專利名稱：為導航和量化經(jīng)過矯直的新格式的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)包含一個細長研究對象(subject)的一個原始對象數(shù)據(jù)集來產(chǎn)生描述經(jīng)過矯直的新格式(reformat)的對象數(shù)據(jù)集的方法，由此產(chǎn)生橫截該細長研究對象的一個初始橫截面切片，并且產(chǎn)生橫截該細長研究對象的至少另一個橫截面切片。
在3維對象數(shù)據(jù)集內(nèi)使復雜而曲折的結(jié)構(gòu)能清楚顯示是成像中的一個困難問題。特別在醫(yī)學成像中包括許多曲折物體的例子。動脈、靜脈、神經(jīng)和下消化道都是這種結(jié)構(gòu)的例子，它們相對于周圍的組織呈現(xiàn)很大程度的彎曲性。這一固有的曲折性在沿用常規(guī)成像方法顯示這些結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生困難。
現(xiàn)代成像術(shù)允許在2維計算機屏幕上或者一些其他顯示設備上觀看3維物體數(shù)據(jù)。為實用的目的，顯示設備包括圖像的一個硬復制品，諸如X射線膠片或者打印件。數(shù)據(jù)通常是成像過程例如計算出的X射線斷層攝影術(shù)、磁共振成像、超聲等的輸出，并且包含用于被檢查對象的定量和定性的信息。2維屏幕固有的限制把信息的顯示限制在平面圖像上，但是通常使用各種技術(shù)以便最大可能地使用這些圖像。雖然體積數(shù)據(jù)傳統(tǒng)上作為一系列2維切片顯示，但是體積描繪(rendering)的技術(shù)例如允許3維對象作為在2維屏幕上的投影而顯示，同時包括能聯(lián)想到固態(tài)對象的特征。這些特征(諸如指示實體表面的蔭影(shading)，或指示實體結(jié)構(gòu)塊的部分蔭影)給出在空間上延伸的該物體的印象，欺騙觀察者的眼睛使其將平面投影解釋為3維形狀。
當體積描繪應用于在較寬體積組織內(nèi)的曲折物體集合時，可以突出在該組織內(nèi)的扭曲對象的部分。通常，被檢查的曲折對象可以作為在周圍組織體積內(nèi)的實體顯示，它必須部分地描繪成透明的以允許能看見固有的彎曲結(jié)構(gòu)。然后可以看見卷繞和扭曲結(jié)構(gòu)的程度。然而，整個組織體積(包括任何解剖學的拐彎抹角)通常僅能從一個方向，即在屏幕上顯示的那個方向觀看。任何異常的、直徑上的變化和沿其軸線結(jié)構(gòu)的迅速彎曲也類似地從同一方向被觀看，結(jié)果就會有取決于投影方向的視覺信息的不可表示的失真。特別是，作為可能是潛在疾病過程指示的管狀曲折結(jié)構(gòu)的變窄或者變寬可能顯示得不清楚。
如何分析某些管狀結(jié)構(gòu)的變窄和變寬的問題總是可以通過沿它的一個自然軸線重構(gòu)該物體而部分地得到解決。例如，沿一個大而直的動脈的變窄可以在包含該動脈的長度的一個2維切片內(nèi)清楚看見。不幸的是，當該動脈或者其他結(jié)構(gòu)是彎曲的時就做不到這一點。這種結(jié)構(gòu)的固有曲折性使得極難在平面中呈現(xiàn)3維圖像信息，這種平面能清楚暴露該結(jié)構(gòu)的足夠長度以準確地識別存在著變窄或變寬。因為曲折結(jié)構(gòu)的扭曲特性，它在被重構(gòu)的任何2維平面內(nèi)都會扭曲和散開。隨著越來越多的2維平面以在原始的對象數(shù)據(jù)集內(nèi)未曾有過的大過范圍的位置和角度被重構(gòu)，試圖追蹤該結(jié)構(gòu)的整個長度變得耗時費力。
觀察扭曲而曲折的結(jié)構(gòu)的問題已經(jīng)部分地由稱為被矯直的重新格式化的重構(gòu)方法解決，其中，可以將包含表示曲折結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)的一個3維對象數(shù)據(jù)集重新格式化以產(chǎn)生另一個圖像，在該圖像中扭曲結(jié)構(gòu)以被矯直過的構(gòu)造顯示。在屏幕上顯示該曲折結(jié)構(gòu)，好像是抓著它的兩端把它拉直。因此除去了任何固有的曲折性。實現(xiàn)這一點的方法在WO 01/37219 A1中介紹。它公開了一種方法，其中通過將體積測定數(shù)據(jù)內(nèi)的曲折結(jié)構(gòu)分離出來、確定該結(jié)構(gòu)的軸和在沿該軸選擇的點上構(gòu)建平面而把體積測定圖像重新格式化為線性數(shù)據(jù)。然后沿這些平面把體積測定數(shù)據(jù)重新格式化并從這些平面圖像序列重新生成最后的圖像。
