專利名稱：基于模型的冠狀動(dòng)脈中心線定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療圖像數(shù)據(jù)分割領(lǐng)域，更具體而言，涉及在醫(yī)療圖像數(shù) 據(jù)中對血管進(jìn)行分割。
背景技術(shù)：
在A. F. Frangi等人的名為"Model-Based Quantification of 3-D Magnetic Resonance Angiographic images", IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 18， No. 10， 1999， pages 946-956中公開了一種針對脈管和心臟圖像的分割 的基于模型的方法，在下文中將該文獻(xiàn)稱為參考文獻(xiàn)l。該文獻(xiàn)描述了一種 基于模型的二步驟血管分割。首先，獲得中心血管軸的表示，在下文中又 將該軸稱為血管中心線。采用具有s+l個(gè)控制點(diǎn)的n階(degreee n) B樣條 曲線描繪模型血管中心線。通過使能量函數(shù)最小化將所述模型血管中心線 調(diào)配到所述圖像中包含的血管的中心線，其中，所述能量函數(shù)又被稱為代 價(jià)函數(shù)或目標(biāo)函數(shù)。所述能量函數(shù)包括外部能量項(xiàng)和內(nèi)部能量項(xiàng)。所述內(nèi) 部能量項(xiàng)包括拉伸能量項(xiàng)和彎曲能量項(xiàng)。所述拉伸能量項(xiàng)和彎曲能量項(xiàng)定 義了對血管中心線的形變的內(nèi)部約束。所述外部能量項(xiàng)定義了血管中心線 對于3D圖像特征的吸引，其中，所述3D圖像特征可能落在血管的中心軸 上。采用A. R Frangi等人的文章"Multiscale vessel enhancement filtering", Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention - MICCAI'98， W. M. Wells,A. Colchester and S. L. Delp (Eds)， Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1496 - Springer Verlag， Berlin, Germany, pages 130-137中描 述的血管性濾波器，在下文中將該文獻(xiàn)稱為參考文獻(xiàn)2。k明內(nèi)容對參考文獻(xiàn)i所描述的方法的進(jìn)一步改進(jìn)是可能的。參考文獻(xiàn)i中描 述的目標(biāo)函數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)項(xiàng)，即拉伸能量項(xiàng)和彎曲能量項(xiàng)基于由模型血管中心線定義的形狀先驗(yàn)，即，基于血管形狀的先驗(yàn)知識(shí)的先驗(yàn)知識(shí)項(xiàng)。但 是，參考文獻(xiàn)1的先驗(yàn)知識(shí)項(xiàng)沒有考慮由血管中心線相對于圖像數(shù)據(jù)集中 包括的參考解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的定位定義的位置先驗(yàn)，即，基于血管定位的先驗(yàn) 知識(shí)的先驗(yàn)知識(shí)項(xiàng)。具有這樣一種用于對血管建模的系統(tǒng)將是有利的，其中，該系統(tǒng)能夠 將血管模型相對于圖像數(shù)據(jù)集中標(biāo)識(shí)的參考解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的定位考慮在內(nèi)。為了解決這一問題，就本發(fā)明的一個(gè)方面而言， 一種基于包括參考對 象模型和血管模型的聯(lián)合模型使血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的系統(tǒng)包括-放置單元，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)， 從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；-計(jì)算單元，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述界標(biāo)位 移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移；-變換單元，其用于采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換， 從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合 模型；以及-配準(zhǔn)單元，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修 改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與圖 像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的 經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。本發(fā)明描述了一種用于通過兩個(gè)步驟對圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行分割的系統(tǒng)。 在第一步驟中，由變換單元采用由所述計(jì)算單元計(jì)算的形變場對所述放置 的聯(lián)合模型中包括的放置的參考對象模型和放置的血管模型進(jìn)行變換。所 述形變場是基于所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集中 的對應(yīng)界標(biāo)的位移確定的。盡管這一變換可能足以對圖像數(shù)據(jù)集中的參考 對象建模，但是其可能只是所述放置的血管模型的令人滿意的初始化。因 而，在第二步驟中，基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對修改后的經(jīng) 變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與所述圖像數(shù) 據(jù)集配準(zhǔn)。所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的血管模型相 對于經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。因而，該系統(tǒng)被設(shè)置為在考慮血管模型相對于參考模型描述的參考解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的定位的情況下對血管建模。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括調(diào)配單元，其用于將所述放 置的參考對象模型調(diào)配至所述圖像數(shù)據(jù)集，從而在所述圖像數(shù)據(jù)集中定義 對應(yīng)的界標(biāo)。將包括所述界標(biāo)的放置的參考對象模型調(diào)配至所述圖像數(shù)據(jù) 集，例如，所述界標(biāo)是基于用戶輸入定義的。所述調(diào)配后的放置的參考對 象模型的界標(biāo)定義了所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)。調(diào)配放置的參考對象 模型可以顯著簡化和/或改進(jìn)界標(biāo)位移場的計(jì)算，其中，所述界標(biāo)位移場包 括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于圖像數(shù)據(jù)集中的對應(yīng)界標(biāo)的位 移。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，參考對象模型包括具有多個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)格
