CN102245105A - X射线检查中的流声音 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用X射线图像采集装置的血流相关信息的表示。为了在X射线成像系统中提供用于表示血流的改进方法以例如用于血管分析的目的，提供了使用X射线图像确定血液速度的空间分布的装置和方法。使用该信息，可能人工合成由根据速度分布所确定的可视谱所定义的声音。例如，基于X射线成像技术提供声音信息允许心脏病学家和神经科学者以增强的方式对脉管病变进行估计，并且对所得到的血流质量进行更好控制。

Description

X射线检查中的流声音
技术领域
本发明涉及血流相关信息的表示。具体而言，本发明涉及用于使用X射线图像获取装置表示血流相关信息的方法，以及具有用于表示血流相关信息的X射线图像获取装置的设备。
背景技术
出于不同的原因需要关于血流的信息。例如，血管图通常用于血管分析、神经介入或者用于动脉瘤结构的可视化。例如，在诸如支架置入的介入过程之前为了规划的目的需要关于血流质量的信息，并且在诸如支架的介入治疗之后为了输出控制需要关于血流质量的信息。但是不能证实恢复了令人满意的生理血流。通常，使用回波描记术得到定量流信息。事实上，使用超声检查像颈动脉、腹主动脉和下肢动脉这样的大血管。然而，由于颅骨的阻碍，很难使用超声对神经血管进行成像。当检查冠状动脉流时，由于心脏在超声探头和胸腔屏障前的快速运动，所以使用超声也出现困难。从WO 2008/107836中，已知一种使用血管的X射线图像计算血液速度的方法。
发明内容
随着对比剂的注射，X射线产生血管内流动对比剂的动态序列。这些图像允许在介入治疗期间对血管结构进行检测和定位，对于诸如支架置入是有用的。以相同的方式，允许得到用于神经介入和动脉瘤结构可视化的血管图。使用对比剂，X射线能够在拍摄和介入程序期间产生脑部脉管系统和冠状动脉的解剖图像。但是，已经显示，在X射线程序中采用通用技术以这样的方式产生血流图像，即，以很难或者几乎不可能恢复关于血流的定性和定量信息的方式。例如，这些图像本身不为外科医生提供用于详细血管分析所期望的信息。即使通过把若干个图像结合成诸如表示一心动周期的序列，可得到的信息也是不足的。因此，在用于心血管检查和程序的X射线模态内，可能存在对血管功能信息很强的需求，该血管功能信息可以用于筛查(screening)，但是也可以用于比较介入治疗之前和之后的血流质量。因此，本发明的目的是提供一种为了诸如血管分析的目的、在X射线成像系统中用于表示血流的改进方法。
采用根据独立权利要求的方法和检查设备实现该目的。
在优选实施例中，提供了用于在X射线图像中表示血流相关信息的、包括以下步骤的方法。首先，通过利用X射线成像系统生成诸如对比前图像或者掩膜图像的第一图像序列、并且通过利用X射线成像系统在对比阶段生成第二图像序列，来生成数字减影血管造影DSA图像；其中，在第二图像序列中，受试者的一部分具有在与所述第一图像序列中不同的对比度。例如，对比阶段可以包括将对比剂引入待检查的受试者。此外，使用时间配准过程确定对于第二序列的每幅图像的第一序列的对应图像。随后，从对应的第二图像中减去对应的第一图像以生成DSA图像。执行血管配准，其包括通过充足对比剂检测自动定义或者通过用户定义在DSA之后的参考时间的参考血管图像。随后，在参考血管图像和当前血管图像之间执行配准，并且将当前血管图像朝向参考血管图像方向扭曲，生成经配准的输出对比图像。此外，对输出序列进行时间滤波以提取时间对比调制，并且在时间滤波序列上施加运动估计处理来计算速度矢量场。最后，将速度数据转换成声音信号。
根据本发明的示例性实施例，使用图像序列得到用于神经介入和动脉瘤结构可视化的血管图。随后，使用空时滤波和诸如光流法生成流图。这些流图提供了关于实际流特性的复杂视觉信息。然而，为了理解该信息，需要用户的视觉注意。根据本发明，已知血液速度的空间分布，人工合成由通过速度分布所确定的可视频谱所定义的声音是可能的。将该信息提供给声音感官，以可以将用户(例如外科医生)的视觉注意力集中到其它方面的这样一种方式给其减轻负担。因此，提供表示血流的声音信号将帮助临床医生认识和限定血管的流特性。还意识到，耳朵的灵敏度能够发觉由于流扰动或不规则性造成的细微变化，超出任何成像表示。这意味着通过提供血流的声音表示，提供比视觉表示更详细的信息是可能的。另一个优点是无论感兴趣区域在患者身体内的什么位置，都可以为这些区域提供详细的血流信息，例如用于神经血管或者为了获得关于冠状动脉流的信息。基于X射线成像技术提供声音信息允许心脏病学家和神经科学者例如以一种增强的方式对脉管病变进行评估并且对所得到的血流质量进行更好地控制。