然而，當通過簡單地按間隔地重構(gòu)橫截面切片然后組裝這些切片以建立一個新數(shù)據(jù)塊而建立新數(shù)據(jù)集時，在從該新數(shù)據(jù)集得到的結(jié)果圖像中將存在小的不連續(xù)。
本發(fā)明的一個目的是產(chǎn)生一個經(jīng)過矯直的新格式，它減少了在新對象數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)陣列中的不連續(xù)性。根據(jù)我們的發(fā)明的方法實現(xiàn)了這一點，其特征在于，在每一橫截面切片中確定一個參考方向，通過串接橫截面切片產(chǎn)生該對象數(shù)據(jù)集，定向每一橫截面切片以使得在橫截面切片內(nèi)的參考方向被對齊。
可以在由該數(shù)據(jù)集表示的體積內(nèi)以任何角度在一個對象數(shù)據(jù)集中計算并產(chǎn)生數(shù)據(jù)的橫截面切片。該矯直的重新格式化的一般方法基于這樣的假設以垂直于曲折結(jié)構(gòu)的定向制作、然后堆疊在彼此頂部上的一個的這些橫截面切片，如果它們包括有每一切片內(nèi)的同一位置的曲折結(jié)構(gòu)，則將產(chǎn)生一個新的對象數(shù)據(jù)集，在該數(shù)據(jù)集中描述該曲折結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)點以這種方式收集在一起，使得該新數(shù)據(jù)集的顯示可在局部定義的體積中產(chǎn)生該曲折結(jié)構(gòu)內(nèi)的材料的一個圖像。這一局部定義的體積是直線或管。
可以以幾種方式來構(gòu)造用于對描述在組織塊內(nèi)的曲折結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)點進行采樣的橫截面切片。一種這樣的方式已在文獻WO 01/37219 A1中公開，但是存在另外可選擇的方法。大多數(shù)其他方法都基于對該結(jié)構(gòu)的軸的初始識別，而為識別該軸有幾種已知的技術(shù)。作為一個例子，可應用于管狀結(jié)構(gòu)的一種方法包括從周圍組織將該管沿長度分段，并逐漸使該管的直徑“變細”直到只留下軸。
任何這些橫截面采樣方法的結(jié)果是一系列這樣的切片，每一片包括該曲折結(jié)構(gòu)的一個橫截面，該曲折結(jié)構(gòu)在整個長度上基本垂直于該切片，沿著該長度曲折結(jié)構(gòu)與切片相交。只要在對象數(shù)據(jù)集中在計算每一橫截面切片時它保持在該曲折結(jié)構(gòu)的中心，則曲折結(jié)構(gòu)被包括的截面保持在每一橫截面切片的中心。當它們最后被堆疊時，這些橫截面切片產(chǎn)生一個新的對象數(shù)據(jù)集，它包含描述原來組織體積的某些原來的信息，但是以新的方式定向。每一個來自不同橫截面切片的曲折結(jié)構(gòu)的連續(xù)部分重新把曲折結(jié)構(gòu)形成直的結(jié)構(gòu)。
可以在每一橫截面內(nèi)確定一個參考方向。這一參考方向是一個數(shù)學結(jié)構(gòu)，它定義在每一計算的橫截面內(nèi)的取向。這樣，可以想象參考方向從包含在計算出的橫截面的中心的原來的彎曲結(jié)構(gòu)的橫截面部分向外朝數(shù)據(jù)的橫截面的邊緣延伸。在這樣做時，可以想象形成一個方向，該橫截面可以指向這個方向或者定向于該方向。所述這種參考方向允許以可重現(xiàn)和明確的方式組裝要在新對象數(shù)據(jù)集內(nèi)被定向的橫截面。
如果把連續(xù)的橫截面形成一個疊層，使包含曲折結(jié)構(gòu)的各部分的橫截面的中心排在一個軸方向上，則所有各參考方向都從該軸中心徑向地向外延伸。這時這些參考方向提供一種方式，在該種方式下在疊層或者鏈接中的不同的橫截面可以變得彼此相互對齊或定向。
