CN101621964B - 用于在介入期间记录血管结构的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于在介入期间记录血管结构的方法和设备，其包括的步骤或元件有：对提供给设备界标5附近的造影剂6的注射进行检测S1；对设备界标5附近监测S3预先确定的时间；基于所监测的设备界标5附近来生成S3a时间-对比度曲线；分析S4a所述时间-对比度曲线；以及基于所述时间-对比度曲线确定S4b最优可见度的最佳时刻。

Description

用于在介入期间记录血管结构的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在介入期间记录血管结构的方法和设备，具体而言，涉及一种用于记录介入期间血管结构的方法和设备，所述方法和设备可用于cathlab中针对PTCA(经皮冠状动脉腔内成形术，PercutaneousTransluminal Coronary Angioplasty)的成像系统来治疗心脏狭窄。

背景技术

在PTCA期间，最棘手的阶段之一为将导丝尖端通过靶向的病变(狭窄)。在这一位置处的血管壁通常是不平坦的，并且就定义而言，操作活动变窄。因此，通过狭窄部位是介入的最耗时(因此剂量生成)部分之一。

通过狭窄部位阶段之所以困难的原因之一在于几乎是无法看到地、在运动的目标上完成所述阶段。在大部分时间中，医生仅能看到丝的尖端，而试图想出狭窄的样子以及尖端在狭窄内的精确位置。在这一过程中，医生可能试图在思想中将当前尖端位置与血管造影片中可见的狭窄进行配准，或者其可能注射一小针造影剂。

包括在与血管造影片进行比较中的第一种方法是困难的，并且必定具有各种误差，具体而言，这是由心脏和呼吸运动导致的。

令人遗憾的是，涉及了造影剂注射的第二种方法是非常短暂的，并且仅提供了情况的一瞥。还由于心脏和呼吸运动使得该方法难于实现。

第三种解决方法将包括使用某种心道绘图技术。这种类型的解决方法还未存在于当前的介入系统中，并且难于实现。

可以在‘Algorithmic Solution for Life Device-Two-Vessel Match’，J.Bredno，B.Martin Leung，K.Eck，in the proceedings of SPIE，Volume5370-Medical Imaging 2004：Imaging Processing，J.Michael Fitzpatric，MilanSonka，Editors，May 2004，Pages 1486-1497中看到有关基本介入过程的描述。因此，将导管在接入部位插入到血管系统中之后，所述导管沿需要治疗的血管结构的大血管前进。将造影剂经由导管注射，并且cathlabX射线器械记录示出了填充有充造影剂时的血管的血管造影序列。可以利用不同的成像仪几何形状来重复诊断血管造影片的获取。基于这种诊断血管造影片来计划诊断和介入。在介入期间，柔性、部分或全部径向不透明的导丝前进至受影响的血管结构，例如，冠状动脉中的狭窄、神经血管动脉瘤，或者动静脉畸变。荧光镜低剂量X射线监测使导丝可见，并且允许介入人员在推进导丝的同时进行手-眼的协调配合。在定位后，所述导丝用作轨道来递送介入设备，例如，用于膨胀和支架递送的气球，用于动脉瘤凝血的可分离线圈。对介入设备的递送和布置也是荧光镜控制的。

发明内容

本发明的一个目的在于改善介入的情况，并且提供一种监测当前狭窄通过情况的舒适方式。

本发明的这一目的通过独立权利要求的主题而解决，其中，将其实施例引入在附属权利要求中。

根据本发明的一个示例性实施例，用于记录介入期间血管结构的方法包括：对提供给设备界标附近的造影剂的注射进行检测；对所述设备界标附近监测预先确定的时间；基于所监测的设备界标附近来生成时间-对比度曲线；分析所述时间-对比度曲线；以及基于所述时间-对比度曲线确定最优可见度的最佳时刻。

