KR20080031358A - 3ｄ-2ｄ 적응성 형상 모형에 의해 지원되는 움직임보상되는 재구성 - Google Patents

3ｄ-2ｄ 적응성 형상 모형에 의해 지원되는 움직임보상되는 재구성 Download PDF

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KR20080031358A
KR20080031358A KR1020087002559A KR20087002559A KR20080031358A KR 20080031358 A KR20080031358 A KR 20080031358A KR 1020087002559 A KR1020087002559 A KR 1020087002559A KR 20087002559 A KR20087002559 A KR 20087002559A KR 20080031358 A KR20080031358 A KR 20080031358A
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마이클 그라스
볼커 라쉐
디르크 샤에퍼
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

관심 있는 구조(60)에 대응하는 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 방법은: 관심 있는 구조(60)에 대응하는 복수의 이미지 투영을 획득하는 단계와; 선택된 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하는 단계와; 상기 관심이 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응하여 적응된 형상 모형을 생성시키는 단계를 포함한다. 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템이 개시된다. 이 시스템(10)은: 관심 있는 구조(60)에 대응하는 투영 데이터에 제공하기 위해 구성되는 이미징 시스템(12); 및 상기 이미징 시스템과 동작 가능하도록 통신을 하는 제어기(50)를 포함한다. 상기 제어기(50)는: 상기 투영 데이터를 수신하고; 3D 시드 점(64)을 선택하고; 상기 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하고; 관심 있는 상기 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서 적응된 형상 모형을 생성하기 위해 구성된다.

Description

3Ｄ-2Ｄ 적응성 형상 모형에 의해 지원되는 움직임 보상되는 재구성{3Ｄ-2Ｄ ADAPTIVE SHAPE MODEL SUPPORTED MOTION COMPENSATED RECONSTRUCTION}
본 발명의 개시는 3D 및 4D 이미지 재구성에서 움직임을 보상하기 위한 방법론에 대한 것이다. 본 발명의 개시는 특히, 적응성 형상 모형에 기초해서 X-선 형광 투시법 등을 사용해서 생성된 이미지의 움직임 보상과 증대(augmentation)에 대한 것이다.
예를 들면, 전자 생리 간섭에 대한 것과 같은, X-선 인도되는 심장 간섭(intervention)에서, 목표 심실 구조의 3D 및 4D 구성은 간섭을 계획하고 인도하기 위해 종종 이용된다. 현재 이런 데이터는 만약 필요하다면, 다른 이미징 방식을 사용하는 사전-간섭에 의해 획득될 수 있다. 하지만, 이런 접근법을 가지고서는, 데이터는 최신(most current)이 아닐 수 있다. 추가적으로, 다른 이미징 양식을 가지고 획득된 데이터는 비용, 시간 및 복잡성을 추가하는, 인도를 위해 사용되는 실제 이미징 정보에 대해서 등록되어야 한다.
더 나아가, 임의의 종류의 이미징 동안에 환자 움직임은 불일치하는 데이터 를 야기하며, 따라서 블러링(blurring) 및 고스트(ghost) 이미지와 같은 아티팩트(artifact)를 초래한다. 그러므로, 환자 움직임은 회피되거나 보상되어야 한다. 실제적으로, 예를 들면, 환자를 고정시키는 것(fixation)과 같이 움직임을 회피하는 것은 일반적으로 어렵거나 불가능하다. 따라서, 환자 움직임의 보상 또는 환자 움직임에 대한 보상이 가장 실제적이다. 대다수의 움직임 보상 방법은 모두가 동일한 움직임 상태에 속하는 일관된 투영 데이터를 어떻게 획득하는 가에 초점이 맞추어져 있으며, 재구성하기 위해 투영 데이터의 이러한 서브-세트를 사용한다. 복수의 이러한 서브-세트를 사용해서, 측정된 객체의 다른 움직임 상태가 재구성될 수 있다. 예를 들면, 한 방법은 객체 움직임과 X-선 감쇠의 시간 전개(evolution)를 보상하기 위해 콘빔 역투영(cone-beam backprojection)을 병렬로 다시 비닝(re-binning)시키는 동작을 이용했다. 움직임 필드는 슬라이딩 윈도우 재구성의 블록 매칭에 의해 추정되고, 고려되는 복셀(voxel)에 대해 일치하는 데이터가 동일 방향으로부터의 임시적으로 인접하는 투영 데이터로부터 선형 회귀법에 의해 매 투영각에 대해 근사 추정된다. 복셀에 대해 필터링된 투영 데이터가 움직임 벡터 필드에 따라 선택된다. 다른 방법은 투영 연산자를 수정하고 움직임-보상되는 재구성을 계산하기 위해 사전에 계산된 움직임 벡터 필드를 사용해 이미지 재구성에서 움직임 효과를 다룬다.
현재까지의 노력에도 불구하고, 3D/4D 데이터 세트를 생성하기 위한 효과적이고 비용 효율적인 방법론에 대한 필요성이 남아 있다. 간섭을 위해 또한 사용되는, 이미징 시스템 상에서 3D/4D 데이터 세트를 생성하는 것은 특히 이롭다. 더 나 아가, 추가적인 실험실 시간과 이미지 등록과 관련된 추가적인 비용과 시간을 회피하기 위해 이런 3D/4D 데이터 세트의 생성에 동반되는 간섭에 대해 이런 이미징을 수행하는 것은 이로울 것이다.
