CN101983035B - 呼吸确定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定人(3)的呼吸的呼吸确定装置和方法。该装置包括支气管树图像数据集提供单元(12)，其提供示出支气管树的支气管树图像数据集。该装置还包括用于检测支气管树图像数据集中的支气管树的支气管树检测单元(14)和用于从所检测到的支气管树确定与呼吸有关的信息的呼吸信息确定单元(30)。

Description

呼吸确定装置
技术领域
本发明涉及用于确定人的呼吸的呼吸确定装置、呼吸确定方法以及呼吸确定计算机程序。
背景技术
美国No.5,088,501公开了用于采集对应于呼吸移动的信号的布置，其包括产生机械压力信号的充气呼吸带和使用柔性隔膜将输入机械压力信号转换成光信号的压力换能器。柔性隔膜受压力信号变形，并且在其上具有反映表面，使得对应于压力信号生成经调制的光信号。该经调制的光信号对应于呼吸移动，并且为了避免由呼吸造成的图像中的运动失真，该经调制的光信号与用于对人图像的生成进行同步或者门控的磁共振成像系统一起使用。
这种布置具有除了用于提供图像的设备之外需要充气呼吸带的缺点，该充气呼吸带生成包括与呼吸有关信息的信号。
发明内容
本发明的目标是提供用于确定人的呼吸的呼吸确定装置、呼吸确定方法以及呼吸确定计算机程序，其中，可以获得与呼吸有关的信息，而不需要充气呼吸带。
在本发明的第一方面中，提供了用于确定人的呼吸的呼吸确定装置，该装置包括：
-支气管树图像数据集提供单元，用于提供示出支气管树的支气管树图像数据集；
-支气管树检测单元，用于检测支气管树图像数据集中的支气管树；
-呼吸信息确定单元，用于从所检测到的支气管树确定与呼吸有关的信息，
-表示提供单元，用于提供人的心脏的表示，
-心脏图像生成单元，用于基于所确定的与呼吸有关的信息生成示出心脏的表示的图像。
由于基于在所提供的支气管树图像数据集中所检测到的支气管树确定与呼吸有关的信息，所以可以获得与呼吸有关的信息而不需要充气呼吸带，该与呼吸有关的信息是诸如呼吸相位或者支气管树的移动。特别地，可能仅基于支气管树图像数据集获得与呼吸有关的信息，即，不必为了确定与呼吸有关的信息使用更多设备。因此，例如，可以通过支气管树图像数据集提供单元对人的胸腔进行成像，并且相同图像可以用于诸如诊断目的以及用于确定与呼吸有关的信息。
支气管树是整个支气管树或者支气管树的一部分。术语“支气管树”优选指作为支气管树气管分支的第一分支以及/或者第二分支。支气管树检测单元优选还适于对至少部分支气管树的轮廓进行检测，其优选是包含气管分支的轮廓。使用气管分支的优点是其一般可以更容易在支气管树图像数据集中检测到，特别是如果支气管树图像数据集是X射线图像数据集时可以更容易检测到，从而进一步改善与呼吸有关的信息的质量。
在优选实施例中，支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像，支气管树检测单元适于检测在支气管树图像数据集中支气管树的移动，并且呼吸信息确定单元适于确定支气管树的移动为与呼吸有关的信息。支气管树检测单元优选还适于对示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像中的支气管树进行分割，以生成对应于不同时间点的经分割的支气管树，其形成了支气管树的移动。优选将所确定的移动描述为支气管树的平移和/或旋转。如果支气管树图像数据集是在不同时间点采集的二维投影图像的集合，就优选将所确定的支气管树移动描述为在二维投影图像投影平面中的平移和/或旋转。由于支气管树随着呼吸而移动，并且因此，支气管树的移动由呼吸造成，支气管树的移动是与呼吸有关的信息，可以从支气管树图像数据集中获得具有良好质量的支气管树移动。
在一个实施例中，通过提取支气管树图像数据集中的轮廓并且将这些轮廓分组在一起、使得分组后的轮廓与关于支气管树解剖学的在先信息一致、例如使得它们与关于支气管树外形的在先信息一致来执行支气管树的分割。在另一个实施例中，可以通过使用其它、已知的分割方法来执行支气管树的分割。
呼吸信息确定单元优选还包括用于提供基于呼吸相位的支气管树模型的支气管树模型提供单元，以及用于通过确定支气管树模型与所检测到的支气管树最相似的呼吸相位来确定人的呼吸相位的呼吸相位确定单元，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的信息。优选还将支气管树模型构成为对于不同呼吸相位的不同支气管树模型的集合，其中，呼吸相位确定单元适于通过确定与所检测到的支气管树最相似的支气管树模型来确定人的呼吸相位，其中，该最相似支气管树模型的呼吸相位被确定为与呼吸有关的信息。优选通过使用像平方差总和或者相关性的相似性测量来确定相似性。这允许将呼吸相位确定为与具有高精确性的呼吸有关的信息。
优选地，支气管树图像数据集提供单元是用于提供作为支气管树图像数据集的荧光透视图像数据集的荧光透视图像数据集提供单元。
荧光透视图像数据集提供单元优选是X射线荧光透视设备。这允许实时生成支气管树图像数据集，其中，优选可以检测到支气管树并且可以动态和实时确定与呼吸有关的信息。支气管树图像数据集优选是相继采集的二维投影图像的集合。
呼吸确定装置包括用于提供人的心脏的表示的表示提供单元以及用于根据所确定的与呼吸有关的信息生成示出心脏的表示的图像的心脏图像生成单元。表示提供单元优选包括用于提供示出心脏的心脏图像数据集的心脏图像数据集提供单元，其中，表示提供单元适于基于心脏图像数据集提供心脏的表示。表示提供单元优选还包括用于对心脏图像数据集中的心脏进行分割以提供心脏的表示的分割单元。可以用于对心脏图像数据集中的心脏进行分割的已知分割方法例如有：区域生长方法或者使用适于当前心脏图像数据集的普适心脏形状模型。这允许提供心脏的表示，该表示优选是适合当前正被成像的心脏的二维或三维心脏模型。
