体素数据的可视化方法和系统
阅读：766发布：2020-09-02
专利汇可以提供体素数据的可视化方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及医学图像的 可视化 ，并且在 实施例 中涉及了人类心脏的左心室或其它器官的可视化。本发明公开了一种将一个或多个 体素 数据集可视化的方法。该方法包括：提供一个或多个体素数据集，根据分割模型提供和分割体素数据。重新格式化经分割的体素数据以拟合至少通过内部参考表面(22)和外部参考表面(23)限定的参考形状(20)。将经重新格式化的体素数据映射至至少通过第一目标表面(29)和第二目标表面(200)限定的目标形状。此外，将该目标形状可视化。经重新格式化的体素数据至目标形状的映射是一个或多个属性值从内部参考表面至第一目标表面和从外部参考表面至第二目标表面的映射，并且其中沿参考形状的表面间距离延伸的方向(26，27)保持在目标形状中。，下面是体素数据的可视化方法和系统专利的具体信息内容。
1.一种将一个或多个体素数据集可视化的方法，所述体素数据集表示至少哺乳动物身体的部分的三维(3D)图像，所述方法包括：
-提供(90)一个或多个体素数据集，所述体素数据集包括对于每个体素点的空间信息和对于每个体素点的对应体素值集；
-提供(91)所述哺乳动物身体的所述部分的分割模型，并且根据该分割模型分割所述体素数据；
-重新格式化(92)经分割的体素数据以拟合参考形状(20)，至少通过内部参考表面(22，44)、外部参考表面(23，43)和在其间的中间参考表面(46)来限定所述参考形状；
-将经重新格式化的体素数据映射(93)至目标形状(201，30)，至少通过第一目标表面(29)、第二目标表面(200)和在其间的中间目标表面(47)来限定所述目标形状；
-将所述目标形状可视化(94)；
其中，经重新格式化的体素数据至目标形状(201，30)的映射是一个或多个属性值从所述内部参考表面(22，44)至所述第一目标表面(29)、从所述外部参考表面(23，43)至所述第二目标表面(200)以及从所述内部参考表面(22，44)和所述外部参考表面(23，43)之间的表面至从所述内部参考表面(22，44)和所述外部参考表面(23，43)延伸的所述中间目标表面(47)的映射，所述一个或多个属性值基于来自所述一个或多个体素值集的至少一个体素值，将所述参考形状的所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的距离(27)映射成所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离(28)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述参考形状中的不同值映射至所述目标形状中的不同值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个体素数据集中识别一个或多个参考结构(51，52)，并且其中，将所述一个或多个参考结构映射至所述目标形状上，以便将所述目标形状可视化，其中所述一个或多个参考结构重叠。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述体素数据集的3D空间绘制(60)并且与所述目标形状的可视化结合地将其可视化。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述3D空间绘制或所述目标形状的绘制上可选择区域(63，64)，并且其中，通过在所述3D空间绘制和所述目标形状的绘制中的一个上选择区域，将对应的区域标记在所述3D空间绘制和所述目标形状的绘制中的另一个上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个属性值表示与所述哺乳动物身体的所述部分的一个或多个医学参数相关的一个或多个值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考形状表示所述哺乳动物身体的所述部分的经重新格式化的几何结构。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标形状具有沿着对称方向的圆形、椭圆形或多边形横截面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述哺乳动物身体的所述部分是器官，并且其中，所述外部参考表面和所述内部参考表面限定所述器官的感兴趣区域。