本发明的优点之一是给诸如诊所医师的操作者提供关于血流的信息，其对于诸如进一步治疗或者对于分析病因是必须的或者至少是非常有用的。由于声音的使用，提供详细信息使得用户可以以一种非常有效和省时的方式感知和使用所述信息是可能的。这意味着当使用X射线成像装置时为了提供定量血流信息无需诸如回波描记术装置的额外装置。这大大扩大了X射线成像装置的可能应用领域。
血管配准对从血管结构内的流运动中区分出由生理运动引起的血管全局运动是必需的。将当前血管图像朝向参考图像扭曲的步骤使用这样的配准过程，其中，血管结构的形状和轮廓是被视为实现匹配的要素。随后，保留血管内的对比剂变化。配准和扭曲操作使动脉稳定，并且移除血管的全局运动，其中，血管附属于移动器官。在该步骤之后，所观测的对比的时间/空间变化仅取决于血管内对比剂的运动而不是血管移动。为了在更好的位置发现流体运动，利用配准和扭曲步骤消除运动是可能的。随后，在施加时间滤波时对流体运动进行估计。计算速度矢量场产生不同方面的血流信息。能够测量定向局部流场，那么，得到对流特性进行描述的任何类型的参数是可能的。作为结果，本发明性方法能够提取全流场。因此，该方法产生表示全流场的声音信息。
在优选实施例中，将速度数据转换成声音数据包括在感兴趣区域中确定局部血管方向的步骤；对于对应于速度矢量序列的时间t的每幅图像将速度矢量投影在血管方向上的步骤；以及使用对于每个像素的速度矢量值增加直方图的步骤。
在另一个优选实施例中，提供了一种方法，其中，声音信号再现了超声多普勒检查的特性。
通过使声音特性适应超声多普勒流声音的声印象，提供与已知超声多普勒流检查可比较的多普勒频谱分析。事实上，超声多普勒检查是对于脉管评估通常使用的参考检查。因此，通过提供具有超声多普勒流声音的特性的声音信号，临床医生可以使用他的技能根据超声检查来解释声音和由X射线成像系统所提供的频谱。因此，声音表示有利于解释X射线结果。通过提供像多普勒这样的声音信息，避免了用户对这些新图像进行解释的需求，顺便提一下，这种解释将需要大量的临床验证。换言之，用已知的方式再现通常采用不同的成像模态获得的结果将增强X射线基流测量的接受度和解释，因为临床医生可以使用他对于超声所发展的相同技能来鉴别流质量。
与通过多普勒效应自然地产生声音、即声音频谱对应于血流速度分布的多普勒超声相反，以合成方式生成本发明的声音信号。在多普勒超声中，高速度给出高音高的声音，低速度给出低音高的音调，使得多普勒声音在心动周期期间从低音高的声音到高音高的声音变化，重现了动脉流的搏动。
在示例性实施例中，对于合成声音的生成过程，使用血管参考图像计算对于流投影矢量所必须的血管方向图。在血管分段之后，使用标准取向的脊状滤波器计算血管取向。随后，血管取向在血管图上延伸，创建血管取向图。可以对于整个序列执行一次该操作。随后，将每个速度帧投影在局部血管方向上，产生投影速度帧。
此外，为了合成XR-流声音，由用户确定感兴趣区域(ROI)。对于每个投影速度帧，生成在血管轴线方向上的流场直方图。将该直方图转换成具有适当频率标度的瞬时伪谱。要进行该转换，可以将最大速度选择为对应于2000Hz量级的最大频率。例如，通过存储在存储器中的如下公式执行合成：
SF(t)＝∫∫H(X，f，t)cos(2πft+Φ(f，t))dxdf。
随后，读取结果并且通过D/A将其转换为电压信号。最后，将该信号施加于扬声器，以便提供声音信号。
在本发明的优选实施例中，除了声音信号之外，还提供X射线图像。
这样，可以给用户也就是外科医生提供对从声音信号中恢复的信息进行检查和确认的可能性。此外，例如，对于助手，在不能避免强噪声或者难以检测声音信号并且因此难以进行解释的操作步骤期间，(在视觉上)控制血流也是可能的。
在另一个优选实施例中，在显示器上显示配准的对比X射线图像。
在另一个优选实施例中，将速度数据转换成彩色流图像，并且将彩色流图像叠加到X射线图像上以产生复合图像，其中，在显示器上显示该复合图像。
