專利名稱：用于可視化心肌損傷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可視化心肌損傷的方法，利用該方法例如可使心肌中的梗塞區(qū)域可見，該梗塞區(qū)域由具有受損細胞膜的細胞區(qū)域造成。
背景技術(shù)：
對于顯示心機梗塞區(qū)域迄今主要采用磁共振斷層造影。如今所謂的心臟MR仍是可視化心臟壁病變的建立標準，因為在這種技術(shù)中存在大量如MR灌注或壁運動分析這樣的方法，這些方法使得可以對心肌進行功能性的檢查。在MR灌注中，在注入造影劑的情況下進行MR拍攝。這使得可以對心肌中在注入的造影劑的第一次快速循環(huán)時形成的造影劑聚積(所謂的第一遍增強)可視化。在此利用以下事實梗塞區(qū)域病理上基于一個其中細胞膜完全或至少部分由于供氧不足(例如由于冠狀動脈狹窄造成的)而受到損傷的細胞區(qū)域。造影劑在這些受損區(qū)域中聚積，從而能在圖像中識別這些區(qū)域。
原理上通過對造影劑滲入心肌進行可視化，可在第一遍增強的時間間隔中通過計算機斷層造影圖像來證明受損的梗塞區(qū)域。造影劑在心肌損傷區(qū)域的聚積由CT圖像中窄的、不規(guī)則描述的區(qū)域來表示，其在此通常在MPR(多平面重整)顯示中可視化。但如果心肌中的該區(qū)域部分地由于靠近充有造影劑的心臟空穴、即所謂的血池(Bloodpool)，則很難可視地采集，因為血池以相同的方式提供由造影劑產(chǎn)生的高對比度。
迄今采用這樣的心臟-CT數(shù)據(jù)采集心肌的梗塞區(qū)域的唯一可能性在于對圖像數(shù)據(jù)中心肌區(qū)域的大量人工分析，并人工地將突出的區(qū)域填入表中。在此還需要人工地構(gòu)建標準的心臟長、短軸。但這種分析對于程式化的應(yīng)用過于耗時。
在US6628743B1中公開了一種用于采集和分析心臟數(shù)據(jù)的方法，其中提供心臟的CT圖像數(shù)據(jù)，這些CT圖像數(shù)據(jù)是在注入造影劑后的不同時刻記錄的。在該方法中基于常規(guī)的分割算法(如閾值方法、邊緣檢測或區(qū)域增長方法)對心肌進行分割，以對在注入造影劑后心肌中不同時刻的造影劑聚積進行分析。
在此即對不同時刻記錄的CT圖像進行相互比較。在此對于聚積了造影劑的像素也可彩色顯示。
在WO 2004/003851中研究了通過唯一的一幅圖像顯示可變形的3D對象(如心臟)中的壁移動。在該公開物的一個例子中，提供心臟左心室的3D超聲波圖像數(shù)據(jù)，以顯示左心室的相應(yīng)壁運動。在此，利用分割技術(shù)將左心室壁從圖像數(shù)據(jù)中分割出來，其中將所謂的“單網(wǎng)格模型(Simplex Mesh Modell)”與壁變化相匹配。該模型為以網(wǎng)絡(luò)形式表示的表面，其與超聲波圖像數(shù)據(jù)中左心室的變化相匹配。但為此圖像數(shù)據(jù)中的壁的變化必須至少已在某種程度上可見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于CT圖像數(shù)據(jù)的可視化心肌損傷的方法，利用該方法無需耗時的對圖像數(shù)據(jù)的人工分析就可識別損傷。
本發(fā)明的技術(shù)問題是通過一種用于可視化心肌損傷的方法解決的，其中提供心臟的CT圖像數(shù)據(jù)，該CT圖像數(shù)據(jù)是在注入造影劑的情況下記錄的。對于圖像記錄選擇一個時刻，在該時刻由于注入的造影劑的第一次快速循環(huán)而在心肌中產(chǎn)生造影劑聚積(第一遍增強)。然后在CT圖像數(shù)據(jù)(3D圖像數(shù)據(jù)組)中，通過分割將心肌隔離出來。分割首先通過匹配適當?shù)男募∧Ｐ蛯崿F(xiàn)。在從CT圖像數(shù)據(jù)中隔離出心肌后，將其以一個或多個可預(yù)先給出的視圖隔離地顯示在圖像顯示設(shè)備上。該顯示彩色地實現(xiàn)，其中，對基于不同密度區(qū)域的CT密度值的體素或像素進行不同的顏色編碼的顯示。在一種優(yōu)選實施方式中除了這種顏色編碼的視圖外，還顯示隔離出的心肌的相應(yīng)灰度值視圖。
優(yōu)選在采用基于模型的分割技術(shù)時還確定標準化的心臟短軸和長軸，并將其與隔離出的心肌的圖像數(shù)據(jù)相對應(yīng)。這使得能夠以垂直于心臟的長軸和垂直于心臟的短軸的截面來標準化地顯示心肌。該顯示本身例如可以作為截面圖像或以MPR顯示來實現(xiàn)。
通過結(jié)合顏色編碼對心肌的隔離顯示使得可以直接清楚地識別聚積了造影劑的損傷、特別是由于梗塞造成的細胞膜損傷。對相鄰區(qū)域、尤其是附近同樣充有造影劑的血池的遮蔽避免了對圖像數(shù)據(jù)的開銷很大的分析。通過顏色編碼較之在灰度值顯示中可以顯示更大的值域。以這種方式能夠容易地在各個顯示中非常清楚地分辨出窄的、不規(guī)則的、聚積了造影劑的區(qū)域(如用紅色)。因此，利用本方法可以沒有高耗時地程式化地采集CT圖像數(shù)據(jù)中心臟中的造影劑聚積。
