CN110313991B - 静态虚拟相机定位 - Google Patents

Abstract

本发明题为“静态虚拟相机定位”。本发明提供了方法、设备和计算机程序产品，所述方法、设备和计算机程序产品实现本发明的实施方案，其包括接收关于活体中的3D区域的3D图像数据，该3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔，以及接收第一腔内接近向开口的种子位置的坐标。处理3D图像数据，以便针对从种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从种子位置到相应交叉点的相应距离，射线在所述相应的交叉点处与第二腔中的表面组织相交。在射线中，选择从种子位置到各个交叉点的距离最大的射线，并且呈现包括如从所选择的射线上的位置看到的开口的图像。

Description

静态虚拟相机定位

相关申请的交叉引用

本申请与本申请同日提交的题为“定位体腔的开口(Locating anOpening of aBody Cavity)”的美国专利申请相关，该申请通过引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及图像提供，并且具体地涉及静态虚拟相机的自动放置，以便从图像内的所选择的有利位置提供三维图像。

背景技术

使用患者的三维(3D)图像执行一些医疗过程。在医疗过程中使用的3D图像的一个示例是计算机断层扫描(CT)扫描，其组合从不同角度获取的多个X射线测量值以生成患者的特定区域的横截面虚拟“切片”，从而使医生能够看病人内部而不需要手术。

Geiger的美国专利申请2003/0152897描述了一种用于在虚拟内窥镜检查期间通过在结构的内腔中导航虚拟内窥镜的视点来自动导航的方法。该方法包括确定虚拟内窥镜的初始视点，以及确定从初始视点到内腔的最长射线。

Gauldie等人的美国专利申请2008/0118117描述了一种用于取向虚拟相机以在生物结构中呈现内腔的虚拟内窥镜图像的方法。该方法包括通过使用射线投射来找到从相机位置到壁的最长射线来计算避免内腔中的壁的合适路径。

Graham等人的美国专利申请2007/0052724描述了一种用于沿着具有由三维体积数据集表示的内腔的生物对象导航的方法。该方法包括生成可按顺序连接的多个导航段，从该段的起始点向对象壁向外投射射线组以确定每个段的相应方向，并且计算组中每一个的平均射线长度。

以上描述给出了本领域中相关技术的总体概述，并且不应当被解释为承认了其包含的任何信息构成对抗本专利申请的现有技术。

以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

发明内容

根据本发明的实施方案，提供了一种用于呈现图像的方法，该方法包括接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，该3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔；接收第一体腔内接近向第二体腔的开口的种子位置的坐标；处理3D图像数据，以便针对从种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从种子位置到相应交叉点的相应距离，射线在所述相应的交叉点处与第二体腔中的表面组织相交；在多条射线中选择射线，对于所述射线，从种子位置到相应交叉点的距离最大；以及在显示屏幕上呈现图像，该图像包括基于3D图像数据如从所选择的射线上的位置看到的开口。

在一些实施方案中，接收3D图像数据包括接收计算机断层摄影扫描。在另外的实施方案中，接收种子位置的坐标包括从输入装置接收一个或多个信号。在另一个实施方案中，接收种子位置的坐标包括分析3D图像数据以确定种子位置的坐标。

在另一个实施方案中，处理3D图像数据包括生成朝向第二体腔的射线。在一些实施方案中，呈现图像包括提供3D图像数据的二维切片。在另外的实施方案中，第一体腔可以包括窦通道，其中第二体腔可以包括窦腔，并且其中开口可以包括窦开口。在另一个实施方案中，所选择的射线上的位置包括所选择的射线的交叉点。

根据本发明的实施方案，还提供了一种用于呈现图像的设备，该设备包括显示屏；以及处理器，该处理器被配置成接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，该3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔；接收第一体腔内接近向第二体腔的开口的种子位置的坐标；处理3D图像数据，以便针对从种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从种子位置到相应交叉点的相应距离，射线在所述相应的交叉点处与第二体腔中的表面组织相交；在多条射线中选择射线，对于所述射线，从种子位置到相应交叉点的距离最大；并且在显示屏幕上呈现图像，该图像包括基于3D图像数据如从所选择的射线上的位置看到的开口。

根据本发明的实施方案，还提供了一种计算机软件产品，该产品包括其中存储程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由计算机读取时，使所述计算机接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，该3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔；接收第一体腔内接近向第二体腔的开口的种子位置的坐标；处理3D图像数据，以便针对从种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从种子位置到相应交叉点的相应距离，射线在相应的交叉点处与第二体腔中的表面组织相交；在多条射线中选择射线，对于所述射线，从种子位置到相应交叉点的距离最大；以及在显示屏幕上呈现图像，该图像包括基于3D图像数据如从所选择的射线上的位置看到的开口。

附图说明

本文参照附图，仅以举例说明的方式描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方案的三维(3D)医学成像***的示意图，该***被配置成自动将静态虚拟相机放置在患者体内。

