CN102592307A - 用于重建管内结构图像的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

对象的管状结构，诸如血管，是从表示管状结构的三维图像和三维管内结构图像的每个中提取的，该三维管内结构图像是从管状结构的多个断层摄影图像生成的，该断层摄影图像是从管状结构的内侧沿着管状结构的路径在管状结构上进行多次断层摄影而获取的。此外，从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联。此外，通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。

Description

用于重建管内结构图像的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于重建源自血管内超声(IVUS)诊断、光学相干断层摄影(OCT)等的管状结构内侧图像的装置。此外，本发明还涉及一种用于重建管状结构内侧图像的方法和程序，以及存储程序的介质。
相关技术的描述
背景技术
近年来，在对管状结构的基于图像的诊断中使用诸如血管的管状结构的二维断层摄影图像已成为公知。二维断层摄影图像是基于管状结构的图像信号而生成的，该信号是通过在旋转附接至管状结构中导管前端的探头时扫描管状结构的内侧来获取的。血管内超声(IVUS)诊断和光学相干断层摄影(OCT)技术，它们作为典型的范例，得到了广泛应用。
此外，在血管内超声(IVUS)诊断中，已经提出了诸如VH-IVUS(虚拟组织学(注册商标)血管内超声)的方法。传统的IVUS显示单色图像，与之不同的是，在VH-IVUS中各组分以不同的颜色显示。具体而言，通过分析超声高频信号以不同的颜色显示各组分，斑块的组织成分划分为四种组分，即纤维组织、脂肪组织、钙化组织以及坏死组织。通过血管内超声(IVUS)诊断获取的血管的这些断层摄影图像(IVUS图像)具体表示血管内腔、血管壁以及附着至血管壁上的斑块的情形。因此，IVUS图像有助于评价血管中的异常。
此外，IVUS装置已经用于获取3D-IVUS图像。具体而言，通过在超声探头在血管中旋转并同时以恒定速度沿血管的纵向方向移动的同时来扫描血管的内侧，从而沿着超声探头的路径连续生成IVUS图像。此外，将连续的IVUS图像一个接一个堆叠来获取3D-IVUS图像。因为3D-IVUS图像能够对血管中可能存在的斑块的分布和大小进行三维标识，所以3D-IVUS图像在医疗领域引起了用户的注意。
例如，日本专利No.4226904(专利文献1)提出了一种用于生成3D-IVUS图像的技术。在专利文献1中，导管前端的位置和方向通过布置在导管前端的MPS(医学定位***)传感器在多个定时处获取。此外，基于所获取的导管前端的位置和方向来重建在各定时处获取的断层摄影图像从而生成3D-IVUS图像。
同时，OCT(光学相干断层摄影)通过探测从穿过导管的光纤中输出的近红外射线来获取血管的断层摄影图像(OCT图像)。在旋转***到血管中的导管时，通过设置在导管前端的光学设备来探测近红外射线。三维OCT图像可以以类似于获取3D-IVUS的方式获取，即通过在导管以恒定速度沿着血管的纵向方向移动时沿着导管的路径连续生成OCT图像，以及通过一个接一个堆叠所获取的连续OCT图像。因为OCT图像包括超高分辨率数据，并且其分辨率高于IVUS图像的分辨率，因此OCT图像在医疗领域具有较高的价值。
然而，在3D-IVUS图像中，或者在通过一个接一个堆叠OCT图像而生成的三维图像中，超声探头的运动路径被用作中心线，并沿该中心线一个接一个堆叠血管的断层摄影图像。因此，由3D-IVUS图像或三维图像表示的血管的形态(形状)不同于真实血管的形态。因此，医生等需要单独准备对比图像，诸如对比增强的血管图像，其是在注射造影剂之后成像的。此外，3D-IVUS图像或通过一个接一个堆叠OCT图像而生成的三维图像，需要与对比图像进行比较以在图像读取期间估计由所生成的3D-IVUS图像或三维图像表示的血管中的位置。因此，难以识别沿血管中心线的坐标系中所表示的3D-IVUS图像中血管的位置和真实三维空间中血管的位置之间的对应关系。
专利文献1中所公开的方法未解决上述问题。此外，因为专利文献1中所公开的方法需要硬件，诸如MPS传感器和用于分析MPS传感器的信号值的***，不容易采用专利文献1中所公开的方法。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种用于重建管状结构内侧图像的装置、方法和程序，其能够使得基于真实空间中管状结构的形态而容易并且直观地识别在沿管状结构的中心线的坐标系中所表示的管状结构内侧的三维断层摄影图像成为可能。
一种根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置是一种用于重建管状结构内侧图像的装置，该装置包括：
三维图像获取部件(means)，其获取表示受检者的管状结构的三维图像；
三维管内结构图像获取部件，其获取三维管内结构图像，该图像是从管状结构的多个断层摄影图像生成的管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从管状结构内侧沿管状结构中的路径在管状结构上执行多次断层摄影而获取的；
结构提取部件，其从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取管状结构；
关联部件，其使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
三维投影图像生成部件，其通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。
一种根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的方法是用于重建管状结构内侧图像的方法，该方法包括以下步骤：
获取表示受检者的管状结构的三维图像；
获取三维管内结构的图像，其是管状结构内侧的三维图像，该图像从管状结构的多个断层摄影图像生成的，所述断层摄影图像是通过从管状结构内侧沿管状结构中的路径在管状结构上执行多次断层摄影来获取的；
从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个中提取管状结构；
使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。
一种根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的程序是令计算机作为以下部件运行的程序：
三维图像获取部件，其获取表示受检者的管状结构的三维图像；
三维管内结构图像获取部件，其获取三维管内结构图像，该图像是从管状结构的多个断层摄影图像生成的管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从管状结构内侧沿管状结构中的路径在管状结构上执行多次断层摄影而获取的；
结构提取部件，其从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取管状结构；
关联部件，其使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
三维投影图像生成部件，其通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。
一种根据本发明的非临时性计算机可读介质或介质，其内部存储了用于重建管状结构内侧图像的程序，该程序令计算机作为以下部件运行：
三维图像获取部件，其获取表示受检者的管状结构的三维图像；
三维管内结构图像获取部件，其获取三维管内结构图像，该图像是从管状结构的多个断层摄影图像生成的管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从管状结构内侧沿管状结构中的路径在管状结构上执行多次断层摄影而获取的；
结构提取部件，其从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取管状结构；
