专利名称：用于确定对象的物理性质的方法、系统、计算机可读介质和程序单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于医学图像评估的方法和系统，尤其涉及确定对象的物理性质。
背景技术：
为了准备和规划医学流程，可能有益的是在开始实际操作之前确定对象，例如解剖结构的物理性质，例如长度、直径或规格。例如，对于微创手术而言，例如，为了规划微创瓣膜置换流程，可能需要血管，尤其是沿主动脉球的主动脉及其周围结构的不同直径值。接下来可以采用相应的测量结果来确定适当瓣膜置换元件或支架的尺寸。当前，可以人工，例如由医务人员采用介入前医学图像数据，例如CT数据来确定期望的物理性质。不过，这样的人工确定可能导致基本不可重复的测量流程，可能获得不确定或在一定程度上不正确的直径值。于是，可能需要改善确定血管结构的物理性质，例如直径的质量。文献US 2007/0197898A1描述了通过计算血管内壁和中心路径之间的垂直距离
来确定血管直径。
发明内容
因此，提供了根据独立权利要求一种用于确定对象的物理性质的方法、系统、计算机可读介质以及程序单元。可以从从属权利要求导出本发明的优选实施例。可以以微创方式，例如通过微创瓣膜置换，采用X射线引导，来治疗血管病。为了实现例如主动脉瓣或肺动脉瓣的微创置换，在支架中安装人工瓣膜，利用导管在X射线引导下定位支架。在确定相应支架的尺寸/直径时，可以在规划操作时，采用介入前医学图像数据集确定与操作相关的解剖结构的物理性质，例如直径。可以采用体图像数据之内的专用测量平面在涉及期望物理性质的平面中执行实际测量。不过，如果平面的取向没有被良好定义，即未适当定位，例如，可能不正确地显示管状结构的截面，即发生变形，可能导致不正确的测量。例如，在未精确设置测量平面的取向的情况下，可能将圆形结构显示为椭圆。另一方面，可能无法精确定义物理性质，例如直径值自身，因为感兴趣结构或解剖结构并非始终是圆柱形的。 例如，主动脉的流出道可能是椭圆形的，所述球可能是修圆的三角形，升主动脉可能是基本圆形。于是，可以针对不同的解剖结构以不同方式定义要测量的直径值，尤其是最小和最大直径值。解剖结构的直径值和/或形状可能沿着左心室流出道、球和主动脉变化，需要在正确对准的测量平面之内的正确位置执行测量。可以将本发明的发明点看做提供一种方法和系统，其用于确定对象的物理性质，例如对象沿其三维结构的直径分布，并接下来分析和/或显示对象背景，即采用对象背景信息，之内的物理性质。例如，在对象是解剖结构的情况下，可以采用解剖结构的解剖背景进行物理性质的优选确定。换言之，如果解剖结构是血管，尤其是主动脉的一段，可以向对象的个体段分配个体解剖结构。例如，对于主动脉而言，段可以包括左心室流出道、主动脉球和升主动脉。相应段可以具有个体局部解剖结构。可以采用这种解剖背景信息确定，例如计算，相应段或解剖结构的局部直径性质，可能根据结构和其背景信息，采用不同的确定方法。例如，在具有椭圆截面的段或解剖结构时，可以采用椭球体几何结构用于截面的优选近似，以确定直径性质，例如最小和最大直径值。在段或解剖结构包括圆形截面时，可以采用圆来近似直径值。
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本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考其加以阐述。下文将参考以下附图描述本发明的示范性实施例。附图中的例示仅是示意性的。在不同附图中，为类似或相同的元件提供类似或相同的附图标记。图不是按比例绘制的，不过可以定性成比例的绘制。
图Ia示出了包括升主动脉、主动脉拱和降主动脉的心脏的示范性三维表示；图Ib示出了根据本发明的图I的直径分布的示范性实施例；图2a_c示出了根据本发明用于检测包括个体测量平面的对象三维结构的示范性实施例；图3示出了根据本发明的直径分布的另一示范性实施例；图4a_f示出了根据本发明的对象截面图的示范性实施例；图5示出了用于确定对象的物理性质的方法的示范性实施例；图6示出了根据本发明用于确定对象的物理性质的系统的示范性实施例。附图标记列表2 心脏4左心室流出道5主动脉瓣6主动脉瓣平面7 界标8 窦中平面9主动脉球10窦管连接部12升主动脉14测量平面30直径分布
