ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В КОМБИНАЦИИ С ДВУМЕРНЫМИ ПРОЕКЦИОННЫМИ ИЗОБРАЖЕНИЯМИ Российский патент 2012 года по МПК G06T19/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к области цифровой обработки изображений, в особенности в медицинских целях, для улучшения визуализации полученных наборов проекционных данных исследуемого объекта. В частности, настоящее изобретение относится к сегментации и визуализации вращаемых ангиографических данных, полученных посредством трехмерной вращательной ангиографии (3D RA), которая является весьма полезной в инвазивной радиологии, особенно в области эндоваскулярной терапии.

В частности, настоящее изобретение относится к способу отображения изображения исследуемого объекта, где ряд наборов двумерных (2D) проекционных данных исследуемого объекта получают под различными углами проекции, и трехмерное (3D) представление исследуемого объекта реконструируют на основе полученных наборов 2D проекционных данных.

Дополнительно, настоящее изобретение также относится к устройству обработки данных и к медицинскому рентгеноскопическому устройству, в особенности к системе C-дуга или системе компьютерной томографии, содержащей описанное устройство обработки данных, которое предназначено для отображения изображений исследуемого объекта, в особенности для отображения изображений медицинских рентгенограмм обследуемого пациента.

Кроме того, настоящее изобретение относится к машиночитаемому носителю и элементу программы, содержащему инструкции для выполнения вышеуказанного способа отображения изображений исследуемого объекта, в особенности для отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Отображение объемных изображений тела и внутренних органов живого объекта осуществляют, в частности, в области медицинской диагностики и терапии, а именно применительно к рентгеноскопии. Таким образом, получение рентгенограмм объемных изображений биологического тела в дальнейшем рассматривается посредством примера, однако настоящее изобретение не должно быть ограничено этим и может применяться во всех областях применения с аналогичными условиями.

Ангиограмму обычно получают в целях диагностики и терапии заболеваний сосудистой системы пациента. Ангиограмма представляет собой двумерное или трехмерное изображение, на котором показана сеть сосудов или ее часть, либо сама по себе, либо выделенная относительно фона. Ангиограммы обычно получают с помощью рентгеноскопического аппарата и при введении рентгеноконтрастного средства.

Недавние разработки, в особенности механической рамы систем C-дуги улучшили механическую точность рентгеноскопических систем, присоединенных к C-дуге таким образом, что стало возможным осуществление 3D реконструирования исследуемого объекта. Рентгеноскопическая система включает в себя источник рентгеновского излучения и детектор рентгеновского излучения, расположенные напротив друг друга. 3D реконструирование может быть основано исключительно на различных 2D рентгенограммах, полученных с помощью рентгеноскопической системы при перемещении вокруг исследуемого объекта с вращением.

В WO 2004/093683 описано устройство и способ объединенного 3D отображения ангиограммы сосудистой системы и локальных внутрисосудистых изображений. Ангиограмму записывают посредством рентгеновской установки, при этом локальные внутрисосудистые изображения получают с помощью ультразвукового датчика на катетере. Положение датчика определяют с помощью блока определения положения и используют для нанесения полученного объемного изображения на ангиограмму. Ангиограмма и локальное внутрисосудистое изображение можно отображать с наложением на одном и том же изображении. При этом врач визуально может связать данные локального внутрисосудистого изображения и ангиограммы сугубо интуитивно.

В US 4,777,956 описана ЯМР ангиографическая система, которая предназначена для объединения отдельного объемного изображения с проекционным изображением тела. Например, объемные изображения могут быть показаны в виде цветного слоя на черно-белом анатомическом изображении.

В WO 03/077202 А1 описан способ объединения диагностических изображений различных типов, что позволяет пользователю рассматривать более полезную информацию. В одном из вариантов осуществления сложное изображение получают путем объединения мультипозиционных переформатированных проекционных изображений с максимальной интенсивностью или проекционных изображений с минимальной интенсивностью, полученных из среза КТ. Проекционное изображение с максимальной интенсивностью получают из позитрон-эмиссионной томограммы. Полученные наложенные изображения могут помочь врачу увидеть диагностическую информацию среди фона.

Может существовать потребность в обеспечении улучшенной визуализации трехмерных изображений исследуемого объекта.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Указанная потребность может быть удовлетворена объектом согласно независимым пунктам формулы. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в соответствии с зависимыми пунктами формулы.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечивается способ отображения изображений исследуемого объекта, в особенности отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента. Представленный способ включает в себя: (a) получение набора 2D проекционных данных исследуемого объекта под различными углами проекции, (b) формирование одного соответствующего 2D изображения из одного соответствующего полученного набора 2D проекционных данных, (c) реконструирование 3D представления исследуемого объекта на основе полученного набора 2D проекционных данных, (d) отображение 3D изображения путем показа 3D представления под выбранным из различных углов проекции углом проекции и (e) объединение отображенного 3D изображения с отображением 2D изображения, соответствующего выбранному углу проекции.

