CN107661143B - 磁共振成像中确定采集体积的截面的二维图像数据的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在通过组合的磁共振和X射线装置(9)进行磁共振成像的过程中确定采集体积的至少一个截面(5)的二维图像数据的方法，装置的用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准，方法包括步骤：控制X射线装置采集至少一个X射线图像(1)，其至少部分地映射对象(2)、特别是医疗器械；通过对X射线图像进行图像处理，确定与对象的位置和/或取向和/或至少一个特征有关的至少一个对象信息；依据对象信息确定预先给定截面在采集体积中的布置的至少一个截面参数；控制磁共振装置采集与截面相关的测量数据；和根据测量数据计算二维图像数据，其中，对磁共振装置的控制和/或对二维图像数据的计算依据截面参数进行。

Description

磁共振成像中确定采集体积的截面的二维图像数据的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在磁共振成像的情况下确定采集体积的至少一个截面的二维图像数据的方法。此外，本发明涉及一种组合的磁共振和X射线装置、计算机程序和电子可读数据载体。
背景技术
磁共振设备在医学领域中经常用于进行诊断成像。然而，此外，磁共振设备还在介入处理的过程中使用，以便通过近实时成像来支持这些处理。
一般的应用情况是通过使用例如每秒具有至少5,10,20或者30个图像的近实时磁共振成像来支持使用者，以便对使用者将相关区域中、例如患者内部的当前情形可视化。当要将医疗器械、例如导管引导到特定位置时，这特别重要。在这种情况下，通过近实时成像使得使用者能够准确地引导医疗器械。
为了能够实现具有足够高的重复率的成像，在此一般使用二维磁共振成像，其中，仅激励一个层或者仅激励单个层，并且采集其测量数据并视觉化。在此成问题的是，医疗器械的相关区域、例如导管尖端在此可能离开当前采集的层，由此必须手动地跟踪所采集的层。用户手动地跟踪所采集的层对于用户是附加的负担，并且还可能使手术需要的时间延长。即使当使用体积成像时，也出现类似的问题，因为针对用户的视觉化一般以横截平面的形式进行。由此在体积成像中也需要跟踪所显示的横截平面。
发明内容
由此，本发明要解决的技术问题是，给出一种用于磁共振成像的方法，使得能够实现对采集的测量层或者显示的横截平面的相对改善的跟踪。
根据本发明，上述技术问题通过用于在通过组合的磁共振和X射线装置进行磁共振成像的情况下确定采集体积的至少一个截面的二维图像数据的方法来解决，组合的磁共振和X射线装置包括磁共振装置和X射线装置，其用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准，所述方法包括以下步骤：
-控制X射线装置采集至少一个X射线图像，X射线图像至少部分地映射对象、特别是医疗器械，
-通过对X射线图像进行图像处理，确定与对象的位置和/或取向和/或至少一个特征有关的至少一个对象信息，
-依据对象信息确定预先给定截面在采集体积中的布置的至少一个截面参数，
-控制磁共振装置采集与截面相关的测量数据，以及
-根据测量数据计算二维图像数据，
其中，对磁共振装置的控制和/或对二维图像数据的计算依据截面参数进行。
根据本发明，提出了利用如下事实，即，在一些装置中，不仅可以进行X射线成像，还可以进行磁共振成像，其中，用于成像的坐标系相对于彼此具有定义的位置，即彼此配准。这例如在所谓的血管MR扫描仪(Angio-MR-Scannern)中是这种情况。已知可以在相对低的辐射剂量下以高的图像速率进行X射线成像，这例如在X光检查的过程中使用。许多对象、特别是许多医疗器械在X射线成像中以高对比度被成像。由此，已经能够在低X射线剂量下容易地识别这些器械的特定特征、例如导管尖端的位置。根据本发明利用这来自动跟踪二维磁共振成像，方式是，根据X射线图像确定对象信息并且在控制磁共振装置或计算图像数据的过程中使用对象信息，由此能够自动跟踪关于对象选择的截面。
