CN105832363A - 介入性成像和数据处理 - Google Patents

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Abstract

一种成像系统包括发射横穿检查区域的辐射的辐射源(110)。控制器(116)启动辐射源(110)以发射辐射并停用辐射源(110)以停止辐射发射。控制器(116)有选择地启动辐射源(110)以在一个或多个预定角度发射辐射。在另一实施例中，该成像系统包括基于所述图像数据生成被扫描受试者的感兴趣对象的虚拟三维图像的数据处理部件(124)。在另一实施例中，该成像系统与数据操纵和打包部件(128)通信，所述数据操纵和打包部件基于体积图像数据至少生成二维或三维数据集并在提供给远程系统(132)的对象中打包所述数据集，所述远程系统操纵所述数据集并在其中导航。

Description

介入性成像和数据处理
本申请是2009年7月14日提交的申请号为200980130000.0、名称为“介入性成像和数据处理”的发明专利申请的分案申请。
本发明总体涉及介入性成像和数据处理，尤其适用于计算机断层摄影(CT)。不过，它也可以针对其他医学成像应用和非医学成像应用加以修改。
常规地，在诸如活组织检查、消融和引流术的介入性程序中使用放射摄影成像以便于相对于解剖结构对器械导航。常常在这种程序中使用C形臂成像系统以采集用于实时放射摄影成像的数据。利用C形臂，操作者手动旋转该臂以从感兴趣角度获取数据。还与这种程序一起使用CT荧光检查。CT图像通常相对于x射线图像提供了更好的解剖学信息，并且在一些情况下被用于生成放射摄影图像。令人遗憾的是，生成这样的图像可能包括密集而耗时的过程，不是很适合于如介入性程序的实时程序，并且所得的图像是二维的，缺少3D印象，即使在感兴趣对象本质上是体积性的(即解剖结构)时也是这样。此外，CT程序相对于C形臂程序典型地包括更高的辐射剂量，并且z轴覆盖范围更小。此外，CT图像是沿轴向取向生成的。为了获得诸如冠状或矢状视图的替代视图，必须要采集多个切片并重新格式化，这需要很高的计算能力。
诊断成像常常涉及3D成像的使用，包括在3D数据集中导航。为了创建这样的数据集并在其中导航，终端用户需要能使用适当的工具和使用原始数据。通常的做法是直接地或在PACS(图片存档和通信系统)或其他系统上对数据存档之后向专用高端处理工作站发送原始CT数据。有权使用处理工作站的用户调用适当的应用程序，并且创建3D数据集并在其中导航。然而，生成3D数据集可能是耗时的，需要加载大数据集以及为分割、配准/融合、校正自动生成的结果等执行复杂的应用程序。此外，3D数据集对于诸如医师的医院外终端用户而言可能不可用，和/或这样的终端用户可能没有能够加载、创建、操纵和导航3D数据的工作站。在一些情况下，从3D数据准备静态3D图像并使在医院外能够查看。令人遗憾的是，这样的图像不能被操纵或在其中导航。
本申请的各方面解决上述问题以及其他问题。
在一个方面中，一种成像系统包括发射横穿检查区域的辐射的辐射源。控制器启动所述辐射源以发射辐射并停用所述辐射源以停止辐射发射。控制器有选择地启动所述辐射源以在一个或多个预定角度发射辐射。探测器阵列相对所述检查区域位于所述辐射源的对面，所述探测器阵列探测横穿检查区域的辐射并生成表示其的信号。重建器重建所述信号以生成图像数据，该图像数据用于创建与所述一个或多个预定角度对应的一个或多个放射摄影图像。
在另一方面中，一种成像系统包括发射横穿检查区域的辐射的辐射源以及相对所述检查区域位于所述辐射源的对面的探测器阵列，所述探测器阵列探测横穿所述检查区域的辐射并生成表示所述检查区域和设置于其中的受试者的信号。重建器重建所述信号以生成表示所述信号的图像数据。数据处理部件基于所述图像数据生成被扫描受试者的感兴趣对象的虚拟三维图像。
