專利名稱：實(shí)時(shí)虛擬內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)虛擬內(nèi)窺鏡，更具體地說，涉及用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通常認(rèn)為醫(yī)學(xué)成像與以改善治療結(jié)果為目標(biāo)的診斷和病人護(hù)理同樣重要。在近些年來，由于諸如X射線、計(jì)算機(jī)析層(CT)、磁共振(MR)成像和超聲的成像模態(tài)(modalities)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)成像經(jīng)歷了迅速發(fā)展。這些模態(tài)提供了研究體內(nèi)內(nèi)部器官的非侵害方法，產(chǎn)生兩維、三維或者甚至四維(三維+時(shí)間)的解剖和功能圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)一般由放射學(xué)家進(jìn)行分析，放射學(xué)家將他的診斷基于單一圖像切片或一些其它的圖示法(例如體繪制)中的研究結(jié)果。
磁共振(MR)技術(shù)和方法學(xué)的發(fā)展引發(fā)了在介入性磁共振(iMRI)領(lǐng)域的研究。Jolesz提供了iMRI領(lǐng)域的綜述(Jolessz，F(xiàn).Z.的“介入性和術(shù)中磁共振成像領(lǐng)域的綜述”，Journal of MagneticResonance Imaging，Jan.-Feb.1998，8(1)3-7)。Tsekos提供了有助于執(zhí)行實(shí)時(shí)冠狀磁共振血管造影(MRA)和磁共振引導(dǎo)的冠狀介入的方法(Tsekos，N.V.，Atalar，E.，Li，D.，Omary，R.A.，Serfaty，J.M.，Woodard，P.K.的“磁共振成像引導(dǎo)的冠狀介入”，Journal of MagneticResonance Imaging，2004，19(6)734-49)。除了避免病人和醫(yī)師在執(zhí)行步驟時(shí)的電離輻射暴露，在磁共振成像引導(dǎo)下執(zhí)行診斷和治療的步驟提供了與X射線引導(dǎo)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相比的優(yōu)點(diǎn)。例如，高空間分辨率的磁共振圖像、極好軟組織對(duì)比、以及三維體中的任意掃描面的選擇，不需人工重新定位病人或成像設(shè)備，是引起對(duì)iMRI注意的特征。
雖然尚未應(yīng)用到臨床領(lǐng)域，但iMRI是熱切研究的方面。在開發(fā)專用脈沖序列和導(dǎo)管設(shè)計(jì)和跟蹤方法中已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展。Boll比較了在磁共振(MR)成像期間用于介入性設(shè)備引導(dǎo)的脈沖序列以便估算在步驟的解剖區(qū)域上的序列選擇的相關(guān)性(Boll，D.T.，Lewin，J.S.，Duerk，J.L.，Aschoff，A.J.，Merkle，E.M.的“比較用于肝和頭及頸介入的磁共振成像序列存在用于所有目的的單個(gè)最佳序列嗎？”，Academic Radiology，May 2004，11(5)506-15)。Buecker提供了在磁共振引導(dǎo)下用于回腸動(dòng)脈的經(jīng)皮膚的血管成形術(shù)(PTA)的同時(shí)發(fā)生的磁共振實(shí)時(shí)有源末端跟蹤和脈管解剖的接近實(shí)時(shí)描繪(Buecker，A.，Adam，G.B.，Neuerburg，J.M.，Kinzel，S.，Glowinski，A.Schaeffter，T.，Rasche，V.，van Vaals，J.J.Guenther，R.W.的“在動(dòng)物模型中用于回腸動(dòng)脈的磁共振引導(dǎo)的PTA的同時(shí)發(fā)生的導(dǎo)管末端和脈管解剖的實(shí)時(shí)可視化”，Journal of Magnetic Resonance Imaging，Aug.2002，16(2)201-8)。開發(fā)中的iMRI的另一個(gè)單元是可視化和導(dǎo)航接口。期望最小化用于掃描器相互作用所需要的資源，而同時(shí)把獲取數(shù)據(jù)的最有意義的表達(dá)實(shí)時(shí)提供給醫(yī)師。
