CN1745717A - 医疗运动分析设备和医疗运动分析方法 - Google Patents

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Abstract

一种医疗运动分析设备包括：跟踪点坐标获取单元，用于根据时间序列图像数据产生表示心脏上跟踪点坐标的坐标时间序列数据；运动信息获取单元，用于根据所述坐标时间序列数据产生跟踪点的时间序列运动信息；第一运动分量计算单元，用于根据所述时间序列运动信息计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量；以及第二运动分量计算单元，用于根据所述时间序列运动信息计算不同于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的运动分量。

Description

医疗运动分析设备和医疗运动分析方法
相关申请的交叉参考引用
本申请基于2004年8月30日提交的在先日本专利申请第2004-250465号并要求其优先权，其公开的全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及一种医疗运动分析设备和医疗运动分析方法，并具体而言涉及提供方向上不同于心脏收缩/心脏舒张方向的诸如扭曲或旋转的心脏运动分量与心脏收缩/心脏舒张方向的心脏运动分量的医疗运动分析设备和医疗运动分析方法。
背景技术
医疗运动分析设备用于根据通过捕获作为对象的心脏图像而获得的时间序列图像数据精确地测量心脏运动，并分析它以早期地诊断心脏疾病诸如心肌梗塞和心绞痛(参考日本专利公报第10-99334号(第4页，图2))。
心脏心室壁的典型运动能够划分为心脏收缩/心脏舒张方向的心脏运动和由于扭曲或旋转而产生的运动(运动方向不同于心脏收缩/心脏舒张方向)。心脏收缩/心脏舒张方向的所述心脏运动是通过心肌收缩实现的运动。所以，当发现运动中有失常时，这通常导致早期的诊断出例如心肌梗塞。
一般而言，心脏收缩/心脏舒张方向的心脏运动大于由于扭曲或旋转产生的心脏运动。所以，传统的医疗运动分析设备旨在测量和分析心脏收缩/心脏舒张方向的心脏运动分量(参考日本专利公报第2003-265480号(第3页，图1))。
在某些心脏区域，心脏运动的异常可能与在心脏收缩/心脏舒张方向的运动中出现相比更为敏感地出现在由于扭曲或旋转产生的运动中。在这种区域中，检测不同于心脏收缩/心脏舒张方向的诸如心脏扭曲或旋转的运动分量可能有效地用于诊断。但是，传统的医疗运动分析设备不能够连同心脏收缩/心脏舒张方向的运动测量或分析由于扭曲或旋转产生的运动。
传统的医疗运动分析设备不能够连同心脏收缩/舒张方向的运动分量导出不同于心脏收缩/心脏舒张方向的诸如扭曲或旋转的运动分量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医疗运动分析设备和医疗运动分析方法，使得可以获取有效用于诊断的不同于心脏收缩/心脏舒张方向的诸如扭曲或旋转的心脏运动分量以及心脏收缩/心脏舒张方向的心脏运动分量。
本发明的一个方面提供了一种医疗运动分析设备，用于根据通过捕获心脏图像而获得的时间序列图像数据来分析心脏运动，包括：跟踪点坐标获取单元，其被配置用于根据所述时间序列图像数据产生表示心脏上跟踪点坐标的坐标时间序列数据；运动信息获取单元，其被配置用于根据所述坐标时间序列数据产生跟踪点的时间序列运动信息；第一运动分量计算单元，其被配置用于根据所述时间序列运动信息计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量；以及第二运动分量计算单元，其被配置用于根据所述时间序列运动信息计算不同于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的运动分量。
附图说明
图1是涉及本发明第一实施例的医疗运动分析设备的方框图。
图2是用于说明第一实施例的医疗运动分析设备的操作的流程图。
图3所示为根据本发明第一实施例的运动分量显示方法的实例。
图4所示为根据本发明第一实施例的运动分量显示方法的实例。
图5A到5C所示为用于说明根据本发明第一实施例的跟踪点的运动组成和运动方向之间的关系图。
图6是涉及本发明第二实施例的医疗运动分析设备的方框图。
图7所示为根据本发明第二实施例的心脏轮廓(中心线)图。
图8所示为根据本发明第二实施例的心脏轮廓的法线方向图。
图9所示为根据本发明第二实施例的心脏轮廓的法线方向和切线方向图。
图10用于说明根据本发明第二实施例计算法线方向和切线方向的单位向量的方法。
图11是涉及本发明第三实施例的医疗运动分析设备的方框图。
图12用于说明涉及本发明第三实施例设置心脏收缩/心脏舒张方向的方法。
图13用于说明根据本发明第三实施例计算法线方向和切线方向的单位向量的方法。
具体实施方式
以下将描述本发明的实施例。
