專利名稱：用于腔體器官的虛擬內(nèi)窺鏡檢查的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于腔體器官，尤其是腸道的虛擬內(nèi)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(shù)據(jù)組，從該立體數(shù)據(jù)組計(jì)算出在內(nèi)窺鏡檢查透視中或在由其導(dǎo)出的顯示中通過腔體器官的虛擬穿越并顯示在顯示裝置上。
背景技術(shù)：
用成像斷層造影方法可以記錄對(duì)像內(nèi)部的圖像并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(shù)據(jù)組去計(jì)算和表示例如層圖像或VRT-圖像(VRTVolume Rendering Technik(立體著色技術(shù)))。除此之外，經(jīng)常使用的成像斷層造影方法例如有計(jì)算機(jī)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(tài)表示來自立體數(shù)據(jù)組的視圖外，還公知有動(dòng)態(tài)顯示。例如在虛擬結(jié)腸鏡領(lǐng)域，從立體數(shù)據(jù)組計(jì)算出通過腔體器官、尤其是腸道在內(nèi)窺鏡檢查透視中的虛擬穿越并顯示在顯示裝置上。觀察者能以可比較的方式就像控制真正的內(nèi)窺鏡那樣控制該虛擬內(nèi)窺鏡，以便例如檢查病人的腸道。
然而，腸壁解剖的突出特點(diǎn)是有狹窄的彎曲和褶皺。從而，由于被褶皺限制的虛擬內(nèi)窺鏡視野，在虛擬穿越時(shí)就不能看清腸壁的某些區(qū)域。如果在這些看不到的區(qū)域有損傷存在并且被忽視，就可能造成誤診。
為了避免這種問題，公知的是先在前進(jìn)方向，然后在后退方向進(jìn)行穿越。由此可以檢測到腸道壁的很多區(qū)域。但是，這也導(dǎo)致不希望的檢查時(shí)間加倍，然而在特別狹窄的腸道褶皺處始終還有一些區(qū)域仍然不能看清楚。
此外，從WO02/029723A1以及US2003/0007673A1公知有虛擬結(jié)腸鏡檢查方法，在這些方法中在虛擬穿越期間自動(dòng)采集看不到的區(qū)域并記錄下來。在虛擬穿越時(shí)在考慮視野的條件下采集這些區(qū)域是可能的，因?yàn)樗鼈儼诹Ⅲw數(shù)據(jù)中且虛擬穿越也是從立體數(shù)據(jù)中計(jì)算的。在進(jìn)行虛擬穿越之后，向使用者指明這些區(qū)域，這樣他就可以隨后有針對(duì)性地觀察這些區(qū)域。然而在實(shí)踐中向前-和向后穿越帶來的診斷時(shí)間加倍在這些技術(shù)中無法避免，因?yàn)橹挥羞@樣才可將看不到的和隨后要觀察的區(qū)域數(shù)減少到一個(gè)合理的數(shù)目，并且接著向那里導(dǎo)航就不會(huì)太浪費(fèi)時(shí)間了。
虛擬結(jié)腸鏡檢查的另一個(gè)公知技術(shù)涉及圖像數(shù)據(jù)的表示方式。在此，將分別自腸道中一個(gè)點(diǎn)可看到的全部環(huán)境投影到一個(gè)平面中，從而使觀察者可同時(shí)看到來自前進(jìn)方向、后退方向和所有側(cè)面方向的圖像信息。對(duì)此公知的技術(shù)例如是以立方體模型或墨卡托(Mercator)投影為基礎(chǔ)。這些技術(shù)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(shù)據(jù)的顯示方式的虛擬結(jié)腸鏡檢查中，受過多和往往多余信息的累贅，致使在實(shí)踐中這種技術(shù)得不到高度的認(rèn)可。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，給出用于腔體器官、尤其是腸道的虛擬內(nèi)窺鏡檢查的方法及裝置，該方法和裝置需要用戶的較少時(shí)間開銷，并不會(huì)被多余的信息所累。
在本發(fā)明的方法中，至少提供一個(gè)用斷層造影成像方法記錄的該腔體器官的立體數(shù)據(jù)組，從該立體數(shù)據(jù)組計(jì)算出在內(nèi)窺鏡檢透視中或在由其導(dǎo)出的顯示中通過該腔體器官的虛擬穿越，并在顯示裝置上顯示。該方法的特征在于，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(qū)域，并且在顯示虛擬穿越期間隨后位置接近地指明看不見的區(qū)域或自動(dòng)顯示看不見的區(qū)域。
所述看不見的區(qū)域在此理解為在虛擬穿越時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)視向就看不到的區(qū)域。然而，通過本發(fā)明的方法或者自動(dòng)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(dāng)控制虛擬內(nèi)窺鏡的視向目標(biāo)明確地觀看這些區(qū)域。