由此减轻了组合的磁共振和X射线装置的使用者的负担，因为不再需要手动进行层跟踪。相对于单纯的基于磁共振的层跟踪，根据本发明的方法使得能够更快并且更鲁棒地跟踪成像。例如可以在显示装置上显示所计算的二维图像数据。这可以直接进行，然而也可以首先进一步处理二维图像数据，例如以便叠加附加信息。
对于根据本发明的方法重要的是，将用于成像的坐标系彼此配准。所使用的坐标系的配准例如通过提供磁共振装置和X射线装置的刚性耦合而可以是刚性的。例如，可以相对于磁共振装置的主磁体和梯度磁体位置固定地布置X射线管和X射线检测器。在刚性配准的情况下，两个装置也可以使用共同的坐标系来进行成像。
然而，也可以使用灵活的自动匹配的配准。例如，可以以X射线装置的部件、特别是X射线管和X射线检测器相对于磁共振装置的部件、特别是磁体可移动和/或可偏转的方式，将X射线装置的部件放置在磁共振装置的部件上。移动和/或偏转可以手动地或者通过组合的磁共振和X射线装置的执行器进行。可以设置传感器，传感器采集相对移动和/或偏转，和/或其可以基于对执行器对应的控制知道。由此，基于已知的移动或偏转，也在每个时刻相互知道用于成像的坐标系的相对位置和朝向，由此将其相互配准。
这种配准使得能够在这些坐标系之间传输信息。在此，例如可能涉及点的坐标、特定方向、曲线、特别是直线的位置和/或形状和/或面、特别是平面和/或关于在图像数据中识别出的特定特征的信息。磁共振成像的坐标系在这种情境下应当理解为三维本地空间坐标系，其例如可以通过层选择编码梯度、频率编码梯度和/或相位编码梯度的方向展开，或者关于这些方向具有定义的位置。X射线装置的坐标系可以定义为位置和朝向通过X射线检测器和/或X射线源的位置和朝向确定的三维坐标系。在进行坐标转换时，一般考虑采集的检测器元件上的X射线强度与该检测器元件和X射线源之间的吸收系数的线性积分有关。如果不知道其它边界条件，则由此仅能够在X射线图像中识别出的与X射线装置相关联的三维坐标系中的特定特征处于对应的连接线上的范围内，确定该特征的位置。
在根据本发明的方法中，截面特别地可以是横截平面，因为这使得能够特别简单地采集测量数据。然而，原则上也可以使用弯曲的截面。截面可以具有与截面垂直的层厚度，经由其对采集体积中的对象或其它对象的磁共振信号进行整合。截面的层厚度可以对应于在磁共振成像的过程中激励的层的层厚度。然而，也可以在磁共振成像的过程中在层选择的方向上进行频率或者相位编码，由此层厚度可以对应于该频率或者相位编码实现的分辨率，或者可以任意地选择为更厚。层厚度可以固定地或者依据截面参数预先给定。
截面参数可以确定采集测量数据的测量区域的方位、特别是位置和/或取向，但是也可以确定测量区域的形状。补充地或者替换地，截面参数可以描述要显示的截面在测量区域中的方位。这在要显示弯曲的截面的图像数据时是特别有利的。
在医疗领域中的由磁共振成像支持的介入的过程中，不仅使用所谓的无源器械，而且使用所谓的有源器械。无源器械被构造为其可以在磁共振成像期间使用，而其不会受到干扰，例如被加热等。在有源器械的情况下，附加地针对这些器械提供位置确定。这例如可以通过对在有源器械上设置的收发器的无线电三角测量来进行。当使用无源器械时，根据本发明的方法是特别有利的，因为否则对其进行定位非常难。然而，其也可以有利地结合有源器械使用，因为一般仅对这些有源器械上的单个点进行定位。通过根据本发明的方法，在这种情况下附加地使得能够考虑朝向和/或特别是在导管的情况下可能出现的可能的形状改变。
可以将X射线图像中的、关于对象的至少部分的映射处于预先给定的位置的至少一个测量点的相应的点位置确定为对象信息，由此依据点位置确定截面参数，使得截面包括在X射线装置的与相应的测量点相关联的X射线检测器元件和X射线源之间的相应的连接线的至少一部分。为此，可以进行对对象或者对象上的特定点的识别。这例如可以通过X射线图像中的特征识别，例如通过识别尺度不变特征来进行。然而，也可以对X射线图像中的对象进行分割或者对X射线图像中的多个区域进行分割和分类，以识别对象或者对象的特定部分，由此识别特定特征、例如导管的端部。分割可以基于对比度、例如通过区域生长进行。
