CN104905769B - 用于显示血管的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于显示包括栓塞血管段的患者血管的方法，包括以下步骤：在注射造影剂之后拍摄第一容积数据组(S1)，根据第一容积数据组定位栓塞血管段的近端和/或远端(S2)，基于所定位的栓塞血管段近端和/或远端定义第二容积数据组的拍摄区域(S3)，拍摄第二容积数据组(S4)，从第二容积数据组中分割出栓塞血管段(S5)，拍摄荧光透视图像(S6)并且将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加(S7)。

Description

用于显示血管的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于显示包括栓塞血管段的患者血管的方法和装置。
背景技术
血栓症是一种血管病，会在血管内形成血凝块(血栓)并且将其部分或者完全堵塞。血栓可能会在所有血管内出现。当发生缺血性中风(最为常见的中风形式)的时候，血栓就会堵塞动脉。血栓导致其远端的血流区域灌注不足。
为了治疗血管病尤其是血栓症，已知可将微导管送入患者的血管系统之中，以溶解或者去除血栓。当前优先选用的方法是利用所谓的支架取栓器实施所谓的机械式血栓切除术。在此，引导支架取栓器穿过血栓，然后沿着血栓的长度放入编织网(类似于支架)。经过很短的一段时间之后(例如大约5分钟)，支架取栓器的网眼就会陷入在血栓中，然后就可以将支架取栓器与陷入其中的血栓一起从血管向外拉出。
上述方法的挑战性任务是利用支架取栓器的网眼抓住完整的血栓。如果不成功并且仅仅去除了一部分血栓，则可能会将血栓的碎片夹带到原血栓位置远端的血管系统其它侧支之中，从而有可能引起严重的负作用(例如远端的血管区域继续堵塞)。因此对于治疗医师而言，重要的是识别血栓的位置和长度，以使其
a)能够安全可靠地导航穿过血栓(不刺破血管)，并且
b)能够适当移动支架取栓器的远端，使得支架取栓器可靠抓住整个血栓。
已知一种使得血管结构可视化的方法是所谓的数字减影血管造影(DSA)，就是从原生图像(掩膜图像，不注射造影剂拍摄的图像)减去对比的X射线图像(注射造影剂之后的X射线图像)。以这种方式产生的合成图像基本上仅包含通过造影剂标记的血管，至少在很大程度上隐去了背景(软组织，骨头)。例如当血栓在动脉中的时候，就将造影剂注入动脉。由于血栓引起血管闭塞，造影剂就会停在血栓的近端，从而几乎无法识别血栓的位置和长度。因此医师不仅缺少血栓区域内的动脉血管走向信息，也缺少血栓总长的信息。
以静脉注射造影剂的方式制作所谓的3D扫描(容积扫描)，可以部分解决这一问题。如果注射造影剂与采集3D扫描之间的等待时间足够长(并且闭塞血管段的侧支供应至少充分)，那么栓塞血管就会逆行(向后)灌注，这样即可向医师显示血栓的远端。以这种方式让医师知道血栓的近端和远端位置。但是该方法比较复杂而且耗费时间。
即使这种不仅技术复杂而且操作繁琐的扫描的所有参数(造影剂报告，计时，侧支供应，重建方式)均很顺利的时候，以下数据依然不全或者不存在：
a)栓塞血管的血管走向：仅仅知道血栓的近端和远端。医师仍然必须在血栓之内“盲目”导航，因此损伤血管(例如刺穿)的危险很高。
b)血栓的长度：视已知固定点(血栓的近端和远端)之间的血管走向而定(直线或者弯曲)，会产生不同的血栓长度。由于要使用的血栓切除器械(支架取栓器)应当尽可能符合血栓的长度，所以医师无法根据显示图像了解要使用的器械的最佳长度。在此应考虑到太短的支架取栓器会引起以上所述的问题。而过长的支架取栓器则会在导航穿过血管系统时增大难度，并且也会因此增大损伤血管的风险。
发明内容
以此为背景，本发明的任务在于阐述用于显示血管的方法和装置，所述方法和装置能够以尽可能简单并且利用尽可能小的辐射剂量来显示堵塞的血管段。