关联部件，其使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
三维投影图像生成部件，其通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。
这里，本发明中的“管状结构”可以是任意结构，只要所述管状结构内侧的三维图像是可获取的。管状结构的典型范例为血管。此外，“包含在范围内的特定结构”可以是任意结构，只要所述结构包含在该范围内。特定结构可以是管状结构和/或管状结构中存在的结构。或者，特定结构可以存在于管状结构的外侧。或者，特定结构在其内侧可以具有管状结构。例如，当管状结构是血管时，存在于血管中的结构包括软斑块和硬斑块。此外，存在于血管中的结构包括血管的内腔区域，内腔区域为排除诸如软斑块和硬斑块的斑块区域的血管区域。此外，构成斑块的纤维组织、脂肪组织、钙化组织、坏死组织等中的每个都可以认作存在于血管内的结构。
此外，表达“将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影”意味着对包含在范围内的至少一个结构的图像进行投影。例如，对使用已知方法从范围中提取的结构的图像进行投影。或者，通过投影组成所述范围的所有体素(像素)的体素值(像素值)，可以对包含在所述范围内的所有特定结构的图像进行投影。此外，可以对特定结构的整幅图像进行投影以生成三维投影图像。或者，可以对特定结构的图像的一部分进行投影以生成三维投影图像。例如，对组成特定结构的所有体素的体素值进行投影。或者，对组成特定结构的一部分体素的体素值进行投影，或者只对特定结构的轮廓进行投影。
本发明中的三维图像可以是表示管状结构形态的三维图像。例如，基于CT图像或MRI图像生成的三维图像。
在根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置中，希望关联部件基于三维图像中管状结构内的路径以及三维管内结构图像中的管状结构内的路径，使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个的任意范围和所述管状结构中的另外一个的对应范围相关联。
三维管内结构图像获取部件可以获取各种图像，只要所述图像是从断层摄影图像生成的三维管内结构图像，所述断层摄影图像是通过沿穿过管状结构内侧的路径进行成像而获取的。例如，三维管内结构图像获取部件可以获取三维血管内超声图像(3D-IVUS图像)。或者，三维管内结构图像获取部件可以获取三维管内超声图像，诸如虚拟组织学(注册商标)IVUS图像，包括通过在IVUS获取的RF(射频)信号上执行谱分析而获取的数据。或者，三维管内结构图像获取部件可以获取三维光学相干断层摄影图像。术语“三维光学相干断层摄影图像”即为通过沿着管状结构内的路径一个接一个堆叠光学相干断层摄影图像(OCT图像)而获取的三维图像。
在三维管内结构图像中，“路径”是用于对管状结构内侧成像的成像装置通过其在管状结构中移动的路径。例如，在IVUS中，“路径”对应于附接至血管中导管前端的超声探头的移动路径。在OCT中，“路径”对应于附接至血管中导管前端的光学装置的移动路径。同时，在三维图像中，“路径”可以是任何路径，只要该路径的线沿着管状结构的纵向方向穿过管状结构的内侧。例如，血管的中心线可以用作三维图像中的路径。
在本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置中，希望结构提取部件还从三维图像和三维管内结构图像中的每个提取管状结构中的分支部分或不平坦部分的位置。此外，希望关联部件以使得从三维图像和三维管内结构图像提取的分支部分或不平坦部分的位置在管状结构的纵向方向上彼此一致的方式，而使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联。此外，希望关联部件以使得从三维图像和三维管内结构图像提取的分支部分或不平坦部分的位置在管状结构的圆周方向上彼此一致的方式，而使三维图像中沿管状结构的圆周方向的管状结构中的位置与三维管内结构图像中沿管状结构的圆周方向的管状结构中的位置彼此相关联。
管状结构中的不平坦部分在管状结构的内表面上是突出的(突出部分)或凹空的(凹陷部分)。例如，管状结构中不平坦部分是突出部分，诸如存在于血管中的斑块。
在用于重建管状结构内侧图像的装置中，结构提取部件可以在沿着三维图像和三维管内结构图像中的每个的管状结构纵向方向的至少一个位置处测量管状结构的半径。此外，关联部件可以以使得在所述管状结构具有相同的测量半径的位置处三维图像中的位置和三维管内结构图像中的位置彼此一致的方式，而使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围彼此相关联。
根据本发明的根据用于重建管状结构内侧图像的装置、方法和程序，从表示管状结构的三维图像和三维管内结构图像中的每个提取受检者的管状结构。此外，从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联。此外，通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到三维图像的关联范围中而生成三维投影图像。因此，可以以符合真实空间中管状结构的形态的方式，而生成三维投影图像，其中投影了三维管内结构中的特定结构的图像。因此，基于该三维投影图像，可以容易地识别包含在三维管内结构图像中的特定结构的图像。
此外，在根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置中，当结构提取部件还从三维图像和三维管内结构图像中的每个提取管状结构中的分支部分的位置或不平坦部分的位置时，关联部件以使得从三维图像和三维管内结构图像提取的分支部分或不平坦部分的位置沿管状结构的纵向方向彼此一致的方式，而使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构在的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联，可以校正在沿着管状结构中心线的管状结构的纵向方向上的误差(差异)。因此，可以更精确地以符合真实空间中管状结构的形态的方式，而生成三维投影图像，其中投影了包含在沿管状结构中心线的坐标系中表示的三维管内结构中的特定结构的图像。
此外，当关联部件以使得从三维图像和三维管内结构图像提取的分支部分或不平坦部分的位置沿着管状结构的圆周方向彼此一致的方式，而使三维图像中沿着管状结构的圆周方向的管状结构中的位置和三维管内结构图像中沿着管状结构的圆周方向的管状结构中的位置彼此相关联时，可以校正在管状结构的圆周方向上相对于作为中心轴的管状结构中心线的误差。因此，可以更为精确地生成三维投影图像，其中以符合真实空间中管状结构的形态的方式，投影了包含在沿管状结构中心线的坐标系中表示的三维管内结构中的特定结构的图像。
此外，在根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置中，当结构提取部件在三维图像和三维管内结构图像中的每个中沿着管状结构纵向方向的至少一个位置处测量管状结构的半径时，以及当关联部件以在所述管状结构具有相同的测量半径的位置处使得三维图像中的位置和三维管内结构图像中的位置彼此一致的方式，从而使从三维图像提取的管状结构和从三维管内结构图像提取的管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围彼此相关联时，可以校正沿着管状结构中心线的管状结构的纵向方向上的误差。因此，可以更精确地生成三维投影图像，其中以符合真实空间中管状结构的形态的方式，投影了包含在沿着管状结构中心线的坐标系中表示的三维管内结构的特定结构的图像。
应当注意的是，可以将本发明的程序记录在计算机可读介质上。本领域技术人员可以理解的是，计算机可读介质并不局限于任何具体类型的设备，包括但并不局限于：软盘、CDRAM、ROM、硬盘、磁带以及互联网下载，其中计算机指令可以存储和/或传输。通过网络或无线传输手段对计算机指令的传输也在本发明的范围内。另外，计算机指令包括但并不局限于：源代码、目标代码和可执行代码，并且可以是任何语言，包括高级语言、汇编语言和机器语言。
