用于分析管道系统的方法

专利名称：用于分析管道系统的方法
技术领域：
本发明涉及分析管状系统的领域，更具体而言，本发明涉及用于管道系统的图像 处理的方法、相应的装置和软件要素。
背景技术：
在很多医疗过程中，将导管或其他不同种类的器件插入到如患者的动脉系统的管 道系统中，并将其引导至身体内部的目标位置。通常使用例如C型臂类型的荧光透视检查 装置在成像引导下进行该过程。操作医师定期地拍摄X射线快照以查看导管顶端所处的位 置，或在操控困难的情况下，在连续荧光透视检查成像下由医师执行这些操作。基于C型臂的X射线成像是很多血管介入手术选择的形式。在诸如神经血管或肝 脏血管治疗的应用中，位于下层的血管结构的复杂性常常使治疗变得很复杂。由于常常很 小且曲折的病变血管交叠严重，血管造影判读可能会是非常繁重的任务，其需要多次造影 剂注射以便从不同层次级别上使血管树可视化。由此，造影剂是用于改善例如X射线图像 中的内部身体结构可视性的元素或化合物。此外，必须要在介入式成像和诊断用血管造影术之间进行区分，介入式成像是连 续应用低剂量的辐射并将其用于导航或监视，诊断用血管造影术使用高剂量以改善诊断和 治疗决策。当前的血管造影成像依赖于二维(2D)序列和/或静态三维(3D)重建。尽管2D 成像是动态的，且这意味着能够监视所注入造影剂剂团的流入和分布，但其常常无法分辨 精确的血管拓扑。由于能够从多方面来检查血管树，3D成像克服了这些局限中的很多。不 过由于是静态的，血液动力学相互关系的重建评估的通常无选择特征仍然是富有挑战性的 任务。

发明内容
本发明的目的是提供用于分析管道系统的快速且高效的方法或装置。可以由根据独立权利要求之一的主题实现该目的。在从属权利要求中描述了本发 明的有利实施例。根据本发明的第一示范性实施例，提出了一种用于图像处理的方法，该方法包括 以下步骤从管道数据集中收集具有至少一个管道的管道树的管道模型，选择媒介物的虚 拟注射点，模拟开始于虚拟注射点的媒介物的动态流动，其中，基于流动特性产生该模拟， 其中，媒介物通过所述管道模型的至少一个管道流动。该方法还包括以下步骤使用所述模 拟产生至少两幅动态图像并显示所述动态图像。在下文中，将详细解释根据第一示范性实施例的方法的更多可能特征和优点。虚拟注射点可以是用户限定的虚拟注射点。因此，动态流动的模拟可以开始于用 户限定的虚拟注射点。可以在如血管、通道、导管、管路、动脉、静脉、支气管或淋巴通道等术语的意义上使用和理解术语管道。也可以利用短语管道系统和管道来描述消化系统。可以利用当前组 合的模拟和显示方法来研究包括不同管道系统的任何实际系统。此外，收集这一表达包括 产生、核算、检索、采集和计算这些表达的总含义。此外，短语流动也可以包括液体或气态物 质流动或热流动。此外，“虚拟流动”可以是备选表达，以描述模拟的媒介物流动，从而将该 方法与真实注射情形区分开。据信，尤其是当用于治疗患者时，此类方法在例如血管造影术过程中可以减少造 影剂的量和X射线暴露。一般而言，这对患者可能是有益的，因为较少造影剂意味着较小的 应力，以及对患者可能的副作用更少。在临床实践中，正在尝试使造影剂的使用最小化。如 果造影剂对于介入的成功而言是必需的，甚至应用更大剂量的造影剂。之后执行透析以减 小有毒造影剂的副作用。在无需真正向管道系统中注射媒介物的情况下分析该管道系统可能是本发明该 实施例的另一个优点。由此，本发明的该方面将不为患者提供诊断或治疗，而是提供分析复杂管道系统 的技术问题的解决方案。可以按照所述步骤次序执行关于方法的本发明的所有实施例，虽然如此，这不是 所述方法步骤的唯一必需次序。与此同时描述了方法步骤的所有不同次序和组合。作为开始，可以使用公知的分割和建模技术从任意维度(一维、二维、三维或四 维)的数据集提取管道模型。这意味着，例如，可以评估或测量血管解剖结构，并且之后可 以将所测的信息存储在血管数据集中。该过程可以描述为如下短语从管道数据集中收集 具有至少一个管道的管道树的管道模型。流动的模拟还可以部分地或完全地通过不同的程序设计语言(如Java、C、C++、 Math lab, Labview、PHP 或 Perl)来实现。通过选择媒介物的虚拟注射点，分析人员不必使用真实的注射器件。这意味着，用 户通过鼠标点击、标记或以任意方式限定坐标来例如在可视化桌面上选择他希望模拟开始 的区域。通过限定相对于虚拟注射点的方向，用户指定以下流动模拟的流动方向。这对应 于在特定点并以特定取向放置导管的真实情形。