專(zhuān)利名稱(chēng)：3d-2d自適應(yīng)形狀模型支持的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償重建的制作方法
3D-2D自適應(yīng)形狀模型支持的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償重建本發(fā)明涉及在3D和4D圖像重建中補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的方法。特別地，涉 及基于自適應(yīng)形狀模型對(duì)用X射線(xiàn)熒光透視等產(chǎn)生的圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和增強(qiáng)。在X射線(xiàn)引導(dǎo)的心臟介入中，例如用于電生理介入，通常利用目 標(biāo)心室的結(jié)構(gòu)的3D和4D重建來(lái)設(shè)計(jì)和引導(dǎo)該介入。當(dāng)前，必要時(shí)， 可以使用不同的成像方式在介入前獲得這些數(shù)據(jù)。然而，使用這個(gè)方 案時(shí)，數(shù)據(jù)可能并非是最近的。此外，用不同的成像方式所獲得的數(shù) 據(jù)必須相對(duì)于被用于引導(dǎo)的實(shí)際成像信息進(jìn)行配準(zhǔn)，這增加了成本、時(shí)間和復(fù)雜度。此外，在任何類(lèi)型的成像過(guò)程中的患者的運(yùn)動(dòng)都導(dǎo)致非一致的數(shù) 據(jù)，并因此導(dǎo)致了偽像，例如，模糊和幻象。因此，必須避免或補(bǔ)償 患者的運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，避免運(yùn)動(dòng)，例如固定患者， 一般是困難或不可 能的。因此，患者運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償或用于患者運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償是最實(shí)際的。大 多數(shù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法集中在如何獲得全都屬于同樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一致的 投影數(shù)據(jù)，以及如何接著將投影數(shù)據(jù)的這個(gè)子集用于重建。使用多個(gè) 這樣的子集，可以對(duì)測(cè)量對(duì)象的不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行重建。舉例來(lái)說(shuō)， 一個(gè)方法使用并行重組錐形束背面投影來(lái)補(bǔ)償目標(biāo)運(yùn)動(dòng)和X射線(xiàn)衰減 的時(shí)間演化。通過(guò)滑動(dòng)窗口重建的塊匹配來(lái)估計(jì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，并且，通過(guò) 對(duì)來(lái)自同一方向的在時(shí)間上相鄰的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸，對(duì)于每個(gè) 投影角而言所考慮體素的一致數(shù)據(jù)是近似的。根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)來(lái)選擇 用于該體素的過(guò)濾的投影數(shù)據(jù)。其它方法使用預(yù)計(jì)算的運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)闡 明圖像重建中的運(yùn)動(dòng)影響，以變更該投影算子并計(jì)算運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹亟?。直到今天，仍需有效的和?jīng)濟(jì)合算的方法來(lái)產(chǎn)生3D/4D數(shù)據(jù)集。 特別地有益的是在成像系統(tǒng)上產(chǎn)生3D/4D數(shù)據(jù)集，該成像系統(tǒng)也被用 于介入。此外，有益的是，進(jìn)行這個(gè)成像用于同時(shí)發(fā)生的介入，以避 免與附加的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和圖像配準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的額外費(fèi)用及時(shí)間。在這里的示例性的實(shí)施例中7>開(kāi)了一種方法，用于在對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)的圖像投影數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維(3D)圖像的產(chǎn)生或重建。 該方法包括獲得多個(gè)對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)的圖像投影，其覆蓋角足以 容易地實(shí)現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像；選擇3D種子點(diǎn)(seed point);在該3D種子點(diǎn)處施加形狀模型；以及，使該形狀模型適于 表示該感興趣結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生適合的形狀模型。根據(jù)示例性的實(shí)現(xiàn)，在另一個(gè)可選的實(shí)施例中，上述方法還可以 包括獲取表示與圖像投影相關(guān)聯(lián)的感興趣結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)；基于 表示感興趣結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，使形狀模式適于表示感興趣結(jié)構(gòu)，從 而產(chǎn)生另一個(gè)適合的形狀模型；以及，在該另一個(gè)適合的形狀模型的 基礎(chǔ)上，產(chǎn)生感興趣結(jié)構(gòu)的3D圖像。