CN107111868B - X射线介入中的自动栓塞剂可视化 - Google Patents

X射线介入中的自动栓塞剂可视化 Download PDF

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Abstract

用于处理在感兴趣区域(ROI)处的物质的沉淀期间采集的影像(F)的图像处理方法和相关系统(IPS)。所述方法和系统允许在图形显示(GD)中对所沉淀的物质的各方面进行可视化，和/或基于所述影像确定在ROI处沉淀的所述物质的量。

Description

X射线介入中的自动栓塞剂可视化
技术领域
本发明涉及图像处理方法、图像处理系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
背景技术
在一些介入X射线流程中，将栓塞剂注射到患者中以实现各种处置(例如AVM(动静脉畸形)或肿瘤)是常见的。例如，为了阻止癌变组织或者AVM(动静脉畸形)的生长，可以故意使其动脉支流栓塞以阻断血液供应(AVM)和/或停止对癌变或生长的营养供应(例如在经导管动脉化疗栓塞(TACE)中)。这种类型的介入被称为医学栓塞术，其可以通过借助于导管在人体中的预期位置(感兴趣区域(ROI))施予栓塞剂来进行的。栓塞剂基本是包含悬浮在载液中的小珠的一定液体体积或质量的胶粘剂，通过这样在疾病位置处实现阻塞。在这样的栓塞介入期间，优势在于确保了仅阻断靶向动脉支流，而健康血管不受阻断。目前，通过采集一幅或多幅荧光检查投影图像来监测栓塞物的位置。由于栓塞物和/或载液的辐射不透明性，在所述荧光检查图像中能辨别出投影“踪迹”，由此向放射介入者提供有关栓塞物所处何处的线索。
在X射线荧光检查中栓塞剂的可见性通常较差。为了有助于使栓塞剂的沉淀更好地可视化，一般使用减影技术，其去除背景并只留下沉淀的栓塞剂。然而，在这种背景下使用现有的减影技术在过去已经被证明相当繁冗且要求高精度。具体而言，其依赖于掩膜图像的选择，要求每隔几次荧光检查运行就进行一次帧(掩膜)选择。所得到的减影图像一般仅示出所沉淀的栓塞剂的微小的黑色拖影，很难将其与减影伪像和背景噪声区分开。
栓塞术流程的另一问题是在大多数经动脉栓塞术(TAE)流程中，估计靶向组织中的沉淀的材料的量是很重要的。所述估计可以被用于预测临床结果，或者其可以被用于核查所注射的材料的一部分是否被沉淀在别处。然而，为了完成这些估计，通常必须使用昂贵的额外设备。
发明内容
本领域可能需要用来帮助监测物质的沉淀的备选方法和/或相关系统，以解决上述缺陷中的至少一些。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题名称来解决的，其中，在丛书权利要求中并入了进一步的实施例。应当指出，下文描述的本发明的方面同等地适用于图像处理方法、计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种图像处理系统，包括：
输入端口，其被配置为接收在物质沉淀在样本中的感兴趣区域ROI处或周围之前、期间或之后的不同时刻处对所述ROI采集的多幅图像；
图像组合器，其被配置为：i)根据截至第一时刻采集的多幅所述图像中的一幅或多幅的组合来组合第一图像；和ii)根据截至第二时刻采集的多幅所述图像中的一幅或多幅的组合来组合第二图像；
减法器，其被配置为从所述第二图像中减去所述第一图像以获得表示在所述第一时刻与所述第二时刻之间累积的一定体积的所述物质的差值图像，其中，所述第二图像和所述第一图像中的至少一个是由所述图像中的多于一幅图像组合的；以及
输出端口，其被配置为输出所述差值图像。
所提出的系统不再需要使用特定的掩膜图像。所提出的系统可以使用采集到的图像中的任何图像，未必只是特定的掩膜图像。所述系统将用户从只能够使发生在最近的掩膜图像与当前图像之间的沉淀可视化的限制中解放出来。所提出的系统允许用户任意地组成或定义时间间隔，并且之后基于从所有先前采集的图像中的选择来详细地检查在定义的时间间隔中的沉淀或使所述沉淀可视化。所述系统允许在介入的部分期间或在整个介入期间根据时间使物质的沉淀可视化。
根据一个实施例，所述第一图像或所述第二图像是根据分别截至所述第一时刻或截至所述第二时刻采集的图像形成的平均图像或者经空间和/或时间滤波的图像。
根据一个实施例，所述系统操作用于输出针对不同的第一时刻和/或第二时刻的多幅差值图像，所述系统还包括显影仪，所述显影仪被配置为在显示单元上实现对所述多幅差值图像的累积显示或顺序显示。在所述顺序显示中，一幅接一幅地显示所述多幅差值图像，其中，下一幅差值图像替代前一幅差值图像被显示。在所述累积显示中，下一幅差值图像并不替代正在显示的前一幅差值图像而被显示，而是重叠在前一幅差值图像上。亦即，差值图像一幅接一幅地累积地重叠在彼此之上。这允许对沉淀物质的形状和运动的变化进行可视化。