예시적인 실시예에서, 관심 있는 구조에 대응하는 이미지 투영 데이터에 기초해서 3차원(3D) 이미지를 생성하거나 재구성하기 위한 방법이 본 명세서에 개시된다. 이 방법은: 복수의 이미지 투영으로부터 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각 범위로 관심 있는 구조에 대응하는 상기 복수의 이미지 투영을 획득하는 단계; 3D 시드(seed) 점을 선택하는 단계; 상기 3D 시드 점에 형상 모형을 적용하는 단계; 및 관심 있는 구조를 표현하기 위해 형상 모형을 적응시켜서 적응된 형상 모형을 생성하는 단계를 포함한다.
다른 선택적인 실시예에서, 예시적인 구현에 따라, 상기 언급된 방법론은: 이미지 투영과 관련된 관심 있는 구조의 움직임을 나타내는 데이터를 획득하는 단계와; 관심있는 구조의 움직임을 지시하는 데이터에 기초해서 관심 있는 구조를 표현하기 위한 형상 모형을 적응시켜서, 다른 하나의 적응된 형상 모형을 생성하는 단계와; 다른 적응된 형상 모형에 기초해서 관심 있는 구조의 3D 이미지를 생성하는 단계를 더 포함한다.
또한, 다른 하나의 예시적인 실시예에서, 3차원(3D) 이미지를 생성하고 재구성하기 위한 시스템이 본 명세서에서 개시된다. 이 시스템은: 상기 이미지 투영으로부터 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기 위해 충분한 각도 범위를 관심 있는 구조에 대응하는 이미지 투영 데이터에 제공하기 위해 구성된 이미징 시스템과; 이미징 시스템과 동작 가능한 통신을 하는 제어기를 포함한다. 이 제어기는 이미지 투영 데이터를 수신하고, 3D 시드(seed) 점을 선택하고, 3D 시드 점에서 형상 모형을 적용하고, 관심 있는 구조를 표현하기 위해 형상 모형을 적응시켜서, 적응된 형상 모델을 생성하기 위해 구성된다.
또 다른 하나의 예시적인 실시예에서, 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 시스템이 또한 개시된다. 이 시스템은 상기 이미지 투영으로부터 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기 위해 충분한 각도 범위를 관심 있는 구조에 대응하는 복수의 이미지 투영을 획득하기 위한 수단과, 3D 시드 점을 선택하기 위한 수단과, 3D 시드 점에서 형상 모형을 적용하기 위한 수단과, 관심 있는 구조를 표현하기 위한 형상 모형을 적응시켜서 적응된 형상 모형을 생성하기 위한 수단을 포함한다.
또 다른 하나의 예시적인 실시예에서, 머신(machine) 판독가능한 컴퓨터 프로그램을 사용해 인코딩된 저장 매체가 또한 여기서 개시되는데, 이 코드는 컴퓨터로 하여금 3차원(3D) 이미지를 생성 또는 재구성하기 위해 상기 언급된 방법을 구현하게 하는 명령(instruction)을 포함한다.
다른 하나의 실시예에서, 컴퓨터 데이터 신호가 여기서 개시되는데, 이 컴퓨터 데이터 신호는 컴퓨터로 하여금 3차원(3D) 이미지를 생성 또는 재구성하기 위해 상기 언급된 방법을 구현하게 하기 위한 명령을 포함한다.
개시된 방법론과 관련된 추가적인 특징, 기능 및 이점은 특히 여기에 첨부된 도면들과 함께 검토되었을 때, 다음에 나오는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
개시된 실시예들을 제조하고 사용하는 당업자를 돕기 위해, 참조 번호가 첨부된 도면이 참조되고, 동일한 참조물은 동일하게 번호 매겨진다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 X-선 이미징 시스템을 묘사한 도면.
도 2는 개시된 방법론의 예를 묘사하는 블록도.
도 3은 심장의 도해에 적용된 예시적인 실시예의 한 예를 묘사한 도면.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시드 점을 결정하기 위한 방법을 예시하는 도면.
도 5의 a는 예시적인 투영 모형과, 관심이 있는 투영 상으로의 전진 투영을 묘사한 도면.
도 5의 b는 예시적인 실시예에 따른 경계 결정을 묘사한 도면.
도 5의 c는 예시적인 실시예에 다른 경계 점의 변경을 묘사한 도면.
본 명세서에 설명된 것처럼, 본 발명의 개시는 특히 심실(ventricular) 구조 의, 특히 전자 생리학(EP) 간섭에 대한 3차원(3D) 회전 X-선 이미징을 이롭게 허용하고 용이하게 한다. 더 나아가, 본 발명의 개시는 적은 개수의 투영으로부터 형상 모형 기반의 재구성을 허용하고 용이하게 하고, 낮은 조사량의 4D{예, 심장 상태(phase)를 가진 3D} X-선 재구성을 야기한다.
본 발명은 3D/4D 이미징의 다양한 유형의 적용을 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 전자 생리 간섭을 위해 이용되는 X-선 이미징에 적용될 수 있는 것이 예시에 의해 여기서 설명된다. 바람직한 실시예가 예시와 X-선 이미징 및 간섭으로의 참조에 의해 도시되고 설명되지만, 본 발명이 X-선 이미징 또는 간섭에만 한정되지 않으며, 이미징 시스템 및 애플리케이션에 적용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 게다가, 여기에 개시된 애플리케이션은 단지 간섭에만 제한되지 않고, 사실상 3D/4D 이미징이 요구되는 곳에서 일반적으로 임의의 애플리케이션에 적용 가능하다는 것이 인식될 것이다.
