用于计算机断层摄影胸部诊断的最佳视图的自动生成的制作方法

专利名称：用于计算机断层摄影胸部诊断的最佳视图的自动生成的制作方法
用于计算机断层摄影胸部诊断的最佳视图的自动生成
本文公开的实施例涉及为医学成像应用提供细长结构的优化视图。
在医疗实践中普遍需要生成解剖结构的优化视图。尤其是，生
成细长结构的优化视图与三维(3D)医学成像手段的发展有着特殊关 系。示例性应用包括冠状动脉单平面显示和支气管树的可视化。
分析3D数据量常常是一项不顺而耗时的任务，需要用户通过一 定的局部视图来分析大量的信息。此外，对于不熟悉处理空间中的 旋转和平移的人来说与数据进行交互过程是困难的。
己经使用过几种方法来简化与3D数据之间的交互，通常这些方 法对应用非常依赖。在这些方法中，生成某些解剖结构，尤其是诸 如血管、支气管、骨骼等的细长结构的优化视图已经在某些临床实 践中取得了成功。
这种成功的原因可能在于，当前采用的技术极大地简化了分析 靶结构的任务，否则的话，这种任务需要通过操纵有关的六个自由 度来浏览一些图像、显示所述靶的局部视图或手动对准结构。这些 任务通常需要功能强大的设备和高度的实践经验。这些方法的缺点 包括分割靶结构来产生视图往往使方法相对缓慢而不鲁棒。
提供一种单次点击、基于非分割的细长结构显示的自动优化将 是有利的。
在一个实施例中，用于生成计算机断层摄影图像中的一部分的 至少一个视图的扫描系统包括具有多个互联装置的控制器，其具 有用于为所述图像内的感兴趣结构选择种子点的装置，用于预处 理所述种子点周围的感兴趣区域的装置，用于为所述感兴趣区域估 计至少一个惯性轴的装置，以及用于从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或多个生成所述至少一个视图的装 置。
一种生成计算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图的方 法，包括为所述图像内的感兴趣结构选择种子点，预处理所述种 子点周围的感兴趣区域，为所述感兴趣区域估计至少一个惯性轴， 以及从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或 多个生成所述至少一个视图。
在另一实施例中， 一种包括计算机可用介质的计算机程序产品， 所述计算机可用介质具有计算机可读程序，其中在计算机上执行所 述计算机可读程序时所述计算机可读程序令所述计算机通过如下步 骤生成计算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图为所述图 像内的感兴趣结构选择种子点，预处理所述种子点周围的感兴趣区 域，为所述感兴趣区域估计至少一个惯性轴，以及从包括所述种子 点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或多个生成所述至少一 个视图。
在下面的说明书中结合附图解释本发明的上述方面和其他特 征，在附图中


图1A和IB示出了适于实践所公开实施例的成像系统的示意
图2示出了用于操作成像系统的示例性控制器；
图3示出了用于自动生成细长结构优化视图的过程的流程以及
图4示出了原始图像和图像选定部分的示例性优化视图。
图1示出了适用于实践此处公开的实施例的系统100的方框图。 虽然所公开的实施例是参考图中所示的实施例描述的，但应当理解 本发明可以实施为很多备选形式的实施例。此外，可以使用任何适 当尺寸、形状或类型的元件或材料。
本发明提供了现有技术中当前可用方法的替代方法，基于不需要分割的局部取向估计。此外，本文所述的技术可以利用用户的单 次点击生成优化视图。
所公开的实施例利用图像处理操作来估计在用户定义的种子点 围绕的细长结构的取向。 一旦确定了取向，就用其自动生成最佳视 图，在最佳视图中将感兴趣结构以其全长显示。
采用该方法，可以在几乎无延迟的单击操作时执行3DCT数据 量中细长结构的分析，而不是像当前技术要求的，必须要费力地调 节多达六个不同参数来找到最佳视图。
