CN102236797A - 确定生物管状组织结构改变的方法、计算单元和数据载体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定生物(P)的管状组织结构(A)从第一时刻到与第一时刻不同的第二时刻的至少一个改变的方法，其中，在生物(P)的管状组织结构(A)的提供的在第一时刻产生的体数据组和提供的在与第一时刻不同的第二时刻产生的体数据组中，分别确定管状组织结构(A)的中心线(M1，M2)，并且其中为了确定管状组织结构(A)的至少一个改变，沿着管状组织结构(A)在第一体数据组的管状组织结构(A)和第二体数据组的管状组织结构(A)的中心线(M1，M2)的多个互相对应的位置上，确定管状组织结构(A)的最小和/或最大内壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax)和/或最小和/或最大外壁直径的至少一个改变(ΔdAmin，ΔdAmax)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定生物的管状组织结构从第一时刻到与第一时刻不同的第二时刻的至少一个改变的方法。此外，本发明还涉及一种用于实施该方法的计算单元，以及一种具有实现该方法的计算程序的数据载体。
背景技术
现代的成像设备诸如计算机断层造影设备或磁共振设备使得可以为了检查和为了诊断而产生人身体内部的高分辨图像。这样的高分辨图像还可以是例如在CT血管造影(CTA)中在给予造影剂的条件下对人的管状组织结构，例如传导血液的血管或血管系统产生的，以用于识别血管或血管系统的异常，诸如变狭窄、动脉瘤，并且在后续检查中，即所谓的Follow-up检查中，能够监视其改变，特别是监视其增大。
如果识别了动脉瘤，则通常确定并存储动脉瘤的最大直径。在后面时刻进行的后续检查中重复确定动脉瘤的最大直径，以便确定动脉瘤的最大直径的增加。如果动脉瘤的最大直径在一年中增加超过1cm，则建议对动脉瘤进行手术治疗(参见Brewster，D.C.；Cronenwett，J.L.；Hallett，J.W.；Johnston，K.W.；Krupski，W.C.；Matsumura，，，Guidelines for the treatment of abdominal aorticaneurysms“，Report of a subcommittee of the Joint Council of the AmericanAssociation for Vascular Surgery and Society for Vascular Surgery，Journal ofVascular Surgery，Volume 37，No.5，2003，pages 1106-1117)。
在现代成像设备中可实现的图像质量的连续改进伴随者待判断的图像的数量增加。这导致，例如在针对动脉瘤来诊断传导血液的血管的图像时，用于观察和分析图像的开销，特别是用于确定每个动脉瘤的最大直径改变的开销相对高。此外存在忽略或错误测量血管瘤的风险。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开头所述种类的方法、计算单元和数据载体，使得能够更好支持对生物的管状组织结构的改变的确定。
按照本发明，上述技术问题通过一种用于确定生物的管状组织结构从第一时刻到与第一时刻不同的第二时刻的至少一个改变的方法解决，在该方法中，在生物的管状组织结构的具有提供的在第一时刻产生的第一图像数据的体数据组和具有提供的在与第一时刻不同的第二时刻产生的第二图像数据的体数据组中，分别确定生物的管状组织结构的中心线。对于管状组织结构的中心线的确定存在不同的方法。例如可以参考在未公开的专利申请10 2009 006 414.1和102009 032 257.4中描述的方法，其公开内容被并入本专利申请中。
