CN109717932A - 脉管穿刺位置的确定 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脉管穿刺位置的确定。本发明涉及一种用于确定脉管的穿刺位置的方法，其包括借助接口接收检查区域的第一图像数据组，其中，第一图像数据组对脉管进行成像。根据本发明的方法的另一个步骤是借助计算单元基于第一图像数据组确定脉管的脉管线。根据本发明的方法的另一个步骤是基于脉管线确定倾斜程度。根据本发明的方法的另一个步骤是借助计算单元基于倾斜程度确定脉管的穿刺位置。此外，本发明涉及一种用于确定脉管的穿刺位置的位置确定单元、计算机程序产品和计算机可读存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及脉管穿刺位置的确定。
背景技术
为了支持导管应用，已知将预先记录的第一图像数据组与第二图像数据组一起显示，其中，在导管应用期间记录第二图像数据组。在这种情况下，尤其可以以与第二图像数据组不同的模态记录第一图像数据组。例如，在导管应用的准备阶段进行计算机断层成像与在导管应用期间借助C形臂X射线设备进行X射线投影的组合是常见的。
为了叠加地显示第一和第二图像数据组，需要进行配准，并且配准例如从专利文献US 8929631 B2中已知。然而，如果导管的刚度非常高，则导管所插入的脉管可能发生变形，使得第一和第二图像数据组的叠加有错误(因为与第二图像数据组不同，第一图像数据组不显示导管应用期间的脉管形状)。
假设导管位于图像内部，则从文献US 20150094567 A1中已知，基于第二图像数据组中的导管的成像来调整第一图像数据组。此外，从文献EP 17164593.0中已知，导管的刚度也包含在这种调整中。
由于在导管检查期间获得了多个第二图像数据组，因此通常尽可能小地选择第二图像数据组的图像区域，以保持用于患者的辐射剂量尽可能小。这意味着，导管特别是在第二图像数据组中没有被完全成像。因此，在第二图像数据组的图像区域之外必须外推导管的走向，而这与不确定性相关联。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供关于导管的空间走向的附加信息，其使得能够更加准确地外推导管的走向。
上述技术问题通过根据本发明的用于确定穿刺位置的方法、根据本发明的位置确定单元、根据本发明的医学成像设备、根据本发明的计算机程序产品以及根据本发明的计算机可读存储介质来解决。
在此，穿刺位置表示第一图像数据组中的描述导管进入脉管的可能位置的点。由于导管只能在几个最佳位置插入，所以穿刺点可以单独基于预先记录的第一图像数据确定，而不需要在导管应用期间确定。然后，除了用于导管走向的外推之外，该穿刺点例如还可以附加地用作用于调整第一图像数据组的分割的固定点。
下面，关于所要求保护的设备以及关于所要求保护的方法，对根据本发明的上述技术问题的解决方案进行描述。在此提及的特征、优点或者替换实施方式同样也可以转用于所要求保护的其它对象，反之亦然。换言之，也可以用结合方法描述或要求保护的特征对装置(其例如涉及设备)进行扩展。在此，方法的相应的功能特征由相应的装置模块来构造。
本发明涉及一种用于确定脉管的穿刺位置的方法，其包括借助接口接收检查区域的第一图像数据组，其中，第一图像数据组对脉管进行成像。特别地，脉管在检查区域中延伸。根据本发明的方法的另一个步骤是借助计算单元基于第一图像数据组确定脉管的脉管线。根据本发明的方法的另一个步骤是基于脉管线确定倾斜程度。根据本发明的方法的另一个步骤是借助计算单元基于倾斜程度确定脉管的穿刺位置。
发明人认识到，通常在脉管中最接近皮肤表面的位置插入导管，因为由此尽可能少地伤害其它组织。因此，通过基于脉管线的倾斜程度进行确定，基于第一图像数据组可以非常准确地确定穿刺位置。
根据本发明的另一个方面，所述方法包括借助计算单元通过沿着第一方向投影脉管线确定投影的脉管线的方法步骤。此外，所述倾斜程度是关于第二方向的投影的脉管线的倾斜程度，其中，第二方向与第一方向正交。特别地，第一方向与患者的矢状面正交，并且特别地，第二方向与患者的横断面(Transversalebene)正交。换言之，第一方向和第二方向特别是张成患者的冠状面。发明人认识到，通过投影的脉管线，特别是通过二维的投影的脉管线，可以特别简单且有效地计算倾斜程度。
根据本发明的另一个方面，倾斜程度基于脉管线的切向量。特别地，倾斜程度也可以基于脉管线的多个点处的脉管线的多个切向量。发明人认识到，基于脉管线的切向量，可以特别准确地确定其变化，由此特别是可以特别准确地确定倾斜程度。
根据另一个可能的方面，基于第一图像数据组中的脉管的分割确定脉管的脉管线。发明人认识到，基于已经存在的分割可以特别准确且有效地确定脉管线。特别地，对此，也可以使用第一图像数据组中的脉管的手动的分割，作为脉管线的确定的起始点。
根据另一个可能的方面，脉管线被确定为第一图像数据组中的脉管的分割的基础。换言之，即首先确定脉管线，随后可以基于脉管线确定第一图像数据组中的脉管的分割。发明人认识到，通过这种方式，不需要确定第一图像数据组中的脉管的分割，这种方式因此使得所述方法更快且以更低的成本执行。
