专利名称：3-d医学成像数据的非线性投影的制作方法
技术领域：
本发明涉及3-D医学成像数据的非线性投影，以及尤其涉及用于组织健康的诊断和监测中使用的光学医学成像，例如光学相干断层扫描(“OCT”)。
背景技术：
在医学成像模式中，体积成像数据已经很普遍，例如超声成像、磁共振成像、计算机断层扫描、以及光学相干断层扫描(OCT)。体积数据为医疗领域带来了革新，使得安全并且非侵入性地观察躯体(特别是人体)的内部结构成为可能。近年来，利用体绘制成像处理技术减少了为医疗诊断而显示的图像的体积数据。利用市售的2D显示器上显示的3D结构的2D投影，体绘制使得对三维结构的可视化成为可能。光学相干断层扫描(OCT)是用于执行高分辨率实时原位光学成像的技术。OCT是一种光学测量和成像技术，其利用来自宽带光源的低相干光或来自可调谐激光器的扫描光 (sweeping)产生干扰信号，沿样品路径测量在深度上的反向散射强度。这种深度轮廓通常被称为“A-扫描”。对样品的横向扫描照射在一组相邻的A-扫描合成横截面图像上，形成通常被称为B-扫描的2-D X线断层图片。通常，利用对样品横向扫描照射一组B-扫描需要体积；不过，建议使用可选扫描模式(例如螺旋扫描模式)以获取体积数据。在90年代早期，就第一次公开了利用OCT进行生物材料估算(参见美国专利 5，321,501，Swanson等人)。近年来已经证明，与时域OCT相比，频域OCT (FD-OCT)在速度和信噪比方面具有显著的优势(Leitgeb，R. A，等人，(2003) Optics Express 11 :889-894)。 在谱域OCT (SD-OCT)中，有时称作频域OCT (FD-OCT)，有时也称作光谱雷达(Hausler，G和 Linder, MW, Journal of Biomedical Optics 第 3 卷，第 1 号(1998) 21-31)，通过监测得自干涉仪的光谱图样的频谱内容，可以实现这种测量。为在监测仪上显示或者当打印在纸上时，体积数据从3-D减少至2-D。在Knighton 等人的美国专利7，301,644中，公开了一种用于减少3-D数据以用于称为正面成像的2-D 显示。该技术采用该体积数据(或者3-D数据集中的感兴趣的体积子集)，并且沿每条A-线整合该数据，形成来自3-D数据集的2-D图像。已经证明该技术是用于观测OCT体积数据的非常有用的工具。鉴于上述，本领域需要补充方法用于观测3-D体积OCT数据的2-D图像。本发明提出了这种补充方法，该方法用于形成来自3-D体积数据集的2-D图像，以显示医学相关信息。
发明内容
本发明由权利要求限定并且在这部分中没有东西被考虑为对权利要求的限制。有利地，本发明的实施例提供了附加装置，该附加装置用于获得和显示从体积数据中提取的医学相关信息。根据本发明的一方面，利用最小强度投影(MinIP)以发现体积数据中的液体填充区或视网膜破裂区。
根据本发明的另一方面，体积信息具有在投影穿过部分体积之前就已经减少的低强度散斑伪影(speckle artifacts)。仍是根据本发明的另一方面，在显示之前，对投影信息的照明变化进行补偿。仍是根据本发明的另一方面，沿着A-线的集合发现了 MinIP，并且存储了最小强度点的坐标位置。在平滑的位置被显示为最小强度高度图之前，使这些位置平滑。仍是根据本发明的另一方面，至少部分地将部分体积(在其上计算MinIP)确定为至少一个特定位置的函数。该特定位置可以由使用者限定，或者从体积图像数据自动算出。
图1是利用ILM和RPE之间的部分体积的MinIP显示的示意图；图2是利用OPL和RPE之间的部分体积的MinIP显示的示意图；图3是实施MinIP显示应用的流程图；图4是实施显示应用的流程图，其中最小强度位置用于确定一个面，从该面确定显示的强度；图5是示出了高反光组织的图像；图6是示出了高反光和低反光组织的图像；以及图7描绘了光学相干断层扫描系统的一种设计。
具体实施例方式此处公开的实施例只是示例，并且提出的描述被选择用于说明本发明的原则及其实际应用，并且不用作对本发明的限定。对本领域普通技术人员来说，本发明的修改和变型显而易见。本发明的范围由权利要求限定，该范围包括已知等同和提交本申请时不可预见的等同。这里，图像体积的强度投影是从图像体积获得的二维强度图像，通过投射射线投影穿过该体积并且确定单个强度以表示每条射线来实现这一点。通过先识别具有最高强度的每条射线中的像素，形成最高强度投影(MIP)。接着，通过将这些射线的位置对应至图像中的位置，并且将每个位置的像素强度设定为与那条射线相关的最高强度，从而形成图像。 类似地，最小强度投影(MinIP)是具有选择为沿着该射线的最小强度的结果的强度投影。 通常，沿着χ-轴、y_轴、或ζ-轴或者沿着任意方向投射射线投影，可以形成MIP和MinIP。 在MIP中，每个选择点都具有这样的特性，即其强度大于或等于沿该射线投影的任意其它点的强度。