確定心血管x射線系統中考慮血管橫截面的形狀的透視縮短最佳視圖地圖的製作方法

2023-10-09 09:04:19 5

專利名稱：確定心血管x射線系統中考慮血管橫截面的形狀的透視縮短最佳視圖地圖的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及用於識別感興趣對象中的細長要素的改變的系統和方法。具體而 言，本發明涉及不對稱血管病變的檢測輔助。
背景技術：
本領域中已知藉助於例如X射線輻射使感興趣對象內部的結構可視化。在無需打 開感興趣對象、即切開或傷害或損害或甚至是破壞對象的情況下可獲得這種可視化。根據 輻射的角度，將對結構進行投影，並因此僅從一側看到該結構。其他已知的技術提供生成感興趣對象的3D體積圖像的可能性，其中，首先，將從 不同的視點、即不同的輻射角度輻射對象，並且其次，基於不同的投影重建3D體積圖像。在醫學應用領域中，使用血管造影術來檢測改變，即通過使用心血管X射線系統 在動脈內注射造影物質期間獲取血管的圖像來檢測血管床中的病變或狹窄。為了得到對病變的正確評估，X射線系統的取向(旋轉和成角)至關重要。目前，「透視縮短最佳視圖地圖」("Foreshortening Optimal Viewmaps」)被用於 心血管X射線系統並輔助確定X射線系統取向，在所述X射線系統取向下將對投影圖像中 具有血管長度的最小透視縮短的病變成像。該最佳視圖地圖是基於可以從例如3D CT數據 或3D旋轉血管造影術數據中導出的血管的3D中線幾何結構的。最佳視圖地圖是描繪根據 X射線系統的旋轉和成角的選定血管段的平均透視縮短的地圖。最佳視圖地圖並不考慮血 管的橫截面的形狀。在臨床實際中，病變的橫截面經常是不對稱的。出於臨床目的，找到給出其中示 出了病變的最小管腔橫截面的投影圖像的X射線視圖至關重要。根據X射線視圖，對於不 對稱的病變，投影圖像中血管的直徑將看起來不同。找到具有最小病變直徑的投影圖像至 關重要，因為治療決定(對支架或非支架)是基於在2D投影圖像上看到的直徑的程序性 (procedural)減小。對於不對稱的病變，根據X射線視圖，直徑減小可能看起來不如實際中 的嚴重，這導致了不正確的治療決定。

發明內容
本發明可能的目的是提供用於識別感興趣對象內部的細長要素的改變的方法和 系統，以輔助檢測特殊幾何結構的發生。本發明另一可能的目的是在對以高解析度示出了 感興趣的幾何結構特徵(aspect)的最佳投影的選擇中提供輔助。這些可以通過根據獨立權利要求的主題實現。在各個從屬權利要求中描述了本發 明的其他實施例。一般而言，根據本發明的示範性實施例，一種識別位於感興趣對象中的細長要素 的改變的方法，其可以包括以下步驟生成感興趣對象的多個投影，其中，所述投影具有不 同的投影角度；確定投影的每個中的細長要素的幾何結構特徵；基於幾何結構特徵計算指數；指示具有預期指數值的投影。通過這一方法，可以識別表示細長要素的區域的投影或若干投影，在所述區域中 發生了感興趣的幾何結構改變。一般而言，細長要素可以是布置在對象中的管道、管狀物或圓柱體，其中，該細長 要素可能具有中空或實體結構。因此，本發明意義上的改變可以是橫截面、即細長要素的壁 的任意變形。在細長的中空要素或管狀要素的情況下，可能由例如碳酸鈣在內壁表面的沉 積引起變形。在研究身體內血管的情況下，這些改變可能是使血管的管腔例如不對稱地變 形的病變。由於在研究期間通常利用造影物質填充血管，因此血管的管腔將在X射線圖像 上具有類似於細長的實體要素的外表。根據這種圖像，可以重建血管壁的變形。通過給連續的投影編號，可能可以提供與示出了感興趣的幾何結構特徵的單個投 影或一組投影有關的信息。根據示範性實施例的一方面，幾何結構特徵可以是垂直於細長要素的中心軸測量 的細長要素的最小直徑和最大直徑。可以在投影圖像中容易地確定細長要素的兩個相對的壁之間的直徑或距離。因 此，可以在示出細長要素的橫截面的視圖中自動確定該細長要素的最小和最大直徑。該最 小和最大直徑可以用於計算表示橫截面的不對稱性的指數。根據示範性實施例的另一方面，這種不對稱性指數可以是經歸一化的，從而使得 該不對稱性指數的值處在0和1之間，並且較高的值對應於更大的不對稱性，而較低的值對 應於更小的不對稱性。可以利用以下公式計算這種經歸一化的不對稱性指數。此外，根據本發明的示範性實施例的方法可以還包括圖示說明細長要素、連同對 相對於該細長要素的對應區域的指數值的可視化的步驟。