특별한 센서와 전문 용어(nomenclature)가 예시적인 실시예를 설명하기 위해 열거되지만, 이러한 센서는 단지 예시를 위해 설명되는 것이지, 제한하는 것이 아님이 또한 인식될 것이다. 다수의 변형, 대체, 및 등가물이 여기서 개시를 고려하는 사람에게 명백할 것이다.
예시적인 실시예에서, 관심 있는 심실 구조의 3D 회전 X-선 데이터는 환자의 심전도(ECG)의 측정과 병행해서 획득된다. 목표 구조의 시드 점이 선택되고, 적응성 형상 모형은 환자 위치에 적응된 방향과, 바람직하게 목표 심실 구조를 잘 표현하기 위해 알려진 형상을 가지고 이 시드 주위에 위치된다. 투영 데이터 내에 표현 된 실제 환자 데이터에 따라, 형상 모형이 다중 심장 상태에 적응된다. 야기되는 4D 심실 모형은 간섭 인도 내에서 직접적으로, 그리고 심실 파라미터의 추정을 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 형상 표면의 모델링된 3D 움직임은, 4D 데이터 세트의 국부 움직임 보상된 재구성을 생성하기 위해 회전적 X-선 데이터를 위한 보상을 제공하기 위해 이용될 수 있는, 국부 움직임 벡터 필드를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 1을 보면, 하나의 시스템이 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 묘사된다. 시스템(10)은 제1 끝단에 배열된 X-선 튜브(16)와 그 시스템의 다른 끝단에 배열된 예를 들면 이미지 증강 장치(intensifier)와 같은 X-선 검출기(17)를 가진, C-암(14)을 가진 X-선 디바이스(12)를 포함한다. 이러한 X-선 디바이스(12)는 다른 X-선 위치로부터 테이블(22) 상에 배열된 환자(20)의 X-선 투영 이미지를 형성하기 위해 적합하고, 이 목적을 달성하기 위해, C-암(14)의 위치는 다양한 방향으로 변경될 수 있다. C-암(14)은 또한 공간 내의 3개의 축, 즉, 도시된 X, Z축과 (미도시된) Y축 주위로 회전하도록 구성된다. C-암(14)은 지지(supporting) 디바이스(24), 피봇(26), 및 레일 시스템(30)에서 수평 방향으로 변위될 수 있는 슬라이드(28)를 경유해서 천장에 부착될 수 있다. 다른 X-선 위치로부터 투영을 획득하기 위한 이러한 움직임과 데이터 획득의 제어는 제어 유닛(50)에 의해 수행된다.
프로브(probe), 바늘, 카테터(catheter), 인도선(guidewire) 등(여기에 제한되지는 않음)뿐만 아니라 상기 요소의 적어도 하나를 포함하는 결합을 포함하는 의학용 기구(32)는 혈관 조영 절차, 생검(biopsy) 또는 간섭 치료와 같은 기간 동안 에 환자(20) 내로 삽입될 수 있다. 환자(20)의 검사 부위의 3차원 이미지 데이터 세트에 상대적인 의학용 기구(32)의 위치는 위치 측정 시스템(미도시됨)을 사용해 획득되고 측정될 수 있고/있거나 예시적인 실시예에 따라 여기서 설명된 것처럼 재구성된 3D/4D 이미지 상에 겹쳐질(superimposed) 수 있다.
또한, 심전도(ECG) 측정 시스템(46)은 시스템(10)의 일부로서 X-선 디바이스(12)가 제공된다. 예시적인 실시예에서, ECG 측정 시스템(46)은 제어 유닛(50)과 인터페이싱된다. 바람직하게, 환자(20)의 ECG는 심장 상태의 결정을 용이하게 하기 위해 X-선 데이터 획득 동안 측정되고 기록된다. 예시적인 실시예에서, 심장 상태 정보는 X-선 투영 데이터를 분할하고 구별하기 위해 이용된다. 예시적인 실시예가 심장 상태를 조사하기 위해 ECG의 측정을 참조해서 여기서 설명되었지만, 다른 접근법이 가능하다는 것이 인식될 것이다. 예를 들면, 심장 상태 및/또는 투영 데이터 분할은 X-선 데이터만으로, 또는 다른 파라미터, 또는 추가적으로 감지된 데이터에 기초해서 달성될 수 있다.
제어 유닛(50)은 X-선 디바이스(12)를 제어하고, 이미지 캡쳐(capture)를 용이하게 하고, 이미지 재구성을 용이하게 하기 위한 기능과 처리를 제공한다. 제어 유닛(50)은 획득된 데이터(X-선 이미지, 위치 데이터 등과 같은 데이터를 포함하지만, 이것들에만 제한되지는 않음)를 수신하여, 산술 유닛(52) 내에서 처리되게 한다. 산술 유닛(52)은 또한 제어 유닛(50)에 의해 제어되고, 인터페이싱된다. 다양한 이미지가 간섭 동안에 내과의를 돕기 위해 모니터(54) 상에 디스플레이될 수 있다.