根據(jù)本發(fā)明，一形成這種橫截面鏈接就個別地旋轉(zhuǎn)該橫截面陣列，直到所有的參考方向都指向圍繞中心徑向軸的同一角度方向。這就把不同的橫截面對齊到一個特定的形態(tài)。這些參考方向一旦在每一橫截面切片中被確定，就在該方向上保持固定。
可以以某種隨機模式確定參考方向，但是這將導致切片定向的隨機關(guān)系。另外的方法是可以使用已知的數(shù)學描述以產(chǎn)生參考方向集，例如可以使用根據(jù)3個正交的矢量提供3維曲線的數(shù)學描述的Frenet幀以提供每一橫截面，使其參考矢量與中心軸的曲率和曲折度相關(guān)。每一切片對應一個矢量，于是這些矢量的集組成必需的參考方向。然后根據(jù)本發(fā)明的其余部分進行橫截面的對齊。然而，數(shù)學方法具有它們自己固有的限制，例如經(jīng)典Frenet參考系統(tǒng)產(chǎn)生一個矢量集，它可以準確地描述一個扭曲曲線，但是在它們試圖描述非常高的曲折度時它可能在它們自身之間包含不連續(xù)。這些矢量和它們的計算的細節(jié)可以在高級的數(shù)學教材中以及Bert Verdonck的博士論文“Blood vesselsegmentation，quantification and visualization for 3D MR andspiral CT angiography”(用于3D MR和螺旋CT心血管照相術(shù)的血管分段、定量和可視化)中找到，所述論文在1996年10月28日在“Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications”中介紹。
作為取代，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在初始橫截面內(nèi)確定一個初始參考方向，然后將其用作為確定后面的橫截面內(nèi)的連續(xù)參考方向的基礎。
可以以幾種方式實現(xiàn)對另外的參考方向的這種后繼的獲取。在本發(fā)明的一種實現(xiàn)中，把這一初始參考方向傳播到每一后繼的橫截面中。這樣，考慮到兩個橫截面彼此相對的相對定向，把第一參考方向的原始的定向以數(shù)學方式轉(zhuǎn)移到每一另外的橫截面。對于每一配對的另外的橫截面以初始橫截面重復這一點。這種傳播可以以不同的方式用數(shù)學方法實現(xiàn)，主要之點在于，獲得一組新參考方向，每一個方向在一個不同的橫截面切片中，通過該參考方向可以對齊這些切片。
一個簡單的數(shù)學例子可以用作如何在實際中實現(xiàn)這一點的說明。在所有各點用正切矢量來說明組成曲折結(jié)構(gòu)的軸的曲線，所述正切矢量標識該曲線運動的方向。橫截面橫切該曲線的位置描述沿該曲線的一系列點，可以對這些點中的任一點形成一個參考方向，它垂直于在那一點上的正切。可以用數(shù)學方法把這一參考方向平移到沿該曲線的下一點并在那里重新定位。如果描述該曲線的線以任何方式偏離先前的正切方向的話，則在該下一點平移的參考方向只說明在空間中的定向，而并不停留在與沿該曲線下一點相一致的橫截面內(nèi)。然而，如果可以找到一種不損失在原來的和結(jié)果的方向之間的連接而改變它所指向的方向的方法的話，則可以把該平移的參考方向傳播到這一相鄰的橫截面。
如果規(guī)定一個垂直于在該新點的正切矢量的第三方向的話則這一點可以實現(xiàn)。任何其自身垂直于第二正切的線可以取圍繞該正切的2π取向中的任一取向，因為該線可以掃過一個平面同時保持垂直于該正切。如果現(xiàn)在通過規(guī)定包含該正切的另一個平面來規(guī)定一個取向，則我們可以通過規(guī)定它垂直于這一平面而為該第三線偽造一個方向。根據(jù)該正切的方向和在該軸的曲線上的前一點形成這種平面。另外可選的是，通過在該曲線上的該新的點和前一正切方向形成一個同樣可行的但是不同的平面。在這兩種場合，都規(guī)定了一個平面，該平面切割曲線上原來的參考方向所平移過去的點。這時可以構(gòu)造一個在該新點穿越這一平面的直線?，F(xiàn)在通過用數(shù)學方法圍繞這一新線來旋轉(zhuǎn)平移的參考方向直到它完全駐留在該橫截面內(nèi)以產(chǎn)生在新橫截面內(nèi)的新參考方向。在該橫截面內(nèi)的這一定向組成新的參考方向。