(mesh)。所述放置的參考對象模型包括放置的網(wǎng)格。所述調(diào)配單元將所述 放置的參考對象模型，即所述放置的網(wǎng)格調(diào)配至所述圖像數(shù)據(jù)集。存在很 多可以采用的用來將網(wǎng)格調(diào)配至圖像數(shù)據(jù)集的方法?？梢圆捎盟龇胖玫?網(wǎng)格的放置的頂點(diǎn)作為所述放置的模型的界標(biāo)，可以采用所述調(diào)配后的放 置的網(wǎng)格的調(diào)配后的放置的頂點(diǎn)作為所述對應(yīng)的界標(biāo)。這是一種方便的用 于創(chuàng)建大量可用的對應(yīng)界標(biāo)的方式。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，血管模型包括用于描述血管中心線的多個(gè)控 制點(diǎn)。例如，這樣的血管中心線可以是分段線性的，或者可以采用B樣條 對其建模。采用由多個(gè)控制點(diǎn)描繪的血管中心線描述了建模后的血管的重 要方面，并且便于實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)函數(shù)。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，目標(biāo)函數(shù)還包括基于血管性濾波器，用于計(jì) 算在所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)處于血管性濾波器的位置處的血管性的測度 (measure)的血管性項(xiàng)。例如，在參考文獻(xiàn)2中定義了適當(dāng)?shù)难苄詾V波 器。所述血管性項(xiàng)使得修改后的經(jīng)變換的血管模型被吸引到所述圖像數(shù)據(jù) 集內(nèi)包含的血管的可能位置。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，血管模型還包括用于描述血管壁的多個(gè)血管 直徑。通過采用多個(gè)直徑作為血管模型的參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)集的空 間內(nèi)的血管性濾波器的位置處的血管性濾波器的尺度參數(shù)值的簡單確定。
在所述系統(tǒng)的實(shí)施例中，位置先驗(yàn)項(xiàng)取決于所述經(jīng)變換的參考對象模 型。取決于經(jīng)變換的參考對象模型的位置先驗(yàn)項(xiàng)將通過"補(bǔ)償"修改后的經(jīng)變換的血管模型的形變而改進(jìn)對經(jīng)變換的血管模型與圖像數(shù)據(jù)集的配準(zhǔn) 的引導(dǎo)，其中，所述的修改后的經(jīng)變換的血管模型的形變將導(dǎo)致修改后的 經(jīng)變換的血管模型相對于經(jīng)變換的參考對象模型的定位與經(jīng)變換的血管模 型相對于經(jīng)變換的參考對象模型的定位相差懸殊。
就本發(fā)明的另一方面而言，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含于圖像獲取設(shè)備當(dāng)中。
就本發(fā)明的另一方面而言，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含于工作站中。 就本發(fā)明的另一方面而言， 一種用于基于包括參考對象模型和血管模
型的聯(lián)合模型使血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的方法包括
-放置步驟，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)，
從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的經(jīng)放置的聯(lián)合模
型；
-計(jì)算步驟，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述位移場 包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo) 的位移；
-變換步驟，其用于釆用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換， 從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合
模型；以及
-配準(zhǔn)步驟，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修 改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與圖 像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的 經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
就本發(fā)明的另一方面而言， 一種將由計(jì)算機(jī)裝置加載的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品包括用于基于包括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使血管模型與圖 像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的指令，所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品在加載之后將為所述處理單元提供執(zhí)行下述任務(wù)的能力
-將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放 置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；
-基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述界標(biāo)位移場包括所述放置 的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移；-釆用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)
變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合模型；以及
-基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修改后的經(jīng)變換的血 管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其 中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的經(jīng)變換的血管模型 相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