在管状组织结构的第一体数据组和第二体数据组中分别确定并分割管状组织结构的内壁和/或外壁。为此，还可以将基于学习的方法应用到对管状组织结构的应用中(参见Georgescu，B.；Zhou，X.S.；Comaniciu，D.和Gupta，A.in，，Database-Guided Segmentation of Anatomical Structures with ComplexAppearance“，in CVPR 05：Proceedings of the 2005 IEEE Computer SocietyConference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR 05)-Volume 2，IEEE Computer Society，Washington，DC，USA，pp.429-436)。
将第一体数据组的管状组织结构和第二体数据组的管状组织结构根据其中心线互相配准，为此特别使用管状组织结构的特征性的解剖标志。
在配准之后沿着第一体数据组的管状组织结构的中心线和沿着第二体数据组的管状组织结构的中心线分别确定管状组织结构的最小和/或最大内壁直径和/或最小和/或最大外壁直径。所述直径在第一体数据组的管状组织结构和第二体数据组的管状组织结构的相对应的横截面中或者分别在互相配准的第一和第二体数据组的横截面中被确定，其中，每个横截面优选地与各自的中心线直角对齐。
为了确定管状组织结构的至少一个改变，沿着管状组织结构优选地在中心线的多个互相对应的位置上或者在第一体数据组的管状组织结构和第二体数据组的管状组织结构的互相对应的横截面中，沿着中心线或者分别在互相配准的第一和第二体数据组的横截面中沿着由配准得到的中心线，确定管状组织结构的最小和/或最大内壁直径的至少一个改变和/或最小和/或最大外壁直径的至少一个改变。对改变的确定优选地通过将互相对应的直径值相减和/或相除来进行。
以这种方式实现了如下条件，即，自动地识别生物的管状组织结构在第一时刻、特别是管状组织结构的第一检查的第一时刻，和第二时刻、特别是管状组织结构的第二检查或后续检查的第二时刻之间发生的改变。
按照本发明的一种变形，将至少一个从第一时刻到第二时刻发生的管状组织结构的改变可视化。优选地，将所有发生的并识别的管状组织结构改变可视化。在此，按照本发明的一种实施方式，可以将管状组织结构的最小和/或最大内壁直径的至少一个改变和/或最小和/或最大外壁直径的至少一个改变可视化。这样的可视化例如可以按照与相互配准的中心线或从中得到的管状组织结构的中心线相联系的曲线变化的形式进行，所述曲线变化分别说明各个直径沿着中心线的改变。
按照本发明的另一种实施方式，基于在管状组织结构的属于所述至少一个改变的横截面中管状组织结构的所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的至少一个改变，计算并可视化管状组织结构的横截面的改变。同样在这种情况下，与相互配准的中心线或与得到的管状组织结构的中心线相联系的曲线变化，可以示出管状组织结构的横截面沿着管状组织结构的中心线的改变。
按照本发明的另一种变形，基于在管状组织结构的属于所述至少一个改变的横截面中管状组织结构的所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的至少一个改变，确定至少一个涉及管状组织结构的外壁和/或内壁的差面积以及属于所述差面积的外轮廓和/或内轮廓。优选地，基于在管状组织结构的、在中心线的方向上相继跟随的属于所述改变的横截面中管状组织结构的多个所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的改变，对于具有改变的每个横截面，确定至少一个涉及管状组织结构的外壁和/或内壁的差面积以及各个差面积的外轮廓和/或内轮廓。
按照本发明的另一种变形，在中心线或者在相继跟随的差面积的得到的中心线的方向上的外轮廓形成外轮廓面，并且，在中心线或者在相继跟随的差面积的得到的中心线的方向上的内轮廓形成内轮廓面，其中，在外轮廓面和/或内轮廓面上形成如下纹路，该纹路将外轮廓面和/或内轮廓面的不同位置上的改变的级别或规模可视化。改变的不同级别优选地用不同颜色来可视化。纹路在此几乎是如下图像，该图像映射到轮廓面上并且通过不同颜色使得管状组织结构的不同强度的改变可见，而不影响改变的几何特征。
如果识别了管状组织结构的如下区域，在该区域中管状组织结构的内壁和/或外壁的直径值改变了，并且如果确定了轮廓面，则轮廓面可以嵌入到管状组织结构的第一和/或第二体数据组，并且用于说明性地可视化管状组织结构的纹路被映射到轮廓面。例如，在该区域中可以将微小的改变可视化为绿色、将中等严重的改变可视化为黄色并且将严重的改变可视化为红色，其中颜色表示可以互相过渡。以这种方式立即可见管状组织结构改变了的位置。此外立即可见，管状组织结构在识别的位置上以何种方式改变。
