CN104039229A - 用于最佳设备导航的脉管视图的实时显示 - Google Patents

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Abstract

一种装置，其被配置为生成用于与实况荧光检查图像(190a)一起显示的多个脉管(115)视图(170a-170c)。以这样的方式选择所述视图，使得它们允许可视化设备(117)当前正导航于其中的脉管段的3D结构。所述视图相对于多个视图优度标准中的一个或其加权平均是最优的。随着所述设备送进并采集到新的荧光检查图像(190b-190c)，所述视图(170i-170k)被相应地更新。

Description

用于最佳设备导航的脉管视图的实时显示
技术领域
本发明涉及用于辅助在管状结构的网络中导航设备的装置，涉及用于辅助在管状结构的网络中导航设备的方法，涉及医学X射线成像支持系统，涉及计算机程序单元，并且涉及计算机可读介质。
背景技术
在PCI(经皮冠状动脉介入术)期间，导丝被引入心血管中并被沿其前进，以支持对心腔狭窄的处置。
当在脉动管中导航时，临床医师依赖于邻近实况荧光检查图像示出的所述脉管的静态图像。
所述脉管图像通常从与所述荧光检查图像相同的透视来描绘脉管。然而，3D脉管几何结构是复杂的，并且有时难以表示。
WO2011/086475描述了一种用于导航介入设备的系统。
发明内容
因此可能存在对用于在介入期间支持临床医师的不同系统的需要。
本发明的目标通过独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。
应指出，下文描述的本发明的各方面等同地应用于辅助在管状结构的网络中导航设备的方法、医学X射线成像支持系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
根据本发明的一个方面，提供一种用于辅助在管状结构的网络中导航设备的装置。所述装置包括：
·输入单元，其被配置为当所述设备存在于所述管状结构的网络中时，接收在第一投影方向采集的当前参考或“基准”投影图像，所述投影图像在被显示时示出所述设备的占用空间(footprint)；
·处理单元，其被配置为使用所述占用空间的当前图像中位置和所述网络的模型，来从先前采集的2D投影图像的序列检索至少一个补充投影图像。如此检索的补充图像在被显示时示出所述网络的至少部分占用空间，并且所述如此检索的补充图像提供在所述设备当前存在于其处的感兴趣区段处沿第二投影方向关于所述网络的视图；
·图形显示生成器，其被配置为生成用于在屏幕上显示的图形面板，所述图形面板包括所述当前投影图像和所述补充投影图像。所述装置被配置为在所述输入单元接收到新投影图像时，更新所述图形面板，经更新的面板然后包括所述新投影图像和随后检索的补充投影图像。
根据一个实施例，所述管状结构的网络为心脏脉管，并且所述参考投影图像为来自在PCI(经皮冠状动脉介入术)过程期间每次一个地采集的多个荧光检查图像中的(实况)荧光检查(“荧光”)图像。所述设备可以为临床医师送进通过所述脉管以导航到所述脉管的特定分支中的病变的导丝。
根据一个实施例，所述补充投影图像的序列为所述脉管的血管造影图(“血管图”)，其每个编码所述脉管的不同占用空间。所述血管造影图所述装置的介入和/或操作之前采集。利用如在所述血管造影图中编码的所述2D图像信息，以实时地补充在所述介入期间采集的所述荧光图像中的每一个。
换言之，所述装置操作为显示若干脉管视图，以这样的方式选择所述视图，使得它们允许最优地可视化所述设备当前导航于其中的血管段的3D结构。自动地调整所述视图，使得在整个介入期间的所有时间出于导航的目的而良好地定义当前的感兴趣血管区段。再换言之，所述装置整理并准备为所述临床医师显示相关的空间信息，以如此促进对所述血管中当前正导航于其中的位置的3D结构的更好理解。对视图的选择基于依据所述当前荧光图像所述导丝的现场位置的视图或通过所述视图引导，所述临床医师在整个所述介入过程期间在他或她看到符合时请求所述当前荧光图像的采集。
总之，所述装置在所述荧光检查图像中探测所述导航设备，并计算所述设备在所述脉管中的位置，以如此识别当前感兴趣的脉管区段。一旦得到所述当前感兴趣的脉管区段，则选择最佳视图，所述最佳视图允许评估所述脉管中所述设备当前正存在于其处的点处的局部3D几何学。
所述装置在操作中时仅仅依赖于2D图像信息。不涉及运行时间期间的3D图像计算，这帮助减少CPU时间，由此确保响应性和提升的实时性能。尤其地，不需要(CT)3D图像体积采集，这帮助压低介入时间和X射线辐射暴露两者，因此对患者有益。这也简化了工作流，因为没有要采集的术中3D数据。
根据一个实施例，所述模型为通用的，因此不是从所考虑的特定管状网络计算得到的。
根据一个实施例，所述脉管模型为来自不同模型的集合中的一个，所述不同模型中的每个均对应于心脏时相中的一个。所述处理单元被配置为选择所述网络模型，以对应于所述脉管在所述当前投影图像的采集时间期间的形状。这允许考虑心脏动力学，因为围绕心肌的所述脉管随着所述肌肉交替地收缩和舒张而改变其形状或被扭曲。
根据一个实施例，所述多个(先前采集的)2D投影图像是沿不同投影方向采集的。当相对于多个不同视图优度标准中的一个或多个不同视图优度标准的组合来度量时，所述补充图像的所述第二投影方向提供与来自所述序列中的另一投影图像相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图。
所述标准或所述多个标准考虑以下中的任一个或它们的组合或平均：
(i)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低重叠度，
(ii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低透视缩短度，
(iii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的高迂曲度。所述处理单元被配置为基于所述网络模型，来计算针对所述视图优度标准的评分。“较优的”视图可以优于所述序列中的全部血管图(“最优视图”)，或者可以优于来自所述序列中的血管图的真子集，后者在检索具有高于用户可调节阈值评分或值的评分时尤其是这样。“低”或“高”的视图优度标准评分意指一个血管图的具体评分高于另一血管图的评分，或者具体血管图的评分高于或低于所述阈值评分。