CT圖像數(shù)據(jù)的分割基于心臟模型實現(xiàn)?，F(xiàn)代圖像處理提供了不同的對解剖結(jié)構(gòu)模型化的方法。公知的例如有T.F.Cootes等人的“Statistical Models ofAppearance for Computer Vision”，University of Manchester，5.December 2000中的所謂“Active Shape Models(ASM)”和“Point Distribution Models(PDM)”。這些方法使得能夠由一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)產(chǎn)生例如心肌的結(jié)構(gòu)的標準描述，并基于該標準描述產(chǎn)生相應(yīng)的模型偏差以及與預(yù)先給出的數(shù)據(jù)的個別匹配。
對這些模型還可以利用簡單的交互工具、如3D點移(Punktverschiebe-werkzeug)工具直觀地進行處理以精化匹配。如果在本方法中采用這樣的模型，則可以對聚積造影劑的左心室血池和心肌之間的邊界面模型化。由于該模型在訓(xùn)練數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了關(guān)于所尋找的結(jié)構(gòu)的形狀的信息，因此其可在兩個具有相似HU值的結(jié)構(gòu)之間設(shè)置邊界，如在此的將充有造影劑的左心室和聚積造影劑的心肌分開的情況。


以下借助附圖以實施例在不對本發(fā)明進行限制的情況下對本發(fā)明的方法進行詳述。圖中示出圖1舉例示出本發(fā)明方法的方法流程圖；圖2舉例示出根據(jù)本發(fā)明的方法隔離出的心肌的顯示；圖3舉例示出根據(jù)本發(fā)明方法實施例的對前、后隔膜的交互標記；圖4舉例示出帶有心肌的左心室的極圖；以及圖5示出AHA的17段模型。
具體實施例方式
圖1舉例示出本發(fā)明方法的方法流程圖，如以下結(jié)合其它附圖所描述的那樣。首先借助CT圖像拍攝在注入造影劑的情況下提供心臟的CT圖像數(shù)據(jù)，其展示出心肌中的所謂第一遍增強。然后對這些CT圖像數(shù)據(jù)進行分割，以便將心肌或?qū)?yīng)于心肌的CT圖像數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)組中隔離出來。在此，采用ASM表面模型，例如在上述T.F.Cootes等人的文章中所公開的。由于該模型僅描述表面，即心外膜和心內(nèi)膜，須在第一步將位于這些表面之間的體素值隔離出來。圖像數(shù)據(jù)組中的所有其它體素將被掩蓋并不再顯示。
由于該模型考慮形狀準則，其不能象基于隔離的區(qū)域或邊緣的分割技術(shù)那樣清楚地描述左心室和心肌之間的邊緣。由此，在本實施例中還自適應(yīng)地隔離心肌至血池的邊緣。為此實現(xiàn)形態(tài)學(xué)上的擴張，其中，對血池的掩蓋每一次分別擴展一個體素層。對于每個新的疊加上的體素層將檢驗新疊加上的區(qū)域是否仍屬于血池。該檢驗可以基于灰度值準則或組織度量進行。該檢驗是逐體素地進行的。當各體素周圍多于50％的體素屬于心肌時，算法中斷。以這種方式使得心肌與充血的左心室之間的邊界面相對于通過模型獲得的該邊界面的變化來說再一次被更精確地模型化或精化。
在迄今根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對圖像數(shù)據(jù)的分析中，放射醫(yī)生須利用MPR自己設(shè)置所期望的視向(沿心臟的長軸和短軸)。而在本實施例中已固有地在左心室的模型中提供了為此所需的信息，從而可以自動地確定心臟的長軸和短軸并與圖像數(shù)據(jù)相對應(yīng)。對于這種圖像數(shù)據(jù)的重整將心臟短軸垂直于模型的長主軸取向。水平長軸垂直于心臟短軸。必要時還須借助DICOM坐標系的空間信息輕微旋轉(zhuǎn)該兩個軸，以獲得放射醫(yī)生所習(xí)慣的圖像印象。
由于通常圖像數(shù)據(jù)加有很多噪聲，尤其是在患者體重過重的情況下，因此在圖像顯示之前應(yīng)對圖像數(shù)據(jù)進行平滑。在本實施例中，對圖像數(shù)據(jù)進行正切平滑。為此假定心肌形狀在垂直于心臟短軸的截面中為圓形，并分為不同直徑的環(huán)。平滑總是只沿著環(huán)或沿著與各環(huán)的切線進行。以這種方式可以防止對于一個環(huán)的平滑影響到其它環(huán)。由此可以可靠地平滑透壁的梗塞區(qū)域。正切平滑避免了在梗塞區(qū)域延展到整個心肌區(qū)域情況下的誤診斷。在這種情況下，徑向平滑將過強地涂抹梗塞的邊沿區(qū)域。
