CN100581467C - 用于二维透视图像中感兴趣区域轮廓可视化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使医生在2D透视图像中的定向变得容易的方法。在此，本发明涉及一种在透视图像中对感兴趣区域轮廓可视化的方法，具有以下步骤：S1：产生至少一个具有感兴趣区域的3D原始数据组，其中可以看到至少一个感兴趣区域的轮廓，S2：从该3D原始数据组中产生分割的3D数据组，其中在至少一个关心部位上明确界定轮廓，S3：产生包括至少一个感兴趣区域的2D透视图像，S4：从分割的3D数据组中产生与该2D透视图像对准的2D投影，S5：确定该2D投影中至少一个感兴趣区域可能近似的轮廓，S6：将该轮廓与该2D透视图像叠加。

Description

用于二维透视图像中感兴趣区域轮廓可视化的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种例如可以使医生在2D透视图像中定向变得容易的方法。在此，本发明涉及一种方法，该方法特别是在X射线控制介入的情况下形成一种图像清晰和明确的定向帮助。
背景技术
目前越来越多地采用最小侵入、即尽可能小的手术开支对(疾病)患者进行检查和治疗。例如采用内窥镜、腹腔镜、导管或者活组织检查针进行治疗，将它们分别通过很小的身体开口导向患者的检查区域(下面也称为“感兴趣区域”或者“感兴趣的范围”)。导管例如经常在血管造影术或者心脏病检查的范围内使用。
从医疗技术观点来说的问题首先在于，在(例如采用传统的X射线装置或者X射线C-弓拍摄的)2D透视图像中，应明确识别感兴趣区域(例如肿瘤)、即识别其边界。本发明致力于解决这一问题。
所述问题特别是在下列条件下出现，即，在干预(手术或者检查)的范围内必须利用医疗器械接近感兴趣区域。在这种情况下(在不限制一般性的条件下)可以考虑到：尽管活组织检查针或者导管通过(例如利用所谓的C-弓的)手术中的X射线控制，能够非常精确和高分辨率地在一个或者多个2D透视图像中可视化，但是，在这种控制拍摄的情况下，患者解剖结构的显示、特别是感兴趣的病原区域(肿瘤、动脉瘤、狭窄等)的显示不足以和不适合向医生提供定位帮助。因此，相关身体部位的精确定位非常困难。
现有技术中有大量使医生在手术中X射线控制的条件下体内定位变得容易的方法。
最早并因此也是最为公知的方法在于注射造影剂，进行X射线瞬时拍摄，将其作为基准图像储存并放在实际(手术中)的透视图像下面。不过，缺点仍在于，这一过程在C-弓每次新成角或者(血管造影)设备的其它变化(例如由于通过变焦聚、SID＝源图像距离、检查台移动等的变化)时均必须重复。
另一种方法在于，首先获得相关身体区域的体积数据组，它完全包括感兴趣区域，例如患病或者所要诊断的器官或者组织。这一点例如通过(基于造影剂的)螺旋计算机断层造影或者其它3D成像模态进行。(例如在MRT拍摄时，没有造影剂也能看到肿瘤)。接着在3D数据组的基础上，产生人工3D体积投影图像，它与实际的透视图像一样在相同的透视下可以看到并同样处于其下面。在这种关联上也可以称为3D体积的“人工投影”。
此外，存在外部(基于红外线的、磁性的等)导航系统，其通过外部位置传感器确定医疗器械(导管、针)的3D位置，并且在该信息的基础上可以在此前拍摄的3D体积数据组内定向。
所有基于3D的方法的共同之处在于，(3D)参考图像拍摄实现的底片相对于实际(手术中)的透视图像的缺点是：很大程度上不能概略地显示解剖结构，该显示与其说是帮助医生，倒不如说是使其没有把握。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，例如在X射线控制下的最小侵入干预的情况下，提供一种在透视图像中清晰、简单并因此概略的、使导航变得容易的定向帮助。
根据本发明，提供了一种用于在透视图像中感兴趣区域轮廓可视化的方法，具有下列步骤：
S1：产生至少一个具有感兴趣区域的3D原始数据组，其中可以看出至少一个感兴趣区域的轮廓，
S2：从该3D原始数据组中产生分割的3D数据组，其中在至少一个感兴趣区域上明确界定轮廓，
S3：产生包括至少一个感兴趣区域的2D透视图像，
