專利名稱：用于交互式肝葉分割的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于醫(yī)學(xué)影像處理和診斷的系統(tǒng)和方法。具體地講，本發(fā)明涉及用于 交互式3D醫(yī)學(xué)影像處理和診斷的系統(tǒng)和方法及包含所述系統(tǒng)和方法的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對肝臟移植或肝臟切除手術(shù)，準(zhǔn)確的肝臟分割或肝葉分離是至關(guān)重要的。由于每 個(gè)肝葉是具有其自身血管流入、流出和膽汁引流的自給單元，因此每個(gè)肝葉可被切除而不 會損害肝臟的其它部分。例如，按照Couinaud劃分，肝臟可被細(xì)分達(dá)8個(gè)獨(dú)立的肝葉(以 羅馬數(shù)字I -通表示)。不過，在某些情況，較少數(shù)量的細(xì)分可能就足夠了。例如，當(dāng)在左肝 葉的側(cè)向部分中出現(xiàn)腫瘤時(shí)，Couinaud肝葉II和III通常根據(jù)由臍裂隙(左側(cè)肝段切除術(shù)) 形成的平面均被切除。因此，可以根據(jù)不同的應(yīng)用情形確定劃分的數(shù)量以及將肝臟分成所 述部分的方式。一種可提供靈活性以便用戶能夠進(jìn)行不同類型的分離和/或進(jìn)行需要的手術(shù)規(guī) 劃的有效工具具有很大的幫助。隨著技術(shù)的進(jìn)步，從不同醫(yī)學(xué)掃描儀獲得的影像經(jīng)常由計(jì) 算機(jī)輔助軟件進(jìn)行后處理。通過將一系列2D影像疊加在一起可以獲得重新構(gòu)建的3D體。 內(nèi)臟器官例如肝臟可以或者通過智能醫(yī)學(xué)影像處理軟件進(jìn)行自動分割或者基于交互式分 割工具由人進(jìn)行分割。不過，需要將所述3D體進(jìn)一步分割成子部分。例如，肝臟可能包括 多個(gè)肝葉并且存在各肝葉必須被分別識別的情況。目前市場上所提供的系統(tǒng)或軟件只提供 了相當(dāng)簡單的工具來讓用戶操縱分割的3D對象，例如肝臟。它們通常是基于2D的，并且將 3D對象分離成子部分必須在2D數(shù)據(jù)操縱環(huán)境下基于2D切片進(jìn)行。由于在所述3D對象中 某些標(biāo)志或特征可能實(shí)質(zhì)上是3D的并且通常難以基于2D切片影像進(jìn)行顯示，因此實(shí)現(xiàn)所 述分離是非常困難的。它還非常費(fèi)時(shí)并因此效率低，因?yàn)橛脩舯仨毭看我粋€(gè)地瀏覽數(shù)以百 計(jì)的切片。


本文所要求保護(hù)和/或披露的發(fā)明將以示例性實(shí)施例的形式作進(jìn)一步說明。這些 示例性實(shí)施例將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。這些實(shí)施例是非限定性的示例性實(shí)施例，其中，類 似的附圖標(biāo)記在貫穿附圖的若干視圖中表示類似的結(jié)構(gòu)，并且，其中圖1示出了肝葉的基本解剖結(jié)構(gòu)；圖2示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，3D分離面被用于3D空間中以便獲得3D對 象的子部分；圖3示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可通過3D操縱桿型柄操縱3D分離面的示
4例；圖4(a)和4(b)示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，彎曲的3D表面作為分離面；圖5示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過3D操縱可以調(diào)節(jié)平面分離面以形成彎 曲的表面；圖6(a)和6(b)示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)2D影像上的2D操縱來操 縱3D分離面的不同方式；圖7示出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于在3D空間中將3D對象分成子部分的 示例性系統(tǒng)圖；圖8是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性程序的流程圖，其中可以產(chǎn)生和操縱3D分 離面以便實(shí)現(xiàn)將3D對象分割成子部分。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及提供其中包含有工具的環(huán)境的系統(tǒng)和方法，其中三維(3D)和二維 (2D)信息能夠訪問、融合和顯示，使得用戶能夠根據(jù)掃描的醫(yī)學(xué)影像交互式地分離肝葉或 其它被分割的肝臟部分。所述分離肝臟不同部分的交互式方式通常是為了診斷、術(shù)前評估、 分析和規(guī)劃等目的。本文所述的系統(tǒng)和方法使用戶能夠根據(jù)對象的性質(zhì)交互式地定義任意 形狀的表面，例如根據(jù)肝臟的解剖結(jié)構(gòu)，包括在3D和2D空間中可用的任何信息，以便于用 戶以交互式的方式分離肝葉或任何肝臟子部分。