可以為橫截面的整個陣列上的所有后繼的橫截面重復這一過程。
存在其他已知的數(shù)學方法，以這些方法可以把在任何一個平面內(nèi)的參考方向傳播到任何其他平面內(nèi)。例如，在“Blood vesselsegmentation，quantification and visualization for 3D MR andspiral CT angiography(用于3D MR和螺旋CT心血管照相術(shù)的血管分段、定量和可視化)”中給出另外的例子。
在另一可選的實現(xiàn)中，把初始橫截面切片內(nèi)的參考方向傳播到隨后的切片內(nèi)以產(chǎn)生一個新的參考方向，然后把這一新方向傳播到后繼它的切片內(nèi)以形成后繼的參考方向。對全部連續(xù)的切片重復這一過程，直到所有切片具有一個相關(guān)聯(lián)的參考方向。在該方法的這一變體中在每一參考方向和在下一切片中的參考方向之間存在更密切的關(guān)系。然后可以如平常那樣進行堆疊切片和根據(jù)參考方向把它們對齊。
用于在每一橫截面切片中設定參考方向的不同的實施例也是可能的。在本發(fā)明的這一另外的方面，可以從橫截面的全組中選擇第一和最后的橫截面兩者，和在每一個中確定一個參考方向。然后取這兩個所確定的參考方向作為該組中間參考方向的約束條件。然后可以使用該第一和最后的參考方向作為端點獲得中間的參考方向，以這種方式，使得參考方向定向的變化能沿著該第一和最后的參考方向之間的曲線而得以優(yōu)化。這將避免在重構(gòu)的經(jīng)過矯直的新格式中從一個橫截面切片到另一個的不連續(xù)。
在實際中這可以如下實現(xiàn)。所述技術(shù)可以應用于在其內(nèi)可以確定第一和最后的橫截面的曲折結(jié)構(gòu)的連續(xù)長度上重構(gòu)矯直的新格式。這些橫截面可以不一定是描述該矯直的新格式的全部新對象數(shù)據(jù)集的原來的初始的和最后的橫截面。約束的參考方向是在第一和最后的橫截面切片中選擇或確定的，并通過在參考方向的整個集合上累積在參考方向定向中的變化并將所得的累積最小化而實現(xiàn)插入的參考方向范圍上的整體最小化。在技術(shù)上可以實現(xiàn)這一點的數(shù)值解法是已知的。其結(jié)果是參考方向的一個總集合，這些參考方向在重構(gòu)的結(jié)構(gòu)的整個長度上定向變化為最小。
然后可以進一步采取這一優(yōu)化過程。如果在第一和最后的橫截面內(nèi)設定第一和最后的參考方向，則也可以在該第一和最后的參考方向之間在某個另外的橫截面內(nèi)獨立地確定一個另外的參考方向并且把所有這三個參考方向用作邊界點。于是在第一和最后的參考方向之間的橫截面切片自然地歸入兩組，在第一和該另外的橫截面之間以及在該另外的和最后的橫截面之間各一組。在橫截面的這兩個子集的任一端點處的各參考方向可用作為邊界參考方向，這允許對在每一集合內(nèi)的插入的參考方向進行優(yōu)化。
在本發(fā)明的傳播實施例中對原始參考方向的選擇、或者在優(yōu)化實施例中任何確定的參考方向的選擇是相對容易的。它們可以僅由用戶選擇。這將發(fā)生在例如當所考慮的結(jié)構(gòu)的特別的解剖學所描繪的特定定向比其他定向更加有用時。例如，如果該結(jié)構(gòu)是一個支動脈，則可以選擇這樣的一些參考方向以產(chǎn)生在最后的圖像中的定向，在這一圖像中動脈的該分支結(jié)構(gòu)顯示的特別清楚。如果對任何參考方向沒有特別的視覺限制，則可以自動從圖像處理系統(tǒng)中選擇它們。作為如何進行這一點的例子，已經(jīng)提到可以定義一系列描述扭曲曲線的數(shù)學矢量。利用這種矢量集合，可以選擇一個最接近描述原來對象數(shù)據(jù)集的坐標系統(tǒng)的最近的軸的參考方向作為數(shù)學矢量。換句話說，可以用數(shù)學方法解決尋找第一參考方向的問題，并且存在可以實現(xiàn)這一點的方法。


相對于附圖進一步闡明和描述本發(fā)明的這些和其他的方面。