在一个实施例中，提供心脏模型而不执行分割步骤，即分割步骤是可选的。心脏模型可以简单地是给出在每个相位模型的三维变形的函数。
术语“心脏”指示整个心脏或者仅部分心脏。该部分可以是心脏的任何部分。因为左心房在心脏心律失常检测和治疗中是重要的，所以术语“心脏”优选指示左心房。
心脏图像数据集提供单元优选是计算断层摄影成像设备、磁共振成像设备、类似正电子发射断层摄影设备或者单光子发射断层摄影设备的核成像设备、或者用于生成心脏的图像数据集的其它成像设备。心脏图像数据集提供单元还可以是已经在其中存储有心脏图像数据集的存储单元。表示提供单元也可以是已经把心脏的表示存储在其中的存储单元，但是心脏的表示优选示出通过使用由心脏图像数据集提供单元所提供的心脏图像数据集所确定的当前人的心脏。
心脏图像生成单元优选还包括用于从所确定的与呼吸有关的信息中确定心脏移动的心脏移动确定单元，以及用于根据所确定的心脏移动来移动心脏的表示的心脏移动单元，其中，心脏图像生成单元适于生成示出心脏的移动表示的图像。这允许生成心脏图像，其示出根据呼吸移动而移动的心脏的表示。
更优选地：
-支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像；
-支气管树检测单元适于检测支气管树图像数据集中支气管树的移动；
-呼吸信息确定单元适于将支气管树的移动确定为与呼吸有关的信息；
-心脏移动确定单元适于将心脏的移动确定为所确定的支气管树的移动。如果假定心脏特别是左心房严格随着支气管树，特别是气管分支移动，心脏的移动和支气管树的移动就是相同的，并且心脏移动确定单元适于将心脏的移动特别是左心房的移动确定为支气管树特别是气管分支的移动。那么，心脏移动单元适于通过将所确定的支气管树的移动添加到心脏的表示来移动心脏，其通过心脏图像生成单元显示。
更优选地：
-表示提供单元适于提供对应于不同呼吸相位的心脏的不同表示；
-呼吸信息确定单元，包括：
-支气管树模型提供单元，用于提供基于呼吸相位的支气管树模型；
-呼吸相位确定单元，用于通过确定支气管树模型与所检测到的支气管树最相似的呼吸相位来确定人的呼吸相位，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的信息；
-支气管树图像数据集，包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像；
-支气管树检测单元适于检测若干支气管树图像中的支气管树；
-呼吸相位确定单元适于确定对于该若干支气管树图像的呼吸相位以确定对应于不同时间点的若干呼吸相位；
-心脏移动确定单元适于将心脏移动确定为一系列心脏的表示，该一系列心脏的表示对应于所确定的若干呼吸相位、根据它们各自的时间点分类。这还允许确定由呼吸造成的心脏移动。
更优选地：
-支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像；
-支气管树检测单元适于在支气管树图像数据集中检测支气管树的移动；并且
-呼吸信息确定单元适于将支气管树的移动确定为与呼吸有关的信息；
-所确定的支气管树的移动是周期性的，并且包括若干移动相位，其中，心脏图像生成单元适于：如果支气管树在预定移动相位中就对心脏的表示进行成像。支气管树移动的移动相位对应于呼吸相位，并且因此仅在存在某个呼吸相位的情况下，才示出心脏的表示，例如在支气管树图像数据集上的重叠，该支气管树图像数据集优选是二维荧光透视投影图像的时间序列。例如，仅在呼气结束时示出心脏的表示。
更优选地：
-呼吸信息确定单元包括：
-支气管树模型提供单元，用于提供基于呼吸相位的支气管树模型；
-呼吸相位确定单元，用于通过确定支气管树模型与所检测的支气管树最相似的呼吸相位来确定人的呼吸相位，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的信息；
-心脏图像生成单元适于：如果所确定的呼吸相位类似于预定的呼吸相位，就对心脏的表示进行成像。这还允许仅在已经确定了某个呼吸相位时，才显示心脏，例如，仅在呼气结束时显示心脏。
心脏图像生成单元可以适于：如果支气管树分别在一个或若干个预定移动相位或者呼吸相位中，就对心脏的表示进行成像。可以通过用户或者自动确定该预定的移动或呼吸相位、或者这些预定的移动或呼吸相位。
支气管树图像数据集优选还示出心脏，其中，心脏图像生成单元还包括用于将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准的配准单元。在一个实施例中，配准单元适于通过使用所确定的支气管树将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准。在另一个实施例中，配准单元适于使用用于配准的诸如脊柱或基准标记的其它标记或结构。在一个实施例中，配准单元可以适于在考虑或者不考虑支气管树的情况下提前将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准，并且因此可以通过使用从支气管树图像数据集中确定的支气管树的移动对该配准进行校正。
