CN102289843A - 用于处理放射图像以确定针的3d位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理介入成像的图像的方法，其中通过医疗成像系统(10)显现对象(7)的3D图像，医疗成像系统(10)包括X射线源(1)和探测器(3)，该方法包括下列步骤：沿成像链的多个取向获取(200)已经将直线器械(9)插入其中的对象(7)的多个2D投影图像；确定(300)器械的3D重构，使得沿获取对象(7)的2D投影图像所按照的相应取向的器械(9)的3D图像的多个2D投影最接近对象(7)的所获取2D投影图像，以便获得具有器械(9)的对象(7)的3D图像。本发明同时涉及一种用于处理放射图像以确定针的3D位置的方法。

Description

用于处理放射图像以确定针的3D位置的方法
技术领域
本发明涉及医疗成像领域。更具体来说，它涉及介入放射图像的处理。
并且进一步具体来说，它涉及允许实时显示患者感兴趣区域中直线器械、特别是针(needle)的位置的方法和系统。
背景技术
在外科手术期间，外科医生必须在患者感兴趣区域中插入针，例如将针插入到患者的脊骨。
为了控制针的插入，外科医生必须能够目测(visualize)感兴趣区域和所使用的器械。
为了这样做，外科医生具有在其中能够看到针的感兴趣区域的三维(3D)图像。该3D图像通过断层扫描重构来获得。
感兴趣区域的3D图像通过使用X射线医疗成像系统获取若干二维(2D)图像并且通过从所获取2D图像确定3D图像来获得。
必须实时确保监测，这意味着需要实时获得感兴趣区域的3D图像。
一个问题是3D图像的确定费时。
另外，对于通过断层扫描所获得的图像，3D图像的确定要求获取许多2D图像，从而引起不可忽视的X射线剂量。
发明内容
本发明的一个目的是获得患者感兴趣区域的3D图像，其中能够在没有上述缺点的情况下显现(visualize)直线器械。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种处理介入成像的图像的方法，其中通过医疗成像系统显现对象的3D图像，医疗成像系统包括X射线源和探测器。
根据本发明第一方面的方法包括下列步骤：沿成像链(chain)中多个方向获取已经将直线器械插入其中的对象的多个2D投影图像；确定器械的3D重构，使得沿获取对象的2D投影图像所按照的相应取向(orientation)的器械的3D图像的多个2D投影尽可能接近对象的所获取2D投影图像；将器械的3D重构重叠在对象的3D图像之上，以便获得具有器械的对象的3D图像。
根据本发明第一方面的方法还可通过下列特性中的一个或多个来完成：
-确定器械的3D重构包括确定器械的完整3D位置，该完整3D位置通过器械尖端(tip)的3D位置并通过器械的取向来描述；
-器械尖端的3D位置从感兴趣对象的所获取2D投影图像来确定；
-器械的完整3D位置包括使下列判据(criterion)N＝argmin(S)最小，其中S＝f(S1(N1)，S2(N2)，...，Si(Ni))，N是器械的完整3D位置，Si是索引i的图像的2D判据，例如由Ni所确定的感兴趣区域中2D图像的像素值之和，并且Ni是2D投影图像之一中器械位置的投影，i从1变化到M，M是所获取投影图像的数量；
-过滤感兴趣区域的2D图像，以便相对于图像的其余部分突出显示器械；
-器械为针，优选地为其3D位置是直线的刚性针。
根据第二方面，本发明涉及一种包括处理单元的医疗成像系统，所述处理单元包含实现根据本发明第一方面的处理方法的部件。
根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序，包括实现根据本发明第一方面的方法的机器指令。
附图说明
从只是说明性而不是限制性并且参照附图来阅读的以下描述，其它特性和优点将变得更清楚，附图中：
图1示出符合本发明的医疗成像系统；
图2示意示出本发明的方法的步骤；
图3示出对象的感兴趣区域的3D图像；
图4a和图4b示出器械的2D投影图像；
图5示出根据第一配置的具有器械的对象的感兴趣区域的3D图像；
图6示出根据第二配置的具有器械的对象的感兴趣区域的3D图像。
具体实施方式
医疗成像系统
图1中，医疗成像系统包括旨在发射X射线束2的源1、面向源1设置并且配置成探测由源1所发射的射线的探测器3、设置在源1与探测器3之间的支承8、处理单元4、存储单元5和接口单元6。
X射线源1和探测器3经由C臂12连接。所述臂12更一般地被称作脉管C臂。
臂12能够在三个自由度上进行定向，如图1的箭头所示。
处理单元4控制臂12的位置，即X射线源1相对于探测器3的位置。
支承8旨在接纳外科医生将对其执行手术、如脊椎成形术(vertebroplasty)的患者7。
处理单元4配置成命令由源1发射X射线以及脉管C臂12的移动。
另外，处理单元4配置成命令由探测器3读取图像，并且接收由探测器3所获取的数据。
例如，处理单元4是一台或多台计算机、一个或多个处理器、一个或多个微控制器、一台或多台微型计算机、一个或多个可编程逻辑控制器、一个或多个专用集成电路、其它可编程电路或者包括例如工作站的计算机的其它装置。
处理单元4与存储部件5耦合，存储部件5可集成在处理单元4中或者与其分离。这些部件能够由硬盘或者任何其它可移动存储部件(CD-ROM、磁盘等)来形成。这些存储部件5能够用于存储待治疗区域的所获取或经处理放射图像。它们可以是处理单元4的ROM/RAM存储器、CD-ROM、USB钥匙(key)、中央服务器的存储器。处理单元4可包括例如磁盘驱动或CD-ROM驱动的读取装置(未示出)，以便从例如软盘或CD-ROM的指令介质(未示出)中读取处理放射图像的方法(下面进行描述)的指令。作为一种变型，处理单元4运行固件(未示出)中存储的处理方法(下面进行描述)的指令。
接口单元6包括显示装置9。接口单元6为外科医生提供控制该过程(procedure)的手段(means)。
更准确来说，在过程期间，外科医生能够在显示装置9上目测具有器械的感兴趣区域的3D图像。
显示装置9例如是计算机屏幕、监视器、平板屏幕、等离子体屏幕或者任何商业上可得的显示装置。显示装置9使外科医生能够目测待治疗感兴趣区域中的器械。
对方法的一个实施例的描述
图2示意示出该方法的步骤。
在初始化步骤100，重构将对其执行手术以及特别是针插入的患者7的感兴趣区域的3D图像20。
图3示意示出患者7的感兴趣区域的3D图像20。
这种重构通过获取患者7的感兴趣区域的连续2D投影图像、然后通过从患者7的感兴趣区域的2D投影图像进行3D图像断层扫描重构来执行。
3D图像可以是患者的脊骨的图像。
在将针11插入患者7时，外科医生希望跟踪针在感兴趣区域中的插入。
一旦已经插入针11，则获取200多个2D投影图像。
这种获取200的目标是提供针11的多个2D投影图像。
这些所获取图像沿成像链的不同取向来获取。在这里指定，成像链表示限定X射线源1相对于探测器3的位置的空间中臂12的位置。
图3a和图3b示意示出针11的两个2D投影图像40、50。
例如，获取两个与十个之间的2D投影图像，优选获取两个图像。
在其余下部分中，考虑获取仅两个2D图像40、50。
这些所获取2D投影图像允许显现器械，并且能够经过过滤200’，使得器械相对图像的其余部分可见。过滤包括增加表示针的像素的值。
一旦已经获取这些2D投影图像40、50，则确定300器械的3D位置。
器械的3D位置是这样的，以致于沿获取患者7的感兴趣区域的2D投影图像所按照的相应取向的器械9的3D图像的多个2D投影最接近患者7的感兴趣区域的2D投影图像。
换言之，生成待测试的器械的3D重构，该测试包括沿与获取感兴趣区域的2D投影图像所按照的取向相同的取向来投影这个3D图像。
图5示出器械的3D图像。
为了确定器械的这个3D图像的符合度，在器械的这个3D图像60的投影40’、50’与器械的实际获取2D投影40、50之间进行比较。
一旦进行这个比较并且表明满足，即器械的2D投影40’、50’接近或者在最佳情况情形下相同，则生成针的这些2D投影40’、50’的3D重构是器械的预期3D重构。
然后将这样获得的器械的3D重构60重叠400在感兴趣区域的3D图像之上，以便获得具有针的感兴趣区域的3D图像。
图6示出具有针11的感兴趣区域的3D图像。
因此，在整个手术过程中，为了获得具有器械的患者感兴趣区域的3D图像，仅要求获取2D投影图像。
下面给出确定器械的3D图像的详细描述。
如前面所述，提供两个2D投影图像40、50，并且这些图像用于确定器械的3D重构图像。
从器械的2D投影图像中，能够确定针11的尖端91的3D位置。
3D图像中针的完整位置则通过使下列判据最小来获得：
N＝argmin(S)，其中S＝f(S1(N1)，S2(N1))，N1和N2分别是从器械的3D重构所获得的2D投影，S1和S2是2D判据、如由N1和N2所定义的感兴趣区域中2D图像的灰度阴影之和，并且N是针的完整3D位置。
针的完整3D位置通过五个参数来描述：
-针的尖端的3D位置；
-针的取向(即，两个角度)。
要注意，为了获得针的完整位置N，能够省略估计针的尖端的3D位置的步骤。在这种情况下，将确定五个未知数，以便生成针的3D图像，否则将确定两个未知数。
一旦使上述判据最小，则获得针的完整3D位置。
将器械的这个3D重构重叠在患者感兴趣区域的3D图像之上。