按照本发明的实施方式，管状组织结构具有至少一个传导血液的血管，例如人的主动脉。管状组织结构优选是传导血液的血管的血管系统。按照本发明的方法相应可以用于监视并可视化主动脉的动脉瘤的局部改变或者局部增长。
作为本发明的基础的技术问题还通过一种计算单元解决，该计算单元构造为用于程序技术地执行前述方法。
作为本发明的基础的技术问题还通过一种数据载体解决，该数据载体具有用于执行前述方法之一的计算程序。该计算程序存储在数据载体上并且可以由计算单元从数据载体加载，以便由计算单元执行。数据载体可以是便携式数据载体(诸如CD)或者服务器等。
附图说明
以下在附图中示意性示出本发明的实施例。其中，
图1示出了用于检查患者的计算机断层造影设备，
图2示出了按照本发明的方法的流程图，
图3示出了在第一体数据组中包含的患者的主动脉的示意图，
图4示出了在第二体数据组中包含的患者的主动脉的示意图，
图5示出了第一和第二体数据组的互相配准的主动脉，
图6示出了图5的横截面43，并且
图7示出了利用纹理布置的外轮廓面到主动脉的第一体数据组中的淡入。
附图中相同的或功能相同的元件、组件、组织等通篇利用相同的附图标记表示。附图中的显示是示意性的并且不一定是按比例的，其中在附图之间的比例可以改变。在以下并且不失一般性仅作为为了理解本发明而需要地考察在图1中所示的X射线计算机断层造影设备1。
具体实施方式
图1示出的X射线计算机断层造影设备1具有用于支撑待检查的患者P的患者卧榻2。X射线计算机断层造影设备1还包括机架4，机架具有围绕系统轴5可旋转支撑的管-探测器系统。管-探测器系统具有互相相对设置的X射线管6和X射线探测器单元7。在运行中，从X射线管6在X射线探测器单元7的方向上发出X射线8，借助X射线探测器单元7采集X射线8。
患者卧榻2具有卧榻基座9，在卧榻基座上设置了用于实际支撑患者P的患者支撑板10。可以相对于卧榻基座9这样调节患者支撑板10，使得患者支撑板10与患者P一起能够被驶入到机架4的开口3中，以便用于例如在螺旋扫描中拍摄患者P的二维X射线投影。利用X射线计算机断层造影设备1的图像计算机11，基于二维X射线投影，计算地处理二维X射线投影或重建患者P的身体区域的体数据组。
在本发明的该实施例的情况下，利用X射线计算机断层造影设备1检查患者P的管状组织结构。特别地，本例中检查患者P的主动脉的动脉瘤的大小增长。为此以大约一年的间隔分别在给予造影剂之后利用X射线计算机断层造影设备1产生患者P的主动脉的两个体数据组。在使用两个体数据组的情况下，要检查在大约一年前产生的第一体数据组中识别的动脉瘤的增长。
例如在该检查中为了更好支持诊断的医生，设置了具有相应的计算程序13的计算单元12，计算单元例如可以是诊断工作站，所述计算程序本例中借助便携式存储介质，例如CD，或者由服务器通过网络被加载到计算单元12中并且具有用于确定患者P的主动脉的至少一个改变的程序装置。
计算单元12与X射线计算机断层造影设备1的图像计算机11相连，所述图像计算机向计算单元12提供主动脉的第一和第二体数据组。
图2示出了按照本发明的方法的原理性流程图。由计算单元12从图像计算机11或者从未示出的数据存档(Datenarchiv)中，在步骤20中接收在大约一年前产生的患者P的主动脉的第一体数据组，并且在步骤30中接收当前产生的患者P的主动脉的第二体数据组。
在步骤21中，在图3中示意性示出的患者P的主动脉A的第一体数据组中确定主动脉A的中心线M1。主动脉A的中心线M1优选地借助主动脉A的第一体数据组的图像数据全自动地确定。为此，例如可以使用本文开头已经提到在未公开的德国专利申请10 2009 006 414.1或者10 2009 032 257.4中描述的方法。替换地，还可以使用用于确定中心线的半自动方法。然而这提高了在确定中心线时的时间开销。在步骤31中，以相应的方式在图4中示意性示出的患者P的主动脉A的第二体数据组中确定主动脉A的中心线M2。
