致，从3-D重建模块620提供对应于2D投影数据子集的数据624a，以充当参考数据，在随后操作中将3-D段朝向参考数据进行调整。可以通过执行指令代码来提供确定功能和选通3-D重建，该指令代码在计算机600的嵌入式处理器630上运行。可以由耦接到所述处理器630的易失性或非易失性存储器640提供2-D投影的存储。
处理系统610还包括推导模块650，用于从所提供的一个或多个3-D重建624a推导出3-D模型段。在一个具体实施例中，推导模块650包括段产 生器模块651，用于根据3-D重建624a形成3-D模型段。推导模块650还包括调整模块652，用于将每一个3-D模型段朝向一个或多个2-D投影(例如存储在存储器640中)进行调整。在一个实施例中，调整模块652用于将3-D模型段朝向相应的2-D投影子集622a进行调整，每一个2-D投影子集都展示了感兴趣区的不同运动阶段。在另一个实施例中，调整模块652用于将3-D模型段调整到相应的2-D投影(例如经由处理器630从存储器640得到的)，每一个2-D投影都展示了不同时间标记。作为进一步示范例，调整模块652用于最初将将3-D模型段调整到相应的2-D投影子集以便朝向特定运动阶段进行调整，随后调整到相应的2-D投影，以便朝向特定时间标记进行调整。可任选的，推导模块650还包括组合器模块653，用于组合运动阶段序列或时间推移序列中的3-D模型段，组合器653执行图4所示的操作，以便相互对准根据图2所示的方法得到的各3-D段。这个模块在与图3的实施例一致的实施例中可能并不需要，在此情况下可以省略模块653。更可任选的，组合器模块654还包括转换器，用于实现在3-D模型段的时间推移序列与运动阶段序列之间的转换，如图5A和5B所述。在没有使用这个性能的实施例中，能够省略模块654。
总之可以视为本发明的一个方面的是，本发明的一个方面可以视为根据单个3-D重建推导出3-D模型段，所述单个3-D重建采取以下形式之一：(i)根据具有基本上相同运动阶段的2-D投影子集所形成的运动阶段特定的3-D重建，或者(ii)根据在大量不同运动阶段上取得的2-D投影组所形成的共同的平均3-D重建。根据单个3D重建推导出3-D模型段提供的益处在于，需要较少的2-D投影来构造4-D重建。更有利的，与常规方案相比，减少了到4-D重建的伪像传递。
如由本领域技术人员易于意识到的，所述过程可以适当的以硬件、软件、固件或这些实施方式的组合来实现。另外，所述过程中的一些或全部可以实现为计算机可读指令代码，驻留在计算机可读介质上(可移动盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式处理器等)，指令代码用于编程其它此类可编程装置的计算机，以执行预期的功能。
应注意术语“包括”不排除其它特征，定冠词“一”不排除多个，除非在明确指明的情况下。还要注意，可以组合与不同实施例相关联所述的 要素。还要注意，权利要求中的参考标记不应解释为限制权利要求的范围。术语“耦合”用于表示或者在两个特征之间的直接连接，或者经由两个特征之间的中间结构的间接连接。流程图中示出的操作不限于所示的特定顺序，根据本发明，较后编号的操作可以与较前编号的操作并行或在其之前执行。
提出前述说明是为了说明和描述的目的。不是想要穷举性的或将本发明限制到所公开的准确形式，显然，按照所公开的教导可以有许多修改和变化。选择所述实施例以便最好的解释本发明的原理，其实际应用从而允许本领域其它技术人员能够按照适合于预期具体用途，在不同实施例中并以不同修改最好的利用本发明。意图是本发明的范围仅由所附于此的权利要求来定义。
Claims (13)
1.一种用于构造展示周期运动的多个阶段的感兴趣区的4-D图像重建的方法，其中，所述4-D图像重建包括对作为时间或运动阶段的函数的3-D图像的重建，所述方法包括：
(i)使用2-D图像投影组构造一个或多个3-D图像重建；以及
(ii)根据所述一个或多个3-D图像重建中的每一个推导出一个或多个3-D图像模型段，其中，由此形成了多个3-D图像模型段，并且其中，所述一个或多个3-D图像模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D图像重建中的单个3-D图像重建推导出的，
其中，所推导出的所述多个3-D图像模型段形成了所述感兴趣区的4-D图像重建。
2.如权利要求1所述的方法，
