ОТОБРАЖЕНИЕ АНАТОМИЧЕСКИХ ДРЕВОВИДНЫХ СТРУКТУР
DISPLAYING ANATOMICAL TREE STRUCTURES

Настоящая заявка, в целом, относится к отображению анатомических древовидных структур. Хотя она находит частное применение в отображении части структуры сосудистых деревьев при проведении обследования, она также связана с немедицинскими и другими медицинскими применениями, в том числе, с отображением частей других трубчатых структур, таких как бронхиолы и кишки.
Стеноз является патологическим сужением диаметра или сжатием целиком области прохождения типа кровеносного сосуда или другой трубчатой структуры. В целом, стеноз может возникать где угодно вдоль пораженной структуры, и его последствия зависят от конкретной структуры. Например, стеноз почечной артерии может вести к атрофии затронутой почки и, в конечном счете, если его не лечить, к почечной недостаточности. Аортальный стеноз может вызывать обморок, стенокардию и застойную сердечную недостаточность, каждое из которых может вести к смерти. Согласно литературе, аортальный стеноз возникает приблизительно у пяти (5) из каждых десяти тысяч (10 000) человек.
Медицинские системы формирования изображения, такие как система компьютерной томографии (CT), часто используются для получения информации, показывающей анатомию сосудов и их патологии, такие как стеноз. В системах CT получают рентгеновские проекции, пересекающие сосуд, расположенный в пределах области исследования. Проекционные данные создаются из результатов обнаруженного излучения, и проекционные данные реконструируются для создания данных объемного изображения, показывающих сканированный сосуд.
Программное обеспечение для визуализации отображает данные объемного изображения посредством способов, например мультипланарного реформатирования (MPR), так чтобы объем данных или их часть могли по-разному отображаться и мог бы по-разному управлять ими пользователь. Кроме того, имея такие реформатированные данные, пользователь может создавать срезы с желаемой толщиной среза из объема данных вдоль осевой, наклонной или изогнутой плоскости относительно объема данных.
Для формирования изображения сосудистых или других трубчатых анатомических структур, MPR для изогнутых структур выпрямляет изгибы изогнутого сосуда так, чтобы длина сосуда могла быть полностью визуализирована в пределах изображения или посредством нескольких изображений. Когда сосуд выпрямлен, он может быть обследован на наличие неоднородностей типа стеноза и аневризм. Кроме того, могут быть выполнены количественные измерения, такие как измерения длины в поперечном сечении и диаметра сосуда.
Такой способ, как проекция максимальной интенсивности (MIP), часто используется для улучшения видимости сосуда относительно окружающей анатомии как функции рентгеноконтрастности через организацию оконного режима. Например, при формировании изображения сосудов вещество, уменьшающее контрастность, часто с успехом вводится в кровеносную систему так, чтобы оно проходило через интересующий сосуд во время сканирования сосуда. Затем для усиления областей высокой рентгенонепроницаемости используется способ MIP, чтобы, по существу, извлечь интересующий сосуд из отображаемой окружающей анатомии.
Визуализация трубчатых анатомических структур посредством медицинских систем формирования изображения обеспечивает полезную неинвазивную информацию о состоянии структуры. К сожалению (и как кратко отмечено выше), сосудистые структуры могут иметь области стеноза где угодно вдоль пораженного сосуда. Таким образом, обычно должен проверяться весь сосуд. При наличии данных CT это может потребовать много времени, поскольку пользователю необходимо просмотреть большое количество срезов. Кроме того, из-за свойственной им кривизны сосуды имеют тенденцию входить в плоскость и выходить из плоскости. Таким образом, чтобы сосуд мог быть должным образом обследован, пользователь тратит дополнительное время на сопряжение или какое-либо иное манипулирование данными.