지시된 기능과 요구된 처리(예, X-선 제어, 이미지 재구성 등)뿐만 아니라 그 결과로서 계산을 수행하기 위해, 제어 유닛(50), 산술 유닛(52), 모니터(54)와 재구성 유닛(56) 등은 처리기(들), 컴퓨터(들), 메모리, 저장장치, 레지스터(들), 타이밍, 인터럽트(들), 통신 인터페이스(들), 및 입출력 신호 인터페이스 등(하지만 여기에 제한되는 것은 아님)뿐만 아니라 상술된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제어 유닛(50), 산술 유닛(52), 모니터(54), 및 재구성 유닛(56) 등은 X-선 투영의 생성 및 이 X-선 투영으로부터 3D/4D 이미지의 재구성을 용이하게 하기 위해 필요한 X-선 신호의 정밀한 샘플링, 변환, 획득 또는 생성을 가능케 하기 위한 신호 인터페이스를 포함할 수 있다. 제어 유닛(50), 산술 유닛(52), 모니터(54), 및 재구성 유닛(56) 등의 추가적인 특징은 여기서 철저히 논의된다.
X-선 디바이스(12)는 간섭(intervention)과 병행되는 예시적인 실시예상의 예 이전 또는 이 예 내에서 다른 X-선 위치로부터 일련의 X-선 투영 이미지를 형성하기 위해 적합하다. X-선 투영 이미지로부터, 3차원 이미지 데이터 세트, 3차원 재구성 이미지, 및 만약 요구된다면, X-선 슬라이스(slice) 이미지가 생성될 수 있다. 획득된 투영은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 방법에 따라서, 산술 유닛(52)에 적용되고, 그리고 나서 본 명세서에서 나중에 개시되는 것처럼 움직임 보상에 기초한 투영으로부터 각각의 재구성 이미지를 형성하는 재구성 유닛(56)에 적용된다. 결과적인 3D 이미지는 모니터(54) 상에 디스플레이될 수 있다. 마지막으로, 3차원 이미지 데이터 세트, 3차원 재구성 이미지, X-선 투영 이미지 등이 저장 유닛(58) 내에 기억(save)되고 저장될 수 있다.
이제 도 2와 도 3을 보면, 도 2는 개시된 방법론의 예시적인 실시예를 묘사하는 블록도(100)를 도시한다. 도 3은 심장의 도면에 적용되는 예시적인 실시예의 예를 도시한다. 초기에, 블록(102)에 도시된 것처럼, 관심 있는 구조(60)(예를 들면, 좌심실을 포함하지만, 좌심실로만 제한되지는 않는 심실 구조)의 3D 회전 X-선 데이터가 이미지 투영으로부터 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각도 범위를 가진 궤적(trajectory)을 따라서 획득된다. 일 실시예에서, 적어도 180도에 팬(fan) 각도가 더해진 범위 각도가 이용된다. 3D X-선의 획득을 용이하게 하기 위해, 관심 있는 구조(60) 내에 포함된 혈액의 부피의 대비는 일반적으로 62라고 도시된 대비제(contrast agent)에 의해 향상된다. 대비제(62)는 정맥에 주입될 수 있으나, 바람직하게 카테터(catheter)를 통해 관심 있는 구조(60)에 직접적으로 제공되어서, 관심 있는 구조(60)가 완전한 회전적 획득을 따라서 채워진다. 회전적 X-선 데이터 획득에 병행해서, 환자(20)의 ECG가 측정된다.
관심 있는 구조(60)에 대응하는 3D 공간 내의 3D 시드 점(예, 모형에 대한 초기 점)(64)이 블록(104)에서 도시된 것처럼 선택된다. 예시적인 실시예에서, 투영의 최소 강도의 중심이 이용된다. 하지만, 다른 시드 점(64)과, 이것의 선택을 위한 방법이 가능하다.
이제 도 4를 또한 보면, 3D 공간에서 3D 시드 점(64)을 선택하기 위해, 각각의 측정된 투영 상에서, 원뿔 빔 기하 구조(geometry)를 따른 선 적분의 2차원적 세트가 측정된다. 예를 들면, 3D 공간 내에서 대비제로 채워진 심실과 같은 관심 있는 구조에 적용될 때, 적당한 조정을 거친 후에 이 구조를 통과하는 대응하는 선 적분은 검출기 상에서 높은 값으로 나타날 것이다. 원래 강도가 측정되지만, 주요 빔의 강도를 알고 있으므로, 흡수 계수를 통해 선 적분이 램버트 비어즈 법칙(Lambert Beers Law)을 역전시킴으로서 계산될 수 있다.
m1으로 표시된 투영 내에서 예를 들면, 심실과 같은 관심 있는 구조(60)의 근사 중심은 이 투영에 대한 최대 선 적분을 취하거나, 잡음을 피하기 위해 이 투영을 저역 통과 필터을 사용해서 콘벌루션(convolution) 시키고 최대 값을 순차적으로 취함으로써 각 투영에 대해서 결정된다. 대안적으로, 분할(segmentation) 방법이 적용되는데, 이 방법은 투영 평면 내의 (심실의 투영과 유사한) 특정 형상을 검색하고 이 형상 내의 선 적분의 무게 중심을 계산하거나, 다른 방법을 사용해 이 구조의 근사 중심이 결정된다.