圖1表示本發(fā)明在實際中的使用。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個新對象數(shù)據(jù)集的組構(gòu)(formation)。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的新對象數(shù)據(jù)集。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明在一橫截面切片內(nèi)定向的參考方向。
圖5表示新對象數(shù)據(jù)集中的橫截面，其上有根據(jù)本發(fā)明的參考方向。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明重新定向橫截面切片，使得使所有參考在一個方向。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行參考方向從一個到另一個橫截面切片的傳播的方法。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的對參考方向改變的優(yōu)化。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明的對在插入切片的兩個子集上參考方向改變的優(yōu)化。
圖1表示本發(fā)明在成像實際中的使用。101是包含某些曲折結(jié)構(gòu)102的一個對象數(shù)據(jù)集。在這種場合，102可以是動脈。可以計算多個橫截面103，每一個包括曲折結(jié)構(gòu)102的一個小的橫截面。如此可以對曲折結(jié)構(gòu)采樣而無需原始的對象數(shù)據(jù)集101。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的該新對象數(shù)據(jù)集的組構(gòu)。在這一場合曲折結(jié)構(gòu)201是動脈，它通過從橫截面203的串接(concatenation)重構(gòu)一個新對象數(shù)據(jù)集而被重構(gòu)。從原始的對象數(shù)據(jù)集形成的橫截面在這些圖中以矩形表示。然而，這并不是本方法的前提。事實上，可以形成任何尺寸的任何橫截面形狀，只要它以這樣的方式包含有關(guān)該曲折結(jié)構(gòu)的橫截面信息，使得它可以與至少另一個這種橫截面串接。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明重構(gòu)的新對象數(shù)據(jù)集。原始的曲折結(jié)構(gòu)301現(xiàn)在通過重構(gòu)橫截面302而被重構(gòu)。該新的對象數(shù)據(jù)集現(xiàn)在可以以和任何其他對象數(shù)據(jù)集同樣的方式觀看?？梢孕纬赏ㄟ^該新對象數(shù)據(jù)集的任何部分的切片，這個集可以接受任何體積可視化技術(shù)和接受沿曲折結(jié)構(gòu)403的中心的飛越(fly-throughs)。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的在橫截面切片401內(nèi)定向的參考方向402。參考方向402可以用數(shù)學方法指出在包含該曲折結(jié)構(gòu)的該部分的橫截面切片401的中心周圍的任何方向。
圖5表示新的對象數(shù)據(jù)集中的橫截面，其上有根據(jù)本發(fā)明的參考方向。橫截面切片501的集合每一個包括曲折結(jié)構(gòu)502的一部分，并且每一個包括一個參考方向503。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明圍繞包含曲折結(jié)構(gòu)的該橫截面的中心部分而重新定向的橫截面切片601，這使所有參考方向603在一個方向。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個方法，用于實施將參考方向從一個橫截面切片傳播到另一個切片。該圖表示應用于2維的方法。該方法可以容易地擴展到3維。示出了一個2維曲線701，它具有兩個垂直的橫截面切片702和703，它們在點704和705橫切該曲線。在這兩個點處都可以規(guī)定一個正切矢量，矢量706是在切片702上的點704的正切，矢量707是在切片703上的點705的正切。在橫截面切片702中定義了一個代表的參考方向708，即一個矢量，它從點704開始并被轉(zhuǎn)移到從切片703中的點705開始。