ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ КАРТ ОПТИМАЛЬНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ С УЧЕТОМ ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ СОСУДА В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Российский патент 2014 года по МПК A61B6/03 G06T7/60 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к системе и способу обнаружения изменений удлиненного элемента в интересующем объекте. В частности, изобретение относится к поддержке выявления асимметричного повреждения сосуда.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данной области техники известна визуализация структур внутри интересующего объекта посредством, например, рентгеновского излучения. Такого рода визуализация доступна без необходимости вскрытия интересующего объекта, то есть разрезания, или повреждения, или причинения вреда, или даже разрушения объекта. В зависимости от угла излучения структуры будут спроецированы и тем самым будут видны только с одной стороны.

Более современные технологии обеспечивают возможность формирования трехмерного объемного изображения интересующего объекта, при этом, во-первых, объект облучается с различных точек обзора, то есть под различными углами излучения, и, во-вторых, реконструируется трехмерное объемное изображение на основе различных проекций.

В области медицинских применений ангиография используется для обнаружения изменения, то есть повреждения или сужения в сосудистом ложе, путем использования сердечно-сосудистой рентгенографической системы получения изображений сосудов во время внутриартериального введения контрастного вещества.

Ориентация (угол поворота и угол наклона) рентгенографической системы крайне важна для того, чтобы получить точную оценку повреждения.

В настоящее время “Перспективные карты оптимального представления” используются в сердечно-сосудистых рентгенографических системах и способствуют определению ориентации рентгенографической системы, которая создаст изображение повреждения с минимальным ракурсом длины сосуда на изображении проекции. Карта оптимального представления основана на трехмерной геометрии осевых линий сосудов, которая может быть получена, например, из данных трехмерной компьютерной томографии (КТ, CT) или данных трехмерной ротационной ангиографии. Карта оптимального представления - это карта, изображающая средний ракурс выбранного сегмента сосуда как функцию угла поворота и угла наклона рентгенографической системы. Карта оптимального представления не принимает во внимание форму поперечного сечения сосуда.

В клинической практике поперечное сечение повреждений часто асимметрично. Для клинических целей очень важно найти рентгеновский вид, который дает изображение проекции, на котором показано минимальное просветное поперечное сечение повреждения. В зависимости от рентгеновского вида диаметр сосуда на изображении проекции будет выглядеть по-разному для асимметричного повреждения. Нахождение изображения проекции с минимальным диаметром повреждения является ключевым, потому что решение о лечении (стентировать или нет) основано на процедурном сокращении в диаметре, как видно на двумерном изображении проекции. Для асимметричных повреждений, в зависимости от рентгеновского вида, сокращение диаметра может показаться менее серьезным, чем в действительности, что приводит к неверным решениям о лечении.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения может быть обеспечение способа и системы обнаружения изменений удлиненного элемента внутри интересующего объекта, чтобы способствовать выявлению особых геометрических образований. Дополнительной целью изобретения может быть обеспечение поддержки в выборе оптимальных проекций, показывающих интересующие геометрические аспекты с высоким разрешением.

Эти цели могут быть достигнуты посредством объекта изобретения согласно независимым пунктам формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

В целом и согласно примерному варианту осуществления изобретения, способ обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, может содержать этапы формирования множества проекций интересующего объекта, при этом проекции имеют различные проекционные углы, определения геометрических аспектов удлиненного элемента в каждой из проекций, вычисления индекса на основе геометрических аспектов, указания проекций, имеющих требуемое значение индекса.

Путем этого способа возможно определять проекции или несколько проекций, представляющих область удлиненного элемента, в которой возникают интересующие геометрические изменения.

Как правило, удлиненный элемент может быть трубкой, трубой или цилиндром, расположенным в объекте, при этом удлиненный элемент может иметь полую или сплошную структуру. Таким образом, изменение, в смысле изобретения, - это любая деформация поперечного сечения, то есть стенок, удлиненного элемента. В случае удлиненного полого элемента или трубчатого элемента деформация может быть вызвана отложением, например, карбоната кальция на внутренней поверхности стенки. В случае исследования сосудов в теле такие изменения могут быть повреждениями, которые деформируют просвет сосудов, например, асимметрично. Так как сосуд во время исследования обычно будет заполняться контрастным веществом, просвет сосуда будет выглядеть на рентгеновском снимке как удлиненный сплошной элемент. Из этого снимка можно реконструировать деформации стенок сосуда.