根据所述方法的另一个方面，穿刺位置的确定基于倾斜程度的零位置(Nullstelle)。发明人认识到，穿刺位置特别是靠近脉管线的最大值或者最小值，脉管线的最大值或者最小值由不倾斜或者倾斜程度接近于0的区域表征。
根据所述方法的另一个方面，所述方法还包括用于借助计算单元基于脉管线确定弯曲程度，此外，脉管的穿刺位置的确定基于弯曲程度。发明人认识到，弯曲程度特别适合于区分投影的脉管线的最大值和最小值，以由此避免确定穿刺位置时的误差。
根据本发明的另一个可能的方面，穿刺位置的确定基于弯曲程度的符号。发明人认识到，基于弯曲程度的符号，可以特别简单、因此快速地区分投影的脉管线的最大值和最小值。
根据本发明的另一个可能的方面，弯曲程度是关于第二方向的投影的脉管线的弯曲程度。发明人认识到，通过投影的脉管线，特别是通过二维的投影的脉管线，可以特别简单且有效地计算弯曲程度。
根据本发明的另一个可能的方面，弯曲程度基于脉管线的切向量。特别地，弯曲程度也可以基于脉管线的多个点处的脉管线的多个切向量。发明人认识到，基于脉管线的切向量，可以特别准确地确定其变化，由此特别是可以特别准确地确定弯曲程度。
根据本发明的另一个方面，倾斜程度是一阶导数和/或弯曲程度是二阶导数。特别地，如果倾斜程度是投影的脉管线的倾斜程度，则倾斜程度是投影的脉管线对第二方向的一阶导数。特别地，如果弯曲程度是投影的脉管线的弯曲程度，则弯曲程度是投影的脉管线对第二方向的二阶导数。特别地，如果倾斜程度基于脉管线的切向量，则倾斜程度基于对曲线参数的一阶导数。特别地，如果弯曲程度基于脉管线的切向量，则弯曲程度基于对曲线参数的二阶导数。也可以仅基于脉管线或者投影的脉管线的一部分计算一阶和/或二阶导数。发明人认识到，一阶导数特别适合作为倾斜程度，并且二阶导数特别适合作为弯曲程度，因此可以特别准确地确定穿刺位置。
根据本发明的另一个方面，穿刺位置的确定还基于脉管线的极值，其中，极值的坐标不同于穿刺位置的坐标。换言之，极值和穿刺位置是脉管线的两个不同的点。特别地，极值是投影的脉管线的极值。发明人认识到，基于极值，可以更准确且更不容易出错地确定穿刺位置，因为该极值包括关于脉管线的几何走向的另外的信息。
根据本发明的另一个方面，穿刺位置关于极值位于远端或者近端。特别地，穿刺位置可以关于极值位于远端。特别地，穿刺位置可以关于极值位于近端。在此，如果穿刺位置在脉管的走向中比极值更远离身体中心或者心脏，则穿刺位置位于远端。此外，在此，如果穿刺位置在脉管的走向中比极值更靠近身体中心或者心脏，则穿刺位置位于近端。发明人认识到，由于解剖结构的限制，仅需要分析投影的脉管线的一小部分，这一方面使得更快地执行所述方法，另一方面所述方法由此更不容易出错。
根据本发明的另一个可能的方面，脉管是动脉或者静脉。发明人认识到，由于动脉和静脉的几何形状和材料特性，可以特别有效地针对动脉和静脉使用所述方法。
根据本发明的另一个方面，在确定脉管线时，还确定脉管的第一分割，所述方法还包括借助接口接收检查区域的第二图像数据组的步骤；所述方法还包括借助计算单元基于第一分割、脉管的穿刺点和第二图像数据组确定脉管的第二分割的步骤。发明人认识到，使用穿刺点，可以更准确且更不容出错地确定第二分割，因为穿刺点对于分割的调整提供附加的固定点。
根据本发明的另一个方面，第二图像数据组对检查区域中的医疗器械进行成像；所述方法还包括基于第二图像数据组确定第一器械位置的步骤；所述方法还包括基于第一器械位置和穿刺位置外推第二器械位置的步骤；其中，以将第一器械位置和第二器械位置布置在脉管的第二分割内的方式，进行确定第二分割的步骤。特别地，医疗器械是用于检查脉管的细长的器械。特别地，医疗器械可以是导管，在这种情况下，第一器械位置是第一导管位置，并且第二器械位置是第二导管位置。发明人认识到，基于外推的器械位置，可以特别有效地确定第二分割。
本发明还涉及一种用于确定穿刺位置的位置确定单元，其包括以下单元：
-接口，其被构造为用于接收检查区域的第一图像数据组，其中，第一图像数据组对脉管进行成像，
-计算单元，其被构造为用于基于第一图像数据组确定脉管的脉管线，还被构造为用于基于脉管线确定倾斜程度，还被构造为用于基于倾斜程度确定脉管的穿刺位置。
特别地，这种位置确定单元可以被构造为执行前面描述的根据本发明的方法和其各方面。通过将接口和计算单元构造为执行相应的方法步骤，位置确定单元被构造为用于执行所述方法和其各方面。
本发明还涉及一种包括根据本发明的位置确定单元的医学成像设备。特别地，医学成像设备被构造为用于记录第二图像数据组。医学成像设备的成像尤其可以基于电离辐射、特别是基于X射线辐射。医学成像设备尤其可以是C形臂X射线设备。
本发明还涉及一种具有计算机程序的计算机程序产品以及计算机可读介质。尽可能通过软件实现具有如下优点：也可以以简单的方式通过软件更新来升级迄今为止已经使用的位置确定单元，以使其以根据本发明的方式工作。除了计算机程序之外，这种计算机程序产品在必要时还可以包括附加的组成部分、例如文档和/或附加的部件以及硬件部件、例如用于使用软件的硬件密钥(加密狗等)。
