CN102397104A - 对患者心脏的心房进行可视化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在进行了治疗房颤的消融术之后对患者(P)心脏的心房(21)壁的至少一部分进行可视化的方法，其中，基于在进行消融术后由患者(P)心脏获得的立体数据组，至少对患者(P)心脏的经治疗的心房(21)进行分割，其中，确定属于经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)、外表面(26)以及位于该内表面(25)和外表面(26)之间的立体(27)的体素，以及在此，这样实施立体渲染或射线造型，使得为了对心脏的经治疗的心房(21)的壁的至少一部分的可视化仅引入在经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)上、立体(27)中或外表面(26)上的体素的体素值。此外本发明还涉及用于实施该方法的计算程序(13)、执行该计算程序的计算单元(12)，以及包含该计算程序的数据载体(14，15)。

Description

对患者心脏的心房进行可视化的方法

技术领域

本发明涉及一种在进行了治疗房颤的消融术(Ablation)之后对患者心脏的心房壁的至少一部分进行可视化，以便可以评价消融术的结果的方法。此外本发明还涉及一种实现该方法的计算程序、一种执行该计算程序的计算单元以及一种包括该计算程序的数据载体。

背景技术

房颤是一种心率失常，其中，从心房到心室出现快速接续的、无序的激励搏动(Erregungsimpulse)。其结果是心房和心室在房颤期间互相独立地以不同的速度收缩。通常心房和心室每分钟要紧接着相继跳动约70次。在房颤时在心房上出现无方向的电激励，后者导致频率为每分钟350-600次的快速接续的、无序的收缩。在上述高频率的条件下可以使得没有足够的血液从心房泵入心室，同样心室泵入血液循环的血液也偏少，从而导致血压的波动。

对于房颤，可用药物治疗。如果药物治疗无效，则显然要实施导管消融术。在此，将导管通过动脉的或静脉的血管引导到心脏。利用导管通过组织的闭合将在心房的心脏壁的组织中延伸的激励路径(Erregungsleitungen)分断，以阻止激励搏动的无序漫延。在此，通常或者会在左心房的区域内实施纵向延伸的损伤，或者在肺动脉的入口处环形地去掉肌肉束。

通常借助CT血管造影(CTA)来监控治疗结果，其中，利用X射线计算机断层造影设备在给入造影剂之后记录患者心脏的X射线投影，从中再现出患者心脏的层析图像。在此，可以Tops L.F.、Schalij M.J.和Bax J.J.的“Imagingand atrial fibrillation：the role of multimodality imaging in patient evaluation andmanagement of atrial fibrillation”，European Heart Journal(2010)31，S.542-551为例。

特别是当要借助心脏心房的经治疗的组织的图像信息来评估消融术的结果时，通常要产生多平面重组(multiplanare Reformationen，MPR)。然而，上述对经治疗的组织的可视化及显示的处理要求进行评估的放射科医生具有丰富的的经验和专业知识，这是因为心脏壁相对较薄，而且正常的、未经治疗的组织与经过消融术治疗的组织之间的区别是非常小的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，提出能够满足简化对在心脏心房的组织上进行的消融术的结果的评估的前提条件的、本文开始所述类型的方法、计算程序以及数据载体。

根据本发明，该技术问题通过一种用于在进行了治疗房颤的消融术之后对患者心脏的心房壁的至少一部分进行可视化的方法得以解决，其中，基于在进行消融术后由患者心脏获得的立体数据组(Volumendatensatz)，至少对患者心脏的经治疗的心房基于该立体数据组的体素(Voxeln)进行分割，其中，确定属于经治疗的心房壁的内表面、外表面以及位于该内表面和外表面之间的立体的体素，并且，在此如此实施立体渲染(Volume Rendering)或射线造型(Ray Casting)，以使得为了对心脏的经治疗的心房的壁的至少一部分进行可视化仅引入在经治疗的心房的壁的内表面上、所述立体中或外表面上的体素的体素值。