按照本发明所述，采用具有按照本发明所述特征的一种方法以及具有按照本发明所述特征的一种装置，即可解决这一任务。
本发明所述的方法包括以下步骤：
-拍摄第一对比的容积数据组(在注射造影剂之后拍摄)，
-根据第一容积数据组定位栓塞血管段的近端和/或远端，
-基于已定位的栓塞血管段近端和/或远端定义第二容积数据组的拍摄范围，
-拍摄第二容积数据组，
-从第二容积数据组中分割出栓塞血管段，
-拍摄荧光透视图像，并且
-将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加。
本发明所述的装置尤其适合用来执行本发明所述的方法，所述装置包括用于拍摄容积数据组和荧光透视图像的拍摄装置，并且包括控制和计算装置，所述控制和计算装置用于控制拍摄装置、从容积数据组中分割出栓塞血管段、以及将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加。
按照本发明所述，首先拍摄人体或动物体的感兴趣区的第一图像数据组，所述图像数据组是容积数据组(3D扫描)。例如可以利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRT)进行拍摄，或者尤其优选通过基于C形臂的成像装置进行拍摄(拍摄C形臂CT数据组)。在注射造影剂之后进行拍摄，以便获得血管系统的良好图像。优选在动脉内注射造影剂之后进行拍摄，但是原则上也可以进行静脉内注射造影剂。关键在于第一容积数据组包含有血栓的感兴趣血管的图像。这就是说，在第一容积数据组中包含了直至血栓近端和/或始于血栓远端的血管图像。在第一容积数据组中通常没有通过造影剂对血栓本身(也就是闭塞的血管段)进行对比，因此无法或者很难看出血栓。
在第二步骤中定位“血管中断点”，也就是血栓的近端，或者若为静脉内注射造影剂，则必要时定位血栓的远端。也就是确定血栓近端和/或远端的位置。可以在屏幕上手动执行该操作，例如使用计算机的输入设备，或者由图像处理系统(计算装置)自动执行该操作。
在第三方法步骤中规定用于采集另一个图像数据组的拍摄区域，其中该拍摄区域任何情况下都小于第一容积数据组的拍摄区域。第二容积数据组仅仅包含第一容积数据组的局部空间区域。这种方式的目的在于，将由于第二拍摄造成的患者的辐射剂量保持在尽可能小的程度。选择第二容积数据组的拍摄区域，使得保证包含栓塞血管段的全部区域(也就是整个血栓)。为此优选如下选择拍摄区域，使得基本上通过预期血栓的长度确定大小。例如可以如下选择拍摄区域的尺寸定义(例如直径或者长度)，使得基本上(50％以上)通过预期血栓的长度予以确定。这样就可将拍摄区域有针对性地设定在血栓的区域之中或者周围。
在第四方法步骤中采集第二容积数据组。例如可以利用计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRT)进行拍摄，或者尤其优选通过基于C形臂的成像装置进行拍摄(拍摄另一个C形臂CT数据组)。有针对性地在之前所定义的包含血栓的拍摄区域内拍摄第二图像数据组。也就是有针对性地在血栓区域内、尤其在小于第一图像数据组的容积区域的容积区域之内拍摄第二图像数据组。也就是有针对性地仅仅照射或拍摄血栓区域。为此可以使患者重新回到中心位置(拍摄装置的等中心)，其中进行相应的准直。替代地，也可以在3D采集过程中进行非对称准直，这样就不需要重新定位患者。在第二容积数据组中可以看见包括栓塞(闭塞)血管段的整个血管。即该图像数据组包含血栓区域内的血管走向显示图像。为此可适当选择拍摄参数和/或显示参数，从而也能在栓塞血管段区域内实现良好的对比度。在此，拍摄优选不基于通过造影剂进行对比，其恰恰无法显示闭塞的血管段。例如可以选用基本上为人所知并且能够区分不同物质的所谓双能量图像拍摄来显示血栓。在此使用不同的能量(X射线能量)照射感兴趣区域。由于拍摄区域局限于栓塞血管段的周围，因此可以将患者的辐射剂量减小到最低程度。