除了僅提供若干特殊投影之外，可以在完整的細長要素或細長要素的至少一部分 或一區段的2D或3D圖像中指示具有感興趣的幾何結構特徵的投影。根據本發明的另一實施例，一種用於識別位於感興趣對象中的細長要素的改變的 系統，其可以包括成像設備、處理設備和計算設備。成像設備可以適於生成感興趣對象的多 個投影，其中，所述投影具有不同的投影角度。處理設備可以適於確定投影的每個中的細長 要素的幾何結構特徵，並且還可以適於指示具有預期的指數值的投影。最後，計算設備可以 適於基於幾何結構特徵計算指數。應當注意的是，處理設備和計算設備可以在單個計算單元中實施。適於執行根據 本發明的方法的電腦程式可以存儲在這種計算單元的工作存儲器中。根據實施例的一方面，該系統還可包括顯示設備，其圖示說明細長要素、連同對相 對於細長要素的對應區域的指數值的可視化。此外，該系統可以裝備有如鍵盤或計算機滑鼠的輸入設備，以向該系統的用戶提 供與該系統交互，即限定感興趣的幾何結構特徵、或選擇圖示說明細長要素的指數和/或 周圍結構的方式的可能性。換言之，根據本發明並且根據醫學領域中的特殊應用，提出了一種方法，該方法通 過分析可獲得的3D血管數據(來自CT、3D旋轉血管造影或任何其他成像模態)並且考慮 橫截面區域的形狀，確定示出投影圖像中血管病變的最高程序性直徑減小的最佳X射線視圖。計算不對稱性的指數，並根據系統的投影方向顯示該不對稱性的指數。本發明還涉及用於處理設備的電腦程式，使得根據本發明的方法可以在合適的 系統上執行。優選將該電腦程式加載到數據處理器的工作存儲器中。該數據處理器因此 能夠執行本發明的方法。此外，本發明涉及可以存儲電腦程式的計算機可讀介質，諸如 ⑶-Rom。然而，還可以在如網際網路的網絡上提供該電腦程式，並且可以從這種網絡上將計 算機程序下載到數據處理器的工作存儲器中。應當注意到的是，參考不同主題描述了本發明的實施例。具體而言，參考方法類型 的權利要求描述了一些實施例，而參考裝置類型的權利要求描述其他實施例。然而，本領 域的技術人員將從以上和以下描述中意識到除非其他指明，否則除了屬於一個類型的主題 的特徵的任何組合以外，與不同主題相關的特徵之間的任何組合也被視為在本申請中被公 開。以上限定的各方面和其他方面、特徵以及本發明的優勢也可以從將在以下描述的 實施例的示例中導出，並且參考實施例的示例對其進行解釋。將參考實施例的示例更詳細 地描述本發明，但本發明並不限於實施例的示例。


圖1示出了根據本發明的示範性實施例的系統的示意性圖示說明。圖2示出了根據本發明的示範性實施例的方法的連續步驟。圖3示出了感興趣血管段的透視縮短最佳視圖地圖。圖4示出了感興趣血管的橫截面。圖5示出了具有指示若干投影方向的點線的最佳視圖地圖。圖6示出了按照投影方向繪製的單個橫截面的不對稱性指數的值的變化。圖7示出了感興趣的血管段的不對稱性指數的另一圖示說明。圖8示出了融合有具有預期值間隔的不對稱性指數的透視縮短最佳視圖地圖的 圖示說明。附圖中的圖示僅是示意性的，並且未按照比例繪製。應當注意的是在不同的圖中， 為相似的要素提供相同的參考標記。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的示範性實施例的系統100。系統100包括具有輻射源200 和探測器陣列300的成像設備，通過探測器陣列300可以探測從輻射源輻射的射束。此外， 該系統包括處理設備410和計算設備420，所述設備可以包括在具有存儲了相應程序的工 作存儲器的單個計算設備中。為了使處理和計算的結果可視化，在該系統中提供如監測器 的顯示設備430。探測器陣列300經由連接線440與處理設備連接，並且處理設備410還經 由另一連接線450與顯示設備430連接。在圖1中還描繪了具有作為內部結構的細長要素510的感興趣對象500。在使用系統100的同時，例如用於X射線輻射的輻射源200發射輻射束，輻射束輻 射通過包括細長要素510的感興趣對象500，並撞擊探測器陣列300。之後，將各探測器的 信號傳送到重建感興趣對象的3D體積圖像的處理單元，可以在顯示設備430上示出所述圖