类似地，MinIP按照最小特性选择点。可以认为沿着该投影射线的部分点具有很多其它特性。例如，最靠近该体积上表面的位置提供了另一种特性，利用该特性可以选择单个图像点用于每条射线投影，其中投射射线投影穿过该体积，该射线投影具有与沿着射线投影的中位强度相等的强度。该最大、最小、以及中位是非线性函数-它们不能满足线性函数的可加性。相反地，合计(summation)和整合或者说积分(integration)是线性函数。 为简化说明，整个说明书中使用MinIP作为主要示例，并且通常平行于ζ-轴投射射线。在成像模式中，其中液体填充区的反光弱于周边组织，最小强度投影(MinIP)提供了独特的显示技术。MinIP提供了液体填充区的边界的2-D投影。在90年代早期，最小强度投影用于核磁共振成像以发现液体填充区(5，189，369,Takane等人)。眼科图像提出了独特的挑战，因为眼睛本身充满液体，并且OCT图像包含散斑，这是反向散射光中的干涉图样，会引起图像中的强度变化。散斑能在高反射光组织的中部形成强度非常低的反射。 在90年代后期，公开了用于投射射线投影穿过散斑减少的超声体积的系统(5，779，641， Hatfield，等人)，可以通过空间或频率复合、低通滤波图像数据、或其它方式减少散斑。不过，这些系统不能辨认投射投影穿过空间体积(即穿过有限的体积区域)的重要性。在OCT中，用于观察液体的优选方法已经测量了总的黄斑厚度。该方法可以勾画出液体囊，不过这确实很不精确。此处公开的发明，利用MinIP，对极其小的液体囊也非常灵敏。在现有技术的成果中，很难可靠地执行液体囊的自动分割，而且进行人工干预以改正自动分割中的错误也比较耗时并且要取决于操作者。虽然此处公开的实施例没有提供体积信息，这些实施例使得能够观察液体填充区，这对于确定药物治疗是最重要的。对于激光治疗，知道横向位置(lateral location)和液体损伤程度对于此时需要的准确靶向治疗是很关键的。最小强度投影(MinIP)是投影算法，其可以发现数据体积中沿着投影路径的最小亮度。MinIP能够解决当希望得到弱反射或深阴影时观察体积图像的问题。对于画出反向散射辐射图像的成像系统，即类似OCT的成像系统，更易于发觉被较强的反光区环绕的低反光区。并非所有感兴趣的解剖结构都能强烈的反光。通常，感兴趣的解剖结构，例如视网膜中的低反光液体囊反光就很弱。利用最小强度投影，可以最佳地看见这种解剖结构。通常，外核层(ONL)不像其它视网膜组织一样反光。反向散射(backscatters)的光多于正常的组织是高反光。相反地，反向散射的光少于正常的组织的是低反光。可能会引起ONL中的高反光的甚至在患病或破裂的视网膜中，ONL通常保持低于相邻视网膜组织的反光。因此，即使高反光ONL可以是沿投影线发现的反光最弱的组织，并且因此高反光ONL 仍然会出现在MinIP中，不过其还是会比正常的明亮。外核层中的高反光率和视网膜的其它正常黑暗区还会出现在视网膜破裂区的上方或周围。由于具有最先进的图像处理程序，通过电子计算处理单元或CPU执行优选的 MinIP0该CPU可以是一般目的的计算机(像PC或工作站)，或者是专门的CPU，例如数字信号处理器(DSP)、应用型专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或者任意其它集成电路，不管是包括在单一封装中还是分布在多个芯片中。在本发明的一个实施例中，需要视网膜的一个OCT图像体积和两个分节表面(例如ILM和RPE、或者ILM和IS/0Q。这两个分节表面约束部分体积，投射的最小投影穿过该部分体积。表面的选择对由此得出的MinIP显示具有显著影响。图1中描绘的数据说明了一个示例，其中MinIP160产生于内界膜(ILM) 110和视网膜色素上皮细胞(RPE) 150之间的部分体积。为说明目的，加宽了表示MinIP的描绘带160。沿射线的投影投射(projection cast)是单个点或像素。此处描绘的较宽的带使得更易于看出MinIP强度值。例如图1中描绘的数据，无论MinIP160产生于ILM110和RPE160之间的部分体积还是产生于ILM和感光体(IS/OQ 140的内节和外节之间的边界之间的部分体积，其都是相同的。这是因为描绘用于IS/0S的强度大于描绘用于IS/0S两侧上的相邻组织的强度。因此，IS/0S强度不会是选择的最小值。而且，描绘的数据具有IS/0S和RPE之间的散射组织的强度，该散射组织不少于IS/0S上方的组织。因此，该示例中，从IS/0S至RPE的数据不会改变沿射线投影的最小强度的强度。该数据选择用于说明目的，并且不暗示从IS/0S下
