使用血管形态增强支气管气道表示的方法和设备与流程

提供了使用血管形态增强支气管气道表示的方法和设备。

在一个实施方案中，首先获得受检者的支气管气道的表示和相应血管网络的表示。在支气管气道表示中，空间坐标由气道的末端识别，其中气道的某些部分不包括在该表示中，但是它们实际上是受检者的解剖结构中的连续气道。然后在血管网络表示中识别对应于支气管气道表示中的第一识别气道末端和第二识别气道末端之间的未表示气道部分的脉管部分。利用该数据来产生反映在第一末端和第二末端之间延伸的气道的增强的支气管气道表示。增强的支气管气道表示可以显示在医疗设备的监视器上，以便于支气管镜检查规程。

在血管网络表示中，可以识别对应于支气管气道表示中所识别的气道末端的位置。当通过在血管网络表示中表示的血脉的血管路径将血管网络表示中的两个识别位置连接起来时，可以选择识别的末端作为第一末端和第二末端并将其用于增强支气管气道表示，从而反映在第一末端和第二末端之间延伸的气道。

可以执行该方法，使得从单个计算机断层摄影(ct)扫描获得支气管气道表示和血管网络表示。支气管气道表示可以通过设置亨氏(hounsfield)单位阈值以便对气道检测的ct扫描进行区域增长分割来生成。增强的支气管气道表示可以通过设置较低的亨氏单位阈值以便根据所检测脉管的位置和取向对所检测脉管周围的ct扫描进行区域增长分割来生成。另选地，支气管气道表示和血管网络表示可以从单独的ct扫描获得。用于获得血管网络表示的ct扫描可以经由造影剂来增强。

医生或其他专业人员可以使用血管网络表示的显示来人工地识别血管网络表示中对应于未表示气道部分的脉管部分。另选地，识别血管网络表示中对应于支气管气道中气道末端的位置可以由处理器来确定。

用于提供受检者的支气管气道的增强表示的示例性设备包括存储器，其被配置为存储受检者的支气管气道的初始数据表示。数据表示包括气道末端的空间坐标，在该气道末端处气道继续在受检者中，但是气道的继续部不包括在初始支气管气道表示中。存储器还被配置为存储对应于受检者的支气管气道的血管网络的数据表示。设备还包括处理器，其被配置为识别血管网络表示中对应于支气管气道表示中的第一识别气道末端和第二识别气道末端之间的未表示气道部分的脉管部分。处理器还被配置为产生反映在第一末端和第二末端之间延伸的气道的增强的支气管气道表示。

为此，处理器可以被配置为识别血管网络表示中对应于支气管气道表示中所识别的气道末端的位置。当通过在血管网络表示中表示的血脉的血管路径将血管网络表示中的两个识别位置连接起来时，处理器可以被配置为选择两个所识别的末端作为第一末端和第二末端，增强的支气管气道表示反映在第一末端和第二末端之间延伸的气道。这样，设备可以识别血管网络表示中对应于支气管气道表示中的第一识别气道末端和第二识别气道末端之间的未表示气道的脉管部分。

设备可以包括显示器，其被配置为显示增强的支气管气道表示。显示器可以是医疗设备的监视器，其被配置为在支气管镜检查规程中辅助支气管镜的导航。显示器还可以用于人工地识别血管网络表示中对应于未表示气道部分的脉管部分。

存储器可以被配置为存储从单个计算机断层摄影(ct)扫描获得的支气管气道表示和血管网络表示。处理器可以被配置为通过设置亨氏单位阈值以便对气道检测的ct扫描进行区域增长分割来生成该支气管气道表示。处理器可以通过设置较低的亨氏单位阈值以便根据所检测脉管的位置和取向对所检测脉管周围的ct扫描进行区域增长分割来生成增强的支气管气道表示。另选地，存储器可以被配置为存储从单独的计算机断层摄影扫描获得的支气管气道表示和血管网络表示。存储器还可以被配置为存储从经由造影剂增强的计算机断层摄影扫描获得的血管网络表示。

通过以下详细描述和附图，本发明的其他目的和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

本文的实施方案以举例的方式而非限制的方式在附图的图中示出。

图1为呼吸支气管树的示意图。

图2为根据本发明的教导内容制造的用于提供受治疗者肺部的三维表示的计算机断层摄影(ct)扫描系统的示例性示意图。

图3a为由ct扫描得出的受治疗者的支气管气道的分割表示的示例的图示。

图3b为图3a的支气管气道的分割表示的图示的放大部分。

图4a为对应于图3a的支气管气道的血脉的血管分割表示的一部分的图示。

图4b为图4a的血管分割表示的图示的放大部分，示出了对应于图3b中描绘的各个气道末端的区域中的脉管。

图5a至图5c为得出图3b和图4b的示例性气道和血管分割表示的2-d片段的部分的示例。图5a反映了沿图3b和图4b的线a-a的部分片段，图5b反映了沿图3b和图4b的线b-b的部分片段，并且图5c反映了沿图3b和图4b的线c-c的部分片段。

