CN102131462A - 用于心脏减影的掩模构造 - Google Patents
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Abstract
为了提供一种用于获得减少了灌注阶段期间心脏DSA中残余运动效应的DSA图像的改进方法,并为了显示包含更少运动伪影的减影图像,一种在成像设备中执行数字减影血管造影术DSA的方法包括如下步骤:产生待检查的受检者的掩模图像(10)的第一图像序列,在第一阶段(16)产生至少一个第一造影图像(22),其中在所述第一造影图像中,受检者的一部分具有与所述第一图像序列中不同的对比度,从所述至少一个第一造影图像(22)减去所述掩模图像(10),产生第一DSA图像序列(24),从所述第一阶段(16)之内的所述第一造影图像(22)减去所述第一DSA图像序列(24)的DSA图像,产生扩展掩模图像的序列(32);在第二阶段(18)利用成像系统产生第二造影图像(34),其中通过预确定的阶段划分时限(20)将所述第二阶段(18)与所述第一阶段(16)分开,从所述第二造影图像(34)减去所述扩展掩模图像的序列(32)的图像,产生第DSA图像序列(38),在显示器(28)上显示第二DSA图像序列(38)。
Description
技术领域
本发明涉及数字减影血管造影术(DSA)中的灌注流程,尤其是心脏DSA中的灌注流程。本发明还涉及一种执行DSA的成像系统、一种计算机程序单元和一种计算机可读介质。
背景技术
对于一些人体检查来说,仅对血管成像有很大优势。用于这种目的的一种已知方法是减影血管造影术,其基于灌注流程。基本上,采集感兴趣区域的第一和第二图像。在两个图像之间向血管中引入造影剂,造影剂吸收X射线。在注入造影剂之后,X射线成像装置记录血管造影序列,其示出包含造影剂的血管,在X射线图像中以高亮显示。为了使血管,尤其是在心脏研究中使心肌信息,更容易被临床医师获得,改善其可视性。因此,将两个图像彼此相减。理论上,结果仅能够看到填充了造影剂的血管树。当基于数字方式执行减影时,这种流程被称为数字减影血管造影术(DSA)。DSA图像用于诊断和介入目的等。当前惯常将DSA用于所观察脉管结构不移动的脉管检查或介入中(例如,在腿部、大脑等中)。但已经发现,采集第一和第二图像之间物体的运动会在DSA图像中导致干扰性伪影,因为仅在背景结构精确对准并具有相等灰度级分布时才能完全去除这些结构。对可能已发生于当前注入帧和对应掩模(mask)帧之间的运动(所谓的残余运动,例如因为心跳或呼吸)很灵敏是该技术的严重缺点。例如,在心脏研究中,患严重心脏病的患者通常要进行心导管插入术。这项检查查明冠状动脉狭窄程度和动脉瘤大小。然而,不可能从冠状动脉的形状查明心肌灌注情况(这是该检查的最终目标)。原因在于,一旦发生了狭窄症,其他正常的冠状动脉就开始为局部缺血肌肉供血。结果,在冠状动脉形状和心肌灌注之间几乎没有任何关系。因此,必须要有实际血管和被灌注区域的准确图像。但心脏的运动导致DSA图像上的伪影。
在US 4,729,379中,提出使用与一个心搏周期对应的图像来减小干扰性伪影的量。在同一心跳相位的图像之间执行减影,由此从减影图像消除由于心跳导致的图像成分。在US 2007/0195932 A1中描述了一种方法,其中,在两个图像序列中都检测无造影剂区域作为参考,并选择相对于当前目标图像表现出最小位置偏移的掩模图像。在US 4,903,705中预见到一种通过使实时图像(即目标图像)和掩模图像的辐射拍照与心跳同步来消除X射线成像过程中运动伪影的方法。文献JP 2006-051070展示了一种方法,通过自动选择最佳掩模图像来生成DSA照片用于改善DSA过程,这是通过使用人体分析数据提供所谓的相位对比度评价函数以选择相对于目标图像表现出最小差异的掩模图像来实现的。此外,WO 03/083777 A2描述了一种方法,其中使用参考标记,即运动信号来对准图像序列,借助于相似性函数检查参考标记,以确定物体在各运动期间具有大致相同运动状态的两个时刻。