附图说明
图1是图示根据本发明实施例的用于重建管状结构内侧图像的装置构造的原理图；
图2是通过根据本发明实施例的用于重建管状结构内侧图像的装置的过程的流程图；
图3是图示由结构提取部件提取的心脏区域的范例的示意图；
图4是图示由结构提取部件探测的候选点的范例的示意图；
图5是图示通过连接所提取的候选点而构造的树结构的范例的示意图；
图6a、6b是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着路径彼此关联的过程的示意图；
图7a、7b是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径的起始点)彼此关联的过程的示意图；
图8Aa、8Ab是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径中的分支部分)彼此关联的过程的示意图；
图8Ba、8Bb是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径中的其他分支部分)彼此关联的过程的示意图；
图8Ca、8Cb是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径中的分支部分)彼此关联的过程的另一范例的示意图；
图9Aa、9Ab是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径中的斑块部分)彼此关联的过程的示意图；
图9Ba、9Bb是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径中的斑块部分)彼此关联的过程的另一范例的示意图；
图10a、10b用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着本发明第一实施例的修改范例中的路径彼此关联的过程的示意图；
图11A是图示第一实施例中获取的所显示的重建图像的范例的示意图；以及
图11B是在图11A中图示的区域10A的部分放大示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图，对根据本发明的用于重建管状结构内侧图像的装置、方法和程序的实施例进行详细描述。
图1是图示了医院***1的构造的原理图，该***包括根据本发明实施例的用于重建管状结构内侧图像的装置6(管内结构图像重建装置)。医院***1包括检查室***3、数据服务器4和用于诊断的工作站(WS)6，它们通过局域网(LAN)2彼此连接。
检查室***3包括各种器械(modality)32，其用于对待检查患者进行成像；和检查室工作站(WS)31，其用于核查和调整从每个器械32中输出的图像。IVUS装置和CT(计算机断层摄影)装置，其能够获取表示关于血管的形态数据的形态图像，被提供作为器械32。此外，OCT装置、MRI(磁共振成像)装置、PET(正电子发射断层摄影)装置等被提供作为器械32。所有器械32都基于DICOM(数字成像和医学通信)标准。器械将辅助数据连接至所获取的体数据，并输出体数据作为DICOM文件。
从每个器械32中输出的文件通过检查室工作站(WS)31被传输至数据服务器4。数据服务器4是较高处理性能的计算机，包括高性能处理器和大容量存储器，并且其中安装(装配)有用于提供数据库管理服务器(DBMS：数据库管理服务器)功能的软件程序。程序存储在存储器中，并且在引导过程中加载到内存中。此外，由处理器来执行程序。数据服务器4将从检查室WS 31传输的文件存储在大容量存储器5中。此外，数据服务器4基于来自工作站(WS)6的用于诊断的检索请求从存储在大容量存储器5中的诸多文件中选择满足检索条件的文件。此外，数据服务器4将所选择的文件发送至WS 6中以用于诊断。
用于诊断的WS 6是通用工作站，其包括标准处理器、内存和存储器。此外，用于重建管状结构内侧图像的程序已经被安装在用于诊断的WS 6中从而帮助医生对患者进行诊断。将来自诸如DVD的记录介质、或者在网络中从服务器计算机中下载的用于重建管状结构内侧图像的程序安装到用于诊断的WS 6中。此外，显示器7和输入设备8，诸如鼠标和键盘，被连接至用于诊断的WS 6。
用于重建管状结构内侧图像的程序，其被安装在用于诊断的WS 6中，由用于实现各种功能的程序模块组构成。程序模块组中的一个是用于实现重建管状结构内侧图像的功能的程序模块组。这些程序模块组存储在存储器中，并且在引导过程中加载到内存中。此外，程序模块组由处理器执行。因此，用于诊断的WS 6作为三维图像获取部件61、三维管内结构图像获取部件62、结构提取部件63、关联部件65、三维投影图像生成部件66、图像生成部件67和显示器控制部件68，如图1所示。三维图像获取部件61获取表示受检者的管状结构的三维图像。三维管内结构图像获取部件62获取从管状结构的多个断层摄影图像生成的三维管内结构图像(管状结构内侧的三维图像)，所述断层摄影图像是通过从沿着管状结构中的路径的管状结构内侧在管状结构上执行多次断层摄影而获取的。结构提取部件63从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取管状结构。关联部件65使三维图像V1中的管状结构和三维管内结构图像V2中的管状结构中的一个的任意范围W1(W2)与所述管状结构中的另一个的对应范围W2(W1)相关联。三维投影图像生成部件66通过将包含在三维管内结构图像V2的范围W2中的特定结构的图像投影到由关联部件65关联的三维图像V1的范围W1中而生成三维投影图像V3。图像生成部件67通过重建三维投影图像来生成图像，并且显示器控制部件68使显示器设备显示所重建的图像。
图2是根据本实施例的用于生成管状结构内侧图像的过程的流程图。参照图2对本实施例中用于诊断的WS 6(用于生成管状结构内侧图像的装置)每项功能的过程的流程进行描述。在本实施例中，对心脏检查用作范例，并且尤其是其中管状结构为血管的情形，将对冠状动脉进行描述。
在心脏检查中，在执行本实施例的过程之前，通过使用CT装置等对患者(受检者)的胸部进行成像以获取关于心脏的体数据。此外，将辅助信息连接至体数据。连接有辅助信息的体数据被作为DICOM文件而传输至数据服务器4，并且存储在大容量存储器5中。体数据包括多组体素数据，该体素数据表示三维空间中的强度和密度分布。X射线吸收量等表示为每个体素数据中的体素值。
首先，在开启的屏幕上选择用于重建心脏的管状结构内侧图像的功能。当患者标识号、检查号等输入到预定输入屏幕处时，三维图像获取部件61将输入数据发送到数据服务器4中，并且请求检索和传输存储在大容量存储器5中的文件。
当数据服务器4接收请求时，数据服务器4从大容量存储器5中检索文件，并将所请求的文件传输至三维图像获取部件61。三维图像获取部件61将包含在从数据服务器4传输的文件中的三维图像V1存储在内存中(步骤S01)。
此外，三维管内结构图像获取部件62获取3D-IVUS图像V2，其是包含在从数据服务器4传输的文件中的三维管内结构图像，并将3D-IVUS图像V2存储在内存中(步骤S02)。三维管内结构图像是从管状结构的多个断层摄影图像生成的管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从沿着管状结构中的路径的管状结构内侧在管状结构上执行多次断层摄影而获取的。在本实施例中，获取3D-IVUS图像V2作为三维管内结构图像。3D-IVUS图像V2通过沿着血管中路径B多次获取管内超声图像(IVUS图像)来获取。
然后，结构提取部件63通过之前提及的过程从存储在内存中的三维图像V1和3D-IVUS图像V2中的每个提取管状结构区域10。提取对应于冠状动脉壁和冠状动脉内腔的区域的管状结构区域10。因此，结构提取部件63获取三维结构提取数据(步骤S03)。此外，在从图像V1和V2提取冠状动脉区域的过程中，冠状动脉的中心线，其是冠状动脉中的路径，在图像V1和V2中进行标识。在下文中，从三维图像V1提取的管状结构的中心线将被称作路径A，而在3D-IVUS图像V2中的血管中的探头路径将被称作路径B。