由于701的彎曲，矢量708不再在705處的切片即703內(nèi)。因此在點705規(guī)定一個新的軸，它為垂直于包含707和點704的平面的直線。因為線701被限制在2維內(nèi)，因此一個包含707和704兩者的平面其自身處在和圖相同的平面內(nèi)。如果該方向被擴展到多于2維，則并非一定需要這樣。該新軸表示為710，起始于點705的矢量708圍繞710旋轉(zhuǎn)，直到它位于切片703內(nèi)。在這樣做時，它成為新的參考方向709。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明參考方向改變的優(yōu)化。表示出各橫截面切片801的鏈接，第一切片是802，最后切片是803，分別包含第一參考方向804和最后參考方向805。它們兩個都用作邊界參考方向。然后通過使用一個優(yōu)化策略形成插入的參考方向806，這個策略取804和805作為邊界參考方向。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明在插入切片的兩個子集上對參考方向改變的優(yōu)化。這里表示出橫截面切片901的一個相似集合，其第一和最后切片902和903具有確定的參考方向904和905。不過現(xiàn)在在橫截面切片插入組中的一個另外的橫截面切片906還有一個確定的參考方向907?，F(xiàn)在從一個優(yōu)化策略形成在904和907以及在907和905之間的所有插入?yún)⒖挤较?，該?yōu)化策略使用切片902、903和906中的確定的參考方向作為邊界條件。
所述發(fā)明的結(jié)果是一個新對象數(shù)據(jù)集，它可以以圖像形式在屏幕上顯示，和對有關(guān)曲折結(jié)構(gòu)的有用信息進行探查。該重構(gòu)方法保存了關(guān)于曲折結(jié)構(gòu)的重要的原始信息。特別是，當作為已矯直過的新格式顯示時可以更加容易地觀察到該結(jié)構(gòu)的寬度或直徑。如果以直線描繪的曲折結(jié)構(gòu)還是管狀因而具有內(nèi)表面時，則該結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔即內(nèi)徑也可以使用本發(fā)明而更容易觀察。
因而本發(fā)明提供一個強有力的觀察工具，用于使組織體積內(nèi)的扭曲結(jié)構(gòu)可視化，而且可以使用標準圖像和體積處理技術(shù)來處理重新形成的結(jié)果圖像數(shù)據(jù)。例如，可以構(gòu)造沿新對象數(shù)據(jù)集計算的2維圖像切片以包括已矯直的結(jié)構(gòu)的縱長橫截面。它們可以用有關(guān)在新對象數(shù)據(jù)集內(nèi)的信息以連續(xù)不同的角度計算，從而可以顯示已矯直結(jié)構(gòu)的不同視圖。連續(xù)顯示的這些連續(xù)的切片將給出已矯直結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)動的印象，而允許從連續(xù)不同的角度定向觀察該矯直結(jié)構(gòu)。這時可以清楚地看到諸如與其它結(jié)構(gòu)相關(guān)的該結(jié)構(gòu)的壁厚的屬性。這種固有的創(chuàng)造性的方法允許這點非常容易地實現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)新對象數(shù)據(jù)集以相對于對準的參考方向的位置連續(xù)的角度計算每一個包括該新矯直結(jié)構(gòu)的軸的橫截面切片。
正是從通過在所有橫截面上的參考方向獲得它們的取向的實施例中本發(fā)明發(fā)揮出它的能力。本發(fā)明允許將從原來的數(shù)據(jù)集得到的平面進行重構(gòu)以保持彼此之間的某些空間關(guān)系。這種方式可以使結(jié)果圖像數(shù)據(jù)中的失真最小化。自身在空間中扭曲的曲折結(jié)構(gòu)相對于自身也是扭曲的。因為沿扭曲軸的每一后繼的橫截面平面被重構(gòu)并堆疊在先前一個平面的上面，因此潛在地可以在圍繞被形成的新結(jié)構(gòu)的軸2π弧度內(nèi)以任何角度重新定向。但是只有橫截面的某些定向允許產(chǎn)生的經(jīng)過矯直的新格式保留曲折對象中固有的原來感興趣的特征。通過用數(shù)學方法把在每一橫截面切片內(nèi)的參考方向關(guān)聯(lián)到在橫截面體中的某些其他方向，新對象數(shù)據(jù)集中的信息保持了物理上的一致性。