Путем нумерации последовательных проекций можно предоставлять информацию об отдельной проекции или группе проекций, показывающих интересующий геометрический аспект.

Согласно аспекту примерного варианта осуществления, геометрическими аспектами могут быть минимальный диаметр и максимальный диаметр удлиненного элемента, измеренные перпендикулярно центральной оси удлиненного элемента.

Диаметр, или расстояние между двумя противоположными стенками удлиненного элемента, могут быть легко определены на изображении проекции. Поэтому возможно автоматически определять минимальный и максимальный диаметр удлиненного элемента на изображении, показывающем поперечное сечение этого удлиненного элемента. Минимальный и максимальный диаметры могут служить для вычисления индекса, представляющего асимметрию поперечного сечения.

Согласно дополнительному аспекту примерного варианта осуществления, этот индекс асимметрии может быть нормирован так, что значение индекса асимметрии будет составлять от 0 до 1, причем более высокие значения соответствуют большей асимметрии, а более низкие значения соответствуют меньшей асимметрии. Этот нормированный индекс асимметрии может быть вычислен по следующей формуле

(D_max - D_min)/D_max

Кроме того, способ согласно примерному варианту осуществления изобретения может дополнительно содержать этап иллюстрации удлиненного элемента вместе с визуализацией значения индекса относительно соответствующей области удлиненного элемента.

Помимо обеспечения лишь некоторого количества специальных проекций, проекции с интересующими геометрическими аспектами могут быть указаны на двумерном или трехмерном изображении всего удлиненного элемента или, по меньшей мере, части или участке удлиненного элемента.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, система обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, может содержать формирователь изображения, обрабатывающее устройство и вычислительное устройство. Формирователь изображения может быть выполнен с возможностью формирования множества проекций интересующего объекта, при этом проекции имеют различные проекционные углы. Обрабатывающее устройство может быть выполнено с возможностью определения геометрических аспектов удлиненного элемента в каждой из проекций и может быть также выполнено с возможностью указания проекций, имеющих требуемое значение индекса. Наконец, вычислительное устройство может быть выполнено с возможностью вычисления индекса на основании геометрических аспектов.

Стоит отметить, что обрабатывающее устройство и вычислительное устройство могут быть выполнены в виде одного вычислительного блока. Компьютерная программа, которая выполнена с возможностью выполнения способа согласно изобретению, может храниться в оперативной памяти такого вычислительного блока.

Согласно аспекту варианта осуществления, система может дополнительно включать в себя устройство отображения, иллюстрирующее удлиненный элемент вместе с визуализацией значения индекса относительно соответствующей области удлиненного элемента.

Дополнительно, система может быть оборудована устройством ввода, таким как клавиатура или компьютерная мышь, чтобы предоставить пользователю системы возможности взаимодействовать с системой, то есть определять интересующие геометрические аспекты или выбирать способ иллюстрации индекса и/или окружающих структур удлиненного элемента.

Другими словами, согласно изобретению и согласно специальному применению в медицинской области, предложен способ, с помощью которого определяют оптимальные рентгеновские виды, показывающие наивысшее процедурное уменьшение диаметра повреждения сосуда на изображении проекции путем анализа доступных трехмерных данных о сосуде (по результатам КТ, трехмерной ротационной ангиографии или любого другого способа получения изображения) и с учетом формы области поперечного сечения. Индекс асимметрии вычисляется и отображается как функция от направления проекции системы.

Изобретение также относится к компьютерной программе для обрабатывающего устройства, такой, что способ согласно изобретению может быть выполнен на подходящей системе. Компьютерная программа предпочтительно загружается в оперативную память устройства обработки данных. Устройство обработки данных, таким образом, оборудовано для осуществления способа согласно изобретению. Дополнительно, изобретение относится к машиночитаемому носителю, такому как компакт-диск (CD-ROM), на котором может храниться компьютерная программа. Однако компьютерная программа может также располагаться в сети, такой как всемирная компьютерная сеть, и может быть загружена в оперативную память устройства обработки данных из такой сети.

Стоит отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к способу, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, относящиеся к устройству. Однако специалист в данной области техники поймет из вышеприведенного и последующего описания, что, если не оговорено обратное, в дополнение к любому сочетанию признаков, относящихся к одному типу объекта изобретения, любое сочетание признаков, относящихся к разным объектам изобретения, также рассматривается раскрытым настоящей заявкой.

