专利名称：将生物结构中的时变参数可视化的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将生物结构中的时变参数可视化的系统和方法。
背景技术：
随着医学成像及分析技术的持续改进，为健康护理专业人员呈现不断增加复杂度的可用于可视化的数据。以感兴趣体积内参数的测量开始，可以用不同的定量方式分析参数，从而例如提取针对感兴趣体积的任何期望的块(Piece)的最大强度、平均强度、最小强度、平均斜率值、最大斜率值、最小斜率值。于是，专业人员必须能够以有意义的方式将数据可视化。例如，诸如对于利用初步增强心脏磁共振成像(MRI)来采集的患病心脏的图像，从医学图像导出时间强度曲线和相关联的定量分析数据的可视化。目前，二维QD)可视化技术通常用于将这样的时间强度曲线和相关联的定量分析数据可视化。例如，从US申请2005/0124861获知称为针对生物结构的灌注图的可视化表示。在图7中描绘了这样的灌注图表示10——其包括2D像素阵列15，每个像素具有灰度值或颜色值，以表示平均强度水平。还描绘图例(key) 20，该图例20指示与每个灰度值或颜色值相关联的平均强度。水平方向30上的像素的数量由时间间隔的数量确定，针对该时间间隔而确定平均强度值。垂直方向40上的像素的数量由为了分析而选择的段的数量确定。换言之，垂直方向提供空间信息，而水平方向提供时间信息。可以与解剖灰度值图像上的颜色叠加相结合而使这样的灌注图可视化，使得健康护理专业人员可以将空间信息与患者的解剖结构相关。在本领域中还已知将解剖灰度值图像与颜色编码段叠加，使得针对该段的参数值可以与所选取的颜色相关以描述该段。例如， 如图6所示，颜色叠加表示50包括由至少一个彩色段70叠加在心肌区域中的人类心脏的解剖灰度值图像60。段70的颜色是作为对灌注测量的平均段强度的指示，并且，还描绘了图例80，该图例80指示与每个颜色相关联的平均强度。图6和7图示说明了向用户呈现复杂的多维数据的困难——图7使得难以将表示与患者的实际解剖相关，并且，图6未示出随着时间推移所观察到的强度变化。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于将多个位置处的时变参数可视化的系统。本发明由独立权利要求限定。有利的实施例在从属权利要求中限定。根据本发明的第一方面，一种用于将生物结构中的多个位置处的时变参数可视化的系统，该系统包括-确定单元，其被配置为确定生物结构中的多个位置处的时变参数的值，该结构沿相互垂直的x、Y以及Z方向延伸；确定沿Z方向延伸的第一和第二边界的位置，以及设置在第一和第二边界之间的沿Z延伸的第一体积的位置；确定通过将第一体积沿X方向延伸至第一和第二 XY边界这两者而生成的第二体积的位置；根据第一体积中的多个位置处的时变参数确定多个时间间隔处的第一可视化参数；根据第二体积中的多个位置处的时变参数确定第二可视化参数，以及-可视化显示器，其配置为显示示出多个时间间隔的第一可视化参数的第一表示； 以及显示示出第一和第二可视化参数的第二表示。通过为用户提供两个表示的这一组合，更高分辨率的数据可以被处理并针对第一和第二边界之间的中间体积而被有意义地可视化。这基于这样的认识，即期望查看结构的边界之间以及通过结构的不同位置处的数据。然而，没有可视化的简单手段，处理更高分辨率的数据是不可行的。这在第一和第二边界处的结构之间可能存在着性能差异时尤其有用。例如，心肌内的灌注测量对于心内膜层和心外膜层而言是不同的。因此，相对于这些层的测量的相对位置产生在灌注评价中有价值的数据。这增加了健康护理专业人员能够从成像数据提取的信息，而无需使所要求的表示复杂化，以将该信息可视化。根据本发明的另一方面，可视化显示器还被配置为显示第三表示，该第三表示包括解剖灰度值图像，该解剖灰度值图像包括通过生物结构的XY截面，叠加有与通过所述结构的XY截面相对应的第一和第二边界的XY截面以及与通过所述结构的XY截面对应的通过第一体积的XY截面。通过将表示在表示的确定过程中使用的一些参数的等值线(contour)叠加在解剖图像上，从而进一步阐明所述表示和患者的解剖结构之间的关系。根据本发明的另一方面，所述系统还被配置为显示第一表示，该第一表示包括多个第一体积之一的空间指示以及多个时间间隔之一的时间指示。此外或备选地，所述系统被配置为显示包括多个第一体积之一的空间指示的第二表不。通过向用户提供有意义的指示，阐明了不同的表示之间的关系。这改进了对所显示信息的直观感受，并且，使得对于健康护理专业人员而言更容易将所显示的信息与医疗条件相关。根据本发明的一方面，所述系统还包括针对用户的交互装置，以根据包括以下内容的组而在确定单元或可视化显示器中确定参数第一边界的位置、第二边界的位置、第一体积的位置、XY中的第一体积的范围(extent)、Z中的生物结构的范围、多个时间间隔、第一可视化参数、第二可视化参数、通过生物结构的XY截面以及以上的任意组合。通过提供高分辨率和有意义的数据，所述系统能够通过允许用户直接改变在对数据的确定和可视化中使用的参数而使其更为有利和直观。根据本发明的又一方面，可视化显示器还被配置为使用体积绘制来显示第二表