虚拟注射点的选择可以是用户限定的或也可以是自动方法的部分，其中，从例如 介入式荧光透视检查的任何成像器械中提取真实导管的位置。该过程称为导管跟踪。由此，模拟媒介物的动态流动意味着流动的模拟依赖于对管道树内媒介物状态变 化的计算和模拟。因此，将管道树的管道模型视为具有其自身通道的给定并固定的体积，并 通过这些通道执行关于媒介物的虚拟流动的物理、数值模拟。此外，该方法包括如下步骤 虚拟注射媒介物的模拟流动取决于并基于在管道系统中运送所注射媒介物的媒介物的父 流动。例如，这种父流动可以是动脉中的血液流动或支气管中的空气流动。这种内在的流 动模拟明显区分于仅仅将不同图片粘贴在一起的方法。仅仅将灌注图像重叠在计算机断层 摄影的图像上可能导致如添加的但仍为静态的流动的情况，与该过程形成鲜明对比的是， 本发明的本实施例导致正在传播的媒介物随时间演变。换言之，当开始模拟之后，媒介物的 状态表现为动态。因此所述流动是动态的。管道模型也可以包括诸如收缩部分(狭窄)和膨胀(buldge)部分(动脉瘤)的 病理结构。此外，可以向每个模型部分分配管道壁的特定特性，诸如弹性模量。为了使流动模拟更加准确，可以考虑流体与实体结构交互作用时所发生的流体_结构交互(FSI)。换言之，已知的可视化是在分别采集解剖结构和功能图像数据之后组合它们的显 示，与之形成鲜明对比的是，这种图像处理方法在实际成像过程之前提供了对动态采集的 预测，并且无需使用造影剂和无需X射线暴露。在本发明的另一示范性实施例中，通过以下方式避免了在用于诊断和治疗的采集 期间的高造影剂和X射线负担。首先，利用当前的图像几何结构和设置执行模拟。可以重 复这一步骤，直到医师对模拟结果满意为止。直到那时才采集如真实血管造影图片的真实 数据。这导致了一次尝试就成功采集且可以避免非最佳采集的优点。在第一版本中，可视化流动的变化基于使用来自生理学的知识唯一地从模型的几 何结构中提取的流动特性。例如，可以在这种情况中使用流动分数。还可以将所注射材料 的材料特性和注射器特性用作流动模拟的基础。此外，可以使用形成管道系统的材料的特 性。在扩展中，可以使用用于流动估计的精密方法从相关数据中提取流动参数以使得预测 模型更加准确。也可以将流体力学或热力学定律用于改善所述模拟。此外，可以使用注射设置来执行并改善模拟，注射设置例如是材料的注射体积或 注射模式、所注射材料的脉动性和流动特性。例如，通过从正在传播的媒介物的这种模拟时间演变中拍摄两幅图片，并显示这 两幅关联到动态流动的动态图像，为检查人员提供了人工图像序列。该图像序列显示在屏 幕上，例如，所述屏幕是计算机断层摄影(CT)装置的屏幕、CT血管造影装置(CTA)的屏幕、 磁共振血管造影装置(MRA)的屏幕、旋转X射线装置的屏幕、超声波装置(US)的屏幕或成 像系统的任何其他屏幕。虽然如此，屏幕也可以是链接到工作站或PACS系统的显示器。换言之，本发明的这一实施例为正在分析管道系统或感兴趣结构的人员提供了在 无需使用例如导管的真实注射器件的情况下评估系统的流动动力学相关性的可能。与公知 的二维动态序列和静态三维重建形成鲜明对比的是，这种图像处理能够提供通过任意管道 系统的动态三维流动信息。例如，可以由关心精确拓扑及其血液动力学相关性的检查医师 分析该管道系统。例如，可以将该图像处理方法应用于模拟通过肺解剖结构一部分的空气流动。因 此，在这种情况下流动的媒介物是空气。通过消化系统追踪剂团是另一备选应用。在临床实践中，利用明确限定的剂团通过灌注进行媒介物施予。因此，媒介物的模 拟允许追踪通过所分析结构(如消化系统)的剂团。不过，从事于管道系统及其流动动力学的其他技术人员，如研究用于诸如油或气 体的媒介物的输送管线结构或供给通道的人，或对电动机通道中的燃料和废气流动感兴趣 的机械工程师，也可能受益于该图像处理方法。此外，可以利用这种图像处理方法分析不同 应用领域中的水和废水通道系统。在本发明的这些示范性实施例中，可以使用不同类型的 数据库提供作为用于收集管道模型的管道数据集的数据。例如，可以将建筑公司的技术数 据库、废水系统的公共管理数据库或运行像输油管线的管道系统的公司的数据库用于该目 的。本发明的这些示范性实施例均包括首先模拟并在模拟期间优化成像目的的可能， 其中，在达到由模拟导致的最佳情形之前，不进行成本和工作量较高的真实采集。根据本发明的另一实施例，该图像处理方法针对虚拟血管造影术，其中，管道数据