图像数据组包括至少一个图像，此外，图像数据组还可以包括元数据。如果图像是医学成像检查的结果，则元数据特别是可以包括进行医学成像检查的患者的姓名、年龄和/或性别。n维图像数据组包括至少一个n维图像。特别地，一个图像数据组也可以与一个图像相同，特别地，一个n维图像数据组可以与一个n维图像相同。图像尤其可以是借助电离辐射、特别是借助X射线辐射的医学成像检查的结果。在这种情况下，一个(n维)图像包括(n维)体素的集合，其中，对每个体素分配基于X射线吸收系数的强度值。二维体素也称为像素。
特别地，第一图像数据组是二维或者三维图像数据组，特别地，第二图像数据组是二维图像数据组。第一图像数据组特别是可以利用第一医学成像设备确定，第二图像数据组特别是可以利用第二医学成像设备确定。
将通过组合具有共同的特性的相邻的像素或者体素在图像数据组中产生连续的结构称为分割。特别地，将作为同一身体区域的图像的一部分的像素或者体素，与图像数据组中的共同的连续的结构相关联。为了进行分割，可以使用已知的图像处理方法，例如面向边缘的方法、面向区域的方法、基于模型的方法或者面向纹理的方法。此外，在分割脉管结构之前，可以确定脉管的一个或多个中心线。然后，分割尤其可以基于所确定的中心线。
特别地，分割脉管将第一图像数据组划分为对应于脉管的第一区域和不对应于脉管的第二区域。特别地，在此，可以对第一图像数据组的每个体素分配值，其中，该值基于相关体素是否对脉管进行成像。例如，可以将值1分配给对脉管进行成像的体素，将值0分配其余体素。特别地，如果第一图像数据组是二维图像数据组，则第一和第二分割特别是相应地是二维分割。特别地，如果第一图像数据组是三维图像数据组，则第一和第二分割特别是相应地是三维分割。因此，分割特别是也可以理解为具有与第一图像数据组相同的延伸的图像数据组。在此，第二分割特别是不是第二图像数据组的分割，而是对应于借助医疗器械进行检查期间的实际的脉管位置(其可能偏离第一图像数据组中的脉管位置)。因此，代替“第一分割”，也可以使用“预先计算的分割”，代替“第二分割”，也可以使用“修改的分割”。代替“分割”一词，也可以使用“脉管结构”一词。
特别地，脉管线是第一图像数据组中的点的集合，其中，该点的集合中的每个点处于脉管内部。换言之，通过分割脉管，将该点的集合中的每个点与脉管相关联。在此，该点的集合可以是离散的并且是连续的。如果脉管线是离散的点的集合，则特别是可以通过给出所有点的坐标来给出脉管线。在这种情况下，曲线参数可以通过点的顺序例如作为索引(Index)给出。离散的点的集合中的点可以与像素或体素一致，但是其也可以与第一图像数据组中的像素或者体素无关。如果脉管线是连续的点的集合，则脉管线也可以通过第一图像数据组中的与(特别是连续的)曲线参数有关的(可选地连续的和/或可微分的)曲线来定义。特别是，脉管线也可以是脉管的中心线。
投影的脉管线是脉管线关于第一方向的投影。特别地，如果第一图像数据组是二维图像数据组，则投影的脉管线与脉管线相同。换言之，在这种情况下，第一图像数据组在分别与第一方向正交的两个方向上延伸，并且投影对应于恒等映射
特别地，穿刺位置通过给出第一图像数据组中的坐标来给出。因此，穿刺位置也可以通过给出脉管线的点来给出，因为可以将脉管线的点与三维图像数据组中的坐标相关联。替换地，穿刺位置也可以通过给出第一图像数据组中的体素来表征。
器械位置表示医疗器械的一部分或者一个点特别是在第一图像数据组中的位置。特别地，如果第一图像数据组是二维图像数据组，则器械位置是二维位置。特别地，如果第一图像数据组是三维图像数据组，则器械位置是三维器械位置。特别地，可以基于第二图像数据组确定第一器械位置。特别地，当医疗器械是导管时，“导管位置”可以与“器械位置”同义地使用。
附图说明
下面，借助在附图中示出的实施例更详细地描述和解释本发明。
图1示出了患者的骨盆区域的示意图，
图2示出了患者的骨盆区域的示意图的放大部分，
图3示出了导管应用期间的第一图像数据组和第二图像数据组的叠加原理，
图4示出了导管应用期间的第一图像数据组和第二图像数据组的另一种叠加，
图5示出了导管应用期间的第一图像数据组和第二图像数据组的另一种叠加，
图6示出了根据本发明的用于确定穿刺位置的方法的第一实施例的流程图，
图7示出了投影的脉管线、倾斜程度和弯曲程度，
图8示出了根据本发明的用于确定穿刺位置的方法的第二实施例的流程图，
图9示出了用于确定穿刺位置的位置确定单元90，
图10示出了应用所示出的用于确定穿刺位置的方法得出的实验数据。
具体实施方式
附图示出了本发明在髂外动脉(拉丁语术语为“Arteria iliaca externa”)和其延伸、股动脉(拉丁语术语为“Arteria femoralis”)的脉管上的应用。特别地，可以使用经由这些动脉的通路借助覆膜支架(人造脉管)来治疗腹主动脉瘤(简称AAA)。然而，本发明也可以应用于其它脉管、例如锁骨下静脉(拉丁语术语为“vena subclavia”)、锁骨下动脉(拉丁语术语为“arteria subclavia”)，肘静脉(拉丁语术语为“vena cubitalis”)、肱动脉(拉丁语术语为“arteria brachialis”)、桡骨动脉(拉丁语术语为“arteria radialis”)和颈部静脉或颈静脉(拉丁语术语为“vena jugularis”)。此外，本发明也可以应用于计算硬膜外麻醉或脊髓麻醉的穿刺点。
