專利名稱：用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的球形度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本技術(shù)的實(shí)施例涉及確定結(jié)構(gòu)的球形度。某些實(shí)施例涉及確定心臟結(jié)構(gòu)、如左心室的球形度。
背景技術(shù)：
確定左心室的球形度會(huì)是有用的診斷工具。例如，使得左心室的形狀更像球體的增加的球形度與二尖瓣反流的降低生存率和增加發(fā)生率關(guān)聯(lián)。存在用于使用對(duì)左心室所識(shí)別的界標(biāo)來對(duì)左心室的球形度進(jìn)行模型化 (modeling)的技術(shù)。但是，已知技術(shù)具有對(duì)界標(biāo)的放置敏感的缺點(diǎn)。換言之，與模型化的左心室關(guān)聯(lián)的球形度值可根據(jù)模型化過程中使用的界標(biāo)的放置而顯著改變。這種可變性會(huì)引起不確定性，它在臨床環(huán)境中是不希望的。因此，需要一種能提供以提高的準(zhǔn)確度和/或減小的可變性來確定結(jié)構(gòu)的球形度的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本技術(shù)的實(shí)施例提供以用于確定結(jié)構(gòu)的球形度。某些實(shí)施例提供一種用于確定結(jié)構(gòu)的球形度的方法，包括下列步驟使用計(jì)算機(jī)處理器來計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣；以及使用處理器來通過使用協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算結(jié)構(gòu)的球形度。在某些實(shí)施例中，該方法還包括旋轉(zhuǎn)協(xié)方差矩陣，使得旋轉(zhuǎn)的協(xié)方差矩陣的第一軸與模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸對(duì)齊。在某些實(shí)施例中，球形度作為協(xié)方差矩陣的行列式(determinant)與長(zhǎng)軸方向的模型的立方長(zhǎng)度(cubed extent)之間的比率來計(jì)算。在某些實(shí)施例中，球形度使用協(xié)方差矩陣的本征值分解(eigenvalued decomposition)來計(jì)算，球形度作為協(xié)方差矩陣的主要本征值與協(xié)方差矩陣的多個(gè)非主要本征值之間的比率來計(jì)算。在某些實(shí)施例中，三維模型包括三角網(wǎng)表面模型。在某些實(shí)施例中，該方法還包括使用成像裝置來捕獲結(jié)構(gòu)的圖像，并且得到結(jié)構(gòu)的三維模型。在某些實(shí)施例中，成像裝置包括超聲掃描儀。在某些實(shí)施例中，該方法還包括使用成像裝置自動(dòng)識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。在某些實(shí)施例中，該方法還包括使用用戶接口來識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。在某些實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)包括人心臟的左心室。某些實(shí)施例提供一種用于確定結(jié)構(gòu)的球形度的系統(tǒng)，包括配置成計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣的計(jì)算機(jī)處理器，該處理器配置成使用協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算結(jié)構(gòu)的球形度。
在某些實(shí)施例中，處理器配置成旋轉(zhuǎn)協(xié)方差矩陣，使得旋轉(zhuǎn)的協(xié)方差矩陣的第一軸與模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸對(duì)齊。在某些實(shí)施例中，處理器配置成將球形度作為協(xié)方差矩陣的行列式與長(zhǎng)軸方向的模型的立方長(zhǎng)度之間的比率來計(jì)算。在某些實(shí)施例中，處理器配置成使用協(xié)方差矩陣的本征值分解來計(jì)算球形度，球形度作為協(xié)方差矩陣的主要本征值與協(xié)方差矩陣的多個(gè)非主要本征值之間的比率來計(jì)算。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括成像裝置，它配置成捕獲結(jié)構(gòu)的圖像，并且得到結(jié)構(gòu)的三維模型。 在某些實(shí)施例中，成像裝置包括超聲掃描儀。在某些實(shí)施例中，成像裝置配置成自動(dòng)識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括用戶接口，它配置成允許用戶識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。