支气管树图像数据集优选包括在不同时间点测量的二维投影图像，并且心脏的表示优选是心脏的三维模型，其中，对于至少一个时间点，执行用于将至少一个二维投影图像与三维心脏模型配准的2D-3D配准。在另一个实施例中，配准单元适于诸如通过使用在投影图像和心脏图像数据集中所示的骨骼执行二维投影图像与三维心脏图像数据集的2D-3D配准，其中，从心脏图像数据集中确定该心脏的表示，并且因此，通过配准心脏图像数据集对心脏的表示进行配准。例如，在1998年4月G.P.Penney、J.Weese、J.A.Little、P.Desmedt、D.L.G.Hill和D.J.Hawkes的“A comparison of similaritymeasures for use in 2-D-3-D medical image registration”、IEEE Trans.Med.Imag.，Vol.17，no.4，pp.586-595中公开了一种2D-3D配准方法。
如果在一个实施例中，通过在同一个X射线成像系统中执行的3D旋转血管造影术获得心脏图像数据集、和由此的优选为心脏模型的心脏的表示、以及支气管树图像数据集，那么因为参考坐标系统对于心脏的表示和对于支气管树图像数据集是相同的，所以心脏的表示和支气管树图像数据集(在本实施例中其包括二维X射线投影图像)直接关于彼此配准，并且可以省略配准单元。
更优选地，心脏图像生成单元包括用于从所确定的与呼吸有关的信息确定心脏移动的心脏移动确定单元以及用于根据所确定的心脏移动将心脏的表示关于所配准的支气管树图像数据集进行移动的心脏移动单元，其中，心脏图像生成单元适于生成示出心脏的移动表示的图像。这允许生成心脏图像，其中，心脏的表示关于支气管树图像数据集特别是关于优选的二维投影图像移动。特别地，可能将配准与关于呼吸的移动校正分离。例如，可以通过使用像脊柱配准的已知配准方法首先执行配准，并且随后，例如在介入过程期间，为了示出由呼吸造成的心脏移动，可以关于支气管树图像数据集并且根据所确定的与呼吸有关的信息、即例如根据所确定的支气管树移动或者所确定的呼吸相位来移动心脏的表示。
更优选地，心脏图像生成单元还包括用于通过将心脏的表示和支气管树图像数据集重叠来生成重叠图像数据集的重叠图像数据集生成单元，该心脏的表示和支气管树图像数据集已关于彼此配准。这允许示出支气管树图像数据集，其优选是二维荧光透视投影图像的时间序列，其与心脏的表示重叠，该心脏的表示优选根据呼吸而移动。
在一个实施例中，
-呼吸确定装置包括表示提供单元，其用于提供作为用于接收心脏的至少部分的三维模型的第一输入的人的心脏的表示；
-支气管树图像数据集提供单元是用于接收支气管树图像数据集的第二输入，该支气管树图像数据集为包括心脏的至少部分的区域的二维图像；
-呼吸确定装置包括用于生成示出心脏的表示的图像的心脏图像生成单元，其中，心脏图像生成单元还包括用于将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准的配准单元，其中，配准单元是用于将二维图像与三维模型进行配准的模块；
-支气管树检测单元是用于从二维图像中估计气管分支的移动的模块；
-心脏图像生成单元是用于在所估计的移动的基础上对二维图像的配准进行校正的模块。
在本发明的另一方面中，提出了用于确定人的呼吸的呼吸确定方法，该方法包括下列步骤：
-提供示出支气管树的支气管树图像数据集；
-在支气管树图像数据集中检测支气管树；
-从所检测到的支气管树确定与呼吸有关的信息，
-提供人的心脏的表示，
-基于所确定的与呼吸有关的信息生成示出心脏的表示的图像。
在本发明的另一方面中，提出了用于确定人的呼吸的呼吸确定计算机程序，其中，该计算机程序包括用于当该计算机程序在控制呼吸确定装置的计算机上运行时，使呼吸确定装置如权利要求1中所限定的那样执行如权利要求12中所限定的呼吸确定方法的步骤的程序代码模块。
应该理解，权利要求1的呼吸确定装置、权利要求12的呼吸确定方法以及权利要求13的呼吸确定计算机程序具有如从属权利要求中所定义的类似和/或相同的优选实施例。
应该理解，本发明的优选实施例可以是从属权利要求与各个独立权利要求的任意组合。
附图说明
参照下文所描述的实施例，本发明的这些以及其它方面将显而易见并得到阐述。在附图中：
图1示意性且示例性地示出了用于确定人的呼吸的呼吸确定装置和导管设备的实施例；
图2示出了心脏的表示与支气管树图像的重叠；
图3示意性且示例性地示出了用于确定人的呼吸的呼吸确定装置和导管设备的另一个实施例；
图4示出了说明用于确定人的呼吸的呼吸确定方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
图1示意性且示例性地示出了用于确定呼吸的呼吸确定装置的实施例。装置1包括用于提供患者3的心脏2的表示的表示提供单元13。在图1中，示意性地示出了具有心脏2的患者3位于患者台4上。在图2中示意性且示例性地示出了配准在支气管树图像数据集上的心脏2的表示的投影24。在图2中所示的实施例中，经配准的表示的投影24代表心脏左心房的解剖结构。
在该实施例中，表示提供单元13包括用于提供示出心脏的心脏图像数据集的心脏图像数据集提供单元18，其中，表示提供单元13适于基于心脏图像数据集提供心脏的表示。表示提供单元13还包括用于对心脏图像数据集中的心脏进行分割以提供心脏的表示的分割单元19。可以用于对心脏图像数据集中的心脏进行分割的已知分割方法例如有区域生长方法或者使用适于当前心脏图像数据集的普适心脏形状模型。这允许提供心脏的表示，其优选是适合当前被成像的心脏的二维或三维心脏模型。