接着分割出栓塞的血管段(必要时包括与健康血管段之间的过渡段)，也就是将其与周围的结构分离。可以在介入前、也就是时间上在治疗患者之前执行上述方法步骤，尤其是拍摄第一图像数据组，和必要时也拍摄第二图像数据组。
在治疗过程中按时间顺序依次拍摄一系列图像数据组，这些图像数据组尤其可用来以视觉显示血管系统的方式方便医师在血管系统之内导航。也可以将这些所谓的介入荧光透视图像称作实时图像。在此优选是空间二维投影，其中为了更好地确定方位，也可以产生按时间顺序的容积数据组。荧光透视图像优选拍摄成非对比的图像(也就是不通过造影剂进行对比)，并且尤其显示介入工具(尤其是支架取栓器)。
将分割的血栓叠加在实时图像上，以便能够引导微导管或支架取栓器可靠、安全通过血栓。在显示装置(屏幕，监视器)上显示叠加图像。
采用本发明所述的显示方法能够特别安全可靠地执行血栓切除术。
原则上也可以在介入过程中拍摄第二容积数据组并且分割出栓塞血管段。必要时可以在完成治疗之后，尤其可以在去除血栓之后拍摄另一个图像数据组，类似于拍摄第二图像数据组，以便识别可能留下的血栓碎片。
实时图像本身可以包含血管或者血管树的图像，为此必要时可以将其与之前拍摄的血管树图像(例如第一容积数据组)叠加。因此可以在第一容积数据组、从第二容积数据组中分割出的血栓以及荧光透视图像的叠加中看出根据本发明的方法的一个方面，其中，所述第一容积数据组显示造影剂对比后的血管系统(尤其没有血栓)，并且荧光透视图像可按照时间分辨地显示介入工具。
在本发明所述方法的一种优选实施方式中，使用不同的能量(X射线能量)拍摄第二容积数据组(双能量法)。例如可以通过切换X射线管的方式，或者也可以使用双平面系统的两个平面的不同电压予以实现。可针对血栓的典型成分调整或优化不同的电压和/或能量。使用不同的X射线能量尤其能够在不使用造影剂的情况下显示栓塞的血管段。双能量法原则上是早已为人所知的现有技术，因此以下不再予以赘述。重要的是可以通过不同的X射线能量将流动的血液与凝块的血液区分开来，从而使得血栓可见。可以通过分析拍摄数据将血栓与周围结构分离(3D分割)。
因此第二容积数据组优选是非对比的容积数据组。这种方式进行附加扫描不需要给患者额外注射造影剂，因此该方法特别有利于所谓的多病症患者(例如肾脏问题等等)。限制到血栓的附近区域或周围环境还可以减少辐射剂量。通过事先的第一扫描(第一容积数据组)定位患者血管系统中的血栓，一般来说总是需要进行这次扫描来显示血管系统。
在本发明所述方法的一种优选实施例中，通过定义拍摄区域中心点来定义第二容积数据组的拍摄区域。换句话说，就是规定一个中心点，该中心点形成拍摄区域的中心点。优选将该中心点设定在栓塞血管段的区域之中，例如栓塞血管段的近端或远端，或者设定在近端和远端之间的某个区域之中。根据第一图像数据组确定血栓的近端和/或远端。由于使用造影剂进行对比，因此在第一图像数据组中应可特别清晰地识别血栓的近端和/或远端。
在另一种优选实施例中，将第二容积数据组的拍摄区域定义为具有预定半径(或直径)的球形容积。为此优选通过图像处理系统定义球形容积(虚拟球)的中心点，例如在血栓的近端或远端，或者在此之间。定义球形容积的半径，该半径经过适当选择，使得整个血栓根据中心点的位置肯定处在球形容积之内。为此假设一个最大血栓长度(根据经验值)并且加上预定的安全余量。如果将中心点设定在血栓的近端或者远端，假设最大血栓长度为16mm并且安全余量为4mm，则得出半径例如为20mm。
如果已知血栓的近端和远端两者(例如由于静脉注射造影剂)，则优选将虚拟球的中心点设定在血栓近端和远端之间的某个区域之中，优选设定在中间。以这种方式可以缩小第二容积数据组的拍摄区域。例如在这种情况下可以选择将球形容积的半径作为血栓近端和远端之间的一半距离，外加安全缓冲区。