经治疗的心房通常是指心脏的左心房。优选利用X射线计算机断层造影设备在CT血管造影(CTA)的范围内产生患者心脏的立体数据组，其中，在记录X射线投影之前为患者注入造影剂。

基于所产生的立体数据组至少对经治疗的心脏的心房进行分割(Segmentierung)。优选地对心脏的两个心房和两个心室进行分割。通过分割可以确定属于经治疗的心房的壁的内表面、外表面以及位于该内表面和外表面之间的立体的体素。

然后，基于属于该内表面、外表面以及立体的体素进行立体渲染或射线造型(Ray Casting)，在此，为了对经治疗的心房的壁的至少一部分或经治疗的心房的壁的全部进行三维可视化，仅使用属于经治疗的心房的内表面、上述立体，或外表面的体素或体素值。通过这种方式可以优化地自动地且没有用户介入地产生经治疗的心房的壁的至少一部分的较详细的三维显示，因为正常的未经治疗的组织和经过消融术治疗的组织可以通过彼此不同的体素值或衰减值或CT值彼此区分并相应地被可视化。

通过对被治疗的组织和未被治疗的组织的相应的可视化，可以满足简单而快速地评估在心脏的心房组织上进行的消融术的效果的前提条件。

根据本发明的一种变形，立体渲染或射线造型这样实现：使射线从经治疗的心房的内表面的体素向外和/或射线从外表面的体素向内定向射出，其中，对于可视化仅引入射线所触及的、位于经治疗的心房的壁的内表面上、上述立体中或外表面上的体素的体素值以确定辐射值。在此，属于经治疗的心房的壁的内表面或外表面的每个体素优选地只发出一条射线，该射线在其辐射方向上通常触及一个或多个属于经治疗的心房的壁的体素。

那些其中每条射线仅从经治疗的心房的壁的内表面或外表面的一个体素发出的射线在此优选地与内表面正交地向外取向和/或与外表面正交地向内取向。因此这些射线分别沿相应表面部分的法向向量的方向延伸。围绕属于表面的体素的各表面部分是可优选确定的。由于不同表面部分的法向向量通常是变化的，因此从属于表面的体素发出的射线具有多个辐射方向。

根据本发明的另一变形，对每条射线这样确定一个辐射值：对于相应的射线仅在包含经治疗的心房的壁的内表面、外表面以及位于该内表面和外表面之间的立体的包络立体内计算射线造型积分。

根据一种替代的实施方式，通过对每条射线确定一个最大强度投影来确定每条射线的辐射值。在此，对于每条从表面的体素射出的射线确定该射线触及的这样的体素：该体素的体素值相对于其它被该射线触及的体素的体素值来说最大，在此，还考虑射线由其发出、并同样被视为该射线所触及的体素的体素值。

在本发明的实施方式中，将各个为射线确定的辐射值用于对经治疗的心房的壁的至少一部分的可视化。不论各辐射值是以何种方式确定的，经治疗的心脏的心房壁的未经治疗的组织和经治疗的组织的辐射值是不同的，因此可以借助辐射值来实现对未经治疗的和经治疗的组织的可视化。

根据本发明的另一实施方式，为了对经治疗的心房的壁的至少一部分的可视化而进行配色(Farbzuordnung)，其中，对特定辐射值范围中的辐射值配以特定的颜色值。为此，可以首先确定未经治疗的组织的以及经治疗的组织的辐射值范围，然后将这些辐射值范围配以颜色值，从而可以实现对未经治疗的组织和经治疗的组织的彩色可视化。

根据本发明的一种变形，至少对经治疗的患者心脏的心房自动进行分割。优选地对两个心室和两个心房都自动进行分割。

根据本发明的另一变形，首先基于患者心脏的立体数据组确定患者心脏的编入了所获得的立体数据组的体素值的模型。优选地借助患者心脏的模型来至少对经治疗的患者心脏的心房进行分割。这样的建模以及优选的对心脏的自动分割特别是可以按照Zheng Y.、Barbu A.、Georgescu M.、Scheuering M.和Comaniciu D.在“Four-Chamber Heart Modeling and Automatic Segmentation for3D Cardiac CT Volumes Using Marginal Space Learning and Steerable Features“，IEEE Transaction on Medical Imaging，2008 Nov，27(11)，Seiten 1668-1681中描述的方法进行，其所公开的内容在此并入本申请中。