根據(jù)肝臟的解剖結(jié)構(gòu)，用戶可以應(yīng)用專業(yè) 領(lǐng)域知識和通過本發(fā)明所提供的直觀交互工具的幫助來實(shí)時(shí)分離肝葉/子部分，相比于目 前可用的軟件包本發(fā)明具有更高程度的準(zhǔn)確性和效率。首先討論肝葉的解剖結(jié)構(gòu)。圖1示出了肝葉的基本解剖結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)上，外科醫(yī)生 只利用表面解剖標(biāo)志將肝臟分成肝葉來切除肝組織。通過這種方法，外科醫(yī)生可以識別向 肝臟提供血管流入的肝動脈和門靜脈，提供血管流出的肝靜脈，以及位于臍裂隙中的鐮狀 韌帶。例如，一種被稱為Couinaud劃分的廣泛采用的方法將肝臟分成8個(gè)獨(dú)立的肝葉。標(biāo) 準(zhǔn)的右或左肝葉切除術(shù)要求沿肝中靜脈的平面進(jìn)行劃分。在傳統(tǒng)意識中，這是從下腔靜脈 (IVC)到膽囊窩的平面，通常沿肝中靜脈，并因此將肝臟分成右和左肝葉。由該平面投影在 肝臟表面的線被稱為坎特利(Cantlie)線。不過，真實(shí)的邊界是由血管系統(tǒng)確定的。例如， 在Couinaud劃分中，由肝中靜脈定義的平面將肝臟細(xì)分成真實(shí)的右和左肝葉。肝葉IV位 于平面的左側(cè)，而肝葉V和VDI位于右側(cè)，其中肝葉VDI位于肝葉V之上。在右肝葉上，肝右靜 脈的平面或節(jié)間平面進(jìn)一步將右肝葉分成前(V和VDI)和后(VI和ΥΠ)部分。由門靜脈 的右分支定義的平面將右肝葉的前部和后部分成上部和下部，因此將右肝葉分成4個(gè)部分 (V -VDDo臍平面將肝臟的左肝葉分成中間(肝葉IV)和側(cè)向(肝葉II和III)部分。該 劃分是唯一不由肝靜脈定義的垂直定向的劃分平面。它可以通過其相關(guān)的標(biāo)志在肝臟的表 面上進(jìn)行定義。它沿著尾狀葉的側(cè)面從臍裂隙向前延伸通過靜脈韌帶。臍裂隙的平面內(nèi)的 結(jié)構(gòu)包括鐮狀韌帶、靜脈韌帶和圓韌帶。靜脈韌帶和圓韌帶分別是靜脈導(dǎo)管和臍靜脈的殘 留。肝左靜脈的平面定義肝葉II和III之間的邊界。由于肝左靜脈的平面是傾斜的，它在肝 葉III前面和肝葉II后面形成一部分(區(qū)域)。Couinaud劃分中最獨(dú)特的是肝葉I，它對應(yīng) 尾狀葉(也被稱為Spigel葉)。它位于鄰近肝葉IV的肝臟的后表面。它的中間和側(cè)向邊界 分別由IVC和靜脈韌帶進(jìn)行定義。肝葉I不同于其它肝葉，原因在于它的門靜脈流入源自門靜脈的左和右分支，并且它通常具有其自身的短肝靜脈直接連接至IVC。由于血管的廣泛 交縱以及其相對于肝門和IVC的位置，肝葉I通常不被切除。按照本發(fā)明，分離先前已被分割的肝臟的一個(gè)或多個(gè)子部分可以根據(jù)3D操作工 具在3D場景中直觀地進(jìn)行再加上2D影像和操作工具輔助。為了將肝臟分割成子部分，在 3D場景中可以采用一個(gè)或多個(gè)可調(diào)節(jié)的3D表面，以便隔離關(guān)注的3D區(qū)域。除了顯示肝臟 外，3D場景還包括3D顯示與肝臟相關(guān)的選定的重要結(jié)構(gòu)，例如，動脈、肝靜脈、以及門靜脈、 腫瘤，所述重要結(jié)構(gòu)被用作在3D空間中設(shè)置/調(diào)整3D分離面的解剖參照物或標(biāo)志。每個(gè) 所述分離面切過當(dāng)前的肝臟并且與肝臟相交產(chǎn)生2D斷面視圖。通過調(diào)節(jié)3D分離面的位置 和方向，每個(gè)2D斷面可用于顯示沿任一任意方向和位置通過肝臟的一個(gè)影像切片。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，平行于體坐標(biāo)的多個(gè)正交視圖可用于沿矢狀、冠狀和 軸向方向觀察肝臟。例如，可以在3D空間中顯示3D肝臟，并且如果視圖平面與3D肝臟相 交，可以在各2D視圖中顯示3D肝臟的斷面輪廓或區(qū)域。切過數(shù)據(jù)體的2D視圖的影像也可 以在3D區(qū)域中以其位置和方向進(jìn)行顯示。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以生成具有任意 方向的多個(gè)視圖。用戶也可以生成和觀察沿分離面的斷面視圖，以評估是否分離面切過任 何重要結(jié)構(gòu)。圖2示出了構(gòu)思，其中3D對象210顯示在3D場景200中，并且一個(gè)示出的分離面 220切過3D對象210并將3D對象210分成兩半-3D對象的左部分和右部分，分別位于3D 分離面220的左側(cè)和右側(cè)。3D分離面220和3D對象210的相交處形成3D對象的斷面。3D 空間200可被轉(zhuǎn)動和縮放，而顯示在3D空間內(nèi)的3D對象相應(yīng)地被轉(zhuǎn)動和縮放。通過這種 方式，用戶可以毫不費(fèi)勁地理解3D對象和體積之間的空間關(guān)系。分離面220可以是任意形狀。圖2示出了 3D平面表面，而圖4(a)和圖4(b)示出 了柱面3D表面。一般，所述分離面可以是任何彎曲或成形的表面。