Были сделаны попытки сократить время обследования и улучшить визуализацию за счет отображения дополнительных представлений или видов сосуда. Однако введение дополнительных представлений повышает сложность, особенно, если на ранней стадии процесса исследования пользователь должен принять решение, какой сосуд обследовать. Например, при одном из традиционных применений визуализации пользователь из приложения для выбора сосудов первоначально выбирает для обследования сосудистую ветвь, такую как правая почечная артерия. Используя соответствующие данные из набора объемных данных, многочисленные различные представления сосуда создаются и отображаются из различных пространственных ориентаций.
Эти представления обычно отображаются в новом окне на дисплее или заменяют приложение для выбора сосуда внутри окна на дисплее. Если пользователь желает обследовать другую сосудистую ветвь, такую как правая общая подвздошная артерия, пользователь возвращается к приложению для выбора сосуда. Затем пользователь выбирает правую общую подвздошную артерию, и соответствующие данные из набора объемных данных используются для создания многочисленных представлений или видов правой общей подвздошной артерии.
Выбор индивидуальных ветвей для обследования, обследование сосуда или другой трубчатой структуры, как следствие, в целом, требуют существенного объема взаимодействия с пользователем и времени.
Аспекты настоящей заявки обращены на решение вышеупомянутых и других вопросов.
В соответствии с одним аспектом система визуализации содержит первый компонент, который обрабатывает данные объемного изображения, показывающие изогнутую трубчатую древовидную структуру, имеющую множество ветвей, так чтобы множество ветвей могли быть одновременно представлены внутри окна на дисплее, причем данные объемного изображения создаются из рентгеновских проекций, полученных медицинской системой формирования изображений, и второй компонент, который одновременно представляет обработанные данные, чтобы отобразить множество ветвей в первом окне на дисплее и интересующую область, идентифицированную на одной из ветвей, во втором окне на дисплее, чтобы представить интересующую область в пространственной ориентации, отличной от ориентации многочисленных ветвей.
В соответствии с одним аспектом способ содержит одновременное представление данных изображения, одновременно показывающих множество ветвей изогнутой анатомической трубчатой структуры и интересующую область на одной из ветвей, причем интересующая область представляется с пространственной ориентацией, отличной от ориентации многочисленных ветвей.
В соответствии с одним аспектом считываемый компьютером носитель данных содержит команды, которые, когда исполняются компьютером, заставляют компьютер выполнять этапы одновременного представления данных изображения, одновременно показывающих множество ветвей изогнутой анатомической трубчатой структуры и интересующую область на одной из ветвей, причем интересующая область представляется с пространственной ориентацией, отличной от ориентации многочисленных ветвей.
В соответствии с другим аспектом система содержит средство для получения объема для данных формирования изображения, создаваемых из многочисленных срезов, показывающих трубчатую древовидную структуру, и средство для одновременного представления трубчатой древовидной структуры и части ветви древовидной структуры, которая показывает ветвь с различной пространственной ориентацией.
Еще другие дополнительные аспекты настоящего изобретения могут быть оценены специалистами в данной области техники после прочтения и понимания приведенного ниже подробного описания.
Изобретение может быть представлено в форме различных компонентов и совокупностей компонентов, а также в форме различных этапов и совокупностей этапов. Чертежи служат только для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
Фиг. 1 - пример системы формирования изображений.
Фиг. 2 - пример системы визуализации.
Фиг. 3 - пример способа, использующего режим локального вращения.
Фиг. 4 - примеры видов искривленной сосудистой древовидной структуры.
Фиг. 5 - пример разделенной сосудистой древовидной структуры.
Фиг. 6 - пример способа вращения отделенного сосуда.
Фиг. 7 - пример дисплея с изображением сосудистого дерева.
Фиг. 8 - пример способа, использующего режим пластины.
Фиг. 9 - пример подхода к просмотру данных в режиме пластины.
Со ссылкой на фиг. 1, сканер 100 для компьютерной томографии (CT) содержит вращающуюся портальную часть 104, которая вращается вокруг области 108 исследования относительно продольной или z-оси.