特别地，本发明由此可以应用于其它脉管，因为有利地在患者的表面附近选择脉管的进入点，以便一方面在插入医疗器械时实际触及脉管，另一方面保持对周围组织的伤害尽可能小。
结合髂外动脉和股动脉描述的有利实施方式和扩展以及替换特征也可以转用于本发明在其它脉管上的应用。
此外，附图针对导管36的应用描述本发明。所描述的有利实施方式和扩展以及替换特征也可以转用于其它医疗器械的应用、特别是细长的医疗器械。
图1示出了患者30的骨盆区域的示意图、尤其是髋骨和动脉脉管，图2示出了该图的放大部分。在图1中拍摄了腹主动脉11(拉丁语术语为“Aorta abdominalis”)、两个髂总动脉12(拉丁语术语为“Arteria iliaca communis”或者复数为“Arteriae iliacaecommunes”)、两个髂外动脉13(拉丁语术语为“Arteria iliaca externa”或者复数为“Arteriae iliacae externae”)以及两个股动脉14(拉丁语术语为“Arteria femoralis”或者复数为“Arteriae femorales”)。此外，示出了两个进入区域15，导管36到股动脉14的进入点16位于进入区域15中。
作为到股动脉14的进入点16，使用股动脉14的表面下的点，其通常位于患者30的皮肤下方大约2至5cm处。该进入点16可以通过可摸到的脉搏良好地定位，并且位于股骨(拉丁语术语为“Caput ossis femoris”)的头部17旁边的腹股沟韧带(拉丁语术语为“Ligamentum inguinale”)远端大约1至2cm处。此外，
图2示出了股动脉的分叉18(或者股深动脉(拉丁语为“Arteria profundafemoris”)的分支)，其位于进入点16的远端。
图3示出了导管应用期间的第一图像数据组31和第二图像数据组32的叠加原理，其中，第一图像数据组31在导管应用之前确定，并且其中，第二图像数据组32在导管应用期间确定。在所示出的实施例中，第一图像数据组31是借助计算机断层成像确定的三维图像数据组。替换地，第一图像数据组31也可以是例如借助3D旋转血管造影确定的三维图像数据组。此外，在所示出的实施例中，第二图像数据组32是二维X射线图像数据组。
在此，第一图像数据组31与患者30配准33，并且可以通过投影34与第二图像数据组32一起显示。换言之，第一图像数据组31与第二图像数据组32彼此配准。在此，在所示出的实施例中，第一图像数据组31的第一分割35的投影被叠加到第二图像数据组32上。在这种情况下，第二图像数据组32也包括导管36的图像。第一图像数据组31的投影和/或第一图像数据组31的第一分割35的投影特别是也可以称为“虚拟图像”或者“虚拟X射线图像”，第二图像数据组特别是也可以称为“真实图像”或者“真实的X射线图像”。
图4示出了导管应用期间的第一图像数据组31和第二图像数据组32的另一种叠加。所示出的情况示出了具有高刚度的导管36，从而脉管(在此是髂总动脉12和髂外动脉13)由于插入的导管36而变形。由此，第二图像数据组32中的导管36不再延伸通过投影的第一分割35(因为第一分割35是基于在导管应用之前记录的第一图像数据组31确定的)。在这种情况下，由于这些偏差，不再能够使用第一图像数据组31或第一分割35来支持导管应用。此外，在第二图像数据组32中示出了导管36在其中延伸的脉管的图像38。
由于可以假设脉管(在此是髂总动脉12和髂外动脉13)匹配于导管36的形状，因此可以基于导管36在第二图像数据组32中的位置通过对第一分割35进行变形来确定第二分割，第二分割使第一图像数据组31中的脉管的走向匹配于真实状况。
图5示出了导管应用期间的第一图像数据组31和第二图像数据组32的另一种叠加，其对主动脉分叉进行成像。在所示出的实施例中，第二图像数据组32包括检查区域的第一二维图像32.1和第二二维图像32.2，其中，第一二维图像32.1和第二二维图像32.2从不同的投影角度记录。为了保持用于患者30的X射线剂量尽可能低，保持第二图像数据组32的视野尽可能小。特别地，导管36因此未在第二图像数据组32中完全示出。
在所示出的实施例中，得到不能示出导管36的近端区域51和远端区域52，然而其中，近端区域51和远端区域52在第一图像数据组31中示出。由于通常位置越接近(即靠近心脏或身体中心)，脉管的刚度越大，因此可以假设导管36在近端区域51中不能使脉管充分变形，因此可以通过从第一图像数据组31中已知的脉管的走向来确定或近似导管36的近端走向53。然而，在远端区域52中，这由于脉管的刚度较低而不可能，在远端区域中由于导管36的柔性而产生导管36的走向的不确定区域54。通过在远端区域52中确定穿刺位置，知道导管走向中的另一个点，可以缩小不确定区域54。
