專利名稱：顯示氣管支氣管樹的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示人體氣管支氣管樹的方法。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于顯示人體氣管支氣管樹的系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括該系統(tǒng)的圖像采集裝置。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括該系統(tǒng)的圖像工作站。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及設(shè)計(jì)成執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的信息載體。
該方法和系統(tǒng)的實(shí)施方案描述于US 6,272,366。該專利中提出了一種方法和系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)出于醫(yī)學(xué)觀察和診斷目的的對選定人體器官的交互三維表現(xiàn)。采集選定的人體器官的一系列計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)圖像。該系列CT圖像堆疊形成三維體積文件。為了便于交互三維表現(xiàn)，該三維體積文件可經(jīng)過可選的數(shù)據(jù)集縮減過程以降低像素分辨率和/或?qū)⒃撊S體積文件劃分成選定的子體積。根據(jù)選定的體積或子體積，分割或分離選定人體器官的圖像。圖像分割可以通過各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如，穿過該三維體積文件的圖像切片可經(jīng)過閾值處理，其中該二維圖像切片的物理性能例如X射線衰減可用于建立對應(yīng)于感興趣器官的特定閾值范圍，例如X射線衰減值范圍。在確定了恰當(dāng)閾值范圍之后，整個三維體積文件隨后被閾值化以分割感興趣的器官。例如，為了分割結(jié)腸，可選擇與結(jié)腸內(nèi)空氣柱對應(yīng)的閾值范圍以分離結(jié)腸內(nèi)壁。
在可采用的備選分割技術(shù)中，區(qū)域生長(region growing)技術(shù)被用于分離結(jié)腸內(nèi)的空氣柱。使用區(qū)域生長技術(shù)，通過選擇結(jié)腸的空氣柱內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)或體元(voxel)而種植“種子(seed)”。相鄰體元漸進(jìn)地被測試是否遵從選定的接受標(biāo)準(zhǔn)，例如X射線衰減值落在代表空氣的選定閾值范圍內(nèi)。這樣，該種子區(qū)域持續(xù)擴(kuò)張或生長，直到結(jié)腸的腔(lumen)內(nèi)的整個空氣柱被填充。
隨后形成代表結(jié)腸的該空氣柱的表面或等值面。使用例如移動立方體算法的選定圖像處理技術(shù)，隨后產(chǎn)生等值面的線框(wireframe)模型。根據(jù)結(jié)腸的線框模型產(chǎn)生三維交互表現(xiàn)，使得用戶可以快速查看結(jié)腸腔的一系列三維圖像以探測病理?xiàng)l件。
因此，用戶必須根據(jù)這些圖像手動測量相關(guān)的臨床參數(shù)，例如確定哮喘、支氣管擴(kuò)張、肺氣腫及其他肺部疾病的診斷和治療相關(guān)的臨床參數(shù)。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供根據(jù)開篇段落可以通過改進(jìn)的方式評估氣管支氣管樹的方法。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，該方法包括自動分割來自身體的三維圖像集的氣管支氣管樹；基于該氣管支氣管樹自動確定定量測量；除了所顯示的氣管支氣管樹之外還顯示該定量測量。通過提供對氣管支氣管樹的自動分割，可以無監(jiān)督地執(zhí)行該分割。由此實(shí)現(xiàn)在載入身體其他信息例如其他圖像、人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等同時/之前/之后執(zhí)行該分割。該身體可以是病人或動物。通過自動顯示該氣管支氣管樹，可以更容易完成對該樹的評估。另外，通過自動確定定量測量，也可以在載入身體其他信息同時/之前/之后執(zhí)行該定量測量。有利地，執(zhí)行和顯示具有臨床數(shù)值以及可實(shí)現(xiàn)更快樹評估的定量測量。
