CN1830003A - 针对可视化的虚拟器官展开(unfolding) - Google Patents

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Abstract

提供一种针对特征可视化的器官图像展开的系统(100)以及方法(200)，其中系统(100)包括：处理器(102)，用于接收器官扫描数据的、与所述处理器进行信号通信的成像适配器(130)，用于使模型适合扫描数据的、与所述处理器进行信号通信的建模部件(170)，以及用于展开3D建模的扫描数据的、与所述处理器进行信号通信的展开部件(180)；以及对应方法(200)包括分割器官的外表面(218)，参数化器官的3D模型(220)，将来自器官中心的射线投射到3D模型表面(222)，以及与所述射线投射相一致地展开器官的3D模型(224)。

Description

针对可视化的虚拟器官展开(unfolding)
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年8月4日提交的序列号为60/492/394(代理人档案号为2003P11656US)并且标题为“Heart Unfolding for Coronary Visualization(用于冠状可视化的心脏展开)”的美国临时申请的利益，该申请在此整体引入作为参考。
背景
医学图像扫描数据例如典型地以各种类型的成像模式的切片形式获得。然后，这些切片被堆叠，以形成三维(“3D”)立体。然后必须对该立体进行可视化和分割。
在当前的医学图像扫描方法中，研究人员已经开发了各式各样的用于隔离心脏冠状动脉的分割技术。该领域中的研究是由大量患有冠状动脉疾病的病人推动的。典型地，心脏冠状动脉由于其大小以及接近心脏和血池的表面而难以进行分割。
因此，需要一种针对冠状可视化能够进行心脏展开的系统和方法。本发明提出这些及其它问题。
概述
通过针对冠状可视化的心脏展开的设备和方法来提出现有技术的这些及其它缺点和弊病。
一种针对特征可视化的器官图像展开的系统包括：处理器，用于接收器官扫描数据、与所述处理器进行信号通信的成像适配器，用于使模型适于扫描数据、与所述处理器进行信号通信的建模部件，以及用于展开3D建模的扫描数据、与所述处理器进行信号通信的展开部件。
一种针对特征可视化的器官图像展开的对应方法包括：分割器官的外表面，参数化器官的3D模型，将来自器官中心的射线投射到3D模型的表面，以及与射线投射相一致地展开器官的3D模型。
结合附图阅读，本发明的这些和其它方面、特征以及优点将在下述的示例性实施例的描述中变得显而易见。
附图简述
根据以下示例性附图，本发明教导一种针对冠状可视化的心脏展开(Unfolding)的设备和方法，其中：
图1示出根据本发明的示例性实施例的、针对冠状可视化的心脏展开的设备；
图2示出根据本发明的示例性实施例的、针对冠状可视化的心脏展开的流程图；
图3示出根据本发明的示例性实施例的等面立体上的3D MIP纹理(texture)；
图4示出根据本发明的示例性实施例的展开可视化；
图5示出根据本发明的示例性实施例的VRT可视化；
图6示出根据本发明的示例性实施例的MIP可视化；
图7示出根据本发明的示例性实施例的3D模型可视化；
图8示出根据本发明的示例性实施例的另一3D模型可视化；以及
图9示出根据本发明的示例性实施例的再一个3D模型可视化。
优选实施例的详述
根据本发明的优选实施例，在此描述一种针对冠状可视化的心脏展开的系统和方法。该方法允许用户更好地可视化心脏冠状和心脏表面上的脉管。
在最近几十年里，研究人员已经开发了各式各样的用于隔离心脏冠状动脉的分割技术。该领域的研究是由大量患有冠状动脉疾病的病人推动的。典型地，心脏冠状动脉由于其大小以及接近心脏和血池的表面而难以进行分割。
由于分割困难以及由于冠状动脉接近心脏表面，所以表面展开方法在某种程度上可被用于克服可视化问题。这种技术提供了针对心脏冠状动脉可视化的很大改进。
当前公开的方法包括“展开”心脏的表面并且创建该表面的最大强度投影(Maximum Intensity Projection，MIP)。结果是包含外围脉管的心脏表面的2D图。
如图1中所示，根据本发明的示例性实施例，用于采集时间建模以及自动后处理的系统通常由参考编号100来指示。该系统100包括至少一个与系统总线104进行信号通信的处理器或中央处理单元(“CPU”)102。只读存储器(“ROM”)106、随机存取存储器(“RAM”)108、显示器适配器110、和I/O适配器112、用户接口适配器114、通信适配器128以及成像适配器130也与系统总线104进行信号通信。显示部件116经过显示适配器110与系统总线104进行信号通信。磁盘存储部件118(诸如磁性或光盘存储部件)经过I/O适配器112与系统总线104进行信号通信。鼠标120、键盘122以及眼睛跟踪装置124经过用户接口适配器114与系统总线104进行信号通信。磁共振成像装置132经过成像适配器130与系统总线104进行信号通信。
