专利名称：用于心脏图像获取的自动最佳视图确定的制作方法
有关申请的交叉参考本申请要求2003年5月28日提交的，题目为”Automatic OptimalView Determination for Cardiac Acquisition”的美国临时申请序列号60/473,730(At torney Docket No.2003P07843US)的权益，所述临时申请已作为参考全文包括在本说明书内。
发明
背景技术：
领域本发明涉及医学成像，更具体地说，涉及确定用于心脏图像获取的短轴和长轴视图平面。
有关技术的讨论在医学成像领域，围绕心脏长短轴法线取向的图像是医生作出鉴定的标准格式。心脏的取向及其长短轴法线，对各个人都是独一无二的。所以在获取这种图像时，各人的心脏取向及其关联的坐标框架(短轴、长轴以及与所述二者正交的方向)都需要确定。
在有关技术中，平均左心室坐标系是从50个对象的数据库中计算得出并用作开始点。从这个初始的短轴取向，对数个短轴图像采样。然后使用预期最大化算法来将这些图像中的左右心室分段。在短轴图像叠堆中找出左心室(“LV”)的形心(centroid)。将这些(形心)连接起来，形成最终的短轴法线。然后找出距所述轴最远的右心室点，用于确定长轴法线方向。由于心室形状各不相同，有些甚至是香蕉形，所述方法并不总能产生适宜的坐标结构。
发明概述本发明的示范实施例包括确定用于心脏图像获取的最佳视图平面的方法。所述方法包括获取心脏的一组矢状、轴向和冠状图像，其中轴向和冠状图像与矢状图像正交，且其中心脏具有自然轴和具有血池、血池边缘及心尖的左心室(“LV”)。所述方法还包括制成血池边缘图，并利用此图来创建沿自然轴取向的完整坐标框架。
本发明的另一实施例包括确定用于心脏图像获取的最佳视图平面的系统，所述系统包括处理器；以及与处理器进行信号通信的成像适配器，用于接收心脏的图像，其中，心脏具有自然轴和具有血池、血池边缘及心尖的左心室(“LV”)。所述系统还包括与处理器进行信号通信的映像单元，用于映射血池边缘。所述系统还包括与处理器进行信号通信的创建单元，用于创建以自然轴取向的完整坐标框架；以及与处理器进行信号通信的用户接口，用于接收来自用户的控制输入。
附图简要说明
图1是显示计算机系统示范实施例的示意图；图2是描绘从正交取向获取的心脏的一组三个CT图像的医学图像；图3是描绘具有标识的LV血池的心脏的矢状视图的医学图像；图4是描绘在心脏的轴向视图中定位血池边缘的示范实施例的医学图像；图5是描绘在心脏的冠状图像中定位血池边缘的示范实施例的医学图像；图6是描绘在血池边缘上的映像点的示范实施例的医学图像；图7是近似地表示具有标识的短轴法线取向的心脏的三维LV血池边缘的椭球的图解示意图；图8是描绘具有标示的间隔方向的心脏的矢状图像和相对于心脏自然轴取向的完整坐标框架的医学图像；图9是描绘左心室和一组短轴图像的示范表示的图解示意图；图10是描绘本发明的示范实施例并且描绘如何从心脏的短轴图像确定长轴法线取向的图解示意图；图11是描绘本发明示范实施例的流程图；以及图12是用于心脏图像获取的自动最佳视图确定的系统的示范实施例的示意图。
优选实施例的详细说明本发明的示范实施例提供确定用于心脏图像获取的最佳短轴和长轴视图平面的方法、系统和装置。可以利用以下设备获取图像磁共振扫描器(“MR”)、正电子发射体层摄影扫描器(“PET”)、单光子发射计算机体层摄影(“SPECT”)、计算机体层摄影扫描器(“CT”)以及其它医学成像装置。在代表心脏的其它数据源中，心脏的CT、SPECT和PET体积数据在获取之后可以重新格式化，以便创建所需的图像。在确定最佳视图平面之后，图像可以被重新扫描，或者可以将数据(象CT体积数据)重新格式化，以便在新的视图平面获取新的图像。
参阅图1，按照本发明的示范实施例，实现本发明的计算机系统101包括中央处理单元(“CPU”)102、存储器103和输入/输出接口(“I/O”)104。计算机系统101通常通过I/O接口104连接到显示器105和各种输入装置106，例如鼠标、键盘以及医学成像装置。支持电路可以包括例如高速缓存、电源、时钟电路以及通信总线等电路。存储器103可以包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、磁盘驱动器、磁带驱动器等或它们的组合。本发明可以作为例行程序107实现，程序107存储在存储器103中并由CPU 102执行，处理来自信号源108的信号。因此，计算机系统101是通用的计算机系统，在执行本发明的程序107时就变成专用计算机系统。