在根据本实施例的用于提取结构的过程中，采用富士(FUJIFILM)株式会社的待审日本专利申请No.2009-048679和待审日本专利申请No.2009-069895中提出的方法。接下来，对这些专利文献中公开的过程进行概述。当管状结构是血管时，提出了用于从体数据提取冠状动脉区域的各种方法，诸如在“Andrzej Szymczak et al.，Coronary vessel tree frin 3D imagery：A topological approach，Medical Image Analysis，2006”中描述的方法。能够提取管状结构的任何已知方法都可以被采用来提取区域。
结构提取部件63基于预定算法从体数据提取与心脏对应的区域(在下文中，称作心脏区域)。图3图示了由结构提取部件63提取的心脏区域9。
接下来，结构提取部件63在体数据中设定包含心脏区域9的长方体区域作为搜索范围。此外，结构提取部件63基于预定算法搜索用于管状结构的搜索范围。此外，结构提取部件63基于通过搜索探测的管状结构来探测被估计成冠状动脉核心线上的点的点。在随后的描述中，被估计成冠状动脉路径上的点的点被称作候选点或节点。图4是图示了在三维结构提取数据中所提取的管状结构区域10和所探测的候选点Ni的示意图。
通过在搜索范围中计算针对每个局部区域的3×3赫森(Hessian)矩阵中特征值来搜索管状结构。当局部区域包括管状结构时，赫森矩阵中的三个特征值中的一个接近于零，而另外两个特征值相对较大。此外，对应于接近零的特征值的特征向量指示管状结构的主要轴向方向。结构提取部件63基于赫森矩阵的特征值来判定针对每个局部区域的管状结构的可能性。此外，结构提取部件63探测局部区域的中心点作为候选点，在该局部区域中标识管状结构。
在搜索管状结构过程中，希望通过在搜索范围中的数据上执行分辨率转换来生成彼此具有不同分辨率的多组数据(高斯金字塔)，以及以不同的分辨率重复搜索(扫描)。在之前提及的搜索方法中，如果局部区域的直径(宽度)小于血管的直径，则不能标识管状结构。然而，可以通过以不同分辨率执行搜索来标识所有尺寸的管状结构。因此，可以在包含大直径血管的所有类型的血管中探测候选点，所述大直径血管为主血管，穿过较小***直径的血管。
接下来，结构提取部件63基于预定算法，诸如最小生成树(minimumspanning tree)，连接通过搜索探测的候选点。因此，如图5所示，构造了由候选点和将候选点彼此连接的边构成的树结构。此外，关于所探测的诸多候选点的坐标信息和表示边方位的向量信息，与候选点的标识符和边的标识符一起存储在内存中。
然后，结构提取部件63基于围绕所探测候选点的体素的值(CT值)分别详细标识针对每个所探测候选点的冠状动脉的形状。具体而言，结构提取部件63识别垂直于冠状动脉中路径的截面中的冠状动脉的轮廓(血管的外壁)。通过使用已知的分割技术，诸如图形分切来识别形状。此外，分析血管轮廓内侧的CT值，并将血管轮廓内侧分为软斑块区域(CT值低于预定阈值)、硬斑块区域(CT值高于预定阈值)、以及血管内腔区域(血管外壁内侧的区域，不包括软斑块区域和硬斑块区域)。
通常，软斑块的CT值低于正常内腔的CT值，而硬斑块的CT值高于正常内腔的CT值。此外，在MRI以及CT中，斑块的信号值不处在正常内腔的信号值的范围内是已知的。在此，利用信号值的这一关系来区分斑块区域和内腔区域。具体而言，构成截面的每个体素的值与预定阈值进行比较，由此判定它们表示斑块或是内腔。此外，由已经被判定为斑块的体素组成的区域被标识为斑块区域，而由已经被判定为内腔的体素组成的区域被标识为内腔区域。此外，对于斑块，判定其是软斑块或是硬斑块。
此外，结构提取部件63还从三维管内结构图像V2提取管状结构。三维管内结构图像V2由多个二维图像组成，该二维图像是通过沿着血管的路径，在垂直于路径的方向上执行断层摄影而获取的。结构提取部件63探测每个原始二维断层摄影图像中的血管的轮廓(血管的外壁)。通过使用诸如图形分切的已知分割技术，以类似于三维图像V1的方式来探测轮廓。此外，血管区域被划分为软斑块、硬斑块和内腔区域。然后，分割的血管区域的重心被设定为血管的中心位置。二维断层摄影图像中血管的中心位置彼此连续连接，由此获取管状结构中的路径。或者，每个二维断层摄影图像的中心位置被简单地认作血管中的路径。
如果已经在IVUS图像等的高频信号上执行了谱分析，并且三维管内结构图像V2已经具有了关于包含在三维管内结构图像V2中的分割的特定结构的信息，诸如血管中的斑块区域，结构提取部件63可以直接使用关于分割的特定结构的信息。然后，结构提取部件63可以只在三维管内结构图像V2中需要分割的结构上执行分割。
此外，本实施例中的结构提取部件63提取管状结构中的分支部分或不平坦部分的位置。图7a、7b是用于说明使三维图像和三维管内结构图像沿着圆周方向(路径的起始点)彼此关联的过程的示意图。图8Aa、8Ab分别是包含路径的分支部分BRa的三维图像的断层摄影图像S1k1以及包含路径的分支部分BRa的三维管内结构图像的断层摄影图像S2k1。图8Ba、8Bb分别是包含路径的分支部分BRb的三维图像的断层摄影图像S1k2以及包含路径的分支部分BRb的三维管内结构图像的断层摄影图像S2k2。图9Aa、9Ab分别是路径中包含斑块部分PL的三维图像的断层摄影图像S1k3以及路径中包含斑块部分PL的三维管内结构图像的断层摄影图像S2k3。
具体而言，如图8Aa、8Ab、8Ba和8Bb所示，结构提取部件63分别从构成两个三维图像，即三维图像V1和三维管内结构图像V2(三维图像V1和3D-IVUS图像V2)的断层摄影图像提取断层摄影图像S1k1、S2k1，其包括表示管状结构轮廓上的分支部分BRa的突出形状。结构提取部件63分别从构成三维图像V1和三维管内结构图像V2的断层摄影图像提取断层摄影图像S1k2、S2k2，其包括表示管状结构轮廓上的分支部分BRb的突出形状。在本说明书的以下描述中，断层摄影图像S1(或S2)是垂直于三维图像V1(或三维管内结构图像V2)中的路径A(或B)的断层摄影图像。结构提取部件63分别从构成三维图像V1的断层摄影图像和构成三维管内结构图像V2的断层摄影图像提取断层摄影图像S1k3、S2k3。断层摄影图像S1k3、S2k3在管状结构轮廓上包括凹空形状，并且该凹空形状是表示斑块PL的不平坦部分。
如上所述，在本实施例中，对断层摄影图像中血管的外腔(壁)区域和血管的内腔区域的每个进行分割。此外，在已对其执行分割的断层摄影图像中探测每个区域的轮廓部分，并获取长轴和短轴。此外，基于长轴和短轴的比率来探测解剖结构中的分支部分和不平坦部分。图8Ca、8Cb是分别图示了三维图像V1和三维管内结构图像V2的断层摄影图像S1k1、S2k1中的分支部分BRa处的长轴LA1k1、LA2k1和短轴SA1k1、SA2k1的示意图。图9Ba、9Bb是分别图示了三维图像V1和三维管内结构图像V2的断层摄影图像S1k3、S2k3中的斑块部分PL处的长轴LA1k3、LA2k3和短轴SA1k3、SA2k3的示意图。如图8Ca、8Cb、9Ba和9Bb所示，将血管的外腔(壁)的长轴和短轴的比率较大处的位置探测为分支部分相对于血管纵向方向的位置，以及将此时长轴的方向探测为分支的方向。此外，将血管的内腔小于血管的外腔处的位置探测为斑块部分相对于血管纵向方向的位置，以及将此时血管内腔的短轴的方向探测为其中斑块集中于截面上的方向(从路径朝向斑块的方向)。对于三维图像V1，所提取的树结构已经包括关于分支的信息(请参照图5)。
结构提取部件63可以采用各种已知方法，只要解剖结构的特征部分，诸如解剖结构的分支部分或不平坦部分，能够从三维图像V1和三维管内结构图像V2提取出来。例如，用户可以在三维图像V1和三维管内结构图像V2中手动选择表示血管的分支部分的断层摄影图像和表示斑块部分的断层摄影图像，并通过使用输入部件来指定所选择的断层摄影图像的输入信息。然后，结构提取部件63可以获取输入信息，并基于该输入信息来提取表示血管的分支部分的断层摄影图像和表示斑块部分的断层摄影图像。
接下来，关联部件65确定目标范围，用于分别沿着三维图像V1和3D-IVUS图像V2中的管状结构的路径A和B来使三维图像V1和3D-IVUS图像关联(步骤S04)。图6a、6b是说明本实施例中用于关联三维图像V1和三维管内结构图像V2的方法的示意图。如图6a、6b所示，关联部件65沿着路径A确定从由CT获取的三维图像V1中起始点As至终点Ae的目标范围W1。此外，关联部件65沿着路径B确定3D-IVUS图像V2中起始点Bs至终点Be的目标范围W2。
