專利名稱：用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法和系統及其在虛擬內窺鏡檢查中的使用的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及圖像處理，更具體地，涉及用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法和系統。本發明還涉及用于在虛擬結腸鏡檢查中評估結腸拓撲的方法的應用。
背景技術：
傳統內視鏡手術通常依靠使用插入病人的身體內的柔性光纖管來可視地檢查內 部解剖結構。隨后，操作員可以操作解剖結構內的管，以尋找任何解剖結構異常。使用該過程進行結腸鏡檢查雖然可靠，但都很昂貴并耗費時間。此外，它對于患者來說是一個侵入式、不舒服且有時很痛苦的過程。非侵入式過程(也被稱作虛擬結腸鏡檢查)已經被用于減少侵入式結腸鏡過程的上述缺陷的至少其中一個。這些非侵入式過程使用諸如計算機斷層掃描(CT)的成像技術獲取表示解剖結構的圖像數據來進行分析。它們還包含三種類型的患者預處理程序完全導瀉準備，旨在通過使用瀉藥溶液徹底清潔結腸；適度促瀉準備，用于液化結腸材料并標記液體材料的任何殘留固體；最終的無促瀉準備，其中，通過患者喝下的溶液來標記結腸內的材料，諸如基于鋇的制劑。已經提出了不同的自動化技術，用于定位諸如結腸內壁的分析下的解剖結構。然而，這些技術通常很難正確地定位結腸內壁的結構，尤其是在其中延伸的空氣區域與標記區域之間的界面附近。事實上，如果空氣區域-標記區域界面沒有被正確底識別，則會導致結腸內壁的識別及位置的泄漏，其受到了很大的關注。例如，位于結腸附近的小腸部分會被分割，并被識別作為結腸的一部分。此外，很差的結腸內壁分割會導致潛在結腸病變的過評估或低評估，這個問題也
非常受關注。為了減小上述弊端，已經使用了利用用于識別結腸內壁的相應部分的局部參數的動態算法。例如，公布號2008/0008367所公布的美國專利申請描述了在隨后設計分割前執行能夠泄漏的初始試驗分割的兩步分割方法。然而，這種方法需要在界面太厚或不均勻的情況下，適當地檢測出空氣區域-標記區域界面，該方法可以適當地提供結腸內壁的正確的識別和/或位置。此外，在存在圖像獲取和/或阻塞性腫瘤期間，在由于患者痙攣而引起患者結腸衰退的情況下，所述方法不能提供整個結腸的正確識別。因此，期望提供將減小上述弊端的至少其中一個的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的改進方法。

發明內容
因此，公開了一種用于確定包括內壁或多個不同區域的管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，所述方法包括(a)獲取表示管狀結構的圖像數據；(b)將初始種子放置在從多個不同區域之一中選擇的初始區域中；(C)執行初始區域生長，直到在初始生成區域包括至少一部分內壁或對應于多個不同區域之一的至少一部分鄰近區域為止；(d)開始包括對應于初始區域的初始樹節點的樹；(e)對于每個鄰近區域而言，在鄰近區域中放置隨后的種子，執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域包括至少一部分內壁和一部分附加鄰近區域；并在樹中添加對應于鄰近區域的樹節點；(f)對于每個附加鄰近區域執行處理步驟(e);以及(g)根據預定拓撲闡述過濾樹，從而確定管狀結構的拓撲支撐的評估。
該方法提供了不依賴于分割參數的管狀結構的拓撲支撐的評估，這是很大的優勢。所獲取的評估允許其需要的更好的最后處理，這也是很大的優勢。這個處理可以為用于非限定性實例的隨后的分割。此外，所獲取的評估可以被用于根據體積渲染處理提供管狀結構的精確的3D表示，這是很大的優勢。當然，由于不需要分割或圖像數據的任意替換，所以3D表示精確地示出了圖像數據的2D信息。此外，該方法可以被用于提供管狀結構的精確的3D表示，而不依賴于圖像數據的預定精確值，這是很大的優勢。因此，該方法可以使用多種圖像數據類型和多種掃描設備。此外，在一個實施方式中，該方法提供管狀結構的拓撲支撐的評估，而不用必須使用不同區域之間的界面，這也是很大的優勢。在一個實施方式中，圖像數據的獲取包括從CT掃描設備接收圖像數據。在進一步的實施方式中，圖像數據的獲取包括從由磁共振成像(MRI)設備、正電子發射斷層掃描(PET)設備、X射線設備、超聲設備、及其任意組合構成的組中選擇的設備接收圖像數據。在一個實施方式中，從由體積醫學圖像數據、體積斷層圖像數據、及一組平行連續圖像平面構成的組中選擇圖像數據。在一個實施方式中，圖像數據表示解剖結構。在一個實施方式中，圖像數據包括從由像素和體像素所構成的組中所選擇的多個單位圖像元素。在一個實施方式中，多個不同區域包括多個第一物質區域和多個第二物質區域。在進一步的實施方式中，初始種子的放置包括從多個第一物質區域之一中選擇初始區域。初始區域生長的執行進一步包括從多個第二物質區域之一中選擇鄰近區域。在又一實施方式中，在相應隨后區域生長的執行過程中，附加鄰近區域被選擇，使得鄰近區域和附加鄰近區域的每一個都分別屬于多個第一物質區域和多個第二物質區域的相應的其中一個。
在一個實施方式中，通過定義比初始生成區域的區域生長具有更大興趣的區域特性的處理通過掃描圖像數據的鄰近部分來執行其他鄰近區域的識別。在一個實施方式中，執行初始區域生長的執行，直到初始生成區域進一步包括管狀結構內壁外周圍的至少一部分為止。在一個實施方式中，執行相應隨后區域生長的執行，直到隨后生成區域進一步包括管狀結構內壁的外周的至少一部分為止。在一個實施方式中，執行初始區域生長的執行，直到初始生成區域包括初始區域為止。在進一步的實施方式中，執行相應隨后區域生長的執行，直到隨后生成區域包括 鄰近區域為止。在一個實施方式中，區域生長的執行定義了能夠進行潛在屬于所屬區域單位圖像元素的處理的給定直徑的球形特性。在進一步實施方式中，通過定義具有比在能夠進行潛在屬于所屬區域單位圖像元素處理的區域生長中所包括的球形直徑更大的給定直徑的球形特性的區域生長來進行潛在隨后區域的識別。在又一實施方式中，潛在隨后區域的掃描識別用于區域的隨后區域生長的補充種子。在進一步的實施方式中，補充種子的識別是以密度基標準為基礎，元素的數目定義了相同密度基標準的特性或其組合。在一個實施方式中，隨后補充種子的識別得到屬于已經處理區域的種子元素的識另IJ，其中，僅有拓撲信息被保持并被添加至樹，從而防止這樣的種子的隨后區域生長。在進一步的實施方式中，所述方法進一步包括，在初始區域生長執行前，確定用于第一物質區域的第一物質閾值和用于第二物質區域的第二物質閾值。在一個實施方式中，所述方法包括(i)在從相應區域的其中一個所選擇的補充初始區域中放置補充初始種子；(ii)執行補充初始區域生長，直到補充初始生成區域包括內壁的至少一部分及對應于其中一個不同區域的補充鄰近區域的至少一部分；(iii)開始包括對應于補充初始區域的初始樹節點的補充樹；(iv)對于每個補充鄰近區域而言在補充鄰近區域中放置補充隨后種子；執行相應的補充隨后區域生長，直到補充隨后生成區域包括內壁的至少一部分和補充附加鄰近區域的至少一部分為止；并將對應于補充鄰近區域的樹節點添加在補充樹中；(v)對補充附加鄰近區域的每一個執行處理步驟(iv);以及(vi)將補充樹歸組至樹。在一個實施方式中，所述方法進一步包括，在初始區域中放置初始種子前，選擇初始區域。在進一步的實施方式中，初始區域的選擇包括選擇鄰近管狀結構端部的初始區域。在另一個進一步的實施方式中，所述方法進一步包括，在補充初始區域中放置補充初始種子前，選擇補充初始區域。在一個實施方式中，補充初始區域的選擇包括選擇鄰近管狀結構其余一個端部的補充初始區域。
在進一步的實施方式中，所述方法進一步包括使用相應數目的輔助種子，用于將相應的樹節點添加至所述樹，直到所述樹包括對應于初始種子與補充初始種子的每一個的樹節點之間的至少一個連續路徑為止。在另一個進一步的實施方式中，所述方法進一步包括使用相應數目的輔助種子，用于將相應的樹節點添加至所述樹，直到所述樹包括用于每個不同區域的相應的一個樹節點。在一個實施方式中，由操作者手動執行初始區域的選擇。在另一個實施方式中，自動執行初始區域的選擇。在一個實施方式中，由操作者手動執行補充初始區域的選擇。在另一個實施方式中，自動執行補充初始區域的選擇。