作為一個例子，如果原始的曲折結(jié)構(gòu)是在內(nèi)壁的某些部分上包含某些結(jié)構(gòu)塊的動脈，則可以期望，為使經(jīng)過矯直的新格式有意義，包含該塊的連續(xù)橫截面必須以這種方式來彼此相對定向，即在該塊的內(nèi)部以及在該塊和動脈壁之間保持拓撲關(guān)系。不需要具有該曲折對象的結(jié)構(gòu)的詳細知識就可以合理地假定存在這樣一些橫截面的特定定向，當它們被采用時將最大限度地保存原始的拓撲信息，但是，沒有曲折對象的排列和結(jié)構(gòu)的完整的知識，常常不能說明這些精確的定向應該是什么樣的。沒有這一先驗的信息，重構(gòu)并堆疊在經(jīng)矯直的新格式圖像的先前的一個平面上面的任何平面可以被相信是圍繞該曲折結(jié)構(gòu)的軸以2π內(nèi)的任何角度放置，它形成了重構(gòu)的基礎。在具有依附著的內(nèi)部塊的動脈的場合，這可能產(chǎn)生物理結(jié)構(gòu)顯示的不連續(xù)性，部分塊在最后的重構(gòu)中彼此移位，關(guān)鍵的視覺信息因此變得模糊。如果使用這樣的圖像進行診斷，則可能出現(xiàn)錯誤。然而，如果在橫截面的定向之間存在數(shù)學關(guān)系，并且本發(fā)明是通過使用參考方向和它們彼此的關(guān)系來得到這一點，則在新對象數(shù)據(jù)集中的橫截面切片被約束成對準狀態(tài)，該狀態(tài)能保持被表示的原始信息的相互關(guān)系。在所說的動脈的場合，連續(xù)的切片保持了彼此的相對定向，而重構(gòu)則保持了在塊內(nèi)的以及在塊和動脈壁之間的拓撲關(guān)系。
這種對于固定的、經(jīng)選擇的參考方向的插入?yún)⒖挤较蜻M行優(yōu)化的能力允許本發(fā)明處理包含分支結(jié)構(gòu)的圖像。使用本發(fā)明，可以把分支動脈矯直，并由觀察者把這些分支的相對定向排成一個方向。如果觀察者在兩個端點和任何插入點將參考方向的方向固定，以便包括例如任何分支點，本發(fā)明于是相對這些選擇的點把插入組織的圖像矯直并去扭曲。所產(chǎn)生的對象數(shù)據(jù)集將包含一個平面內(nèi)的分支點的相對定向。因為優(yōu)化過程可以應用于任何數(shù)目的插入橫截面的子集，因此這一點可以應用于任何數(shù)目相繼的分支點，只要已經(jīng)確定在相繼橫截面的任何一端的兩個參考方向。的確，任一或者兩個端點的參考方向也可以是一個分支點的參考方向。
本發(fā)明的實用性允許另外應用于不同的成像問題。例如，使用相關(guān)的參考方向重構(gòu)連續(xù)的橫截面切片允許為內(nèi)部顯示的目的而重構(gòu)管狀結(jié)構(gòu)。這一點的一個例子是重構(gòu)和處理描述結(jié)腸組織的體積數(shù)據(jù)。用于這方面的技術(shù)是如此先進，以至可以執(zhí)行飛越，亦即給觀察者顯示連續(xù)圖像，這給觀察者以穿越結(jié)腸長度內(nèi)部的印象。這是一個有用的診斷工具。本發(fā)明的方法可以應用于結(jié)腸重構(gòu)方法以便在穿越可視的結(jié)腸時使產(chǎn)生的飛越減少其角度取向的變化，亦即可以產(chǎn)生使觀察者產(chǎn)生較少暈船感覺的飛越。
權(quán)利要求
1.一種原始對象數(shù)據(jù)集產(chǎn)生描述經(jīng)過矯直的新格式的對象數(shù)據(jù)集的方法，該原始對象數(shù)據(jù)集包含一個細長研究對象，由此產(chǎn)生橫截該細長研究對象的一個初始橫截面切片并且產(chǎn)生橫截該細長研究對象的至少另一個橫截面切片，其特征在于，在每一橫截面切片內(nèi)確定一個參考方向，通過串接橫截面切片而建立對象數(shù)據(jù)集，定向每一橫截面切片，以使得在橫截面切片內(nèi)的參考方向在一個方向上對齊。