7方返回的反向散射的强度不能小于产生于IS/OS上方的反向散射的强度。这也可以，不过在本示例中没有这样。图2描绘了如何通过改变部分体积改变MinIP，其中射线投影投射穿过该部分体积。图2描绘了与图1中相同原理的眼睛。就是，图1和图2中说明的数据相同。不过， MinIP260产生于0PL230和RPE250之间的部分体积，而图1中的MinIP160产生于ILMllO 和RPE150之间的部分体积。液体填充区235在外核层(ONL) 240中。因为本示例中MinIP 被投射在OPL和RPE之间，液体填充区235很容易地显现在MinIP带沈0中。不过，出现在 MinIP带160中的低反光区225在MinIP带260中不可见，这是因为低反光区225不在用于产生该显示的部分体积中。在本发明的一个可选实施例中，需要OCT图像体和视网膜的一个分节(例如ILM、 RPE、ILM、或IS/0Q。在这种情况下，分节表面和预限定或计算的参数或表面能够限定该部分体积，通过该部分体积完成最小投影。该体积可以是该表面的给定距离中的所有点，或者其可以是该表面下方(或上方)固定深度中的所有点，或者是相对该表面有固定偏移的范围中的所有点，或者是相对该表面限定的其它体积。可选地，通过使平滑表面拟合该分节表面(segmented surface)限定一个表面。该体积可以限定为这些表面之间的空间，或者限定为从该分节表面偏移了固定距离的表面和从该计算表面偏移了固定距离的表面之间的空间，或者是相对这两个表面限定的其它体积。仍是在本发明的另一个实施例中，需要一个图像体积和该体积的一个预限定子集。在这种情况下，该部分体积(穿过该部分体积进行最小投影)被选择为完整的图像体积的预限定子集。图3是实施MinIP显示应用的流程图。在310中，将体积数据输入至该应用中。在 320中，通过上述方法之一或通过用于选择实际体积的子体积的部分其它装置，挑选或选择部分体积。在330中，减少部分体积中的散斑，在一个实施例中通过平滑滤波器，该平滑滤波器优选大于散斑细胞并且小于将要被成像的躯体，或者在其它实施例中通过其它图像处理装置。在340中，投射射线穿过该部分体积，并且在350中确定沿着每条射线的最小强度的位置和强度。在360中，从最小强度形成图像，并且显示该图像。显示的图像可以包括最小强度值，或者被补偿了照明变化的标准化最小强度值。在进入该部分体积之前，射线中的强度就受到已经穿过的光的影响。因此，当沿着光照方向(沿着ζ-轴)投射射线时，在计算最小值之前向投影射线施加局部补偿，或者特别是如果该补偿是线性的，只要施加至选自该射线的最小值。例如，显示值可以是部分体积中沿着投影射线的被平均强度标准化的 (normalized)最小强度值。该标准化因子可以从该部分体积中的点计算得出，这些点在投影射线的局部邻域(local neighborhood)中，或者从整个体积中的平均点计算得出，这些点在投影射线的局部邻域中。此外，可以使显示像素平滑，以展现更有吸引力的图像。这可能是此处公开的本发明的最简单的实施例。根据前段的流程确定的最小投影可以具有“不自然的”外观，部分是因为深度(图像中显示的强度取自于该深度)可以极不规律，深度上的突然变化甚至超过X-Y中的小变化。而确定最小强度，可以节省并且接着使用图像体积中的位置，其中最小强度从该图像体积得到。用\in(x，y)表示该深度，最小强度就是在该深度得到。也就是说，Zmin(X，y)是将要显示在MinIP图像的(X，y)像素处的最小强度的位置的深度。通过使平滑表面拟合点 (X，y，zfflin(x, y))的集合，并且接着在平滑表面上方和下方的特定界限对体图像强度整合或者积分，可以改进显示图像的视觉效果，并且得到更自然的从正面观看的图像。虽然在一些情况下这种拟合不能符合期望的解剖结构，这是因为其太平滑或者因为该异常解剖结构区不能完全的从该拟合中排除，不过，一般的二维二次或四次表面能够给出足够平滑的轮廓。 从技术上看，通过整合或者积分到平滑拟合表面的邻域中产生的正面图像不再是最小强度投影显示图像。不过，确实需要发现最小强度投影三维像素，以便计算显示的图像。在正面只是在单个像素上的限制下，显示平滑表面上的强度值。可选地，如果深度^lin(X，y)的位置约束在局部邻域中，显示图像的视觉效果会显得更自然。例如，拟合点(X，1，Zfflin(x, y))的集合的平滑表面可以被用于限定新的部分体积，并且可以在该体积上再次计算MinIP。可选地，这也可以通过以下实现，即先选择MinIP 点的集合作为好的(as good)，并且通过约束进一步在部分体积中在邻接位置处搜索最小强度点，重新计算剩余的点，以便邻接的MinIP选自一组点，该一组点在被选择的邻域的位置的固定间距中。仍是在另一个可能的选择中，可以选择不是沿着投影射线的最小强度的强度。黑白图像数据强度根据类高斯状分布进行分布，其中靠近中间的具有强度的三维像素数量远大于在该分布尾部的具有强度的三维像素数量。由于最小值出现在强度分布的分布量极小的尾部，部分区域中沿射线的图像数据的最小值会在不同的射线之间统计性地波动。