所公开实施例的示例性应用包括基于计算机断层摄影(CT)的 肺部诊断和分期。在肺部研究中，临床医师可以缓慢浏览一大组CT 切片，以査找不同的疾病征兆。这些征兆可以包括支气管的几种可 变的树状结构，并不总是容易基于每一切片对这些征兆进行评估。 因而，对于这种具体应用而言支气管的优化视图将是很有用的。为 此，现有方法依靠的是提取支气管树；不过，这种提取需要一个耗 时的预处理阶段，而且当前的分割技术无法提取更精细的支气管。 本文所述的技术能够迅速生成在特定感兴趣区域周围的支气管结构 的适宜视图。
图1A示出了适于实践本文公开的实施例的示例性扫描系统 100。扫描系统100包括成像器105，在该实施例中成像器为计算机 断层摄影(CT)成像扫描机，其具有X射线源HO、检査区域U5、 患者支持器120和X射线探测器125。扫描系统100还包括用于控 制X射线源110、 X射线探测器125和患者支持器120并用于处理 X射线探测器125获取的数据的控制器130。
扫描系统IOO可以具有膛式构型，其中包围检查区域。可以控 制X射线源IIO来产生扇形、锥形、楔形或任何其他期望形状的X 射线束135。可以引导X射线束135通过检査区域115和患者P，射 向X射线探测器125。 X射线源IIO和X射线探测器125可绕由患 者支持器120长度界定的轴Z旋转。X射线源110和X射线探测器 125可以一起旋转，在一个实施例中可以由机架连接。在另一实施例 中，X射线源110或X射线探测器125可以保持固定，而另一个旋转，使得来自X射线源110的X射线冲击到X射线探测器125的连 续变化角部分上。
X射线探测器125可以跨越特定角范围，并可以包括用于同时 获取图像数据的探测器元件阵列。检査区域115通常环绕着患者P， X射线束从患者通过。患者P被放置在患者支持器120上，患者支 持器可以沿Z轴线性移动。
图IB示出了具有成像器153的备选示例性扫描系统150，成像 器153具有开放的C臂构型。与成像器105相似，成像器153包括 X射线源110、检查区域115、患者支持器120和X射线探测器125。 扫描系统150还包括用于控制X射线源110、 X射线探测器125和 患者支持器120并用于处理X射线探测器125获取的数据的控制器 130。扫描系统150利用C臂结构155来连接和支撑X射线源110 和X射线探测器125。轭架160容许控制器130围绕垂直于Z轴的 轴沿着角方向A调节X射线源110和X射线探测器125。在该构型 中，X射线源110和X射线探测器125通常一起旋转。
图2示出了控制器130的方框图。控制器通常包括实现处理器 205、只读存储器210、随机存取存储器215、程序存储器220、用户 接口 225和网络接口 230的电路。
处理器205通常用于从计算机程序产品(例如计算机可用介质， 如只读存储器210、随机存取存储器215和程序存储器220)读取信 息和程序。
只读存储器210和随机存取存储器215都可以利用半导体技术 和任何其他适当的材料和技术。程序存储器220可以包括计算机可 用介质，例如磁盘、计算机硬盘驱动器、紧致盘、数字多用图盘、 光盘、芯片、半导体和任何其他能够以计算机可读代码的形式存储 程序的装置。
只读存储器210、随机存取存储器215和程序存储器220的每个 或任何组合包括计算机程序产品，该产品包括具有计算机可读程序 的计算机可用介质，其中在控制器130执行计算机可读程序时，该 计算机可读程序令控制器130控制X射线源UO、X射线探测器125和患者支持器120，并处理由成像器105、 153获取的数据，以自动 生成视图，用于根据本文所述的技术进行CT胸部诊断。
网络接口 230 —般可以适于通过通信网络235在控制器130和 成像器105的部件之间提供接口。通信网络235可以是任何适宜的 通信路径，包括公用交换电话网(PSTN)、因特网、无线网络、有线 网络、局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟专用网络(VPN)等，且 还可以包括其他类型的网络，包括X.25、 TCP/IP、 ATM等。在一个 实施例中，通信网络120可以是IEEE 1349网，也称为"火线"网。
控制器130可以包括与显示器240之间的用户接口 225以及诸 如键盘的输入装置255和诸如鼠标的定点装置245。可以在处理器 205的控制下通过用户接口控制器250操作用户接口。