[第一实施例]
图1是涉及本发明第一实施例的医疗运动分析设备的方框图。
根据涉及该第一实施例的医疗运动分析设备，图像数据存储单元101被配置用于存储通过捕获作为对象的心脏图像而获得的时间序列图像数据。跟踪点坐标获取单元102被配置用于从图像数据存储单元101中存储的时间序列图像数据获取表示心脏上的跟踪点坐标的坐标时间序列数据。速度向量获取单元103被配置用于从利用跟踪点坐标获取单元102获取的所述坐标时间序列数据获取跟踪点的速度向量的时间序列数据作为时间序列运动信息。主分量分析单元104被配置用于对利用速度向量获取单元103所获取的时间序列运动信息进行主分量分析。
第一运动分量计算单元105被配置用于根据速度向量获取单元103提供的时间序列运动信息(即跟踪点的速度向量)，计算主分量分析单元104所提供的第一分量方向(主分量方向)的运动分量，作为心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量。第二运动分量计算单元106被配置用于根据速度向量获取单元103提供的时间序列运动信息，计算主分量分析单元104所提供的第二分量方向的运动分量，作为诸如心脏扭曲或旋转方向的运动分量。显示单元107显示第一和第二运动分量计算单元105和106所提供的运动分量，即心脏收缩/心脏舒张分量和扭曲或旋转分量。
将参考图1和2描述涉及本发明第一实施例的医疗运动分析设备。图2是用于说明涉及本发明第一实施例的医疗运动分析设备操作的流程图。
图像数据存储单元101存储通过获取作为对象的心脏图像而获得的时间序列图像数据。利用成像测量设备诸如超声波诊断设备、MRI、CT能够获取存储在图像数据存储单元101中的图像数据。图像数据存储单元101能够使用半导体存储器、硬盘、CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RAM、DVD-RW等等。
图像数据存储单元101中存储的时间序列图像数据被发送到跟踪点坐标获取单元102。
跟踪点坐标获取单元102获取从图像数据存储单元101发送的图像中所出现的跟踪点(步骤S101)。该跟踪点是出现在图像上的心脏上的跟踪点。使用例如以下文献公开的方法检测心脏轮廓：Nishiura等人的“使用部分形状约束轮廓模型的有效轮廓提取方法”(ActiveContour Extraction Method Using Partial Shape Constraint ContourModel)，The Transaction of The Institute of Electronics，Informationand Communication Engineers，Vol.J83-D-II，no.1，第183-190页，2000年1月或美国专利US6859548B2，其全部内容在此包含引作参考。从心脏轮廓检测轮廓上的特征点诸如尖部和瓣环。这些点可以假设为跟踪点。可以使用鼠标而不提取心脏轮廓为每一时间的每个图像手动地设置跟踪点。
所述跟踪点不必总是一个，通过上述方法提取的心脏轮廓上的多个特征点可以是跟踪点。但是，为了简化起见，下文仅仅描述一个跟踪点。
通过上述方法从图像数据存储单元101中存储的时间序列图像数据获取每一时间的跟踪点。这样在时间t获取的跟踪点的坐标表示为二维坐标(xt，yt)。该跟踪点的坐标(xt，yt)发送到速度向量获取单元103。
速度向量获取单元103根据从跟踪点坐标获取单元102发送的跟踪点坐标(xt，yt)的时间序列数据，计算跟踪点速度向量的时间序列数据(时间序列运动信息)(步骤S102)。
例如能够通过公式(1)获得在时间t的跟踪点的速度向量(vxt，vyt)。
v xt = x t + 1 - x t Δt - - - ( 1 )
v yt = y t + 1 - y t Δt
Δt是时间t和时间t+1之间的时间间隔。
通过公式(1)根据在两个连续时间的跟踪点坐标计算所述速度向量(vxt，vyt)。但是，可以根据以适当的时间间隔获得的跟踪点坐标来计算所述速度向量(vxt，vyt)，如在公式(2)中所示。
v xt = x t + i - x t Δ t ' - - - ( 2 )
v yt = y t + i - y t Δ t '
这里，Δt’是时间t和时间t+i之间的时间间隔。
将利用速度向量获取单元103获取的跟踪点速度向量(vxt，vyt)的时间序列数据发送到第一主分量分析单元104、第一运动分量计算单元105和第二运动分量计算单元106。
主分量分析单元104使得从速度向量获取单元103发送的跟踪点速度向量(vxt，vyt)的时间序列数据经受主分量分析，以获得所述跟踪点的第一和第二运动分量方向(步骤S103)。
通过计算由公式(3)所确定的协方差矩阵C的本征向量能够获得第一和第二运动分量方向。