此外，在所示出的实施例中，示出了第一器械位置54和第二器械位置55。在此，第一器械位置54可以在第二图像数据组32中示出，第二器械位置55不包含在第二图像数据组32中，而位于导管36的走向的远端的不确定区域54中。在此，第一器械位置54和第二器械位置55分别是三维器械位置，在二维的第二图像数据组32中分别仅可以看到第一器械位置54和第二器械位置55的投影。将在图9和与其相关的描述中更详细地解释第一器械位置54和第二器械位置的确定。
图6示出了根据本发明的用于确定穿刺位置的方法的第一实施例的流程图。
所示出的实施例的第一步骤是借助接口91接收REC-1检查区域的第一图像数据组31，其中，第一图像数据组31对脉管进行成像。在所示出的实施例中，第一图像数据组31是三维图像数据组，并且第一图像数据组31包括患者30的腹主动脉11以及患者30的两个髂总动脉12。此外，三维的第一图像数据组31还包括患者30的一个或两个髂外动脉13以及一个或两个股动脉14。
所示出的实施例的第二步骤是借助计算单元92基于第一图像数据组31确定DET-VL脉管的脉管线37。在此，确定脉管线37的方法例如根据文献V.R.Goel等，“AutomatedVascular Geometric Analysis of Aortic Aneurysms”,IEEE Comput.Graph Appl.2008,Jahrgang 28,Heft Nr.3,Seiten 76-86，对于本领域技术人员是已知的。
所示出的实施例的第三步骤是借助计算单元92通过沿第一方向x投影34脉管线37确定DET-PVL投影的脉管线71。使用该投影的脉管线71来基于脉管线37确定倾斜程度72。在所示出的实施例中，脉管线37由第一图像数据31中的三维体素的集合给出，其中，每个体素具有关于第一方向x、第二方向y和第三方向z的坐标。然后，关于第一方向投影的脉管线71由通过删除关于第一方向x的脉管线点的坐标而形成的像素的集合给出，这些像素仅具有关于第二方向y的坐标和关于第三方向的坐标。如果第一方向x不对应于坐标轴中的一个，则可以将一般投影算子应用于这些点的坐标。然后，投影的脉管线71通常也可以转换成隐式离散形式z(y)。然后，可选地且有利地，也可以对投影的脉管线71的像素进行插值，以获得连续的投影的脉管线71或者可微分的投影的脉管线71。
替换地，脉管线37也可以通过三维空间中的曲线给出，即通过将曲线参数s映射为三维坐标的函数s→(x(s)，y(s)，z(s))给出。然后，投影的脉管线71由通过将投影算子应用于该三维曲线而产生的二维空间中的曲线给出，例如通过函数s→(y(s)，z(s))给出。然后，该投影的脉管线71通常也可以转换成隐式形式z(y)。当然，也可以通过选择任意的投影算子而投影到任意方向上。
确定DET-PVL投影的脉管线71是可选的步骤。特别地，如果不基于投影的脉管线71，而是相应地基于脉管线37的切向量，来计算倾斜程度72和弯曲程度73，则可以省略该步骤。
所示出的实施例的第四步骤是借助计算单元92确定DET-GM投影的脉管线71关于第二方向y的倾斜程度72，其中，第二方向y与第一方向x正交。
在所示出的实施例中，投影的脉管线71的离散一阶导数(另一种说法是差商(Differenzenquotient))被用作倾斜程度72
其中，像素间距h通常选择为h＝1。特别地，如果投影的脉管线71是平滑的函数，则连续一阶导数(另一种说法是微商(Differentialquotient))z'(y)也可以用作倾斜程度72。可选地，可以通过滤波来平滑离散一阶导数，以减小噪声的影响。该倾斜程度72是关于第二方向y的倾斜程度72。因此，倾斜程度72特别是基于脉管线37。
替换地，也可以基于脉管线37的切向量确定倾斜程度72。如果脉管线37由点p1,…,pN的集合给出，则点pi处的切向量ti对应于脉管线37的两个点的差向量，例如ti＝(pi+1–pi)/|pi+1–pi|或者ti＝(pi+1–pi-1)/|pi+1–pi-1|，其中，|pi–pj|是点pi和pj之间的欧氏距离。这可以理解为关于在此用作索引(Index)的曲线参数的离散一阶导数。如果脉管线37由可微分的曲线g(s)＝(x(s),y(s),z(s))给出，则点g(s0)处的切向量t(s0)例如可以由对曲线参数s的分量导数给出：
基于切向量，可以通过切向量与单位向量的标量乘积来计算一个点处的标量倾斜程度72，其中，单位向量指向预先给定的方向。例如，倾斜程度72可以由ti○e3或者t(s)○e3给出，其中，e2＝(0,0,3)是第三方向z上的单位向量。
所示出的实施例的可选的第五步骤是借助计算单元92确定DET-CM投影的脉管线71关于第二方向y的弯曲程度73。因此，弯曲程度73特别是基于脉管线37。
在所示出的实施例中，使用投影的脉管线71的离散二阶导数作为弯曲程度73
其中，像素间距h通常选择为h＝1。特别地，当投影的脉管线71是平滑的函数时，连续二阶导数(另一种说法是微商)z”(y)也可以用作弯曲程度73。可选地，可以通过滤波来平滑离散二阶导数，以减小噪声的影响。该弯曲程度73是关于第二方向y的弯曲程度73。