另外，分離面的3D方位 和3D形狀可以動態(tài)調(diào)整以便例如匹配肝臟子部分的邊界方位和形狀。所述調(diào)整包括但不 限于，重新定位、改變方向、改變大小、傾斜、彎曲和形成任意曲形。3D分離面可以在3D或 2D中進(jìn)行修改，用于局部形狀調(diào)整。在某些實(shí)施例中，3D分離面可能在位于初始3D方位處具有初始形狀，例如，在位 于3D對象的中心處的平面或柱面表面。3D分離面的所述初始位置、大小和形狀可以通過 算法、應(yīng)用程序工具智能地確定，或通過用戶以交互式方式進(jìn)行確定。例如，柱面表面可能 最初通過參照在融合有2D相應(yīng)信息的3D中顯示的重要結(jié)構(gòu)或標(biāo)志，由用戶在肝臟的3D顯 示上徒手繪畫而產(chǎn)生。所述柱面表面還可以通過沿基于軸向、冠狀或矢狀視圖或任意角度 MI5R視圖的斷面曲線徒手繪畫而確定。所述初始形狀還可以通過進(jìn)一步將任意角度Mra視 圖與影像的最大或最小密度投影視圖結(jié)合來確定，以便可以更好地觀察肝靜脈、門靜脈或 動脈以幫助識別最佳的切割位置。所述柱面表面的一個(gè)示例在圖4(a)中示出。如圖所示，存在多個(gè)斷面410和420。 根據(jù)與應(yīng)用相關(guān)的信息，例如，在Mra視圖中可以看到的肝靜脈的估計(jì)位置，可以畫出曲線 430。該所畫的曲線430可用于確定橫穿不同斷面的3D分離面的形狀。柱面表面的方向可 能與在其上畫有曲線的平面正交。柱面表面的方向也可能相對于繪畫平面成任意角度，如 圖4(a)所示。例如，柱面表面的方向可以通過將斷面的位置調(diào)節(jié)在平行于繪畫平面的平面 上來進(jìn)行改變。橫穿不同的斷面，柱面表面還可以被分成多個(gè)段，每段具有其自身的3D方向，以便最佳地匹配在包含在所述段中的2D斷面上遇到的2D曲線。這在圖4(b)中示出， 其中示出了兩段，一段470位于斷面440和450之間而另一段480位于斷面450和460之 間。通過這種方式，每段具有獨(dú)立確定的方向，并且所述曲面的多個(gè)段一起相對于3D空間 中的3D對象進(jìn)行最佳的匹配。每個(gè)段構(gòu)成獨(dú)立的3D分離面。在某些實(shí)施例中，每個(gè)3D分離面可以根據(jù)某個(gè)估計(jì)對象的大小和形狀自動并智 能地產(chǎn)生。例如，根據(jù)已知的關(guān)于肝臟及其血管結(jié)構(gòu)的解剖信息，用于隔離肝臟的特定子部 分的3D分離面的初始位置、大小和形狀可以通過智能算法或軟件應(yīng)用程序來自動確定。所 述初始位置、大小和形狀隨后可由用戶通過交互式方式進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到更為準(zhǔn)確。所述估計(jì)的3D分離面可以初始設(shè)置在相對于其內(nèi)顯示3D對象的3D場景中的估 計(jì)初始位置。用戶可以交互并實(shí)時(shí)操縱3D空間中每個(gè)單獨(dú)3D分離面的位置、方向、形狀和 大小。分離面220的3D方位可以動態(tài)地由用戶通過拖曳和/或轉(zhuǎn)動分離面來進(jìn)行調(diào)整。所 述操作可以在3D或2D空間進(jìn)行。例如，在3D空間中，某些3D操作工具可被用于調(diào)整3D 分離面的3D方位。圖3示出了所述的示例，其中3D分離面310可以通過例如3D操縱桿型柄330四 處移動，所述柄330可用于轉(zhuǎn)動和平移表面310。該操縱桿型柄具有三個(gè)功能部件，即操縱 桿的桿頭(在圖3中遠(yuǎn)離3D表面的那端)、桿座(接觸3D分離面的那端)、和桿體。操縱 桿的桿頭可用于轉(zhuǎn)動和改變表面的方向。操縱桿的桿座可用于沿平面移動以形成新的轉(zhuǎn)動 中心，用戶可以相對于新的中心轉(zhuǎn)動3D表面。操縱桿的桿體可用作滑動體，沿著所述桿體 3D分離面可以沿操縱桿的縱向方向滑動通過3D對象。圖6 (a)和6 (b)示出了在2D視圖上調(diào)整3D分離面。當(dāng)3D分離面220切過3D對 象210時(shí)，它形成3D對象210和分離面220之間相交的斷面。該斷面可以通過2D影像進(jìn) 行觀察并且3D分離面220在2D斷面視圖上具有投影。在所述2D斷面視圖中，3D分離面投 影在斷面視圖上的輪廓/線/曲線在體素的灰度信息上可以疊加。分離面上的體素的灰度 信息還可以在分離面上顯示以便可見或基于例如MI3R或曲面MI3R顯示作參照。這在圖6 (a) 中示出，其中斷面圖是600，而3D分離面220的投影是例如2D線(如果3D分離面是平面的 話)。3D分離面220的3D方位可以通過移動特定2D斷面視圖上的投影線進(jìn)行四處移動。 在本示例中，投影線610可以朝向右側(cè)移動，從而整個(gè)3D分離面220朝向當(dāng)前3D對象的右 側(cè)移動。3D分離面在2D斷面上的2D投影還可用于轉(zhuǎn)動3D分離面。這在圖6 (b)中示出。 3D分離面在2D斷面上的投影(一般為2D曲線)可以通過轉(zhuǎn)動投影的任一端，例如，一端 630或另一端640，繞轉(zhuǎn)動中心620進(jìn)行轉(zhuǎn)動。