用於腔體器官的虛擬內窺鏡檢查的方法和裝置的製作方法
2023-04-28 03:57:01
專利名稱：用於腔體器官的虛擬內窺鏡檢查的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於腔體器官，尤其是腸道的虛擬內窺鏡檢查的方法及裝置，在該方法和該裝置中至少提供利用斷層造影成像方法記錄的腔體器官的立體數據組，從該立體數據組計算出在內窺鏡檢查透視中或在由其導出的顯示中通過腔體器官的虛擬穿越並顯示在顯示裝置上。
背景技術：
用成像斷層造影方法可以記錄對像內部的圖像並可以用各種方式顯示。這樣，就能從在這種情況獲得的立體數據組去計算和表示例如層圖像或VRT-圖像(VRTVolume Rendering Technik(立體著色技術))。除此之外，經常使用的成像斷層造影方法例如有計算機X射線斷層造影、磁共振斷層造影方法或三維超聲波成像。
除了靜態表示來自立體數據組的視圖外，還公知有動態顯示。例如在虛擬結腸鏡領域，從立體數據組計算出通過腔體器官、尤其是腸道在內窺鏡檢查透視中的虛擬穿越並顯示在顯示裝置上。觀察者能以可比較的方式就像控制真正的內窺鏡那樣控制該虛擬內窺鏡，以便例如檢查病人的腸道。
然而，腸壁解剖的突出特點是有狹窄的彎曲和褶皺。從而，由於被褶皺限制的虛擬內窺鏡視野，在虛擬穿越時就不能看清腸壁的某些區域。如果在這些看不到的區域有損傷存在並且被忽視，就可能造成誤診。
為了避免這種問題，公知的是先在前進方向，然後在後退方向進行穿越。由此可以檢測到腸道壁的很多區域。但是，這也導致不希望的檢查時間加倍，然而在特別狹窄的腸道褶皺處始終還有一些區域仍然不能看清楚。
此外，從WO02/029723A1以及US2003/0007673A1公知有虛擬結腸鏡檢查方法，在這些方法中在虛擬穿越期間自動採集看不到的區域並記錄下來。在虛擬穿越時在考慮視野的條件下採集這些區域是可能的，因為它們包含在立體數據中且虛擬穿越也是從立體數據中計算的。在進行虛擬穿越之後，向使用者指明這些區域，這樣他就可以隨後有針對性地觀察這些區域。然而在實踐中向前-和向後穿越帶來的診斷時間加倍在這些技術中無法避免，因為只有這樣才可將看不到的和隨後要觀察的區域數減少到一個合理的數目，並且接著向那裡導航就不會太浪費時間了。
虛擬結腸鏡檢查的另一個公知技術涉及圖像數據的表示方式。在此，將分別自腸道中一個點可看到的全部環境投影到一個平面中，從而使觀察者可同時看到來自前進方向、後退方向和所有側面方向的圖像信息。對此公知的技術例如是以立方體模型或墨卡託(Mercator)投影為基礎。這些技術使之能夠把三維的物體映射到平面上。
但是，觀察者在利用這類圖像數據的顯示方式的虛擬結腸鏡檢查中，受過多和往往多餘信息的累贅，致使在實踐中這種技術得不到高度的認可。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，給出用於腔體器官、尤其是腸道的虛擬內窺鏡檢查的方法及裝置，該方法和裝置需要用戶的較少時間開銷，並不會被多餘的信息所累。
在本發明的方法中，至少提供一個用斷層造影成像方法記錄的該腔體器官的立體數據組，從該立體數據組計算出在內窺鏡檢透視中或在由其導出的顯示中通過該腔體器官的虛擬穿越，並在顯示裝置上顯示。該方法的特徵在於，在顯示該虛擬穿越之前首先模擬不加顯示的測試穿越，其中探測該腔體器官在測試穿越期間看不見的區域，並且在顯示虛擬穿越期間隨後位置接近地指明看不見的區域或自動顯示看不見的區域。
