[发明专利]用于自动4D冠脉建模和运动矢量场估计的方法和设备

说明书

本实施例通常涉及根据诊断图像数据对三维解剖对象进行计算机辅助 重建，并且更具体地，涉及一种用于自动4D冠脉建模和运动矢量场估计的 方法和设备。

在注射造影剂之后，能够用介入X射线系统对冠状动脉进行成像。由 于冠脉的运动，从二维(2D)投影的集合生成三维(3D)重建仅能使用属于同一 心脏相位的有限数量投影，这导致图像质量很差。因此，已经开发出从两 个或两个以上的投影导出冠脉树的3D模型的方法。这些方法有的是基于一 个X射线血管造影中的初始2D中心线和采用极线约束在同一心脏相位的 其它血管造影中寻找对应的中心线点。结果，该算法对呼吸和其它残余的 非周期运动非常敏感。

另一种方法是基于在3D中的前向传播算法。在后面的方法中，用于控 制前向传播的速度函数定义为前向的边界体素属于脉管的概率。该概率通 过将体素向前投影到同一心脏相位的每个脉管经滤波的投影中并乘以响应 值来估算。应当注意到的是，这种算法对于在不同血管造影之间不对应的 残余运动较不敏感。然而，这种在3D中的前向传播算法仅是半自动的。

例如，必须手动定义作为前向传播起点的3D种子点。必须手动定义每 条脉管的3D终点。从终点到种子点，3D前向传播算法自动寻找关于速度 函数的最快连接路径。在3D前向传播算法的一个方面，终点根据所考虑的 重建体积大小导出。然而，这是非常不具体的标准，若设置过小则使该算 法遗漏脉管分支；否则若该值设置过大，则前向传播超出脉管树体积的边 界。很可能在大多数情况下，该准则不存在对整个脉管树避免上述伪影的 单一值。需要一种对每条脉管进行优化的更加具体的准则。

此外，关于3D前向传播算法，对于不同脉管和脉管段根据其相关性进 行寻找和排列称为“构建”。在3D前向传播算法的工作流程中，用户通过 手动选择特定脉管并且手动为每条脉管定义种子点和终点而进行排列，因 而手动地实现“构建”。

此外，3D前向传播算法仅提取单个心脏相位的冠脉模型和中心线。为 了从来自不同心脏相位的模型或中心线的集合导出四维(4D)运动场，必须给 出用于导出3D中心线上对应点的方法。

图1示意性示出了包括在同一心脏相位中借助于X射线荧光检查采集 的两个(2)二维(2D)投影1和2的诊断投影数据集。注意，可以使用任何适 当类型的心脏相位监测，例如，在采集X射线投影的同时记录心电图(ECG)。 以不同投影角度记录的投影1和2中的每个都示出了患者的分支血管3。因 此投影图像1和2从不同视角示出了同一血管3。为了采集投影数据集，将 造影剂施用给患者，使得血管3在投影中显示为深色。

为了根据3D前向传播方法重建血管3的三维结构，种子点5初始设置 在重建体积4内。然后通过按照传播准则在每种情况下定位体积4内属于 血管3的相邻点而在体积4内重建血管3。为此，在二维投影1和2内分别 属于各自点5的局部区域6和7在每种情况下都单独地服从于数学分析。 在对与种子点5相邻的点进行定位之后，对与该点相邻的各点依次重复该 过程，直到在体积4内重建了血管3的整个结构。

如果局部区域6和7的数学分析对属于投影数据集的所有或者大多数 投影都给出正结果，那么将在每种情况下用每个传播步骤调查的点识别为 属于血管(即，分别在该示例的投影1和2中)。通过按照两个投影1和2 中记录的投影方向将点5投影到这两个投影的对应平面中来确定局部区域6 和7。这是在图1中分别用箭头8和9来指示的。注意，虽然关于同一心脏 相位的两个(2)投影对该公知3D前向传播方法进行了描述，但是其并不局限 于两个(2)投影。

因此，期望一种用于克服本领域中这些问题的改进的方法和系统。

根据本公开的实施例，一种用于对解剖对象进行计算机辅助自动四维 (4D)建模的方法，包括对表示出在整个周期对象的多个静态的三维(3D)模型 的集合进行自动采集。在该3D模型的集合上执行4D对应估计以确定该3D 模型的哪些点最有可能彼此对应，其中4D对应估计包括下列中的一项或多 项：(i)定义参考相位；(ii)执行脉管导向的对应估计；以及(iii)对4D运动数 据进行后处理。该方法还能够实现为成像系统以及以计算机程序产品形式。 此外，根据本公开的一个实施例的方法还包括能够用前向传播算法进行自 动3D建模。

图1示意性示出了包括两个(2)二维(2D)投影图像的诊断投影数据集；