替换地，弯曲程度73也可以基于脉管线37的切向量来确定，特别是基于两个切向量的差和/或特别是基于弯曲向量。如果脉管线37由点p1,…,pN的集合给出，则弯曲程度73可以通过单位向量与弯曲向量ki＝(ti+1–ti)/|pi+1–pi|或者ki＝(ti+1–ti-1)/|pi+1–pi-1|的标量乘积来确定。这可以理解为关于在此用作索引的曲线参数的离散二阶导数。如果脉管线37由可微分的曲线g(s)＝(x(s),y(s),z(s))给出，则点g(s0)处的弯曲向量k(s0)例如可以由对曲线参数s的分量二阶导数给出：
特别地，弯曲向量k是切向量t对曲线参数s的分量一阶导数，即弯曲向量k基于脉管线37的切向量t。基于弯曲向量，可以通过弯曲向量与单位向量的标量乘积计算一个点处的标量弯曲程度73。例如，弯曲程度73可以由ki○e3或k(s)○e3给出，其中，e3＝(0,0,1)是第三方向z上的单位向量。
所示出的实施例的第六步骤是借助计算单元92基于倾斜程度72和弯曲程度73确定DET-PP脉管的穿刺位置74。替换地，穿刺位置74的确定DET-PP也可以仅基于弯曲程度73。此外，替换地，穿刺位置74的确定DET-PP也可以附加地基于脉管线37和/或投影的脉管线71的另外的极值。将在图7以及相关的描述中详细地示出穿刺位置74的确定DET-PP。
图7示出了投影的脉管线71、倾斜程度72和弯曲程度73。倾斜程度72是投影的脉管线71关于第二方向y的离散一阶导数，弯曲程度73是投影的脉管线71关于第二方向的离散二阶导数。然而，如果倾斜程度72和/或弯曲程度73基于脉管线37的切向量，则也可以类似地使用在此描述的方法。
此外，在图7中描绘了极值75，其是投影的脉管线71的全局最小值。通过针对倾斜程度72的所有零位置确定投影的脉管线71的值(其中，该值在此对应于关于第三方向z的坐标)，并且使用具有投影的脉管线71的相应的最小的值的零位置作为极值75或全局最小值，该全局最小值可以单独基于倾斜程度72来确定。此外，弯曲程度73的符号也可以用于区分投影的脉管线71的最小值和最大值。
然后，可以使用极值75来更容易地确定穿刺点74，在这种情况下，穿刺点74是关于第二坐标y与极值75具有最小距离的极值75远端的最大值。替换地，穿刺位置71也可以被确定为极值75远端的全局最大值，再次替换地，穿刺位置74也可以被确定为投影的脉管线71的全局最大值。
图8示出了用于确定穿刺位置74的方法的第二实施例。第一图像数据组31的接收REC-1、脉管线37的确定DET-VL、投影的脉管线71的确定DET-PVL、倾斜程度72的确定DET-GM、弯曲程度73的确定DET-GM和穿刺位置74的确定DET-PP的步骤与图6的实施例相同。特别地，所提到的步骤可以具有在关于图6的描述中提到的有利实施方式和扩展。
所示出的实施例的第七步骤是借助接口91接收REC-2D检查区域的第二图像数据组32，其中，第二图像数据组32对检查区域中的导管36进行成像。在该实施例中，第二图像数据组32是借助第二医学成像设备96记录的二维图像数据组。例如，第二图像数据组32可以是在图5中示出的图像数据组。特别地，在导管应用期间记录第二图像数据组32，换言之，也就是说，在导管36插入脉管中的时间点记录第二图像数据组32。
所示出的实施例的第八步骤是基于第二图像数据组32确定DET-CAT第一器械位置54。在所示出的实施例中，第一器械位置54是特别是通过对关于第一方向x、第二方向y和第三方向z的相应的坐标的描述给出的三维位置。如果如在所示出的实施例中，第二图像数据组32是二维图像数据组，则该二维图像数据组可以包括至少两个二维图像，其中，这两个二维图像是从不同的方向记录的，以便根据至少两个二维坐标重建三维位置。替换地，从文献US 20150094567 A1中也已知仅基于一个二维图像来确定第一器械位置。替换地，如果第二图像数据组32是三维图像数据组，则可以直接从第二图像数据组32中读取第一器械位置54的坐标。
替换地，第一器械位置54也可以是特别是通过对关于第二方向y和第三方向z的相应的坐标的描述给出的二维位置。如果第二图像数据组32是二维图像数据组，则可以直接从第二图像数据组32中读取第一器械位置54。替换地，如果第二图像数据组32是三维图像数据组，则二维的第一器械位置54可以通过可直接读取的三维器械位置的投影、特别是通过关于第一方向x的投影来确定。
所示出的实施例的第九步骤是基于第一器械位置54和穿刺位置74外推EXP第二器械位置55。在该实施例中，为此，通过第一器械位置54和穿刺位置74(通过确定多项式的参数)确定近似脉管的走向的曲线。第二器械位置55因此是该曲线在第一器械位置54和穿刺位置74之间的点。在此，可以选择通过第一器械位置和穿刺位置74的直线作为曲线，替换地，在使用关于脉管弯曲的假设的情况下，也可以选择通过第一器械位置54和穿刺位置74的其它曲线，例如高阶多项式(PolynomeGrades)、样条或者NURBS(“nicht-uniforme rationale B-Splines(非均匀有理B样条)”的缩写，英语术语为“Non-uniformrational B-Splines”)。
