專利名稱：用于血管血流模式分析的方法
用于血管血流模式分析的方法
相關(guān)申請(qǐng)的相交引用本申請(qǐng)要求在2011年7月25日以Daphne Yu、Wei Li和Feng Qiu的名義提交的題為 “Quantitative Plots for Vascular Flow Pattern Analysis” 的臨時(shí)美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào) 61/511，249的權(quán)益，其公開也被通過引用結(jié)合到本文中。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及血管血流。更特別地，本發(fā)明涉及血管血流模式(pattern)的可視化和量化。
背景技術(shù)：
可以基于由諸如計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)的3D醫(yī)學(xué)圖像構(gòu)造的血管結(jié)構(gòu)模型從計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)模擬來獲得用于病人的血管血流信息。還可以使用諸如磁共振(MR)成像的某些醫(yī)學(xué)成像模態(tài)直接從實(shí)際病人獲取流信息。在任一種情況下，所模擬或獲取的數(shù)據(jù)是 4D矢量流場(chǎng)(隨時(shí)間推移的3D)，其在傳統(tǒng)上被顯示為動(dòng)畫箭頭或其它圖符形狀，可選地具有色彩映射以表示諸如流動(dòng)的速度量值的簡(jiǎn)單導(dǎo)出的標(biāo)量值。替換地，將速度量值可視化成表面上的映射色值。在圖Ia和Ib的血管中示出了此類技術(shù)的示例。
這些技術(shù)對(duì)流動(dòng)的總體印象的可視化有用，但在傳送例如關(guān)于流動(dòng)的量和流動(dòng)紊流的速度或關(guān)于子區(qū)域內(nèi)的封閉流動(dòng)模式的更多信息方面受到限制。具有一種用以特別是以定量數(shù)據(jù)圖的形式來計(jì)算并顯示這些附加流信息的方法將是有利的。可以包括例如多種 2D圖的這樣生成的圖容易理解且更重要的是對(duì)量化附加流信息有用。并且，這樣生成的圖將允許用戶基于繪制的信息來進(jìn)一步選擇血管子區(qū)域或總時(shí)間的子集以進(jìn)一步探索感興趣的更細(xì)的血流模式。發(fā)明內(nèi)容
用本發(fā)明的實(shí)施例消除了上述問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種獲得血管血流的信息的方法，包括獲得血管感興趣區(qū)域中的血流的可視化數(shù)據(jù)；減少血流的可視化數(shù)據(jù)的維度；以及分解減少的可視化數(shù)據(jù)以獲得血流的可視化數(shù)據(jù)的定量表示。該獲得步驟可以包括獲得將血流表示為時(shí)間步長(zhǎng)序列的一系列3D流數(shù)據(jù)。該減少步驟可以包括在血管感興趣區(qū)域內(nèi)構(gòu)造坐標(biāo)參考系并相對(duì)于該坐標(biāo)參考系來顯示數(shù)據(jù)。血流的可視化數(shù)據(jù)的定量表示可以包括定量數(shù)據(jù)圖。在這種情況下，血流的可視化數(shù)據(jù)可以包括血流的3D可視化數(shù)據(jù)且定量數(shù)據(jù)圖可以包括定量2D數(shù)據(jù)圖。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于病人血管系統(tǒng)的血管血流模式的可視化和量化的方法，包括根據(jù)病人血管系統(tǒng)的血管圖像來定義病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域；提取感興趣區(qū)域的中心線；計(jì)算感興趣區(qū)域中的血流的模擬參數(shù)；沿著感興趣區(qū)域中的提取的中心線提取相交平面；根據(jù)感興趣區(qū)域中的血流的所計(jì)算的模擬參數(shù)來計(jì)算流線或跡線；以及使流線或跡線與相交平面的相交點(diǎn)可視化。血管圖像可以是模擬數(shù)據(jù)或從成像掃描儀獲取的數(shù)據(jù)。該定義步驟可以包括指定用于病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域的流體進(jìn)口和流體出口。并且，該定義步驟可以包括定義與感興趣區(qū)域的其余部分分開的病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的不規(guī)則區(qū)域。在這種情況下，提取中心線步驟可以包括將不規(guī)則區(qū)域從中心線的提取排除。