图6为根据本发明的教导内容的受检者的支气管气道的示例性增强分割表示的图示。

图7为根据本发明的教导内容的提供受检者的支气管气道的示例性增强表示的示例性方法的流程图。

图8为用于执行诊断过程和其他支气管镜检查规程的示例性医疗设备的图示，该设备结合了根据本发明的教导内容的增强的支气管气道表示成果。

具体实施方式

以引用方式并入本专利申请中的文献可包括以与本说明书中明确或隐含的定义相冲突的方式定义的术语。如果发生任何冲突，应以本说明书中的定义为准。

计算机断层摄影(ct)扫描在医学领域中是众所周知的。ct扫描不仅用于诊断目的，而且还用于辅助导管和/或其他探针的导航，用于相对非侵入性的医学规程。由biosensewebsterinc.(diamondbar,calif.)生产的carto^tm标测系统(其各种细节在美国专利申请公开2009/0093806和2009/0138007以及美国专利5,391,199、5,443,489、5,558,091、5,983,126、5,944,022、6,172,499、6,177,792、6,788,967和6,690,963中有所描述)采用ct扫描数据来辅助导管和其他探针在受检者的心脏中的导航。对本质上为二维片段的ct扫描系列进行分析，为此提供心脏的三维分割表示。

对于非侵入性支气管诊断和其他医学规程，希望提供受检者的气道的精确支气管气道表示，即受检者的支气管树。虽然心脏的腔室相对较大，但是肺部的气道形成一棵树，如图1所示，其中气管作为树干，支气管从该树干作为分支在一级、二级、三级等支气管中延伸，随着气体交换的渗透性增加，尺寸和组织密度逐渐减小。

因此，常规使用ct扫描以提供受检者的肺部气道的三维表示通常反映了由ct扫描获得的模型内气道的不精确断开或中断。当使用这种表示来将导管或探针导航到气道树的远侧区域时，常规的气道表示会显示死端，在死端处气道实际上继续在受检者中。

由于肺的复杂性，当对肺ct扫描进行分割时，有时会缺失解剖结构的一部分。此外，当肺部分割不精确时，各种气道可能看似没有连接，或者医生可能无法识别气道来自何处、去向何处或它们如何连接。由此产生的解剖模型可能会误导医生。因此，医生可以从用于检测患者支气管气道的分割表示中的大多数气道的精制方法中受益。

申请人已经认识到，使用受检者肺部血脉的相应表示的形态可以提供增强的气道表示。当进行ct扫描时，血脉通常比气道更准确地被检测和表示。另外，诸如将造影剂经静脉引入患者体内的技术可用于进一步增强脉管系统的放射学表现。如下文更详细地讨论，可以使用关于血脉的信息来推断关于脉管附近的未表示气道的更多信息，以产生受检者的支气管气道的增强表示。

发明人已经认识到肺部中的脉管总是伴有气道，因此当识别脉管时，在其附近应始终存在相应的气道。因此，通过识别相应的脉管，可以完善支气管气道的分割表示的缺失部分，从而提供增强的分割表示。

图2为示例性计算机断层摄影(ct)扫描系统20的图示，其中为了说明目的移除了一部分。在该示例中，当可移动床或平台21将受检者25移动通过扫描系统20时，使用放射照相成像来产生一系列二维x射线横截面。每个放射照相横截面都是由多个x射线信号产生的复合物，所述多个x射线信号通过在被称作分割的过程中围绕可移动床或平台21上的受检者25快速旋转x射线探测器24对面的x射线发生器或管22而从多个角度发出，每个单独的横截面被称为一个片段。提供被配置为进行数字几何处理的处理单元26，其中与图像数据一起识别与被扫描结构的三维体积有关的数据，从而可获得扫描的坐标图。

根据分割过程所得的一系列片段及其相关联的图像和位置坐标数据可以多种方式解释以在显示器28上提供受检者的内部器官的增强视图，并且/或者保存到存储器29以用于医学诊断或其他医学规程。ct扫描表示的三维方面通常由相对于每个横截面或片段的x、y图像坐标得出，其中z空间坐标由构成扫描的一系列片段中给定片段的位置得出。