在另一方面中，一种成像系统包括发射横穿检查区域的辐射的辐射源。探测器阵列相对所述检查区域位于所述辐射源的对面，所述探测器阵列探测横穿所述检查区域的辐射并生成表示其的信号。重建器重建所述信号以生成表示所述信号的体积图像数据。数据操纵和打包部件基于所述体积图像数据至少生成二维或三维数据集并在提供给远程系统的对象中打包所述数据集，所述远程系统操纵所述数据集并在其中导航。
在另一方面中，一种方法包括：采用计算机断层摄影系统以在感兴趣角度有选择地采集数据；重建所采集的数据；以及生成与所述感兴趣角度对应的放射摄影图像。
在另一方面中，一种方法包括：对受试者的感兴趣区域执行扫描；重建所述扫描期间采集的数据以生成表示所述感兴趣区域的体积图像数据；以及处理所述体积图像数据以生成所述感兴趣区域的虚拟三维图像。
在另一方面中，一种方法包括：重建由成像系统采集的数据；基于所重建的数据至少产生二维或三维数据集；在对象中打包所述数据集；以及向远程系统提供所述对象。
可以通过各种部件和部件布置以及通过各种步骤和步骤布置体现本发明。附图的作用仅在于对优选实施例进行图示，不应被解释为对本发明构成限制。
图1示出了一种示例性成像系统；
图2、3和4示出了使用CT扫描器生成放射摄影图像的示例性技术；
图5和6示出了从CT图像数据生成全息图的示例；
图7示出了示例性数据操纵和打包部件。
图1示出了计算机断层摄影(CT)扫描器100，其包括静止扫描架102和由静止扫描架102可旋转地支撑的旋转扫描架104。旋转扫描架104绕着纵轴或z轴108在检查区域106周围旋转。诸如x射线管的辐射源110由旋转扫描架104支撑并与旋转扫描架一起在检查区域106周围旋转。辐射源110发射辐射，辐射被准直器112准直以产生大致扇形、楔形或锥形的辐射束，辐射束横穿检查区域106。
辐射敏感探测器阵列114探测横穿检查区域106的光子并生成表示其的投影数据。重建器118重建投影数据并生成表示检查区域106并包括位于其中的受试者的一部分的图像数据。通用计算系统120充当操作者控制台。驻留于控制台120上的软件允许操作者控制系统100的操作。这可以包括允许操作者选择用于介入性程序的协议，从而生成虚拟3D数据，基于体积图像数据创建一个或多个图像，允许操作者向另一部件或系统传输数据和/或进行其他操作。
用于诸如活组织检查、消融、引流术的介入性程序和/或其他介入性程序的介入设备122与扫描器100相通信并与其协同操作。这样一来，扫描器100可以用于生成便于结合介入设备122执行介入程序的图像数据和/或一个或多个图像。这可以包括生成用于程序的一个或多个放射摄影图像和/或虚拟3D数据重建。
在一个实施例中，使用人类致动的扫描控制器116以开始和停止扫描或打开和关闭x射线。在一种情况下，人类致动的扫描控制器116包括至少一个脚踏板，脚踏板具有至少两个位置：一个用于开始扫描，一个用于停止扫描。在其他实施例中，诸如操纵杆等的其他装置允许用户开始和停止扫描。在图示的实施例中，人类致动的扫描控制器116位于扫描器房间中，由此允许用户在诸如介入或手术程序期间开始和停止扫描。在另一实施例中，扫描控制器116位于别处，例如，在扫描器房间外。在这样的情况下，扫描器房间外的另一用户采用扫描控制器116以开始和停止扫描。在其他实施例中，省略人类致动的扫描控制器116。
此外或备选地，数据处理部件124生成便于利用介入设备122执行介入程序的一个或多个图像。如下文更详细所述，数据处理部件124能够生成诸如感兴趣区域的全息图的虚拟3D维度重建，可以在介入程序期间显示这样的重建以便于执行介入程序。在其他实施例中，省略数据处理部件124。
此外或备选地，数据操纵和打包部件128生成2D和3D对象数据集并基于成像程序或以其他方式打包数据集。如下文更详细所述，这包括生成2D和3D绘制并以DICOM和非DICOM格式打包所述绘制。打包的数据可以存储于诸如CD、DVD、存储棒等的便携式介质上并传送和提供给各种系统和/或其他介质，例如硬驱动、数据库、服务器、网页服务、诸如PACS(图片存档和通信系统)的存档系统。使用远程系统132查看打包的数据。根据远程系统132可用的打包的数据和应用工具，所述查看可以包括诸如旋转、摇摄、缩放、分割、打环等工具。远程系统132可以经由便携式介质和/或经由查询或其他数据检索指令通过链接获得打包的数据。在其他实施例中，省略了数据操纵和打包部件128和远程系统132。