在一個實施方式中，圖像數據包括多個單位圖像元素，并且所述方法進一步包括，對于對應于相應樹節點的每個區域而言，確定對于區域的每個單位元素的相應分類。在進一步的實施方式中，多個不同區域包括多個第一物質區域和多個第二物質區域。分類的確定包括將第一物質級賦予對應于相應的樹節點的每個第一物質區域的每個單位圖像元素以及將第二物質級賦予對應于相應的樹節點的每個第二物質區域的每個單位圖像元素。在進一步的實施方式中，不屬于任何區域但在隨后區域的識別處理期間被處理的每個剩余單位圖像元素被彼此分組作為潛在界面型元素。在另一個實施方式中，潛在界面型元素根據樹的拓撲信息被分成兩組，這兩組為非界面元素和界面型元素，界面型元素在樹的兩個連續節點之間。在又一實施方式中，所述方法進一步包括，對于每個區域生長的相應生成區域中不包括的每個剩余單位圖像元素而言根據相應的單位圖像元素與對應于樹節點的至少一個鄰近區域之間的距離確定至少一個鄰近參數；并根據相應的至少一個鄰近參數確定定義相應的單位圖像元素與相應級的溯源的至少一個溯源參數。所述方法進一步包括根據鄰近于對應于兩個連續節點的相應區域的相應單位圖像元素的相應溯源確定所述樹的兩個連續節點之間的界面類型；并根據所述樹的兩個連續節點之間的確定的界面類型來確定管狀結構的拓撲支撐的精確的評估。在又一實施方式中，根據從由相應單位圖像元素的密度基分布、相應單位圖像元素的分布及均勻性、感興趣結構的拓撲信息、及界面類型的形態參數構成的組中所選擇的至少一個附加參數，進一步執行所述樹的兩個連續節點之間的界面類型的確定。在進一步的實施方式中，根據精確評估來確定管狀結構的評估中線。在一個實施方式中，根據管狀結構的拓撲支撐的評估來確定管狀結構的評估中線。在一個實施方式中，所述樹的過濾包括將每個樹節點彼此順序鏈接。在一個實施方式中，所述樹包括至少一條主路徑和閉合回路和附加支路中的至少一條，所述樹的過濾包括從所述樹中去除閉合回路的至少一部分及至少一條附加支路。在一個實施方式中，根據與相應節點相關的每個不同區域的區域體積來執行去除。在一個實施方式中，管狀結構包括結腸的至少一部分。
在另一個實施方式中，管狀結構包括結腸的至少一部分，并且多個不同區域包括多個空氣型區域和多個標記物質型區域。在一個實施方式中，所述方法還包括向操作者顯示管狀結構的拓撲支撐的評估。在進一步的實施方式中，顯示包括在圖像數據中遮蔽管狀結構的周圍。根據另一方面，還公開了對用于確定評估結腸拓撲的管狀結構的拓撲支撐的評估的方法的使用。根據另一方面，還提供了用于根據感興趣結構的特性或特征來處理界面區域及所處理界面區域的隨后重構的方法和系統。在一個實施方式中，提供了用于根據結腸粘膜的特性處理界面區域和所處理區域的隨后重構的裝置。在一個實施方式中，提供了用于處理所述樹的兩個連續節點之間的界面型元素的
>J-U裝直。在另一個實施方式中，提供了用于在虛擬結腸鏡檢查中處理空氣型區域與標記型區域之間的界面型元素的裝置。在又一實施方式中，通過將值密度歸于與典型的結腸粘膜元素的界面元素不同的每個界面型元素來執行界面型元素的處理。在一個實施方式中，通過將空氣密度分配給每個界面型元素來執行界面型元素的處理。在另一實施方式中，在界面型元素處理之前，擴展界面型區域。在一個實施方式中，執行界面型區域的擴展，同時維持感興趣結構的實際拓撲。在另一個實施方式中，在界面型元素處理之后，根據感興趣區域結構的特性或特征重構所處理的界面型區域。在進一步的實施方式中，根據在擴展處理期間所收集的每個新元素的隱含信息(implicit information)來執行所處理的界面型區域的重構。表述“隱含”意味著不通過直接表達的任意的暗示或理解。例如，由于粘膜為包括未分割單位圖像元素的3D區域(SP，空氣與組織之間的界面區域)，所以其從未被直接表達，但是可以通過強度值的梯度場提取出諸如這個粘膜的正向場的隱含特征。在一個實施方式中，考慮屬于每個其他鄰近區域的每個元素的隱含信息，通過將密度值歸于每個界面型元素來執行處理區域的重構。在一個實施方式中，考慮對應于圍繞界面型區域的區域的所述區域的每個元素的隱含信息，通過將密度值歸于每個界面型元素來執行處理區域的重構。在又一實施方式中，通過考慮從鄰近區域元素的密度所確定的法向矢量所獲取的相對空間強度的隱含信息來執行將密度值歸于每個界面型元素。在一個實施方式中，隱含信息為梯度矢量場、矢量場、及密度基矢量場的其中一個或組合。在一個實施方式中，隱含信息為標量場(scalar field)、矢量場、及張量場的其中一個或組合。根據另一方面，也提供，用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統。該系統包括數據接收單元，用于接收表示管狀結構的圖像數據；放置單元，可操作地耦接至數據接收單元，用于在每個相應的區域中放置每個種子；處理單元，可操作地耦接至放置單元，用于執行每個區域生長；樹建立單元，可操作地耦接至處理單元，用于建立樹；以及過濾單元，可操作地耦接至樹建立單元，用于根據預定的拓撲參數過濾樹，從而確定管狀結構的拓撲支撐的評估。在一個實施方式中，該系統進一步包括顯示單元，可操作地耦接至過濾單元，用于顯示管狀結構的拓撲支撐的評估。根據另一方面，還提供其上記錄指令的機器可讀介質，指令用于執行確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法。根據另一方面，還提供了對根據先前所述方法確定管狀結構的拓撲支撐的評估進行交易的方法，其中，確定管狀結構的拓撲支撐的評估是收費的。
根據另一方面，還提供了對確定管狀結構的拓撲支撐的評估進行交易的方法，該方法包括接收圖像數據；執行先前所述的方法；通過收費提供管狀結構的拓撲支撐的評估。根據另一方面，還提供了對確定管狀結構的拓撲支撐的評估進行交易的方法，該方法包括由供應商將如先前所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統提供給第三方；操作該系統，其中，由第三方通過收費進行操作；并由第三方將收取的費用的至少一部分返還給供應商。可以通過幾種類型的圖像數據使用管狀結構的拓撲支撐的評估的確定方法，這具有很大的優勢。此外，在虛擬結腸鏡檢查的情況下，例如，即使在患者的結腸由于圖像獲取期間的痙攣和/或存在阻塞性腫瘤而衰退的情況下，也可以提供適當的結腸拓撲支撐的評估，這具有很大的優勢。此外，在虛擬結腸鏡檢查的情況下，由于2D穿越可視化可以被快速提供給操作者或醫生，所以該方法可以快速提供結腸的評估中線，這具有很大的優勢。表達“區域”指的是在同一小塊區域中彼此全部連續的一組鄰近單位圖像元素。依賴于所使用的圖像數據，區域可以是2D或3D的。表達“管狀結構”應該被理解為具有至少兩端的任何中空延長結構。


為了容易理解本發明，在附圖中利用實例圖解說明了本發明的實施方式。圖I是示出了根據本發明一個實施方式的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法的流程圖。圖2是示出了根據本發明的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法的另一實施方式的流程圖。圖3是示出了根據本發明的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法的另一實施方式的流程圖。圖4是根據本發明的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統的一個實施方式的框圖。圖5A示出了表示結腸的圖像數據的一部分。
圖5B示出了表示圖5A的圖像數據的一部分的3D5C示出了患者結腸的3D表示。圖6是示出了可以實現用于確定拓撲支撐的評估的方法的處理設備的實施方式的框圖。圖7A是示出了管狀結構的實施方式的示意圖。圖7B是示出了對應于圖7A所示的管狀結構的樹的示意圖。圖8A是示出了管狀結構的另一個實施方式的示意圖。圖8B是示出了對應于圖8A所示的管狀結構的樹的示意圖。圖9A是示出了管狀結構的另一個實施方式的示意圖。 圖9B是示出了對應于圖9A所示的管狀結構的樹的示意圖。圖10示出了根據一個實施方式如何執行其他鄰近區域的識別。圖11至圖15示出了根據實施方式的結腸粘膜的重構。通過下面所包括的詳細描述，本發明的另外的細節及其優勢將變得顯而易見。
