專利名稱：展示周期運動的多個階段的區(qū)域的四維重建的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于四維重建的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及用于構建展示周期運動的多個階段的區(qū)域的四維重建。
背景技術：
如本領域已知的，圖像重建的過程包括從多個不同圖像投影重建圖像的幾個過程，例如用計算機斷層攝影血管造影照片或其它成像形式來獲得
圖像投影。四維(4-D)重建包括對作為第四個參數(shù)，例如時間，的函數(shù)的3-D圖像的重建，結果產(chǎn)生的4-D重建允許例如用戶理解所重建的3-D圖像如何隨時間動作。4-D重建能夠充當預測模型的基礎，從而提供與圖像隨時間的行為有關的信息。4-D重建已經(jīng)在醫(yī)學成像領域中實施，以呈現(xiàn)并建模人體動脈中的動脈瘤，例如"CT Angiography with ElectrocardiographicallyGated Reconstruction for Visualizing Pulsation of Intercranial Aneurysms:-Identification of Aneurysmal Protuberance Presumably Associated with "WallThinning", M. Hayakawa等人，Am J Neroradiol， vol. 26，第1366-1369頁,2005年6月/7月,禾卩"Prediction of Impending Rupture in Aneurysms Using4D-CTA: Histopathological Verification of a Real-Time Minimally InvasiveTool in Unruptured Aneurysms. ，， Y Kato等人.Minim. Invas. Neurosurg. Vol47，第131-35頁，2004。
美國專利No. 6,643,392公開了用以獲得4-D重建的多個技術。這篇參考文件說明了一種技術，由此在周期運動的多個循環(huán)上以特定時間間隔(或心動階段)獲得圖像的2-D投影，在特定心動階段獲得的每個2-D投影組都充當構造相應3-D重建的基礎。順序地構造多個3-D重建，每一個3D重建都對應于特定時間間隔或心動階段。
隨后，將兩個連續(xù)的3-D重建用于推導出現(xiàn)在兩者之間的幾何/空間變形的規(guī)律，為每一對連續(xù)的3D重建重復這個過程。最終將每一個2D投影應用于所得到的空間變形規(guī)律，以獲得圖像的4-D重建。
4-D重建所借助的過程受到一些缺陷的影響， 一個是4D重建的準確繪制所需的2-D投影的龐大數(shù)量。例如，預計需要200或更多的2-D投影來準確構造每一個3D重建，并且需要20或更多的3D重建來推導準確的4D重建，結果需要大約4000個2-D投影。而且，如果圖像偽像存在于用于推導空間變形規(guī)律的一個3D重建對，則用于推導空間變形規(guī)律的3D-3D配準過程會操作以將這些偽像映射到空間變形規(guī)律中的兩個(因為除了開頭和結尾的3-D重建之外的3-D重建被使用了兩次)，導致將錯誤傳遞到結果得到的4-D重建。當以較少投影使用上述方法時，例如每個運動階段10個投影，總共20個階段，就非常有可能在3D-3D配準過程期間會映射偽像，代替解剖結構而定義空間變形。
因此，需要一種改進的4-D重建過程，其需要較少的2-D投影，并提供較少的偽像傳遞。

發(fā)明內容
希望提供一種4-D重建技術，其包含改進的成像精度，且需要較少的
2- D投影。
可以借助于根據(jù)獨立權利要求的方法和系統(tǒng)來滿足這個需要。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種方法包括用2-D投影組構造一個或多個
3- D重建。該方法還包括根據(jù)所述一個或多個3-D重建的每一個推導出一個或多個3-D模型段，其中，由此構成了多個3-D模型段，并且其中，所述一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D模型段中的單個3-D模型段推導出的。推導出的所述多個3-D模型段構成了感興趣區(qū)的4-D重建。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種系統(tǒng)包括3D重建模塊和推導模塊。3-D重建模塊被配置為用2-D投影組構造一個或多個3-D重建。推導模塊被配置為根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個3-D重建中推導出一個或多個3-D模型段，其中，由此構成多個3-D模型段，并且其中，所述一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D模型段中的單個3-D模型段形成的。推導出的所述多個3-D模型段共同構成了感興趣區(qū)的
74-D重建。