使用加权平均以组合重叠、透视缩短和迂曲的不同标准，允许寻找这些视图标准之间的折衷或找到正确平衡，以在进行介入时更好地考虑临床医师的需要。也预期其他组合方式，例如最大、中间或非线性混合。
根据一个实施例，所述处理单元被配置为与所述补充图像一起地检索参考补充图像。所述参考补充图像基本上具有与所述当前参考投影图像相同的投影方向，并且所述补充投影图像被计算为，当比较第一/用户可选择视图优度标准度量时，与所述参考补充图像相比，在所述感兴趣区段处提供所述网络的更优视图。换言之，所述补充图像和所述参考补充图像一起提供关于所述感兴趣区段的互补视图。以此方式，由于可以考虑与所述设备有关的操作者选择的透视，因而所检索的补充投影图像的投影方向的集合形成围绕所述感兴趣区域的视图的信息量更大的样本。这允许促使对所述脉管的3D结构的更好理解，由此帮助所述临床医师更快地导航于所述脉管。
根据一个实施例，通过处理器与所述补充图像一起地检索至少一个另外的补充图像，实现互补视图，从而检索到一组补充投影图像。当比较不同于所述第一视图优度标准的第二视图优度标准来度量时，所述另外的补充图像提供与所述补充图像相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图。在一个实施例中，所述组包括所述参考补充图像，并且存在至少一个与所述参考补充图像相比在所述多个标准的至少一个方面提供更优视图的补充图像。
根据一个实施例，所述参考补充投影图像被包括到所述图形面板的一个窗格中，与被示于另一窗格中的互补的补充投影图像一起。在一个实施例中，存在默认设置，使得一旦采集所述参考投影图像，就自动地检索所述补充参考投影。
根据一个实施例，所述处理单元被配置为从在当前显示的补充投影图像的所述投影方向的用户可定义角度裕度内的图像，检索新的或后续补充投影图像。在一个实施例中，在该预定义角度裕度内的检索是通过使用与上文提及的标准一起的另外的视图优度标准(“角度接近度”)来实现的。也可以针对于一组内的补充投影图像，强制执行类似的角度接近度视图优度标准。鼓励所述组中的所述补充投影图像或所述后续补充投影图像保持在所述组中的所述先前检索的一个或多个补充投影图像的投影方向的用户可定义角度裕度内。可以通过在所述组中的所述补充投影图像之间的，或在所述一个或多个当前补充投影图像与要被检索的所述一个或多个后续补充投影图像之间的角度偏差的递减函数，来定义该角度接近度评分。所述角度偏差越低，则对应的角度接近度评分越高，因此鼓励在与其他视图优度评分组合时，所述评分中的角度接近度。这允许向用户提供提升的视觉体验，具有从当前检索(并显示)的补充投影图像与在所述介入的整个过程期间检索(并显示)的后续补充投影图像的平滑过度。
根据另一实施例，不是将检索/优化约束到所述当前图像的所述投影方向附近的角度裕度，而是通过在最终显示具有最优或较优评分的投影图像之前，从次优投影图像的序列每次一个图像地，短暂地渐显并然后渐隐，实现过渡的平滑性。在优化期间确定的所述次优图像具有小于所述最优或较优图像的评分，并且所述图像在其中渐显的序列是根据它们的评分确定的，始于较低评分，逐渐进步到较高评分，直到具有最高评分或在所述优化阈值以上的评分的所述较优或最优图像。所述次优图像按它们的评分的顺序被储存在缓存器中，使得可以由图形显示生成器以该顺序访问它们，以实现它们在所述图形面板中的各自渐显。被这样储存的次优图像的数目以及它们各自渐显的持续时间是用户可定义的，以如此允许针对个体临床医师的最优视觉体验，来调谐所述装置。
根据一个实施例，所述处理单元包括优化器，所述优化器被配置为计算所述检索然后所基于的所述视图优度评分。所述计算或者先于所述装置的操作在预备阶段中在先地被运行(离线模式)，或者在检索时实时地被计算(在线模式)。
根据一个实施例，所述图形显示生成器被配置为使用所述设备的所述当前图像中位置，来将所述设备的图形表示覆盖在如被包括在所述图形面板中的所述补充投影图像中的对应位置处，或者被配置为在所述参考投影图像上覆盖如在所述补充投影图像中示出的所述感兴趣区域的图形表示。
在一个实施例中，相对于平背景显示所述补充投影图像。
根据一个实施例，所述图形显示生成器被配置为对被包括在所述图形面板中的所述补充投影图像中的感兴趣区域进行颜色编码。换言之，随着所述设备前进通过所述脉管，所述视图适于在所检索的补充图像的每个中突出感兴趣的脉管区段。
根据一个实施例，所述图形显示生成器被配置为生成用于在所述面板上显示的注释信息，所述注释信息包括针对所述补充图像的所述视图优度标准所计算的评分，和/或包括被用于所述评分的所述计算的一个或多个参数。进一步地，本领域技术人员将理解，可以使用除血管图和/或荧光图以外的其他2D图像。
本发明不仅可以在脉管介入的医学背景下投入使用，还可以用于其他器官，或者可以在对具有复杂腔体网络的目标的非破坏性材料试验中投入使用。然后可以通过合适的引导装置将探针定位在所述目标内的以其他方式无法访问的期望位置处。
定义
血管造影图是在造影剂存在于所述管状结构的网络中之后取得的2D投影图像，由此在X射线图像采集期间为其管状结构赋予透明度。在荧光检查2D投影图像中，所述管状结构的网络中不存在造影剂，因此在显示所述荧光检查图像时，一般仅所述导丝(以及其他辐射不透明物质，例如骨、厚的肌肉组织等等)是可见的，而所述脉管软组织在显示所述荧光检查图像时是不可辨识的。
沿投影方向取得的投影图像中的“重叠”为这样的图像部分(通常可辨识为杂乱)，其是由所述管状结构中具有它们各自占用空间的两个或多个在图像平面中交叉形成的。换言之，当在该投影方向观看时，两个或多个管状结构中的至少一个在空间上被布置为在另一个或其他的之前或之后。
“视图”和“投影”方向在本文中可互换地使用。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的示范性实施例，其中：
图1示出了用于辅助在管状结构的网络中导航设备的装置的方框图；
图2示出了用于辅助在管状结构的网络中导航设备的方法的流程图。
具体实施方式
图1的左边示出了C型臂类型的X射线成像器100。X射线成像器100在预备规划阶段中被用于采集感兴趣器官的X射线投影图像170a-170c的序列，以在随后阶段中支持介入。
在一个实施例中，所述感兴趣器官为患者110的心脏，尤其是其冠状脉管115。
