專利名稱：對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理，并且更特別地涉及用于對(duì)用于進(jìn)行定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)要求于2005年9月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.60/717,669的權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)的副本在此引入作為參考。
支氣管擴(kuò)張是一種損害和削弱支氣管壁的病癥，從而引起支氣管氣道變成永久性地?cái)U(kuò)張。支氣管擴(kuò)張通過支氣管和動(dòng)脈直徑的變化顯現(xiàn)出來。例如，在受支氣管擴(kuò)張影響的肺中，氣道管腔未能逐漸變細(xì)，而在健康的肺中，氣道直徑隨著隨后的生成(generation)變得越來越小。由于支氣管樹平行于肺動(dòng)脈，并且在健康的肺中，氣道具有與伴隨的動(dòng)脈近似相同的直徑，所以支氣管-動(dòng)脈比率的變化可作為存在支氣管擴(kuò)張的指標(biāo)。
為了診斷這些變化，使用高分辨率計(jì)算機(jī)斷層掃描(HRCT)來采集患者數(shù)據(jù)。例如，利用HRCT能評(píng)價(jià)氣道/動(dòng)脈直徑，因?yàn)镠RCT允許采集近各向同性的數(shù)據(jù)。然而，在沒有計(jì)算機(jī)輔助的情況下，醫(yī)生很難識(shí)別包括異常支氣管-動(dòng)脈比率的氣道/動(dòng)脈對(duì)。此外，HRCT數(shù)據(jù)集中的每個(gè)患者的大量的切片也使醫(yī)生很難評(píng)價(jià)支氣管擴(kuò)張的程度。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，一種用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的方法包括計(jì)算氣道的二維(2D)橫截面；在2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)，其中該第一指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于氣道的方向量度(orientation measure)；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)，其中該第二指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度(circularity measure)；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)，其中該第三指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分；以及基于其得分確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈。
計(jì)算該氣道的2D橫截面包括利用三維(3D)區(qū)域生長(zhǎng)從氣道內(nèi)的點(diǎn)開始生長(zhǎng)氣道，以獲得該氣道的局部形狀；和通過計(jì)算該氣道的協(xié)方差矩陣的特征向量來估計(jì)氣道的軸。該點(diǎn)是用戶選擇的或者自動(dòng)選擇的。識(shí)別2D橫截面中的高強(qiáng)度區(qū)域包括對(duì)圍繞該氣道的結(jié)構(gòu)取閾值；和對(duì)圍繞具有高強(qiáng)度的氣道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記。
方向量度是氣道的長(zhǎng)軸和高強(qiáng)度區(qū)域的長(zhǎng)軸的標(biāo)量積。圓形度量度是高強(qiáng)度區(qū)域的面積與在該高強(qiáng)度區(qū)域的最大直徑內(nèi)生長(zhǎng)的圓盤之間的比率。接近度量度是氣道的外直徑與氣道中心和高強(qiáng)度區(qū)域中心之間的距離之間的比率。
該方法進(jìn)一步包括分割相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈；和確定氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管-動(dòng)脈比率或者氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁-動(dòng)脈比率。該方法進(jìn)一步包括利用3D成像技術(shù)采集氣道的圖像數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括具有用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的被記錄在其上的計(jì)算機(jī)程序邏輯的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)程序邏輯包括用于計(jì)算氣道的2D橫截面的程序代碼；用于在2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域的程序代碼；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)的程序代碼，其中該第一指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于氣道的方向量度；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)的程序代碼，其中該第二指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)的程序代碼，其中該第三指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于氣道的接近度量度；用于對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分的程序代碼；以及用于基于其得分來確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈的程序代碼。
用于計(jì)算氣道的2D橫截面的程序代碼包括用于利用3D區(qū)域生長(zhǎng)從氣道內(nèi)的點(diǎn)開始生長(zhǎng)氣道以獲得氣道的局部形狀的程序代碼；和用于通過計(jì)算該氣道的協(xié)方差矩陣的特征向量來估計(jì)氣道的軸的程序代碼。該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)一步包括用于選擇該點(diǎn)的程序代碼。