在本說明書的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠執(zhí)行對圖像獲取設(shè)備、工 作站、方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的修改和變化，所述修改和變化對應(yīng)于對 所述系統(tǒng)的修改和變化。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以將所述方法應(yīng)用于通過各種獲取形式 獲取的休積，即三維(3D)和四維(4D)圖像數(shù)據(jù)，所述獲取形式可以是 但不限于計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)、磁共振成像(MRI)、超聲(US)、正電 子發(fā)射斷層成像(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算^l斷層成像(SPECT)和核醫(yī)學(xué) (雨)。


相對于在下文中描述的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施例并參考附圖，本發(fā)明的這些
和其他方面將變得顯而易見并將得到闡釋，在附圖中 圖1示意性地示出了系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的方框圖； 圖2示出了方法的示范性實(shí)現(xiàn)方式的流程圖； 圖3示意性地示出了圖像獲取設(shè)備的示范性實(shí)施例；以及 圖4示意性地示出了工作站的示范性實(shí)施例。 在所有附圖中采用相同的附圖標(biāo)記表示類似的部分。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了系統(tǒng)100的示范性實(shí)施例的方框圖，系統(tǒng)100用
于基于聯(lián)合模型使血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述聯(lián)合模型包括
參考對象模型和血管模型，所述系統(tǒng)包括
-放置單元110，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間
內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；
-計(jì)算單元120，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述位移 場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界 標(biāo)的位移；
-變換單元130，其用于采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變 換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的 聯(lián)合模型；以及
-配準(zhǔn)單元140，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述 修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與 圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后 的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
系統(tǒng)100的示范性實(shí)施例還包括下述任選單元
-用于將放置的參考對象模型調(diào)配至圖像數(shù)據(jù)集的調(diào)配單元115;
-用于控制系統(tǒng)100中的工作流程的控制單元160;
-用于與系統(tǒng)100的用戶通信的用戶接口 165;以及
-用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元170。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，有三個(gè)用于輸入數(shù)據(jù)的輸入連接器181、 182 和183。將所述第一輸入連接器181設(shè)置為接收來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，例 如，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以是但不限于硬盤、磁帶、閃速存儲(chǔ)器或光盤。將 第二輸入連接器182設(shè)置為接收從甩戶輸入器件輸入的數(shù)據(jù)，例如，所述 用戶輸入器件可以是但不限于鼠標(biāo)或觸摸屏。將第三輸入連接器183設(shè)置 為接收從諸如鍵盤的用戶輸入器件輸入的數(shù)據(jù)。將輸入連接器181、 182和 183連接至輸入控制單元180。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，有兩個(gè)用于輸出數(shù)據(jù)的輸出連接器191和192。 將所述第一輸出連接器191設(shè)置為向諸如硬盤、磁帶、閃速存儲(chǔ)器或光盤 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸出數(shù)據(jù)。將所述第二輸出連接器192設(shè)置為向顯示器件輸 出數(shù)據(jù)。輸出連接器191和192通過輸出控制單元190接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，有很多種方式將輸入器件連接至系統(tǒng)100的 輸入連接器181、 182和183，將輸出器件連接至系統(tǒng)100的輸出連接器191 和192。這些方式包括但不限于有線和無線連接，諸如但不限于局域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)、數(shù)字電話網(wǎng)和模擬電話 網(wǎng)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括存儲(chǔ)單元170。將系統(tǒng)100設(shè)置 為通過輸入連接器181、 182和183中的任一者接收來自外部器件的輸入數(shù) 據(jù)，并將所接收到的輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元170內(nèi)。將所述輸入數(shù)據(jù)加 載到存儲(chǔ)單元170內(nèi)允許系統(tǒng)100的各單元快速訪問相關(guān)數(shù)據(jù)部分。例如， 所述輸入數(shù)據(jù)可以包括圖像數(shù)據(jù)集和聯(lián)合模型?？梢酝ㄟ^諸如但不限于隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)芯片、只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片和/或者硬盤驅(qū)動(dòng)器 和硬盤的器件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)單元170。還可以將存儲(chǔ)單元170設(shè)置為存儲(chǔ)輸出數(shù) 據(jù)。例如，所述輸出數(shù)據(jù)可以包括經(jīng)配準(zhǔn)的血管模型和經(jīng)變換的參考對象 模型。存儲(chǔ)單元170還被設(shè)置為通過存儲(chǔ)總線175從系統(tǒng)100的各單元接 收數(shù)據(jù)以及向系統(tǒng)100的各單元提供數(shù)據(jù)，其中，所述的系統(tǒng)100的各單 元包括放置單元110、調(diào)配單元115、計(jì)算單元120、第一變換單元130、 配準(zhǔn)單元140、控制單元160和用戶接口 165。還將存儲(chǔ)單元170設(shè)置為使 輸出數(shù)據(jù)能夠通過輸出連接器191或192中的任一為外部器件所用。將來 自系統(tǒng)100的各單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元170內(nèi)可以有利地提高系統(tǒng)100 的各單元的性能以及從系統(tǒng)100的各單元向外部器件轉(zhuǎn)移輸出數(shù)據(jù)的速率。