计算机系统101还包括操作系统和微指令代码。本文说明的各种过程和功能可以或者是微指令代码的一部分或者是应用程序的一部分(或其组合)，应用程序则通过操作系统来执行。此外，各种其它的外围设备可以连接到计算机平台上，例如附加的数据存储装置和打印装置。
图2是描绘从正交取向获取的心脏的一组三个CT图像的医学图像，总体用标号200表示。根据代表心脏的相同CT体积数据组对这些图像进行了重新格式化。标号220表示心脏的冠状图像。标号240表示心脏的矢状图像。标号260表示心脏的轴向图像。
图3是描绘具有标识的LV血池的心脏的矢状视图的医学图像，总体用标号300表示。图像300是图2中描绘的同一矢状视图240。此处标号320表示标识的LV血池。
图4是描绘在图2的轴向视图260中定位血池边缘的示范实施例的医学图像，总体用标号400表示。标号410表示所述图像平面与图3所示的矢状图像平面的相交线。标号420和430表示在血池边缘上与矢状图像平面相交的已识别位置。
图5是描绘在图2的冠状图像220中定位血池边缘的示范实施例的医学图像，总体用标号500表示。标号510表示所述图像平面与图3所示的矢状图像平面的相交线。标号520和530表示在血池边缘上与矢状图像平面相交的已识别位置。
图6是描绘在血池边缘上的映像点的示范实施例的医学图像，总体用标号600表示。此处所示的图像和图4所示的轴向视图相同。标号620表示图4所示血池边缘位置420和430的中点。标号650所标识的各条线表示从中点620轴向映像的沿血池边缘的不同点。
图7是近似地表示具有标识的短轴法线取向的心脏的三维LV血池边缘的椭球的图解示意图，总体用标号700表示。由标号730、740和750表示的早先映像的血池边缘在空间形成椭球形物体。由标号710表示的这个椭球用来确定心脏的近似短轴法线720。
图8是描绘具有标示的间隔方向的心脏的矢状图像和相对于心脏自然轴取向的完全坐标框架的医学图像，总体用标号800表示。此处标号820表示图2的心脏矢状图像。间隔方向从矢状图像820的血池中心向外具有亮-暗-亮的强度分布。标号840表示的箭头就是间隔方向，并具有这种强度分布。标号810表示沿心脏自然轴取向的完全坐标框架。它是利用短轴法线720和间隔方向840创建的，所述过程的实施例在以下说明。
图9是描绘左心室和一组短轴图像的示范表示的图解示意图，总体用标号900表示。标号960表示心脏的左心室图像，标号950表示其心尖。标号910和930表示两个可选择的短轴平面，标号920和940分别表示它们关联的法线。
图10是描绘本发明的示范实施例的图解示意图，总体用标号1000表示。它描绘如何从心脏的短轴图像确定长轴法线取向。图1000是心脏的短轴视图的表示。左心室及其关联的血池用标号1010表示，右心室及其关联的血池用标号1020表示，它们之间的隔膜用标号1040表示。在此短轴图像中，识别了左心室1010的插入点1015和1016。这些插入点1015和1016是LV 1010与隔膜的交汇处。许多方法可以用来识别这些点，包括前述强度分布改变(在亮→暗→亮停止处)检测方法。标号1031代表LV血池1010的中心。其位置可以通过将血池边缘自动分段并找出所述边缘的形心计算出来。圆1034与这三个点1015、1016和1031吻合，同时，圆1034的中心与血池1010的中心1031吻合。由将所述圆的圆心1031到插入点1015和1016的连线1032和1033所形成的角被二等分。这个方向是间隔方向并形成长轴法线1030。
图11是描绘本发明示范实施例的流程图，总体上用标号1100表示。方框1110代表获取心脏的各组轴向、矢状和冠状图像(每组3到6个图像)的步骤。这些图像应包括(至少部分包括)左心室。这些图像的实例示于图2。可以利用上述医学成像扫描器或通过重新格式化在标准方向上代表心脏的数据(如利用CT体积所做的)来获取这些图像。