Указанный аспект изобретения основан на предположении, что объединенное отображение 3D изображения, то есть проекции 3D представления исследуемого объекта, с соответствующим 2D изображением может обеспечить легкую оценку того, являются ли структуры, видимые на трехмерном изображении, физически реальными или основаны на артефактах. Подобные артефакты, которые значительно уменьшают качество объемов трехмерных реконструкций, могут быть определены к двум различным типам артефактов:

A) Артефакты реконструкции: Эти артефакты обычно связаны с эффектами усиления жесткости излучения и нарушениями рассеивания. При этом усиление жесткости излучения вызвано изменением спектрального распределения пучка рентгеновских лучей, проходящих через среду, поглощающую рентгеновское излучение. Таким образом, спектральные фракции рентгеновского излучения с более низкой энергией подвергаются более сильному экранированию по сравнению со спектральными фракциями рентгеновского излучения с более высокой энергией. Поэтому при распространении через среду, ослабляющую рентгеновское излучение, спектральное распределение пучка рентгеновских лучей смещается к рентгеновскому излучению с более высокой энергией. Нарушения рассеивания возникают, поскольку материал, поглощающий рентгеновское излучение, всегда также представляет собой материал, вызывающий нежелательное рассеивание рентгеновского излучения. Однако рассеянное рентгеновское излучение ухудшает наборы 2D проекционных данных, так как рассеянные рентгеновские лучи накладываются на рентгеновский сигнал, вызываемый рентгеновскими лучами, проникающими через исследуемый объект без какого-либо взаимодействия. Впрочем, только указанные рентгеновские лучи точно отражают экранирование рентгеновского излучения объекта.

B) Артефакты протокола исследования:

В 3D рентгено-ангиографическом отображении перед получением наборов вращательных 2D проекционных данных, рентгеноконтрастное средство селективно вводят через катетер в исследуемую область в исследуемом объекте. После некоторого начального запаздывания обычно продолжительностью одна секунда начинается цикл ротационного рентгеновского облучения. При этом зависимая от времени пиксельная коррекция в детекторе рентгеновского излучения обычно находится под влиянием четырех факторов: (a) количества или плотности введенного раствора рентгеноконтрастного вещества, (b) скорости потока и пульса, (c) физиологии пациента и (d) емкости сосудов. Емкость сосудов может служить причиной, например, неполного заполнения больших аневризм. В частности, из-за указанных четырех причин протокол исследования или регулирование времени введения рентгеноконтрастного средства являются важным фактором качества изображения.

Описанный способ может позволить врачу соотнести реконструированные 3D изображения с оригинальными 2D снимками, в результате чего может быть определена причина возникновения артефактов, присутствующих в реконструированном 3D изображении. Таким образом, врач может учесть, что артефакт, возникший при реконструкции, приведет к несоответствиям между 2D и 3D данными, тогда как эффекты артефактов исследования будут проявляться как в 2D, так и в 3D.

Плохое или неполное заполнение сосудов рентгеноконтрастной жидкостью приводит к неполной пиксельной корректировке, что вызывает нарушения плотности объемных элементов изображения и приводит к 3D сегментации сосуда или артефактам визуализации. Большое различие артефактов протокола исследования между 2D и 3D изображениями состоит в том, что в 2D изображении временная информация выявляет такие артефакты, как, например связанные с пульсом или преждевременным вымыванием контрастного средства, тогда как в 3D изображениях подобная информация отсутствует.

Для каждого угла проекции может быть получено строго одно 2D изображение, отображающее проекционное изображение. Надлежащее выравнивание объединенного 3D/2D изображения может быть выполнено при использовании того же или обратного направления наблюдения, которое продиктовано геометрией полученных 2D данных.

Нет необходимости, чтобы одно 2D изображение получали при каждом из различных углов проекции соответственно. Если заранее ясно, что отображение 3D изображения необходимо, например, только в определенном угловом диапазоне направлений проекции, может быть достаточным, что 2D изображения получают только для набора проекций, которые соответствуют указанному определенному угловому диапазону. Конечно, в реконструкции 3D изображения предпочтительно, чтобы могли использоваться все полученные ранее наборы проекционных данных.

Процедура реконструкции может быть выполнена с помощью любого известного алгоритма, например, алгоритмов обратного проецирования фильтрованных проекций, которые широко известны в области обработки 3D изображений. Таким образом, нет необходимости объяснять возможные процедуры реконструкции в настоящей заявке более подробно.

Следует упомянуть, что полученные наборы 2D проекционных данных являются единственными наборами данных, которые необходимы для успешного осуществления описанного способа отображения изображений исследуемого объекта. Другими словами, все полученные наборы 2D проекционных данных могут быть получены с помощью одного и того же устройства для исследования, которое является, например, системой компьютерной томографии или системой C-дуги. Таким образом, описанный способ отображения изображений исследуемого объекта может быть осуществлен с помощью лишь одного рентгеноскопического устройства. Никакие другие способы отображения для осуществления предложенного способа не требуются.