На вращающейся портальной части 104 крепится источник 112 рентгеновского излучения типа рентгеновской трубки, которая генерирует и испускает излучение, пересекающее область 108 исследования и объект, расположенный в ней.
К вращающейся портальной части 104 также крепится рентгеновский детектор 116, обнаруживающий излучение, испускаемое источником 112, которое пересекает область 108 исследования и объект. Рентгеновский детектор 116 создает данные рентгеновской проекции, указывающие обнаруженное излучение для множества проекционных углов или видов по отношению к области 108 исследования при одном или более количестве оборотов вокруг области 108 исследования. Рентгеновский детектор 116 обычно содержит двухмерную матрицу из детекторных элементов, которые создают проекционные данные.
Держатель 120 объекта, такой как медицинская кушетка, поддерживает пациента или другой объект в области 108 исследования. Держатель 120 объекта является подвижным, чтобы внутри направлять пациента или другой объект по отношению к области 118 исследования при выполнении процедуры сканирования.
Устройство 124 реконструкции реконструирует проекционные данные, чтобы создавать данные объемного изображения. Данные объемного изображения показывают часть объекта, расположенного в пределах области 108 исследования. В показанном на чертеже варианте осуществления множество последовательных циклов сбора данных, охватывающих смежные области объекта в продольном направлении, выполняются так, что получаемые в результате данные объемного изображения содержат данные для сканированного объема объекта.
Универсальный компьютер служит в качестве пульта 128 оператора. Пульт 128 содержит устройство вывода, пригодное для считывания человеком, такое как монитор или дисплей, и устройства ввода типа клавиатуры и мыши. Программное обеспечение, постоянно присутствующее на пульте, позволяет оператору управлять и взаимодействовать со сканером 100. В одном примере взаимодействие включает в себя выбор протокола формирования изображения, установку параметров формирования изображения, выбор моментов начала, приостановки и завершения сканирования, а также другие виды взаимодействия, например, через графический интерфейс пользователя (GUI).
Система 132 визуализации отображает данные объемного изображения. В одном примере система 132 визуализации искривляет или как-либо иначе обрабатывает эти данные так, чтобы сканированная часть артериального дерева лежала внутри относительно тонкого объема, который при обследовании визуализируется в пределах окна на дисплее. Система 132 визуализации, по существу, разворачивает искривленные части артериального дерева так, чтобы существенная часть или все дерево находились в пределах тонкой пластины, представленной при обследовании в окне на дисплее. Это позволяет пользователю обследовать любую или все ветви артериального дерева для нахождения патологий типа стеноза без дополнительного взаимодействия с пользователем, такого как просмотр отображаемой структуры или ее вращение до тех пор, пока желаемая часть ветви не становится видимой.
Система 132 визуализации одновременно представляет информацию, связанную с частями выбранной интересующей области на ветви, через виды, показываемые с различными пространственными ориентациями. Представляя данные так, чтобы пользователь мог одновременно осматривать многочисленные ветви и параллельно получать подробную информацию о любой конкретной области любой ветви, время обследования и взаимодействие с пользователем могут быть сокращены по сравнению с конфигурацией, в которой индивидуальные ветви сосуда независимо выбираются, представляются и обследуются.
Как показано на фиг. 2, в одном варианте осуществления система визуализации 132 содержит механизм 204 визуализации, который обрабатывает данные объемного изображения для формирования различных наборов данных. Например, механизм 204 визуализации обрабатывает данные изображения для создания мультипланарного реформатированного (MPR), изогнутого MPR, выправленного MPR набора данных и набора данных перекрестного сечения. Механизм 204 визуализации также создает наборы данных, основанные на других способах, например на способе проекции максимальной интенсивности (MIP).
Компонент 208 представления представляет наборы данных пользователю в пределах многочисленных областей дисплея. Например, компонент 208 представления может представить MPR в корональном виде в одной области дисплея, выправленную MPR в другой области дисплея и один или более видов в поперечном сечении в другой области дисплея. Как описано ниже более подробно, данные представляются либо в режиме локального вращения, либо в режиме пластины. Механизм 208 представления также обновляет область дисплея по мере того, как структура вращается, перемещается или ею манипулируется как-либо иначе.
