[发明专利]交互式四维虚拟内窥镜检查术的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用以及要求优先权

在此具体参考发明人HERVE LOMBAERT、FRANK SAUER、YIYONGSUN、CHENYANG XU于2006年11月8日提交的共同待决的美国临时专利申请No.60/857,637(代理人案卷号为No.2006P23957 US)，并且该美国临时专利申请的标题为Interactive 4D Virtual Endoscopy for Cardiac Imaging(用于心脏成像的交互式四维虚拟内窥镜检查术)，而且其公开内容通过引用结合于此，并要求了该美国临时专利申请的优先权的权益。

技术领域

本发明通常涉及交互式四维(4D)成像，并且更特别地涉及用于心脏成像的四维虚拟内窥镜检查术。

背景技术

虚拟内窥镜检查术允许由预先捕获的数据所建立的场景的可视化。利用由用户交互式地操纵的虚拟摄像机来产生图像。下面，首先对目前使用的成像技术以及如何可视化所捕获的数据进行简要回顾。

目前，依照现有技术，计算机断层扫描(CT)和磁共振(MR)成像是用来捕获患者的解剖学图像的两种流行的成像技术。利用CT，由旋转扫描仪所拍摄的不同的X射线图像被用于重建三维体积。不同部分和内部解剖学部分的图像通常会以不同强度的图像呈现。利用MR共振，受激氢分子的弛豫时间被测量。使用正确的参数，能对不同的组织进行成像。这两种技术都提供了适用的分辨率。在另一有前景的三维成像技术中，超声波通过对来自超声波发射器的声回声进行定位而被用来产生图像。最近的硬件设备允许数据的三维捕获。

也能利用二维超声波帧的合成来对三维体积进行内插。所捕获的数据能够在体绘制器中、在虚拟内窥镜检查术中被可视化或被可视化为单个切片。切片可以是任何任意的切片，被称为多平面重建(MPR)。通过操纵这些切片，能得到体积的三维场景。在体绘制器中，数据被直接显示为三维。能围绕该体积旋转，并且能放大或缩小(zoom or pan)该体积。通过绘制某些强度的数据，不同的组织被展现。作为观察内部的附加帮助，体积能够被任意平面切割或截断。

在虚拟内窥镜检查术中，虚拟摄像机被定位在该体积之内。摄像机能够移动或旋转，并且能改变诸如其视野的摄影参数。选择等值面的值用于定义构成体积中的空腔的东西。强度低于这个值会被认为是空腔，而强度高于这个值会被绘制为不透明物。在内窥镜检查视图中，所看见的分界因此取决于等值面的值。

为了绘制虚拟内窥镜检查视图，以下两种方法被使用：光线投射和等值面可视化。第一种方法透射来自虚拟摄像机的光线，并且检测光线何时射中该体积。在分界处，曲面法线被用于计算当前像素的正确的采光。每条光线都在屏幕上生成像素。第二种方法从该体积中提取等值面，例如，利用移动立方体算法来提取等值面。得到的网格被放置在三维世界中，并且虚拟摄像机能够对该网格进行导航。这能够利用OpenGL或任何其他合适的图形语言来有效完成。背景信息可以在文献中被查找到：例如，参见下面引用的文献。

目前的可视化现有技术多数保持静态。对于现有内窥镜检查方法的广泛回顾例如参见，Anna Vilanova i Bartroli的“Visualization Techniques for VirtualEndoscopy(虚拟内窥镜检查术的可视化技术)”(博士论文，维也纳工业大学，2001年9月)。

四维体绘制器和动态MPR目前是可用的：例如参见Kostas Anagnostou、Tim J.Atherton、Andrew E.Waterfall的“4D volume Rendering With The Shear WarpFaaorisation”(Proceedings of the 2000 IEEE Symposium on Volume Visualization.，第129-137页，2000年)；然而，这份材料并没有说明四维虚拟内窥镜检查术系统。