7J\ ο通过将健康护理专业人员引入针对生物结构的更高分辨率的数据分析的可能性， 全新方式的数据表示成为可能。可以采用先前从未针对结构中这样的中间体积而考虑的体积绘制技术，以提供甚至更多有利的表示。根据本发明的一方面，提供了一种用于将生物结构中的多个位置处的时变参数可视化的方法，包括确定生物结构中的多个位置处的时变参数的值，该结构沿相互垂直的 Χ、γ以及Z方向延伸；确定沿Z方向延伸的第一和第二边界的位置，以及设置在第一和第二边界之间的沿Z延伸的第一体积的位置；确定通过将第一体积沿X方向延伸至第一和第二XY边界这两者而生成的第二体积的位置；确定通过将第一体积沿X方向延伸至第一和第二 XY边界这两者而生成的第二体积的位置；根据第一体积中的多个位置处的时变参数而确定针对多个时间间隔的第一可视化参数；根据第二体积中的多个位置处的时变参数而确定第二可视化参数，以及显示示出多个时间间隔的第一可视化参数的第一表示；和显示示出第一和第二可视化参数的第二表示。根据本发明的另一方面，该方法还包括显示第三表示，该第三表示包括解剖灰度值图像，该解剖灰度值图像包括通过生物结构的XY截面，叠加有与通过所述结构的XY截面相对应的第一和第二边界的XY截面以及与通过所述结构的XY截面相对应的通过第一体积的XY截面。根据本发明的一方面，提供了一种计算机程序产品，当该计算机程序产品用于被加载到计算机并在其上运行时，执行本发明的方法。本领域技术人员将意识到，可以将上述实施例、实施方案和/或本发明的各方面中的两个或更多个以任何被认为有用的方式进行组合。与该方法的所描述的修改和变更相对应的图像采集设备、工作站、系统和/或计算机程序产品的修改和变更能够由本领域中技术人员在本说明书的基础上完成。本领域技术人员将意识到，所述系统可以将任何形式的时变多维图像数据可视化为例如通过各种成像模态采集的2维O-D)、3维(3-D)或4维G-D)图像，所述各种采集模态诸如是，但不限于，标准X射线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、 正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)以及核医学(NM)。实施例还可以有利地与由与本申请相同的申请人在同一天提交的申请人参考号码PH-0U697的共同未决的申请中所公开的“System For Analyzing Images and Corresponding Method”相结合。共同未决的申请公开了建立代表第一和第二边界之间的数据值的变化量的梯度。该梯度可以有利地在当前的申请的实施例中使用，以确定可视化参数之一。另外，有利的是，还配置本申请的系统，以同样显示在所述共同未决的申请中公开的梯度图，或者，显示梯度图以代替第一表示。具体而言，可以通过将共同未决的申请的公开与本申请的公开相结合而增强心肌中的灌注的可视化。
参考下文所描述的实施例，本发明的这些及其他方面显而易见并得以阐明。在附图中图1示出了生物结构的示例，可以针对该生物结构而确定表示；图2描绘了沿着Z轴查看的从而XY平面最接近查看者的图1的生物结构；图3示出了可视化表示的示例；图4描绘了生物结构的第二示例，可以针对该生物结构而确定表示；图5描绘了沿着Z轴查看的从而XY平面最接近查看者的图4的生物结构示例；图6示出了颜色叠加表示的示例；图7描绘了灌注图表示的示例；图8描绘了图1的生物结构和可以限定的不同的体积；图9描绘了数据表示的示例；
图10描绘了近似空心圆柱体积的生物结构；图11描绘了数据表示的另外的示例；图12描绘了数据表示的另一示例；图13描绘了可以向用户呈现的显示；图14示出了图13B的表示组合的可能的实施方案；图15描绘了将生物结构中的时变参数可视化的方法的示例；图16示出了用于将时变参数可视化的系统；以及图17描绘体积数据表示。附图仅仅是图示说明性的，并且未按比例绘制。特别是为了清楚起见，某些维度被强烈地夸大。附图中相似的构件尽量由相同的附图标记表示。
具体实施例方式图1描绘了生物结构100，可以针对该生物结构而确定表示。结构100沿相互垂直的Χ、γ以及ζ方向200延伸。这些方向200可以任意选择——可以使用任何其他坐标系或规范。结构100由第一边界110和第二边界120限定，每个边界在H平面上延伸。该结构也被XY平面180界定。本领域技术人员将意识到，在此描述的结构100及其边界不一定与生物组织的解剖范围一致。例如，结构100的边界可以与血管壁或诸如心肌的心内膜层和心外膜层的组织壁一致，但也可以出于成像的目的而选择结构100的边界以限定这样的壁的内侧或外侧的感兴趣体积。类似地，也可以任意选择Z方向上的任何边界。然而，通常，将成像数据作为数字地汇编的沿着XY平面的切片而采集。在这样的情况下，Z方向上的范围可以等于这样的XY切片的所选择的数量。 注意到，出于本发明的目的，假定在相同的时间间隔完成XY切片。图2描绘了沿着Z轴查看的从而XY平面180最接近查看者的同一结构100。在该示例中，还描绘了限定该XY平面180的边缘的第一边界110和第二边界120。XY平面180 的一块或多块识别为段131、132、133、134，段131、132、133、134可以是任何方便的大小，并且，甚至可能相对于彼此而大小不同。每段131、132、133、134与由XY平面180的相关块以及第一边界110和第二边界 120界定的段体积相关联。