对应的特征的位置可能直接对应于测量点，或者测量点可能关于该位置移位。移位在此可能在预先给定的方向上进行或者依据X射线图像的图像数据进行。例如，对于导管或者其它微长形的对象，可以首先确定导管或对象的端部的位置，随后确定导管或对象的纵向方向，并且可以将测量点相对于先前确定的导管或对象的纵向方向上的位置错开预先给定的距离。也可以选择多个测量点，其中，特别是可以选择在对象的纵向方向上错开的2个测量点。因为在这种情况下多个连接线要处于截面中，因此在使用横截平面作为截面的情况下，其已经完全可以通过选择这两个测量点来预先给定。
可以将X射线图像中的、描述关于对象的至少部分的映射预先给定的方向的至少一个方向矢量确定为对象信息，由此依据方向矢量确定截面参数，使得截面的至少一个相应的部分在采集空间中与相应的方向矢量平行或者与其成一预先给定的角度。
代替确定方向矢量，也可以沿着该方向矢量确定两个或更多个测量点，并且可以如前面所说明的选择截面，使得其包括相关联的X射线检测器元件和X射线源的连接线。如果选择横截平面作为截面，则其在这种情况下与方向矢量平行。
在弯曲的截面的情况下，方向矢量可以形成该截面的切线，其中，该方向矢量与截面特别是在多个、优选相邻的点处接触。
作为方向矢量，优选可以选择对应于在X射线图像中确定的微长形的对象、特别是导管的纵向方向的方向矢量。在这种情况下，产生与该纵向方向至少逐段地平行或者成角度、优选垂直的截面。
对象可以是导管，其中，确定导管尖端在X射线图像中的位置，并且所述至少一个测量点处于导管尖端的位置或者处于关于导管尖端的位置预先给定的另一位置，和/或其中，方向矢量沿根据X射线图像确定的导管的纵向方向定向。导管尖端应当理解为导管在其纵向方向上的端部。例如当X射线图像中的导管弯曲时，所确定的纵向方向可以是在导管的特定位置处或者特定部分中的局部纵向方向。特别是可以在导管尖端的区域中确定纵向方向。作为截面参数，例如可以使用导管尖端的位置和优选方向，也就是说，例如导管在导管尖端的区域中的纵向方向。替换地，例如可以使用弯曲的截面，其中，截面参数将其参数化，使得其基本上跟随导管在X射线图像中的走向。
可以在时间上连续地重复执行至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集与相应的截面有关的测量数据的一组步骤，其中，在所述重复中的至少一个中，依据在相应的早前的重复中采集的测量数据确定相应的截面参数。在此，还可以重复所述方法的其它步骤，使得在每一次重复内或者在一部分重复中分别附加地采集X射线图像，并且由其确定至少一个对象信息。由此可以实现层跟踪，其中，为了进行层跟踪，不仅考虑来自当前采集的X射线图像的至少一个对象信息，而且考虑先前的磁共振测量的测量数据。
替换地，可以在每一次采集X射线照片并且确定对象信息之后多次重复该组。这例如可以有利地用于进一步减少入射到采集体积中的X射线剂量，由此例如减少患者的辐射负荷。第一截面的截面参数可以仅依据对象信息确定，并且进一步的跟踪可以考虑先前采集的测量数据。可以以预先给定的距离重新记录X射线图像并且确定对象信息，以利用其它信息丰富跟踪。然而，如稍后将更详细地说明的，该组的重复也可以用于迭代地确定采集和/或计算并且特别是显示二维图像数据的截面。例如可以通过重复地采集测量数据并且随后依据该测量数据调整截面参数，搜索最优的截面参数或最优的层，其中，可以依据对象信息，由此依据X射线图像，确定该搜索的起始点，即初始截面参数。如先前所说明的，例如可以确定初始截面参数，使得截面包括导管尖端或者关于其定位和/或定向。
在早前的重复中采集的测量数据可以至少部分地映射对象，其中，通过对该测量数据进行处理，确定与对象的位置和/或取向和/或所述特征或至少另一个特征有关的另一个对象信息，其中，依据所述另一个对象信息确定截面参数。另一个对象信息可以描述对象与截面的交点。为了确定该交点，例如可以通过傅立叶变换根据测量数据确定二维图像数据，并且可以对这些二维图像数据进行分割，或者可以在其中进行特征识别，以识别交点。可以选择截面参数，使得随后记录测量数据的截面包括交点，和/或与交点和另一个定义的点、例如在X射线数据中检测到的导管尖端之间的连接线平行或者成一预先给定的角度、特别是垂直。