此外，在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所公開(kāi)的是用于產(chǎn)生和重建 三維(3D)圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)，其被設(shè)置為提供對(duì) 應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)的圖像投影數(shù)據(jù)，其覆蓋角足以容易地實(shí)現(xiàn)從所述圖 像投影產(chǎn)生或重建3D圖像；以及控制器，其可操作地與成像系統(tǒng)進(jìn)行 通信。該控制器被配置為接收?qǐng)D像投影數(shù)據(jù)；選擇3D種子點(diǎn)；在該 3D種子點(diǎn)處施加形狀模型；以及，使形狀模型適于表示該感興趣結(jié)構(gòu)， 從而產(chǎn)生適合的形狀模型。此外，在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所公開(kāi)的也是用于產(chǎn)生或者 重建三維(3D)圖像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于獲得多個(gè)對(duì)應(yīng)于感興 趣結(jié)構(gòu)的圖像投影的部件，其圖像投影的覆蓋角足以容易地實(shí)現(xiàn)從所 述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像；用于選擇3D種子點(diǎn)的部件；用于在 該3D種子點(diǎn)處施加形狀模型的部件；以及，用于使形狀模型適于表示 該感興趣結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生適合的形狀模型的部件。此外，在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所公開(kāi)的是用機(jī)器可讀的計(jì) 算機(jī)程序代碼編碼的存儲(chǔ)介質(zhì)，該代碼包括指令，用于促使計(jì)算機(jī)執(zhí)行 上述產(chǎn)生或者重建三維(3D)圖像的方法。此外，在另一個(gè)示例性的實(shí)施例中，所公開(kāi)的是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)； 該計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)包括指令，用于促使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述產(chǎn)生或者重建 三維(3D)圖像的方法。經(jīng)過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明，特別是結(jié)合附圖描述后，與所公開(kāi)的方法 相關(guān)聯(lián)的其它特征、功能和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。為了幫助本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員制造和使用所公開(kāi)的實(shí)施例，引 用了附圖，其中，相同的引用被相同地標(biāo)記。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的X射線(xiàn)成像系統(tǒng)；圖2是示出了所公開(kāi)的方法示例的框圖；圖3示出了應(yīng)用于心臟說(shuō)明的示例性實(shí)施例的例子；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于確定種子點(diǎn)的方法的示意圖。圖5A示出了說(shuō)明性的形狀模型和感興趣投影上的前向投影； 圖5B示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的邊界確定；和 圖5C示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的限制點(diǎn)的修改。如同此處所闡明的那樣，本發(fā)明有利地實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)了三維(3D) 旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)成像，尤其是對(duì)心室結(jié)構(gòu)的成像，特別用于電生理(EP) 介入。此外，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)了根據(jù)少數(shù)投影的基于形狀模型的重 建并產(chǎn)生低劑量的4D (例如具有心動(dòng)時(shí)相的3D) X射線(xiàn)重建。本發(fā)明可以用于各種類(lèi)型的3D/4D成像應(yīng)用。這里借助示意圖描 述本發(fā)明的優(yōu)選方案，其可以用于X射線(xiàn)成像，如同可用于電生理介 入。雖然借助X射線(xiàn)成像和介入的圖例和參考顯示和描述了優(yōu)選方案， 但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將可以理解本發(fā)明并不僅限于X射線(xiàn)或介入，而是可應(yīng)用到成像系統(tǒng)和應(yīng)用中。此外，將可以理解這里所公開(kāi)的應(yīng) 用并不僅限于介入，事實(shí)上， 一般地其可適用于任何要求3D/4D成像的應(yīng)用。還可以理解，如杲在描述示例性的實(shí)施例時(shí)列舉了具體的傳感器 和名稱(chēng)，則這種傳感器僅僅是出于例證說(shuō)明的目的而^t描述的，不應(yīng) 將其視作對(duì)本發(fā)明的限制。如果仔細(xì)考慮本發(fā)明，則許多的變更、取 代物和等價(jià)物將是顯然的。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，在測(cè)量患者的心電圖(ECG)的同時(shí)， 獲得感興趣心室結(jié)構(gòu)的3D旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)數(shù)據(jù)。選擇目標(biāo)結(jié)構(gòu)的種子點(diǎn)， 并在這個(gè)種子附近放置自適應(yīng)形狀模型，其方向適合于患者的位置， 而其形狀優(yōu)選較好地表示目標(biāo)血管結(jié)構(gòu)。