在规划阶段中，所述患者被放置在检查台115上。成像器100包括轴颈在轴承160上的刚性C型臂机构140。轴颈允许C型臂140绕穿过轴颈160的第一轴的旋转。C型臂结构140因此可以被定位在绕脉管115的各个旋转角度α。C型臂140还可绕垂直于所述第一轴的轴旋转，以如此采取不同的测角角度β，从而C型臂140享有至少2个自由度。
C型臂140在其两端之一承载X射线源130，并且在另一端以与X射线源130相对的空间关系承载探测器120。探测器120包括探测器元的阵列(未示出)。
X射线发射自X射线源130。所述X射线穿过脉管115，并然后在探测器120处被探测到。所述X射线形成自X射线笔形射束p。
每个X射线束p均随着其穿过脉管115并撞击在其上而衰减。在探测器120被探测到的是该衰减的X射线束。
所述X射线束影响脉管115的入射角(“投影方向”)由旋转角α和测角角度β的对(α、β)限定。每个个体X射线束p经历的衰减度取决于射线p穿过的组织的类型和量。每个衰减的X射线束p均撞击在探测器元上并生成与所述衰减度成反比的电信号。然后经由数据采集设备105，将针对撞击X射线束p在每个探测器元生成的所述电信号转换成编码对应的灰度值的像素值。所述像素值然后被储存在矩阵结构中，形成在特定投影方向(α、β)取得的投影图像。
所述投影图像的序列170a-170c是在图像采集时期被采集的，每个个体投影图像170a、170b或170c一般沿不同的投影方向采集。然后将脉管115的投影图像的所述序列170a-170c储存在数据库175中。投影图像170a-170c可以被储存为DICOM格式。所述DICOM格式包括元数据，所述元数据针对每个投影图像编码采集每个投影图像的投影方向与其采集时间t。
脉管115自身不具有辐射不透明度，意味着脉管115的投影(“占用空间”)在投影图像170a-170c中一般是不可见的。为了弥补这一点，在所述图像采集之前，向患者110施予造影剂。造影剂在脉管115中积聚，从而赋予所述脉管不透明度。由于所述造影剂，在每个投影图像170a、170b或170c(也称作血管造影图)中沿不同投影方向编码脉管115的投影视图或占用空间115a。携带所述造影剂的血液流动通过那些血管和分支点，由此使所述造影剂分散遍布所述脉管直到其分支和子分支。
在随后的介入阶段，所述患者静止或再次被放置在检查台115上，但这次不施予造影剂。介入一个原因可以是处置血管狭窄，即在构成心脏脉管115的众多血管中患病血管中的狭窄。在所述介入期间，导丝117被引入到所述脉管中，并使被送进通过所述脉管。目的是将导丝117定位在所述患病血管内侧，其尖端在所述狭窄远端，使得气囊或支架可以沿所述导丝滑动以然后被定位在所述狭窄远端。在已放置所述导丝之后，可以然后沿所述导丝引导气囊导管，并将其放置在所述狭窄处，以然后实现对其的处置。在所述介入中，在所述操作者送进导丝117通过所述脉管时，成像器100被用于每次一个地采集脉管115的实时(实况)荧光检查图像190a-190c，其中导丝117存在于脉管115中。所述操作者致动被提供在操作者控制台150处的操纵杆，以将成像器110的C型臂140定位在期望的投影方向或角度，并致动按钮或踏板，以在该期望的投影方向采集所述荧光检查(“荧光”)投影图像190a-190c。由于在所述介入阶段期间不使用造影剂，荧光图像190a-190c中的每个均编码导丝117的占用空间117a，但不编码脉管115占用空间。换言之，在显示荧光图像190a-190c时，导丝占用空间117a是可见的，而脉管占用空间115a是(或几乎)不可见的。
为了在3D导航通过脉管115中辅助或支持外科医师，使用如在图1中右下示出的装置200。
装置200包括处理单元201。处理单元201包括若干部件：包括输入单元205、探测器单元210、配准器220、定位器230、识别器240、(视图-)优化器260、存储器250和图形显示生成器270。
所述装置的所述部件被示为驻留于处理单元210中。然而，这仅为示范性实施例。所述装置可以改为被布置在分布式架构中，并且在合适的通信网络中连接。在所图示的实施例中，所述部件为在处理单元201上运行的软件例程。所述部件也可以被布置为专用FPGA，或为硬接线的独立芯片。所述部件可以在合适的科学计算平台(例如或)中被编程，并然后被转换成在文件库中维护并在被处理单元201调用时被链接的C++或C例程。
一般来讲，装置200提供视觉支持，用于通过补充当前采集的荧光检查图像190a-190c的2D视觉信息内容来导航导丝117通过脉管115，所述补充是通过使用来自之前记录的2D血管造影图170a-170c中所选择一个的额外的2D图像信息实现的。
荧光检查图像190a-190c中当前的一个与血管造影图170a-170c中所选择一个一起被绘制，用于由图形显示生成器270显示，并被显示在屏幕110上的双栏窗口280中。在参考窗格280a中，示出所述当前采集的荧光图像，例如荧光图像190a，并且在补充窗格280b中示出所选择的一个，例如来自先前采集的血管造影图像170a-170c中的血管造影图170a。
所检索的血管造影图170a先前已被装置200确立以与保存在储存器175中的其他血管造影图170b-170c中的一些或全部相比而提供脉管115的更优视图。所述优化的或更优的视图是相对于一个或多个预定的但可选的视图优度标准来度量的。
随着所述操作者送进导丝117a，新的荧光图像190b被采集。装置200配准所述改变，并然后检索相应地更新的血管造影图170b，并实现对其与新荧光图像190b一起的显示。
以此方式，生成显示的血管造影图170i-170k的动态更新的序列，被如此显示的每个血管造影图均补充如在当前荧光图像190a-190c中示出的所述2D图像信息。
现在更详细地解释装置200的操作。
操作
装置200经由合适的通信网络与成像器100的数据采集系统105通信。当前观看的荧光图像190a被装置200截获并经由其接口输入单元205被提供到装置200中。
接口单元205或不同的接口单元允许经由相同或不同的通信网络访问被保存在数据库175中的血管造影图的序列170a-170c。
所截获的当前参考荧光图像190a然后被传递到定位器210。定位器210通过使用合适的分割技术(例如像素值阈值处理)，来在所述图像中检测导丝占用空间117a。定位器210然后确立导丝占用空间117a的图像中位置，并通过一组图像中位置坐标来记录所述位置。出于确立所述导丝的所述位置的目的，要理解使用导丝占用空间117a上的参考点，例如表示导丝117的尖端的导丝占用空间末端部分。可以通过追踪像素值和重复的像素值阈值处理，来找到所述末端部分。