已經(jīng)提出了用于介入性步驟的磁共振圖像可視化的不同方法。當(dāng)前技術(shù)包括單個(gè)或多個(gè)切片的二維圖像實(shí)時(shí)顯示、磁共振血管造影術(shù)數(shù)據(jù)的二維投影、和三維體繪制。Zhang提供了通過侵入設(shè)備的方位和目標(biāo)組織定位自動(dòng)定義磁共振掃描面目標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)(Zhang，Q.，Wendt，M.Aschoff，A.，Zheng，L.，Lewin，J.Duerk，J.的“具有目標(biāo)導(dǎo)航的介入性設(shè)備的有源磁共振引導(dǎo)”，Magnetic Resonance in MedicalSciences，July 2000，44(1)56-65)。Serfaty提供了沒有截面選擇的兩維投影技術(shù)(Serfaty，J.M.，Atalar，E.，Declerck，J.，Karmakar，P.Quick，H.H.，Shunk，K.A.，Heldman，A.W.，Yang，X的“實(shí)時(shí)投影磁共振血管造影術(shù)可行性研究”，Radiology，Oct.2000，217(1)290-5)。Guttman提供了用于根據(jù)二維多切片或三維磁共振脈沖序列進(jìn)行實(shí)時(shí)體繪制的系統(tǒng)(Guttman，M.A.，Lederman，R.J.，Sorger，J.M.，McVeigh，E.R.，“用于介入性引導(dǎo)的實(shí)時(shí)體繪制的磁共振成像”，Journal ofCardiovascular Magnetic Resonance，2002，4(4)431-42)。
雖然虛擬內(nèi)窺鏡通常被視作執(zhí)行離線步驟的標(biāo)準(zhǔn)診斷工具，實(shí)時(shí)三維第一人(first-person)視圖能幫助醫(yī)師執(zhí)行介入性步驟。例如，這樣的視圖能幫助監(jiān)視用于腹部主動(dòng)脈瘤的支架放置并且用來估計(jì)和阻止相鄰壁的可能撕裂。在實(shí)時(shí)三維視圖中把導(dǎo)管末端可視化能幫助醫(yī)師來引導(dǎo)設(shè)備到試圖切除的目標(biāo)組織。
使用前面定義的一組成像參數(shù)，常規(guī)的磁共振掃描系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用來生成診斷圖像。為不同的應(yīng)用建立了各種實(shí)時(shí)掃描器控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常受限于掃描面控制和直接的參數(shù)操縱。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，提供用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法。該方法包括確定將獲取數(shù)據(jù)的位置；在上述位置獲取數(shù)據(jù)；從獲取的數(shù)據(jù)提取特征；建立或更新由提取的特征描述的模型，其中更新模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)中的至少一個(gè)獲取參數(shù)；使用上述模型或從上述模型提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像；以及確定用于更新的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法。該方法包括獲取切片或體數(shù)據(jù)；從獲取的切片或體數(shù)據(jù)提取邊界定位；使用提取的邊界定位建立或更新模型，其中更新模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)；使用上述模型或從上述模型提取的數(shù)據(jù)顯示三維景像；以及計(jì)算用于更新的切片或體位置。
根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，提供用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含圖形用戶接口；與圖形用戶接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的磁共振掃描器，其中磁共振掃描器包括在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序；以及控制器，其中該控制器從磁共振掃描器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并且其中控制器把位置數(shù)據(jù)和一組獲取參數(shù)中的至少一個(gè)提供給磁共振掃描器。
根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，提供用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含可用于獲取數(shù)據(jù)和發(fā)送所獲取的數(shù)據(jù)的成像設(shè)備；處理器，其中該處理器從獲取的數(shù)據(jù)提取特征和生成模型；以及與該處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的顯示器設(shè)備，上述顯示器可用于使用上述模型或從上述模型中提取的數(shù)據(jù)顯示示出一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像。
當(dāng)參考附圖閱讀本發(fā)明的示范實(shí)施例的描述時(shí)，本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得更清楚。


圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的掃描系統(tǒng)；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法的流程圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法的流程圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法的流程圖；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
在下文中將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示范實(shí)施例。在整個(gè)附圖的描述中相似的附圖標(biāo)記指相似的或相同的單元。
在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，用于在iMRI中導(dǎo)航的技術(shù)基礎(chǔ)是用于實(shí)時(shí)掃描器控制和相互作用的軟件和硬件環(huán)境。術(shù)語“實(shí)時(shí)”指用戶足夠快速地感知或使計(jì)算機(jī)能跟上某外部處理(例如以與它們實(shí)際移動(dòng)相同的速度呈現(xiàn)越過屏幕移動(dòng)的對(duì)象的可視化)的計(jì)算機(jī)響應(yīng)度級(jí)別。實(shí)時(shí)描述了人的而不是機(jī)器的感知時(shí)間。
將理解到本發(fā)明可以用不同形式的硬件、軟件、固件、專用處理器、或者它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以在客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的掃描系統(tǒng)。
參考圖1，掃描系統(tǒng)100包括圖形用戶接口110、控制器150以及與圖形用戶接口110進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的磁共振掃描器120。將理解到掃描系統(tǒng)100可包括代替磁共振掃描器120的CT掃描器或加到磁共振掃描器120上的CT掃描器，以及適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種成像模態(tài)?？刂破?50從磁共振掃描器120請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并且控制器150把位置數(shù)據(jù)和一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)提供給磁共振掃描器120。上述一組獲取參數(shù)包括但不限于位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。
如圖1所示，磁共振掃描器120包括實(shí)時(shí)服務(wù)器127、實(shí)時(shí)脈沖序列程序122以及圖像重建系統(tǒng)125。如后面在該公開討論的一樣，實(shí)時(shí)脈沖序列程序122在獲取期間允許改變掃描參數(shù)。
實(shí)時(shí)服務(wù)器127是運(yùn)行在例如磁共振掃描器的主機(jī)上的應(yīng)用。實(shí)時(shí)服務(wù)器127提供與掃描器通信的接口。外部應(yīng)用可從在同一局部網(wǎng)絡(luò)中的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)連接以便發(fā)送掃描命令和接收相應(yīng)的重建圖像數(shù)據(jù)。例如，它提供從同一網(wǎng)絡(luò)中外部PC中能接收掃描命令的套接連接(socket connection)。掃描命令含有比如掃描位置、切片方位、脈沖序列參數(shù)、定義發(fā)送圖像數(shù)據(jù)的地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址等的信息。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，所有網(wǎng)絡(luò)通信由TCP/IP套接完成。
專用的交互式實(shí)時(shí)脈沖序列程序122在步驟期間連續(xù)地運(yùn)行在掃描器120上。上述序列能夠在運(yùn)行時(shí)間期間改變某些序列參數(shù)和掃描位置及方位，并且實(shí)時(shí)重建圖像。例如，實(shí)時(shí)脈沖序列程序122從實(shí)時(shí)服務(wù)器127接收掃描參數(shù)并且把它施加到將掃描的下一個(gè)切片。
在掃描器系統(tǒng)根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)完成重建圖像之后，圖像重建系統(tǒng)125把數(shù)據(jù)發(fā)送到在掃描命令中定義的網(wǎng)絡(luò)套接中。另外，圖像服務(wù)器發(fā)送實(shí)際的位置數(shù)據(jù)和方位以及相位編碼和沿著圖像的讀出方向—這些參數(shù)定義在圖像像素坐標(biāo)和真實(shí)世界坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)。
