用于管状器官的三维重建的系统和方法技术方案

本发明专利技术的实施例包括用于利用多个二维图像对管状器官（例如冠状动脉）进行三维重建的方法和系统。某些实施例可以包括：显示脉管网络的第一图像；接收用于识别第一图像上的感兴趣的脉管的输入；跟踪感兴趣的脉管的边缘，包括消除在视觉上与感兴趣的脉管邻近的物体的虚假边缘；确定沿脉管的基本精确的半径和密度测定值；显示脉管网络的至少第二图像；接收用于识别第二图像上的感兴趣的脉管的输入；跟踪第二图像中的感兴趣的脉管的边缘，包括消除在视觉上与感兴趣的脉管邻近的物体的虚假边缘；确定第二图像中沿感兴趣的脉管的基本精确的半径和密度测定值；确定感兴趣的脉管的三维重建；以及确定沿脉管的融合面积（截面）测量结果，以及计算和呈现定量的测量结果，其中包括但不限于真实长度、窄化百分比（直径和面积）等等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及医学成像系统，尤其涉及例如用于血管造影(angiography)的医学成像系统。
技术介绍
血管狭窄(stenosis)，例如动脉狭窄，是指由于动脉的内壁上的斑(plaque)形成而引起的动脉内腔的窄化(narrowing)。窄化的严重度依赖于内腔的截面区域中被斑所阻塞的量。虽然动脉窄化可能发生在身体的任何动脉中(例如颈动脉)，但尤其关注对心脏动脉窄化的研究，也就是对冠状动脉窄化(冠状心脏病)的研究，这是因为这些动脉的窄化是心脏病发作的主要原因之一。因此，冠状血管造影是指研究冠状动脉以确定任何可能存在的窄化的严重度(即找出狭窄动脉)的过程(以及相关联的系统)。为了对动脉成像，导管被插入到患者的臂部或腿部的动脉中，在该处导管最终前进到冠状动脉中。一旦到达冠状动脉，一种无线电不能穿透的物质被注入其中，以便例如可以用X射线血管造影系统对动脉成像。系统在若干个不同的视角获取动脉的“瞬像”(即血管造影电影放映(angiographic cine-run))，以获得所研究的一个或多个动脉网络的完整视图。此外，由于窄化通常是关于动脉轴非对称的，因此有必要从不同视角(最好是正交的视角)获得至少两个图像，最好更多图像，而且最好是与动脉轴垂直的图像，以评价狭窄的严重度。但是，要获得脉管的完全垂直的视角一般是非常困难。因此，确定视角位置部分地是任意的，部分地是反复实验的过程(一旦观察到了狭窄)。但是，能够获得的图像总数受时间、安全性和成本所限。通常对于左冠状动脉系统获得四到七个投影(projection)，对于右动脉系统获得二到四个图像。血管造影系统的操作者或者基于对多个图像(投影)的视觉检查，或者通过对单个图像的计算机分析，来评价冠状动脉中的狭窄的严重度。如上所述，由于大多数图像一般不是完全垂直于动脉轴的，因此通过任一种手段所获得的狭窄严重度估计通常都是不精确的。目前，存在二维(2D)量化冠状血管造影(QCA)系统，其创建脉管的2D图像以便进行狭窄研究，还存在三维(3D)QCA方法，其也创建整个动脉树的3D重建(3DR)，以便研究狭窄脉管。2D QCA系统基本上实现以下步骤特定图像的导入、该图像的脉管提取以及感兴趣的脉管的QCA。2D QCA系统通常提供对病灶(lesion)的基于直径的分析，而不是密度测定(densitometry)分析。在某些实施例下，是经由DSA的使用来提供密度测定分析的，但是并不用于像冠状动脉那样的包括运动的场景。3D QCA方法一般包括以下步骤采集图像，从2D投影提取脉管。3D QCA系统还包括成像几何条件恢复、(图像间)逐点匹配，当然还有3DR。3D系统的QCA一般包括形态评价(包括脉管透视缩短(foreshortening)、交叠(overlapping)、成角(angulation)、扭曲(tortuosity))，并且在某些情况下包括测量结果，通常是真实长度和直径信息。但是，很少针对截面面积测量，虽然已经尝试过实现对沿脉管的截面轮廓的精确表示。一种代数重建方法框架中的基于某些探索的方法在Greenberg的美国专利号6,301,498中提出。但是，该方法要求来自与动脉正交的不同方位的至少四(4)次采集的特殊设置。此外，在2D和3D QCA系统和方法中，测量和狭窄严重度的一个重要方面是确立健康脉管测量。提供健康脉管(或相关)测量的系统和方法例如使用基于近心部分或远心部分处测得的直径的插值。该步骤是关键的，因为它是许多测量的基础。同时，该步骤非常敏感，并且可能很容易产生不正确的测量结果。存在其他问题，这些问题是关于用于现有3D成像系统的方法的。