简单几何可视化管状解剖结构的方法

摘要

本发明涉及一种用于从医疗三维图像照片中可视化管状解剖结构、尤其是冠状血管结构的方法，其中首先提供该管状结构(10)的分割后的三维图像数据。由分割后的三维图像数据表示的管状结构(10)通过多个相邻的圆柱形和/或锥形元素(12)来近似。接着显示这些相邻的元素(12)而不显示该管状结构(10)的分割后的三维图像数据。本发明的方法使得可以简化地几何显示管状结构(10)，从而尤其是在作为二维图像显示传输时向专业人员提供对该结构的简单解释。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从医疗三维图像照片中可视化管状解剖结构、尤其是冠状血管结构的方法，其中首先提供管状结构的分割后的三维图像数据。

背景技术

为了例如测量狭窄或为了估计钙化和非钙化的斑沉积的周长，利用当前可用的成像技术对冠状血管系统的分析是一个耗时且复杂的过程。利用现代图像计算机的高计算容量提供了各种不同的可视化方法，可以用于显示所记录的血管结构。对此的例子是MIP(最大强度投影)、VRT(立体着色技术)、SSD(阴影表面显示)或在诊断时支持放射医生的这些可视化方法的组合。为了对血管结构进行量化分析，需要从二维或三维图像照片中对结构进行分割，在此基础上可以测量量化的量，例如狭窄的长度或直径/长度比。

一个特殊的问题首先是将所采集的数据或者说从图像照片中导出的数据传递给另一个专业人员，例如心脏学医生。目前采用的诸如交互3D-VRT的可视化方法在减少为二维显示时导致难以解释的图像。虽然有数字化技术以及医院内的联网，但通常也总是需要将这种图像打印在纸上，以传递给相应的专业人员来对检查结果进行诊断。因此在这些情况下，检查结果通常附有报告，其中对血管树以简单的话语(例如通过给定损害部位到一个诸如分叉点或解剖结构异常的固定标记之间的距离)来描述。但对专业人员来说，用所附的报告也很难从二维图像中正确地再现出实际的血管结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于可视化管状解剖结构、如冠状血管树的方法，该方法使得在二维图像显示中也可以对管状结构进行简单的解释。

在本发明的用于从医疗三维图像照片中可视化管状解剖结构、尤其是冠状血管结构的方法中，首先提供该管状结构的分割后的三维图像数据。该分割后的三维图像数据优选从包含管状结构的身体部位的断层造影图像照片的三维图像数据中获得。为此需要的分割方法如所谓的“区域增长”是现有技术，因此在此不再进行详细描述。

本发明方法的特征在于，对用分割后的三维图像数据表示的管状结构通过多个相邻的圆柱形和/或锥形几何元素来近似，最后显示这些相邻的元素而不显示该管状结构的分割后的三维图像数据。这种显示可以按照二维或三维形式进行。但对于以后对该显示的传递来说，优选用二维显示。

用多个圆柱形和/或圆锥形元素来近似管状结构通过对分割后的三维图像进行自动的图像处理来完成。在此，可以通过与该管状结构匹配的具有不同直径和不同长度的一排圆柱来模拟管状结构。由此，在管状血管结构中，这些匹配的圆柱的直径随着血管结构的分叉深度增长而变小。还可以不采用从圆柱的开始到结束都具有相同直径的圆柱，而采用直径从开始到结束线性减少或增加的锥形元素来近似管状结构。当然还可以采用这两种元素类型的组合，以达到与管状结构尽可能精确的匹配。

因此利用本方法，可以通过简单的几何元素显示管状结构。对这些依次排成行的元素的二维投影(例如中心投影或平行投影)可以没有信息丢失地通过传真传送给专业人员，后者可以从该显示中毫无问题地得出作为基础的管状结构的变化。在血管结构的情况下，可以基于这些在此显示的、具有比相邻元素更小直径的元素轻易地识别出分叉和局部变窄、特别是狭窄。在本发明方法的一种优选实施方式中，在显示中另外、优选地用颜色来标记这种解剖异常。这同样也可以通过用图像处理算法识别出局部变窄和分叉而自动地进行。

用本发明方法提供的管状结构的显示为无法交互地访问该结构的三维图像数据的三维图像显示的专业人员提供了在该结构内进行分析和定向的便利。本发明的方法尤其使得可以没有信息丢失地简单传送该结构的二维显示，并且用很低的存储需求就可以进行存储。尽管如此，仍可以在显示中识别出管状结构的每一个对诊断重要的特征。

在本发明方法的优选实施方式中，这样将依次排列成行的元素投影到一个平面中，使得对应于相同分层结构级别的分叉位于一个共同的环上，而对应于不同分层结构级别的分叉分别位于该平面中相互套着的不同的环上。将投影和相应的环一起进行显示。因此，观察者在该显示中可以立即看见其中可能具有狭窄的相应的分层结构或分叉深度。这种显示方式可以向观察者提供一种印象，就好像该结构位于一个球体的表面上一样，该结构从该球体的最高点出发延伸到表面。