其中，(i)包括：
在所述2-D图像投影组内确定多个2-D图像投影子集，每一个2-D图像投影子集都与所述感兴趣区的不同运动阶段相对应；
为每一个2-D图像投影子集构造3-D图像重建，其中，形成了共同的多个3-D图像重建，并且
其中，(ii)包括：根据所述多个3-D图像重建中的单个3-D图像重建推导出3-D图像模型段，由此形成了多个3-D图像模型段。
3.如权利要求2所述的方法，其中，(ii)还包括：将所述多个3-D图像模型段中的每一个朝向所述多个2-D图像投影子集中相应的一个子集进行调整。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括：
为每一个所述3-D图像模型段(312)选择在所述感兴趣区内的参考特征，所述参考特征确定了在每一个所述3-D图像模型段中相同的特征，
其中，通过实施一系列所述3-D图像模型段(314)来构造所述4-D图像重建，由此在至少一个所述3-D图像模型段中的所述参考特征定义了对准点，将在每一个剩余的3-D图像模型段中的参考特征与该对准点相互对准。
5.如权利要求4所述的方法，其中，从一个组中选择所述参考特征，该组包括：在所述感兴趣区内的预定特征的质心、在所述感兴趣区内的预定特征的形状属性、或在所述感兴趣区内的预定参考位置。
6.如权利要求1所述的方法，
其中，(i)包括为所述2-D图像投影组构造平均3-D图像重建，并且
其中，(ii)包括：
根据所述平均3-D图像重建推导出平均3-D图像模型；并且
将所述平均3-D图像模型分割为多个3-D图像模型段。
7.如权利要求6所述的方法，
其中，(i)包括在所述2-D图像投影组内确定多个2-D图像投影子集，每一个2-D图像投影子集都与所述感兴趣区的不同运动阶段相对应；并且
其中，(ii)还包括：将所述多个3-D图像模型段中的每一个朝向一个或多个所述2-D图像投影进行调整。
8.如权利要求7所述的方法，其中，调整步骤包括：将所述多个3-D图像模型段中的每一个朝向所述多个2-D图像投影子集中相应的一个子集进行调整。
9.如权利要求8所述的方法，
其中，每一个2-D图像投影都包括时间标记，所述时间标记指明在2-D图像投影序列内获得相应2-D图像投影的相对位置，并且
其中，调整步骤还包括：将所述多个3-D图像模型段中的每一个朝向所述2-D图像投影中相应的一个2-D图像投影进行调整。
10.如权利要求1-3和5-9中任一项所述的方法，其中，所述多个3-D图像模型段形成了所述感兴趣区的运动阶段序列，该运动阶段序列包括心动阶段序列，所述方法还包括：
对于每一个3-D图像模型段，确定该3-D图像模型段的运动阶段以及包含所述运动阶段的2-D图像投影的时间标记(522)；并且
定位所述每一个3-D图像模型段，以占据沿时间标记轴的位置，所述位置与包含按照所选3-D图像模型段的所述运动阶段的2-D图像投影的时间标记相对应(524)。
11.如权利要求1-3和5-9中任一项所述的方法，其中，推导出的所述多个3-D图像模型段形成了时间推移序列，所述方法还包括：
对于每一个3-D图像模型段，确定该3-D图像模型段的时间标记以及包含所述时间标记的2-D图像投影的运动阶段(512)；并且
定位所述每一个3-D图像模型段，以占据沿运动阶段轴的位置，所述位置与包含按照所选3-D图像模型段的类似的时间标记的2-D图像投影的运动阶段相对应(514)，其中，所述运动阶段包括所述感兴趣区的心动阶段。
12.一种被配置为构造展示运动的多个阶段的感兴趣区的四维图像重建的系统(600)，其中，所述四维图像重建包括对作为时间或运动阶段的函数的3-D图像的重建，所述系统(600)包括：
3D重建模块(620)，用于使用2-D图像投影组构造一个或多个3-D图像重建；以及
推导模块(650)，用于根据所述一个或多个3-D图像重建中的每一个推导出一个或多个3-D图像模型段，其中，由此形成了多个3-D图像模型段，并且其中，所述一个或多个3-D图像模型段中的每一个都是根据所述一个或多个3-D图像重建中的单个3-D图像重建形成的，
其中，推导出的所述多个3-D图像模型段共同形成了所述感兴趣区的4-D图像重建。
13.如权利要求12所述的系统(600)，还包括ECG选通C臂x射线扫描系统(605)。
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