选择强度等级稍高于最小值(例如5%的强度)是选择一部分强度分布，这一强度分布具有较高的分布量，并且因此不易受统计性波动的影响，可是其却保持了最多的最小值特性。因此， 选择沿着该射线投影的5%的强度值会产生比最小强度投影更平滑、噪声更小的图像，虽然其可能不能描绘液体填充区的总高度小于视网膜厚度的5%的位置的液体。图4描绘了本公开发明的一个可选实施例。在410中需要体积数据，并且在420中选择部分体积。在440中投射射线之前，在430中减少数据中的散斑，并且在450中确定沿着投射射线的最小强度的位置和强度。在该实施例中，显示强度间接决定于沿着投射射线的最小值，所以在460中只投射执行该方法需要的那些射线。在多数情况下，投射到图像体积的分辨率上的射线越多，最终显示就会越好并且越精确。发现沿着投射射线的最小强度的位置是部分体积中的点。在470中从这些位置确定一个表面。这个表面可以是位置点本身的集合，或者是与那些位置拟合的表面，或者是决定于最小强度点的位置的任意其它表面。在480中确定平滑表面，该平滑表面直接决定于这些点，以便480中的平滑表面和470 中的平滑表面相同，或者该平滑表面决定于470中的表面。这个平滑表面应该在所述体积中。在490中，利用该体积中的图像像素的强度确定平滑表面的位置处的强度，并且在495 中，利用平滑表面上的强度形成用于显示的图像。如在之前的示例中，显示的图像可以包括计算的强度值，或者包括被补偿了照明变化的标准化计算强度值。此外，可以使显示像素平滑以展现更有吸引力的图像。可选地，可以利用最小强度像素的位置形成最小强度高度图。也就是，确定最小强度位置的高度的图形。当平行于Z-轴投射射线投影时，该高度恰好是沿着该射线的位置(或者从该位置有个常量偏移，这取决于计算该高度的起点)。如果投射射线不平行于 Z-轴，而是与Z-轴成θ角，那么该实际高度与沿着射线的最小强度的位置成正比，以用于恰当选择起点。该比例对于所有射线都是恒定的。该最小强度高度图可以显示为从3-D体积中得出的表面或者显示为2-D图像，并且用颜色和亮度对该高度编码。可以相对RPE的
9位置或者来自该图像体积的部分其它分节或拟合的表面，有益地显示该高度。根据图4，取代470中描绘的沿着射线投影的最小强度的位置，可以沿着射线投影选择得到该强度(例如5%的值)的位置。可以采用获得这些值的位置，并且利用这些位置 (代替最小值位置)确定470中的表面。当然，统计性地，随着向靠近50%移动，发现超过一个具有相同强度的位置的可能性会增加。在这种情况下，当按照图4中的样式执行方法时，必须做出选择，即选择这些位置之一。该选择可以只是发现的第一个这种点，并且还伴随有明显的偏差，或者可以基于与局部集群(local clustering)的接近度选择位置。从这些位置的集合中选择一个位置的其它方法对本领域普通技术人员来说也是显而易见的。获取的图像数据的许多形式包括称为散斑(speckle)的图像伪影。通常，图像散斑通常是与波成像相关的现象，并且作为波的干涉的结果出现在检测器中。OCT和超声图像数据O-D或体积的)通常包括散斑。各种波形的干涉会引起图像体积中被检测强度的波动。在执行最小强度投影之前，对具有散斑的体积图像数据执行至少中度的散斑减少处理，以减少高强度反射的邻域中产生的零强度。优选中度散斑(mild speckle)减少，是因为通常其足以去除强反射邻域中的深零点(de印nulls)，并且更强的散斑减少技术通常要求更多的数据、耗时更长、和/或涂抹(smear)数据。通常，平均值超过散斑直径的两倍就足够。在减少散斑之后，分析每次的轴向扫描以用于分节边界之间或穿过该部分体积的最小强度，即最黑的灰度级。可选地，可以执行沿着不同于轴向扫描方向的方向穿过分体积的投影。这通常要求插值并且会导致计算速度低效率。因此，优选沿轴向的投影。如之前讨论的，一种去除MinIP显示的“不自然”外观方法是整合或者积分关于平滑表面的正面，该平滑表面来自于得到最小强度的位置的集合。用于去除显示的“不自然” 外观另一种可能的选择是全局地限定最小值。也就是，可以对强度投影的集合限定度量标准，并且选择最小强度的强度投影进行显示。例如，如果A1^x, y)表示ILM分节，并且、PE(x，y)表示RPE分节，那么ILM和RPE 之间的表面组表示为zmix (f, X，y) = f*zILM(x, y) + (1-f) *zEPE (χ, y)其中，f是0和1之间的预期小数，其被选择以产生通常落在ONL中的暗像。例如， 对于f = 0. 1,0. 2、···、(). 9，可以产生一组图像，并且可以选择具有最小中位强度的图像。可以选择该体积的表面投影的任何家族，从而应用度量标准(metric)，利用该度量标准选择最小表面。该度量标准可以是投影的中位强度或者是表面的平均强度，或者是表面的绝对最小强度，或者是任意其它度量标准。对比投影家族的度量标准，并且选择具有最小度量标准的投影用于显示。