用于識(shí)別2D橫截面中的高強(qiáng)度區(qū)域的程序代碼包括用于對(duì)圍繞該氣道的結(jié)構(gòu)取閾值的程序代碼；和用于對(duì)圍繞具有高強(qiáng)度的氣道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記的程序代碼。該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)一步包括用于分割相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈的程序代碼；和用于確定氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管-動(dòng)脈比率或者氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁-動(dòng)脈比率的程序代碼。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，用于從圍繞氣道的結(jié)構(gòu)中選擇對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈的方法包括采集胸部的圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)胸部的圖像數(shù)據(jù)分割支氣管樹；從所分割的支氣管樹中選擇氣道；計(jì)算該氣道的2D橫截面；在2D橫截面中找到圍繞該氣道的結(jié)構(gòu)；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第一指標(biāo)，其中該第一指標(biāo)是該周圍結(jié)構(gòu)相對(duì)于氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第二指標(biāo)，其中該第二指標(biāo)是周圍結(jié)構(gòu)的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第三指標(biāo)，其中該第三指標(biāo)是周圍結(jié)構(gòu)相對(duì)于氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的得分；以及基于其得分來確定哪個(gè)周圍結(jié)構(gòu)是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈，其中，具有最高得分的周圍結(jié)構(gòu)是相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈。
方向量度是氣道的長(zhǎng)軸和周圍結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的標(biāo)量積。圓形度量度是周圍結(jié)構(gòu)的面積與在該周圍結(jié)構(gòu)的最大直徑內(nèi)生長(zhǎng)的圓盤之間的比率。接近度量度是氣道的外直徑與氣道中心和周圍結(jié)構(gòu)的中心之間的距離之間的比率。
該方法進(jìn)一步包括分割相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈；和確定氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管-動(dòng)脈比率或者氣道與相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁-動(dòng)脈比率。
在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的系統(tǒng)包括用于采集氣道的圖像數(shù)據(jù)的掃描裝置；和氣道/動(dòng)脈分組模塊，用于計(jì)算氣道的2D橫截面；在2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)，其中該第一指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)，其中該第二指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)，其中該第三指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分；以及基于其得分確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈。
前述特征是有代表性的實(shí)施例并且被呈現(xiàn)來幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，并非意圖將這些特征認(rèn)為是對(duì)如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的限制，或者是對(duì)權(quán)利要求的等同物的限制。因此，這些特征的概述在確定等同物時(shí)不應(yīng)被認(rèn)為是具有決定性的。本發(fā)明的附加特征將在以下的描述中從附圖中和從權(quán)利要求中變得明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的系統(tǒng)的框圖；
圖2是闡明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的方法的流程圖；圖3A是闡明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例所計(jì)算的氣道的二維(2D)橫截面的圖像；圖3B是闡明了在應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的取閾值及標(biāo)記之后的圖3A的氣道的2D橫截面的圖像；和圖4是闡明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例所分組的動(dòng)脈及其相對(duì)應(yīng)的氣道的圖像。
具體實(shí)施例方式
圖1是闡明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的系統(tǒng)100的框圖。如圖1中所示，系統(tǒng)100包括采集裝置105、PC 110和通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)120所連接的操作者控制臺(tái)115。
采集裝置105可以是高分辨率計(jì)算機(jī)斷層掃描(HRCT)成像裝置或者諸如磁共振(MR)掃描儀的任何其他三維(3D)高分辨率成像裝置。