图2是示意性地示出根据本发明的实施方案的将静态虚拟相机放置在患者的体腔中的方法的流程图；

图3是根据本发明的一个实施方案的示意图，其示出了患者的窦腔和窦通道的二维图像。以及

图4是根据本发明实施方案的静态虚拟相机定位在窦腔中的图像的示意图。

具体实施方式

概述

可以使用诸如计算机断层摄影(CT)图像的三维(3D)图像来帮助医生在医疗过程之前或期间查看患者体内的一个或多个体腔。3D图像使得能够从不同的有利位置观察体腔。这些有利位置也可以称为“虚拟相机”，其可以放置在患者体内的不同位置处。

一些耳鼻喉科(ENT)手术涉及导丝通过窄的窦开口导航。在这些手术之前或期间，医生可难以将虚拟相机准确地放置在能够观察到窄开口的位置处(即，为了在将导丝操纵到开口中时为医生提供视觉引导)。造成这种困难的原因包括：

·窦开口通常是小的和/或窄的。

·使用的CT图像是二维(2D)切片/投影，而虚拟相机需要放置在3D坐标系中。

·医生通常很少有时间尝试调整相机的位置和取向。

本发明的实施方案提供一种方法和***，其用于将虚拟相机自动放置在患者体内，从而使得能够从虚拟相机的位置的有利位置呈现图像。如下文所述，接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，该3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔。在接收3D图像数据之后，接收第一体腔内接近向第二体腔的开口的种子位置的坐标，并且处理3D图像数据，以便针对从种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从种子位置到相应交叉点的相应距离，射线在所述相应的交叉点处与第二腔中的表面组织相交。在多条射线中，选择从种子位置到各个交叉点的距离最大的射线，以及将基于3D图像数据包括如从所选择的光线上的位置看到的开口的图像在显示屏幕上呈现。

***描述

图1示出了根据本发明实施方案的医学成像***20的示意图，医学成像***20被配置成实现自动静态相机定位。医学成像***20包括计算机断层摄影(CT)扫描仪22和控制台24。在本文描述的实施方案中，假设医学成像***20用于诊断或治疗处理。

在对患者26执行侵入式医疗规程之前，计算机断层摄影扫描仪22生成包括患者内腔(例如，鼻腔或鼻旁窦)的图像数据的电信号，并将所生成的图像数据传送到控制台24。计算机断层摄影扫描仪22在包括X轴30、Y轴32和Z轴34的图像坐标系28中生成图像数据。X轴、Y轴和Z轴通常平行于患者26的中间、冠状和轴向平面的交叉点。

控制台24包括处理器36、存储器38和输入/输出(I/O)通信接口40。在操作中，处理器36使用所接收的图像数据在显示屏44上提供图像42。存储器38存储图像数据，并且I/O通信接口40使控制台能够经由有线连接46从CT扫描仪22传输信号和/或将信号传输到CT扫描仪22。

以举例的方式，假设显示器44包括平板显示器，诸如液晶显示器、发光二极管显示器、有机发光二极管显示器或等离子体显示器。然而，也可采用其他显示装置来实现本发明的实施方案。在一些实施方案中，显示器44可以包括触摸屏，该触摸屏除了提供图像42之外还可以被配置成接受来自操作者(未示出)的输入。

在一些实施方案中，操作者(在本文也称为医学专业人员)可以使用一个或多个输入装置48来操纵图像数据(通常通过在显示器44上与X轴、Y轴或Z轴正交的切片中提供图像)。在显示器44包括触摸屏显示器的实施方案中，操作者可以通过触摸屏显示器操纵图像数据和给定图像切片。

处理器36通常包括通用计算机，该计算机具有合适的前端和附加接口电路，用于接收来自CT扫描仪22的信号并控制控制台24的其他部件。处理器36可通过软件编程以执行本文所述的功能。软件可例如通过网络将以电子形式下载到控制台24，或者可提供在非暂态有形介质诸如光学、磁性或电子存储器介质上。另选地，可通过专用或可编程数字硬件部件来执行处理器44的功能中的一些或全部。

静态虚拟相机放置

图2是示意性地示出将虚拟相机定位在患者26的体腔中的方法的流程图，并且图3是根据本发明实施方案的包括窦通道70(在本文也称为患者的第一体腔)和窦腔72(在本文也称为患者的第二体腔)的给定图像切片的示意图。在第一接收步骤50中，处理器36从患者26中的3D区域74接收3D图像数据，该3D区域包括具有向窦腔72的开口76的窦通道70(在本文也称为窦腔和窦通道之间的窦开口)。在一些实施方案中，处理器36从CT扫描仪22接收3D图像数据。

在第二接收步骤52中，处理器36接收指示窦通道70中接近开口76的种子位置78的输入。在一个实施方案中，医疗专业人员操纵输入装置48以选择种子位置，并且处理器36从输入装置接收输入。在另一实施方案中，处理器分析3D图像数据以识别种子位置78。例如，处理器36可以使用上文提到的美国专利申请“定位体腔的开口”中描述的生长球算法。