如上所述，可以使用人类致动的扫描控制器116以开始和停止与诸如介入程序的程序协同的扫描。图2、3和4示出了用于采用扫描控制器116和扫描器100以至少有选择地采集数据并生成能够用于便于执行这种程序的放射摄影图像的各种技术。
一开始参考图2，示出了用于利用停放在特定角位置的辐射源110生成放射摄影图像的方法200。在202，除非辐射源110已经停放在期望角度，旋转旋转扫描架104以在特定角度定位和停放由其支撑的辐射源110，该特定角度可以由操作者或所选协议经由控制台120定义以进行扫描。在204，致动人类致动的扫描控制器116以打开x射线，导致辐射源110发射横穿检查区域106的辐射。在扫描控制器116为脚踏板时，这可以包括压在脚踏板上并向下推动脚踏板，直到达到生成启动x射线信号的位置为止。在扫描控制器116是操纵杆时，这可以包括将操纵杆移动到生成启动x射线信号的位置。
在206，辐射探测器阵列114探测横穿检查区域的辐射。如上所述，探测器阵列114生成表示其的信号，重建器118重建该信号以生成图像数据。在208，控制台120从图像数据生成一个或多个放射摄影图像。在210，显示所述一个或多个图像。在一种情况下，在同一显示区域中连续显示所生成的图像。此外或备选地，在不同显示区域中同时显示多个图像。此外或备选地，用户可以选择特定图像来显示。在212，使用扫描控制器116以关闭x射线。对于脚踏板而言，这可以包括压下脚踏板或让脚踏板返回到不打开x射线的位置，或进一步将脚踏板压到关闭x射线的位置。对于操纵杆而言，这可以包括移动或释放操纵杆并让操纵杆返回到不打开x射线的位置。
在214，确定是否执行另一次扫描。例如，再次致动扫描控制器116以再次打开x射线，可以重复动作202到214。否则，x射线保持关闭。要认识到，可以在同一或在一个或多个不同角度将动作202到214执行一次或多次。例如，可以在扫描之间改变扫描角，接下来重复动作202-214。在一种情况下，上文实现了通过利用由静止(或不旋转)辐射源110采集的数据生成图像而在处于感兴趣角度的CT扫描器上实时采集低剂量放射摄影图像。可以使用这样的图像来便于进行介入性程序，例如，在解剖结构中对介入性器械进行导航。
图3示出了用于利用在辐射源110绕检查区域106旋转的同时以特定角度获得的数据生成放射摄影图像的方法300。在302，如果旋转扫描架104不是已经在以预设扫描速度——例如由所选扫描协议确定的扫描速度——旋转，则将旋转扫描架104提升到预设扫描速度。在304，致动人类致动的扫描控制器116。在306，随着辐射源110在检查区域106周围旋转，包括但不限于辐射源110每次绕检查区域106旋转，控制辐射源以在至少一个预设角位置自动发射辐射。
在308，辐射探测器阵列114探测横穿检查区域106的辐射。在310，基于所探测的辐射生成一个或多个放射摄影图像。在312，显示所述一个或多个图像。在314，采用扫描控制器116以关闭x射线。辐射源110可以继续旋转或不旋转。在316，确定是否执行另一次扫描。例如，再次致动扫描控制器116以再次打开x射线，可以重复动作302到316。否则，x射线保持关闭。类似地，可以在同一或在一个或多个不同角度将动作302到316执行一次或多次。操作者可以在扫描之间或扫描期间改变扫描角。当在扫描期间这样做时，改变可以至少在下一次旋转期间生效或以其他方式生效。
在一种情况下，上文实现了通过在扫描架以一个或多个角范围旋转期间有选择地打开/关闭x射线并生成图像而由扫描器100进行低剂量放射摄影图像的快速(接近实时)采集。通常，所显示的图像的帧速率可以由扫描架旋转速度定义，例如，对于0.2秒旋转时间为5帧/秒，或其他情况。当然，这里也想到了其他帧速率，包括更高和更低帧速率。可以使用所得图像来便于进行介入性程序，例如，在解剖结构中对介入性器械进行导航。