在处理非心脏DSA(大多为神经学、前肢或后肢检查)时,残余运动大多来自于患者的全身运动。通过以数字方式补偿发生于掩模图像和当前注入图像之间的运动可以在某种程度上校正所得的伪影。但在心脏DSA中观察到的残余运动显得更加频繁,振幅更大,它们更难以进行补偿(与非心脏DSA相比)。这主要是因为心脏跳动会改变步调、节奏和幅度,尤其是在注入造影剂时。那么就难以找到匹配的图像对来进行减影。此外,呼吸可能也会损害掩模/注入帧的匹配,比简单保持不动相比更加难以在检查期间屏住呼吸。再者,心脏的灌注检查持续时间比经典血管造影检查更长,因为不仅造影剂需要在感兴趣血管中传播(在动脉阶段期间),而且必须要等待造影剂后来在心肌中迁移(在灌注阶段期间)。这导致检查要长得多(10-15秒,相对于2-4秒),这也意味着更频繁且更大的残余运动。另一方面是X射线图像是透明的。这使得估计和补偿它们所包含的器官特别困难。实际上,如果器官1在器官2上方运动,可能会补偿器官1的运动(从而人为地移动器官2),或者会留下器官1运动造成的伪影。非心脏DSA主要需要校正不会暗含任何透明效应的患者全身运动。相反,心脏检查确实涉及强的透明效应(肺、膈、心脏、脊柱和肋骨能够彼此相对运动,具有叠加的,可能是矛盾的矢量场)。结果,与非心脏DSA相比,补偿心脏DSA中的残余运动要困难得多。但尽可能限制破坏呈现给临床医师的减影图像的伪影是至关紧要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于获得DSA图像的方法,其中减轻了灌注阶段期间残余运动的效应,以便显示包含更少运动伪影的减影图像。
该目的是利用一种在成像设备中执行数字减影血管造影术DSA的方法实现的,该方法包括如下步骤:产生待检查的受检者的掩模图像的第一图像序列;在第一造影阶段产生至少一个第一造影图像,其中在所述第一造影图像中,受检者的一部分具有与所述第一图像序列中不同的对比度,从所述至少一个第一造影图像减去所述掩模图像,产生第一DSA图像序列,从所述第一阶段之内的所述第一造影图像减去所述第一DSA图像序列的DSA图像,产生扩展掩模图像的序列;在第二阶段产生第二造影图像,通过预确定的阶段划分时限将所述第二阶段与所述第一阶段分开,从所述第二造影图像减去所述扩展掩模图像的序列的图像,产生第二DSA图像序列,以及在显示器上显示第二DSA图像序列。
本发明的优点之一在于,通过提供扩展掩模图像作为额外图像,将在新掩模中考虑到在第一造影阶段(其例如可以包括造影介质的引入)发生的(残余)运动,并且在灌注阶段期间将不必补偿。这意味着将仅因为发生于第一阶段结束和第二阶段中所考虑帧之间发生的运动而产生伪影。与此相反,在常用DSA流程中,伪影是由恰发生于掩模采集结束后的运动导致的,其位于造影剂引入阶段的开头并且不仅仅是在后者的下半段中。减少当前帧和用于构建掩模的帧之间的时间有效地减少了伪影的发生。当然,能够使用任何已知的方法来进一步校正图像。结果,在第二阶段期间在显示器上反复出现在第一阶段期间引入视场中并在第二阶段开始前被移除的新对象。例如,能够通过反相显示等使该反复出现变得可见,因为第二DSA之后,即第三减影之后显示的图像不显示所述对象。这种对象的反复出现是在第二阶段减影期间产生掩模时涉及到第一阶段图像的明显标志。对于常规DSA而言,在DSA之后显示的图像上,即在最终图像上,会出现初始掩模图像之后引入的对象。
在该方法的优选实施例中,该DSA方法是一种心脏DSA方法,因为对于因残余运动而引起的干扰性伪影而言,这些是非常紧要的。