具體實施例方式在實施方式的下面描述中，通過發明可實行的實例的圖解說明來進行對附圖的參考。可以理解，在不背離所公開的發明的范圍的情況下，可以制造或使用各種其他實施方式。本發明涉及用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法和系統，特別用于醫學圖像處理領域。縱觀本描述，將就虛擬結腸鏡檢查中評估結腸拓撲的具體應用方面描述所述方法，但相關技術人員將理解，該方法不限于該具體應用，并且可以考慮許多其他應用，當閱讀本描述時，這點將變得很顯而易見。就非限定性實例而言，本方法可以用在CT腸動掃描應用、用于檢測大動脈腹部動脈瘤的應用以及用于肺和腦動脈瘤虛擬內窺鏡檢查應用的虛擬內規鏡應用。相關技術人員將理解，例如，本發明用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法通常用于有利于諸如結腸癌篩查的解剖結構的隨后檢查。相關技術人員也將理解，該方法也適用于包括至少兩個相的解剖結構，例如，包括內壁及在其中延伸的多個空氣區域和標記排泄物區域的結腸結構。由于該方法不限于特定類型的圖像數據，所以其特別具有優勢。更適當地，該方法可以被用在不同類型的圖像數據組中，這點將在下面變得更加顯而易見。此外，可以既不依賴于圖像數據的嚴格預定值也不依賴于特定對比度來實現該方法，這點對于相關技術人員也將變得很顯而易見。當然，相關技術人員將會理解，上面所述的系統和方法由于可以通過作為非限定性實例的無準備(prepless)CT結腸鏡檢查、無灣藥的CT結腸鏡檢查、通過標記藥劑的溫和制劑CT結腸鏡檢查、以及通過標記用于CT結腸鏡檢查的殘余液體/大便的瀉藥制劑來使用，而特別具有優勢。對比通過低纖維飲食和大便標記所增強的例行程序和非準備(Unpapped)CT結腸鏡檢查來描述無準備CT結腸鏡檢查一項試驗性研究，Abraham H. Dachman andal, Abdom Imaging (2007) 32:96-104 ;無灣劑的 CT 結腸成像可行性研究，MatthewR. Callstrom, Radiology2001 ;219:693-698，并且還在無瀉劑腸道制劑的CT結腸成像情況的結腸腫瘤的 CAD 中，Marius George Linguraru 等，30th annual international IEEEEMBS Conference Vancouver, British Columbia, Canada, Auguest20_24, 2008。這些參考的全部內容結合于此作為參考。在使用虛擬結腸鏡檢查的無瀉藥大腸癌篩查試驗研發中描述了無瀉藥CT結腸鏡檢查可行性研究，Kristina T. Johnson, AJR : 188，2007年I月，p2936 ；CT結腸成像前作為清潔方法的膳食糞便標記初步結果-Polyp Detection and Patient Acceptance I,Philippe A. Lefere，Radiology 2002 ；224 :393-403 ;并且在通過糞便標記的無瀉藥 CT 結腸成像中有無電子大便減少的性能，C. Daniel Johnson, AJR : 190，2008年2月，P361-366。這些參考的內容都結合于此作為參考。在Sebastiaan Jensch and al，AJR :191，2008 年 7 月，P158-167 具有不同量的用于CT結腸鏡檢查的溫和瀉藥的四種治療方案(four regimen)的圖像質量和患者接受中描述了通過標記制劑的溫和制劑CT結腸成像，其全部內容結合于此作為參考。
在用于CT結腸鏡檢查的鋇基糞便標記的功效中描述了通過用于CT結腸鏡檢查的殘余液體/大便的標記的瀉藥制劑在韓國人口中使用高低密度鋇懸浮液之間的比較-初步的研究，Min Ju Kim 等，Korean J Radiol 10 (I)，2009 年二月，P25-33 ;在替代中:糞便標記，Philippe Lefere核Stefaan Gryspeerdt,虛擬結腸鏡檢查,斯普林格柏林海德堡，2006年，P35-49 ；以及在基于標記中，電子清潔CT結腸成像患者的舒適度和圖像的可讀性，Michael E. Zalis 等，Radiology :volume 239 : lnumber, 2006 年 4 月，P149-159。這些參考的每一個都結合于此作為參考。相關技術人員將理解，無瀉藥制劑可以涉及使用可具有潛在瀉藥副作用并且可以提供比僅標記制劑更好的殘留標記的碘。此外，相關技術人員將理解，所公開的方法能夠依賴于所使用的處理源來提供相對較快的周轉時間的管狀結構的評估。典型地，如在CT結腸鏡檢查中精確快速3D結腸分割，Dongqing Chen, RachidFahmi, Aly A. Farag, Robert L. Falk, and Gerald ff. Dryden, ISBI 2009p490_493 中所提及的一樣，相關方法在5分鐘至18分鐘之間采用每個數據組，并且對于在奔騰IV 2. 6GHz計算機上的512X512X440的單個CT掃描而言，本方法將在3分鐘至5分鐘內執行感興趣區域的拓撲定義，用于完成結腸癌篩查研究，其為可對比維度的兩個數據組并準備用于通過體積渲染的可視3D檢查。因此，本方法至少是當前相關技術方法兩倍快。圖5A至圖5C示出了表示管狀結構的圖像數據組的圖像500、圖解說明情況下的結腸、及評估的結腸拓撲502的實例。圖7A示出了包括內壁702和多個不同區域的管狀結構700的實例。在管狀結構700包括結腸或結腸的至少一部分情況下，內壁702可以包括結腸粘膜以及軟脂肪組織。在圖解說明的情況下，多個不同區域包括多個第一物質區域704 (也被稱作空氣型區域)和對應于標記排泄物區域的多個第二物質區域706 (也被稱作標記物質型區域)。縱觀本描述，表達“區域”指的是在同一小塊中全部彼此連續的一組鄰近單位圖像元素。依賴于所使用的圖像數據，區域可以為2D或3D。參照圖1，示出了根據一個實施方式的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法的流程圖。當閱讀本描述時將變得很顯而易見的是，用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法依賴于用于建立表示管狀結構的樹的給定步驟；所述樹包括表示在管狀結構中延伸的空氣區域和標記物質區域的連續的連續節點。現在，將參照圖I、圖7A及圖7B描述該方法的實施方式。根據處理步驟100，提供了表示管狀結構的圖像數據。作為非限定性實例，圖像數據可以包括相關技術中眾所周知的體積醫學圖像、體積斷層圖像、和/或多個平行連續圖像平面。在一個實施方式中，處理步驟100包括從CT掃描設備接收圖像數據。在另一個實施方式中，可以從磁共振成像(MRI)設備、正電子發射斷層掃描(PET)設備、X射線設備、超聲設備、或這些設備的任意組合中接收圖像數據。在另一個實施方式中，可以從數據庫中檢索圖像數據，甚至可以從諸如壓縮光盤的可讀介質或例如圖片歸檔及通信系統(PACS)中檢 索圖像數據。在一個實施方式中，圖像數據包括多個單位圖像元素，例如，像素或體像素。然而，相關技術人員將理解，表達“單位圖像元素”不限于像素或體像素，而應該被理解為包括任何同質元素、圖像或顯示面上的點或圓點、幾何元素、網絡網格、網格面、或者強度、顏色、或其他參數與其他強度、顏色或其他參數分別相關聯的頂點。再次參照圖1，根據處理步驟110，初始種子被放置在從多個不同區域之一中選擇的初始區域中。在圖7A所示的示例性實施方式中，初始種子Xe被放置在初始區域Al中。在優選實施方式中，在初始種子被放置在初始區域之前，首先選擇初始區域。在一個實施方式中，由操作者手動執行初始區域的選擇。可替換地，在另一個實施方式中，自動執行初始區域的選擇。相關技術人員將理解，可以根據各種參數執行初始區域的自動選擇，例如，在 Iordanescu G. Pickhardt PJ, Choi JR, Summers RM, Automated Seed placementfor colon segmentation in computed tomography, Acad Radiol.,2005 Feb ；12 (2):182-90中所描述的那樣。在優選實施方式中，初始區域被選擇鄰居管狀結構的端部，其將在下面變得顯而易見。在圖7A所示的示例性實施方式中，被選擇的初始區域靠近結腸的盲腸延伸。再次參照圖1，根據處理步驟120，執行初始區域生長，直到初始生成區域包括至少一部分內壁和對應于多個不同區域之一的鄰近區域的至少一部分。在優選實施方式中，從第一物質區域之一中選擇初始區域，同時從第二物質區域之一中選擇鄰近區域。換句話說，如后文將被更詳細描述的那樣，從兩種類型區域之一中替換地選擇所考慮的區域。在優選實施方式中，執行初始區域生長，直到初始生成區域進一步包括管狀結構的內壁的外周的至少一部分。換句話說，選擇初始區域，隨后，還選擇緊鄰區域，直到生成區域也包括管狀結構的內壁的一部分外周。相關技術人員將理解，在管狀結構包括結腸或其一部分的情況下，管狀結構的內壁的外周可以包括軟脂肪組織、肌肉、骨骼、或其他鄰近結構的一部分，例如，小腸的一部分。