如果由于表面的度量标准，有超过一个表面具有相同的最小值，必须选择用于从中选出一个表面的系统。可以选择具有最小值的第一个表面，也可以选择具有最小值的最后一个表面。可选地，可以显示该选择，并且可以由操作者选择一个表面。可选地，当对该组进行参数化时，可以选择具有最靠近固定值的参数的表面。不论是使得发现最小强度的位置的集合平滑，并且整合或者积分关于该被平滑表面的正面(en-face)，还是使一个平滑表面与发现最小强度的位置的集合拟合并且整合关于该平滑表面的正面(en-face)，还是选择平滑表面的集合，并且发现其中的最小值，该投影提供了图像，该图像类似MinIP，不过具有比显示的数据的变化深度更少的不连续性。这些位置会不同于MinIP，尽管由于对成像表面的平滑度的约束，这些位置可能没有描绘小液体囊或者其它小暗区。在OCT检查中，很少关注外核层(ONL) 240,部分因为很难将其分节(segment)。健康黄斑中的最小强度通常位于该层中。在发生视网膜破裂的地方，例如视网膜液体囊附近或者-RPE液体上，ONL反光极其显著。纵向临床研究可以显示出这种高反光性是否预示了病理的未来位置。最小强度相对于RPE的轴向位置还标示出视网膜中的焦点破裂(focal disruption)，并且增加的高度表明了外层视网膜中的高反光性。最小强度投影(MinIPs)中的部分感兴趣信息来自对ONL高反光性的观察，该高反光性可以由视网膜破裂引起。对于这种类型的成像，部分体积(通过其投射最小强度)必须包含0NL。在视网膜健康区中，最小强度大约有99%的时间都存在于ONL中。如果没有非常可靠ONL分节，Minify是检验ONL的高反光性的可选方法(虽然MinIP中的亮区还表示ONL已经完全萎缩)。为了确保正在看0NL，最好将部分体积限定为OPL表面和IS/OS表面之间的区域。由于有时候在OCT图像中可能没有IS/0S或者看不见，将部分体积限定在 OPL和RPE之间更为可靠。当部分体积确定在ILM和RPE之间时，甚至很难将OPL分节，并且结果仍然保持有吸引力。可选地，部分体积可以是RPE上方并且与RPE上方有固定间距的体积，或者采用在RPE上方与一表面之间的体积，该表面为从RPE至ILM之间间距的百分比。如果不是所有的0NL，这些部分体积通常被用于合并成较大部分。尽管该部分体积可以包含其它组织，不过当ONL严重破裂时，周围组织通常更明亮并且因此会只出现在MinIP 中，而且甚至会比MinIP在那点显示出的反光性更高。图5是MinIP图像，其利用在ILM和RPE之间的部分体积并且在ONL中包含高反光组织的。在圆510中是发现的高反光率区域。因为区域510中的平均强度显著高于正常区520中的平均强度，所以将该区确定为高反光的。利用统计数值而不是平均数(例如中位数)确定高反光率。提供了正常反光组织和非正常反光组织之间在统计上有意义的区别的任何统计量都可以满足需要，尽管结果的质量可能会有变化。图6是另一个MinIP图像，仍然利用了确定在ILM和RPE之间的部分体积并且在 ONL中包含高反光和低反光组织。在圆610中发现了高反光率的区域。因为区610中的平均强度显著高于正常区630中的平均强度，所以将该区确定为高反光率。在圆620中发现了低反光率的区域。因为区620中的平均强度显著低于正常区630中的平均强度，所以将该区确定为低反光率。提供了正常反射组织和非正常反射组织之间有统计性意义的区别的任意统计量都能满足需要，尽管结果的质量会有不同。图7描绘了 OCT装置，该装置可以用于执行主题发明。公开号为No. 2007/0291277 美国专利公开了关于这种类型的OCT装置的进一步信息，将其结合于此作为参考。低干涉光源700(通常为超发光二极管(SLD))连接至光源光纤705，光源光纤将光路由至定向耦合器710。耦合的最佳定向强度取决于系统设计选择，并且可以为90/10(如图7中所示)，或者是70/30，或者是其它选择，该其它选择取决于SLD背反射公差、画出采样(sample)图像需要的光源照明、以及其它系统设计参数。定向耦合器710将光线分开至采样光纤715和参考纤维735中。样品路径可以包括延迟装置(未示出)以调节样品路径的长度。横向断层扫描仪720使OCT光束转向，并且优选在采样730中感兴趣的区域附近的光束中形成焦点。横向断层扫描仪使扫描光束横向地穿过样品，以便描绘出样品的体积。
