专利名称：用于可视化心肌损伤的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可视化心肌损伤的方法，利用该方法例如可使心肌中的梗塞区域可见，该梗塞区域由具有受损细胞膜的细胞区域造成。
背景技术：
对于显示心机梗塞区域迄今主要采用磁共振断层造影。如今所谓的心脏MR仍是可视化心脏壁病变的建立标准，因为在这种技术中存在大量如MR灌注或壁运动分析这样的方法，这些方法使得可以对心肌进行功能性的检查。在MR灌注中，在注入造影剂的情况下进行MR拍摄。这使得可以对心肌中在注入的造影剂的第一次快速循环时形成的造影剂聚积(所谓的第一遍增强)可视化。在此利用以下事实梗塞区域病理上基于一个其中细胞膜完全或至少部分由于供氧不足(例如由于冠状动脉狭窄造成的)而受到损伤的细胞区域。造影剂在这些受损区域中聚积，从而能在图像中识别这些区域。
原理上通过对造影剂渗入心肌进行可视化，可在第一遍增强的时间间隔中通过计算机断层造影图像来证明受损的梗塞区域。造影剂在心肌损伤区域的聚积由CT图像中窄的、不规则描述的区域来表示，其在此通常在MPR(多平面重整)显示中可视化。但如果心肌中的该区域部分地由于靠近充有造影剂的心脏空穴、即所谓的血池(Bloodpool)，则很难可视地采集，因为血池以相同的方式提供由造影剂产生的高对比度。
迄今采用这样的心脏-CT数据采集心肌的梗塞区域的唯一可能性在于对图像数据中心肌区域的大量人工分析，并人工地将突出的区域填入表中。在此还需要人工地构建标准的心脏长、短轴。但这种分析对于程式化的应用过于耗时。
在US6628743B1中公开了一种用于采集和分析心脏数据的方法，其中提供心脏的CT图像数据，这些CT图像数据是在注入造影剂后的不同时刻记录的。在该方法中基于常规的分割算法(如阈值方法、边缘检测或区域增长方法)对心肌进行分割，以对在注入造影剂后心肌中不同时刻的造影剂聚积进行分析。
在此即对不同时刻记录的CT图像进行相互比较。在此对于聚积了造影剂的像素也可彩色显示。
在WO 2004/003851中研究了通过唯一的一幅图像显示可变形的3D对象(如心脏)中的壁移动。在该公开物的一个例子中，提供心脏左心室的3D超声波图像数据，以显示左心室的相应壁运动。在此，利用分割技术将左心室壁从图像数据中分割出来，其中将所谓的“单网格模型(Simplex Mesh Modell)”与壁变化相匹配。该模型为以网络形式表示的表面，其与超声波图像数据中左心室的变化相匹配。但为此图像数据中的壁的变化必须至少已在某种程度上可见。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于CT图像数据的可视化心肌损伤的方法，利用该方法无需耗时的对图像数据的人工分析就可识别损伤。
本发明的技术问题是通过一种用于可视化心肌损伤的方法解决的，其中提供心脏的CT图像数据，该CT图像数据是在注入造影剂的情况下记录的。对于图像记录选择一个时刻，在该时刻由于注入的造影剂的第一次快速循环而在心肌中产生造影剂聚积(第一遍增强)。然后在CT图像数据(3D图像数据组)中，通过分割将心肌隔离出来。分割首先通过匹配适当的心肌模型实现。在从CT图像数据中隔离出心肌后，将其以一个或多个可预先给出的视图隔离地显示在图像显示设备上。该显示彩色地实现，其中，对基于不同密度区域的CT密度值的体素或像素进行不同的颜色编码的显示。在一种优选实施方式中除了这种颜色编码的视图外，还显示隔离出的心肌的相应灰度值视图。
优选在采用基于模型的分割技术时还确定标准化的心脏短轴和长轴，并将其与隔离出的心肌的图像数据相对应。这使得能够以垂直于心脏的长轴和垂直于心脏的短轴的截面来标准化地显示心肌。该显示本身例如可以作为截面图像或以MPR显示来实现。
