CN106821404A - 血管造影方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种血管造影方法。该血管造影方法包括：发射X射线；采集多张不含有造影剂的蒙片；采集至少一张含有造影剂的动片；从多张所述蒙片中选择与所述动片最相似的最优蒙片；及根据所述最优蒙片和所述动片获得血管的减影图像。本申请还提供一种血管造影系统。

Description

血管造影方法和系统
技术领域
本申请涉及一种医疗器械设备，尤其涉及一种血管造影方法和系统。
背景技术
血管机是一种辅助医生进行检查或者手术的医疗影像设备，其通过X射线动态地显示受检体的检查部位的组织图像，特别是血管的图像。由于血管在X射线照射下与其它组织的区别不够明显，为了提高血管在图像中的显示对比度，通常需要在血管内注射造影剂。然后利用数字减影的方法，将注射造影剂后采集的图像(称作“动片”)和没有注射造影剂时采集的图像(称作“蒙片”)相减，得到基本仅有血管清晰显示的减影图像。数字减影的方法的前提是动片和蒙片中的受检体的检查部位的位置是相同的，这样减影之后的图像才能将动片和蒙片上相同的背景减掉，只留下造影剂增强的血管图像。但在实际检查时，由于受检体的呼吸、心跳、移动等运动的影响，蒙片和动片的背景不能完全相同，获得的减影图像中会出现较多的背景残留，干扰血管的显示。
发明内容
有鉴于此，本申请的一个方面提供一种血管造影方法。该血管造影方法包括：发射X射线；采集多张不含有造影剂的蒙片；采集至少一张含有造影剂的动片；从多张所述蒙片中选择与所述动片最相似的最优蒙片；及根据所述最优蒙片和所述动片获得血管的减影图像。
本申请的另一个方面提供一种血管造影系统。该血管造影系统包括：射线源，用来发射X射线；图像采集装置，用来采集多张不含有造影剂的蒙片，且用来采集至少一张含有造影剂的动片；选择单元，用来从多张所述蒙片中选择与所述动片最相似的最优蒙片；及图像处理单元，用来根据所述最优蒙片和所述动片获得血管的减影图像。
附图说明
图1所示为本发明血管造影方法的一个实施例的流程图；
图2所示为图1所示的血管造影方法的选择最优蒙片的步骤的一个实施例的流程图；
图3所示为图1所示的血管造影方法的获得血管的减影图像的步骤的一个实施例的流程图；
图4所示为连续三帧动片分别与单一蒙片相减获得的减影图像；
图5所示为连续三帧动片分别与其对应的最优蒙片相减获得的减影图像；
图6所示为本发明血管造影系统的一个实施例的示意图；
图7所示为本发明血管造影系统的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1所示为血管造影方法10的一个实施例的流程图。血管造影方法10可以用来在受检体或受检体的检测部位的运动状态下，例如呼吸运动、心跳、受检体的移动等，获得清晰的血管的图像。血管造影方法10可以是数字减影血管造影(digital substractionangiography,DSA)方法。血管造影方法10包括步骤11-15，其中，
步骤11中，发射X射线。
向受检体的检测部位发射X射线。
步骤12中，采集多张不含造影剂的蒙片。
穿过受检体的检测部位的X射线被探测可获得受检体的检测部位的图像。在向血管中注射造影剂之前和造影剂注射后到达检查部位之前，采集检测部位的多张图像，这些图像称作“蒙片”。在蒙片中，血管的图像与骨骼、软组织等其他组织的图像的区别不明显，血管相对于其他组织的显示对比度不高。
采集多张蒙片的时间可以根据受检体的运动情况设定。在一个实施例中，采集多张蒙片的时间覆盖一次完整的运动周期，例如，覆盖一次完整的呼吸周期(例如，3秒)。在一次运动周期内采集多张蒙片，可以按照相同的时间间隔采集多张蒙片。采集的蒙片的张数可以根据运动周期和实际应用设定，例如，对于不同的运动和/或不同的受检体可设定不同的蒙片的张数。
步骤13中，采集至少一张含有造影剂的动片。
在开始向血管里注射造影剂一段时间后，造影剂到达检查部位，采集至少一张图像，该图像称作“动片”。一般采集一系列的多张动片，可在一个运动周期采集多张动片。因X射线难以穿过造影剂，因此血管在动片中的图像清晰，血管相对于其他组织的显示对比度高。
步骤14中，从多张蒙片中选择与动片最相似的最优蒙片。
对于每一张动片，从多张蒙片中选出和其最相似的最优蒙片。最优蒙片的图像与动片中血管之外的其他组织的图像最接近，其他组织的图像可称作“背景图像”。