样品730散射的部分光返回并穿过扫描仪以及延迟装置，直至样品光纤715。耦合器710确定了光线穿过环线760至光纤耦合器750的路径，在这里其利用参考光进行干涉。 合并耦合器750提供了两个输出。这些输出能够用于平衡检测(参见美国专利5，321，501， 图10)。可选地，可以调节耦合器750的耦合率以向单个OCT检测器770发出最多的干涉光 (interfer)。每个OCT检测器都可以是单个光检测器，其用于时域OCT或者扫频光源OCT 中的使用，或者是光谱仪，其用于谱域OCT中的使用。可选分接头740将干涉光的一小部分转向检测器745，这可以用于监测光源功率。 可以包括监测以监测样品的安全或者检测光源700的下降。可选地，监测可以不包括在系统中。分接头再次从参考光纤735移走部分可选功率，降低到达耦合器750的功率。如果干涉功率大的足以使干涉信号超过接收机噪声，而又没大到使强度噪声或差拍噪声超过散粒噪声的等级，OCT的灵敏性会达到散粒噪声(shot-noise)极限。选择定向耦合器710、740以及750的耦合率，以设定对样品的照明安全等级，并且设定一个或多个检测器的恰当的干涉功率。例如，在视网膜的眼科OCT的情况下，利用的光线具有接近850nm的波长，安全曝光等级接近0. 5mff,并且检测器的最佳参考等级接近 0. 005mW。在该波长范围内可获得的光源具有的输出功率接近5mW。在这种状态下，应该使分路耦合器710的耦合率接近90% /10%，以便有10%的光源功率到达采样。接着会有90% 的后散射光被引导至环线760。在这种情况下，在有单个OCT检测器770的地方，优选合并耦合器750将大部分采样光引导至该检测器。分路耦合器710引导90%的光源光
至参考光纤735，而该检测器只需要0.005mW。可以利用合并耦合器750，其将0. 的参考光耦合至单个OCT检测器770，不过在制造时很难控制该0. 的耦合因子。优选的解决方案是合并耦合器750采用99% /1%的分光比，并且利用分接头740中的额外自由度以调节参考功率。表面上，在该示例中，分流来自参考光纤735的89%的功率会向OCT检测器770 提供0. 005mff的恰当的参考等级。作为调节可选分接头740的分流比的可能选择，一种是使参考路径中包括衰减光纤(U. S. Patent No. 5，633，974)来调节参考等级。检测器770的输出被引导至处理器780。该处理器可以是单个装置或者是多个装置，优选地最优化其处理部分。处理器780连接至一个或多个外部设备，该外部设备提供用户界面装置，例如显示器790。该处理器还可以连接至其它用户界面装置(例如键盘、鼠标、 控制杆、以及其它)，以及一个或多个外部通讯装置(例如USB或网络连接器、可选存储介质、打印机、网络、以及其它)，并且还可以连接至其它成像硬件(例如照相机、固定目标、目艮底检查器、以及其它)或者外部患者装置(例如头托、高度调节件、以及其它)，这些装置都没有示出。处理器780提供了处理函数的计算能力(在一个或多个模块中)，这些函数例如图像形成、体积绘制、分节、登记、成本评估函数、和/或医学成像和分析需要的其它计算任务。处理结果可以在显示器790中显示，或者存储在当地存储装置(未示出)上，或者利用一个或多个处理器外部通讯装置在外部存储或显示。应该理解的是，选择并且描述这些实施例、示例以及说明，用于阐释本发明的原则及其实际应用，而不用于将本发明穷尽或限制成公开的精确形式。鉴于上述教导，本发明的修改和变型对本领域普通技术人员来说变得显而易见。例如，虽然此处将极值描述为最小值，在可选度量标准的情况下，可以用最大值来实施本发明。选择并且描述这些实施例，以解释本发明的原则及其实际应用，以使得本领域其它普通技术人员能够在多个实施例中并且以适于预期的特定应用的多种修改最佳的使用本发明。本发明的范围由权利要求限定， 这些权利要求包括已知等同以及在提交本申请时不可预见的等同。将以下参考文献结合于此作为参考美国专利5，189，369 Takane 等人，NMR imaging method of low flow rate fluid5, 321, 501 Swanson 等人，Method and apparatus for optical imaging with means for controlling the longitudinal range of the sample5, 779, 641 Hatfield 等入，Method and apparatus for three-dimensional ultrasound imaging by projecting filtered pixel data6,436, 049 Kamiyama^Α Three-dimensional ultrasound diagnosis based on contrast echo technique6,501,272 Haacke,等 K, Application-specific optimization of echo time in MR pulse sequences for investigating materials with susceptibilities different from that of the background in which they are embedded6，505，064 Liu 