例如，将彩色流图像叠加到在参考时间冻结得到的参考血管X射线图像。
这允许呈现包括在X射线图像中的附加信息，得到具有高信息密度的非常重要的图像。叠加的效果是表示某个流特性的彩色像素出现在传统仅是黑白也就是灰度的X射线图像内。可以通过覆盖性重叠、即在灰度图像上施加不透明的彩色，或者通过半透明覆盖、即灰度图像仍某种程度可见来实现彩色像素的这种叠加。因此，效果就是，灰度图像至少在一些像素中部分地呈现彩色。
在另一个优选实施例中，彩色流图像再现超声彩色流成像的至少关于颜色编码和流方向的特性。
因为对于医师超声彩色流成像是一种参考以及一种广泛使用和依赖的非常普及的可视化技术，所以这一提出的成像解决方案遵循超声成像示例。仿效该可视化方法使得该新成像技术易于被X射线临床医生接受。
超声通常使用蓝色/红色彩色图。因为将超声限制在与超声波束平行的速度分量上，所以超声波束方向参考流取向。红色像素对应于移动离开探头的血液，而蓝色像素对应于移动靠近探头的血液(或者相反，由用户定义该选择)。那么，编码的速度值是速度矢量在超声波束方向上的投影。颜色(红色/蓝色)对流方向进行编码，而亮度对速度投影的幅度进行编码。
理论上，已知血管轴线和超声波束之间的角度，就可能对速度值进行估计。然而，这假设速度矢量平行于血管轴线，对于由狭窄、分支、扩张等造成的扰动流，情况不是这样的。另外，以相反的颜色自然地显示由这些解剖学奇异点产生的反向流，并且随后容易检测这些反向流。
效果就是，出现了像超声图像一样以颜色编码的彩色图像。但是该彩色图像出现在图像通常是灰度的X射线环境中，无须额外超声装置。在叠加于X射线图像之上的情况下，出现了X射线图像和超声颜色编码图像的组合。其效果类似于上述情况，即灰度图像至少在某些区域中显示彩色像素，但是根据超声颜色编码施加颜色。这意味着它们代表X射线图像中相同类型的信息。
在另一个优选实施例中，使用血管参考图像为速度数据创建血管方向图，包括以下步骤：血管分段、使用标准取向的脊状滤波器计算血管取向、以及在血管图上延伸血管取向。
由于能够将速度矢量设置成与血管方向相关，所以这使得能够改进对实际流特性的考虑。
在优选实施例中，计算关于血管轴线为纵向的速度场分量，确定产生人工混叠模式的血流速度的阈值，并且将纵向流转换成声音信号的声音数据。
这些人工模式模仿了发生在高速超声CFI的情况下的内部混叠效应，对于正常流保持良好的彩色动态，并且增强与紧狭窄典型相关的高流动性。在一个实施例中，如果速度值异常高，为了产生该混叠现象，阈值对应于最大正常血流速度。
为了给出更详细的流信息，在一个实施例中预见到：计算横向对应于与血管轴线垂直的投影的速度场分量，并且将横向流转换成用于声音信号的声音数据。
在本发明的另一个优选实施例中，计算速度场的流方差和/或流涡度，并且将其转换成声音信号的声音数据。这给用户提供了关于实际血流的非常详细的信息，其与采用超声CFI可得到的信息密度可比。
在本发明的一个优选实施例中，借助于光流法计算速度矢量场。
能够采用光流法、特别是采用多尺度光流法获得将要在进一步处理步骤中进行评估的详细信息。具体而言，光流处理产生流序列，其包含时间和空间上的速度图，而不必依赖诸如流模型或几何模型的模型。
在另一个优选实施例中，对比阶段受制于产生对比剂密度周期性时间调制的动脉脉压，并且将时间滤波器响应调整到待检查的受试者的心动频率，使得参考血管图像和/或当前血管图像与待检查的受试者的心律周期同步。
已经显示，动脉内受制于动脉脉压的对比阶段产生了对比剂密度的周期性时间调制。随着血液流动，在动脉网中传送该调制，产生了一种类型的“对比剂波动”图形。通过将专用时间滤波器的特性调整到心律周期，可能增强对比剂波动图形。该序列是流动对比剂的引人注目的可视化，并且可以是对于速度矢量场评估步骤的输入。
在另一个优选实施例中，计算横向的、对应于与血管轴线垂直的投影的速度场分量，并且将横向流转换成用于声音信号的声音数据。