或者，系統(tǒng)100可以不包括存儲(chǔ)單元170和存儲(chǔ)總線175?？梢酝ㄟ^連 接至系統(tǒng)100的各單元的至少一個(gè)諸如外部儲(chǔ)存器或處理器的外部器件提 供系統(tǒng)100采用的輸入數(shù)據(jù)。類似地，可以將系統(tǒng)100產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)提 供給連接至系統(tǒng)100的各單元的至少一個(gè)諸如外部儲(chǔ)存器或處理器的外部 器件?？梢詫⑾到y(tǒng)100的各單元設(shè)置為通過內(nèi)部連接或者通過數(shù)據(jù)總線從 彼此接收數(shù)據(jù)。
在所述系統(tǒng)100的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括用于控制系統(tǒng)100中的工 作流程的控制單元160。可以將所述控制單元160設(shè)置為從系統(tǒng)100的各單 元接收控制數(shù)據(jù)以及向各單元提供控制數(shù)據(jù)。例如，在計(jì)算形變場之后， 可以將計(jì)算單元120設(shè)置為向控制單元160發(fā)送控制數(shù)據(jù)"計(jì)算了形變場"， 可以將控制單元160設(shè)置為向變換單元130提供控制數(shù)據(jù)"采用形變場變 換聯(lián)合模型"，從而請求所述變換單元130對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換。 任選地，可以通過系統(tǒng)100的另一單元實(shí)現(xiàn)控制功能。在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括用于與系統(tǒng)100的用戶通信的 用戶接口 165。可以將用戶接口 165設(shè)置為向用戶提供將所述聯(lián)合模型手動(dòng) 放置到圖像數(shù)據(jù)空間內(nèi)的手段。任選地，所述用戶接口可以接收用于選擇 系統(tǒng)100的工作模式的用戶輸入，例如，所述工作模式可以是用于選擇聯(lián) 合模型和/或用于選擇調(diào)配單元115所采用的調(diào)配方法的模式。本領(lǐng)域技術(shù) 人員將認(rèn)識(shí)到可以有利地通過系統(tǒng)100的用戶接口 165實(shí)現(xiàn)更多的功能。
體積，即三維(3D)圖像數(shù)據(jù)集包括數(shù)據(jù)元。圖像數(shù)據(jù)的每一數(shù)據(jù)元 (x，y，z，I)包括通常由圖像數(shù)據(jù)空間坐標(biāo)系內(nèi)的三個(gè)笛卡爾坐標(biāo)x， y， z表示 的位置(x,y,z)和處于這一位置的強(qiáng)度I。還可以通過體素，即小的通常為立 方體或立方形的體積以及分配給這一體積的強(qiáng)度表示圖像數(shù)據(jù)元。所述坐 標(biāo)x、 y、 z可以是所述立方體或立方形體素的頂點(diǎn)坐標(biāo)?？梢詫⒂直环Q為 圖像數(shù)據(jù)空間或圖像數(shù)據(jù)體積的所述圖像數(shù)據(jù)集的空間定義為包括所述圖 像數(shù)據(jù)元(x，y,z，I)內(nèi)所包括的所有位置(x，y，z)的體積。而且，還可以將所述圖 像體積解釋成所有體素體積的并集?？梢詫Ⅲw積圖像數(shù)據(jù)集組織成圖像體 積的基本為平面的截面或片層，例如，基本垂直于坐標(biāo)系的z軸的截面或 片層的集合。4D圖像數(shù)據(jù)集包括在不同的時(shí)刻或者在不同的運(yùn)動(dòng)階段獲取 的體積圖像數(shù)據(jù)集的集合。
在應(yīng)用于作為血管的冠狀動(dòng)脈，例如，右側(cè)冠狀動(dòng)脈(RCA)或包括 RCA、左前降支(LAD)冠狀動(dòng)脈和旋(LCX)動(dòng)脈的主冠狀動(dòng)脈樹時(shí)， 以及在應(yīng)用于作為參考對象的處于心動(dòng)周期的某一期，例如處于舒張末期 的心臟時(shí)，系統(tǒng)100尤為有用。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以將系 統(tǒng)100用于對任何血管狀，g卩，管狀結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)，例如，所述管狀結(jié)構(gòu)可以 是但不限于血管、氣管和神經(jīng)。所述參考對象可以是用于確定所述血管狀 結(jié)構(gòu)的相對定位的任何解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，例如，其可以是但不限于肋骨、脊椎 和腎。優(yōu)選地，可以容易地檢測到圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)包含的參考對象，并且可 以采用參考對象模型相對容易地描繪所述參考對象。針對血管或者血管模 型采用的"定位" 一詞分別描述了整個(gè)血管或血管模型，其包括整個(gè)血管 或血管模型的位置、取向和構(gòu)造。
在J. von Berg禾卩C. Lorenz的文章"Multi國surface Cardiac Modeling Segmentation, and Tracking", A.F. Frangi等(Eds.): FIMH 2005， LNCS 3504，Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005， pages l畫ll中描述了一種包括四心腔 的多表面心臟模型以及主動(dòng)脈和靜脈主干的示范性聯(lián)合模型，其中，將該 文獻(xiàn)稱為參考文獻(xiàn)3。當(dāng)今，對象模型往往是平均模型，即，基于多個(gè)對象， 例如，基于多個(gè)患者的心臟構(gòu)建的模型。這樣的平均模型描繪了經(jīng)建模的 對象的典型特征。參考文獻(xiàn)3中描述的多表面心臟模型是這樣一種平均模 型，其中，采用三角形網(wǎng)格描繪心臟表面。也可以采用其他網(wǎng)格，例如， 單純形網(wǎng)格。
在C. Lorenz等人的文獻(xiàn)"Modeling the coronary artery tree" ， International Conference on Shape Modeling and Applications 2004 (SMI'04) 2004， Genoa, Italy, June 6-9， 2004， pages 354-357中描述了對冠狀動(dòng)脈的建模。該文獻(xiàn) 采用了冠狀動(dòng)脈中心線的樹狀模型，其中，所述中心線被表示為通過線段 連接的點(diǎn)，所述點(diǎn)又被稱為控制點(diǎn)?；蛘撸梢酝ㄟ^(例如)三次樣條、B 樣條或貝塞爾曲線連接所述控制點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，權(quán)利要求的 范圍不取決于血管中心線的實(shí)現(xiàn)方式。在C. Lorenz禾Q J. von Berg的文獻(xiàn) "Towards a Comprehensive Geometric Model of the Heart", A. R Frangi等 (Eds.)， FI固2005， LNCS 3504， Springer Verlag， Berlin, Germany, 2005， pages 102-112中描述了心臟和脈管結(jié)構(gòu)的聯(lián)合模型，在下文中將該文獻(xiàn)稱 為文獻(xiàn)4。
