CN101622643A - 心脏路图 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个示范性实施例，提供了一种心脏路图技术，其中，构建了一个在其上正确位置处投影介入设备的视图的静态路图。这种新的视图模式结合了路图技术，即准确的定位和无运动视图，即最大可读性两者的优点。

Description

心脏路图
技术领域
本发明涉及介入式成像领域。具体来说，本发明是涉及一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的检查装置、一种用于心脏路图的方法、一种计算机可读介质、一种程序单元和图像处理设备。
背景技术
对于治疗心血管狭窄而言，可以在导管实验室中使用经皮冠状动脉成形术(PTCA)。在下文中，描述了基本介入式过程，可以在[3]中找到它：
“当在入口位置处将导管于插入血管系统之后，其沿大血管行进到需要治疗的血管结构。将造影剂通过导管注射至人体，导管实验X射线装备记录显示了当填充有造影剂时的血管的血管造影序列。可以改变成像仪的几何结构重复诊断血管造影采集。基于这种诊断造影进行诊断和介入计划编排(...)。在介入期间，将柔性的、对无线电部分或全部射频不透明的导丝推进到受影响的血管结构(如，冠状动脉的狭窄处，神经血管动脉瘤，或动静脉畸形)。荧光低剂量的x射线监控可实现导丝的可视化(...)，以及允许在推进导丝的同时介入式治疗师的手眼协同。当定位时，导丝作为轨道输送介入式设备(如用于扩张的球囊和支架的输送，用于动脉瘤凝血的可分离的线圈。)介入式设备的输送和部署都是受荧光监测控制的。
在[3]中，血管造影片和实况图像之间的覆盖技术(称为路图技术)描述如下：
“在这个过程中，在介入期间血管结构本身不可见，因为它对无线电是不透明的。因此，导丝和介入式设备的导航和精密定位单调乏味、耗时很长，并且需要额外的造影剂爆发来明确设备相对于相关血管的位置。由于散射作用，患者和医疗人员在采集诊断血管造影片和介入荧光检查时都暴露于x射线下。因此，希望有导航支持以减少介入时间并提高定位的精度。常规地，将由相似的成像仪几何构造采集的静态诊断血管造影片显示在实况介入式荧光检查的旁边。对于血管内导丝和设备的导航来说，要求静态血管造影片与实况荧光检查进行主观视觉融合。一种改进的富文本可视化技术可给予导航重要的支持。作为一种直接的方法，可以将预处理的血管造影片覆盖到荧光图像流上，从而血管和介入式设备可以同时显示在屏幕上。然而，在采集诊断血管造影片和荧光检查之间，时间已经过去，且患者有意识的运动会造成位置和方向的变化以及软组织的变形。对于冠状动脉介入，由于心脏搏动和呼吸运动血管结构也会持续变化。因此，这种覆盖技术受到介入式荧光检查和诊断覆盖不匹配的影响(...)。所以，导丝和介入设备不能在血管内显示，感知到的重叠图像的质量较差。”
因此导航通过提供在生命(life)荧光检查图片旁边或覆盖其上显示的心脏路图而帮助治疗心脏病学家。理想地，这种心脏路图表示血管造影期间采集的血管网络，其与当前生命图像具有相同的心脏相位。
文献[1]和[2]描述了实现心脏路图的一个基本方法。其依靠对心脏和呼吸周期的提取，并依赖于在血管造影图像(填充状态下)与生命图像之间对这些周期的匹配。
路图技术具有非常重要的特征，这是因为它提供介入设备相对于血管解剖学的准确定位。否则，在PTCA的大部分时间内这种定位是不可见的。
路图技术在心脏介入的情况下更加吸引人，这是因为否则将由心脏学家执行的血管造影片(通常是一幅选定的图像)和动态荧光检查序列之间的头脑中配准是费力而又不准确的过程。
然而，不管心脏路图多好，覆盖结果可能保持一种动态视图，其结合了心脏和呼吸运动以及可能的患者运动。这些运动的叠加可能是额外的疲劳因素。另外，路图技术过程的缺陷可能趋于在介入对象和路图技术指示之间造成一些小的抖动，因此增加了动态路图技术视图的复杂性。
可能希望提供一种改善的无运动介入式心脏路图。
本发明提供一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的检查装置、一种图像处理装置、一种计算机可读介质、一种程序单元和具有根据独立权利要求所述的特征的、用于检查感兴趣对象的方法。