本發(fā)明的一個方面的要點可以視為根據(jù)單個3-D重建推導出3-D模型段，所述單個3-D重建采取以下形式之一(0運動階段特定的3-D重建，其是根據(jù)具有基本上相同運動階段的2-D投影子集而構成的，或者(ii)共同平均3-D重建，其是根據(jù)在大量不同運動階段上得到的2-D投影組而構成的。根據(jù)單個3D重建推導出3-D模型段提供的益處在于需要較少的
2- D投影來構造4-D重建。更有利的是，與使用兩個3-D重建來產(chǎn)生相應的3-D模型段的常規(guī)方案相比，減少了到4-D重建的偽像傳遞。
以下說明了用于根據(jù)本發(fā)明構造4-D重建的一種方法的示范性特點和改進，盡管這些特點和改進也會應用于系統(tǒng)。
在一個實施例中，用2-D投影組構造一個或多個3-D重建的前述操作包括以下操作(i)在該組2-D投影內確定多個子集，每一個2-D投影子集都與感興趣區(qū)的不同運動階段(例如，不同心動階段)相對應，以及(ii)為每一個2-D投影子集構造3-D重建，其中構成了共同的多個3-D重建。在該實施例中更具體地，推導出一個或多個3-D模型段的操作包括根據(jù)所述多個3-D重建中的單個3-D重建推導3-D模型段，由此構成多個3-D模型段。這個示范性實施例允許形成運動階段特定的3-D段，其共同構成了根據(jù)本發(fā)明的4-D重建。
在前述實施例中更具體地，推導出一個或多個3-D模型段的操作包括:將所述多個3-D模型段中的每一個3-D模型段朝向所述多個2-D投影子集中相應的子集進行調整。這個特點結果得到了對每一個3-D模型段的改進的繪制精度，結果得到了感興趣區(qū)的改進的4-D重建。
對于前述實施例更具體地，該方法包括對準操作，由此為每一個所述
3- D模型段選擇在感興趣區(qū)內的參考特征，所述參考特征確定了在每一個3-D模型段中的基本上相同的特征?？梢詮囊粋€組中選擇所述參考特征，該組包括在感興趣區(qū)內的預定特征的質心、在感興趣區(qū)內的預定特征的形狀屬性、或在感興趣區(qū)內的預定參考位置。隨后，通過實施一系列3-D模型段來構造4-D重建，由此在至少一個3-D模型段中的參考特征定義了對準點，將在每一個剩余3-D模型段中的參考特征與該對準點相互對準。這個過程確保了在各個3-D模型段之間的相互對準，結果得到了感興趣區(qū)的準確4-D重建。
在本發(fā)明的第二示范性實施例中，用2-D投影組構造一個或多個3-D重建的前述操作包括操作為該組2-D投影構造平均3-D重建。對第二實施例更特定地，推導出一個或多個3-D模型段的操作包括根據(jù)所述平均3-D重建推導出平均3-D模型，并且將所述平均3-D模型分割為多個3-D模型段。在該第二實施例中更特定地，用2-D投影組構造一個或多個3-D重建的操作包括將所述多個3-D模型段中的每一個3-D模型段朝向所述多個2-D投影子集中相應的子集進行調整，并且推導出一個或多個3-D模型段的前述操作包括將所述多個3-D模型段中的每一個3-D模型段朝向一個或多個所述2-D投影進行調整。這個示范性實施例允許形成運動階段特定的3-D段，其共同構成了根據(jù)本發(fā)明的4-D重建。而且，由于每一個3-D模型段都是根據(jù)相同的平均3-D重建推導出的，因此所述3-D模型段固有地對準。
對于第二示范性實施例更特定地，每一個2-D投影都包括時間標記，其指明在2-D投影序列內獲得該特定2-D投影的相對位置。更具體地，所述調整操作包括將所述多個3-D模型段中的每一個3-D模型段朝向所述多個2-D投影子集中相應的子集進行調整，并且將每一個所述3-D模型段朝向相應的所述2-D投影子集進行調整。執(zhí)行其中將每一個3-D段調整到與特定運動階段相對應的子集的初始調整過程提供了增強的段成像，并且其中將每一個3-D模型段調整到特定2-D投影的后續(xù)調整過程提供了 4-D重建的改進的時間精度。
作為運動階段或者時間的第四維度可以繪制ROI的4-D重建，由此分別提供了 3-D模型段的運動階段序列或者時間推移(time lapse)序列。按照運動階段序列的ROI的4-D重建可用于識別該結構的取決于階段的現(xiàn)象。類似地，按照時間推移序列的感興趣區(qū)的4-D重建有利于確定取決于時間的現(xiàn)象。
所述4-D重建可以被配置為提供一個特定序列中的3-D模型段，盡管可以預期以其它序列進行繪制。因此，在運動階段與時間推移序列之間的變換會是有用的。
可以通過為每一個3-D模型段確定該3-D模型段的運動階段以及基本上包含所述運動階段的2-D投影的時間標記，來完成從運動階段序列到時間推移序列的變換。接下來，定位3-D模型段，以占據(jù)沿時間標記軸的一個位置，它們的各自位置與包含基本上按照所選3-D模型段的運動階段的2-D投影的時間標記相對應。
可以通過為每一個3-D模型段確定其時間標記以及基本上包含該時間標記的2-D投影的運動階段，來完成從時間標記序列到運動階段序列的變換。接下來定位每一個3-D模型段，以占據(jù)沿運動階段軸的一個位置，它們的各自位置與包含按照所選3-D模型段的基本上類似的時間標記的2-D投影的運動階段相對應。
前述方法和操作的操作可以由計算機程序，即借助于軟件，或者通過使用一個或多個專用電子優(yōu)化電路，即以硬件，或者使用混合/固件形式，即借助于軟件組件和硬件組件，來實現(xiàn)。該計算機程序可以實現(xiàn)為使用任何適當編程語言，例如JAVA， 。++的計算機可讀指令代碼，并且可以存儲在計算機可讀介質上(可移動盤，易失性或非易失性存儲器，嵌入式存儲器/處理器等)，指令代碼可操作用以編程其它此類可編程裝置的計算機，以執(zhí)行預期的功能?？梢詮木W(wǎng)絡獲得計算機程序，例如萬維網(wǎng)，可以從其下載計算機程序。