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述外部参考表面和所述内部参考表面之间的距离限定所述器官的所述感兴趣区域的厚度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离(28)表示所述器官的所述感兴趣区域的厚度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，将沿着所述目标形状的所述表面间距离的厚度缩放至所述外部参考表面和所述内部参考表面之间的距离或者所述器官的所述感兴趣区域的解剖厚度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考形状的经重新格式化的体素数据和所述目标形状之间的映射基于所述内部参考表面和所述第一目标表面之间的第一转换图和所述外部参考表面和所述第二目标表面之间的第二转换图。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，根据从下列技术中选择的技术提供所述体素数据集：
磁共振成像(MRI)、计算机断层摄影(CT)、正电子断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、超声扫描和旋转血管造影。
15.一种用于将一个或多个体素数据集可视化的可视化系统，所述体素数据集表示至少哺乳动物身体的部分的三维(3D)图像，所述系统包括：
-输入单元(82)，用于接收一个或多个体素数据集，所述体素数据集包括对于每个体素点的空间信息和对于每个体素点的对应的体素值集；
-分割单元(83)，用于提供所述哺乳动物身体的所述部分的分割模型，并且根据该分割模型分割所述体素数据；
-重新格式化单元(84)，用于重新格式化经分割的体素数据以拟合参考形状(20)，至少通过内部参考表面(22，44)、外部参考表面(23，43)和在其间的中间参考表面(46)来限定所述参考形状；
-映射单元(85)，用于将经重新格式化的体素数据映射至目标形状(201，30)，至少通过第一目标表面(29)、第二目标表面(200)和在其间的中间目标表面(47)来限定所述目标形状；
-可视化单元(86)，用于将所述目标形状可视化；
其中，经重新格式化的体素数据至目标形状(201，30)的映射是一个或多个属性值从所述内部参考表面(22，44)至所述第一目标表面(29)、从所述外部参考表面(23，43)至所述第二目标表面(200)以及从所述内部参考表面(22，44)和所述外部参考表面(23，43)之间的表面至从所述内部参考表面(22，44)和所述外部参考表面(23，43)延伸的所述中间目标表面(47)的映射，所述一个或多个属性值基于来自所述一个或多个体素值集的至少一个体素值，并且将所述参考形状的所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的距离(27)映射成所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离(28)。
16.根据权利要求15所述的可视化系统，还包括获取单元(80)，用于获取一个或多个体素数据集形式的医学图像数据。
体素数据的可视化方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及医学图像的可视化，更具体的，涉及解剖体和从医学图像中获得的相关的定量分析数据的可视化的领域。
背景技术
[0002] 例如磁共振成像(MRI)的医学成像系统能够产生表达与人类或动物身体相关的物理特性的准确横截面图像数据。一段时间以来在医学领域已经应用了使用表示横截面数据的平行2D图像的采集来重建三维(3D)图像。
[0003] 多种绘制技术应用于医学图像的3D显示。一种这样的技术是表面绘制。这种技术的局限性是其不能充分地将在固态器官内的组织可视化；它对于表面和边界的可视化是最佳的。
[0004] 另一种绘制技术是体积绘制。作为对使用3D数据的复杂模型来重叠表面的替代，体积绘制依赖这样的假设：3D对象是由被称为“体素”的基本体积构件块构成的。体素具有空间坐标和相关的体素值，例如信号强度、透明度、分配的颜色等等。可以通过多种体积绘制技术，使用体素数据集，通过体积绘制以提供被检查的患者的身体部分的图像。通常，“体素”是单位立方体，其具有沿着三维图像的x轴的单位矢量、沿着三维图像的y轴的单位矢量、和沿着三维图像的z轴的单位矢量。
[0005] 结合心脏的左心室的检查和定量分析，所谓的靶心图(bull’-eye plot)是广泛使用且被接受的分析工具。在S.Oeltze等发表于2006年的Proc.EuroVis，131-138页的题为“Integrated Visualization of Morphologic and Perfusion Data for the Analysis of Coronary Artery Disease”的文章中公开了用于心脏的左心室的可视化工具。在该公开中，靶心图趋向于包括重叠在靶心图上的参数图的3D纵剖面。然而，尽管定量分析通过靶心图与解剖体相关联，但是该靶心图是不能直接反映左心室的解剖体的抽象图。 [0006] KUEHNEL C.ET AL. 的：“New Software Assistants for Cardiovascular Diagnosis，GI-WORKSHOP，SOFTWAREASSISTENTEN-COMPUTERUNTERSTUTZUNG FURDIE MEDIZINISCHE DIAGNOSE UND THERAPIEPLANNUNG，WITHIN GI ANNUAL CONF.，DRESDEN，2-6.10.2006， 卷 1，2006，491-498 页，XP002512739ISSN：1617-5468 ISBN：