根据一个实施例，所述差值图像中的至少两幅是以不同的视觉绘制来显示的。
根据一个实施例，所述系统包括聚焦于ROI的运动补偿器，所述聚焦于ROI的运动补偿器操作用于在图像减影之前使所述多幅图像配准，从而针对在各图像的采集之间的所述ROI的运动进行运动补偿。
根据一个实施例，所述运动补偿器与标记识别器协作，所述标记识别器被配置为在所述图像之间识别标记，所述标记对应于所述ROI或者对应于可操作用于使流体沉淀的设备。
根据一个实施例，所述第一时刻和/或所述第二时刻能由用户调节。
根据一个实施例，由所述图像组合器组合成所述第一图像或所述第二图像的图像的数量能由用户调节，由此调节对流体的累积进行显示的时间分辨率。
根据一个实施例，所述系统包括对比度测量单元，所述对比度测量单元基于所述差值图像并且基于X射线吸收流体的给定X射线吸收特性来测量累积物质的量。
根据一个实施例，所述系统还包括物质沉淀监测器，所述物质沉淀监测器被配置为将在两个时刻之间施予所述样本的所述物质的体积与根据所述差值图像测得的所沉淀的物质的所述体积的量进行比较，所述沉淀监测器被配置为在两个体积之间的偏差超过阈值的情况下发出警告信号。
换言之，在一个实施例中，所述系统提供对在ROI处沉淀的物质的量的基于图像内的确定。这对于在经动脉栓塞术(TAE)流程中估计靶向组织中的沉淀材料的量是有用的。可以使用所述估计来预测临床结果，或者其可以被用于核查所注射的材料的一部分是否沉淀在别处。
总之，在一个实施例中，本文中提出的是使用2DX射线成像和高级减影技术来估计特定区域面积中沉淀的栓塞剂的量。所提出的系统可以被用于估计离开导管或者流经特定(分支)血管的药剂的流率。可以使测量结果可视化和/或将其转换为音频提示，如果需要的话，其中之一或其两者是实时的，从而在流程期间对用户进行辅助，或者测量结果可以被用于报告/临床研究中。
所提出的系统的一个优势在于为用户提供了定量注射信息，而无需使用可能使流程显著放慢和/或可能无法实时地实现的不同的技术/模态，例如测量导管或(锥形射束)CT。
所述的基于图像的对比度测量也符合本发明的第二方面，所述第二方面是一种图像处理系统，包括：
输入端口，其被配置为接收在物质沉淀在样本中的感兴趣区域ROI处或周围之前、期间或之后的不同时刻处对所述ROI采集的多幅投影图像；
减法器，其被配置为从第一图像(MI)中减去第二图像以获得表示第一与第二时刻之间累积的所述物质的体积的差值图像，所述第一图像和所述第二图像中的每个基于所述图像中的一幅或多幅；
对比度测量单元，其基于所述差值图像并且基于X射线吸收物质的给定X射线吸收特性来测量累积的物质的量；以及
输出端口，其被配置为输出测得的量的数值指示。
尽管所述系统是参考栓塞剂解释的，但是所述系统可以被很好地用于对具有相对高的粘度和充分的辐射不透明度并且展现出相对缓慢的运动和沉淀后的相对长的停留时间的的任何物质的沉淀进行监测。具体而言，所述物质(例如栓塞材料)不同于血管造影术中通常使用的造影剂(染料)，本文设想的物质具有比造影剂更高的粘度并且具有比造影剂更慢的移动或形状变化，这是因为造影剂基本上悬浮在血液中并且造影剂团块的运动是由血流确定的(与本文设想的物质不同)。
附图说明
现在将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例，其中：
图1示出了支持介入的成像布置；
图2示出了由图1的布置产生的根据一个实施例的图形显示的表示；
图3示出了由图1的布置产生的根据另一实施例的图形显示的表示；
图4示出了一种图像处理方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，其示出了能够用于支持介入流程的荧光检查成像或血管造影成像布置的基本部件。
这样的流程的一个例子是经导管动脉化疗栓塞术(TACE)。为了处置(例如)肝肿瘤，将导管OB引入到患者中，并且一般使之前进到被发现是肿瘤的主要支流的靶向血管(例如肝固有动脉)。通过导管OB端部释放一定体积或者质量的栓塞剂(下文称为“胶粘剂团”、“栓塞物”或者简称为“团”)，以阻塞血管并局部施加作为掺合剂被包括在栓塞剂中的化疗药物。发生沉淀的感兴趣区域ROI例如是上述肝动脉的部分或者是由于患者需要经历AVM(动静脉畸形)、动静脉瘘(AVF)或血管瘤处置而需要被阻断的血管的分路。液体栓塞材料的例子是
Figure BDA0001323662520000051
(胶粘剂类物质)、乙醇或氰基丙烯正丁酯(NBCA)。栓塞物施予通过经由接近ROI的所述导管的开放断部释放一定体积的栓塞剂而开始于时刻t0。接着，栓塞物在血流中循环，直到其被固定在靶向位置(通常是将动脉连接至静脉系统的分路)处，由此阻塞血管。在栓塞术的沉淀期间，逐渐建立起栓塞物，并且在所述沉淀的至少部分期间，通过X射线成像器100采集一系列顺序的荧光检查图像F。针对栓塞术流程的另一个例子是对肿瘤的处置。