图4示出了用于同时生成放射摄影和CT图像的方法400。在402，如果旋转扫描架104不是已经在以预设扫描速度——例如由所选扫描协议确定的扫描速度——旋转，则将旋转扫描架104提升到预设扫描速度。在404，致动人类致动的扫描控制器116。备选地，可以在控制台120处启动扫描。在406，辐射源110连续发射辐射。在408，辐射探测器阵列114探测横穿检查区域106的辐射。在410，基于在一个或多个角位置探测的所探测的辐射生成一个或多个放射摄影图像，并且在412，基于所探测的辐射生成一个或多个CT图像。要认识到，可以依次或同时生成放射摄影和CT图像。
在414，显示图像。在416，关闭x射线。与上文类似，辐射源110可以继续旋转或不旋转。在418，确定是否执行另一次扫描。例如，可以再次打开x射线，重复动作402到418。否则，x射线保持关闭。同样地，可以将动作402到418执行一次或多次，利用与特定角度对应的数据生成放射摄影图像。通常，这种方法实现了比方法300更快(短于0.2秒)生成放射摄影图像。此外，可以针对任何角度生成放射摄影图像，因为数据是随着辐射源110旋转并发射辐射而连续获取的。
可以将以上方法用于介入性程序。如前所述，所得图像一般是显示于2D监视器上的2D或3D维度绘制。图5示出了生成诸如3D全息图的虚拟3D维度体积的数据处理部件124和生成全息图的显示器504。可以使用全息图以便于执行介入性程序以及其他程序。
数据处理部件124能够生成各种全息图，包括但不限于透射全息图、彩虹全息图、反射全息图和/或其他全息图。通常，通过经透射全息图照射激光并从全息图与光源相反的一侧查看所重建的图像来查看透射全息图，彩虹透射全息图允许更方便地用白光照明而不是用激光或其他单色光源照明，而反射全息图能够利用与查看者在全息图同一侧的白光照明源实现多色图像再现。为了简洁和解释的目的，结合透射全息图论述数据处理部件124。
数据处理部件124基于图像数据——包括其经分割的部分——生成透射全息图。通常，合成全息图发生器502基于图像数据生成合成全息图平面波，在一种情况下，图像数据包括多个相对非常小的黑色(吸收)和白色(透射)像素。可以针对图像数据中所有体素或其子集这样做。将合成全息图提供给显示器504，在这种情况下，显示器504是吸收并反射光的显示器，例如电光显示器，像液晶显示器(LCD)或其他适当显示器。这里也想到了其他显示器类型。
诸如激光或其他光的光源506充当参考或重建光束，并照明显示器504以重建全息图。参考光束携带着相位信息，并且在全息图处衍射并由此重建全息图，操作者将该全息图观察为位于被扫描受试者内感兴趣区域的位置的3D印象或虚拟图像。在一种情况下，利用灰度级显示全息图，且其示出深度信息，该深度信息随着用户改变视线而改变。
要认识到，这样的全息图可以便于执行介入程序。介入期间的数据采集以及实时重建和合成二元全息图实现了实时引导。全息图不仅可以提供3D视图的印象，而且该视图是真实的虚拟三维副本，这与2D监视器上的3D体积绘制显示不同。用户能够使用全息图来在3D中跟踪例如正被植入的支架。在用户通过全息图观看受试者时，用户将看到在其实际位置处的器官的3D副本而不会阻挡用户对患者的视线。在图6中示出了这点，其中被研究的对象为心脏。在其他实施例中，其他器官可能是感兴趣的。通过改变视线来观察全息图允许用户在结构周围观看，包括在结构后方观看，以查看本来被阻挡的区域。
图7示出了数据操纵和打包部件128的示例。尽管结合CT扫描器100进行描述，但要理解，提供给数据操纵和打包部件128的数据可以来自其他成像系统，例如但不限于正电子发射(PET)、单光子发射CT(SPECT)、超声波(US)、磁共振成像(MRI)和/或其他成像系统。