C = 1 n Σ t = 1 n ( V t - 1 n Σ i = 1 n V i ) T ( V t - 1 n Σ i = 1 n V i ) - - - ( 3 )
Vt表示速度向量(vxt，vyt)以及T表示向量的转置。
换言之，当通过公式(4)定义协方差矩阵C的本征向量p1和p2时，p1是表示跟踪点的第一运动分量方向的单位向量(下称为第一分量向量)，以及p2是表示第二运动分量方向的单位向量(下称为第二分量向量)。
Cpk＝λkpk，k＝1，2
p k T p k = 1 , λ 1 > λ 2 - - - ( 4 )
在该公式中，λ1和λ2分别表示对应于本征向量p1和p2的本征值。
通过使得时间序列向量数据经受主分量分析获得的所述第一分量方向指的是时间序列向量数据的方差最大的方向。在使用心脏跟踪点的速度向量数据作为时间序列向量数据的情况下，速度向量数据的方差最大的方向是所述跟踪点的速度向量变化最大的方向。因此，在许多情况下，通过使得时间序列速度向量数据经受主分量分析获得的所述第一分量方向被认为是心脏收缩/心脏舒张方向。
另一方面，由于所述第二分量方向是与所述第一分量方向垂直的方向，通过使得时间序列速度向量数据经受主分量分析获得的所述第二分量方向在许多情况下被认为是诸如扭曲或旋转的运动方向，该运动方向与心脏收缩/心脏舒张方向垂直。
因此，如果计算和显示利用速度向量获取单元103而获得的速度向量时间序列数据的第一和第二分量方向的运动分量，则可以同时掌握所述跟踪点的速度向量的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量以及诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
主分量分析单元104发送所述速度向量的第一分量向量p1到第一运动分量计算单元105。同样，主分量分析单元104发送所述速度向量的第二分量向量p2到第二运动分量计算单元106。
第一运动分量计算单元105使用从主分量分析单元104发送的速度向量的第一分量向量p1，计算通过速度向量获取单元103发送的速度向量Vt的第一分量方向上的运动分量vMt(步骤S104)。
速度向量Vt的第一分量方向的运动分量vMt能够通过每一时间t基于公式(5)计算速度向量Vt和第一分量向量p1的内积而获得。
vMt＝Vt·p1                                 (5)
通过公式(5)获得的速度向量的第一分量方向的运动分量vMt被发送到显示单元107作为时间序列数据。
第二运动分量计算单元106使用从主分量分析单元104发送的速度向量的第二分量向量p2，计算通过速度向量获取单元103发送的速度向量Vt的第二分量方向上的运动分量vSt(步骤S105)。
速度向量Vt的第二分量方向的运动分量vSt能够通过每一时间t基于公式(6)计算速度向量Vt和第二分量向量p2的内积而获得。
vSt＝Vt·p2                                 (6)
通过公式(6)获得的速度向量的第二分量方向的运动分量vSt被发送到显示单元107作为时间序列数据。
显示单元107显示所述跟踪点的速度向量的第一和第二分量方向上的运动分量vMt和vSt，该运动分量从第一和第二运动分量计算单元105和106发送(步骤S106)。显示单元107能够使用例如CRT显示器或液晶显示器。
当在显示单元107上显示每个运动分量时，可以将每个运动分量显示为图形并一起显示心脏图像上的跟踪点的第一和第二分量方向，如图3所示。
通过这种方式，当同时将跟踪点的第一和第二分量方向的运动分量显示为图形时，可以同时观察到在跟踪点中心脏收缩/心脏舒张方向的运动以及诸如扭曲或旋转方向的运动的状态。
正如这样描述的，根据本发明的第一实施例，当从通过捕获作为对象的心脏图像而获得的图像数据获取所述跟踪点的速度向量数据时，使得该速度向量数据经受主分量分析，并计算和显示第一和第二分量方向的运动。能够同时地掌握心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量和诸如扭曲或旋转方向的运动分量。这使得可以获取在诊断中更为有效的运动分量。
在本实施例中，在步骤S104中利用第一运动分量计算单元105计算速度向量Vt的第一分量方向的运动分量vMt之后，在步骤S105利用第二运动分量计算单元106计算速度向量Vt的第二分量方向的运动分量vSt。但是，计算所述第一和第二分量方向的运动分量的顺序可以颠倒。换言之，在图2中，步骤S105可以被替代为步骤S104。更具体而言，首先，利用第二运动分量计算单元106计算速度向量Vt的第二分量方向的运动分量vSt，然后，利用第一运动分量计算单元105计算速度向量Vt的第一分量方向的运动分量vMt。
在本实施例中，假设时间序列运动信息是所述跟踪点的速度向量的时间序列数据。但是，跟踪点的位移向量的时间序列数据可以是上述时间序列运动信息。能够根据所述跟踪点的坐标的时间序列数据，使用公式(7)来计算该跟踪点的位移向量Dt(dxt，dyt)作为例如时间t和t+i之间的跟踪点坐标的位移。