在另一优选实施例中,第一阶段是造影阶段的动脉阶段,第二阶段是造影阶段的灌注阶段,而阶段划分时限是冠状动脉时限。优选地,动脉阶段时限是借助于基于图像的标准定义的。通常,在灌注中,造影介质首先进入待检查的血管中相当明确的空间区域。这个阶段被称为造影剂注入的动脉阶段。随着灌注进行,造影介质向着心肌迁移,产生在接下来时间内存在的更大、更扩散空间区域。这个阶段被称为造影剂注入的灌注阶段。根据这些阶段执行该过程有下列优点,即,第一减影DSA图像仅包含冠状动脉,在这些图像中不太可能存在任何严重伪影。由于在掩模采集和第一造影图像采集之间过去很少时间,大约为0到4秒,因此这些图像上存在很少的残余运动。因此容易补偿这些轻微的偏差。此外,在动脉阶段期间造影介质轨迹是明确的。在灌注阶段期间不是这种情况。因此,第一阶段中产生的图像产生容易识别的对象。结果,在该点常常比在灌注阶段期间更容易补偿伪影。这样获得了几乎无伪影的减影图像。
在优选实施例中,所述扩展掩模图像序列在时间上比所述掩模图像序列更靠近所述第二造影图像。关于常用研究定时,一种方法是优选的,其中扩展掩模图像序列比掩模图像序列更靠近第二造影图像2到4秒。掩模图像相对当前图像时间的增益实现了可能的残余运动的程度的较大减少(并相应减小了透明伪影),产生了好得多的减影质量。当然,本发明与任何现有的心脏DSA方法以及任何运动补偿技术兼容。
优选地,在一个实施例中,引入阶段(动脉和灌注阶段)的确定是自动确定的,并且不需要患者特定的设置。有各种方式实现这一目标。人们可以依赖于固定的时间值,或固定的心脏周期数(或两者的组合),甚至依赖于基于图像的检测。此外,使用电子的和可编程的造影剂注射器可能有助于这种确定(例如,注射可以精确地开始于在序列采集开始之后的定制的时间)。还可以使用这些方法的组合。例如,能够通过以数字方式监测图像内容中的造影剂来自动检测动脉阶段,并能够为灌注阶段设置固定时间间隔(或固定数量的心脏周期,或固定的两者的组合),将其与自动检测到的动脉阶段开始分开。
优选地,在一个实施例中,在显示所述第二DSA图像序列之前在显示器上显示所述第一DSA图像序列以向临床医师提供该信息。在存在诸如质量控制的特殊要求的情况下,进一步提供了第一DSA图像序列和第二DSA图像序列两者的彼此并行显示。
根据本发明,还利用一种成像系统实现该目的,该成像系统用于执行数字减影血管造影术DSA,其包括图像发生装置、处理单元和显示器。该处理单元被布置成:从所述图像发生装置接收掩模图像的第一图像序列的数据和至少一个第一造影图像的数据并产生第一DSA图像序列;从所述第一造影图像减去第一DSA图像,以产生扩展图像;以及从第二造影图像减去所述扩展图像以产生第二DSA序列。所述显示器被布置成显示所述第二DSA图像。
根据本发明的另一示范性实施例,提供了一种计算机程序单元,其特征在于适于执行根据前述实施例之一所述的方法的步骤。
因此,可以将这一计算机程序单元存储于计算单元上,该计算单元也可以是本发明实施例的部分。这种计算单元可以适于执行或引起执行上述方法的步骤。此外,它可以适于操作上述X射线成像系统的组件。计算单元能够适于自动操作和/或执行用户的命令。
本发明的这个实施例覆盖了刚刚开始使用本发明的计算机程序以及借助于更新将现有程序变为使用本发明的程序的计算机程序。
此外,计算机程序单元能够提供所有必要步骤以完成如上所述在X射线图像中表示与血流相关的信息的流程。
根据本发明的另一实施例,提供了一种计算机可读介质,其中该计算机可读介质上存储有计算机程序单元,该计算机程序单元如前面所述。
根据本发明的另一实施例,提供了一种用于令计算机程序单元可以被下载的介质,该计算机程序单元被布置成执行根据前述本发明实施例之一所述的方法。
从在下文中参考附图描述的实施例,本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的X射线成像装置;
图2示意性示出了根据现有技术的常用DSA流程的典型DSA框架;
图3示意性示出了根据本发明的方法的框架;
图4示意性示出了与图3所示的方法对应的图像,其中左侧部分示出了在第一阶段中采集的第一造影图像,中间部分示出了第一DSA步骤的结果,右侧示出了用于第二DSA步骤的对应扩展掩模;
图4a示出了与图4中的图对应的图像;以及
图5示出了DSA结果,左侧部分中没有扩展掩模,右侧部分中在灌注阶段期间有扩展掩模。除了使用扩展掩模之外,在这两种情况下都使用了两种准确的类似DSA方法。