根据本发明的一种实施方式，为了对经治疗的心房的壁的至少一部分进行可视化，将各个为射线所确定的辐射值投影到模型上，从而可以借助该模型使经治疗的心脏的心房的未经治疗的和经治疗的组织可视化。

本发明的技术问题还通过一种用于实施上述方法之一的计算程序以及通过一种配有上述计算程序用以实现上述方法之一的计算单元来解决。此外，本发明的技术问题还通过一种具有实施上述方法之一的计算程序的数据载体解决，该计算程序存储在该数据载体上并且可由计算单元从该数据载体加载。

附图说明

以下借助附图描述本发明的实施例。在此示出：

图1示出用于对患者进行检查的计算机断层造影设备；

图2示出患者心脏的三维模型；

图3示出图2的患者心脏模型的左心房；以及

图4示出通过对图2的患者心脏模型的左心房用确定的辐射值的投影来对经治疗的和未经治疗的组织进行的可视化。

具体实施方式

附图中对相同或功能相同的元件、组件、组织等全部使用相同的附图标记。图中所示仅是示意性的，不是严格按比例的，在各图之间的比例可以不同。以下对于图1所示的X射线计算机断层造影设备1在不对其一般性进行限制的情况下仅就理解本发明所需的部分进行描述。

图1所示的计算机断层造影设备1具有用于支承待检查患者P的患者卧榻2。该计算机断层造影设备1还包括支架4，该支架具有可绕系统轴5旋转地支承的X射线管-检测器系统。该X射线管-探测器系统具有彼此相对置的X射线管6和X射线探测器单元7。在运行时从X射线管6向X射线检测器单元7发出X射线8，并由X射线探测器单元7采集。

患者卧榻2具有卧榻基座9，实际支承患者P的患者支承板10设置在该基座上。可以相对于卧榻基座9来调节患者支承板10，使得可以将患者支承板10和患者P一起进入支架4的开口3，以(例如在螺旋扫描中)记录患者P的二维X射线投影。对该二维X射线投影的计算处理或对基于该二维X射线投影的对患者P的身体部位的层析图像和/或立体数据组的重建利用示意性示出的计算机断层造影设备1的图像计算机11实现。

在本发明的当前实施例的情况下，利用计算机断层造影设备1来检查患者P的心脏，亦即在患者心脏的左心房为了治疗房颤实施了目的在于通过闭合心脏组织来断开在左心房的心脏壁中延伸的激励路径并由此阻止激励搏动的无序传播的导管消融术之后进行。此外，为了监控治疗效果，借助由患者P的心脏获得的立体数据组对经过导管消融术治疗的组织区域进行可视化。

在本发明的当前实施例的情况下，通过CT血管造影(CTA)获得立体数据组，其中，首先例如在患者P的血管中注入含碘的造影剂。然后，以公知的方式例如在螺旋扫描过程中，从患者心脏不同的方向拍摄二维X射线投影，并借助图像计算机11从中重建出患者心脏的立体数据组。

在本发明的当前实施例的情况下，图像计算机与设置用于对立体数据组进行继续处理或加工的计算单元12连接。计算单元12可以如图1所示，直接与计算机断层造影设备1连接以接受立体数据组，或者可以例如通过网络16访问放射信息系统(RIS)的或医院信息系统(HIS)的已存放或存储了利用计算机断层造影设备1产生或利用图像计算机11重建的立体数据组的数据存储器17。

在本发明的当前实施例的情况下，计算单元12中设有计算程序13，该计算程序已由例如可以是CD的便携式数据载体14加载到计算单元12中。但计算程序13还可以通过网络16从也可以作为用于计算程序13的数据载体的服务器15加载。网络16不必仅是例如医院内部的网络，而是还可以部分包括例如互联网或其它公共网络。