系統(tǒng)100的放置單元110被設(shè)置為將聯(lián)合模型放置到圖像數(shù)據(jù)集的空 間內(nèi)?？梢宰詣?dòng)完成所述放置，并且所述放置可以基于對參考對象的檢測， 例如，所述檢測采用了(例如)C. Lorenz禾口 J. von Berg的文獻(xiàn)"Fast automated object detection by recursive casting of search rays"， Proc. CARS. 2005 ， pages 230-235中描述的光線投射法或者H. Schramm等的文獻(xiàn)"Towards Fully Automatic Object Detection and Segmentation", Proc. SP正Vol. 6144， 614402， Medical Imaging 2006: Image Processing, J. M. Reinhardt禾口 J. P. Pluim(Eds.)， pages 11-20中描述的霍夫變換。任選地，可以采用用于操縱用戶接口 165 提供的模型的手段手動(dòng)細(xì)化或執(zhí)行所述放置。采用剛性(rigid)變換執(zhí)行所 述放置。任選地，所述放置還可以涉及對聯(lián)合模型的進(jìn)一步全局變換，例 如縮放。
計(jì)算單元120被設(shè)置為基于界標(biāo)位移場計(jì)算密集形變場，其中，所述界標(biāo)位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi) 的對應(yīng)界標(biāo)的位移。所述界標(biāo)的集合可以包含于如參考文獻(xiàn)4所描述的聯(lián) 合模型內(nèi)。所述系統(tǒng)還可以獲得用于確定所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的 位置的用戶輸入?；蛘撸?，所述系統(tǒng)可以采用界標(biāo)特征檢測計(jì)算出所
k圖像數(shù)據(jù)集中的對應(yīng)界標(biāo)的位置。在確定所述放置的參考對象模型的界
標(biāo)的位置和所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位置時(shí)，計(jì)算單元120被設(shè)置 為計(jì)算界標(biāo)位移場，所述界標(biāo)位移場包括放置的參考對象模型的界標(biāo)相對 于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移，即，位移的向量。這一場還被計(jì) 算單元120用來計(jì)算密集形變場。例如，可以將計(jì)算單元120設(shè)置為采用 薄板樣條對所述位移場進(jìn)行內(nèi)插。在F. L. Bookstein的文獻(xiàn)"Principal warps: Thin-plate splines and the decomposition of deformations",IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 11， pages 567-585， 1989 中描述了采用稀疏向量場的薄板樣條內(nèi)插構(gòu)建密集向量場。這里，采用"密 集" 一詞的意義在于，能夠?qū)⑺鲂巫儓鰬?yīng)用到圖像數(shù)據(jù)集空間中，來對 放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換。
在所述系統(tǒng)100的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括調(diào)配單元115，其用于將 所述放置的參考對象模型調(diào)配至所述圖像數(shù)據(jù)集，從而將所述圖像數(shù)據(jù)集 中的對應(yīng)界標(biāo)定義為調(diào)配后的放置的參考對象模型的界標(biāo)。所述調(diào)配單元 115允許采用(例如)O. Ecabert等的文獻(xiàn)"Towards Automatic Full Heart Segmentation in Computed-Tomography Images" ， 32th Conference on Computers in Cardiology, 2005， pages 223-226中描述的方法使對應(yīng)界標(biāo)得 到自動(dòng)識(shí)別?；蛘?，所述調(diào)配單元115所采用的調(diào)配方法可以是半自動(dòng)或 手動(dòng)的。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，所述參考對象模型包括網(wǎng)格。所述網(wǎng)格可以 是多邊形網(wǎng)格，例如，三角形網(wǎng)格。有利地，所設(shè)置的界標(biāo)可以是放置的 參考對象模型的放置的網(wǎng)格的頂點(diǎn)的子集。例如，放置的網(wǎng)格的所有頂點(diǎn) 都可以是參考對象模型的界標(biāo)。任選地，可以僅采用與在將放置的網(wǎng)格調(diào) 配至圖像數(shù)據(jù)集的過程中檢測到的"強(qiáng)"圖像數(shù)據(jù)集特征對應(yīng)的頂點(diǎn)，例 如，具有大于閾值的經(jīng)計(jì)算的權(quán)重的頂點(diǎn)(就權(quán)重的定義而言，參考J. Weese 等的文獻(xiàn)"Shape constrained deformable models for 3D medical imagesegmentation", Proc. IPMI. 2001 ， pages 380-387)來定義所述放置的參考對 象模型的界標(biāo)。之后，可以采用調(diào)配后的放置的網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為圖像數(shù)據(jù) 集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)。
變換單元130所采用的形變場通過將形變場應(yīng)用于放置的聯(lián)合模型而 將所述放置的聯(lián)合模型變換成經(jīng)變換的聯(lián)合模型。這一形變場對放置的參 考對象模型和放置的血管模型二者進(jìn)行變換。由于所述形變場是通過使所 述放置的參考對象模型的界標(biāo)與所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)配準(zhǔn)而構(gòu)建 成的，因而所述的參考對象模型的變換對于描繪圖像數(shù)據(jù)集中的參考對象 是令人滿意的。但是，所述經(jīng)變換的血管模型的定位可能只是對實(shí)際血管 定位的相當(dāng)粗略的估算，因而可以將其用作初始定位，從而憑借其對經(jīng)變 換的血管模型做進(jìn)一步配準(zhǔn)。