在該方法另一個實(shí)施方案中，該方法包括基于該氣管支氣管樹提取氣管(trachea)、支氣管(bronchus)和/或更小導(dǎo)氣管(airway)的中心線；基于所提取的中心線確定該氣管支氣管樹的分支點(diǎn)。通過確定氣管、支氣管和/或更小導(dǎo)氣管的中心線并確定該樹的分支點(diǎn)，可以以此為基礎(chǔ)確定沿整個或部分氣管支氣管樹的臨床數(shù)值。有利地，起始和終止于分支點(diǎn)和分支點(diǎn)之間的支氣管分段或子分段可用于顯示由分支點(diǎn)限制的支氣管分段或子分段。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，該方法包括為至少一個中心線點(diǎn)確定下述值的至少一個支氣管腔，腔直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管內(nèi)壁的內(nèi)半徑，基于所述內(nèi)半徑的內(nèi)直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管外壁的外半徑，基于所述外半徑的外直徑，附屬動脈的動脈半徑，基于所述動脈半徑的動脈直徑，其中所述中心線點(diǎn)包括所提取的中心線中的一個中心線上的點(diǎn)。通過確定至少一個所述數(shù)值，可以使用這些數(shù)值以由其導(dǎo)出可實(shí)現(xiàn)對身體導(dǎo)氣管結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估的其他臨床數(shù)值。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，該方法包括為至少一個中心線點(diǎn)確定下列中的至少一個所述外半徑與內(nèi)半徑之間第一差值與所述腔直徑的函數(shù)，所述支氣管內(nèi)直徑與動脈直徑之間第二差值與所述腔直徑的函數(shù)。通過確定這些數(shù)值的至少一個，可以使用這些數(shù)值以由其導(dǎo)出可實(shí)現(xiàn)對身體導(dǎo)氣管結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估的其他臨床數(shù)值。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，該方法包括顯示指示器，該指示器指示與定量測量對應(yīng)的該氣管支氣管樹內(nèi)的位置。通過指示與定量測量對應(yīng)的該樹內(nèi)的位置，用戶可以容易地看出哪個定量測量對應(yīng)于該樹內(nèi)的哪個位置。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，該指示器指示該氣管支氣管樹內(nèi)的異常。通過使用該指示器指示異常，用戶可以更好地評估身體的導(dǎo)氣管結(jié)構(gòu)。此外，用戶的注意力被吸引到異常。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)成重構(gòu)體積圖像集的圖像采集裝置采集該三維圖像集。例如通過CT設(shè)備和使用CT圖像集可以采集這種體積圖像集，該CT圖像集的性能可用于確定該氣管支氣管樹。也可以使用其他圖像采集裝置，例如MR掃描儀、三維旋轉(zhuǎn)血管造影(3D-RA)掃描儀、正電子發(fā)射斷層成像(PET)掃描儀、或者單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(SPECT)掃描儀。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，部分顯示該氣管支氣管樹。通過部分顯示該氣管支氣管樹，可以僅顯示左肺葉或右肺葉或者每個肺葉的樹。由此使用戶可更集中于身體導(dǎo)氣管結(jié)構(gòu)部分。