建模部件170和展开部件180也被包括在系统100中，并且与CPU 102和系统总线104进行信号通信。尽管建模部件170和展开部件180被示为耦合到至少一个处理器或CPU 102，但是，这些部件优选地被体现在被存储在存储器106、108和118中的至少一个中的计算机程序代码中，其中计算机程序代码由CPU 102执行。基于在此的教导，如相关领域的普通技术人员将会认识到的那样，可替换的实施例是可能的，诸如，在位于处理器芯片102上的寄存器中包含部分或全部计算机程序代码。给出在此所提供的说明书的教导，相关领域的普通技术人员将会想到建模部件170和展开部件180以及系统100的其它元件的各种各样的可替换的配置和实施方案，而这些配置和实施方案仍在本发明的范围和精神内实施。
转向图2，根据本发明的示例性实施例的针对冠状可视化的采集脏展开的流程图通常由参考编号200来指示。流程图200包括开始块210，该开始块210将控制传给功能块212。功能块212启动初步(preliminary)心脏扫描时期并且将控制传给输入块214。输入块214接收初步心脏扫描数据并且将控制传给功能块216。
功能块216将心脏的外表面进行分割并且将控制传给功能块218。功能块218执行心脏的固定(fixed)3D模型参数化并且将控制传给功能块220。功能块220将来自心脏中心的射线投射到3D模型的表面，并且将控制传给功能块222。功能块222展开3D模型并且将控制传给结束块224。
现在转向图3，等面立体上的3D MIP纹理通常由参考编号300来指示。3DMIP纹理300提供针对心脏展开的可视化。
如图4中所示，心脏展开可视化通常由参考编号400来指示。心脏表面的展开带来一种可视化冠状的新方式。展开可视化400示出MIP 410(上面)和所展开的心脏表面420(下面)之间的相关性。
转向图5，通用的VRT可视化通常由参考编号500来指示。在这个示例性实施例中，图形剪切算法被用来得到空的心脏体(hollow heart volume)，该空的心脏体将确定要被展开的表面。在这个实例中，VRT可视化500由3D Syngo卡(card)来造影(shade)。
现在转向图6，通用的MIP可视化通常由参考编号600来指示。这里，常规的MIP视图示出冠状是由光亮体素(bright tissue)来遮挡(obstructed)的。在这个实例中，厚表面的MIP可视化600由3D Syngo卡来显示。
如图7中所示，新的3D模型可视化通常由参考编号700来指示。新的3D模型可视化700示出被映射在等面立体上的3D MIP纹理。
转向图8，另一新的3D模型可视化通常由参考编号800来指示。这里，新的3D模型可视化800示出使椭圆体810适于心脏820的表面，在椭圆体810上投影MIP纹理、3D模型的可视化以及使椭圆体810(左)或球体830(右)适合心脏820的表面。
现在转向图9，3D模型可视化通常由参考编号900来指示。3D模型可视化900表示如应用于实际数据的示例性实施例心脏展开方法的实际结果。如相关领域的普通技术人员将会认识到的那样，这种结果具有比利用现有方法获得的结果更高的临床价值。
该示例性方法提出了一种改进的针对心脏冠状以及心脏表面上的脉管的可视化技术。基本原理是“展开”心脏表面并且刨建这个所展开的表面的MIP。心脏表面的最终的2D图包含高对比度的脉管。
因此，用于展开心脏表面的示例性技术由以下四个步骤来完成：1)心脏的外表面的分割；2)心脏的固定3D模型参数化；3)将来自心脏中心的射线投射到3D模型的表面(这里可以应用MIP滤波器)；以及4)展开3D模型。
例如，本领域公知的图形剪切算法可被用来分割心脏的外表面。从该分割的结果中，创建距离图来估计从该立体上的每个点到所分割的心脏表面的距离。然后，已知的3D模型适于心脏，以致心脏表面符合模型表面。这个步骤之后，射线从心脏中心被投射到3D模型的表面。当射线传播穿过心脏时，创建轮廓曲线，并且响应滤波器被用于检测脉管的可能的位置。如果发现位置，那么算法在3D模型的表面上显示结果。如相关领域的普通技术人员所认识到的，3D模型的展开是广泛研究的问题并且可以使用多个不同的算法。
优选实施例使用球体作为3D模型以及使用最大强度投影(MIP)作为轮廓曲线滤波器。尽管可以使用可替换的3D模型和射线滤波器，但是有些可能相反地影响结果的质量。
因此，本发明的优选实施例提供了强大的、针对冠状可视化的心脏展开工具，允许用户提取重要特征和感兴趣区域。在临床应用中，优选实施例可以用作非常有用的采集时间建模以及自动后处理工具。