각 투영 평면 내의 관심 있는 구조(60)의 근사 중심(m1)이 결정된 후에, 동일한 심장 상태에 속하는 적어도 3개의, 그러나 바람직하게 보다 많은 투영이 예를 들면 10% RR 간격에 속하는 투영과 같은 투영의 세트로부터 선택된다. 이 예에서 표시된 게이팅된(gated) 투영의 세트(θi, θj 및 θk) 중 하나의 투영, 예를 들면 선택된 "각도" 또는 이 투영과 연관된 각도들에 대응하는 θi가 선택되고, 이 소스(source)에 (m1i)라고 표시된 관심 있는 구조(60)의 투영의 중심으로부터 Si라고 표시된 광선이 취해진다. 동일한 상태에 대응하는 모든 다른 투영 θj, θk,....로부 터, 대응하는 광선 Sj, Sk,...가 생성된다. 예를 들면 Sj, Sk와 같은 다른 광선으로부터 광선 Si까지의 최단 거리가 3D 공간에서 계산된다. θi에 대한 이 광선 Si상의 점 d(i,k), d(i,j)의 세트가 초래되고, 가중화된 합 M1(i)이 다음의 수학식에 따라 계산된다:
Figure 112008007956818-PCT00001
Figure 112008007956818-PCT00002
그 후, 이 절차는 게이팅된 투영의 세트의 θj로부터 예를 들면 Sj와 같은 제2 광선에 대해 반복된다. θj에 대한 광선 Sj상의 점 d(j,k), d(j,i)의 세트가 초래되고, 가중화된 합 M1(j)이 계산되고, 모든 선택된 투영들에 대해서 이러한 절차가 수행된다. 각각의 투영에 대해, 따라서 동일한 심장 상태에 속하는 대응하는 광선에 대해서, 각각의 광선 상에 3D 점 M1(i), M1(j) 등이 초래된다. 마지막으로, 3D 시드 점(60)이 가중 평균 또는 합산 방식에 의해 다시 성취되는 이러한 점들의 "무게(mass)" 중심으로서 초래된다. 동일 절차가 심장 게이팅(cardiac gating)을 사용하거나 사용하지 않는 모든 투영에 대해 적용될 수 있다. 하지만, 심장의 움직임 때문에, 게이팅이 없이는, 결과가 교란될 수 있다. 이롭게, 상기 설명된 방법론은 심장 상태마다 단일의 고유한 시드 점(60)을 전달한다.
도 2를 사용해 계속 설명하고, 블록(106)을 참조하면, 3D 시드 점을 선택한 후에, 적응성 형상 모형(66)은 이 시드 점(64) 주위에 적용된다. 바람직하게, 그러나 반드시 필수적인 것은 아니지만, 적응성 형상 모형(66)은 환자 위치에 적응된 방위(orientation)와, 관심 있는 목표 구조(60)를 잘 표현한다고 알려져 있는 형상을 사용해 위치된다. 예를 들면, 심장 간섭에 대한 맥관(vascular)의 적용에서. 형상 모형(66)은 예를 들면, 좌심실과 같은 묘사된(imaged) 맥관 구조와 유사한 방식으로 바람직하게 위치되고 형상화된다.
블록(108)을 보면, 예시적인 실시예에서, 관심 있는 구조(60)와 관련된 투영 기하 구조의 정확한 지식이 다양한 투영 데이터 세트 상으로 관심 있는 구조(60)의 형상의 순방향(forward) 추정 투영을 생성하기 위해 적응 프로세스의 일부로서 이용된다. 예를 들면, 형상 모형(66)은 투영 데이터 내에 표현된 실제 환자 데이터에 기초해서 단일 심장 상태에 대해 적응된다; 즉, 관심 있는 구조(60)(예, 심실)의 경계와 선 적분의 값은 3D인 구조의 두께와 흡수를 표현한다.
이제 도 5의 a 내지 5의 c를 또한 보면, 예시적인 실시예에서, 3D 형상 모형(66)의 적응이 선택된 개수의 복수의 투영에 모형(66)을 별도로 적응시켜서 달성된다. 선택적으로, 유사한 움직임 특징을 보이는 이미지 투영 데이터의 서브세트를 다루기 위해, 동일 심장 상태에 속하는 모든 투영으로의 동시적인 적응이 이용될 수 있다. 3D 적응성 형상 모형(66)이 다수의 연결 라인을 이용해 형상의 표면상에 분포된 다수의 점을 포함한다는 전제 하에서, 적응이 도 5의 a 내지 도 5의 c내에 묘사된 것처럼 공식화될 수 있다.
초기적으로, 3D 적응성 형상 모형(66)의 표면 점이 고려 중인 투영 평면 내로 순방향으로 투영된다. 도 5의 a는 예시적인 형상 모형과, 관심 있는 투영 상으로의 순방향 투영을 묘사한다. 검출 평면상의 투영 내의 점 구름(point cloud)의 경계를 정하는 그러한 3D 표면 점이 도 5의 b내에 도시된 것처럼 식별된다. 검출 평면 내의 인접하는 경계를 정하는 점 사이의 연결은 경계를 설명한다. 3D 경계 또는 투영된 3D 경계에 수직인 방향에 있는 경계를 정하는 점의 각각에 대해서, 이 점이 투영 데이터 내의 구조의 경계를 표현할 수 있는 테두리(edge)에 대해 검색된다. 경계를 정하는 점은 도 5의 c에 묘사된 것에 따라서 수정된다. 다수의 게이팅된 투영이 이용 가능한 예에서, 이 적응은 동일한 심장 상태에 속하는 투영의 각각에서 바람직하게 수행된다는 것을 인식하는 것은 주목할 만하다. 경계를 정하는 점의 새로운 3D 위치가 결정된 후에, 적응형 3D 형상 모형의 다른 점이 3D 형상의 주어진 내부 에너지 조건(term)에 따라 수정된다.