具体而言，首先，关联部件65确定从其中已经成像3D-IVUS图像V2的管状结构中的路径上的成像起始点Bs至成像终点Be的范围作为目标范围W2。目标范围W2是由关联部件65进行关联过程的目标范围。
此外，关联部件65基于由CT获取的三维图像V1生成表示冠状动脉和冠状动脉中心线的体绘制图像。此外，关联部件65使得显示器控制部件68在显示器7上显示体绘制图像，以提示用户指定要由关联部件65执行的关联过程的目标范围W2。关联部件65通过用户在显示器屏幕上对输入装置8进行手动操作来探测冠状动脉中心线A的指定位置。此外，关联部件65基于所探测的位置来确定在三维图像V1中管状结构10上的关联过程的目标范围W1。
具体而言，如图6a、6b所示，关联部件65提示用户点击三维图像V1中冠状动脉中心线A上目标范围W1的起始点和终点，目标范围W1对应于3D-IVUS图像V2中的目标范围W2，以在中心线A上指定目标范围W1。当关联部件65探测用户用于在冠状动脉中心线A上选择起始点As和终点Ae的点击操作时，关联部件65将从沿着冠状动脉中心线A的起始点As至终点Ae的范围确定为三维图像V1中的目标范围W1。
关联部件65通过使所指定的两个范围W1和W2彼此相一致，而使三维图像V1中提取结构的中心线A上的位置与三维管内结构图像V2中路径B上的位置相关联(步骤S05)。具体而言，如图6a、6b所示，通过以下方式，即使得沿着所确定的两个范围W1和W2中路径的位置彼此相一致，而使三维图像V1中路径A上的起始点As和终点Ae与3D-IVUS图像V2中路径B上的起始点Bs和终点Be彼此关联。
在此，三维管内结构图像，诸如3D-IVUS图像，是通过将断层摄影图像一个接一个堆叠而重建的三维图像。断层摄影图像是在其前端布置具有成像装置的导管在管状结构中以恒定旋转速度旋转并且同时沿着管状结构的纵向方向以恒定速度移动时通过成像获取的。然而，在实际成像中，因为管状结构的复杂形态，沿纵向方向的运动速度和旋转速度在很多情形下并不是恒定的。在这种情形下，沿着纵向方向的移动速度的差异(误差)致使在三维管内结构中表示的管状结构长度中产生差异。此外，沿圆周方向的旋转速度的差异致使在三维管内结构中表示的管状结构的圆周方向上的位置产生差异。
因此，在本实施例中，除了路径的起始点和终点外，关联部件65在分支部分BR和突出部分PL处也进行关联过程，以此来校正这种误差，所述分支部分BR和突出部分PL是管状结构10的特征部分。关联部件65沿着路径A和B来使这种特征部分的位置关联，并沿圆周方向与垂直于路径A和B的平面上的轴Z成一定角度。
当沿着管状结构的路径关联位置过程时，本实施例中的关联部件65使包含在断层摄影图像S1k1(或S1k2)中的路径上的点Ak1(或点Ak2)与包含在断层摄影图像S2k1(或S2k2)中的路径上的点Bk1(或点Bk2)相关联，其中，断层摄影图像S1k1(或S1k2)包括结构提取部件63提取的管状结构中的分支部分，断层摄影图像S2k1(或S2k2)包括结构提取部件63提取的管状结构中的分支部分。此外，关联部件65使包含在断层摄影图像S1k3中的路径上的点Ak3与包含在断层摄影图像S2k3中的路径上的点Bk3相关联，其中，断层摄影图像S1k3包括结构提取部件63提取的管状结构中的不平坦部分，断层摄影图像S2k3包括由结构提取部件63提取的管状结构中的不平坦部分。换言之，如图6a、6b所示，关联部件65使三维图像V1中所提取管状结构中路径上的点Ak1、Ak2、Ak3与三维管内结构图像V2中路径上的点Bk1、Bk2、Bk3彼此相关联。
此外，关联部件65从点As至点Ak1沿路径A以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z1k1进行划分。此外，关联部件65从点Bs至点Bk1沿路径B以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z2k1进行划分。关联部件65使片段Z1k1中的划分点和片段Z2k1中的划分点彼此关联。
类似的，关联部件65从点Ak1至点Ak2沿路径A以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z1k2进行划分。此外，关联部件65从点Bk1至点Bk2沿路径B以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z2k2进行划分。关联部件65使片段Z1k2中的划分点和片段Z2k2中的划分点彼此关联。类似的，关联部件65从点Ak2至点Ak3沿路径A以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z1k3进行划分。此外，关联部件65从点Bk2至点Bk3沿路径B以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z2k3进行划分。关联部件65使片段Z1k3中的划分点和片段Z2k3中的划分点彼此关联。类似的，关联部件65从点Ak3至点Ae沿路径A以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z1k4进行划分。此外，关联部件65从点Bk3至点Be沿路径B以预定间隔，或以预定数量的划分点对片段Z2k4进行划分。关联部件65使片段Z1k4中的划分点和片段Z2k4中的划分点彼此关联。
因此，如图6a、6b所示，从路径A和B上的起始点As、Bs至终点Ae、Be分别设置彼此对应的点Ai、Bi(0≤i≤k)。在此，点A0对应于点As，而点Ak对应于点Ae。此外，点B0对应于点Bs，而点Bk对应于点Be。因此，三维图像V1中起始点As至终点Ae的范围中的路径A上的位置(沿Z轴方向的位置)和三维管内结构图像V2中起始点Bs至终点Be的范围中的路径B上的位置(沿Z轴方向的位置)彼此相关联。
此外，本实施例中的关联部件65以使得三维图像V1中管状结构10内的分支部分BR或不平坦部分PL的位置和三维管内结构图像V2中管状结构10内的分支部分BR或不平坦部分PL的位置相一致的方式，而使三维图像V1中管状结构中沿圆周方向的位置与三维管内结构图像V2中管状结构中沿圆周方向的位置相关联(步骤S06)。
在针对管状结构的圆周方向上的关联过程中，关联部件65计算相对角度θs，使得在三维图像V1中的起始点As处和在3D-IVUS图像V2中的起始点Bs处，垂直于三维图像V1中路径A的平面上的位置与垂直于3D-IVUSV2中路径B的平面上的位置相一致。
具体而言，如图7a、7b所示，关联部件65通过相对于作为旋转轴的Z轴旋转断层摄影图像S2s，同时改变平面XY上断层摄影图像S2s的标尺，来计算平面XY上的旋转角度θs。平面XY上的旋转角度θs是如下角度，即在该角度，断层摄影图像S1s中管状结构的轮廓和断层摄影图像S2s中管状结构的轮廓之间的重叠度最大。同时，关联部件65获取断层摄影图像S2s关于断层摄影图像S1s的相对尺寸Rs。对于相对尺寸Rs，当断层摄影图像S1s中管状结构的轮廓和断层摄影图像S2s中管状结构的轮廓之间的重叠度最大时，获取断层摄影图像S2s中管状结构的半径r2s和断层摄影图像S1s中管状结构的半径r1s的比率。
此外，当垂直于三维图像V1中路径的断层摄影图像S1中管状结构的轮廓和3D-IVUS图像V2中断层摄影图像S2中管状结构的轮廓之间的重叠度最大时，沿着圆周方向关于路径的这种角度，作为中心，在很多情形下都被指定为3D-IVUS图像V2关于三维图像V1的相对角度。在判定两幅图像的轮廓之间的重叠度中，通过使用已知方法来限定用于限定两幅图像中管状结构的轮廓之间的相似度的价值函数(cost function)。此外，断层摄影图像S1中管状结构的轮廓和断层摄影图像S2中管状结构的轮廓(其角度可以修改为多个角度)通过该函数互相比较。当价值函数的值最小时，断层摄影图像S2的角度被判定为如下角度，即在该角度，两幅图像轮廓之间的重叠度最大。