在該方法的另一個實(shí)施方案中，用戶可以操縱該自動分割和/或所顯示的氣管支氣管樹。通過允許用戶進(jìn)行一些操縱，可以克服顯示的樹與期望的樹之間的差異。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供根據(jù)開篇段落可以通過改進(jìn)的方式評估氣管支氣管樹的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，用于顯示氣管支氣管樹的該系統(tǒng)包括分割裝置，用于自動分割來自身體的三維圖像集的該氣管支氣管樹。
該系統(tǒng)的實(shí)施方案描述于權(quán)利要求11至16。
參考通過附圖所示的下述實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其他方面將變得顯而易見并被詳細(xì)描述。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的主要步驟；圖2示出了如何測量支氣管內(nèi)壁和支氣管外壁；
圖3圖解示出了代表臨床參數(shù)的示例；圖4示出了該氣管支氣管樹的造影術(shù)以及包括臨床數(shù)值的曲線圖；以及圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)療設(shè)備。
人體肺部由兩個主要部分組成，即左肺和右肺。右肺內(nèi)存在三個葉片，由所謂的主肺裂(fissure)和次肺裂分離該三個葉片。左肺呈現(xiàn)略微不同的結(jié)構(gòu)。由于沒有定義次肺裂，左肺僅由兩個葉片組成，由此解剖學(xué)上對應(yīng)于右側(cè)中間葉片的部分與上葉片合并。各個葉片再次劃分為兩個或更多肺分段，肺的各側(cè)存在十個該肺分段。由將血液和空氣導(dǎo)入發(fā)生氣體交換的遠(yuǎn)端區(qū)的復(fù)雜分支樹系統(tǒng)提供這些分段。該支氣管樹具有填充了空氣的管結(jié)構(gòu)。支氣管樹起始于氣管，并延伸到重復(fù)地分裂為越來越小的氣管的遠(yuǎn)端區(qū)。在人體肺部內(nèi)，該分裂通常發(fā)生于雙岔口，例如母分支分裂成兩個子分支，但是也存在三岔口。子分支的通常趨勢為直徑和長度減小，盡管在單個情形中可能不同。姐妹分支不一定具有相同的直徑。支氣管分類為供給葉片的葉支氣管、供給各個分段的分段支氣管、以及子分段支氣管。支氣管壁圍繞支氣管的填充了空氣的腔。從某種意義上說該壁的厚度與分段的直徑相關(guān)，當(dāng)壁越薄時直徑越小。高分辨率多切片CT顯示第6代以上分支內(nèi)的直徑為mm量級的支氣管分段。為了診斷和治療哮喘和肺氣腫病人，支氣管腔、支氣管壁厚度、以及內(nèi)支氣管與附屬動脈直徑之比為用于臨床實(shí)踐的參數(shù)，從而探測和定量導(dǎo)氣管狹窄、支氣管膨脹、支氣管壁增厚、支氣管擴(kuò)張、高反應(yīng)性等。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的主要步驟。在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以區(qū)分三個主要步驟100、102和104。
在第一步驟100，氣管支氣管樹被自動分割。該分割開始于載入胸腔的三維圖像集(3D圖像集)。該3D圖像集優(yōu)選由高分辨率CT掃描儀例如多陣列CT掃描儀采集。高分辨率是指切片厚度約1.0-1.3mm以下。也可以使用由可以產(chǎn)生這種高分辨率圖像集的掃描儀采集得到的其他3D圖像集，這些掃描儀為例如MR掃描儀、3D-RA掃描儀、PET掃描儀或SPECT掃描儀等。此外，可以使用/不使用造影劑、強(qiáng)心劑或呼吸調(diào)控采集該3D圖像集。如果使用CT 3D圖像集，通過設(shè)置Hounsfield閾值例如為-500HU并識別該Hounsfield閾值之下的所有3D連接體元，由此可以從胸腔的整個3D圖像集中分割出肺和氣管。接著，肺和氣管區(qū)域被識別為不接觸圖像邊界的3D連接體元的最大組成。接著必須確定氣管。為此，找出屬于肺和氣管區(qū)域的沿與切片平面垂直的方向即z方向的第一體元，還找出沿該方向的最后一個體元，因?yàn)閽呙璺较蚩梢詾閺念^至腳或者從腳至頭。在這兩個體元位置中，選擇在切片平面即xy方向內(nèi)更中心的一個位置。如果該圖像集包括指示掃描方向的描述數(shù)據(jù)，該描述數(shù)據(jù)可用于確定氣管。