6集是血管造影数据集，并且其中，动态图像是人工动态血管造影图像。这种虚拟血管造影术的优点还可以是简化的血管造影判读，因此简化的诊断治疗 计划制定、更高的工作流程效率，以及更少的造影剂和更少的X射线采集以及因此更少的X
射线暴露。在将该方法应用于血管造影术领域的情况下，用户首先可以执行血管造影或在三 维中的脉管系统采集。例如，这可以通过如MR、CT、旋转X射线或US的成像系统进行。换 言之，可以将任何患者特异性图像用于该目的。接下来的处理可以包括使用三维血管造影 数据对血管拓扑进行分割和建模，或者，能够从相应的数据库中收集血管模型。此外，可以 从图谱集中提取数据以构建血管模型。此外，根据所提取的血管树几何结构以及根据从生 理学或物理学已知的规则分配流动特性是该方法的可能步骤。在根据用户指定的虚拟注射 点已经开始流动模拟之后，可以遵循Hagen-Poiseuille规则或依赖于更为详尽的计算流 体动力学模拟。接下来，示出了从虚拟注射点开始的流动模拟。因此，从模拟产生的至少两 幅动态图像是人工动态血管造影图像。换言之，通过从模拟中拍摄至少两幅图片，为检查医师提供了至少两幅人工血管 造影图像，该图像示出了所计算出的正在传播的媒介物通过血管模型的虚拟时间演变。根据示范性实施例的新虚拟血管造影特征能够集成到当前的观察站中，并可以针 对很多血管应用简化对复杂血管树的图像判读。可以经由被称为“虚拟血管造影术”或“血管预览”的概念将根据以上实施例的 系统和方法应用于血管造影分析。虚拟血管造影术可以组合当前的二维(2D)成像和三维 (3D)成像的优点，这是因为可以以3D提供血管树但该可视化不是静态的。实际上，将通过 预先产生的3D血管树模型传播虚拟造影剂团。作为前提条件，例如，可以从3D血管造影数 据集(例如由1肌、07\、0\旧获得的)中提取血管模型。从用户限定的感兴趣血管开始， 通过血管几何结构传播例如造影剂分布的专用模型。可以将该结果用于产生可以向医师显 示的人工血管造影图像序列。因此可以容易地访问本地和全局血液流体力学信息。可以从 任何(虚拟)导管位置重新开始这种流动模拟和可视化，这样可以容易地评估相应的子树 而无需进一步注射造影剂。另一任选步骤可以包括例如，使用血管模型和预先采集并标记的体积之间的配 准来对血管模型加以标记。或者，能够通过在参考血管上经由鼠标点击来交互地标记该体 积，按照定义，参考血管是感兴趣子树的根。对于靶向药物输送而言，感兴趣子树是为目标 治疗区域供血的血管树。向血管树的其余部分分配属性“非目标”。还如权利要求中所述， 可以分配任何其他属性。根据另一示范性实施例，能够将以下步骤或过程添加到“虚拟血管造影术”的概念 中，如将3D血管模型映射到血管造影流动序列(例如，三维数字旋转血管造影术(3DRA) 和二维数字剪影血管造影术(2D DSA))，从血管造影2D流动序列中提取流动信息，利用所 提取的流动信息调谐3D流动模拟从而能够提供更为个性化的流动模拟。此外，媒介物可以是液体和/或固体的各种或不同混合物，所述液体和/或固体例 如是具有不同流动特性和材料性质的造影剂、血液、油、药物、微球体、放射性物质。还应当指出，除了收集管道模型的步骤之外，本发明的这一实施例和其他实施例 的步骤未必需要与潜在的患者交互。
根据本发明的另一方面，该图像处理方法还包括以下步骤使用血管造影数据集 对血管拓扑进行自动分割和建模；以及限定相对于所述虚拟注射点的方向。根据本发明的另一方面，还包括执行定量流动分析以改善流动模拟的步骤。在真实注射并随后流动的情况下，可以定量地分析这种真实流动，这意味着可以 确定每时间单位的流动媒介物。还可以采集如流速、压力或流动密度的参数。这些所采集 的数据可以使用户能够改善以下模拟。根据本发明的另一方面，该方法还包括子树可视化，以降低管道树的复杂性，其 中，子树可视化包括以下步骤由用户选择用户限定的感兴趣子树，重新开始本发明的先前 实施例之一所述的方法，其中所述实际虚拟注射点可以与先前的虚拟注射点不同。通过提供这种子树可视化，本发明的这一实施例使得检查医师能够关注他所感兴 趣的结构的特定部分。由此，先前的子树和随后的子树始终是管道子树。这样通过关注特 定区域而提高了流动模拟的分辨率。因此，医师可以给出感兴趣子树的指示并限定用于媒 介物的第二或新的虚拟注射点。然后相对于该虚拟注射点开始流动模拟并使得流动模拟可 视化。在第一版本中，虚拟血管造影术基于流动特性，所述流动特性是使用来自生理学 的知识唯一地从模型的几何结构中提取的。在扩展中，可以使用用于流动估计的精密方法 从数据中提取流动参数以使得预测模型更加准确。