根據(jù)投影數(shù)據(jù)中所表示的實(shí) 際的患者數(shù)據(jù)，該形狀模型適合于多個(gè)心動(dòng)時(shí)相。獲得的4D心室模型可以直接用于介入指引和估計(jì)心室參數(shù)?？商鎿Q地，形狀表面的模擬的3D運(yùn)動(dòng)可用于產(chǎn)生局部運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，其可被用于為旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)數(shù)據(jù) 提供補(bǔ)償，以產(chǎn)生局部運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?D數(shù)據(jù)集重建。現(xiàn)在參考圖1,根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例示出一種系統(tǒng)。系統(tǒng) 10包括X射線(xiàn)裝置12, X射線(xiàn)裝置12具有C形臂14， C形臂14的第 一端設(shè)有X射線(xiàn)管16,而另一端設(shè)有X射線(xiàn)檢測(cè)器18，例如圖像增強(qiáng) 器。這種X射線(xiàn)裝置12適合于形成設(shè)置在臺(tái)22上的患者20的、來(lái)自 不同X射線(xiàn)位置的X射線(xiàn)投影圖像；為此，C形臂14的位置可以在各 個(gè)方向上進(jìn)行改變；C形臂14也一皮構(gòu)造為可以繞著空間三軸旋轉(zhuǎn)，該 空間三軸就是如圖所示的X軸、Z軸以及未示出的Y軸。C形臂14可 以經(jīng)由支承裝置24、樞軸26和滑動(dòng)片28附于天花板，其中滑動(dòng)片28 在軌道系統(tǒng)30中在水平方向上是可移動(dòng)的。對(duì)用于獲取來(lái)自不同的X 射線(xiàn)位置的投影的運(yùn)動(dòng)的這些控制和對(duì)數(shù)據(jù)獲取的控制，可借助于控 制單元50來(lái)實(shí)現(xiàn)。醫(yī)療器材32包括但不被限制為探針、針、導(dǎo)管和導(dǎo)線(xiàn)等，以及包 括上述項(xiàng)中至少一個(gè)的組合，所述醫(yī)療器材32可以;故引入患者20,例 如在血管造影、活體檢查或介入治療的過(guò)程中。對(duì)醫(yī)療器材32相對(duì)于 患者20的檢查區(qū)域的三維數(shù)據(jù)集的位置來(lái)說(shuō)，其可以用位置測(cè)量系統(tǒng) (未示出)來(lái)獲得和測(cè)量，和/或如這里所描述的那樣疊加在根據(jù)示例 性實(shí)施例重建的3D/4D圖像上。此外，心電圖(ECG)測(cè)量系統(tǒng)46設(shè)有X射線(xiàn)裝置12,其作為系 統(tǒng)10的一部分。在示例性的實(shí)施例中，ECG測(cè)量系統(tǒng)46與控制單元 50交互。優(yōu)選地，在X射線(xiàn)數(shù)據(jù)采集期間測(cè)量和記錄患者20的ECG以 促進(jìn)心動(dòng)時(shí)相的確定。在示例性的實(shí)施例中，使用心動(dòng)時(shí)相信息來(lái)劃 分和區(qū)別X射線(xiàn)投影數(shù)據(jù)。可以理解，雖然這里示例性實(shí)施例參照ECG 的測(cè)量來(lái)確定心動(dòng)時(shí)相，^旦也可以〗吏用其它方案。舉例來(lái)i兌，可以基 于X射線(xiàn)數(shù)據(jù)自身、其它參數(shù)或附加的傳感數(shù)據(jù)來(lái)完成心動(dòng)時(shí)相和/或 投影數(shù)據(jù)劃分?？刂茊卧?0控制X射線(xiàn)裝置12且實(shí)現(xiàn)了圖像捕獲，并提供實(shí)現(xiàn) 圖像重建的功能和處理?？刂茊卧?0接收所獲取的數(shù)據(jù)(包括但不限 于X射線(xiàn)圖像和位置數(shù)據(jù)等)，以便在運(yùn)算單元52中對(duì)其進(jìn)行處理。 運(yùn)算單元52也被控制單元50控制，并與之交互。在監(jiān)視器54上可以顯示各種圖像，以在介入過(guò)程中對(duì)醫(yī)師提供幫助。為了執(zhí)行所規(guī)定的功能和所要求的處理以及相應(yīng)的計(jì)算(如，X 射線(xiàn)控制和圖像重建等等)，控制單元50、運(yùn)算單元52、監(jiān)視器54 和重建單元56等等可以包括但不局限于處理器、計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、儲(chǔ) 存器、寄存器、計(jì)時(shí)、中斷、通信接口和輸入/輸出信號(hào)接口等等，以 及包括上述項(xiàng)中至少一個(gè)的組合。舉例來(lái)說(shuō)，控制單元50、運(yùn)算單元 52、監(jiān)視器54和重建單元56等等根據(jù)需要可以包括信號(hào)接口 ，以啟 動(dòng)X射線(xiàn)信號(hào)的精確采樣、轉(zhuǎn)換、獲取或產(chǎn)生，以來(lái)實(shí)現(xiàn)生成X射線(xiàn) 投影并根據(jù)其來(lái)重建3D/4D圖像。在這里深入討論控制單元50、運(yùn)算 單元52、監(jiān)一見(jiàn)器54和重建單元56等等的其它特點(diǎn)。所示出的X射線(xiàn)裝置12適用于在示例性實(shí)施例的發(fā)生介入的情況 之前和/或該情況下形成來(lái)自不同的X射線(xiàn)位置的一組X射線(xiàn)投影圖 像。從該X射線(xiàn)投影圖像，可以產(chǎn)生三維圖像數(shù)據(jù)集、三維重建圖像 和根據(jù)其來(lái)產(chǎn)生X射線(xiàn)切片圖像(如果需要的話(huà))。獲取的投影被用 于符合根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法的運(yùn)算單元52，接著，被用 于重建單元56,重建單元56在如下面所公開(kāi)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上由投 影形成各自的重建圖像。獲得的3D圖像可以顯示在監(jiān)視器54上。最 后，三維圖像數(shù)據(jù)集、三維重建圖像和X射線(xiàn)投影圖像等等可以保存 和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元58中。現(xiàn)在參考圖2和圖3，圖2示出框圖100,其圖解了所公開(kāi)方法的 示例性實(shí)施例。