组合的装置和解剖结构更新的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  5

专利名称:组合的装置和解剖结构更新的制作方法
技术领域
总体而言,本发明涉及一种用于使感兴趣对象连同位于感兴趣对象内的装置可视化的设备和方法。此外,本发明涉及所述设备的使用以及涉及适于控制所述设备以使感兴趣对象连同位于感兴趣对象内的装置可视化的计算机程序产品。具体而言,本发明涉及一种用于使解剖结构连同用于治疗患者的装置可视化的设备和方法。
背景技术
在J. Bredno、B. Martin-Leung 和 K. Eck.于 2004 年 5 月发表在编辑人员为 J. Michael Fitzpatrick、Milan Sonka 的 Proceedings of SPIE-Volume 5370-Medical Imaging 2004 Image Processing 的第 1486-1497 页上的"Algorithmic Solutions for Live Device-to-Vessel Match”的文献中,可以找到对利用用于‘经皮冠状动脉腔内血管成形术’(PTCA)以治疗心血管狭窄的成像系统所执行的基本介入程序的描述。其中记录有“在入口部位处将导管插入血管系统中之后,沿着大血管将导管推进至需要治疗的血管结构。经由导管注射造影剂,并且导管实验室(Cathlab)x-射线仪器记录血管造影序列,该血管造影序列示出了利用造影剂填充后的血管。随着改变成像器的几何结构,可以重复诊断血管造影图采集。诊断和介入规划基于这种诊断血管造影图(……)。 在介入期间,将柔性的、局部或完全不透辐射(radio-opaque)的引导线推进至受影响的血管结构(例如,冠状血管狭窄、神经血管动脉瘤或动-静脉畸形)。荧光检查法的低剂量 χ-射线监视使引导线可视化(……)并允许介入手术执行者在推进引导线的同时手眼协调。一旦定位好后,引导线作为轨道以递送介入装置(例如用于扩张的气囊和支架的递送、 用于烧结动脉瘤的可脱离线圈)。介入装置的递送和展开也是受荧光检查法的控制。”目前,PTCA期间最为精密的阶段之一是引导线顶端通过目标病灶(狭窄)。这一位置处的血管壁通常是不均勻的,并且根据定义,操作(conduct)较为狭窄。因而狭窄通过是介入的最耗时(以及因此剂量生成)的部分之另一精密阶段包括相对于目标病灶定位气囊或支架标记物。这一定位的精确性非常重要,因为其确定了要展开气囊和/或支架的位置。狭窄通过阶段困难的原因之一是由于其是几乎盲目地并在运动的目标上实现该阶段的事实。大部分时间内,心脏病专家仅看到线顶端,同时试图判断出狭窄的样子以及顶端在该狭窄中的精确位置。在这一过程中,心脏病学家常常注射少量的造影剂以帮助判断顶端相对于狭窄的位置,并随后继续进行介入。同样地,当相对于狭窄定位气囊/支架标记物时,心脏病专家注射少量的造影剂, 以确定应当如何移动标记物以到达最佳位置。在这两种情况中(狭窄通过和标记物定位),造影剂注射都是有帮助的,但因为各种因素其仍然包括困难的过程,所述因素包括-许多运动(心脏、呼吸、造影剂流动、装置)的存在,
-由于运动而造成缩放(zooming)受限的事实,-由于荧光检查条件而造成图像中的较差的对比度。目前,为了改进这种情况,可以使用称为装置更新(device boosting)(参见例如 James C. Ross、David LanganΛ RaviManjeshwar、John Kaufhold、Joseph Manak 禾口 David Wilson 于 2005 年在 Miccai 的“Registration andlntegration for Fluoroscopy Device Enhancement")的技术,其中,补偿了装置运动,同时利用时间积分增强了装置可视性。对于装置更新而言,可以使用执行图像处理方法的观察系统。该观察系统包括用于采集图像序列和用于实时处理和显示所述图像的模块。该系统包括初始化模块,其应用于原始图像以提取和定位感兴趣对象,可以关于图像的参考移动所述感兴趣对象,也可以相对于所述参考和相对于对象两者移动背景。因而初始化模块包括用于相对于图像的参考配准感兴趣对象的配准模块。该系统还包括处理模块,其用于自动增强感兴趣对象、用于使噪声最小化以及用于模糊或衰减图像的背景。所述处理模块至少包括用于实现在至少两幅图像上执行的时间积分技术的模块,其中,已经相对于图像的参考配准了感兴趣对象。由于在配准对象之后,背景仍然相对于图像的参考移动,这一时间积分技术提供了对感兴趣对象的增强,同时使噪声最小化并模糊和衰减背景。然而,如果装置相对于周围解剖结构移动(这通常是针对上述应用的情况),那么基于装置的配准和积分必然降低解剖结构可视性(变得模糊),并且因而降低相对于该解剖结构的装置定位。