有利地，也可以使用多个第一器械位置54来确定第二器械位置55。如果用于确定曲线的参数的方程系统超定，则其可以例如基于最小二乘法通过拟合计算(英语术语为“fitting”)来确定。有利地，第二器械位置55也可以基于一个或多个第一器械方向，例如基于导管36在一个或多个第一器械位置54处的的切向量。
所示出的实施例的第十步骤是借助计算单元92基于第一分割35、脉管的穿刺位置74和第二图像数据组32确定DET-SEG脉管的第二分割。在此，以将第一器械位置54和第二器械位置55布置在脉管的第二分割内的方式，进行第二分割的确定(ET-SEG)。
图9示出了用于确定穿刺位置的位置确定单元90。在此示出的位置确定单元90被构造为用于执行根据本发明的方法。该位置确定单元90包括接口91、计算单元92、存储器单元93以及输入和输出单元94。
位置确定单元90尤其可以是计算机、工作站、微控制器或集成电路。替换地，位置确定单元90可以是计算机的真实或虚拟联合(真实联合的英语术语为“Cluster(集群)”，虚拟联合的英语术语为“Cloud(云)”)。
接口91可以是硬件或软件接口(例如PCI总线、USB或Firewire)。计算单元92可以具有硬件元件或软件元件、例如微处理器或者所谓的FPGA(“Field Programmable GateArray(现场可编程门阵列)”的英语缩写)。存储器单元93可以实现为非永久性工作存储器(Random Access Memory(随机存取存储器)，缩写为RAM)或永久性大容量存储器(硬盘、USB棒、SD卡、固态盘)。输入和输出单元94包括至少一个输入单元和/或至少一个输出单元。
在该实施例中，位置确定单元90经由网络94与第一医学成像设备95和第二医学成像设备96连接。网络94可以是局域网(英语术语为“Local Area Network”，缩写为“LAN”)或者广域网(英语术语为“Wide Area Network”，缩写为“WAN”)。局域网的例子是内联网，广域网的例子是因特网。网络94尤其也可以实施为无线的，特别是实施为WLAN(“wireless LAN(无线LAN)”，英语中的常见缩写为“WiFi”)或者实施为蓝牙连接。网络94也可以实施为所提到的例子的组合。
替换地，位置确定单元90也可以经由第一网络与第一医学成像设备95连接，并且经由第二网络与第二医学成像设备96连接，其中，第一和第二网络可以具有网络94的实施方式和扩展。替换地，位置确定单元90也可以构造为第一成像设备95的一部分，并且第一成像设备95与第二成像设备96(可选地经由网络)连接。替换地，位置确定单元90也可以构造为第二成像设备96的一部分，并且第二成像装置96与第一成像设备95(可选地经由网络)连接。在该实施例的意义上，当第一或第二医学成像设备95、96将第一图像数据组31和第二图像数据组32存储在中央存储单元中，并且位置确定单元90访问该中央存储单元时，也给出(可选地经由网络的)连接。该中央存储单元尤其可以是PACS(“Picture Archiving andCommunication System(图片存档和通信系统)”的英语缩写)、RIS(“RadiologyInformation System(放射科信息系统)”的英语缩写)或者HIS(“Hosptial InformationSystem(医院信息系统)”的英语缩写)。在所示出的所有替换方案中，也可以仅存在与两个成像模态95、96中的一个的连接。
第一医学成像设备95被构造为用于记录第一图像数据组31。如果第一图像数据组31是三维图像数据组，则第一医学成像设备尤其可以是计算机断层成像设备、磁共振断层成像设备或者C形臂X射线设备，其中，C形臂X射线设备被构造为用于从多个方向记录二维X射线图像并将其重建为三维图像数据组。如果第一图像数据组31是二维图像数据组，则第一医学成像设备95可以是X射线透视设备、尤其是C形臂X射线设备。在利用第一医学成像设备95记录第一图像数据组31时，如果借助X射线辐射进行记录，则特别是可以使用X射线造影剂。
第二医学成像设备96被构造为用于记录第二图像数据组32。第二医学成像设备96尤其可以是X射线透视设备、特别是C形臂X射线设备。在利用第二医学成像设备96记录第二图像数据组32时，如果借助X射线辐射进行记录，则特别是可以使用X射线造影剂。
图10示出了通过应用所示出的用于确定穿刺位置的方法而得到的实验数据。在此，基于十五名患者的十五个三维图像数据组使用根据本发明的方法在两侧(即总共三十次)确定穿刺位置，其中，每个三维图像数据组是计算机断层成像记录。作为比较，通过放射科医师对三维图像数据的手动注释为每个三维图像数据组确定了比较位置。以直方图描绘了在通过所述方法确定的穿刺位置与比较位置之间产生偏差的相对频次得到平均偏差量为6.3mm±4.5mm，在30个数据组中的24个中得到小于10mm的偏差。得到最大偏差为18mm。为了估计准确性，可以使用用于治疗腹主动脉瘤的导管36的直径，其为7mm。