在進一步實施方式中，執行初始區域生長，直到初始生成區域包括整個初始區域。相關技術人員將理解，在區域生長的現有應用中，以均勻性為基礎根據迭代處理對同一區域的單位圖像元素分組，從而將圖像數據的選擇部分分割成感興趣的不同區域。在這些先前技術應用中，區域生長被用于從其他區域中提取出一個特殊區域。例如，在號為US 2002/0193687并且題目為虛擬內窺鏡檢查的自動分析的美國專利申請公布中，區域生長被解釋如下使用三維區域生長技術和初始靜態閾值來分割感興趣的區域。所選擇的閾值應接近通過包括周圍結構作為感興趣區域的部分來選擇并且無分割程序失敗的最大閾值。相關技術人員當閱讀本說明書時將理解，在本應用中，區域生長不被用于提取特殊區域而將圖像分割成不同的感興趣區域的目的。相反，區域生長被用于選擇相應種子周圍的圖像部分。如先前所述，通過區域生長所獲取的生成區域應包括幾種類型的區域部分。相關技術人員也將理解，可以對體積圖像數據執行緊鄰的選擇。因此，應該理解， 生成區域可以為針對多個連續的二維圖像所獲取的三維體積。再次參照圖1，根據處理步驟130，開始包括對應于初始區域的初始樹節點的樹708.在圖7A和圖7B所示的示例性實施方式中，以初始樹節點Al開始樹。再次參照圖1，并如下面更詳細描述一樣，對在處理步驟120中所發現的每個鄰近區域執行處理步驟140、150、及160。當然，根據處理步驟140，隨后的種子被放置在先前所發現的鄰近區域中。根據處理步驟150，執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域包括內壁的至少一部分和附加鄰近區域的至少一部分。在優選實施方式中，在處理步驟150中，附加鄰近區域被選擇為使得鄰近區域和附加鄰近區域的每一個都分別屬于多個第一物質區域和多個第二物質區域中的相應的一個。換句話說，如前所述，所考慮的區域通過其相應類型被替換選擇。在優選實施方式中，執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域進一步包括管狀結構的內壁的外周的至少一部分。在進一步的優選實施方式中，執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域包括整個鄰近區域。在一個實施方式中，如圖10所示，通過定義比初始生成區域的區域生長更受關注的區域的特性的處理，通過掃描圖像數據的鄰近部分來執行附加鄰近區域的識別。相關技術人員將理解，可以使用區域生長或光線投射(raycast)處理。根據處理步驟160，將對應于鄰近區域的樹節點添加至樹。再次參照圖1，對在處理步驟150中所發現的每個附加鄰近區域執行處理步驟140、150 及 160.在一個實施方式中，如圖10所示，區域生長的執行展示了能夠處理潛在屬于該區域的單位圖像元素的給定參數的球。在進一步的實施方式中，通過展示具有比在區域生長(能夠處理潛在屬于給定區域的單位圖像元素)中所包括的球直徑更大的給定參數的球的區域生長，來進行潛在的隨后區域的識別。
在又一實施方式中，潛在的隨后區域的掃描識別用于區域的隨后區域生長的補充種子。在進一步的實施方式中，補充種子的識別以基于密度的標準、以相同密度基標準為特性的元素數、或其組合為基礎，由于其能夠阻止考慮人造元素，所以具有很大的優勢。在一個實施方式中，隨后補充種子的識別引起屬于已經處理區域的種子元素的識另IJ，在已經處理的區域中，僅拓撲信息被保留并被添加至樹，從而防止這些種子的隨后區域生長。在圖7A和圖7B所圖解說明的示例性實施方式中，一旦初始樹節點A1已經被添加在樹中，則相應種子被放置在區域A1的鄰近區域中，即，區 域Talpl^TbrtaJpT2、及Tga_并且相應的樹節點
Talpha、Tbeta、
Ti、T2、及Tgamma被添加至樹。隨后，如果需要，則為了發現還沒有被考慮的其他鄰近區域，反過來考慮這些上述區域的每一個。例如，一旦樹節點T1已經被添加在樹中，則發現對應于相鄰小腸部分的區域SB1，并且相應的節點SB1被添加在樹中。一旦每個發現的鄰近區域都已經經受了處理步驟140、150、及160，則根據處理步驟170，根據預定拓撲參數來過濾樹，從而確定管狀結構的拓撲支撐的評估。在一個實施方式中，樹的過濾包括將每個樹節點一個接一個地順次鏈接。在進一步的實施方式中，如下面將詳細說明的一樣，可以從樹中消除與具有預定值以下的面積和體積的區域相對應的死支路和節點。死支路被定義為不能被用于在管狀結構的兩端之間提供連續路徑的樹的一部分，這點將在下面顯而易見。仍在進一步的實施方式中，也可以從樹中去除肯定屬于一結構的樹的部分，該結構不屬于感興趣的管狀結構(諸如骨骼結構)。當然，對應于骨骼部分的節點可以已經包括在樹中。然而，相關技術人員將理解，可以執行骨骼去除，如在Automaticvessel extraction by patient motion correction and bone removal in brain CTangiography, Helen Hong and al, international Congress Series Volume 1281, May2005, Pages 369-374所描述的一樣。相關技術人員也將理解,可以考慮其他各種方法。在一個實施方式中，預定拓撲參數可以以管狀結構的眾所周知的拓撲為基礎。例如，管狀結構包括其兩端之間的連續路徑，并且管狀結構不包括回路部分。在這點上，可以獲取管狀結構的拓撲支撐的粗略評估。在圖7A和圖7B所示的實施方式中，一旦節點已經被一個接一個地鏈接，則單個的連續路徑在直腸與盲腸之間延伸。因此，相關技術人員將理解，這個路徑可以表示管狀結構的拓撲支撐的粗略評估。此外，由于樹的其他支路可以不被用于發現連續路徑，所以它們可以從樹中被隨意去除。在一個實施方式中，如后文將要詳細描述的，一旦已經確定了管狀結構的拓撲支撐的評估，則隨后可以確定管狀結構的評估中線。在一個實施方式中，連續路徑的每個區域的中心可以被用于粗略地評估中線。然而，相關技術人員將理解，各種其他手段可以被用于提供中線的粗略評估。例如，如在骨架化及其應用，Kdlmdn Palagyi, Dept. Image Processing & Computer Graphics Universityof Szeged, Hungary, Summer School on Image Processing SSIP 2009 中所描述的那樣，可以使用區域的拓撲細化或通過沃羅努瓦圖從區域的粗略分割中提取的中線。如相關技術人員眾所周知的那樣，也可以使用包含水平組處理或基于距離的骨架化的其他方法。在進一步的實施方式中，如隨后也將被詳細描述的那樣，管狀結構的拓撲支撐的評估隨后可以被顯示給操作者。現在，參照圖2，在優選實施方式中，可以使用第二初始種子。當然，如圖7A所示，為了確保已經考慮了全部管狀結構，在優選實施方式中，有利地使用兩個初始種子，靠近管狀結構的第一端的第一種子，并且靠近管狀結構的第二端的第二種子。在管狀結構為結腸的情況下，兩個初始種子被放置在盲腸和直腸附近。由此，發現對應于兩個初始種子的兩個節點之間的連續路徑可以確保已經完整考慮了管狀結構，這具有很大的優勢。
在圖7A所示的示例性實施方式中，第二初始種子Xr被放置在直腸中。由于在對應于兩個初始種子的兩個節點之間存在連續路徑，所以這個連續路徑可以代表整個管狀結構的拓撲支撐，如將在下面詳細描述的那樣。因此，仍參照圖2，并根據處理步驟200，補充初始種子被放置在從相應區域之一中所選擇的補充初始區域中。相關技術人員將理解，在一個實施方式中，有利的是，與初始種子相關聯的處理步驟平行地執行與補充初始種子相關聯的處理步驟。可替換地，這兩個處理可以被順序地執行。在優選實施方式中，在補充初始種子被放置在補充初始區域之前，類似于處理步驟110的初始區域，首選選擇補充初始區域。在一個實施方式中，由操作者手動執行補充初始區域的選擇。可替換地，在另一個實施方式中，自動執行補充初始區域的選擇。在虛擬結腸鏡檢查的情況下，在一個實施方式中，可以通過根據圖像數據的全局直方圖來評估空氣型元素的體積并考慮人體形態學(例如，當面向患者時，降結腸在患者的右側腹部，并對應于拉長的空氣包)來執行任意補充種子的自動選擇。同時，可以根據臀部形態學并查找鄰近于直腸的顯著空氣包來識別乙狀結腸(在多數情況下，位于圖像數據組的“底部”位置)。這兩種方法不是限定性的，并且任何領域的相關技術人員將理解，在不背離本發明的的范圍的情況下，這種形態學方法可以有很多種。相關技術人員將理解，在進一步的實施方式中，可以同時使用多個補充種子，同時由此建立每個相應的樹。相關技術人員也將理解，在一個實施方式中，為了不選擇已包括在其中一個樹中的區域，可以使用補充種子的選擇規則。在優選實施方式中，如先前所述，被選擇的初始區域靠近管狀結構的一端延伸。仍在優選實施方式中，所選擇的補充初始區域靠近管狀結構的另一端延伸。如前所述，在圖7A所示的實例中，所選擇的初始區域靠近結腸的盲腸延伸，同時所選擇的補充初始區域靠近結腸的直腸延伸。根據處理步驟210，執行補充初始區域生長，直到補充初始生成區域包括內壁的至少一部分和與多個不同區域之一對應的補充鄰近區域的至少一部分。根據處理步驟220，開始包括對應于補充初始區域的初始樹節點的補充樹。再次參照圖2并如下面更詳細描述的那樣，對在處理步驟220中所發現的每個補充鄰近區域執行處理步驟230、240、及250。當然，根據處理步驟230，補充隨后種子被放置在相應的補充鄰近區域中。