根据本发明，也采用用于代表血流相关信息的检查设备实现目标，该检查设备包括至少一个X射线图像采集装置、数据处理单元和至少一个声音装置。X射线图像采集单元布置成生成第一图像序列并且在对比阶段生成第二图像序列，其中，在第二图像序列中，受试者的一部分与所述第一图像序列相比具有不同的对比度。数据处理单元布置成使用时间配准过程确定对于第二序列的每幅图像的第一序列的对应图像；从对应的第二图像中减去对应的第一图像以生成DSA图像；并且配准血管，包括通过充足对比剂检测或者通过用户定义在DSA之后的参考时间的参考血管图像；在参考血管图像和当前血管图像之间进行配准；并且使当前血管图像朝向参考血管图像扭曲，生成经配准的输出对比图像；并且对输出序列进行时间滤波，以提取时间对比调制；并且计算在时间滤波序列上应用运动估计处理的速度矢量场；并且将速度数据转换成产生声音信号的声音数据。至少一个声音装置布置成提供声音信号。
在另一个优选实施例中，设备还包括显示器。数据处理单元布置成将速度数据转换成彩色流图像，并且显示器布置成显示配准的对比X射线图像以及叠加到X射线图像上的彩色流图像。
根据本发明，还采用根据上述多个实施例之一的设备的X射线成像系统实现目标。
根据本发明的另一个示例性实施例，提供了计算机程序单元，其特征在于，适于执行根据前述实施例的方法的步骤。
因此，可以将该计算机程序单元存储在计算单元上，计算单元可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或者导致执行上述方法的步骤。此外，其可以适于操作上述X射线成像系统的部件。计算单元可以适于自动操作并且/或者执行用户的命令。
本发明的实施例覆盖了从一开始就使用本发明的计算机程序，以及通过更新的方式将现存程序转变成使用本发明的程序的计算机程序。
此外，计算机程序单元可能能够提供完成如上所述的在X射线图像中表示血流相关信息的过程的所有必要步骤。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种计算机可读介质，其中，该计算机可读介质具有存储在其上的前述章节描述的计算机程序单元。
根据本发明的另一个实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，该计算机程序单元布置成执行根据本发明的前述实施例的方法。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。从该说明书中，上述方面和其它方面将显而易见。
附图说明
图1示意性地描述了根据本发明的X射线成像装置；
图2示意性地示出了常规处理方案；
图3示意性地呈现了对应于图2的流声音合成过程的操作；
图4示意性地呈现了关于图2的流声音合成过程的另一个操作；
图5示意性地呈现了关于图2的流声音合成过程的另一个操作；
图6示意性地示出了具有附加生成彩色流图像的常规处理方案；
图7示意性地呈现了用于生成彩色流图像的操作；
图8示出了用于速度谱可视化的示例；并且
图9示出了图8可视化的图像。
具体实施方式
为了产生流声音，在示例性实施例中提供了下列步骤：首先，通过X射线图像采集装置采集第一图像序列。进一步地，采用所注射的对比剂采集第二图像序列。随后，经过DSA操作提取对比信号。进一步对血管结构进行配准从而消除血管运动。随后，在一个示例性实施例中，使用序列的时间滤波增强对比剂的运动分量。随后，将图像用于生成通过血管内的对比剂运动表示的速度矢量场。采用光流(OF)法实现该提取。随后，使用OF操作的输出产生速度分布曲线。随后，将该图形信息转化为合成声音信号。
在优选实施例中，声音信号适用于声多普勒效应。
因此，生成在超声检查期间使用的、模仿声音效果的声音信号。在多普勒超声系统中，用户指出屏幕上的血管位置，并且超声波束在动脉上传送超声脉冲。流动的血液反射信号，由于流动的血液产生多普勒效应。在诸如血液流向或者远离超声源的运动对象的情况下，由接收器检测到的反射声音显示了在其频率和波长上的微小改变。例如，与发射频率相比，当对象朝向声源移动时接收的频率增大。当诸如血液的对象移动远离时，与发射频率相比，接收频率减小。在对反射信号简单基带解调之后，频率调制表示血流的速度分布。声音频谱在人耳频谱范围之内，该声音用于判断血流特性。
根据本发明，生成一种听起来像在超声检查中产生的多普勒声音的声音基准。使用以图形检测到的血流信息对声音信号的声谱图成型，仿佛检测到的血液运动正在通过超声检查产生多普勒信号一样。换言之，以仿佛使用超声装置一样的相同方式将关于血流特性的详细信息作为声音信息呈现给用户。