在步骤22中，确定或分割主动脉的血管壁的轮廓，特别是在主动脉的第一体数据组中分割内壁I1和外壁A1。为此可以使用主动的轮廓模型。然而在血管壁上具有带有动脉粥样硬化斑沉淀的动脉瘤的血管情况下，主动的轮廓模型的算法可能会出错，因此基于学习的方法诸如“Marginal Space Learning”是优选的，如开头已经提到的那样，该方法由Georgescu，B.；Zhou，X.S.；Comaniciu，D.和Gupta，A.在，，Database-Guided Segmentation of Anatomical Structures withComplex Appearance“，in CVPR 05：Proceedings of the 2005 IEEE ComputerSociety Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR 05)-Volume 2，IEEE Computer Society，Washington，DC，USA，pp.429-436中提出并且已经首先应用于心脏分割(参见Zheng，Y.；Barbu，A.；Georgescu，B.；Scheuering，M.和Comaniciu，D.(2008)in“Four-chamber heart modeling and automatiesegmentation for 3D cardiac CT volumes using marginal space learning and steerablefeatures”，IEEE Transactions on Medical Imaging 27(11)，1668-1681)。以相应方式在步骤32中在主动脉A的第二体数据组中分割内壁I2和外壁A2。
在步骤23中，将第一体数据组的主动脉和第二体数据组的主动脉借助其中心线M1、M2互相配准。优选在进一步使用解剖的标志的条件下进行配准。可以使用主动脉的不同的分支作为解剖的标志。示例性地提到在图3和图4中标出的在肾动脉25的分支的高度处主动脉A中的位置24或者图中未示出的左右共同髂总动脉分支。图5示出了配准的结果。如从图5可以看出的，两个体数据组的主动脉A的内壁I1和内壁I2以及外壁A1和外壁A2在理想情况下部分地完整覆盖。然而在主动脉异常的区域发生偏差。在本发明的该实施例的情况下，存在动脉瘤AN形式的这样的异常，必须测量该动脉瘤，以便能够进行诊断。
如果第一体数据组的主动脉和第二体数据组的主动脉互相配准，则在本发明的该实施例的情况下在步骤26中沿着第一体数据组的主动脉的中心线M1和沿着第二体数据组的主动脉的中心线M2，至少逐段地在相应的位置分别自动地确定内壁I1、I2的最小和最大直径和外壁A1、A2的最小和最大直径，其中所述中心线如图5中所示在理想情况下覆盖结果的中心线。为此，，在中心线M1、M2的相应位置上设置通过主动脉的横截面，其中横截面与各个中心线M1、M2垂直地设置。
在图5中为了示例性解释该过程，在第一体数据组的主动脉和第二体数据组的主动脉的相应位置上标出相应的横截面40至49。横截面的数量仅仅是示例性地理解，即，也可以设置更少或更多的通过各个体数据组的主动脉的横截面。
在这些横截面中，如已经提到的那样，分别自动确定内壁I1、I2的最小和最大直径以及外壁A1、A2的最小和最大直径。对于动脉瘤AN的测量，特别是对于动脉瘤AN的增长或大小增加来说重要的是横截面41至45。图6以简化方式示例性示出在横截面43中的测量，在该测量中确定内壁I1的最小直径dI1min、内壁I1的最大直径dI1max、外壁A1的最小直径dA1min，外壁A1的最大直径dA1max、内壁I2的最小直径dI2min、内壁I2的最大直径dI2max、外壁A2的最小直径dA2min和外壁A2的最大直径dA2max。以相应方式确定在其余横截面中的直径。
基于在横截面中确定的直径值，在本发明的该实施例的情况下每个横截面形成以下差：
dI2min-dI1min
dI2max-dI1max
dA2min-dA1min
dA2max-dA1max
将从中确定的内壁最小直径的改变ΔdImin，内壁最大直径的改变ΔdImax，外壁最小直径的改变ΔdAmin和外壁最大直径的改变ΔdAmax在步骤27中、例如象在图5中所示相对于结果的中心线或者中心线M1、M2来可视化。