為了交互地操縱和可視化掃描面，根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，圖像用戶接口110與掃描器120進(jìn)行通信。在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖形用戶接口110在三維繪制器中顯示已掃描的切片。圖形用戶100接口可包含一個(gè)或多個(gè)兩維或三維的圖像數(shù)據(jù)的景像可視化、模型和/或從模型提取的數(shù)據(jù)、以及同景像相互作用的圖形控制。
例如，掃描系統(tǒng)100能用來開發(fā)創(chuàng)建管狀結(jié)構(gòu)的三維模型的掃描自動(dòng)模塊。例如，模型能用來創(chuàng)建人的主動(dòng)脈內(nèi)虛擬的內(nèi)窺鏡視圖。在該例中，在結(jié)構(gòu)中的種子點(diǎn)和初始視圖方向被給出一個(gè)先驗(yàn)。
能通過閾值處理技術(shù)或者通過更高級(jí)的輪廓查找步驟(例如使用水平集)，或者通過任何適合的技術(shù)來執(zhí)行分割。在下文中描述了第一種方法的實(shí)現(xiàn)。
令Si＝S(ci，ni，ti，p)是在切片中心位置ci獲取的具有單位法線方向ni的重建圖像。ti表示獲取的時(shí)間點(diǎn)，以及p表示在步驟期間保持為常數(shù)的剩余序列參數(shù)。給出某初始位置c0和法線方向n0，第一個(gè)切片被獲取和分割。
分割步驟需要用于初始化的結(jié)構(gòu)(如主動(dòng)脈)內(nèi)的一個(gè)種子點(diǎn)V(圖像坐標(biāo))。切片中心位置ci被選擇在主動(dòng)脈內(nèi)，因此V能設(shè)置在圖像的中心。然后在通過下式得到切片i中的脈管的外形上的有序的一組點(diǎn)Vk，k＝1…MAki=argminA∈A(Si,Vi,θ)||A-V||,k=1...M]]>其中 θk=2πk-1N.]]>這里，Sx表示表示在圖像中位置x的像素的灰度值以及θ代表把明亮主動(dòng)脈與背景相區(qū)別的閾值。分割點(diǎn)M的數(shù)量的選擇是在用于分割和之后的繪制的計(jì)算復(fù)雜性以及模型的精度之間的權(quán)衡。為了以像素精度捕獲邊界，我們可設(shè)置M≅πd,]]>其中d是脈管的按像素的近似直徑。
分割處理的結(jié)果是為每個(gè)已掃描的切片Si按順時(shí)針方式描述主動(dòng)脈邊界的若干圖像點(diǎn)Uki，k＝1…N。
使用該方法，用來在徑向提供高的空間分辨率，掃描面應(yīng)當(dāng)接近垂直于結(jié)構(gòu)的中心線。掃描路徑計(jì)劃步驟通過估計(jì)中心線的本地線性近似和外插新的掃描平面的法線方向來取得該點(diǎn)。主動(dòng)脈的橫截面的質(zhì)心Ci通過下式近似Ci=1NΣk=1NUki.]]>使用已知的圖像到世界(image-to-world)坐標(biāo)變換Ti，通過ci＝Ti(Ci)給出在世界坐標(biāo)的中心位置。新的掃描切片位置被外插為xi+1=ci+σci-ci-1|ci-ci-1|,]]>
其中σ表示在世界坐標(biāo)中的兩個(gè)相鄰切片的步長(zhǎng)大小。該方法試圖使主動(dòng)脈在即將到來的圖像的中心。
然后，新的切片法線方向通過下式確定ni+1=λni+(1-λ)ci-ci-1|ci-ci-1|,]]>具有某衰減因子0≤λ≤1，其依賴于脈管的期望曲率。
在主動(dòng)脈邊界上的點(diǎn)通過分割處理得到然后用于建立幾何的三維模型。使用已知的圖像坐標(biāo)到世界坐標(biāo)的變換，二維點(diǎn)在世界坐標(biāo)中定義模型的頂點(diǎn)。當(dāng)掃描面沿著管狀結(jié)構(gòu)前進(jìn)時(shí)連續(xù)地更新網(wǎng)眼。
根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)和方法在人的主動(dòng)脈中可用作MR引導(dǎo)介入的技術(shù)。緊壓(收縮)和動(dòng)脈瘤(增大)是能通過x射線或MRI引導(dǎo)下的基于最小侵入導(dǎo)管的步驟而被治療的主動(dòng)脈缺陷的示例。在治療期間，在適當(dāng)?shù)奈恢貌迦牒筒贾弥Ъ芤浦参?stent graft)。
用于與磁共振掃描器實(shí)時(shí)相互作用的系統(tǒng)包括用于在掃描期間改變切片位置和方向的裝置和用于把結(jié)果圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到處理系統(tǒng)的通信裝置。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)。將參考圖5在下文中描述數(shù)據(jù)流。
通過垂直于主動(dòng)脈的主軸的獲取組件520獲取圖像切片。已掃描的圖像首先受分割540控制。在此，提取在主動(dòng)脈壁上的點(diǎn)并且通過施加(已知的)圖像切片的變換確定它們的三維位置。可選地，通過從當(dāng)前模型560獲得的先驗(yàn)形狀知識(shí)來初始化分割540。在分割540之后，輪廓點(diǎn)的三維坐標(biāo)被加入到數(shù)據(jù)點(diǎn)云中。不斷地進(jìn)行優(yōu)化來擬合和更新主動(dòng)脈模型560以便最好地匹配點(diǎn)云。在一個(gè)切片內(nèi)的輪廓點(diǎn)的相干性信息不必用于模型560，因此導(dǎo)致能容易地?cái)U(kuò)充到其它器官的更一般的系統(tǒng)。
