CN101065775A - 感兴趣体积的选择 - Google Patents

Abstract

描述一种在对象数据集中创建感兴趣体积分割的方法，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将存在于该对象数据切片内的感兴趣体积部分定义成感兴趣区域的轮廓线。该方法包括以下步骤：计算切过至少两个感兴趣区域的每一个的至少一个表面，定义每个所述表面上与轮廓线相交的两个曲线，布置这些曲线以定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，对剩余的对象数据切片的每一个计算轮廓线，该轮廓线包括曲线上与该对象数据切片相交的那些点。还公开了计算机程序和工作站。

Description

感兴趣体积的选择

本发明涉及一种在对象数据集内创建感兴趣体积分割的方法，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个都包含将存在于该对象数据切片内的感兴趣体积部分定义为感兴趣区域的轮廓线。

目前用于分割感兴趣体积，例如感兴趣器官、肿瘤等的方法包括在每个切片上手动绘制轮廓。而后可将这些轮廓堆叠以描述三维的VOI。然而，在一个对象数据集中可能会有150-200个切片，上述方式非常耗时，需要付出很多努力而且将不会得到平滑的三维形状。另一种更实用的方法是仅在有限个“关键”切片上绘制轮廓且采用一定方法计算这些切片之间的轮廓形状，例如基于插值的形状。US5,671,157描述了一种在对象数据集内分割3维结构的方法，其中在有限个切片上指定轮廓且在它们中间产生插值。绘制较少轮廓并采用它们之间的形状插值是有利的，但也可能引入不需要的轮廓，这意味着之后不得不对插值轮廓进行核查和可能进行修正。这要一个切片一个切片地重复进行并且是耗时的。

本发明的目的是产生用户友好的感兴趣体积分割方法。这根据本发明来实现，由本发明，该方法包括以下步骤：计算切过至少两个感兴趣区域的每一个的至少一个表面，定义每个所述表面上与轮廓线相交的两个曲线，布置这些曲线以定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，对剩余对象数据切片的每一个计算轮廓线，该轮廓线包括曲线上与该对象数据切片相交的那些点。

可以逐个切片地检查包含感兴趣体积并被格式化成切片堆的对象数据集以识别感兴趣体积。这可通过眼睛，例如观察放射师、成像技术人员或临床医生来完成。为实施本发明，选择例如两个切片，其包含部分感兴趣体积，以及在每个切片内可见的感兴趣部分周围绘制的轮廓线。每个切片会有一个轮廓线。这些轮廓线可手工绘制或可通过软件或其它适合于该任务的手段自动生成。朝向对象数据集内感兴趣体积或在其端部选择对象数据切片是有利的，但这不是强制性的，而且事实上可选择显示感兴趣体积中对显示其物理范围有用的部分的任何对象数据切片。

接下来，构建切过包含在已画出的轮廓线内的每个感兴趣区域的表面。这在与对象数据切片取向明显不同的取向上提供一表面，从而允许以一种新的方式呈现图像信息。这不需要使表面处于一种精确地与对象数据切片垂直的取向上，但如果其基本上垂直是有帮助的，因为观察者而后实际上是从不同的视图看见该图像信息的。

当呈现在表面上时，图像数据将显示呈现于表面中的感兴趣体积部分。而后可围绕该部分构建两个曲线，这两个曲线都与对象数据切片内的轮廓线相交。由于表面取向基本上与对象数据切片垂直，一个对象数据切片将位于横越该表面的一个水平上，另一个对象数据切片位于另一水平上。因此，就可能生成或者计算位于感兴趣体积部分的每一面上并且连接该表面内由每个曲线贡献的图像数据点的曲线。

可以以任何已知的方式计算或生成这些曲线。

接下来，布置和操纵这些曲线以限制在表面内示出的感兴趣体积部分或者包含在其边缘上。这可例如通过在曲线上布置允许其移动的操纵柄或者通过自动寻找感兴趣体积部分的边缘来完成。该步骤可以手动进行。