提取相交平面步驟可以包括以指定的距離間隔對(duì)提取的中心線進(jìn)行采樣以便定義相交平面。在這種情況下，可以將每個(gè)相交平面定義為在相應(yīng)采樣位置處垂直于相應(yīng)中心線切線。并且，提取相交平面步驟可以包括定義用于每個(gè)相交平面的坐標(biāo)參考系。該坐標(biāo)參考系可以包括極坐標(biāo)參考系。定義坐標(biāo)參考系步驟可以包括使用于相應(yīng)相交平面的坐標(biāo)參考系的軸與用于相鄰相交平面的坐標(biāo)參考系的每個(gè)對(duì)應(yīng)軸之間的角度最小化。并且， 定義坐標(biāo)參考系步驟可以包括將參考坐標(biāo)系的標(biāo)度歸一化成從提取的中心線至每個(gè)相交平面上的感興趣區(qū)域的血管表面的最大距離。
定義不規(guī)則區(qū)域的步驟可以包括從感興趣區(qū)域提取不規(guī)則區(qū)域；構(gòu)造用于不規(guī)則區(qū)域的柱面或球面坐標(biāo)參考系；以及沿著柱面坐標(biāo)參考系的z軸或沿著球面坐標(biāo)參考系的所選旋轉(zhuǎn)軸來構(gòu)造相交平面。在這種情況下，構(gòu)造相交平面步驟可以包括將球面坐標(biāo)參考系的徑向距離的標(biāo)度歸一化成至每個(gè)相交平面上的不規(guī)則區(qū)域的表面的最大球面中心，或?qū)⒅孀鴺?biāo)參考系的徑向距離的標(biāo)度歸一化成至每個(gè)相交平面上的不規(guī)則區(qū)域的表面的最大柱面中心。
計(jì)算流線或跡線步驟可以包括測(cè)量流線或跡線與沿著感興趣區(qū)中的提取的中心線的相交平面的相交點(diǎn)的參數(shù)。并且，計(jì)算流線或跡線步驟可以包括測(cè)量流線或跡線與沿著感興趣區(qū)域中的提取的中心線的相交平面以及與不規(guī)則區(qū)域中的相交平面的相交點(diǎn)的參數(shù)。并且，計(jì)算流線或跡線步驟可以包括從感興趣區(qū)域中的特定子區(qū)域選擇用于計(jì)算流線或跡線的數(shù)據(jù)源。并且，計(jì)算流線或跡線步驟可以包括選擇用于感興趣區(qū)域的流體進(jìn)口上的相應(yīng)空間區(qū)域作為用于流線或跡線的源。
可視化步驟可以包括將所計(jì)算的流線唯一地映射到相應(yīng)2D圖中的曲線并將所計(jì)算的跡線唯一地映射到2D跡線相交曲線上的位置。并且，可視化步驟可以包括使流線或跡線與沿著感興趣區(qū)域中的提取的中心線的相交平面的相交點(diǎn)可視化并單獨(dú)地使流線或跡線與不規(guī)則區(qū)域中的相交平面的相交點(diǎn)可視化。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用于顯示血管血流模式的信息的系統(tǒng)，包括成像器，其獲取病人的血管結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)；和處理器，其操縱所獲取的圖像數(shù)據(jù)以相對(duì)于病人的血管結(jié)構(gòu)來構(gòu)造樣本平面；相對(duì)于用于樣本平面的坐標(biāo)參考系對(duì)病人的血管結(jié)構(gòu)的血流模式進(jìn)行繪制；以及使所繪制的血流模式與各個(gè)對(duì)應(yīng)的血流流線或跡線相關(guān)。


為了更好地理解本發(fā)明，對(duì)其示例性實(shí)施例的以下描述和附圖進(jìn)行參考，在附圖中圖Ia和Ib是具有指不的血管血流的血管系統(tǒng)的圖像；圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施例操作的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)(簡(jiǎn)化)的方框圖；圖3a-3b是依照本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的方法的流程圖；圖4是具有動(dòng)脈瘤區(qū)域的血管區(qū)域的示意性表示；圖5a是沿著血管區(qū)域的中心線的樣本相交平面的示意性表示；圖5b是用于圖5a的樣本相交平面的極坐標(biāo)網(wǎng)格的不意性表不；圖6是具有動(dòng)脈瘤區(qū)域的血管區(qū)域的第二示意性表示；圖7是具有動(dòng)脈瘤區(qū)域的血管區(qū)域的第三示意性表示；圖8是用于動(dòng)脈瘤的樣本相交平面定義的本發(fā)明的實(shí)施例的過程的流程圖；圖9a和9b是可以使用跡線相交來生成的兩個(gè)定量圖；以及圖IOa和IOb是可以使用流線相交來生成的兩個(gè)定量圖。
具體實(shí)施方式