dxt＝xt+i-xt                                (7)
dyt＝yt+i-yt
如果使得通过使用公式(7)获得的跟踪点的位移向量Dt而不是跟踪点的速度分量Vt经受主分量分析，以获得第一和第二分量方向的运动分量，能够同时获得跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量以及诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
在本实施例中，假设所述心脏收缩/心脏舒张方向是通过使得跟踪点速度向量的时间序列数据经受主分量分析而获得的第一分量方向。但是，通过使得跟踪点坐标的时间序列数据经受主分量分析而获得的第一分量方向可以用作心脏收缩/心脏舒张方向。换言之，认为跟踪点坐标的时间序列数据方差最大的方向是所述跟踪点坐标变化最大的方向。所以，能够认为该方向是所述心脏收缩/心脏舒张方向。因此，如果主分量分析单元104使用跟踪点的坐标(xt，yt)代替速度向量(vxt，vyt)获得通过公式(3)确定的协方差矩阵C的本征向量，则所述第一分量方向为心脏收缩/心脏舒张方向，并且所述第二分量方向为诸如扭曲或旋转的运动方向。
通过这种方式，如果第一和第二运动分量计算单元105和106使用表示第一和第二分量方向的单位向量p1和p2来计算心脏收缩/心脏舒张方向以及诸如扭曲或旋转的运动方向的运动分量，并在显示单元107上显示它们，则能够同时掌握跟踪点中的这些运动分量。
在本实施例中，假设跟踪点的坐标是二维的。但是，可以的是，跟踪点坐标获取单元102从诸如超声波诊断设备、MRI、CT等设备所提供的图像获得跟踪点的三维坐标，以及速度向量获取单元103使用该三维坐标获得速度向量。
在本实施例中，显示单元107在如图3所示图形中显示所述跟踪点的第一和第二分量方向，以及速度向量Vt的第一和第二分量方向的运动分量vMt、vSt。如上所述，通过使跟踪点的时间序列速度向量数据经受主分量分析而获得的第一分量方向被认为是心脏收缩/心脏舒张方向。在某些心脏区域中，心脏收缩/心脏舒张方向的速度向量变化可能小于诸如扭曲或旋转的运动方向的速度向量变化。在这种区域中，通过使跟踪点的时间序列速度向量数据经受主分量分析而获得的第一分量方向表示诸如心脏扭曲或旋转的运动方向，以及所述第二分量方向则表示心脏收缩/心脏舒张方向。
因此，主分量分析单元104获得所述跟踪点的第一和第二分量向量p1和p2，然后检测每个向量所表示的运动方向是心脏收缩/心脏舒张方向还是诸如扭曲或旋转的运动方向。显示单元107显示与心脏收缩/心脏舒张和扭曲或旋转相关的跟踪点的速度向量的运动分量，如图4所示。
可以通过这种显示容易地掌握心脏收缩/心脏舒张方向以及诸如扭曲或旋转的运动方向的运动分量，而不考虑心脏的区域。
在确定跟踪点速度向量的第一和第二分量向量所表示的运动方向是心脏收缩/心脏舒张方向还是诸如扭曲或旋转的运动方向的情况下，如图5(a)所示提前设置心脏的中心点，可以将朝向心脏的该中心点方向的向量确定为心脏收缩/心脏舒张方向。图5(b)和(c)示出了这样的实例，其中通过这种方法检测每个向量所表示的运动方向是心脏收缩/心脏舒张方向还是诸如扭曲或旋转的运动方向。
图5(b)所示实例是跟踪点的速度向量变化最大的方向是心脏收缩/心脏舒张方向，以及通过使跟踪点的时间序列速度向量数据经受主分量分析而获得的第一分量向量的方向为心脏收缩/心脏舒张方向。
另一方面，图5(c)所示实例是跟踪点的速度向量变化最大的方向是诸如心脏扭曲或旋转的运动方向，以及通过使跟踪点的时间序列速度向量数据经受主分量分析而获得的第一分量向量的方向为诸如心脏扭曲或旋转的运动方向。
在本实施例中，在显示单元107显示所述跟踪点速度向量的第一和第二分量方向的运动分量vMt和vSt，上述运动分量分别利用第一和第二运动分量计算单元105和106计算。这些数据可以存储在存储介质中而不在显示单元107上显示，并利用另一数据处理器或数据处理软件对它们进行分析。
在本实施例中，如图3所示，所述跟踪点速度向量的第一和第二分量方向的运动分量vMt和vSt同时在显示单元107上显示为图形。但是，通过提供用于切换显示的措施，可以在显示单元107上单独地显示这些运动分量。在这种情况下，可以单独地掌握心脏收缩/心脏舒张方向的运动以及诸如扭曲或旋转方向的运动。
该医疗运动分析设备能够使用例如通用计算机设备作为基本的硬件而实现。换言之，跟踪点坐标获取单元102、速度向量获取单元103、主分量分析单元104、第一运动分量计算单元105和第二运动分量计算单元106能够通过使安装在计算机设备中的处理器执行程序而实现。这时，所述医疗运动分析设备可以通过事先在计算机设备中安装程序而实现，或者可以通过在计算机设备中适当地安装存储在存储介质诸如光盘只读存储器中的程序或通过网络分布的程序而实施。图像数据存储单元101能够通过计算机设备中内置的或附加到该设备的存储器、硬盘或存储介质诸如CD-R、CD-RW、DVD-RAM、DVD-R而实现。显示单元107能够使用诸如计算机设备中内置的或附加到该计算机设备的显示设备。