替换地或者附加地，可以基于在一个横截面中主动脉的内壁和外壁的最小和最大直径的改变，分别在各个横截面中计算主动脉的横截面积的改变ΔQF(ΔQF＝QF2-QF1)并且将沿着结果的中心线或沿着中心线M1、M2的横截面积的改变作为与结果的中心线或中心线相联系的曲线来可视化。在此，定性地得到曲线变化，如在图5中对于直径的改变所示。在横截面积的计算中，在简单的情况下可以根据主动脉的横截面的形状采用圆方程或椭圆方程。主动脉的内壁和外壁虽然大多几乎是圆形的横截面，然而主动脉的内壁和外壁可以通过多边形线(Polygonzug)来更精确描述。因此，对于横截面积的更确切或更精确的计算还可以使用多个多边形线。
替换地或附加地，在步骤26中可以基于在中心线M1、M2的方向上特别是在动脉瘤AN的区域中主动脉A的内壁和外壁的最小和最大直径的改变，在每个横截面中确定至少一个涉及主动脉A的外壁A1、A2和/或内壁I1、I2的差面积以及各个差面积的外轮廓和/或内轮廓。差面积以及外轮廓和内轮廓的计算例如又可以在使用圆方程、椭圆方程或多边形线的条件下进行。在本发明的该实施例的情况下，在图6中借助横截面43对于主动脉A的外壁A1、A2示出了所述过程。如从图6可以看出的，当互相比较第一体数据组的外壁A1和第二体数据组的外壁A2时，主动脉A的外壁明显伸展，其中得到在图6中阴影表示的差面积DF。涉及外壁的差面积DF具有内轮廓DFK1和外轮廓DFK2。与在图6中示出的涉及主动脉A的外壁的差面积DF类似的具有内轮廓和外轮廓的差面积，也可以在动脉瘤AN的区域中的其他横截面中被确定。外轮廓和内轮廓的全部从中心线M1、M2的方向看得到一个涉及主动脉的外壁的外轮廓面和一个涉及主动脉的外壁的内轮廓面。
在本发明的该实施例的情况下，在步骤27中将纹路映射到外轮廓面上。基于在动脉瘤AN的区域中管状组织结构的事先确定的改变，所述纹路通过不同颜色可视化在动脉瘤AN区域中管状组织结构的不同强度的改变。外轮廓面与纹路一起作为图像元素淡入到主动脉的第一或第二体数据组中。
图7示意性示出了外轮廓面KF和纹路T到主动脉的第一体数据组的淡入。外轮廓面KF和纹路T的淡入或可视化例如可以按照在未公开的德国专利申请10 2009 052 315.4中描述的方法进行。
优选地，利用纹路将改变的可视化如下地进行色彩编码：例如，将强烈的改变显示为红色，将中等严重的改变显示为黄色，并且将微小的改变显示为绿色。
替换地或附加地，还可以利用相应的纹路来可视化属于外壁的内轮廓面。以类似方式，还可以确定涉及内壁I1、I2的外轮廓面以及涉及内壁I1、I2的内轮廓面，并且将其与纹路一起可视化。
借助按照本发明的方法因此可以基于两个在不同时刻产生的主动脉的体数据组确定主动脉的改变、特别是主动脉的动脉瘤的改变，并且可视化诊断结果。如果存在不只一个动脉瘤或不只一个主动脉异常，而是存在多个待检查的异常，则这是特别具有优势的。诊断者可以借助两个体数据组的一个将待诊断的位置可视化，从而诊断者仅须分析在该位置已经存在的数据来实现诊断。
与本发明的所述实施例不同，还可以检查不同于主动脉的其他管状组织结构的异常，例如心脏冠状血管。
在该方法中不必如前所述确定内壁的最小直径、内壁的最大直径、外壁的最小直径和外壁的最大直径，而是也可以仅确定这些直径的一个或也可以确定这些直径的两个或三个并且用于可视化。
Claims (13)
1.一种用于确定生物(P)的管状组织结构(A)从第一时刻到与第一时刻不同的第二时刻的至少一个改变的方法，其中，
-在生物(P)的管状组织结构(A)的提供的、在第一时刻产生的体数据组和提供的、在与第一时刻不同的第二时刻产生的体数据组中，分别确定管状组织结构(A)的中心线(M1，M2)，
-在管状组织结构(A)的第一体数据组和第二体数据组中分别确定管状组织结构(A)的内壁(I1，I2)和/或外壁(A1，A2)，
-将第一体数据组的管状组织结构(A)和第二体数据组的管状组织结构(A)根据其中心线(M1，M2)互相配准，
-沿着第一体数据组的管状组织结构(A)的中心线(M1)和沿着第二体数据组的管状组织结构(A)的中心线(M2)分别确定管状组织结构(A)的最小和/或最大内壁直径(dI1min，dI2min，dI1max，dI2max)和/或最小和/或最大外壁直径(dA1min，dA2min，dA1max，dA2max)，并且其中，
