CN107106102B - 数字减影血管造影 - Google Patents
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Abstract
数字减影血管造影被用于改进患者脉管系统的图像的对比。在没有被注入到患者中的造影介质的情况下记录非造影图像，并且然后在造影介质的注入之后采集一系列造影图像。非造影图像连续地被配准到造影图像，并且然后被减去。这移除背景结构，但是留下未触动的血管，从而使血管更容易看到。在不同的运动层存在于X射线图像中(例如，脊柱和肺)时，伪迹可以保持。本申请讨论防止在不同的运动层存在于X射线帧或序列中时发生的伪迹的技术。
Description
技术领域
本发明涉及用于提供数字减影血管造影的设备、用于提供数字减影血管造影的方法、X射线成像布置、计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
数字减影血管造影(DSA)是X射线成像方法，其从X射线图像移除背景结构。从患者采集包含背景结构的非造影图像(掩模图像)。然后，造影介质被注入患者中，并且X射线图像由包含造影介质的血管制成。从具有注入的造影剂的血管的X射线图像减去非造影图像。以这种方式，在血管与其背景之间存在经改进的对比。US 4729379讨论了数字减影血管造影。然而，当在患者的感兴趣的成像区域中存在多个独立运动时，DSA技术已经示出为较不有用的。因此，可以进一步改进用于提供DSA的技术。
发明内容
具有用于提供数字减影血管造影的经改进的技术将是有利的。
为此目的，本发明的第一方面提供一种用于提供数字减影血管造影的设备，包括：
-接口单元；以及
-处理单元。
所述接口单元被配置为提供用作掩模图像的非造影帧，并且提供造影帧。从患者的感兴趣区域的帧序列采集所述非造影帧和所述造影帧。
所述处理单元被配置为通过针对发生在所述感兴趣区域的第一层中的运动补偿所述非造影帧来生成第一补偿掩模帧；从所述造影帧减去所述第一补偿掩模帧；通过针对发生在所述感兴趣区域的第二层中的运动补偿所述第一补偿掩模帧来生成第二补偿掩模帧；并且通过从自所述造影帧减去所述第一补偿掩模帧的结果减去所述第二补偿掩模帧来生成随后的图像。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
根据本发明的方面，提供了一种用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
a)提供用作掩模图像的非造影帧，并且提供造影帧，其中，所述非造影帧和所述造影帧是从患者的感兴趣区域的帧序列采集的；
b)通过针对发生在所述感兴趣区域的第一层中的运动补偿所述非造影帧来生成第一补偿掩模帧；
c)从所述造影帧减去所述第一补偿掩模帧；
d)通过针对发生在所述感兴趣区域的第二层中的运动补偿所述第一补偿掩模帧来生成第二补偿掩模帧；
e)通过从自所述造影帧减去所述第一补偿掩模帧的结果减去所述第二补偿掩模帧来生成随后的图像。
根据本发明的第三方面，提供了一种X射线成像布置，包括：
-X射线采集设备，其具有X射线源和X射线探测器；
-设备，其用于提供根据前述权利要求中的一项所述的数字减影算法；以及
-显示设备；
其中，所述X射线成像布置被配置为采集患者的感兴趣区域的X射线图像数据，并且将所述X射线图像数据提供到所述设备的接口以用于提供数字减影血管造影，并且将所述数字减影血管造影显示在所述显示设备上。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制根据第一方面的设备的计算机程序单元，其在所述计算机程序单元由处理单元运行时适于形成根据第二方面的方法步骤。
根据本发明的第五方面，提供了一种存储有第四方面的计算机程序单元的计算机可读介质。
有利地，降低或移除根据先前方面伪迹的设备、方法、X射线系统、计算机程序单元和/或计算机可读介质，其保持在其中所述X射线图像将通过患者内的至少两个透明层被采集并且所述层在某种程度上彼此独立移动的条件中的数字减影血管造影图像中。
应指出，X射线图像是透明图像，并且至少两层的叠加移动是产生于具有不同特性的各种运动层的叠加的复杂的功能。因此，准确地补偿所有运动源是困难的。由两个运动层的叠加引起的组合运动难以校正，因为存在各自具有不同的透明度和生物力学特性的不同的变形的混合。
例如，肋骨的刚性变形和肺叶的非刚性变形可以被混合在相同造影图像中。
可以存在针对不同的结构的可变的运动幅度。刚性背景结构(例如，脊柱)将通常具有非常小幅度的运动。与呼吸或心脏运动有关的结构可以具有更大幅度的运动。根据本发明的方面，即使其初始地表现为叠加的运动层，补偿DSA图像或序列中的这样的分离的运动源也是可能的。
有利地，算法还使得能够将不同的适合的配准算法应用到不同的运动层。
在本发明中，术语“X射线图像序列”意指均包含检查中的患者的感兴趣区域的X射线图像的多个帧。所述帧可以在曝光模式中采集，其允许X射线图像或序列(包含若干造影图像)的采集。所述序列可以包含在造影剂的所述注入之前采集的帧，其被称为非造影帧(掩模帧)。在造影剂被注入所述感兴趣区域中之后，所述X射线图像序列中的帧形成造影帧，其更清楚地示出感兴趣区域中的血管的存在。当然，在特定时段之后，所述造影剂将扩散到脉管系统中，并且采集非造影帧将又是可能的。
术语“感兴趣区域的第一层”或“感兴趣区域的第二层”指代患者的身体内的不同的实体或运动域。例如，在所述患者的胸腔或脊柱的情况下，感兴趣区域的第一层可以由骨形成。感兴趣区域的第二层可以由包含肺的层形成。技术人员将想到许多其他变型。将意识到，由于术语第一层和第二层适用于身体中的不同的器官或结构，因而第一层的运动将常常不同于第二层的运动，这归因于它们之间的生物力学差异。其还可以表现为具有X射线图像中的不同的外观。