在另一个实施例中，提供心脏模型而不执行分割步骤，即分割步骤是可选的。心脏模型可以简单地是给出在每个相位模型的三维变形的函数。该函数可以代表心脏及其变形的“平均”模型。这可以通过研究(诸如根据CT的)若干患者的心脏并且找到对于所有患者的每个心脏位置(在每个相位)最适合的模型来获得。如果需要变形，可以容易从平均模型的两个相继位置推断出。
心脏图像数据集提供单元优选是计算X线断层摄影成像设备、磁共振成像设备、像正电子发射断层摄影设备或者单光子发射断层摄影设备的核成像设备、或者用于生成心脏的图像数据集的其它成像设备。心脏图像数据集提供单元还可以是在其中已经存储有心脏图像数据集的存储单元。表示提供单元也可以是在其中已经存储有心脏的表示的存储单元，但是心脏的表示优选示出当前人的心脏，该当前人的心脏是通过使用由心脏图像数据集提供单元提供的心脏图像数据集所确定的。
在一个实施例中，心脏图像数据集提供单元适于提供多相位心脏图像数据集，其示出在不同呼吸相位中的心脏，其中，表示提供单元适于基于多相位心脏图像数据集特别是通过对不同呼吸相位中的心脏进行分割来提供对应于不同的呼吸相位的不同的心脏的表示。在一个实施例中，为了给经分割的心脏分配相应的相位，使用参考图像数据集，其示出在不同已知相位中的心脏，并且将图像参考图像数据集与示出当前人的心脏或者心脏分割的多相位图像数据集进行配准。
心脏的表示优选是二或三维模型。如果表示由已针对不同呼吸相位进行分割的心脏分割组成，就可以通过函数
Figure GPA00001233859900091
定义该表示，该函数给出了心脏解剖点的三维位置。例如，可以通过由
Figure GPA00001233859900092
代表的一系列表面点对心脏建模，其中，标号i指示在表示(即心脏模型)的表面上的不同位置，并且
Figure GPA00001233859900101
代表呼吸相位。在另一个优选实施例中，心脏的表示还可以基于类似心脏相位的其它变量。
应该注意到也可以将投影24自身视为心脏的表示。
呼吸确定装置1还包括用于提供示出气管分支26的时间相关的支气管树图像数据集的支气管树图像数据集提供单元12。在图2中示意性且示例性地示出了时间相关的支气管树图像数据集的气管分支26和二维投影图像25。在该实施例中，支气管树图像数据集提供单元12是荧光透视图像数据集提供单元即用于提供作为支气管树图像数据集的荧光透视图像数据集的荧光透视设备。荧光透视图像数据集优选是在不同时间点采集的二维投影图像的集合。
荧光透视设备12包括通过荧光透视控制单元11控制的X射线源9和检测单元10。荧光透视设备12生成心脏2的X射线投影图像并且优选是导管6的导管元件7的X射线投影图像，下面将对其进行进一步描述。由箭头35示意性地指示X射线源9的X射线。
呼吸确定装置还包括用于检测支气管树图像数据集中的支气管树的支气管树检测单元14，以及用于从所检测到的支气管树26确定与呼吸有关的信息的呼吸信息确定单元30。
支气管树图像数据集优选包括示出在不同时间点的支气管树26的若干支气管树图像25，并且支气管树检测单元14适于检测支气管树图像数据集中支气管树的移动，其中，呼吸信息确定单元30适于将支气管树的移动确定为与呼吸有关的信息。更优选地，支气管树检测单元14适于对示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像中的支气管树进行分割，以生成对应于不同时间点的经分割的支气管树，其形成了支气管树的移动。优选将所确定的移动描述为支气管树特别是经分割的支气管树的平移和/或旋转。如果支气管树图像数据集是在不同时间点采集的二维投影图像的集合，就优选将所确定的支气管树移动描述为在二维投影图像的投影平面中的平移和/或旋转。由于支气管树随着呼吸而移动，并且因此，支气管树的移动由呼吸造成，支气管树的移动是与呼吸有关的信息，支气管树的移动可以从支气管树图像数据集中以良好质量获得。
在一个实施例中，通过在支气管树图像数据集中提取轮廓并且将这些轮廓分组在一起、使得分组后的轮廓与关于支气管树解剖结构的在先信息一致、例如使得它们与关于支气管树外形的在先信息一致来执行支气管树的分割。在另一个实施例中，可以通过使用其它已知的分割方法来执行支气管树的分割。
呼吸确定装置1还包括用于根据所确定的与呼吸有关的信息生成示出心脏2的表示的图像27的心脏图像生成单元15。在该实施例中，心脏图像生成单元15包括用于从所确定的与呼吸有关的信息确定心脏移动的心脏移动确定单元16，以及用于根据所确定的心脏移动来移动心脏的表示的心脏移动单元17，其中，心脏图像生成单元15适于生成示出心脏的移动表示的图像。
此外，支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像，并且支气管树检测单元14适于检测支气管树图像数据集中支气管树的移动。呼吸信息确定单元30适于将支气管树的移动确定为与呼吸有关的信息，并且心脏移动确定单元16适于将心脏的移动确定为所确定的支气管树的移动。如果假定心脏特别是左心房严格随着支气管树特别是气管分支移动，心脏的移动和支气管树的移动是相同的，并且心脏移动确定单元适于将心脏的移动特别是左心房的移动确定为支气管树特别是气管分支的移动。然后，心脏移动单元适于通过将所确定的支气管树的移动添加到心脏的表示来移动心脏，其通过心脏图像生成单元来示出。优选地，如果二维投影图像25中所示出的支气管树26(即优选为气管分支)特别地围绕投影线旋转和/或在投影平面中平移，就也旋转和/或平移心脏的表示的投影24，其中，支气管树26和心脏的表示的投影24类似地移动特别是旋转和/或平移。