例如，该数据可以是实时数据、出自图谱 集的数据或基于所计算的流体动力学的数据。通过限定新的虚拟注射点，用户明确在感兴 趣区域中的模拟。应当指出，在本发明的这一实施例中也可以实现相反方向的缩放，换言之，缩小显 示窗口。如果图像段或感兴趣子树可能太小，或者，如果所显示的树模型选择性太大，用户 可以限定新的虚拟注射点，并如先前所做的那样通过管道模型的更宽的段重新开始模拟。 这还包括放大和缩小的交替序列。此外，要强调指出的是，根据本发明的以上实施例选择媒介物的虚拟注射点以及 选择用户限定的感兴趣子树可以始终不使用或无需使用真实注射器件来完成。此外，由用户选择用户限定的感兴趣子树的步骤是通过选择在可视化显示器上的 模块或使用任意工作站进行的。换言之，用户通过在屏幕表面上进行鼠标点击、标记或限定 坐标来选择新的虚拟注射点，所述屏幕例如是CT、CTA、MRA、旋转X射线装置或介入式X射 线装置或US装置的屏幕或成像系统或计算系统的任何其他屏幕。根据本发明的另一示范性实施例，可以将子树可视化与使得与相关脉管系统中的 透视缩短和交叠相关的视角优化的附加特征相组合。根据本发明的另一示范性实施例，可以包括以下步骤使用不同颜色的图，其中颜 色表示管道的附加性质。为了例如在目标管道树中的动态流动和对于治疗药剂靶向输送的非目标管道树 中的动态流动之间加以区分，不同颜色可能是有用的。相对于诊断、治疗决策或支持器官区 域而言，优选为检查医师提供区域的颜色编码可视化，可以将颜色分配给具有不同性质的 区域。这可以增加本发明的用户友好性。此外，以图像交叠的形式进行可视化的选项是可能的。根据本发明的另一示范性实施例，可以包括以下步骤自动检测邻接的血管。
换言之，可以自动检测与从图像数据提取的血管树的几何结构(诸如邻接血管) 相关的模糊。由此，邻接血管是以交叉点为特征的至少两个血管的组合，其中从特定视角不能 清晰地分辨出血管是否真正彼此接触或它们是否在不同高度上彼此交叉而无任何接触。因此可以通过例如半自动的方式，例如使用从Zahlten等人在1995年19期 European Journal of Radiology的第96-100页中所知的方法，检测、可视化并分辨邻接血 管构造。根据该方法，对在区域生长期间访问中线体素的次数进行计数以检测所提取血管 树拓扑中的循环。或者，能够使用流动信息，例如剂团的到达时间。为了分辨邻接血管，可 以采用不同种类的可视化，例如上述动态和流动取向的可视化。不过，本发明的该示范性实 施例中还包括静态可视化，静态可视化以颜色编码形式简单示出了可能分辨邻接血管的不 同构造。随后，将对于所检测的模糊构造可能的不同流动构造的图示说明可视化。通过提 供用户接口以选择最可能的构造，可以提供半自动的方式。之后，优选使用不同颜色的图在 目标血管树中的流动之间、在非目标血管树中的流动之间以及在由于如邻接血管的模糊而 仍未指定的血管段中的流动之间加以区分。一般而言，将流动信息的可视化用于校正并增 强血管图像数据集的缺陷。根据本发明的另一示范性实施例，可以包括以下步骤通过最小化感兴趣血管的 透视缩短和交叠中的至少一个，计算用于动态流动模拟的最佳视角。这里，视角是向用户显示模拟的角度。为了分辨常常错综复杂的位于下层的血管结构，虚拟血管造影术或血管预览可以 计算用于动态流动模拟显示的角度，在该角度，血管的可能透视缩短或交叠被最小化。如果两个或更多血管似乎掩蔽了彼此的部分，用户可能无法清晰地识别出模型的 解剖结构的真实情况。当选择不够大的视角时可能发生另一缺点，即，使管道模型的很多部 分由于所选的角度而被扭曲。对于随后的真实采集而言，可以选择这样的视角。此外，用于图像处理的装置可能是本发明的另一示范性实施例，其中，该装置被布 置为执行根据上述本发明的实施例之一的方法。根据本发明的另一示范性实施例提出了一种装置，其中，该装置包括处理器和用 户接口，其中所述处理器被布置为检索管道数据集；并且其中，所述处理器还被布置为从管 道数据集中收集具有至少一个管道的管道树的管道模型。所述用户接口被布置为读入对媒 介物虚拟注射点的用户选择以及相对于所述虚拟注射点的方向。所述处理器还被布置为根 据用户限定的虚拟注射点模拟媒介物的动态流动，其中基于流动特性产生所述模拟。由此， 媒介物通过所述管道模型的至少一个管道流动。所述处理器还被布置为使用所述模拟产生 至少两幅动态图像并显示所述图像。在模拟(意思是计算)媒介物流动时，也可以备选地将这种动力学描述为通过管 道的虚拟流动。