等人，Diagnostic imaging systems and methods employing temporally resolved intensity tracing6，658，280 Haacke ；E. Mark,Susceptibility weighted imaging7，301，644 by Knighton 等人，Enhanced optical coherence tomography for anatomical mapping2008/0100612 Dastmalchi ；Shahram Shawn 等入，User interface for efficiently displaying relevant OCT imaging data2007/0291277 Everett ；Matthew J. ^A. Spectral domain optical coherence tomography system其它出版物Leitgeb,R. Α. 入，(2003). ‘‘ Performance of Fourier domain vs. time domain optical coherence tomography. 〃 Optics Express 11(8) :889-894.Hausler, G. and M. W. Lindner (1998). “ Coherence Radar" and" Spectral Radar“ —New Tools for Dermatological Diagnosis. “ Journal ofBiomedical Optics 3(1) :21-31.Napel S, Rubin GD, Jeffrey RB Jr. ,"STS-MIP :a new reconstruction technique for CT of the chest，，，J· Comput Assist Tomogr 1993 ；17 :832-838.Narayana DLV Rao, Manpreet Singh Gulati， Shashi Bala Paul， Girish Kumar Pande, Peush Sahni and Tushar Kanti Chattopadhyay, "Three-dimensional helical computed tomography cholangiography with minimum intensity projection in gallbladder carcinoma patients with obstructive jaundice Comparison with magnetic resonance cholangiography and percutaneous transhepatic cholangiography，，，Journal of Gastroenterology and Hepatology，2005 年 1 月 19 日第 20卷第2期第304-308页。
1
Α. S alles,M. Nino-Murcia,R. Jeffrey, " CT of pancreas :minimum intensity projections"，Abdominal Imaging，2008 年 5 月第 33 卷第 2 期第 207-213 (7)页。
权利要求
1.一种用于形成眼睛内的解剖部位的图像的方法，利用光学相干断层扫描仪(OCT)系统检测所述眼睛，所述OCT系统包括用于产生光束的光源、采样臂、参考臂、以及检测器，所述检测器用于测量来自所述采样臂和所述参考臂的合并后的光，所述方法包括以下步骤 通过所述采样臂向所述眼区扫描光束；a.合并来自所述采样臂和所述参考臂的光；b.测量所述合并后的光，以形成所述眼睛的三维体积图像数据；c.识别所述图像数据中的第一表面；d.识别所述图像数据的子体积，基于所述第一表面的识别进行所述子体积的识别，所述子体积包括所述解剖部位；e.在所述子体积中选择一个图像点组，通过估算延伸穿过所述子体积的多个射线投影并且通过识别每个投影中的一个图像点，选择所述图像点，其中每个所述识别的图像点具有共同的强度属性；f.基于与所述选择的图像点组相关的信息形成图像；以及g.存储或显示所述图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述共同的强度属性与所述相关的射线投影的最小强度对应。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述共同的强度属性与所述相关的射线投影的最大强度对应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述共同的强度属性与所述相关的射线投影的中位强度对应。