978-3-88579-188-1”，公开了一种通过分割CT数据至示意性示出对于形成心室壁的心肌组织的不同区段的平均灌注参数的2D极坐标图来获得对心肌灌注数据可视化的方法，所述数据是在心脏的左心室中通过链接心室和冠状动脉的形态的3D绘制，借助MRI获取的。 [0007] PLETS P ET AL.的：“Magnetic resonance cardiac tagging：visualization of LV function parameters，COMPUTERS IN CARDIOLOGY，1996 INDIANAPOLIS，IN，USA
8-11 SEPT.1996，NEW YORK，NY，USA，IEEE，US 1996年9月8日(1996-09-08)，273-276页，XP010205850 ISBN：978-0-7803-3710-7”，公开了通过用于多个参数或参数随时间的演化的可视化的第三维实现的通常使用的2D可视化工具的增强。然而，这些参考资料都不能便于对关于左心室壁的灌注参数的连续分布进行可视化。
978-3-88579-188-1”，公开了一种通过分割CT数据至示意性示出对于形成心室壁的心肌组织的不同区段的平均灌注参数的2D极坐标图来获得对心肌灌注数据可视化的方法，所述数据是在心脏的左心室中通过链接心室和冠状动脉的形态的3D绘制，借助MRI获取的。 [0007] PLETS P ET AL.的：“Magnetic resonance cardiac tagging：visualization of LV function parameters，COMPUTERS IN CARDIOLOGY，1996 INDIANAPOLIS，IN，USA
8-11 SEPT.1996，NEW YORK，NY，USA，IEEE，US 1996年9月8日(1996-09-08)，273-276页，XP010205850 ISBN：978-0-7803-3710-7”，公开了通过用于多个参数或参数随时间的演化的可视化的第三维实现的通常使用的2D可视化工具的增强。然而，这些参考资料都不能便于对关于左心室壁的灌注参数的连续分布进行可视化。
[0008] 通常，尽管可以获得被研究的身体部分的详细3D图像，但是临床用户仍然面临着有效地从数据提取信息的挑战。临床用户通常需要观察多个解剖体的横截面和2D可视化和定量分析数据并且将这些在心里组合。这导致了低效的分析并且减低了诊断工作流程的可重复性。随着数据量增加，在本领域中日益地增加了对于简明而全面的可视化的需要。 [0009] 因此，提供一种用于将人类或动物身体部分的3D图像可视化的改进的方法将是有利的，特别是一种将改进在定量分析数据和解剖体之间的耦合的更有效的方法。 发明内容
[0010] 本发明优选地寻求减轻、缓和或消除一个或多个上述提及的缺点的单一一个或任意组合。特别是，可以发现本发明的目的是提供解决现有技术的关于人类身体或人类身体的部分的可视化的上述问题或其它问题的方法。
[0011] 在本发明的第一方面中通过提供一种将一个或多个体素数据集可视化 的方法来实现该目的，该体素数据集表示至少哺乳动物身体的部分的三维(3D)图像，该方法包括： [0012] -提供一个或多个体素数据集，其包括对于每个体素点的空间信息，和对于每个体素点的对应的体素值集；
[0013] -提供所述哺乳动物身体的所述部分的分割模型，并且根据该分割模型分割该体素数据；
[0014] -重新格式化经分割的体素数据以拟合参考形状，该参考形状至少通过内部参考表面和外部参考表面以及在其间的中间参考表面来限定；
[0015] -将经重新格式化的体素数据映射至目标形状，该目标形状至少通过第一目标表面、第二目标表面和在其间的中间目标表面来限定；
[0016] -将该目标形状可视化；
[0017] 其中经重新格式化的体素数据至目标形状的映射是一个或多个属性值从内部参考表面至第一目标表面、从外部参考表面至第二目标表面以及从在所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的表面至从所述内部参考表面和所述外部参考表面延伸的所述中间目标表面的映射，该一个或多个属性值是基于来自一个或多个体素值集的至少一个体素值，将在参考形状的所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的距离映射成在所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离。