具体实施方式
图1示意性示出了X射线成像系统40。提供X射线辐射源42以产生X射线辐射。提供台44以接受待检查的受检者。此外,X射线图像检测模块46与X射线辐射源42相对,即,在辐射流程期间,受检者位于X射线辐射源42和检测模块46之间。后者向数据处理单元48发送数据,数据处理单元连接到检测模块46和辐射源42。此外,在台44附近布置显示器28以向操作X射线成像系统的人,即临床医师显示信息。优选地,可移动地安装显示器28以基于检查情况进行单独调整。而且,布置接口单元52以由用户输入信息。基本上,图像检测模块46通过使受检者暴露于X射线辐射而产生图像,图像在数据处理单元48中被进一步处理。要指出的是,所示的范例是所谓的C型X射线成像系统。当然,本发明还涉及其他类型的X射线成像装置。下文更详细地描述根据本发明的流程。
图2示出了根据现有技术的常用DSA方法的典型框架,其中基于时间t时的实测当前图像Im(t)04和一组掩模图像 掩模(t1)……掩模(tn)06,产生在该时间t的减影图像Sub(t)02。在造影阶段期间产生当前图像04,例如其可以包括造影剂的引入,而在引入之前采集掩模图像06。在DSA流程08中从当前图像减去相应的掩模图像实现减影图像02:
Sub(t)=DSA(Im(t),掩模(t1)…掩模(tn),t)。
当然,可能在检查中使用不同的DSA方法,其解释了在DSA(.)函数中对时间t的相关性:DSA(.)=DSA(.,t)。
根据本发明,提供了一种方法以实现更好的减影结果,在图3中示意性示出了所述方法。按照时间顺序显示图表,时间从图顶部开始流逝。
在第一步骤中,在掩模图像采集步骤12中利用成像系统产生待检查的受检者的掩模图像10的第一图像序列。然后在造影剂引入流程14中向受检者体内引入造影介质。
造影阶段,例如造影剂引入流程14,被阶段划分时限20分成第一阶段16和第二阶段18。在灌注中,造影介质以相当低浓度第一次进入被检查血管时的状态被称为造影剂注入的动脉阶段。在进一步灌注期间,造影剂浓度增大到最大值,该最大值持续另一时间段。这个阶段被称为造影剂注入14的灌注阶段。根据本发明,优选地,第一阶段16和第二阶段18使用这种分离。相应地,阶段划分时限20则是冠状动脉时限。由于该方法需要知道动脉阶段何时结束(tc),所以之前在确定步骤21中预确定时限20。优选根据造影介质的灌注设置时限20。能够基于身体研究设置这个极限(因为其取决于解剖过程)并设置一次用于所有情况。所提供的另一种可能性是使用基于图像的标准来定义tc。
在非常用户友好的实施例中,例如,通过依赖于固定时间值或固定的心脏周期数或两者组合来自动地确定引入阶段的确定。此外,还预见到使用电子和可编程造影剂注射器,其便于这种时间阶段的确定。在组合的实施例中,能够通过以数字方式监测图像内容中的造影剂来自动检测动脉阶段,并能够为灌注阶段设置固定时间间隔,将其与自动检测到的动脉阶段开始分开。
在引入造影介质之后,在造影剂引入14的第一阶段16期间利用成像系统产生至少一个第一造影图像22(参见图4,左侧部分)。使用图像索引t动脉产生序列。但是,与为单个时刻的时间索引tc不同的是,索引t动脉是一种在条件t<tc下的“运动”(running)图像索引。
使用至少一个第一造影图像22在第一减影流程26中产生第一DSA图像序列24,第一减影流程26是DSA流程,其中从第一造影图像22减去掩模图像10,产生第一DSA图像序列24。将这一第一减影流程26作为常规DSA来执行:
Sub(t动脉)=DSA(Im(t动脉),掩模(t1)…掩模(tn),t动脉)
在显示器28上显示结果,即第一DSA图像序列24的减影DSA图像。
减影DSA图像24仅包含冠状动脉(参见图4,中间部分)。这些图像Sub(t动脉)24中不太可能有任何严重伪影。实际上,在掩模采集12的结束和第一造影图像22采集之间过去很少时间,大约为0到4秒,因此这些图像24上存在很少的残余运动。因此容易补偿这些轻微的偏差。