某些實(shí)施例提供非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，它被編碼有指令集以供在處理裝置及關(guān)聯(lián)處理邏輯上運(yùn)行，其中指令集包括配置成計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣的第一例程，第一例程配置成使用協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算結(jié)構(gòu)的球形度。在某些實(shí)施例中，第一例程配置成旋轉(zhuǎn)協(xié)方差矩陣，使得旋轉(zhuǎn)的協(xié)方差矩陣的第一軸與模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸對(duì)齊。在某些實(shí)施例中，第一例程配置成將球形度作為協(xié)方差矩陣的行列式與長(zhǎng)軸方向的模型的長(zhǎng)度的立方之間的比率來計(jì)算。在某些實(shí)施例中，第一例程配置成使用協(xié)方差矩陣的本征值分解來計(jì)算球形度， 球形度作為協(xié)方差矩陣的主要本征值與協(xié)方差矩陣的多個(gè)非主要本征值之間的比率來計(jì)
笪弁。


圖1是使用表面網(wǎng)格技術(shù)來三維模型化的左心室的圖解表示。圖2是具有也用于提供球體的所識(shí)別的頂點(diǎn)和底部界標(biāo)的左心室的圖解表示。圖3采用識(shí)別的頂點(diǎn)和底部界標(biāo)示出的同一個(gè)左心室的兩個(gè)圖像的圖解表示，其中底部界標(biāo)之一改變。圖4是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例、采用可與計(jì)算球形度結(jié)合使用的本征值以及識(shí)別的頂點(diǎn)和底部界標(biāo)所示出的左心室的圖解表示。圖5示出根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例所使用的系統(tǒng)的框圖。圖6示出可根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例用于計(jì)算三角網(wǎng)格的體積、重心和協(xié)方差矩陣的程序列示。圖7示出可根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例用于根據(jù)協(xié)方差矩陣和長(zhǎng)軸向量來計(jì)算球形度所使用的程序列示。圖8示出根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例所使用的方法。通過結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀之后，將會(huì)更好地理解上述發(fā)明內(nèi)容以及下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述。為了說明本發(fā)明，附圖中示出某些實(shí)施例。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于附圖所示的布置和工具。
具體實(shí)施例方式—般來說，本技術(shù)的實(shí)施例涉及確定結(jié)構(gòu)的球形度。某些實(shí)施例涉及確定心臟結(jié)構(gòu)、如左心室的球形度。雖然本文所述的實(shí)施例結(jié)合確定心臟結(jié)構(gòu)、如左心室的球形度來論述，但是本文所公開的本發(fā)明并不局限于這種應(yīng)用。換言之，本文的本發(fā)明可用于確定期望這種確定的任何結(jié)構(gòu)的球形度。圖1是使用表面網(wǎng)格技術(shù)三維(3D)模型化的左心室102的圖解表示100。示出左心室102的頂點(diǎn)104和底部106。指示頂點(diǎn)104和底部106的界標(biāo)可作為用戶輸入來提供或者自動(dòng)檢測(cè)。左心室的表面由網(wǎng)格線表示。左心室102的室體積可使用表面網(wǎng)格技術(shù)從3D模型來計(jì)算。常用的3D模型是三角形表面網(wǎng)，但是也可使用其它類型的表面和實(shí)體模型。按傳統(tǒng)，左心室球形度作為室體積與使用頂點(diǎn)和底部界標(biāo)所創(chuàng)建的球體的體積之
間的比率來計(jì)算。圖2是具有也用于提供這種球體204的識(shí)別的頂點(diǎn)界標(biāo)206和底部界標(biāo)
208的左心室202的圖解表示200。這樣，使用下式提供了球形度
.,volume ''Ρ ■ 11 · 1J\apa:ex~b{ise\ , 3
S7rI" 2 /球形度1將指示該室為球體，而較低球形度值指示該室與球體不太類似。正常左心室可呈現(xiàn)大約0. 3的球形度，具有側(cè)隆起的左心室可呈現(xiàn)大約0. 4-0. 5的球形度，其指示心室更類似球體并且可能不太健康。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方式具有對(duì)可變化的頂點(diǎn)和底部界標(biāo)的定位敏感的缺點(diǎn)。例如，頂部界標(biāo)可因視圖的縮小繪制而不同地放置，并且底部界標(biāo)可根據(jù)用于處理僧帽瓣(mitral valve)的慣例而不同地定位。圖3采用頂點(diǎn)界標(biāo)304和底部界標(biāo)306、308、310、318示出的同一個(gè)左心室的兩個(gè)圖像的圖解表示300。