在下一步驟102中，提取氣管、分段支氣管和更小的導(dǎo)氣管即子分段支氣管的中心線。此外，確定該樹結(jié)構(gòu)的分支點(diǎn)。該步驟是基于探測向?qū)嵸|(zhì)組織內(nèi)部“泄漏”的波前傳播方法，還可參考T.Schlathlter，C.Lorenz，I.C.Carlsen，S.Renisch，T.Deschamps，Simultaneous Segmentation and TreeReconstruction of the Airways for Virtual Bronchoscopy.Proceedings SPIE Medical Imaging 2002，SPIE vol.4684，part 1，pp.103-113。波前傳播方法與氣管支氣管樹的解剖模型在此結(jié)合使用。波前傳播方法是一種區(qū)域生長技術(shù)，該技術(shù)使用了受物理波前傳播激發(fā)的概念并且是基于物理的最小作用原理。波前傳播方法使用一種快速前進(jìn)算法(fast marching algorithm)，例如描述于T.Deschamps，L.D.Cohen，Minimal Paths in 3D images andapplication to virtual endoscopy，Lecture Notes in ComputerScienceComputer Vision-ECCV 2000；1843543-557。
所使用的波前傳播方程的類型為|T|F＝1(1)其中F(x)為波前的速度函數(shù)，T(x)表示當(dāng)波前達(dá)到點(diǎn)x時的時間值。使用了以下形式的步進(jìn)恒定速度函數(shù)F(x)=1,I(x)≤t0,I(x)>t---(3)]]>其中t為恰好高于支氣管腔的閾值，I(x)表示在點(diǎn)x的灰度值。
波前傳播方法保持了需要生長的分支序列。使用氣管初始化該序列。在初始化之后，該算法在生長、分支探測和分支確認(rèn)的順序循環(huán)。
生長連續(xù)地，從該序列取出并根據(jù)前述改進(jìn)的快速前進(jìn)算法生長一個分支。各個分支保持參考其初始半徑(ri)并在每個生長步驟之后將該半徑與實(shí)際半徑比較。當(dāng)前分支接近雙岔口時，實(shí)際半徑增大并最終超過初始半徑乘以倍增因子α(例如α＝1.1)。
分支探測當(dāng)實(shí)際半徑超過α×rj時，執(zhí)行分支檢查。使用α可以降低計(jì)算昂貴的連通性檢查程序的執(zhí)行。對于未探測到分支的情形，α增大約0.1并繼續(xù)該生長過程。對于探測到分支的情形，檢查當(dāng)前分支的有效性。該過程負(fù)責(zé)探測泄漏。當(dāng)探測到分支時，該分支例如被存儲于代表該樹結(jié)構(gòu)的分支點(diǎn)的鏈接序列結(jié)構(gòu)。
分支確認(rèn)出現(xiàn)分支之后，可以檢驗(yàn)分支Bi的母分支B的有效性。確認(rèn)是負(fù)責(zé)剔除最可能代表泄漏區(qū)域的分支。使用兩個標(biāo)準(zhǔn)即半徑和連通性進(jìn)行該確認(rèn)。
半徑由于從分割結(jié)果已知各個分支的格點(diǎn)分布，可以計(jì)算其協(xié)方差矩陣。使用氣管支氣管樹的圓柱模型，使用該協(xié)方差矩陣的最小的兩個本征值(EV)可以估算該分支的平均半徑rs=EV2+EV32.]]>由于通常半徑隨分支數(shù)量級增大而減小，小于β×rmin(rmin為所有半徑中的最小半徑)的半徑表示泄漏。β選擇為大于1，從而為分支半徑的內(nèi)部可變性提供安全范圍。
連通性通過檢查分支B的所有表面體元的相鄰體元，可以找到與B直接相鄰的分支的數(shù)目。如果將直接相鄰的不同分支的數(shù)目與可允許分支的最大數(shù)目(γ)比較，則可以探測到泄漏。γ應(yīng)該設(shè)置為大于3的整數(shù)。三個相鄰是通常的情形，因?yàn)榉种ǔ＞哂幸粋€母分支和兩個子分支。三個以上的子分支也是可能的，因此應(yīng)該仔細(xì)選擇該參數(shù)，不能太小也不能太大(例如γ＝5)。