此外,与灌注阶段18期间观察到的扩散相反,在动脉阶段16期间造影介质的轨迹是明确的,产生了容易识别的对象。因此在该点常常比在灌注阶段18中更容易补偿伪影,产生无伪影的减影图像Sub(t动脉)24。另一方面,第一造影图像22,即实时图像Im(t动脉)12,包含总体解剖结构(心脏和背景)和造影冠状动脉。
在第二减影流程30中进一步从至少一个第一造影图像22中减去减影DSA图像24。这一第二减影流程30产生扩展掩模图像的序列32:
扩展掩模(t动脉)=Im(t动脉)-Sub(t动脉)
这些新图像32包含没有造影冠状动脉的解剖结构(参见图4,右侧部分)。到此为止,所有步骤都是在造影剂引入的第一阶段期间中完成的。换言之,通过向该过程中引入这个步骤,在时间t动脉(>tn)实现了仅表示解剖结构的新掩模,即所谓的“扩展掩模”32。
然后,经过时限20,造影剂引入14现在在第二阶段18之内。在这一第二阶段18期间,利用成像系统产生至少一个第二造影图像34。
在第三减影流程36中,从至少一个第二造影图像34中减去扩展掩模图像的序列32。这一第三减影流程36是产生第二DSA图像序列38的DSA流程。关于时间索引,t灌注等价于t,其中t>tc。执行常规DSA,差异在于,利用扩展的掩模图像 扩展掩模(t动脉 j)32替换注入之前拍摄的原始掩模图像掩模(ti)10:
Sub(t灌注)=DSA(Im(t灌注),扩展掩模(t动脉 1)…扩展掩模(t动脉 n),t灌注)
最后,在显示器28上显示第二DSA图像序列38的图像。由于扩展掩模图像32在时间上更靠近(典型地2到4秒)所考虑的灌注图像,即第二造影图像34,所以将涉及到更少的残余运动,获得更好的显示的减影图像38。
能够并行于第一DSA图像序列24显示第二DSA图像序列38,从而为临床医师提供两个不同序列。但是也可能利用第二DSA图像序列38替换显示器28上的第一DSA图像序列24,以便仅向临床医师显示一个图像,以简化信息通信。当然,还能够在另一显示器上显示第二DSA图像序列38。为了特殊要求,例如设备的质量控制或设置或出于其他原因,可能在所有阶段显示整个减影序列,当然这也可能挨着非减影序列的显示。
若干其他实施例是可能的。当然,能够以很多其他方式执行在第二减影流程30中产生的扩展掩模图像32。它可以是掩模图像32和动脉阶段图像,即第一造影图像22的任何函数:
扩展掩模(t动脉)=f(Im(t动脉 1)·Im(t动脉 m),掩模(t1)…掩模(tn),t动脉)
灌注阶段18中的减影,即第三减影36也能够是原始掩模图像10的函数:
Sub(t灌注)=DSA(Im(t灌注),扩展掩模(t动脉 1)…扩展掩模(t动脉 n),掩模(t1)…掩模(tn),t灌注)
也能够在灌注阶段18期间构建扩展掩模32。在整个序列中可以连续计算它们并用于后续的减影。
在图4中,为了更好地理解,显示了与图3中所示并已经在上文描述的方法对应的图像。左侧部分示出了在造影剂引入14的第一阶段16中采集的第一造影图像22的范例。中间部分示出了第一DSA步骤26的结果,即第一DSA图像序列24的减影DSA图像。最后,图4的右侧部分示出了要用于第三减影流程36,即图3中的第二DSA步骤中的对应扩展掩模32。
图5示出了两个不同的DSA结果。在左侧部分中,示出了未使用扩展掩模产生的DSA结果。右侧部分示出了根据本发明的DSA结果,对于其在灌注阶段期间使用了扩展掩模。为了进行比较,在两种情况下都使用了相同的DSA方法。能够看出,右侧的背景要平坦得多,更清晰地界定了灌注流域。因此,右侧部分为操作员,即临床工作人员以这样的方式提供了信息,即,使得能够更容易且更快速地觉察到感兴趣的项目,这对于接受所提供方法是至关紧要的。