所截获的荧光图像190a然后被传递到配准器220。配准器220然后访问数据库175中与血管造影图的序列170a-170c相关联的元数据，并使用所述元数据以将所截获的参考荧光图像配准到血管造影图的序列170a-170c上。所述配准得到被沿公共坐标系对齐的荧光图像190a和血管造影图的序列170a-170c。
在一个实施例中，当前荧光图被配准到与所述当前荧光图像具有相同(在可选的裕度内)投影方向的所述血管造影图上。可以通过将荧光图190中的导丝117a匹配或适配到血管图170a中的脉管占用空间115a，来实现所述配准。
在一个实施例中，由配准器220实现的所述配准还考虑心脏的心脏活动，其将运动传到脉管115上。为此，装置200可以被布置有合适的接口器件，以接收ECG信号，用于在当前荧光图像190a的采集时确立当前心脏时相。
在其他实施例中，可以无需ECG而考虑所述心脏活动。例如，当贯穿荧光图的序列190a-190c追踪导丝尖端的形状和运动时，可以过滤该尖端的空间位置，从而获得心脏分量，其为近似于人类心率的“搏动”分量。从该滤出的搏动分量，可以推算心动周期，并且尤其可以推算图像190a的心脏时相。具体地，舒张末和收缩末仅为所述心动周期中的两个点，在其中所述分量指示为零，即方向回复运动。可以将相同的方法应用于血管图170a-170c，使用所述脉管上的区别特征点(例如血管分叉点等等)。此外，在血管图170a-170c中，脉管的一般形状允许在收缩(一般为血管树收缩)与舒张(一般为血管树扩张)之间较容易地区分。
所述配准过程涉及计算空间变换，其实现血管造影图的序列170a-170c与当前荧光图像190a的对齐。然后将来自血管造影图170a-170c之一的导丝占用空间117a的轮廓投影到所对齐的荧光图像190a上，以如此获得在荧光图像190a中表示脉管115的像素区域。然后输出描述该像素区域的图像中坐标，以如此形成“参考脉管占用空间”。
根据一个实施例，计算表示所述参考脉管占用空间的轮廓的图形覆盖符号。然后将所述符号覆盖在所述荧光检查图像上，以如此实现所谓的2D心脏路径图。
现在将所述参考脉管占用空间的坐标和导丝占用空间117a的坐标从配准器220传递到定位器230。
定位器230使用导丝占用空间117a和所述参考脉管占用空间的图像中坐标，以获得导丝占用空间117a相对于所述参考脉管占用空间并且在所述参考脉管占用空间内侧的位置。在所述参考脉管占用空间内侧的该位置然后允许确立设备117当前存在于其处的脉管的解剖学部分。定位器230然后访问医学数据库(未示出)并使用所考虑的解剖学的2D(对应于所述当前投影方向)或3D通用模型，以将处于所述参考脉管占用空间内的所述导丝占用空间的所述位置转换成识别所述解剖学脉管部分的识别标记，例如在左主干LAD(左前降支)与回旋支之间的主干分叉。由于所述识别不具有与所述图像数据相同的分辨率(由许多像素共用相同的标记)，通用模型，即非患者特异性解剖学模型，对于所述转换是足够的。下面将联系优化器260的操作更详细地解释所述3D通用模型。
处于所述参考脉管占用空间内的所述导丝占用空间的所述位置可以被称作感兴趣(脉管)区段(SOI)占用空间。所述SOI占用空间为脉管占用空间117a中表示在采集当前荧光图像190a的同时，脉管115中导丝117存在于其处的脉管区段的部分。换言之，所述SOI占用空间为所识别的部分的占用空间。
然后将如此识别的解剖学部分的所述识别标记作为输出从定位器230传递到识别器240。
识别器240使用该识别标记，以跨血管造影图175a-175c的序列确立对应的解剖学部分。为此目的，识别器240指示配准器220，以通过使用脉管115的通用模型实现对剩余血管图170b-170c的配准。将所投影的3D通用模型的占用空间与剩余血管图170b-170c中的所述脉管占用空间的每个相匹配，每个血管图170b-170c的每个投影方向均限定对应于所述3D模型投影在该方向的特定脉管占用空间。然后可以标记血管造影图175a-175c的每个中编码的所述各自的脉管占用空间。该标记也可以在前一阶段，当流量控制从定位器210传递到配准器220时执行。换言之，每个血管造影图均与字典数据结构相关联，所述字典数据结构适合于将所述各自脉管占用空间内的像素位置解析成识别所述脉管的所述各自解剖学部分的识别标记。
为了图示，针对血管造影图170c的所述识别标记被示为附图标记175a-175c。所述标记允许通过使用所述解剖学(参见下文)的所述通用模型，来跨血管造影图的序列170a-170c识别同一个解剖学部分，所述血管造影图中的任一个均编码关于所述解剖学结构的不同视图。
在一个实施例中，跨血管造影图的序列170a-170c对所述解剖学结构的所述标记在采集之后在先地执行或当识别器240调用时根据需要执行。优选地，在先地执行所述标记，以如此提升所述操作者在介入期间的实时体验。标记算法在C.Chalopin等人的“Modeling the3D coronary tree forlabelling purposes”，Medical Image Analysis5(2001年)，第301-315页中有描述。
识别器240然后将当前示出的荧光图像190a的当前投影方向和针对导丝117当前存在于其中并且如由定位器230在先确立的解剖学部分的所述识别标记传递到优化器260。
优化器260然后使用所述当前投影方向和所述识别标记，以从所储存的血管造影图的序列170a-170c检索优化视图。优化器260计算优化投影方向，并然后从所储存的血管造影图的序列170a-170c检索这样的一个，其投影方向(α、β)已被计算为在视图优度标准方面为最佳的。
根据一个实施例，优化器260计算对应于不同血管造影图170a-170c的每个可用视图的视图优度评分，并显示视图170a-170c中最优的，或可选择的一个，或针对每个视图优度标准的。
在一个实施例中，如果其评分较高或者情况可能是低于用户预定义的阈值，则认为视图为“最优”，从而“最优视图”为这样的视图的集合，其每个均具有高于或低于所述阈值的评分。如果有多于一个“最优”视图，则随机生成器可以被用于选择要被显示的视图，或者从所述集合中选择所述视图从而其投影方向最接近当前显示的荧光图像190a。