在表达核心装置系统的这一装置的实施例中，仅需要一次用户交互来限定虚拟注 射点。可能需要更多的用户交互来明确该系统，例如限定感兴趣子树、选择要注射的成份或 在如邻接血管的几何结构中分辨模糊。因此，在装置的这一实施例中包括了特定情况下大部分所需的用户交互。此外，通过在可视化显示器或如上所述的任意屏幕上选择感兴趣的 血管来完成用户对感兴趣血管的选择。另一附加的步骤可能是限定虚拟注射的方向。换言之，该装置能够提供实现前述实施例的图像处理方法的所有部件，以便提供 例如三维数据，所述三维数据示出了正在传播的媒介物相对于先前限定的媒介物的虚拟注 射点通过管道模型的时间演变。在将这种装置应用于血管造影术时，检查医师能够通过该装置得到造影剂通过血 管结构的流动模型预测，而无需使用如导管的与造影剂注射器组合的真实注射器件。这可 以降低通过医疗或血管造影检查施加于患者的身体影响。此外，由于通过该装置模拟可能 的流动可以避免将来的造影剂注射，因此可以减小潜在成本。工作站可以从成像系统或任何种类的图像存档介质接收图像数据。可以将以上方 法的各方面实现为读出数据、提取血管造影信息、产生3D血管模型以及模拟血液流动的软 件。软件的输出可以是虚拟血管造影术，所述虚拟血管造影术对例如相对于用户限定的虚 拟造影剂注射点通过3D血管模型的血液流动进行仿拟并预测。可以将工作站耦合至交互 器件，该交互器件允许用户引导的可视化和血管造影分析。例如，用户可以输入对VIP的限 定，以便分辨和/或重新布置如邻接血管构造的模糊几何结构以及改变血管树可视化的摄 像机位置。根据本发明的另一示范性实施例，所述装置还包括成像系统，其中，所述成像系统 被布置为评估具有至少一个管道的管道树的管道解剖结构。所述成像系统还被布置为在管 道数据集中存储所评估的管道解剖结构信息，其中，所述成像系统被布置为评估和存储流 动数据集。因此，使得成像系统能够评估例如真实的灌注数据，所述灌注数据是表征人体组 织中区域性血液流动的动态、二维医疗图像数据。不过也可以利用成像系统执行血管造影。还可以注意到，除了使用成像系统之外，在本发明的这一实施例中和每个其他实 施例中也可以包括远程工作站。此外，所需的数据可以源自不同的成像系统。成像系统可以是例如CT、CTA、MR、MRA、旋转X射线装置或介入式X射线装置、超声 波装置、DSA或三维旋转血管造影装置(3DRA)。由于通常需要注射造影剂，可以将成像系统耦合至造影剂注射系统中。此外，在区分来自过程的这个流动和那个图像的意义上使用动态流动和动态图 像的表达，其中，将已经采集的不同图片组合、粘贴在一起或仅仅彼此交叠，以便创建新的 “准”动态图片。与该过程形成鲜明对比的是，本发明实施例的动态流动模拟和动态图像代 表所收集的管道模型，通过所述管道模型，通过计算每种特定情形的固有流动参数来数值 模拟媒介物的流动。这些动态图像和那种动态流动模拟基于流动特性，可以以不同方式提 供该流动特性。根据本发明的另一实施例，提出了一种计算机程序要素，当在通用计算机上使用 时，所述计算机程序要素适于使计算机执行根据上文和下文所述实施例之一的方法步骤。因此，可以将这一计算机程序要素存储于计算单元上，所述计算单元也可以是本 发明实施例的部分。这种计算单元可以适于执行或诱发执行上述方法的步骤。此外，所述 计算单元可以适于操作上述装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或执行用户的指令。此外，计算单元能够请求用户进行选择以处理来自用户的输入。本发明的这个实施例涵盖了自一开始就使用本发明的计算机程序以及借助更新 手段将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。此外，计算机程序单要素能够提供所有必要的步骤以完成如以上方法和装置中所 述的虚拟血管造影术的过程。根据本发明的另一实施例，提供了一种计算机可读介质，其中，计算机可读介质上 存储有计算机程序要素，所述计算机程序要素是由前面章节或以下章节加以描述的。此外，本发明的另一实施例可以是用于使计算机程序要素可以下载的介质，所述 计算机程序要素被布置为执行根据以上实施例之一的方法。可以将以下内容视为本发明的要点，即流动模拟是在管道系统上执行的，例如当 所述管道系统被应用于血管造影术时，可以允许执行虚拟血管造影术而无需向患者体内注 射造影剂。必须指出的是，本发明的某些实施例是参考不同主题加以描述的。具体而言，某 些实施例是参考方法类型权利要求描述的，而其他实施例则是参考装置类型权利要求描述 的。然而，本领域技术人员将由上述和下述说明中了解，除非另有说明，除了属于一类主题 的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也应当被认为在本申请中得 到了公开。本发明的上述方面以及其他方面、特征和优点可以从下文将要描述的实施例范例 中导出并且将参考所述实施例范例得到描述。在下文中，将参考实施例的范例更为详细地 描述本发明，但是本发明不限于此。