通过在动脉阶段16期间提供将在灌注阶段18期间用作参考减影掩模的扩展掩模图像32,减少了灌注阶段18期间损害心脏DSA的残余运动,产生了更好的显示的减影结果。因此,根据本发明的方法使心脏病学家能够更好地进行诊断,且清楚记录的可能性得到改善。具体而言,被灌注心脏区域的改进的可视化提高了心脏DSA的诊断能力。本发明与任何心脏DSA方法兼容。优选地,由用于导管实验室中的PCI(经皮冠状动脉介入)的成像系统使用本发明或简单地在血管造影流程中使用本发明,以帮助诊断。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明,但要将这种图示和描述视为说明性或示范性的而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。
Claims (12)
1.一种在成像设备中执行数字减影血管造影术DSA的方法,包括如下步骤:
-产生待检查的受检者的掩模图像(10)的第一图像序列,
-在第一造影阶段(16)产生至少一个第一造影图像(22),其中,在所述第一造影图像中,所述受检者的一部分具有与所述第一图像序列中不同的对比度,
-从所述至少一个第一造影图像(22)减去所述掩模图像(10),产生第一DSA图像序列(24),
-从所述第一阶段(16)之内的所述第一造影图像(22)减去所述第一DSA图像序列(24)的DSA图像,产生扩展掩模图像的序列(32),
-在第二造影阶段产生第二造影图像(34),其中通过预确定的阶段划分时限(20)将所述第二阶段(18)与所述第一阶段(16)分开,
-从所述第二造影图像(34)减去所述扩展掩模图像的序列(32)的图像,产生第二DSA图像序列(38),以及
-在显示器(28)上显示所述第二DSA图像序列的DSA图像。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,
所述DSA方法是心脏DSA方法。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,
所述第一阶段(16)是造影阶段(14)的动脉阶段,
所述第二阶段(18)是造影阶段(14)的灌注阶段,且
所述阶段划分时限(20)是冠状动脉时限。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,
所述动脉阶段时限(20)是借助于基于图像的标准定义的。
5.根据权利要求3所述的方法,其中,
所述动脉阶段时限(20)是自动确定的。
6.根据权利要求3所述的方法,其中,
所述扩展掩模图像序列(32)在时间上比所述掩模图像序列(10)更靠近所述第二造影图像(34)。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,
所述扩展掩模图像序列(32)比所述掩模图像序列(10)更靠近所述第二造影图像(34)2到4秒。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,
在显示所述第二DSA图像序列(38)之前在显示器(28)上显示所述第一DSA图像序列(24)。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,
所述第一DSA图像序列(24)和所述第二DSA图像序列(38)被彼此并行的显示。
10.一种用于执行数字减影血管造影术DSA的成像系统(40),包括图像发生装置(42,46)、处理单元(48)和显示器(28),
其中,所述处理单元(48)被布置成
-从所述图像发生装置(42,46)接收掩模图像的第一图像序列的数据和至少一个第一造影图像的数据并产生第一DSA图像序列,
-从所述第一造影图像减去第一DSA图像,以产生扩展图像;以及
-从第二造影图像减去所述扩展图像以产生第二DSA序列;
且其中,所述显示器(28)被布置成显示所述第二DSA图像。
11.一种计算机程序单元,所述计算机程序单元在由处理单元执行时适于执行根据权利要求1到9所述的方法。
12.一种存储有程序单元的计算机可读介质,所述程序单元在由处理单元执行时适于执行根据权利要求1到9所述的方法。
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