然后，通過繪制組件550使用幾何的模型560以便顯示器官的內(nèi)部或外部的一個(gè)或多個(gè)三維視圖。能覆蓋可選的解剖的、功能的數(shù)據(jù)或引用數(shù)據(jù)。然后用戶510能通過改變限定由繪制組件550創(chuàng)建的視圖的虛擬相機(jī)的位置和方位而經(jīng)由景像進(jìn)行導(dǎo)航。
使用來自當(dāng)前模型560和/或在三維景像中的當(dāng)前視野的形狀知識(shí)，計(jì)劃者組件530請(qǐng)求來自獲取組件520的新的圖像切片或體。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法的流程圖。參考圖2，在步驟210，確定獲取數(shù)據(jù)的位置。確定獲取數(shù)據(jù)的位置可以自動(dòng)地或交互地完成。
在步驟220，在上述位置獲取數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，獲取數(shù)據(jù)包含得到從至少一個(gè)成像模態(tài)導(dǎo)出的解剖數(shù)據(jù)和/或功能數(shù)據(jù)。例如，獲取數(shù)據(jù)可包含在上述位置執(zhí)行磁共振掃描以得到解剖和/或功能數(shù)據(jù)。
在步驟230，從獲取的數(shù)據(jù)提取特征。提取特征可包含在圖像的多個(gè)區(qū)域之間查找邊界。例如，區(qū)域可對(duì)應(yīng)于器官的內(nèi)部或表面。在此使用的“器官”指器官或解剖結(jié)構(gòu)。提取特征可包含分割數(shù)據(jù)。
在步驟240，建立或更新由提取的特征描述的模型。更新模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)。上述一組獲取參數(shù)包括但不限于位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。預(yù)料上述數(shù)據(jù)能直接地用于繪制而無需建立模型。
在步驟250，使用模型或從模型中提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，顯示三維景像包括允許用戶與三維景像相互作用。
在步驟260中，確定用于更新的區(qū)域。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，使用用于更新、在線磁共振獲取、分割和/或建模的區(qū)域來不斷更新或?qū)崟r(shí)更新三維景像。
在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，提供了在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序。
圖3和4是示出了根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法的流程圖。參考圖3，在步驟305，獲得切片或體數(shù)據(jù)。例如，如圖4所示，獲取切片或體數(shù)據(jù)可包含以下步驟確定獲取數(shù)據(jù)的切片或體位置410；把該切片或體位置發(fā)送到至少一個(gè)成像模態(tài)420；以及得到從所述至少一個(gè)成像模態(tài)導(dǎo)出的切片或體數(shù)據(jù)430。獲取的切片或體數(shù)據(jù)可包含像素或體素。
在步驟340，從獲取的切片或體數(shù)據(jù)提取邊界定位。這可涉及分割所獲取的切片或體數(shù)據(jù)。通過把像素或體素與多個(gè)區(qū)域的任一個(gè)相關(guān)聯(lián)來規(guī)定分割。在本發(fā)明的實(shí)施例中，提取邊界定位包含確定多個(gè)區(qū)域之間的在圖像中的定位。
在步驟350，使用提取的邊界定位建立或更新模型。更新模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)。上述一組獲取參數(shù)包括但不限于位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。建立模型可包括使用解剖和/或解剖功能的先驗(yàn)知識(shí)。預(yù)料上述數(shù)據(jù)能直接地用于繪制而無需建立模型。
在步驟360，使用模型或從模型中提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像。
在步驟370，計(jì)算用于更新的切片或體位置。在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，使用用于更新、在線磁共振獲取、分割和/或建模的切片或體位置來不斷更新或?qū)崟r(shí)更新三維景像。
在本發(fā)明的示范實(shí)施例中，提供了在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序。
在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括成像設(shè)備和處理器，以及與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的顯示器設(shè)備。