所确定的支气管树的移动是周期性的，并且包括若干移动相位，其中，心脏图像生成单元15适于：如果支气管树在预定移动相位中就对心脏的表示进行成像。支气管树的移动的移动相位对应于呼吸相位，并且因此优选仅在存在特定呼吸相位的情况下示出心脏的表示，例如重叠在支气管树图像数据集上，该支气管树图像数据集优选是一时间序列的二维荧光透视投影图像。例如，仅在呼气结束时示出心脏的表示。
在该实施例中，支气管树图像数据集还示出心脏2，并且心脏图像生成单元15还包括用于将心脏2的表示和支气管树图像数据集25(即二维荧光透视投影图像)关于彼此进行配准的配准单元21。心脏图像生成单元15还包括用于通过重叠心脏2的表示和支气管树图像数据集25生成重叠图像数据集27的重叠图像数据集生成单元22，心脏2的表示和支气管树图像数据集25已被关于彼此配准。
配准单元21可以适于通过使用所确定的支气管树特别是通过使用气管分支将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准。备选地或者另外地，配准单元可以适于使用用于配准的诸如脊柱或基准标记的其它标记或结构。在一个实施例中，配准单元可以适于在考虑或者不考虑支气管树的情况下提前将心脏的表示和支气管树图像数据集关于彼此进行配准，并且然后可以通过使用所确定的心脏移动对该配准进行校正。特别地，心脏移动单元17可以适于根据所确定的关于经配准的支气管树图像数据集的心脏移动来移动心脏的表示，即在优选实施例中，例如，对于给定的呼吸相位，心脏2的表示和支气管树图像数据集25最初关于彼此配准，心脏2的表示24重叠在支气管树图像数据集上，二者已经关于彼此进行了配准，并且心脏2的表示24根据所确定的、由呼吸造成的心脏2的移动关于支气管树图像数据集移动，在该实施例中，支气管树图像数据集为二维荧光透视投影图像。因此，可以动态并且实时示出重叠在二维荧光透视投影图像上的心脏2的表示，而该表示根据呼吸移动。
支气管树图像数据集优选包括在不同时间点测量的二维投影图像，并且心脏的表示优选是心脏的三维模型，其中，对于至少一个时间点，执行用于将至少一个二维投影图像与三维心脏模型配准的2D-3D配准。在另一个实施例中，配准单元适于诸如通过使用在投影图像和心脏图像数据集中所示的骨骼执行二维投影图像与三维心脏图像数据集的2D-3D配准，其中，心脏的表示是从心脏图像数据集确定的，并且因此，通过配准心脏图像数据集，心脏的表示被配准。例如，在1998年4月G.P.Penney、J.Weese、J.A.Little、P.Desmedt、D.L.G.Hill和D.J.Hawkes的“A comparison of similaritymeasures for use in 2-D-3-D medical image registration”、IEEE Trans、Med、Imag.Vol.17、no.4、pp.586-595中公开了一种2D-3D配准方法。
如果在另一个实施例中，通过在同一个X射线成像系统中执行的3D旋转血管造影术获得心脏图像数据集、和由此的优选为心脏模型的心脏的表示、以及支气管树图像数据集，则因为参考坐标系统对于心脏的表示和对于支气管树图像数据集是相同的，所以心脏的表示和支气管树图像数据集直接关于彼此配准并且可以省略配准单元，其中在本实施例中支气管树图像数据集包括二维X射线投影图像。
呼吸确定装置还包括显示器33，优选在其上显示重叠图像数据集。在另一个实施例中，备选地或者另外地，显示器可以适于显示心脏的表示和/或心脏图像数据集和/或支气管树图像数据集。
图1还示意性并且示例性地示出了用于将能量施加给心脏2内部的组织和对该组织进行感测的导管设备32。导管设备1包括一个或多个导管，其中，图1中示出了一个导管。导管6包括导管元件7，其可以分别是用于将能量施加给心脏内部的组织或者用于对组织进行感测的能量应用元件或者感测元件。在图1中通过圆圈7示意性地指示了导管元件7。不应该将该圆圈7解释为将导管元件限制于特定形状。例如，导管元件7还可以是矩形的。
将导管元件7经导管6连接到控制单元5。可以将具有导管元件7的导管6引入心脏2，其中，导管元件7诸如包括电极和/或光纤，其中，通过使用内置导向模块(未示出)的操纵单元62操纵导管6并且将其导航到心室。在另一个实施例中，操纵单元62可以包括用于对导管6进行操纵和导航、从而将导管被动导入心脏2中的导引器。操纵单元62可以适于手动操纵导管元件7，并且/或者操纵单元62可以包括用于机器人操纵导管元件7的机器人系统。这允许操纵导管元件7到心脏2内的特别是心室的心脏内表面处的期望区域。图1中的虚方框指示控制单元5和操纵单元62都耦合到包括导管元件7的导管6。
在将导管元件7和导管6引入心脏2期间，荧光透视设备12生成示出气管分支、心脏2和导管元件7的时间相关的支气管树图像数据集，其中，在该实施例中，时间相关的支气管树图像数据集是在不同时间点采集的二维荧光透视投影图像的集合。如果导管元件7也已经位于心脏2内，该荧光透视设备12就优选生成心脏2、气管分支和导管元件7的二维荧光透视投影图像。
图2示意性并且示例性地示出了具有心脏2的表示的经重叠和配准的投影24的支气管树图像数据集的二维荧光透视投影图像25。该二维荧光透视投影图像示出气管分支26和具有导管元件71...74的一些导管61...64。优选在显示器33上显示该重叠图像，使得心脏的表示的投影24根据气管分支26的移动、并且因此根据呼吸而移动。在图2中，导管元件71和74是心电图线圈(stitch)，导管元件72是消融导管，并且导管元件73是注射导管。图2还示出了参考导管65。
在该实施例中，表示提供单元13、支气管树检测单元14、心脏图像生成单元15、以及呼吸信息确定单元30包括在处理单元23中。