例如，对于图像采集，现有技术系统利用双平面采集、旋转采集或单投影(图像)采集(最普通的方法(见美国专利号6,047,080和6,169,917))。虽然双平面采集最小化了由于心动周期阶段引起的失真，但在某些外极(epi-polar)几何条件含混情形下该技术是不充分的。对于旋转采集系统，虽然在时间接近，但是这些系统既没有解决心阶段问题，也没有解决外极几何条件含混问题。对于成像几何条件恢复，几何条件恢复所需的控制点数目依赖于所发现的变换类型和对未知参数的假设。因此，对于视角变换，控制点数目可以是从五(5)(例如见美国专利号6,047,080和6,501,848)到八(8)(例如见美国专利号4,875,165)中的任何一个。但是，对多个图像上的至少五个相应点进行确实且精确的识别是繁重的过程(如果可能识别的话)，这是因为，例如右冠状动脉系统通常缺乏足够的分枝点。此外，不论使用非线性还是线性优化，两种解决方案都有不稳定性问题。具体而言，用作控制点的自然候选点是动脉树中的分枝点。但是，以下情况是很常见的由于动脉树的区域与另一脉管或本身交叠，因此难以识别对分枝点的精确定位。此外，正如计算几何学中通常的情况那样，不是所需要的每个点集合都对于产生变换有用。例如，如果所有点都位于图像中的公共线上，则这些点不能用于变换计算。最后，从视角变换族到3DR的变换一般不能补偿由于图像是在心动周期或(例如)患者呼吸的不同阶段获得的而引起的每个图像中的局部失真。在现有技术成像系统中，还存在多种用于从2D X射线血管造影图像提取脉管的技术。但是，在临床实践中执行脉管提取的能力涉及特定过程的自动化程度和健壮度。例如，在美国专利号6,047,080中，操作者必须输入六(6)个标记点以识别每个图像中的动脉树的六(6)个分枝，并且对于每个分枝进行若干次点击以定义每个图像中每个分枝的初始中心线。此外，为了使解答稳定，建议操作者添加高曲率的控制点并添加狭窄点。当已经提取了2D投影中代表整个脉管树(包括各种分枝)的中心线时，逐点匹配利用(例如针对多个图像)外极原理。外极几何是以以下声明为前提的对于被成像的3D点，它在一对图像上的投影以及两(2)个相关联的焦点属于一个公共(外极)平面。因此，对于一个图像上的任何给定点，对另一图像上的相应点的搜索可能在外极线(外极平面与该图像平面的交集)上被找到。但是，仅在以下情况下该方法才产生充分的结果(i)成像几何条件模型充分地使器官与其2D图像相联系；以及(ii)在图像采集之间被成像的脉管不会改变其形状。这就是为什么在临床实践中简单外极几何条件方法的约束对3D模型的精度和质量而言是极富限制性的。由于现有技术的上述缺点，当前的2D QCA系统不对冠状血管造影(例如)给出充分支持，并且当前的3D QCA系统并未投入临床使用，因为这些系统或者给出不正确的结果，或者就是用起来太麻烦。从而，需要一种3DR系统，其能够被用于临床过程(例如血管造影)中，它提供一种系统，该系统包括实际的、直观的、易用的、健壮的解决方案，以克服上述现有技术系统和方法的缺点中的至少一个，优选克服所有这些缺点。
技术实现思路
因此本专利技术的实施例克服了与现有技术系统相关联的缺陷和问题，并且给出了用于精确地成像和产生可用于传统X射线血管造影系统的管状器官的3DR的易用且简单的系统和方法。具体而言，本专利技术的某些实施例给出了利用两个(在某些实施例中多于两个)2D X射线图像来对单个感兴趣的脉管结构进行3DR的方法和系统。简言之，某些实施例可以包括以下的一个或多个(在某些实施例中包括全部)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用多个二维图像对单个管状器官进行三维重建（３ＤＲ）的方法，包括：显示脉管网络的第一图像；接收用于识别所述第一图像上的感兴趣的脉管的输入；跟踪所述感兴趣的脉管的边缘，包括消除在视觉上与所述感兴趣的脉管邻近的物体的 虚假边缘；确定沿所述脉管的基本精确的半径和密度测定值；显示所述脉管网络的至少第二图像；接收用于识别所述第二图像上的所述感兴趣的脉管的输入；跟踪所述第二图像中的所述感兴趣的脉管的边缘，包括消除在视觉上与所述感兴 趣的脉管邻近的物体的虚假边缘；确定所述第二图像中沿所述感兴趣的脉管的基本精确的半径和密度测定值；确定所述感兴趣的脉管的三维重建；以及确定沿所述脉管的融合面积测量结果。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：摩舍克雷曼，迈克尔扎克，
申请(专利权)人：派昂公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]