应该注意的是，本发明以下描述的示范性实施例也可应用于检查感兴趣对象的方法、计算机可读介质、图像处理设备和程序单元。
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的检查装置，该装置包括计算单元，其适于基于感兴趣体积的第一幅图像序列而执行感兴趣体积的参考图创建，基于感兴趣体积的第二图像序列执行感兴趣体积的设备图序列创建，以及将设备图序列投影到投影以参考图上，最终形成导航序列，其中，参考图为感兴趣对象的静态路图。
换言之，将在介入期间可采集的设备图序列覆盖到描述了相同区域(例如，感兴趣的体积)的静态、冻结的参考图上。这可以解决在心脏路图显示期间由多种运动造成的可视化的问题，例如，呼吸运动、心脏搏动、患者运动或路图到现实的抖动。此外，这也为最大可读化提供无运动视觉支持。
根据本发明另一示范性实施例，感兴趣对象是心脏血管树，其中，第一图像序列是感兴趣对象的血管造影片，其中第二图像序列是在对感兴趣对象的介入期间采集的整个时间(life-time)序列，并且其中参考图是参考血管图。
因此，参考图是静态参考图，第一图像序列指的是血管造影序列。创建多个的设备图，例如，每幅荧光检查图像都有一幅设备图(即第二图像序列为荧光检查序列)。然而，应该注意的是，对于每一幅所建立的设备图，要涉及若干幅荧光检查图像，即，设备图与荧光检查图像之间不一定是一一对应的关系。
根据本发明的另一示范性实施例，将设备图投影到参考图是一种基于组合的运动矢量场的序列而执行的配准，得到一序列配准后的设备图。
根据本发明的另一示范性实施例，参考血管图是由血管图序列选择而来的。
另外，根据本发明的另一示范性实施例，参考血管图的选择包括与完整的心脏周期对应的血管周期的提取。
根据本发明的另一示范性实施例，计算单元还适于在创建设备图后执行设备图至血管图的运动估计，得到第一运动矢量场序列。
另外，根据本发明的另一示范性实施例，设备图至血管图运动估计包括了序列对序列的运动估计和匹配操作。
因此，运动估计步骤可考虑空间到时间约束条件(而不是逐个图像或甚至图像到序列过程)。
根据本发明的另一示范性实施例，计算单元还适于执行参考图创建后的血管图至参考图的运动估计，得到第二矢量场序列。另外，基于第一和第二矢量场序列，计算单元适于执行运动组合，得到组合的运动矢量场序列。
根据本发明的另一示范性实施例，计算单元适于将配准后的设备图序列叠加到参考血管图。
此过程产生如在图3中所描述的最后结果。
可以将检查装置配置成包括了材料检测装置、医学应用装置和微CT系统的组中的一个。
本发明的应用领域可以是于医学成像，如心脏成像或行李检查。
根据本发明的另一示范性实施例，将检查装置调配为在三维旋转X射线装置中的一个三维计算机断层成像装置。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，提供一种用于利用检查装置来检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图方法，其中，基于感兴趣体积的第一图像序列来创建感兴趣体积的参考图，基于感兴趣体积的第二图像序列来创建感兴趣体积的设备图，并且其中，执行将设备图投影到参考图上，其中，参考图是感兴趣对象的静态路图。
根据本发明的另一示范性实施例，提供一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的图像处理设备，所述图像处理设备包括用于存储兴趣对象的数据集的存储器，其中，图像处理设备适于(例如)通过计算单元来实施上述方法的步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，提供一种计算机可读介质。用于心脏路图的计算机程序存储于此，当由处理器执行时，所述程序使得处理器实施上述方法步骤。
此外，根据本发明的另一示范性实施例，提供一种用于检查感兴趣对象的心脏路图的程序单元，当由处理器执行时，所述程序单元使得处理器实施上述方法步骤。
本该领域技术人员将会容易地意识到感兴趣对象的检查方法可体现为计算机程序，即软件，或体现为使用一个或多个特殊的电子优化电路，即硬件，或该方法体现在混合形式，即软件部件和硬件部件。