系統(tǒng)100的配準(zhǔn)單元140被設(shè)置為基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修 改和對所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的 血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng) 基于修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。例 如，目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化可以是基于找到目標(biāo)函數(shù)的最大值和最小值。用于描 述血管模型的參數(shù)可以包括血管中心線的控制點(diǎn)的坐標(biāo)。可以采用B樣條 對血管中心線進(jìn)行內(nèi)插。例如，在配準(zhǔn)過程中，每一控制點(diǎn)可以在與處于 所述控制點(diǎn)處的B樣條的切線基本正交的平面內(nèi)或者在以所述原始控制點(diǎn) 為中心的球體內(nèi)改變其坐標(biāo)。在血管中心線發(fā)生形變時(shí)，可以調(diào)整所述平 面或球休的取向。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，位置先驗(yàn)項(xiàng)可以補(bǔ)償(penalize)修改后的經(jīng) 變換的血管模型的中心線相對于其在經(jīng)變換的血管模型中的位置的位移。 這一點(diǎn)可以采用(例如)G. Borgefors的文獻(xiàn)"Distance transforms in digital images", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 34， 1986， pages 344-371中描述的距離變換實(shí)現(xiàn)。所述距離變換被定義為 從圖像數(shù)據(jù)空間中的一個(gè)位置到圖像數(shù)據(jù)空間中的某一位置集合的距離。 所述從圖像數(shù)據(jù)空間中的一個(gè)位置到某一位置集合的距離可以是所述位置 到所述某一位置集合中所包含的最近位置的歐幾里德距離。所述某一位置 集合可以描述典型的，即最有可能的血管定位?？梢詫D像數(shù)據(jù)空間內(nèi)的一個(gè)位置到描述典型的血管定位的位置集合的距離的倒數(shù)解釋為所述血管 處于圖像數(shù)據(jù)空間內(nèi)的所述位置的可能性。
可以通過很多方式定義描述典型的血管定位的某一位置集合。例如， 可以由血管中心線上的位置，例如，由血管中心線貫穿的體素定義所述的 某一位置集合。任選地，所述某一位置集合還可以包括與血管中心線上的 位置相鄰的位置或者處于與所述中心線相距某一距離的范圍以內(nèi)的位置。 另一種可能性是識(shí)別來自用于構(gòu)建平均血管模型的樣本血管模型的總體的 每一樣本血管模型的定位?？梢詫⒚恳粯颖狙苣Ｐ头胖玫綀D像數(shù)據(jù)空間
內(nèi)，并由變換單元130采用計(jì)算單元120計(jì)算的形變場對每一樣本血管模 型進(jìn)行變換。所述經(jīng)變換的樣本血管模型的所有位置定義了所述某一位置 集合。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到也可以采用其他定義所述某一位置集合的 方式，權(quán)利要求的范圍不取決于所述某一位置集合的定義。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，位置先驗(yàn)項(xiàng)可以補(bǔ)償修改后的經(jīng)變換的血管 模型的中心線相對于經(jīng)變換參考對象模型的位移。例如，可以采用與調(diào)配 后的放置的參考對象模型中包含的界標(biāo)的子集等同的圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng) 界標(biāo)的子集作為參考集。對于沿所述中心線的每一對隨后控制點(diǎn)而言，可 以計(jì)算由所述一對控制點(diǎn)定義的三角形面積以及來自所述參考集的界標(biāo)的 位置。任選地，可以采用另一個(gè)，例如，較大的沿所述中心線的點(diǎn)集替代 所述控制點(diǎn)的集合?？梢詫⒂伤锌刂泣c(diǎn)對定義的三角形面積累加起來。 將該和與采用(例如)多個(gè)訓(xùn)練圖像數(shù)據(jù)集習(xí)知的"基本真值"(ground truth)
和進(jìn)行比較?？梢葬槍ζ溆嗟慕鐦?biāo)計(jì)算類似的和。可以將位置先驗(yàn)項(xiàng)定義 為針對來自參考集的每一界標(biāo)計(jì)算的和的指數(shù)函數(shù)。例如，所述指數(shù)可以 是所計(jì)算的和與"基本真值"和的差的加權(quán)平方和的負(fù)平方根。權(quán)重是非 負(fù)的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到也可以采用其他位置先驗(yàn)項(xiàng)，所描述的位置 先驗(yàn)項(xiàng)只是為了對本發(fā)明舉例說明，而不是限制權(quán)利要求的范圍。
在系統(tǒng)100的實(shí)施例中，目標(biāo)函數(shù)還包括用于檢測圖像數(shù)據(jù)集中的血 管的血管性項(xiàng)。示范性的血管性項(xiàng)采用了血管性濾波器來檢測具有某一直 徑的亮的細(xì)長結(jié)構(gòu)。在參考文獻(xiàn)2中描述了血管性濾波器。應(yīng)用到圖像數(shù) 據(jù)空間內(nèi)的濾波器位置上的血管性濾波器將產(chǎn)生所述濾波器位置上的血管性測度，即，血管處于所述濾波器位置上的可能性。所述血管性濾波器具 有對應(yīng)于所檢測到的血管的直徑的尺度參數(shù)。血管性的測度取決于所述尺 度參數(shù)的值。如果修改后的經(jīng)變換的血管模型包括處于所述濾波器位置上 的血管的預(yù)期直徑，那么可以將這一預(yù)期直徑與血管性測度在其處取得最 大值的尺度參數(shù)的值進(jìn)行比較。所述預(yù)期血管直徑與血管性測度在其處取 得最大值的尺度參數(shù)越接近，血管處于所述濾波器位置的可能性就越大。 或者，可以將血管性濾波器的尺度設(shè)置為所述預(yù)期血管直徑。血管性濾波 器還估算處于所述濾波器位置上的血管狀結(jié)構(gòu)的切線。例如，可以采用血 管狀結(jié)構(gòu)的切線與修改后的經(jīng)變換的血管模型定義的血管的預(yù)期方向的點(diǎn) 積，將這一額外信息與由修改后的經(jīng)變換的血管模型定義的血管的預(yù)期取 向進(jìn)行比較。
在實(shí)施例中，將血管性項(xiàng)與位置先驗(yàn)項(xiàng)結(jié)合，并且可以針對圖像數(shù)據(jù) 空間內(nèi)的每一濾波器位置Sj，例如，針對修改后的經(jīng)變換的血管模型的中心 線的每一控制點(diǎn)，將目標(biāo)函數(shù)外部能量項(xiàng)寫作Eext-》C(Sj,CTj)，其中C(Sj，CTj)-d(Sj)W(Sj，aj)D(Sj) + I(Sj)。這里，CTj是與血管模型中包含的預(yù)期血管直徑等價(jià)
的血管性濾波器的尺度；d(Sj)是處于濾波器位置Sj處的血管狀結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化
切線與處于這一位置的修改后的經(jīng)變換的血管模型定義的血管的預(yù)期方向
的點(diǎn)積；D(Sj)是濾波器位置Sj與某一位置集合的距離的倒數(shù)；W(Sj, CTj)是濾 波器位置Sj處的血管性測度。血管性測度W(Sj, Oj)可以是參考文獻(xiàn)2; C.