所述2D投影的轉(zhuǎn)動可以造成整個(gè)3D分離面 進(jìn)行轉(zhuǎn)動，并且經(jīng)由2D數(shù)據(jù)操作通過轉(zhuǎn)動2D斷面上的投影進(jìn)行。如本文所討論的，3D分離面(例如220)的形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。例 如，3D分離面可被手動彎曲至一定程度以形成所需的形狀。在某些實(shí)施例中，用戶可以通 過抓握某些圖形操縱器在3D場景中彎曲3D分離面，所述圖形操縱器可被定義為3D分離面 的某些部分。圖3中示出了關(guān)于平面表面的某些示例性圖形操縱器，其中3D分離面310的 四個(gè)邊緣320-a，320-b，320-c，320-d被用作圖形操縱器。通過所述圖形操縱器，用戶可以 抓住3D分離面的邊緣并將其拖離原來的位置。按照拖曳方向通過同時(shí)拉動與所拖曳邊緣 相關(guān)的兩條平行線可以產(chǎn)生彎曲的表面。這在圖5中示出。在圖5中，水平邊緣中的一個(gè)(上邊緣540)被抓住并沿530所示方向被拉離其原來位置。原來的3D分離面500是平面 形狀并且對上邊緣540的移動作出反應(yīng)，本文所討論的系統(tǒng)允許平行的邊緣510沿與邊緣 540的所示方向530相同的方向被同時(shí)拉動。兩個(gè)平行邊緣彎曲的方式可取決于拖曳點(diǎn)。 例如，如果拖曳點(diǎn)位于邊緣的中間，則拖曳后每個(gè)邊緣的彎曲曲線可能是對稱的。否則，經(jīng) 調(diào)整后的曲線可能不是對稱的。上邊緣540和下邊緣510能夠以相同的方式進(jìn)行彎曲，并 且隨后可以通過例如根據(jù)新的上和下邊緣插入所有的表面點(diǎn)來產(chǎn)生改動后的表面。在某些 實(shí)施例中，系統(tǒng)可使得只有一個(gè)邊緣被彎曲(而不允許平行的邊緣進(jìn)行相應(yīng)的操作)，以便 產(chǎn)生不同的表面。類似地，其它邊緣例如垂直邊緣520能夠以相同的方式進(jìn)行操作，以便調(diào) 整原來3D分離面的形狀。每個(gè)邊緣的彎曲度也可以不同，以便產(chǎn)生更多彎曲型式的表面。 在某些實(shí)施例中，用戶可被允許使表面上的任意點(diǎn)抬起或凹下，以便形成不同組合以產(chǎn)生 例如波紋狀或任何其它任意的表面形狀。在某些實(shí)施例中，用戶可以定義3D分離面上的控 制點(diǎn)/邊緣/塊，以便對于分離面可以進(jìn)行分段彎曲/成曲形。表面彎曲或成曲形的另一種方式可以通過利用2D視圖平面實(shí)現(xiàn)。通過在某個(gè)方 向和/或位置選擇2D視圖，用戶可以在選定的2D視圖中畫直線或曲線。所畫的直線或曲 線隨后可以沿與2D視圖平面正交的方向或相對于2D視圖平面沿任何任意方向延伸，以形 成3D分離面。如本文所討論的，3D分離面的投影斷面輪廓/線/曲線可以在2D視圖中被疊加。 用戶可以在2D視圖中調(diào)整投影的斷面輪廓/線/曲線，通過移動或彎曲或分段/徒手畫/ 任意修改投影的輪廓/線/曲線來調(diào)整當(dāng)前3D分離面的位置和/或方向，以形成不同的3D 分離面。例如，如圖6(a)和6(b)所示，投影的斷面線可以通過例如鼠標(biāo)拖曳操作進(jìn)行橫向 平移(圖6(a))，或者通過例如相對于用戶定義的轉(zhuǎn)動中心620進(jìn)行轉(zhuǎn)動(圖6(b))，這可 能引起對整個(gè)3D分離面在形狀上的調(diào)整。該過程可以重復(fù)實(shí)施以便連續(xù)調(diào)整3D分離面，直到它在希望的位置形成希望的 形狀。例如，為了隔離特定的肝葉，多個(gè)3D分離面可能沿肝葉的不同面構(gòu)成位置。隨后為 了獲得更好的肝葉分割，每個(gè)分離面可被調(diào)整以匹配肝葉的特定面的形狀直到匹配令人滿 意。當(dāng)所有的分離面以這種方式進(jìn)行調(diào)整后，它們就在3D空間中隔離了所述肝葉。在運(yùn)行中，本文所述的系統(tǒng)可能為每個(gè)3D分離面儲存一個(gè)或多個(gè)先前的方位信 息，以便可以進(jìn)行回溯操作。例如，如果所作的一系列調(diào)整被證實(shí)不理想，用戶可以調(diào)用回 溯操作以返回到先前狀態(tài)，包括初始狀態(tài)。所述先前狀態(tài)包括先前的方位、形狀和尺寸。尤 其是，本文所述的系統(tǒng)可以讓用戶選擇將3D分離面的方位和尺寸重新設(shè)定回其初始狀態(tài) 或通過簡單的方式(例如在特定彎曲邊緣或表面上進(jìn)行點(diǎn)擊)將彎曲表面重新設(shè)定回其原 來的表面形狀。根據(jù)某些實(shí)施例，本發(fā)明還可便于操作，使得用戶能夠操縱和管理3D工作環(huán)境。 在某些實(shí)施例中，為了使用戶能更有效地分離3D對象的希望部分，例如先前分割的肝臟， 系統(tǒng)可允許用戶控制肝臟的希望部分的可見外觀。例如，也是3D對象的希望部分可能以透 明或半透明的模式進(jìn)行顯示，以便希望部分內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)例如血管樹或腫瘤可以更清晰 可見。在某些應(yīng)用中，用戶確定分離邊界不會對任何主動脈或靜脈造成損害的要求可能是 非常重要的。當(dāng)分離邊界確實(shí)通過器官的易受傷害部位，用戶可以依靠所述透明視圖來調(diào) 整分離平面或表面以避免潛在的問題(例如，在手術(shù)規(guī)劃中除去肝臟腫瘤)。