Маркировочный инструмент 212 используется для идентификации интересующей области (областей). В одном примере маркировка интересующей области автоматически вызывает дисплей с более подробной информацией о маркированной области через представление различных видов маркированной области. В другом примере многочисленные области маркируются или идентифицируются для последующего обследования.
Измерительный инструмент 216 обеспечивает механизм выполнения различных измерений. Например, компонент 216 для измерений может использоваться для измерения в отношении номера CT, рентгеноконтрастности или различных размеров, таких как диаметр сосуда.
Компонент 220 ввода, такой как клавиатура, мышь или тому подобное, позволяет пользователю взаимодействовать с системой 132. К примерам соответствующего взаимодействия относятся выбор набора данных или его части для обследования, переключение между режимом локального вращения и режимом пластины, включение и выключение режима киносъемки, просмотр анатомии вручную, идентификация интересующих областей для дополнительного обследования, сохранение результатов обследования, создание отчета об обследовании, проведение различных измерений.
Компонент 224 хранения содержит запоминающее устройство для хранения наборов объемных данных и динамическое запоминающее устройство для манипулирования данными во время обследования.
На фиг. 3 показан пример способа для представления интересующей анатомической трубчатой структуры пользователю для обследования.
На этапе со ссылочным номером 304 данные объемного изображения обрабатываются, используя мультипланарное реформатирование (MPR) или другой способ реформатирования. Данные изображения восстанавливаются из хранилища условий компонента 224 хранения или системы 100 и загружаются в динамическую память компонента 224 хранения, где ими можно манипулировать, чтобы формировать набор объемных данных. Приложение, исполняемое внутри системы 132 визуализации, позволяет пользователю выбрать весь набор данных изображения или его часть.
Как отмечалось выше, данные обрабатываются, чтобы создать набор изогнутых данных, в котором желаемая анатомическая древовидная структура находится внутри объема, имеющего конечную ненулевую толщину, которая отображается так, чтобы ветви дерева были видны одновременно. На фиг. 4(a), (b) и (c) показаны примеры различных видов (корональный, поперечный и сагиттальный, соответственно) такого набора изогнутых различных плоскостей для части артериального дерева 400, содержащего такие части, как аорта 404, верхняя брыжеечная артерия (SMA) 408, почечные артерии 412 и общие подвздошные артерии 416. В этом примере плоскости являются ортогональными плоскостями. Однако здесь также подразумеваются неортогональные плоскости. На фиг. 4(b) и (c) показано артериальное дерево 400, изогнутое так, чтобы лежать в пределах толщины слоя 428.
Возвращаясь к фиг. 3, на этапе 308 обработанные данные изображения представляются в режиме локального вращения. В этом режиме каждая ветвь сосуда отделяется от артериального дерева 400 и вращается независимо. На фиг. 5 приведен пример такого изображения для артериального дерева 400. Заметим, что чертеж на фиг. 5 создан, используя способ проекции максимальной интенсивности (MIP), улучшающий видимость артериального дерева относительно окружающей просканированной анатомии.
Как изображено на фиг. 5, каждая ветвь 404-416 сосуда отделяется от артериального дерева в месте раздвоения. Разделение ветвей сосуда таким образом позволяет каждой ветви и раздвоенным областям визуализироваться по мере того, как каждая ветвь вращается. В показанном на чертеже варианте осуществления ветви сосуда отделены и отображаются так, что части каждой сегментированной ветви накладываются на части артериального дерева в соответствующем месте раздвоения. Это помогает снизить неопределенность в потенциально интересующей области, например, когда интересующая область лежит в месте раздвоения.