图3a为从已经进行ct扫描的受检者25的第二支气管32分支的气道31的支气管分割表示30的一部分的示例性图示。用于产生这种表示的常规方法包括设置亨氏单位阈值以便对气道检测的ct扫描进行区域增长分割。示例性扫描分割30反映了用于多个气道35中的每一个的近侧末端34和用于多个断开气道37中的每一个的远侧末端36；近侧和远侧是相对于气道的未检测/未表示部分而言的。气道的这种不连续性通常存在于肺部气道的常规ct扫描分割表示中，因为处理软件无法表示在ct扫描的给定片段中无法识别的气道的某些部分。通常，每个气道末端34,36的空间坐标可根据与构成扫描的一系列片段中给定片段的位置相关联的片段图像数据坐标识别。

图3b提供了图3a的圈出部分的放大视图，其中针对气道35a识别末端34a，针对气道35b识别末端34b，针对气道37a识别末端36a，并且针对气道37b识别末端36b。

为了提供气道分割30的增强分割表示，利用跟踪受检者的支气管气道树的血管网络的三维表示的形态。图4a为对应于已经进行ct扫描的受检者25的肺部气道31的血脉41的血管网络分割表示40的一部分的示例性图示。图4b提供了图4a的圈出部分的放大视图。示例性脉管扫描分割40反映了连续脉管45,47，它们跨越对应于图3b所示的气道35a,35b的近侧末端34a,34b与气道37a,37b的远侧末端36a,36b之间的不连续区域的区域。

图5a至图5c为得出示例性气道分割30和血管分割表示40的顺序二维片段或横截面的部分的示例。图5a示出了得出图3b和图4b的线a-a处气道和血管分割表示30,40的部分的片段部分51。图5b示出了得出图3b和图4b的线b-b处气道和血管分割表示30,40的部分的片段部分52。图5c示出了得出图3b和图4b的线c-c处气道和血管分割表示30,40的部分的片段部分53。

从图5a所示的片段51，得出图3b的气道部分35a和35b以及图4b的脉管部分45和47。从图5b所示的片段52，不能确定气道，这反映了图3b的末端34a,34b和末端36a,36b之间的不连续性。然而，能够确定脉管45和47的连续性和通路并将其表示为如图4b所示。从图5c所示的片段53，得出图3b的气道部分37a和37b以及图4b的脉管部分45和47，其与图5a的脉管部分45和47相比较具有颠倒的位置，因为血管通路发生了交叉。

通过将气道分割30和血管网络表示40的空间数据关联起来，可以改进气道分割30以提供增强的气道分割表示。如图6所示，示出了增强气道分割表示60的一部分，其提供了图3b所示的气道分割部分30的改进版本。在增强的分割60中，气道35a经由增强的气道部分61与气道37b连续，因为该气道与脉管45相对应。类似地，气道35b经由增强的气道部分62与气道37a连续，因为该气道与脉管47相对应。图6中的星号(*)表示末端34a,4b,36a和36b的坐标位置，这些坐标位置由于经由增强的气道部分61和62形成的气道表示连续性而被消除。

参考图7提供了用于产生受检者的支气管气道的增强表示诸如增强分割60的示例性方法。在初始步骤72中，获得受检者的支气管气道的表示，该表示识别气道末端的空间坐标，在该气道末端处气道继续在受检者中，但是气道的继续部不包括在支气管气道表示中。例如，可以使用ct系统20获得受检者25的支气管气道表示30。

在步骤74中，还获得对应于受检者的支气管气道的血管网络的表示。例如，可以使用ct系统20获得受检者25的血管网络表示40。然而，不必同时或使用相同的方法得到血管表示，因为血管分支的空间坐标可以与气道分支的空间坐标相协调以提供足够的对应数据来执行该方法。例如，血管表示可以从已经经由可检测物质诸如造影剂增强的单独的计算机断层摄影扫描获得。

在步骤76中，识别血管网络表示中的血管部分，所述脉管部分对应于支气管气道表示中的第一识别气道末端和第二识别气道末端之间的未表示气道部分。为此，可以识别血管网络表示中对应于支气管气道表示中所识别的气道末端的位置。例如，如果片段51是可以确定气道35a和35b的最后片段，则该片段可以限定相应末端34a,34b的空间位置。然后可以对最近的血脉进行区段51的搜索，以便例如识别如对应于图3b所示的气道末端34a,34b的图4b所示的脉管位置45a,47a。这可以通过用于创建气道35a,35b和脉管45,47的表示的数据的自动搜索过程或者通过医生或技术人员检查显示器上的血管表示的相应图像以进行确定来完成。为了确保确定正确的脉管位置，可以检查连续的片段以确定所选择的血脉实际上是否对应于所讨论的气道。