可以是便攜式或膝上型計(jì)算機(jī)、醫(yī)療診斷成像系統(tǒng)或者影像存檔與通信系統(tǒng)(PACS)數(shù)據(jù)管理站的PC 110包括CPU 125和被連接到輸入裝置150和輸出裝置155的存儲(chǔ)器130。CPU 125包括氣道/動(dòng)脈分組模塊145，該氣道/動(dòng)脈分組模塊145包括要在下面參考圖2-4討論的用于對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的一種或多種方法。雖然氣道/動(dòng)脈分組模塊145在CPU 125的內(nèi)部被示出，但是可將該氣道/動(dòng)脈分組模塊145定位在CPU 125的外部。
存儲(chǔ)器130包括RAM 135和ROM 140。存儲(chǔ)器130還包括數(shù)據(jù)庫(kù)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器等等或其組合。RAM 135起著存儲(chǔ)在運(yùn)行CPU 125中的程序期間所使用的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的作用并被用作工作區(qū)。ROM 140起著用于存儲(chǔ)在CPU 125中所運(yùn)行的程序的程序存儲(chǔ)器的作用。輸入150由鍵盤、鼠標(biāo)等組成，而輸出155由LCD、CRT顯示器、打印機(jī)等組成。
系統(tǒng)100的運(yùn)行可由操作者控制臺(tái)115進(jìn)行控制，該操作者控制臺(tái)115包括例如鍵盤的控制器165和顯示器160。操作者控制臺(tái)115與PC 110和采集裝置105進(jìn)行通信，使得采集裝置105所收集的圖像數(shù)據(jù)可由PC 110再現(xiàn)并在顯示器160上進(jìn)行觀看。在缺少操作者控制臺(tái)115的情況下，通過例如使用輸入裝置150和輸出裝置155運(yùn)行由控制器165和顯示器160所執(zhí)行的某些任務(wù)，可將PC 110配置來運(yùn)行和顯示由采集裝置105所提供的信息。
操作者控制臺(tái)115可進(jìn)一步包括能處理所采集的圖像數(shù)據(jù)集(或其部分)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的任何合適的圖像再現(xiàn)系統(tǒng)/工具/應(yīng)用程序，以在顯示器160上生成并顯示圖像。更準(zhǔn)確地說，該圖像再現(xiàn)系統(tǒng)可以是提供醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的再現(xiàn)和可視化的應(yīng)用，并且該應(yīng)用可在通用或者專用計(jì)算機(jī)工作站上運(yùn)行。PC110還包括上面所提及的圖像再現(xiàn)系統(tǒng)/工具/應(yīng)用程序。
圖2是闡明了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于對(duì)用于定量分析的氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的方法的流程圖。如圖2中所示，從患者中采集支氣管樹的3D圖像數(shù)據(jù)，(205)。這可例如通過使用在操作者控制臺(tái)115處運(yùn)行的采集裝置105來實(shí)現(xiàn)，以掃描患者的胸部，從而生成一系列與胸部相關(guān)聯(lián)的2D圖像切片。接著將這些2D圖像切片進(jìn)行組合，以形成支氣管樹的3D圖像。
在采集了支氣管樹的3D圖像數(shù)據(jù)之后，利用使用自適應(yīng)取閾值、濾波和漏失檢查的3D區(qū)域生長(zhǎng)來分割該樹，(210)。該區(qū)域生長(zhǎng)從氣管中的種子點(diǎn)開始，該氣管是通過圍繞第一切片的中心標(biāo)記空氣狀的區(qū)域和跨越切片尋找區(qū)域尺寸的穩(wěn)定性來自動(dòng)確定的。使用尺寸變化上的公差ξ來確定尺寸穩(wěn)定性，Si+1-Si＜ξ，其中，Si和Si+1分別是切片i和i+1的面積。
一旦分割該支氣管樹，用戶在要被分析的氣道內(nèi)提供單擊點(diǎn)(click point)，(215)。應(yīng)理解的是，可從給定的氣道樹模型中自動(dòng)選擇該單擊點(diǎn)，從而使圖2的方法完全自動(dòng)化。
給出用戶所提供的單擊點(diǎn)，計(jì)算所選擇的氣道的2D橫截面，(220)。這通過基于局部閾值生長(zhǎng)該氣道來完成，同時(shí)給出了氣道的局部形狀。接著，利用局部分割的氣道的協(xié)方差矩陣的特征向量來估計(jì)氣道的三個(gè)主軸。給出其所估計(jì)的軸，確定氣道的2D橫截面。
利用氣道的協(xié)方差矩陣計(jì)算氣道的特征向量。該協(xié)方差計(jì)算由下式給出 其中，L是遲滯，而 x和 y是采樣總數(shù)的均值，并且x＝(x0，x1...xn-1)而y＝(y0，y1...yn-1)。利用Householder QL方法完成特征向量的計(jì)算。首先利用Householder方法將協(xié)方差矩陣減少到三對(duì)角形式，以適合特征向量計(jì)算。
氣道的長(zhǎng)軸也可通過計(jì)算圍繞所選擇的點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)的赫賽(Hessian)矩陣的特征向量來確定。赫賽矩陣H(f)由以下形式的為實(shí)值的(real-valued)體積 的二階偏導(dǎo)數(shù)組成H(f)=∂2f∂x12........∂2f∂x1∂x2........∂2f∂x1∂x3∂2f∂x2∂x1........∂2f∂x22........∂2f∂x2∂x3∂2f∂x3∂x1........∂2f∂x3∂dx2........∂2f∂x32.]]>在圖3A中示出了利用上面所述的方法所計(jì)算的氣道的2D橫截面的例子。在圖3A中，用戶所選的單擊點(diǎn)305(由圖像中心的十字線指示)被示在氣道310中(由十字線下的圓環(huán)的暗淡的白色邊緣所指示)。
在已經(jīng)確定了氣道的2D橫截面之后，識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域，以確定哪個(gè)區(qū)域是對(duì)應(yīng)于氣道的動(dòng)脈，(225)。通過對(duì)2D橫截面取閾值和對(duì)高強(qiáng)度區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記來識(shí)別該高強(qiáng)度區(qū)域。