发明内容
本发明的目的在于改进这种情况,并提供舒适的方式以监测装置和感兴趣对象两者。具体而言,关键是利用装置和感兴趣对象两者的增强的视图在与感兴趣对象相关联的稳定参考中使移动的装置正确地可视化。参考下文所描述的实施例,本发明的这些方面和其他方面将变得显然并得以阐述。总体而言,提出了一种设备和方法,其用于使感兴趣对象连同位于感兴趣对象内的装置可视化。该设备包括适于提供感兴趣对象和装置的图像信息的图像形成单元、处理单元和适于显示图像的显示器,其中,图像是装置的图像信息和感兴趣对象的经更新的图像信息的组合。在本文中,处理单元适于执行以下步骤基于图像形成单元所提供的图像信息检测和分割装置;擦除装置的图像信息;基于所提供的图像信息配准感兴趣对象;更新感兴趣对象的图像信息;再插入装置的图像信息。下文稍后将详细描述根据本发明的方法。此外,根据本发明,所述方法的各步骤可以在计算机可读介质上存储为计算机程序产品,所述计算机程序产品控制设备以执行所述方法的各步骤。在下文中,将参考随附的附图借助示范性实施例描述本发明。


图1是示意性示出了根据本发明的方法的各步骤的流程图。
具体实施例方式提出了以增强装置(例如气囊/支架标记物或线顶端)和配准的解剖结构参考内的周围解剖结构(例如狭窄)两者的方式组合装置检测方法和解剖结构的更新技术。本发明的基本特征包括-自动检测和追踪装置(例如标记物或线顶端),-优选在更新装置之后分割所述装置,-确定造影剂到达装置附近的时刻,使得解剖结构(例如狭窄)可见。这通过随着时间监视装置对比度完成,-基于装置分割,应用擦除方法,产生无装置的图像,-开始已检测到的装置周围、但是在无装置的数据中的解剖结构配准,-应用解剖结构更新,从而提高解剖结构可见性并使得能够配准(可能包括弹性变形),-在已配的准解剖结构参考中再注入所述装置(可能使用常规技术而独立地更新)。如图1所示,所提出的方法依赖于若干步骤自动地执行,并且应用于每次单荧光检查中,例如在基于导管的心脏介入手术中在步骤Sl中,检测和追踪装置。这意味着,实时分析荧光检查,并检测(定位)和追踪目标装置。因为装置(标记物和引导线顶端)通常较易识别,这一过程可以完全自动化地完成,而无需(或仅需非常少量的)用户交互。例如,对于气囊/支架标记物而言,如上所述,这一程序已经嵌入在支架更新中。在步骤S2中,作为可选择的任务,可以实现完整的装置更新。由于已经实现了检测和追踪,这对应于时间积分,加上空间增强。在推进之后,提高了装置的信噪比,这有助于随后的分割。在步骤S3中,分割所述装置。在步骤Sl中,检测精确定位的装置。但是这并不一定意味着对其进行了分割。例如,在支架更新中,通过标记物的质心对标记物进行精确定位,但是并非必须对它们进行分割。然而,由于其强的信号特征、其可获得的定位,并且因为可以(任选地)依赖于这一装置的经更新的版本,可以使用常规技术以获得装置的分割。然而,失真分割(每个值表示装置存在的可能性的装置地图的产物)也是可能的。在步骤S4中,检测造影剂。一旦分割(或简单地定位和失真地表示)了所述装置,随时间分析装置及其附近之间的对比度。这允许监测造影剂的到达,以及当解剖结构检测和追踪可行时自动触发组合的装置和解剖结构更新程序(因为造影剂而使得其充分可见)。在步骤S5中,擦除或衰减装置。由于对装置的分割,可以移除或衰减装置,其中, 分割仅意味着获得装置地图,即对于每个像素而言,所述装置地图指示在这一位置处的“装置性”的可能性。这可以通过标准的所谓绘画(in-painting)方法实现。然而,并非必须移除整个装置,从而由于模糊化分割(或装置地图)还可以实现装置衰减步骤。