Согласно варианту осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя: (a) отображение следующего 3D изображения, показывающего реконструированное 3D изображение под другим выбранным углом проекции из различных углов проекции, и (b) объединение отображенного следующего 3D изображения со следующим отображением 2D изображения, соответствующего другому выбранному углу проекции.

Это может обеспечить преимущество, которое состоит в том, что объединенное отображение может быть выполнено для различных углов проекции. Таким образом, вращение реконструированного 3D изображения объекта может быть показано в формате видео, в котором различные ракурсы проекции объекта показываются один за другим. При этом соответствующее 2D изображение, которое всегда согласовано с реальным ракурсом проекции реконструированного 3D изображения, будет отображаться одновременно.

Помимо обеспечения панорамирования объединенного 3D/2D изображения, описанная архитектура отображения также учитывает усиление или изменение масштаба изображения отдельных целевых областей в исследуемом объекте. Это дополнительно облегчает выявление артефактов в реконструированном 3D изображении, так как артефакты обычно имеют различную силу при сравнении объединенных отображений при различных углах проекции.

Другими словами, врач может проверить, действительно ли соответствуют данные 3D контура в 3D изображении 2D контрастным данным с целью различных визуальных коррекций. В частности, когда (a) под первым углом проекции определенная контрастная область расположена, например, в объемном изображении обследуемого пациента, а (b) под вторым углом проекции контрастная область расположена вне объемного изображения, врач может сделать заключение, что контрастная область представляет собой артефакт, который реально не присутствует в исследуемом объекте.

Согласно другому варианту осуществления изобретения (a) наборы 2D проекционных данных исследуемого объекта получают в пределах углового диапазона 180° и (b) объединенное отображение 3D изображения и соответствующего 2D изображения последовательно дают под углами проекции в пределах углового диапазона 360°.

Это может обеспечить преимущество, которое состоит в том, что даже если исследуемый объект необходимо последовательно рассматривать под всеми возможными углами проекции, соответствующими полному вращательному движению отображенного 3D объекта, достаточным является получение уменьшенного объема данных, причем при получении проекционных данных используются только углы проекции в пределах 180°. Указанный эффективный способ основан на том факте, что данные двух 2D проекций, полученных с противоположных направлений наблюдения, представляют собой идентичную информацию относительно ослабления излучения, полностью проникающего сквозь исследуемый объект.

Другими словами, при изменении (a) 3D направления наблюдения на 180° и (b) перспективного преобразования изображения с противоположных направлений, каждое из 2D изображений в пределах углового диапазона наблюдения 360° может быть получено путем повторного использования или зеркального отражения соответствующего 2D изображения, получаемого в направлении наблюдения при угловом смещении на 180°. Кроме того, переключение 3D направления наблюдения каждые 180° позволяет отображать непрерывное видео с просмотром полного вращения скана на 360°, в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, посредством циклического повтора полученных изображений.

Следует упомянуть, что в действительности получение 2D проекционных данных необходимо выполнять в пределах углового диапазона, несколько превышающего 180°. Таким образом, следует учитывать угловое распространение рентгеновского пучка, проникающего сквозь исследуемый объект.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения этап объединения отображенного 3D изображения с отображением 2D изображения включает в себя наложение отображенного 3D изображения с отображением 2D изображения. Это может обеспечить преимущество, которое состоит в том, что пользователь, пытающийся идентифицировать структурные особенности или нарушения в исследуемом объекте, получает всю необходимую информацию в одном единственном изображении. Таким образом, выявление различия между артефактами реконструкции и реальными существующими структурными нарушениями значительно облегчается.

Необходимо указать, что кроме наложения 3D изображения с 2D изображением два изображения могут быть также отображены на одном и том же дисплее, например, рядом друг с другом или друг над другом.

Согласно другому варианту осуществления изобретения (a) отображенное 3D изображение иллюстрируют первым цветом, а (b) отображенное 2D изображение иллюстрируют вторым цветом, который отличается от первого цвета. Использование различных цветов позволяет пользователю легко различить, соответствует ли видимый признак 3D изображению или 2D изображению.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения (a) отображенное 3D изображение иллюстрируют с первым структурным дизайном, а (b) отображенное 2D изображение иллюстрируют со вторым структурным дизайном, который отличается от первого структурного дизайна. Это может обеспечить преимущество, которое состоит в том, что пользователь может легко определить, какому изображению соответствует видимый признак, даже когда два наложенных изображения отображены в одном и том же цвете. Это, в частности, удобно, если наложенные изображения отображают на монохромном дисплее или печатают на бумаге с помощью только черно-белого принтера.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения этап отображения 3D изображения, на котором показано реконструированное 3D изображение, включает в себя использование контурного 3D изображения. Это может обеспечить очень четкое отображение объединенного 3D/2D изображения, причем пользователь также может надежно идентифицировать незначительные нарушения.