Каждая отделенная ветвь 404-416 вращается относительно соответствующей средней линии. На фиг. 6 показано такое вращение для ветви 600. Пластина 604, имеющая изменяемую толщину 608, располагается относительно средней линии 612 ветви 600. Пластина 604 вращается вокруг этой средней линии 612. На фиг. 4 каждая ветвь 404-416 сосуда вращается вокруг соответствующей пластины относительно соответствующей средней линии. Следует понимать, что угол поворота относительно средней линии может регулироваться.
В показанном на чертеже примере режим киносъемки автоматически включается после загрузки данных объемного изображения. В результате, ветви 404-416 автоматически отделяются и автоматически вращаются относительно соответствующих средних линий, как показано на фиг. 5. Пользователь может отключить или возобновить режим киносъемки в любое время в течение обследования.
Возвращаясь к фиг. 3, в пункте 312 пользователь визуально обследует или как-либо иначе наблюдает одну или более отделенных ветвей сосуда.
На этапе 316 пользователь идентифицирует интересующую область в пределах ветви сосуда, которую пользователь желает обследовать более подробно. В одном варианте осуществления пользователь идентифицирует такую область, щелкая по области указателем мыши или другим указывающим устройством. Перед тем как область на ветви будет маркирована, движение вращающейся ветви обычно сначала останавливается или приостанавливается.
На этапе 320 для идентифицированной интересующей области предоставляется дополнительная информация. В одном примере дополнительная информация содержит дополнительные виды для различных ориентаций, показывающих интересующую область более подробно. Пример представлен на фиг. 7, где показано артериальное дерево 400 при локальном вращении в первом окне 704 просмотра на дисплее, идентифицированная интересующая область 708 на артериальном дереве, выправленная мультипланарная реконструкция ветви объекта во втором окне 712 просмотра на дисплее и множество видов поперечных сечений в третьем окне 716 просмотра на дисплее.
Множество видов поперечных сечений содержит срезы, показывающие идентифицированную интересующую область 708 и площади рядом с идентифицированной интересующей областью 708. Например, как показано на чертеже, срезы 720, имеющие желаемую толщину, определяются относительно вида выпрямленной мультипланарной реконструкции в окне 712 на дисплее. Представленный на чертеже пример показывает пять смежных срезов, каждый из которых имеет толщину два (2) миллиметра (мм). Однако следует понимать, что может быть установлено больше или меньше срезов и другая толщина. Срезы представлены в виде поперечных сечений в окне 716 на дисплее.
На этапе 324 пользователь принимает или отвергает интересующую область, чтобы указать, должна или нет интересующая область продолжать оставаться идентифицированной. В любом случае, создается отчет, список или другая информация в отношении интересующей области и ее обследования, чтобы документировать результаты.
На этапе 328 режим локального вращения продолжается, и пользователь либо обследует одну или более ветвей сосуда, либо выбирает другую идентифицированную интересующую область для дополнительного обследования.
Вышеупомянутое обсуждение относится к режиму локального вращения. В примере, обсуждаемом дальше в связи с фиг. 8, данные альтернативно представляются пользователю в режиме пластины.
На этапе 804 данные объемного изображения получаются, как описано выше.
На этапе 808 данные объемного изображения искривляются или обрабатываются как-либо иначе, так чтобы сканированный сосуд разглаживался в относительно тонкое окно, которое представляется как непрерывная видимая структура, как показано выше на фиг. 4(a), (b) и (c). Поскольку артериальное дерево не разделено, ветви сосудов естественно интересуют в местах раздвоения ветвей.
На этапе 812 обследуются данные в пределах окна. Как показано на фиг. 9, в режиме пластины пластина 904, имеющая определяемую пользователем и регулируемую толщину, накладывается на окно в первом или поперечном виде 908 и втором или сагиттальном виде 912. Объем внутри пластины 904 определяет данные, которые представляются пользователю в третьем или корональном виде 916.
Пластина 904 просматривается назад и вперед вдоль оси 920, чтобы просмотреть весь объем данных. По мере просмотра пластины 904 часть сосуда 400 в пределах пластины 904 изменяется и третий вид 916 обновляется, чтобы отражать часть внутри пластины 904.
