CN101001582B - 具有标记的介入器具的图像的处理 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于评估由X射线成像系统(10)生成的投影图像(25)的方法与图像处理系统，其中图像(25)可以显示诸如导管或导引线那样的给定的介入器具组中的不同的器具(51，52)。器具配备有标记，以使得它们的配置是相应的器具(51，52)所特有的。优选地，三个标记排列成一直线，它们之间的距离的比值是相应的器具所特有的。图像处理系统(20)于是可以识别在给定的投影图像(25)上的器具(51，52)和向用户提供与所述器具相应的功能。此外，系统可用来对在投影图像(25)上感兴趣的器具(51，52)进行定位，如果该器具(51，52)的标记配置是事先已知的话。

Description

具有标记的介入器具的图像的处理
发明领域
本发明涉及一组配备有标记的介入器具，和涉及用于评估包含这样的器具的身体体积的投影图像的图像处理系统与方法。
发明背景
越来越多的外科介入是在为受治疗的身体区域生成投影的成像系统的控制下藉助于介入器具实施的。典型的例子是在心血管系统中的介入，在此期间常常顺序地或同时地施加如(气球)导管、导引线、支架(stents)那样的不同的器具。而且，成像系统的特定的功能组被提供来用于一个介入的不同的阶段和用于施加不同的器具，其中这些功能组现今必须由医生以人工方式启动。
发明概要
根据这种情形，本发明的目的是提供用于在几个器具的介入期间帮助医生的装置。
这个目的是通过由按照权利要求1的一组介入器具、通过按照权利要求5的图像处理系统、和通过按照权利要求10的方法达到的。优选实施例是在从属权利要求中公开的。
按照第一方面，本发明涉及一组介入器具，这些器具例如可包括导管、导引线和内窥镜、相同类型的器具以及不同类型的器具。器具应配备有标记，该标记可以在相应的器具的投影图像上检测到，其中所述标记的投影包含每个器具的特有的某些特性。换句话说，应该有可能根据唯一地属于所述器具的器具的标记的相应的投影图像来得到(几乎)任何实际上相关的投影方向特性。标记可以例如对于X辐射是不透明的，以便在X射线底片上以高对比度显示出来。
上述的介入器具组具有下列优点，即每个器具可以在投影图像上唯一地被识别，因为它的标记可以在所述图像上被检测到和因为所述标记为该器具确立了单独的代码。
按照器具组的第一实施例，至少某些器具具有可以在投影图像上区分的不同形状的标记。标记例如可以具有在图像上可以被识别的斑点、十字线或直线的形状，它们用作为相应的介入器具的代码。
按照第二实施例，它可以替换地或并行地指上述的由形状表示的代码，该组的至少两个器具以不同的配置携带三个或多个标记。标记本身在形状上可以是相同的，例如在投影图像上呈现为点或圆圈，因为在每个器具上三个或多个标记的配置组成了它的代码。标记优选地被固定在相应的器具的基本上是坚固的部分，以便保证它们的相对空间排列(近似)是恒定的。此外，三个或多个标记优选地一个接一个地排成一条线，因此保证它们的顺序相对于投影的方向是不变的(即，中间标记位于另两个标记之间的每个投影中，因此可以被唯一地识别)。在这种情形下，中间标记与另外的标记之间的距离的比值可视作相应器具的特征值，因为它在所有的投影上保持不变。
本发明还涉及用于评估可包含配备有标记的介入器具组中的至少一个介入器具的身体体积投影图像的图像处理系统，其中所述标记的投影和/或它们的配置是对于每个器具特有的。介入器具组特别地可以是上述的那种介入器具组的一个实施例。图像处理系统应适合于：
-检测在给定的投影图像上的介入器具的标记，该图像显示具有至少一个这样的器具的身体区域。所述投影例如可以是显示X射线密集的标记的X射线图像。
-根据检测到的标记识别在所述投影图像上至少一个器具。
上述的图像处理系统允许自动识别在投影图像上的介入器具组中不同的器具。用标记来标示不同的器具因此不单对使用器具的医生提供视觉帮助，而且还可被图像处理系统利用来提供能帮助医生的不同的功能。
图像处理系统优选地可包括数据库，在其中存储着有关该组的所有的器具的标记和它们的配置的数据。藉助于在所述数据库中的信息，图像处理系统能够识别在投影图像上的给定组的任何器具，而不需要来自用户的另外的信息。