[0018] 本发明涉及解剖体和从医学图像导出的相关定量分析数据的可视化的领域。该医学图像可以结合医学成像技术来获得，该医学成像技术包括但是不限于磁共振成像(MRI)、计算机断层摄影(CT)、正电子断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)、超声扫描、和旋转血管造影。基于所获得的图像，导出一个或多个体素数据集。
[0019] 执行映射以便将以一个或多个属性值的形式的定量分析数据转换成概括在由外部和内部参考表面包围的区域中该属性值的体积分布的表示。可以仅可视化单一属性值，因为这可以提供最清晰的表示。然而，可以在组合的可视化中可视化两个或多个属性值。同时可视化多个值的可行方法的示例包括但是不限于：合并颜色、利用笔触(brush stroke)合并颜色、利用纹理合并颜色。
[0020] 一个或多个属性值可以表示与一个或多个医学参数相关的一个或多个值。在实施例中外部和内部参考表面可以限定被检查的器官的感兴趣区域。
[0021] 本发明特别的但不是排他性的优点在于提供支持连续的定量数据的可视化的目标形状，并且结果不会遭受如靶心图所示那样的数据成扇区的量化。尽管，如果用户需要，可以提供与在典型的靶心图中一样的量化。内部和外部参考表面与哺乳动物身体的部分的解剖体相关联，这是因为它们包围被检查的身体部分。结果沿着表面间距离延伸的方向保持在目标形状中，在内部和外部参考表面之间的区域的体积性质被保留，并且在该目标形状中获得对解剖体的直接耦合。
[0022] 保持沿着表面间距离延伸的方向的效果在于结合被围住的例如心脏的左心室或其它中空器官或身体部分的身体部分的可视化，保留透壁性。透壁性信息在靶心图中丢失。本发明的优点在于可直接获得对于属性值的透壁性信息，并且与属性值的连续体积分布一起获得。由此临床医师可获得更有效的定量分析，便于临床医师的更有效的诊断过程。 [0023] 在优选的实施例中，在参考形状和目标形状之间的映射使得参考形状中的不同值映射到目标形状中的不同值。通常，映射可以是单射的映射或非单射的映射。非单射的映射可以应用在内部参考表面是点形式的情况中。然而，通常使用单射的映射。
[0024] 典型地，映射是从外部表面到内部表面，但是通常，该映射也可以从内部表面到外部表面。
[0025] 在优选的实施例中，在一个或多个体素数据集中识别一个或多个参考结构并且将其映射到目标形状上，使得能够利用重叠或叠加的一个或多个参考结构可视化目标形状。当该目标形状通过其连续的体积性质和表面间距离的保存而与解剖体相关联时，其仍然是解剖体的抽象。通过将参考结构映射到目标形状上，可以提供改进的与解剖体的相关性，并且与被研究的属性值相关的结构可以直接校正到属性值的分布几何。局部化的参考结构的存在绘制了患者特定的目标形状，这在与诊断结合方面是重要的。
[0026] 在优选的实施例中，与目标形状的可视化结合来提供和可视化体素数据集的3D空间绘制。任选地，可在3D空间绘制上或在目标形状的绘制上选择区域，并且其中通过在3D空间绘制和目标形状的绘制中的一个上选择区域，将对应的区域标记在该3D空间绘制和目标形状的绘制中的另一个上。优点在于提供解剖体和目标形状的定量分析数据的组合的交互的可视化。由此可以提供全面的可视化。通过提供目标形状和体素数据集的3D空间绘 制的组合可视化，并通过交互链接这两个对象，临床医师可能以综合方式通过解剖体方面和示意性分析方面二者来操纵。
[0027] 结合单独的目标形状的可视化或目标形状和3D空间绘制的组合可视化，可以在多个位置和方向上制作多种切割平面。由此用户具有从任一视点观察解剖体和一个或多个属性值并且与现有的可视化技术相对比的灵活性。
[0028] 参考形状可以表示哺乳动物身体的部分的重新格式化的几何结构。多个身体部分具有复杂的、独特的并且可能随时间变化的形状。通过将几何结构重新格式化至参考形状，可更容易地将其绘制以将对于给定个体的被检查的身体部分与其它个体或标准模型对比。 [0029] 在所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离表示该器官的感兴趣区域的厚度。该厚度可以缩放到在外部参考表面和内部参考之间的距离或者器官的感兴趣区域的解剖体厚度。通过缩放该厚度到参考形状，可能与其它器官或模型比较，反之，通过将该厚度缩放到感兴趣区域的解剖体厚度，绘制患者特定的目标形状。其优点在于能够在示意性表示和具体化表示之间切换。
[0030] 在优选的实施例中，映射是基于转换图。使用转换图计算上快速。
[0031] 根据本发明的第二方面，提供一种将一个或多个体素数据集可视化的可视化系统，该体素数据集表示至少哺乳动物身体的部分的三维(3D)图像，该系统包括： [0032] -输入单元，用于接收一个或多个体素数据集，该数据包括对于每个体素点的空间信息，和对于每个体素点的对应的体素值集；