在步骤S6中,配准感兴趣对象。基本上,配准是在一系列若干图像中识别感兴趣对象。该配准可以通过对感兴趣对象的检测及其追踪实现,或者其可以通过在装置附近的直接运动矢量场估计来实现而无需另外的检测。由于装置的定位,可以在无装置的图像中(使得装置不“妨碍”解剖结构检测算法)检测和追踪通常为解剖结构(血管段或狭窄)的感兴趣对象。然而,这并非必须的,并且还可以在原始荧光检查图像中直接检测和追踪(由于装置定位信息)解剖结构。令人感兴趣的是注意能够最终耦合装置的检测和解剖结构的检测。无装置定位将无法开始解剖结构的检测,但是当发生这种情况时,造影剂降低了装置的可视性,同时增加了解剖结构的可视性。然后可能富有成效地使用解剖结构追踪信息将解剖结构定位信息反馈至装置追踪,以便改进后者的性能(由于发现装置靠近解剖结构, 或者更通常与解剖结构有空间关系)。在步骤S7中,更新感兴趣对象。一旦配准之后,可以更新感兴趣对象或解剖结构, 其在解剖结构参考中配准,然后进行时间积分和空间增强。这可能包括弹性配准。当然那么附加的缩放也是可能的。在步骤S8中,再注入所述装置。然后可以在经配准的更新的解剖结构序列中再注入(利用正确地几何变换)所述装置(经分割或模糊化表示的),从而产生其中增强了解剖结构和装置两者的稳定(可能经缩放)的序列,并且可以观察其相对运动而无任何模糊化。因此,实现了所显示的图像,其示出了在经配准的解剖结构中的经更新的解剖结构和装置。备选地,在显示器上,可以利用装置和解剖结构的自然运动对其进行显示。在一些应用中,甚至可能有利的是,相对于装置配准所显示的图像并在与所述装置相关的参考中示出解剖结构的运动。根据其他实施例,可以使用失真表示(装置地图)替代对装置的硬分割,并且可以进行解剖结构检测而无需在先的装置擦除。本发明可以应用至用于PCI (经皮冠状动脉介入)的X-射线心脏系统。PCI是心脏系统的最重要应用之一并且市场巨大。减少介入持续时间,减少必要的剂量和造影剂量, 以及增加程序的可靠性和心脏病专家的舒适度是本发明同时满足的目标。在X-射线中,电生理介入(心房消融或起搏器设置)也可能是潜在的应用。关于其他可能的应用,可以潜在地关注任何介入成像系统。尤其在当考虑活检的超声的情况下。活检针是一种装置,并且其行进至可能移动的目标器官内。该器官可能因为患者的呼吸或运动或者因为原生器官运动或者由于利用针的介入而移动。对于活检而言, 其还非常希望同样清楚地观察装置以及目标器官,并且能够计算出针相对于目标器官的相对运动。尽管在附图和前述说明中已经图示和描述了本发明,但应当将这种图示和描述解释为是图示性的或示范性的,而非限制性的;本发明不局限于所公开的实施例。本领域的技术人员通过研究附图、公开和所附权利要求实践所主张的发明,可以理解和实施对公开实施例的其他变型。在权利要求中,“包括”一词不排除其他元件或步骤, 不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可能实现在权利要求中所述的若干条功能。在互不相同的从属权利要求中提到某些措施这一简单事实不表示不能出于有利的目的使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质中,诸如光学存储介质或与其他固件一起提供或作为其他固件的部分被提供的固态介质,但也可以以其他的形式分布,诸如经由因特网或其他有线或无线电系统。权利要求中的任何附图标记都不应被理解为限制范围。
权利要求
1.一种用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的装置可视化的设备,所述设备包括-图像形成单元,其适于提供所述感兴趣对象和所述装置的图像信息, -处理单元,其适于执行以下步骤基于由所述图像形成单元所提供的图像信息检测和分割所述装置; 擦除所述装置的所述图像信息; 基于所提供的图像信息配准所述感兴趣对象; 更新所述感兴趣对象的所述图像信息; 再插入所述装置的所述图像信息,以及-显示器,其适于显示所述图像,其中,所述图像是所述装置的所述图像信息和所述感兴趣对象的经更新的图像信息的组合。