在某些實(shí)施例中，分離面的透明度也可以被調(diào)整，例如從完全不透明到一系列程 度的透明度。不透明的分離面使得用戶能夠容易地理解位于分離面兩側(cè)上的分離體。以透 明模式顯示的3D分離面使得用戶能夠看透分離面的兩側(cè)。用戶可以根據(jù)應(yīng)用需要或個(gè)人 喜好來調(diào)整透明度的程度。還可以在分離面上顯示分離面上體素的灰度信息，以便可見或 利用MPR或曲面MPR顯示時(shí)作參照。也可以使每個(gè)單獨(dú)3D對象的顯示變得可調(diào)。例如，每個(gè)對象能夠以可見或不可見 的模式進(jìn)行顯示。依靠所述選擇，用戶可以操作顯示模式以觀察3D對象的任何部位，包括 從任何特定視角觀察阻塞點(diǎn)。當(dāng)利用3D分離面分離3D對象(例如肝臟)的希望子部分時(shí)，用戶也可以用這樣 的方式設(shè)定顯示模式，即只有希望的子部分是可見的，而其它的肝葉或子部分可以變得不 可見，以幫助用戶只關(guān)注于希望的子部分。用戶還可以選擇根據(jù)應(yīng)用需要選擇性地允許某 些肝葉或子部分變得可見。在某些實(shí)施例中，用戶還可以根據(jù)應(yīng)用需要調(diào)整各子部分的可 見度到不同的程度。根據(jù)本發(fā)明，還可以實(shí)施本文所述的系統(tǒng)，以便于3D操作和2D斷面視圖間的空間 相關(guān)性和同步性，反之亦然。例如，當(dāng)3D對象在3D空間中移動/轉(zhuǎn)動/改變時(shí)，在相應(yīng)的 2D斷面視圖中3D對象的相關(guān)投影能夠以與3D空間中的改變一致的方式進(jìn)行改變。相反 地，當(dāng)在2D斷面視圖中對特定3D對象的2D投影進(jìn)行改變時(shí)，所述改變會以與2D改變一致 的方式轉(zhuǎn)換到3D空間。這使得用戶可以根據(jù)實(shí)際需要更自由地在3D空間中操作3D對象， 而不需要在腦海中根據(jù)3D操作所作的改變對應(yīng)在2D空間進(jìn)行改變以確保一致性，反之亦 然。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于分離3D對象的子部分的示例性整體系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)700。系統(tǒng)700包括3D肝臟分割模塊770，3D場景顯示機(jī)制715，圖形用戶界面(⑶I) 控制器720，3D場景操作機(jī)制730，3D分離面操作模塊750，和3D表面顯示機(jī)制760。3D場 景顯示機(jī)制715被設(shè)計(jì)成在顯示屏705上顯示3D場景。由3D場景顯示機(jī)制715顯示的3D 場景可以包括不同的3D實(shí)體，例如待進(jìn)一步分割的3D對象(它可能先前已被分割過，例如 來自3D肝臟分割模塊的3D肝臟)，一個(gè)或多個(gè)3D分離面(由例如3D分離面顯示機(jī)制760 指定)，數(shù)據(jù)處理工具(例如操縱桿型柄，由用戶通過⑶I控制器720調(diào)用)，已被進(jìn)一步分 割的各子部分，3D空間中的2D斷面顯示(例如由用戶通過與3D場景操作機(jī)制730進(jìn)行交 互而分割的左和右肝靜脈)，或者可能顯示在其內(nèi)以提供額外信息的某些文本數(shù)據(jù)(例如， 用戶710可以通過⑶I控制器720和3D場景操作機(jī)制730對各子部分指定名字并要求所 述名字與所述各子部分相關(guān)聯(lián))。因此，3D場景顯示機(jī)制715根據(jù)從不同模塊/機(jī)制接收到的信息運(yùn)行，以便向顯 示屏705提供相干的3D顯示。例如，為了在顯示屏705上顯示待進(jìn)一步分割的3D對象，3D 場景顯示機(jī)制715從3D肝臟分割模塊取回先前已分割的3D對象。另外，它可以根據(jù)用戶 的指令動態(tài)更新3D空間顯示。例如，它可以動態(tài)地從3D場景操作機(jī)制730接收控制信息， 而所述3D場景操作機(jī)制730可以接受來自用戶710的輸入，指示系統(tǒng)700如何通過⑶I控 制器720顯示3D場景。另外，用戶710可以通過⑶I控制器720指定關(guān)于例如某個(gè)選定的 對象以透明模式進(jìn)行顯示，與某些選定對象相關(guān)的選定不透明度，是否示出在3D空間中顯 示的2D斷面視圖上投影的曲線，等等。