方框1120描述确定心脏左心室(“LV”)血池在矢状图像中的位置的步骤。所述步骤的示范实施例示于图3。许多算法可以用来确定血池边缘的位置，包括任何自动分段算法。结果不需要很精确。
方框1130代表确定血池边缘在与矢状图像平面正交的图像中的位置的步骤。图4和5描绘如何完成这个步骤的示范实施例。这些参考点很容易定位，即使在配准不良的情况下。用于完成这一步骤的方法示范实施例是沿矢状图像和被分析图像交叉的线(410和510)进行简单的强度分析。
方框1140代表映射LV血池边缘的步骤。血池边缘上的点位于从以上找出的位置(420，430，520，530)的中点向外的径向方向上。图6示出所述步骤的示范实施例，其中径向视图的血池被映射。许多方法可以用来完成此映射。这些方法尤其包括检测从中点到LV边缘的线的强度分布的变化；主分量分析；椭球稳健拟合或近似地表示左心室长轴截面的任何二维模型的拟合。
方框1160代表创建相对于被成像心脏的完全坐标框架的步骤。完全坐标框架是通过定义长轴法线和相对于心脏定位的短轴法线来创建的。这两个方向互相正交并与定义完全坐标框架所需的第三轴正交。这样，通过定义短轴法线取向和长轴法线取向，就定义了完全坐标框架。
在本发明的示范实施例中，这是通过找出心脏的长轴(也称为短轴法线)来实现的。图7描绘可以用来找出短轴法线的示范方法。许多不同的方法可以用于分析椭球710，包括主分量分析。需要找出心脏的短轴方向，也称为长轴法线。这可以通过在心脏的矢状或短轴图像中找出间隔方向来完成，因为间隔方向近似于心脏的长轴法线方向。图8描绘这个步骤的示范实施例。所以，箭头840近似于长轴法线方向。由于短轴法线和长轴法线互相正交，所以可以创建完全坐标框架810并将其相对于心脏正确取向。
在本发明的另一实施例中，可以进一步精调完全坐标框架取向。这是通过将坐标框架扭转数个不同的取向，且在每次调节时获取短轴和长轴图像来实现的。最佳完全坐标框架是与最佳捕获心尖的图像相关联的取向。最佳捕获心尖的图像是具有最长的心尖到二尖瓣平面距离的图像。
在本发明的另一实施例中，可以在计算长轴法线方向之前精调短轴法线取向。所述精调方法是扭转短轴法线取向，在每个取向获取至少一个图像并且测量图像中从短轴平面到LV心尖的距离。所述过程的示范实施例示于图9。把具有距心尖的最长距离的短轴法线选择为最佳短轴法线。所以，在这种情况下，法线920最长，代表最佳短轴法线取向。
在本发明的另一实施例中，可以利用左心室的矢状或短轴视图来计算长轴法线取向。在这种情况下，间隔方向用来计算长轴法线取向。用于分析的矢状或短轴图像可以是已有的或新获取的图像。图10图解说明对于短轴图像这是如何完成的。类似的方法也可用于矢状图像。有了短轴法线和长轴法线取向，完全坐标框架就可定义。由于短轴和长轴互相正交，所以现在可以创建相对于心脏自然轴取向的完全坐标框架。
方框1170描绘相对于已定义的完全坐标框架获取心脏新图像的步骤。这些包括但不限于短轴和长轴视图。这些图像可以是新的心脏扫描结果，例如新MR扫描，或从代表心脏的数据(例如CT切片)重新格式化的结果。
图12是用于心脏图像获取的自动最佳视图确定的系统示范实施例的示意图，总体上用标号1200表示。系统1200包括与系统总线1204进行信号通信的至少一个处理器或中央处理单元(“CPU”)。只读存储器(“ROM”)1206、随机存取存储器(“RAM”)1208、显示器适配器1210、I/O适配器1212、用户接口适配器1214、通信适配器1228和成像适配器1230，它们都与系统总线1204进行信号通信。显示器单元1216通过显示器适配器1210与系统总线1204进行信号通信。盘存储单元1218，例如磁盘或光盘存储单元，通过I/O适配器1212与系统总线1204进行信号通信。鼠标1220、键盘1222和眼睛跟踪装置1224通过用户接口适配器1214与系统总线1204进行信号通信。成像装置1232通过成像适配器1230与系统总线1204进行信号通信。成像装置1232可以是医学成像装置，例如MR扫描器。成像装置1232也可以是获取和重新格式化代表心脏数据(例如来自CT体积的数据)的装置。