Следует указать, что для гибкого отображения описанной объединенной визуализации 3D и 2D изображений может использоваться интерактивный контроль граничного значения или тонкая регулировка граничных значений, при этом граничные значения используются для сегментации полученной информации. Таким образом, можно отменить данные изображения, касающиеся ненужных частей изображения.

Контурное 3D отображение может быть выполнено, например, посредством системы обработки изображения для отображения объемного изображения тела. Такая система обработки изображения может включать в себя средства визуального воспроизведения контура для прямого воспроизведения объемного контурного 3D изображения, при этом визуальное воспроизведение контура включает в себя значения, пропорциональные прозрачности вокселей 3D изображения. Кроме того, система обработки изображения может включать в себя средства для изменения уровня контраста и/или оттенка в контурном изображении. Система обработки изображения может также содержать средства контроля, позволяющие пользователю выбирать и управлять уровнями контраста и/или оттенка в контурном изображении. Таким образом, средства контроля могут включать в себя аналоговые средства контроля. Кроме того, система обработки изображения может содержать средства коррекции контуров для усиления контраста контура. Таким образом, средства коррекции контуров могут включать в себя сверточный фильтр. Система обработки изображения также может содержать средства для выполнения корректировки интенсивности при визуальном воспроизведении контура для отображения с целью обеспечения регулировки уровня темноты структур в объемном изображении тела при сохранении яркости контура. Дополнительно, система обработки изображения может быть приспособлена для осуществления прямого воспроизведения объемного контура, выполняемого с помощью средств визуального воспроизведения контура путем отслеживания лучей или посредством воспроизведения текстурированных секторов через объем плотности вокселей в обратном и прямом порядке отбора.

Согласно другому варианту осуществления изобретения наборы 2D проекционных данных представляют собой такие наборы ангиографических данных, что и 2D изображения, и 3D изображения являются ангиографическими изображениями. Посредством применения описанного способа можно весьма эффективно визуализировать 3D анатомию сосудов или патологию в сосудистой системе. Сравнивая различные объединенные 3D/2D изображения под различными углами наблюдения, на 3D сети сосудов врач может выявить, например, так называемые артефакты псевдостеноза, при этом указанные артефакты псевдостеноза могут возникать вблизи скрученных аневризм или другого плотного материала, демонстрирующего сильное ослабление рентгеновского излучения и/или сильное рассеивание рентгеновского излучения. Таким образом, в 3D реконструкции исследуемого объекта биологический материал, расположенный позади сильно абсорбирующего материала, часто реконструируется неправильно. Поэтому такие артефакты часто вызывают несоответствие вращательных 2D изображений проекции сосуда, полученных под различными углами наблюдения, в особенности из-за увеличения жесткости рентгеновского излучения и нежелательного рассеивания рентгеновского излучения. Причины увеличения жесткости спектра рентгеновского излучения и рассеивания рентгеновского излучения уже были описаны выше.

Необходимо подчеркнуть, что путем объединения реконструированного 3D изображения с оригинальными 2D снимками также могут быть идентифицированы артефакты протокола исследования. Причина возникновения артефактов протокола исследования также была объяснена выше.

Согласно следующему варианту осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя сегментацию 3D изображения в целевых областях, которые предполагается отображать, и нецелевых областях, которые не предполагается отображать. Это может обеспечить преимущество, которое состоит в том, что может быть получена очень подробная и структурированная визуализация сети сосудов обследуемого пациента. При этом области тела пациента, расположенные вне сосудистой сети, могут быть удалены из 3D изображения.

Следует упомянуть, что в принципе также возможна сегментация полученных 2D изображений, что позволяет улучшить четкость конечных объединенных 3D/2D изображений. Впрочем, оказалось, что сегментация 3D изображения является наиболее эффективным способом повышения четкости конечных объединенных 3D/2D изображений.

Согласно другому варианту осуществления изобретения граничное значение сегментации варьирует в зависимости от анализа конечного объединенного 3D/2D изображения, получаемого при объединении отображенного следующего 3D изображения с отображенным следующим 2D изображением, соответствующим следующему выбранному углу проекции. Таким образом, граничное значение сегментации может быть выбрано вручную или автоматически.

В частности, автоматический выбор соответствующих граничных значений сегментации может быть основан на плотности вокселей в 3D изображении. При этом понятие "плотность вокселей" означает уровень ослабления рентгеновского излучения различных вокселей. Гистограммный анализ, показывающий распределение плотности вокселей, может использоваться для получения соответствующего граничного значения сегментации.