Lorenz等的文獻(xiàn)"A multi-scale line filter with automatic scale selection based on the Hessian matrix for medical image segmentation", Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1252， Proceedings of the First International Conference on Scale-Space Theory in Computer Vision, 1997， pages 152-163; Y. Sato等 的文獻(xiàn)"3Dmultiscale line filter for segmentation and visualization of curvilinear structures in medical images", Conference on Computer Vision, Virtual Reality and Robotics in Medicine and Medial Robotics and Computer-Assisted Surgery, 1997， pages 213-222中描述的濾波器之一，或
者是所有的這些濾波器的加權(quán)和。任選項(xiàng)I(Sj)估計(jì)處于濾波器位置Sj處的圖
像數(shù)據(jù)強(qiáng)度。例如，可以采用該項(xiàng)區(qū)分肺部血管和冠狀動(dòng)脈。在CT圖像數(shù) 據(jù)集中，肺部血管可以表現(xiàn)出與冠狀動(dòng)脈相似的血管性測度，但是冠狀動(dòng)脈更亮。
在實(shí)施例中，可以將外部能量項(xiàng)寫作Eext-E， + E^，其中，Evess=i;j
(d(Sj)W(Sj,CJj) + I(Sj))是血管性項(xiàng)，E,。e-ZjD(s」)是位置先驗(yàn)項(xiàng)。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將了解構(gòu)建外部能量項(xiàng)的其他方式。所描述的實(shí)現(xiàn)方式對實(shí)施例做出了 舉例說明，其不限制權(quán)利要求的范圍。
目標(biāo)函數(shù)還可以包括補(bǔ)償中心線的高曲率的內(nèi)部能量項(xiàng)。任選地，中 心線的總長度可以充當(dāng)全局曲率測度，因?yàn)閺澢闹行木€傾向于比直的中 心線長。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，還存在很多其他的可以包含到目標(biāo)函數(shù)內(nèi)的
有用項(xiàng)。這些項(xiàng)包括但不限于采用J. Peters等的文獻(xiàn)"Feature optimization via simulated search for model-based heart segmentation", CARS 2005-Computer Assisted Radiology and Surgery, Proceedings of the 19th International Congress and Exhibition Berlin, Germany, June 22-25， 2005中描述的方法由訓(xùn)練圖 像習(xí)知的特征；與平均血管模型形狀的偏差；相對于調(diào)配至圖像數(shù)據(jù)集的 另一參考對象的位置；以及彎曲和拉伸能量項(xiàng)。.權(quán)利要求的范圍不取決于 是否包含這些項(xiàng)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，其他的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的方式也是可能的。 例如，可以通過基于找到目標(biāo)函數(shù)的最小值來優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的方式對目標(biāo) 函數(shù)重新定義。任選地，可以定義得到多個(gè)值的多維目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)優(yōu)化的 目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)，例如，修改后的經(jīng)變換的血管模型中心線的對應(yīng)于目標(biāo) 函數(shù)的最佳值的控制點(diǎn)定義了與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的血管模型。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)100的其他實(shí)施例也是可能的。還有可 能重新定義系統(tǒng)的各單元，以及重新分配其功能。例如，在系統(tǒng)100的實(shí) 施例中，可以將放置單元110和調(diào)配單元115的功能結(jié)合到一個(gè)初始化單 元內(nèi)。在系統(tǒng)100的另一實(shí)施例中，存在多個(gè)項(xiàng)計(jì)算單元?？梢詫⒚恳粏?元設(shè)置為計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的一項(xiàng)。用戶可以通過提供用于對配準(zhǔn)單元140將 用來計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的項(xiàng)計(jì)算單元進(jìn)行選擇的輸入來定義目標(biāo)函數(shù)。
可以采用處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)100的各單元。通常而言，在軟件程序產(chǎn)品 的控制下執(zhí)行所述單元的功能。在執(zhí)行過程中，通常將軟件程序產(chǎn)品加載 到諸如RAM的存儲(chǔ)器內(nèi)，并從該處執(zhí)行所述軟件程序產(chǎn)品?？梢詮闹T如ROM、硬盤或者磁和/或光存儲(chǔ)器的后臺(tái)存儲(chǔ)器加載所述程序，或者可以通 過諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)加載所述程序。任選地，針對特定應(yīng)用的集成電路可 以提供所描述的功能。
圖2示出了基于包括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使血管模型 與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的方法200的示范性實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。方法200開始 于放置步驟210，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)， 從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型。 在放置步驟210之后，方法200繼續(xù)至調(diào)配步驟215，其用于將放置的參考 對象模型調(diào)配至圖像數(shù)據(jù)集，從而在圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)定義對應(yīng)的界標(biāo)。在調(diào) 配步驟215之后，方法200繼續(xù)至計(jì)算步驟220，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì) 算形變場，其中，所述位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于 所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移。在計(jì)算步驟220之后，方法200繼 續(xù)至變換步驟230，其用于采用所述形變場對放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換，從 而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合模 型。在變換步驟230之后，方法200繼續(xù)至配準(zhǔn)步驟240，其用于基于對所 述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函 數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函 數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變 換的聯(lián)合模型的定位。在配準(zhǔn)步驟240之后，所述方法結(jié)束。
在不背離本發(fā)明的原理的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以改變方法200 的各步驟中定義的一些任務(wù)的順序，或者采用線程模型、多處理器系統(tǒng)或 多個(gè)過程同時(shí)執(zhí)行一些任務(wù)。任選地，可以將本發(fā)明的方法200的兩個(gè)或 更多步驟結(jié)合到一個(gè)步驟當(dāng)中。任選地，可以將本發(fā)明的方法200的一個(gè) 步驟拆分成多個(gè)步驟。
圖3示意性地示出了采用系統(tǒng)100的圖像獲取設(shè)備300的示范性實(shí)施 例，所述圖像獲取設(shè)備300包括通過內(nèi)部連接與系統(tǒng)100連接的圖像獲取 單元310、輸入連接器301和輸出連接器302。這一布置有利地提高了圖像 獲取設(shè)備300的能力，從而為圖像獲取設(shè)備300提供了系統(tǒng)100的基于包 括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的有 利能力。圖像獲取設(shè)備的例子包括但不限于CT系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、US系統(tǒng)、PET系統(tǒng)、SPECT系統(tǒng)和NM系統(tǒng)。