术语“几何变换”指代应用到X射线图像序列的帧的数学运算。数学运算可以是平移、旋转、仿射变换、弹性扭曲、伸展和另一形式的变换。
术语“在层图像内容中类似”意味着两个X射线帧或图像或它们的任意区域将具有强度的分布、梯度、模式、纹理、轮廓、噪声图或形状的位置中的相似性。换句话说，具有类似层图像内容的两个帧彼此近似相同。
因此，本发明的方面是使用多个减去方法分离患者的感兴趣区域中的多个运动层。第一减去与第一运动补偿结合执行以便移除第一结构，例如，如骨骼的静态结构。然后，第二减去被应用在具有适于最小化或补偿例如呼吸结构(诸如，隔膜)的可变掩模的第一减去的结果中。因此，即使其表现为是叠加的运动层，也可以补偿分离的运动源。假定必要的后续减去和掩模估计步骤被提供，则技术可以扩展为其中存在三个、四个或更多运动层的情况。
应理解，本发明不限于对两个运动层的补偿。在上文所讨论的方法中，在运行显示步骤之前，可以应用算法的另外的阶段，这补偿另外的不同的运动层。
本发明的这些和其他方面将根据在下文中所描述的实施例而显而易见，并且参考在下文中所描述的实施例得到阐述。
附图说明
将参考以下附图描述本发明的示范性实施例：
图1示出了根据本发明的方面的方法；
图2示出了帧的处理的示意性表示；
图3示出了算法架构；
图4示出了在应用算法时的典型结果；
图5示出了根据本发明的方面的设备；并且
图6示出了根据本发明的方面的X射线成像布置。
具体实施方式
数字减影血管造影(DSA)是X射线成像模态，其可以被用于例如研究关于血流的问题。在DSA流程期间，造影剂被注入患者的血管中。同时地，X射线源发射X射线辐射通过患者的感兴趣区域。X射线探测器在造影剂贯穿患者的脉管系统传播之前和同时记录造影剂已经注入的区域的血管造影(X射线)图像序列。这样的诊断血管造影允许血管疾病的诊断。
X射线成像依赖于对X射线的患者的组织的透明度。在针对X射线发射器的患者的相对侧的X射线探测器处所接收的X射线的强度将在空间分布中变化，这取决于X射线已经传播通过的患者中的结构的强度。人体包括骨骼和不同的类型的组织，全部具有不同的强度和生物力学特性。
患者内部的不同结构和组织形成可以是固定的或基本上固定的，而其他彼此独立移动。例如，脊柱将表现为基本上固定的，但是与位于脊柱顶部上的肺组织相对应的区域将表现为随着患者呼吸而移动。
因此，实际上，由患者的探测器侧的X射线探测器所生成的X射线图像是患者的感兴趣成像区域的状态的复杂函数。其依赖于例如患者的心脏时相、其呼吸时相、其肠部中的移动或外部地应用到患者的其他移动(诸如患者被支持在其上的成像台的旋转)或无意识的患者移动。将意识到，归因于呼吸和心脏过程的移动仅微弱地在DSA捕获周期的时间帧内相关。
该事实不利于数字减影血管造影(DSA)的应用。DSA通过在造影剂被注入之前捕获患者的感兴趣区域的非造影帧来操作。所捕获的非造影帧包含患者的背景结构(例如，骨骼和其他组织)的踪迹，但是其不包含患者的脉管系统的任何显著的踪迹。然后，DSA协议的应用捕获在将造影剂注入感兴趣区域中之后的一系列造影帧。由于由患者的血流中的造影剂的X射线的吸收，因此患者的脉管系统在造影图像中在某种程度上是可见的。然而，造影图像常常是不清楚的。
因此，从连续的造影帧减去非造影帧(掩模帧)。从连续的造影帧移除由骨骼和软组织引起的X射线图像中的踪迹。由于脉管系统包含不存在于非造影帧中的造影剂，因而在已经从造影图像帧减去非造影帧之后，脉管系统的踪迹保持在造影图像序列中。因此，DSA从X射线图像帧移除不想要的背景结构。
在造影图像序列中的骨骼和软组织结构相对于非造影帧中的相同骨骼和软组织结构偏移时，非造影帧的减去将使得伪迹出现在DSA图像中。这不利于DSA图像序列的诊断使用，因为伪迹不表示关于患者的真实结构信息。当患者的感兴趣区域的不同的部分以不同的速率移动时，使该情况更复杂。例如，可以考虑在对患者的胸廓进行成像时，脊椎结构是相对刚性并且静止的。肺是相对弹性的，并且以更高的幅度移动。在脊椎结构的运动与肺之间仅存在非常弱的相关性。
当DSA被应用在这样的情况中时，保持在造影图像中的伪迹是复杂的，因为造影图像中的脊柱和肺组织的独立运动将是与非造影帧甚至更不同的。因此，需要从DSA图像移除伪迹的经改进的方式。
根据本发明的方面，提供了一种用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
a)提供用作掩模图像的非造影帧，并且提供造影帧，其中，所述非造影帧和所述造影帧是从患者的感兴趣区域的帧序列采集的；
b)通过针对在感兴趣区域的第一层中发生的运动补偿非造影帧来生成第一补偿掩模帧；
c)从造影帧减去第一补偿掩模帧；
d)通过针对在感兴趣区域的第二层中发生的运动补偿第一补偿掩模帧生成第二补偿掩模帧；
e)通过从以下的结果减去第二补偿掩模帧生成随后的图像：从造影帧减去第一补偿掩模帧。
图1图示了根据本发明的方面的方法。根据上文所讨论的方法的算法使用至少两个减去。步骤c)中的第一减去移除在多个非造影帧IM与多个造影帧IC的采集之间的时间中发生的感兴趣区域的第一层中的运动。步骤e)中的第二减去移除在多个非造影帧IM与多个造影帧IC的采集之间的时间中发生的感兴趣区域的第二层中的运动。
因此，能够移除产生于X射线透明介质中的至少两个独立移动的运动层的移动的X射线图像中的伪迹。当然，“独立移动”指代运动层之间的相对运动，并且一个运动层(例如，表示脊柱)可以是静止的或基本上静止的。