在一个实施例中，可根据动片的若干坐标点的像素和蒙片的对应坐标点的像素的相关值来选择最优蒙片。对于每一张蒙片，可通过下面的表达式(1)来计算其与动片的相关值Cn。多张蒙片中与动片的相关值Cn最大的蒙片作为最优蒙片。
其中，n表示第n张蒙片，n的取值范围为1～N，N为蒙片的总张数；(i,j)表示蒙片和动片的图像的坐标点；图像的尺寸为H·W，则i的取值范围为1～H，j的取值范围为1～W；A(i,j)表示动片中(i,j)点处的像素；Mn(i,j)表示第n张蒙片中(i,j)点处的像素。
在一个实施例中，可以计算动片和蒙片中的所有坐标点的像素的相关值Cn。在另一个实施例中，可以在动片中选取一块感兴趣区域，在蒙片中选取相应的感兴趣区域，蒙片的感兴趣区域的坐标点和动片的感兴趣区域的坐标点相同。计算动片和蒙片的感兴趣区域中的坐标点的像素的相关值Cn，如此降低计算量。
在另一个实施例中，如图2所示，选择最优蒙片的步骤14包括子步骤141-143。其中，
子步骤141中，监测受检体的运动相位信号。
可利用门控方法监测受检体的运动相位信号。以呼吸运动为例，利用呼吸门控的方法监测呼吸相位的信号。其他运动的相位信号的监测可类似于呼吸运动的相位信号的监测。
子步骤142中，记录蒙片和动片对应的运动相位信号。
采集蒙片和动片时分别记录下对应的运动相位信号，即记录下图像采集时刻的运动相位，例如呼吸相位。
子步骤143中，选择运动相位信号与动片对应的运动相位信号最接近的蒙片为最优蒙片。
比较蒙片对应的运动相位信号和动片对应的运动相位信号，选取运动相位信号与动片对应的运动相位信号相差最小的蒙片，为最优蒙片。因最优蒙片对应的运动相位信号和动片对应的运动相位信号最接近，说明最优蒙片和动片是在受检体的检测部位运动到最接近的位置和状态下所采集的，因此最优蒙片和动片的背景图像最相似。
继续参考图1，步骤15中，根据最优蒙片和动片获得血管的减影图像。
在一个实施例中，将动片和最优蒙片相减获得减影图像，即动片和最优蒙片的相应部分的灰度相减获得减影图像，如此动片的背景图像被减掉，留下造影剂增强的血管图像。减影图像仅清晰地显示血管的图像。
对于每一张动片，从多张蒙片中选择最优蒙片，动片和对应的最优蒙片相减获得减影图像，如此可以得到最佳的背景图像去除效果，获得的减影图像无背景残留或仅有极少的背景残留，避免或降低对血管的显示的干扰。
在另一个实施例中，如图3所示，获得血管的减影图像的步骤15包括子步骤151-153。其中，
子步骤151中，将最优蒙片和动片进行配准获得平移向量。
在一个实施例中，最优蒙片和动片分别划分为若干区块，最优蒙片和动片以相同的方式划分。最优蒙片和动片两者相对应的区块进行配准获得该区块的平移向量，如此每一个区块的平移向量被计算出。在另一个实施例中，从动片中选出感兴趣区域，且从最优蒙片中选出相应的感兴趣区域。最优蒙片的感兴趣区域的图像和动片的感兴趣区域的图像进行配准获得平移向量。因最优蒙片与动片较接近，所以降低了配准的难度，配准效果好。
子步骤152中，根据平移向量平移最优蒙片。
在一个实施例中，根据每一个区块的平移向量来平移最优蒙片的每一个区块，获得平移后的最优蒙片。平移后的蒙片更接近于动片中的背景图像。在另一个实施例中，根据感兴趣区域的平移向量来平移最优蒙片中的感兴趣区域的图像。
子步骤153中，将动片和平移后的最优蒙片相减获得减影图像。
将动片和平移后的最优蒙片的相应部分的灰度相减获得减影图像，如此获得的减影图像的效果更好。在一个实施例中，整张动片和平移后的整张蒙片相减获得减影图像。在另一个实施例中，动片的感兴趣区域的图像和平移后的最优蒙片的感兴趣区域的图像相减获得感兴趣区域的减影图像。
血管造影方法10的动作以模块的形式图示，图中所示的模块的先后顺序和模块中的动作的划分并非限于图示的实施例。例如，模块可以按照不同的顺序进行；一个模块中的动作可以与另一个模块中的动作组合，或拆分为多个模块。在一些实施例中，图中的血管造影方法10的步骤之前、之中或之后可包括其他步骤。
图4为连续三帧动片与单一蒙片相减获得的减影图像。图5所示为连续三帧动片分别与其对应的最优蒙片相减获得的减影图像。图5中的动片与图4中的动片相同，且图4和图5中仅示出了背景图像，未示出血管图像。图4的减影图像中背景图像有明显残留，说明动片和蒙片的减影效果不好。相对于图4的减影图像，图5的减影图像中背景图像基本看不清，说明动片和蒙片的消减效果很好。如此可见，本发明血管造影方法10对动片的背景去除效果较佳，对运动伪影有很好的抑制作用。