圖4示意性地示出了工作站400的示范性實(shí)施例。所述工作站包括系 統(tǒng)總線401。將處理器410、存儲(chǔ)器420、盤輸入/輸出(I/O)適配器430 和用戶接口 (UI) 440可操作地連接至系統(tǒng)總線401。將盤存儲(chǔ)器件431可 操作地耦合至盤I/0適配器430。將鍵盤441、鼠標(biāo)442、顯示器443可操 作地耦合至UI 440。將本發(fā)明的作為計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)IOO存儲(chǔ)到盤 存儲(chǔ)器件431內(nèi)。工作站400被設(shè)置為將所述程序和輸入數(shù)據(jù)加載到存儲(chǔ) 器420內(nèi)，并在處理器410上執(zhí)行所述程序。用戶能夠采用鍵盤441和域 鼠標(biāo)442向工作站400輸入信息。所述工作站被設(shè)置為向顯示器件443和/ 或向盤片431輸出信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解存在很多其他的本領(lǐng)域已 知的工作站400的實(shí)施例，當(dāng)前實(shí)施例的作用在于對本發(fā)明舉例說明，不 應(yīng)將其解釋為使本發(fā)明局限于這一具體的實(shí)施例。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例旨在對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而不是對其做出 限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不背離權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計(jì)出 備選的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)當(dāng)將任何放置在括號(hào)內(nèi)的附圖標(biāo)記推 斷為限制所述權(quán)利要求。"包括" 一詞不排除權(quán)利要求或說明書中未列舉的 元件或步驟的存在。元件前的單數(shù)冠詞不排除存在復(fù)數(shù)個(gè)這樣的元件。可 以利用包括幾個(gè)分立元件的硬件，也可以利用受到編程的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明。在列舉了幾個(gè)單元的系統(tǒng)權(quán)利要求中，可以通過同一件硬件或軟件體 現(xiàn)這些單元中的幾個(gè)。第一、第二和第三等詞語的使用不表示任何順序排 列?？梢詫⑦@些詞語解釋為名稱。
權(quán)利要求
1、一種基于包括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使所述血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括-放置單元(110)，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；-計(jì)算單元(120)，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述界標(biāo)位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移；-變換單元(130)，其用于采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合模型；以及-配準(zhǔn)單元(140)，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與所述圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于所述修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括調(diào)配單元(115)，其用 于將所述放置的參考對象模型調(diào)配至所述圖像數(shù)據(jù)集，從而在所述圖像數(shù) 據(jù)集內(nèi)定義所述對應(yīng)界標(biāo)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述參考對象模型包括 具有多個(gè)頂點(diǎn)的網(wǎng)格。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述血管模型包括用于 描述血管中心線的多個(gè)控制點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)還包括基 于血管性濾波器、用于計(jì)算在所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)處于所述血管性濾波器的位置上的血管性測度的血管性項(xiàng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述血管模型還包括用 于描述血管壁的多個(gè)血管直徑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述位置先驗(yàn)項(xiàng)取決于 所述經(jīng)變換的參考對象模型。
8、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)的圖像獲取設(shè)備(300)。
9、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)的工作站(400)。
10、 一種基于包括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使所述血管模 型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的方法(200)，所述方法包括--放置步驟(210)，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的 空間內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián) 合模型；-計(jì)算步驟(220)，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述 界標(biāo)位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi) 的對應(yīng)界標(biāo)的位移；-變換步驟(230)，其用于采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn) 行變換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變 換的聯(lián)合模型；以及-配準(zhǔn)步驟(240)，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對 所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模 型與所述圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基 于所述修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
11、 一種將由計(jì)算機(jī)裝置加載的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括基于包括參 考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使所述血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的指令，所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在加載 之后將為所述處理單元提供執(zhí)行下述任務(wù)的能力-將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放 置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；-基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述界標(biāo)位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移；-采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合模型；以及-基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與所述圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于所述修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于包括參考對象模型和血管模型的聯(lián)合模型使血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括放置單元(110)，其用于將所述聯(lián)合模型放置到所述圖像數(shù)據(jù)集的空間內(nèi)，從而創(chuàng)建包括放置的參考對象模型和放置的血管模型的放置的聯(lián)合模型；計(jì)算單元(120)，其用于基于界標(biāo)位移場計(jì)算形變場，其中，所述界標(biāo)位移場包括所述放置的參考對象模型的界標(biāo)相對于所述圖像數(shù)據(jù)集內(nèi)的對應(yīng)界標(biāo)的位移；變換單元(130)，其用于采用所述形變場對所述放置的聯(lián)合模型進(jìn)行變換，從而創(chuàng)建包括經(jīng)變換的參考對象模型和經(jīng)變換的血管模型的經(jīng)變換的聯(lián)合模型；以及配準(zhǔn)單元(140)，其用于基于對所述經(jīng)變換的血管模型的修改和對所述修改后的經(jīng)變換的血管模型的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化使所述經(jīng)變換的血管模型與圖像數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)，其中，所述目標(biāo)函數(shù)包括位置先驗(yàn)項(xiàng)，該項(xiàng)基于修改后的經(jīng)變換的血管模型相對于所述經(jīng)變換的聯(lián)合模型的定位。因而，該系統(tǒng)被設(shè)置為在考慮到血管模型相對于由參考模型描述的參考解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的定位的情況下對血管進(jìn)行建模。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101523437SQ200780036996
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月3日
發(fā)明者B·霍夫曼, C·洛倫茨, J·馮貝格, J·威斯, J·彼得斯, O·艾卡伯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司