對于有效分支，波前的未連通區(qū)域被用于初始化新分支，該新分支被存儲于分支序列中；無效分支被拋棄。因此在生長期間，各個“波前體元”屬于多個3D連通的生長波前之一。如果這些波前之一變得太大，則認(rèn)為其是“泄漏”且該波前被凍結(jié)，只有來自其他波前的體元得以傳播。
氣管支氣管樹的區(qū)域生長可以重復(fù)好幾次，從高的Hounsfield閾值(例如-800HU)開始并隨后下降到低閾值(例如以20HU的步進(jìn)降低到-900HU)，其中來自各個重復(fù)的結(jié)果體元被作為下一個重復(fù)的種子。
通過計(jì)算支氣管樹的分割體積的距離圖，該圖給出各個體元到最近鄰非支氣管體元的距離，由此可以確定中心線?？梢詮陌霃綄?dǎo)出該距離。這種非支氣管體元為周圍的肺實(shí)質(zhì)組織的一部分。所有支氣管中心線可被寫入一個列表，以原始?xì)夤芊N子點(diǎn)為終點(diǎn)，以最遠(yuǎn)端點(diǎn)為起點(diǎn)。接著，可以分別追蹤左肺和右肺的所有支氣管，且可在各個軌跡點(diǎn)進(jìn)行以下臨床參數(shù)的測量。
在最后步驟104內(nèi)，為分割的氣管支氣管樹確定臨床參數(shù)，且這些臨床參數(shù)優(yōu)選地與分割樹一起顯示。在沿所有支氣管中心線的各個點(diǎn)，測量等于內(nèi)支氣管壁半徑兩倍的支氣管腔、到外支氣管壁的半徑、以及附屬動脈的厚度。因此可以給出為腔直徑的函數(shù)的平均壁厚度以及內(nèi)支氣管與附屬動脈直徑之間的平均比率。該平均壁厚度定義為外支氣管半徑和內(nèi)支氣管半徑之間的差值。
圖2示出了如何測量內(nèi)支氣管壁和外支氣管壁。這里，200表示三維球體，202表示支氣管中心線上的點(diǎn)，204表示支氣管，206表示附屬動脈，208表示支氣管平均徑向?qū)?shù)曲線。半徑為r的三維球體200置于支氣管中心線上特定點(diǎn)202周圍。在該球體樣品的表面上采集Hounsfield值的徑向?qū)?shù)HU/r。該徑向?qū)?shù)被計(jì)算為基線長度Δr等于切片內(nèi)體元間距例如0.6至0.8mm的離散差值ΔHU/Δr。不計(jì)算體元柵格上的該離散差值ΔHU，而是計(jì)算連續(xù)的坐標(biāo)位置之間的該離散差值ΔHU，通過三線插值(tri-linear interpolation)估算這些坐標(biāo)位置的Hounsfield值。隨后，該球體以0.25mm的半徑步進(jìn)dr擴(kuò)大。取平均徑向?qū)?shù)為最大值時的半徑，確定支氣管內(nèi)壁半徑，見曲線208。取平均徑向?qū)?shù)為最小值時的半徑，確定支氣管外壁半徑，見曲線208。此外，中心位置也沿x、y和z方向略微變化，直到發(fā)現(xiàn)具有最大平均徑向?qū)?shù)的球體。由于使用Hounsfield值的三線插值計(jì)算所有徑向?qū)?shù)，最佳擬合球體的半徑和位置的計(jì)算可以到達(dá)亞體元精度。這樣進(jìn)行半徑估算的優(yōu)點(diǎn)為不依賴于特定的Hounsfield閾值；還適用于僅部分閉合的支氣管壁；可得到三維和亞體元的精度；
對于什么時候接受測量點(diǎn)，存在清楚的判據(jù)如果平均徑向?qū)?shù)在明確的最大值之后出現(xiàn)明確的最小值；測量不依賴于局部導(dǎo)氣管軸的估算；以及相同的測量原理可以應(yīng)用于內(nèi)外導(dǎo)氣管壁以及動脈直徑。
在中心點(diǎn)202周圍半徑為支氣管外壁半徑三倍的球體內(nèi)執(zhí)行對附屬動脈的搜尋。在該搜尋球體內(nèi)，識別具有容器形貌的最大結(jié)構(gòu)。還可以在與導(dǎo)氣管中心線垂直的二維圓盤內(nèi)完成半徑測量以及附屬動脈的搜尋。