图1示出了流程图，示意性表示了根据本发明实施例的图像处理方法；图Ia示出了流程图，示意性表示了根据本发明另一实施例的图像处理方法；图2示出了根据本发明另一实施例具有不同模拟图像的管道模型的示意图像；图3示意性示出了可以被本发明实施例分辨的邻接血管情形；图4示出了根据本发明实施例的装置的示意图；图5和图5a示出了根据本发明另一实施例的装置的示范性成像系统的另一示意 图；图5b示出了根据本发明另一示范性实施例的装置的另一示意图。
具体实施例方式为几幅图中类似或相关部件提供相同的附图标记。图中的视图是示意的且不是完 全按比例的。图1示出了根据本发明实施例的图像处理的可能核心方法，其中，该方法包括以 下步骤从管道数据集中收集具有至少一个管道的管道树的管道模型Sl ；选择媒介物的虚 拟注射点S2 ；限定相对于虚拟注射点的方向S3 ；从用户限定的虚拟注射点开始模拟媒介物 的动态流动S4，其中，基于流动特性产生所述模拟，其中，所述媒介物通过管道模型的至少 一个管道流动；使用所述模拟以便产生至少两幅动态图像S5 ；以及显示动态图像S6。由此，
11流动模拟可以是三维可视化。图Ia绘示了在根据本发明实施例的流程图中所提供的图像处理方法的步骤。在 图1所示的实施例中，通过从管道数据集中收集具有至少一个管道的管道树的管道模型 Si，产生了用于以下流动模拟的基础。由此，术语收集可能包括核算、计算、检索、采集和产 生管道树的管道模型。此外，术语“管道”可以包括表述血管、导管、管路、动脉或静脉，这意 味着可能从血管数据集中收集具有至少一个血管的血管树的血管模型。作为第二步骤，可 以集成分割和建模技术。因此，可以通过该方法利用血管造影数据集进行血管拓扑的自动 分割和建模Sla。如果血管模型已经可用，这通常包括中线、本地半径估计和树状拓扑(树的曲线 图)以及在分叉、血管体素和端点中的血管中线体素的拓扑分类。因此，如果血管模型可用，则不需要进一步分割和/或建模。为了提高图像处理方法的用户友好性能，可以执行另一步骤，S卩，通过最小化感兴 趣血管的透视缩短和/或交叠，计算用于动态流动模拟的最佳视角Sib。通过第二步骤，选 择媒介物的虚拟注射点S2，可以使用户能够关注他观察的血管结构的感兴趣部分。通过限 定相对于虚拟注射点的方向S3，用户指定并规定了之后的模拟方向的方向。通过模拟开始 于用户限定的虚拟注射点的媒介物的动态流动S4，所述图像处理方法避免了使患者负担额 外的注射供应以及可能的X射线暴露。由此，使用模拟动态流动的表述将这种方法步骤的 不同表达为潜在不同的技术，例如，将已经采集的血管图片和正在传播的媒介物的图片仅 仅彼此交叠或粘贴在一起。因此，模拟动态流动意味着通过给定且固定的管道结构计算数 值模拟。这意味着可以将管道模型数据解释为具有管道的固定体积，其中，正在传播的媒介 物的参数隐含了时间演变。因此，基于流动特性产生所述模拟，其中，媒介物虚拟地通过管 道模型的至少一个管道流动。此外，使用模拟来产生至少两幅动态图像S5，并且随后是显示 动态图像S6的步骤。因此，可以为检查医师提供人工图像序列，所述图像序列是媒介物虚 拟流动的数值模拟结果。此外，用于降低管道树S7的复杂性的子树可视化可以是这里所述方法的另一步 骤。其中，子树可视化包括以下步骤由用户选择用户限定的感兴趣子树S8，通过该步骤， 使用户能够关注感兴趣的特定区域。通过这样做，用户有可能以改善的方式分辨感兴趣的 区域。这种选择可以仅通过如点击显示器的用户交互来完成，在所述显示器上向医师显示 管道树模型和模拟。在那里他可能以舒适的方式来挑选和选择感兴趣的区域。这使得可能动态模拟潜在媒介物通过新的感兴趣区域的流动。可以应用以下方法 步骤，重新开始前面实施例之一的方法S9，其中，实际的虚拟注射点可以与前述的注射点不 同。这仅仅是对收敛过程的描述，其中，用户开始第一图像处理方法，并在已经关注感兴趣 的特定区域之后，在所述区域中开始新的虚拟血管造影术。