通过结合颜色编码对心肌的隔离显示使得可以直接清楚地识别聚积了造影剂的损伤、特别是由于梗塞造成的细胞膜损伤。对相邻区域、尤其是附近同样充有造影剂的血池的遮蔽避免了对图像数据的开销很大的分析。通过颜色编码较之在灰度值显示中可以显示更大的值域。以这种方式能够容易地在各个显示中非常清楚地分辨出窄的、不规则的、聚积了造影剂的区域(如用红色)。因此，利用本方法可以没有高耗时地程式化地采集CT图像数据中心脏中的造影剂聚积。
CT图像数据的分割基于心脏模型实现。现代图像处理提供了不同的对解剖结构模型化的方法。公知的例如有T.F.Cootes等人的“Statistical Models ofAppearance for Computer Vision”，University of Manchester，5.December 2000中的所谓“Active Shape Models(ASM)”和“Point Distribution Models(PDM)”。这些方法使得能够由一组训练数据产生例如心肌的结构的标准描述，并基于该标准描述产生相应的模型偏差以及与预先给出的数据的个别匹配。
对这些模型还可以利用简单的交互工具、如3D点移(Punktverschiebe-werkzeug)工具直观地进行处理以精化匹配。如果在本方法中采用这样的模型，则可以对聚积造影剂的左心室血池和心肌之间的边界面模型化。由于该模型在训练数据的基础上学习了关于所寻找的结构的形状的信息，因此其可在两个具有相似HU值的结构之间设置边界，如在此的将充有造影剂的左心室和聚积造影剂的心肌分开的情况。
以下借助附图以实施例在不对本发明进行限制的情况下对本发明的方法进行详述。图中示出图1举例示出本发明方法的方法流程图；图2举例示出根据本发明的方法隔离出的心肌的显示；图3举例示出根据本发明方法实施例的对前、后隔膜的交互标记；图4举例示出带有心肌的左心室的极图；以及图5示出AHA的17段模型。
具体实施例方式
图1举例示出本发明方法的方法流程图，如以下结合其它附图所描述的那样。首先借助CT图像拍摄在注入造影剂的情况下提供心脏的CT图像数据，其展示出心肌中的所谓第一遍增强。然后对这些CT图像数据进行分割，以便将心肌或对应于心肌的CT图像数据从数据组中隔离出来。在此，采用ASM表面模型，例如在上述T.F.Cootes等人的文章中所公开的。由于该模型仅描述表面，即心外膜和心内膜，须在第一步将位于这些表面之间的体素值隔离出来。图像数据组中的所有其它体素将被掩盖并不再显示。
由于该模型考虑形状准则，其不能象基于隔离的区域或边缘的分割技术那样清楚地描述左心室和心肌之间的边缘。由此，在本实施例中还自适应地隔离心肌至血池的边缘。为此实现形态学上的扩张，其中，对血池的掩盖每一次分别扩展一个体素层。对于每个新的叠加上的体素层将检验新叠加上的区域是否仍属于血池。该检验可以基于灰度值准则或组织度量进行。该检验是逐体素地进行的。当各体素周围多于50％的体素属于心肌时，算法中断。以这种方式使得心肌与充血的左心室之间的边界面相对于通过模型获得的该边界面的变化来说再一次被更精确地模型化或精化。
在迄今根据现有技术对图像数据的分析中，放射医生须利用MPR自己设置所期望的视向(沿心脏的长轴和短轴)。而在本实施例中已固有地在左心室的模型中提供了为此所需的信息，从而可以自动地确定心脏的长轴和短轴并与图像数据相对应。对于这种图像数据的重整将心脏短轴垂直于模型的长主轴取向。水平长轴垂直于心脏短轴。必要时还须借助DICOM坐标系的空间信息轻微旋转该两个轴，以获得放射医生所习惯的图像印象。
由于通常图像数据加有很多噪声，尤其是在患者体重过重的情况下，因此在图像显示之前应对图像数据进行平滑。在本实施例中，对图像数据进行正切平滑。为此假定心肌形状在垂直于心脏短轴的截面中为圆形，并分为不同直径的环。平滑总是只沿着环或沿着与各环的切线进行。以这种方式可以防止对于一个环的平滑影响到其它环。由此可以可靠地平滑透壁的梗塞区域。正切平滑避免了在梗塞区域延展到整个心肌区域情况下的误诊断。在这种情况下，径向平滑将过强地涂抹梗塞的边沿区域。