在圖3B中示出了在經(jīng)歷了上述取閾值和標(biāo)記之后的圖3A的2D橫截面的例子。在圖3B中示出了位于氣道310周圍的高強(qiáng)度區(qū)域315a-c。
一旦已經(jīng)識(shí)別出高強(qiáng)度區(qū)域，對(duì)每個(gè)區(qū)域可進(jìn)行一些測(cè)量，以確定哪個(gè)區(qū)域是相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈。
在進(jìn)行任何測(cè)量之前，對(duì)于每個(gè)區(qū)域，計(jì)算中心點(diǎn)并且在肺體積數(shù)據(jù)中將2D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成3D坐標(biāo)。執(zhí)行局部區(qū)域生長(zhǎng)，以獲得局部脈管形狀并處理像氣道一樣的區(qū)域。例如，計(jì)算協(xié)方差矩陣并應(yīng)用QL方法，以獲得區(qū)域的特征向量。該特征向量還可利用線性濾波算子來獲得并由赫賽矩陣來計(jì)算。
所進(jìn)行的第一測(cè)量是被用來將氣道和高強(qiáng)度區(qū)域的長(zhǎng)軸彼此之間進(jìn)行比較的方向和相似性指標(biāo)，(230)。使用兩個(gè)長(zhǎng)軸之間的標(biāo)量積來完成該比較。由于氣道及其鄰近動(dòng)脈通常是平行的，這個(gè)標(biāo)量積的絕對(duì)值接近1.0。當(dāng)計(jì)算這一標(biāo)量積來確保合適的脈管選擇時(shí)，考慮大約15％的誤差。該標(biāo)量積是由下式給出的第一方向相似性指標(biāo) 其中，xi和yi分別是動(dòng)脈和氣道的長(zhǎng)軸。
其次，由于動(dòng)脈的橫截面大致是圓形的，計(jì)算圓形度算子，(235)。循環(huán)算子(circulator operator)是高強(qiáng)度區(qū)域面積與具有該高強(qiáng)度區(qū)域的最大直徑的相對(duì)應(yīng)圓盤之間的比率。該相對(duì)應(yīng)的圓盤是被擬和到該區(qū)域來察看是否匹配的圓盤。該圓形度算子由下式給出 其中，N是高強(qiáng)度區(qū)域的像素的數(shù)量，而Rmax是該區(qū)域的最大半徑。
最后，由于相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈通?？拷鼩獾?，所以計(jì)算高強(qiáng)度區(qū)域與氣道的接近度，(240)。這一指標(biāo)是由下式給出的氣道外直徑與氣道和動(dòng)脈中心之間的距離之間的距離比率 其中，D氣道是氣道外直徑，而Dist是氣道的中心點(diǎn)和動(dòng)脈的中心點(diǎn)之間的距離。
接著對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的指標(biāo)進(jìn)行求和并賦以得分，(245)。接著，最高得分確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈，(250)。
一旦已經(jīng)確定了相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈，利用沿圍繞單擊點(diǎn)的圓盤的射線可實(shí)現(xiàn)精確的分割。接著可使用相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈的灰度級(jí)數(shù)值的梯度來確定每條射線的長(zhǎng)度并追蹤動(dòng)脈的輪廓。
在圖4中示出了如剛剛所描述的所檢測(cè)和所分割的動(dòng)脈的例子。在圖4中，分別示出了氣道的內(nèi)直徑405和外直徑410，并且示出了動(dòng)脈的外直徑415。通過使用這一信息，接著可計(jì)算支氣管-動(dòng)脈比率和支氣管壁-動(dòng)脈比率，該支氣管-動(dòng)脈比率是內(nèi)氣道直徑405與動(dòng)脈直徑415之間的比率，該支氣管壁-動(dòng)脈比率是氣道壁(例如外-內(nèi)氣道直徑(410-405))與動(dòng)脈直徑415之間的比率，并且將支氣管-動(dòng)脈比率和支氣管壁-動(dòng)脈比率分別用來觀察氣道壁擴(kuò)張和氣道壁增厚。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在給出氣道位置的情況下，用于對(duì)氣道和動(dòng)脈進(jìn)行分組的方法自動(dòng)找到和分割相關(guān)聯(lián)的動(dòng)脈。該方法計(jì)算三個(gè)特征，即方向相似性、氣道接近度和圓形度，以從圍繞氣道的結(jié)構(gòu)中選擇動(dòng)脈。該方法進(jìn)一步適于測(cè)量諸如支氣管-動(dòng)脈或者支氣管壁-動(dòng)脈比率的特征，這些特征在確定諸如支氣管擴(kuò)張、肺氣腫等氣道和動(dòng)脈疾病中是非常有用的。
應(yīng)理解的是，雖然已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例描述了三種測(cè)量，但是還可進(jìn)行其他測(cè)量或者利用現(xiàn)有的測(cè)量進(jìn)行取代，以確定周圍結(jié)構(gòu)的得分。進(jìn)而，用于定位動(dòng)脈的方法還可被用作動(dòng)脈或氣道分割以及動(dòng)脈/靜脈分離的基礎(chǔ)。
應(yīng)理解的是，本發(fā)明可用各種形式的硬件、軟件、固件、專用處理器或其組合來實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可用如確實(shí)被包含在程序存儲(chǔ)裝置(例如，磁性軟盤、RAM、CD ROM、DVD、ROM和閃存)上的應(yīng)用程序那樣的軟件來實(shí)施。該應(yīng)用程序可被上載到包括任何適當(dāng)構(gòu)造的機(jī)器中并由該機(jī)器來運(yùn)行。
應(yīng)進(jìn)一步理解的是，因?yàn)榭捎密浖?shí)施附圖中所描繪的一些組成系統(tǒng)部件和方法步驟，所以系統(tǒng)部件(或者處理步驟)之間的實(shí)際連接可依據(jù)本發(fā)明以其來編程的方式而有所不同。給出在此所提供的本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠設(shè)想到這些以及與本發(fā)明相類似的實(shí)施方案或配置。