一旦这些曲线限定该表面内感兴趣体积部分的边界，它们现在就会限定全部对象数据集内的感兴趣体积部分的界限并可用于限定其界限。该信息可分派给由对象数据集生成的每个图像切片，以优选自动产生或计算该图像切片内定义该切片内感兴趣体积的轮廓线。

从该最后的步骤可清楚地意识到本发明的效果。因为一旦已在初始对象数据切片内定义了初始轮廓线，将感兴趣体积的定界从该表面传递到对象数据集内任何对象数据切片就可以在任何对象数据切片内自动画出轮廓线而无需进一步的手动描绘。如果只采用一个表面，则在该表面内限定的信息可以以简单的方式传递至剩余对象数据切片，例如通过形成一系列圆形轮廓，在每个对象数据切片上形成一个，每个圆形码轮廓从该表面上穿过包含表示该对象数据切片的数据的该表面的距离处两个曲线之间的宽度得出其直径。然而，随着采用更多表面，可从这些表面向所得出的轮廓传递更多的体积测量细节。

因此，本发明允许在无需用户在每个切片上或在多个切片上手动绘制轮廓线就能进行感兴趣体积分割。在选定的切片之间没有连续的插值步骤且可选择构建的曲线来以任何合适的形式限制该表面内感兴趣体积部分，从而它们可以是弯曲的。从而这允许生成新的轮廓，这些新的轮廓不再是选定切片之间的简单线性插值。这些结果是更快和更准确的分割并且从而是用户友好的分割。

已发现本发明特别有利的实施方式如下所示。当已选定初始对象数据切片并已定义在这些切片内的轮廓线时，计算与这些对象数据切片内的每个感兴趣区域相交的线。换句话说，其与由每个轮廓线限定的区域相交。计算该线的有用方法是计算至少两个轮廓线的重心，这种方法是本领域已知的方法，并且通过连接这些计算出的重心点构建出该线。该线应当切过由已选定轮廓线限定的每个感兴趣区域。一旦已选定该线，就可选定包含该线的一个表面或多个表面。以这种方式，就可容易地构建基本上或近似垂直于对象数据切片的一个表面或多个表面。

该线可以是直的，但也可以在两个切片彼此不平行的情况下其自身是弯曲的。这可例如出现在当该方法应用于像结肠这样的扭曲、管状结构的分割时。

这些表面成角度地布置在线的周围，且它们之间的角度可在沿线的每个距离处相同或不相同，换句话说，它们可以是均匀角度排列或非均匀角度排列。

已经发现，如果围绕该线构建均匀角度排列的多个表面是特别有用的。因此，作为举例，可构建像一组四叶轮一样的四个布置成均匀围绕该线的表面。另一个有用的实施例是六个表面，其基于得出的分割所需要的细节程度。

当分割方法应用于具有平滑或规则变化的边缘或外表面的感兴趣体积时，均匀角度布置的表面的实施例是有利的。该表面绕线均匀布置提供了可以构建感兴趣体积的快速且简单的方式。

如果表面之间的角度不需要是相同的或均匀布置的，则可生成另一种有用的实施例。在这种情形下，可在体积边缘存在较大变化的感兴趣体积的截面内生成更多的表面，比如在任何平面内都观察到边缘弯曲部分的半径存在变化的感兴趣体积内。

定义曲线的有用实施方式涉及以下步骤。在轮廓线的每个表面内来自对象数据切片与该表面自身的交点被指定为控制点。而后计算曲线以将这些控制点连接起来。这可采用Bezier曲线来完成，但也可采用其它合适的数学解决方案。如前面所解释的，可对每个曲线指定操纵柄以使其能够被手动操纵，但实现此功能的特别有利的方式是设置控制点作为控制柄。还可设置为在表面内的曲线上定义更多的控制点，例如以允许对感兴趣体积进行更精细的限定时，它们用于计算对象数据切片内包含那些新控制点的更多的轮廓线。如果需要，可在每个新轮廓上添加额外的新控制点，其与同一表面相交但是在感兴趣区域的另一面上，该另一面现在包含在新轮廓内。