在介入期间，患者SP被设置在X射线成像器100的X射线管XT与探测器D之间的床B上。X射线管XT和探测器D被附接至刚性框架C，其能旋转地安装在轴承B上。利用计算机操作台CC控制荧光检查图像操作。介入放射医师可以经由所述控制台CC控制图像采集，并且能够通过致动操纵杆或踏板来“拍摄”一系列个体荧光检查帧F。根据一个实施例，成像器100为C型臂类型，但是也设想了其它系统。
在图像采集期间，X射线辐射从X射线管XT发出，经过ROI并由于与其中的物质的相互作用而经历衰减，并且接着经这样衰减的射束p在构成探测器D的多个探测器单元之一处撞击探测器D的表面。受到射束撞击的每个单元通过发出对应的电信号来做出响应。接着，所述信号的集合被转换成表示所述衰减的各自的数字值。构成ROI的材料的密度确定了衰减的水平，其中，高密度材料引起的衰减高于密度较低的材料。接着，针对每个X射线p的经这样配准的数字值被合并成数字值的阵列，所述数字值的阵列形成针对给定的采集时间和投影方向的荧光检查帧。换言之，每个荧光检查是具有沿投影方向的投影视图的数字图像，并且所述方向是由C型臂在给定的采集时间或时刻处的旋转确定的。接着，荧光检查的系列F由数据采集单元DAS进行数字处理，并且接着被转发至图像处理器IPS，下文将更详细地解释所述图像处理器的目的和操作。在一个实施例中，探测器D是直接将影像投影到屏幕M上以供实时观测的图像增强器的部件。
荧光检查帧F的流具体包括在ROI处存在一些栓塞剂的时候采集到的帧。
如以下更详细地解释的，在减影方案中对帧进行处理，以收集关于栓塞的信息。出于这一目的，所述系统还包括被配置为对X射线成像器提供的荧光检查图像流起作用的图像处理器IPS。插图图1A示出了文中提出的图像处理系统IPS的细节。
成像系统IPS包括接收荧光检查帧的输入端口IN。图像处理系统IPS还包括图像组合器MIF、与标记识别器LI协作的操作的聚焦于ROI的运动补偿器MCI、以及减法器DIFF，以对帧进行处理。接着，在端口OUT处输出经处理的帧作为输出影像。接着输出影像被继续传至显影仪，从而在诸如监视器或屏幕MT的显示单元上实现图形显示GD的可视化。根据一个实施例，存在对比度测量单元CMU和物质沉淀监测器FDM。
文中提出的IPS系统有助于提供有关栓塞术流程的信息。在一个实施例中，使在感兴趣区域ROI处的栓塞剂的沉淀可视化。作为所述可视化的替代或补充，在一个实施例中，对比度测量单元CMU被配置为基于接收到的荧光检查影像计算在用户可定义的周期内沉淀的栓塞剂的量，例如体积。接着，这可以被用于将所述体积与在ROI处施予的实际体积进行比较，由此确定是否发生了回流事件或其中栓塞剂中的一些被错误地沉淀到ROI外的其他不希望的效果。沉淀监测器FDM可以通过发出适当的可视和/或声音警告信号而将向用户警告这一事实。
图像处理系统的操作大体如下。在实时模式当中，接收到的荧光检查帧被缓存在适当的存储器中。接着，接收到的帧的全部或者之中的选集被相互配准，由此对在各自的帧F采集时间之间的时段中可能发生的感兴趣区域的任何运动进行补偿。在一个实施例中，ROI是栓塞剂的沉淀发生并且意在使其发生的位置。由此运动补偿仅聚焦于ROI的运动上。其他运动则不被考虑。通过借助于标记识别器LI进行跟踪来实现所述补偿，所述标记识别器是图像的序列中的适当的标记。所述标记可以是所沉淀的栓塞剂团的实际踪迹，也可能涉及(例如)其他解剖学标记或非原生标记的踪迹。根据一个实施例，所使用的标记是(例如)通过其释放栓塞剂的导管端部的踪迹。接着，感兴趣区域本身在影像中被表示为用户可定义的邻域，例如围绕标记的圆圈、方形或其他适当的段。接着，运动补偿聚焦于这一表示感兴趣区域的该图像部分。
一旦荧光检查图像或帧的序列已经得到了运动补偿或配准，则图像组合器MIF操作以针对给定的时刻对来形成两幅图像，即第一图像(“被减数”)和第二图像(“减数”)。在简单的实施例中，被减数和减数可以是单个的描绘出的帧，例如当前帧，或者可以是按照特定用户选择的过去时刻取得的帧。在一个实施例中，被减数或减数中的至少一个根据所有先前荧光检查图像或荧光检查图像的子集按照以下公式而被组合成滑动掩膜图像：
M(t,n)＝F(t-n)+F(t-n+1)+F(t-n+2)+…F(t) (1)
如此组合的各个帧和/或帧的数量是自动选择的，或者是用户可选择的。在公式(1)中，t指代时间索引，并且n是用于掩膜积分的任意常数。换言之，n表示要被积分的图像的数量。换言之，滑动掩膜(1)是直到并包括时刻t的n个先前帧的全部或其子选集的组合。文中可以将该时刻t称为滑动掩膜的或者被减数或减数帧/图像的时间索引。
根据一个实施例，经组合的滑动掩膜图像(被减数和/或减数)是根据在时间t处包括当前帧在内的先前n个相继帧的全部(或其子选集)形成的。根据一个实施例，掩膜也可以由每个第k个(k>2)帧或除一组相继帧(即所述帧是紧挨着的时间上的相邻帧，而在任何两者之间没有其他帧)之外的具有无规律的或随机的时间间隔的帧的集合来形成。