圖3示出^f皮應(yīng)用到心臟簡(jiǎn)圖的示例性實(shí)施例的實(shí)例。 開(kāi)始，如塊102所示出的那樣，沿著軌道獲得感興趣結(jié)構(gòu)60 (如，包 括但不限于左心室的心室結(jié)構(gòu))的3D旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)數(shù)據(jù)，其覆蓋角足以 實(shí)現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，使用至少 180°加扇形角的覆蓋角。為實(shí)現(xiàn)3D X射線(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，通過(guò)一般被 示為62的造影劑來(lái)增強(qiáng)感興趣結(jié)構(gòu)60內(nèi)部所包括的血量的對(duì)比度。 造影劑62可以應(yīng)用在靜脈內(nèi)，但優(yōu)選地，造影劑62經(jīng)由導(dǎo)管被直接 供給感興趣結(jié)構(gòu)60,以便沿著完全的旋轉(zhuǎn)獲取來(lái)填充感興趣結(jié)構(gòu)60。 與旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取并行，測(cè)量患者20的ECG。如塊104所示，選擇對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)60的3D空間中的3D種子 點(diǎn)(如，模型的初始點(diǎn))64。在示例性的實(shí)施例中，使用投影的最小 強(qiáng)度的中心。然而，其它的種子點(diǎn)64和它們的選擇方法也是可能的?，F(xiàn)在參考圖4，為在3D空間中選擇3D種子點(diǎn)64,在每個(gè)測(cè)量的 投影上測(cè)量沿著錐形束幾何結(jié)構(gòu)的線(xiàn)積分的二維集合。舉例來(lái)說(shuō)，如 杲應(yīng)用于感興趣結(jié)構(gòu)60,例如在3D空間充滿(mǎn)造影劑的心室時(shí)，則在適 當(dāng)?shù)男?zhǔn)之后，經(jīng)過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)線(xiàn)積分在探測(cè)器上將顯示出高值。 可以理解，開(kāi)始時(shí)強(qiáng)度被測(cè)量， <旦是，知道原射線(xiàn)束的強(qiáng)度，就可以 利用逆Lambert Beers定律來(lái)計(jì)算經(jīng)過(guò)吸收系數(shù)的線(xiàn)積分。對(duì)于每個(gè)投影，通過(guò)取用那個(gè)投影的最大線(xiàn)積分，或者為避免噪 聲，通過(guò)用低通濾波器對(duì)該投影進(jìn)行巻積然后再取用最大線(xiàn)積分，來(lái) 確定在所指示的投影中感興趣結(jié)構(gòu)60(例如，心室)的近似中心(ml )。 或者，可以使用分段方法，該方法在投影面中搜尋某些形狀(其與心 室的投影相似)，并計(jì)算這個(gè)形狀內(nèi)部線(xiàn)積分的質(zhì)心，或者使用不同 的方法。在確定各個(gè)投影面上感興趣結(jié)構(gòu)60的近似中心(ml )之后，從該 組投影(例如屬于10y。RR間隔的投影)中選擇至少三個(gè)(優(yōu)選更多個(gè)) 屬于同一心動(dòng)時(shí)相的投影。選擇該組選通投影(在這個(gè)情況下用(6i)、 (6》和(ej來(lái)表示)的一個(gè)投影，例如，(6i),對(duì)應(yīng)于選擇的"角" 或與這個(gè)投影相關(guān)聯(lián)的多個(gè)角，并且，從感興趣結(jié)構(gòu)60的投影中心(表 示為mli)到源采用射線(xiàn)(表示為Si)。從對(duì)應(yīng)于同一時(shí)相的所有其它投影e j、 ek、...產(chǎn)生相應(yīng)的射線(xiàn)Sj、 sk...。計(jì)算在3D空間中從其它 射線(xiàn)例如Sj和St到射線(xiàn)Si的最短距離。就(e i)得到關(guān)于該射線(xiàn)Si的點(diǎn)集d(i, k)和d(i， j),并且根據(jù)下列等式對(duì)加權(quán)總和Ml (i)進(jìn)行計(jì)算 Ml (i) = (E d(i，n) w(i，n)) / ! w(i,n) ( j )w(i，n) = sin(9n - 6i) (2)其后，對(duì)第二射線(xiàn)重復(fù)此過(guò)程，第二射線(xiàn)例如來(lái)自該組選通投影 的6j的Sj。就(6i)得到關(guān)于該射線(xiàn)Sj的點(diǎn)集d(i，k)和d(i， j),并且 對(duì)加權(quán)總和Ml (j)進(jìn)行計(jì)算，然后，對(duì)所有選擇的投影都進(jìn)行此處理。對(duì)于每個(gè)投影以及由此產(chǎn)生的屬于相同心動(dòng)時(shí)相的相應(yīng)應(yīng)射線(xiàn)，得出 關(guān)于每個(gè)射線(xiàn)的3D點(diǎn)Ml(i)， Ml(j)等等。最終，3D種子點(diǎn)60結(jié)果為 通過(guò)加權(quán)平均或求和策略再次獲得的這些點(diǎn)的"質(zhì)心，，。同樣的處理 可以用于所有投影，無(wú)論其有沒(méi)有心臟門(mén)控。然而，由于心臟運(yùn)動(dòng)和沒(méi)有門(mén)控，結(jié)果可能^:干擾。有利地，上述方法為每一心動(dòng)時(shí)相傳遞單個(gè)唯一的種子點(diǎn)60。繼續(xù)圖2并考慮塊106，在選擇3D種子點(diǎn)后，在種子點(diǎn)64附近施 加自適應(yīng)形狀模型66。優(yōu)選地，但不是必要的，這樣放置自適應(yīng)形狀 模型66:其方位適合于患者位置，其形狀較好地表示感興趣的目標(biāo)結(jié) 構(gòu)60。舉例來(lái)i兌，在用于心臟介入的血管應(yīng)用中，優(yōu)選地，以類(lèi)似于 成像的血管結(jié)構(gòu)(例如，左心室)的方式來(lái)放置和定形形狀模型66?？紤]塊108,在示例性的實(shí)施例中，使用與感興趣結(jié)構(gòu)60相關(guān)聯(lián) 的投影幾何學(xué)的精確知識(shí)作為自適應(yīng)處理的一部分，以在各種投影數(shù) 據(jù)集上產(chǎn)生感興趣結(jié)構(gòu)60的形狀的前向估計(jì)投影。