图1示意性地示出了用于表示血流相关信息的X射线成像系统140。注意到，所示的示例中是一个所谓的C型系统。然而，本发明还涉及到其它类型的X射线成像系统。提供X射线辐射源142以生成X射线辐射。此外，提供平台144以接收待检查的受试者，并且X射线图像检测模块146位于X射线辐射源142的对面，即在辐射过程期间，受试者位于X射线辐射源142和检测模块146之间。后者将图像数据发送到数据处理单元148，将该数据处理单元148连接检测模块146和源142。此外，在平台144附近布置显示器150以将信息显示给操作X射线成像系统的人员即临床医生。为了根据检查情况进行个别调整，最好可移动地安装显示器150。此外，例如，以至少一个扬声器的形式提供了声音输出152装置。例如，可以将声音输出152即扬声器集成到显示装置150内。同时，将接口单元154布置成通过用户输入信息。
基本上，图像检测模块146生成将要在数据处理单元148中进一步处理的X射线图像，下文将对所述过程进行更详细描述。在本发明的优选实施例中，作为该过程的结果，由声音输出装置152提供表示血流信息的声音信号或者声音信息。另外，在显示器150上向临床医生显示基于X射线图像的图像。由于通常训练临床医生当使用超声检查时对关于血流的声音图像进行检测，所以在示例性实施例中，所提供的声音信息模仿了在超声检查中使用的声多普勒效应。
为了提供完整流信息的增强检测，所示出的图像另外适于在超声彩色流成像中使用的颜色编码。换言之，彩色流图像再现了超声彩色流成像至少关于颜色编码和流方向的特性。因此，在显示器150上显示的图像是叠加到通常以分别为灰度中的黑和白呈现的X射线图像上的彩色图像。
为了生成根据本发明的声音信号，提供了下列步骤。图2呈现了对应于这些步骤的常规处理方案。
在实际处理步骤之前，提供了DSA操作12。该操作对提取对比信号是必需的。由X射线图像采集装置提供作为输入数据的两个图像序列：在对比阶段即诸如对比剂注射之前采集第一序列Ipre(t)。随后，可以以合适的方式将对比剂注射或引入到待检查的血管。在对比剂注射期间采集第二序列Ica(t)。对于第二序列Ica(t)的每幅图像，使用适当的时间配准过程确定与第一序列Ipre(t)的对应图像。随后，在这两幅图像之间进行相减，产生DSA图像A(t)，其仅包含充以对比剂的血管，也就是血管的对比图像。
此外，对血管结构进行配准以便消除血管的运动。这意味着必需对由于生理运动引起的血管全局运动与血管结构内的流运动进行区分。因此，在DSA过程之后所选择的参考血管图像A(tr)和当前血管图像A(t)之间执行血管配准14。由用户选择参考图像，例如参考图像A(tr)。在优选实施例中，通过充足对比剂填充的检测自动选择参考图像。
随后，使用配准过程使当前血管图像A(t)朝向A(tr)扭曲，其中，血管结构的形状和轮廓被认为是实现匹配的要素。随后，保留血管结构内的对比剂变化。将经配准的输出对比图像称为A流(t)。
此外，对输出序列进行时间滤波以便提取时刻t的对比调制。注意到，包括执行这些配准和扭曲操作的运动估计涉及管道运动。本发明性方法导致从流体运动中区分出血管运动的可能性。关于配准和扭曲，可能设想类似块匹配或者参数运动估计的若干种用于坐标转换的方法。
随后，在优选实施例中，使用序列的时间滤波过程16增强对比剂的移动分量。已经显示，受制于动脉脉压的动脉内对比剂注射产生了对比剂密度的周期性时间调制。随着血液流动，在动脉网中传送该调制，产生了一种类型的“对比剂波动”图案。可能将专用时间滤波器的特性调整到心动周期，并且增强对比剂波动图案，产生序列
Figure BDA0000067099810000111
该序列是流动对比剂的可观的可视化，以及用于下一个步骤的输入，下一个步骤是对比剂流速度矢量场估计步骤18。
在速度矢量场估计步骤18中，采用适当的光流(OF)法提取代表血管内对比剂运动的速度矢量场。使用序列A流(t)或者
Figure BDA0000067099810000112
计算速度矢量场。最好执行多尺度光流(MOF)法以估计流矢量场，产生矢量序列V(X，t)。随后，使用OF操作的输出产生彩色速度图像。尽管也可以想到用诸如块匹配或本地仿射运动建模的其它运动估计来对速度进行估计，但是已经发现，光流能够专门设计用于解决运动估计的问题。多尺度光流允许逐渐增大流估计的分辨率。后者是诸如检测流局部涡度(也见下文)的非常重要的方面。