优选有针对性地在所定义的拍摄区域内拍摄第二容积数据组。对此尤其可理解为将X射线有针对性地指向第二拍摄区域，使得邻近的区域(沿着患者的纵轴线)几乎没有或者没有辐射剂量。优选将拍摄装置(照射装置，X射线装置)的等中心设定在拍摄区域的中心点。在采集3D扫描的时候将照射区域限制到虚拟球可使得辐射剂量特别小。
在本发明所述方法的另一种优选实施例中，根据第二容积数据组确定栓塞血管段的长度和/或走向。即不仅显示栓塞血管段，而且也计算血栓的尺寸或者空间走向。可以根据第二容积数据组的数据，使用合适的方法进行计算。
优选基于所确定的栓塞血管段长度和/或走向，确定用于治疗栓塞血管段的介入器械。因此优选根据对血栓长度和/或走向的了解确定用于治疗血栓要使用的介入器械(尤其是支架取栓器)的长度。介入器械的长度在此优选等于血栓长度加上预定的余量。以这种方式可以确定支架取栓器的最佳长度。
在本发明所述方法的另一种优选实施例中，将分割出的栓塞血管段与第一容积数据组或者从中重建的投影图像叠加。以这种方式可以看见包括血栓的整个血管走向。
利用本发明所述的装置也可以实现关于本发明所述方法所述的优点。
附图说明
以下还将根据在附图中所示的优选实施例对本发明进行详细说明。其中：
图1是用以表示本发明所述方法的一种实施例的方法步骤流程图，以及
图2是用于执行本发明所述方法的装置。
具体实施方式
以下将根据图1说明本发明所述方法的一种实施例所述的各个方法步骤。
在第一步骤S1(拍摄第一容积数据组)，首先优选在介入前采集第一容积数据组(图像数据组)。第一容积数据组用于显示血管系统的“地图”。为此可以使用医学采集设备，例如计算机断层扫描仪、磁共振装置或者C形臂设备。从不同的投影方向拍摄对比的投影图像，然后以基本上已知的方式通过图像重建将其重建为空间三维容积数据组。由于使用造影剂进行对比，在容积数据组中应可特别清晰地识别血管。优选根据所谓的数字减影血管造影原理进行拍摄，也就是从造影剂对比的图像中减去原生图像。
在第二步骤S2(定位栓塞血管段)，根据包含对比的血管的第一容积数据组手动或者通过图像识别算法定位血管堵塞(血管闭塞，狭窄，血栓)。由于通过造影剂进行对比，因此能够可靠、方便地进行定位。定位栓塞血管段尤其涉及堵塞部位也就是血栓的近端或者远端。
在第三步骤S3(定义第二容积数据组的拍摄区域)，根据血栓位置定义用于拍摄第二容积数据组的第二拍摄区域。第二拍摄区域空间上小于用来拍摄第一容积数据组的第一拍摄区域。第二拍摄区域包含整个栓塞血管段。为此可将第二拍摄区域的中心点设定在栓塞血管段的区域之中，并且基于关于栓塞血管段最大尺寸的经验值定义拍摄区域的半径(或者直径)。
在第四步骤S4(拍摄第二容积数据组)，拍摄第二容积数据组。例如可以在介入之前拍摄，但是必要时也可在介入过程中拍摄。使用尤其能够在不通过造影剂进行对比的情况下显示血栓的不同X射线能量进行拍摄。
在第五步骤S5(分割出栓塞血管段)从中分割出第二容积数据组中显示的栓塞血管段。可以使用原则上已知的方法，例如使用基于阈值的方法进行分割。
在介入过程中拍摄一系列荧光透视图像(步骤S6，拍摄荧光透视图像)。按照时间顺序依次快速拍摄荧光透视图像，从而形成影片。荧光透视图像包含介入工具的显示图像，并且可以将其与第一容积数据组中的相应反投影叠加，以便显示血管走向。但是原则上也可以使用其它技术在荧光透视图像中显示血管走向。原则上也可以考虑注射造影剂拍摄荧光透视图像。
在第七步骤S7(将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加)，将分割出的栓塞血管段与介入荧光透视图像(实时图像)叠加。以这种方式可在荧光透视图像中显示原始荧光透视图像中没有包含的闭塞血管段。然后医师就能安全通过血栓，因为可以在叠加图像中识别血栓的准确位置和长度。为此优选在显示装置(屏幕)上显示叠加图像。优选利用C形臂设备拍摄荧光透视图像。