典型的临床协议包括在没有造影剂被注入感兴趣区域中时获得感兴趣区域的短X射线序列，以提供多个非造影帧IM。然后，临床医师将造影剂注入感兴趣区域中。在造影注入阶段期间由X射线探测器(荧光透视)获得的感兴趣区域的图像序列被称为或造影帧IC。
在协议的典型应用期间，迅速连续地获得非造影帧和造影帧的序列。在以下中，X射线图像序列被指代为I。X射线图像序列具有多个非造影帧IM和多个造影帧IC。X射线图像序列的这些部分可以由图像处理技术或由直接用户输入自动地识别。任选地，在造影剂的注入之后，一旦已经从脉管系统清除残余的造影剂，可以获得另外的多个非造影帧。
算法的总体架构是针对X射线图像序列I的每个造影帧通过使用当前造影帧与非造影帧之间的所估计的运动向量场生成第一补偿掩模帧MAt0补偿感兴趣区域中的第一层的运动。然后，从当前非造影帧减去第一补偿掩模帧。这形成第一减去，并且得到中间图像序列的中间帧At。在第二减去中，在减去域中补偿归因于感兴趣区域的第二层的运动的运动。使用感兴趣区域的第二层中的估计的运动来扭曲减去的第二补偿掩模帧MBt1。此外，通过使用当前“经第一减去的”造影帧与用作第二减去中的掩模的非造影帧之间的所估计的运动向量场来提供感兴趣区域的第二层中的所估计的运动。然后，从当前减去帧减去所减去的掩模。最后地，显示DSA结果。
应注意到，被用于第一减去的非造影帧具有与被用于第二减去的减去的非造影帧相同的帧指数不是实质性的。由于不同层的运动特性的差异，因而可以是当校正第二运动层时，更早或更晚的非造影帧可以比具有与被用于第一减去的相同的指数的非造影帧更适于充当掩模图像的基础。
在步骤b)中，通过补偿被计算的造影帧It与非造影帧IMt0之间的运动生成第一补偿掩模帧MAt0。估计相对于掩模帧的第一造影帧的第一层的运动向量场。然后，使用第一造影帧It与非造影帧IMt0之间所估计的估计的运动向量场来扭曲掩模帧IMt0。这生成第一补偿掩模帧MAt0。
在范例中，感兴趣区域的第一层中的运动归因于刚性结构(诸如患者的胸腔或脊柱)的微小运动。
在步骤c)中，从多个造影帧IC中的第一造影帧(换句话说，由DSA算法正处理的当前帧)减去先前生成的第一补偿掩模帧MAt0。
在范例中，减去是对数减去。
换句话说，该第一减去导出中间图像序列A的中间帧At。中间帧是在其中已经移除感兴趣区域的第一层中的运动的帧。
在步骤d)中，移除感兴趣区域的第二层中的结构。选择中间图像序列A的中间帧At，其具有与感兴趣区域的层图像内容类似的层图像内容。
该中间帧At1可以具有与第一补偿掩模帧的X射线图像序列指数相同的X射线图像序列指数，或者其可以具有不同的指数。这是因为生成第一补偿掩模帧的过程独立于生成第二补偿掩模帧的过程。从X射线图像序列I的帧导出第一补偿掩模帧，并且从中间图像序列A的帧组装第二补偿掩模帧。
将意识到，尽管该方法导出中间图像序列的一个帧，但是在逐帧基础上的方法的连续的应用将导致一系列中间图像序列帧A的导出。
在选择中间图像序列A的中间帧At1之后，使用中间帧At1的感兴趣区域的第二层与减去的掩模帧AM之间的所估计的运动向量场来扭曲减去的掩模帧AM。
从而，生成第二补偿掩模帧MBt1。第二补偿掩模帧MBt1补偿在感兴趣区域的第二层中发生的运动，其中，第二层中的运动在多个非造影帧IM和各种造影帧IC的采集之间的时间中发生。
在步骤e)中，从中间图像序列A的中间帧At1减去第二补偿掩模帧MBt1。这导致随后的图像Bt。随后的图像Bt是具有在第一减去中所移除的第一层中的运动和第二减去中所移除的第二层中的运动的图像。
根据本发明的实施例，在另一步骤f)中，显示随后的图像Bt。
将意识到，随后的图像的显示可以经由计算机屏幕、电视监视器，或者备选地，图像的显示可以通过计算机网络或视听分布系统发送到另一显示器或装置。
根据本发明的实施例，代替于显示随后的图像Bt，可以提供第三减去过程。换句话说，导出的随后的图像Bt形成第二中间图像序列B的帧。在来自第二中间图像序列的帧的选择之后，生成第三补偿掩模帧。第三补偿掩模帧补偿感兴趣区域中的第三层的运动。第三层中的运动在多个非造影帧IM与多个造影帧IC的采集之间的时间中发生。
同样地，算法可以扩展到感兴趣区域的第四、第五、第六和更多层，这取决于要移除的运动层的数目。
从另一方面看，算法递归地移除感兴趣区域中的不同的运动层(运动域)。
将意识到，这样的递归将在以上步骤e)和步骤f)中发生。
显著地，在步骤b)中生成第一补偿掩模帧的过程和在步骤c)中生成第二补偿掩模帧的步骤不需要使用相同掩模帧生成算法。因此，算法的每个递归中的掩模帧生成可以被优化为感兴趣区域的每层中预期的组织的类型。这可以被扩展到第三、第四、第五、第六和更多层。
在范例中，感兴趣区域的第一层可以是相对刚性的(诸如脊柱)。第二层中的运动可以归因于呼吸期间的肺的运动。脊柱的相对刚性结构和第一补偿掩模帧的生成可以仅需要恒等变换。将存在脊柱的几乎零运动，并且因此将在非造影帧与第一造影帧It之间需要基本为零的配准。由呼吸运动引起的第二层中的运动将由弹性配准算法或垂直平移更好地采集。
因此，根据本发明的实施例，提供了方法，其中，第一补偿掩模帧MAt0的生成和第二补偿掩模帧MBt1的生成各自使用不同的算法，其中，每个算法是特定于第一层或第二层的。
根据本发明的实施例，提供了如先前所描述的方法，其中，感兴趣区域的第一层是刚性层。刚性层可以指代骨结构，诸如胸腔、脊柱、头骨、骨盆和包含骨的其他区。
根据本发明的实施例，提供了如上文所描述的方法，其中，感兴趣区域的第二层是组织层，其与患者的呼吸或患者的心脏运动或患者的肠运动同步移动。
图2图解地图示了方法的操作。在矩形帧的顶行中示出了感兴趣区域的输入X射线图像序列的帧。较低的帧行示出操作中的算法。