下文中，将描述若干不同的视图优度标准，以及可以如何实施优化器260以计算在那些观看标准或规范中的每个方面的优化视图。优化器260使用所述心脏脉管的形式模型用于所述优化。
根据一个实施例，所述模型为所述冠状脉管的几何学的标记通用平均模型。使用针对冠状动脉的几何学的解剖学先验，并将其形式化为平均几何冠状动脉模型。所述模型可以作为合适的树形数据结构被储存在存储器250中，其中，节点通过曲线段连接。脉管模型的范例可以参见J.TheodoreDodge等人的“Intrathoracic spatial location of specified coronary segments onthe normal human heart.Applications in quantitative arteriography,assessmentof regional risk and contraction,and anatomic display”，Circulation，1988，78，1167-1180页或306页，上文引用的Chalopin文章中的图5(b)。解剖学先验结果为关于预期图像结构的通用的非患者特异的知识，例如构成脉管的血管的一般形状和数目，或者举个人类图探测的例子，解剖学先验为头和躯干以及通常四肢等等的存在。
可以使用这样的冠状动脉模型的集合，其每个根据所述冠状优势度(右、平衡或左(这是主特性))，根据患者的性别、根据年龄，以及根据不同的心脏时相，以如此考虑所述脉管在不同心脏时相期间的扭曲。
优化器使用所述标记以将所述SOI映射到对应于所述SOI的模型段上，后文称作“SOI段”。在映射之前，优化器选择合适的模型，以匹配在当前荧光图190a的采集时间时的心脏时相。
在一个实施例中，在映射之前，可以调整所述平均冠状树，使得其在不同血管造影图170a-170c上的投影均正确地匹配在血管造影图170a-170c的每个或样本选集中所述2D分割的血管中的每个或选集。样本选集的大小是用户可定义的，并且可以为随机的或用户定义的。以此方式，可以相对于血管造影图的可用序列170a-170c，校准所述平均冠状动脉树。该校准或模型配准优选地在装置200的操作之前的准备阶段中实现。
优化器260然后跨所述模型投射投影线穿过所述SOI段，以如此在图像平面中生成模拟投影视图。每个投影线均表示所述序列的血管造影图170a-170c的可用视图或投影方向中的一个。
根据一个实施例，视图优度标准是由所述SOI占用空间定义的(如由识别标记所指定的)，所述SOI占用空间重叠尽可能少的所述脉管占用空间的周围部分，或者通过使重叠区域具有小于以合适的平方单位度量的可配置阈值面积值。该“低重叠度”标准可以通过保持对所投射的样本线交叉多少个段的追踪，而得以实施。然后将具有最少或小于用户可定义数目的交叉的投影方向作为最优或较优的投影方向(“视图”)输出。然后，从所述序列的血管造影图170a-170c，检索已在如此计算的最优或较优投影方向采集的所述血管造影图。
另一视图优度标准为所述SOI占用空间中的低透视缩短度。低透视缩短标准可以通过针对被投射通过所述SOI段的不同投影方向，追踪所述SOI段的所述投影的纵向曲线长度，而被强制实施。然后，将所述SOI段投影的所述长度与所述SOI段的真实长度进行比较。所述透视缩短度可以被表达为针对所投射的投影线的每个取得的投影长度与所述真实长度之间的比率。然后，可以将得到在单位的用户可定义裕度内的比率的投影方向输出为较优或最优投影方向。
根据另一实施例，视图优度标准为所述SOI占用空间的迂曲度。在该实施例中，以其更为旋绕的形式示出所述SOI占用空间的视图是优选的。该高迂曲度标准可以通过针对每个投影线计算所述SOI段沿其长度的所述投影的数学曲率的平均，而得以实施。然后，可以将得到最高迂曲度评分或高于用户可定义阈值的迂曲度的投影方向输出为在所述高迂曲度标准方面的较优或最优投影方向。在所述迂曲度标准方面的优化允许聚焦在具有高信息含量的血管造影图上，用于在因为所述脉管的旋绕部分而困难时的安全导航，并揭示那些困难位置的几何学。
优化器260被配置为根据所述用户可选的预定义视图优度标准，确立优化视图，或者被配置为基于那些预定义视图优度标准的加权平均或任意组合，确立所述优化视图。所述加权平均组合或其他组合允许在要在所述计算中包括多于一个标准时，达成折衷。所述加权平均或组合方案可以通过将在所述计算中获得的上文提及的客观值(重叠的数目或面积、透视缩短的长度、迂曲度)映射到公用评分量表，得以实施。然后通过范围在零与一之间的因数，加权所述量表上的那些评分点。所述因数表示临床医师赋予所述各自标准的重要性。用户可以然后设定在即将发生的临床环境中被视为合适的期望加权平均值。优化器260然后进行优化，以寻找产生在所设定的值的可定义裕度内的加权评分的投影方向。
在一个实施例中，所述优化器被配置为不仅完全针对合适所述SOI段，还针对与所述当前SOI段相邻的段，执行上述优化。用户可以通过在如此检索的血管造影图被显示在所述图形面板中时，键击或鼠标点击相邻的区段，进行指定。
优化器也可以被配置为在先于装置200的操作的准备阶段中，针对所述标准中的每个，计算所述优化视图。在离线场景中，针对每个解剖学部分并针对每个视图优度标准，最优观看方向可以被记录在表格中。所述表格可以由具有行和列的一族矩阵形成，每个条目均指示针对(在行中指示的)各自部分和如每列所指示的各自标准的最优视图在(α、β)或仅α或仅β方面的区间。当在离线模式操作时，优化器260则使用针对感兴趣解剖学部分的所述识别标记，以针对所述期望标准中的每个，查找最优视图的区间。那些区间然后被用于从所述序列的血管造影图170a-170c中检索其投影方向落入所述各自区间的那些血管造影图。
在优选的实施例中，装置200被配置为在所述装置的所述操作期间，根据需要实时地计算所述优化视图。
根据一个实施例，优化器260被编程为从所述序列的血管造影图170a-170c中检索联合提供较优或最优视图的一组两个或多个血管造影图。如由优化器260确定的所述组的血管造影图被联合优化，其在于所检索的组针对所述三个或多个观看标准中的每个，包括提供在该观看标准方面的最优或较优视图的至少一个血管造影图。例如，所述组中的一个血管造影图170b可以提供在低透视缩短标准方面的最优视图，但可能在低重叠观看标准方面不是最优的。在联合优化时，优化器260确保所述如此检索的组包括至少一个另外的血管造影图170c，其补充血管造影图170b，在于血管造影图170c在所述低重叠标准方面是最优的。换言之，优化器260确保所述组中总是有一个这样的血管造影图，其补充(“互补于”)所述组中的另一个血管造影图，由此补偿所述另一血管造影图的缺点以满足所述观看标准中的任一个。