В данном контексте ясно, что после получения множества конечных объединенных 3D/2D изображений под различными углами наблюдения или проекции, по меньшей мере, часть указанных конечных объединенных 3D/2D изображений может быть проанализирована с получением одного или нескольких граничных значений сегментации, которые могут использоваться для последующего отображения данных или последующих конечных объединенных 3D/2D изображений.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя обработку 2D изображений, где, на основе данных 3D изображения, в 2D изображении идентифицируют, по меньшей мере, первую область и вторую область, которая пространственно отличается от первой области, и где первую область и вторую область обрабатывают различным способом. Таким образом, первая область может соответствовать внутренней части сосуда, а вторая область может соответствовать внешней поверхности сосуда.

Обработка 2D изображений может содержать применение различной окраски, изменение контраста, изменение яркости, применение процедуры корректировки признаков, применение процедуры корректировки контуров и/или уменьшения искажений отдельно по пикселям, расположенным в первой области, и пикселям, расположенным во второй области.

Согласно другому аспекту изобретение обеспечивает устройство обработки данных для отображения изображения исследуемого объекта, в особенности для отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента. Устройство обработки данных включает в себя: (a) процессор, который выполнен с возможностью осуществления примеров осуществления вышеописанного способа, и (b) память для хранения полученных наборов 2D проекционных данных исследуемого объекта и/или для хранения реконструированного 3D изображения исследуемого объекта.

Согласно следующему аспекту изобретение обеспечивает медицинское рентгеноскопическое устройство, в особенности систему C-дуги или систему компьютерной томографии. Медицинское рентгеноскопическое устройство включает в себя вышеописанное устройство обработки данных.

Согласно другому аспекту изобретение обеспечивает машиночитаемый носитель, на котором сохранена компьютерная программа для отображения изображений исследуемого объекта, в особенности отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента. Компьютерная программа, при ее выполнении процессором, приспособлена к осуществлению примеров осуществления вышеописанного способа.

Согласно дополнительному аспекту изобретение обеспечивает элемент программы для отображения изображений исследуемого объекта, в особенности отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента. Элемент программы, при его выполнении процессором, выполнен с возможностью осуществления примеров осуществления вышеописанного способа.

Элемент компьютерной программы может быть осуществлен как машиночитаемый набор команд на любом подходящем языке программирования, таком как, например, JAVA, C++, и может быть сохранен на машиночитаемом носителе (съемном диске, энергозависимом ЗУ или энергонезависимом ЗУ, встроенном ЗУ/процессоре и т.д.). Набор команд позволяет программировать компьютер или другое программируемое устройство с целью выполнения намеченных функций. Компьютерная программа может быть доступна из сети, такой как Интернет, откуда она может загружаться.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны в отношении различных объектов изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны в отношении пунктов формулы, касающихся способов, тогда как другие варианты осуществления были описаны в отношении пунктов формулы, касающихся устройств. Впрочем, специалист, квалифицированный в данной области техники, из вышеприведенного и последующего описания, если не указано иное, сделает вывод, что в дополнение к любой комбинации признаков, соответствующих одному типу объектов изобретения, в объем настоящего описания включена также любая комбинация признаков, соответствующих различным типам объектов изобретения, в особенности между признаками пунктов формулы, касающихся способов, и признаками пунктов формулы, касающихся устройств.

Аспекты, определенные выше, а также последующие аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров осуществления, описываемых далее и поясняемых со ссылкой на примеры осуществления. Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры осуществления, которыми настоящее изобретение не ограничивается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На Фигуре 1a схематически показан вид сбоку медицинской системы C-дуги.

На Фигуре 1b показан вид в перспективе поворотной дуги рентгеновского аппарата, показанного на Фигуре 1a.

На Фигуре 2 показана блок-схема последовательности операций способа для объединенной визуализации 3D изображения и 2D изображения исследуемого объекта.

На Фигурах 3a, 3b, 3c и 3d показаны наложенные 3D/2D изображения, полученные посредством осуществления способа согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.

На Фигуре 4 показано устройство обработки изображения для осуществления предпочтительного варианта осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Изображения на Фигурах являются схематическими. Следует отметить, что на различных фигурах подобные или идентичные элементы обозначены одинаковыми позиционными обозначениями или позиционными обозначениями, которые отличаются от соответствующих позиционных обозначений только первой цифрой.

В отношении Фигуры 1a и 1b чертежа медицинская рентгеноскопическая система 100 согласно варианту осуществления изобретения включает в себя сканирующую систему с поворотной дугой (C-дугой) 101, поддерживающую стол 102 пациента, с помощью роботизированной рукой 103. Внутри поворотной дуги 101 расположена рентгеновская трубка 104 и детектор 105 рентгеновского излучения. Детектор 105 рентгеновского излучения устроен и скомпонован таким образом, чтобы принимать рентгеновское излучение 106, которое прошло через пациента 107, который представляет собой исследуемый объект. Кроме того, детектор 105 рентгеновского излучения выполнен с возможностью генерации электрического сигнала, соответствующего распределению интенсивности рентгеновского излучения. При перемещении поворотной дуги 101 рентгеновская трубка 104 и детектор 105 могут быть перемещены в любое необходимое положение и ориентацию относительно пациента 107.