对于每段131、132、133、134，确定段体积中的位置，并且分析与段体积中的每个位置相关联的参数，以生成可视化参数。通常，对这样的结构进行一系列医学扫描，因为健康护理专业人员希望将参数如何随时间变化可视化。这意味着，可以确定针对每段体积的可视化参数，并且，可以针对每段体积而确定一系列可视化参数。在初步心肌灌注检查期间，动态地监测心肌中的造影剂的摄取。例如，在20-40秒的时期期间，每隔1-2次心跳使用ECG触发来采集3-5个短轴切片。心肌中的个别的位置处的时间-强度曲线包含关于局部心肌血液灌注的重要信息。注意到，出于本发明的目的， 假定在相同的时间间隔完成切片。在图3中描绘了可视化表示400的示例。表示400包括像素的2D阵列，每个像素具有灰度值，以表示可视化参数值，例如，该值越高，像素越白。可以使用颜色值方案。2D阵列具有布置为垂直地高于彼此的若干行431、432、433、434和水平地布置的若干列451、 452、453、454、455、456、457、458，行表示空间位置，而列表示时间位置，换言之，时间矩。箭头450从左至右指示时间间隔的进程。每行431、432、433、434分别表示在诸多时间间隔 451、452、453、454、455、456、457、458 期间的与段 131、132、133、134 相关联的每个段体积的可视化参数的变化。所表示的时间间隔451、452、453、454、455、456、457、458可以包括所有所采集的数据的时间序列或任意的选择。例如，如果与每个位置相关联的参数是在医学扫描期间测量的强度，那么，可视化参数可以是平均段强度。如果强度是例如灌注的测量，那么，可以将可视化参数作为灌注图而通过视觉方式向用户表示，这是图3中所描绘的表示400的特定的示例。如上面所解释的，在图7中图解说明了灌注图表示的示例。可以由合适的系统执行产生这样的表示400以将生物结构100中的多个位置处的时变参数可视化。在图16中，描绘了这样的系统1的示例。该系统包括确定单元2和可视化显示器3。确定单元2被配置为确定生物结构100中的多个位置处的时变参数值，并且确定沿Z方向延伸的第一边界110和第二边界120的位置和与设置在第一边界110和第二边界120之间的沿Z延伸的段131、132、133、134相关联的段体积的位置，并且根据段体积中的多个位置处的时变参数而确定多个时间间隔451、452、453、妨4、455、456、457、458的可视化参数。可视化显示器3被配置为显示示出多个时间间隔451、452、453、454、455、456、 457、458处的可视化参数的表示400。通常，向用户提供装置7，以与系统交互，从而用户可以影响所显示的内容。例如在图像采集、图像查看、图像分析以及图像修改期间，用户可以使用工作站4来执行这些交互。工作站4包括可视化显示器3，该可视化显示器3用于显示一个或多个表示400，并且通常用于显示解剖灰度值图像。用户交互可以以诸如图标、缩略图、菜单、下拉菜单中的一个或多个形式提供。工作站4还包括用于使用户与工作站4交互的装置7，该装置7可以包括键盘、鼠标、轨迹球、指针、绘图板。图1和2中的生物样本100近似矩形体积。然而，相同的表示可以用于近似带有具有近似相同取向的近似平行的叠合(congruent)底部的3D几何图形的任何结构。图4描绘了近似空心圆柱体体积的生物结构300。结构300沿相互垂直的X、Y以及Z方向200延伸。再者，任意选择这些方向200——可以使用任何其他坐标系或规范。具体而言，径向坐标系对这样的结构而言也可以是有利的。结构300由第一边界310和第二边界320限定， 每个边界在Z平面上延伸。所述结构还由XY平面380界定。 图5描绘了沿着Z轴查看的从而XY平面380最接近查看者的相同的结构300。在该示例中，还描绘第一边界310和第二边界320，从而限定该XY平面380的边缘。XY平面 380的一块或多块被识别为段331、332、333、334。所选择的段的数量及其大小根据生物结构300和期望的分析类型而任意地选择。每段331、332、333、334与由XY平面380的相关块以及第一边界310和第二边界 320界定的段体积相关联。对于每段331、332、333、334，确定段体积中的位置，并且分析与段体积中的每个位置相关联的参数，以生成可视化参数。如果对这样的结构进行一系列医学扫描，那么，可以确定每个段体积的可视化参数，并且可以针对每个段体积而确定时间或时变的一系列可视化参数。这还可以通过视觉方式向健康护理专业人员显示为在图3中描绘的表示400。在这种情况下，每行431、432、 433、434分别表示在诸多时间间隔451、452、453、454、455、456、457、458期间的与段331、 332、333、334相关联的段体积的可视化参数的变化。对与本领域技术人员显而易见的是，圆柱结构300的小截面可以近似如在图1中所描绘的矩形体积100，使得这项技术能够用于生物结构的许多类型和形状。例如，该结构可以是人类心肌的一个或多个部分，针对人类心肌的一个或多个部分而测量灌注的程度。最频繁发生的心脏疾病是由于冠状动脉的(部分)闭塞而引起的局部缺血。初步增强心脏MRI可以用于通过研究初步造影推注之后的心肌组织中的造影剂的摄取来评估冠状动脉阻塞引起的灌注不足的严重程度。