回到图1A和1B，在螺旋成像模式下，X射线源110和X射线 探测器125可以随着患者支持器120的线性行进同时旋转，以产生 X射线源IIO相对于患者支持器120的大致螺旋轨迹。
在多切片成像模式下，X射线源110和X射线探测器125可以 在患者支持器120保持静止时旋转，以产生X射线源110相对于患 者支持器120的大致圆形轨迹，同时由控制器130获取患者P的轴 向切片图像。可以在患者支持器120沿Z轴行进过程中以循环方式 重复该过程，以沿着Z轴在分立步骤中获取成像数据。
因而，控制器130可以控制X射线源110、 X射线探测器125 和患者支持器120，以沿X射线源110相对于患者支持器120的螺 旋或圆形轨迹获得患者P的选定投影视图。可以以控制器130确定 的可变帧率收集投影视图。控制器130收集投影视图用于处理，并 用于根据公开的实施例调节数据采集过程。
在采集投影视图期间X射线源110的轨迹优选针对所成像感兴
趣区域的每个体积像素或体素提供基本角覆盖，以降低图像伪影。 将X射线探测器125收集的投影数据传送到只读存储器210、随机 存取存储器215或程序存储器220 (单独地或以任何组合)，用于进
一步处理。
图3示出了根据本发明的用于生成视图的示例性过程。该过程可以实施为并入如上所述的计算机可用介质中的计算机可读程序。 该过程可以实施为多个装置，包括硬件、软件或两者的组合，每种 都用来执行每个方框中所述的功能。在一个实施例中，可以将诸装
置并入控制器130中。
用户通常通过与用户接口 225 (图2)交互来启动数据采集。用 户操作扫描系统100、 150以利用例如上述多切片或螺旋成像模式来 获取一系列图像。
来自成像器105、 153获取的所有切片的数据表示可以由控制器 130处理以生成图像并执行分析的数据量。控制器130用于在显示器 240上显示图像，以供用户观察。用户通常观察图像并选择用于进一 步分析的那些。
再次参照图3，该过程的重要部分是在图像之内选择用于感兴 趣结构的种子点310，预处理种子点周围的感兴趣区域320，为感兴 趣区域估计至少一个惯性轴325，以及从包括种子点且垂直于每个惯 性轴的三个平面中的一个或多个生成至少一个视图345。
再次更详细地参照图3，在方框310中，用户为存在于显示器 240上的图像中的感兴趣结构确定种子点。在图4中示出了所显示的 示例性图像。种子点410可以由用户使用输入装置255或定点装置 245激活和定位的十字线415表示。根据所公开的实施例，然后用户 可以操作定点装置245以"点击"或选择或指示种子点并激活一个 或多个最佳视图的生成。也可以由用户操作输入装置255来选择或 指示种子点。
在其他实施例中，种子点的选择可以是半自动或自动的。例如， 可以由用户让程序选择图像中供进一步研究的一部分，然后用户在 其中选择种子点。或者，可以没有用户的任何指导，程序自己选择 种子点，然后可以处理以生成相关结构的一个或多个优化视图。
在方框315中，该过程自动在用户确定的种子点410周围执行 局部搜索以提炼种子点的位置。用户确定的种子点410可能不是用 于最佳视图生成的最佳选择。因而，局部搜索涉及分析感兴趣结构 内种子点周围的体素以提炼种子点的位置。该分析可以包括与用户所用的标准不同的标准。用于局部搜索的示例性标准可以包括识别 可相对于感兴趣结构居于中心的局部最大值、局部最小值或二者。
在方框320中，可以在以种子点为中心的感兴趣区域上任选地 执行预处理技术以提高对噪声、伪影和邻近结构的鲁棒性。在一个 实施例中，可以首先将感兴趣区域定义为包括围绕种子点并延伸到 感兴趣结构的边界的体素。然后可以在所定义的感兴趣区域上执行 自相关变换。通常，自相关变换可以测量体素相关性随时间的平均 量以产生期望值。期望值取决于数据随时间变化有多快且可用于滤 除噪声和伪影。或者，可以使用其他预处理技术，例如低通滤波、 各向异性平滑等。
如方框325中所示，在一个实施例中，根据每个体素的强度和 到种子点的距离向感兴趣区域中的每个体素分配密度值。基于所分 配的密度值，为感兴趣区域估计主惯性轴和垂直于主轴的两个其他 惯性轴。还可以用其他技术来估计惯性轴，例如线性和非线性滤波、
高斯强度建模等。