类似地，如果片段53是可以确定气道37a和37b的第一个片段，则该片段可以限定相应末端36a,36b的空间位置。然后可以对最近的血脉进行区段53的搜索，以便例如识别如对应于图3b所示的气道末端36a,36b的图4b所示的脉管位置45b,47b。这可以通过用于创建气道37a,37b和脉管45,47的表示的数据的自动搜索过程或者通过医生或技术人员检查相应图像以进行确定来完成。

在通过在血管网络表示中表示的血脉的血管路径将血管网络表示中的两个识别位置连接起来的情况下，可以通过指示在对应于这两个识别位置的血管路径的两个末端之间延伸的气道来增强支气管气道表示。例如，在图4b中，通过血脉45将相应的血管位置45a,45b连接起来。由于脉管位置45a,45b对应于末端34a,36b，因此随后选择末端34a,36b作为第一末端和第二末端，它们对应于未表示的气道部分的近侧末端和远侧末端。类似地，通过血脉47将相应的血管位置47a,47b连接起来。由于脉管位置47a,47b对应于末端34b,36a，因此可以选择末端34b,36a作为第一末端和第二末端，它们对应于未表示的气道部分的近侧末端和远侧末端。

在步骤78中，产生增强的支气管气道表示，其反映了在已经相应地被确定为未表示气道的端部的第一末端和第二末端之间延伸的气道。例如，在增强的气道表示60中，气道部分61设置在气道35a,37b之间。类似地，气道部分62设置在气道35b,37a之间。这可以例如通过设置较低的亨氏单位阈值以便根据所检测脉管的位置和取向对所检测脉管周围的ct扫描进行区域增长分割来实现。

在一个示例中，处理器和相关联的存储器例如图1的处理器26和相关联的存储器29可以被配置为提供受检者的支气管气道的ct扫描的增强表示，该增强表示可以显示在监视器诸如监视器28上。

存储器29可以被配置为存储受检者25的支气管气道的数据表示，该数据表示识别气道末端的空间坐标，在该气道末端处气道继续在受检者中，但是气道的继续部不包括在支气管气道表示中。存储器还可以被配置为存储对应于受检者的支气管气道的血管网络的数据表示。

处理器26可以配置为识别血管网络表示中的脉管部分，所述脉管部分对应于支气管气道表示中的第一识别气道末端和第二识别气道末端之间的未表示气道部分。然后，处理器26可以被配置为产生反映可以显示在显示器28上的在第一末端和第二末端之间延伸的气道的增强的支气管气道表示。

为此，处理器26可以被配置为识别血管网络表示中对应于支气管气道表示中所识别的气道末端的位置，诸如图4b中的相应血管位置45a,45b,47a和47b。处理器还可以被配置为确定何时通过血管网络表示中表示的血脉的血管路径将血管网络表示中的两个识别位置连接起来，通过指示在对应于这两个识别位置的血管路径的两个末端之间延伸的气道来实现支气管气道表示的增强。

支气管气道表示增强系统不依赖于结合到ct扫描系统诸如图2中描绘的系统20中。支气管气道表示增强系统可以有利地结合到用于执行诊断过程和其他支气管镜检查规程的医疗设备诸如图8中描绘的医疗设备80中。

示例性医疗设备80包括控制器82，其经由机器人手柄86控制支气管镜84的定位，以进行诊断过程或其他支气管镜检查规程。通过在系统监视器88上显示患者的气道表示有利于支气管镜84的远侧端部的导航。

控制器82包括便于医疗设备80的操作的处理器和存储器部件。在这种系统80中，先前生成的支气管气道和血管网络表示的数据可以存储在控制器82的存储器中，该控制器可以被配置为在系统监视器88上显示那些表示。控制器82可以被配置为处理参考先前生成的血管网络表示的形态的先前生成的支气管气道表示，以产生和显示如上所述的增强的支气管气道表示。当希望将支气管镜86导航到患者肺部中必须穿过先前产生的支气管气道表示中未表示的气道部分的位置时，这是非常有利的。

上面讨论的示例是非限制性的。尽管基于ct扫描的表示用于上述示例，但是本发明也适用于由使用其他技术得出的表示。其他变化和实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的并且在本公开的范围内。