圖2是依照本發(fā)明的實(shí)施例操作的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)10 (簡(jiǎn)化)的方框圖。系統(tǒng)10包括醫(yī)學(xué)成像掃描儀12，其獲取檢查中的病人且更特別地在這種情況下為病人的感興趣血管系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)。掃描儀12可以使用任何適當(dāng)?shù)某上衲B(tài)來獲取圖像數(shù)據(jù)，例如磁共振和計(jì)算機(jī)斷層成像。掃描儀12可以從病人的感興趣區(qū)域的多個(gè)掃描視圖獲取原始圖像數(shù)據(jù)， 重構(gòu)圖像，并產(chǎn)生用于多個(gè)視圖的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)。圖像數(shù)據(jù)信號(hào)可以采取醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(DICOM)格式。還可以使用其它格式。
成像掃描儀12被操作連接到控制掃描儀12的操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12a并經(jīng)由通信信道14連接到利用適當(dāng)?shù)膱D像處理軟件應(yīng)用來處理圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的圖像處理系統(tǒng)16。圖像處理系統(tǒng)16具有圖像數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)18、應(yīng)用服務(wù)器20以及用戶工作站22。圖像處理系統(tǒng)16的組件經(jīng)由可以由物理連接、無線通信或組合實(shí)現(xiàn)的通信網(wǎng)絡(luò)被互連。圖像數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)18適合于存儲(chǔ)由圖像掃描儀12產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)信號(hào)以及由圖像處理系統(tǒng)16 的其它組件對(duì)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的任何附加操作的結(jié)果。圖像數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)18可以是圖片存檔和通信系統(tǒng)(PACS)。還可以使用其它類型的圖像數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶工作站22 適合于控制成像處理系統(tǒng)16及其各種組件的操作。用戶工作站22特別地操作應(yīng)用服務(wù)器 20c和存儲(chǔ)在服務(wù)器20中或可由服務(wù)器20訪問的各種圖像處理軟件應(yīng)用。應(yīng)用服務(wù)器20 在圖像處理應(yīng)用之間管理并協(xié)調(diào)圖像數(shù)據(jù)集。圖像處理應(yīng)用可以包括例如可視化應(yīng)用、計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD)應(yīng)用、醫(yī)學(xué)圖像再現(xiàn)應(yīng)用、解剖分段應(yīng)用或任何其它類型的醫(yī)學(xué)圖像處理應(yīng)用。圖像處理應(yīng)用還可以包括本發(fā)明的實(shí)施例的方法。圖像數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)18、應(yīng)用服務(wù)器20以及用戶工作站每個(gè)還可以被連接到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)24以用于通信目的或訪問附加數(shù)據(jù)或功能。工作站22可以包括適當(dāng)?shù)挠脩艚涌冢愃朴陲@示器、存儲(chǔ)介質(zhì)、輸入/ 輸出設(shè)備等。
成像系統(tǒng)10的各種組件是常規(guī)的且眾所周知的組件。可以根據(jù)需要或根據(jù)期望以多種方式對(duì)其進(jìn)行配置和互連。成像系統(tǒng)10且特別是圖像處理系統(tǒng)16適合于允許成像系統(tǒng)10操作并實(shí)現(xiàn)依照本發(fā)明的實(shí)施例的方法，例如，如圖3所示。
圖3a_3b示出了依照本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行的方法100的流程圖。方法100 —般地減少可視化血管血流數(shù)據(jù)的維度。不是一次使所有流數(shù)據(jù)可視化且在沒有被尋找的信息的上下文的情況下，方法100在血管區(qū)域內(nèi)構(gòu)造參考系并相對(duì)于此參考來顯示數(shù)據(jù)。