可以在确定截面参数之前的所述重复中的至少一个期间，控制磁共振装置采集与辅助截面相关的辅助测量数据，其中，辅助截面与在早前的重复采集测量数据的截面间隔开和/或与其成一预先给定的角度，由此确定对象与辅助截面的辅助交点，由此确定截面参数，使得截面包括所述交点和所述辅助交点或者与所述交点和所述辅助交点之间的连接线包围一预先给定的角度、特别是90°。辅助截面可以依据X射线图像和/或对象参数选择。通过所描述的方法，可以非常准确地采集特别是线性的对象、例如不是太弯曲的导管的位置，由此可以非常准确地关于该对象对截面进行定位和定向。
可以在采集测量数据之后，确定测量数据不映射对象时，重复至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集相应的与相应的截面相关的测量数据的所述一组步骤或者一组步骤，其中，截面参数根据固定的或者依据对象信息预先给定的模式改变。由此可以通过改变截面参数来搜索与对象相交或者包括对象的截面。在此，在使用横截平面作为截面时，可以特别是与截面垂直地改变截面在采集空间中的位置，和/或改变截面在采集空间中的朝向。例如，可以以根据X射线数据确定对象的纵向方向，并且在该纵向方向上进行移位，和/或在改变的过程中调整截面的朝向，使得其与该方向成角度、特别是垂直的形式，考虑对象信息。
当测量数据至少部分地映射对象时，可以通过对测量数据进行处理来确定映射信息，映射信息描述测量数据映射对象的哪个部分，由此在满足评价映射信息的重复条件时，重复至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集相应的与相应的截面相关的测量数据的所述一组步骤或者一组步骤，其中，截面参数根据固定的或者依据对象信息和/或测量数据预先给定的模式改变，并且在不满足重复条件时，依据先前采集的测量数据计算二维图像数据。
特别是，可以依据映射信息改变截面参数，以便例如执行优化方法，通过优化方法将对象的由测量数据映射的对象最大化。为此，例如可以执行梯度方法，其中，改变截面参数，例如以便改变横截平面的朝向和位置，并且针对每个自由度两个可能的改变方向的改变，分别确定对象的由测量数据映射的部分在哪个方向上提高为最大。映射信息可以是数值，由此例如可以直接在梯度方法或者其它优化方法中对其进行评价。映射信息例如可以描述映射对象的该部分的面在根据测量数据计算的二维图像数据中有多大。替换地，可以预先给定对象的片段，并且可以确定测量数据映射了多少个这种片段。这例如可以通过预先给定各个片段的特征，并且检查测量数据是否分别映射其来进行。分割的预先给定可以通过基本知识，或者通过使用存储对象的数据的数据库来进行。替换地，对对象的分割也可以在X射线图像中进行。
映射信息可以直接在k空间、即以一般的方式采集磁共振测量数据的空间频率的空间中确定。这在对象的各个片段可以与在k空间中可识别的特征唯一地相关联的情况下是可以的。替换地或者补充地，可以根据测量数据计算临时二维图像数据，并且可以依据这些图像数据确定映射信息。在不满足重复条件时，在这种情况下，可以直接提供临时二维图像数据，作为输出的二维图像数据。
替换地或者补充地，可以借助机器学习方法确定映射信息。例如可以提供可以与测量数据的格式对应并且示出特定对象或者特定类型的对象的不同的部分的多个学习数据。对于这些学习数据，可以手动地或者通过任意的其它方法预先给定相应的映射信息，随后可以使用这样注解的学习数据来训练机器学习算法。
可以依据通过对象信息和/或关于对象的基本知识描述或者由此确定的对象的至少一个特征来确定映射信息。特征特别地可以是对象的形状或者对象的一个或更多个部分。然而，其也可以是用于基于模板的对象识别的样板、尺度不变特征等。对应的特征可以通过对X射线图像的分割来确定。在此，可以特别是通过刚性或者非刚性的配准，将X射线图像与作为基本知识提供的、描述对象的数据组、例如对象的3D模型配准。这具有如下优点：通过基本知识准确地提供一些特征，例如对象或者对象的刚性区域的基本形状，其中，可以根据X射线图像确定与对象的变形、位置和/或朝向有关的附加信息。