在帧200中，存在与帧200的矩形斜列地相交的实线202，以及水平地相交的虚线204。斜列实线202表示感兴趣区域的第一层的运动。水平虚线204表示感兴趣区域的第二层的运动。为了示出层是独立的，在行I上的后续帧中，可以看到斜列实线202独立于水平虚线204移动。例如，斜列实线202可以表示隔膜位置，并且水平虚线204可以表示心脏周围的组织的位置，因为这样的层在DSA捕获序列的持续时间期间是相对独立的。
利用附图标记IM指示的左上帧表示多个非造影帧中的非造影帧。因此，这将不包含造影剂的踪迹。尽管为了帮助附图的清晰，未示出造影剂，但是序列I1、I2、I3和I4表示在其中将注入造影剂的造影帧。
图2图示了DSA序列的一个帧的转换。将理解，算法将连续应用到I2、I3和I4和连续帧以提供DSA图像序列。
利用附图标记It指示的多个造影帧中的第一造影帧被选择用于转换为相同的减影血管造影。关于该帧的处理解释图2的剩余的讨论。帧I1(It)中的隔膜线206和心脏线208与非造影帧图像IM中的膈膜线(其是实线202)和心脏线(其是水平虚线204)的位置不同。
当根据X射线图像序列生成第一补偿掩模帧MAt0时，一个造影帧被标识在造影帧I1、I2、I3和I4的序列中，其中，感兴趣区域的第一层具有与非造影帧(掩模图像)最接近或类似的形式。因此，在图2中，帧I1被选择为最相似的帧。生成在210与帧220之间的第一层的运动向量场215。然后，扭曲操作使用第一运动向量场被应用到帧I1的第一运动层。
如在帧212中所示，非造影帧中的隔膜位置已经从由斜列虚线214所指代的其原始位置移动到由斜列实线216所指代的最终位置。因此，将看到，扭曲的掩模帧具有膈膜位置，其现在与帧I1中的隔膜206的位置相同。因此，已经生成第一补偿掩模帧212(还被称为MAt0)。
然后，从多个造影帧中的第一造影帧(换句话说，数字减影血管造影的当前造影帧)减去第一补偿掩模帧MAt0。
在帧213中示出这的结果。帧217是中间图像序列A的中间帧At，其中，A2、A3和A4也是成员。如能够看到的，帧A1 216不具有斜列隔膜线，因为感兴趣区域的第一层中的运动由第一减去移除。水平线219(与208相对应的)是A1、A2、A3和A4中的心脏线的残余伪迹。如果未进一步处置，则这将仍然使得运动伪迹出现在最后的(随后的)图像Bt中。
为了方便起见，在其原始斜列隔膜线被移除的情况下，还已经示出中间图像序列A中的帧218至220(A2、A3和A4)，但是将意识到，X射线输入序列的三个剩余帧上的算法的连续的操作实现这一点。
转到感兴趣区域的第二层的移除，通过搜索具有与当前帧类似的层图像内容的中间帧At1的中间图像序列A来生成第二补偿掩模帧MBt1。
一旦该帧被识别，At1与MAt0之间的第二运动向量场217被识别。使用第二运动向量场扭曲第一减去掩模帧中的第二层。
在图2中，可以看到，在还被指代为附图标记224的帧MBt1中，利用附图标记226指示的水平虚线的初始位置向上被配准到位置228，这反映中间图像序列帧A1中的第二运动层218的位置。尽管在该范例中帧224中的感兴趣区域的第二层的配准基于与在算法的第一迭代中相同的帧指数，但是将理解，两个迭代是独立的。如果例如在图像A2、A3或A4中找到感兴趣区域的第二层的更适合的位置(与MAt0相比较的)，则这还可以被用于中间掩模帧212的第二配准。
在生成第二补偿掩模帧MBt1(即，帧224)之后，其从导致被指代230的随后的图像帧B1的中间帧A1减去。B1被图示为在内部不具有线，其指示产生于感兴趣区域的第一层中的运动和感兴趣区域的第二层中的运动的独立移动的运动伪迹已经被完全移除。因此，仅包含造影介质的血管结构的踪迹将保持在该图像中。将意识到，对I中的帧的算法的连续的应用将允许帧B2、B3和B4的计算。
尽管算法的该示意性讨论已经解决算法的两个迭代，但是如果在应当移除的感兴趣区域中存在额外的独立运动层，则可以提供第三、第四、第五、第六或更多迭代。
不同的配准算法可以被使用在不同的阶段中。在该范例中，隔膜(即，隔膜线206)的运动是相对可预测的，并且因此参数配准算法可以被应用到其。产生于心脏组织移动的第二层的运动可以更扩散，并且因此弹性(非刚性)配准算法可以被用于估计该迭代中的运动向量场。
图3示出了根据本发明的方面的方法的算法表示。X射线图像序列被输入在输入300处。第一补偿掩模帧MA的序列使用补偿单元302(或第一补偿器，其应用第一配准变换F(.))生成。
因此，第一减去单元304(或减去器)从X射线图像序列I减去第一补偿掩模层MA。这的结果被用作中间图像序列A，其还是针对第二补偿单元306(或第二补偿器)的输入。
第二补偿单元应用第二配准变换J(.)。
将指出，在实施例中，第一补偿单元302和第二补偿单元306中的配准变换是不同的，但是在备选实施例中，其可以是相同的。
第一补偿掩模帧被用作对另一减去单元307(或另一减去器)的输入。该减去的输出得到随后的图像B。
在数学术语中，考虑X射线图像I的序列的输入，其中，It是当前帧，It0是在第一配准之前的非造影帧，F(.)和J(.)是指代第一配准变换和第二配准变换的运算符，AT是中间图像序列，At1是中间图像序列的独立帧，并且BT是随后的图像帧，操作被实施为：
AT＝It-F(It0) (1)
BT＝At-J(At1) (2)
如由可变指数t0和t1所指出的，F和J运算符中的搜索可以使用彼此不同的帧指数来实现用于算法的每个阶段的最好配准匹配。