可优选地将根据本发明的示范性实施例的程序单元载入到数据处理器中的工作存储器中。因此，数据处理器可配备为实施本发明的示范性实施例的方法。计算机程序可以任何合适的编程语言编写，例如C++，并存储于计算机可读介质中，如CD-ROM。另外，可从网络获取计算机程序，如万维网，从该处将计算机程序下载至图像处理单元、处理器或任何合适的计算机。
本发明的示范性实施例的要点为创建静态路图，将(可能是格式化的)本明设备的视图投影在所述静态路图上的正确位置处。这种纯粹合成的视图可不仅提供路图技术信息(介入设备相对于血管解剖学的准确定位)，而且还提供由视图的静态和其合成特点所提供高度的可读性，。
通过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且得以阐明。
应该注意的是，该发明不仅限于具体实现方式。而是，“心脏路图及冻结”这一一般概念是本发明要点的特征。
附图说明
参考随后附图，以下将描述本发明的示范性实施例。
图1示出了根据本发明的示范性实施例的C型臂旋转X射线检查装置的简化示意图；
图2示出了根据本发明的方法的示范性实施例的流程图；
图3示出了根据本发明的示范性实施例的组合图像的示意图；
图4示出了根据本发明的图像处理设备的示范性实施例，用于执行根据本发明的方法的示范性实施例。
附图中的图示均为示意性的。在不同的附图中，相似或相同的单元都提供有相同的参考数字。
具体实施方式
图1示出了示范性旋转X射线扫描仪的示意图，可在所述扫描仪中实施根据本发明的方法。将X射源100和具有大敏感区域的平板探测器101安装在C型臂102的末端。C型臂102由弯曲轨道“套筒”103支撑。C型臂可在套筒103中滑动，从而围绕C型臂的轴进行“滚动运动”。套筒103通过旋转关节附着到L型臂104，并可围绕该关节的轴进行“螺旋桨运动”。L型臂104通过另一个旋转关节附着到天花板，并可围绕该关节的轴进行旋转。伺服电机实现不同的旋转运动。三种旋转运动的轴和锥形束的轴汇集在单个固定点，即旋转X射线扫描仪的“等中心”105。围绕等中心有一定体积，这是沿源轨迹的所有锥形束投影而形成。这个“投影体积”(VOP)的形状和尺寸决定于探测器的形状和尺寸以及源轨迹。在图1中，球110指示适合于VOP的最大的等中心球。将待成像的对象(例如患者或一件行李)放置在台111上，使得对象的感兴趣体积(VOI)填充VOP。如果对象足够小，它将完全适合于VOP之中；否则，将不能完全适合于VOP之中。因此，VOP限制VOI的大小。
不同的旋转运动由控制单元112所控制。每三个角度，即C型臂角度，套筒角度和L型臂角度，限定了X射线源的位置。通过随时间改变这些角度，可以使源沿指定源轨迹运动。在C型臂另一端的探测器做对应运动。
图2示出了根据本发明的示范性实施例的方法的流程图。图2描述的方法可用于建立静态心脏路图，用于将介入对象视图投影在这个路图的正确的位置处。
在步骤201中，采集血管造影数据{An}。此外，在步骤202中，采集荧光检查生命数据{Fi}。
此方法依赖于血管图的构建(血管图创建，步骤203)，血管图可简单地为血管分割的结果或针对每个像素提供血管存在可能性的图。在血管造影序列{An}上计算血管图，其本身是个体图序列{Vn}(每幅血管造影图像有一幅个体图)。
之后，在步骤205中，执行血管周期提取：可能只需要与充盈状态(充满造影剂)的血管对应的完整心脏周期。因此，提取这样的周期才是有利的。可以依靠心电图执行这样的任务。这一步骤可产生与充盈状态的完整心脏周期对应的{Vn}的子集{Ck}。
此外，在步骤204中，在荧光检查序列{Fi}上创建(计算)设备图。与血管图相似，设备图可以是介入式工具(例如注射导管、导丝尖端等)的二值或模糊分割。标准脊(ridgeness)滤波器和阈值技术可用于达到这样的目的。在任何情况下，对于{Fi}的每一幅图像，计算出设备图，则产生一序列{Di}。
在步骤206中，执行设备图到血管图的运动估计：在设备图和血管图创建之后施加设备图和血管图之间的运动估计。它包括(在预先限定类别的可能变换中)寻找使血管图{Ck}和设备图{Di}之间的相似性最大的几何变换。可以考虑若干种相似性度量。