具體地，方法100使用病人血管系統(tǒng)的3D血管圖像作為輸入(步驟105)。如所述， 圖像可以是經(jīng)由適當(dāng)?shù)某上衲B(tài)獲得的模擬或獲取數(shù)據(jù)，例如3D計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)或磁共振(MR)成像。系統(tǒng)10用戶在相應(yīng)血管系統(tǒng)圖像的顯示上定義感興趣血管系統(tǒng)區(qū)域，諸如借助于在感興趣區(qū)域周圍繪出輪廓或在感興趣區(qū)域上進(jìn)行繪畫，或者用可通過系統(tǒng)10 獲得的其它區(qū)域定義算法(諸如區(qū)域生長(zhǎng)或更高級(jí)的分段)(步驟110)。通常，血管感興趣區(qū)域包括諸如動(dòng)脈瘤的不規(guī)則區(qū)域。如果例如存在動(dòng)脈瘤，則用戶還可以通過如上所述的類似感興趣區(qū)域定義方法來定義動(dòng)脈瘤區(qū)域。然后根據(jù)感興趣區(qū)域計(jì)算/從感興趣區(qū)域提取血管感興趣區(qū)域的中心線(步驟112)(這在例如V. Mihalef、R. I. Ionasec、P. Sharma>B. Georgescu、I. Voigt、M. Suehling和 D. Comaniciu 在 Royal Society Interface Focus Journal >2011 pp. 286-296、vol. I 中的題為 “Patient-specific modelling of whole heart anatomy, dynamics and haemodynamics from four-dimensional cardiac CT images”的文章中有進(jìn)一步描述)?？梢詫?duì)動(dòng)脈瘤區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記以從中心線計(jì)算中排除，以便防止中心線進(jìn)入動(dòng)脈瘤中或產(chǎn)生斷裂或自相交中心線。用戶還可以將垂直于與血管系統(tǒng)相交的中心線的平面指定為流體進(jìn)口和出口(步驟115)。圖4舉例說明作為表面輪廓的血管感興趣區(qū)域300、動(dòng)脈瘤區(qū)域305、血管感興趣區(qū)域300的提取的中心線310及流體進(jìn)口 320和兩個(gè)流體出口 325a、325b。血管血流被示為箭頭。請(qǐng)注意，血管感興趣300和提取的中心線310被示為二叉元素，雖然其可以采取其它配置。還請(qǐng)注意，圖4以及在本文中描述的其它圖僅僅為了說明簡(jiǎn)化而將進(jìn)口、出口和樣本平面示為橢圓形平面。與平面的實(shí)際表面輪廓相交可以是任意形狀的。使用進(jìn)口和出口定義以及血管表面作為輸入來計(jì)算血管血流場(chǎng)以及其它模擬流參數(shù)(步驟120)?？梢允褂糜?jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬的多種方法和變體(這例如在 M. A. Gulsun 和 H. Tek 于 MICCAI 2008 Proceedings of the Ilth International Conference on Medical Image Computing and Computer - Assisted Intervention-Part I、2008、pp. 602-611、vol. 5241、Springer-Verlag> Berlin、Heidelberg 白勺題為 “Robust Vessel Tree Modeling”的介紹中有進(jìn)一步描述)。
該模擬獲得了將血管血流表示為時(shí)間步長(zhǎng)序列的一系列3D流數(shù)據(jù)(步驟125)。為了減少模擬輸出流數(shù)據(jù)的維度，對(duì)點(diǎn)進(jìn)行采樣并沿著血管感興趣區(qū)域的中心線計(jì)算樣本平面(步驟130)。這在圖5a和5b中舉例說明。每個(gè)血管系統(tǒng)中心線分段被標(biāo)記并以指定的距離間隔采樣。在中心線350的每個(gè)樣本點(diǎn)位置處，定義了垂直于相應(yīng)中心線切線的相交平面355(步驟135)。定義了用于每個(gè)相交平面355的極坐標(biāo)參考系，其中心參考在中心線位置處(步驟140)。圖5b示出了用于相交平面355的樣本極坐標(biāo)網(wǎng)格365，具有樣本平面 355與特定血管系統(tǒng)之間的相交的輪廓370以及每個(gè)流線或跡線與每個(gè)樣本相交平面355 的相交點(diǎn)375。為了在樣本平面355之間保持坐標(biāo)系360盡可能一致，特別是在旋轉(zhuǎn)中，使局部鄰近區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)系的軸與相鄰系的每個(gè)軸之間的角度最小化。可以以任意標(biāo)度跨樣本平面355使坐標(biāo)系的標(biāo)度保持一致。坐標(biāo)系軸的特定旋轉(zhuǎn)和標(biāo)度并不是重要的，只要其與血管結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)盡可能一致即可?？蛇x地，還可能期望將坐標(biāo)系的標(biāo)度歸一化成從中心線350到每個(gè)樣本平面355上的血管表面的最大距離，因?yàn)檫@可以為用戶給出作為壁切割的指示的血管壁的參考。