[第二实施例]
在第一实施例中，使得所述跟踪点速度向量的时间序列数据经受主分量分析以获得第一和第二分量方向，并假设该第一分量方向是心脏收缩/心脏舒张方向以及第二分量方向是诸如心脏扭曲或旋转的运动方向。
在第二实施例中，首先，提取心脏轮廓。假设该轮廓的法线方向是心脏收缩/心脏舒张的运动方向，以及该轮廓的切线方向是诸如心脏扭曲或旋转的运动方向。将说明获取在这些方向上所述跟踪点的运动分量的方法。
图6是涉及本发明第二实施例的医疗运动分析设备的方框图。
根据涉及第二实施例的医疗运动分析设备，图像数据存储单元201被配置用于存储通过捕获作为对象的心脏图像而获得的时间序列图像数据。跟踪点坐标获取单元202被配置用于从图像数据存储单元201中存储的时间序列图像数据获取心脏上跟踪点坐标的时间序列数据。速度向量获取单元203被配置用于从利用跟踪点坐标获取单元202所获取的所述跟踪点坐标的时间序列数据，获取跟踪点速度向量的时间序列数据以作为时间序列运动信息。
轮廓提取单元204被配置用于从图像数据存储单元201中存储的时间序列图像数据提取心脏轮廓。运动方向获取单元205被配置用于从通过轮廓提取单元204提取的心脏轮廓，获取在跟踪点的与轮廓有关的法线和切线方向的运动方向。第一运动分量计算单元206被配置用于根据通过速度向量获取单元203所获取的所述跟踪点的速度向量，计算通过运动方向获取单元205获取的与所述轮廓有关的法线方向的运动分量，从而获得心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量。
第二运动分量计算单元207被配置用于根据通过速度向量获取单元203所获取的所述跟踪点的速度向量，计算通过运动方向获取单元205获取的与所述轮廓有关的切线方向的运动分量，从而获得诸如心脏扭曲或旋转方向的运动分量。显示单元208显示通过第一和第二运动分量计算单元206和207所获得的运动分量。
将说明涉及本发明第二实施例的医疗运动分析设备的操作。第二实施例与第一实施例的不同之处在于提供轮廓提取单元204和运动方向获取单元205来代替第一实施例的主分量分析单元104。因此，在说明中省略了对应于第一实施例的类似结构单元(图像数据存储单元101、跟踪点坐标获取单元102和速度向量计算单元103)的结构单元(图像数据存储单元201、跟踪点坐标获取单元202和速度向量计算单元203)。
轮廓提取单元204从图像数据存储单元201中存储的图像数据提取心脏轮廓。一种提取心脏轮廓的方法使用例如以下文献公开的方法：Nishiura等人的“使用部分形状约束轮廓模型的有效轮廓提取方法”(Active Contour Extraction Method Using Partial Shape ConstraintContour Model)，The Transaction of The Institute of Electronics，Information and Communication Engineers，Vol.J83-D-II，no.1，第183-190页，2000年1月，其全部内容在此包含引作参考。可以提供能够手动地描绘心脏轮廓的诸如鼠标或键盘的设备来手动地设置该轮廓。
假设在本实施例中在图像数据存储单元201所存储的时间序列图像数据中的心脏舒张末期和收缩末期的图像数据上完成轮廓的提取。
轮廓提取单元204发送所提取的心脏舒张末期和收缩末期的轮廓到运动方向获取单元205。
运动方向获取单元205从轮廓提取单元204所发送的心脏舒张末期和收缩末期的轮廓，获取在跟踪点的与轮廓有关的法线和切线方向的运动方向。假设该轮廓的法线和切线方向是在图7所示中心线上的点的与中心线有关的法线和切线方向，该中心线通过心脏舒张末期和收缩末期的轮廓获得。
如图7所示，运动方向获取单元205获得自轮廓提取单元204发送的心脏舒张末期和收缩末期的轮廓之间的中心线。
运动方向获取单元205从跟踪点坐标获取单元202所提供的跟踪点坐标的时间序列数据中搜索位于中心线上的坐标。如果中心线上的坐标并不存在于跟踪点坐标获取单元202所提供的跟踪点坐标中，运动方向获取单元205则搜索中心线上最接近于跟踪点坐标的点。如果在时间t的跟踪点坐标是(xt，yt)，则能够计算中心线上最接近于该跟踪点坐标的点(xc，yc)作为例如满足公式(8)的点(xc，yc)：
min ( x c , y c ) , ( x t , y t ) ( x c - x t ) 2 + ( y c - y t ) 2 - - - ( 8 )