本發(fā)明的這些及其它方面依據(jù)下文所述的實施例而變得明顯，并參考其加以闡明。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于構造展示了周期運動的多個階段的感興趣區(qū)的四維重建的一種示范性方法。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一示范性實施例的圖1所示的示范性操作過程。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二示范性實施例的圖1所示的示范性操作過程。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于對準所推導出的多個三維模型段的示范性過程。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的用于將3-D模型段的時間推移序列變換為運
10動階段序列的一種示范性方法。
圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的用于將運動階段序列變換為時間推移序列的一種示范性方法。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生展示了多個運動階段的感興趣區(qū)的四維重建的一種示范性系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于構造展示了周期運動的多個階段的感興
趣區(qū)的四維重建的一種示范性方法。模型ioo包括第一操作iio， gp，用在
周期運動的多個階段上為感興趣區(qū)獲得的2-D投影組構造一個或多個3-D重建。在120，根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個推導出一個或多個3-D模型段，其中由此形成了多個3-D模型段。共同的一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的單個3-D重建推導出的，并且通過共同的多個3-D模型段實現(xiàn)對感興趣區(qū)的4-D重建的構成。
如在此所用的，術語"周期運動階段"和"周期運動的階段"(簡稱為"運動階段")指的是在區(qū)域所經(jīng)歷的在周期或循環(huán)運動的范圍內的ROI特定狀態(tài)。例如，ROI可以包括器官，例如心臟或肺，在運動可以是心臟運動或肺部的/呼吸的運動的情況下，其不同階段就是在此所指的"周期運動階段"或"周期運動的階段"。尤其是對于心臟運動，術語"周期運動階段"或"周期運動的階段"包括在ECG的正常循環(huán)內的那些階段，ECG表示隨著每次心跳而出現(xiàn)的連續(xù)的心房除極化(atrial depolarization) /再極化和心室除極化/再極化。如本領域已知的，這些階段能夠近似地與被標記為P、 Q、 R、 S和T的ECG波形的峰和谷相關聯(lián)。
進一步的示例，ROI可以是動脈，或者在其中形成的動脈瘤。在這種實施例中，ROI的"運動階段"會是動脈或動脈瘤運動經(jīng)歷的不同階段，這種運動可以通過對所述動脈進行供給的心臟的心動階段來確定。以下提出的本發(fā)明的示范性實施例按照心臟運動及其階段來說明，然而，如上指出的，技術人員會理解本發(fā)明不限于此。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，該2-D投影組是選通射線照相/x射線圖像或對應于此的數(shù)據(jù)，它們的獲取可以通過各種手段來完成，例如ECG選通(gated) C臂x射線掃描系統(tǒng)，以及2-D超聲?？梢允褂玫钠渌上?技術包括旋轉血管造影術、計算機斷層攝影血管造影術、和磁共振血管造 影術。
在過程110獲得的2-D投影組可以是各種形式，例如電子形式，或可 見繪制的形式。而且，在110獲得的2-D投影組包括描繪了在運動的至少 兩個不同階段中的ROI的投影。在本發(fā)明的一個具體實施例中，所獲得的 2-D投影組在200個2-D投影數(shù)量級上，盡管可以在根據(jù)本發(fā)明的操作110 期間獲得另一數(shù)量的投影(2、 3、 50、 100、 1000或更多)。更具體地，在 過程120產(chǎn)生的多個2-D投影子集可以在相似的范圍中，例如2、 3、 50、 100、 1000或更多個子集。每一個2-D投影子集都可以包含ROI的一個投 影，或者ROI的多個投影(例如2、 3、 50、 100、 IOOO或更多投影)。當在 每一個子集中都有多個2-D投影時，可以使用單個2-D投影，其表示包含
在其中的多個投影的加權或不加權的平均值。
可任選的，每一個2-D投影都包括時間標記，其指明在2-D投影序列 內獲得該特定2-D投影的相對位置。本領域技術人員會意識到，可以使用 各種實施方式，例如時鐘、計數(shù)器或其它裝置，或者標記，它們都可用以 確定在過程110中各個2-D投影是在共同序列中的哪一點獲得的。