請(qǐng)注意，如果在血管感興趣區(qū)域中存在動(dòng)脈瘤區(qū)域，則常見的是中心線提取方法可以在動(dòng)脈瘤位置處產(chǎn)生奇異點(diǎn)。方法100以與為管狀的血管區(qū)域的其余部分不同的方式來處理動(dòng)脈瘤區(qū)域。方法100可以通過使用動(dòng)脈瘤區(qū)域的手動(dòng)或半自動(dòng)分段、例如通過使用與上述血管區(qū)域提取方法類似的方法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。一般地，一旦已標(biāo)識(shí)了動(dòng)脈瘤區(qū)域， 則可以將該區(qū)域從中心線提取遮蔽掉以產(chǎn)生沒有奇異點(diǎn)的中心線。此外，方法100將坐標(biāo)系的單獨(dú)集合應(yīng)用于動(dòng)脈瘤區(qū)域。
圖6舉例說明可以被方法100用來以與血管區(qū)域的其余部分不同的方式來處理動(dòng)脈瘤區(qū)域的過程。如上所述，沿著血管感興趣區(qū)域300的中心線310來計(jì)算樣本相交平面355。中心線分段被標(biāo)記并以指定的距離間隔采樣，并且在中心線350的每個(gè)樣本點(diǎn)位置處，定義了垂直于相應(yīng)中心線切線的相交平面355?？梢远x用于每個(gè)相交平面355的極坐標(biāo)參考系，其中其中心參考在中心線位置處。同樣地，可以將球面坐標(biāo)參考系擬合在相應(yīng)動(dòng)脈瘤區(qū)域305內(nèi)。通過找到球面在動(dòng)脈瘤區(qū)域305內(nèi)的最佳擬合，例如通過使表面距離或體積最小化，可以定義球面坐標(biāo)系位置。還可以由用戶通過圖形用戶界面來定義相應(yīng)位置。然后可以通過經(jīng)過改變傾斜角Θ或方位角 f (沿著旋轉(zhuǎn)軸)在球面坐標(biāo)內(nèi)采樣來產(chǎn)生樣本相交平面380?？梢詫较蚓嚯x的標(biāo)度歸一化成到動(dòng)脈瘤305的表面的最大球面中心。
替換地，可以用柱面坐標(biāo)參考系來擬合或手動(dòng)地定義動(dòng)脈瘤區(qū)域305。此過程在圖 7中舉例說明。在這種情況下，可以通過沿著坐標(biāo)系的z軸采樣來產(chǎn)生樣本相交平面385。 可以將徑向距離P的標(biāo)度歸一化成到動(dòng)脈瘤305表面的最大圓柱中心。
圖8是概括可以被方法100用于圖6和7中所示的動(dòng)脈瘤區(qū)域305中的樣本平面定義的總體過程400的流程圖。如上所述，方法100使用病人血管系統(tǒng)的3D血管圖像作為輸入(步驟405)。并且，用戶定義相應(yīng)血管系統(tǒng)圖像的血管系統(tǒng)感興趣區(qū)域，其可以包括諸如動(dòng)脈瘤的不規(guī)則區(qū)域。用戶還可以通過適當(dāng)?shù)母信d趣區(qū)域定義方法來定義動(dòng)脈瘤區(qū)域(如果存在的話)并提取動(dòng)脈瘤區(qū)域(步驟410)。該過程使用所提取的動(dòng)脈瘤區(qū)域作為用于用戶的決策點(diǎn)的輸入(步驟415)，該用戶的決策點(diǎn)關(guān)于將利用哪種類型的坐標(biāo)系(步驟 420)。如果用戶選擇了柱面坐標(biāo)系，則然后可以自動(dòng)地?cái)M合動(dòng)脈瘤區(qū)域或用柱面坐標(biāo)參考系來手動(dòng)地定義動(dòng)脈瘤區(qū)域，并且可以構(gòu)造柱面坐標(biāo)(步驟425)?？梢酝ㄟ^沿著坐標(biāo)系的z 軸采樣來產(chǎn)生樣本相交平面(步驟430 )。如果用戶選擇了球面坐標(biāo)系，則然后可以自動(dòng)地?cái)M合動(dòng)脈瘤區(qū)域或用球面坐標(biāo)參考系來手動(dòng)地定義動(dòng)脈瘤區(qū)域，并且可以構(gòu)造球面坐標(biāo)(步驟435)?？梢酝ㄟ^沿 著 所選旋轉(zhuǎn)軸采樣來產(chǎn)生樣本相交平面(步驟440)。過程400的結(jié)果是定義并獲得樣本相交平面(步驟445)。