这种运动估计步骤考虑空间到时间的限制，可看作逐个序列的运动估计和匹配操作(而不是逐个图像或甚至图像到序列过程)。除了将设备图Di匹配到血管图Vk外，此步骤也可补偿呼吸运动。通常，找到的运动为全局变换(能够补偿呼吸运动)。
在任何情况下，该步骤的输出是一序列矢量场{Fi，K}。每个矢量场Fi，K足以将设备图Di配准到血管图Vk。
在步骤207中，执行参考血管图选择：从血管图序列{Ck}中，构建一个目标静态的血管图{Cr}，被称为参考血管图。它可简单为{Ck}中的一个，例如Ck显示最大可见度或与其他的最小距离。
然后，在步骤208中，执行血管到参考的运动估计：该步骤包括寻找运动矢量场，以便将血管图{Ck}配准到参考血管图Cr。由于心脏运动的复杂本质，该步骤产生一个弹性运动场序列，称为{Ak，r}。很多弹性运动估计技术用以达到此目的，如光流。
在步骤209中，执行运动组合：矢量场{Fi，k}和{Ak，r}组合，以获得运动矢量场序列其对于将设备图{Di}配准到参考血管图{Cr}是有必要的。可使用标准运动组合技术，可能涉及矢量插值步骤。
在步骤210中，执行设备到参考的配准：将组合的运动矢量场
Figure G2008800067748D00072
施加到设备图{Di}上产生了配准后的设备图序列，称为{Ri}。
在步骤211中，执行设备感兴趣点分割：在配准后序列{Ri}中提取清晰地表示了工具在血管内的进程的介入式工具的感兴趣点(通常为导丝尖端)，从而产生序列{Pi}。通常的脊技术可用来完成这一目标。然而，兴趣点应该具备足够的明确设计的标志。对于导丝尖端通常是这种情况。
除了尖端，也可考虑通常为感兴趣点对象的球囊标志物。
步骤212是一个组合或组合器的步骤，其中，将配准后的感兴趣点的序列叠加到参考血管图，因此产生最后结果，如图3中所示的示例。另外，所述组合器可跟踪感兴趣点的最新路径。所有那些特征都以不同形式高亮显示，如不同的颜色、箭头等。
图3示出了血管树300的示意图，将介入式设备305的路径投影所述血管树300上。介入式设备305可以是导丝尖端或球囊标志物。由图3可见，配准后的设备兴趣点在到达位置305之前沿路径304运动。路径304位于血管树300(其还包括臂301，302)的特定臂303内。
如果有必要，可用颜色箭头306标记尖端305的位置。
需注意，提供若干其他实施例，例如：
-上述的精确序列不是任何情况都必须的。例如，周期提取步骤可跳过，在这种情况下，所有应用于{Ck}的操作均可应用于{Vn}。
-另外，步骤210和211(设备到参考的配准和设备感兴趣点的分割)可互换。可将运动补偿直接施加到感兴趣点的分割结果。
-对运动场的计算依赖于这样的事实，即一旦配准，感兴趣点必须位于参考血管图内。这样可以增加约束，并可增大运动估计的鲁棒性。它也可参与抑制设备到路图的抖动。
-可以同时考虑若干兴趣点，并显示在参考血管图上。
-当最后可视化时，可用参考血管造影图像代替参考血管图。
图4示出了根据本发明的数据处理设备500的示范性实施例，所述设备用于执行根据本发明的方法的示范性实施例。
图4中描述的数据处理设备500包括中心处理器(CPU)或连接用于存储描述感兴趣对象(例如患者心脏或一件行李)的图像的存储器502的图像处理器501。根据本发明的一方面，中心处理器502包括确定或计算单元(图5中未显示)。
数据处理器501可与多个输入/输出网络或诊断设备(例如计算机断层扫描仪)连接。另外，数据处理器501可与显示设备503(例如，计算机显示器)连接，用于显示数据处理器501中计算或调配的信息和图像。操作者或用户可通过键盘504和/或其他输入或输出设备(图4未显示)与数据处理器501进行交互。
另外，通过总线系统505，将图像处理和控制处理器501连接到(例如)监控感兴趣对象的运动的运动监视器也是可能的。例如，在对患者的肺部进行成像的情况中，运动传感器可以为呼气传感器。在对心脏或血管树进行成像的情况中，运动传感器为心电图。
根据本发明的心脏路图被认为是一种可能的突破，这是因为它为心脏病专家提供利用较少的造影剂、较少剂量、较短的时间并且较高的安全性地实现PTCA介入的前所未有的方法。
应该注意的是，“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数冠词不排除复数个。可将与不同实施例相关联而描述的单元组合。