因此，所述方法能够自动地获取并且增强设备界标的视图，例如，当到达设备界标周围的造影剂泡产生最优可视情况时，在某一时刻导丝尖端或者狭窄气球标记。这种最佳时刻的自动获取和增强在狭窄通过时间是一种有利的特征。它可以作用于大部分甚至最差的造影剂注射，并且提供狭窄的解剖结构连同在获取时刻以(例如)尖端形式的设备界标的精确位置的无运动最佳视图。因此，这种快照将给医生带来宝贵的信息元素，其将帮助医生确定如何进行介入。事实上，所述方法可用于所有类型的标记和导管，或者甚至是诸如动脉瘤的解剖界标。另外，所述方法解决了心脏和呼吸运动问题。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括使设备界标附近在最佳时刻可视。

因此，对于医生或者用户，能够得到可视化的设备界标附近，其中，应将所述附近理解为对于介入而言感兴趣的区域。

根据本发明的一个示例性实施例，所述设备界标为导丝尖端或者狭窄气球标记。

因此，所述方法可应用于使用导丝尖端的设备，例如，用于实现支架，以及用于介入和通过狭窄气球进行治疗的装置。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括不断地检测和定位设备界标。

当使用具有高X射线吸收特性和有限长度的例如导丝尖端的设备界标时，检测过程是相当简单的，并且与传统的脊增强和阈值技术一同实施。这一方法可还由脊跟踪技术进行加固。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括相对于造影剂的注射来检测运行。

因此，能够提供对在当前荧光镜运行的每一帧处诸如尖端的设备界标的分割。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括输出检测结果作为Bollean指标。

因此，能够得到关于是否注射造影剂的明确指示。应该注意的是可以监测运行用于检测可能的造影剂注射，其中，对于这一检测任务，可涉及不基于图像的设备，例如，可监测的电注射器指令，以及纯粹基于图像的技术。平均脊度(ridgeness)沿所述运行的相对突然增加是实现这一检测的典型方式。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括监测设备界标周围的灰度级值。

对造影剂的检测触发了监测。一旦通过注射导管产生了造影剂，其快速到达例如导丝尖端的设备界标的附近。对设备界标的连续分割提供了区域的几何形状，其中在所述区域找到造影剂并加以分析。通过监测设备界标周围和其上的灰度级值，能够产生或生成多条时间-强度曲线或者时间-对比度曲线，例如，针对在时间上顶端上的平均灰度级的曲线，以及针对设备界标的两侧上的平均值的曲线。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括计算设备界标及其周围的可见度指数。

对时间-强度或时间-对比度曲线进行分析，并且分别计算设备界标及其周围和附近的可见度指数，其中，将这一指数到达最优值的时刻确定所谓的最佳时刻。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括将当检测到造影剂的注射使设备界标隐藏时的最佳时刻确定为紧接在使所述设备界标隐藏之前或之后的时刻，在其他情况下为在最大造影剂浓度的时间。

通常，可能发生两种情况。在第一种情况中，注射大量的造影剂。在这种情况中，造影剂在某一阶段使设备界标完全隐藏，最佳时刻为在这种情况发生之前的一点点的时刻，或当造影剂洗去之后的一点点的时刻。在第二种情况中，仅注射有限量的造影剂。在这种情况中，尖端周围的最大造影剂浓度使得尖端清晰可见，并且还产生了狭窄的最佳可见度。换言之，当注射大量造影剂时，仅可分别看到血管、血管结构或者狭窄，其中，当不注射造影剂时，仅可看到例如尖端的设备界标。因此，当(分别地)血管、血管结构或狭窄和设备界标(例如，尖端)的组合在最优可见度时，所述时刻对应于最佳时刻。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括确定当设备界标和病变在背景上具有最优对比度相关性情况下的最优可见度。

因此，最佳时刻对应于某个最优可见度，在所述最优可见度上，设备界标和病变相对于背景清晰可见。应该注意的是最优对比度相关性指的是相对于设备界标和病变的清晰可见度而言的最优，例如，在背景上的导丝的尖端和狭窄，其中，这一最优不限于设备界标或者病变分别地在背景上的最大对比度，但也可以是允许设备界标以及病变在同一时间在背景上的最优。