映像单元1270和创建单元1280也被包括在系统1200中并与CPU1202和系统总线1204进行信号通信。虽然以连接到至少一个处理器或CPU 1202的形式示出模型化单元1270和创建单元1280，但这些部件最好利用存储器1206、1208和1218中至少一个中存储的计算机程序代码来体现，而计算机程序代码由CPU1202执行。本专业的普通技术人员根据本发明的内容会认识到，不同的实施例也是可能的，例如将一些或全部计算机程序代码体现在位于处理器芯片1202上的寄存器中。根据本发明公开的内容，本专业的普通技术人员可以考虑模型化单元1270和创建单元1280(以及系统1200的其它元件)的各种不同配置和实施方案，并在本公开内容的范围和精神内实现。
应理解，本发明可以用硬件、软件、固件、专用处理器或它们的组合等各种形式来实现。在一个实施例中，可以利用有形地体现在程序存储装置上的应用程序的软件来实现本发明。所述应用程序可以被上装到包括任何适合的体系结构的机器上并由其执行。
应理解，上述说明仅代表示范实施例。为方便读者起见，上述说明集中在可能实施例的代表性实例，它们说明了本发明的原理，但并未试图枚举所有可能的改动。对于本发明的具体部分没有提出不同的实施例不得被认为是对那些不同实施例放弃权利要求。在不背离本发明的精神和范围的前提下，其它的应用和实施例都可直接实施。所以本发明不应限于具体说明的实施例，而是本发明应按照以下的权利要求书定义。可以理解，许多未作说明的实施例也在以下权利要求书的文字范围之内，且其它一些是等效的。
权利要求
1.一种用于心脏图像获取的最佳视图平面确定的方法，所述方法包括获取心脏的一组矢状、轴向和冠状图像，所述轴向和冠状图像与所述矢状图像正交，其中所述心脏具有自然轴，且左心室(“LV”)具有血池、血池边缘和心尖；制作血池边缘图；以及利用所述血池边缘图来创建沿所述自然轴取向的完全坐标框架。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述图像是使用医学成像装置获取的。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述图像是通过重新格式化代表所述心脏的数据获取的。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述制作血池边缘图的步骤包括确定所述血池在所述矢状图像中的位置；在与所述矢状图像血池相交的每个正交图像中找出两个血池边缘点，每个所述正交图像的所述两个血池边缘点之间具有中点；以及确定从所述正交图像的中点径向向外方向上的各点在每个所述正交图像的血池边缘上的位置。
5.如权利要求4所述的方法，其中确定所述血池在所述矢状图像中的位置的所述步骤还包括使用自动分段算法来确定所述血池的位置。
6.如权利要求4所述的方法，其中在所述血池边缘上定位各点的所述步骤包括利用从由以下各项构成的组中选择的方法检测从所述中点向所述血池边缘的线的强度分布变化，主分量分析，椭球健全拟合，以及近似地表示所述LV形状的任何模型的拟合。
7.如权利要求1所述的方法，其中利用所述血池边缘图来创建完全坐标框架的步骤包括确定短轴法线取向；以及确定长轴法线取向，所述长轴法线取向与所述短轴法线取向正交。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述确定短轴法线取向的步骤包括利用所述血池边缘图来近似地表示所述短轴法线取向，所述血池边缘图形成空间中的椭球形物体。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述确定短轴法线取向的步骤包括利用主分量分析。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述确定短轴法线取向的步骤还包括精调所述短轴法线取向。