5.根据权利要求1所述的方法，其中直接基于所述选择的图像点组的每个图像点的强度形成所述图像。
6.根据权利要求1所述的方法，其中基于与所述相关的射线投影中所述选择的图像点组中每个图像点相关的位置信息形成所述图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述形成的图像是所述最小强度位置相对参考表面的高度图。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述高度图显示为3-D体积中的表面。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括识别所述样品的体积图像中的第二表面的步骤，并且其中基于所述第一表面和所述第二表面识别所述子体积。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述选择的图像点组的位置识别第二表面的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二表面是与所述选择的图像点组相拟合的平滑表面。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成的图像包括至少一个视网膜破裂区。
13.根据权利要求1所述的方法，其中在选择所述子体积中的图像点之前，使所述子体积中的所述数据平滑。
14.根据权利要求1所述的方法，其中通过在显示所述图像之前施加局部标准化因子， 以补偿所述图像体积中的局部强度变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述标准化因子是射线投影中所的所述点的函数，所述相关联的图像点选自所述射线投影。
16.一种用于获得眼睛图像的装置，包括a.光学相干断层扫描仪(OCT)系统，所述系统包括用于产生光束的光源、采样臂、参考臂、检测器，所述检测器用于测量用于测量来自所述采样臂和所述参考臂的合并后的光，以及用于扫描所述光束的经过所述眼睛的扫描仪，所述系统形成强度信息的体积；以及b.处理器，所述处理器用于从所述强度信息的体积中选择强度图像信息的子体积，以及之后通过识别与延伸穿过所述子体积的多个射线投影中每个射线投影相关联的单个图像点，得到二维图像；以及c.显示器或存储器之一，所述显示器用于显示所述图像，以及所述存储器用于存储所述图像。
17.根据权利要求16所述的装置，其中与每个所述射线投影相关联的所述图像点具有共同的强度属性。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述共同强度属性是最小强度。
19.一种眼部成像的方法，包括a.获得所述眼睛的体积图像；b.识别所述体积图像中图像信息的子体积；c.在所述子体积中形成一组二维强度投影，通过识别与延伸穿过所述子体积的多个射线投影中每一个射线投影相关联的单个图像点，得到所述强度投影；d.选择所述强度投影组中的一个强度投影；以及e.存储或显示所述确定的强度投影。
20.一种眼部成像方法，包括a.获得所述眼睛的体积图像；b.识别图像信息的子体积；c.投射多个投影射线穿过所述子体积；d.识别沿着每个投影射线的位置集合，其中所述集合包括的位置少于所述子体积中所述投影射线的所有位置；e.确定强度值作为与用于每条射线的所述位置集合相关联的图像强度的非线性函数；f.形成所述确定的强度值的图像；以及g.显示所述图像。
21.—种形成眼睛中解剖区的图像的方法，所述眼睛由光学相干断层扫描仪(OCT)系统检测，所述OCT系统包括用于产生光束的光源、采样臂、参考臂、以及检测器，所述检测器用于测量所述采样臂和所述参考臂的合并后的光，所述方法包括以下步骤a.通过所述采样臂向所述眼区扫描所述光束；b.合并来自采样臂和所述参考臂的光；c.测量所述合并后的光，以形成所述眼睛中的三维体积图像数据；d.识别位于所述眼睛中的一对表面之间的数据的子体积；e.选择所述子体积中的图像点组，通过估算延伸穿过所述子体积的多个射线投影并且识别每个投影中的一个图像点，选择所述图像点，其中每个所述识别的图像点具有最小强度；f.基于所述选择的图像点组形成图像；以及g.存储或显示所述图像。
全文摘要
本发明提出了一种体积数据的投影显示。利用最小强度投影(MinIP)，显示液体填充区或其它低反光组织区。通过将投影限制至所述体积中的子体积，隔离特定区域中的散射强度的差异。以这种方法，可以评估弱散射组织的高反光率。
文档编号G06T19/00GK102473323SQ201080034615
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月31日 优先权日2009年8月4日
发明者保罗·F·斯泰特森 申请人:卡尔蔡司医疗技术股份公司