[发明专利]进行局部可变形运动分析的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2003年10月3日提交的序列号为No.60/508,367的美国临时申请、于2003年10月13日提交的序列号为No.60/510,856的美国临时申请、于2003年10月2日提交的序列号为No.60/508,210的美国临时申请和于2004年4月30日提交的序列号为No.60/566,833的美国临时申请的权益，这些申请全文引入作为参考。

发明领域

本发明涉及用于进行局部可变形运动分析的系统和方法，并且更特别地涉及用于准确跟踪将对象的局部运动与对象的全局运动隔离的对象的运动的系统和方法。

发明背景

对象跟踪是在许多成像软件应用中使用的重要工具。在跟踪对象的运动中经常出现的一个问题是从移动的背景中区分出对象的运动。场景的实例是识别人的特征的运动，诸如识别头部运动、面部特征、手部运动或其它身体运动。在对目标图像进行成像的过程中，很明显在图像中背景景物也正在移动(例如，树木、车辆和人)。这就使得跟踪对象、例如跟踪面部特征变得困难。成像软件必须能够恰当区分目标(也就是，特定面部特征)和其它图像数据。

在诸如超声心动描记术这样的医疗成像应用中，对象跟踪也是十分重要的。正确分析心脏超声波图像中的心肌壁运动对于心脏功能的评价是至关重要的。跟踪心肌壁功能的困难之一是要补偿由呼吸、身体运动或超声波探头引起的附加运动。在图像采集期间通过阻止患者运动(屏气、谨慎放置探头)或者在后处理阶段中通过基于图像的校正技术减小由这些运动造成的影响。但是，在没有补偿外部运动的情况下，真正的心脏运动不能被获得。

心脏运动能够被分解成局部运动和全局运动。局部运动是指心脏的内部运动。换句话说，局部运动是心肌在心脏收缩和心脏舒张期间的运动。全局运动是除局部运动之外的外部运动。如上所述，全局运动能够源自多种起因，这些起因诸如成像时患者轻微的身体运动或呼吸、或者成像装置或放射科医师手部的运动。

如果没有对全局运动进行补偿，则可能发生误诊。例如，在没有补偿的情况下，患者可能被诊断为左心室右侧局部缺血，因为右侧段的收缩看起来比其它段小很多。这有可能发生，因为向右侧的全局运动抵消了右侧壁的运动，并且增强了左侧壁的运动。在补偿之后，每段中的收缩是相同的，这表示心脏的正常运动。同样，患者可能被诊断为心脏正常，但患者患有局部缺血。如果全局运动存在，则局部缺血的左心室可能被认为是正常的。在许多情况下，不管是由医生还是由智能机器进行诊断，全局运动的存在都可能影响诊断的准确性。

以前用于对全局运动进行补偿的方法包括长轴和主轴方法。主轴被定义为空间中的线，该线距所有给定横截面的质心具有加权的最小二乘距离。心脏收缩结束时的左心室质心和主轴一起被用于确定平移和旋转因子。针对两个连续的图像帧，图像数据和主轴被获得。质心由某个预定的帧(例如，心脏收缩末期)决定。然后，两帧被叠加，以便通过质心的运动来决定平移。在平移之后，旋转角度能够被决定，并且能够通过平移和旋转因子实现补偿。因为主轴并没有恰当识别心脏的局部缺血区域或进行类似分析，所以主轴没有被广泛用于全局运动补偿。主轴会受到异常区域运动的影响，并且不能被用于确定真正的运动。

另一种方法假设，正常心脏的形状在心脏收缩期间基本保持不变。在局部缺血的心脏的情况下，在导致运动机能减退、运动不能或运动功能障碍(dyskiniesia)的梗塞区中或其周围的运动被明显改变。在心搏周期期间，全局形状和曲线分布以及针对多个数据点(例如，顶点、前部(anterior)和凹点(pit))的局部形状被观测。全局和局部形状以及每个数据点的曲线分布被组合到一起，以便与正常的心脏数据进行比较，并然后能够确定异常区域。在局部区域跟踪中，主轴被用于补偿全局运动。利用这种方法在识别异常区域中的问题在于所做的初始假设。如上所述，假设正常心脏的形状在心脏收缩期间保持不变。但是，心脏自身具有局部旋转或扭转，并且在许多情况下，正常心脏的形状在心脏收缩期间非常不同。需要恰当地补偿全局运动，以便提高医疗诊断的准确性。

发明内容