在生成步骤54中，处理器36朝向窦腔72生成以不同的相应角度82(即，在射线之间)从种子位置发出的多条射线80，并且在处理步骤56中，处理器处理3D图像数据用于识别到相应交叉点86的相应距离84，其中射线80与窦腔72中的表面组织88相交。在图3中，可以通过在识别数字上附加字母来区分射线80、角度82和交叉点86，使得射线包括射线80A-80E，角度包括角度82A-82D，并且交叉点86包括交叉点86A-86E。虽然出于视觉简化的目的，图3示出了种子位置78和交叉点86A之间的距离84A以及种子位置和交叉点86E之间的距离84E，交叉点中的每一个具有到种子位置的对应距离84。

在选择步骤58中，处理器36选择具有最长长度的射线。在图3所示的示例中，射线80C具有最长的长度。

在定位步骤60中，处理器36将虚拟相机定位在具有最长长度的射线上的位置(即，交叉点86C)。在一些实施方案中，该位置包括具有最长长度的所选择射线的交叉点。在下面参考图4的描述中描述了定位虚拟相机。

最后，在呈现步骤62中，处理器36在显示屏44上呈现从在步骤50中接收的3D图像数据生成的图像42。图像42包括如从所选择的射线(即交叉点86C)的交叉点看到的开口76，并且该方法结束。图像42通常是二维(2D)图像，或者另选地是由多个2D图像形成的3D图像。

图4是根据本发明实施方案的定位在交叉点86C处的虚拟相机90的示意图。通过将虚拟相机90定位在交叉点86C处，处理器36可以处理3D图像数据以在显示屏44上提供从包括交叉点86C的有利位置提供开口76的视图的图像。

在一些医疗过程中，医疗专业人员通过开口76将导丝92的远端94***窦腔72中。为了定位导丝92，医疗专业人员可以首先在窦通道70中的开口76附近***远端94，然后使用开口76的视图(即，如从图像42中的虚拟相机90看到的)作为实时视觉引导，用于将远端穿过开口拧入窦腔72中。

应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及他们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。

Claims (17)

1.一种用于呈现图像的方法，包括：

接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，所述3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔；

接收所述第一体腔内接近向所述第二体腔的所述开口的种子位置的坐标；

处理所述3D图像数据，以便针对从所述种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从所述种子位置到相应交叉点的相应距离，所述射线在所述相应的交叉点处与所述第二体腔中的表面组织相交；

在所述多条射线中选择所述射线，对于所述射线，从所述种子位置到所述相应交叉点的距离最大；以及

在显示屏上呈现图像，所述图像基于所述3D图像数据包括如从所选择的射线上的位置看到的所述开口。

2.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述3D图像数据包括接收计算机断层摄影扫描。

3.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述种子位置的所述坐标包括从输入装置接收一个或多个信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述种子位置的所述坐标包括分析所述3D图像数据以确定所述种子位置的所述坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述3D图像数据包括朝向所述第二体腔生成所述射线。

6.根据权利要求1所述的方法，其中呈现图像包括提供所述3D图像数据的二维切片。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一体腔包括窦通道，其中所述第二体腔包括窦腔，并且其中所述开口包括在所述窦通道和所述窦腔之间的窦开口。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所选择的射线上的所述位置包括所选择的射线的所述交叉点。

9.一种用于呈现图像的设备，包括：

显示屏；和

处理器，所述处理器被配置成：

接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，所述3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔，

接收所述第一体腔内接近向所述第二体腔的所述开口的种子位置的坐标，

处理所述3D图像数据，以便针对从所述种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从所述种子位置到相应交叉点的相应距离，所述射线在所述相应的交叉点处与所述第二体腔中的表面组织相交，

在所述多条射线中选择所述射线，对于所述射线，从所述种子位置到所述相应交叉点的距离最大，并且

在所述显示屏上呈现图像，所述图像基于所述3D图像数据包括如从所选择的射线上的位置看到的所述开口。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成通过接收计算机断层扫描来接收所述3D图像数据。

11.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成通过从输入装置接收一个或多个信号来接收所述种子位置的所述坐标。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成通过分析所述3D图像数据以确定所述种子位置的所述坐标来接收所述种子位置的所述坐标。

13.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成通过朝向所述第二体腔生成所述射线来处理所述3D图像数据。

14.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理器被配置成通过提供所述3D图像数据的二维切片来呈现图像。

15.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一体腔包括窦通道，其中所述第二体腔包括窦腔，并且其中所述开口包括在所述窦通道和所述窦腔之间的窦开口。

16.根据权利要求9所述的设备，其中所选择的射线上的所述位置包括所选择的射线的所述交叉点。

17.一种其中存储程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由计算机读取时，使所述计算机：

接收关于活体中的3D区域的三维(3D)图像数据，所述3D区域包括具有向第二体腔的开口的第一体腔；

接收所述第一体腔内接近向所述第二体腔的所述开口的种子位置的坐标；

处理所述3D图像数据，以便针对从所述种子位置以不同的相应角度发出的多条射线中的每条射线，识别从所述种子位置到相应交叉点的相应距离，所述射线在所述相应的交叉点处与所述第二体腔中的表面组织相交；

在所述多条射线中选择所述射线，对于所述射线，从所述种子位置到所述相应交叉点的距离最大；以及

在显示屏上呈现图像，所述图像基于所述3D图像数据包括如从所选择的射线上的位置看到的所述开口。