Система 100 C-дуги дополнительно содержит блок 155 управления и устройство 160 обработки данных, которые оба размещены в рабочей станции или персональном компьютере 150. Блок 155 управления предназначен для управления работой системы 100 C-дуги. Устройство 160 обработки данных предназначено для сбора 2D проекционных изображений объекта 107 в целях реконструкции 3D представления объекта 107. Кроме того, устройство 160 обработки данных предназначено для наложения (a) 3D изображения, которое представляет собой визуализацию 3D представления под выбранным углом проекции на (b) 2D проекционное изображение, соответствующее выбранному углу проекции.

На Фигуре 2 показана блок-схема последовательности операций примерного способа отображения объединенной визуализации 3D изображения и 2D изображения исследуемого объекта. Описанный способ начинается с этапа S1.

На этапе S2 получают ряд наборов 2D проекционных данных исследуемого объекта под различными углами проекции. Данные наборы данных получают путем записи поперечных профилей ослабления рентгеновского излучения, вызванных исследуемым объектом. Таким образом, детектор рентгеновского излучения измеряет интенсивность излучения, прошедшего через объект. С целью уменьшения фракции рассеянного излучения, достигающего детектор рентгеновского излучения, детектор может быть оборудован так называемой отсеивающей решеткой.

На этапе S3 получают 2D изображения, основанные на полученных наборах 2D проекционных данных. Таким образом, из одного из полученных наборов 2D проекционных данных получают строго одно 2D изображение соответственно.

На этапе S4 выполняют процедуру реконструкции. Таким образом, 3D представление исследуемого объекта реконструируют на основе полученных наборов 2D проекционных данных. Процедура реконструкции может быть выполнена любым известным алгоритмом, таким как алгоритмы обратного проецирования фильтрованных проекций, которые широко известны в области обработки 3D изображений. Однако также могут использоваться так называемые итеративные процедуры реконструкции, которые обеспечивают преимущество, которое состоит в том, что могут быть получены четкие 3D реконструкции, даже если наборы 2D проекционных данных, на которых основана реконструкция, включают в себя сравнительно высокое соотношение сигнала к искажениям. Высокое соотношение сигнала к искажениям обычно встречается, если наборы 2D проекционных данных были получены с малой дозой излучения. Однако итеративные процедуры реконструкции имеют недостаток, который состоит в том, что затраты на вычислительные операции обычно превышают затраты на вычислительные операции в стандартных способах реконструкции, работающих с алгоритмами обратного проецирования фильтрованных проекций.

На этапе S5 отображено реконструированное 3D представление. Таким образом, может быть выбрано произвольное направление наблюдения, которое совпадает с каким-либо из углов проекции, используемых прежде при получении одного из наборов 2D проекционных данных.

На этапе S6 выполняют регистрацию изображения. Таким образом, одно из полученных 2D изображений, которое было получено под таким же углом наблюдения, как отображенное ранее 3D представление объекта, совпадает с соответствующим 3D изображением.

На этапе S7 отображенное 3D изображение объединяют с отображением 2D изображения, соответствующего выбранному углу проекции. Таким образом, 3D изображение и 2D изображение накладываются друг на друга. Чтобы пользователь смог отличить два изображения, могут использоваться различные цвета и/или различные структуры.

Следует упомянуть, что объединенное отображение, конечно, может быть получено для различных углов проекции. Поэтому вращение 3D представления объекта может быть показано в формате видео, в котором последовательно отображаются различные ракурсы проекции объекта. Таким образом, соответствующее 2D изображение, которое относится к фактическому ракурсу проекции 3D представления, будет всегда показываться одновременно.

Чтобы показывать 360° кинофрагмент, изображающий исследуемый объект под всеми углами проекции сканирующего блока, вращающегося вокруг объекта, может быть достаточным получение наборов 2D проекционных данных только в пределах углового диапазона проекции 180°. Таким образом, можно извлечь выгоду из того факта, что данные двух 2D проекций, которые получены в противоположных направлениях наблюдения, представляют собой идентичную информацию в отношении ослабления излучения, полностью проникающего через исследуемый объект. Это означает, что при изменении (a) 3D направления наблюдения на 180° и (b) перспективного преобразования изображения с противоположных направлений каждое из 2D изображений в пределах углового диапазона наблюдения 360° может быть получено путем повторного использования или зеркального отражения соответствующего 2D изображения, получаемого в направлении наблюдения, имеющего угловое смещение на 180°.

Наконец, описанный примерный способ заканчивается этапом S8.

На Фигурах 3a, 3b, 3c и 3d приведены различные изображения 330a, 330b, 330c и 330d, показывающие одну и ту же обычную структуру сети 331 сосудов в теле пациента. Структура 331 сосуда является видимой с сильным контрастом по сравнению с тканью, окружающей структуру 331 сосуда, так как перед получением ряда наборов 2D рентгеновских проекций под различными углами проекции в сосудистую систему пациента была введена контрастная жидкость.