如图8所示，能够认为在中心线上的每一个点的与中心线有关的法线方向的运动是心脏收缩/心脏舒张方向的运动。如图9所示，运动方向获取单元205获取与中心线上的点(xc，yc)有关的法线和切线方向的单位向量。如果获取这些方向上的跟踪点的运动分量，则可以近似地获得跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向及其诸如心脏扭曲或旋转方向的运动分量。
使用公式(9)，从中心线上与点(xc，yc)有预定距离的点(xc1，yc1)和(xc2，yc2)(如图10所示)，能够获得涉及中心线上点(xc，yc)的法线和切线方向的单位向量r1和r2。
法线方向 r 1 = ( y c 1 - y c 2 N , - x c 1 + x c 2 N )
切线方向 r 2 = ( x c 1 - x c 2 N , y c 1 + y c 2 N )
其中 N = ( x c 1 - x c 2 ) 2 + ( y c 1 - y c 2 ) 2 - - - ( 9 )
运动方向获取单元205发送通过这种方式获得的表示心脏轮廓的法线方向的第一单位向量r1到第一运动分量计算单元206，以及发送表示心脏轮廓的切线方向的第二单位向量r2到第二运动分量计算单元207。
第一运动分量计算单元206使用运动方向获取单元205所发送的与心脏轮廓有关的法线方向的单位向量r1，计算从速度向量获取单元203所发送的速度向量Vt的与心脏轮廓有关的法线方向的运动分量vMt。
通过基于公式(10)在每一时间t计算速度向量Vt和单位向量r1的内积能够获取与心脏轮廓有关的法线方向的运动分量vMt。
vMt＝Vt·r1                               (10)
同理，第二运动分量计算单元207使用运动方向获取单元205所发送的与心脏轮廓有关的切线方向的单位向量r2，计算从速度向量获取单元203所发送的速度向量Vt的与心脏轮廓有关的切线方向的运动分量vSt。
通过基于公式(11)在每一时间t计算速度向量Vt和单位向量r2的内积能够获取与心脏轮廓有关的切线方向的运动分量vSt。
vSt＝Vt·r2                               (11)
在显示单元208上显示通过公式(10)和(11)计算的所述跟踪点的与心脏轮廓有关的法线和切线方向的运动分量vMt和vSt。通过这种显示能够同时掌握心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量和诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
正如这样描述的，根据本发明的第二实施例，从通过捕获作为对象的心脏图像而获得的图像数据获取所述跟踪点的速度向量数据，并计算和显示与心脏轮廓有关的法线和切线方向的速度向量数据的运动分量。结果，能够同时掌握心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量和诸如扭曲或旋转方向的运动分量，借此能够获得在诊断中更为有效的运动分量。
上述实施例假设从心脏舒张末期和收缩末期的轮廓确定的中心线的法线和切线方向分别是与心脏轮廓有关的法线和切线方向。但是，可以为每一时间从图像数据存储单元201存储的时间序列图像数据提取心脏轮廓并为每一时间从该轮廓获取法线和切线方向。在这种情况下，从为每一时间提取的轮廓上的点中检测最接近于时间的跟踪点坐标的点，以及可以假设在该点上与轮廓有关的法线和切线方向分别为跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向以及诸如扭曲或旋转的运动方向。
[第三实施例]
在第一实施例中，使所述跟踪点的速度向量的时间序列数据经受主分量分析，并将第一分量方向设置成心脏收缩/心脏舒张方向。而且，在第二实施例中，提取心脏轮廓，并将该轮廓的法线方向设置成心脏收缩/心脏舒张方向。
在第三实施例中，将说明基于手动设置的心脏收缩/心脏舒张方向计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量以及诸如扭曲或旋转方向的运动分量的方法。图11是涉及本发明第三实施例的医疗运动分析设备的方框图。
根据涉及第三实施例的医疗运动分析设备，图像数据存储单元301被配置用于存储通过捕获作为对象的心脏图像而获得的时间序列图像数据。跟踪点坐标获取单元302被配置用于从图像数据存储单元301中存储的时间序列图像数据获取心脏上的跟踪点坐标的时间序列数据。速度向量获取单元303被配置用于从利用跟踪点坐标获取单元302获取的跟踪点坐标的时间序列数据获取所述跟踪点速度向量的时间序列数据作为时间序列运动信息。