但是，被减数图像或减数图像可以不必是相对于当前帧t形成的。具体而言，在重放或离线模式(非实时模式)中，用户自由地指定任何时刻t，并且图像组合器接着按照公式1将减数图像和/或被减数图像组合成对应的滑动掩膜。
接着，被减数图像或减数图像被转发至减法器DIFF模块DIF，以按照例如以下公式来形成被减数图像和减数图像中的任何两对的差值图像。
DI(t,ti)＝F(t)-M(ti,n) (2)
DI(τ)＝M(t＝t2,n)-M(t＝t1,n)，其中，τ＝t2-t1 (3)
在根据公式(2)的实施例中，被减数是在时间t处的单个(例如当前的)帧(其中，滑动掩膜是由ti<t处的帧构建的)，而在(3)中，差值DI图像是由被减数M(t＝t2,n)和减数M(t＝t2,n)形成的，其中，每个是按照公式(1)由多个帧组合的，每个滑动掩膜具有不同的索引t1、t2。
因而，差值图像是被减数图像和减数图像的各自的时间索引对[(t1,t2)或(t,ti)]的函数。应当认识到，由于在形成被减数图像和减数图像之前执行的聚焦于ROI的运动补偿，因此现在差值图像中记录的衰减值仅归因于在这两个时刻(即差值图像的索引)内沉淀的栓塞剂。因此，由于正确的对齐，因而已经消除了来自任何介入背景的任何其他贡献。而且，通过图像补偿，考虑到了可能由于采集期间的ROI运动而出现的减影伪影。
在时间规范输入接口T-IN处接收针对各自的差值图像DI的时间索引t1、t2、ti等。所述时间规范输入接口可以包括基于文本的输入器件，优选包括图形用户输入器件或触摸屏输入器件，或者任何其他用户输入功能。
接着，差值图像或者针对不同的时刻对(t2,t1)形成的多幅差值图像DI被转发至显影仪VIS，以在监视器MT上实现显示。
每幅差值图像表示并(在被显示时)示出了如由各自的差值图像的时间索引t1、t2表示的两个时刻t2、t1期间的栓塞剂的累积。如果形成了多个差值帧，那么可以在屏幕MT上以电影或动画模式按时间顺序对这些帧进行显示，如由图2中通过帧A到B和C时序地指示的那样。每个帧对应于不同的差值图像DI(τA)、DI(τB)和根据公式(3)的DI(τA)。取决于间隔τA,B,C的用户选择/定义，间隔可以是相继的、不相继的(在一些或者任何两个间隔之间可能存在时间间隙)，或者其甚至可以是重叠的。
栓塞术流程本身是一个相当长地蜿蜒且延迟的流程，其可能持续数小时。所提出的图像处理允许在快速移动中以压缩形式将沉淀或其部分可视化。例如，在图2的例子中，取决于所选择的时间分辨率，可以在例如不到十秒钟之内显示持续了四十分钟的栓塞术流程。可以通过用户分别选择a)各自的掩膜所要根据其进行组合的帧的数量n，和/或b)根据公式3和公式2的时间间隔τ＝t1-t2、t-ti的长度，来对按照图2的栓塞术电影序列的时间分辨率进行调节。对于所显示的每幅差值图像，将其时间索引中的后一个(例如t2)可以被解释为由所述差值图像所表示的栓塞剂的量的“达到时间”。为了更加清楚地以图形绘制ROI处或周围的栓塞剂沉淀的进展，可以在屏幕上以不同的方式将(如每个差值图像进行编码的)不同的贡献视觉地编码到图2中所示的累积图形显示GD中。换言之，按照时间顺序，各自的差值图像一幅接一幅地彼此重叠，以形成累积显示，从而表示并且“模仿”栓塞剂的沉淀的实际累积。新重叠在已经显示的差值图像上的每幅差值图像对应于栓塞剂的新沉淀的“层”，其可以被不同地视觉编码，例如可以按照不同的颜色、色调或阴影而被绘制。通过这种方式，形成了“颜色图”，其采用每种颜色指示在与每幅差值图像相关联的各自的间隔t2-t1期间栓塞剂的新出现的体积的层。这种颜色、色调或者以其他方式视觉编码的栓塞剂沉淀的“逐层”表示允许用户(在先前记录的帧的积存的基础上)根据需要调用针对任何时间段的“广泛图片(broad picture)”。在其他实施例中，只有相应的新增或新重叠的差值图像被简短地以某种颜色(对于每个新增的差值图像可以是相同的颜色)突出显示，并且对所述新增的差值图像的显示而后被默认为自然灰度强度。那么，在默认回到灰度之前，在显示器上以彩色闪光或闪耀示出相应的新栓塞层。
作为对各个差值图像DI的累积显示的备选方案，还设想按照时间顺序随差值图像进行顺序显示，其中，不对所述差值图像进行叠加，而是按照一个接一个并且一个替一个的顺序显示。
在另一种可视化模式中，通过为第一图像和第二图像选择不同的时间分辨率n(如公式(3)中所示)和/或选择两个不同的时刻——一个针对第一图像并且一个针对第二图像——而形成“迹线图像”。
作为备选方案并且如图3所示，在叠加图中对达到时间本身进行颜色编码。根据图3的叠加图示出了针对每个沉淀的相对达到时间，例如色调越暗，沉淀发生得越早，而色调越亮，沉淀就越新，其中，在任何时刻最新的沉淀都被示为最亮的色调。在备选实施例中，还设想了诸如通过色调、阴影等的其它视觉编码。