형상 모형(66)을 적응시키기 위한 추가 정보로서, 고려 중인 투영의 방향으로 3D 공간 내의 형상 모형(66)을 통한 선 적분이 고려될 수 있다. 예를 들면, 적응된 3D 형상 모형(66)을 통한 선 적분이 계산될 수 있고, 특별한 투영 내의 선 적분의 대응하는 2차원 분포는 2D 경계 수정에 기초해서 최적의 3D 형상 적응을 결정하기 위해 측정된 값과 상관될 수 있다.
형상 적응은 측정치 양쪽 모두(에지 검출 및 선 적분 분포)에 기초해서 단일 적응 단계 내에서 수행될 수 있거나, 이 형상 적응은 반복적인 방식으로 수행될 수 있다.
형상 모형(66)의 적응을 더 제약하고 용이하게 하기 위해 다양한 알려진 또는 추론될 수 있는 정보를 취하는 이점이 인식될 것이다. 예를 들면, 하나의 예시적인 실시예에서, 적응을 용이하게 하기 위해, 환자의 알려진 방위는 관심 있는 구조(60)의 "가능한(likely)" 방위에 대응하는 특정한 논리적 가정 또는 "숙련된(educated) 추측"을 허용한다. 유사하게, 개별 환자에 대한 관심 있는 구조에 대한 알려진 정보는 형상 모형(66)의 적응을 더 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 더 나아가, 다른 심장 상태에 대한 동시적인 또는 순차적인 적응이 인접 상태 내의 형상 모형 또는 관심 있는 구조(60)의 형상에 대한 지식을 선택적으로 포함할 수 있어서, 형상 모형 표면의 연속적인 움직임을 초래하는 형상 변화를 제약할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 형상 모형(66)에 대한 점점 더 정확한 배치 및 초기 형상은 관심 있는 구조(60)의 실제 형상간의 차이를 최소화하고, 만족스러운 결과를 달성하기 위해 적응에 대해 요구되는 반복을 감소시킴으로써 적응을 향상시킨다는 것이 또한 인식되어야 한다.
마지막으로, 야기되는 4D 심실 모형은 간섭 인도(guidance)와, 초기 X-선 투영에 기초해서 적응된 형상 모형(60)으로부터 생성된 4D 이미지를 제공함으로써 심실 파라미터의 추정을 용이하게 하기 위해 직접적으로 이용될 수 있다. 이 접근법은 도 2에서 블록(110)으로 묘사된다. 대안적으로 형상 모형 표면의 3D 움직임은 국부 움직임 벡터 필드를 생성하기 위해 이용될 수 있으며, 이 필드는 회전 X-선 데이터의 움직임 보상된 재구성을 초래하는 재구성 프로세스 동안에 적용될 수 있 다. 이에 따라서, 모든 이용 가능한 투영은 특정 참조 상태에 대해서 재구성 프로세스 동안에 움직임 보상된다. 이 접근법은 도 2에서 블록(112)에서 묘사된다.
개시된 방법론의 비 동적인(non-dynamic) 부분이 정적 구조의 3D 모형을 생성하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 더 나아가, 여기서 개시된 기술은, 회전 데이터 획득 동안 형상이 주기적 움직임에 의해 변경되거나 움직이는 임의의 응용에 쉽게 적용 가능하다는 것이 인식될 것이다.
개시된 발명의 또 다른 실시예는 모델링에 의해 요구되는 심실(chamber) 정보를 생성하는 것이다. 여기서, 심실의 윤곽은 다른 투영 방향으로부터 동일한 심장 상태 내에서 획득된 다중 투영 내에 한정된다. 윤곽이 그려진 심실 구조는 심실의 3D 형상의 계산을 위해 사용된다. 이 기술은 기능 정보를 제공하면서 4D 모델링으로 또한 확장될 수 있다.
요약하자면, 개시된 발명은 특히 전자 생리(electro physiology: EP) 간섭에 대해서, 특히 심실 구조의 3차원(3D) 회전 X-선 이미징을 이롭게 허용하고 용이하게 한다. 더 나아가, 본 발명의 개시는 적은 개수의 투영으로부터 형상 모형 기반의 재구성을 허용하고 용이하게 하며, 낮은 조사량(dose) 4D(예, 심장 상태를 가진 3D) X-선 재구성을 초래한다. 개시된 시스템과 방법론은 전자 생리 간섭 동안에 인도와 네비게이션을 위해 3D/4D 재구성에 의존하면서, 상당한 이득을 조작자(operator), 특히 내과의에게 제공한다. 실제로, 개시된 시스템과 방법론은 특히 심장 주기 내에 유도된 움직임에 대한 보상을 다루는 3D/4D 이미지 데이터의 모델링 및/또는 재구성을 제공한다. 개시된 시스템과 방법론의 추가적인 이점은 경감된 환자 조사량을 초래하는 X-선 투영의 감소된 세트에 기초해서 수행될 수 있다.
특히 여기서 참조된 것처럼 수학적 기능, 즉, 선 적분, 필터, 최대 값 구하기, 합산(summation)의 구현을 위한 종래 기술의 다수의 수치적 방법론이 존재한다는 것이 명백할 것이다. 많은 가능한 구현이 존재하지만, 예시적인 실시예를 예시하기 위해 이용된 구현의 특별한 방법은 제한하는 것으로 고려되지 말아야 한다.