参考方框330，在有些情况下，在方框325中获得的轴估计可以
任选地要求进一步提炼。 一种提炼技术可以包括沿主惯性轴生成一 系列2维(2D)正交切片。在方框335中，可以对每张2D切片的交
点进行提炼。交点被定义为特定切片内感兴趣结构的中心点。在提 炼过程中，可以将特定切片与主惯性轴的交点用作初始估计。然后 可以在每一切片中使用简单的梯度下降技术以定位每一切片内感兴 趣结构的中心点。然后可以将此用作该切片的新交点。
在方框340中，可以计算新的主惯性轴。对于包括沿上述主惯 性轴生成一系列2D正交切片的技术而言，可以通过将所有切片的所 有交点的集合拟合成线来计算主惯性轴。如果需要还可以使用其他 技术来生成新的主惯性轴，包括将定义了惯性轴的点拟合成曲面。 一旦确定了新的主惯性轴，就相应地旋转其他两个惯性轴以保持它 们与新的主惯性轴垂直。在方框345中，利用包括种子点且垂直于 每个惯性轴的三个平面中的一个或多个可以生成感兴趣结构的多达 三个新的优化视图。图4中的小图420示出了图3的过程获得的一个示例性视图。 应当注意，可以这样实施图3的过程，使得当用户在图3的方框310 中确定种子点并点击或选择或指示种子点时，就以用户很少或没有 可觉察延迟地显示优化视图。
尽管将以上实施例作为控制器130中的实施进行了讨论，应当 理解该过程和装置还可以实施成独立的工作站，例如远离成像系统 100、 150的台式机或便携式计算机。只要将上述数据量提供给该过 程，该过程就可以在控制器130、独立工作站中工作或可以被分布在 多个适于执行本文所述的技术的计算装置之间。
尽管是在检査支气管结构的背景下进行的讨论，但应当注意所 公开的实施例适用于存在细长结构的任何医学成像应用。另一种示 例性应用可以包括在CT扫描中生成冠状动脉的最佳视图。
应当理解，以上描述仅仅是本发明的例示。本领域的技术人员 在不脱离本发明的情况下可以构思出各种替代和变型。因此，本发 明旨在涵盖落在所附权利要求范围之内的所有这种替代、变型和变 化。
权利要求
1、一种用于生成计算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图(420)的扫描系统(100，150)，包括具有多个互连装置的控制器(130)，其包括用于为所述图像内的感兴趣结构选择种子点的装置(310)；用于预处理所述种子点周围的感兴趣区域的装置(320)；用于为所述感兴趣区域估计至少一个惯性轴的装置(325)；以及用于从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或多个生成所述至少一个视图的装置(345)。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中，用于选择种子点的所述 装置用于执行局部搜索以提炼所述种子点。
3、 根据权利要求2所述的系统，其中，所述局部搜索包括通过 识别居于所述感兴趣结构中央的局部最大值或最小值来分析所述感 兴趣结构内部紧邻所述种子点的体素。
4、 根据权利要求1所述的系统，其中，用于预处理感兴趣区域 的所述装置用于对所述感兴趣区域进行自相关。
5、 根据权利要求1所述的系统，其中，用于预处理感兴趣区域 的所述装置用于将所述感兴趣区域定义为所述种子点周围且延伸到 所述感兴趣结构的边界的体素。
6、 根据权利要求l所述的系统，其中，用于估计至少一个惯性 轴的所述装置用于根据每个体素的强度和到所述种子点的距离向所述感兴趣区域 中的休素分配密度值；以及利用所述密度值定义主惯性轴和垂直于所述主惯性轴的两个其他惯性轴。
7、 根据权利要求6所述的系统，其中，用于估计至少一个惯性轴的所述装置还可用于通过如下步骤定义所述主惯性轴 沿所述主惯性轴生成多个2维正交切片； 在每一切片中定位所述感兴趣结构的中心点；以及 将所述多个切片的所述感兴趣中心点拟合成线。