到目前为止，使用上述连续图像处理步骤允许血液速度矢量场的提取。最后，为了将该信息提供给用户，提供了适当的合成声音产生步骤20。
在图3中示意性地示出了合成声音产生20，并且在下面将对其更详细描述。在血管几何确定步骤22中使用血管参考图像A(tr)计算对于流投影矢量必需的血管方向图
Figure BDA0000067099810000113
。在血管分段之后，使用标准取向的脊状滤波器计算血管取向。随后，在血管图上延伸血管取向，创建血管方向图
Figure BDA0000067099810000114
。可以对于整个序列执行一次该操作。随后，在速度投影步骤24中，将每个速度帧V(X，t)投影到局部血管方向D上，产生投影速度帧Vp(X，t)。
为了合成XR-流声音，由用户确定感兴趣区域(ROI)。对于每个投影速度帧Vp(X，t)，在速度直方图生成26中生成在血管轴线方向中的流场直方图。在声音合成步骤28中，将该直方图转换成具有适当频率尺度H(X，f，t)的瞬时伪谱。要进行该转换，选择最大速度以对应于在2000Hz量级的最大频率。例如，通过存储在存储器30中的如下公式执行合成28：
SF(t)＝∫∫H(X，f，t)cos(2πft+Φ(f，t))dxdf
随后，读取结果并且通过D/A转换步骤32将其转换为电压信号。最后，将该信号施加于扬声器34，以便提供声音信号。例如，扬声器34可以是图1中所描述的声音输出装置152的一部分。
为了给用户即外科医生提供增强信息，在一个示例性实施例中，以瞬时声谱图、即在可视化步骤36中可见的速度谱35的形式显示血流的(伪)谱。注意到，该可视化步骤36是可以添加的选项。在图8中以图形方式示出了用于速度谱35的可视化的示例，并且在图9中作为具有相同速度谱35的图像显示了用于速度谱35的可视化的示例。
图4示出了速度直方图产生26的原理及其使用。使用通过X射线图像的适当阈值获得的血管的掩膜38，在例如由用户定义的感兴趣区域(ROI)42中确定局部血管取向40。
对于对应于速度矢量序列44的时刻t的每幅图像，对ROI 42中的每个像素，将速度矢量投影在血管方向上。允许将其值V增加到对于速度直方图26的直方图值。
以这种方式，在考虑ROI 42的所有像素之后，通过速度直方图H(v，t)26计算和表示速度分布。可以以与诸如超声系统的多普勒频谱相同的方式可视化该速度直方图26。可以使用直方图26的图像、以与超声多普勒系统中相同的方式计算表征流曲线的指标(阻抗，搏动等)。
图5示出了对于经转换的声音信号适于超声多普勒检查设备的声音的实施例的声音合成28的原理。直方图函数H(v，t)26是多普勒声音合成的基础。在合成过程28中将速度参数转换为声音频率参数，由此再现由于多普勒效应导致的超声信号的转换。这里将H(v，t)视为声谱图。为了获得与真实多普勒声音相同的声音复杂度，在合成28中使用速度的完整分布(不仅是平均速度)，在真实多普勒声音中，每个穿过超声波束的粒子都对声调有贡献。
因此，必须在输入步骤46中预确定产生该声音的若干参数。例如，能够对它们进行自动设置或者通过用户对它们进行设置。实际上，与可听见的声音的频率相比，X射线序列Ipre的15～300Hz的帧率是很低的，而当前声音采样频率大约是10kHz量级。这需要强的内插。这通过称为倍频因数的参数k以及内核或者声音形状P(v，t)来解决。为了使所得到的声音适应耳朵响应，该内核还允许将专用频率形状施加给频率速度分布。
此外，输入步骤还包括随机相位分布。因此，通过随机相位函数
Figure BDA0000067099810000121
采用声谱图H产生彩色噪声信号。这允许模仿由穿过超声波束的粒子所生成的多普勒声音。例如，可以采用表达式获得所得到的声音：
随后，对合成的声音进行转变48，并且最后作为声音信号提供。
然而，根据本发明的示例性实施例，除了声音信号之外在显示器上显示X射线图像。由于声音表示血流，它可以模仿超声多普勒效应，或者可以是在一些其它声音编码中，所以声音输出本质上是变化的声音。效果就是，当两个告知性信号即声音和视觉消息涉及相同ROI的相同参数时，两个信号中的改变将对应于彼此发生。简单地说，声音信号中的改变将在所显示的图像中具有并行的视觉改变。