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения могут также быть получены из примеров вариантов осуществления, которые будут описаны ниже в описании и объяснены со ссылкой на примеры вариантов осуществления. Изобретение будет описано более подробно ниже в описании со ссылкой на примеры вариантов осуществления, но которые не ограничивают изобретение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает схематическую иллюстрацию системы согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг.2 показывает последовательные этапы способа согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг.3 показывает перспективную карту оптимального представления интересующего сегмента сосуда.

Фиг.4 показывает поперечное сечение интересующего сосуда.

Фиг.5 показывает карту оптимального представления с пунктирной линией, обозначающей несколько направлений проекций.

Фиг.6 показывает развитие значений индекса асимметрии для одиночного поперечного сечения, изображенного в зависимости от направлений проекции.

Фиг.7 показывает другую иллюстрацию индекса асимметрии для интересующего сегмента сосуда.

Фиг.8 показывает иллюстрацию перспективной карты оптимального представления, объединенной с индексом асимметрии, имеющим требуемый интервал значений.

Иллюстрация на чертежах лишь схематична и изображена не в масштабе. Отмеченные на различных Фигурах схожие элементы снабжены одинаковыми ссылочными символами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 показывает систему 100 согласно примерному варианту осуществления изобретения. Система 100 содержит формирователь изображения, имеющий источник 200 излучения и детекторную матрицу 300, посредством которой лучи, испускаемые источником излучения, могут быть детектированы. Дополнительно, система содержит обрабатывающее устройство 410 и вычислительное устройство 420, которые могут быть объединены в одно вычислительное устройство, имеющее оперативную память, в которой хранится соответствующая программа. Для визуализации результата обработки и вычисления в системе предусмотрено устройство 430 отображения, такое как монитор. Детекторная матрица 300 присоединена к обрабатывающему устройству посредством соединительного провода 440, а обрабатывающее устройство 410 дополнительно присоединено к устройству 430 отображения посредством другого соединительного провода 450.

На Фиг.1 также изображен интересующий объект 500, имеющий удлиненный элемент 510, в качестве внутренней структуры.

Во время использования системы 100 источник 200 излучения, например рентгеновского излучения, испускает излучаемый луч, который распространяется через интересующий объект 500, включающий удлиненный элемент 510, и падает на детекторную матрицу 300. Сигналы соответствующих детекторов затем передаются на обрабатывающий блок, который реконструирует трехмерное объемное изображение интересующего объекта, которое может быть показано на устройстве 430 отображения.

Согласно изобретению, обрабатывающий блок 410 системы 100 выполнен с возможностью определения контура или поперечного сечения удлиненного элемента, то есть линий, представляющих стенки удлиненного элемента. На основании определенной геометрии удлиненного элемента, вычислительное устройство 420 может вычислить индекс асимметрии. Наконец, реконструкция удлиненного элемента вместе с визуализацией индекса асимметрии может быть отображена на мониторе 430.

Фиг.2 показывает этапы способа согласно примерному варианту осуществления изобретения. Как отмечено касательно различных устройств системы 100, способ включает следующие этапы (в целом).

На этапе S1 формируется множество проекций интересующего объекта, при этом проекции имеют различные проекционные углы.

На этапе S2 определяются геометрические аспекты удлиненного элемента в каждой из проекций, при этом геометрическими аспектами может быть расстояние между противоположными стенками удлиненного элемента. Дополнительно, могут быть определены максимальные и минимальные расстояния.

На этапе S3 вычисляется индекс на основании геометрических аспектов, определенных на этапе S2. На основании, например, максимального и минимального диаметров может быть вычислен индекс асимметрии.

На этапе S4 указываются проекции, имеющие требуемое значение или диапазон значений индекса. В этом отношении может потребоваться узнать, где асимметрия удлиненного элемента высокая или низкая. Таким образом, требуемое значение индекса зависит от того, что исследует пользователь системы.

Наконец, на этапе S5 иллюстрируется удлиненный элемент вместе с визуализацией значения индекса относительно соответствующей области удлиненного элемента. Преимущественно, на мониторе может быть иллюстрация, на которой показано значение индекса в местоположении в удлиненном элементе, в котором существует геометрический аспект, оцененный индексом.

В дальнейшем, способ будет описан со ссылкой на фигуры, показывающие примерную иллюстрацию на мониторе.