32对象/血管/主动脉34最小直径36最大直径38对象背景信息50用于确定对象的物理性质的方法51步骤提供体图像信息52步骤确定物理性质 54步骤确定对象背景信息56步骤可视化对象背景信息58步骤确定至少第二局部物理性质之一60步骤确定测量平面62步骤在测量平面中确定局部物理性质70用于确定对象的物理性质的系统72存储元件74处理元件76 输入78 输出
具体实施例方式本发明的一个方面可以看作提供沿解剖结构的直径分布，例如循着其优选细长延伸段，同时分析和/或显示直径值，例如最小、平均和最大直径值，并考虑解剖结构及其相应截面形状，以确定用于计算直径值的优选方法。本发明采用三维图像模态的体图像信息以确定对象或对象感兴趣区域的三维表示，例如患者左心室、主动脉球和升主动脉的患者特异性几何形状。可以采用心脏CT图像信息的基于模型的分割来获得这样的三维表示。对于基于模型的分割，可以采用一般化三维模型或解剖结构的一般化形状。可以通过采用与可比拟的一般化解剖结构对应的几何网格结构实现相应的形状模型。在一般化模型之内，可以对应于包括个体对象背景信息的个体解剖结构定义个体解剖段。针对患者特异性几何形状，例如通过采用医学图像体数据，调整一般化网格结构的形式。结果，可以获得基本匹配患者的解剖结构的经调整形状模型。在调整期间，也可以调整经一般化编码的解剖结构，从而定义和识别图像数据之内相应的患者实际解剖结构。可以进一步采用相应的分割来评估患者结构的物理性质，尤其是定义测量平面，在该测量平面内确定相关的物理性质。根据对象的局部结构，例如其解剖结构或解剖结构的类型，可以采用对象背景信息，例如，关于特定位置处相应对象结构的特定截面实施例的信息。于是，根据结构或确切地说，根据其对象背景信息，可以选择专用方法并用于确定个体直径值，例如最小和最大直径值。例如，左心室流出道可以大致包括椭圆形截面。因此，可以将关联的对象背景信息，称为左心室流出道，视为关于其包括椭圆形截面的形状的指示。采用这种对象背景信息，可以将椭球体几何结构拟合到截面之内，以确定最小和最大直径值。所述球可以被认为是修圆的三角形，包括相应的对象背景信息。根据关联的对象背景信息，可以拟合内圆和外圆以确定直径值。可以认为升主动脉基本为圆形，从而用作对象背景信息，可以拟合圆或椭圆来确定直径值。在这个具体实施例中，可以将对象背景信息认为是关于其截面的几何形状的信息。不过，要理解，对象背景信息可以是取决于对象和/或位置的任何其他信息，是特定对象或至少其局部性质特有的信息。具体而言，可以将对象背景信息理解为任何事先给定或已知，而非容易获得的，关于对象的信息或知识。通过确定沿对象的三维结构的个体直径值，可以确定直径分布。可以通过，例如监视器上的可视化，向医务人员呈现直径分布。可以在直径分布之内，可能采用专用界标，识别不同的解剖区域、片段或解剖结构。例如，界标可以是相应取向的测量平面，包括主动脉瓣。可以相应地取向相应界标和关联的测量平面，优选逻辑连接到体图像数据之内的主动脉瓣平面。而且，界标可以是解剖结构之内定义的结构或对象。可以在分析图像信息期间确 定体图像信息之内的相应界标，并可以映射，即逻辑绑定到形状模型之内的相应界标，以进一步调整和优化。这种界标的一个范例是主动脉瓣的小叶，可以采用其确定主动脉瓣平面。对于一些测量平面而言，可以由相应界标确定三维结构上的高度或位置，而对于其他测量平面，可以分别由直径分布自身和个体直径值确定高度或位置。例如，可以在直径分布之内的最大直径处定位窦中(mid-sinusal)平面，同时可以在窦中平面和升主动脉之间的弯曲点处定位管状连接平面。如前所述，也可以由界标定义主动脉瓣平面。可以从直径分布计算测量平面的位置(可能被认为有临床兴趣)并接下来在直径分布之内指出。测量平面也可以联接到直径分布。例如，如果移动界标，例如，与主动脉瓣平面相关的界标或各瓣叶的三个主动脉小叶，则关联的测量平面也将移动。相应的联接可以确保有意义、良好定义的且可重复的直径测量。对象自身可以包括多个段，每段包括个体局部对象背景信息。例如，在对象是血管，尤其是主动脉的情况下，可以将血管分成多个段，每段都有其自己的对象背景信息。