方向设置单元304被配置用于设置跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向。第一运动分量计算单元305被配置用于根据速度向量获取单元303所提供的跟踪点速度向量，计算通过方向设置单元304所设置的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量。第二运动分量计算单元306被配置用于根据速度向量获取单元303所提供的跟踪点速度向量，计算垂直于通过方向设置单元304所设置的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量。显示单元107显示第一运动分量计算单元305和第二运动分量计算单元306所提供的运动分量。
将说明涉及本发明第三实施例的医疗运动分析设备的操作。第三实施例与第一实施例的不同之处在于提供设置跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向的方向设置单元304，以代替第一实施例的主分量分析单元104。因此，在说明中省略了对应于第一实施例(图像数据存储单元101、跟踪点坐标获取单元102和速度向量计算单元103)的类似结构单元(图像数据存储单元301、跟踪点坐标获取单元302和速度向量计算单元303)。
方向设置单元304手动地设置所述跟踪点的心脏收缩/心脏舒张方向。在利用方向设置单元304设置方向时，如图12所示，用户利用鼠标或键盘在显示心脏的显示器上绘制可以想到为心脏收缩/心脏舒张方向的方向上的直线。
方向设置单元304根据以这种方式绘制的直线计算指示心脏收缩/心脏舒张方向的单位向量m1。如图13所示，根据用户所绘制直线上的两个点(x1，y1)和(x2，y2)，通过公式(12)能够获得指示心脏收缩/心脏舒张方向的单位向量m1。
m 1 = ( x 1 - x 2 N , y 1 - y 2 N ) - - - ( 12 )
其中 N = ( x 1 - x 2 ) 2 + ( y 1 - y 2 ) 2
而且，方向设置单元304通过公式(13)从两个点(x1，y1)和(x2，y2)获得垂直于心脏收缩/心脏舒张方向即诸如扭曲或旋转的运动方向的单位向量m2。
m 2 = ( y 1 - y 2 N , - x 1 + x 2 N ) - - - ( 13 )
其中 N = ( x 1 - x 2 ) 2 + ( y 1 - y 2 ) 2
心脏收缩/心脏舒张方向的单位向量m1和垂直于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的单位向量m2分别被发送到第一和第二运动分量计算单元305和306。
第一和第二运动分量计算单元305和306分别使用从方向设置单元304发送的单位向量m1和m2，计算从速度向量获取单元303发送的跟踪点速度向量的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量以及其诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
通过求跟踪点的速度向量和心脏收缩/心脏舒张方向的单位向量m1的内积，能够计算所述跟踪点的速度向量的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量。通过求跟踪点的速度向量和诸如扭曲或旋转方向的单位向量m2的内积，能够计算所述跟踪点的速度向量的诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
在显示单元307上显示所计算的心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量以及所计算的诸如扭曲或旋转方向的运动分量。
正如这样描述的，根据本发明的第三实施例，通过手动地设置心脏收缩/心脏舒张方向并计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量或诸如扭曲或旋转方向的运动分量，可以获得在诊断中更为有效的运动分量。
根据本发明，由于能够测量不同于心脏收缩/心脏舒张方向的诸如扭曲或旋转方向的运动分量以及心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量，因此能够获取在诊断中更为有效的运动分量。
对于本领域的普通技术人员来说将容易地想到其他的优点和修改。所以，本发明在更广泛方面并不局限于这里所示和描述的具体细节和代表性实施例。因此，可以作出各种修改而不背离如附属权利要求书及其等同物所定义的总体发明构思的精神或范围。

Claims (19)

1、一种根据通过捕获心脏图像而获得的时间序列图像数据分析心脏运动的医疗运动分析设备，包括：
跟踪点坐标获取单元，被配置用于根据所述时间序列图像数据产生表示心脏上跟踪点的坐标的坐标时间序列数据；
运动信息获取单元，被配置用于根据所述坐标时间序列数据产生所述跟踪点的时间序列运动信息；