5像。根據本發明，系統100的處理單元410適於確定細長要素的輪廓或橫截面，即表示 細長要素的壁的線。基於所確定的細長要素的幾何結構，計算設備420可以計算不對稱性 指數。最後，可以在監測器430上顯示細長要素的重建、連同對不對稱性指數的可視化。圖2示出了根據本發明的示範性實施例的方法的步驟。如根據系統100的不同設 備所表示的，該方法(一般地)包括以下步驟在步驟Sl中，生成感興趣對象的多個投影，其中，所述投影具有不同的投影角度。在步驟S2中，在投影的每個中確定細長要素的幾何結構特徵，其中，幾何結構特 徵可以是細長要素的相對的壁之間的距離。此外，可以確定最大和最小距離。在步驟S3，基於在步驟S2中確定的幾何結構特徵計算指數。基於例如最大和最小 直徑，可以計算不對稱性指數。在步驟S4，指示具有預期的指數值或指數值範圍的投影。在這一點上，可能期望了 解細長要素的不對稱性在何處高或低。因此，預期的指數值取決於系統的用戶正在研究的 內容。最後，在步驟S5，圖示說明了細長要素、連同對相對於細長要素的對應區域的指數 值的可視化。有利地，監測器上可以存在有以下圖示說明，其中在細長要素的位置處示出 了指數值，在細長要素的位置處示出了由指數評估的幾何結構特徵。接下來，將參考示出了監測器上的示範性圖示說明的圖來描述本方法。圖3描繪了示範性透視縮短最佳視圖地圖10。對於X射線系統的每種可能的取向 (從90度左前斜位(LAO)到90度右前斜位(RAO)，以及從40度尾側到40度顱側)，描繪了 感興趣細長要素的一段的平均透視縮短。這裡，略微彎曲的中間區域20表示低透視縮短的 區域，而淺色條帶22 (這裡為細黑線)表示中透視縮短的區域，並且較暗的灰色區域M表 示高透視縮短的區域。為了更好的可視化，可以為這一灰度視圖著色。例如，區域20可以為綠色，條帶22 可以為黃色，而區域M可以為紅色，其中，從一個區域/條帶到另一個區域/條帶，顏色可 以變模糊。圖4以灰色示出了垂直於所述要素的中心線的示範性細長要素的橫截面30。對於給定的橫截面區域，可能存在X射線投影方向，其將得到對應X射線投影 圖像中的最大直徑Dm ；以及投影方向ΡΛΦ，其將得到X射線投影圖像中的最小直徑D*。 對於任何投影Pi,可以確定對應的直徑Dj。應當注意的是，投影方向可以有利地處在橫截面 區域的平面中，並且因此垂直於細長要素的中心線。橫截面30的最大不對稱性指數A最大可以例如表示為( 大-D最小)/1 大，使得不對 稱性指數Ai對於任何投影Pi變為例如(D^c-DiVDiP圖5示出了具有點線40的最佳視圖地圖10，點線40指示與單個橫截面對應的所 有可能的投影方向(在X射線系統坐標中)。對於單個橫截面，所有可能的投影方向(垂直於血管的中心線)可以對應於X射 線系統取向的地圖10中的線40。如上所述，對於單個橫截面，可以根據針對該橫截面的所 有可能投影方向計算不對稱性指數。圖6僅示出了系統坐標的地圖中參照投影方向繪製的單個橫截面的不對稱性指數。區段50表示高不對稱性，區段52表示中不對稱性，而區段M表示低不對稱性。與最佳視圖地圖相似，可以在所有可能的系統投影方向的地圖上以顏色編碼不對 稱性指數值。能夠以顏色編碼該線以顯示不對稱性值。因此，可以以不同的顏色圖示說明 單個區段，例如，區段50為綠色，區段52為橙色，而區段M為紅色。圖7示出了在系統坐標的地圖中參照投影方向繪製的諸如血管(包括多個連續的 橫截面)的一段細長要素的不對稱性指數。應當注意的是，未填充整個地圖，因為僅評估了 與選擇的血管段中的橫截面垂直的投影方向。區段50圖示說明了高不對稱性，區段52圖 示說明了中不對稱性，而區段M圖示說明了低不對稱性。由於細長要素狹窄並不限於單個橫截面，因此需要評價一段所述要素。通過沿整 個段使連續橫截面離散化，可以分析該段的不對稱性，並且在單個繪圖中描繪單獨橫截面 的相應線區段。由於相鄰橫截面僅在取向上稍微不同(只要具有足夠良好的離散性)，因此 這將得到連續區域，在其中顯示地圖上的值。最後，圖8示出了 「透視縮短最佳視圖地圖」 10，其融合有指數閾值的可視化50。 暗矩形50表示高不對稱性的區段，區域20代表低透視縮短，條帶22代表中透視縮短，而區 域M代表高透視縮短。通常，這種方法僅與足夠不對稱的改變或病變相關，因此其意義僅在於指示存在 高不對稱性的區域。這種可視化可以融合有現有的「透視縮短最佳視圖地圖」，得到顯示透 視縮短並還指示可以看到相關最小橫截面的區域的地圖(與例如臨床應用有關)。備選地，對於灰度或顏色編碼表示，可以僅繪製所有評估的橫截面的一個最大不 對稱性指數值，或者其值可以利用對應的投影方向給出。