3D場景顯示機(jī)制715還可以根據(jù)由用戶710通過⑶I控制器720對現(xiàn)有的3D分 離面進(jìn)行調(diào)整來動態(tài)更新不同3D分離面的顯示。由用戶710指定的調(diào)整可能經(jīng)過由2D/3D 轉(zhuǎn)換機(jī)制740進(jìn)行的某些轉(zhuǎn)換，所述2D/3D轉(zhuǎn)換機(jī)制740將根據(jù)用戶在2D顯示屏上的操作 從顯示屏705截取的2D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成可應(yīng)用于3D顯示空間的實(shí)際3D坐標(biāo)，以便適當(dāng)?shù)仫@示 希望的調(diào)整。例如，用戶可以在2D顯示屏上拖曳特定3D分離面的特定直邊緣，產(chǎn)生一系列 2D坐標(biāo)表示通過拖曳直邊緣而改變的曲線。這些2D坐標(biāo)需要被轉(zhuǎn)換成3D坐標(biāo)，表示對應(yīng) 于2D曲線的新的3D曲線。所述轉(zhuǎn)換后的3D坐標(biāo)隨后被送至3D分離面操作機(jī)制750，所述3D分離面操作機(jī) 制750將新的3D坐標(biāo)應(yīng)用于特定3D分離面的特定直邊緣并且用基于新的3D坐標(biāo)確定的 3D曲線來替代所述直邊緣。所述新形成的新3D曲線隨后可被送至3D分離面顯示機(jī)制760， 在這里新的3D曲線可被平滑地連接至先前特定的3D分離面并且可以產(chǎn)生更新后的3D分 離面。所述更新后的3D分離面隨后被送至3D場景顯示機(jī)制715，以便按照用戶的操作來更 新先前3D分離面的3D顯示。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以分離先前已分割3D對象的一個(gè)或多個(gè)子部 分的示例性程序的流程圖。在該示例性示圖中，3D對象對應(yīng)肝臟。在步驟800，首先根據(jù)例 如從某個(gè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取的3D體數(shù)據(jù)進(jìn)行肝臟分割。肝臟內(nèi)部/附近的重要 解剖結(jié)構(gòu)也可能被分割和/或顯示在3D空間中，并且某些解剖結(jié)構(gòu)可被選為解剖參照物或 標(biāo)志。這產(chǎn)生了分割后的3D肝臟，所述分割后的3D肝臟作為本文所述程序的起點(diǎn)。在步 驟805，所述分割后的3D肝臟連同肝臟內(nèi)部/附近的其它重要解剖結(jié)構(gòu)在3D空間中進(jìn)行 顯示，形成初始3D場景。在步驟810，本文所述的系統(tǒng)在3D場景中顯示一個(gè)或多個(gè)初始3D 分離面。所述初始3D分離面可以由系統(tǒng)根據(jù)智能算法和內(nèi)置領(lǐng)域知識(例如人體肝臟的 解剖結(jié)構(gòu))或利用某些系統(tǒng)設(shè)定默認(rèn)表面(例如平面或柱面表面)自動獲得。初始分離面 的初始設(shè)置的位置還可以根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用的領(lǐng)域知識(例如將平面表面設(shè)置在肝臟的中間 以便將肝臟分成左部分和右部分)智能和自動地進(jìn)行確定。另外，初始位置還可以由用戶 指定。在步驟815，一旦初始分離面在3D場景中相對于所顯示的3D對象設(shè)置在它們的 初始位置，用戶可以對每個(gè)分離面交互地進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。在步驟820，所作的每個(gè)調(diào)整可以 根據(jù)某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估，以便了解更新后的表面是否符合用戶的要求。如果結(jié)果不符合用 戶的要求，則運(yùn)行返回到步驟815，以便用戶可以重復(fù)地對分離面進(jìn)行調(diào)整。在某些實(shí)施例 中，用戶可以根據(jù)3D或2D解剖信息在3D空間中重新定義新的表面。作為例證，用戶可以 在3D顯示表面內(nèi)或在2D影像規(guī)劃上畫一曲線，以定義新的表面。該過程重復(fù)，直到結(jié)果令 人滿意或用戶決定不再繼續(xù)所述調(diào)整過程。在步驟825，本文所述的系統(tǒng)隨后根據(jù)調(diào)整后的分離面將3D對象分成不同的子部 分。所述獲得的子部分可以根據(jù)用戶的指定進(jìn)行顯示。另外，系統(tǒng)可以自動部署顯示方法， 以便獲得的每個(gè)單獨(dú)子部分以不同于其它子部分的方式進(jìn)行顯示。在步驟830，系統(tǒng)隨后可 以詢問用戶是否希望進(jìn)行下一步驟。根據(jù)用戶接受的分離面，系統(tǒng)(例如遵循Couinaud劃分)經(jīng)若干步驟自動生成所 希望的肝臟分割。在某些實(shí)施例中，在第一步，根據(jù)設(shè)置在肝中靜脈附近的表面，系統(tǒng)自動 地分離右和左肝臟。第二步840是通過沿肝右靜脈設(shè)置分離面在右肝臟將V _ VDI子部分從VI - Vn子部分分離。第三步845是通過沿右門靜脈設(shè)置分離面將V子部分從VDI子部分分離 并將VI子部分從Vn子部分分離。第四步850是定義在左肝臟中將I -IV子部分從II-III子 部分分離的臍表面。第五步855是通過沿肝左靜脈設(shè)置分離面將II子部分從III子部分分 離。第六步860是將I從IV分離并且在860子部分表示I / IV肝葉區(qū)域。以這種方式由系統(tǒng)獲得的初始分割隨后可以向用戶顯示并且程序繼續(xù)進(jìn)行至步 驟815，以便用戶可以通過調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置的分離面微調(diào)來自于系統(tǒng)的分割結(jié)果，以便獲得改 進(jìn)的分割。