在以下圖2中進一步所示的本發(fā)明的第一示范性實施例中，在整個2D 投影組內確定多個2D投影子集，每一個子集都包含基本上相同運動階段的
2- D投影。隨后，為每一個2-D投影子集構造3-D重建，接下來，從各個
3- D重建推導出3-D模型段。以此方式，使用一個3D重建推導出相應的3-D 模型段。組合多個3-D模型段以形成運動階段序列，盡管這個運動階段序 列能夠變換為時間推移序列，如以下進一步說明的。進一步可任選的，對 于所述多個3-D模型段中的每一個，使用用以推導該3D模型段的特定2D 投影子集對其進行調整(即經(jīng)由相應的3-D重建)，以下說明對其的示范性 過程。
在以下圖3進一步示出的本發(fā)明第二示范性實施例中，將該2D投影組 作為一個整體，并求平均值，根據(jù)該平均值構造3-D重建。根據(jù)平均3-D 重建推導出平均3-D模型，并將平均3-D模型分割為多個3-D模型段。以 此方式，多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)單個3-D重建推導出的。組合所述多個3-D模型段，以形成4-D重建。進一步可任選的，按照與第一 示范性實施例中所述的類似的方式，對于所述多個3-D模型段中的每一個， 使用所確定的2D投影子集對其進行調整，每一個子集都包含基本上相同階 段運動的2D投影。
依據(jù)前述，能夠明白，與使用多個3-D重建來獲得4-D重建的常規(guī)配 準方案相對照，本發(fā)明使用了單個3-D重建作為推導相應3-D模型段的基 礎，多個3-D模型段共同形成了 4-D重建。與需要大量2-D投影來提供大 量3-D重建的常規(guī)技術相比，該方案需要的2-D投影數(shù)量顯著減少。例如， 能夠在例如約7秒、每秒30個投影及約180°的角度范圍內的單次旋轉X 射線采集內實現(xiàn)足夠的圖像質量。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一示范性實施例的示范性過程110和120。示 范性過程110包括過程212，在其中確定2-D投影組內的多個子集，每一個 2-D投影子集都與感興趣區(qū)的不同運動階段相對應。在214，為每一個2-D 投影子集構造3-D重建，從而構成共同的多個3-D重建。示范性過程120 包括過程222，在其中根據(jù)所述多個3-D重建中的單個3-D重建推導出3-D 模型段，從而構成多個3-D模型段。進一步的過程224包括對于所述多 個3-D模型段中的每一個，使用用以推導出該3D模型段的特定2D投影子 集對其進行調整(即通過相應的3-D重建)，以下說明對其的示范性過程。 將共同的多個3-D模型段對準，并將其組合以構成ROI的4-D重建，以下 說明用于它的示范性過程。
在本發(fā)明的一個具體實施例中，感興趣區(qū)的所述運動階段是要建模的 動脈瘤的心動階段。在這個實施例中，過程212包括執(zhí)行R峰值分析， 以確定2D投影的具體心動階段?？梢詫?-D x射線圖像的每一個子集執(zhí)行 選通重建，以產(chǎn)生包含動脈瘤的感興趣區(qū)的相應的多個3-D重建，從而實 現(xiàn)過程214。能夠用已知的過程執(zhí)行過程222，在其中根據(jù)每一個3-D重建 推導出3-D表面模型段，由M. R. Kaus, J. von Berg, J. Weese, W. Niessen和 V. Pekar.在"Automated Segmentation of the Left Ventricle in Cardiac MRI" Med. Img. Anal. 8 245-254, 2004中說明了所述已知的過程的一個實例。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二示范性實施例的示范性過程110和120。示 范性過程110包括過程312，其中將2D投影組作為一個整體，用基本上整個2-D投影組構造平均3D重建。術語"平均3-D重建"意圖表示共同的 3-D重建，其將全部2D投影信息保留在其中。注意在該具體實施例中，在 具有多個運動階段的2-D投影上執(zhí)行一個選通重建；而在圖2的實施例中， 進行多個選通重建，其每一個都在具有特定運動階段的特定2-D投影子集 上延伸。進一步的示范性過程110包括過程314，在其中確定該組2-D投影 內的多個子集，每一個2-D投影子集都與感興趣區(qū)的不同運動階段相對應。 然而，在該實施例中不執(zhí)行在2-D投影子集上的選通重建；作為替代將這 些2-D投影子集用于調整，如下所述。
示范性過程120包括322，在其中根據(jù)平均3-D重建推導出平均3-D模 型,平均3-D段也保留了由共同的多個2D投影數(shù)據(jù)提供的全部信息。結果， 平均3-D模型會出現(xiàn)模糊，因為繪制的圖像會包括ROI的多個運動階段。 在324，將該平均3-D模型分割為多個3-D模型段，用于形成4-D重建。
以此方式，根據(jù)一個(平均)3D重建推導出多個3-D模型段的每一個。
進一步的示范性過程120包括過程326，在其中對于所述多個3-D模型 段中的每一個，使用在過程314中形成的2D投影子集對其進行調整。組合 共同的多個3-D模型段以形成按照運動階段序列的R01的4-D重建，盡管 這個序列可以轉換為時間推移序列，如以下將說明的。