Подобный режиму локального вращения режим киносъемки автоматически включается после загрузки данных объемного изображения. В результате пластина 904 автоматически просматривается по данным и третий вид 916 непрерывно обновляется, чтобы отражать данные внутри пластины 904. По достижении конца объема пластина возвращается обратно или циклически возвращается к своему начальному местоположению и данные просматриваются снова. Пользователь может в любое время при обследовании отключать или возобновлять режим киносъемки.
Возвращаясь к фиг. 8, на этапе 816 пользователь идентифицирует интересующую область. Как и в режиме локального вращения, если режим киносъемки включен, режим киносъемки приостанавливается или отключается, так чтобы пользователь мог маркировать область для дальнейшего обследования.
На этапе 820 дополнительная информация в отношении конкретной интересующей области показывается в различных пространственных ориентациях, как описано выше.
На этапе 824 пользователь указывает, должна ли интересующая область все еще быть идентифицирована как интересующая область.
На этапе 828 режим пластины восстанавливается, и пользователь либо обследует одно или более ответвлений сосудов, либо выбирает другую идентифицируемую интересующую область для дополнительного обследования.
Следует понимать, что во время обследования пользователь может переключаться между режимом локального вращения и режимом пластины.
Далее описываются изменения.
Следует понимать, что в качестве режима по умолчанию может быть установлен либо режим локального вращения, либо режим пластины. Альтернативно, система может быть выполнена с возможностью напоминания пользователю об установке желаемого режима.
На фиг. 3 режим киносъемки для режима локального вращения вызывается автоматически при загрузке данных изображения. В альтернативном варианте осуществления пользователь выбирает, какие места ответвлений отделить, и управляет вращением. Например, при одном осуществлении сосуд отображается в неотделенном состоянии. Пользователь делает мышью круги или щелкает по ветви, чтобы отсоединить эту ветвь. Дополнительно, круговое движение или щелчок управляют вращением отделенной ветви. Пользователь может активизировать режим киносъемки в любое время в течение обследования.
Точно так же, на фиг. 8 режим киносъемки для режима пластины автоматически вызывается при загрузке данных изображения. В альтернативном варианте осуществления пользователь перемещает пластину 904 через объем. Пользователь может включать режим киносъемки в любое время в течение обследования.
Следует понимать, что в любое время в течение обследования пользователь может переключаться между режимом локального вращения и режимом пластины.
Множество областей, представляющих интерес, могут быть идентифицированы, используя один или оба режима для последующего обследования.
На фиг. 7 представлены дополнительные виды 712 и 716, чтобы обеспечить дополнительную информацию с помощью видов с выпрямленной MPR и видов в поперечном сечении. Следует понимать, что когда вид 704 содержит выпрямленный вид MPR, дополнительный вид 712 с выпрямленной MPR не создается и не представляется.
Следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления пульт 128 и система 132 визуализации являются одной и той же системой.
Система 132 визуализации может быть осуществлена посредством считываемых компьютером команд, которые, когда выполняются компьютерным процессором (процессорами), заставляют процессор (процессоры) выполнять описанные способы. В таком случае команды хранятся на считываемом компьютером носителе данных, связанном или как-либо иначе доступном для соответствующего компьютера.
Описанные способы не требуется выполнять одновременно с получением данных. Например, система 132 визуализации может быть расположена на удалении от сканера 100 и получать доступ к соответствующим данным по соответствующей сети связи, такой как система HIS/RIS, система PACS, Интернет или подобной.
Применения описанных выше способов и их вариаций содержат, в частности, другие способы формирования изображений, такие как формирование изображения с помощью магнитного резонанса (MR) изображений и других трубчатых структур.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. После прочтения и понимания предшествующего подробного описания могут возникать другие модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение должно истолковываться как содержащее все такие модификации и изменения настолько, насколько они попадают в рамки объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.