不對稱性指數的備選計算也是可 能的，但都是基於以下原理使用橫截面信息以導出X射線系統的投影方向，從而確定示出 最小橫截面區域的視圖。不對稱性指數的繪圖不需要限於利用X射線系統才可行的角度(如在示例中的)， 而是也可以在對於X射線系統物理上不可行(由於系統的機械限制)的投影方向上顯示。儘管在附圖和以上說明中詳細圖示和描述了本發明，但應將這種圖示說明和描述 視為說明性或者示範性的，而不是限制性的；本發明不限於所公開的實施例。根據對附圖、說明書和隨附權利要求的研究，本領域技術人員在實踐權利保護的 本發明的過程中將理解並且實施所公開實施例的其他變型。在權利要求中，「包括」一詞不 排除其他要素或者步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」不排除多個。單個處理器或其他單 元可以實現權利要求中引用的若干部件的功能。在互不相同的從屬權利要求中引用某些 措施這一事實不表明使用這些措施的組合是不利的。電腦程式可以存儲/分布在合適的 介質上，例如與其他硬體一起提供或者作為其他硬體的一部分的光學存儲介質或者固態介 質，同時電腦程式也可以以其他形式分布，例如經由網際網路或者其他有線或者無線通訊 系統。權利要求中任何參考標記不應解釋為限制範圍。
權利要求
1.一種識別位於感興趣對象中的細長要素的改變的方法，所述方法包括以下步驟 生成所述感興趣對象的多個投影，其中，所述投影具有不同的投影角度，確定所述投影的每個中的所述細長要素的幾何結構特徵， 基於所述幾何結構特徵計算指數， 指示具有預期的所述指數的值的投影。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述幾何結構特徵為垂直於所述細長要素的中心 軸測量的所述細長要素的最小直徑和最大直徑。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述指數為不對稱性指數，所述不對稱性指數是經 歸一化的，從而使得所述不對稱性指數的值處在0和1之間，並且較高的值對應於更大的不 對稱性，而較低的值對應於更小的不對稱性。
4.如權利要求1所述的方法，還包括圖示說明所述細長要素、連同對與所述細長要素 的對應區域相對的所述指數的值的可視化的步驟。
5.一種用於識別位於感興趣對象中的細長要素的改變的系統，所述系統包括成像設備，其適於生成所述感興趣對象的多個投影，其中，所述投影具有不同的投影角度，處理設備，其適於確定所述投影的每個中的所述細長要素的幾何結構特徵，計算設備，其適於基於所述幾何結構特徵計算指數，其中，所述處理設備還適於指示具有預期的所述指數的值的投影。
6.如權利要求5所述的系統，其中，所述幾何結構特徵為垂直於所述細長要素的中心 軸測量的所述細長要素的最小直徑和最大直徑。
7.如權利要求5所述的系統，其中，所述指數為不對稱性指數，所述不對稱性指數是經 歸一化的，從而使得所述不對稱性指數的值處在0和1之間，並且較高的 值對應於更大的不 對稱性，而較低的值對應於更小的不對稱性。
8.如權利要求5所述的系統，還包括顯示設備，其圖示說明所述細長要素、連同對與所 述細長要素的對應區域相對的所述指數的值的可視化。
9.一種電腦程式產品，其適於控制根據權利要求5-8中的任一項所述的用於識別位 於感興趣對象中的細長要素的改變的系統。
10.一種計算機可讀介質，其中存儲有電腦程式，用於控制根據權利要求1至6中的 任一項所述的、用於識別位於感興趣對象中的細長要素的改變的系統。
全文摘要
在臨床情況下，病變的橫截面經常是不對稱的。出於臨床目的，找到給出其中示出了病變的最小管腔橫截面的投影圖像的X射線視圖至關重要。根據本發明的示範性實施例，提出了一種系統，其中，所述系統適於執行識別位於感興趣對象中的細長要素的改變的方法的步驟。所述方法可以包括以下步驟生成感興趣對象的多個投影，其中，所述投影具有不同的投影角度；確定投影的每個中的細長要素的幾何結構特徵；基於所述幾何結構特徵計算指數；指示具有預期的指數值的投影。
文檔編號G06T7/00GK102118999SQ200980130907
公開日2011年7月6日 申請日期2009年8月5日 優先權日2008年8月11日
發明者N·H·巴克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司