以上說明了本發(fā)明的具體實施例，其中ROI的所述運動階段是要建模 的動脈瘤的心動階段。在這個實施例中，執(zhí)行對所采集的2-Dx射線圖像組 的選通重建，以產(chǎn)生對包含動脈瘤的感興趣區(qū)的平均3-D重建，從而實現(xiàn) 過程312，并且執(zhí)行R峰值分析，以確定2D投影的具體心動階段，從而實 現(xiàn)過程314?？梢杂眉褐倪^程執(zhí)行過程322，在其中根據(jù)平均3-D重建推 導出平均3-D表面模型段，由M. R. Kaus, J. von Berg， J. Weese， W. Niessen 和V. Pekar.在"Automated Segmentation of the Left Ventricle in Cardiac MRI" Med. Img. Anal. 8 245-254， 2004中說明了所述已知的過程的一個實例。
能夠使用已知的過程，例如使用平均3D模型內的點的子集，執(zhí)行過程 中的平均3-D模型到多個3-D模型段的空間分割。平均3D模型被分割得到 的段的示范性數(shù)量可以是2、 3、 5、 50、 100、 1000或更多段。在具體實施 例中，3-D模型段的數(shù)量對應于在以上過程314中所確定的2-D投影子集的
小/'曰數(shù)量。3-D模型段調整方法
技術領域：
本發(fā)明的方法可以包括調整過程，以便更準確地繪制構成4-D重建的
3- D模型段。根據(jù)本發(fā)明，可以將每一個3-D模型段朝向表示特定運動階段 的一個或多個2D投影、朝向具有特定時間標記a的2D投影、或者朝向兩 類2D投影的組合進行調整。在過程224的一個示范性實施例中，將每一個 所得到的3-D模型段朝向最初從中推導出該3D模型段的2-D投影子集進行 調整(即經(jīng)由相應的3-D重建)。這個調整過程用于修正根據(jù)相應的3-D重 建推導出3-D模型段時會出現(xiàn)的運動階段中的任何未對準。以此方式，在 將3-D模型段組合到4-D重建之前，精確地調整了每一個3-D模型段的運 動階段?？扇芜x的，用于調整所得到的3-D模型段的2D投影子集可以不同 于從中構造相應3-D重建的子集。例如，與重建形式相比，子集的調整形 式可以包括具有較少變化的2D投影，因為較少的變化會有利于更準確地調 整3-D模型段。
在調整過程的一個具體實施例中，將一個或多個2-D投影用作參考， 將3-D模型段朝向這些2D投影進行調整。這個過程的一個特定實施例會包 括將每一個3-D模型段朝向表示從中構造該段的相應3-D重建的子集的 2-D投影子集進行調整。該2-D投影子集是"表示性的"，因為用于調整的 子集可以不同于用于3-D重建的子集，如上所指明的。將每一個3-D模型 段調整到具有基本上相同運動階段的多個2-D投影提供了增強的成像，因 為能夠使用來自具有基本上相同運動階段的不同2-D圖像的信息為該特定 運動階段構造準確的3-D模型段。
在調整過程的另一個特定實施例中，將每一個3-D模型段朝向具有特 定時間標記的相應的2-D投影進行調整。作為這個實施例的示例，將每一 個3-D模型段調整到一個2-D投影，所調整的3-D模型段包含將該3-D模 型段朝向其進行調整的2-D投影的時間標記。這個調整方案提供了借助于
4- D重建來繪制的3-D模型段的準確的時間推移序列。在這個方案中，調整 過程包括調整3-D模型段，以便其前向投影與所測量的2D投影達到足夠相 關度。
在調整過程再進一步的特定實施例中，將每一個3-D模型段最初朝向 描述特定運動階段的相應2-D投影子集進行調整，隨后朝向具有特定時間
15標記的相應的2-D投影進行調整。這些調整過程的組合得到了 4-D重建模 型，其享有從將3D段朝向各自的運動階段進行調整而獲得的增強的ROI 成像的優(yōu)點，以及將3D段朝向各自的時間標記進行調整而實現(xiàn)的準確的時 間推移繪制的優(yōu)點。
在前述示范性實施例中，可以使用2D-3D配準過程，通過對模型參數(shù) 的有規(guī)則的優(yōu)化(直接的或迭代的)來執(zhí)行調整，由J. Weese，G. P. Penney， P. Desmedt， T. M. Buzug, D. L. G. Hill和D. J. Hawkes的"Voxel-based 2畫D/3-D Registration of Fluoroscopy Images and CT Scans for Image-Guided Surgery", IEEE Trans. Inform. Technol. Biomed., vol. 1,第284-293頁，1997年12月說 明了該2D-3D配準過程的一個實例。而且，調整過程可以包括調整投影參 數(shù)、建模參數(shù)、或這兩類參數(shù)。投影參數(shù)涉及3-D表面模型段的投影數(shù)據(jù)， 可以使用形狀敏感濾波器對投影參數(shù)所進行的調整可以增強ROI內的特定 特征的繪制。模型參數(shù)涉及3-D表面模型段，并可以通過提供用于調整3-D 模型段的機械特征或結構特征，例如慣性，表面形狀或體積力矩，的建模 代碼來調整模型參數(shù)。 3-D模型段的對準