8、 一种生成计算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图的 方法，包括-为所述图像内的感兴趣结构选择(310)种子点； 预处理(320)所述种子点周围的感兴趣区域； 为所述感兴趣区域估计(325)至少一个惯性轴；以及 从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或 多个生成(345)所述至少一个视图。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中，选择种子点的步骤包括 执行局部搜索以提炼所述种子点。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述局部搜索包括通 过识别居于所述感兴趣结构中央的局部最大值或最小值来分析所述 感兴趣结构内部紧邻所述种子点的体素。
11、 根据权利要求8所述的方法，其中，预处理感兴趣区域的 步骤包括对所述感兴趣区域进行自相关。
12、 根据权利要求8所述的方法，其中，预处理感兴趣区域的 步骤包括将所述感兴趣区域定义为所述种子点周围且延伸到所述感 兴趣结构的边界的体素。
13、 根据权利要求8所述的方法，其中，估计至少一个惯性轴 的步骤包括根据每个体素的强度和到所述种子点的距离向所述感兴趣区域 中的体素分配密度值；以及利用所述密度值定义主惯性轴和垂直于所述主惯性轴的两个其 他惯性轴。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中，通过如下操作进一步 定义所述主惯性轴沿所述主惯性轴生成多个2维正交切片； 在每一切片中定位所述感兴趣结构的中心点；以及 将所述多个切片的所述感兴趣中心点拟合成线。
15、 一种包括计算机可用介质的计算机程序产品，所述计算机 可用介质具有计算机可读程序，其中，在计算机上执行所述计算机 可读程序时所述计算机可读程序令所述计算机通过如下步骤生成计 算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图为所述图像内的感兴趣结构选择(310)种子点； 预处理(320)所述种子点周围的感兴趣区域； 为所述感兴趣区域估计(325)至少一个惯性轴；以及 从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或 多个生成(345)所述至少一个视图。
16、 根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，选择种子 点的步骤包括执行局部搜索以提炼所述种子点。
17、 根据权利要求16所述的计算机程序产品，其中，所述局部 搜索包括通过识别居于所述感兴趣结构中央的局部最大值或最小值 来分析所述感兴趣结构内部紧邻所述种子点的体素。
18、 根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，对感兴趣 区域进行自相关的步骤包括将所述感兴趣区域定义为所述种子点周 围且延伸到所述感兴趣结构的边界的体素。
19、 根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中，估计至少 一个惯性轴的步骤包括-根据每个体素的强度和到所述种子点的距离向所述感兴趣区域 中的体素分配密度值；以及利用所述密度值定义主惯性轴和垂直于所述主惯性轴的两个其 他惯性轴。
20、 根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中，进一步通 过如下操作定义所述主惯性轴沿所述主惯性轴生成多个2维正交切片； 在每一切片中定位所述感兴趣结构的中心点；以及 将所述多个切片的所述感兴趣中心点拟合成线。
全文摘要
生成计算机断层摄影图像中的一部分的至少一个视图(420)包括为所述图像内的感兴趣结构选择(310)种子点(410)，预处理(320)所述种子点周围的感兴趣区域，为所述感兴趣区域估计(325)至少一个惯性轴，以及从包括所述种子点且垂直于每个惯性轴的三个平面中的一个或多个生成(345)所述至少一个视图。
文档编号G06T17/40GK101288106SQ200680033489
公开日2008年10月15日 申请日期2006年9月11日 优先权日2005年9月13日
发明者A·科莱-比永, G·德尔索 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司