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,所述图像形成单元是CT系统或MR系统、或超声系统。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其中,所述感兴趣对象的配准包括所述感兴趣对象的检测以及其追踪,或者包括在所述装置附近的直接运动矢量场估计。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备,其中,所述处理单元适于执行更新所述装置的所述图像信息的又一步骤。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备,其中,在由所述处理单元检测到造影剂的情况下,所述处理单元自动执行以下步骤擦除所述装置的所述图像信息,检测所述感兴趣对象,更新所述感兴趣对象的所述图像信息,以及再插入所述装置的所述图像信息。
6.一种用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的装置可视化的方法,所述方法包括以下步骤提供所述感兴趣对象和所述装置的图像信息; 基于所述图像信息检测和分割所述装置; 擦除所述装置的所述图像信息; 基于所述图像信息配准所述感兴趣对象; 更新所述感兴趣对象的所述图像信息; 再插入所述装置的所述图像信息;显示图像,所述图像是所述感兴趣对象的经更新的图像信息和所述装置的所述图像信息的组合。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述感兴趣对象的配准包括所述感兴趣对象的检测以及其追踪,或者包括在所述装置附近的直接运动矢量场估计。
8.根据权利要求6或7所述的方法,其中,所述方法包括更新所述装置的所述图像信息的又一步骤。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的方法,其中,所述方法还包括检测造影剂的步骤,以触发以下步骤擦除所述装置的所述图像信息、检测所述感兴趣对象、更新所述感兴趣对象的所述图像信息,以及再插入所述装置的所述图像信息。
10.一种计算机程序产品,其适于控制根据权利要求1至5中的任一项所述、用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的装置可视化的设备。
11.一种根据权利要求1至5中的任一项所述、用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的装置可视化的设备的用途,其中,所述设备的处理单元适于执行以下步骤基于由所述设备的图像形成单元所提供的图像信息检测和分割所述装置;擦除所述装置的图像信息;基于所提供的图像信息配准所述感兴趣对象;更新所述感兴趣对象的图像信息;再插入所述装置的所述图像信息。
12.—种计算机可读介质,在所述计算机可读介质中存储有计算机程序,所述计算机程序用于控制根据权利要求1至5中的任一项所述、用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的所述装置可视化的设备。
全文摘要
本发明提出了一种用于使感兴趣对象连同位于所述感兴趣对象内的装置可视化的设备和方法。所述设备包括适于提供所述感兴趣对象和所述装置的图像信息的图像形成单元、处理单元和适于显示图像的显示器,其中,所述图像是所述装置的图像信息和所述感兴趣对象的经更新的图像信息的组合。在本文中,所述处理单元适于执行以下步骤基于所述图像形成单元所提供的图像信息检测和分割所述装置;擦除所述装置的图像信息;基于所提供的图像信息配准所述感兴趣对象;更新所述感兴趣对象的图像信息;再插入所述装置的图像信息。
文档编号G06T7/00GK102257532SQ200980140325
公开日2011年11月23日 申请日期2009年10月6日 优先权日2008年10月13日
发明者R·弗洛朗 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司

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