然后将经过重整和平滑的图像数据进行对比度延伸。在该步骤中，将图像数据所基于的CT密度值的小HU区域投影到色标上，并将图像数据以所期望的视图进行相应颜色编码地显示。这使得对HU值域的最小变化也能可视化。
图2以在显示屏上不同的视图举例示出颜色编码的图像的显示。在此，并排示出隔离出的心肌20在长轴截面上的MPR显示(图像25)和在短轴截面上的MPR显示(图像26)。此外，还示出在心脏短轴和长轴上的未经过颜色编码的MPR 28。现在，使用者可以任意地对显示的图像进行旋转、缩放和移动。如在图2中用双箭头示出的，所有显示的图像总是同步地改变。对当前位置可以在心脏模型和活跃平面的3D显示27中进行控制。
此外，还可以在通常用于功能诊断的“靶心绘图(Bulls Eye’s Plot)”显示(极图)中显示心肌的造影剂聚积。在此，将心肌的各个环或皮层从顶点至底部投影到一个平面中，并允许以这种方式在2D图像中一目了然地显示整个心肌。在该显示上可以同样的方式应用对比度延伸方法。为此图4的左侧示出仅包括心外膜21和心内膜22的匹配的模型心肌。所述极图显示在该图的右侧示出，其在一个平面中示出心肌的各个皮层或环的投影。
在本发明方法的另一实施方式中，要求使用者在图像显示中在顶部和中部心室以及在基部短轴方向上标记出前隔膜23和后隔膜24。这在图3中在所提及的截面的MPR图像中以相应的标记点29示出。基于这种交互的标记可将隔离出的心肌分为图5所示的所谓的17段模型(根据美国心脏协会AHA)的段。在该自动划分之后，观察者现在可以利用图形输入设备(如鼠标)点击所显示的图像中的任意怀疑位置并标记任意区域。对于每次点击都将在窗口30中显示AHA分段模型中的相应位置。在此使用者还可以输入评语或注释，其将与标记的位置一起作为报告存储。以相同的方式还可以一同采用相应的着色的或未着色的图像。
权利要求
1.一种用于可视化心肌损伤的方法，其中提供心脏计算机断层造影图像数据，该计算机断层造影图像数据是在注入造影剂的情况下、在由于注入的造影剂的第一次快速循环而在心肌中产生造影剂聚积的时刻记录的，通过分割将心肌从这些计算机断层造影图像数据中隔离出来，并将该隔离出的心肌(20)的一个或多个视图(25，26)显示在图像显示设备上，其中，对这些视图所基于的计算机断层造影密度值这样进行颜色编码，使得可以直接清楚地识别出聚积了造影剂的损伤，其中，所述分割通过匹配心肌模型、尤其是表面模型实现，以及通过基于对各像素的检查的分割技术更准确地匹配由该模型匹配获得的心肌和相邻区域之间的边界面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述模型自动计算出心脏的长轴和短轴，并将其设置为与所述图像数据相关。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述隔离出的心肌(20)的垂直于心脏短轴的截面图像中对所述图像数据进行正切平滑。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据对隔膜(23，24)边界点的交互标记将所述图像数据与心脏的分割模型相对应，并在标记所显示的视图中的一个图像区域时将所属的分段在图像显示设备上自动命名。
全文摘要
本发明涉及一种用于可视化心肌损伤的方法，其中提供在注入造影剂的情况下记录的心脏CT图像数据。通过分割将心肌从CT图像数据中隔离出来。将该隔离出的心肌(20)的一个或多个视图(25，26)显示在图像显示设备上，其中，在显示中通过颜色编码使密度值可视化。本发明使得可以基于CT图像数据可视化心肌损伤，其中无需耗时的分析就可直接识别出心肌的受损区域。
文档编号A61B6/03GK1820708SQ20061000601
公开日2006年8月23日 申请日期2006年1月23日 优先权日2005年1月21日
发明者丹尼尔·林克, 迈克尔·朔伊林 申请人:西门子公司