例如，左心室流出道可以包括呈现出椭圆形截面形状的信息作为对象背景信息，而主动脉球可以包括三角形截面形状的信息作为对象背景信息，升主动脉的段可以包括包含基本圆形的信息作为对象背景信息。关于个体解剖结构的信息也可以构成对象背景信息。接下来可以采用相应的局部对象背景信息来确定局部物理性质。例如，对于包括椭圆形截面形状的左心室流出道，可以采用利用椭球体结构的匹配或拟合算法。接下来，可以将椭球体结构拟合到血管的椭圆形中，可以采用这样拟合的椭球体形状，以从采用的几何结构(这里为椭球体结构)的相应直径值确定血管的最小和最大直径值。包括三角形形状的段可以采用两个同心对准的圆，即内圆和外圆，用于确定最小和最大直径，而包括圆形形状的段可以采用圆结构或椭球体结构之一，基本包括相同的最小和最大直径值。对象可以包括解剖结构，而关联的对象背景信息包括解剖背景信息，例如解剖结构的截面形状或解剖结构的类型。可以沿着对象的三维结构采用不同视图或测量平面以建立多个直径性质，尤其是最小和最大局部直径值。可以采用这样的多个直径性质以接下来获得直径分布。直径分布可以描绘例如从左心室流出道开始在升主动脉的方向上，沿着对象的三维结构延伸段的确定的各直径性质值。可以将沿三维结构的个体位置称为，与左心室流出道之内的起点相比，具有特定高度，基本描述沿着对象三维结构或在该三维结构上从左心室流出道到当前局部位置行进的距离。可能不需要个体测量平面基本平行，而是可以根据特定的解剖结构取向。例如，对于主动脉瓣平面，可以采用基本平行或等于主动脉瓣平面的测量平面以获得直径性质值。如果沿着对象的三维结构在特定位置处没有专门的解剖结构，可以对准测量平面从而其平行于另一测量平面。具体而言，可能不要求测量平面对应于医学体图像信息的一个平面，例如可能不要求其对应于矢状、冠状和横向平面之一，而是可以作为斜面计算。现在参考图la，描绘了包括升主动脉、主动脉拱和降主动脉的心脏的三维表示。
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描绘了包括心脏模型2的三维对象，心脏模型2伴随有血管模型，即包括各部分的主动脉。与心脏2相邻，布置了左心室流出道4，包括关联的主动脉瓣平面6之内的主动脉瓣。在图Ia的范例中，描绘了主动脉球9之内的窦中平面8以及升主动脉12。在主动脉球9和升主动脉12之间，布置了窦管连接部10。在该模型之内，描绘了不同的测量平面14，在图I中，对应于与主动脉瓣平面6相关联的测量平面14，与窦中平面8相关联的测量平面14以及与窦管连接部10相关联的测量平面14。在图Ia的范例中，示范性给出了直径值，尤其是平均直径，对于主动脉瓣平面6为20mm，对于窦中平面8为29mm，对于窦管连接部10为26mm。现在参考图Ib，描绘了根据本发明的图Ia的直径分布30的示范性实施例。图Ib中给出的直径值尤其对应于左心室流出道4、主动脉瓣平面6、窦中平面8、窦管连接部10和升主动脉12的示范性平均直径值。主动脉瓣平面6的测量平面14尤其可以对应于医学体成像数据之内的实际瓣膜平面，从而相对于其取向精确匹配相应瓣膜平面，因此描绘了基本没有几何变形的主动脉瓣的截面。例如，可以在显示器78上向医务人员描绘测量平面14，医务人员又可以采用输入76相对于主动脉瓣平面6人工调节测量平面，例如，在根据图6采用系统70时。在图Ib的图之内，相应的人工输入可能导致沿X方向，沿X轴或高度轴移动界标点6，由于体图像信息之内界标点6的移动造成测量平面14的重新对准，重新计算相应的y值，即图Ib中的直径值。可以由图示的直径分布30的最大直径值确定窦中平面8的界标点8，而可以通过窦中平面8和升主动脉12之间的曲线的弯曲确定窦管连接部10的界标点10。界标点4和12可以基本对应于沿对象的三维结构的位置的第一个和最后一个测量。现在参考图2a_c，描绘了用于检测对象的三维结构的示范性实施例，包括根据本发明的各测量平面。为了确定解剖对象的物理性质，例如，为了规划微创流程并确定适当的支架尺寸，必须要定义若干测量平面14。可以从经调整的形状模型和这里编码的信息，尤其是对象背景信息导出这些测量平面。可以将主动脉瓣平面6定义为从下方，即从心脏2的方向看，接触主动脉瓣5的全部三个小叶或一般地界标7的平面。