然后將經(jīng)過重整和平滑的圖像數(shù)據(jù)進行對比度延伸。在該步驟中，將圖像數(shù)據(jù)所基于的CT密度值的小HU區(qū)域投影到色標上，并將圖像數(shù)據(jù)以所期望的視圖進行相應(yīng)顏色編碼地顯示。這使得對HU值域的最小變化也能可視化。
圖2以在顯示屏上不同的視圖舉例示出顏色編碼的圖像的顯示。在此，并排示出隔離出的心肌20在長軸截面上的MPR顯示(圖像25)和在短軸截面上的MPR顯示(圖像26)。此外，還示出在心臟短軸和長軸上的未經(jīng)過顏色編碼的MPR 28?，F(xiàn)在，使用者可以任意地對顯示的圖像進行旋轉(zhuǎn)、縮放和移動。如在圖2中用雙箭頭示出的，所有顯示的圖像總是同步地改變。對當前位置可以在心臟模型和活躍平面的3D顯示27中進行控制。
此外，還可以在通常用于功能診斷的“靶心繪圖(Bulls Eye’s Plot)”顯示(極圖)中顯示心肌的造影劑聚積。在此，將心肌的各個環(huán)或皮層從頂點至底部投影到一個平面中，并允許以這種方式在2D圖像中一目了然地顯示整個心肌。在該顯示上可以同樣的方式應(yīng)用對比度延伸方法。為此圖4的左側(cè)示出僅包括心外膜21和心內(nèi)膜22的匹配的模型心肌。所述極圖顯示在該圖的右側(cè)示出，其在一個平面中示出心肌的各個皮層或環(huán)的投影。
在本發(fā)明方法的另一實施方式中，要求使用者在圖像顯示中在頂部和中部心室以及在基部短軸方向上標記出前隔膜23和后隔膜24。這在圖3中在所提及的截面的MPR圖像中以相應(yīng)的標記點29示出?；谶@種交互的標記可將隔離出的心肌分為圖5所示的所謂的17段模型(根據(jù)美國心臟協(xié)會AHA)的段。在該自動劃分之后，觀察者現(xiàn)在可以利用圖形輸入設(shè)備(如鼠標)點擊所顯示的圖像中的任意懷疑位置并標記任意區(qū)域。對于每次點擊都將在窗口30中顯示AHA分段模型中的相應(yīng)位置。在此使用者還可以輸入評語或注釋，其將與標記的位置一起作為報告存儲。以相同的方式還可以一同采用相應(yīng)的著色的或未著色的圖像。
權(quán)利要求
1.一種用于可視化心肌損傷的方法，其中提供心臟計算機斷層造影圖像數(shù)據(jù)，該計算機斷層造影圖像數(shù)據(jù)是在注入造影劑的情況下、在由于注入的造影劑的第一次快速循環(huán)而在心肌中產(chǎn)生造影劑聚積的時刻記錄的，通過分割將心肌從這些計算機斷層造影圖像數(shù)據(jù)中隔離出來，并將該隔離出的心肌(20)的一個或多個視圖(25，26)顯示在圖像顯示設(shè)備上，其中，對這些視圖所基于的計算機斷層造影密度值這樣進行顏色編碼，使得可以直接清楚地識別出聚積了造影劑的損傷，其中，所述分割通過匹配心肌模型、尤其是表面模型實現(xiàn)，以及通過基于對各像素的檢查的分割技術(shù)更準確地匹配由該模型匹配獲得的心肌和相鄰區(qū)域之間的邊界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由所述模型自動計算出心臟的長軸和短軸，并將其設(shè)置為與所述圖像數(shù)據(jù)相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述隔離出的心肌(20)的垂直于心臟短軸的截面圖像中對所述圖像數(shù)據(jù)進行正切平滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)對隔膜(23，24)邊界點的交互標記將所述圖像數(shù)據(jù)與心臟的分割模型相對應(yīng)，并在標記所顯示的視圖中的一個圖像區(qū)域時將所屬的分段在圖像顯示設(shè)備上自動命名。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于可視化心肌損傷的方法，其中提供在注入造影劑的情況下記錄的心臟CT圖像數(shù)據(jù)。通過分割將心肌從CT圖像數(shù)據(jù)中隔離出來。將該隔離出的心肌(20)的一個或多個視圖(25，26)顯示在圖像顯示設(shè)備上，其中，在顯示中通過顏色編碼使密度值可視化。本發(fā)明使得可以基于CT圖像數(shù)據(jù)可視化心肌損傷，其中無需耗時的分析就可直接識別出心肌的受損區(qū)域。
文檔編號A61B6/03GK1820708SQ20061000601
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者丹尼爾·林克, 邁克爾·朔伊林 申請人:西門子公司