在圖2所示的實施例中，通過將多個3-D模型表面段組合到一個共同 的序列中，來獲得4D重建的形成。為了有利于該組合過程，可以使用感興 趣區(qū)內的一個或多個參考特征用作關鍵物(key),每一個3-D表面模型段 都相互對準到該關鍵物。
圖4示出了示范性過程400，用于根據(jù)本發(fā)明對準根據(jù)圖2所示的過程 推導出的多個三維模型段。在這個過程中，在412，為每一個3-D模型段在 感興趣區(qū)內選擇參考特征，參考特征確定了在每一個3-D模型段中基本上 相同的特征。在414，通過使用3-D模型段的序列來產(chǎn)生4D重建的組合， 由此在至少一個3-D模型段中的參考特征定義了對準點，將在每一個剩余 3-D模型段中的參考特征與該對準點相互對準。
充當對準點的參考特征可以是各種特征。在一個實例中，參考特征是 感興趣區(qū)內的預定特征的中心或質心，例如動脈瘤或其它物質塊的質心。 在另一個實施例中，參考特征是ROI內的預定特征的表面屬性，例如ROI 內的動脈瘤的形狀或曲率。在另一個實施例中，將ROI內的預定參考位置用作參考特征，例如ROI中的基本上不隨時間和/或動脈瘤的心動階段中的
變化而運動的點。在一個具體實施例中，基于以下選擇參考特征即能夠
隨時間和運動階段中的變化在ROI內準確地追蹤此類特征，或者該參考特 征基本上不隨時間和/或運動階段中的變化而在R01內位移。技術人員會意 識到可替換地或除前述之外，還可以使用其它參考特征。
而且，盡管圖4的前述對準過程是按照一個參考特征來說明的，但技 術人員會意識到可以增加附加的一個或多個額外的參考特征(2、 3、 5、 10、 100或更多參考特征)，以在對準3-D模型段時提供更大的精度，在特定3-D 模型段中的每一個參考特征都提供了一個對準點，用于其它3-D模型段中 的該參考特征與該對準點對準。
參考圖3的第二示范性實施例，根據(jù)同一平均3-D重建推導出全部3-D 模型段。從而，將所有3-D模型段都與同一3-D體積對準，在3-D模型段 之間提供了內在的相互對準。 運動階段和時間之間的4-D重建的變換
如所指出的，可以按照運動階段序列或按照時間序列，來提供(作為 電子數(shù)據(jù)的、虛擬繪制的等)4D重建。按照運動階段序列的ROI4-D重建 的有用之處在于這個序列有助于確定特定現(xiàn)象發(fā)生在哪一個運動階段中， 或確定取決于運動階段的現(xiàn)象。這個序列能夠用于確定例如動脈瘤是否有 可能會破裂。
提供ROI的時間推移序列在識別與ROI相關的取決于時間的現(xiàn)象時也 是有用的。在觀看ROI的時間推移序列時，也可以識別出其它特征，例如 壁變薄。
可以通過將適當?shù)?-D投影應用于每一個3-D模型段，來執(zhí)行在時間 推移序列與運動階段序列之間的轉換。圖5A示出了用于將3-D模型段的時 間推移序列轉換為運動階段序列的示范性方法510。起初在512，確定3-D 模型段的時間標記，并且還確定基本上包含所述時間標記的2-D投影的運 動階段。在514，映射3-D模型段，以占據(jù)沿運動階段軸的一個位置，所述 位置對應于包含按照所選3-D模型段的基本上相似的時間標記的2-D投影 的運動階段。對每一個3-D模型段重復這個過程，結果得到了 3-D模型段 的運動階段序列。在排序3-D模型段時可以考慮時間標記信息；例如，可以沿著基于時間標記的軸從左到右排序具有基本上相同運動階段的3-D模 型段，最早的3-D模型段在最左邊，最晚的3-D模型段出現(xiàn)在最右邊。當 然其它排序也是可以的。
圖5B示出了用于將運動階段序列轉換為時間推移序列的示范性方法 520。最初在522，確定3-D模型段的運動階段，并且確定具有基本上相同 時間標記的2-D投影，該2-D投影具有與之相對應的時間標記。在524，映 射3-D模型段，以占據(jù)沿時間軸的與該2-D投影的時間標記相對應的位置。 對每一個3-D模型段重復這個過程，結果得到了 3-D模型段的時間序列。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的用于構造展示了多個運動階段的感興趣區(qū)的 四維重建的示范性系統(tǒng)600。作為這個系統(tǒng)的示例，EGC選通C臂x射線 掃描系統(tǒng)605用于獲得感興趣區(qū)的選通2D投影，因為ROI展示了隨時間 的多個不同運動階段。也可以使用其它掃描系統(tǒng)，例如多切面CT，超聲等。
所獲得的選通2D投影數(shù)據(jù)被提供給處理系統(tǒng)610的輸入608，處理系 統(tǒng)610在具體實施例中實現(xiàn)為計算機。處理系統(tǒng)610還包括3-D重建模塊 620，用于用2-D投影組構造一個或多個3-D重建。3-D重建模塊620包括 確定和分類模塊622，用于確定所接收的2-D投影的不同運動階段，并將其 分類到多個不同子集中，每一個子集都包含基本上相同運動階段的2-D投 影，所述信息在622a輸出。3-D重建模塊620還包括選通3-D重建模塊624， 用于執(zhí)行對2-D投影數(shù)據(jù)的選通重建。在符合圖2的方法的一個實施例中， 選通重建模塊624用于對由確定和分類模塊622提供的多個2-D投影子集 的每一個上執(zhí)行選通重建。在符合圖3的方法的另一個實施例中，選通3-D 重建模塊624用于從輸入610接收2D投影數(shù)據(jù)組，并在基本上整個接收的 2-D投影數(shù)據(jù)組上執(zhí)行選通重建。在624a提供選通重建信息。與圖3的實 施例一致，從3-D重建模塊620提供對應于2D投影數(shù)據(jù)子集的數(shù)據(jù)624a， 以充當參考數(shù)據(jù)，在隨后操作中將3-D段朝向參考數(shù)據(jù)進行調整?？梢酝?過執(zhí)行指令代碼來提供確定功能和選通3-D重建，該指令代碼在計算機600 的嵌入式處理器630上運行。可以由耦接到所述處理器630的易失性或非 易失性存儲器640提供2-D投影的存儲。