В сети 331 сосудов сформирована аневризма, в которую введена спираль 332. Как правило, спираль вводят в аневризму для предотвращения дальнейшего кровотока в аневризме. Таким образом, после введения спирали 332 кровь начинает свертываться и перекрывает аневризму. Таким образом, давление крови в аневризме уменьшается, в результате чего предотвращается дальнейшее расширение аневризмы.

Чтобы врач мог извлечь больше клинически важной информации из изображений 330a, 330b, 330c и 330d, эти изображения показывают не только реконструированное 3D представление сети 331 сосудов под определенным углом наблюдения. Изображения 330a, 330b, 330c и 330d также включают в себя структурированное 2D иллюстрацию 334 сети 331 сосудов, при этом структурированное 2D иллюстрация 334 наложена на 3D представление сети 331 сосудов.

На всех приведенных изображениях 330a, 330b, 330c и 330d показана идентичная структура 331 сети сосудов. Однако на изображении 330b показана сеть 331 сосудов с обратного направления по сравнению с изображением 330a. Данная различная ориентация обозначена знаком 335, который изображен в нижнем правом углу всех изображений 330a, 330b, 330c и 330d. Знак 335 непосредственно дает представление о направлении наблюдения сети 331 сосудов.

На изображениях 330c и 330d показана сеть 331 сосудов с одинакового направления наблюдения по сравнению с изображениями 330a и 330b, соответственно. Однако по сравнению с изображением 330a черно-белое полярное отображение было обращено. Это означает, что области изображения, показанные в белом на Фигуре 3a и Фигуре 3b, показаны в черном на Фигуре 3c и Фигуре 3d, соответственно. Это демонстрирует то, что благодаря применению усовершенствованного способа визуализации врач сможет получить как различные ракурсы проекций, так и различный контраст, что обеспечивает наилучшие условия для установления точного медицинского диагноза.

Описанная объединенная визуализация обеспечивает легкую проверку в том случае, если полученные на снимке 3D RA результаты, например стеноз или аневризма, не переоценены или недооценены из-за неполного заполнения и/или повышения жесткости пучка излучения во время ротационного сканирования исследуемого объекта. Кроме того, в клиническом анализе это позволит изучать влияние различных параметров инъекций и протоколов исследования на качество 3D реконструкции.

На Фигуре 4 изображен пример осуществления устройства 425 обработки данных согласно настоящему изобретению в целях осуществления примера осуществления способа согласно настоящему изобретению. Устройство обработки 425 данных включает в себя центральный блок обработки или процессор 461 для обработки изображений. Процессор 461 для обработки изображений связан с памятью 462 для временного сохранения полученных или обработанных наборов данных. Посредством системы 465 шин процессор 461 для обработки изображений связан с множеством сетевых или диагностических устройств ввода/вывода, таких как КТ-сканер и/или C-дуга, используемых в 3D RA и в 2D рентгенографии. Кроме того, процессор 461 для обработки изображений связан с устройством 463 отображения, например компьютерным монитором, на котором отображаются изображения, представляющие объединенные или наложенные 3D/2D изображения, полученные с помощью процессора 461 для обработки изображений. Оператор или пользователь могут взаимодействовать с процессором 461 для обработки изображений через клавиатуру 464 и/или через любые другие устройства ввода/вывода.

Следует отметить, что понятие "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а неопределенные артикли "a" или "an" в исходном тексте описания не исключают множество. Также элементы, описанные применительно к различным вариантам осуществления, могут быть объединены. Следует также отметить, что позиционные обозначение в формуле не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения.

В целях обобщения вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения можно указать следующее: описана улучшенная визуализация исследуемого объекта 107. Таким образом, исходные 2D вращательные проекции объединяют предпочтительно способом наложения с соответствующими реконструированными 3D изображениями. При совместном отображении вращательных 2D проекций с 3D реконструкцией, данные 3D изображений можно сравнить с исходными данными 2D изображений, полученных при вращении под различными углами. В клиническом анализе объединенная визуализация обеспечивает легкую проверку в том случае, если полученные на снимке 3D RA результаты, например стеноз или аневризма, не переоценены или недооценены, например, из-за неполного заполнения рентгеноконтрастным веществом и/или повышения жесткости пучка излучения во время ротационного сканирования.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