Фиг.3 изображает примерную перспективную карту 10 оптимального представления. Для каждой возможной ориентации рентгеновской системы (от 90 градусов левой передней наклонной (LAO) до 90 градусов правой передней наклонной (RAO) и от 40 градусов каудальной до 40 градусов краниальной) изображен средний ракурс сегмента интересующего удлиненного элемента. Здесь слегка изогнутая средняя область 20 представляет область низкого ракурса, светлые полосы 22 (здесь тонкой черной линией) представляют области среднего ракурса, а более темные серые области 24 представляют области высокого ракурса.

Для лучшей визуализации изображение этой серой шкалы может быть цветным. Например, область 20 может быть зеленой, полосы 22 могут быть желтыми, и область 24 может быть красной, при этом цвета могут меняться плавно от одной области/полосы к другой.

Фиг.4 показывает поперечное сечение 30 примерного удлиненного элемента в сером, перпендикулярное осевой линии указанного элемента.

Для данной области поперечного сечения может быть направление рентгеновской проекции P_max, которое в результате даст максимальный диаметр D_max на соответствующем изображении рентгеновской проекции, и направление проекции P_min, которое в результате даст минимальный диаметр D_min на изображении рентгеновской проекции. Для любой проекции P_i может быть определен соответствующий диаметр D_i. Стоит отметить, что направления проекций могут быть преимущественно в плоскости области поперечного сечения и тем самым перпендикулярны осевой линии удлиненного элемента.

Максимальный индекс A_max асимметрии поперечного сечения 30 может быть выражен, например, как (D_max-D_min)/D_max, так что индекс A_i асимметрии становится для любой проекции P_i равным, например, (D_max-D_i)/D_max.

Фиг.5 показывает карту 10 оптимального представления с пунктирной линией 40, показывающей все возможные направления проекций (в рентгеновской системе координат), соответствующие одиночному поперечному сечению.

Для одиночного поперечного сечения все возможные направления проекций (перпендикулярные осевой линии сосуда) могут соответствовать линии 40 на карте 10 ориентаций рентгеновской системы. Для одиночного поперечного сечения индекс асимметрии может быть вычислен как функция всевозможных направлений проекции для этого поперечного сечения, как описано выше.

Фиг.6 показывает только индекс асимметрии для одиночного поперечного сечения, изображенный в зависимости от направлений проекции на карте координат системы. Сечение 50 представляет высокую асимметрию, сечения 52 представляют среднюю асимметрию, а сечения 54 представляют низкую асимметрию.

Подобно картам оптимального представления, значения индекса асимметрии могут иметь цветную маркировку на карте всевозможных направлений проекций системы. Эта линия может иметь цветную маркировку для отображения значения индекса асимметрии. Таким образом, одиночные сечения могут быть проиллюстрированы в различных цветах, например сечение 50 - в зеленом, сечение 52 - в оранжевом, а сечение 54 - в красном.

Фиг.7 показывает другой индекс асимметрии для сегмента удлиненного объекта, такого как сосуд (состоящего из множества последовательных поперечных сечений), изображенный в зависимости от направлений проекций на карте координат системы. Отметим, что заполняется не вся карта, так как оцениваются только направления проекции, перпендикулярные поперечным сечениям в выбранном сегменте сосуда. Сечение 50 иллюстрирует высокую асимметрию, сечения 52 иллюстрируют среднюю асимметрию, а сечения 54 иллюстрируют низкую асимметрию.

Так как сужение удлиненного элемента не ограничено одиночным поперечным сечением, необходимо оценить сегмент указанного элемента. Путем дискретизации последовательных поперечных сечений вдоль всего сегмента сегмент может быть проанализирован на асимметрию, и соответствующие линейные сечения для отдельных поперечных сечений могут быть изображены на одном чертеже. Так как соседние поперечные сечения будут отличаться лишь слегка в ориентации (при условии достаточно точной дискретизации), в результате это даст непрерывную область, в которой отображены значения на карте.

Наконец, Фиг.8 показывает "перспективную карту 10 оптимального представления", объединенную с визуализацией 50 порогового значения индекса. Темный прямоугольник 50 представляет сечение высокой асимметрии, область 20 отвечает за низкий ракурс, полосы 22 отвечают за средний ракурс, а области 24 отвечают за высокий ракурс.

Типично, этот способ является существенным только для достаточно асимметричных изменений или повреждений, и тем самым имеет смысл показывать лишь области, в которых существует высокая асимметрия. Данная визуализация может быть объединена с существующей “перспективной картой оптимального представления”, что в результате даст карту, которая отображает ракурс, но также показывает области, в которых может быть обнаружено существенное минимальное поперечное сечение (существенное, например, для клинического применения).