不过，在这一收敛过程期间，可 以优化或确定如视角那样的图像几何结构、造影剂的量和其他采集参数。为了在关于诊断治疗决策的管道和支持器官区域之间作出区分，用户能够使用不 同颜色的图。因此，使用其中颜色表示管道的附加性质的不同颜色的图Sio是本发明另一 实施例的可能步骤。这也可以在图2中图示说明。另一步骤可以是自动检测邻接血管或几何结构的模糊S11。由于这些构造是血 管模型的缺陷，这个步骤可能使得开始对管道模型的新的收集(Si)，以便在新模型中避免这种缺点。这描述了这样的情形即不能清晰地分辨几个管道的交叉或分叉并检测到了未 限定血管拓扑的区域。例如，通过使用流动信息可以分辨邻接血管。另一步骤向用户图示 出不同可能的流动构造，其中，用户利用用户接口选择可能的邻接血管或模糊构造的最可 能构造。图2示出了管道树8的管道模型的示意图，其中，指示出了不同的虚拟注射点9a、 9b、9c和9d。它们是由黑点表示的。针对每个虚拟注射点计算流动模拟。这里，由代表性 图像或图像序列10a、10b、IOc和IOd对每个流动模拟进行可视化。图3示出了被称为邻接血管构造的典型血管模糊的示意图像，其中，在这个角度 中第一管道11和第二管道12是交叉的。图3的右侧部分示出了未限定的或未分辨的部分 13，应当由本发明实施例来检测和分辨部分13。在这种图像中借助于颜色，可以对例如非目 标血管、目标血管、来自邻接血管位置的不清晰附属末梢进行可视化。图3中示出的三幅所示图片中的中间部分示出了对左侧图片中示出的邻接血管 构造的错误判读17。由此，右手边视图上以浅灰色示出的管道的两个上部，不能被识别或与 以黑色和深灰色所示的管道其他部分相关联。图4示出了根据本发明实施例的装置1的示意图。该装置包括处理器2、用户接 口 3、成像单元4和计算单元5。经由不同线条示出的不同连接将不同要素连接在一起。因 此，使得作为本发明实施例的装置能够控制如处理器或成像系统的几个要素来执行根据本 发明以上实施例的方法步骤。装置1因此能够在血管造影分析期间为检查医师提供三维动 态图片，而无需真正向患者体内注射媒介物。因此，这种装置完全可以处理已经描述的虚拟 血管造影术的概念和原理。图5和图5a两者都示出了可用于上文和下文所述的虚拟血管造影术中的成像系 统的示范性实施例。图5b示出了本发明的另一实施例。计算单元5上可以例如安装有软件，所述软件 可以包含计算机程序要素15，计算机程序要素15的特征在于，当在通用计算机上使用时适 于使计算机执行前面所述的图像处理方法的步骤。屏幕6或视频系统7能够向用户显示本 发明实施例的要素，例如管道模型或动态流动模拟。计算机可读介质16可以包含这种计算 机程序要素15。此外，示出了成像系统4的示范性实施例。通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员能够在实践所要求保护的本 发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词 不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。可以通过单个 处理器或其他单元实现权利要求中陈述的几个项目或步骤的功能。在互不相同的从属权 利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。可以将计算机程序存储/ 分布在适当的介质当中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或 者作为其他硬件的部分的固体介质，但是，也可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例 如，通过因特网或者其他有线或无线电通信系统。权利要求中的任何附图标记不应被视为 具有限制范围的作用。参考标号列表1 装置2处理器
3用户接口4成像系统5计算单元6 屏幕7视频系统8管道模型9，9a、9b、9c、9d 虚拟注射点10a、10b、10c、IOd为各个虚拟注射点所计算的流动模拟图像11第一管道12第二管道13未限定或未分辨的部分14彩色图15计算机程序要素16计算机可读介质17邻接血管构造的错误判读Sl从管道数据集中收集具有至少一个管道的管道树的管道模型Sla利用血管造影数据集对血管拓扑自动进行分割和建模Slb通过最小化感兴趣血管的透视缩短和交叠中的至少一个，计算用于动态流动 模拟的最佳视角S2选择媒介物的虚拟注射点S3限定相对于虚拟注射点的方向S4从用户限定的虚拟注射点开始模拟媒介物的动态流动S5利用该模拟产生至少两幅动态图像S6显示动态图像S7子树可视化，以降低管道树的复杂性S8由用户选择用户限定的感兴趣子树S9重新开始前述权利要求之一所述的方法SlO使用不同颜色的图，其中颜色表示管道的附加性质Sll自动检测邻接血管S12执行定量流动分析以改善流动模拟