由于灌注不足经常是由应力引起的，因而经常对静息或压力下的患者执行该程序(使用药理剂以增加心率)。可以使用图3 的表示来将心肌方便地分成段，诸如在图2和5中描绘的那些段，以执行灌注确定，并且将结果可视化。可以有利地为保健专业人员提供生物结构100、300内的层的表示，以代替段体积。使用图1中的段131、132、133、134和图5中的331、332、333、334，用户限于对特定的段的选择。这限制能够可视化的分辨率。然而，如果修改该确定，以便提供第一边界110、310 和第二边界120、320之间的层的可视化，那么，用户被给予额外的自由以检查生物结构。图8A描绘了图1的生物结构100，可以针对该生物结构100而确定表示。在一些应用中，通过确定位于第一边界110和第二边界120之间的中间层150的生物结构100内的时变参数而提供额外的自由度可以是有利的。例如，如果生物结构是心肌，那么第一边界110可以表示心外膜(外)层，并且第二边界120可以表示心内膜(内)层。当确定灌注时，将心内膜层和心外膜层之间的不同的位置处的层可视化可以是有利的，因为从生理学得知，心内膜显示更高的静息灌注，但比心外膜更容易受到心肌局部缺血的影响。这样，心肌壁的不同层中的灌注的可视化实现了对缺血性心脏疾病的准确的诊断和分期。确定这样的层150的参数值要求在生物结构100的内边界120和外边界110之间找到的不同的组织之间的分化的高分辨率。相应地，增加确定的空间分辨率增加了必须进行可视化的数据点的数量。这使得与用户的交互大大地复杂化，因为存在着更多可获得的选择，并且，同时必须向用户显示更多信息。图8B描绘了相同的结构100，其中，已选择层150上的点160，用户希望可视化地观看该点160。点160可以被认为是XY平面180中的块，其在X方向上小于第一边界110 和第二边界120之间的距离。可以使用点160的任何方便的大小和形状，从而平衡更高的分辨率和更快速的处理之间的需要。通常，点160将具有1体素的最小的大小。点160与在内边界110和外边界120之间的位置处沿Z方向延伸的第一体积170相关联，换言之，与沿Y方向和Z方向这两者延伸的中间层150的截面相关联。对于第一体积，确定体积中的位置，并且分析与体积中的每个位置相关联的参数，以生成多个时间间隔的第一可视化参数。图8C描绘了相同的结构100，其中，通过延伸第一体积，直到该第一体积与第一边界110和第二边界120这两者相交为止，从而生成第二体积190。确定第二体积中的位置， 并且分析与第二体积中的每个位置相关联的参数，以生成多个时间间隔之一的第二可视化参数。
图9A在表示900中描绘了以若干时间段950，即以间隔951、952、953、954、955、 956、957、958的第一可视化参数的一行170。该图向用户显示关于设置在第一边界110和第二边界120之间的第一体积中的可视化参数的时间的变化。图9B是在所选择的时间间隔处确定的第一可视化参数630和根据对第二体积的数据分析导出的第二可视化参数610之间的作为多个时段之一的所选择的时间间隔的关系的表示600。任选地，可以提供网格601，以指示比例。例如，第二可视化参数610可以表示在第二体积190中确定的第一可视化参数的最大值。这在能够按相同的比例、优选具有相同的测量单位而参考每个可视化的参数的情况下特别有利。第二可视化参数610还可以表示第一边界110和第二边界120之间的第二体积 190中的特定位置处的第一可视化参数值。例如，如果测量心肌中的灌注，那么，可以选择心外膜层的强度或心内膜层的强度以作为合适的第二可视化参数。根据第二体积190的位置而确定多个可视化参数，例如在第一边界110和第二边界120这两者处的第一可视化参数值，以将第二 610和第三620可视化参数分别可视化，这也可以是有利的。例如，如果测量心肌中的灌注，那么，心外膜层的强度可以用于第二可视化参数610，并且心内膜层的强度可以用于第三可视化参数620。可以用于确定可视化参数的其他可能的定量分析技术包括上坡(upslope)、反卷积以及I^atlak。另外，技术人员将认识到，这样的技术可以与诸如求平均值和加权的算术运算和统计运算结合，以提供合适且有意义的表示。如上所述，可以用任何结构执行类似的确定，所述结构近似带有具有近似相同取向的近似平行的叠合底部的3D几何图形。图10描绘近似空心圆柱体积的生物结构500。 结构200沿着Z轴查看，从而XY平面580最接近查看者。在该示例中，还描绘了限定该XY 平面580的边缘的第一边界510和第二边界520。在层550上，已选择点560，用户希望可视化地观看该点560。点560可以被认为是XY平面580中的一块，该块小于第一边界510和第二边界520之间的距离。可以使用点 560的任何方便的大小和形状，从而平衡更高的分辨率和更快速的处理之间的需要。通常， 点560将具有1体素的最小的大小。点560与在内边界510和外边界520之间的位置处的沿Z方向延伸的第一体积相关联。对于第一体积，确定体积中的位置，并且分析与体积中的每个位置相关联的参数，以生成多个时间间隔的第一可视化参数。通过延伸第一体积，直到该第一体积与第一边界510和第二边界520这两者相交为止，从而生成第二体积。