根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括使设备界标的附近连同病变可视。

因此，对于介入人员而言，能够得到有关介入的感兴趣区域的表达，这意味着可得到设备界标和病变的几何形状，例如，导丝尖端和狭窄相对于彼此的位置。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括使放大的感兴趣区域可视。

这可提供甚至更简洁的可视性。当然，应该注意的是，可以连同直方图操作施加各种空间和时间过滤器。

根据本发明的一个示例性实施例，所述方法还包括在第二监测器上显示可视性。

因此，例如，可以在专用监测器上显示病变和设备界标的增强的和放大的视图，例如狭窄加上尖端，其中，通常保持这一视图直到注射新的造影剂泡，因此更新视图。

应该注意的是，所述方法是完全自动的，并且不需要手动交互。

应该注意的是，上述本发明的示例性实施例还应用于设备、程序产品以及计算机可读介质。

本发明的主题在于为诸如导丝尖端的设备界标和诸如狭窄的病变提供一种最优可视性的可能，并且同时，避免由于设备界标附近中低或高的造影剂浓度导致的较差的可视性。另外，由于优化了可视性，因此本发明具有减少必须的造影剂的量的效果。这种造影剂的减少对于减少开销和对于患者的健康都是重要的，这是由于过量的造影剂对于肾具有消极影响。

参考以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

将参考以下附图，在下文中描述本发明的示例性实施例。

图1示出了注射之前血管、导丝和尖端的几何形状；

图2示出了一种状态，其中，已经开始了造影剂的注射而未到达最优时刻；

图3示出了一种状态，其中，检测到最优时刻；

图4是图3的虚线方框的放大说明，示出了最优时刻的狭窄和尖端；

图5示出了感兴趣区域上的造影剂的浓度；

图6是本发明方法的示例性实施例的流程图；

图7示出了在第一模式中的造影剂浓度；

图8示出了在第二模式中的造影剂浓度；

图9示出了最优时刻的确定；

图10示出了根据本发明的示例性实施例的设备。

具体实施方式

图1示出了血管或一般地血管结构的几何形状，其中插入了注射导管。由导丝2引导导丝尖端5，以便检查并且治疗冠状动脉4处的狭窄3。应该注意的是，事实上冠状动脉是不可见的。将导丝尖端5示出为较黑部分，并且设计为可由一般的X射线检查检测到，其中导丝可相对于X射线辐射为不透明的。因此，可通过X射线检测到导丝尖端5的位置，其中，由于一般地冠状动脉相对于X射线辐射而言是不可见的，因此，难于示出狭窄3。因此，可经由注射导管提供造影剂，以便增加血管结构的对比度，具体而言，为包括狭窄3的冠状动脉的对比度。

图2示出了血管结构中的一种状态，其中已经开始了造影剂的注射。造影剂具有有限的传播速度，使得对比度随着时间增加。

在图2中所示的示例中，造影剂6等沿导丝传播，但目前还未到达导丝尖端，使得目前还不足以通过X射线辐射来进一步研究导丝尖端5的附近以及狭窄3。

在预先确定的时间之后的另一个传播状态中，造影剂进一步沿导丝传播，如图3所示。应该注意的是，造影剂6还沿其他血管传播而非导丝，这是因为造影剂的传播与导丝的存在无关。

在图3示出的状态中，造影剂6已经到达了导丝尖端5和狭窄3。应该注意的是，造影剂6的浓度具有位置上的分布，并且物理上不构成Bollean状态。应该注意的是，因此，在图2、3和4中造影剂的传播仅示出了一种阈值，使得图示包含关于造影剂的阈值浓度的信息。由于造影剂的传播，坡前随时间连续增加，使得能够检测到最优时刻，在所述最优时刻时，造影剂的浓度为对于研究或者由X射线辐射的辅助进行的介入是最优的。

根据示例性实施例，能够在预先确定时间范围上记录多幅图，以便通过分析所记录的图确定最优时刻。因此，图示可能是非实时的，但允许确定最优时刻和狭窄的几何形状的最优图示。应该注意的是，狭窄的几何形状，具体而言，血管壁的形状一般不大范围地改变，使得非实时图示不构成对于本发明方法的缺点。