第一运动分量计算单元，被配置用于根据所述时间序列运动信息计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量；以及
第二运动分量计算单元，被配置用于根据所述时间序列运动信息计算不同于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的运动分量。
2、根据权利要求1所述的设备，其中所述第二运动分量计算单元根据所述时间序列运动信息计算心脏扭曲或旋转方向的运动分量。
3、根据权利要求1所述的设备，还包括显示器，用于显示第一运动分量计算单元的运动分量和第二运动分量计算单元的运动分量。
4、根据权利要求1所述的设备，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是该跟踪点的速度向量的时间序列数据。
5、根据权利要求1所述的设备，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是该跟踪点的位移向量的时间序列数据。
6、一种根据通过捕获心脏图像而获得的时间序列图像数据分析心脏运动的医疗运动分析设备，包括：
跟踪点坐标获取单元，被配置用于根据通过捕获心脏图像而获得的时间序列图像数据产生表示心脏上跟踪点的坐标的坐标时间序列数据；
运动信息获取单元，被配置用于根据所述坐标时间序列数据产生所述跟踪点的时间序列运动信息；
方向获取单元，被配置用于获取第一分量方向和第二分量方向，在这两个方向上分别计算第一运动分量和第二运动分量；
第一运动分量计算单元，被配置用于根据所述时间序列运动信息计算第一分量方向的第一运动分量；以及
第二运动分量计算单元，被配置用于根据所述时间序列运动信息计算第二分量方向的第二运动分量。
7、根据权利要求6所述的设备，其中所述方向获取单元包括主分量分析单元，其被配置用于使所述时间序列运动信息经受主分量分析以产生所述第一分量方向和第二分量方向。
8、根据权利要求6所述的设备，其中所述方向获取单元包括主分量分析单元，其被配置用于使所述坐标时间序列数据经受主分量分析以产生所述第一分量方向和第二分量方向。
9、根据权利要求6所述的设备，其中所述方向获取单元包括：
轮廓提取单元，被配置用于从所述时间序列图像数据提取心脏轮廓；和
运动方向获取单元，被配置用于从心脏轮廓获取所述跟踪点上与心脏轮廓有关的法线方向和切线方向；
其中，第一运动分量计算单元被配置用于根据所述时间序列运动信息计算心脏轮廓的法线方向的运动分量；以及
第二运动分量计算单元被配置用于根据所述时间序列运动信息计算所述切线方向的运动分量。
10、根据权利要求6所述的设备，其中所述方向获取单元包括方向设置单元，其被配置用于设置所述第一分量方向和第二分量方向；
所述第一运动分量计算单元被配置用于根据所述时间序列运动信息计算所述方向设置单元所设置的第一方向的运动分量；以及
所述第二运动分量计算单元被配置用于根据所述时间序列运动信息计算垂直于第一方向的第二方向的运动分量。
11、根据权利要求6所述的设备，其中所述第二运动分量计算单元根据所述时间序列运动信息计算心脏扭曲或旋转方向的运动分量。
12、根据权利要求6所述的设备，还包括显示器，用于显示第一运动分量计算单元的运动分量以及第二分量计算单元的运动分量。
13、根据权利要求6所述的设备，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是该跟踪点的速度向量的时间序列数据。
14、根据权利要求6所述的设备，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是该跟踪点的位移向量的时间序列数据。
15、一种根据通过捕获心脏图像而获得的时间序列图像数据分析心脏运动的医疗运动分析方法，包括：
从通过捕获心脏图像获得的时间序列图像数据获取表示心脏上跟踪点的坐标的坐标时间序列数据；
从所述坐标时间序列数据获取所述跟踪点的时间序列运动信息；
根据所述时间序列运动信息计算心脏收缩/心脏舒张方向的运动分量；以及
根据所述时间序列运动信息计算不同于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的运动分量。
16、根据权利要求15所述的方法，其中计算不同于心脏收缩/心脏舒张方向的方向的运动分量包括根据所述时间序列运动信息计算心脏扭曲或旋转方向的运动分量。
17、根据权利要求15所述的方法，还包括显示第一分量方向的运动分量和第二分量方向的运动分量。
18、根据权利要求15所述的方法，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是所述跟踪点的速度向量的时间序列数据。
19、根据权利要求15所述的方法，其中所述跟踪点的时间序列运动信息是所述跟踪点的位移向量的时间序列数据。
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