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述精调短轴法线取向的步骤包括；在第一短轴法线取向条件下获取第一图像，测量到达所述左心室心尖的第一距离；扭转所述第一短轴法线取向，以便创建第二短轴法线取向；在所述第二短轴法线取向条件下获取第二图像，测量到达所述左心室心尖的第二距离；选择与到达所述左心室心尖的所述两个距离中较长距离相关联的短轴法线取向为较精确的短轴法线取向。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述确定长轴法线取向的步骤包括确定离开LV血池中心的心尖方向。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述确定心尖方向的步骤包括利用从由所述矢状视图和短轴视图构成的组中选择的心脏图像。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述确定心尖方向的步骤包括分析所述心脏图像，找出所述LV血池的中心；以及从所述LV血池的中心径向向外寻找具有亮-暗-亮强度分布的方向。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述确定心尖方向的步骤包括分析所述心脏图像，找出所述LV血池的中心，所述LV具有两个插入点；分析所述心脏图像，找出所述两个插入点利用所述两个插入点和所述血池中心形成角度，所述角度的顶点在所述血池中心；二等分所述角度；以及确定所述心尖方向为所述二等分线的方向。
16.如权利要求15所述的方法，其中分析所述心脏图像，找出所述LV血池中心的所述步骤包括将所述LV血池边缘分段；以及找出所述LV血池边缘的形心。
17.如权利要求15所述的方法，其中分析所述心脏图像，找出所述两个插入点的所述步骤包括利用强度分布变化检测方法。
18.如权利要求1所述的方法，其中还包括精调所述完全坐标框架。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述精调完全坐标框架的步骤包括在第一完全坐标框架取向条件下获取第一图像，测量所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的第一距离；扭转所述第一完全坐标框架取向，以便创建第二完全坐标框架取向；在所述第二完全坐标框架取向的条件下获取第二图像，测量所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的第二距离；选择与所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的所述两个距离中较长距离相关联的完全坐标框架取向为较精确的完全坐标框架取向。
20.一种机器可读的程序存储装置，它有形地体现由所述机器执行以便实现用于心脏图像获取的最佳视图平面确定的方法的指令程序，所述方法包括获取心脏的一组矢状、轴向和冠状图像，所述轴向和冠状图像与所述矢状图像正交，其中所述心脏具有自然轴，且左心室(“LV”)具有血池、血池边缘和心尖；制作血池边缘图；以及利用所述血池边缘图来创建沿所述自然轴取向的完全坐标框架。
21.如权利要求20所述的程序存储装置，其中所述图像是使用医学成像装置获取的。
22.如权利要求20所述的程序存储装置，其中所述图像是是通过重新格式化代表所述心脏的数据获取的。
23.如权利要求20所述的程序存储装置，其中所述制作血池边缘图的步骤包括确定所述血池在所述矢状图像中的位置；在与所述矢状图像血池相交的每个正交图像中找出两个血池边缘点，每个所述正交图像的所述两个血池边缘点之间具有中点；确定从所述正交图像的中点径向向外方向上的各点在每个所述正交图像的血池边缘上的位置。
24.如权利要求23所述的程序存储装置，其中确定血池在所述矢状图像中的位置的步骤还包括利用自动分段算法来确定所述血池的位置。
25.如权利要求23所述的程序存储装置，其中确定所述各点在所述血池边缘上的位置的步骤包括利用从由以下各项构成的组中选择的方法检测从所述中点向所述血池边缘的线的强度分布变化，主分量分析，椭球健全拟合，以及近似地表示所述LV形状的任何模型的拟合。
26.如权利要求20所述的程序存储装置，其中利用所述血池边缘图来创建完全坐标框架的步骤包括确定短轴法线取向；以及确定长轴法线取向，所述长轴法线取向与所述短轴法线取向正交。