Альтернативно серой шкале или представлению, имеющему цветную маркировку, может изображаться лишь одно максимальное значение индекса асимметрии оцениваемых поперечных сечений, или может быть предоставлено его значение с соответствующим направлением проекции. Возможны альтернативные вычисления индекса асимметрии, но все они основаны на принципе использования информации о поперечном сечении для получения направления проекции рентгеновской системы для определения вида, который показывает минимальную область поперечного сечения.

График индекса асимметрии не обязательно должен быть ограничен углами, которые осуществимы рентгеновской системой (как в примерах), но также может быть отображен для направлений проекций, которые физически не осуществимы рентгеновской системой (вследствие механических ограничений системы).

Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеизложенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративную или примерную, а не ограничительную; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.

Другие разновидности раскрытых вариантов осуществления могут быть осмыслены и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения на практике, с помощью изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В пунктах формулы изобретения слово “содержит” не исключает других элементов или этапов, а существительные в единственном числе не исключают множественность. Одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких блоков, изложенных в пунктах формулы изобретения. Простое обстоятельство, что определенные критерии перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что сочетание этих критериев не может использоваться для получения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или полупроводниковый носитель, поставляемый вместе с оборудованием или как часть другого оборудования, но может также распространятся в других формах, таких как через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Никакие ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие объем.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к способам и системам для ангиографии. Способ включает этапы формирования множества проекций интересующего объекта, при этом проекции имеют различные проекционные углы, определения геометрических аспектов удлиненного элемента в каждой из проекций, вычисления индекса на основании геометрических аспектов, указания проекций, имеющих требуемое значение индекса. Система выполнена с возможностью осуществления этапов способа обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, и включает машиночитаемый носитель. Использование изобретения позволяет выбирать оптимальные проекции, показывающие интересующие геометрические аспекты с высоким разрешением. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, содержащий этапы, на которых:
формируют множество проекций интересующего объекта, при этом проекции имеют различные проекционные углы,
определяют геометрические аспекты удлиненного элемента в каждой из проекций,
вычисляют индекс на основании геометрических аспектов в каждой из проекций,
указывают проекции, имеющие требуемое значение или интервал значений индекса.

2. Способ по п.1, в котором геометрическими аспектами являются минимальный диаметр и максимальный диаметр удлиненного элемента, измеренные перпендикулярно центральной оси удлиненного элемента.

3. Способ по п.1, в котором индексом является индекс асимметрии, причем индекс асимметрии нормирован так, что значение индекса асимметрии составляет от 0 до 1, при этом более высокие значения соответствуют большей асимметрии, а более низкие значения соответствуют меньшей асимметрии.

4. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап иллюстрации удлиненного элемента вместе с визуализацией значения индекса относительно соответствующей области удлиненного элемента.

5. Система обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, содержащая:
формирователь изображения, выполненный с возможностью формирования множества проекций интересующего объекта, при этом каждая проекция имеет различные проекционные углы,
обрабатывающее устройство, выполненное с возможностью определения геометрических аспектов удлиненного элемента в каждой из проекций,
вычислительное устройство, выполненное с возможностью вычисления индекса на основании геометрических аспектов в каждой из проекций,
причем обрабатывающее устройство дополнительно выполнено с возможностью указания проекций, имеющих требуемое значение или интервал значений индекса.

6. Система по п.5, в которой геометрическими аспектами являются минимальный диаметр и максимальный диаметр удлиненного элемента, измеренные перпендикулярно центральной оси удлиненного элемента.

7. Система по п.5, в которой индексом является индекс асимметрии, причем индекс асимметрии нормирован так, что значение индекса асимметрии составляет от 0 до 1, при этом более высокие значения соответствуют большей асимметрии, а более низкие значения соответствуют меньшей асимметрии.

8. Система по п.5, дополнительно содержащая устройство отображения, иллюстрирующее удлиненный элемент вместе с визуализацией значения индекса относительно соответствующей области удлиненного элемента.

9. Машиночитаемый носитель, хранящий выполняемую компьютером программу, обеспечивающую управление системой обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, согласно любому из пунктов с 5 по 8.

10. Машиночитаемый носитель, на котором хранится компьютерная программа для управления системой обнаружения изменений удлиненного элемента, расположенного в интересующем объекте, для выполнения способа согласно любому из пунктов с 1 по 4.