然后，根据本实施例的关联部件65在包含分支部分的每幅断层摄影图像和包含斑块部分的断层摄影图像上执行相似过程。关联部件65通过关于作为旋转轴的Z轴旋转断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)同时改变平面XY上的断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)的标尺来计算断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)的相对角度θk1、θk2和θk3。相对角度θk1、θk2和θk3是当断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)中管状结构的轮廓和断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)中管状结构的轮廓的重叠度最大时，断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)关于断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)的角度。
在图7a、7b、8Aa、8Ab、8Ba、8Bb、9Aa和9Ab中，示出了断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)中的向量V1h(h＝k1、k2、k3)和断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、k3)中的向量V2h(h＝k1、k2、k3)。向量V1h(h＝k1、k2、k3)和向量V2h(h＝k1、k2、k3)从包含在断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)、S2h(h＝k1、k2、k3)中的路径上的点Aj(j＝k1、k2、k3)、Bj(j＝k1、k2、k3)开始，并朝向断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)、S2h(h＝k1、k2、k3)中管状结构区域的表示相同位置的点。向量V1h和向量V2h之间的角度是断层摄影图像S2h关于断层摄影图像S1h的相对角度θh。图7a、7b、8Aa、8Ab、8Ba、8Bb、9Aa和9Ab图示了相对角度θh随着IVUS装置的旋转速度的改变而沿着路径A和B在每个位置Ah(h＝k1、k2、k3)、Bh(h＝k1、k2、k3)处逐渐改变。因此，如图6a、6b所示，3D-IVUS图像V2中血管的分支部分BRb沿着圆周方向的位置不同于血管中分支部分BRb沿着圆周方向的真实位置。
此外，关联部件65针对彼此对应的每对点Ai、Bi(0≤i≤k)确定相对角度，并且已经沿着路径A和B对其进行了设定。针对每对(点)的相对角度分别是包括点Ai、Bi(0≤i≤k)以及垂直于路径A和B的平面上的角度。例如，在本实施例中，以使得相对角度从相对角度θs至相对角度θk1平稳改变的方式，而针对片段Z1k1、Z2k1中每对点Ai、Bi(0≤i≤k)来设定相对角度θi。例如，以增加(或减小)从角度θs至角度θk1的步幅的方式，来设定相对角度θi。此外，以使得相对角度从相对角度θk1至相对角度θk2平稳改变的方式，而针对片段Z1k2、Z2k2中的每对点Ai、Bi(k1＜i≤k2)来设定相对角度θi。此外，以使得相对角度从相对角度θk2至相对角度θk3平稳改变的方式，而针对片段Z1k3、Z2k3中的每对点Ai、Bi(k2＜i≤k3)来设定相对角度θi。此外，针对片段Z1k4、Z2k4中的每对点Ai、Bi(k3＜i≤k)将相对角度θi设定到相对角度θk3。
如上文所述，作为用于计算断层摄影图像S1h和S2h之间的相对角度θh(h＝k1、k2、k3)的方法，不需要使用该方法将断层摄影图像S1h中管状结构的轮廓和断层摄影图像S2h中管状结构的轮廓之间重叠度最大处的角度计算为相对角度。另外，如图8Ca、8Cb、9Ba和9Bb所示，将其中断层摄影图像S1h(h＝k1、k2、k3)上管状结构的长轴LA1h和短轴SA1h与断层摄影图像S2h(h＝k1、k2、 k3)上管状结构的长轴LA2h和短轴SA2h一致处的角度计算为相对角度θh(h＝k1、 k2、k3)。可以采用这一方法来计算相对角度θh(h＝k1、k2、k3)，因为在路径A和B上每对对应的位置处，垂直于路径A的断层摄影图像中的管状结构的长轴和短轴与垂直于路径B的断层摄影图像中管状结构的长轴和短轴一致时，图像V1中的分支方向和图像V1中斑块的偏心方向与图像V2中的分支方向和图像V2中斑块的偏心方向相一致。
关联部件65基于断层摄影图像S2s关于断层摄影图像S1s的相对尺寸Rs和设定的相对角度θi，使包含点Ai的断层摄影图像S1i上的每个点和包含点Bi的断层摄影图像S2i上的对应点相关联。断层摄影图像S1i和S2i垂直于Z轴(步骤S07)。此外，关联部件65在图像V1和V2中从起始点As、Bs至终点Ae、Be的范围内，在垂直于路径A、B的断层摄影图像S1i、S2i(0≤i≤k)上重复关联过程。因此，构成三维图像V1的任意体素Pj(xj、yj、zj)和构成3D-IVUS图像V2的体素Qj(xj、yj、zj)彼此相关联。
当断层摄影图像S1i中的每个点Pj(xj、yj、zj)的坐标在三维图像V1的坐标系中，由从X轴开始沿圆周方向关于中心轴Z所成的角度θ和从中心轴Z至每个点Pj的距离d1表示的时，在3D-IVUS图像V2的坐标系中，断层摄影图像S2i中对应于每个点Pj的每个点Qj(xj、yj、zj)的坐标，可以被指定为如下的点，即在所述点处从X轴开始沿圆周方向关于中心轴Z所成的角度为θ+θi，以及从中心轴Z至每个点Qj的距离d2为d1×Rs。换言之，基于相对尺寸Rs和设定的相对角度θi可以计算对应于断层摄影图像S1i的每个点Pj(xj、yj、zj)的坐标的断层摄影图像S2i的每个点Qj(xj、yj、zj)的坐标。
三维投影图像生成部件66通过将包含在三维管内结构图像范围中的特定结构的图像投影到由关联部件65关联的三维图像中的对应范围中而生成三维投影图像。三维投影图像生成部件66通过基于关联的位置将构成软斑块、硬斑块和血管内腔(它们是三维管内结构图像V2中特定结构的单独标识的结构)的每个结构的区域的每个体素Qj(xj、yj、zj)的体素值投影到三维图像V1中的对应位置Pj(xj、yj、zj)上而生成三维图像V3。此外，三维投影图像生成部件66将三维投影图像V3存储在存储器5中(步骤S08)。
图像生成部件67通过使用各种重建方法，诸如体绘制，从三维投影图像V3生成重建图像Imag1，并将重建图像Imag1存储在存储器5中。在此，图像生成部件67通过使用体绘制方法从三维投影图像V3生成伪三维图像，并将伪三维图像存储在存储器5中(步骤S09)。
显示器控制部件68基于每个部件的请求来获取各种类型的图像，并将所获取的图像显示在显示器7上。在本实施例中，显示控制部件68获取由图像生成部件67重建的重建图像Img1，并将重建图像Img1显示在显示器7上(步骤S10)。
图11A是图示从三维投影图像V3重建的所显示的体绘制图像(重建图像)Img1的范例的示意图。如图11A所示，体绘制图像Img1表示从CT获取的三维图像V1重建的整个心脏和冠状动脉10。此外，构成从3D-IVUS图像V2获取的特定结构区域的每个体素的体素值被投影到冠状动脉10的部分10A。图11B是图示了图像Img2a的显示的示意图，其是体绘制图像Img1中区域Img1a的放大图像。
在本实施例中，如图11B所示，显示器控制部件68对构成血管内腔区域10a、软斑块区域10b和硬斑块区域10c(它们关于包含在血管关联范围中的区域10A已经被单独标识)的每个的体素设定不同的颜色和透明度(不透明度)。因此，显示器控制部件68能够以相同方式显示每个区域。
如上所述，根据本发明的第一实施例，受检者的管状结构10从表示管状结构的三维图像V1和三维管内结构图像V2的每个中提取出来。此外，所提取的三维图像V1中管状结构10中的任意范围W1和三维管内结构图像V2中管状结构10中与任意范围W1相对应的范围W2彼此相关联(范围W2可以是任意范围，范围W1可以是相对应的范围)。此外，通过将包含在三维管内结构图像V2中的范围W2中的特定结构的图像投影到三维图像中的关联范围中而生成三维投影图像V3。因此，可以生成三维投影图像，其中以使得符合真实空间中的管状结构的形态的方式，而将三维管内结构图像中的特定结构的图像投影到三维图像中。因此，用户能够基于三维投影图像容易地识别包含在三维管内结构图像中的特定结构的图像。