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，在每一橫截面切片內(nèi)確定參考方向包括在初始橫截面切片內(nèi)確定一個初始參考方向的方法，根據(jù)該初始參考方向通過傳播而得到在至少另一個橫截面切片中的參考方向。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所確定的初始參考方向是直接傳播到該至少另一個切片中的每一個切片中的。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，該初始的和該至少另一個橫截面切片形成連貫有序的連續(xù)橫截面切片，并且根據(jù)在前一切片中的參考方向通過傳播而得到在該至少另一個橫截面切片中的每一橫截面切片中的參考方向。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，確定每一橫截面切片內(nèi)的參考方向包括以下方法確定第一橫截面切片中的第一參考方向，獨立地確定在最后的橫截面切片內(nèi)的最后參考方向，使得在該第一和最后的橫截面切片之間有至少一個插入的橫截面切片，并通過在遍歷各插入的橫截面切片的同時使用在第一和最后的橫截面切片內(nèi)的第一和最后的參考方向作為邊界條件來對參考方向的變化進行優(yōu)化，從而得到在插入的橫截面切片內(nèi)的參考方向。
6.如權(quán)利要求5所述的對參考方向變化的優(yōu)化，其特征在于，使從第一橫截面切片內(nèi)的第一參考方向到最后橫截面切片內(nèi)的最后參考方向中的任何兩個連貫的參考方向之間的相對定向的變化為最小。
7.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，從在第一和最后的橫截面切片之間的至少一個插入的橫截面切片的組中選擇一個另外的橫截面切片，在該另外的橫截面切片內(nèi)確定一個另外的參考方向，通過遍歷橫截面切片并同時使用第一、另外的和最后的參考方向作為邊界條件來對參考方向的變化進行優(yōu)化，從而得到在第一和該另外的橫截面切片之間和在該另外的橫截面切片和最后的橫截面切片之間插入的橫截面切片內(nèi)的參考方向。
8.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，使各橫截面切片以這種方式在描述經(jīng)過矯直的新格式的對象數(shù)據(jù)集內(nèi)對齊，從而使得它們的參考方向在該對象數(shù)據(jù)集內(nèi)有相同的角度取向。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項所建立的對象數(shù)據(jù)集的顯示器。
10.一種計算機程序，含有從一個對象數(shù)據(jù)集內(nèi)根據(jù)連續(xù)的橫截面切片產(chǎn)生一個經(jīng)過矯直的新格式的指令，其特征在于，該計算機程序還包括在每一橫截面切片內(nèi)確定一個參考方向的指令，和通過對齊各個參考方向來對齊橫截面切片的另外的指令。
11.一種為產(chǎn)生、顯示和使用圖像的目的而配置并且包括用于從一個對象數(shù)據(jù)集內(nèi)根據(jù)連續(xù)的橫截面切片產(chǎn)生一個經(jīng)過矯直的新格式的指令的工作站，其特征在于，該工作站還包括在每一橫截面切片內(nèi)確定一個參考方向的指令，和通過對齊各個參考方向來對齊橫截面切片的另外的指令。
全文摘要
提供一種產(chǎn)生改進的經(jīng)過矯直的新格式的方法，其中，計算垂直于在一個對象數(shù)據(jù)集中所描述的細長研究對象的各個截面，對每一橫截面切片確定一個參考方向，并且通過串接這些橫截面切片建立一個新對象數(shù)據(jù)集，給每一橫截面切片取向，使得在這些橫截面切片內(nèi)的參考方向?qū)R。介紹了在每一橫截面切片內(nèi)確定參考方向的各種方法，包括從初始參考方向的傳播和使用已經(jīng)確定的參考方向作為邊界條件的優(yōu)化。
文檔編號G06T15/00GK1679055SQ03820262
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者B·L·A·維多克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司