图6所示为血管造影系统60的一个实施例的示意图。血管造影系统60包括射线源61、图像采集装置62、选择单元63和图像处理单元64。射线源61用来发射X射线。图像采集装置62用来采集多张不含有造影剂的蒙片，且用来采集至少一张含有造影剂的动片。选择单元63用来从多张蒙片中选择与动片最相似的最优蒙片。图像处理单元64用来根据最优蒙片和动片获得血管的减影图像。下面结合图6具体说明。
射线源61可由射线源驱动器610驱动来发射X射线。射线源61可包括X射线管或其他能发射X射线的元件。
图像采集装置62包括探测器621。X射线穿过受检体600的检测部位照射到探测器621，受检体600可安置于检查床601上。探测器621将接收到的X射线转变为图像信号。在一个实施例中，探测器621可包括图像增强器系统和摄像机。图像增强系统将不可见的X射线转变成对应X射线的可见光。摄像机将可见光摄下并转换成视频信号。然而可选地，在其他实施例中，探测器621可包括固态平板探测器或其他类型的X射线探测器。
射线源61和探测器621可相对设置于机械臂602的两端。射线源61和探测器621由机械臂602定位于受检体600的相对侧上。在图示实施例中，机械臂602为C形臂。在其他实施例中，机械臂602可以是G形臂。机械臂602可旋转地安装在固定机架603上并可相对于固定机架603沿机械臂602的轨道滑动，从而可以根据实际应用调整射线源61和探测器621相对于受检体600的位置和角度。
在图示实施例中，图像采集装置62还包括视频处理单元622和A-D转换器623。视频处理单元622接收来自探测器621的摄像机的视频信号并将视频信号进行放大、滤波等处理后传送到A-D转换器623。A-D转换器623将视频信号转换为数字信号。在一个实施例中，数字信号可以存入存储器65中。探测器621生成的蒙片的视频信号可转换为蒙片的数字信号，存入存储器65中。类似地，探测器621生成的动片的视频信号也可转换为动片的数字信号，存入存储器65中。本文中的“蒙片”广义地指可视的蒙片图像和表示可视的蒙片图像的数据，“动片”广义地指可视的动片图像和表示可视的动片图像的数据，此处的“数据”可指视频信号和数字信号。
造影剂注射器66可以将合适的造影剂施于受检体600。典型地，造影剂注射器66将含有造影剂的受控流体由静脉内注射到受检体600的血流中，从而动脉和静脉在图像中以增强的对比度显现。造影剂注射入受检体600内一段时间后到达受检体600的检查部位。在造影剂注射之前和到达检查部位之前，图像采集装置62采集的图像为蒙片。造影剂到达检查部位之后，图像采集装置62采集的图像为动片。造影剂在受检体600内一段时间后会逐渐减少并消失，图像采集装置62在造影剂消失之前完成对动片的采集。在一个实施例中，造影剂注射器66可以由控制器67控制注射造影剂。控制器67还可控制射线源驱动器610和图像采集装置62。
选择单元63可执行血管造影方法10的步骤14，从多张蒙片中选择与动片最相似的最优蒙片。在一个实施例中，选择单元63可根据动片的若干坐标点的像素和蒙片的对应坐标点的像素的相关值选择最优蒙片。在图示实施例中，选择单元63可从存储器65中获取蒙片和动片的数字信号，利用蒙片和动片的数字信号选择出最优蒙片的数字信号。
图像处理单元64可执行血管造影方法10的步骤15，根据最优蒙片和动片获得血管的减影图像。在一个实施例中，图像处理单元64用来将动片和最优蒙片相减获得减影图像。在另一个实施例中，图像处理单元64用来将最优蒙片和动片进行配准获得平移向量，根据平移向量平移最优蒙片，及将动片和平移后的最优蒙片相减获得减影图像。
在图示实施例中，图像处理单元64从选择单元63获得最优蒙片的数字信号，且从存储器65中获得动片的数字信号，处理最优蒙片和动片的数字信号获得减影图像的数字信号，且生成可供显示器68显示的减影图像的视频信号。在另一个实施例中，选择单元63选择的最优蒙片可存储于存储器65中。对于多张动片，可对应每一张动片存储一张最优蒙片。图像处理单元64从存储器65中获得最优蒙片和动片。在一个实施例中，显示器68还可显示蒙片和动片，以及图像参数或操作参数等。
上述仅为一些示例，并不限于上述的示例。在一些示例中，上述血管造影系统60的一个或多个装置可以省略或由其他装置代替，或包括其他未图示的装置，和/或血管造影系统60的上述装置可具有其他功能和结构。