在计算单元12上执行的计算程序13实施对心脏的心房壁的至少一部分进行可视化的方法。

根据该方法的实施方式，首先基于由患者P的心脏产生的立体数据组生成与该立体数据组的体素和体素值相对应的患者P心脏的模型20。然后，借助该心脏模型20对左、右心房以及左、右心室进行自动分割。对患者心脏的建模以及对心脏的自动分割优选按照Zheng Y.、Barbu A.、Georgescu M.、Scheuering M.和Comaniciu D.在“Four-Chamber Heart Modeling and Automatic Segmentationfor 3D Cardiac CT Volumes Using Marginal Space Learning and Steerable Features“，IEEE Transaction on Medical Imaging，2008 Nov，27(11)，Seiten 1668-1681中描述的方法实现。该过程的优点在于，不仅心脏的建模而且心脏的分割都可以没有用户介入地自动地实施。

图2示出根据Zheng Y.、Barbu A.、Georgescu M.、Scheuering M.和ComaniciuD.在“Four-Chamber Heart Modeling and Automatic Segmentation for 3D CardiacCT Volumes Using Marginal Space Learning and Steerable Features“，IEEETransaction on Medical Imaging，2008 Nov，27(11)，Seiten 1668-1681中描述的方法对患者P的心脏进行建模和分割的结果。在图2中可以看到左心房21、右心房22、左心室23和右心室24。

在图3中以一个特别能形象描述对左心房21分割的结果的视角再一次放大示出了经治疗的并因此引人关注的左心房21。如从图3可见，对左心房21的壁的内表面25、外表面26以及处于内表面25和外表面26之间的立体27进行了分割。在此，还确定了分割所依据的立体数据组的，属于内表面25、外表面26以及立体27的体素。

为了对左心房21的壁进行可视化、特别是进行三维可视化，而这样进行用于显示三维立体数据的立体渲染，或进行同样是用于立体可视化的射线造型，使得为了对患者P心脏的左心房21的壁进行可视化仅引入共同构成包络立体的、在左心房21的壁的内表面25上、立体27中或外表面26上的体素的体素值。

在本发明的当前实施例的情况下，这样进行立体渲染或射线造型：使得如图3所示，射线28从左心房21内表面25上的体素与内表面25正交地向外射出。在此，内表面25的每个体素仅发出一条射线28，其中，各射线28的辐射方向通常通过射线28与表面正交的规定而有所区别。最后，对于对左心房21的心房壁进行的可视化仅引入射线28所触及的、位于左心房21壁的内表面25上、立体27中或外表面26上的体素的体素值，以确定结果辐射值。

在本发明的当前实施例的情况下，基于射线28确定最大强度投影，即对每条从内表面25的体素发出的射线28确定由相应射线28所触及的这样的体素：该体素的体素值相对于其它由相应射线28所触及的体素的体素值来说最大，在此，还考虑相应射线28由其发出、并同样视为由相应射线28所触及的体素的体素的体素值。在本发明的当前实施例的情况下，相关的体素值是衰减值或CT值。通过这种方式，对每条射线28确定一个用于对左心房21进行可视化的壁的辐射值。

在本发明的当前实施例的情况下，对左心房21的壁的可视化通过将确定的射线28的辐射值投影在左心房21的模型上、特别是投影在左心房21的模型的内、外表面上来实现。由于患者P的心脏20的左心房21的未经治疗和经治疗的组织的辐射值不同，可以借助可视化来区分经治疗的和未经治疗的组织部分。

为了更好地区分经治疗的和未经治疗的组织，在本发明的当前实施例的情况下，为了对左心房21的壁进行可视化，还附加进行配色，其中，将特定的颜色值配给特定辐射值范围内的辐射值。在给出的本发明的实施例的情况下，给较高的辐射值、即体现较大衰减值的辐射值配以色级蓝和绿。而给较低的辐射值、即体现较小衰减值的辐射值配以色级黄、桔黄和红。