对于第二体积，确定第二体积中的位置，并且分析与第二体积中的每个位置相关联的参数，以生成多个时间间隔之一的第二可视化参数。图IlA描绘了与在图9A中描绘的表示相似具有以下差异的表示900，即在此显示的表示900包括若干个时间间隔950的第一可视化参数的多个行971。每行971显示沿着中间层550的特定斑点位置560的第一可视化参数。这向用户显示设置在第一边界510和第二边界520之间的第一体积中的时变参数的变化。图IlB描绘作为表示900的备选的表示901。在此，表示901包括若干个时间段 950的第一可视化参数的多个圆形段971。每段971显示沿着中间层550的特定斑点位置 560的第一可视化参数。这向用户显示设置在第一边界510和第二边界520之间的第一体积中的时变参数的变化。如果生物结构300在横截面上也近似圆形，那么，这样的圆形表示可以是有利的。图12描绘了表示600，该表示600与图9B中的表示相似，除了针对围绕中间层550 的多个斑点位置560而确定第一 630、第二 610以及第三630可视化参数和将网格制成圆形以创建极坐标图表示600之外。网格601可以任选地指示，并且在有用的情况下，可以指示极坐标图的比例。极坐标图600还包括指示660、690，从而可以对用户指示所选择的感兴趣斑点560的径向位置，诸如由杆690链接至极坐标图600的中心的小矩形660。这在能够按相同的比例、优选具有相同的测量单位而参考每个可视化的参数的情况下特别有利。例如，如果测量心肌中的灌注，那么，心外膜层的强度可以用于第二可视化参数 610，并且心内膜层的强度可以用于第三可视化参数620。图13A描绘了可以向用户呈现的显示。该显示包括在图12中描绘的极坐标图600 和图IlA的2D像素阵列900。2D像素表示900提供有时间指示962，该时间指示962指示所选择的时间间隔，针对所选择的时间间隔确定第二可视化参数。2D像素表示900还提供有空间指示961，该空间指示961指示所选择的斑点位置。极坐标图600包括指示660、690， 该指示660、690指示所选择的斑点位置560。通常，为用户提供装置以与系统交互，从而用户可以影响所显示的内容。工作站4 还包括供用户与工作站4交互的输入装置7，诸如键盘、鼠标、轨迹球、指针、绘图板。允许用户使用输入装置7来改变与这些指示相关联的一个或多个设置可以是有利的。如果用户移动时间指示962以选择不同的时间间隔，那么，2D像素阵列900仍然相同。然而，在所选择的时间间隔针对围绕中间层阳0的多个斑点位置560而再次确定第一 630、第二 610以及第三630可视化参数。因此，用户将看到，随着移动时间指示962，第一 630、第二 610以及第三630可视化参数的极坐标图的形状改变。如果用户移动空间指示961，以选择不同的所选择的斑点位置，那么，2D像素阵列 900仍然相同。同样地，第一 630、第二 610以及第三630可视化参数的极坐标图仍然相同。 然而，在极坐标图表示600中，再次确定所选择的斑点指示660、690。因此，用户将看到，随着移动空间指示961，所选择的斑点指示660、690围绕极坐标图600移动。相反，如果用户移动所选择的斑点指示660、690以选择不同的所选择的斑点位置，那么，用户将看到，空间指标961移动至不同的所选择的斑点位置。通过将2D像素阵列900与极坐标图600结合并链接，从而为用户提供直观装置， 以使可视化参数可视化，并且解释2D像素阵列900中的时间序列和极坐标图600中相关联的定量分析数据之间的关系。另外，因为时间序列的数量由于围绕中间层阳0的斑点位置 560的更高的数量而增加，所以用户仅面临2D像素900的密度的增加——由于链接的空间位置指示961和所选择的斑点指示660、690而导致与极坐标图600中的定量分析数据的关系仍然清晰。技术人员将意识到，通过与任何指示的用户交互而认识到的变化取决于表示的生成中的指示所表示的维度的角色。例如，如果测量心肌中的灌注，那么，多个时间间隔期间的对诸如平均数或平均值的强度的某种测量可以针对心外膜层而确定，并且可以用于第二可视化参数610。类似地，多个时间间隔期间的心内膜层的强度的某种测量可以用于第三可视化参数620。第一可视化参数值630还可以表示多个时间间隔期间的与所选择的斑点位置560相关联的第一体积170中的强度的相同的测量。在这种情况下，如果用户移动时间指示962以选择不同的时间间隔，那么，2D像素阵列900仍然相同，并且第一 630、第二 610 以及第三630可视化参数仍然相同。因此，用户将看到，像素阵列像素900或极坐标图表示 600中都无变化。在典型的应用中，用户工作站4提供有进一步分析的可能性，诸如上坡、反卷积、 I^atlak以及算术运算和统计运算，诸如平均值、中值、最大值、最小值等。可以由用户选择这些，以进一步分析与当前选择的斑点位置相关联的第一和第二体积的参数值。如图16中所示，该分析的结果可以在分析窗口 5中显示，如简单的图或任何合适的图形表示。如图1 中描绘的，添加另外的表示500以补充2D像素阵列500和极坐标图600 可以是有利的。表示500包括描绘XY平面200中的图像切片的解剖灰度值图像570，叠加有结构500的边界的指示，如沿着Z轴查看到的结构500，从而XY平面580最接近用户。