還應(yīng)當(dāng)理解的是，上面的描述僅是說明性實(shí)施例的代表。為了方便讀者，上面的描述集中于可能的實(shí)施例的代表性樣例、說明本發(fā)明原理的樣例。該描述并不試圖窮舉所有可能的變型。對(duì)于本發(fā)明的特定部分可能還沒有提出可替換的實(shí)施例，或者對(duì)于一部分可得到其它的未描述的替換方案，但是這并不能被認(rèn)為是對(duì)那些可替換實(shí)施例的放棄。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下也可實(shí)施其他應(yīng)用和實(shí)施例。因此，本發(fā)明并不意圖被限于具體描述的實(shí)施例，因?yàn)榭梢援a(chǎn)生上面實(shí)施方案的多種置換和組合以及包括對(duì)于上面實(shí)施方案沒有創(chuàng)造力的替代的實(shí)施方案，而是本發(fā)明應(yīng)根據(jù)所附的權(quán)利要求進(jìn)行限定。應(yīng)理解，許多那些未描述的實(shí)施例在隨后權(quán)利要求和其等同物的文字范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的方法，該方法包括計(jì)算氣道的二維、即2D橫截面；在該2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)，其中，該第一指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)，其中，該第二指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)，其中，該第三指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分；以及基于其得分來確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算所述氣道的2D橫截面包括利用三維、即3D區(qū)域生長(zhǎng)從所述氣道內(nèi)的點(diǎn)開始生長(zhǎng)所述氣道，以獲得所述氣道的局部形狀；和通過計(jì)算所述氣道的協(xié)方差矩陣的特征向量來估計(jì)所述氣道的軸。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述點(diǎn)是用戶選擇的或者自動(dòng)選擇的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域包括對(duì)圍繞所述氣道的結(jié)構(gòu)取閾值；和對(duì)圍繞具有高強(qiáng)度的氣道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方向量度是所述氣道的長(zhǎng)軸與所述高強(qiáng)度區(qū)域的長(zhǎng)軸的標(biāo)量積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圓形度量度是所述高強(qiáng)度區(qū)域的面積與在所述高強(qiáng)度區(qū)域的最大直徑內(nèi)生長(zhǎng)的圓盤之間的比率。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接近度量度是所述氣道的外直徑與氣道中心和所述高強(qiáng)度區(qū)域中心之間的距離之間的比率。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括分割所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈；和確定所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管—?jiǎng)用}比率或者所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁—?jiǎng)用}比率。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用3D成像技術(shù)采集所述氣道的圖像數(shù)據(jù)。
10.一種包括計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)具有被記錄在其上用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的計(jì)算機(jī)程序邏輯，該計(jì)算機(jī)程序邏輯包括用于計(jì)算氣道的二維、即2D橫截面的程序代碼；用于在所述2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域的程序代碼；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)的程序代碼，其中，該第一指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的方向量度；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)的程序代碼，其中，該第二指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；用于計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)的程序代碼，其中，該第三指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的接近度量度；用于對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分的程序代碼；以及用于基于其得分來確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈的程序代碼。
11.如權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用于計(jì)算所述氣道的2D橫截面的程序代碼包括用于利用三維、即3D區(qū)域生長(zhǎng)從所述氣道內(nèi)的點(diǎn)開始生長(zhǎng)所述氣道以獲得所述氣道的局部形狀的程序代碼；和用于通過計(jì)算所述氣道的協(xié)方差矩陣的特征向量來估計(jì)所述氣道的軸的程序代碼。
12.如權(quán)利要求11所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，進(jìn)一步包括用于選擇所述點(diǎn)的程序代碼。
13.如權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，用于在所述2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域的程序代碼包括用于對(duì)圍繞所述氣道的結(jié)構(gòu)取閾值的程序代碼；和用于對(duì)圍繞具有高強(qiáng)度的氣道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記的程序代碼。