所述看不見的區域在此理解為在虛擬穿越時不轉動視向就看不到的區域。然而，通過本發明的方法或者自動將它們顯示出來，這樣觀察者就可以看見，或者觀察者可以通過適當控制虛擬內窺鏡的視向目標明確地觀看這些區域。
通過這種做法，觀察者只須在一個方向實施或觀看一個穿越。避免了由於多餘信息造成的累贅，因為在虛擬穿越時只額外顯示了正常情況下在該穿越期間看不到的區域。該方法由兩個步驟組成首先模擬虛擬測試穿越並記錄下看不見的區域。測試穿越可以或者沿著一條預先定義的中心線通過腔體器官進行，或者藉助於自適應路徑選擇來進行。為該步驟所需要的時間只取決於所使用的計算機的計算能力，而不再取決於觀察者的反應時間。該第一個步驟原則上也可以在沒有觀察者在場的情況下進行，也可以在(顯示的)虛擬穿越實施前較大的時間間隔中進行。在第二個步驟中，為了觀察腔體器官進行該一般由使用者控制的虛擬穿越。如果虛擬內窺鏡位於一個看不見的區域附近，則給使用者指明或者將該區域在這個位置上在穿越期間自動向使用者顯示。
最好在圖像顯示裝置上用圖形指明看不見的區域，以便觀察者能夠相應地控制虛擬內窺鏡以詳細地檢查該區域。
但在優選實施方式中，優選在穿越期間將在穿越期間看不見的區域自動地顯示給觀察者。為此，有不同的可能性。在一個可能的實施方式中，在穿越過程中將虛擬內窺鏡在看不見區域的位置上轉向該看不見的區域的方向，使該區域對於觀察者成為可以看見的。在觀察該區域之後，再將虛擬穿越以通常方式繼續下去。
在另一個有利的實施方式中，以投影方法(映射)為基礎進行顯示，用該方法將三維圖像信息，即來自所有空間方向的圖像信息投影到一個二維平面上。但對觀察者顯示的只是該投影的一部分，即對應於前進方向或後退方向上的觀察的投影。帶有多餘信息的其它區域被全部或至少大部分淡出或只是部分透明地顯示。只有在在該圖像區域中包含否則就會看不到的圖像信息的位置上，才淡入或不透明地示出這些圖像區域。從而觀察者不受由於大量多餘信息造成的負擔，而只是附帶地在該圖像中看到在用其它的方式會有看不到的信息的情況下所對應的區域。
優選的是，將在否則就會看不到的區域在這樣的投影顯示中適當突出地，例如著色地存儲。在此，也可以選擇在其它區域的部分透明的顯示中僅僅非透明地顯示否則就會看不到的位置。以這種方式，將觀察者的視線立即引導到重要的圖像區域。
實施該方法的本發明的裝置對應地包括存儲單元，腔體器官的立體數據可以保存在該存儲單元上。計算和顯示模塊計算虛擬穿越，有時藉助於由觀察者進行的交互控制，並在圖像顯示裝置上顯示虛擬穿越。本發明裝置的特徵在於設置了模擬單元，在該單元中無顯示地事先計算出通過腔體器官的虛擬測試穿越，並在該測試穿越時探測看不見的區域並記錄下來。計算和顯示模塊這樣構成，使得它在示出虛擬穿越時向觀察者指明看不見的區域，或在穿越期間相應地示出這些看不見的區域。
本發明的方法和所屬的裝置在下面用實施例結合附圖再次予以簡短說明。其中示出圖1A和1B示出通過腸道的虛擬穿越時的視角的示意圖；圖2示出本發明方法實施方式的流程圖和本發明裝置的實施方式的所屬的單元；圖3示出利用基於立方體模型的投影方法的顯示舉例；和圖4示出利用基於立方體模型的投影方法的修改了的顯示舉例。
具體實施例方式
圖1A和1B示出在虛擬結腸鏡檢查時視野的限制，該限制既可以是由於腸壁1中褶皺2造成的，也可以是由於虛擬內窺鏡預先規定的視野3造成的。在圖中分別示出具有該內窺鏡的視野3或具有通過褶皺2限制的視野5的虛擬內窺鏡的相應瞬時位置4。在此在各種情況下都會存在在這種虛擬穿越時觀察者看不到的區域6。