在图3中示意性且示例性示出的另一个实施例中，该图中，用相似的参考数字指示与图1相似的元件，呼吸信息确定单元30包括用于提供基于呼吸相位的支气管树模型的支气管树模型提供单元31，以及用于通过确定支气管树模型最相似于所检测的支气管树的呼吸相位来确定人的呼吸相位的呼吸相位确定单元32，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的信息。在该实施例中，将支气管树模型构成为用于不同呼吸相位的不同的支气管树模型的集合，其中，呼吸相位确定单元适于通过确定最相似于所检测到的支气管树的支气管树模型来确定人的呼吸相位，其中，最相似的支气管树模型的呼吸相位被确定为与呼吸有关的信息。
在一个实施例中，心脏图像数据集提供单元适于提供多相位心脏图像数据集，其也示出在不同呼吸相位中的支气管树，或者支气管树图像数据集提供单元12适于提供示出在不同呼吸相位的支气管树的支气管树图像数据集，其中，支气管树提供单元31适于基于多相位心脏图像数据集或者支气管树图像数据集，特别是通过对对于不同呼吸相位的支气管树进行分割，来提供对应于不同的呼吸相位的不同的支气管树表示。在一个实施例中，为了给经分割的支气管树分配相应的呼吸相位，使用参考图像数据集，其示出在不同已知呼吸相位中的支气管树，并且将图像参考图像数据集与示出当前人的支气管树或者支气管树分割的多相位图像数据集进行配准。
支气管树模型优选是二或三维模型。可以通过函数
Figure GPA00001233859900141
定义用于不同呼吸相位的支气管树模型，其给出了支气管树解剖点的二或三维位置。例如，可以通过由
Figure GPA00001233859900151
代表的三维模型的表面点或者二维模型的轮廓点的集合对支气管树建模，其中，标号j指示具有呼吸相位
Figure GPA00001233859900152
的三维支气管树模型的表面或者二维支气管树模型的轮廓上不同的位置。
在该实施例中，表示提供单元13适于提供对应于不同的呼吸相位的不同的心脏的表示，即特别是提供
Figure GPA00001233859900153
此外，支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的支气管树的若干支气管树图像，并且支气管树检测单元14适于检测该若干支气管树图像中的支气管树。呼吸相位确定单元30适于确定该若干支气管树图像的呼吸相位以确定对应于不同时间点的若干呼吸相位，并且心脏移动确定单元16适于将心脏的移动确定为对应于所确定的若干呼吸相位、根据它们各自的时间点进行分类的一系列心脏的表示。因此，支气管树模型
Figure GPA00001233859900154
优选用于通过对对应于不同时间点的所检测到的支气管树进行比较确定呼吸相位
Figure GPA00001233859900155
并且将心脏的移动确定为对应于所确定的呼吸相位
Figure GPA00001233859900156
的一系列心脏模型
Figure GPA00001233859900157
在参考图3所描述的该实施例中，如果所确定的呼吸相位与预定呼吸相位相似，心脏图像生成单元15就优选适于对心脏的表示进行成像。这还允许仅在已经确定了某个呼吸相位时示出心脏，例如，仅在呼气结束时示出心脏。
心脏图像生成单元可以适于：如果支气管树分别在一个或若干预定移动相位或者呼吸相位中，就对心脏的表示进行成像。可以通过用户或者自动确定该预定的移动或呼吸相位、或者这些预定的移动或呼吸相位。
在下文中，将参考图4中所示的流程图描述用于确定人的呼吸的呼吸确定方法的实施例。
在步骤101中，支气管树图像数据集提供单元12提供示出支气管树26的支气管树图像数据集25，并且在步骤102中，支气管树检测单元14检测支气管树图像数据集25中的支气管树26。在步骤103中，呼吸信息确定单元30从所检测到的支气管树26确定与呼吸有关的信息。因为支气管树随着呼吸移动，所以该与呼吸有关的信息优选是支气管树的移动或者呼吸相位。
优选在若干时间点执行步骤101至103，以允许确定在这些若干时间点上的支气管树移动或者呼吸相位。该经确定的移动或者呼吸相位可以用于例如基于呼吸对心脏进行成像，以示出在特定移动或者呼吸相位的心脏或者对心脏关于荧光透视图像的配准进行校正。
优选在电生理学(EP)应用中使用呼吸确定装置和导管设备。EP是介入心脏病学的专业领域，其中，医师在X射线荧光透视法引导下使用心内导管来定位和治疗心律的电功能障碍。非常具有挑战性的EP程序是用于治疗心房纤颤的射频消融，其也称为AF。另一个重要的程序是为心脏再同步治疗(CRT)放置起搏器，在该程序期间，必须将起搏器导线放置在冠状静脉中。电生理学研究人员一般需要特别培训从而完全知道所有感兴趣侧的解剖和接入路径，以及一些实践以选择正确的设备并且熟练地操作它们到目标。
由荧光透视法引导的EP程序并且特别是AF可能花费最多几小时。该程序的主要任务是将导管放置在心脏内的给定位置处。由心脏的表示所呈现的目标解剖结构在荧光透视图像上的叠印即重叠对电生理学研究人员具有很大帮助，在荧光透视图像中目标解剖结构是不可见的。
在一个实施例中，在介入之前生成患者心脏或者心脏部分的三维模型。除了该模型之外，支气管树特别是气管分支的三维位置也是已知的，并且在呼吸期间其移动与心脏相关。
在另一个步骤中，在介入期间对荧光透视X射线投影图像的序列中对支气管树进行检测和跟踪。这允许将心脏模型投影在荧光透视图像上，同时加强气管的相对定位。因此，支气管树的跟踪允许在介入期间进行心脏的移动补偿配准，这是比诸如基于脊柱的配准的其它类型的配准更好的优点、基于脊柱的配准中不可以对呼吸移动进行补偿。