成像設(shè)備可用于獲取數(shù)據(jù)和發(fā)送獲取的數(shù)據(jù)。成像設(shè)備包含至少一個(gè)成像模態(tài)。例如成像設(shè)備可以是磁共振掃描器。
處理器從獲取的數(shù)據(jù)提取特征并生成模型；以及顯示器設(shè)備與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。顯示器可用于使用模型或從模型提取的數(shù)據(jù)來顯示三維景像。上述模型可包含解剖、功能、形狀、變形和/或外觀的模型。三維景像可包括模型的內(nèi)部的視圖。
將理解到本發(fā)明可以用不同形式的硬件、軟件、固件、專用處理器、或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以用作為可觸知地體現(xiàn)在程序存儲(chǔ)設(shè)備上的應(yīng)用程序的軟件來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序可上載到包含任何適合結(jié)構(gòu)的機(jī)器，并由該機(jī)器執(zhí)行。
還會(huì)理解到，因?yàn)樵诟綀D中描繪的一些構(gòu)成系統(tǒng)組件和方法步驟可以用軟件實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)組件(或處理步驟)之間的實(shí)際連接依其中本發(fā)明被編程的方式而可以不同。給出提供于此的本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠預(yù)料本發(fā)明的這些和相似的實(shí)現(xiàn)或配置。
在下文中，根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例，將描述包括用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的計(jì)算機(jī)代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。上述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包含用于確定獲取數(shù)據(jù)的位置的計(jì)算機(jī)代碼；用于在上述位置獲取數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)代碼；用于從獲取的數(shù)據(jù)提取特征的計(jì)算機(jī)代碼；用于建立由提取的特征所描述的模型的計(jì)算機(jī)代碼；用于使用模型或從模型提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像的計(jì)算機(jī)代碼；以及確定用于更新的區(qū)域的計(jì)算機(jī)代碼。
權(quán)利要求
1.一種用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法，包含以下步驟確定將獲取數(shù)據(jù)的位置；在所述位置獲取數(shù)據(jù)；從獲取的數(shù)據(jù)提取特征；建立或更新由提取的特征描述的模型，其中更新所述模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)；使用所述模型或從所述模型提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像；以及確定用于更新的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定位置包含自動(dòng)地確定獲取數(shù)據(jù)的位置或交互地確定獲取數(shù)據(jù)的位置中的任一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中獲取數(shù)據(jù)包含得到從至少一個(gè)成像模態(tài)導(dǎo)出的解剖數(shù)據(jù)或功能數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提取特征包含在圖像中多個(gè)區(qū)域之間查找邊界。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中顯示三維景像包括允許用戶與所述三維景像相互作用。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一組獲取參數(shù)包含位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含使用用于更新、在線磁共振獲取、分割或建模的至少一個(gè)區(qū)域不斷更新或?qū)崟r(shí)更新所述三維景像。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含提供在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序。
9.一種具有程序指令存儲(chǔ)其中的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)在數(shù)字處理設(shè)備中執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。