可以挨着实况图像示出如图2和图3的各自的可视化，或者应用户请求将其作为当前图像的引导叠加图示出。
作为备选方案，在给定当前帧Ft的情况下，用户可以通过滑块GUI控件或任何其他输入器件T-IN来定义过去的时间索引，即ti，从而指导图像形成器MIF按照公式(2)形成组合掩膜。在按照公式(2)使该差值图像可视化时，将不示出时刻ti之前的沉淀。只有ti之后的沉淀是可见的。这允许用户视觉地检查流程期间做出的进展。
在所有的上述显示模式中，如之前段落中提到的，可以借助于一个或多个虚拟滑块(例如其各自顶点之一彼此相对的两个三角形，但是本文中还设想任何其他符号表征)来邀请对时刻t1、t2或ti的用户选择，其中，可以通过鼠标点击或触摸屏动作在虚拟时间线上拖动所述虚拟滑块，从而定义各自的时间间隔。在一个实施例中，存在对这些间隔选择的半自动支持：用户仅选择第一间隔，并且接着系统自动进入“时间倒流(back in time)”，以定义多个(具体多少是默认数字或能由用户调节)具有与用户定义的第一个间隔相同长度的连续的时间间隔。接着，事件处置器传递所述多个时间间隔(t2,t1)i，并且然后如以上解释地由组合器MIF和减法器DIFF来处理对相关联的帧的各选集，并且然后如以上在图2、图3处讨论地以希望的显示模式来显示各自的差值图像DI。
现在参考图4中的流程图，现在将更详细地解释在图像处理器IPS的操作下的图像处理方法。
在步骤405中，接收(两幅或更多幅)荧光检查图像的流F。图像采集在正常情况下在栓塞剂的实际沉淀之前开始，则所述图像采集将覆盖在其期间发生沉淀的时间段，并在沉淀完成时结束。然而，设想了其他场景，其中，不对整个沉淀进行成像而是在不同的图像运行(run)中进行成像，所述运行的任何两者之间存在中断。在一个实施例中，只有在沉淀开始之后才开始图像采集。然而，每个帧都具有各自的指示其采集时间的索引。换言之，不管是对整个流程进行成像，还是在不同的图像运行中进行成像，都可以使用各帧的时间索引将各帧重建为按时间顺序排列的时间序列。
在步骤S410中，相对于将发生或已经发生沉淀的位置对要被组合成减数图像或被减数图像的帧的选集进行运动补偿。采用局限于ROI踪迹的刚性或非刚性运动跟踪技术或光流算法，所述运动补偿被聚焦于只代表ROI的图像部分上。换言之，在与其他运动层中的其他图像对象的运动隔离的情况下跟随所述图像部分的运动。在一个实施例中，运动补偿包括标记识别或者在图像序列间跟随特定的标记。所述标记可以是实际受到栓塞的组织的位置，但是也可以将其看作是导管顶端或者栓塞剂沉淀期间驻留的其他医学工具的位置。ROI图像部分的运动也可以是通过代理完成的，亦即，在其运动通过与ROI图像部分的运动的确定关系而先验已知的各帧之间，对标记进行跟踪。接着，能够通过适当转换将标记运动转换成ROI运动。接着，使用在跟踪期间收集的有关所述ROI图像部分的信息通过相互对准来实现对(分别属于被减数图像和减数图像的)帧的配准，从而对帧中所记录的ROI图像部分的运动进行补偿。换言之，在配准之后，帧中的ROI图像部分相对于全局固定坐标系而言基本处于相同位置处。通过这种方式，能够消除心脏或呼吸(或两者)带来的运动或者任何其他患者SP运动。
在步骤S420中，接着根据经这样配准的各自的帧来形成第一图像和第二图像(被减数图像和减数图像)。具体而言，可以将减数图像取为单个帧，例如如果以实时模式实践所述方法，那么取为当前帧，但是还设想离线应用，其中，能够将单帧减数图像取作来自所记录的帧流的任何希望的帧。可以根据上文的公式(1)将被减数图像或减数图像或其两者形成为至少两幅图像的组合。换言之，将在适当采集时间上采集的截至最近的时间索引t1或t2的多个帧的选集折叠成组合图像M(t1,n)或M(t2,n)，以形成被减数和/或减数图像。所述组合可以是通过逐像素相加实施的，但是还设想了其它形式的帧组合，例如对于每个减数图像或被减数图像对适当数量的帧进行时间或空间求平均或滤波。用于形成减数和/或被减数图像的帧的数量和/或身份是能由用户调节的。
在步骤S430中，通过从各自的第二图像减去各自的第一图像而形成一幅或多幅差值图像。因而，每幅差值图像表示在形成所述差值图像的两个滑动掩膜的各自的时刻(τ＝t2-t1或＝t-t1)(公式(3))期间或者在当前帧与用于形成所述差值图像的滑动掩膜的索引之间的时段τ＝t-ti(公式(2))期间在感兴趣区域处的栓塞剂的累积沉淀。
在一个实施例中，可以选择不同的时间分辨率，从而在稍后的将差值图像可视化为屏幕MT上的动画时确定快速运动的程度或水平。时间分辨率是由用于形成各自的差值图像的被减数图像或减数图像的索引(t1和t2或者t和ti)之间的各时间间隔τ确定的。
接着，在步骤S440中，输出一幅或多幅差值图像D，以供进一步处理或存储等。