图4示出了图3的狭窄的放大视图。当将图2、3和4中所示出的造影剂的传播解释为一特定阈值，则图4中所示出的状态为狭窄3内的导丝尖端5接近最优时刻的状态，这是因为造影剂6的浓度超过(例如)导丝尖端5的整个环境中的最小阈值。

图5示出了造影剂6的浓度C在靠近导丝尖端5或距离d的几何形状上的分布。浓度随时间而增加，使得在图5中示出的特定时刻时，造影剂的浓度超过特定阈值10，允许使血管或狭窄可视。在这一时刻，浓度未达到浓度C的感兴趣区域中的最大水平11，所述最大水平浓度将使设备界标(例如，尖端5)隐藏。在本示例性实施例中，将感兴趣区域视为区域的尖端。换言之，在本示例性实施例中，最佳时刻发生在当尖端区域中的浓度超过阈值10，但保持在最大或隐藏水平11之下时。

图6示出了本发明方法的示例性实施例，其中，在一侧A上，列出了背景任务，而在另一侧B上列出了由注射触发的各个方面。

在透视运行F上，造影剂注射检测S1以及尖端分割S2作为背景任务而发生。尖端S3周围的对比度测量由所述注射触发而发生，接着是最佳时刻的计算S4，增强和缩入S5以及在专用监测器中的显示S6。

作为背景任务，检测到导丝尖端S1，具体而言，在(例如)尖端分割或尖端定位期间不断地检测S1a和定位S2。由于所述尖端的高X射线吸收特性以及其有限的长度，这一检测过程相当的简单，并且可以与传统的脊增强和阈值技术一起实施。这一方法可还由脊跟踪技术进行加强。在任何情况中，这一背景任务在于提供当前透视运行C的每一帧处的尖端分割。

作为另一背景任务，造影剂注射检测S1发生。在同一时刻，监测所述运行S3用于检测可能的造影剂注射。当然，对于这一检测任务可涉及不基于图像的设备，明确地，电注射器指令监测，但如果这是不实际的，则可以借助纯粹的基于图像的技术。平均脊度(ridgeness)沿所述运行的相对突然增加是实现这一检测的典型方式。所述步骤的输出为针对当前透视运行的每一幅图像的简单注射Boolean指标S1a。另外可能发生尖端分割S2。

由所述注射触发，尖端周围的造影剂测量发生S3。造影剂的检测触发了余下的过程。一旦通过注射导管产生了对比度，其迅速到达尖端附近，其中，所述尖端也可以是支架或导管气球上作为标记的任何界标。尖端的连续分割提供了区域的几何形状，其中，在所述区域找到造影剂并加以分析。通常，监测尖端周围和其上的灰度级值S3a，因此产生若干条时间-强度曲线或者时间-对比度曲线S3a，例如，针对沿时间t在尖端上的平均灰度级的第一曲线，以及针对尖端两侧的平均值的第二曲线。第一曲线和第二曲线的结合导致对尖端-比-周围对比度曲线Ca的确定。同样，可以确定针对血管任一侧即：在距尖端某一距离处的平均灰度级的第三曲线。第二曲线和第三曲线的组合导致对血管-比-周围的对比度曲线Cb的确定。可以将对比度解释为强度。可以将尖端附近解释为有关介入的区域。