[0033] -分割单元，用于提供哺乳动物身体的部分的分割模型，并且根据该分割模型分割体素数据；
[0034] -重新格式化单元，用于重新格式化该经分割的体素数据以便拟合参考形状，该参考形状至少通过内部参考表面、外部参考表面和在其间的中间参考表面来限定； [0035] -映射单元，用于将经重新格式化的体素数据映射至目标形状，该目标形状至少通过第一目标表面、第二目标表面和在其间的中间目标表面来限定；
[0036] -可视化单元，用于将该目标形状可视化；
[0037] 其中，经重新格式化的体素数据至目标形状的映射是一个或多个属性值从所述内部参考表面至第一目标表面、从所述外部参考表面至第二目标表面以及从在所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的表面至从所述内部参考表面和所述外部参考表面延伸的所述中间目标表面的映射，该一个或多个属性值是基于来自所述一个或多个体素值集的至少一个体素值，并且将在所述参考形状的所述内部参考表面和所述外部参考表面之间的距离映射成在所述目标形状的所述第一目标表面和所述第二目标表面之间的距离。 [0038] 可视化系统可以以特定编程的通用计算机来实施。
[0039] 根据本发明的第三方面，提供一种医学检查装置，其还包括用于获取以一个或多个体素数据集的形式的医学图像数据的获取单元。该获取单元可以是医学扫描仪。 [0040] 根据本发明的第四方面，提供一种具有指令集的计算机程序产品，当在计算机上使用时该计算机程序产品使得该计算机执行本发明的第一方面的步骤。
[0042] 参考附图，仅仅通过示例来描述本发明的实施例，其中：
[0043] 图1图示说明人类的心脏1的四个腔室的3D表面绘制；
[0044] 图2示意性图示说明构建所谓的体积靶心图(VBEP)形式的目标形状的方面； [0045] 图3示出了经可视化的目标形状的示例；
[0046] 图4图示说明构建目标形状的方面的横截面图；
[0047] 图5图示说明具有重叠其上的参考结构的VBEP的顶视图；
[0048] 图6示出了VBEP和体素数据集的3D空间绘制的组合的相关联可视化；
[0049] 图7示出了伤痕的透壁性的可视化；
[0050] 图8示意性图示说明合并到医学检查装置的可视化系统的部件；
[0051] 图9是示出了将一个或多个体素数据集可视化的方法中的步骤的流程 图；以及 [0052] 图10图示说明与构建VBEP结合应用的参数化的实施例。
具体实施方式
[0053] 结合人类心脏的左心室来讨论和说明本发明的实施例。然而可以理解，尽管本发明可以有利地具体应用于各种心脏结构(心室、心房、瓣等)，但是本发明的实施例还可以更普遍地应用到哺乳动物身体的其它部分，这对于本领域的技术人员来说是清楚的。在这方面，术语“哺乳动物身体的部分”是感兴趣的解剖区域。特别的，感兴趣的解剖区域包括但不限于器官，包括具有壁的中空器官，并且这里将结合器官的医学检查来研究壁的特性。 [0054] 图1图示说明人类心脏1的4个腔室的3D表面绘制，包括左心室2和冠状动脉树3的部分。形成两个心室的壁的肌肉组织被称为心肌。将左心室和右心室分隔开的心肌的部分被称为隔膜。与任意肌肉组织一样，心肌需要氧气来工作。通过冠状动脉提供氧气，多个脉管包围该心脏。
[0055] 随时间的狭窄，即脉管的部分或全部闭塞可以在一个或多个冠状动脉中发展。具有狭窄的患者被认为具有冠心病(CAD)，具有狭窄的患者具有心肌梗塞的风险，心肌梗塞也被称为心脏病发作。结合狭窄，心脏组织的部分经历引起对该组织损害的缺氧。也被称为伤痕的梗塞的心肌组织的检查和量化对于梗塞的位置和严重性的评估是重要的。伤痕的严重性部分地由透壁性、伤痕延伸到左心室壁中多远来确定。
[0056] 为了最佳地诊断心脏病，为了选择或计划给定治疗方案，为了监视疾病的进展和治疗的效果，需要示出心脏的解剖体以及一个或多个可获得的定量分析数据的3D可视化。分析数据的示例包括但是不限于关于功能性、灌注、生存力和流动性的数据。
[0057] 已经显示出MRI是对于CAD有效的诊断技术。一种使用造影剂来可视化伤痕的协议——后期增强(LE)成像(Late-Enhancement imaging)在MRI获取协议的多种变体当中。在LE图像中，伤痕组织在图像上显示得比健康的组织更亮。结合LE图像来解释本发明的实施例。
[0058] 本领域已知道根据分割模型和参考形状，例如结合靶心图，表示左心室。 [0059] 图2示意性图示说明以所谓体积靶心图(VBEP)的形式构建目标形状 (201)的方面，该靶心图是结合本发明的实施例获得的。在图2中，目标形状(201)具有沿着对称轴的圆形横截面，通常可以应用其它的横截面，例如沿着对称方向的椭圆形或多边形的横截面。此外，横截面不需要具有相同的尺寸，例如，目标形状可以是球体、椭圆体、多面体等的形式。