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、一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的检查装置，所述检查装置包括适于执行以下任务的计算单元：
基于所述感兴趣体积的第一图像序列执行所述感兴趣体积的参考图的创建；
基于所述感兴趣体积的第二图像序列执行所述感兴趣体积的设备图序列的创建；
将所述设备图序列投影到所述参考图上，得到导航序列；
其中，所述参考图是所述感兴趣对象的静态路图。
2、根据权利要求1所述的检查装置，
其中，所述感兴趣对象是心脏血管树；
其中，所述第一图像序列是所述感兴趣对象的血管造影片；
其中，所述第二图像序列是在对所述感兴趣对象介入期间采集的整个时间序列；
其中，所述参考图是参考血管图。
3、根据权利要求1所述的检查装置，
其中，将所述设备图投影到所述参考图上是一种基于组合的运动矢量场的序列而执行的配准，得到配准后的设备图序列。
4、根据权利要求1所述的检查装置，
其中，所述参考血管图是从血管图序列中选择的。
5、根据权利要求4所述的检查装置，
其中，对所述参考血管图的选择包括与完整心脏周期对应的血管周期提取。
6、根据权利要求2所述的检查装置，
其中，所述计算单元还适于在创建设备图后，执行所述设备图到血管图的运动估计，得到第一矢量场序列。
7、根据权利要求6所述的检查装置，
其中，所述设备图到血管图的运动估计包括逐个序列的运动估计和匹配操作。
8、根据权利要求1的所述检查装置，其中，所述计算单元还适于：
在创建所述参考图后，执行血管图到参考图的运动估计，得到第二矢量场序列；以及
基于所述第一矢量场序列和所述第二矢量场序列执行运动组合，得到组合的运动矢量场的序列。
9、根据权利要求4所述的检查装置，其中，所述计算单元还适于：
将配准后的设备图的序列叠加到所述参考血管图。
10、根据权利要求1所述的检查装置，
将所述检查装置(100)配置成包括了材料检测装置、医学应用装置和微CT系统的组中的一个。
11、一种用于利用检查装置(100)来检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图方法，所述方法包括以下步骤：
基于所述感兴趣体积的第一图像序列执行所述感兴趣体积的参考图的创建；
基于所述感兴趣体积的第二图像序列执行所述感兴趣体积的设备图序列的创建；
将所述设备图序列投影到所述参考图上，得到导航序列；
其中，所述参考图是所述感兴趣对象的静态路图。
12、一种计算机可读介质(402)，在其中存储了用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的计算机程序，当由处理器(401)执行时，所述计算机程序使所述处理器实施以下步骤：
基于所述感兴趣体积的第一图像序列执行所述感兴趣体积的参考图的创建；
基于所述感兴趣体积的第二图像序列执行所述感兴趣体积的设备图序列的创建；
将所述设备图序列投影到所述参考图上，得到导航序列；
其中，所述参考图是所述感兴趣对象的静态路图。
13、一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的程序单元，当由处理器(401)执行时，所述程序单元使所述处理器实施以下步骤：
基于所述感兴趣体积的第一图像序列执行所述感兴趣体积的参考图的创建；
基于所述感兴趣体积的第二图像序列执行所述感兴趣体积的设备图序列的创建；
将所述设备图序列投影到所述参考图上，得到导航序列；
其中，所述参考图是所述感兴趣对象的静态路图。
14、一种用于检查位于感兴趣体积中的感兴趣对象的心脏路图的图像处理设备，所述图像处理设备包括：
用于存储所述感兴趣对象的数据集的存储器，以及
适于执行以下任务的计算单元：
基于所述感兴趣体积的第一图像序列执行所述感兴趣体积的参考图的创建；
基于所述感兴趣体积的第二图像序列执行所述感兴趣体积的设备图序列的创建；
将所述设备图序列投影到所述参考图上，得到导航序列；
其中，所述参考图是所述感兴趣对象的静态路图。
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