此外，当以与本实施例可区分的方式来显示包含在三维管内结构图像V2中的特定结构时，可以以使其与三维图像中的管状结构的形态相关联的方式，而容易地识别三维管内结构图像V2中的管状结构中的每个分割区域。因此，可以改善医生等的诊断效率和准确性。当通过投影包含在三维管内结构图像V2中的结构中的仅一个特定结构或多个结构(它们是用户所期望的结构)的图像来生成三维投影图像时，可以灵活地生成满足用户需求的三维投影图像V3。
本发明并不局限于本实施例。被投影以获取三维投影图像V3的特定结构可以是包含在三维管内结构图像V2中的任何结构。例如，该特定结构可以是管状结构和/或存在于管状结构中的结构。例如，当管状结构为血管时，存在于血管中的结构包括软斑块和硬斑块。此外，血管内腔区域，其是不包括诸如软斑块和硬斑块的斑块区域的血管区域，可以认为是结构。此外，每个组织，诸如构成斑块的纤维组织、脂肪组织、钙化组织和坏死组织，可以认为是血管中的结构。此外，构成三维管内结构图像V2的所有体素的体素值可以投影到三维图像V1中对应位置处的体素上，从而三维管内结构图像V2中的所有结构都包含在三维投影图像V3中。
被投影以生成三维投影图像的特定结构可以是一种结构。或者，可以投影多种结构。此外，对于被投影以生成三维投影图像的特定结构的图像，构成三维管内结构图像V2中的特定结构的体素的体素值可以***到三维图像V1的对应位置处。或者，仅有指定三维管内结构图像V2中的特定结构的信息，诸如特定结构的轮廓，才可以被投影到三维图像V1中的对应位置处。
可以通过在三维图像V1中直接***体素值等而自身生成三维投影图像V3。或者，可以生成具有与三维投影图像V1相同的坐标系的新三维图像V1’，以及可以通过将图像投影到新三维图像V1’上而生成三维投影图像V3。在后面的情形中，希望分别从所生成的三维投影图像V3和三维图像V1生成重建图像，并且以使彼此堆叠的方式来显示这两幅重建图像。
因为关联部件65分别基于三维图像V1和三维管内结构图像V2中的路径，使三维图像V1中的管状结构10和三维管内结构图像V2中的管状结构10相关联，因此可以使其彼此精确关联。
根据本发明的第一实施例，可以生成重建图像，其中三维管内结构图像中的每个体素值以使得符合真实空间中的管状结构的形态的方式投影。因此，医生等能够通过显示和观察重建图像来容易地识别管状结构的每个位置处的体素值。此外，如第一实施例，当将在管内结构图像中获取的血管内侧的高精确图像投影到由CT等获取的表示血管形态的图像的一部分中，并且将其显示出来时，可以容易地识别在三维管内结构图像中表示的详细信息，并以与整个心脏中的位置相关联的方式产生影响。因此，可以改善医生等的诊断的效率和准确性。
此外，因为第一实施例中的关联部件65以使得由结构提取部件63提取的管状结构中的分支部分Pra、Prb或不平坦部分PL的位置沿着管状结构10的纵向方向彼此相一致的方式，而使三维图像中所提取的管状结构中的位置与三维管内结构图像中路径上的位置彼此相关联，因此可以沿着管状结构的中心线校正管状结构纵向方向上的误差。此外，可以生成三维投影图像，其中包含在沿着管状结构中心线在坐标系中表示的三维管内结构图像中的特定结构的图像被更加精确地投影为与真实空间中的管状结构的形态相一致。由此，医生等能够不用注意三维管内结构图像V2中管状结构的弯曲或膨胀/收缩引起的误差而只观察三维投影图像就可以直观地识别管状结构的形态和管状结构每个位置处的体素值。因此，可以改善医生等的诊断的效率和准确性。
此外，在第一实施例中，关联部件65以使得沿着三维图像中管状结构的圆周方向的管状结构中的分支部分或不平坦部分的位置和沿着三维管内结构图像中管状结构的圆周方向的管状结构中的分支部分或不平坦部分的位置相一致的方式，而定位沿着三维图像中管状结构的圆周方向上的位置以及三维管内结构图像中管状结构的圆周方向上的位置。因此，可以校正管状结构的圆周方向关于管状结构的作为中心轴的中心线的误差。此外，可以生成三维投影图像，其中包含在沿着管状结构中心线在坐标系中表示的三维管内结构图像中的特定结构的图像已经被更加精确地投影为与真实空间中的管状结构的形态相一致。由此，医生等能够不用注意三维管内结构图像V2中管状结构的圆周方向上的误差而只观察三维投影图像就可以直观地识别管状结构的形态和管状结构每个位置处的体素值。因此，可以改善医生等的诊断的效率和准确性。
如上所述，特征部分处的关联过程可以在分支部分或不平坦部分之外的特征部分上进行，只要在三维管内结构图像V2和三维图像V1中可确认相同的特有特征即可。例如，可以使用管状结构中的弯曲部分、管状结构的半径等。在这种情形下，结构提取部件63可以使用能够识别图像V1、V2中的相同特有特征的各种已知方法。例如，两幅图像V1、V2中路径上的位置和紧靠特征部分的位置可以彼此相关联。或者，路径上的位置和紧靠特征部分的位置可以以使得两幅图像V1、V2中特征部分的位置沿着圆周方向关于作为中心轴的路径彼此相关联的方式彼此相关联。
接下来，对第一实施例的修改范例进行描述。在修改范例中，对应位置以即使得在管状结构具有相同测量半径的三维图像V1中的位置和三维管内结构图像V2中的位置彼此相一致的方式彼此相关联。
第一实施例的修改范例与第一实施例不同之处在于，结构提取部件63在沿着管状结构10纵向方向的至少一个位置处，测量三维图像V1和三维管内结构图像V2中每个的管状结构10的半径，以及在于，关联部件65以使得在管状结构具有相同测量半径的三维图像V1中的位置和三维管内结构图像V2的位置彼此相一致的方式，而使三维图像V1中管状结构的位置和三维管内结构图像V2中管状结构路径上的位置彼此相关联。接下来，将描述第一实施例的修改范例的特有特征。主要对不同于第一实施例的特征进行描述，而将省略对相同特征的描述。
第一实施例的修改范例中的结构提取部件63测量垂直于三维图像V1和三维管内结构中的管状结构10的路径A、B的多幅断层摄影图像中的半径r1m、r2m(0＜m≤ma)。在范围W1、W2中多个位置处沿着管状结构10中路径A、B的纵向方向测量半径r1m、r2m(0＜m≤ma)。此外，结构提取部件63将在包含在断层摄影图像中的路径上的点Am、Bm处测量的多个半径r1m、r2m(0＜m≤ma)存储在内存中。
此外，关联部件65将路径A、B上的多个点中的点Am、Bm′相关联。管状结构在点Am、Bm′处具有相同的测量半径r1m、r2m(0＜m≤ma)。在此，表述“具有相同的测量半径”意味着每个半径r1m相对于路径A上起始点As处的半径r1s的相对尺寸与每个半径r2m相对于路径B上起始点Bs处的半径r2s的相对尺寸是相同的。
图10a、10b是用于说明第一实施例的修改范例中定位过程的示意图。如图10a、10b所示，当半径r1m1、r2m1′彼此相一致时，在测量半径为r1m1处的断层摄影图像路径A上的点Am1与测量半径为r2m1′处的断层摄影图像路径B上的点Bm1′相关联。类似的，当半径r1m2、r2m2′彼此相一致时，在测量半径为r1m2处的断层摄影图像路径A上的点Am2与测量半径为r2m2′处的断层摄影图像路径B上的点Bm2′相关联。在此，可以假定0＜m1＜m1′＜m2′＜m2＜ma。具体而言，路径A、B上半径彼此相一致处的点Am、Bm沿着路径A、B彼此相关联。在图10a、10b中，在其中一幅断层摄影图像上的两个点与另外一幅断层摄影图像上的两个点相关联。然而，点的数量不必是两个。每幅图像中相关联的位置数量可以是大于1的任何数，只要管状结构在该位置或该多个位置处具有相同半径。
此外，关联部件65以预定间隔或以预定数量的划分点来设定用于划分从管状结构10中路径A上的起始点A0(As)至点A1m1的片段，以及从管状结构10路径中B上的起始点B0(Bs)至点B1m1′的片段的划分点。此外，关联部件65使两个片段中的划分点彼此相关联。类似的，关联部件65以预定间隔或以预定数量的划分点来设定用于划分从管状结构10中路径A上的起始点Am1至点Am2的片段，以及从管状结构10中路径B上的起始点Bm1′至点B1m2′的片段的划分点。此外，关联部件65使两个片段中的划分点彼此相关联。类似的，关联部件65以预定间隔或以预定数量的划分点来设定用于划分从管状结构10中路径A上的起始点Am2′至点Ama的片段，以及从管状结构10中路径B上的起始点Bm2′至点B1ma的片段的划分点。此外，关联部件65使两个片段中的划分点彼此相关联。此外，关联部件65将关联的划分点存储在内存中。