之后，发生对最佳时刻的确定S4。分析了前述时间-对比度或者时间-强度曲线S4a，并且计算尖端或界标以及其周围的可见度指数。具体而言，这种时变指数可根据图9中对比度曲线Ca和Cb的组合而推导出，其中，将所述组合示为Ca x Cb，并且构成对于尖端和血管两者的可见度指数。这一指数到达最优值的时刻确定了所谓的最佳时刻S4b。这一点在图9中示为Ca x Cb在时间Tb处的最大值。通常，可能发生图7和图8中所示的两种情况，所述两幅图作为时间t上在例如，尖端的预先确定的位置上的浓度C。在第一个中，注射大量造影剂。在这种情况中，造影剂在某一阶段使尖端完全隐藏，最佳时刻12为在这种情况发生13之前的一点点的时刻，或当造影剂洗去14之后的一点点的时刻。在第二种情况中，仅注射有限量的造影剂。在这种情况中，尖端或界标周围的最大造影剂浓度15使得尖端或界标清晰可见，例如所述浓度保持在最大可见度水平11之下，并且还产生对于狭窄3的最佳可见度。换言之，在出现过多造影剂时，即，造影剂浓度很高时，仅可看到血管、血管结构或者狭窄，这是由于造影剂的高浓度使尖端或界标隐藏。但是，在没有出现造影剂时，仅可看到设备界标或尖端，由于缺少造影剂而无法看到血管、血管结构或狭窄，如图5所示。因此，两种情况之间的最优对应于最佳时刻。在这两种情况中，最佳时刻对应于某一可见度最优，其中，尖端和病变均相对于背景清晰可见，使得可得到最优对比度相关性。

图9还示出了最佳时刻确定。在该图示中，尖端-比-周围对比度曲线Ca连同血管-比-周围对比度曲线Cb一起表示。图9示出了当无造影剂出现在尖端周围时Ca为最大值。当造影剂到达尖端周围时，尖端的对比度下降。与之相反，当没有造影剂出现时血管-比-周围对比度为零，这是因为血管是透明的。当造影剂到达尖端旁边的血管时，血管对比度增加。现在，图9作为示例示出了将时变可见度指数作为Ca与Cb的乘积来计算。图9清楚地示出了可以找到这一指数曲线的最大值，因此确定最佳时刻。但Ca与Cb的乘积，Ca x Cb，仅是一个示例。当然，仅当Ca与Cb均高时，乘积才高。因此，其适于最大化尖端和血管两者的可见度这一本发明的目的。但其他组合是可能的。

之后，发生增强和放大阶段S5，其中，使病变连同设备界标或尖端在最佳时刻部分地可见。但是，可以涉及许多增强技术以使这一可视化更加整洁。当然，可以在感兴趣区域上进行放大，但可以连同直方图操作，施加各种空间和时间过滤器。

最后，发生在第二屏幕上或任何其他适当的图示介质S6上的自动显示。因此，可在专用监测器上显示增强的和放大的病变和设备界标或尖端的视图。通常保持这一视图直到注射新的造影剂泡，因此更新视图。

图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的设备20，其包括：检测单元21，其适于检测提供给设备界标附近的造影剂的注射；监测单元22，其适于对设备界标的附近监测预先确定的时间；生成单元23，其适于基于所监测的设备界标的附近来生成时间对比度曲线；分析单元24，其适于分析时间对比度曲线；以及确定单元25，其适于基于所述时间对比度曲线将最佳时刻确定为最优可见度。

所描述的方法是完全自动的，且不需要任何手动交互。

应该注意的是，其他的情况也可能从本发明的方法中受益。这可能涉及其他设备、标记、导管、线圈等，以及其他类型的解剖界标，例如，动脉瘤。更一般地，确定可识别的感兴趣区域，如尖端或界标情况中的自动地实现，或者如手动选定区域的情况中通过所提供的指示实现。然后，由检测造影剂的注射所触发，将对区域中的可见度的测量值进行计算，并且确定最佳时刻。然后计算最佳时刻的最优视图。

造影剂注射可以基于图像的，或者可以由从外部指示导出，例如，在电造影剂注射器的情况中。对感兴趣区域的确定可以由许多不同方式通过检测、跟踪、相关等而实现。对于计算最佳时刻而言可预想到各种标准。不仅可以显示静态图像，还可以显示最佳时刻周围的短增强运行。在该情况下，可以甚至施加运动补偿技术，以抵消运动问题。不仅心脏，就连血管和神经介入也可以成为目标。