图2所示为本发明所述装置10的一种实施例，尤其可以利用该装置执行本发明所述的方法。该装置包括拍摄装置30，即X射线设备，尤其是C形臂设备。拍摄装置30包括固定在C形臂31上的X射线源32和X射线探测器33。C形臂31可以围绕患者卧榻38转动。所述X射线探测器33优选是能够产生平躺在患者卧榻38上的患者40的数字X射线图像的数字探测器。C形臂可移动地悬挂在机架34上。
通过控制和计算装置35控制C形臂的运动和X射线图像的采集。可以将通过X射线探测器33采集的数字X射线图像传输给控制和计算装置35并且在这里进行处理。控制和计算装置35可访问数据存储器36，该数据存储器适合或配置用于保存X射线图像。控制和计算装置35以及数据存储器36可以是计算机37的一部分，所述计算机可以是例如PC机、工作站或者拍摄装置30的控制台。除此之外，也可以有用来显示X射线图像的屏幕，以及键盘和/或鼠标之类的输入设备。
拍摄装置30适合并设置用于拍摄容积数据组和时序图像(荧光透视图像)。以这种方式可以使用同一个设备(不需要移动患者)拍摄本发明所述方法的所有数据组(第一和第二容积数据组和荧光透视图像)。控制和计算装置35设置用来从容积数据组中分割出栓塞血管段、将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加。控制和计算装置35优选还设置用来识别第二容积数据组中的栓塞血管段(血栓)以及标记血栓的近端和/或远端。
尽管通过优选实施例对本发明进行了详细描述，但是本发明并非局限于所公开的实施例，专业人士可以据此得出不脱离本发明保护范围的其它变形方案。

Claims (8)

1.一种用于显示患者(40)的包括栓塞血管段的血管的装置，具有：
-用于拍摄容积数据组和荧光透视图像的拍摄装置(30)，以及
-控制和计算装置(35)，所述控制和计算装置用于
-控制所述拍摄装置(30)拍摄对比的第一容积数据组(S1)，
-根据第一容积数据组定位栓塞血管段的近端和/或远端(S2)，
-基于已定位的栓塞血管段近端和/或远端定义第二容积数据组的拍摄范围(S3)，
-拍摄非对比的第二容积数据组(S4)，
-从第二容积数据组中分割出栓塞血管段(S5)，
-拍摄荧光透视图像(S6)，并且
-将分割出的栓塞血管段与荧光透视图像叠加(S7)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用不同的能量拍摄所述第二容积数据组。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过定义拍摄区域中心点来定义第二容积数据组的拍摄区域，其中，将所述中心点设定在栓塞血管段的区域之中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，将第二容积数据组的拍摄区域定义为具有预定半径的球形容积。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，在所定义的拍摄区域内有针对性地拍摄第二容积数据组。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，根据所述第二容积数据组确定栓塞血管段的长度和/或走向。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，基于所确定的栓塞血管段长度和/或走向，确定用于治疗栓塞血管段的介入器械。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，将分割出的栓塞血管段与所述第一容积数据组或者与从中重建的投影图像叠加。
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