具体而言，第一边界510、第二边界520以及中间层530叠加在生物结构500的相关位置上。 这为用户提供了结构500和解剖结构之间的关系的指示，针对结构500而确定参数。指示中间层上的所选择的斑点560的位置也可以是有利的。在图13B中稍微修改关于图13A描述的用户交互的示例。如果用户移动时间指示962来选择不同的时间间隔，那么，2D像素阵列900和结构叠加500仍然相同。极坐标图600如关于图13A中所描述地变化。解剖灰度值图像570变化，以显示在所选择的时间间隔采集的数据。如果用户移动空间指示961来选择不同的所选择的斑点位置，那么，2D像素阵列 900、结构叠加500以及极坐标图600仍然相同。然而，在极坐标图表示600中，再次确定所选择的斑点指示660、690。因此，用户将看到，随着移动空间指示961，所选择的斑点指示 660,690围绕极坐标图600移动。类似地，在结构叠加中，随着移动空间指示961，所选择的斑点560将围绕中间层530移动。相反，如果用户移动所选择的斑点560或所选择的斑点指示600、690，以选择不同的所选择的斑点位置，那么，用户将看到，空间指示961移动至不同的所选择的斑点位置。通过在用户在2D像素阵列900中移动鼠标光标时，高亮极坐标图600中的相应的角位置，从而可以改进用户与工作站5的交互。备选地，如果用户在极坐标图中移动鼠标光标，那么，可以高亮2D像素的相应的行。如果用户将中间层530移动至第一边界510和第二边界520之间的不同位置，那么，第一体积内的位置将变化，并且，将重新确定第一可视化参数。这意味着用户将看到与如在结构叠加500中表示的中间层530的位置的偏移相对应的由2D像素阵列900表示的值的变化。正如技术人员将认识到的，也可以将中间层530选择为与内边界510和外边界 520相一致。对用户而言，可以特别直观的是，使用作为用户接口装置7的一部分的通常在鼠标中找到的滚轮来移动第一边界510和第二边界520之间的中间层530的装置。由于成像数据可以包括多个XY平面切片，因而对于用户而言，也可以特别直观的是，提供有通过使用滚轮而实际上通过图像堆栈而沿Z方向移动的装置。在光标位于特定区域或表示之一的特定区域时，可以启动这些滚轮功能，以增加界面的直观感觉。预想，表示500还可以包括解剖标记，诸如血管的位置或血管中的拱。这在帮助用户将表示和数据与实际解剖位置相关联的过程中可以特别有利。例如，在针对心肌而分析灌注数据的过程中，作为含氧血源，冠状动脉的位置和取向很重要，所以，接近动脉的是准确地解释结果的因素(factor)。同样，对右心室拐点的标记可以被认为是有利的。也可以在适当的地方在2D像素阵列400、900和/或极坐标图600中指示这样的空间标记。图14描绘图13B的表示组合的可能的实施方案。图14示出了如在图13B中描绘的另外的表示500。表示500包括描绘XY平面中的图像切片的解剖灰度值图像570，叠加有结构500的边界的指示，如沿着Z轴查看到的结构500，从而XY平面最接近用户。具体而言，第一边界、第二边界以及中间层叠加在生物结构的相关联的位置上，在该情况下，所述生物结构为心肌。由相关联的2D像素阵列900和极坐标图600补充表示500。将空间指示 961和时间指示962选择为叠加2D像素阵列900的线。任选地，可以提供分析窗口 5，以提供关于在成像数据的可视化期间执行的分析的细节，或者，提供对另外的分析的可能性的使用机会及其结果。可以用任何的表示提供另外的指示，以指示当前在成像数据的可视化期间执行的分析中选择或使用或者在另外的分析期间选择或使用的参考点。通过将2D像素阵列900与极坐标图600和结构叠加表示500结合并连接，从而为用户提供直观装置，以使可视化参数可视化，这能够更容易地与解剖数据相关。另外，因为由于可能的中间层550位置的更高的数量而导致增加时间序列的数量，因而将该增加与用户屏蔽开。为用户呈现更多得多的分析的可能性，而不增加表示的复杂度。沿着中间层550以及在第一边界510和第二边界520之间这两者将这样的高分辨率可视化的可能性意味着可以分析组织的非常薄的截面。因此，生物结构500可以是器官、器官的一部分、器官叶、骨骼、骨骼的一部分、肌肉、肌肉的一部分、淋巴结、淋巴结的一部分、脉管以及脉管的一部分。另外，生物结构还可以是肿瘤、原发性肿瘤、转移性肿瘤、囊肿、假性囊肿、新生物、淋巴结、淋巴瘤、纤维瘤或痣。将更高程度的数据密度可视化的能力意味着新类型的表示成为可能且特别有利。 图17描绘了可以被描述为体积表示的备选表示701、702、703、704。例如，常规的体积绘制技术可以用于将遍及诸如在图1和8中描绘的生物结构100 或图4中的结构300的位置处所选择的时间间隔的时变参数可视化。在体积表示中，同时将生物结构100、300的整个体积或整个体积的所选择的部分可视化。通过将这些常规的绘制技术应用于新类型的体积，从而提供了强大的可视化工具。提供了针对所选择时间间隔的一些可能类型的体积绘制，作为图17中的示例，一种可能的类型与心外膜层和心内膜层之间的心肌中的灌注的测量有关-表示701是通过将每个样本值映射至不透明度和颜色而导出的直接体积绘制。 这利用能够是简单斜坡(ramp)、分段线性函数或任意表的“传递函数”来完成。一旦转换成 RGBA(红色、绿色、蓝色、alpha)值，就将组成的RGBA结果投影在表示的相应像素上。