为了便于确定主动脉瓣平面6，三个界标7与经调整的形状模型的主动脉环的底环上的网格相关联。在通过模型调整的分割之后，即，改变一般化模型以匹配患者几何形状之后，可以从界标7的位置确定形状模型之内，从而在三维结构之内的主动脉瓣平面6。为了定义用于测量左心室流出道4、主动脉瓣环带6、主动脉球9的中间、窦管连接部10和升主动脉12的物理性质的测量平面14，在形状模型的网格上一般化地编码多个环形结构。在模型调整之后，例如通过回归分析，从相应的环导出与环形结构相关的关联平面。直径信息可能对于选择适当支架，及其尺寸和规格尤其重要。为了表征直径，由相应的测量平面14切割网格。然后，如下文所述，可以在相应测量平面14之内的对象之内拟合几何结构。现在参考图3，描绘了根据本发明的直径分布30的另一示范性实施例。在图3中，不仅示出了平均直径值，而且示出了最小直径值和最大直径值。采用几何形状确定与例如具有最小和最大直径的椭球体结构或具有不同直径值的两个同心圆对应的截面形状，从而确定直径性质的相应直径值，其中较小直径值与最小直径34相关联，较大直径值与最大直径值36相关联。可以认为预计是哪种截面形状的知识构成了对象背 景/[目息38。现在参考图4a_f，示出了主动脉的不同段的个体截面图像。在图4a中，血管/主动脉32的段被描绘为在具有椭圆形截面形状的左心室流出道4之内。在图4b中，描绘了采用具有最小直径值34和最大直径值36的椭球体结构的匹配。通过以可视/图形方式匹配图4a-4f的测量平面之内的相应几何形状，可以确定相应的直径值。接下来可以由操作根据本发明的系统70的医务人员改变/优化这样的自动匹配或拟合。在图4c中，描绘了具有三角形形状的主动脉球9的结构。例如，可以由具有第一直径34和第二直径36的两个同心对准圆匹配三角形形状。图4d中描绘了相应匹配。在图4f中，描绘的升主动脉12具有基本圆形截面形状。于是，几何匹配可以采用圆形或椭球体结构，其中最小和最大直径值34、36基本相等。利用对象背景信息38的知识，可能包括解剖结构的类型，可以采用确定或验证测量平面14是否在三维结构上的相应位置上被最佳地匹配，来确定局部物理性质。例如，对于升主动脉12，由于众所周知升主动脉12基本包括圆形截面形状，所以可以对准测量平面14，使得测量平面14最好地适于预期的对象背景信息，或在本范例中，解剖结构的形状，例如，使得测量平面14之内的几何形状匹配预期几何形状，即本范例中的圆。于是，也可以通过采用对象背景信息38布置或定位测量平面14。换言之，确定测量平面14的位置、对准和/或取向可以采用对象背景信息38，例如解剖结构的局部几何形状的信息。现在参考图5，描绘了用于确定对象的物理性质的方法50。该方法50包括提供51具有三维结构的对象32的体图像信息。接下来，确定52沿其三维结构的对象的物理性质。此外，确定54对象32的对象背景信息并使对象背景信息和物理性质可视化56。可视化可以包括彼此相关地显示对象背景信息和物理性质两者，可能采用曲线图或图表。多个个体物理性质值的相应可视化的一个范例是直径分布30。在沿着三维结构的至少第二位置处可以确定58至少第二局部物理性质，用于建立直径分布30。可以重复确定另一局部物理性质，直到建立期望的直径分布30。可以确定60对象32的体图像信息的测量平面14，尤其是考虑三维结构之内的界标或检测到的结构单元。在测量平面14之内，可以确定局部物理性质。现在参考图6，描绘了用于确定对象32的物理性质的系统70。体图像信息可以由存储元件72提供或者可以直接从例如医学成像装置，如体积CT扫描器或MRI扫描器提供。体图像信息可以存储在存储元件72之内，接下来通过数据输入被提供给处理元件74或者可以直接从外部提供给处理元件74。处理元件74执行用于确定对象32的物理性质的方法。提供输入元件76以影响根据本发明方法的操作。采用输出78向例如监测器输出根据本发明的方法的确定结果，供医务人员目测检查。输入76可以包括计算机键盘、鼠标或其他人工输入装置。应当指出，术语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多 个。也可以组合结合不同实施例描述的元件。还应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种用于确定对象的物理性质的方法(50)，包括 提供(51)具有三维结构的对象(32)的体图像信息； 确定(52)所述对象沿其三维结构的物理性质； 确定(54)所述对象的对象背景信息；以及 对所述对象背景信息和所述物理性质进行可视化(56 )。