可以将测量数据映射对象的哪个部分的度量确定为映射信息，其中，重复条件将映射信息与预先给定的极限值进行比较或者对考虑在所述一组步骤的连续重复中确定的多个映射信息的收敛标准进行评价。例如可以预先给定映射对象的至少30、50或者70％。当要使用优化方法用于将映射的对象的部分最大化时，对收敛标准的评价是有利的。该优化方法或迭代方法例如可以是已经提及的梯度方法。
在一些情况下，要在采集体积中将对象引导至定义的目标点。因此，可以预先给定采集体积中的目标点，其中，确定截面参数，使得截面包括目标点。可以例如在事先以相同的测量几何结构记录的三维磁共振数据中手动地预先给定对应的目标点。然而，也可以在X射线图像中预先给定目标点。例如，可以确定截面参数，使得截面包括要引导的导管的导管尖端以及要将引导引导到的目标点。
截面可以是横截平面，其中，截面与X射线装置的X射线源的中心束平行。在近似平行的X射线束的情况下，截面在这种情况下与X射线图像的图像平面垂直并且在其中作为线被映射。在X射线源进行扇形或者圆锥形辐射的情况下，可以将任意的束视为在辐射面的中心发出的中心束。在基本上点状的辐射源的情况下，中心束可以是辐射角对应于辐射面或辐射锥的平均辐射角的束。
可以通过对象采集装置确定描述布置在对象上的标记元件或者位置采集元件在采集体积中的位置的位置信息，其中，依据所述位置信息确定截面参数。位置信息例如可以经由基于无线电的三角测量或者通过采集磁场的位置采集元件的传感器来确定。如果使用开头提及的针对其至少一个点提供位置信息的有源器械，则由此可以在根据本发明的方法中在确定截面参数时考虑这些信息。
可以在不同的记录角度下采集X射线照片中的两个，由此根据X射线图像将采集体积中的针对对象的至少一个预先给定的区域的三维位置确定为对象信息，由此依据所述三维位置确定截面参数。特别是，可以确定截面参数，使得截面包括该三维位置。也可以预先给定截面参数，使得截面在预先给定的方向上与该三维位置间隔开。如果预先给定了采集体积中的其它三维位置，例如目标位置，则可以预先给定截面参数，使得截面关于这些位置的连接线具有定义的朝向，特别是与该连接线平行地延伸，其中，连接线特别是可以处于截面中或者与其垂直。
可以使用具有记录角度彼此不同的多对X射线源和X射线检测器的X射线装置，其中，通过不同的对采集在不同的记录角度下采集的X射线图像。
替换地，可以通过相对于采集体积可旋转和/或可移动地支撑的X射线装置记录在不同的记录角度下记录的X射线照片。可以采集X射线装置的移动或旋转，由此X射线装置的成像使用的坐标系不仅在移动和/或旋转之前、而且在移动和/或旋转之后可以与磁共振装置的成像使用的坐标系配准。
如已经提及的，在根据本发明的方法中可以使用弯曲的截面。实现这的一种可能性是在包括截面的采集体积的矩形片段中进行测量数据采集。随后，可以对三维图像数据进行体积重建，由此从体积重建中沿着弯曲的截面读出二维图像数据。在此，可以直接读出单个三维体素的数据，或者可以针对不同的体素之间的各个图像点进行插值。
在根据本发明的方法中，可以使用具有相对位置和/或朝向关于采集体积可改变的X射线检测器和X射线源的X射线装置，其中，在进行用于改变通过磁共振装置采集的截面的用户操作时和/或在截面参数改变时，自动匹配X射线检测器和/或X射线源的位置和/或朝向。X射线检测器和X射线源优选可以经由刚性支架、例如机架或者C形臂连接，以使得其能够共同移动和/或旋转。特别是可以调整位置和/或朝向，使得记录轴垂直于由磁共振装置采集的截面。
除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种组合的磁共振和X射线装置，具有磁共振装置、X射线装置和控制装置，其中，X射线装置和磁共振装置的用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准，其中，通过控制装置能够执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。磁共振装置和X射线装置也被构造为能够执行所述方法。
此外，本发明涉及一种计算机程序，其能够直接加载到组合的磁共振和X射线装置的控制装置的存储器中，具有程序部件，用于当在组合的磁共振和X射线装置的控制装置中执行所述计算机程序时，执行根据本发明的方法的步骤。