100 медицинская рентгеноскопическая система/система C-дуги

101 сканирующая система с поворотной дугой/C-дугой

102 стол пациента

103 роботизированная рука

104 рентгеновская трубка

105 детектор рентгеновского излучения

106 рентгеновское излучение

107 исследуемый объект/пациент

150 рабочая станция/персональный компьютер

155 блок управления

160 устройство обработки данных

S1 этап 1

S2 этап 2

S3 этап 3

S4 этап 4

S5 этап 5

S6 этап 6

S7 этап 7

S8 этап 8

330a обычное схематичное изображение

331 сеть сосудов

332 спираль, введенная в аневризму

334 структурированное 2D изображение сети 331 сосудов

335 знак, указывающий ориентацию отображенного схематичного изображения

460 устройство обработки данных

461 центральный блок обработки данных/процессор для обработки изображений

462 память

463 устройство отображения

464 клавиатура

465 система шин

Изобретение относится к области цифровой обработки изображений. Техническим результатом является повышение качества визуализации трехмерных изображений исследуемого объекта. Описана улучшенная визуализация исследуемого объекта 107. Исходные 2D вращательные проекции объединяют предпочтительно способом наложения с соответствующими визуализациями 3D реконструкции. При совместном отображении вращательных 2D проекций с 3D реконструкцией, 3D информацию кровеносных сосудов можно сравнить с исходной информацией вращательных 2D изображений, полученных при вращении под различными углами. В клиническом анализе объединенная визуализация обеспечивает легкую проверку в том случае, если полученные на снимке 3D RA результаты, например стеноз или аневризма, не переоценены или недооценены, например, из-за неполного заполнения рентгеноконтрастным веществом и/или повышения жесткости пучка излучения во время ротационного сканирования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ отображения изображений (300а, 300b, 300с, 300d) исследуемого объекта (107), в особенности для отображения медицинских рентгенограмм (300а, 300b, 300с, 300d) обследуемого пациента (107), причем способ включает в себя: получение ряда наборов 2D проекционных данных исследуемого объекта (107) под различными углами проекции, формирование одного соответствующего 2D изображения из одного соответствующего полученного набора 2D проекционных данных, реконструирование 3D представления исследуемого объекта (107) на основе полученного набора 2D проекционных данных, отображение 3D изображения, показывающего 3D представление (331) под углом проекции, выбранным из различных углов проекции, и объединение отображенного 3D изображения с отображением 2D изображения, соответствующего выбранному углу проекции.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя: отображение следующего 3D изображения, показывающего 3D представление под следующим выбранным, из различных углов проекции, углом проекции, и объединение отображенного следующего 3D изображения со следующим отображением 2D изображения, соответствующего следующему выбранному углу проекции.

3. Способ по п.2, в котором: наборы 2D проекционных данных исследуемого объекта (107) получают в пределах углового диапазона 180° и объединенное отображение 3D представления и соответствующего 2D изображения последовательно обеспечивают при углах проекции в пределах углового диапазона 360°.

4. Способ по п.1, в котором: объединение отображенного 3D изображения с отображенным 2D изображением содержит: наложение отображенного 3D изображения на отображенное 2D изображение.

5. Способ по п.4, в котором: отображенное 3D изображение иллюстрируют первым цветом, и отображенное 2D изображение иллюстрируют вторым цветом, который отличается от первого цвета.

6. Способ по п.4, в котором: отображенное 3D изображение иллюстрируют первым структурным дизайном, и отображенное 2D изображение иллюстрируют вторым структурным дизайном, который отличается от первого структурного дизайна.

7. Способ по п.1, в котором: отображение 3D изображения, показывающего 3D представления (331), содержит: применение 3D объемно контурного представления.

8. Способ по п.1, в котором: наборы 2D проекционных данных представляют собой такие наборы ангиографических данных, что и 2D изображения, и 3D изображения являются ангиографическими изображениями.

9. Способ по п.8, дополнительно содержащий: сегментацию 3D представления на целевые области, которые требуется отобразить, и на нецелевые области, которые не требуется отображать.

10. Способ по п.9, в котором: граничное значение сегментации варьируют в зависимости от анализа конечного объединенного 3D/2D изображения, получаемого при объединении отображенного следующего 3D изображения со следующим отображением 2D изображения, соответствующего следующему выбранному углу проекции.

11. Способ по п.8, дополнительно содержащий: обработку 2D изображений, причем: на основе графической информации 3D представления в 2D изображении идентифицируют, по меньшей мере, первую область и вторую область, которая пространственно отличается от первой области, и где: первую область и вторую область обрабатывают различными способами.

12. Устройство обработки данных: для отображения изображений исследуемого объекта (107), в частности, для отображения медицинских рентгенограмм обследуемого пациента (107), причем устройство (460) обработки данных содержит: процессор (461) данных, который выполнен с возможностью осуществления способа по п.1, и память (462) для сохранения полученных наборов 2D проекционных данных исследуемого объекта (107) и/или для сохранения реконструированного 3D представления исследуемого объекта(107).

13. Медицинское рентгенодиагностическое устройство, в частности система (100) С-дуги или система компьютерной томографии, причем медицинское рентгенодиагностическое устройство содержит: устройство (460) обработки данных по п.12.

14. Машиночитаемый носитель, на котором сохранена компьютерная программа: для отображения изображений исследуемого объекта (107), в частности для отображения медицинских рентгенограмм (300а, 300b, 300с, 300d) обследуемого пациента (107), причем компьютерная программа, выполняемая процессором (461) данных, предназначена для осуществления способа по п.1.