根據處理步驟240，執行相應的補充隨后區域生長，直到補充隨后生成區域包括內壁的至少一部分和補充附加鄰近區域的至少一部分。根據處理步驟250，對應于補充鄰近區域的樹節點被添加至補充樹中。再次參考圖2，針對在處理步驟240中所發現的每個補充附加鄰近區域執行處理步驟 230、240、及 250。一旦所發現的每個補充鄰近區域都經受了處理步驟230、240、及250，則根據處理步驟260，補充樹與樹被分組。在一個實施方式中，補充樹和樹的分組可以包括在對應于相同區域的每個樹中發現至少一個節點并根據這個共用節點合并兩個樹。然而，相關技術人員將理解，如下面將進行詳細描述的，可以考慮將樹一起分組的各種其他處理程序。根據處理步驟270，隨后可以根據預定拓撲參數來過濾樹，從而確定管狀結構的拓
相關技術人員將理解，對于結腸拓撲支撐確定的具體應用而言，可以使用至少一個輔助種子。當然，在某些情況下，例如，由于在圖像獲取期間的神經性痙攣和/或阻塞性腫瘤的存在，所以患者檢查下的結腸可能會衰退。當結腸衰退時，其內壁可能阻塞盲腸與直腸之間的通道。隨后，結腸內的體積被分割成多個基于管狀的部分，并且上文參照圖I所描述的方法不會提供用于結腸整體長度的所評估的拓撲支撐，下文中將被詳細描述。在這種情況下，相應數目的輔助種子可以被用于將相應樹節點添加至樹，直到樹包括對應于每個初始種子和補充初始種子的樹節點之間的至少一個連續通路為止。在一個實施方式中，對于每個輔助種子建立相應的輔助樹，隨后，輔助樹被分組至樹。相關技術人員也將理解，在管狀結構包括多余兩個的端部的情況下，可以使用這種輔助種子。在這種情況下，為了確保已經考慮到全部的結構，可以有利地使用用于管狀結構的每端的相應初始種子。在虛擬結腸鏡檢查的情況下，在一個實施方式中，結腸的形態學參數可以被用于放置輔助種子。例如，由于結腸為連續伸長結構，輔助種子可以被放置在樹或輔助樹的空間延長部分。如先前所述，在這點上，可以獲取結腸的拓撲支撐的粗略評估。相關技術人員將理解，不用分割任何區域，就已經獲取了這個粗略估計，其具有很大的優勢，將在下面變得更加顯而易見。相關技術人員將理解，這個粗略的估計可以被用于提供管狀結構的粗略中線，其具有很大的優勢。當然，根據這個粗略中線，可以提供2D穿越可視化。換句話說，可以根據所獲取的粗略中線屏蔽不感興趣的全部圖像部分。由于操作者可以以更方便的方式檢查圖像數據，不會受不感興趣的圖像的其他區域干擾，所以具有很大的優勢。由于其可以大大加快操作者檢查圖像的速度同時減少檢查圖像所通常需要的培訓，所以其具有特別大的優勢。對于會被相同圖像的不同部分中的殘余標記液體或由于僅命名了一些圖像不同部分的主要病變存在而被干擾的讀者而言，這種方法具有很大的價值。相關技術人員也將理解，也可以提供使用體積渲染處理的3D穿越可視化。如先前所說明的一樣，已經獲取的管狀結構的拓撲支撐的粗略評估以結腸內存在空氣型區域和標記型區域的交替并在盲腸與直腸之間延伸以及這樣的交替幫助了確定拓撲支撐的事實為基礎。因此，在上述方法中，空氣型區域與標記型區域之間的界面和空氣型區域或標記型區域與結腸組織之間的界面已經不被使用或不被考慮用于提供粗略評估。相關技術人員將理解，典型地，在這些界面處，主要由于不同類型區域可以包括未標識或不均質標識的排泄物，所以它們的識別會很困難。在所述方法的優選實施方式中，可以進一步獲取結腸拓撲支撐的精確評估。通過定義每個感興趣界面(即，對應于樹的兩個連續節點之間延伸的支路的界面)的屬性或分類獲取這種精確評估。實際上，如此后詳細描述的那樣，一旦感興趣界面已經被定義為空氣型區域-標記型區域界面或具有結腸組織的界面，則可以改進樹的過濾。現在，參照圖3，現在將描述方法的進一步的實施方式。在這個實施方式中，可以確定管狀結構的拓撲支撐的精確評估。如下文中將被相關技術人員理解一樣，在這個實施方 式中，各種類型界面可以被識別和分類，進一步精確拓撲支撐的評估。因此，根據處理步驟300，一旦已經獲取了樹，則用于對應于相應樹節點的每個區域的每個單位元素的相應分類被確定。換句話說，一旦在處理步驟120、150、210、或240期間一個區域已經被確定為第一物質型區域或第二物質型區域，則這個區域的每個單位圖像元素被視為屬于這種類型的區域。在一個實施方式中，類別的確定包括為對應于相應樹節點的每個第一物質區域的每個單位圖像元素賦予第一物質類別并為對應于相應樹節點的每個第二物質區域的每個單位元素賦予第二物質類別。在結腸拓撲評估的具體應用中，相應單位圖像元素已經被“分類”為屬于空氣型區域或標記型區域。在這點上，還沒有被考慮的剩余單位元素屬于空氣區域-標記區域界面或與結腸組織連接的界面。為了提供在樹的兩個連續節點之間延伸的界面類型的識別，可以執行進一步的處理步驟。一旦感興趣的界面被適當識別，則可以提供拓撲支撐的精確評估，當閱讀隨后的描述時，對于相關技術人員將變得更加顯而易見。再次參照圖3，為了識別每個感興趣界面的類型，如下面詳細描述一樣，對于在每個區域生長的相應生成區域中所包括的每個剩余單位圖像元素可以執行處理步驟310和320。根據處理步驟310，根據相應的單位圖像元素與對應于樹節點的至少一個鄰近區域之間的距離，確定每個感興趣的單位圖像元素的至少一個接近參數。相關技術人員將理解，由于不依賴于分割處理或定量參數，而是依賴于定性參數，所以使用接近參數具有優勢。在一個實施方式中，為了考慮感興趣的單位圖像元素與在其周圍延伸的每個區域之間的每個距離，可以使用多個接近參數。根據處理步驟320，將相應單位圖像元素的聯系定義為相應分類的至少一個聯系參數(affiliation parameter)根據相應的至少一個接近參數被確定。相關技術人員將理解，由于其不會替換或修改圖像數據，所以聯系參數的確定具有優勢。在一個實施方式中，可以根據各種附加參數確定單位圖像元素的聯系關系。例如，可以考慮圍繞所選擇的單位圖像元素的鄰近區域的形態和形狀以及管狀結構的整體拓撲。在進一步的實施方式中，這種形態參數的其中一個將充分利用身體語言的事實，殘余液體將如任意其他液體一樣具有使其表面平坦的趨勢。認識到大的平坦區域不可能描述諸如內腔的中空器官，可以為大的微分器(differentiator)來將標記/空氣界面(水平面為殘余標記液體的上部)特征化。對每個感興趣的單位圖像元素執行處理步驟310和320，及，這些便于感興趣界面的識別。一旦每個感興趣的單位圖像元素已經經受了處理步驟310和320，則根據處理步驟330，根據鄰近對應于兩個連續節點的相應區域的相應單位圖像元素的相應聯系來確定樹的兩個連續節點之間的界面類型。在一個實施方式中，根據從由相應單位圖像元素的密度基分布、相應單位圖像元 素的分布基均勻性、感興趣結構的拓撲信息、及界面類型的形態參數構成的組中所選擇的至少一個附加參數進一步執行兩個連續節點之間的界面類型的確定。相關技術人員將理解，表達“基于密度的分布”應該被理解為包括密度分布、其衍生形式、以及其任意的組合。類似地，表達“基于分布的均勻性”應該被理解為包括分布均勻性、其衍生形式、以及其任意組合。當然，感興趣界面的單位圖像元素的特定密度分布和分布均勻性可以被用于確定界面類型，如發布號為W0/2007/048091、題目為用于計算斷層結腸鏡檢查圖像的數字清潔的結構分析系統、方法、軟件排列、及計算機可訪問介質的PCT申請中所描述的那樣。值得注意的是，在PCT申請中沒有討論管狀結構的接近參數和拓撲知識。另外，也應該考慮感興趣界面的形態。例如，可以考慮感興趣界面的厚度和體積。此外，諸如平面形狀或展開形狀的界面形狀也特別有用。在一個實施方式中，不屬于任意區域但在隨后區域的識別處理期間被處理的每個剩余單位圖像元素與其他單位圖像元素一起被分組為潛在的界面型元素。在另一個實施方式中，根據樹的拓撲信息將潛在界面類型元素分成兩組，這兩組為非界面元素和界面型元素，界面型元素在樹的兩個連續節點之間。再次參照圖3，根據處理步驟340，根據樹的兩個連續節點之間確定的界面類型來確定管狀結構的拓撲支撐的精確評估。相關技術人員將理解，在先前所描述的實施方式中，由于樹節點之間的界面類型而增強了樹的過濾。