基于在此的教导，相关领域的普通技术人员很容易弄清楚本发明的这些和其它特征和优点。可以理解的是，本发明的教导可以各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合来实施。
最优选地，本发明的教导被实施为硬件和软件的组合。此外，软件优选地被实施为确切地包含在程序存储单元上的应用程序。应用程序可以被加载至包括任何适当结构的机器上并由该机器执行。优选地，该机器在计算机平台上实施，该计算机平台具有硬件、诸如一个或多个中央处理单元(“CPU”)、随机存取存储器(“RAM”)以及输入/输出(“I/O”)接口。计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种过程和功能可以是可由CPU执行的微指令代码的部分或应用程序的部分、或者其任何组合。此外，各种其它外围部件、诸如附加的数据存储部件和打印部件也可以被连接到该计算机平台。
进一步可以理解的是，因为附图中所描述的一些组成系统部件和方法优选地以软件来实施，所以系统部件或过程功能块之间的实际连接可以根据本发明被编程的方式而不同。在此给出教导，相关领域的普通技术人员将能想到本发明的这些和类似的实施方案或配置。
尽管在此参照附图已描述了示例性实施例，但可以理解的是，本发明不限于那些确切的实施例，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，相关领域的普通技术人员可以在此实施各种各样的变化和修改。所有这些变化和修改都意图被包括在如所附的权利要求中所阐述的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种针对特征可视化的器官图像展开的方法，所述方法包括：
分割器官的外表面；
参数化器官的3D模型；
将来自器官中心的射线投射到3D模型的表面；以及
与射线投射相一致地展开器官的3D模型。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述器官是心脏。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述特征包括冠状血管。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括接收初步器官扫描数据。
5.如权利要求1所述的方法，其中3D模型是固定的。
6.如权利要求1所述的方法，其中从包括球体、圆柱体以及椭圆体的3D形状组中选择所述3D模型。
7.如权利要求1所述的方法，其中射线投射包括应用最大强度投影滤波器。
8.一种针对特征可视化的器官图像展开的设备，其包括：
用于分割器官扫描数据的分割装置；
用于使3D模型适于器官扫描数据的建模装置；
用于将来自器官中心的射线投射到3D模型表面的射线投射装置；以及
响应于射线投射装置用于展开所述3D模型的展开装置。
9.如权利要求8所述的设备，进一步包括用于接收器官扫描数据的扫描装置。
10.如权利要求8所述的设备，进一步包括用于显示器官扫描数据的显示装置。
11.一种针对特征可视化的器官图像展开的系统，其包括：
处理器；
与所述处理器进行信号通信的成像适配器，用于接收器官扫描数据；
与所述处理器进行信号通信的建模部件，用于使模型适于扫描数据；以及
与所述处理器进行信号通信的展开部件，用于展开3D建模的扫描数据。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述处理器将详细的扫描数据再现为关于感兴趣区域的3D图像。
13.如权利要求12所述的系统，进一步包括与所述处理器进行信号通信的显示适配器，用于显示所再现的3D图像。
14.如权利要求13所述的系统，其中显示适配器和用户接口适配器可用于检查扫描质量。
15.如权利要求11所述的系统，其中所述处理器改变模型。
16.一种机器可读取的程序存储装置，确切地包含该机器可执行的指令程序，以执行针对特征可视化的器官图像展开的程序步骤，所述程序步骤包括：
分割器官的外表面；
参数化器官的3D模型；
将来自器官中心的射线投射到3D模型表面；以及
与射线投射相一致地展开器官的3D模型。
17.如权利要求16所述的程序存储装置，其中所述器官是心脏。
18.如权利要求17所述的程序存储装置，其中所述特征包括冠状血管。
19.如权利要求16所述的程序存储装置，其中从包括球体、圆柱体和椭圆体的3D形状组中选择所述3D模型。
20.如权利要求1所述的程序存储装置，其中射线投射包括应用最大强度投影滤波器。
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