根据一个实施例，处理单元被配置为绕过所述优化，以针对导丝117的每个当前位置自动地检索这样的参考血管造影图，使其投影方向与当前采集并显示的荧光图像190a的投影方向对齐。在所述当前荧光图没有精确匹配可用视图中的任意一个的情况中，对齐在用户可定义的偏差裕度内。在检索到参考血管造影图时，优化器则被配置为使得然后检索并优化的血管造影图170a针对所述观看标准中用户可选择的一个为互补的，或者使得在所述优化的组的血管造影图中存在至少一个与当前检索的参考血管造影图互补的血管造影图。如果在所述介入期间的任意给定时间都没有检索到参考血管造影图，并且所述操作者然后请求一个，则重新计算所述当前检索的优化的血管造影图或所述组的互补血管造影图，以确保与现在请求的参考血管造影图的互补性。在一个实施例中，如果所述用户请求，则所述组还包括关于与所述SOI段相邻的段互补的血管造影图。在该实施例中，所述组的血管造影图包括至少一个这样的血管造影图，其在所述观看标准中的至少一个方面，在所述相邻段上提供最优或较优视图。
随着操作者改变导丝117的位置，并且采集编码了导丝占用空间的新图像中位置的新荧光图像190b，所述装置将该新导丝占用空间作为新输入，将其转换成新SOI，以更新并重新计算新优化血管造影图或一组血管造影图，如上文所阐述。以该动态方式，用在所述介入期间采集的所述序列的荧光图190a-190c，然后每次一个或多个地检索对应序列的优化血管造影图170i-170k用于显示。在图1的右手侧通过一套从左到右的箭头，指示该对应性。优化器260确保所述序列的检索的血管造影图170a-170c的所述投影方向在所述介入期间总是提供关于所述SOI的最优或较优联合信息。
然后从数据库175检索血管造影图170a-170c或所述组的血管造影图——其提供如由优化器260计算的所述优化视图或联合优化视图，并将其传递到图形显示生成器270，以绘制所检索的血管造影图或血管造影图的组用于显示。然后在屏幕119上的补充窗格(一个或多个)中显示如此检索的最优或较优血管造影图或所述组的互补性血管造影图(在图1中仅示出一个补充窗格280b)，由此代替先前计算并显示的血管造影图。
根据一个实施例，观看窗格280包括两个窗格，如在图1中的实施例中所示，即，针对当前荧光图像190a的参考窗格280a和补充窗格280b，补充窗格180b示出这样的血管造影图，其投影方向已被优化器260计算为满足当前选择的视图优度标准或满足全部所述视图优度标准的组合。
根据另一实施例，面板280包括两个或多个补充观看窗格，每个窗格显示所检索的组的血管造影图中在所述观看标准中的任一方面提供互补性视图的血管造影图。
在优选的实施例中，所述图形面板包括专用窗格，其针对与当前显示的荧光图190a对齐的参考血管造影图。在该情况中，经优化并显示的血管造影图或一组血管造影图互补于所述参考血管造影图。
根据一个实施例，在各自优化中使用的所述视图优度和或所述客观值被显示在各自窗格280a、280b中，在所显示的投影图像170a、170b旁边。
根据一个实施例，提供简单的用户交互器件(图1中未示出)，以允许用户快速选择所显示的血管造影视图中的一个，由此实现在所选择的血管造影视图的投影方向对新荧光图像的采集。由所述组的血管造影图提供的所述视图的互补性以及被提供在所述观看窗格上的所述注释信息(例如所述视图优度评分)帮助用户在介入的给定时刻选择最合适的介入荧光视图。在一个实施例中，所述交互器件是通过使所述窗格被布置为GUI窗口部件，其响应于鼠标点击，以实现对所述新荧光图的所述采集，然后将所述新荧光图与所点击的包括所述血管造影图的窗格280a、280b上的投影方向对齐。
根据一个实施例，观看图形面板窗格280被分成单独的窗格，每个窗格可由用户根据期望在屏幕119上定位。可选地，所述观看窗格可以跨多于一个屏幕被分布，一个或多个窗格被显示在所述多个屏幕中的每个上。在一个实施例中，对血管造影图117a-117c的所述检索被控制为使得为观看者实现在随后检索并显示的血管造影图之间的平滑过渡。该平滑过渡的效果可以通过在相同观看窗格中顺序地短暂渐显次优的血管造影图，并针对每个次优血管造影图的显示，显示相同的持续时间，而得以实现。所述持续时间越长，则它们各自的视图优度与所述最佳的一个越接近。最终，在一序列的短暂显示的次优血管造影图之后，显示所述最佳血管造影图。
也可以通过使优化器260强制执行在角度接近度方面限定的另外的视图优度标准，将过渡平滑度付诸实践。在该实施例中，优化器160将在重叠、透视缩短和迂曲度方面的优化约束在当前显示的血管造影图附近的用户可定义的角度区域。
任意随后检索并显示的优化血管造影图必须使它们的投影方向在该角度区域内。
根据一个实施例，通过在后续采集的血管造影图170i-170k的投影方向上增加在角度接近度方面另外的视图优度标准，强制执行过渡的平滑。追踪先前检索的血管造影图的所述投影方向，并将其用于控制在后续血管造影图检索中的优化。换言之，鼓励后续血管造影图170k保留在先前检索的血管造影图170i-170j的投影方向的用户可定义角度裕度内。该角度接近度视图优度评分与上文提及的其他视图优度标准(重叠、透视缩短、迂曲)一起被使用。可以通过所述组中血管造影图170b之间，或当前血管造影图170i或多个血管造影图与后续要检索的血管造影图170j-170k或多个血管造影图之间的所述角度偏差的递减函数，来定义该角度接近度评分。所述角度偏差越低，则对应的评分越高，因此在与其他视图优度评分组合时，鼓励在所述评分内的角度接近度。
图2中的流程图总结了由装置200执行的方法的基本步骤。
在步骤S305中，接收当前荧光检查图像190a及其投影方向。
在步骤S310中，将所述导丝的占用空间的当前图像位置和通用脉管模型用于从先前采集的2D血管造影图170a-170c的序列检索所述投影图像。
如此检索的补充图像在被显示时，示出所述脉管的至少部分占用空间，并且当相对于视图优度标准来度量时，与来自所述血管造影图的序列的至少一个血管造影图相比，提供在所述设备当前位于其中的所述感兴趣区域处的所述脉管的更优视图。所述标准可选自多个标准。也可以使用所述多个视图标准的加权平均或任意组合。