在步骤S450中，在诸如监视器或屏幕MT的显示设备上显示(一幅或多幅)输出差值图像。差值图像被显示为重叠在彼此之上，以形成表示沉淀的时间演进的累积或顺序的动画或电影图像。可以按照不同的视觉绘制，例如颜色、色调或其他方式，来显示差值图像中的每个或一些。根据一个实施例，可视化可以包括形成迹线图像。本文中设想了以上通过图2和图3描述的所有显示方式。
在步骤S460中，一幅或多幅差值图像中的图像信息被转换为数值形式，以指示在各自的时刻之间沉淀的栓塞剂的体积或质量或浓度。能够这样做是因为差值图像中表示的对比度仅可归因于栓塞剂。这是通过形成上述的聚焦于ROI的运动补偿并且通过减除介入背景物体的贡献来确保的。对栓塞剂的所沉淀的量的计算基于Beer-Lambert定律。在本文中可以进一步假设以下参数中的至少一个是已知的：用于采集的实际荧光检查系统的射束量、以及栓塞剂的X射线吸收特性。更具体而言，假设作为X射线能量的函数的具体栓塞剂的X射线线性吸收系数是已知的。一旦栓塞剂的化学成分是已知的，就能够将其计算出来。吸收系数也可以被测量。例如，参考可由网址http://physics.nist.gov/xaamdi在线获得的Hubbell,J.H.和Seltzer,S.M.(2004年)的“Tables of X-Ray Mass AttenuationCoefficients and Mass Energy-Absorption Coefficients”(2014年10月08日的1.4版本)，National Institute of Standards and Technology,Gaithersburg,MD。已经观察到，如果栓塞剂的线性吸收系数与周围组织显著不同，那么能够获得非常好的结果。
每幅差值图像中的实际图像像素强度与冲击到与所述图像像素相关联的探测器像素处的X射线束的射线所受到的衰减成比例。由于射线的初始能量是已知的，所记录的衰减可以(经由线性吸收系数)被转换为对应的“栓塞物内”路径长度，亦即，各自的X射线在冲击到所述像素上之前行进的栓塞物中的路径长度。这为每个像素定义了一个棱柱作为原始体积元，其高度对应于所述栓塞物内路径长度。可以针对栓塞术掩膜的踪迹中的每个像素重复上述流程，并且可以对结果(即每个像素的各自的体积棱柱)进行积分，从而得到对各自的时段τ期间的(平均)栓塞物体积的数值估计。
接着，在步骤S470中，将计算出的数值体积与如根据已知流率或注射率以及所考虑的差值图像的时间索引而计算出的理论上期望的体积沉淀进行比较。计算出的图像体积期望的是基本等于两个时刻之间注射的栓塞剂的总和。然而，如果存在偏差，并且如果该偏差违反了预定义的阈值，则发出警告信号。这是因为，存在栓塞剂中的一些被错误地沉淀在可能不希望的ROI外面的位置处的危险。在使用针对各自的差别帧的时间索引的其他实施例中，可以通过按照针对任意差值图像的两个时间索引t1、t2形成相对于时间段τ的计算出的体积的定额来建立流率。
在步骤S480中，输出按照步骤S460或S470的数值。在一个实施例中，可以通过对差值图像的适当的视觉绘制而被视觉指示的是流率本身。额外地，或作为备选方案，在步骤S480中，可以将对所沉淀的栓塞剂的总体积的视觉指示以数值方式输出，或者输出为各自的(一幅或多幅)差值图像上的彩色叠加图。在一个实施例中，可以发出视觉或听觉信号，以指示已经达到了某一预定义的阈值。
换言之，和/或作为以上描述的延伸，在本文中设想以下的视觉或可听提示(及其任何组合)，以用于在栓塞术注射期间步骤S480中的输出，从而在流程期间为用户进行辅助：
-指示栓塞剂的回流的视觉/音频信号
-指示靶向区域外面的显著沉淀和/或流动的视觉/音频信号
-以数字形式或利用指代不同注射率的颜色，对测得的注射率的视觉指示
-数值地或者作为颜色或其他形式视觉编码的叠加图，对所沉淀的栓塞剂的总量的视觉指示，
-指示已经达到某一预定义的阈值的视觉/音频信号。
总之，并且由上文可以理解，所提出的系统IPS利用了这一事实，即与通常的“很快消失”的血管造影术的造影剂相反，具有更高粘度的材料(例如栓塞材料，其保留在组织内)的缓慢动态和驻留属性使得对栓塞区域的范围的计算能根据上述数据并且根据对ROI(例如遭受肿瘤的区域)上的总栓塞吸收的积分而被直接计算出。如果注射率是已知的，那么还可能涉及时间差，从而间接地监测ROI外面的流动。更具体而言，该ROI外面的流动是每单位时间所注射的栓塞剂的量与在同一间隔期间在ROI中观察到的沉淀之间的差。注射率本身可以根据与控制电子装置或者注射器机构的接口的接合、或利用某种专用测量装置(例如流量计或超声波/多普勒设备等)来推断，或者可以利用流量测量算法单纯基于图像来推断。这些单纯基于图像的流量确定算法可以是基于导管端部或者某些感兴趣的主血管或血管的3D模型的。可以基于已知的注射特性使用对流动/沉淀的迭代滤波。例如，可以假设基本上所有的栓塞剂都沉淀在靶向ROI中。接着，使用质量守恒定律估计所述流动。然后，对所估计的流动进行积分以得到对总沉淀的估计，并且接着以多次迭代来重复这一流程。