如果如在对象数据切片内所观察到的轮廓被用于指定新表面，则出现特别有利的实施例。例如，如果选定轮廓边缘上的点，则可构建包含该点的新表面。这在用户希望手动分派表面时可能是有利的。

本发明的更加高级有利的实施方式涉及以下步骤。允许移动这些控制点从而用户获得适当地将它们滑过表面的能力。而后用户可采用这些控制点操纵曲线，从而可使其限定或包含或包围表面内感兴趣体积部分。如果额外的控制点可添加到曲线上，这也是有利的，因此这使用户能够使曲线围绕感兴趣体积弯曲，如在平面中所观察到的。

实际中，通常选定的对象数据切片是每个朝向或处于感兴趣体积任何一端处的切片和感兴趣体积的中间覆盖部分内的一个或两个切片，在该处其在切片内的物理尺寸为最小或最大。然而，也可有其它选择。

在许多应用中，所采集的切片的取向或多或少选择为垂直于成像且待成为感兴趣体积的结构的纵轴。这是当例如数据是冠状动脉磁共振数据时的情形，但通常也是“马铃薯”形以及特别是细长结构时的情形。对于编辑这种结构的感兴趣体积，叶轮横截面取向比原始切片的取向更合适，因为在“马铃薯”形或其它细长结构的事件中，在叶轮表面上比在原始切片上更容易看见这种结构。

很少的原始绘制的轮廓表示为平滑曲线，每个叶轮平面的控制点在轮廓的横截面处。类似地，叶轮平面内的轮廓是在曲线的横截面与所画轮廓的平面处仅具有几个控制点的平滑曲线。

因此，可以看出，所提出的方法仅从一些手动画出的轮廓就能生成平滑三维感兴趣体积。

从本发明方法的结果产生各种优点。例如，可仅从非常有限数量的手动画出的轮廓进行分割，因而所提出的方法提供了一种简单、快速且用户友好的确定感兴趣体积三维形状的方式。另一个优点是确保所得出的三维形状是平滑的，且其甚至在手动编辑之后也仍然保持平滑。其原因是所画轮廓之间的形状是由平滑曲线确定的，其在对这些曲线的控制点进行编辑之后仍保持平滑。另一个优点是感兴趣体积形状对所采集数据中或多或少的细长结构的形状的交互适应在叶轮平面内可比原始切片平面内更容易且更精确地完成。该应用还涉及设置成分割对象数据集内感兴趣体积的计算机程序，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将该对象数据切片内存在的感兴趣体积部分定义为感兴趣区域的轮廓线，该计算机程序设置成计算至少一个切过至少两个感兴趣区域的每一个的表面，计算与轮廓线相交的每个所述表面上的两个曲线，将这些曲线设置成定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，对剩余对象数据切片计算轮廓线，该轮廓线包括那些在曲线上与该对象数据切片相交的点。

这样设置的计算机程序具有的优点在于其适合实行本发明的方法。

该应用还涉及设置成分割对象数据集中的感兴趣体积的工作站，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将该对象数据切片内存在的感兴趣体积部分定义为感兴趣区域的轮廓线，该工作站设置成计算至少一个切过至少两个感兴趣区域的每一个的表面，计算与轮廓线相交的每个所述表面上的两个曲线，将这些曲线设置成定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，对剩余对象数据切片计算轮廓线，该轮廓线包括那些在曲线上与该对象数据切片相交的点。