[0060] 在一个实施例中，一个或多个体素值集包括所谓的全心(WH)MRI数据。WH MRI数据包括图像数据，根据该图像数据可以制作解剖体的图像绘制。此外，体素值包括LE图像数据。其是包括可以据以推断造影剂的几何位置的数据的图像数据。因此，在当前实施例中，该体素数据集包括用于指示解剖体的至少参数或属性值的几何坐标，例如在注入造影剂之前由心脏的MR扫描获得的核密度，和由包括LE扫描的造影剂的心脏的MR扫描所获得的核密度。通常，属性值表示与医学参数相关的值，这里是在心室壁中的伤痕的存在。提供了说明一个属性值的示例，然而可以理解可以可视化两个或多个属性值。例如，伤痕组织和壁运动。伤痕组织指示心脏的哪部分坏死，而壁运动指示心脏的哪部分移动。假设伤痕值在范围[0，1]中并且壁运动值在范围[0，1]中。能够同时可视化这两个特性。具有对(1，0)(伤痕，壁运动)的点表示完全坏死的心肌，而不可能恢复。具有对(0.8，0.4)的点表示心肌没有完全坏死，其可以在将来恢复。
[0061] 在本示例中结合对属性值的确定，应该在体素值中从健康组织区别出伤痕。这可以通过使用将密度值分类为伤痕或可存活的组织的功能来获得。该功能可以自动地确定伤痕组织或半自动地确定伤痕组织。在半自动的确定中，分类功能接收来自用户的关于如何定义伤痕(例如，通过在体素数据中定位伤痕组织和可活的组织)的输入。通常，以任意相关联的方式构建属性值，然而在多数情况中，结合区别或分类功能，基于显示对比度的图像来构建属性值，其或者源于成像本身或者源于适当的造影剂。
[0062] 根据分割模型来分割体素数据。该分割可以自动、半自动或者甚至手动地执行。可以通过识别感兴趣的体素来手动地进行分割。例如，为了识别构成左心室的心肌的体素。 [0063] 将经分割的体素数据拟合至参考形状。对于左心室，可以应用截平的椭圆体。图2示出了以截平的椭圆体20的形式的参考形状的示例。在经分割的体素数据的重新格式化中，调整心肌数据的真实解剖位置以匹配参考形状。该分割导致对内部和外部参考表面的定位。
[0064] 参考形状包括左心室的长轴21、内壁或心内膜22和外壁或心外膜23。由参考形状的轮廓24限定的每个横截面表示在参考形状上面的经重新格式化或经调整的MRI切片。体素数据在参考形状上面的分割和重新格式化是本领域公知的。
[0065] 根据本发明的实施例，通过将属性值从内部参考表面至第一目标表面和从外部参考表面至第二目标表面的映射，将经重新格式化的体素数据映射至目标形状。这里将经分类的LE数据，例如指示造影剂的强度的属性值从体素值集映射至以圆柱体的形式的目标形状。结合图2，参考形状的每个轮廓24构成参考形状的区段，并且将轮廓24投射到以目标形状的横截面的2D平面的形式的2D平面200的一个同心环上。在图2中，通过将在参考形状上的区段25至在目标形状的2D平面上的区段25’的映射来图示说明映射。该映射是连续的，因此没有与至目标形状上的区段25’的映射相结合，对在参考形状上的区段25中的数据的量化。纯粹是为了图示说明的原因才示出这些区段，而不是为了指明数据的量化。
[0066] 将在参考形状的内部参考表面和外部参考表面之间的距离映射成在目标形状的第一目标表面和第二目标表面之间的距离，由参考形状的参考数字27指示的方向被映射到圆柱体的深度的方向，如由参考数字28所指示那样。
[0067] 结果，将左心室以圆柱体的形式映射至目标形状上，其中每个平面表示在壁的给定厚度中的心肌组织的投影，并且其中沿着圆柱体轴的维度表示心肌壁的厚度。因此心内膜22被投射到圆柱体的底部，即第一表面29，反之心外膜23被投射到圆柱体的顶部，即第二表面200。在心内膜和心外膜之间的组织被投射到从圆柱体的底部延伸到顶部的平面上。 [0068] 最后，通常在用户的计算机屏幕上可视化属性值的目标形状。图3示出了经可视化的目标形状30的示例，其中通过目标形状的体积绘制来获得目标形状的可视化。下文中该目标形状称为体积靶心图(VBEP)。在目标形状30的可视化中，在浅灰色31中示出了显示没有任何或几乎没有伤痕组织的迹象的区域，反之在深灰色32中示出了显示伤痕组织的区域。下面给出VBEP的其它示例。
[0069] 图4以横截面图图示说明心肌到VBEP的几何映射的方面，如结合图2所讨论的那样。该图示出了穿过参考形状41的切割。如图2中解释的那样， 在参考形状的外部表面43上的区段被映射42到目标形状的顶部(第二)表面上的区段上，并且参考形状的内部表面44上的区段被映射45到在3D图的底部(第一)表面上的区段上，并且在参考形状的中间表面46上的区段被映射47到在3D图的中间表面上的区段上。由此沿着水平方向48获得连续的体积数据，在垂直方向49上表示壁厚度。这里，将壁厚度图示说明为常数。然而，也可能使用变化的壁厚度，使得该壁厚度反映左心室的实际壁厚度。
[0070] 图5图示说明具有其上重叠参考结构的VBEP的顶视图。通过识别在体素数据集中的一个或多个参考结构，可以将这些参考结构映射到VBEP上。在图5中，重叠冠心动脉51。而且，两个点52重叠以便显示右心室连接左心室的位置。通过重叠冠心动脉，在动脉和伤痕组织之间产生了清楚的关联性。通过重叠连接点，提供了对心室的方向的更好的感知。在图5-7中，与图3相反，没有显示任何或几乎没有显示伤痕组织的迹象的区域与显示伤痕组织的区域相比显示为深色，而后者以浅灰色或白色显示。