圖3圖解示出了代表臨床參數(shù)的示例。直方圖300示出了分格尺寸(bin size)為0.5mm的腔直徑直方圖。曲線302給出了表示支氣管壁厚度的曲線，曲線304給出了表示支氣管動脈直徑比率的曲線。根據(jù)成功導(dǎo)氣管分割的深度，該算法可以為各個胸腔數(shù)據(jù)集的多個合適測量點(diǎn)確定支氣管腔直徑和支氣管壁厚度，例如1000至5000個合適的測量點(diǎn)。由于導(dǎo)氣管的樹結(jié)構(gòu)，可以以對數(shù)刻度給出腔直徑的頻率。于是可以計(jì)算壁厚度和支氣管動脈直徑比率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
可以分別給出左肺和右肺或者甚至每個葉片的臨床參數(shù)。例如，可以給出最長的主長支氣管中心線的各個參數(shù)的曲線，或者臨床參數(shù)與到龍骨瓣(carina)距離的函數(shù)或者與支氣管腔的函數(shù)的散點(diǎn)圖，其中該龍骨瓣為氣管內(nèi)的分支點(diǎn)。此外，可以計(jì)算臨床參數(shù)的更多不同直方圖。例如，呈現(xiàn)特定腔的氣管支氣管樹的長度百分比、壁厚度、為不同腔范圍分割的支氣管片的平均壁厚度和動脈直徑比率等。
圖4示出了氣管支氣管樹的造影術(shù)以及包括臨床數(shù)值的曲線圖。氣管支氣管樹400的造影術(shù)包括指示器402。前述的臨床數(shù)值404的曲線圖包括其他指示器406。指示器402和404指示該曲線圖的數(shù)值以及該數(shù)值對應(yīng)的樹內(nèi)位置之間的相應(yīng)位置。通過使用這些指示器，用戶通過操縱指示器402可以容易地在該樹上導(dǎo)航并看到指示器406指示的相應(yīng)數(shù)值。用戶還可以操縱指示器406，由此致使指示器402指示樹內(nèi)的相應(yīng)位置。作為對用戶的進(jìn)一步幫助，參數(shù)異常的位置，例如支氣管腔阻塞、腔膨脹、支氣管壁增厚，可以被圖解標(biāo)記于原始3D圖像集以及冠狀和矢狀視圖中?？梢允褂貌煌螤?、顏色等的指示器代表另外的不同異常。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法為用戶提供了氣管支氣管分割方法，該方法顯示分割結(jié)果以及臨床數(shù)值，并要求最小的用戶交互。優(yōu)選地，該方法根本不要求用戶交互，因此可以作為背景任務(wù)被執(zhí)行而運(yùn)行于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)。由于無需用戶在場以分割樹或計(jì)算臨床數(shù)值，由此可以節(jié)約用戶時間。該背景任務(wù)例如可以在采集圖像集之后立即開始。臨床數(shù)值的自動分割和計(jì)算得到可重復(fù)的結(jié)果，因此可以有助于更好評估臨床圖像。為了使用戶能夠部分控制分割過程和臨床數(shù)值計(jì)算，該方法可為用戶提供一些步驟，其中用戶可以操縱用于分割過程的基本參數(shù)例如Hounsfield值或者應(yīng)該被分割的氣管支氣管樹的分支。該方法可進(jìn)一步為用戶提供一些步驟，其中用戶例如可以選擇要被計(jì)算和顯示的臨床數(shù)值。另外，用戶可以在不同正交視圖查看與分割樹及臨床數(shù)值一起或者不與其一起的原始圖像集。臨床數(shù)值可顯示為曲線圖、數(shù)字、或者適用于預(yù)期目的的其他造影術(shù)技術(shù)。
圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)療設(shè)備500。醫(yī)療設(shè)備500為CT采集裝置，包括多陣列CT臺架502和可置于臺架502內(nèi)的病床504。在采集病人的粗糙圖像數(shù)據(jù)期間，病床504承載病人。粗糙圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)506，微型計(jì)算機(jī)506重構(gòu)該粗糙圖像數(shù)據(jù)的體積圖像數(shù)據(jù)。該計(jì)算機(jī)編程為按照本發(fā)明計(jì)算氣管支氣管樹的分割樹以及相應(yīng)的臨床數(shù)值，所述樹和數(shù)值顯示于計(jì)算機(jī)的顯示單元508上。備選地，重構(gòu)的體積圖像數(shù)據(jù)可以傳遞到圖像處理系統(tǒng)510，從而根據(jù)本發(fā)明的方法處理該數(shù)據(jù)。該圖像處理系統(tǒng)510可以為恰當(dāng)編程的工作站的計(jì)算機(jī)。