权利要求
一种图像处理方法，所述方法包括以下步骤从管道数据集收集具有至少一个管道的管道树的管道模型(S1)；选择媒介物的虚拟注射点(S2)；从所述虚拟注射点开始模拟所述媒介物的动态流动(S4)；其中，基于流动特性产生所述模拟；其中，所述媒介物通过所述管道模型的至少一个管道流动；使用所述模拟产生至少两幅动态图像(S5)；以及显示所述动态图像(S6)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，图像处理用于虚拟血管造影术； 其中，所述管道数据集是血管造影数据集； 其中，所述动态图像是人工动态血管造影图像。
3.如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤使用所述血管造影数据集对血管拓扑自动进行分割和建模(Sla)；以及 限定相对于所述虚拟注射点的方向(S3)。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，还包括以下步骤 执行定量流动分析，以改善所述流动模拟(S12)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，还包括子树可视化，以降低所述管道树的复杂性 (S7)，其中，所述子树可视化包括以下步骤 由所述用户选择用户限定的感兴趣子树(S8)； 重新开始前述权利要求之一所述的方法(S9)； 其中，所述实际虚拟注射点不同于前述虚拟注射点。
6.如权利要求1、2或3所述的方法，还包括以下步骤使用其中颜色表示管道的附加性质的不同颜色的图(14) (SlO)。
7.如权利要求1、2或3所述的方法，还包括以下步骤 自动检测邻接血管(Sll)。
8.如权利要求1、2或3所述的方法，还包括以下步骤通过最小化感兴趣血管的透视缩短和交叠中的至少一个，计算用于所述动态流动模拟 的最佳视角(Slb)。
9.一种用于图像处理的装置(1)，所述装置包括 处理器⑵；以及用户接口 (3)；其中，将所述处理器布置为检索管道数据集；其中，还将所述处理器布置为从管道数据集收集具有至少一个管道的管道树的管道模型；其中，将所述用户接口布置为读入对媒介物的虚拟注射点(9)的用户选择以及相对于 所述虚拟注射点的方向；其中，还将所述处理器布置为根据所述用户限定的虚拟注射点模拟媒介物的动态流动；其中，基于流动特性产生模拟；其中，所述媒介物通过所述管道模型的所述至少一个管道流动；以及 其中，还将所述处理器布置为使用所述模拟产生至少两幅动态图像并显示所述图像。
10.如权利要求9所述的装置， 其中，所述装置还包括成像系统(4)；其中，将所述成像系统布置为利用具有至少一个管道的管道树评估管道解剖结构； 其中，将所述成像系统布置为在管道数据集中存储所评估管道解剖结构的信息；以及 其中，将所述成像系统布置为评估和存储流动数据集。
11.一种计算机程序要素(15)，其特征在于，当在通用计算机上使用时，适于使所述计 算机执行如权利要求1所述的方法的步骤。
12.—种计算机可读介质(16)，所述计算机可读介质上存储有如权利要求11所述的计 算机程序要素(15)。
全文摘要
本发明提供了一种分析管道系统，具体而言，是通过对管道系统图像进行图像处理来分析管道系统的方法。为了实现对通过所计算的管道模型的媒介物流动进行模拟，本发明从特定管道数据集收集管道模型。通过由用户限定媒介物的虚拟注射点的必要参数，媒介物通过模型流动。使用这种显示的模拟来产生至少两幅图像从而获得了人工图像序列，该人工图像序列可以为希望检查与所计算模型对应的真实结构的人员提供支持。可以在其中看到这一点。
文档编号G06T17/00GK101960492SQ200980107533
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年3月6日
发明者D·巴比克, J·威斯, J·布雷多诺, S·莫卢斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司