图7所示为血管造影系统70的另一个实施例的示意图。图7的血管造影系统70类似于图6的血管造影系统60。相比较于图6的血管造影系统60，图7的血管造影系统70进一步包括运动信号监测装置71和记录单元72。运动信号监测装置71用来监测受检体600的运动相位信号，例如，但不限于，监测呼吸运动的相位信号。运动信号监测装置71可以是门控装置。采集蒙片和动片时，运动信号监测装置71监测蒙片和动片采集时刻的运动相位。
记录单元72用来记录蒙片对应的运动相位信号和动片对应的运动相位信号。记录单元73将运动信号监测装置71监测到的蒙片和动片采集时刻的运动相位记录保存下来。记录单元73可以与存储器65独立设置，或可以与存储器65整合在一起。
图7的实施例中的选择单元73用来选择运动相位信号与动片的运动相位信号最接近的蒙片为最优蒙片。选择单元73通过比较蒙片对应的运动相位信号与动片对应的运动相位信号来选择最优蒙片。
图7的血管造影系统70的其他装置与图6的血管造影系统60的对应装置可以具有基本相同的结构和功能，以与图6对应的装置相同的标号标示，在此不再赘述。
血管造影系统60、70的射线源驱动器610、视频处理单元622、A-D转换器623、图像处理单元64、选择单元63、73、控制器67、血管造影系统70的运动信号监测装置71和记录单元72可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。血管造影系统60、70还可包含其他未图示的元件，例如输入装置等。上述血管造影系统60、70中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述血管造影方法10中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。装置的实施例和方法的实施例互为补充。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部部件来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种血管造影方法，其特征在于：其包括：
发射X射线；
采集多张不含有造影剂的蒙片；
采集至少一张含有造影剂的动片；
从多张所述蒙片中选择与所述动片最相似的最优蒙片；及
根据所述最优蒙片和所述动片获得血管的减影图像。
2.如权利要求1所述的血管造影方法，其特征在于：所述获得血管的减影图像的步骤包括：将所述动片和所述最优蒙片相减获得所述减影图像。
3.如权利要求1所述的血管造影方法，其特征在于：所述获得血管的减影图像的步骤包括：
将所述最优蒙片和所述动片进行配准获得平移向量；
根据所述平移向量平移所述最优蒙片；及
将所述动片和平移后的所述最优蒙片相减获得所述减影图像。
4.如权利要求1所述的血管造影方法，其特征在于：所述选择与所述动片最相似的最优蒙片的步骤包括：根据所述动片的若干坐标点的像素和所述蒙片的对应坐标点的像素的相关值选择所述最优蒙片。
5.如权利要求1所述的血管造影方法，其特征在于：所述选择与所述动片最相似的最优蒙片的步骤包括：
监测受检体的运动相位信号；
记录所述蒙片和所述动片对应的运动相位信号；及
选择运动相位信号与所述动片对应的运动相位信号最接近的蒙片为所述最优蒙片。
6.一种血管造影系统，其特征在于：其包括：
射线源，用来发射X射线；
图像采集装置，用来采集多张不含有造影剂的蒙片，且用来采集至少一张含有造影剂的动片；
选择单元，用来从多张所述蒙片中选择与所述动片最相似的最优蒙片；及
图像处理单元，用来根据所述最优蒙片和所述动片获得血管的减影图像。
7.如权利要求6所述的血管造影系统，其特征在于：所述图像处理单元用来将所述动片和所述最优蒙片相减获得所述减影图像。
8.如权利要求6所述的血管造影系统，其特征在于：所述图像处理单元用来将所述最优蒙片和所述动片进行配准获得平移向量，根据所述平移向量平移所述最优蒙片，及将所述动片和平移后的所述最优蒙片相减获得所述减影图像。
9.如权利要求6所述的血管造影系统，其特征在于：所述选择单元用来根据所述动片的若干坐标点的像素和所述蒙片的对应坐标点的像素的相关值选择所述最优蒙片。
10.如权利要求6所述的血管造影系统，其特征在于：所述血管造影系统包括：
运动信号监测装置，用来监测受检体的运动相位信号；
记录单元，用来记录所述蒙片和所述动片对应的运动相位信号；
所述选择单元，用来选择运动相位信号与所述动片的运动相位信号最接近的蒙片为所述最优蒙片。
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