盡管根據(jù)特定領(lǐng)域知識或用戶喜好/輸入以某個(gè)順序進(jìn)行顯示，在實(shí)際運(yùn)行中， 執(zhí)行的步驟數(shù)量或步驟執(zhí)行的順序可以變化。例如，在某些情況，將肝臟只分成兩個(gè)子部分 例如左和右肝臟可能是足夠的。在這種情況，只需要一個(gè)分離面來實(shí)現(xiàn)分割，并且不會執(zhí)行 圖8中的多個(gè)步驟。另外，特定分離面的使用也可以根據(jù)所部署的肝臟/肝葉/子部分劃 分方法而不同。另外，分離子部分所采用的流程也可以不同，以便使系統(tǒng)適合支持除肝臟以 外的3D對象的分離程序，所述3D對象可以具有它們自身的獨(dú)特器官結(jié)構(gòu)和定義。因此，應(yīng) 當(dāng)理解，本文的討論只是說明性質(zhì)的，并且不同于本文所述的表達(dá)不會偏離本發(fā)明的精神。根據(jù)本發(fā)明得到的所述獲得的子部分使得(如果沒有本文所述的方法和系統(tǒng)難 以實(shí)現(xiàn)的)其它自動計(jì)算成為可能。例如，可以計(jì)算每個(gè)單獨(dú)子部分(例如每個(gè)肝葉)的 體積，這對于肝臟移植和切除術(shù)是重要的考慮因素。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng) 可適于自動探查與肝葉/子部分相關(guān)的體積度量。例如，當(dāng)計(jì)算每個(gè)肝葉/子部分的體積 時(shí)，無論何時(shí)需要體積測量功能，用戶可以簡單地將鼠標(biāo)指向3D肝葉或子部分或加亮關(guān)注 的對象，以便與該3D肝葉/子部分相關(guān)的體積度量可以在屏幕上在對象的附近自動顯示。 還可以顯示與特定子部分相關(guān)的其它度量。為了保持在視覺上令人滿意的效果，還可以設(shè) 定系統(tǒng)以便當(dāng)用戶將鼠標(biāo)移離該對象時(shí)所顯示的度量會自動消失。由肝葉/子部分的分離還可以實(shí)現(xiàn)其它擴(kuò)展的功能。例如，分離后的肝葉或子部 分可被進(jìn)一步用于識別或區(qū)別其內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如在每個(gè)子部分中血管樹成為分離后的 分支或腫瘤。系統(tǒng)可方便地適于自動計(jì)算和顯示這些分離后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的子體積測量結(jié)^ ο盡管已結(jié)合某些圖示的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，在本文中所使用的文字是說 明性質(zhì)的文字，而不是限定性質(zhì)的文字。在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，在不超出本發(fā)明各方 面的范圍和構(gòu)思的前提下可以進(jìn)行改變。盡管已結(jié)合具體結(jié)構(gòu)，動作和材料在本文對本發(fā) 明進(jìn)行了描述，本發(fā)明并不局限于所披露的細(xì)節(jié)，而是可以包括多種形式，其中某些可能與 所披露的實(shí)施例有很大不同，并延伸到所有等同的結(jié)構(gòu)，動作，和材料，如屬于所附權(quán)利要 求書的范圍。
權(quán)利要求
一種分離3D肝臟對象的方法，包括在2D顯示屏上顯示的3D空間中顯示3D肝臟對象和選定的相關(guān)血管及其它解剖結(jié)構(gòu)；根據(jù)自動或交互式分割的解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)志在3D空間中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)3D分離面，其中所述一個(gè)或多個(gè)3D分離面中的每一個(gè)與3D肝臟對象在相對應(yīng)的3D方位處相交；根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)3D分離面將3D肝臟對象分成至少兩個(gè)子部分；其中每個(gè)3D分離面可以獨(dú)立地在3D空間中實(shí)時(shí)直接地進(jìn)行調(diào)整，和由用戶根據(jù)與3D肝臟對象以及選定的相關(guān)血管和其它解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的3D和/或2D信息交互地進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述子部分是肝葉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)3D分離面包括下述中的至少一種3D平面表面； 3D柱面表面；和 任意形狀的3D表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)3D分離面通過下述中的至少一種進(jìn)行調(diào)整 