图4示出了表示如应用到患者的胸廓的X射线数据的算法的阶段的五幅图像。帧400是在将造影剂注入到患者的感兴趣区域中之前所获得的非造影帧图像。帧402是在将造影剂注入到患者的感兴趣区域中之后采集的造影帧。该注入发生在胸廓区域中，并且脊柱和肺的顶部的踪迹在帧400和帧402中是可见的。在注入之后的造影剂的存在仅在帧402中是模糊可见的。
中间帧406已经示出包含造影剂的经改进的区域或脉管系统。在该实验范例中，算法的第一迭代已经移除脊柱。这是有利的，因为造影剂被注入由脊柱掩盖的区域中。将看到，来自第一阶段的减去的掩模和减去的帧具有利用附图标记410和附图标记412指示的大的黑色区域。这是由掩模帧与造影帧的捕获之间的肺组织的运动引起的运动伪迹。
肺组织在感兴趣区域的第二层中。因此，算法的第二阶段生成补偿掩模帧404，并且在这从中间帧406减去时，得到随后的图像408。在该图像中，固定和刚性脊柱412和移动的肺组织伪迹414已经从帧基本上移除，仅留下包含416处的造影剂的脉管系统。
因此，可以从该结果看到，当超过一个移动的(或固定的)层存在时，该算法的应用得到优越的数字减影血管造影。
根据本发明的实施例，提供了如上文所描述的方法的范例，其还包括以下步骤：
b1)生成第一多个几何变换；并且
b2)将多个非造影帧IM和/或造影帧IC与根据第一多个几何变换中的几何变换所变换的额外的非造影帧和/或造影帧联接。
根据该实施例，第一各种几何变换的生成可以包括X射线图像序列的帧的可能变换的空间内的任何刚性或非刚性几何变换。
在实施例中，可以对潜在的几何变换的空间进行采样以便降低计算复杂性。
在步骤b2)中，原始X射线图像序列通过将额外帧添加到其来扩展，其已经根据第一各种几何变换中的几何变换被变换。
在实施例中，所有X射线图像序列帧可以由所有几何变换进行变换，并且联接到原始的各种掩模帧和/或造影帧。
可以应用用于降低计算复杂性的各种技术(诸如随机地采样X射线图像序列帧的二维空间和几何变换)，如上文所定义的。备选地，可能导致用于配准的适合的造影和/或掩模帧的识别中的可以忽视的效应的几何变换可以在配准之前滤出(例如，如果X射线图像序列的几何变换太倾斜或太扩张)。
将多个掩模帧和/或造影帧与这样的一组变换联接的目的在于，与掩模帧相比较优化被用于运动向量场估计的造影帧的层图像内容的相似性是可能的。因此，可以更准确地生成补偿感兴趣区域的第一层或第二层中的运动的第一补偿掩模帧。
根据本发明的实施例，提供了方法的范例，如先前所描述的，其中，在步骤b)中，第一补偿掩模帧MAt0的生成包括：
b3)在多个非造影帧IM中搜索具有第一层的第一非造影帧IM1，所述第一层具有与第一造影帧It的层图像内容类似的层图像内容；并且
b4)应用第一非造影帧IM1与第一造影帧It之间的第一配准以生成第一补偿掩模帧。
根据该实施例，当生成第一补偿掩模帧时，对感兴趣区域的第一层进行搜索，其在图像内容中与第一造影帧It的那个是最类似的。由于所识别的帧是最类似的，因而其将需要第一非造影帧与第一造影帧之间的较少基本配准，从而得到更好的质量和计算复杂性中的降低。
将指出，先前的实施例可以仅应用到在X射线图像序列中的多个非造影帧中的搜索，作为顺序输入，或者其可以被应用到被联接的多个非造影帧和/或造影帧，如先前所描述的。
根据本发明的实施例，在在多个造影帧中搜索具有第一层(所述第一层具有与第一造影帧的图像内容类似的图像内容)的第一造影帧的步骤b3)期间，被访问用于识别类似层图像内容的造影帧的区域是位于具有注入的任何造影剂的区域外的帧的部分。有利地，这避免归因于造影剂自身干扰搜索过程的事实的错误配准。
根据该实施例，额外图像处理阶段(诸如具有高对比的区的识别)被应用到造影帧IC，使得由造影剂影响的造影帧的区域被指代为对于用作被访问用于识别类似层图像内容的造影帧的区域没用。
根据本发明的实施例，提供了如先前所描述的方法，还包括以下步骤：
d1)生成第二多个几何变换；并且
d2)并且将从造影帧(It)减去第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的序列与序列的额外帧联接，其中，中间图像序列的额外帧是根据多个几何变换中的几何变换来变换的。
如上文关于算法的第一阶段所讨论的，涉及移除感兴趣区域的第二层中的运动的算法的第二阶段还可以获益于通过将多个几何变换应用到中间图像序列A并且然后将原始中间图像序列联接到经变换的中间图像增加第二补偿掩模帧的生成期间的搜索空间。
根据本发明的实施例，提供了如先前所描述的方法，其中，在步骤d)中，第二补偿掩模帧MBt1的生成包括：
d3)搜索具有第二层的第二非造影帧At1的中间图像序列A，所述第二层具有与中间帧(At)的层图像内容类似的层图像内容；并且
d4)应用第二非造影帧At1与中间帧At之间的第二配准以用于生成第二补偿掩模帧。
根据本发明的实施例，提供了方法，如上文所讨论的，其中，层图像内容是以下各项之一或组合：强度、梯度、模式、纹理、轮廓、噪声图或形状。
根据该实施例，可以在配准过程期间的图像的识别中应用许多不同的参数。图4的图像的简单检查展示可以在配准过程期间使用许多不同的图像属性。上肺叶伪迹410例如可以被用于参数地识别X射线帧404和/或X射线帧406中的肺形状。帧404和帧406的中间图像序列中的层图像内容在顶部是更纹理化的，并且这还可以被用于改进配准。
根据本发明的实施例，提供了方法，如上文所讨论的，其中，在步骤b)和/或步骤d)中，使用参数搜索来执行多个非造影帧IM和/或中间图像序列A中的搜索。这样的方法允许被用于补偿的运动的模型的精确详述。假定假设的种类不符合现实，则限制被用于补偿的运动的种类对于改进估计鲁棒性常常是重要的。
例如，对于呼吸补偿而言，沿着脊柱的方向(图4的图像中的垂直方向)的平移运动模型常常是好的选择，其实现鲁棒性与准确度之间的有用的折中。