處理系統(tǒng)610還包括推導模塊650，用于從所提供的一個或多個3-D重 建624a推導出3-D模型段。在一個具體實施例中，推導模塊650包括段產(chǎn)生器模塊651，用于根據(jù)3-D重建624a形成3-D模型段。推導模塊650還 包括調整模塊652，用于將每一個3-D模型段朝向一個或多個2-D投影(例 如存儲在存儲器640中)進行調整。在一個實施例中，調整模塊652用于 將3-D模型段朝向相應的2-D投影子集622a進行調整，每一個2-D投影子 集都展示了感興趣區(qū)的不同運動階段。在另一個實施例中，調整模塊652 用于將3-D模型段調整到相應的2-D投影(例如經(jīng)由處理器630從存儲器 640得到的)，每一個2-D投影都展示了不同時間標記。作為進一步示范例， 調整模塊652用于最初將將3-D模型段調整到相應的2-D投影子集以便朝 向特定運動階段進行調整，隨后調整到相應的2-D投影，以便朝向特定時 間標記進行調整?？扇芜x的，推導模塊650還包括組合器模塊653，用于組 合運動階段序列或時間推移序列中的3-D模型段，組合器653執(zhí)行圖4所 示的操作，以便相互對準根據(jù)圖2所示的方法得到的各3-D段。這個模塊 在與圖3的實施例一致的實施例中可能并不需要，在此情況下可以省略模 塊653。更可任選的，組合器模塊654還包括轉換器，用于實現(xiàn)在3-D模型 段的時間推移序列與運動階段序列之間的轉換，如圖5A和5B所述。在沒 有使用這個性能的實施例中，能夠省略模塊654。
總之可以視為本發(fā)明的一個方面的是，本發(fā)明的一個方面可以視為根 據(jù)單個3-D重建推導出3-D模型段，所述單個3-D重建采取以下形式之一 (0根據(jù)具有基本上相同運動階段的2-D投影子集所形成的運動階段特定 的3-D重建，或者(ii)根據(jù)在大量不同運動階段上取得的2-D投影組所形 成的共同的平均3-D重建。根據(jù)單個3D重建推導出3-D模型段提供的益處 在于，需要較少的2-D投影來構造4-D重建。更有利的，與常規(guī)方案相比， 減少了到4-D重建的偽像傳遞。
如由本領域技術人員易于意識到的，所述過程可以適當?shù)囊杂布?、?件、固件或這些實施方式的組合來實現(xiàn)。另外，所述過程中的一些或全部 可以實現(xiàn)為計算機可讀指令代碼，駐留在計算機可讀介質上(可移動盤、 易失性或非易失性存儲器、嵌入式處理器等)，指令代碼用于編程其它此類 可編程裝置的計算機，以執(zhí)行預期的功能。
應注意術語"包括"不排除其它特征，定冠詞"一"不排除多個，除 非在明確指明的情況下。還要注意，可以組合與不同實施例相關聯(lián)所述的要素。還要注意，權利要求中的參考標記不應解釋為限制權利要求的范圍。 術語"耦合"用于表示或者在兩個特征之間的直接連接，或者經(jīng)由兩個特 征之間的中間結構的間接連接。流程圖中示出的操作不限于所示的特定順 序，根據(jù)本發(fā)明，較后編號的操作可以與較前編號的操作并行或在其之前 執(zhí)行。
提出前述說明是為了說明和描述的目的。不是想要窮舉性的或將本發(fā) 明限制到所公開的準確形式，顯然，按照所公開的教導可以有許多修改和 變化。選擇所述實施例以便最好的解釋本發(fā)明的原理，其實際應用從而允 許本領域其它技術人員能夠按照適合于預期具體用途，在不同實施例中并 以不同修改最好的利用本發(fā)明。意圖是本發(fā)明的范圍僅由所附于此的權利 要求來定義。
權利要求
1、一種用于構造展示周期運動的多個階段的感興趣區(qū)的4-D重建的方法，所述方法包括(i)使用2-D投影組構造一個或多個3-D重建；以及(ii)根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個推導出一個或多個3-D模型段，其中，由此形成了多個3-D模型段，并且其中，所述一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的單個3-D重建推導出的，其中，所推導出的所述多個3-D模型段形成了所述感興趣區(qū)的4-D重建。
2、 如權利要求l所述的方法， 其中，(i)包括在所述2-D投影組內確定多個子集，每一個2-D投影子集都與所述感 興趣區(qū)的不同運動階段相對應；為每一個2-D投影子集構造3-D重建，其中，形成了共同的多個3-D 重建，并且其中，(ii)包括根據(jù)所述多個3-D重建中的單個3-D重建推導出3-D 模型段，由此形成了多個3-D模型段。
3、 如權利要求l所述的方法，其中，(ii)還包括將所述多個3-D模 型段中的每一個朝向所述多個2-D投影子集中相應的一個子集進行調整。