尽管已经参考投影X射线成像解释了图像处理器系统IPS的操作，但是所述方法同样应用于3D影像，例如利用计算机断层摄影(CT)成像或其他获得的3D影像。
图像处理模块IPS可以被布置为具有用于读入荧光检查流F的适当接口的软件模块或例程，并且其可以在通用计算单元或专用计算单元上运行。例如，处理器IPS可以在成像系统100的工作站或控制台CC上运行。图像处理模块IPS及其部件中的一些或全部可以驻留在执行机构(例如通用计算机、工作站或控制台)上，或者在分布式架构中可以由执行机构经由适当的通信网络远程地/集中地对其进行访问。
备选地，图像处理模块IPS的部件可以被布置为专用FPGA(现场可编程们阵列)或类似的独立芯片。可以在适当的科学计算平台(例如
Figure BDA0001323662520000141
或
Figure BDA0001323662520000142
)中对所述部件进行编程，并且之后将其转换成保存在库中的C++或C例程，并且在通过诸如通用计算机、工作站或控制台的执行机构调用时被链接。
在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其适于在适当的系统上执行根据前述实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行上述方法的步骤或者可以引起对上述方法的步骤的执行。此外，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操作和/或执行用户的命令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器中。因而，所述数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的这一示范性实施例既涵盖了从一开始就使用本发明的计算机程序，又涵盖了借助于更新将现有程序转化为使用本发明的程序的计算机程序。
此外，所述计算机程序单元可能能够提供满足上述方法的示范性实施例的流程的所有必要步骤。
根据本发明的额外的示范性实施例，介绍了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质在其上存储有计算机程序单元，所述计算机程序单元如前述部分所述。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，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，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
但是，也可以经由网络，例如，万维网呈现计算机程序，并且能够将其从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器当中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种使计算机程序单元可用于下载的媒介，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前述实施例之一所述的方法。
应当指出，本发明的实施例是参考不同主题名称描述的。具体而言，一些实施例是参考方法类型的权利要求描述的，而其他实施例是参考装置类型的权利要求描述的。然而，本领域技术人员将由以上和以下的说明认识到，除了另行指出，否则除了属于一类主题名称的特征的任意组合，涉及不同主题名称的特征之间的任意组合也应当被认为在本申请中得到了公开。然而，可以对所有的特征进行组合，从而提供多于特征的简单加成的协同作用效果。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述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。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以满足权利要求中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都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种图像处理系统(IPS)，包括：
输入端口(IN)，其被配置为接收在物质沉淀在样本(SP)中的感兴趣区域ROI处或者周围之前、期间或之后的不同时刻处对所述ROI采集的多幅图像；
图像组合器(MIF)，其被配置为根据截至第一时刻采集的多幅所述图像的至少子集的组合来组合至少第一图像；