因此，将看到，呈现了数字减影血管造影方法，其可以允许感兴趣区域内的两个或更多独立运动层的移除。
应用到不同的运动层的移除的配准算法可以取决于特定层的运动特性而变化。在要移除的层是脊柱或骨的情况下，这样的结构是相对刚性的。因此，可以应用身份配准。这是可能的，因为除非在检查期间的荧光透视台上移动患者，否则在帧之间存在脊柱的零运动或基本上零运动。归因于呼吸期间的胸廓运动，胸腔的骨可以经历稍微更多运动。
参数配准算法可以被应用到感兴趣区域中的不同的形状。例如，膈膜和肺叶具有相对可预测的轮廓，其在呼吸期间以可预测的方式改变。因此，参数等式可以被推导以简单地表示肺位置的隔膜。
如上文所讨论的，对于呼吸层(诸如肺和连接的组织)的移除而言，可以应用逐图像垂直平移算法(例如，平行于左图像边界的取向上的平移)，因为在呼吸期间，肺组织基本上沿着脊柱移动。
对于复杂运动(诸如胃或肠区中的运动)而言，层移动可以使用更复杂的算法(诸如弹性(非刚性)配准算法)表示。
根据本发明的实施例，在步骤b3)或d3)中，层图像内容的相似性的检测使用从具有以下项的组选择的方法执行：(i)灰度范围搜索度量、(ii)梯度度量、(iii)纹理形状度量和(iv)轮廓相似性层图像度量。备选地，度量可以是类似变换的量度。
有利地，这意指可以针对算法被应用到的每层定制算法的X射线帧或中间帧中的层移动的检测。这使得能够在每层的配准中使用的帧的更有效的选择，从而增加了配准有效性。
例如，当移除骨层时，将灰度范围搜索度量或梯度度量应用到图像帧可以是适当的。纹理形状或轮廓相似性层图像度量可以对于推断组织层移动是更有效的。
因此，从前述讨论将理解到，基于独立于其他层的那些层的光学和/或生物机械特性，可以从数字减影血管造影标识并且移除多个独立层。
根据本发明的实施例，提供了方法，如上文所描述的，其中，感兴趣区域的第一层是刚性层。
根据本发明的实施例，提供了方法，如上文所描述的，其中，第一补偿掩模帧和第二补偿掩模帧的生成各自使用不同的算法，其中，每个算法是特定于第一层或第二层的。
如上文所描述的，对于不同的运动层而言，层图像内容的相似性的不同的配准算法和/或不同的算法检测的使用得到产生于不同层的伪迹的更好的移除。
根据本发明的实施例，提供了方法，其中，在步骤b)中第一层是刚性层，和/或，其中，在步骤d)中第二层是与患者呼吸运动相关联的层。
根据本发明的实施例，提供了用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
a)采集100X射线图像序列I，其中包括：(i)在没有将造影剂注入感兴趣区域中的情况下采集的多个非造影帧(IM)，和(ii)在将造影剂注入感兴趣区域中之后采集的多个造影帧IC。
b)生成102第一补偿掩模帧MAt0；其中，第一补偿掩模帧补偿感兴趣区域的第一层中的运动；并且其中，第一层中的运动在多个非造影帧IM和多个造影帧IC的采集之间的时间中发生；
c)从多个造影帧It的第一造影帧减去104第一补偿掩模帧MAt0以导出中间图像序列A的中间帧At；
d)生成106从中间图像序列A的中间帧At1所选择的第二补偿掩模帧MBt1；其中，第二补偿掩模帧补偿感兴趣区域的第二层的运动；并且其中，第二层中的运动发生在多个非造影帧IM和多个造影帧IC的采集之间的时间中；
e)从中间图像序列A的中间帧At1减去108第二补偿掩模帧MBt1以导出随后的图像(Bt)；并且
f)显示110随后的图像Bt。
根据本发明的方面，提供用于提供数字减影血管造影的设备502，包括：
-接口单元504；以及
-处理单元506。
接口单元被配置为提供用作掩模图像的非造影帧IM，并且提供造影帧It，其中，非造影帧和造影帧是从患者的感兴趣区域的帧序列采集的。
处理单元被配置为通过针对在感兴趣区域的第一层中发生的运动补偿非造影帧IM生成第一补偿掩模帧MAt0；从造影帧It减去第一补偿掩模帧；通过针对在感兴趣区域的第二层中发生的运动补偿第一补偿掩模帧MAt0生成第二补偿掩模帧MBt1；并且通过从以下结果减去所述第二补偿掩模帧生成随后的图像Bt：从造影帧It减去第一补偿掩模帧MAt0。
根据本发明的实施例，输出单元508还被配置为显示随后的图像。
图5示出了用于提供数字减影血管造影的示范性设备502。将意识到，存在许多实施方式方法来提供这样的设备，诸如个人计算机、个人计算机的图形加速器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或其他可编程逻辑、微处理器、专用集成电路或这些的任何其他组合或等同物。
根据本发明的实施例，提供了如上文所描述的设备，其中，第一层是刚性层，并且第二层是与患者呼吸运动相关联的层。
根据本发明的实施例，提供了如上文所描述的设备，其中，处理单元被配置为使用不同的算法生成第一补偿掩模帧MAt0和第二补偿掩模帧MBt1，其中，每个算法是特定于第一层或第二层的。根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，处理单元506还被配置为生成第一多个几何变换，并且将多个非造影帧IM和/或造影帧IC与额外的非造影帧和/或造影帧联接，其中，额外的非造影帧和/或造影帧是根据第一多个几何变换中的几何变换来变换的。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，处理单元506还被配置为通过以下来生成第一补偿掩模帧MAt0：在多个非造影帧IM中搜索具有第一层的第一非造影帧IM1，所述第一层具有与第一造影帧It的层图像内容类似的层图像内容；并且应用第一非造影帧IM1与第一造影帧It之间的第一配准以生成第一补偿掩模帧。