앞에서 다수의 실시예에서 설명된 시스템과 방법론은 특히 심장 주기 내에서 유발된 움직임에 대한 보상을 다루는 3D/4D 이미지 데이터의 모델링 및/또는 재구성을 위한 시스템과 방법을 제공한다. 또한, 개시된 발명은 컴퓨터로 구현된 프로세스와 이러한 프로세스를 실행하기 위한 장치의 형태로 구체화될 수 있다. 본 발명은 또한 플로피 디스켓, CD-ROM, 하드 드라이브, 또는 임의의 다른 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체와 같은 실체적인(tangible) 매체(58) 내에 구현된 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 코드의 형태로 또한 구체화될 수 있는데, 여기서, 컴퓨터 프로그램 코드가 컴퓨터 내로 로딩되어 실행될 때, 컴퓨터는 본 발명을 실행시키기 위한 장치가 된다. 본 발명은 또한 예를 들면, 컴퓨터에 의해 로딩되고/되거나 실행되는 저장 매체 내에 저장되거나, 광섬유를 통해, 또는 전자기 방사를 통해 전선 또는 케이블 상에서와 같은 일부 전송 매체 상에서 변조된 반송파를 사용하거나 사용하지 않고 전송된 데이터 신호로서, 컴퓨터 프로그램의 형태로 또한 구체화될 수 있는데, 여기서, 컴퓨터 프로그램 코드가 컴퓨터 내로 로딩되고, 실행될 때, 컴퓨터는 본 발명을 실행하기 위한 장치가 된다. 범용 마이크로프로세서 상에 구현될 때, 컴퓨터 프로그램 코드 세그먼트는 특정 논리 회로를 생성하기 위해 마이크로프 로세서를 구성한다.
유사한 항목을 표시하기 위한 "제1"과 "제2" 또는 다른 유사한 명명법의 사용은 달리 특별히 언급되지 않는다면 임의의 특별한 순서를 지정하거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 인식될 것이다. 마찬가지로, 단수 또는 다른 유사한 명명법의 사용은 그렇지 않게 특별히 언급되지 않는다면 "하나 이상"을 의미하는 것이 의도된다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조해서 설명되었지만, 본 발명의 개시는 이러한 예시적인 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 수행될 수 있으며, 등가물이 본 발명의 요소에 대해 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 다양한 수정, 개선, 및/또는 변화가 본 발명의 본질적인 정신 또는 범위를 벗어나지 않으면서 특별한 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 적응시키기 위해 수행될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최적의 상태(mode)으로서 개시되는 특별한 실시예에 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 모든 실시예를 포함할 것이라는 것이 의도된다.
본 발명은 3차원 및 4차원 이미지 재구성에서 움직임을 보상하기 위한 방법에 이용 가능하다. 본 발명의 개시는 특히, 적응성 형상 모형에 기초해서 X-선 형광 투시법 등을 사용해서 생성된 이미지의 움직임 보상과 증대(augmentation)에 이 용 가능하다.

Claims (29)

  1. 관심이(interest) 있는 구조(60)에 대응하는 이미지 투영 데이터에 기초해서 3차원(3D) 이미지를 생성 또는 재구성하기 위한 방법으로서,
    관심이 있는 구조(60)에 대응하는 복수의 이미지 투영으로서, 이로부터 상기 3D 이미지를 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각 범위를 가진 복수의 이미지 투영을 획득하는 단계;
    3D 시드(seed) 점(64)을 선택하는 단계;
    상기 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하는 단계; 및
    상기 관심이 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 모형(66)을 적응하여 적응된 형상 모형을 생성하는 단계를
    포함하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적응된 형상 모형에 기초해서 관심이 있는 상기 구조(60)의 3D 이미지를 생성하는 단계를
    더 포함하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 생성하는 단계는 상기 관심이 있는 구조(60)에 대한 움직임의 선택된 상태(phase)에 기초하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 움직임의 상태는 심장 상태에 대응하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 움직임의 상태를 지시하는 상기 데이터는 심전도인, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 투영과 관련된 상기 관심이 있는 구조(60)의 움직임을 지시하는 데이터를 획득하는 단계;
    상기 관심 있는 구조(60)의 움직임을 지시하는 상기 데이터에 기초해서 상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서, 다른 하나의 적응된 형상 모형을 생성하는 단계; 및
    상기 다른 하나의 적응된 형상 모형에 기초해서 상기 관심이 있는 구조(60)의 3D 이미지를 생성하는 단계를
    더 포함하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적응된 형상 모형과 상기 관심 있는 구조(60)의 상기 움직임에 기초해 서 움직임 벡터 필드를 생성하는 단계와;
    상기 재구성을 용이하게 하기 위해 상기 움직임 벡터 필드에 기초해서 상기 복수의 이미지 투영을 보상하는 단계를
    더 포함하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 움직임 벡터 필드를 생성하는 상기 단계는 상기 관심 있는 구조(60)에 대한 움직임의 선택된 상태에 기초하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 움직임을 지시하는 데이터를 획득하는 단계는 상기 복수의 이미지 투영을 획득하는 상기 단계와 실질적으로 동시에 수행되는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 관심 있는 구조는 관상 혈관(coronary vessel) 또는 심실(cardiac chamber)인, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 3D 시드 점(64)은 상기 복수의 상기 이미지 투영의 선택된 세트의 대략 최소 강도의 무게 중심에 대응하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 적응시키는 단계는 상기 복수의 이미지 투영의 서브세트에 기초하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 각도 범위는 적어도 대략 180도에 팬(fan) 각도를 더한 각도에 대응하는, 3차원 이미지를 생성 또는 재구성시키기 위한 방법.