虽然在上述实施例中，心脏图像数据集提供单元优选是在其中提供心脏图像数据集的存储单元，该心脏图像数据集通过计算断层摄影呼吸确定装置或者磁共振装置生成，还可以通过像三维旋转血管造影设备的其它成像设备或者能够采集心脏解剖结构的三维体的任何其它模态生成该心脏图像数据集。
表示提供单元可以适于对心脏或者心脏部分进行分割，该心脏部分诸如心房、冠状静脉等，其中，经分割的心脏或者经分割的心脏部分是作为心脏的三维模型的心脏的表示。在一个实施例中，支气管树关于心脏模型的位置是已知的。例如，可以在同一个所提供的心脏图像数据集中对气管进行分割，其给出了两个器官的相对位置。
优选将荧光透视设备配置为产生同一解剖区域的二维荧光透视图像。荧光透视设备不能实现对诸如心脏的复杂软组织的清晰可视化。相反，在荧光透视法中支气管树提供了可以在时间上进行检测和跟踪的视觉标记。可以将支气管树与心脏的三维模型进行配准。这给出了应用于在给定呼吸相位将心脏模型重叠在二维荧光透视图像顶部的变换。
支气管树检测单元14优选适于确定平面内移动，即二维荧光透视投影单元平面中的平移和围绕投影轴的旋转。这允许在前-后视图中跟随呼吸移动。
如果心脏图像数据集提供单元提供了三维旋转血管造影设备的图像数据集，可以使用其对相同X射线系统中左心房的图像进行重建，并且其还是作为荧光透视设备(例如，类似称为飞利浦ATG的设备)的支气管树图像数据集提供单元，那么就在与二维荧光透视投影数据集相同的坐标系统中对三维心脏图像数据集进行重建。在该情况下，因为心脏图像数据集优选是三维的，并且由此，心脏的表示和二维荧光透视投影图像已经对准，所以不需要将从心脏图像数据集获得的心脏的表示与二维荧光透视投影图像的配准。那么，可以使用气管追踪、即确定支气管树的移动，来对呼吸进行补偿。此外，在另一个实施例中，配准单元可以适于通过使用基于脊柱的配准或者通过使用诸如支气管树的任何其它解剖标记将心脏的表示与支气管树图像数据集、即优选与时间相关的支气管树图像数据集的二维荧光透视投影图像进行配准，从而将心脏的表示与支气管树图像数据集对准。然后，可以使用支气管树的跟踪、即支气管树移动的确定，对呼吸进行补偿。
所提供的心脏的表示还可以基于心脏相位，其中，如果在显示器33上示出心脏，通过像心电图仪的心脏相位提供单元提供心脏相位，并且在显示器上基于所提供的心脏相位并且基于由呼吸造成的心脏的移动来移动心脏的表示，该心脏的移动如上述已被确定。
虽然在上述实施例中说明了配准程序，但是本发明不限于使用配准。呼吸确定装置、方法和计算机程序定义了与呼吸有关的信息(即，支气管树的移动或者呼吸相位)的确定，而不需要执行配准程序。
从对附图、公开和所附权利要求的研究中，本领域的技术人员在实践所要求的发明时可以理解并且实现对所公开实施例的其它变更。
在权利要求中，单词“包括”不排斥其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排斥多个。
单独一个单元或设备可以执行权利要求中陈述的几项的功能。在互相不同从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实不表明不可以使用这些措施的组合进行优化。
可以通过任何其它数目的单元或设备执行由一个或若干单元或设备执行的计算和确定，例如移动和呼吸相位的确定、分割和配准。可以将计算和确定以及/或者根据呼吸确定方法的呼吸确定装置的控制实现为计算机程序的计算机代码以及/或者专用硬件。
可以把计算机程序存储/分布在其它硬件一起或者作为其它硬件部分供给的诸如光存储介质或者固态介质的合适介质上，但是还可以以诸如经因特网或者其它有线或无线电信系统的其它形式分布。
不应该将权利要求中的任何参考符号解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种用于确定人(3)的呼吸的呼吸确定装置(1)，所述装置包括：
-支气管树图像数据集提供单元(12)，用于提供示出支气管树(26)的支气管树图像数据集(25)，
-支气管树检测单元(14)，用于检测所述支气管树图像数据集(25)中的所述支气管树(26)，
-呼吸信息确定单元(30)，用于从所检测到的支气管树(26)中确定与所述呼吸有关的信息，
-表示提供单元(13)，用于提供所述人的心脏(2)的表示，
-心脏图像生成单元(15)，用于基于所确定的与所述呼吸有关的所述信息生成示出所述心脏(2)的表示的图像(27)。
2.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中
-所述支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的所述支气管树的若干支气管树图像，
-所述支气管树检测单元(14)适于检测所述支气管树图像数据集中的所述支气管树的移动，以及
-所述呼吸信息确定单元(30)适于将所述支气管树的所述移动确定为与所述呼吸有关的所述信息。
3.如权利要求2所述的呼吸确定装置，其中，所述支气管树检测单元(14)适于对示出在不同时间点的所述支气管树的所述若干支气管树图像中的所述支气管树进行分割以生成对应于不同时间点的经分割的支气管树，其形成了所述支气管树移动。
4.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中，所述呼吸信息确定单元(30)包括：
-支气管树模型提供单元(31)，用于提供基于呼吸相位的支气管树模型，