根据本发明的实施例，处理单元506还被配置为生成第二多个几何变换，并且将从造影帧It减去第一补偿掩模帧MAt0的结果的序列与序列的额外帧联接。中间图像序列的额外帧是根据多个几何变换中的几何变换来变换的。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，处理单元506还被配置为在从造影帧It减去第一补偿掩模帧MAt0的结果的序列中搜索具有第二层的第二中间帧At1，所述第二层具有与从造影帧It减去第一补偿掩模帧MAt0的结果的那个层图像内容似的层图像内容。处理单元被配置为应用从造影帧It帧减去第一补偿掩模帧MAt0的第二结果与从造影帧It减去第一补偿掩模帧MAt0的结果之间的第二配准。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，层图像内容是以下各项之一或组合：强度、梯度、模式、纹理、轮廓、噪声图、层的运动内容或第一层或第二层的形状。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，第一补偿掩模帧和第二补偿掩模帧的生成均使用不同的算法，其中，每个算法是特定于第一层或第二层的。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，感兴趣区域的第一层是刚性层。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，感兴趣区域的第二层是组织层，其与患者呼吸或患者心脏运动的同步移动。
根据本发明的实施例，提供了设备，如上文所描述的，其中，多个非造影帧I和/或中间图像序列A中的搜索是使用参数搜索来执行的。
根据本发明的方面，如在图6中所示，提供了X射线成像布置600。布置包括具有X射线源602和X射线探测器604的X射线采集设备608以及用于提供如先前所描述的数字减影算法606的设备，如利用606所指示的。
X射线图像采集设备608被配置为从X射线探测器采集患者的胸部的图像数据，并且将图像数据提供给设备的接口，以用于提供数字减影血管造影。
根据本发明的方面，提供了如先前所描述的用于控制设备的计算机程序单元，其在计算机程序单元由处理单元运行时适于执行方法步骤，如先前所描述的。
根据本发明的方面，提供了存储有先前所描述的程序单元的计算机可读介质。
因此，计算机程序单元可以存储在计算机单元上，其也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上所描述的方法的步骤或引起以上所描述的方法的步骤的执行。
此外，其可以适于操作以上所描述的装置的部件。计算单元可以适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖具有从一开始就安装的本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序变成使用本发明的程序的计算机程序两者。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
然而，计算机程序也可以呈现在如万维网的网络之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。根据本发明的另外的示范性实施例，提供用于制造可用于下载的计算机程序单元的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据先前所描述的本发明的实施例之一的方法。
应当指出，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员从以上和以下描述将获悉，除非另外指出，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请所公开。
可以组合所有特征以提供超过特征的简单加和的协同作用。
尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被视为说明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。
通过研究附图、公开内容以及权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中所记载的若干项目的功能。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使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对范围的限制。
Claims (14)
1.一种用于提供数字减影血管造影的设备(502)，包括：
-接口单元(504)；
-处理单元(506)；并且
其中，所述接口单元被配置为提供用作掩模图像的非造影帧(IM)，并且提供造影帧(It)，其中，所述非造影帧和所述造影帧是从患者的感兴趣区域的帧序列采集的；