  14. 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템(10)으로서,
    이미지 투영으로부터 상기 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하기 하기 위해 충분한 각도 범위를, 관심 있는 구조(60)에 대응하는 상기 이미지 투영 데이터에 제공하기 위해 구성되는 이미징 시스템(12)과;
    상기 이미징 시스템과 동작 가능하도록 통신을 하는 제어기(50)로서, 상기 제어기(50)는:
    상기 이미지 투영 데이터를 수신하고;
    3D 시드 점(64)을 선택하고;
    상기 3D 시드 점(64)에 형상 모형(66)을 적용하고;
    상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서 적응된 형상 모형을 생성하기 위해 구성되는, 제어기(50)를
    포함하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어기(50)는 상기 적응된 형상 모형에 기초해서 상 기 관심 있는 구조(60)의 3D 이미지를 생성하기 위해 더 구성되는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 3D 이미지는 상기 관심 있는 구조(60)에 대해 움직임의 선택된 상태에 더 기초하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  17. 상기 움직임의 상기 상태는 심장 상태에 대응하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 움직임의 상태를 지시하는 데이터는 심전도인, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  19. 제14항에서, 상기 제어기는:
    상기 적응된 형상 모형과 상기 관심 있는 구조(60)의 움직임 중 적어도 하나에 기초해서 움직임 벡터 필드를 생성하고;
    상기 재구성을 용이하게 하기 위해 상기 움직임 벡터 필드에 기초해서 상기 복수의 이미지 투영을 보상하기 위해;
    더 구성되는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 움직임 벡터 필드는 상기 관심 있는 구조(60)에 대해 움직임의 선택된 상태에 기초하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 제어기(50) 또는 상기 이미징 시스템(12)에 동작적으로 연결된 측정 시스템(46)으로서, 상기 측정 시스템(46)은 상기 이미지 투영 데이터와 연관된 상기 관심 있는 구조(60)의 움직임을 지시하는 데이터를 제공하기 위해 구성되는, 측정 시스템(46)을, 더 포함하되,
    상기 제어기(50)는 상기 관심 있는 구조(60)의 상기 움직임을 지시하는 데이터에 기초해서 상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서, 다른 하나의 적응된 형상 모형을 생성하고,
    상기 다른 하나의 적응된 형상 모형에 기초해서 상기 관심 있는 구조(60)의 3D 이미지를 생성하기 위해 더 구성되는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 움직임을 지시하는 데이터는 상기 복수의 이미지 투영과 실질적으로 동시에 획득되는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  23. 제14항에 있어서, 상기 관심 있는 구조는 관상 혈관 또는 심실인, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  24. 제14항에 있어서, 상기 3D 시드 점(64)은 상기 복수의 상기 이미지 투영의 선택된 세트의 대략 최소 강도의 무게 중심에 대응하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  25. 제14항에 있어서, 상기 이미징 시스템(12)은 X-선 이미징 시스템인, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  26. 제1항에 있어서, 상기 각도 범위는 적어도 대략 180도에 팬 각도를 더한 각도에 대응하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 및 재구성을 위한 시스템.
  27. 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 시스템(10)으로서,
    이미지 투영으로부터 상기 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각 범위를 가진, 관심 있는 구조(60)에 대응하는 복수의 이미지 투영을 획득하기 위한 수단;
    3D 시드 점(64)을 선택하기 위한 수단;
    상기 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하기 위한 수단; 및
    상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서 적응된 형상 모형을 생성하기 위한 수단을
    포함하는, 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 시스템.
  28. 머신 판독가능한 컴퓨터 프로그램 코드로 인코딩된 저장 매체(58)로서, 상기 코드는 컴퓨터로 하여금 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 방법을 구현하게 하기 위한 명령어를 포함하되,
    상기 방법은:
    이미지 투영으로부터 상기 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각도 범위로, 관심 있는 구조(60)에 대응하는 복수의 상기 이미지 투영을 획득하는 단계;
    3D 시드 점(64)을 선택하는 단계;
    상기 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하는 단계 ; 및
    상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서, 적응된 형상 모형을 생성하는 단계를
    포함하는, 머신 판독가능한 컴퓨터 프로그램 코드로 인코딩된 저장 매체.
  29. 컴퓨터로 하여금 3차원(3D) 이미지의 생성 또는 재구성을 위한 방법을 구현하게 하기 위한 명령어를 포함하는 컴퓨터 데이터 신호로서,
    상기 방법은:
    이미지 투영으로부터 상기 3D 이미지의 생성 또는 재구성을 용이하게 하기에 충분한 각도 범위로, 관심 있는 구조(60)에 대응하는 복수의 상기 이미지 투영을 획득하는 단계;
    3D 시드 점(64)을 선택하는 단계;
    상기 3D 시드 점(64)에서 형상 모형(66)을 적용하는 단계 ; 및
    상기 관심 있는 구조(60)를 표현하기 위해 상기 형상 모형(66)을 적응시켜서, 적응된 형상 모형을 생성하는 단계를
    포함하는, 컴퓨터 데이터 신호.
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