舉例來(lái)說(shuō)，基于投 影數(shù)據(jù)中所表示的實(shí)際的患者數(shù)據(jù)，為單個(gè)心動(dòng)時(shí)相來(lái)修改形狀模型 66;即，感興趣結(jié)構(gòu)60 (如，心室)的邊界和線(xiàn)積分的值，其在3D 中表示結(jié)構(gòu)的厚度和吸收?，F(xiàn)在再考慮圖5A-5C,在示例性的實(shí)施例中，通過(guò)使;漠型66分立 地適于選擇數(shù)目的多個(gè)投影來(lái)實(shí)現(xiàn)3D形狀模型66的自適應(yīng)?？蛇x地， 為闡明顯示出相似運(yùn)動(dòng)特征的圖像投影的子集，可以實(shí)施對(duì)屬于同一 心動(dòng)時(shí)相的所有投影的同步自適應(yīng)。假如3D自適應(yīng)形狀模型66包括 分布在具有多個(gè)連接線(xiàn)的形狀表面上的多個(gè)點(diǎn)，則該自適應(yīng)可以如圖 5A-5C中所描繪的那樣而被闡明。最初，3D自適應(yīng)形狀模型66的表面點(diǎn)被前向投影至被考慮的投影 面內(nèi)。圖5A示出說(shuō)明性的形狀模型和感興趣投影上的前向投影。如圖 5B所示，標(biāo)識(shí)了將點(diǎn)云(point cloud)限制在其在探測(cè)平面的投影內(nèi) 的那些3D表面點(diǎn)。在探測(cè)平面內(nèi)相鄰的限制點(diǎn)之間的連接描繪出邊界。 對(duì)每一個(gè)在垂直于3D邊界或垂直于投影的3D邊界的方向上的限制點(diǎn)，才目應(yīng)地修改該限制點(diǎn)。值得;主意的是，在;以使用多個(gè)選通投影的情況下，優(yōu)選地在屬于同一心動(dòng)時(shí)相的每個(gè)投影中執(zhí)行這個(gè)自適應(yīng)。在 確定限制點(diǎn)的新的3D位置之后，根據(jù)3D形狀的給定內(nèi)部能量項(xiàng)(inner energy term) , ^修改該自適應(yīng)3D形狀才莫型的其他點(diǎn)。作為修改形狀模型66的輔助信息，可以考慮在3D空間中沿著所 考慮投影方向穿過(guò)形狀模型66的線(xiàn)積分。舉例來(lái)說(shuō)，可以計(jì)算穿過(guò)適 合的3D形狀模型66的線(xiàn)積分，并且，特定投影內(nèi)線(xiàn)積分的相應(yīng)二維 分布可以與測(cè)量值相關(guān)聯(lián)，以在2D邊界改變的基礎(chǔ)上確定最佳的3D 形狀自適應(yīng)?；趦蓚€(gè)測(cè)量(邊緣檢測(cè)和線(xiàn)積分分布)，可以在單個(gè)適應(yīng)步驟 中執(zhí)行形狀自適應(yīng)，或者以迭代的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該形狀自適應(yīng)?？梢岳斫獾氖?，利用各種已知的或推理出的信息來(lái)進(jìn)一步限制和實(shí)現(xiàn)形狀模型66的自適應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，為 實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，患者的已知方向允許某些合理的假設(shè)或?qū)?yīng)于感興趣結(jié) 構(gòu)66的"可能"方向的"根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的猜測(cè)"。類(lèi)似地，可以使用與用于單 獨(dú)患者的感興趣結(jié)構(gòu)相關(guān)的已知信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)形狀模型66的自適應(yīng)。 此外，應(yīng)該理解，用于其它心動(dòng)時(shí)相的并發(fā)的或后繼的自適應(yīng)可以選 擇性地包括關(guān)于相鄰時(shí)相中感興趣結(jié)構(gòu)60的形狀模型或形狀的知識(shí)， 并且因此限制形狀變化以導(dǎo)致形狀模型表面連續(xù)移動(dòng)。也應(yīng)理解，通 過(guò)最小化感興趣結(jié)構(gòu)60的實(shí)際形狀和模擬形狀之間的差異，并通過(guò)減 少為獲得滿(mǎn)意結(jié)果而進(jìn)行自適應(yīng)所需要的迭代，形狀模型66的較精確 的放置和初始形狀逐漸改進(jìn)了自適應(yīng)。最后，通過(guò)提供根據(jù)基于初始X射線(xiàn)投影自適應(yīng)的形狀模型60產(chǎn) 生的4D圖像，最后獲得的4D心室模型可以被直接用于實(shí)現(xiàn)介入指引 和估計(jì)心室參數(shù)。這種方案在圖2中作為塊110而示出?？商鎿Q地， 形狀模型表面的3D運(yùn)動(dòng)可用于產(chǎn)生局部運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)，其可以在重建過(guò) 程中使用，該重建過(guò)程導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹亟?。?此，在該重建過(guò)程中，相對(duì)于某參考狀態(tài)，所有可用的投影都被運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償了。這種方案在圖2中的塊112處示出。應(yīng)該注意，公開(kāi)的方法的非動(dòng)態(tài)部分可以被用來(lái)產(chǎn)生靜態(tài)結(jié)構(gòu)的 3D模型。此外，可以理解，這里所公開(kāi)的技術(shù)適用于任何應(yīng)用，只要?jiǎng)?本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例中，要借助于建模來(lái)產(chǎn)生所要求的腔室信 息。這里，腔室的輪廓被定義于從不同的投影方向在相同的心動(dòng)時(shí)相 中獲得的多個(gè)投影中。描畫(huà)出的腔室結(jié)構(gòu)被用于腔室的3D形狀的計(jì)算。 這個(gè)技術(shù)也可以延伸到4D建模，提供功能信息?？傊景l(fā)明有利地實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)了三維UD)旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)成像， 尤其是對(duì)心室結(jié)構(gòu)的成像，特別用于電生理(EP)介入。