在一個實施方式中，如前所述，樹的過濾可以包括一個接一個地順次鏈接每個樹節點。隨后，樹通常包括至少一條主路徑及最終的閉合回路和附加支路的至少一個。在一個實施方式中，通過去除閉合回路的一部分和至少一個附加支路的至少之一(通常為死支路)來過濾樹。在優選實施方式中，從樹中去除不能被用于提供管狀結構的兩個末端之間的連續通路的死支路(若有的話)。在進一步的實施方式中，通過去除其第一節點與具有低于定義值的區域體積的區域相關的閉合回路(若有的話)來進一步過濾樹。換句話說，可以從樹中去除更小的區域，通常為與結腸內壁反向延伸而不會占據結腸整個截面的標記區域。當然，如果小標記區域為閉合回路的一部分的第一節點，則其可以為對應于結腸外部區域的樹部分的一部分，例如，小腸部或骨骼。如圖8A 圖9B中所圖解說明及如下所詳細說明的一樣，其也可能為在結腸中延伸的兩個區域之間不正確的捷徑。當然，在圖7B中，如先前所述，由于包括節點SBl的支路對應于死支路，所以其可以被去除。在圖8B中，如圖8A所圖解說明的一樣，由于相應的界面Tl-Al應該被識別為在軟組織中延伸，所以可以去除包括節點Tl的閉合部分。在圖9A和圖9B中，相關技術人員將理解，界面的分類可以幫助選擇區域Al和Tl之間的便捷路徑。在優選實施方式中，根據拓撲支撐的精確評估確定管狀結構的精確評估中線。相關技術人員將理解，由于管狀結構的中線可以被充分仿射從而能夠便于結構觀 察，所以這個實施方式特別受關注。在一個實施方式中，精確評估中線可以與圖像數據一起被提供給用于3D可視化的體積渲染引擎。在進一步的實施方式中，圖像數據可以經受先前的電子清潔處理程序，用于去除標記物質區域。在通過相同申請人聯合申請、名為“在虛擬內窺鏡檢查中用于過濾圖像數據的方法和系統及其使用”的PCT申請中公開了這種電子清潔處理程序，該說明書結合于此作為參考。相關技術人員將理解，在一個實施方式中，根據所提供的圖像數據的類型來執行初始區域生長，可以確定用于第一物質區域的第一物質閾值和用于第二物質區域的第二物質閾值。根據另一方面，一旦已經執行了結構的拓撲，則如圖11至圖15所圖解說明的一樣，可以處理界面區域，并且可以執行根據感興趣結構特性或特征的處理界面區域的隨后重構。在一個實施方式中，提供用于處理界面區域和和根據結腸粘膜的特性的處理區域的隨后重構的裝置。在一個實施方式中，提供了用于處理樹的兩個連續節點之間的界面類型元素的裝置。在另一個實施方式中，提供了虛擬結腸鏡檢查中用于處理空氣型區域與標記型區域之間的界面型元素的裝置。在又一實施方式中，通過將值密度歸于與典型結腸粘膜元素不同的每個界面型元素，來執行界面型元素的處理。例如，在一個實施方式中，通過將空氣密度歸于每個界面型元素來執行界面型元素的處理。相關技術人員將理解，可以選擇其他值，諸如低于空氣型區域值的值。在進一步的實施方式中，在界面型元素的處理前，界面型區域被擴展。在一個實施方式中，執行界面型區域的擴展，同時維持感興趣結構的實際拓撲。在另一個實施方式中，界面型元素處理后，進行根據感興趣結構的特性或特征的處理的界面型區域的重構。在進一步的實施方式中，根據在擴展處理期間所收集的每個新元素的隱含信息來執行所處理界面型區域的重構。值得提出，表達“隱含”意味著通過非直接表達的任意暗示或理解。例如，由于粘膜為包括未被分割的單位圖像元素(即，空氣與組織之間的界面區域)的3D區域，所以其從未被直接表達，但是可以通過強度值的梯度場提取出隱含特征，諸如這個粘膜的正向場。在一個實施方式中，考慮屬于每個其他鄰近區域的每個元素的隱含信息，通過將密度值歸于每個界面型元素來執行所處理區域的重構。在一個實施方式中，考慮對應于界面型區域周圍的區域的多個區域的每個元素的隱含信息，通過將密度值歸于每個界面型元素來執行所處理區域的重構。在另一實施方式中，通過考慮通過鄰近區域元素的密度所確定的正向矢量所獲取的相對空間強度的隱含信息來執行密度值對于每個界面型元素的歸因。在一個實施方式中，隱含信息為梯度矢量場、矢量場、密度基矢量場的其中一個或組合。在另一個實施方式中，隱含信息為標量場、矢量場、及張量場的其中一個或組合。 再次參照圖11至圖15，將詳細描述根據隱含信息的處理。在一個實施方式中，可以執行給定界面的鄰近區域與通過界面所連接的兩個不同區域的鄰近區域的交叉隔離。界面鄰近區域的這個隔離部被稱作重構支撐。隱含幾何特征可以被提取，提供關于界面區域的非常限定支撐行為的信息用于重構。通用特征為根據圖像元素強度梯度的隱含正向量場。相關技術人員將理解，這種隱含信息允許界面型區域中每個單位圖像元素的重構，但是特別對于虛擬結腸鏡檢查的特殊情況下結腸粘膜周圍的區域感興趣。每個界面元素屬于目標區域(空氣)的可能性可以被計算。為了將給出的隱含特征的連續性最大化，計算這種可能性或聯系。在正向量場的情況下，每個體像素的聯系以通過用于重構的給定體像素的中心及支撐鄰近體像素的中心所形成的矢量；以及在支撐鄰近體像素的隱含正向矢量的投影強度為基礎。界面區域的強度值根據它們的聯系在目標區域與支撐區域的分布之間被重構。圖15示出了為了防止由于感興趣的精確拓撲的保存而在結腸中產生切割潛在皺褶可以如何處理鄰近界面，其在經常切割皺褶的先前相關技術方面具有很大的優勢。根據另一方面，還提供了用于提供管狀結構的拓撲支撐的評估的系統。參照圖4，示出了這個系統的實施方式。系統400包括數據接收單元402，用于接收管狀結構典型的圖像數據404.系統400也包括放置單元406，可操作地耦接至數據接收單元402，用于將每個種子放置在每個相應區域。放置單元406從數據接收單元402接收圖像數據404，并提供所選擇的區域408.在一個實施方式中，如先前詳細描述的一樣，放置單元406包括一個模塊(沒有示出)，用于為了放置兩個初始種子而識別鄰近于管狀結構的端部的初始區域。在另一個實施方式中，系統400可以包括可選用戶界面410，可操作地連接至放置單元406，用于提供種子放置參數412，從而為操作者提供用于輔助放置初始種子的裝置。在優選實施方式中，用戶界面410被省略，并且種子被自動放置，而沒有操作者的任何介入。系統400包括處理單元，可操作地耦接至放置單元406，用于執行每個區域生長。處理單元414從放置單元406接收選擇區域408，并提供節點數據416。相關技術人員將理解，處理單元414也將下一個區域數據418提供給放置單元406，用于將隨后的種子放置在相應區域，直到已經考慮了每個感興趣的區域。系統400包括樹建立單元420，可操作地耦接至處理單元414，用于建立樹。樹建立單元420從處理單元414接收節點數據416，并響應于此提供樹數據422。系統400包括過濾單元424，可操作地耦接至樹建立單元420，用于根據預定拓撲參數過濾樹，從而確定管狀結構的拓撲支撐的評估。過濾單元424從樹建立單元420接收樹數據422，并響應于此提供評估數據426.在一個實施方式中，可選用戶界面410被可操作地連接至過濾單元424，用于提供過濾數據428，從而為操作者提供用于輔助過濾樹的裝置。在優選實施方式中，用戶界面410被省略，并且樹被自動地過濾，而沒有操作者的任何干擾。再次參照圖4，在一個實施方式中，系統可以還包括可選顯示單元430，可操作地耦接至過濾單元424，用于接收評估數據426，并顯示管狀結構的拓撲支撐的評估。在進一 步的實施方式中，用戶界面410可以可操作地連接至顯示單元430，用于提供顯示參數432.在沒有被圖解說明的另一個進一步的實施方式中，系統400可以進一步包括傳輸單元，耦接至過濾單元424，用于將評估數據426傳輸至用于異常性檢測的計算機輔助檢測單元(沒有示出)，或用于異常性診斷的計算機輔助診斷單元(沒有示出)。傳輸單元可以包括無線模塊(沒有示出)，用于提供評估數據426的無線傳輸。相關技術人員將理解，在不背離本申請的范圍的前提下，可以使用根據各種協議的無線模塊來傳輸評估數據。相關技術人員也將理解，可以使用有線傳輸。在一個實施方式中，使用互聯網執行傳輸。如先前所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統由于其可以遠程處理數據而具有很大的優勢。當然，可以在配備了成像設備的診所或醫院的前提下獲取圖像數據，通過公共或私人數據網絡將圖像數據發送至遠程處理中心，并在處理中心處被處理。隨后，所評估的數據可以被發送至診所或醫院，用于給定醫生的可視化分析。可選地，相關技術人員將理解，所述系統可以集成至成像設備，或被可操作地連接至其上。相關技術人員也將理解，在一個實施方式中，用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法可被嵌入在處理設備上運行的計算機程序中。計算機程序可以包括被記錄在機器可讀介質上的指令，用于執行確定拓撲支撐的評估的上述方法。根據另一方面，還提供了根據先前所述方法確定管狀結構的拓撲支撐的評估的交易方法。在一個實施方式中，通過收費確定管狀結構的拓撲支撐的評估。在另一個實施方式中，交易方法包括接收圖像數據；執行先前所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法；并通過收費提供管狀結構的拓撲支撐的評估。在另一個實施方式中，確定管狀結構的拓撲支撐的評估的交易方法包括由供應商將如先前所述用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統提供給第三方；對系統操作，其中，由第三方通過收費進行操作；并將收取的費用中的至少一部分返還給供應商。將可以理解，可以由系統自身操作此處所描述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統。可替換地，可以由第三方收費操作所述系統。在一個實施方式中，收費可以為收入的份額，同時在替換實施方式中，收費可以包括固定費用。