虽然在上述的实施例中，在图像上呈现的所有的器具可藉助于有关所有器具上的所有标记的信息被识别，但图像处理系统也可以适合于根据有关在所述器具上的标记和它们的配置的给定数据来确定在投影图像上感兴趣的特定器具的位置。该数据例如可以由用户明确地提供或数据可以从显示感兴趣的器具的以前的投影图像得到。
通过它的定义，图像处理系统能够识别在投影图像上至少一个器具。按照优选实施例，这个信息可以由图像处理系统用于根据至少一个已识别的器具来改变它的操作模式。如果图像处理系统例如识别了与特定的介入任务有关的器具的用法，则可自动启动某些功能，在用户接口中可启用有清晰含义的菜单，或图像处理功能的设置值可以适合于该器具的特性。此外，检测在图像上特定种类的器具的可能性可被用于图像处理(例如：用于获取参数的基于对比度-噪声比的设置或用于支架冻结增强，其中“支架冻结增强”是指：在图像序列中在支架上的标记的定位；藉助于标记位置的运动补偿；以及经由与对比度增强与时间积分相组合来改进支架的可视性)以及自动区分图像上的不同的器具(例如，在电生理学过程中的参考与映射导管)。
按照另一个实施例，图像处理系统可以适合于利用有关由所述器具携带的标记和/或它们的配置的以前已知数据来改进器具的定位。如果例如在器具上三个标记之间的相互距离是精确地已知的，则这个信息可被用来改进在图像上标记的定位。
本发明还涉及用于评估可包含介入器具组中的至少一个介入器具的身体体积的投影图像的方法。方法包括以下步骤：
-把标记固定在器具上，以使得所述标记的投影和/或它们的配置对每个器具是特有的。
-在给定的投影图像上检测标记。
-根据检测到的标记识别在上述的投影图像上至少一个器具。
在通用形式上该方法包括利用图像处理系统和上述的那种介入器具组是可以执行的步骤。所以，对于该方法的细节、优点和改进方案的更多的信息可参考以前的说明。
通过参考此后描述的实施例，将明白和阐述本发明的这些和其它方面。
附图简述
下面藉助于附图作为例子来描述本发明，该附图示意地显示使用按照本发明的图像处理系统以便在X射线投影上识别不同的器具。
优选实施例说明
在图的左面显示包括X射线管12和X射线检测器11的X射线成像系统10，通过该系统可以生成诸如病人1的心脏那样的身体区域的投影图像25。X射线系统10由图像处理系统20控制，它的数据也由图像处理系统20接收。图像处理系统20典型地由具有诸如中央处理单元、易失性和非易失性存储器、I/O接口等等的传统的部件的计算机(工作站)实现。在图上，只显示将在下面说明的图像处理系统20的功能性部件。附图还显示监视器30，在其上可以显示由图像处理系统20生成的图像。
在US 2003/0209096 A1中，描述了用于空间跟踪配备有标记的诸如钻孔器的医疗工具的跟踪系统的应用，其中可以测量每个标记的三维位置。已经提到标记在每个工具上以独特的模式被定位，以允许跟踪系统能区分所述工具。然而三维跟踪系统在许多医疗介入中是不可得到的。这样的介入(例如，心脏/血管)代之以通过X射线荧光透视法进行导引。而且，在这些情形下可以看到，越来越多的操作模式和软件包被引入，以便提供专门用途的支持。这些功能的相当数量涉及到特定的介入步骤，并与不同的类型的介入装置(例如，导管、引导线)相组合使用。
为了在X射线荧光透视法中在上述的介入时帮助医生，这里建议使用在所应用的介入器具上X射线密集标记的组合，这些标记对于器具(或器具的类型)是特有的。这个方法藉助于在电生理学过程期间由X射线系统10生成的投影图像25以示例方式显示于图上。投影25包含两个器具51，52，例如参考导管和映射导管。每个器具分别配备有两个外部标记41，43和44，46，它们互相具有预定的距离，其中第三标记42与44分别位于它们之间。然后可选择外部标记到相应的中间标记的距离的比值使得该比值对于每个器具是独特的。因此，距离的比值41-42∶42-43例如可以是1∶2，而距离的比值44-45∶45-46可以是1∶1。