此外，本发明涉及一种电子可读数据载体，其上存储有电子可读的控制信息，所述控制信息至少包括根据本发明的计算机程序并且被构造为，在组合的磁共振和X射线装置的控制装置中使用所述数据载体时，所述控制信息执行根据本发明的方法。
附图说明
本发明的其它优点和细节从下面的实施例以及附图中得到。在此：
图1示意性地示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，
图2示意性地示出了在根据图1的方法中记录的具有叠加的可能的截面的X射线图像，
图3示意性地示出了根据本发明的方法的另一个实施例的流程图，以及
图4和5示意性地示出了根据本发明的组合的磁共振和X射线装置的不同的实施例。
具体实施方式
图1示出了用于在通过组合的磁共振和X射线装置进行磁共振成像的过程中，确定采集体积的至少一个截面的二维图像数据的方法的实施例的流程图。成像可以用于在手术过程中引导对象、例如医疗器械、特别是导管。在此，要针对使用者实现具有高的图像重复率的近实时成像。为了实现高的图像重复率，可以仅针对一个或更多个截面进行磁共振成像。在此，要跟踪所采集或显示的截面，使得能够向使用者显示相关的层，即特别是需要识别对对象的跟踪的这些层。由此，在对象移动时，要尽可能在当时跟踪这些截面。
在根据本发明的方法中，使用包括磁共振装置和X射线装置的组合的磁共振和X射线装置，其用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准。这些组合的磁共振和X射线装置稍后将参考图4和5详细说明。对于根据本发明的方法重要的是，由于坐标系相对于彼此的位置和取向已知，因此通过X射线装置采集的特征可以用于控制磁共振成像，因为在采集装置之间存在定义的关系。
在步骤S1中，控制X射线装置采集至少部分地映射对象的至少一个X射线图像。这能够通过选择X射线装置的采集区域，使得对象处于采集区域中来实现。
在步骤S2中，对X射线图像进行图像处理，以确定涉及对象的位置和/或取向和/或至少一个特征的至少一个对象信息。在图2中示例性地示出了这种X射线图像1。X射线图像1示出了对象2，例如插入患者中的导管。为了清楚起见，在图2中未示出映射的其它对象，即特别是患者的骨骼。
从X射线图像1中要确定两个特征，即导管尖端的点位置3和方向矢量4，方向矢量4描述投影到X射线图像的平面中的对象2在导管尖端的区域中的纵向方向。为了确定点位置3，首先在X射线图像1的图像数据中分割对象2。为此，可以使用现有技术中已知的多种分割算法，例如可以使用脊检测器，随后可以通过区域生长算法分割对象2。在分割对象2之后，可以在X射线图像1中检测对象2的端部并且确定为点位置3。替换地，例如可以通过特征检测、例如基于尺度不变特征来检测点位置3。此外，可以根据分割的对象2，例如通过计算对象2的中线来确定对象2在导管尖峰的区域中的纵向方向。
在步骤S3中，根据点位置3和方向矢量4计算预先给定截面5在采集体积中的布置的层参数。选择横截平面作为截面，因为在磁共振成像的过程中能够特别简单地采集其测量数据。截面参数由此确定横截平面在空间中的位置和朝向。其选择为，使得截面5至少部分地包括与点位置3相关联的X射线检测器元件和X射线源之间的连接线。由此确保导管尖端处于横截平面中。在一个替换实施方式中，截面参数可以选择为，使得横截平面5处于与X射线源的中心束平行，其中，截面5在X射线图像的平面中的移位依据点位置3确定。当使用具有基本上平行的X射线束的X射线源时，或者当点位置3处于X射线装置的采集区域的中心附近时，这基本上对应于前面描述的过程，这例如可以通过在对象2移动时控制X射线装置，使得导管尖端、由此点位置3相应地处于X射线图像1的中心区域中来确保。
此外，截面参数选择为，使得方向矢量4垂直于截面5。产生的二维图像数据由此显示至少在X射线图像的图像平面中垂直于导管尖端的、导管尖端的当前位置处的截面。替换地或者附加地，为了记录另一个截面的测量数据，可以预先给定截面参数，使得选择在方向矢量4的方向上或者在与方向矢量4的方向相反的方向上相对于点位置3移位的点位置，以测量相对于截面5偏移的截面。由此，例如可以映射在进一步插入导管时对象2插入其中的区域。