在本發明的方法中，首先在腸道的立體數據的基礎上模擬測試穿越，這些立體數據例如可以來源於計算機斷層造影拍攝並存儲在該裝置的存儲單元8中。如在每個虛擬穿越中那樣，在此原則上必須通過適當的分割技術從立體數據中提取腸道。此外，為了以後的圖像表示或顯示，需要使用立體著色技術或表面著色技術。然而對於專業人員來說，這些步驟在所屬的虛擬結腸鏡檢查領域是公知的。
所述測試穿越可以在一個預先規定路線的基礎上進行，或也可以藉助於自適應的路線匹配在分割的數據的基礎上進行。該測試穿越在本發明裝置的模擬模塊11中進行，為此無需觀察者介入或顯示。以這種方式可以很快地模擬該測試穿越。在模擬時探測在測試穿越期間看不見的區域。探測這種看不見的區域可以通過已經在說明書前面列舉的文獻WO02/029723A1或US2003/0007673A1中闡述的技術實施。存儲關於看不見區域的位置和大小的信息。
在計算和顯示模塊9中隨後計算和顯示虛擬穿越時(該模塊在該穿越期間也能受與觀察者的互動的影響)，向觀察者適當地位置接近地指明當前看不見的區域，從而使觀察者能夠將虛擬內窺鏡適當地引到這些區域去。
然而優選的是，不用與觀察者的附加互動，將這些區域自動地顯示在監視器10上。圖3示出的是在虛擬穿越期間顯示腸道的一個例子。為此在這個例子中使用立方體模型，在該模型中立方體的各個面相應於虛擬內窺鏡瞬時位置上不同方向的視圖。如在圖的右上部分看到的那樣，將該立方體打開成為一個二維平面。觀察者就以這種方式同時看到當時所有空間方向的圖像信息(圖3的下面部分)。
在本發明的方法和所屬的裝置中這樣修改該顯示，即首先相應地只給觀察者示出一個視向，以便使他不受多餘信息的拖累。這例如可以用不透明的或半透明的光闌7實現，所述光闌7在該圖示之上並在圖中表明。只有在其中存在事先探測到的看不見的區域時，才為觀察者開放被光闌7遮蓋的區域。以這種方式在虛擬穿越期間只向觀察者相應地示出所需要的圖像信息，而不會漏過腸道的區域。這樣，在一次虛擬穿越後不需要重新顯示，從而明顯地減少了觀察者的檢查時間。
最後，圖4示出利用立方體模型顯示的另一個例子。在該圖示中，對於觀察者來說將立方體的各面透視失真地投影到二維平面上，這樣他看到一個在前進方向上由4個側面通過梯形區域補充為正方形的相關聯的區域(左圖)。在需要時可以除了這4個側面視圖還附加地淡入後視圖(右圖)。在這種技術中，按照本方法在虛擬穿越期間也是首先只分別顯示在前進方向的視向。其餘的區域被遮隱，在本實施例中是用虛擬光闌7遮隱。只有在這些區域中存在否則就會看不到的圖像信息的情況下才會開放這些區域。
權利要求
1.一種用於腔體器官、尤其是腸道的虛擬內窺鏡檢查方法，其中-至少提供一個用斷層造影成像的方法記錄的該腔體器官(1)的立體數據組，-從該立體數據組計算出在內窺鏡檢透視圖中或在由其導出的顯示中通過該腔體器官(1)的虛擬穿越，並且-在顯示裝置(10)上顯示，其中，在顯示該虛擬穿越之前首先模擬不加顯示的測試穿越，其中探測該腔體器官(1)在測試穿越期間看不見的區域(6)，並且其中，在顯示虛擬穿越期間隨後位置接近地指明所述看不見的區域(6)或自動顯示所述看不見的區域(6)。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，在虛擬穿越時通過轉動視野來顯示所述看不見的區域(6)。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於，所述顯示通過投影方法實現，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個平面中，並且其中只有當不對應於虛擬穿越的前進方向或者不對應於虛擬穿越的後退方向的圖像區域包括所述看不見的區域(6)時才顯示這些區域。