10.一種用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法，包含以下步驟獲取切片或體數(shù)據(jù)；從獲取的切片或體數(shù)據(jù)提取邊界定位；使用提取的邊界定位建立或更新模型，其中更新所述模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)中的至少一個(gè)獲取參數(shù)；使用所述模型或從所述模型提取的數(shù)據(jù)顯示三維景像；計(jì)算用于更新的切片或體位置。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中獲取切片或體數(shù)據(jù)包含確定將獲取數(shù)據(jù)的切片或體位置；把所述切片或者體位置發(fā)送到至少一個(gè)成像模態(tài)；以及得到從所述至少一個(gè)成像模態(tài)導(dǎo)出的切片或體數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中建立模型包括使用解剖或功能中的至少一個(gè)的先驗(yàn)知識(shí)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一組獲取參數(shù)包含位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含使用所述切片或體位置、在線磁共振獲取、分割或建模的至少一個(gè)來不斷更新或?qū)崟r(shí)更新所述三維景像。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包含提供在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序。
16.一種具有程序指令存儲(chǔ)其中的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)在數(shù)字處理設(shè)備中執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求10所述的方法。
17.一種用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)，包含圖像用戶接口；與所述圖像用戶接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的磁共振掃描器，其中所述磁共振掃描器包括在獲取期間允許改變掃描參數(shù)的實(shí)時(shí)脈沖序列程序；以及控制器，其中所述控制器從所述磁共振掃描器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，并且所述控制器把位置數(shù)據(jù)和一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)提供給所述磁共振掃描器。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述一組獲取參數(shù)包含位置數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)、定時(shí)數(shù)據(jù)和磁共振對(duì)比數(shù)據(jù)。
19.一種用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的系統(tǒng)，包含可用于獲取數(shù)據(jù)和發(fā)送所獲取的數(shù)據(jù)的成像設(shè)備；處理器，其中所述處理器從所獲取的數(shù)據(jù)提取特征和生成模型；以及與所述處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的顯示器設(shè)備，所述顯示器可用于使用所述模型或從所述模型提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述成像設(shè)備包含至少一個(gè)成像模態(tài)。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述模型是解剖、功能、形狀、變形或外觀中的至少一個(gè)模型。
全文摘要
在用于介入性步驟的實(shí)時(shí)三維可視化和導(dǎo)航的方法中，確定獲取數(shù)據(jù)的位置(210)，以及在上述位置獲取數(shù)據(jù)(220)。從獲取的數(shù)據(jù)提取特征(230)。建立或更新由提取的特征描述的模型(240)，其中更新模型包括計(jì)算一組獲取參數(shù)的至少一個(gè)獲取參數(shù)。使用模型或從模型提取的數(shù)據(jù)顯示示出了一個(gè)或多個(gè)器官的內(nèi)部或外部的三維景像(250)。確定用于更新的區(qū)域(260)。
文檔編號(hào)A61B5/055GK1860991SQ20061007484
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者K·J·基希伯格, C·洛倫茨 申請(qǐng)人:西門子共同研究公司