-表示702是等值面绘制，其中，基于具有相同的灌注测量上的所有位置导出表-表示703是显示不同取向并基于针对颜色和透明度的不同查找表的第二直接体积绘制。-表示704是显示再一不同取向并基于针对颜色和透明度的又一不同的查找表的第三直接体积绘制。在各种位置和/或取向限定各种剖面，从而仅显示与图8的中间层150相对应的体积表示701、702、703、704的一部分，这可以是有利的。图15描绘了将生物结构中的时变参数可视化的方法800的示例。具体而言，它是将人类心肌中的灌注可视化的方法。对该方法的解释将聚焦于左心室的灌注。然而，该方法还可以用于将心脏的其他部分(右心室和心房)的不同层或甚至使用初步增强MRI成像的其他器官(肾、前列腺)中的时变参数可视化。此外，该方法还可应用于从其他成像模态 (PET、SPECT、CT等)获得的时变参数。方法800包括下列步骤-采集810待可视化的成像数据。如果系统能够使用合适的模态来进行图像采集， 那么，可以由图16中所描绘的系统来执行该步骤，或者，可以由独立图像采集设备在某个较早的时间点采集。还预想该系统可以被包括在图像采集设备中。-针对不希望的运动而校正820成像数据。对于某些成像应用而言，重要的是，去除某些时间相关的空间变化，因为这些可能影响最终可视化结果，从而造成伪影。例如，在制作心脏的图像时，一个常见的问题是图像中存在的患者的呼吸运动。可以针对图像中存在的患者的呼吸运动而对初步增强图像进行校正。技术人员已知适当的配准技术。注意到， 该校正820被认为是任选的——通过请求患者在图像采集810期间屏住其呼吸，从而可以防止这样的运动。-描绘830感兴趣的生物结构的期望的轮廓。换言之，确定与生物结构的范围相对应的位置。在该示例中，手动地、半自动地或全自动地描绘830左心室轮廓。-描绘840生物结构内的中间层。换言之，确定与中间层相对应的位置。可以通过诸如在本领域中已知的插补或分割的任何常规的手段而执行描绘830、840。-从沿着心肌和横跨心肌的位置处的图像数据对例如以时间-强度曲线形式的时变参数进行采样850。任选地，可以过滤这些时变参数。-使用期望的和/或和适当的分析技术来分析860所述时变参数。例如，上坡、反卷积以及I^at Iak。-将时变数据可视化870，作为与显示作为分析860的结果的相关联的定量分析数据的极坐标图600结合的灌注图表示900、901。由于对时变数据的分析可以取决于生物结构中的位置，因而极坐标图600中不同的绘图610、620、630与不同的心肌层有关。应当注意到，上述的实施例图解说明本发明，而非限制本发明，并且，在不背离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够设计许多备选实施例。例如，可以采用任何方便的视觉手段以作为指示560、961、962、660、960，诸如箭头、线、块、点、颜色编码等。指示560、660、960、961、961可以布置为与相关联的表示相邻，
或者，可以利用诸如高亮、阴影、线、虚线的视觉教具将指示叠加在相关联的表示上。还预想，例如使用相同的颜色对不同的表示中的相关联的指示和标记给予相同的或相似的分类的指示，以图解说明关联。备选地，显示可以包含一个或更多个表示中的多个，以增加进行可视化的数据的量。提供有所公开的方法的细节的技术人员能够实现计算机程序，以在这些方法载入并在计算机上运行时，执行这些方法。
在权利要求书中，放在括号之间的任何参考符号不应当被解释为限制权利要求。 动词“包括”及其变化形式的使用不排除除了在权利要求中陈述的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。可以借助于包括若干个不同的元件并借助于合适地变成的计算机来实现本发明。在列举确定单元和可视化显示的系统权利要求中，可以由同一项硬件体现这些装置的若干个。在互相不同的从属权利要求中叙述某些措施的唯一的事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
权利要求
1.一种用于将生物结构中的多个位置处的时变参数可视化的系统，所述系统包括-确定单元，其被配置为-确定所述生物结构中的多个位置处的所述时变参数的值，所述结构沿相互垂直的X、 Y以及ζ方向延伸；-确定沿Z方向延伸的第一边界和第二边界的位置，以及设置在所述第一边界和第二边界之间的沿Z延伸的第一体积的位置；-确定通过将所述第一体积沿X方向延伸至第一和第二 XY边界这两者而生成的第二体积的位置；-根据所述第一体积中的多个位置处的所述时变参数而确定针对多个时间间隔的第一可视化参数；-根据所述第二体积中的多个位置处的所述时变参数而确定第二可视化参数，以及-可视化显示器，其被配置为-显示示出在所述多个时间间隔处的所述第一可视化参数的第一表示，并且-显示示出所述第一可视化参数和第二可视化参数的第二表示。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述可视化显示器还被配置为显示第三表示，所述第三表示包括解剖灰度值图像，所述解剖灰度值图像包括通过所述生物结构的XY截面，叠加有-与通过所述结构的所述XY截面相对应的所述第一边界和所述第二边界的所述XY截面，以及-与通过所述结构的所述XY截面相对应的通过所述第一体积的所述XY截面。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述确定单元还被配置为根据所述多个时间间隔之一处的所述第二体积中的多个位置的所述时变参数而确定所述第二可视化参数。