4.如權利要求1的方法，其特徵在於，所述顯示通過投影方法實現，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個平面中，並且其中部分透明地顯示不對應於虛擬穿越的前進方向或者不對應於虛擬穿越的後退方向的圖像區域，並且只有當這些圖像區域包括所述看不見的區域(6)時才不透明地顯示。
5.如權利要求1至4之一的方法，其特徵在於，在所述顯示中突出所述看不見的區域(6)。
6.一種裝置，用於實施如權利要求1至5中任一項所述的腔體器官虛擬內窺鏡檢查方法，具有-用於存儲利用斷層造影成像方法記錄的腔體器官(1)的立體數據組的存儲單元(8)，以及-用於從內窺鏡檢查透視的立體數據組或從由其導出的顯示中計算通過腔體器官的虛擬穿越和將虛擬穿越顯示在顯示裝置(10)上的計算和顯示模塊(9)，其中，設置了模擬模塊(11)，該模塊在顯示虛擬穿越之前不加顯示地模擬虛擬測試穿越並在測試穿越期間探測腔體器官(1)的看不見的區域(6)，其中該計算和顯示模塊(9)這樣構成，使得它在顯示虛擬穿越期間向觀察者位置接近地指明看不見的區域(6)或自動顯示這些看不見的區域(6)。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述計算和顯示模塊(9)這樣構成，使得在虛擬穿越時通過轉動視野來顯示所述看不見的區域(6)。
8.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述計算和顯示模塊(9)這樣構成，使得通過投影方法進行顯示，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個平面中，並且其中只有當不對應於虛擬穿越的前進方向或者不對應於虛擬穿越的後退方向的圖像區域包括所述看不見的區域(6)時才顯示這些區域。
9.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述計算和顯示模塊(9)這樣構成，使得通過投影方法進行顯示，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個平面中，並且其中部分透明地顯示不對應於虛擬穿越的前進方向或者不對應於虛擬穿越的後退方向的圖像區域，並且只有當這些圖像區域包括所述看不見的區域(6)時才不透明地顯示。
10.如權利要求6至9中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述計算和顯示模塊(9)這樣構成，使得在顯示中突出所述看不見的區域(6)。
全文摘要
本發明涉及一種用於腔體器官、尤其是腸道的虛擬內窺鏡檢查方法和裝置，其中至少提供一個用斷層造影成像方法記錄的腔體器官(1)的立體數據組，從該立體數據組計算出在內窺鏡檢查透視中或在由其導出的顯示中通過該腔體器官(1)的虛擬穿越，並在顯示裝置(10)上顯示。該方法和裝置的特徵在於，在顯示虛擬穿越之前首先模擬不加顯示的測試穿越，探測該腔體器官在測試穿越期間看不見的區域(6)，並且在顯示虛擬穿越期間隨後位置接近地指明所述看不見的區域(6)或自動顯示所述看不見的區域(6)。利用該方法和所屬的裝置減少了觀察者在虛擬內窺鏡檢查時的時間消耗，使他免於多餘信息的拖累。
文檔編號G06Q50/00GK101069655SQ200710126698
公開日2007年11月14日 申請日期2007年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者盧茨·岡德爾 申請人:西門子公司