在步骤S320中，生成用于在屏幕中显示的图形面板。
如此生成的图形面板包括所述当前荧光检查图像和所检索的补充投影图像。
在步骤S330中，确定新荧光图像是否已被接收，指示所述导丝已前进通过所述脉管并因此已改变其在所述成像的感兴趣区域中的位置。
在接收到新荧光检查图像时，所述装置被配置为重复上述步骤S310，并然后在步骤S330中将所述图形面板更新为现在包括与新检索的后续补充投影图像一起的新接收的荧光图像。
根据一个实施例，检索所述补充投影图像的所述步骤包括步骤：重新定义所述网络中的所述感兴趣区域，被配置为使用该区域的识别器以检索所述补充图像。
在本发明的另一示范性实施例中，提供一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，适于在合适的系统上运行根据前述实施例之一的所述方法的所述方法步骤。
所述计算机程序单元因此可以被储存在计算机单元上，其也可以为本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导执行上述方法的步骤。而且，其可以适于操作上述装置的部件。所述计算单元可以适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被载入数据处理器的工作存储器。所述数据处理器因此可以被装配为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖以下两者：从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于更新将现有程序转为使用本发明的程序的计算机程序。
进一步地，所述计算机程序单元可以能够提供用于履行上述方法的示范性实施例的所述程序的全部所需步骤。
根据本发明另外的示范性实施例，提供一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有被储存于其上的由其他部分描述的计算机程序单元。
计算机程序可以被存储和/或发布在与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的合适的介质上，例如光学储存介质或固态介质，但也可以以其他形式发布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。
然而，所述计算机程序也可以被提供在诸如万维网的网络上，并且可以从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明另外的示范性实施例，提供一种用于使计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明前述实施例之一的方法。
必须指出，本发明的实施例是参考不同主题进行描述的。尤其地，一些实施例参考方法型权利要求进行描述，而其他实施例参考装置型权利要求进行描述。然而，本领域技术人员将从以上及以下描述获悉，除非另行指出，除属于一种类型主题的特征的任意组合以外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为被本申请公开。然而，可以组合所有特征，提供大于特征的简单加合的协同效应。
尽管已在附图和前文的描述中详细图示并描述了本发明，但要将这种图示和描述视为示例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。本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及权利要求书的研究，可以理解并实现对所公开实施例的各种变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且定语“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的多个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措施。权利要求书中的任意附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种用于辅助在管状结构的网络(115)中导航设备(117)的装置(200)，包括：
输入单元(205)，其被配置为接收当所述设备存在于所述管状结构的网络中时在第一投影方向采集的当前参考投影图像(190a)，所述投影图像在被显示时示出所述设备的占用空间；
处理单元(201)，其被配置为使用所述占用空间的当前图像中位置和所述网络的模型，来从先前采集的2D投影图像的序列(170a-170c)检索补充投影图像(170a、170i)，如此检索的补充图像在被显示时示出所述网络(115)的至少部分占用空间(115a)，所述如此检索的补充图像提供在所述设备当前存在于其处的感兴趣区段处的沿第二投影方向关于所述网络的视图；
图形显示生成器(270)，其被配置为生成用于在屏幕上显示的图形面板(280)，所述图形面板(280)包括所述当前投影图像和所述补充投影图像，所述装置被配置为当在所述输入单元(205)接收到新投影图像(190b)时更新所述图形面板，经更新的面板然后包括所述新投影图像(190b)和新检索的补充投影图像(170j-170k)。
2.如权利要求1所述的装置，所述多个2D投影图像是先前在不同投影方向采集的，当相对于来自多个标准的第一视图优度标准或多个不同视图优度标准的组合来度量时，所述补充图像的所述第二投影方向提供与来自所述序列的另一投影图像(170b-170c)相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图，其中，所述标准或所述标准中的任一个考虑以下中的任一个：(i)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低重叠度，(ii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低透视缩短度，(iii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的高迂曲度，所述处理单元被配置为基于所述网络模型来计算针对所述视图优度标准的评分。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述处理单元被配置为与所述补充图像(170a、170i)一起检索参考补充图像，所述参考补充图像具有与所述当前参考投影图像(190a)基本上相同的投影方向，当相对于所述第一视图优度标准来度量时，所述补充投影图像提供与所述参考补充图像相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图，所述补充图像(170a)和所述参考补充图像由此一起提供关于所述感兴趣区段的互补视图。