-为了确定管状组织结构(A)的至少一个改变，沿着管状组织结构(A)在第一体数据组的管状组织结构(A)和第二体数据组的管状组织结构(A)的中心线(M1，M2)的多个互相对应的位置上，确定管状组织结构(A)的最小和/或最大内壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax)和/或最小和/或最大外壁直径的至少一个改变(ΔdAmin，ΔdAmax)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将从第一时刻到第二时刻发生的管状组织结构(A)的至少一个改变可视化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将管状组织结构(A)的最小和/或最大内壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax)和/或最小和/或最大外壁直径的至少一个改变(ΔdAmin，ΔdAmax)可视化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，基于在管状组织结构的属于所述至少一个改变的横截面中管状组织结构(A)的所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax，ΔdAmin，ΔdAmax)，计算并可视化管状组织结构(A)的横截面的改变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，基于在管状组织结构的属于所述至少一个改变的横截面中管状组织结构(A)的所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax，ΔdAmin，ΔdAmax)，确定至少一个涉及管状组织结构(A)的外壁(A1，A2)和/或内壁(I1，I2)的差面积(DF)以及属于所述差面积(DF)的外轮廓(DFK2)和/或内轮廓(DFK1)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，基于在管状组织结构(A)的、在中心线(M1，M2)的方向上相继跟随的属于所述至少一个改变的横截面中管状组织结构的多个所确定的最小和/或最大内壁和/或外壁直径的至少一个改变(ΔdImin，ΔdImax，ΔdAmin，ΔdAmax)，对于具有改变的每个横截面，确定至少一个涉及管状组织结构(A)的外壁(A1，A2)和/或内壁(I1，I2)的差面积(DF)以及各个差面积(DF)的外轮廓(DFK2)和/或内轮廓(DFK1)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，相继跟随的差面积的外轮廓(DFK2)形成外轮廓面(KF)，并且相继跟随的差面积的内轮廓(DFK1)形成内轮廓面，其中，在外轮廓面(KF)和/或内轮廓面上形成如下纹路(T)，该纹路将外轮廓面(KF)和/或内轮廓面的不同位置上的改变的级别可视化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述改变的不同级别用不同颜色来可视化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述管状组织结构具有至少一个传导血液的血管。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个传导血液的血管是人的主动脉(A)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述至少一个传导血液的血管的至少一个待确定的改变是传导血液的血管的动脉瘤(AN)的改变。
12.一种计算单元，其构造为用于程序技术地执行按照权利要求1至11中任一项所述的方法。
13.一种数据载体，具有执行按照权利要求1至11中任一项所述的方法的计算程序，所述计算程序存储在数据载体(13)上并且由计算单元(12)从所述数据载体(13)加载，以便当所述计算程序加载到计算单元(12)中时执行按照权利要求1至11中任一项所述的方法。
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