此外，本發(fā) 明實(shí)現(xiàn)和促進(jìn)了從少數(shù)投影得電生理介入過(guò)程中借助用于指引和導(dǎo)航的3D/4D重建的那些操作員(特 別是醫(yī)師)提供明顯的益處。實(shí)際上，公開(kāi)的系統(tǒng)和方法提供3D/4D 圖像數(shù)據(jù)的建模和/或重建，尤其是對(duì)于心動(dòng)周期中引入的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。 公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的其它優(yōu)點(diǎn)是可以在導(dǎo)致降低患者用藥量的X射線(xiàn) 投影的減少集合的基礎(chǔ)上執(zhí)行建模和重建。顯然，本領(lǐng)域中有許多實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)的數(shù)值方法，特別如這里提 及的線(xiàn)積分、濾波器、取最大值和求和。雖然存在許多可能的實(shí)現(xiàn)方發(fā)明的限制。在以上多個(gè)實(shí)施例中所描述的系統(tǒng)和方法提供用于3D/4D圖像數(shù) 據(jù)的建模和/或重建的系統(tǒng)和方法，其特別致力于對(duì)于心動(dòng)周期中引入 的運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償。此外，可以以計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程和用于實(shí)踐這些過(guò)程 的設(shè)備的形式來(lái)體現(xiàn)本發(fā)明。也可以以包含指令的計(jì)算機(jī)程序代碼的 形式來(lái)體現(xiàn)本發(fā)明，該指令包含在有形介質(zhì)58 (例如，軟盤(pán)、CD-ROM、硬盤(pán)或其它任何計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)介質(zhì))中，其中，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序代 碼被加載入計(jì)算機(jī)并由其執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)成為實(shí)踐本發(fā)明的設(shè)備。 也可以以計(jì)算機(jī)程序代碼的形式來(lái)體現(xiàn)本發(fā)明，舉例來(lái)說(shuō)，該代碼或 是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，由計(jì)算機(jī)載入和/或執(zhí)行，或者作為數(shù)據(jù)信號(hào)(無(wú) 論是否調(diào)制載波)在一些傳輸介質(zhì)上傳輸，例如通過(guò)電線(xiàn)或電纜，通 過(guò)光光纖，或經(jīng)由電磁輻射，其中，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序代碼被加載入計(jì)算 機(jī)并由其^九行時(shí)，該計(jì)算才幾成為實(shí)踐本發(fā)明的設(shè)備。當(dāng)在通用樣t處理 器上實(shí)現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)程序代碼段配置該微處理器，以創(chuàng)建特殊的邏輯 電路。可以理解，使用用于表示相似項(xiàng)的"第一"和"第二"或其它類(lèi)似的 名稱(chēng)不應(yīng)^L作對(duì)任何特殊要求的指定和暗示，除非有明確的說(shuō)明。同 樣地，除非有明確的聲明，使用"一個(gè)"或其它類(lèi)似的名稱(chēng)意味著"一個(gè) 或多個(gè)"。雖然已經(jīng)參照示例性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以理解本發(fā)明不應(yīng)受限于這樣的示例性的實(shí)施例，同時(shí)，可以產(chǎn) 生各種變更并用等價(jià)物替代其組件，而不偏離本發(fā)明的范圍。另外， 可進(jìn)行多種修改、增加和/或變更來(lái)使得特定條件或材料適應(yīng)于本發(fā)明 的教導(dǎo)，而不偏離其基本精神和范圍。因此，本發(fā)明并不旨在局限于作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式而公開(kāi)的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括 所有落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于在對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的圖像投影數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生或重建三維(3D)圖像的方法，該方法包括獲得多個(gè)對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的圖像投影，其覆蓋角足以實(shí)現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像；選擇3D種子點(diǎn)(64)；在所述3D種子點(diǎn)(64)處施加形狀模型(66)；和使所述形狀模型(66)適應(yīng)于表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)，由此產(chǎn)生適合的形狀模型。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法還包括在所述適合的形狀模型的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的3D圖像。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述產(chǎn)生是基于所述感興趣結(jié) 構(gòu)(60)的所選擇的運(yùn)動(dòng)相位。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述運(yùn)動(dòng)相位對(duì)應(yīng)于心動(dòng)時(shí)相。