[0071] 图6图示说明本发明的实施例的另一方面。图6示出了VBEP和体素数据集的3D空间绘制60的组合的相关联的可视化。通常，将3D中的内部结构可视化是个问题，因为靠近观察者的对象遮掩了远离观察者的对象。在图6中，左心室61，即包含在分割模型中的体素绘制得半透明，使得可以看见显示造影剂的存在的区域62。此外，为了便于伤痕组织的3D解剖位置的可视化，在3D空间绘制上或者在VBEP上或者在目标形状的绘制上选择区域63，64，且其中通过选择在3D空间绘制或目标形状的绘制的一个上的区域，将对应的区域标记在3D空间绘制或目标形状的绘制的另一个上。由此提供在属性值和几何结构之间的清楚且直接的关联性。
[0072] 图7示出了VBEP的重要的优点，即其直接可视化伤痕的透壁性，即伤痕组织进入左心室壁中的程度。该信息包含在沿着圆柱体轴在VBEP的深度维度中。
[0073] 图7A示出了来自具有楔形切割的侧面的VBEP。沿着切割的边缘，可以观察透壁性。为了检查感兴趣的较大区域的透壁性，可以选择切片，并且可以绘制该区域用于组合观察。这在图7C中图示说明，其中图7B的区域以2D视图示出。C1和C3指示的图像分别显示了直接体积绘制(DVR)和最大强度投影(MIP)图像，如从图7B上的71指示的侧面看到的那样，而C2 和C4指示的图像分别示出了DVR和MIP图像，如从图7B上的72指示的侧面看到的那样。将最大厚度73和最小厚度74显示在由C2和C4指示的图像上。
[0074] 图8示意性地图示说明根据本发明的并入到医学检查装置中的可视化系统的部件。正如在图8中示意性指出的，医学检查装置典型地包括床81，患者躺在床上，或者用于将患者关于获取单元80定位的其它元件。获取单元可以是医学成像装置，例如MR扫描器，或者其它医学扫描器。获取单元获取以一个或多个体素数据集形式的医学图像数据。由扫描器产生的体素数据形式的图像数据被馈送到可视化系统中。
[0075] 在输入单元82中接收体素数据。在分割单元83中，提供分割模型以便根据该分割模型分割该体素数据。结合从用户交互单元88接收用户输入，来执行分割。重新格式化单元84将经分割的体素数据重新格式化以拟合参考形状，并且映射单元85将经重新格式化的体素数据映射至目标形状。通过通常为计算机屏幕的形式的可视化单元86可视化该目标形状。可视化系统的元件可以通过通用计算机或专用计算机的一个或多个数据处理器87来实施。
[0076] 图9是示出可视化一个或多个体素数据集的方法的步骤的流程图。在步骤90提供一个或多个体素数据集。随后在步骤91提供分割模型并且分割体素数据。在步骤92重新格式化经分割的体素数据以拟合参考形状。接着在步骤93映射经重新格式化的数据至目标形状。最后，在步骤94使目标形状可视化。这些步骤中的一些可以自动地执行，反之其他步骤可以结合用户输入执行。
[0077] 实施例：体积靶心图的实施
[0078] VBEP可以被看作左心室沿着长轴的伸展，随后重新格式化成圆柱体。所述伸展是基于圆柱体和左心室的心肌二者的参数化。在图10中图示说明圆柱体的参数化。可以从几何的心脏模型中提取参考形状的长轴100和短轴101，该心脏模型可以用于表示整个心脏扫描的体素数据。然而，也可以通过其它方法提取这些轴。例如，从延迟增强扫描的方向信息中提取轴。心内膜和心外膜被分割成为在延迟增强扫描的每一切片上的一对轮廓。每个轮廓通过均匀采样的分段立方体Bézier样条表示。在该背景下，均匀采样将被理解为在s(t)和s(t’)之间的样条s的任一区段的长度与||t-t’|| 成比例。
[0079] 用于伸展或映射的参数化可以基于圆柱坐标系。图10图示说明圆柱坐标系(r，θ，h)中的圆柱体和左心室的参数化。将表示经伸展的心肌的在圆柱体的笛卡尔空间中的每个点 转换成其参数化的形式 因为参数化的形式可直接转变成参数化的心肌， 随后被转换回到心肌的笛卡尔空间中。
[0080] 在参数化形式中r表示到圆柱体的中心的距离。在心肌中，其表示沿着长轴到顶点的距离。顶点典型地不包括在短轴的延迟增强扫描中。r的非零值可以分配到最接近于顶点的切片上的轮廓。已证明在实践中圆柱体的半径的10％的值起作用。当每个轮廓正交于长轴时，在轮廓上的每个点或者甚至整个延迟增强切片共享相同r值，这意味着等距的切片被映射至等距的圆柱体。
[0081] 变量θ定义了相对于零轴的角度。在圆柱体中，零轴对应于正y轴；在心肌中，其对应于短轴。因为不能直接使用角度以索引轮廓，所以该角度被线性转换成在范围[0，1]中的值，表示轮廓的样条限定在其上。