对于管状结构在分割后的三维图像数据中的近似，当然可以采用不同的图像处理算法。这种算法的一个例子可以引用随后的一个实施方式。基本上，这种图像处理算法只需贯穿管状结构，并在很多位置上确定管状结构的重心和直径，以便能够在这些位置上将对应的元素近似地与该结构的延伸相匹配。

本发明的方法不限于对血管结构的可视化，而是可以一般地用于模拟和可视化患者体内的管状结构。所基于的分割后的三维图像数据可以来自分别涉及的身体部位的三维图像照片，这些三维图像照片是用不同的成像模件记录的，如X射线CT、X射线血管造影、磁共振断层造影、三维超声波、PET或SPECT。实施本发明方法的条件只是能够从这些三维图像照片中适当地分割出管状结构。

附图说明

下面借助实施例结合附图再次简要解释本发明的方法。其中示出：

图1A-1C示出血管树的图像和两个从中导出的排列成行元素的二维显示的例子，

图2示出近似血管结构的第一步的例子，

图3示出根据图2用圆柱形元素近似图2中的结构的例子，以及

图4示出依次排列成行的圆柱体的分级显示的例子，这些圆柱体是根据图2和图3的步骤获得的。

具体实施方式

图1以部分图1A示出只示意性表示的冠状血管结构10，如作为MIP在监视器上显示的。该显示基于已分割的该血管结构10的三维图像数据。利用本方法，这些分割后的三维图像数据从大动脉11出发，以便用多个相邻的圆柱形元素12来近似该血管结构10。接着在没有该作为基础的血管结构10的三维图像数据的情况下显示按序排列的圆柱体12。这在分图1B中可以在按序排列的圆柱体12的平行投影13中看到，其中另外还显示了作为分割后的对象的大动脉11。如通过斑沉积或狭窄引起的解剖异常在该显示中通过被标记的元素15表示。同样方式下在该例中用圆来标记分叉点16。

相邻元素的另一种显示方法在部分图1C中可以看到，其中绘出多个同心环17，这些同心环代表不同的分叉级别，也就是从大动脉11出发的第一分叉、第二分叉等等。在此，按序排列的圆柱形元素12这样投影在这些环的平面上，使得分叉位于对应的环17上。

在根据本方法的两个显示中，血管结构10的延伸和递增的变细可以通过所投影的圆柱形元素12的不同直径来识别。正是部分图1C的分级显示使得观察者可以立即识别出其中存在解剖异常的分叉深度。

图2示出在实施本发明方法时第一步骤的例子，为简化起见借助二维显示。在该显示中可以识别出作为血管结构10的分割后的血管树的一段图像，其中各个矩形表示作为基础的图像的体素18。在横穿该血管树时，首先设置一个起始点，该起始点在图2中通过具有数字1的体素18来表示。围绕该起始点首先设置一个小球，接着逐步的扩大该小球。该过程在图2中用数字2-5表示，这些数字分别以体素为单位给出从起始点开始的球周长的距离。逐渐增长的球体例如可以通过所谓的距离变换方法来实现。在该球体的大小达到其在形成两个封闭的、至少接近环形的截线的情况下与血管结构10的外边界相切之后，在本例中该球体还要继续增大一或两个步长。然后获得的截线确定在此匹配的圆柱体的起始面和终止面，该圆柱体的直径对应于通过该两个截线中的至少一个而封闭起来的平面(截面)的直径。在本例中，两个截面具有相同的直径。如果两个截面的直径不同，则也能将平均直径用于形成圆柱体。此外，在该情况下还可以采用锥形的元素，其起始直径和终止直径对应于截面的直径。

在形成第一圆柱体之后，在离该圆柱体的终止面大约该圆柱体直径那么长距离的地方设置一个新的起始点，并重新填充起一个球体，以便匹配出下一个圆柱体或下一个锥形延伸的元素。在确定截线时，还确定相应截面的重心，以便根据该重心设置后面的起始点。检测到多于两个截面标志着存在分叉。然后将该位置标记为分叉点16。这也显示在图2中。

通过扩大附加步长的数量，使球体在形成两个截线之后继续以该附加步长增长，可以影响各个圆柱形和/或锥形元素的长度。优选地，在检测到两个截线之后将球体继续扩大一到三个步长。如果在该范围内截面的直径没有发生显著变化，则将在球体的最终大小时达到的截面用于形成这些元素。如果检测到变化，则还可以再将球体缩小一或两个步长，以便随后形成相应的元素。

图3示出根据图2的步骤匹配圆柱形元素12的结果。各个依次排列的圆柱体在结构的分叉逐渐增长时具有越来越小的直径。分叉点16在该显示中通过圆来标记。

血管结构10的表示还可以这样投影到一个平面中并显示出来，使得不同分叉级别的分叉点16分别位于该平面中不同的环17上，而相同分叉级别的分叉点16分别位于该平面中相同的环17上。这可以借助图4的显示看出。在该分级的线图中，结构的起始点位于中心，后面的分叉级别分别位于同心环17上，在这些环之间依次排列的圆柱形元素12对应于其投影到该平面上的变化而显示出来。