調(diào)整3D分離面的3D方位；和調(diào)整3D分離面的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述調(diào)整3D方位是基于3D操作工具進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中3D操作工具嵌入3D分離面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中3D操作工具是具有桿頭、桿座和桿體的3D操縱桿 型柄，用于調(diào)整其嵌入的3D分離面的位置和/或方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中3D分離面的3D方位根據(jù)與3D肝臟對象相關(guān)的領(lǐng) 域知識進(jìn)行自動調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)3D分離面中的每一個(gè)與3D肝臟 對象之間的相交產(chǎn)生其上具有與相交的3D分離面相關(guān)的2D結(jié)構(gòu)的相應(yīng)斷面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在相應(yīng)斷面上的2D結(jié)構(gòu)是下述中的至少一種 與3D平面分離面相關(guān)的線；與3D柱面或任意形狀的分離面相關(guān)的曲線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中3D分離面的3D方位根據(jù)對相應(yīng)斷面上的2D結(jié) 構(gòu)所作的改變進(jìn)行調(diào)整。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述調(diào)整3D分離面的形狀包括 識別3D分離面的子部分；修改3D空間中的子部分；和根據(jù)3D分離面和移動的子部分生成更新的3D分離面。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中3D分離面的形狀根據(jù)對相應(yīng)斷面上的2D結(jié)構(gòu)所 作的改變進(jìn)行調(diào)整。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中3D分離面的形狀根據(jù)與3D肝臟對象相關(guān)的領(lǐng)域 知識進(jìn)行自動調(diào)整。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中3D肝臟對象包括多個(gè)獨(dú)立的肝葉。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)置3D分離面包括在3D肝臟對象內(nèi)沿肝中靜脈設(shè)置第一 3D分離面，以便將3D肝臟對象分成左肝臟和右 肝臟；在3D肝臟對象內(nèi)沿肝右靜脈設(shè)置第二 3D分離面，以便在3D肝臟對象的右肝臟中將 V - VDI子部分從VI - ΥΠ子部分分離；在3D肝臟對象內(nèi)沿右門靜脈設(shè)置第三3D分離面，以便在3D肝臟對象中將V子部分從 VDI子部分分離并將VI子部分從ΥΠ子部分分離；在3D肝臟對象內(nèi)設(shè)置對應(yīng)于臍表面的第四3D分離面，以便在3D肝臟對象的左肝臟中 將I _ IV子部分從II - III子部分分離；在3D肝臟對象內(nèi)沿肝左靜脈設(shè)置第五3D分離面，以便在3D肝臟對象的左肝臟中將II 子部分從III子部分分離；和設(shè)置第六3D分離面，以便將I子部分從IV子部分分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于分離3D肝臟對象的方法和系統(tǒng)。3D肝臟對象和選定的相關(guān)血管和其它解剖結(jié)構(gòu)在2D顯示屏所顯示的3D空間中進(jìn)行顯示。一個(gè)或多個(gè)3D分離面根據(jù)自動或交互式分割的解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)志設(shè)置在3D空間中，其中每個(gè)3D分離面與3D肝臟對象在相對應(yīng)的3D方位處相交。3D肝臟對象根據(jù)3D分離面分成至少兩個(gè)子部分，所述3D分離面可以單獨(dú)和獨(dú)立地在3D空間中直接實(shí)時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，和由用戶根據(jù)與3D肝臟對象、以及選定的相關(guān)血管和其它解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的3D和/或2D信息交互式地進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號A61B5/05GK101959452SQ200980107302
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者曾小蘭, 梁正中, 范黎, 錢建中, 陳洪, 馬峰, 魏國慶 申請人:美國醫(yī)軟科技公司