4、 如權利要求1-3中任一項所述的方法，還包括 為每一個所述3-D模型段(312)選擇在所述感興趣區(qū)內的參考特征，所述參考特征確定了在每一個所述3-D模型段中基本上相同的特征，其中，通過實施一系列所述三維模型段(314)來構造所述四維重建， 由此在至少一個所述三維模型段中的所述參考特征定義了對準點，將在每 一個剩余的3-D模型段中的參考特征與該對準點相互對準。
5、 如權利要求4所述的方法，其中，從一個組中選擇所述參考特征， 該組包括在所述感興趣區(qū)內的預定特征的質心、在所述感興趣區(qū)內的預 定特征的形狀屬性、或在所述感興趣區(qū)內的預定參考位置。
6、 如權利要求1所述的方法，其中，(i)包括為所述2-D投影組構造平均3-D重建，并且 其中，(ii)包括根據(jù)所述平均3-D重建推導出平均3-D模型；并且 將所述平均3-D模型分割為多個3-D模型段。
7、 如權利要求6所述的方法，其中，(i)包括在所述2-D投影組內確定多個子集，每一個2-D投影子 集都與所述感興趣區(qū)的不同運動階段相對應；并且其中，(ii)還包括將所述多個3-D模型段中的每一個朝向一個或多 個所述2-D投影進行調整。
8、 如權利要求7所述的方法，其中，調整步驟包括將所述多個3-D 模型段中的每一個朝向所述多個2-D投影子集中相應的一個子集進行調整。
9、 如權利要求8所述的方法，其中，每一個2-D投影都包括時間標記，所述時間標記指明在2-D投 影序列內獲得該特定2-D投影的相對位置，并且其中，調整步驟還包括將所述多個3-D模型段中的每一個朝向所述 2-D投影中相應的一個2-D投影進行調整。
10、 如權利要求1-9中任一項所述的方法，其中，所述多個3-D模型段 形成了所述感興趣區(qū)的運動階段序列，該運動階段序列包括心動階段序列， 所述方法還包括對于每一個3-D模型段，確定該3-D模型段的運動階段以及基本上包含所述運動階段的2-D投影的時間標記(522);并且定位所述每一個3-D模型段，以占據(jù)沿時間標記軸的位置，所述位置 與基本上包含按照所選3-D模型段的所述運動階段的2-D投影的時間標記 相對應(524)。
11、 如權利要求1-9中任一項所述的方法，其中，推導出的所述多個 3-D模型段形成了時間推移序列，所述方法還包括對于每一個3-D模型段，確定該3-D模型段的時間標記以及基本上包 含所述時間標記的2-D投影的運動階段(512);并且定位所述每一個3-D模型段，以占據(jù)沿運動階段軸的位置，所述位置 與包含按照所選3-D模型段的基本上類似的時間標記的2-D投影的運動階 段相對應(514)，其中，所述運動階段包括所述感興趣區(qū)的心動階段。
12、 一種系統(tǒng)(600)，其被配置為構造展示運動的多個階段的感興趣 區(qū)的四維重建，所述系統(tǒng)(600)包括3D重建模塊(620)，用于使用2-D投影組構造一個或多個3-D重建；以及推導模塊(650)，用于根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個推導 出一個或多個3-D模型段，其中，由此形成了多個3-D模型段，并且其中， 所述一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D重建 中的單個3-D重建形成的，其中，推導出的所述多個3-D模型段共同形成了所述感興趣區(qū)的4-D 重建。
13、 如權利要求12所述的系統(tǒng)(600)，還包括ECG選通C臂x射線 掃描系統(tǒng)(605)。
14、 一種計算機程序產(chǎn)品，駐留在計算機可讀介質上，用于提供指令 代碼，以構造展示周期運動的多個階段的感興趣區(qū)的4-D重建，所述計算 機程序產(chǎn)品包括用于使用2-D投影組構造一個或多個3-D重建的指令代碼；以及 用于根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個推導出一個或多個3-D 模型段的指令代碼，其中，由此形成了多個3-D模型段，并且其中，所述 一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的 單個3-D重建得到的，其中，推導出的所述多個3-D模型段形成了所述感興趣區(qū)的4-D重建。
全文摘要
一種用于構造展示周期運動的多個階段的感興趣區(qū)的四維重建的方法，包括用一組2-D投影構造一個或多個3-D重建的操作。該方法還包括根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的每一個推導出一個或多個3-D模型段的操作，其中，由此形成了多個3-D模型段，并且其中，所述一個或多個3-D模型段中的每一個都是根據(jù)所述一個或多個3-D重建中的單個3-D重建推導出的。所推導出的所述多個3-D模型段形成了所述感興趣區(qū)的4-D重建。
文檔編號G06T11/00GK101529471SQ200780038519
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權日2006年10月17日
發(fā)明者D·舍費爾, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司