S4：从分割的3D数据组中产生与2D透视图像对准的2D投影，
S5：确定2D投影中至少一个感兴趣区域的可能是近似的轮廓，
S6：将该轮廓与2D透视图像叠加。
在依据本发明方法一种特别优选的实施方式中，在手术中获得2D透视图像，可以监视手术中的变化，并且在2D透视图像手术中变化的情况下重复步骤S4至S6。
依据本发明，开始时所确定的3D原始数据组可以采用任意的成像模态手术前完成。
优选的是，通过自动或者手动分割进行感兴趣区域的明确界定。
2D投影优选地通过2D-3D记录产生，其中，该2D-3D记录在图像基础上或者在标记基础上进行。
依据本发明，轮廓的确定通过手动或者自动分割进行，并且在需要时也可以优选地通过如线条、曲线、样条等简单图形进行近似。
此外，提供一种适用于实施按前述方法的装置。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明的其它优点、特征和特性进行详细说明。其中：
图1示意地示出依据本发明方法可能的检查和/或者治疗装置的原理图；
图2示出依据本发明方法的流程图；以及
图3示出对相关图像数据组依据本发明的图像处理步骤。
具体实施方式
依据本发明的方法可以独立于医生的干预而应用在任意现存的2D透视图像上，不过，下面借助X射线控制条件下的手术中最小侵入的措施进行说明，因为其是依据本发明方法最重要的应用情况。
图1示出在依据本发明方法的范围内可以在X射线控制条件下最小侵入手术使用的检查和/或者治疗装置1。装置1由用于拍摄二维透视图像(2D透视图像或2D荧光图像)的C-弓3组成，在该C-弓上面设置X射线辐射源4和射线检波器5(例如固体图像检波器)以及工具板TP。患者7的检查范围6最好处于C-弓的等角点上，从而该范围完全可以在所拍摄的透视图像中看到。
紧靠C-弓3的是导航传感器S，通过其可以采集工具板TP和因此C-弓3的实际位置、以及干预所使用的医疗器械11和患者本身的位置。
通过控制和处理装置8控制装置1的运行，其中，该控制和处理装置也控制图像拍摄运行。
此外，装置1还包括未详细示出的图像处理装置，后者具有一个或者多个上面显示透视图像的荧光屏10。
图像处理装置中还存在3D原始数据组9等，它最好手术前拍摄并特别是这样完整地含有感兴趣区域(病理区域)，使该部位相对于周围的组织可以明确界定显示或区分。只要保证明确界定，就可以采用任意的成像模态拍摄该3D原始数据组9。
因此，在计算机X射线断层造影拍摄的情况下，为显示软组织(肿瘤)这种拍摄应该在造影剂基础上进行。
MRT拍摄一般情况下不需要特殊的拍摄条件，虽然在某些情况下这种造影剂基础会产生更好的图像。3D原始数据组9也可以采用本身的图像拍摄装置2拍摄，也就是直接在本身的介入之前，其中，图像拍摄装置2必须以3D血管造影模式运行。
本发明提供了一种方法，其中，可以清晰和明确表述的方式将检查区域6(即感兴趣区域)与在任意C-弓位置下拍摄的手术中实际的2D透视图像叠加，后者基本上以更明确的方式仅反映了医疗器械。
事实表明，主治医生在绝大多数情况下并不对切合实际的叠加感兴趣，而是希望例如仅显示肿瘤界线或者轮廓的定向帮助。
为实现这一点，下面提出了依据本发明的步骤(结合图3参见图2的方法流程图)：
该方法以(手术前的)3D原始数据组12为基础，它包含嵌入周围组织13内的感兴趣区域6。在图3中这种周围组织13具有血管造影的结构。
在第一方法步骤S1中，这样获得3D原始数据组12，使感兴趣区域6(例如肿瘤)可与周围的组织13明确界定。在第二方法步骤S2中，这种界定通过手动或者自动分割进行，由此得到分割的3D原始数据组13，它仅包含感兴趣区域并就此而言进行界定。在第三方法步骤S3中，(例如采用C-弓)拍摄2D透视图像。在进一步的图像处理方法步骤S4中，从分割的3D数据组中纯计算地产生2D投影14，它在尺寸和空间定向方面与手术中的实际2D透视图像15的实际C-弓位置全等，也就是对准。
这种2D投影从分割3D数据组中的产生，借助于按照现有技术公知的2D/3D记录方法例如基于图像或者基于标记地自动进行。
在第五方法步骤S5中，采用公知的分割方法确定2D投影可见体积部分的轮廓并在需要时通过(线条、曲线段、样条等)简单图形产生近似值，以获得简化的2D投影16。这种简化的2D投影16依据其几何形状与2DX射线透视图等同，只是该投影作为唯一的图像信息在该透视中包含感兴趣区域6的轮廓17。