其中，所述处理单元被配置为通过针对发生在所述感兴趣区域的第一层中的运动补偿所述非造影帧(IM)来生成第一补偿掩模帧(MAt0)；从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧；通过针对发生在所述感兴趣区域的第二层中的运动补偿所述第一补偿掩模帧(MAt0)来生成第二补偿掩模帧(MBt1)；并且通过从自所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果减去所述第二补偿掩模帧来生成随后的图像(Bt)。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一层是刚性层，并且所述第二层是与患者呼吸运动相关联的层。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述处理单元(506)被配置为使用不同的算法来生成所述第一补偿掩模帧(MAt0)和所述第二补偿掩模帧(MBt1)，其中，每个算法是特定于所述第一层或所述第二层的。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述处理单元(506)还被配置为生成第一多个几何变换，并且将多个非造影帧(IM)和/或造影帧(It)与额外的非造影帧和/或额外的造影帧联接，其中，所述额外的非造影帧和/或所述额外的造影帧根据所述第一多个几何变换中的所述几何变换被变换。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述处理单元(506)还被配置为通过以下操作来生成所述第一补偿掩模帧(MAt0)：在所述多个非造影帧(IM)中搜索具有第一层的第一非造影帧(IM1)，所述第一层具有与第一造影帧(It)的层图像内容类似的层图像内容；并且在所述第一非造影帧(IM1)与所述第一造影帧(It)之间应用第一配准以生成所述第一补偿掩模帧。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述处理单元(506)还被配置为生成第二多个几何变换，并且将从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的序列与将从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的所述序列的额外的帧联接；并且
其中，将从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的所述序列的所述额外的帧根据所述第二多个几何变换中的几何变换被变换。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述处理单元(506)还被配置为在从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的序列中搜索具有第二层的第二中间帧(At1)，所述第二层具有与从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果的层图像内容类似的层图像内容；并且在从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的第二结果与从所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果之间应用第二配准。
8.根据权利要求5或7所述的设备，其中，所述层图像内容是以下各项中的一项或其组合：强度、梯度、模式、纹理、轮廓、噪声图、层的运动内容，或者所述第一层或所述第二层的形状。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述感兴趣区域的所述第一层是刚性层和/或所述感兴趣区域的所述第二层是与患者呼吸运动相关联的组织层。
10.一种X射线成像布置(600)，包括：
-X射线采集设备(608)，其具有X射线源(602)和X射线探测器(604)；
-根据前述权利要求中的一项所述的用于提供数字减影血管造影的设备(606)；以及
-显示设备(610)；
其中，所述X射线成像布置被配置为采集患者的感兴趣区域的X射线图像数据，并且将所述X射线图像数据提供到用于提供数字减影血管造影的所述设备的接口，并且将所述数字减影血管造影显示在所述显示设备上。
11.一种用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
a)提供(100)用作掩模图像的非造影帧(IM)，并且提供造影帧(It)，其中，所述非造影帧和所述造影帧是从患者的感兴趣区域的帧序列(I)采集的；
b)通过针对发生在所述感兴趣区域的第一层中的运动补偿所述非造影帧(IM)来生成(102)第一补偿掩模帧(MAt0)；
c)从所述造影帧(It)减去(104)所述第一补偿掩模帧(MAt0)；
d)通过针对发生在所述感兴趣区域的第二层中的运动补偿所述第一补偿掩模帧(MAt0)来生成(106)第二补偿掩模帧(MBt1)；
e)通过从自所述造影帧(It)减去所述第一补偿掩模帧(MAt0)的结果减去所述第二补偿掩模帧来生成(108)随后的图像(Bt)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在步骤b)中，所述第一层是刚性层，和/或其中，在步骤d)中，所述第二层是与患者呼吸运动相关联的层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一补偿掩模帧和所述第二补偿掩模帧的所述生成均使用不同的算法，其中，每个算法是特定于所述第一层或所述第二层的。
14.一种计算机可读介质，其存储有用于控制根据权利要求1至9中的一项所述的设备的计算机程序单元，所述计算机程序单元在所述计算机程序单元由处理单元运行时适于执行根据权利要求11至13中的一项所述的方法的步骤。
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