返回參考圖3，一旦定義了相交樣本平面(這包括不規(guī)則或動(dòng)脈瘤樣本平面)，則可以根據(jù)流矢量數(shù)據(jù)來計(jì)算表示通過切線至速度流矢量數(shù)據(jù)的曲線的流線(步驟145)。計(jì)算用于每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)流線與沿著中心線的每個(gè)樣本相交平面的相交點(diǎn)375且其表示相對(duì)于極坐標(biāo)空間的點(diǎn)(圖5所示)。對(duì)此進(jìn)行記錄和繪制(步驟150)。替換地，可以通過使流矢量數(shù)據(jù)內(nèi)的顆粒流體對(duì)象對(duì)流(avecting)(即運(yùn)輸)來計(jì)算表示隨時(shí)間推移的顆粒橫穿的跡線(步驟155)。對(duì)每個(gè)跡線的相交點(diǎn)375和極坐標(biāo)中的每個(gè)樣本相交平面進(jìn)行記錄和繪制(步驟160)。還收集關(guān)于相交點(diǎn)375的以下參數(shù)并進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行繪制沿著中心線 (或樣本相交平面索引(index))的角度、半徑、相位、時(shí)間步長(zhǎng)以及相交點(diǎn)-中心線距離(步驟 165、170)。
同樣地，在動(dòng)脈瘤區(qū)域305內(nèi)，可以收集相應(yīng)相交點(diǎn)的柱面或球面坐標(biāo)值并對(duì)其進(jìn)行繪制?？梢韵嗷サ蒯槍?duì)參數(shù)/變量中的兩個(gè)的任何組合對(duì)其進(jìn)行繪制以檢查其關(guān)系模式。
圖9a_9b示出可以由方法100使用跡線相交生成的圖的類型的示例。圖9a是中心線區(qū)域內(nèi)的中心線距離與時(shí)間步長(zhǎng)的關(guān)系的圖。中間部分A表示在動(dòng)脈瘤區(qū)域305內(nèi)花費(fèi)的跡線時(shí)間。根據(jù)期望，單獨(dú)地輸入或者單獨(dú)地顯示動(dòng)脈瘤數(shù)據(jù)/圖(例如，圖9b的圖)。圖9b是動(dòng)脈瘤區(qū)域305的柱面坐標(biāo)內(nèi)的相交點(diǎn)-徑向距離與時(shí)間步長(zhǎng)的關(guān)系的圖。 圖IOa-IOb示出了由方法100使用流線相交生成的圖的類型的示例。圖IOa是相交點(diǎn)半徑與沿著中心線的樣本相交平面索引的關(guān)系的圖。中間部分A表示在動(dòng)脈瘤區(qū)域305內(nèi)花費(fèi)的流線時(shí)間。根據(jù)期望，單獨(dú)地輸入或單獨(dú)地顯示動(dòng)脈瘤數(shù)據(jù)/圖(例如，圖IOb的圖)。圖 IOb是處于特定傾角和時(shí)間步長(zhǎng)的動(dòng)脈瘤區(qū)域305的球面坐標(biāo)內(nèi)的相交點(diǎn)-徑向距離與方位角的關(guān)系的圖。
流線被唯一地映射到相應(yīng)2D圖表/圖中的2D曲線，并且跡線被唯一地映射到2D 跡線相交曲線上的位置。還可以在適當(dāng)?shù)娘@示器上以3D方式使流線和跡線/顆粒中的每一個(gè)可視化，其中其物理特性(例如色彩、直徑等)被映射成計(jì)算值(例如角度、半徑等)(步驟175、180 )。對(duì)于任一種情況而言，系統(tǒng)10可以允許同時(shí)地突出顯示2D和3D表示以舉例說明其對(duì)應(yīng)關(guān)系。
根據(jù)方法100，用戶還可以選擇并不使流場(chǎng)內(nèi)的所有可能的跡線或流線相交。替代地，用戶可以僅從要跟蹤并繪制的(一個(gè)或多個(gè))進(jìn)口 320上的特定空間區(qū)域選擇流線或跡線源。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，可以將進(jìn)口區(qū)域320劃分成子區(qū)域，用標(biāo)識(shí)代碼、ID來標(biāo)識(shí)每個(gè)子區(qū)域(步驟115a)，并且然后獲得進(jìn)口子區(qū)域數(shù)據(jù)(步驟115b)。還可以為每個(gè)流線或跡線分配其源自于的進(jìn)口子區(qū)域ID (步驟115c)。然后可以使流線和跡線的每個(gè)相交點(diǎn)與其源自于的進(jìn)口子區(qū)域相關(guān)聯(lián)。用戶然后可以從特定的進(jìn)口子區(qū)域選擇用于流線或跡線的數(shù)據(jù)源 (步驟115c)。這種方法100選項(xiàng)還可以用來過濾通過進(jìn)口子區(qū)域的流線和跡線的3D可視化。由于可以用其對(duì)應(yīng)的流線或跡線來唯一地標(biāo)識(shí)圖的每個(gè)2D曲線，所以流線或跡線3D 可視化還可以用相交坐標(biāo)或進(jìn)口子區(qū)域ID值利用表面色彩映射技術(shù)來映射流線和跡線的色彩或不透明以獲得視覺對(duì)應(yīng)關(guān)系。