在本示例中，数据操纵和打包部件128包括从扫描器100获得2D图像数据的处理单元702。可以以DICOM(医学数字成像和通信)或另一种格式传输这种数据。处理单元702确定要如何处理图像数据。在一种情况下，图像数据包括诸如属性和/或参数的信息，处理单元702提取这样的信息并使用该信息来确定如何处理数据。
规则库704包括一条或多条用于处理图像数据的预设规则。要认识到，可以在扫描程序之前、期间和/或之后确定预设规则。此外，这样的规则可以包括用于生成包括独立图像和/或图像序列的2D数据的2D规则706和/或用于生成3D数据的3D规则708。在一种情况下，所提取的数据可以用于确定用于处理图像数据的特定预设规则。在另一种情况下，可以被编码于图像数据中或与图像数据一起发送的成像程序类型确定用于处理数据的处理规则。在又一种情况下，用户确定处理规则。
在预设规则或用户确定要从图像数据生成2D数据时，2D数据建模器710基于图像数据生成2D数据集(例如2D导航对象)。在一种情况下，2D数据建模器710自动生成2D数据集，而在另一种情况下，2D数据建模器710利用与用户的交互生成2D数据集。根据预设规则，这样的数据可以是一个或多个独立图像、要按照预定义顺序滚动查看的图像序列等。这样的图像可以被生成为多种格式，包括但不限于JPG、TIFF、BMP、GIF、PCX或另一种图像格式。也可以使用图像序列生成视频文件，例如MPEG、AMV、AVS或另一种视频格式。
在预设规则或用户确定要从图像数据生成3D数据时，3D数据建模器712基于图像数据和/或2D数据集生成3D数据集(例如3D导航对象)。3D数据可以包括一个或多个表面和体积绘制、经分割的数据等，并且可以是自动生成的或与用户交互生成的。例如，3D规则708可以确定应当自动处理与头部扫描对应的特定图像数据以生成颅骨的表面绘制3D图像。在另一个示例中，3D规则708可以确定应当处理与胃肠道对应的特定图像数据以生成沿着在有或无用户交互的情况下定义的路径的内窥镜视图。可以以各种格式生成3D数据，包括但不限于mesh(.x)、STL、IGES、PARASOLID、STEP或另一种3D格式。3D数据也可以包括堆叠的2D数据系列，例如由2D数据建模器710生成的2D数据。
数据打包器716打包或封装所生成的数据。格式库718包括一种或多种打包格式，至少包括DICOM格式720。DICOM格式允许将数据封装有患者和检查信息。如图所示，格式库718还可以包括一种或多种非DICOM格式722。在一个实施例中，在采用非DICOM格式时使用专用属性。这样一来，数据打包器716可以包括具有所生成数据包的签名。
发送器724向数据存储系统130和/或远程系统132提供打包的数据。远程系统132包括用于从打包的数据提取所生成的数据的适当应用程序。这样的应用程序可以是常规的查看应用程序，例如插件或专用程序，其提供查看、操纵和/或导航工具。例如，在所生成的数据是JPG图像序列时，可以使用常规JPG查看器滚动查看该序列。在另一个示例中，在所生成的数据是体积网格时，可以使用例如开放源网格查看器的常规网格查看器来查看和导航。
可以通过计算机可读指令实现以上内容，在由计算机处理器执行时，所述指令将使所述处理器执行这里所述的动作。在这种情况下，将所述指令存储在与相关计算机相关联和/或能够被其所访问的计算机可读存储介质——例如存储器中。
在这里已经参考各实施例描述了本发明。在阅读这里的描述后，其他人可以想到修改和变化。意在将本发明解释为包括所有此类落在随附的权利要求及其等同要件的范围内的修改和变化。

Claims (15)

1.一种成像系统，包括：
旋转扫描架，其被配置为绕检查区域旋转；
辐射源，其被配置为发射横穿所述检查区域的辐射，其中，所述辐射源被固定到所述旋转扫描架并与所述旋转扫描架一起旋转；
控制器，其被配置为启动所述辐射源以发射辐射并停用所述辐射源以停止辐射发射，其中，所述控制器启动所述辐射源以随着所述旋转扫描架和所述辐射源绕所述检查区域旋转而在预定角度处连续发射辐射；