現在，參照圖6，示出了處理設備600的實施方式，其中，可以優勢地使用用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法。處理設備600包括中央處理單元602、I/O設備604、網絡接口電路608、數據總線606、及存儲器610。中央處理單元602、I/O設備604、網絡接口電路608、及存儲器610通過使用數據總線606可操作地耦接。具體而言，中央處理器602用于處理數據指令。網絡接口電路608用于通過數據網絡(沒有示出)將處理設備600可操作地連接至另一個處理設備(沒有示出)。相關技術人員將理解，可以提供網絡接口電路608的各種實施方式。此外，相關技術人員也將理解，可以根據諸如例如TCP/IP的各種通信協議操作網絡接口電路608.I/O設備604被用于使用戶能與處理設備600互動。相關技術人員將理解，可以使用I/O設備604的各種實施方式。例如，I/O設備604可以包括鍵盤、屏幕、及鼠標的至少 其中一個。相關技術人員將理解，可以提供數據總線606的各種實施方式。也將理解，可以提供存儲器610的各種實施方式。此外，將理解，在一個實施方式中，存儲器610可被用于存儲操作系統612、用于確定管狀結構614的拓撲支撐的評估的模塊、以及用于操作用于確定管狀結構614的拓撲支撐的評估的模塊的數據庫616。相關技術人員將理解，操作系統612被用于管理中央處理單元602、I/O設備604、網絡接口電路608、數據總線606、及存儲器610之間的相互作用。盡管上面的描述涉及發明者當前預期的特定優選實施方式，但是應理解的是，在廣義方面，本發明包括本文所描述的元素的機械和功能等價物。例如，所述方法可以應用于不同人的解剖結構及動物結構的檢查。
權利要求
1.一種用于確定包括內壁和多個不同區域的管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，所述方法包括 a)獲取表示所述管狀結構的圖像數據； b)將初始種子放置在從所述多個不同區域之一選擇的初始區域中； c)執行所述初始區域生長，直到初始生成區域包括所述內壁的至少一部分和對應于所述多個不同區域之一的鄰近區域的至少一部分； d)創建包含對應于所述初始區域的初始樹節點的樹； e)對于每個鄰近區域 將隨后的種子放置在所述鄰近區域中； 執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域包括所述內壁的至少一部分和附加鄰近區域的至少一部分；并且 將對應于所述鄰近區域的樹節點添加至所述樹中； f)對每個所述附加鄰近區域執行處理步驟e);以及 g)根據預定拓撲參數過濾所述樹，從而確定所述管狀結構的所述拓撲支撐的所述評估。
2.根據權利要求I所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述獲取包括從CT掃描設備接收所述圖像數據。
3.根據權利要求I所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述獲取所述圖像數據包括從由磁共振成像(MRI)設備、正電子發射斷層掃描(PET)設備、X射線設備、超聲設備、及其任意組合構成的組中選擇的設備接收所述圖像數據。
4.根據權利要求I所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，從由體積醫學圖像數據、體積斷層圖像數據、及一組平行連續的圖像平面構成的組中選擇所述圖像數據。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述圖像數據表示解剖結構。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述圖像數據包括從由像素和體像素構成的組中選擇的多個單位圖像元素。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述多個不同區域包括多個第一物質區域和多個第二物質區域。
8.根據權利要求7所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述放置初始種子包括從所述多個第一物質區域之一中選擇所述初始區域，其中，所述執行初始區域生長包括從所述多個第二物質區域之一中選擇所述鄰近區域。
9.根據權利要求8所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，在所述執行相應的隨后區域生長中，選擇所述附加鄰近區域，使得所述鄰近區域和所述附加鄰近區域中的每一個分別屬于所述多個第一物質區域和所述多個第二物質區域中的相應的一個。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述執行初始區域生長被執行得直到所述初始生成區域進一步包括所述管狀結構的所述內壁的外周的至少一部分。
11.根據權利要求I至10中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述執行相應的隨后區域生長被執行得直到所述隨后生成區域進一步包括所述管狀結構的所述內壁的外周的至少一部分。
12.根據權利要求I至11中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述執行初始區域生長被執行得直到所述初始生成區域包括所述初始區域。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述執行相應的隨后區域生長被執行得直到所述隨后生成區域包括所述鄰近區域。
14.根據權利要求7至9中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括在所述執行初始區域生長之前，確定用于所述第一物質區域的第一物質閾值和用于所述第二物質區域的第二物質閾值。
15.根據權利要求I至14中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括 i)將補充初始種子放置在從相應的區域之一選擇的補充初始區域中； ii)執行補充初始區域生長，直到補充初始生成區域包括所述內壁的至少一部分和對應于所述多個不同區域之一的補充鄰近區域的至少一部分； iii)創建包括對應于所述補充初始區域的初始樹節點的補充樹； iv)對于每個補充鄰近區域 將補充隨后種子放置在所述補充鄰近區域中； 執行相應的補充隨后區域生長，直到補充隨后生成區域包括所述內壁的至少一部分和補充附加鄰近區域的至少一部分；以及 將對應于所述補充鄰近區域的樹節點添加至所述補充樹中； V)對每個所述補充附加鄰近區域執行處理步驟iv);以及 vi)將所述補充樹歸組至所述樹。
16.根據權利要求I至15中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括在所述將初始種子放置在初始區域之前，選擇所述初始區域。
17.根據權利要求16所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述初始區域包括選擇鄰近所述管狀結構的端部的所述初始區域。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括在所述將補充初始種子放置在補充初始區域之前，選擇所述補充初始區域。