这样设置的工作站具有的优点在于其适合实行本发明的方法。

本发明的这些和其它方面将参照下列附图进行描述。

图1示出格式化成对象数据切片堆的对象数据集。

图2示出在三维对象数据切片内定义轮廓线的对象数据集。

图3示出根据本发明的在对象数据集内计算的一组表面。

图4示出冠状动脉磁共振扫描内图像切片的一个实例，对于此类扫描，本发明提供了合适的分割方法。

图5示出在图4的冠状动脉磁共振图像上，根据本发明交互式画出的轮廓。

图6示出根据本发明的图4的冠状动脉磁共振图像，该图像上现在具有轮廓、控制点和表面横截面。

图7示出根据本发明的对象数据集内的数据，其被重新格式化以显示表面内的图像信息。

图1示出格式化成对象数据切片堆的对象数据集。该对象数据集中的数据分配到切片上且每个切片101包含足够的数据以生成图像。感兴趣体积包含在该对象数据集内。

图2示出具有轮廓线204，205和206的对象数据集，每个轮廓线分别定义在三个对象数据切片201，202和203内。每个轮廓将存在于对象数据切片内的感兴趣体积部分定义为感兴趣区域。

图3示出在对象数据集内计算出以表面307为代表的一组表面，其与位于对象数据切片301(未示出)内的轮廓304相交，还与位于对象数据切片302(未示出)内的轮廓305相交，还与位于对象数据切片303(未示出)内的轮廓306相交。在这些表面内计算出以308为代表的一组曲线，其与轮廓线相交，如图所示。在每个表面上有两个曲线，在感兴趣体积的每一侧有一个，由于感兴趣体积是由轮廓线定义在选定的对象数据切片上，因而可以假设其位于曲线内或在曲线附近。这样，每个表面内的曲线起到进行感兴趣体积分割的初始边界限定的作用。可以清楚地看出，该表面关于线均匀分布，形成叶轮形状。

图4示出冠状动脉磁共振扫描中图像切片的一个实例，对这种类型的扫描，本发明提供了一种合适的分割方法。

图5示出应用于图4中冠状动脉磁共振扫描的本发明方法中的步骤。示出轮廓502具有以501为代表的控制点。

图6示出图4的冠状动脉磁共振图像，其具有轮廓线602形成的轮廓，以601为代表的控制点，以及以603为代表的表面横截面。再次清楚地看出表面的叶轮形状分布。

图7示出重新格式化的对象数据集以显示一个表面内的图像信息。该表面内的曲线是可视的，以702为代表。曲线上的控制点是可视的，例如701。如可看出的，表面上的曲线是真正的曲线，从而使感兴趣体积能够由弯曲的边界形状包围。

所提出的方法实施为来自磁共振数据的冠状动脉和心脏可视化的典型应用。应当使包含心脏和冠状动脉的感兴趣体积与周围组织隔离开，以能够通过如本领域已知的体积再现(volume rendering)进行冠状动脉可视化。由于感兴趣体积不能基于体素值而与它的周围组织区分开以及它的边界不是以清楚的图像特征为特征，因此该感兴趣体积的自动分割是不可能的。这样，例如，由设定阈值或设定阈值与区域生长(这二者都是本领域已知的)的结合而进行的分割是不适宜的。可以进行感兴趣体积的手动限定，但这是困难和耗时的。用户不得不依赖于以下不同的技术：将多维，通常为三维空间减少到二维，在这些更有限的二维表示中确定多个二维轮廓线，通常用手来确定这些轮廓线，而后用其轮廓线从这些二维切片的全部再次重建多维感兴趣体积。对手动绘制每个轮廓线的依赖导致误差，尤其是当该动作在一段时间内重复进行时。因此，本发明提供一种更为容易且更加用户友好的方式进行分割。

图4示出这样一种数据集的原始切片图像的实例。待定义的感兴趣体积应当包括完整心脏区内的全部组织。感兴趣体积的边界应当正好位于冠状动脉之外。这些血管具有或多或少垂直于切片平面的局部方向，使得难于以逐个切片的方法将感兴趣体积边界描绘成轮廓堆。这样，再次可以看出，本发明的方法提供了更易于进行分割的机会。