探测器阵列，其相对所述检查区域位于所述辐射源的对面，并且所述探测器阵列被配置为探测随着所述旋转扫描架和所述辐射源绕所述检查区域旋转在所述预定角度处横穿所述检查区域的辐射并生成表示其的信号；以及
重建器，其被配置为重建所述信号中的与所述预定角度中的单个角度相对应的子部分以生成与所述预定角度中的所述单个角度相对应的放射摄影图像。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述辐射源临时停放在与所述预定角度中的所述单个角度相对应的固定角度处，并且所述重建器重建所述信号的所述子部分以生成针对所述预定角度中的所述单个角度的所述放射摄影图像。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述旋转扫描架以0.2秒的旋转时间旋转，并且所述成像系统还包括：
显示器，其被配置为以每秒五个帧的帧率显示所述放射摄影图像。
4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述重建器还基于所述信号来重建计算机断层摄影图像。
5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述重建器依次重建所述放射摄影图像和所述计算机断层摄影图像。
6.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述重建器同时重建所述放射摄影图像和所述计算机断层摄影图像。
7.根据权利要求4述的成像系统，其中，所述控制器停用所述辐射源以停止发射辐射，并且所述旋转扫描架和所述辐射源绕所述检查区域旋转。
8.根据权利要求7述的成像系统，其中，所述控制器启用所停用的辐射源以发射辐射。
9.根据权利要求4述的成像系统，其中，所述控制器停用所述辐射源以停止发射辐射，并且所述旋转扫描架和所述辐射源停止绕所述检查区域旋转。
10.一种成像方法，包括：
控制辐射源以随着计算机断层摄影成像系统的旋转扫描架和所述辐射源绕检查区域旋转而在预定角度处连续发射辐射，其中，所述辐射源被固定到所述旋转扫描架并与所述旋转扫描架一起旋转，并且所述辐射源发射横穿所述检查区域的辐射；
利用探测器阵列来探测随着所述旋转扫描架和所述辐射源绕所述检查区域旋转在所述预定角度处横穿所述检查区域的辐射并生成表示其的信号；并且
重建所述信号中的与所述预定角度中的单个角度相对应的子部分以生成与所述预定角度中的所述单个角度相对应的放射摄影图像。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在数据采集期间保持所述辐射源在所述预定角度中的所述单个角度处。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括：
基于所述信号来重建计算机断层摄影图像。
13.一种成像装置，包括：
用于控制辐射源以随着计算机断层摄影成像系统的旋转扫描架和所述辐射源绕检查区域旋转而在预定角度处连续发射辐射的单元，其中，所述辐射源被固定到所述旋转扫描架并与所述旋转扫描架一起旋转，并且所述辐射源发射横穿所述检查区域的辐射；
用于利用探测器阵列来探测随着所述旋转扫描架和所述辐射源绕所述检查区域旋转在所述预定角度处横穿所述检查区域的辐射并生成表示其的信号的单元；以及
用于重建所述信号中的与所述预定角度中的单个角度相对应的子部分以生成与所述预定角度中的所述单个角度相对应的放射摄影图像的单元。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括用于在数据采集期间保持所述辐射源在所述预定角度中的所述单个角度处的单元。
15.根据权利要求13所述的装置，还包括用于基于所述信号来重建计算机断层摄影图像的单元。
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