在图6中所示的另一个实施例中，从速度矢量场估计步骤18得到的相同的流数据也可以用于适当的彩色映射变换120。
为了更好理解，调出超声彩色流成像(超声CFI)的特性可能是有益的。要考虑的一个方面是流方向。因为超声限制在与超声波束平行的速度分量，所以根据超声波束取向作为流方向的参考。超声CFI通常使用蓝色/红色彩色图。红色像素对应于移动离开探头的血液。蓝色像素对应于移动靠近探头的血液。当然，该颜色编码可以是相反的，或者根据用户的需求做某些改变。
编码速度值是速度矢量在超声波束方向上的投影。颜色(红色/蓝色)对流方向进行编码，而亮度对速度投影的幅度进行编码。理论上，已知血管轴线和超声波束之间的角度，就可能对速度值进行估计。然而，这假设速度矢量平行于血管轴线，对于由狭窄、分支、支架等造成的扰动流，情况不是这样的。另外，以相反的颜色自然地显示由这些解剖学奇异点产生的反向流，并且随后容易检测该反向流。
另一方面是超声CFI受制于对于高速度出现的内在混叠效应。该混叠允许为对于正常流保持良好的彩色动态，并且增强与紧狭窄典型相关联的高流动性。该固有特征被内科医生大力使用。
此外，扰动流可能是感兴趣的。因此，超声CFI还产生其它彩色图像。可以显示通过彩色多普勒技术所测量的所谓流变化指标。由流喷射口或者其它奇异点产生对应于扰动流的高方差。它可以与流和动脉壁之间的积极相互作用相关联。通常采用绿色对速度方差进行编码。可以将它与速度图混合，产生红-淡黄和蓝-淡绿查找表以对速度和速度方差一起进行成像。
对于根据本发明的X射线CFI编码，在作为示例示出的实施例中，仅当具有临床优势时再现超声CFI的那些特性。当然，在存在限制的情况下，可以以适当方式对它们进行变换。
因此，流方向、混叠阈值和扰动流是下面关于图7所描述的方面。
采用光流处理，可能获得至少两个速度分量。随后，对平行于血管轴线而不是平行于假设超声波束的流方向进行编码是更令人满意的。该血管方向在图像中可以不同，并且投影方向随着它改变。例如，可以选择红色作为最可能的流方向，并且选择蓝色作为对应于逆流的相反方向。颜色的亮度代表了与血管轴线平行的速度分量的幅度。
此外，使用速度阈值Vth产生人工混叠模式。如果速度值异常高，为了产生该混叠现象，该阈值应该对应于最大正常速度。以下列方式通过取模操作计算混叠速度
Figure BDA0000067099810000141
V = k V th + V ~ , k∈Z
| V ~ | ≤ V th / 2
扰动流的各方面包括速度方差和对应于与血管轴线和涡度垂直的投影的横向速度。根据本发明，设想也对这些方面进行颜色编码。图7呈现了对应于这些成像选择的操作。
在血管几何确定122中，使用血管参考图像A(tr)计算对于流投影矢量必需的血管方向图
Figure BDA0000067099810000144
在血管分段之后，使用标准取向的脊状滤波器计算血管取向，并且血管取向在血管图上延伸，创建血管方向图可以对于整个序列执行一次该操作。
此外，在速度投影步骤124中计算速度场的纵向V纵向(t)和横向V横向(t)分量。使用混叠阈值Vth对V纵向(t)进行颜色编码。
另外，在步骤126中计算速度方差即流方差。在步骤128中计算涡度。分别在步骤130、132、134和136中采用专用彩色图对横向速度方差和涡度进行经典的颜色编码。
最后，图像复合138在于在tr时刻冻结的灰度X射线图像Ica(tr)上的彩色流图像叠加。该叠加图像易于模仿通过超声模态产生的彩色流成像序列，但是也通过X射线图像的方式示出了附加信息。
由于本发明提供了对示出动脉内的血液速度值或者血流特性的动态彩色成像序列的创建，所以应该注意到，不必对超声彩色流成像的每个特性进行仿真，但是至少应该考虑流方向及其颜色编码。
在其它方面之中，根据本发明的彩色流成像给心脏病学家和神经科学者提供了对血管病变进行估计的方法，允许在更好控制所得到的血流质量的情况下实现介入。虽然已经在附图和前述说明书中对本发明进行了详细说明和描述，但是认为这些说明和描述是说明性和示例性的而不是限制性的；本发明不受限于所公开的实施例。

Claims (14)

1.一种用于表示血流相关信息的检查设备，所述检查设备包括：
-至少一个X射线图像采集装置(140)；
-数据处理单元(148)；以及
-至少一个声音装置(152)；