該工作站連接到屏幕512。系統(tǒng)510進(jìn)一步包括通過軟件總線518彼此通信連接的微處理器514、例如隨機(jī)訪問存儲器(RAM)的通用存儲器516以及另外的存儲器524。存儲器516包括計(jì)算機(jī)可讀取的軟件代碼，設(shè)計(jì)成執(zhí)行根據(jù)前述的本發(fā)明的方法。存儲器524為顯示緩沖器，設(shè)計(jì)成包括前述的分割的氣管支氣管樹、臨床數(shù)值的曲線圖以及原始圖像集。該顯示緩沖器的內(nèi)容顯示于顯示裝置512。還可以從存儲裝置例如光盤(CD)520、數(shù)字多功能光盤(DVD)等下載該計(jì)算機(jī)可讀取軟件，或者同樣可以從互聯(lián)網(wǎng)下載該計(jì)算機(jī)可讀取軟件到工作站的存儲器。因此，該工作站包括適當(dāng)?shù)拇鎯ψx取裝置522例如CD驅(qū)動器，該存儲讀取裝置可以從存儲裝置讀取軟件。該CD驅(qū)動器于是也可工作連接到軟件總線。在先前示例中，參考CT采集裝置描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于CT采集裝置，而是延伸到能夠再現(xiàn)體積圖像數(shù)據(jù)的所有成像裝置，例如3D-RA、MR、PET、SPECT等。
本發(fā)明方法的所述實(shí)施方案的順序并不是強(qiáng)制性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明概念的情況下，可以改變步驟順序或者同時使用線程模型(threading model)、多處理器系統(tǒng)或多進(jìn)程執(zhí)行這些步驟。
注意，上述實(shí)施方案是說明性的而非限制本發(fā)明，在不背離本發(fā)明范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)許多備選實(shí)施方案。在權(quán)利要求中，置于括號內(nèi)的所有參考符號不應(yīng)理解為限制該權(quán)利要求。單詞“包括”并不排除除了權(quán)利要求所列之外的元件或步驟的存在。元件前的單詞“一”并不排出存在多個這種元件。通過包括多個不同元件的硬件并通過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)，可以實(shí)施本發(fā)明。在列舉多個裝置的系統(tǒng)中，可由一個相同的計(jì)算機(jī)可讀取軟件或硬件實(shí)施多個這些裝置。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載的特定措施的事實(shí)并不表示不能有利地組合使用這些措施。
權(quán)利要求
1.顯示氣管支氣管樹的方法，包括自動分割來自身體的三維圖像集的氣管支氣管樹；基于所述氣管支氣管樹自動確定定量測量；除了所顯示的氣管支氣管樹之外還顯示所述定量測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括基于所述氣管支氣管樹提取氣管、支氣管和/或更小導(dǎo)氣管的中心線；基于所提取的中心線確定所述氣管支氣管樹的分支點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，包括為至少一個中心線點(diǎn)確定下述值的至少一個支氣管腔，腔直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管內(nèi)壁的內(nèi)半徑，基于所述內(nèi)半徑的內(nèi)直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管外壁的外半徑，基于所述外半徑的外直徑，附屬動脈的動脈半徑，基于所述動脈半徑的動脈直徑，其中所述中心線點(diǎn)包括所提取的中心線中的一個中心線上的點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，包括為至少一個中心線點(diǎn)確定下列中的至少一個所述外半徑與內(nèi)半徑之間第一差值與所述腔直徑的函數(shù)，所述支氣管內(nèi)直徑與動脈直徑之間第二差值與所述腔直徑的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括顯示指示器，所述指示器指示與定量測量對應(yīng)的所述氣管支氣管樹內(nèi)的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述指示器指示所述氣管支氣管樹內(nèi)的異常。