-呼吸相位确定单元(32)，用于通过确定所述支气管树模型与所检测到的支气管树最相似的呼吸相位来确定所述人的呼吸相位，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的所述信息。
5.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中，所述支气管树图像数据集提供单元(12)是荧光透视图像数据集提供单元，其用于提供作为所述支气管树图像数据集的荧光透视图像数据集。
6.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中，所述心脏图像生成单元(15)包括：
-用于从所确定的与所述呼吸有关的所述信息来确定所述心脏的移动的心脏移动确定单元(16)，
-用于根据所确定的所述心脏的移动来移动所述心脏的所述表示的心脏移动单元(17)，
-其中，所述心脏图像生成单元(15)适于生成示出所述心脏的移动表示的图像。
7.如权利要求6所述的呼吸确定装置，其中
-所述支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的所述支气管树的若干支气管树图像，
-所述支气管树检测单元(14)适于检测所述支气管树图像数据集中的所述支气管树的移动，
-所述呼吸信息确定单元(30)适于将所述支气管树的所述移动确定为与所述呼吸有关的所述信息，
-所述心脏移动确定单元(16)适于将所述心脏的所述移动确定为所确定的所述支气管树的移动。
8.如权利要求6所述的呼吸确定装置，其中
-所述表示提供单元(13)适于提供对应于不同呼吸相位的所述心脏的不同表示，
-所述呼吸信息确定单元(30)，包括：
-支气管树模型提供单元(31)，用于提供基于呼吸相位的支气管树模型，
-呼吸相位确定单元(32)，用于通过确定所述支气管树模型与所检测到的支气管树最相似的呼吸相位来确定所述人的呼吸相位，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的所述信息，
-所述支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的所述支气管树的若干支气管树图像，
-所述支气管树检测单元适于检测所述若干支气管树图像中的所述支气管树，
-所述呼吸相位确定单元适于确定对于所述若干支气管树图像的所述呼吸相位以确定对应于所述不同时间点的若干呼吸相位，
-所述心脏移动确定单元(16)适于将所述心脏的移动确定为对应于所确定的若干呼吸相位、根据它们各自的时间点分类的一系列所述心脏的所述表示。
9.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中
-所述支气管树图像数据集包括示出在不同时间点的所述支气管树的若干支气管树图像，
-所述支气管树检测单元(14)适于检测在所述支气管树图像数据集中的所述支气管树的移动，以及
-所述呼吸信息确定单元(30)适于将所述支气管树的所述移动确定为与所述呼吸有关的所述信息，
-所确定的所述支气管树的移动是周期性的，并且包括若干移动相位，其中，所述心脏图像生成单元适于：如果所述支气管树在预定移动相位中就对所述心脏的所述表示进行成像。
10.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中
-所述呼吸信息确定单元(30)包括：
-支气管树模型提供单元(31)，用于提供基于呼吸相位的支气管树模型，
-呼吸相位确定单元(32)，用于通过确定所述支气管树模型与所检测到的支气管树最相似的呼吸相位来确定所述人的呼吸相位，其中，所确定的呼吸相位是与呼吸有关的所述信息，
-所述心脏图像生成单元(15)适于：如果所确定的呼吸相位与预定的呼吸相位相似，就对所述心脏的所述表示进行成像。
11.如权利要求1所述的呼吸确定装置，其中
-所述人的心脏的表示为用于接收所述心脏的至少部分的三维模型的第一输入，
-所述支气管树图像数据集提供单元是用于接收所述支气管树图像数据集的第二输入，所述支气管树图像数据集为包括所述心脏的所述至少部分的区域的二维图像，
-所述心脏图像生成单元还包括用于将所述心脏的所述表示和所述支气管树图像数据集关于彼此进行配准的配准单元，其中，所述配准单元是用于将所述二维图像与所述三维模型进行配准的模块，
-所述支气管树检测单元是用于从所述二维图像估计气管分支的运动的模块，
-所述心脏图像生成单元是用于基于所估计的运动对所述二维图像的所述配准进行校正的模块。
12.一种用于确定人(3)的呼吸的呼吸确定方法，所述方法包括下列步骤：
-提供示出支气管树(26)的支气管树图像数据集(25)，
-检测所述支气管树图像数据集(25)中的所述支气管树(26)，
-从所检测到的支气管树(26)确定与所述呼吸有关的信息，
-提供所述人的心脏(2)的表示，
-基于所确定的与所述呼吸有关的所述信息生成示出所述心脏(2)的表示的图像(27)。
13.一种用于确定人(3)的呼吸的呼吸确定设备，所述设备包括：
-用于提供示出支气管树(26)的支气管树图像数据集(25)的模块，
-用于检测所述支气管树图像数据集(25)中的所述支气管树(26)的模块，
-用于从所检测到的支气管树(26)确定与所述呼吸有关的信息的模块，
-用于提供所述人的心脏(2)的表示的模块，
-用于基于所确定的与所述呼吸有关的所述信息生成示出所述心脏(2)的表示的图像(27)的模块。
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