Claims (15)
1.一种用于确定脉管的穿刺位置(74)的方法，其包括如下方法步骤：
-借助接口(91)接收(REC-1)检查区域的第一图像数据组(31)，其中，第一图像数据组(31)对脉管进行成像，
-借助计算单元(92)基于第一图像数据组(31)确定(DET-VL)脉管的脉管线(37)，
-借助计算单元(92)基于脉管线(37)确定(DET-GM)倾斜程度(72)，
-借助计算单元(92)基于倾斜程度(72)确定(DET-PP)脉管的穿刺位置(74)。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括如下方法步骤：
-借助计算单元(92)通过沿着第一方向(x)投影脉管线(37)确定(DET-PVL)投影的脉管线(71)，
其中，倾斜程度(72)是投影的脉管线(71)关于第二方向(y)的倾斜程度(72)，并且其中，所述第二方向(y)与所述第一方向(x)正交。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，倾斜程度(72)基于脉管线(37)的切向量。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于倾斜程度(72)的零位置确定穿刺位置(74)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括如下方法步骤：
-借助计算单元(92)基于脉管线(37)确定(DET-CM)弯曲程度(73)；
其中，脉管的穿刺位置(74)的确定(DET-PP)还基于弯曲程度(73)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，倾斜程度(72)是一阶导数，和/或其中，弯曲程度(73)是二阶导数。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，穿刺位置(74)的确定(DET-PP)还基于脉管线(37)的极值(75)，
其中，所述极值(75)的坐标不同于穿刺位置(74)的坐标。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，穿刺位置(74)关于极值(75)位于远端或者近端。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在确定(DET-VL)脉管线(37)时还确定脉管的第一分割(35)，
所述方法还包括如下方法步骤：
-借助接口(91)接收(REC-2D)检查区域的第二图像数据组(32)，
-借助计算单元(92)基于第一分割(35)、脉管的穿刺位置(74)和第二图像数据组(32)确定(DET-SEG)脉管的第二分割。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，第二图像数据组(32)对检查区域中的医疗器械(36)进行成像，所述方法还包括如下方法步骤：
-基于第二图像数据组(32)确定(DET-CAT)第一器械位置(54)，
-基于第一器械位置(54)和穿刺位置(74)外推(EXP)第二器械位置(55)；
其中，以将第一器械位置(54)和第二器械位置(55)布置在脉管的第二分割内的方式，进行第二分割的确定(DET-SEG)。
11.一种用于确定穿刺位置(74)的位置确定单元(90)，其包括以下单元：
-接口(91)，其被构造为用于接收(REC-3D)检查区域的第一图像数据组(31)，其中，第一图像数据组(31)对脉管进行成像，
-计算单元(92)，其被构造为用于基于第一图像数据组(31)确定(DET-VL)脉管的脉管线(37)，
所述计算单元还被构造为用于基于脉管线(37)确定(DET-GM)倾斜程度(72)，
所述计算单元还被构造为用于基于倾斜程度(72)确定(DET-PP)脉管的穿刺位置(74)。
12.一种位置确定单元(90)，其还被构造为用于执行根据权利要求2至10中任一项所述的方法。
13.一种医学成像设备(94，95)，其包括根据权利要求11或12所述的位置确定单元(90)。
14.一种计算机程序产品，具有计算机程序，其能够直接加载到位置确定单元(90)的存储器单元(93)中，具有程序段，用于当由所述位置确定单元(90)执行所述程序段时，执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的所有步骤。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有位置确定单元(90)能够读取并且能够执行的程序段，用于当由所述位置确定单元(90)执行所述程序段时，执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的所有步骤。
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