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中設(shè)計(jì)成重構(gòu)體積圖像集的圖像采集裝置采集所述三維圖像集。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中部分顯示所述氣管支氣管樹。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中用戶可以操縱所述自動分割和/或所顯示的氣管支氣管樹。
10.用于顯示氣管支氣管樹的系統(tǒng)(510)，包括用于自動分割來自身體的三維圖像集的所述氣管支氣管樹的分割裝置(516)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)(510)，包括基于所述氣管支氣管樹自動確定定量測量的確定裝置(516)；用于顯示所述定量測量的顯示裝置(524)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)(510)，包括提取裝置(516)，基于所述氣管支氣管樹提取氣管、支氣管和/或更小導(dǎo)氣管的中心線；以及確定裝置(516)，進(jìn)一步布置成基于所提取的中心線確定所述氣管支氣管樹的分支點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)(510)，其中所述確定裝置(516)進(jìn)一步布置成為至少一個中心線點(diǎn)確定下述值的至少一個支氣管腔，腔直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管內(nèi)壁的內(nèi)半徑，基于所述內(nèi)半徑的內(nèi)直徑，從所述中心線點(diǎn)到支氣管外壁的外半徑，基于所述外半徑的外直徑，附屬動脈的動脈半徑，基于所述動脈半徑的動脈直徑，其中所述中心線點(diǎn)包括所提取中心線中的一個中心線上的點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)(510)，其中所述確定裝置(516)進(jìn)一步布置成為至少一個分支點(diǎn)確定下列中的至少一個所述外半徑與內(nèi)半徑之間第一差值與所述腔直徑的函數(shù)，所述支氣管內(nèi)直徑與動脈直徑之間第二差值與所述腔直徑的函數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)(510)，其中所述顯示裝置(516)進(jìn)一步布置成顯示指示器，所述指示器指示所述氣管支氣管樹和所述定量測量之間的一致性。
16.一種圖像采集裝置(500)，包括根據(jù)任一權(quán)利要求11至15的系統(tǒng)(510)。
17.一種圖像工作站(510)，包括根據(jù)任一權(quán)利要求11至15的系統(tǒng)(510)。
18.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，設(shè)計(jì)成執(zhí)行根據(jù)任一權(quán)利要求1至9的方法。
19.一種信息載體(520)，包括根據(jù)權(quán)利要求18的所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及自動分割和顯示氣管支氣管樹(400)以及顯示與分割的氣管支氣管樹(400)有關(guān)的臨床數(shù)值(404)。
文檔編號G06T5/50GK1973298SQ200580020909
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者R·韋姆克, T·布拉弗特, T·布爾洛, S·里尼施, C·洛倫茨, H·-A·維施曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司