其中，所述X射线图像采集装置布置成生成第一图像序列并且在对比阶段生成第二图像序列，其中，在所述第二图像序列中，受试者的一部分具有与在所述第一图像序列中不同的对比度；
其中，所述数据处理单元(148)布置成使用时间配准过程确定对于所述第二序列中的每幅图像的所述第一序列中的对应图像；从对应的第二图像中减去对应的第一图像以生成DSA图像；并且配准血管，其包括通过充足对比剂检测或者通过用户来定义在DSA之后的参考时间的参考血管图像；在所述参考血管图像和当前血管图像之间进行配准；并且使所述当前血管图像朝向所述参考血管图像扭曲，从而生成经配准的输出对比图像；并且对所述输出序列进行时间滤波，以提取时间对比调制(16)；并且计算在经时间滤波的序列上应用运动估计处理的速度矢量场(18)；并且将所述速度数据转换成产生声音信号的声音数据(20)；并且
其中，所述至少一个声音装置(152)布置成提供所述声音信号。
2.如权利要求1所述的设备，包括显示器(150)；
其中，所述数据处理单元布置成将所述速度数据转换成彩色流图像；并且
其中，所述显示器布置用于显示经配准的对比X射线图像和叠加到所述X射线图像上的所述彩色流图像。
3.一种具有根据前述权利要求之一所述的设备的X射线成像系统。
4.一种用于在X射线检查中表示血流相关信息的方法，包括多个步骤：
-通过以下方式来生成数字减影血管造影DSA图像(12)：
采用X射线成像系统生成第一图像序列；
在对比阶段采用所述X射线成像系统生成第二图像序列，其中，在所述第二图像序列中受试者的一部分具有与在所述第一图像序列中不同的对比度；
使用时间配准过程确定对于所述第二序列中的每幅图像的所述中第一序列的对应图像；以及
从对应的第二图像减去对应的第一图像，生成所述DSA图像；
-血管配准(14)，其包括：
通过充足对比剂检测或者通过用户定义在DSA之后的参考时间的参考血管图像；
在所述参考血管图像和当前血管图像之间进行配准；以及
使所述当前血管图像朝向所述参考血管图像扭曲，从而生成经配准的输出对比图像；
-对所述输出序列进行时间滤波，以提取时间对比调制(16)；
-计算在经时间滤波的序列上应用运动估计处理的速度矢量场(18)；
以及
-将所述速度数据转换成产生声音信号的声音数据(20)。
5.如权利要求4所述的方法，其中，提供下列步骤用于将所述速度数据转换成所述声音数据：
-在感兴趣区域中确定局部血管取向；
-对于对应于所述速度矢量序列的时刻t的每幅图像，将所述速度矢量投影在血管方向上；
-对于每个像素，使用所述速度矢量的值增加直方图(26)。
6.如权利要求5所述的方法，
其中，所述声音信号再现了超声多普勒检查的特性。
7.如权利要求4所述的方法，其中，
-所述对比阶段受制于产生对比剂密度的周期性时间调制的动脉脉压；并且
-将所述时间滤波响应调整到待检查的受试者的心动频率，使得经滤波的序列增强所述对比图像的在所述血管内的所述时间调制。
8.如权利要求4所述的方法，其中，
使用所述血管参考图像产生对于所述速度数据的血管方向图(22)，其包括以下步骤：
-血管分段；
-使用标准取向的脊状滤波器计算血管取向；以及
-在血管图上延伸所述血管取向；
9.如权利要求8所述的方法，其中，
计算关于血管轴线为纵向的所述速度场的分量，确定产生人工混叠模式的对于血流速度的阈值，并且使用所述速度阈值将纵向流转换成用于所述声音信号的声音数据。
10.如权利要求8所述的方法，其中，
计算对应于与所述血管轴线垂直的投影的、为横向的所述速度场的分量，并且将横向流转换成用于所述声音信号的声音数据。
11.如权利要求4所述的方法，其中，
在显示器上显示经配准的对比X射线图像。
12.如权利要求4所述的方法，其中，提供下列步骤：
-将所述速度数据转换成彩色流图像；
-将所述彩色流图像叠加到所述X射线图像，以生成复合图像；以及
-在显示器上显示所述复合图像。
13.一种计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元执行时，适于执行如权利要求4至13所述的方法。
14.一种计算机可读介质，其存储有程序单元，所述程序单元当由处理单元执行时，适于执行如权利要求4至13所述的方法。
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