4.如权利要求2所述的装置，其中，所述处理单元被配置为与所述补充图像(170a、170i)一起检索另外的补充图像(170b)，当相对于不同于所述第一视图优度标准的第二视图优度标准度量时，所述另外的补充图像(170b)提供与所述补充图像(170a)相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图，所述两个补充图像(170a、170b)由此一起提供关于所述感兴趣区段的互补视图。
5.如权利要求2-4中的任一项所述的装置，其中，所述图形显示生成器(270)被配置为生成用于在所述面板上显示的注释信息，所述注释信息包括针对所述补充图像(170a)的所述视图优度标准的计算的评分和/或包括针对所述评分的所述计算而计算或使用的一个或多个客观参数或值。
6.如权利要求4-5中的任一项所述的装置，其中，另外的视图优度标准考虑：(iv)所述补充投影图像(170a、170i)的投影方向与所述另外的补充投影图像(170b)的投影方向的角度接近度，或所述补充投影图像(170a、170i)的投影方向与所述新检索的补充投影图像(170j-170k)的投影方向的角度接近度。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的装置，其中，所述管状结构的网络能够随着时间推移采取不同形状，其中，所述网络模型为来自不同网络模型的选集中的一个，所述不同网络模型中的每个对应于所述不同形状中的一个，所述处理单元被配置为选择所述网络模型，以对应于所述网络在所述当前投影图像(190a)的采集时间的形状。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的装置，其中，所述图形显示生成器(270)被配置为使用所述设备的所述当前图像中位置，来将所述设备的图形表示覆盖在如被包括在所述图形面板(280)中的所述补充投影图像中的对应位置处，或者被配置为在所述参考投影图像上覆盖如在所述补充投影图像中示出的所述感兴趣区域的图形表示。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的装置，其中，所述图形显示生成器(270)被配置为在如被包括在所述图形面板(280)中的所述补充投影图像中对所述感兴趣区域进行颜色编码。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的装置，其中，设备为医学导航设备，并且所述管状结构的网络(115)为冠状脉管，所述当前参考投影图像190a为存在于所述冠状脉管的冠状血管中的所述导航设备(117)的荧光检查图像，所述导航设备(117)例如为导丝，并且所述补充投影图像为所述冠状脉管的血管造影图。
11.一种辅助在管状结构的网络中导航设备的方法，所述方法包括：
接收(S305)当所述设备存在于所述管状结构的网络中时在第一投影方向采集的当前投影图像，所述投影图像在被显示时示出所述设备的占用空间；
使用所述占用空间的当前图像中位置和所述网络的模型，来从先前采集的2D投影图像的序列检索(S310)补充投影图像，如此检索的补充图像在被显示时示出所述网络的至少部分占用空间，所述如此检索的补充图像提供在所述设备当前存在于其处的感兴趣区段处沿第二投影方向关于所述网络的视图；
生成(S320)用于在屏幕上显示的图形面板，所述图形面板包括所述当前投影图像和所述补充投影图像，所述装置被配置为当在所述输入单元接收到新投影图像时，更新所述图形面板，所更新的面板然后包括所述新投影图像和新检索的补充投影图像。
12.如权利要求11所述的方法，所述多个2D投影图像是先前在不同投影方向采集的，当相对于第一视图优度标准或多个不同视图优度标准的加权组合来度量时，所述补充图像的所述第二投影方向提供与来自所述序列的另一投影图像(170b-170c)相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图，其中，所述标准或所述标准中的任一个考虑以下中的任一个：(i)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低重叠度，(ii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的低透视缩短度，(iii)所述占用空间中表示所述感兴趣区段的部分的高迂曲度，所述处理单元被配置为基于所述网络模型计算针对所述视图优度标准的评分。
13.如权利要求12所述的方法，包括：
与所述补充图像(170a)一起检索(S330)另外的补充图像(170b)，当相对于不同于所述第一视图优度标准的第二视图优度标准来度量时，所述另外的补充图像(170b)提供与所述补充图像(170a)相比，在所述感兴趣区段处关于所述网络的更优视图，所述两个补充图像(170a、170b)由此一起提供关于所述感兴趣区段的互补视图。
14.一种X射线成像器支持系统，包括：
-数据库(175)，其保存所述2D补充投影图像；
-根据权利要求1-10中的任一项所述的装置(200)；
-X射线成像器(100)；
-屏幕(119)。
15.一种用于控制根据权利要求1-10中的一项所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元在被处理单元运行时，适于执行根据权利要求10-13的所述的方法的步骤。
16.一种其上储存有如权利要求15所述的程序单元的计算机可读介质。
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