有利地，方法100將正常地難以可視化和量化的血管血流模式分解成允許進(jìn)一步分析以獲得其臨床值的很多定量圖的處理框架。保存2D圖數(shù)據(jù)和3D流場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系并一起突出顯示它們以獲得更好的視覺理解。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能存在其它修改。例如，要掃描的對(duì)象病人可以是人類對(duì)象、 動(dòng)物對(duì)象或任何其它適當(dāng)對(duì)象。并且，雖然已以特定的序列描述了方法100或其它方法的步驟，但可以部分地或完全地將步驟的順序重新排序，并且可以適當(dāng)?shù)匦薷?、補(bǔ)充或省略該步驟。并且，方法100或其它方法可以使用各種眾所周知的算法和軟件應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)步驟和子步驟。此外，可以以多種算法和軟件應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)方法100或其它方法。此外，可以用附加步驟或技術(shù)來補(bǔ)充方法100或其它方法。還應(yīng)理解的是方法100或其它方法可以使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、來自數(shù)據(jù)檔案或數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、來自遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)源的混合來執(zhí)行所有或任何步驟。
并且，各種描述的儀器和工具是常規(guī)的且眾所周知的?？梢愿鶕?jù)需要或根據(jù)期望以多種方式對(duì)其進(jìn)行配置和互連。此外，雖然在所述方法100或其它方法中，用戶可以使用自包含的儀器和工具，但用戶可以與針對(duì)相應(yīng)方法的任何步驟或所有步驟描述的儀器和工具相組合地或作為其替代地使用其它儀器和工具，包括可以經(jīng)由電信手段而使其可用的那些。此外，可以由適當(dāng)?shù)膬x器和工具自動(dòng)地或用某些人工干預(yù)來執(zhí)行所述方法100或其它方法或任 何各個(gè)步驟。
權(quán)利要求
1.一種獲得血管血流的信息的方法，包括 a.獲得血管感興趣區(qū)域中的血流的可視化數(shù)據(jù)； b.減少血流的可視化數(shù)據(jù)的維度；以及 c.分解減少的可視化數(shù)據(jù)以獲得血流的可視化數(shù)據(jù)的定量表示。
2.權(quán)利要求I的方法，其中，獲得步驟包括獲得將血流表示為時(shí)間步長(zhǎng)序列的一系列3D流數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求I的方法，其中，減少步驟包括在血管感興趣區(qū)域內(nèi)構(gòu)造坐標(biāo)參考系并相對(duì)于該坐標(biāo)參考系來顯示數(shù)據(jù)。
4.權(quán)利要求I的方法，其中，血流的可視化數(shù)據(jù)的定量表示包括定量數(shù)據(jù)圖。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，血流的可視化數(shù)據(jù)包括血流的3D可視化數(shù)據(jù)且定量數(shù)據(jù)圖包括定量2D數(shù)據(jù)圖。
6.一種用于病人血管系統(tǒng)的血管血流模式的可視化和量化的方法，包括； a.根據(jù)病人血管系統(tǒng)的血管圖像來定義病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域； b.提取感興趣區(qū)域的中心線； c.計(jì)算感興趣區(qū)域中的血流的模擬參數(shù)； d.沿著感興趣區(qū)域中的提取的中心線來提取相交平面； e.根據(jù)感興趣區(qū)域中的血流的所計(jì)算的模擬參數(shù)來計(jì)算流線或跡線；以及 f.使流線或跡線與相交平面的相交點(diǎn)可視化。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所述血管圖像能夠是模擬數(shù)據(jù)或從成像掃描儀獲取的數(shù)據(jù)。
8.權(quán)利要求6的方法，其中，所述定義步驟包括指定用于病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域的流體進(jìn)口和流體出口。