27.如权利要求26所述的程序存储装置，其中所述确定短轴法线取向的步骤包括利用所述血池边缘图来近似地表示所述短轴法线取向，所述血池边缘图形成空间中的椭球形物体。
28.如权利要求27所述的程序存储装置，其中所述确定短轴法线取向的步骤包括利用主分量分析。
29.如权利要求27所述的程序存储装置，其中所述确定短轴法线取向的步骤还包括精调所述短轴法线取向。
30.如权利要求29所述的程序存储装置，其中所述精调短轴法线取向的步骤包括；在第一短轴法线取向条件下获取第一图像，测量到达所述左心室心尖的第一距离；扭转所述第一短轴法线取向，以便创建第二短轴法线取向；在所述第二短轴法线取向条件下获取第二图像，测量到达所述左心室心尖的第二距离；选择与到达所述左心室心尖的所述两个距离中较长距离相关联的短轴法线取向为较精确的短轴法线取向。
31.如权利要求26所述的程序存储装置，其中所述确定长轴法线取向的步骤包括确定离开LV血池中心的心尖方向。
32.如权利要求31所述的程序存储装置，其中所述确定心尖方向的步骤包括利用从由所述矢状视图和短轴视图构成的组中选择的心脏图像。
33.如权利要求32所述的程序存储装置，其中所述确定心尖方向的步骤包括分析所述心脏图像，找出所述LV血池的中心；以及从所述LV血池的中心径向向外寻找具有亮-暗-亮强度分布的方向。
34.如权利要求32所述的程序存储装置，其中所述确定心尖方向的步骤包括分析所述心脏图像，找出所述LV血池的中心，所述LV具有两个插入点；分析所述心脏图像，找出所述两个插入点利用所述两个插入点和所述血池中心形成角度，所述角度的顶点在所述血池中心；二等分所述角度；以及确定所述心尖方向为所述二等分线的方向。
35.如权利要求34所述的程序存储装置，其中分析所述心脏图像，找出所述LV血池中心的所述步骤包括将所述LV血池边缘分段；以及找出所述LV血池边缘的形心。
36.如权利要求34所述的程序存储装置，其中分析所述心脏图像，找出所述两个插入点的所述步骤包括使用强度分布变化检测方法。
37.如权利要求20所述的程序存储装置，其中还包括精调所述完全坐标框架。
38.如权利要求37所述的程序存储装置，其中所述精调完全坐标框架的步骤包括在第一完全坐标框架取向的条件下获取第一图像，测量所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的第一距离；扭转所述第一完全坐标框架取向，以便创建第二完全坐标框架取向；在所述第二完全坐标框架取向的条件下获取第二图像，测量所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的第二距离；选择与所述心脏的心尖和二尖瓣平面之间的所述两个距离中较长距离相关联的完全坐标框架取向为较精确的完全坐标框架取向。
39.一种确定用于心脏图像获取的最佳视图平面的系统，所述系统包括处理器；与所述处理器进行信号通信的成像适配器，用于接收心脏的图像，其中所述心脏具有左心室(“LV”)，所述左心室具有血池和血池边缘；与所述处理器进行信号通信的映射单元，用于映射血池边缘；与所述处理器进行信号通信的创建单元，用于创建相对于所述心脏取向的完全坐标框架，以及与所述处理器进行信号通信的用户接口，用于接收控制输入。
40.如权利要求39所述的系统，其中所述图像适配器将控制信号发送到成像系统以获取所述心脏的合适的图像。
全文摘要
确定用于心脏图像获取的最佳视图平面的方法(1100)、系统(1200)和装置(101)，其中，所述方法包括获取心脏的一组矢状、轴向和冠状图像，其中轴向和冠状图像与矢状图像正交，并且其中心脏具有自然轴，左心室(“LV”)具有血池、血池边缘和及心尖(1110)。所述方法还包括制作血池边缘图(1140)并利用该图来创建沿所述自然轴取向的完整坐标框架(1160)。
文档编号G06T19/00GK1795469SQ200480014496
公开日2006年6月28日 申请日期2004年5月27日 优先权日2003年5月28日
发明者T·奥东内尔, B·科万, A·杨 申请人:西门子共同研究公司