通过这种方式可以实现对左心房21的壁的未经治疗和经治疗的组织的彩色可视化，如图4所示。在图4中可见的组织区域30是经治疗的组织，而组织区域31是未经治疗的组织。

通过这种方式可以直接区分经治疗的和未经治疗的组织，从而例如图4所示的可视化可以作为放射医生判断在患者P心脏的左心房中进行的导管消融术的效果的基础。

与所描述的本发明的实施例不同地，还可以利用其它公知的方法或手动地在立体数据组的立体数据中对患者心脏的左心房、右心房、左、右心室进行分割，以确定属于左心房壁的内表面、外表面以及位于该内表面和外表面之间的立体的体素。

此外，可以用计算包络立体内的射线造型积分来替代对每条射线28的最大强度投影，从而也可以这种方式对于每条射线28给出一个用于对左心房21的经治疗的和未经治疗的组织进行可视化的辐射值，在此，对于射线造型积分下式成立：

$I(a,b)=\underset{b}{\overset{a}{\∫}}g\left(s\right){\exp }^{-\underset{a}{\overset{s}{\∫}}\mathrm{\τ}\left(x\right)\mathrm{dx}}\mathrm{ds}$

其中，

I(a，b)为体素的强度或衰减值，

ds    为相关射线的方向，

g(s)  立体数据或强度函数的初始项(Ursprungsterm)，

τ(x) 衰减函数。

此外，还可以这样进行立体渲染或射线造型：射线从外表面的体素向内射出，其中，对于可视化仅使用为确定辐射值而引入的射线所触及的、位于经治疗的心房壁的内表面上、立体中或外表面上的体素的体素值。

Claims (13)

1.一种用于在进行了治疗房颤的消融之后对患者(P)心脏的心房(21)的壁的至少一部分进行可视化的方法，其中，

-基于在进行消融术后由患者(P)的心脏获得的立体数据组，

-至少对患者(P)心脏的经治疗的心房(21)进行分割，其中，确定属于经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)、外表面(26)以及位于该内、外表面(25，26)之间的立体(27)的体素，以及其中，

-实施立体渲染或射线造型，使得为了对心脏的经治疗的心房(21)的壁的至少一部分进行可视化仅引入位于经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)上、立体(27)中或外表面(26)上的体素的体素值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在进行立体渲染或射线造型时，射线(28)由经治疗的心房(21)的内表面(25)的体素向外和/或由外表面(26)的体素向内射出，其中，对于可视化仅引入射线(28)所触及的、位于经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)上、立体(27)中或外表面(26)上的体素的体素值，以确定辐射值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，射线(28)与内表面(25)正交地向外取向和/或与外表面(26)正交地向内取向。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，对每条射线(28)这样确定一个辐射值，使得对于相应的射线(28)仅在包含经治疗的心房(21)的壁的内表面(25)、外表面(26)以及位于该内表面(25)和外表面(26)之间的立体(27)的包络立体内计算射线造型积分。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，通过对每条射线(28)确定一个最大强度投影来确定每条射线(28)的辐射值。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，分别将为射线(28)确定的辐射值用于对经治疗的心房(21)的壁的至少一部分的可视化。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，为了对经治疗的心房(21)的壁的至少一部分的可视化进行配色，其中，给特定辐射值范围中的辐射值配以特定的颜色值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，对经治疗的患者(P)心脏的心房(21)自动进行分割。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，基于患者(P)心脏的立体数据组确定显示出经治疗的心房(21)的患者(P)心脏的模型(20)，以及其中，借助该患者(P)心脏的模型(20)至少对经治疗的患者(P)心脏的心房(21)进行分割。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，为了对经治疗的心房(21)的壁的至少一部分的可视化，把为射线(28)确定的辐射值投影到所述模型(20)上。

11.一种计算程序(13)，用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.一种计算单元(12)，其被设置用于利用程序技术实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

13.一种数据载体(14，15)，具有存储在该数据载体(14，15)上、可由计算单元(12)从该数据载体(14，15)加载的、实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法的计算程序(13)，用于当计算程序(13)被加载到计算单元(12)中时执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

Images