14.如權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，進(jìn)一步包括用于分割所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈的程序代碼；和用于確定所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管—?jiǎng)用}比率或所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁—?jiǎng)用}比率的程序代碼。
15.一種用于從圍繞氣道的結(jié)構(gòu)中選擇對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈的方法，該方法包括采集胸部的圖像數(shù)據(jù)；從所述胸部的圖像數(shù)據(jù)中分割支氣管樹；從所分割的支氣管樹中選擇氣道；計(jì)算所述氣道的二維(2D)橫截面；在該2D橫截面中找到圍繞該氣道的結(jié)構(gòu)；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第一指標(biāo)，其中，該第一指標(biāo)是所述周圍結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第二指標(biāo)，其中，該第二指標(biāo)是所述周圍結(jié)構(gòu)的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第三指標(biāo)，其中，該第三指標(biāo)是所述周圍結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)周圍結(jié)構(gòu)的得分；以及基于其得分，確定哪個(gè)周圍結(jié)構(gòu)是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈，其中，具有最高得分的周圍結(jié)構(gòu)是相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方向量度是所述氣道的長(zhǎng)軸與所述周圍結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的標(biāo)量積。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述圓形度量度是所述周圍結(jié)構(gòu)的面積與在該周圍結(jié)構(gòu)的最大直徑內(nèi)生長(zhǎng)的圓盤之間的比率。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述接近度量度是所述氣道的外直徑與所述氣道中心和所述周圍結(jié)構(gòu)中心之間的距離之間的比率。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括分割所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈；和確定所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管—?jiǎng)用}比率或者所述氣道與所述相對(duì)應(yīng)的動(dòng)脈之間的支氣管壁—?jiǎng)用}比率。
20.一種用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于采集氣道的圖像數(shù)據(jù)的掃描裝置；和氣道/動(dòng)脈分組模塊，用于計(jì)算所述氣道的二維、即2D橫截面；在所述2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)，其中，該第一指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于所述氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)，其中，該第二指標(biāo)是該高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)，其中，該第三指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于所述氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分；以及基于其得分確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈。
全文摘要
一種用于對(duì)氣道和動(dòng)脈對(duì)進(jìn)行分組的方法包括計(jì)算氣道的二維、即2D橫截面，(220)；在該2D橫截面中識(shí)別高強(qiáng)度區(qū)域，(225)；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一指標(biāo)，(230)，其中該第一指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的方向量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第二指標(biāo)，(235)，其中該第二指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域的圓形度量度；計(jì)算每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第三指標(biāo)，(240)，其中該第三指標(biāo)是高強(qiáng)度區(qū)域相對(duì)于該氣道的接近度量度；對(duì)每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的第一至第三指標(biāo)進(jìn)行求和，以獲得每個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域的得分，(245)；以及基于其得分確定哪個(gè)高強(qiáng)度區(qū)域是對(duì)應(yīng)于該氣道的動(dòng)脈，(250)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1975783SQ20061017195
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者B·奧德里, A·P·基拉利, C·L·諾瓦克 申請(qǐng)人:美國(guó)西門子醫(yī)療解決公司