如图10a、10b所示，彼此对应的点Ai、Bi(0≤i≤ma)沿着路径A、B从起始点As、Bs至终点Ae、Be设定。点A0对应点As，而点Ama对应点Ae。点B0对应点Bs，而点Bma对应点Be。因此，在图像V1中从起始点As至终点Ae范围中路径A上的点的位置(沿Z轴方向的位置)与在图像V2中从起始点Bs至终点Be范围中路径B上的点的位置(沿Z轴方向的位置)相关联。
根据第一实施例的修改范例，三维图像和三维管内结构图像以使得在管状结构具有相同半径处的三维图像中的位置和三维管内结构图像中的位置彼此相一致的方式，而沿着管状结构的纵向方向定位。因此，可以沿着管状结构的中心线，在管状结构的纵向方向上对管状结构中位置误差进行校正。此外，可以生成三维投影图像，其中包含在沿着管状结构中心线在坐标系中表示的三维管内结构图像中的特定结构的图像已被更加精确地投影为与真实空间中管状结构的形态相符。由此，医生等能够不用注意三维管内结构图像V2中沿管状结构纵向方向的膨胀/收缩而只观察三维投影图像就可以直观地识别管状结构的形态和管状结构每个位置处的体素值。因此，可以改善医生等的诊断的效率和准确性。
诸如冠状动脉的血管在血管位置离血管远端更近时将变得更加狭窄。因此，可以通过以使得血管具有相同半径处的位置彼此相一致的方式，来定位血管，从而有效地校正沿着管状结构中心线在纵向方向上的管状结构位置中的误差。
此外，可以通过使用基于血管厚度(宽度、直径或类似的)以及血管半径的各种类型的指标，沿着路径定位管状结构。例如，基于血管截面区域来定位管状结构。
此外，通过使用各种方法，只要该方法能关联位置，以使得图像V1、V2中管状结构的特征部分的位置沿着纵向方向或圆周方向彼此相一致的方式，而使三维图像V1中管状结构的位置和三维管内结构图像V2中管状结构的位置沿着管状结构中路径A、B的纵向方向或圆周方向彼此相关联。
在对每个实施例的描述中，可以使用3D-IVUS图像作为范例。然而，对本领域技术人员而言显而易见的是，只要图像是以类似于3D-IVUS图像的方式一个接一个堆叠管内结构图像而生成的三维管内结构图像，则该实施例就是可应用的。本发明的实施例可以应用到三维图像，诸如通过一个接一个堆叠生成的VH(虚拟组织学)-IVUS图像，IVUS图像包括关于通过在超声RF信号上执行各种分析而获取的分割结果的信息。此外，本发明的实施例可应用到通过一个接一个堆叠OCT图像而生成的三维图像。
此外，当包含在三维管内结构图像V2中的管状结构之外的特定结构，具有能够与三维图像V1相关联的管状形状时，可以获取表示从三维管内结构图像V2中提取的管状形状的特定结构的三维图像V2′来代替三维管内结构图像V2。此外，在获取的三维图像V2′中的预定范围和三维图像V1中的预定范围相关联为将包含在三维图像V2′中的特定结构投影到三维图像V1中。
此外，在每个实施例中，管状结构中的路径可以使用计算机来设定。或者，可以由用户以手动操作来设定路径。具体而言，在管状结构中设定任意多个点，以及通过使用算法，诸如样条内插，将设定的多个点彼此均匀连接。此外，使用连接的曲线作为管状结构中的路径。
在每个实施例中，对于令一个用于诊断的WS实现如下装置的功能的情形进行了描述，即该装置通过在用于诊断的WS中安装用于重建管状结构的内侧图像的程序来重建管状结构的内侧图像。或者，用于重建管状结构内侧图像的程序可以分布式的安装到多个计算机中，从而令多个计算机实现用于重建管状结构内侧图像的装置的功能。

Claims (10)

1.一种用于重建管状结构内侧图像的装置，所述装置包括：
三维图像获取部件，其获取表示受检者的管状结构的三维图像；
三维管内结构图像获取部件，其获取三维管内结构图像，所述三维管内结构图像是从所述管状结构的多个断层摄影图像生成的所述管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从所述管状结构内侧沿着所述管状结构中的路径在所述管状结构上执行多次断层摄影而获取的；
结构提取部件，其从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取所述管状结构；
关联部件，其使从所述三维图像提取的所述管状结构和从所述三维管内结构图像提取的所述管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
三维投影图像生成部件，其通过将包含在所述三维管内结构图像中的范围内的特定结构的图像投影到所述三维图像中的关联范围内而生成三维投影图像。
2.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述关联部件基于所述三维图像中的所述管状结构内的路径和所述三维管内结构图像中的所述管状结构内的路径，使所述管状结构中的一个内的所述任意范围和所述管状结构中的另一个内的所述对应范围相关联。
3.根据权利要求1或2所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述特定结构是所述管状结构和/或存在于所述管状结构中的结构。
4.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述结构提取部件还从所述三维图像和所述三维管内结构图像中的每个提取所述管状结构中的分支部分或不平坦部分的位置，并且
其中，所述关联部件以使得从所述三维图像和所述三维管内结构图像提取的所述分支部分或所述不平坦部分的位置沿着所述管状结构的纵向方向彼此相一致的方式，而使所述管状结构中的一个内的所述任意范围和所述管状结构中的另一个内的所述对应范围相关联。
5.根据权利要求4所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述关联部件以使得从所述三维图像和所述三维管内结构图像提取的所述分支部分或所述不平坦部分的位置沿着所述管状结构的圆周方向彼此相一致的方式，而使所述三维图像中沿着所述管状结构圆周方向上的所述管状结构中的位置和所述三维管内结构图像中沿着所述管状结构圆周方向上的所述管状结构中的位置彼此相关联。
6.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述结构提取部件在所述三维图像和所述三维管内结构图像中的每个内在沿着所述管状结构的纵向方向的至少一个位置处测量所述管状结构的半径，并且
其中，所述关联部件以使得在所述管状结构具有相同的测量半径的位置处所述三维图像中的位置和所述三维管内结构图像中的位置彼此相一致的方式，而使所述管状结构中的一个内的所述任意范围和所述管状结构中的另一个内的所述对应范围彼此相关联。
7.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述三维管内结构图像获取部件获取三维管内超声图像。
8.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述三维管内结构图像获取部件获取三维光学相干断层摄影图像。
9.根据权利要求1所述的用于重建管状结构内侧图像的装置，其中，所述管状结构是血管。
10.一种用于重建管状结构内侧图像的方法，所述方法包括如下步骤：
获取表示受检者的管状结构的三维图像；
获取三维管内结构图像，所述三维管内结构图像是从所述管状结构的多个断层摄影图像生成的所述管状结构内侧的三维图像，所述断层摄影图像是通过从所述管状结构内侧沿着所述管状结构中的路径在所述管状结构上执行多次断层摄影而获取的；
从所获取的三维图像和所获取的三维管内结构图像中的每个提取所述管状结构；
使从所述三维图像提取的所述管状结构和从所述三维管内结构图像提取的所述管状结构中的一个内的任意范围和所述管状结构中的另一个内的对应范围相关联；以及
通过将包含在所述三维管内结构图像中的范围内的特定结构的图像投影到所述三维图像中的关联范围内而生成三维投影图像。
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