在图像处理系统20的第一“定位模块”21中，所有的标记41，42，43，44，45，46藉助于图像处理的标准算法在投影图像25上被定位。在以下的“识别模块”22中，这个信息然后被用来识别在投影图像25上出现的特定的器具。这个识别可以藉助于数据库24来完成，该数据库中存储有对于给定的介入器具组的标记位置(或至少如上述的比值那样的特征值)，更特别地，识别过程可包括以下步骤：
-搜索位于(近似)一条直线上但互相相隔预定距离的三标记组合(所述最大距离相应于最外面的标记例如41，43的互相之间的真实距离)。
-对于每个找到的三标记组合计算最外面的标记到相应的中间标记的距离的比值，即，R51＝41-42∶42-43和R52＝44-45∶45-46的商。
-如果计算出的比值相应于(在预定的公差内)对所述器具的存储在数据库24中的数值，则把三标记所属的物体识别为某个器具。因此，约1∶1的比值与参考导管52相关联，而约1∶2(或2∶1)的比值与映射导管51相关联。
在模块21，22中得到的信息可以由另外的模块23使用，以便提供对于所检测到的器具51，52的特定功能。例如，可以提供含义清晰的菜单或像支架冻结增强那样的特定图像处理算法。另外，投影25可在监视器30显示上，其中识别结果例如可以由不同的彩色或由标签表示。
如图上虚线所表示的，定位模块21和识别模块22的处理可以互相联系，这样，在模块22中识别过程的结果可用于改进对在模块21中投影25上的标记41-46的定位。因此，在器具51上标记41，42，43之间的精确地已知的距离例如可被用于校正这些标记的测得的位置。
虽然图像处理系统20的所描述的应用是基于藉助于数据库24的情况下对在给定的投影25上呈现的所有器具的识别的，但介入器具的个别标记也可以被用于在投影上对特定器具类型的定位。在这种情形下，定位模块21如上所述地工作，即首先在投影25上确定标记41-46的位置。在识别模块22中，不是每个出现的器具都被识别，而是具体地寻找感兴趣的特定的器具。寻找哪些器具，可以通过例如由用户经由键盘31或类似的输入装置输入的相应的标记参数来选择或来规定。因此，如果要定位映射导管51，则用户例如输入想要的距离比值2∶1。
在下一个步骤，由模块22通过寻找具有所需特性的标记组合而在投影图像25上识别和定位感兴趣的器具(即，检验是否存在器具，并且如果有的话，在哪里)。通常，基于模型的方法易于实行标记检测。被寻找的器具的标记配置也可以由以前的自动器具识别步骤来提供。因此，在对投影图像上特定器具进行定位期间不一定需要使用数据库24。
通常，使用更多的标记可以增加识别和定位的可靠性。而且，可以使用不同的种类的标记(斑点、十字线、短直线)，这可以进一步提高可靠性和可以区分的器具的数目。
最后，应当指出，在本专利申请中，术语“包括”并不排除其它的单元或步骤，“一个”不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以满足几个装置的功能。而且，在权利要求中的参考号不被看作为限制它们的范围。

Claims (4)

1.一种图像处理系统(20)，用于评估包含配备有标记(41-46)的介入器具组(51，52)中的至少一个介入器具(51，52)的身体体积的X射线投影图像(25)，其中所述标记(41-46)和/或它们的配置的投影对每个器具(51，52)是特有的，该系统适合于：
-检测在给定的投影图像上的器具(51，52)的标记(41-46)；
-根据检测到的标记(41-46)识别在投影图像(25)上至少一个器具(51，52)；
-根据在投影图像(25)上识别的器具(51，52)改变它的操作模式。
2.按照权利要求1的图像处理系统(20)，其特征在于，它包括数据库(24)，其中存储有关对所有的器具(51，52)的标记(41-46)和它们的配置的数据。
3.按照权利要求1的图像处理系统(20)，其特征在于，它适合于根据有关对于所述器具的标记(41-46)和/或它们的配置的给定数据对在投影图像(25)上感兴趣的器具(51，52)进行定位。
4.按照权利要求1的图像处理系统(20)，其特征在于，它适合于藉助于有关由所述器具(51，52)携带的标记(41-46)和/或有关它们的相互之间距离的配置的数据改进对器具(51，52)的定位。
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