通過這種做法，觀察者只須在一個(gè)方向?qū)嵤┗蛴^看一個(gè)穿越。避免了由于多余信息造成的累贅，因?yàn)樵谔摂M穿越時(shí)只額外顯示了正常情況下在該穿越期間看不到的區(qū)域。該方法由兩個(gè)步驟組成首先模擬虛擬測試穿越并記錄下看不見的區(qū)域。測試穿越可以或者沿著一條預(yù)先定義的中心線通過腔體器官進(jìn)行，或者借助于自適應(yīng)路徑選擇來進(jìn)行。為該步驟所需要的時(shí)間只取決于所使用的計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，而不再取決于觀察者的反應(yīng)時(shí)間。該第一個(gè)步驟原則上也可以在沒有觀察者在場的情況下進(jìn)行，也可以在(顯示的)虛擬穿越實(shí)施前較大的時(shí)間間隔中進(jìn)行。在第二個(gè)步驟中，為了觀察腔體器官進(jìn)行該一般由使用者控制的虛擬穿越。如果虛擬內(nèi)窺鏡位于一個(gè)看不見的區(qū)域附近，則給使用者指明或者將該區(qū)域在這個(gè)位置上在穿越期間自動(dòng)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(qū)域，以便觀察者能夠相應(yīng)地控制虛擬內(nèi)窺鏡以詳細(xì)地檢查該區(qū)域。
但在優(yōu)選實(shí)施方式中，優(yōu)選在穿越期間將在穿越期間看不見的區(qū)域自動(dòng)地顯示給觀察者。為此，有不同的可能性。在一個(gè)可能的實(shí)施方式中，在穿越過程中將虛擬內(nèi)窺鏡在看不見區(qū)域的位置上轉(zhuǎn)向該看不見的區(qū)域的方向，使該區(qū)域?qū)τ谟^察者成為可以看見的。在觀察該區(qū)域之后，再將虛擬穿越以通常方式繼續(xù)下去。
在另一個(gè)有利的實(shí)施方式中，以投影方法(映射)為基礎(chǔ)進(jìn)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(gè)二維平面上。但對(duì)觀察者顯示的只是該投影的一部分，即對(duì)應(yīng)于前進(jìn)方向或后退方向上的觀察的投影。帶有多余信息的其它區(qū)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(qū)域中包含否則就會(huì)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(qū)域。從而觀察者不受由于大量多余信息造成的負(fù)擔(dān)，而只是附帶地在該圖像中看到在用其它的方式會(huì)有看不到的信息的情況下所對(duì)應(yīng)的區(qū)域。
優(yōu)選的是，將在否則就會(huì)看不到的區(qū)域在這樣的投影顯示中適當(dāng)突出地，例如著色地存儲(chǔ)。在此，也可以選擇在其它區(qū)域的部分透明的顯示中僅僅非透明地顯示否則就會(huì)看不到的位置。以這種方式，將觀察者的視線立即引導(dǎo)到重要的圖像區(qū)域。
實(shí)施該方法的本發(fā)明的裝置對(duì)應(yīng)地包括存儲(chǔ)單元，腔體器官的立體數(shù)據(jù)可以保存在該存儲(chǔ)單元上。計(jì)算和顯示模塊計(jì)算虛擬穿越，有時(shí)借助于由觀察者進(jìn)行的交互控制，并在圖像顯示裝置上顯示虛擬穿越。本發(fā)明裝置的特征在于設(shè)置了模擬單元，在該單元中無顯示地事先計(jì)算出通過腔體器官的虛擬測試穿越，并在該測試穿越時(shí)探測看不見的區(qū)域并記錄下來。計(jì)算和顯示模塊這樣構(gòu)成，使得它在示出虛擬穿越時(shí)向觀察者指明看不見的區(qū)域，或在穿越期間相應(yīng)地示出這些看不見的區(qū)域。


本發(fā)明的方法和所屬的裝置在下面用實(shí)施例結(jié)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(shí)的視角的示意圖；圖2示出本發(fā)明方法實(shí)施方式的流程圖和本發(fā)明裝置的實(shí)施方式的所屬的單元；圖3示出利用基于立方體模型的投影方法的顯示舉例；和圖4示出利用基于立方體模型的投影方法的修改了的顯示舉例。
具體實(shí)施例方式
圖1A和1B示出在虛擬結(jié)腸鏡檢查時(shí)視野的限制，該限制既可以是由于腸壁1中褶皺2造成的，也可以是由于虛擬內(nèi)窺鏡預(yù)先規(guī)定的視野3造成的。在圖中分別示出具有該內(nèi)窺鏡的視野3或具有通過褶皺2限制的視野5的虛擬內(nèi)窺鏡的相應(yīng)瞬時(shí)位置4。在此在各種情況下都會(huì)存在在這種虛擬穿越時(shí)觀察者看不到的區(qū)域6。
在本發(fā)明的方法中，首先在腸道的立體數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上模擬測試穿越，這些立體數(shù)據(jù)例如可以來源于計(jì)算機(jī)斷層造影拍攝并存儲(chǔ)在該裝置的存儲(chǔ)單元8中。如在每個(gè)虛擬穿越中那樣，在此原則上必須通過適當(dāng)?shù)姆指罴夹g(shù)從立體數(shù)據(jù)中提取腸道。此外，為了以后的圖像表示或顯示，需要使用立體著色技術(shù)或表面著色技術(shù)。然而對(duì)于專業(yè)人員來說，這些步驟在所屬的虛擬結(jié)腸鏡檢查領(lǐng)域是公知的。