在第六和暂时最后的方法步骤S6中，将简化的2D投影16并因此感兴趣区域6的轮廓17与2D透视图像15叠加。
最后，这点在依据图1的图像处理装置的荧光屏10上产生总图像17，其中，在实际的C-弓位置上显示医疗器械11相对于感兴趣区域清晰界定的轮廓。周围(背景)组织(例如图1中的头7)的解剖结构仅弱对比度地显示。
在依据本发明方法的一种特别优选的实施方式中，(例如通过导航系统S)在进一步的第七方法步骤S7中监视C-弓成角的变化或设备参数的变化或者还有患者的移动，并且在第八方法步骤S8中，如果所显示的轮廓不再有效的话，则清除叠加的图形。在这种情况下，该方法重新从步骤S4开始，由此确定与新的C-弓配置相应新的简化2D投影。该方法的速度取决于控制和处理装置8的计算机能力，不过，该装置的速度最好允许使用者实时地计算轮廓叠加。
总之，通过依据本发明的方法产生以下优点：
-通过手术前3D原始数据组的分割可以描述清晰轮廓的构成上严格定义的解剖上重要的界线。
-这些界线通过这些轮廓与2D透视图像(手术中或实况拍摄图像)的叠加，可视性明显优于整个3D原始数据组与实际透视图像的叠加。通过轮廓采用简单图形依据本发明的显示，比通过目前可供使用的方法可以更清晰和更明确地界定界线。
-在(例如由于C-弓的移动或例如变焦聚、SID的改变、检查台移动等设备参数变化或者患者移动)造成2D透视图像在手术中变化的情况下，可以自动并连续获得轮廓，从而使观察者在叠加的2D透视图像上产生参数变化期间解剖结构的立体印象。这一点在使用造影剂情况下的优点是，为新成角无需注射附加的造影剂，而另一方面轮廓立即和在无使用者一方的其它相互作用条件下即可使用。

Claims (11)

1.一种在透视图像中对感兴趣区域轮廓的可视化的方法，具有以下步骤：
S1：产生至少一个具有感兴趣区域的3D原始数据组，其中可以看到至少一个感兴趣区域的轮廓，
S2：从该3D原始数据组中产生分割的3D数据组，其中在至少一个感兴趣区域上明确界定轮廓，
S3：产生包括至少一个感兴趣区域的2D透视图像，
S4：从分割的3D数据组中产生与该2D透视图像对准的2D投影，
S5：确定该2D投影中至少一个感兴趣区域可能近似的轮廓，
S6：将该近似的轮廓与该2D透视图像叠加。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述2D透视图像在手术中获得。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于所述2D透视图像来监视手术中的变化。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述2D透视图像在手术中变化了，则重复S4至S6的步骤。
5.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，采用任意成像模态在手术前完成所述3D原始数据组。
6.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过自动或者手动分割进行感兴趣区域的明确界定。
7.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过2D-3D记录产生所述2D投影。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，在图像基础上或者在标记基础上进行所述2D-3D记录。
9.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过手动或者自动分割进行所述近似的轮廓的确定。
10.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过简单图形来近似所述近似的轮廓。
11.一种用于实施按前述权利要求之一所述的方法的装置。
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