[0082] 为了获得对由于在轮廓的长度中的局部波动而引入的畸变的控制，每个轮廓被重新采样，如下所述。在每个切片上，放置轮辐，其将心外膜和心内膜轮廓分成多个区段。典型地使用12个区段。第一轮辐限定0度角并且与短轴对齐。对样条重新采样来限定该轮廓，使得对于t＝i/n，其中n是轮辐的数目且i∈[0，n]，s(t)是在轮辐的数目i上。在每个轮辐区段中，即对于t∈[i/n，(i+1)/n]，其中i∈[0，n]，样条是均匀的。 [0083] 变量h定义在圆柱体中的高度。高度0对应于圆柱体的底部和在心肌中的心外膜表面。高度1对应于圆柱体的顶部和心肌中的心内膜表面。假设在心外膜层和心内膜层之间的线性度在伸展期间被保持。换句话说，平行于圆柱体中的z轴的线在心肌中仍然是连接心外膜和心内膜的直线。
[0084] 为了绘制VBEP，需要一种将在圆柱体内部的点 转换成心肌内部的点 的机制。由于性能的原因，不能明确地执行转换。相反，使用一对转换图，以将 转换成数组 由于在心外膜层和心内膜层之间的线性度的假设，其符合：
[0085]
[0086] 转换图Tα是2D查找表，其能够用于将圆柱体内部的平面h＝α上的点 转换成对于特定值h的点 因为对于圆柱体内部的每个点，其保持z＝h，可以将转换图构建成使得能够将x和y直接用作索引变量。
[0087] 构建两个变换图T0和T1，该图分别对应于心外膜表面和心内膜表面。对于每个转换图，值h是固定的。r和θ的所有可能值都是迭代的。根据每个数组(r，θ，h)，计算 和 使用圆柱坐标系， 的计算是简明的： 的计算比较复杂。为0或1的变量h被用于确定是应该使用心外膜轮廓还是心内膜轮廓。假定存在在其上限定轮廓的m个切片，则定义i＝(m-1)r。点 现在位于轮廓i和i+1之间。通过内插这两个轮廓来确定确切位置。通过根据所有轮廓构建Bézier表面，r将简单地为一个或多个索引变量之一。变量θ被用于索引(内插的)轮廓，如前面所述，
[0088] 一旦可获得 和 则将 的值保存到转换图中的位置 处。仅 的x和y分量被用作为索引变量。通过将 的x、y和z坐标分别保存成纹理的r、g和b值，使用OpenGL’s 2D纹理映射功能来实施转换图。为了获得充分的精确度，使用GL_RGB16F_ARB纹理格式，该格式使用对每个通道的16位浮点数。因为OpenGL仅提供对矩形纹理的支持和转换图仅限定用于圆形，所以使用阿尔法通道来指示索引变量是否在转换图的域内。
在如上所述计算的两个转换图的情况中，使用 的x和y分量，通过分别索引心外膜和心内膜转换图，能够将在圆柱体内部的任意点 转变成点 和 利用z＝h的事实，其符合：
在如上所述计算的两个转换图的情况中，使用 的x和y分量，通过分别索引心外膜和心内膜转换图，能够将在圆柱体内部的任意点 转变成点 和 利用z＝h的事实，其符合：
[0089]
[0090] 通过这两个转换图，由此明确地限定了VBEP的体积，没有构建第二体积。 [0091] 通过在绘制阶段期间使用转换图，保持了壁厚度。给定在圆柱体中的点 使用 和 的线性组合，重新构建在心肌中的对应点。壁厚度可以限定为在 和 之间的Euclidean距离。
[0092] 使用壁厚度信息来改变明确限定的体积以表达处在多不同程度的可变壁厚度。这可以通过在根据两个转换图来计算坐标的线性组合之前缩放h来实施。在没有缩放的情况中，忽略所有的壁厚度信息。缩放按下列进行：
[0093]
[0094] 其中wmax指示最大壁厚度且v指示壁厚度的可见度的程度，这允许在可视化的绝对壁厚度(v＝0)和无壁厚度信息(v＝1)之间的连续地变化。
[0095] 以类似的方法实施对代替圆柱体的矩形的伸展，其中将左心室的参数化映射到立方体。可以通过分别映射r、θ和h至x、y和z轴来将该立方体参数化。由于立方体的形状，可以将转换图更有效地保存在2D纹理中。以与圆柱体类似的方法来完成壁厚度的保持。
[0096] 本发明可以以包括硬件、软件、固件或这些的任意组合的任何适当形式来实施。本发明或本发明的一些特征能够作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件来实施。本发明的实施例的元件和部件可以以任何适当的方式物理地、功能性地和逻辑性地实施。事实上，可以在单个单元、多个单元或其它功能性单元的部分中实施功能。这样，本发明可以在单个单元中实施，或者可以物理地和功能性地分布在不同单元和处理器之间。
[0097] 尽管已结合具体实施例描述了本发明，但是不意在将本发明限制在这里阐述的具体形式。反之，本发明的范围仅仅由随附的权利要求书来限制。在权利要求书中，术语“包括”不排出其它元件或步骤的存在。另外，尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求里，但是它们可以被有利地组合，并且在不同权利要求中的所含的内容并不意味着这些特征的组合不可行和/或没有优势。另外，提及单个不排除有多个，因此提及“一”、“一个”、“第一”、“第二”等不排除多个。而且，在权利要求中的参考标记不应该被解释为限制其范围。
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