本发明还可以延伸到所有的X射线介入，甚至可以延伸到依赖于一些种类的造影剂的其他模式，例如磁共振成像(MRI)、计算机断层摄影(CT)、超声成像(U/S)。

应该注意的是，本发明可应用于当设置支架和气球治疗时的狭窄介入过程。

应该注意的是，其他情况也可从本发明受益。这可能涉及其他设备，例如，标记、导管、线圈等，以及例如动脉瘤的其他类型的解剖界标。

应该注意的是，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且单数冠词“一”、“一个”包括多个。同样，可以对与不同实施例相关联而描述的元件进行组合。

应该注意的是，不应将权利要求中的参考标记解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种用于在介入期间记录血管结构的方法，包括：

对提供给设备界标(5)附近的造影剂(6)的注射进行检测(S1)；

对所述设备界标(5)附近监测(S3)预先确定的时间；

基于所监测的所述设备界标(5)附近来生成(S3a)第一和第二时间-对比度曲线，其中，所述第一时间-对比度曲线是尖端-比-周围对比度曲线Ca，并且其中，所述第二时间-对比度曲线是血管-比-周围对比度曲线Cb；

分析(S4a)所述第一和第二时间-对比度曲线；以及

基于所述第一和第二时间-对比度曲线确定(S4b)最优可见度的最佳时刻，其中，所述最优可见度处于所述设备界标(5)和病变(3)在背景上具有最优对比度相关性的情况下。

2.如权利要求1所述的方法，还包括使所述设备界标(5)附近在所述最佳时刻可视(S6)。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述设备界标(5)为导丝尖端或狭窄气球标记。

4.如权利要求1所述的方法，还包括不断地(S1a)检测和定位(S2)所述设备界标(5)。

5.如权利要求1所述的方法，还包括监测(S3)关于造影剂注射的检测的运行。

6.如权利要求1所述的方法，还包括输出(S1a)检测结果作为Boolean指标。

7.如权利要求1所述的方法，还包括监测(S3a)所述设备界标周围的灰度级值。

8.如权利要求1所述的方法，还包括计算(S4)所述设备界标(5)及其周围的可见度指数。

9.如权利要求1所述的方法，还包括将当检测到造影剂(6)的注射使所述设备界标(5)隐藏时的最佳时刻(12)确定为紧接在使所述设备界标(5)隐藏之前(13)或之后(14)的时刻，或者，为最大造影剂浓度的时间(15)。

10.如权利要求1所述的方法，还包括使所述设备界标(5)的附近连同病变(3)可视(S6)。

11.如权利要求1所述的方法，还包括使放大的感兴趣区域可视(S5)。

12.如权利要求1所述的方法，还包括在专用监测器上显示(S6)可视性。

13.一种用于在介入期间记录血管结构(3，4)的装置，包括：

用于对提供给设备界标(5)附近的造影剂(6)的注射进行检测的模块；

用于对所述设备界标(5)附近监测预先确定的时间的模块；

用于基于所监测的所述设备界标(5)附近来生成第一和第二时间-对比度曲线的模块，其中，所述第一时间-对比度曲线是尖端-比-周围对比度曲线Ca，并且其中，所述第二时间-对比度曲线是血管-比-周围对比度曲线Cb；

用于分析所述第一和第二时间-对比度曲线的模块；以及

用于基于所述第一和第二时间-对比度曲线确定最优可见度的最佳时刻的模块，其中，所述最优可见度处于所述设备界标(5)和病变(3)在背景上具有最优对比度相关性的情况下。

14.一种用于在介入期间记录血管结构(3，4)的设备，包括

检测单元(21)，其适于对提供给所述设备界标附近的造影剂的注射进行检测；

监测单元(22)，其适于对所述设备界标附近监测预先确定的时间；

生成单元(23)，其适于基于所监测的所述设备界标附近来生成第一和第二时间对比度曲线，其中，所述第一时间-对比度曲线是尖端-比-周围对比度曲线Ca，并且其中，所述第二时间-对比度曲线是血管-比-周围对比度曲线Cb；

分析单元(24)，其适于分析所述第一和第二时间-对比度曲线；以及

确定单元(25)，其适于基于所述第一和第二时间-对比度曲线确定最优可见度的最佳时刻，其中，所述最优可见度处于所述设备界标(5)和病变(3)在背景上具有最优对比度相关性的情况下。

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