减法器(DIFF)，其被配置为从表示第二时刻的第二图像中减去所述第一图像以获得表示所述第一时刻与所述第二时刻之间的所述物质的累积的差值图像；
对比度测量单元(CMU)，其基于所述差值图像并且基于所述物质的已知X射线吸收特性来测量所累积的物质的量，以及
输出端口(OUT)，其被配置为输出所述差值图像和/或测得的量的数值指示。
2.根据权利要求1所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述第二图像是在所述第二时刻处采集的单个图像。
3.根据权利要求1所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述图像组合器(MIF)还被配置为根据截至所述第二时刻采集的多幅所述图像中的至少子集的组合来组合所述第二图像。
4.根据权利要求1所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述第一图像或所述第二图像是经空间或时间滤波的图像。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述系统操作用于输出针对不同的第一时刻和/或第二时刻的多幅差值图像，所述系统还包括显影仪(VIS)，所述显影仪被配置为在显示单元上实现对所述多幅差值图像的顺序显示。
6.根据权利要求5所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述差值图像中的至少两幅是以不同的视觉绘制来显示的。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理系统(IPS)，包括聚焦于ROI的运动补偿器(MC)，所述聚焦于ROI的运动补偿器操作用于在图像减影之前使所述多幅图像配准，从而针对在各图像的采集之间的所述ROI的运动进行运动补偿。
8.根据权利要求7所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述运动补偿器(MC)与标记识别器(LI)协作，所述标记识别器被配置为在所述图像之间识别标记，所述标记对应于所述ROI或者对应于可操作用于使所述物质沉淀的设备(OB)。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理系统(IPS)，其中，所述第一时刻和/或所述第二时刻能由用户调节。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理系统(IPS)，其中，由所述图像组合器(MIF)组合成所述第一图像或所述第二图像的图像的数量能由用户调节，由此调节对所述物质的累积进行显示的时间分辨率。
11.根据权利要求1所述的图像处理系统(IPS)，还包括物质沉淀监测器(FDM)，所述物质沉淀监测器被配置为将i)在两个时刻之间施予所述样本的所述物质的体积与ii)根据所述差值图像测得的所沉淀的物质的所述体积的量进行比较，所述沉淀监测器(FDM)被配置为在两个体积之间的偏差超过阈值的情况下发出警告信号。
12.一种图像处理方法，包括以下步骤：
接收(S405)在物质沉淀在样本(SP)中的感兴趣区域ROI处或者周围之前、期间或之后的不同时刻处对所述ROI采集的多幅图像；
根据截至第一时刻采集的多幅所述图像的至少子集的组合来组合(S420)至少第一图像；
从表示第二时刻的第二图像中减去(S430)所述第一图像以获得表示所述第一时刻与所述第二时刻之间的所述物质的累积的差值图像；
基于所述差值图像并且基于所述物质的已知X射线吸收特性来测量所累积的物质的量；以及
输出(S440)所述差值图像和/或测得的量的数值指示。
13.一种图像处理装置，包括：
用于接收(S405)在物质沉淀在样本(SP)中的感兴趣区域ROI处或者周围之前、期间或之后的不同时刻处对所述ROI采集的多幅图像的模块；
用于根据截至第一时刻采集的多幅所述图像的至少子集的组合来组合(S420)至少第一图像的模块；
用于从表示第二时刻的第二图像中减去(S430)所述第一图像以获得表示所述第一时刻与所述第二时刻之间的所述物质的累积的差值图像的模块；
用于基于所述差值图像并且基于所述物质的已知X射线吸收特性来测量所累积的物质的量的模块；以及
用于输出(S440)所述差值图像和/或测得的量的数值指示的模块。
14.一种在其上存储有用于控制根据权利要求1-11中的任一项所述的系统的计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序在由处理单元运行时适于执行根据权利要求12所述的方法的步骤。
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