所提出的方法进行实施时，只画出几个非常全局的轮廓。图5示出这样一个轮廓。最少需要两个这样的轮廓。将叶轮的轴定义为首先和最后，在该情形中为在顶部和底部画出的轮廓的重心连线。用户定义数目的叶轮定义为穿过叶轮轴，以等角度增量分布。这在图6中再一次示出。具有叶轮平面的所画轮廓的横截面为在叶轮平面内描述感兴趣体积边界的自动生成的平滑曲线提供控制点，如图7所示。具有切片平面的这些轮廓的横截面为描述原始切片平面或对象数据切片内的感兴趣边界的自动生成的平滑曲线提供控制点。所得出的结果是可易于由任何有关曲线的交互性修改进行修改的平滑三维感兴趣体积形状，其优选采用控制点实现。一个曲线的适应导致全部其它曲线的自动更新。在交互作用中包括增加或删除控制点。

Claims (8)

1、一种在对象数据集中创建感兴趣体积分割的方法，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将存在于该对象数据切片内的感兴趣体积部分定义成感兴趣区域的轮廓线，其特征在于，该方法包括以下步骤：

计算切过至少两个感兴趣区域的每一个的至少一个表面，

定义每个所述表面上与轮廓线相交的两个曲线，

布置这些曲线以定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，

对剩余的对象数据切片计算轮廓线，该轮廓线包括曲线上与该对象数据切片相交的那些点。

2、根据权利要求1所述的创建感兴趣体积分割的方法，其特征在于计算至少一个表面的方法包括以下步骤：

计算与对象数据切片内每个感兴趣区域相交的线，

以每个这样的表面包含该线的方式计算该至少一个表面。

3、根据权利要求2所述的创建感兴趣体积分割的方法，其特征在于定义每个表面上与轮廓线相交的两个曲线的方法包括以下步骤：

在轮廓线与每个所述表面相交的点处指定控制点，

将每个曲线定义为与在每个所述表面中线的一侧上的控制点相交的曲线。

4、根据权利要求2所述的创建感兴趣体积分割的方法，其特征在于计算线的方法包括以下步骤：

计算对象数据切片内至少两个轮廓线的重心，

以连接每个计算出的重心的方式计算该线。

5、根据权利要求2所述的创建感兴趣体积分割的方法，其中还存在切过至少两个感兴趣区域每一个的多于一个的表面，并且这些表面被计算为围绕该线以均匀相间的方式成角度排列。

6、根据权利要求1所述的创建感兴趣体积分割的方法，其特征在于存在可调整数目的表面。

7、一种设置成用于在对象数据集中分割感兴趣体积的计算机程序，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将存在于该对象数据切片内的感兴趣体积部分定义成感兴趣区域的轮廓线，其特征在于，该计算机程序设置成用于：

计算切过至少两个感兴趣区域的每一个的至少一个表面，

计算每个所述表面上与轮廓线相交的两个曲线，

布置这些曲线以定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，

对剩余的对象数据切片计算轮廓线，该轮廓线包括曲线上与该对象数据切片相交的那些点。

8、一种设置成用于在对象数据集中分割感兴趣体积的工作站，该对象数据集被格式化成对象数据切片，其中至少两个对象数据切片每个均包含将存在于该对象数据切片内的感兴趣体积部分定义成感兴趣区域的轮廓线，其特征在于，该工作站设置成用于：

计算切过至少两个感兴趣区域的每一个的至少一个表面，

计算每个所述表面上与轮廓线相交的两个曲线，

布置这些曲线以定义存在于所述表面内的感兴趣体积部分，

对剩余的对象数据切片计算轮廓线，该轮廓线包括曲线上与该对象数据切片相交的那些点。

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