底部界標(biāo)308與底部界標(biāo)318不同，從而創(chuàng)建不同形狀302、312以及不同的頂點(diǎn)到底部長(zhǎng)度(304到308和304到318)。使用傳統(tǒng)方法，界標(biāo)定位的這種細(xì)微差別可引起球形度從0. 60變化到0. 73，即0. 13之差。但是，應(yīng)用本文所述的技術(shù)來計(jì)算球形度可引起球形度從0. 62變化到0. 63，即只有0.01之差。圖4是根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例、采用可結(jié)合計(jì)算球形度使用的本征值eux、ecl和％ 以及頂點(diǎn)界標(biāo)404、底部界標(biāo)406示出的左心室402的圖解表示400。結(jié)合圖4，球形度可按如下方式來確定。首先，左心室的3D表面模型(或?qū)嶓w模型)可使用已知模型化技術(shù)來創(chuàng)建。隨后，可通過將模型看作立體(solid body)，并且計(jì)算
下列體積積分的解，來計(jì)算模型的3X3協(xié)方差矩陣
權(quán)利要求
1.一種用于確定結(jié)構(gòu)的球形度的方法，包括下列步驟使用計(jì)算機(jī)處理器(50 來計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣；以及使用所述處理器(50 來通過使用所述協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算所述結(jié)構(gòu)的球形度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括旋轉(zhuǎn)所述協(xié)方差矩陣，使得所旋轉(zhuǎn)的協(xié)方差矩陣的第一軸與模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸對(duì)齊。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述球形度作為所述協(xié)方差矩陣的行列式與長(zhǎng)軸方向的所述模型的立方長(zhǎng)度之間的比率來計(jì)算。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述球形度使用所述協(xié)方差矩陣的本征值分解來計(jì)算，所述球形度作為所述協(xié)方差矩陣的主要本征值與所述協(xié)方差矩陣的多個(gè)非主要本征值之間的比率來計(jì)算。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用成像裝置(508)來捕獲所述結(jié)構(gòu)的圖像，并且得到所述結(jié)構(gòu)的所述三維模型。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括使用所述成像裝置(508)自動(dòng)識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使用用戶接口(504)來識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸ο
8.一種用于確定結(jié)構(gòu)的球形度的系統(tǒng)，包括配置成計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣的計(jì)算機(jī)處理器(502)，所述處理器配置成使用所述協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算所述結(jié)構(gòu)的球形度。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括成像裝置(508)，其配置成捕獲所述結(jié)構(gòu)的圖像， 并且得到所述結(jié)構(gòu)的所述三維模型。
10.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述成像裝置(508)包括超聲掃描儀。
全文摘要
結(jié)構(gòu)的球形度可使用本文所述的技術(shù)來確定。用于確定球形度的系統(tǒng)(500)可包括計(jì)算機(jī)處理器(502)，它配置成計(jì)算結(jié)構(gòu)的三維模型的協(xié)方差矩陣。處理器(502)可配置成使用協(xié)方差矩陣和關(guān)聯(lián)于模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)軸向量來計(jì)算結(jié)構(gòu)的球形度。在某些實(shí)施例中，處理器(502)可配置成將球形度作為協(xié)方差矩陣的行列式與長(zhǎng)軸方向的模型的立方長(zhǎng)度之間的比率來計(jì)算。某些實(shí)施例可包括成像裝置(508)、如超聲掃描儀，它配置成捕獲結(jié)構(gòu)的圖像，并且得到結(jié)構(gòu)的模型。某些實(shí)施例可包括用戶接口(504)，它配置成允許用戶識(shí)別模型化的結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102236895SQ201010623650
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者F·奧爾德魯?shù)?申請(qǐng)人:通用電氣公司