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，表示運(yùn)動(dòng)相位的所述數(shù)據(jù)是 心電圖。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法還包括獲取表示與所述圖像投影相關(guān)聯(lián)的所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的運(yùn)動(dòng) 的數(shù)據(jù)；在表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的運(yùn)動(dòng)的所述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使所 述形狀模型(66)適應(yīng)于表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60),由此產(chǎn)生另一 個(gè)適合的形狀模型；和在所述另 一個(gè)適合的形狀模型的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生所述感興趣結(jié)構(gòu) (60)的3D圖4象。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法還包括在所述適合的形狀模型和所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的所述運(yùn)動(dòng)的基 礎(chǔ)上，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)；和在所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)償所述多個(gè)圖像投影，以實(shí)現(xiàn)重建。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)是基于所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的所選擇的運(yùn)動(dòng)相位。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，基本上與獲取所述多個(gè)圖像 投影同時(shí)地執(zhí)行獲取表示運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述感興趣結(jié)構(gòu)是冠狀血 管或者心室。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述3D種子點(diǎn)(64)對(duì)應(yīng) 于所述多個(gè)所述圖像投影的選擇集合的大約最小強(qiáng)度的質(zhì)心。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述適應(yīng)基于所述多個(gè)圖 像投影的子集。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述覆蓋角對(duì)應(yīng)于至少大 約180°加扇形角。
14. 一種用于產(chǎn)生和重建三維(3D)圖像的系統(tǒng)(IO)，包括 成像系統(tǒng)(12),其被設(shè)置為提供對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的圖像投影數(shù)據(jù)，其覆蓋角足以實(shí)現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像； 和控制器(50),其與所述成像系統(tǒng)(12)可操作地通信，所述控制 器(50)被配置為接收所述圖像投影數(shù)據(jù)， 選擇3D種子點(diǎn)(64);在所述3D種子點(diǎn)(64)處施加形狀模型(66);和 使所述形狀模型(66)適應(yīng)于表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)，由此 產(chǎn)生適合的形狀模型。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述控制器(50) 還被配置為在所述適合的形狀模型的基礎(chǔ)上產(chǎn)生所述感興趣結(jié)構(gòu)(60) 的3D圖像。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(10),其中，3D圖像還基于所述 感興趣結(jié)構(gòu)(60)的所選擇的運(yùn)動(dòng)相位。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)(10),其中，所述運(yùn)動(dòng)相位對(duì)應(yīng) 于心動(dòng)時(shí)相。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)(10),其中，表示運(yùn)動(dòng)相位的所述數(shù)據(jù)是心電圖。
19. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10),其中，所述控制器還被配置為基于所述適合的形狀模型和所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的運(yùn)動(dòng)的至少之一，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)；和在所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)償所述多個(gè)圖像投影以實(shí)現(xiàn)重建。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)(10),其中，所述運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)基于所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的所選4奪的運(yùn)動(dòng)相位。
21. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10),還包括 與所述控制器(50)或所述成像系統(tǒng)(12)操作連接的測(cè)量系統(tǒng)(46),所述測(cè)量系統(tǒng)(46)被配置為提供表示與所述圖像投影數(shù)據(jù) 相關(guān)聯(lián)的所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)的運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)；其中，所述控制器(50)還被配置為在表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60) 的運(yùn)動(dòng)的所述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使所述形狀模型U6)適應(yīng)于表示所述 感興趣結(jié)構(gòu)(60)，由此產(chǎn)生另一個(gè)適合的形狀模型；和在所述另 一 個(gè)適合的形狀模型的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生所述感興趣結(jié)構(gòu) (60)的3D圖像。
22. 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)(10)，其中，基本上與所述多個(gè) 圖像投影同時(shí)地獲取表示運(yùn)動(dòng)的所述數(shù)據(jù)。
23. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述感興趣結(jié)構(gòu)是 冠狀血管或者心室。
24. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10)，其中，所述3D種子點(diǎn)(64) 對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)所述圖像投影的選擇集合的大約最小強(qiáng)度的質(zhì)心。
25. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(10),其中，所述成像系統(tǒng)(U) 是X射線(xiàn)成像系統(tǒng)。
26. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述覆蓋角對(duì)應(yīng)于至少大 約180°加扇形角。
27. 用于產(chǎn)生或者重建三維(3D)圖像的系統(tǒng)(IO),所述系統(tǒng)(IO) 包括用于獲取對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的多個(gè)圖像投影的部件，圖像 投影的覆蓋角足以實(shí)現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像； 用于選擇3D種子點(diǎn)(64)的部件；用于在所述3D種子點(diǎn)(64)處施加形狀模型(66)的部件；和 用于使所述形狀模型(66)適應(yīng)于表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)并由此產(chǎn)生適合的形狀模型的部件。
28. —種用機(jī)器可讀的計(jì)算機(jī)程序代碼編碼的存儲(chǔ)介質(zhì)(58)，該 代碼包括用于促使計(jì)算機(jī)執(zhí)行產(chǎn)生或者重建三維(3D)圖像的方法的 指令，該方法包括獲得對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)UO)的多個(gè)圖像投影，其覆蓋角足以實(shí) 現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像； 選擇3D種子點(diǎn)(60);在所述3D種子點(diǎn)(60)處施加形狀模型(66);和 使所述形狀模型(66)適應(yīng)于表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60)，由此 產(chǎn)生適合的形狀模型。
29. —種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)包括用于促使計(jì) 算機(jī)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生或者重建三維(3D)圖像的方法的指令，該方法包括獲得對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的多個(gè)圖像投影，其覆蓋角足以實(shí) 現(xiàn)從所述圖像投影產(chǎn)生或重建3D圖像； 選擇3D種子點(diǎn)(64);在所述3D種子點(diǎn)(66)處施加形狀模型(64);和 使所述形狀模型(66)表示所述感興趣結(jié)構(gòu)(60),由此產(chǎn)生適 合的形狀模型。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生或重建對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的三維(3D)圖像的方法，包括獲取對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的多個(gè)圖像投影；在選擇的3D種子點(diǎn)(64)處施加形狀模型(66)；和，使形狀模型(66)適應(yīng)于表示感興趣結(jié)構(gòu)(60)，由此產(chǎn)生適合的形狀模型。一種用于產(chǎn)生和重建三維(3D)圖像的系統(tǒng)。系統(tǒng)(10)包括成像系統(tǒng)(12)，其被配置為提供對(duì)應(yīng)于感興趣結(jié)構(gòu)(60)的投影數(shù)據(jù)；和，控制器(50)，其與成像系統(tǒng)(12)可操作地通信?？刂破?50)被配置為接收該投影數(shù)據(jù)(64)；在選擇的3D種子點(diǎn)(64)處施加形狀模型(66)；和，使該形狀模型(66)適應(yīng)于該表示該注結(jié)構(gòu)(60)，由此產(chǎn)生適合的形狀模型。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101238488SQ200680029047
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者D·謝弗, M·格拉斯, V·拉謝 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司