19.根據權利要求18所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述補充初始區域包括選擇鄰近于管狀結構的其余一個端部的所述補充初始區域。
20.根據權利要求15至19中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括使用相應數目的輔助種子，用于將相應的樹節點添加至所述樹，直到所述樹包括在與所述初始種子和所述補充初始種子的每一個相對應的樹節點之間的至少一條連續路徑。
21.根據權利要求15至19中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括使用相應數目的輔助種子，用于將相應的樹節點添加至所述樹，直到所述樹包括 用于所述多個不同區域的每一個的相應的一個樹節點。
22.根據權利要求I至21中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述初始區域由操作者手動執行。
23.根據權利要求I至21中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述初始區域自動地執行。
24.根據權利要求18至21中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述補充初始區域由操作者手動執行。
25.根據權利要求18至21中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述選擇所述補充初始區域自動地執行。
26.根據權利要求I至5和8至25中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評 估的方法，其中，所述圖像數據包括多個單位圖像元素，所述方法還包括對于所述多個不同區域中的對應于相應樹節點的每一個區域而言，確定所述區域的每個單位元素的相應類別。
27.根據權利要求26所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述多個不同區域包括多個第一物質區域和多個第二物質區域，并且其中，所述確定類別包括將第一物質類別分配給所述多個第一物質區域中的對應于相應樹節點的每一個的每個單位圖像元素以及將第二物質類別分配給所述多個第二物質區域中的對應于相應樹節點的每一個的每個單位圖像元素。
28.根據權利要求27所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括 對于不包括在所述區域生長的每一個的相應生成區域中的每個剩余單位圖像元素 根據相應的單位圖像元素與對應于樹節點的至少一個鄰近區域之間的距離來確定至少一個鄰近參數；以及 根據相應的至少一個鄰近參數確定定義所述相應的單位圖像元素與相應分類的聯系的至少一個聯系參數； 根據鄰近于與兩個連續節點對應的相應區域的相應單位圖像元素的相應聯系關系來確定所述樹的所述兩個連續節點之間的界面類型；以及 根據所述樹的兩個連續節點之間所確定的界面類型來確定所述管狀結構的所述拓撲支撐的精確評估。
29.根據權利要求28所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，根據從由相應單位圖像元素的密度分布、相應單位圖像元素的分布均勻性、以及所述界面類型的形態學參數構成的組中選擇的至少一個附加參數，來進一步執行所述確定所述樹的兩個連續節點之間的界面類型。
30.根據權利要求28至29中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括根據所述精確評估來確定所述管狀結構的評估中線。
31.根據權利要求I至30中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，還包括根據所述管狀結構的所述拓撲支撐的所述評估來確定所述管狀結構的評估中線。
32.根據權利要求I至31中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述過濾所述樹包括將所述樹節點的每一個一個接一個地順次鏈接。
33.根據權利要求I至32中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述樹包括至少一條主路徑以及閉合回路和附加支路的至少一條，所述過濾所述樹包括從所述樹中去除所述閉合回路的至少一部分和至少一條附加支路中的至少之一。
34.根據權利要求33所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，根據與相應節點關聯的所述多個不同區域之一的區域體積來執行所述去除。
35.根據權利要求I至34中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述管狀結構包括結腸的至少一部分。
36.根據權利要求I至6和8至34中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述管狀結構包括結腸的至少一部分，并且其中，所述多個不同區域包括多個空氣型區域和多個標記物質型區域。
37.根據權利要求I至36中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法,還包括向操作者顯示所述管狀結構的所述拓撲支撐的所述評估。
38.根據權利要求37所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，其中，所述顯示包括在所述圖像數據中遮蔽所述管狀結構的周圍。
39.根據權利要求I至38中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，使用所述方法用于評估結腸拓撲。
40.一種其上記錄有指令的機器可讀介質，所述指令用于執行根據權利要求I至38中任一項所述的用于確定管狀結構拓撲支撐的評估的方法。
41.一種用于執行根據權利要求I至38中任一項所述的方法的系統，所述系統包括 數據接收單元，用于接收表示所述管狀結構的所述圖像數據； 放置單元，可操作地耦接至所述數據接收單元，用于將每個種子放置在每個相應區域中； 處理單元，可操作地耦接至所述放置單元，用于執行每個所述區域生長； 樹建立單元，可操作地耦接至所述處理單元，用于建立所述樹；以及過濾單元，可操作地耦接至所述樹建立單元，用于根據預定拓撲參數過濾所述樹，從而確定所述管狀結構的所述拓撲支撐的所述評估。
42.根據權利要求41所述的系統，還包括可操作地耦接至所述過濾單元的顯示單元，用于顯示所述管狀結構的所述拓撲支撐的所述評估。
43.一種在根據權利要求I至38中任一項所述的確定管狀結構拓撲支撐的評估中進行交易的方法，其中，確定所述管狀結構的拓撲支撐的所述評估是收費的。
44.一種在確定管狀結構的拓撲支撐的評估中進行交易的方法，所述方法包括 接收所述圖像數據； 執行根據權利要求I至38中任一項所述的方法；以及 通過收費提供所述管狀結構的所述拓撲支撐的評估。
45.一種在確定管狀結構的拓撲支撐的評估中進行交易的方法，所述方法包括 由供應商向第三方提供根據權利要求41至42中任一項所述的用于確定管狀結構的拓撲支撐的評估的系統； 操作所述系統，其中，所述操作由第三方收費進行；以及 由所述第三方將所述收取的費用的至少一部分返還給所述供應商。
全文摘要
一種用于確定包括內壁及多個不同區域的管狀結構的拓撲支撐的評估的方法，該方法包括(a)獲取表示所述管狀結構的圖像數據；(b)將初始種子放置在從多個不同區域之一中所選擇的初始區域中；(c)執行初始區域生長，直到初始生成區域包括內壁的至少一部分和對應于多個不同區域之一的鄰近區域的至少一部分為止；(d)開始包括對應于初始區域的初始樹節點的樹；(e)對于每個鄰近區域而言將隨后的種子放置在鄰近區域中；執行相應的隨后區域生長，直到隨后生成區域包括內壁的至少一部分和附加鄰近區域的至少一部分為止；并且將對應于鄰近區域的樹節點添加在該樹中；(f)對每個附加鄰近區域執行處理步驟(e)；并且(g)根據預定拓撲參數過濾樹，從而確定管狀結構的拓撲支撐的評估。本發明還公開了用于評估虛擬結腸鏡檢查的結腸拓撲的方法的應用。
文檔編號G06T7/00GK102782719SQ200980163342
公開日2012年11月14日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者弗洛朗·安德烈·羅伯特·尚德利耶, 托馬斯·伯納德·帕斯卡爾·文森特 申請人:道格微系統有限公司