2.根据权利要求I所述的方法， 其中，所述对象(32)包括多个段； 其中，所述多个段的每个都包括局部对象背景信息(38);并且 其中，通过采用所述局部对象背景信息(38)确定所述物理性质。
3.根据权利要求I或2所述的方法， 其中，所述对象(32)包括解剖结构；和/或 其中，所述对象(32)背景信息包括解剖背景信息。
4.根据权利要求3所述的方法， 其中，所述解剖结构是血管，尤其是主动脉。
5.根据权利要求3或4所述的方法， 其中，解剖背景信息包括所述解剖结构的类型和/或所述解剖结构的形状。
6.根据权利要求3到5之一所述的方法， 其中，所述解剖结构的所述类型是左心室流出道(4)、主动脉瓣(6)、主动脉球(8)、窦管连接部(10)和升主动脉(12)之一。
7.根据权利要求3到6之一所述的方法， 其中，所述解剖结构的所述形状是圆形、椭圆形、修圆的形状和三角形之一。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其中，所述物理性质包括局部直径性质(34，36)，尤其包括最小(34)局部直径值和最大(36)局部直径值。
9.根据权利要求3到8之一所述的方法， 其中，确定所述物理性质包括计算取决于所述解剖结构的所述类型和所述解剖结构的所述形状中的至少一个的直径性质(34，36)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括 在沿着所述对象(32)的所述三维结构的至少第二位置处确定(58)至少第二物理性质，以建立直径分布(30)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法， 其中，确定所述对象的所述物理性质包括 确定(60)所述对象(32)的所述体图像信息的测量平面；以及 在所述测量平面(14)中确定(62)所述局部物理性质；
12.根据权利要求11所述的方法， 其中，确定所述局部物理性质包括将取决于所述解剖结构的所述形状和/或所述类型的几何形状拟合到所述对象(32)的所述体图像信息的所述测量平面(14)之内。
13.—种用于确定对象的物理性质的系统(70),包括 存储元件(72)，其用于提供具有三维结构的对象(32)的体图像信息；处理元件(74)，其用于确定所述对象(32)的所述三维结构，确定所述对象(32)的所述三维结构的至少一个物理性质，并确定所述对象(32)的至少一个局部对象背景信息；以及输出元件(78 )，其用于使所述对象背景信息和所述物理性质可视化。
14.一种计算机可读介质，其包括程序代码，所述程序代码适于在被处理元件(74)运行时执行根据权利要求I到12中的至少一项所述的方法。
15.一种程序单元，其包括程序，所述程序适于在被处理元件(74)运行时执行根据权利要求I到12中的至少一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及评估医学图像信息，尤其是对象(32)的物理性质。在准备手术流程，例如微创流程时，可能有益的是在开始操作之前详细规划流程。于是，获得关于对象(32)的物理性质的精确信息，例如解剖结构的直径值(34，36)可能是有益的。因此，提供了一种用于确定对象(32)的物理性质(34，36)的方法和系统，其采用局部对象背景信息(38)确定对象(32)的局部物理性质。
文档编号G06T7/00GK102859553SQ201180019666
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年4月21日
发明者I·韦希特尔-施特勒, R·克内泽尔, J·威斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司