4.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述确定单元还被配置为根据所述多个时间间隔处的所述第二体积中的多个位置的所述时变参数而确定所述第二可视化参数。
5.如权利要求4所述的系统，其中，在设置于所述第一边界上并沿Z方向延伸的多个位置处确定所述第二可视化参数。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述生物结构是心肌，所述第一边界与所述心肌的心外膜层或心内膜层相对应，并且所述时变参数是灌注的量度。
7.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述确定单元还被配置为确定针对多个第一体积中的每个的第一可视化参数，并且所述显示单元还被配置为显示示出所述多个时间间隔处的针对所述多个第一体积中的每个的所述第一可视化参数的所述第一表示。
8.如权利要求1或2所述的系统，其中，所述确定单元还被配置为-确定针对多个第一体积中的每个的第一可视化参数，以及-确定针对与所述多个第一体积相关联的所述多个第二体积中的每个的第二可视化参数；-并且，所述显示单元还被配置为显示示出针对所述多个第一体积中的每个的所述第一可视化参数和所述第二可视化参数的所述第二表示。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括针对用户的交互装置，以根据包含如下内容的组而在所述确定单元或可视化显示器中确定参数-所述第一边界的位置、所述第二边界的位置、所述第一体积的位置、XY中的所述第一体积的范围、Z中的所述生物结构的范围、所述多个时间间隔、所述第一可视化参数、所述第二可视化参数以及以上的任意组合。
10.如权利要求2所述的系统，其中，所述系统还包括针对用户的交互装置，以在所述确定单元或可视化显示器中确定通过所述生物结构的所述XY截面。
11.一种医学图像采集设备，其包括如前述权利要求中的任一项所述的系统。
12.—种将生物结构中的多个位置处的时变参数可视化的方法，包括-确定所述生物结构中的多个位置处的所述时变参数的值，所述结构沿相互垂直的X、 Y以及Z方向延伸；-确定沿Z方向延伸的第一边界和第二边界的位置以及设置在所述第一边界和所述第二边界之间的沿Z延伸的第一体积的位置；-确定通过将所述第一体积沿X方向延伸至第一和第二 XY边界这两者而生成的第二体积的位置；-根据所述第一体积中的多个位置处的所述时变参数而确定针对多个时间间隔的第一可视化参数；-根据所述第二体积中的多个位置处的所述时变参数而确定第二可视化参数，以及-显示示出所述多个时间间隔处的所述第一可视化参数的第一表示，以及-显示示出所述第一可视化参数和第二可视化参数的第二表示。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括 -显示第三表示，所述第三表示包括解剖灰度值图像，所述解剖灰度值图像包括通过所述生物结构的XY截面，叠加有-与通过所述结构的所述XY截面相对应的所述第一边界和所述第二边界的所述XY截面，以及-与通过所述结构的所述XY截面相对应的通过所述第一体积的所述XY截面。
14.一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在被加载到计算机并其上运行时，用于执行如权利要求12或13所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于将生物结构中的多个位置处的时变参数可视化的系统和方法，其中，可视化显示器被配置为，显示示出在该结构的第一和第二边界之间的第一体积中确定的多个时间间隔的第一可视化参数的第一表示，并且，显示示出在结构的第一和第二边界之间延伸的第一和第二体积中确定的第一和第二可视化参数的第二表示。通过对用户提供两个表示的该组合，从而更高分辨率的数据可以被处理并针对第一和第二边界之间的中间体积而被有意义地可视化。这基于这样的认识期望查看结构的边界之间和通过结构的不同的位置处的数据。然而，没有可视化的简单手段，处理更高分辨率的数据是不可行的。这在第一和第二边界的结构之间可能存在着性能差异时尤其有用。例如，心肌内的灌注测量对于心内膜层和心外膜层而言是不同的。因此，相对于这些层的测量的相对位置产生灌注评价中的有价值的数据。这增加了健康护理专业人员能够从成像数据提取的信息，而无需使所要求的表示复杂化，以将该信息可视化。
文档编号G06T7/20GK102301393SQ201080005825
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月22日 优先权日2009年1月29日
发明者G·L·T·F·豪特瓦斯特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司