所述測試穿越可以在一個(gè)預(yù)先規(guī)定路線的基礎(chǔ)上進(jìn)行，或也可以借助于自適應(yīng)的路線匹配在分割的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。該測試穿越在本發(fā)明裝置的模擬模塊11中進(jìn)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(shí)探測在測試穿越期間看不見的區(qū)域。探測這種看不見的區(qū)域可以通過已經(jīng)在說明書前面列舉的文獻(xiàn)WO02/029723A1或US2003/0007673A1中闡述的技術(shù)實(shí)施。存儲(chǔ)關(guān)于看不見區(qū)域的位置和大小的信息。
在計(jì)算和顯示模塊9中隨后計(jì)算和顯示虛擬穿越時(shí)(該模塊在該穿越期間也能受與觀察者的互動(dòng)的影響)，向觀察者適當(dāng)?shù)匚恢媒咏刂该鳟?dāng)前看不見的區(qū)域，從而使觀察者能夠?qū)⑻摂M內(nèi)窺鏡適當(dāng)?shù)匾竭@些區(qū)域去。
然而優(yōu)選的是，不用與觀察者的附加互動(dòng)，將這些區(qū)域自動(dòng)地顯示在監(jiān)視器10上。圖3示出的是在虛擬穿越期間顯示腸道的一個(gè)例子。為此在這個(gè)例子中使用立方體模型，在該模型中立方體的各個(gè)面相應(yīng)于虛擬內(nèi)窺鏡瞬時(shí)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(gè)二維平面。觀察者就以這種方式同時(shí)看到當(dāng)時(shí)所有空間方向的圖像信息(圖3的下面部分)。
在本發(fā)明的方法和所屬的裝置中這樣修改該顯示，即首先相應(yīng)地只給觀察者示出一個(gè)視向，以便使他不受多余信息的拖累。這例如可以用不透明的或半透明的光闌7實(shí)現(xiàn)，所述光闌7在該圖示之上并在圖中表明。只有在其中存在事先探測到的看不見的區(qū)域時(shí)，才為觀察者開放被光闌7遮蓋的區(qū)域。以這種方式在虛擬穿越期間只向觀察者相應(yīng)地示出所需要的圖像信息，而不會(huì)漏過腸道的區(qū)域。這樣，在一次虛擬穿越后不需要重新顯示，從而明顯地減少了觀察者的檢查時(shí)間。
最后，圖4示出利用立方體模型顯示的另一個(gè)例子。在該圖示中，對(duì)于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(gè)在前進(jìn)方向上由4個(gè)側(cè)面通過梯形區(qū)域補(bǔ)充為正方形的相關(guān)聯(lián)的區(qū)域(左圖)。在需要時(shí)可以除了這4個(gè)側(cè)面視圖還附加地淡入后視圖(右圖)。在這種技術(shù)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(jìn)方向的視向。其余的區(qū)域被遮隱，在本實(shí)施例中是用虛擬光闌7遮隱。只有在這些區(qū)域中存在否則就會(huì)看不到的圖像信息的情況下才會(huì)開放這些區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種用于腔體器官、尤其是腸道的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，其中-至少提供一個(gè)用斷層造影成像的方法記錄的該腔體器官(1)的立體數(shù)據(jù)組，-從該立體數(shù)據(jù)組計(jì)算出在內(nèi)窺鏡檢透視圖中或在由其導(dǎo)出的顯示中通過該腔體器官(1)的虛擬穿越，并且-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(qū)域(6)，并且其中，在顯示虛擬穿越期間隨后位置接近地指明所述看不見的區(qū)域(6)或自動(dòng)顯示所述看不見的區(qū)域(6)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在虛擬穿越時(shí)通過轉(zhuǎn)動(dòng)視野來顯示所述看不見的區(qū)域(6)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述顯示通過投影方法實(shí)現(xiàn)，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個(gè)平面中，并且其中只有當(dāng)不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的前進(jìn)方向或者不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的后退方向的圖像區(qū)域包括所述看不見的區(qū)域(6)時(shí)才顯示這些區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述顯示通過投影方法實(shí)現(xiàn)，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個(gè)平面中，并且其中部分透明地顯示不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的前進(jìn)方向或者不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的后退方向的圖像區(qū)域，并且只有當(dāng)這些圖像區(qū)域包括所述看不見的區(qū)域(6)時(shí)才不透明地顯示。