9.權(quán)利要求6的方法，其中，所述定義步驟包括定義與感興趣區(qū)域的其余部分分開的病人血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域內(nèi)的不規(guī)則區(qū)域。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，提取中心線步驟包括將不規(guī)則區(qū)域從中心線的提取中排除。
11.權(quán)利要求6的方法，其中，提取相交平面步驟包括以指定的距離間隔對(duì)提取的中心線進(jìn)行采樣以便定義相交平面。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，每個(gè)相交平面被定義為在相應(yīng)采樣位置處垂直于相應(yīng)中心線切線。
13.權(quán)利要求6的方法，其中，所述提取相交平面步驟包括定義用于每個(gè)相交平面的坐標(biāo)參考系。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，所述坐標(biāo)參考系包括極坐標(biāo)參考系。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，定義坐標(biāo)參考系步驟包括使用于相應(yīng)相交平面的坐標(biāo)參考系的軸與用于相鄰相交平面的坐標(biāo)參考系的每個(gè)對(duì)應(yīng)軸之間的角度最小化。
16.權(quán)利要求13的方法，其中，定義坐標(biāo)參考系步驟包括使坐標(biāo)參考系的標(biāo)度歸一化成從提取的中心線到每個(gè)相交平面上的感興趣區(qū)域的血管表面的最大距離。
17.權(quán)利要求9的方法，其中，定義不規(guī)則區(qū)域的步驟包括從感興趣區(qū)域提取不規(guī)則區(qū)域；構(gòu)造用于不規(guī)則區(qū)域的柱面或球面坐標(biāo)參考系；以及沿著柱面坐標(biāo)參考系的z軸或沿著球面坐標(biāo)參考系的所選旋轉(zhuǎn)軸來構(gòu)造相交平面。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，構(gòu)造相交平面步驟包括使球面坐標(biāo)參考系的徑向距離的標(biāo)度歸一化成至每個(gè)相交平 面上的不規(guī)則區(qū)域的表面的最大球面中心，或使柱面坐標(biāo)參考系的徑向距離的標(biāo)度歸一化成至每個(gè)相交平面上的不規(guī)則區(qū)域的表面的最大柱面中心。
19.權(quán)利要求6的方法，其中，所述計(jì)算流線或跡線步驟包括測(cè)量流線或跡線與沿著感興趣區(qū)域的提取的中心線的相交平面的相交點(diǎn)的參數(shù)。
20.權(quán)利要求17的方法，其中，所述計(jì)算流線或跡線步驟包括測(cè)量流線或跡線與沿著感興趣區(qū)域的提取的中心線的相交平面和與不規(guī)則區(qū)域中的相交平面的相交點(diǎn)的參數(shù)。
21.權(quán)利要求6的方法，其中，計(jì)算流線或跡線步驟包括從感興趣區(qū)域中的特定子區(qū)域選擇用于計(jì)算流線或跡線的數(shù)據(jù)源。
22.權(quán)利要求8的方法，其中，計(jì)算流線或跡線步驟包括選擇用于感興趣區(qū)域的流體進(jìn)口上的相應(yīng)空間區(qū)域作為用于流線或跡線的源。
23.權(quán)利要求6的方法，其中，可視化步驟包括將所計(jì)算的流線唯一地映射到相應(yīng)2D圖中的曲線并將所計(jì)算的跡線唯一地映射到2D跡線相交曲線上的位置。
24.權(quán)利要求17的方法，其中，可視化步驟包括使流線或跡線與沿著感興趣區(qū)域中的提取的中心線的相交平面的相交點(diǎn)可視化并單獨(dú)地使流線或跡線與不規(guī)則區(qū)域中的相交平面的相交點(diǎn)可視化。
25.一種用于顯示血管血流模式的信息的系統(tǒng)，包括成像器，其獲取病人的血管結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)；和處理器，其操縱所獲取的圖像數(shù)據(jù)以相對(duì)于病人的血管結(jié)構(gòu)來構(gòu)造樣本平面；相對(duì)于用于樣本平面的坐標(biāo)參考系對(duì)病人的血管結(jié)構(gòu)的血流模式進(jìn)行繪制；以及使所繪制的血流模式與各個(gè)對(duì)應(yīng)的血流流線或跡線相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于血管血流模式分析的方法。一種尤其是以定量數(shù)據(jù)圖的形式計(jì)算并顯示血管血流模式的流信息的方法(100)。
文檔編號(hào)G06T7/60GK102982227SQ201210259209
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者余艾蕾, 李維, 邱峰 申請(qǐng)人:西門子公司