Claims (8)

1.一种处理介入成像的图像的方法，其中通过医疗成像系统(10)显现对象(7)的3D图像，所述医疗成像系统(10)包括X射线源(1)和探测器(3)，所述方法包括下列步骤：
-沿成像链的多个取向获取(200)已经将直线器械(9)插入其中的对象(7)的多个2D投影图像；
-确定(300)所述器械的3D重构，使得沿获取所述对象(7)的2D投影图像所按照的相应取向的所述器械(9)的3D图像的多个2D投影最接近所述对象(7)的所获取2D投影图像；
-将所述器械的3D重构重叠(300)在所述对象(7)的3D图像之上，以便获得具有所述器械(9)的所述对象(7)的3D图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定(200)所述器械的3D重构包括确定所述器械的完整3D位置，所述完整3D位置通过所述器械的尖端的3D位置并通过所述器械的取向来描述。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述器械的尖端的3D位置从感兴趣对象的所获取2D投影图像来确定。
4.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述器械的完整3D位置包括使下列判据N＝argmin(S)最小，其中S＝f(S1(N1)，S2(N2)，...，Si(Ni))，N是所述器械的完整3D位置，Si是索引i的图像的2D判据，例如由Ni所确定的感兴趣区域中2D图像的像素值之和，并且Ni是所述2D投影图像之一中所述器械的位置的投影，i从1变化到M，M是所获取投影图像的数量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，过滤感兴趣区域的2D图像，以便相对于图像的其余部分突出显示所述器械。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述器械为针，优选地为其3D位置是直线的刚性针。
7.一种包括处理单元的医疗成像系统，所述处理单元包括实现如以上权利要求中任一项所述的处理方法的部件。
8.一种计算机程序，包括实现如权利要求1至6中任一项所述的方法的机器指令。
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