5.如權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，在所述顯示中突出所述看不見的區(qū)域(6)。
6.一種裝置，用于實(shí)施如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的腔體器官虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法，具有-用于存儲(chǔ)利用斷層造影成像方法記錄的腔體器官(1)的立體數(shù)據(jù)組的存儲(chǔ)單元(8)，以及-用于從內(nèi)窺鏡檢查透視的立體數(shù)據(jù)組或從由其導(dǎo)出的顯示中計(jì)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(jì)算和顯示模塊(9)，其中，設(shè)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并在測試穿越期間探測腔體器官(1)的看不見的區(qū)域(6)，其中該計(jì)算和顯示模塊(9)這樣構(gòu)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(qū)域(6)或自動(dòng)顯示這些看不見的區(qū)域(6)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算和顯示模塊(9)這樣構(gòu)成，使得在虛擬穿越時(shí)通過轉(zhuǎn)動(dòng)視野來顯示所述看不見的區(qū)域(6)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算和顯示模塊(9)這樣構(gòu)成，使得通過投影方法進(jìn)行顯示，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個(gè)平面中，并且其中只有當(dāng)不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的前進(jìn)方向或者不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的后退方向的圖像區(qū)域包括所述看不見的區(qū)域(6)時(shí)才顯示這些區(qū)域。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算和顯示模塊(9)這樣構(gòu)成，使得通過投影方法進(jìn)行顯示，該方法將所有空間方向的圖像信息投影到一個(gè)平面中，并且其中部分透明地顯示不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的前進(jìn)方向或者不對(duì)應(yīng)于虛擬穿越的后退方向的圖像區(qū)域，并且只有當(dāng)這些圖像區(qū)域包括所述看不見的區(qū)域(6)時(shí)才不透明地顯示。
10.如權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算和顯示模塊(9)這樣構(gòu)成，使得在顯示中突出所述看不見的區(qū)域(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于腔體器官、尤其是腸道的虛擬內(nèi)窺鏡檢查方法和裝置，其中至少提供一個(gè)用斷層造影成像方法記錄的腔體器官(1)的立體數(shù)據(jù)組，從該立體數(shù)據(jù)組計(jì)算出在內(nèi)窺鏡檢查透視中或在由其導(dǎo)出的顯示中通過該腔體器官(1)的虛擬穿越，并在顯示裝置(10)上顯示。該方法和裝置的特征在于，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(qū)域(6)，并且在顯示虛擬穿越期間隨后位置接近地指明所述看不見的區(qū)域(6)或自動(dòng)顯示所述看不見的區(qū)域(6)。利用該方法和所屬的裝置減少了觀察者在虛擬內(nèi)窺鏡檢查時(shí)的時(shí)間消耗，使他免于多余信息的拖累。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK101069655SQ200710126698
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者盧茨·岡德爾 申請(qǐng)人:西門子公司