在步骤S4中控制磁共振装置采集与截面相关的测量数据。随后在步骤S5中根据测量数据计算二维图像数据，随后在步骤S6中显示二维图像数据。步骤S4至S6对应于通过磁共振断层成像设备采集二维测量数据时的常见过程，因此不对其进行详细说明。然而，在所说明的过程中重要的是，在步骤S4中对磁共振装置的控制依据截面参数进行，从而采集截面5的测量数据。
在一些情况下，可能希望映射弯曲的测量表面的二维图像数据。例如可以确定导管2的走向，并且可以沿着在图1中示出的对象2的弯曲的走向引导截面。这例如可以通过在步骤S4中控制磁共振装置，使得采集包括截面矩形体积的测量数据来实现。由此，针对潜在地减小的采集体积进行体积成像。与磁共振断层成像设备中的体积成像中的常见过程对应，可以根据这些测量数据生成三维图像数据组，根据其按照预先给定的弯曲的截面读出特定测量点或者对特定测量点进行插值，以计算二维图像数据。
如在图1中所示出的，重复执行步骤S1至S6，以便能够实现几乎实时地进行的成像。在此，可以在稍后的重复中，依据在早前的重复期间在步骤S4中采集的测量数据确定步骤S3中的截面参数。如果例如希望截面5另外地取向，其中，其还应当包括导管尖端，则这在仅根据X射线图像1或对象信息确定截面参数时在所有情况下都不可能，因为X射线图像1不提供针对点位置3的深度信息。然而，对应的深度信息可以通过考虑先前采集的测量数据来确定。例如可以在先前的重复的步骤S5中确定的二维图像数据中，确定对象2与截面5相交的位置。因为截面5在采集体积中的位置是已知的，因此可以由此确定交点、由此对象2在截面5的区域中的三维位置。因此，随后的重复中的截面参数可以选择为，使得这些三维位置处于截面5内。
可能希望计算并且显示如下截面的二维图像数据，该截面选择为，对象至少在其端部、即例如导管尖端的区域中在该截面内延伸。附加地可能希望在该截面中还映射目标点8。对应的成像可以通过对关于图1说明的方法的轻微的修改来实现。在此，如先前所说明的，考虑在先前的重复中确定的测量数据，来确定对象与先前的重复的截面5的交点2，由此确定对象2的三维位置。为了找到对象2处于相关区域中的截面，要确定对象2的另一个三维位置。这通过在步骤S3中确定截面参数之前，控制磁共振装置采集辅助截面6来实现。依据对象信息确定辅助截面6，使得其与对象2相交。此外，辅助截面6与在早前的重复中采集了测量数据的截面5间隔开并且与其成一角度。如先前关于截面5所描述的，现在确定对象2与辅助截面6的交点、即辅助交点7。
由此已知截面要延伸通过的采集体积中的两个三维位置，即对象2与截面5的交点和对象2与辅助截面6的辅助交点7。如果附加地作为三维目标位置预先给定目标位置8，则可以在步骤S3中预先给定层参数，使得在步骤S4中采集测量参数的截面包括所有这三个点。由此，可以在引导导管时，例如将导管在其尖端的区域中以及要将导管引导到的位置在截面、特别是横截平面内视觉化。
图3示出了用于在磁共振成像的过程中确定采集体积的至少一个截面的二维图像数据的方法的另一个实施例的流程图。如关于图1所说明的，要参考对象进行成像。步骤S7至S10对应于关于图1说明的方法中的步骤S1至S4，其中，在步骤S7中采集X射线图像，在步骤S8中对该X射线图像进行图像处理，以确定对象信息，并且在步骤S9中根据这些对象信息确定截面参数，在步骤S10中依据其采集通过截面参数所参数化的截面的测量数据。
在步骤S11中确定测量数据是否至少部分地映射了对象。这例如可以通过特征检测在测量数据中或者在根据测量数据计算的二维图像数据中进行。如果不是这种情况，则在步骤S12中确定新的截面参数，其中，改变迄今为止的截面参数，之后从步骤S10起重复所述方法。层参数的改变可以按照预先给定的固定的、例如描述截面的朝向和/或位置改变的顺序的模式进行。然而，优选改变依据在步骤S8中确定的对象信息进行，其中，例如可以改变截面参数，使得在对象的确定的纵向方向上或者与对象的确定的纵向方向相反地移动截面。
如果在步骤S11中确定测量数据至少部分地映射了对象，则在步骤S13至S20中对映射进行优化，使得通过测量数据映射的对象的部分最大化。这在本实施例中通过梯度方法进行，其中，也可以使用其它优化方法。
在步骤S14中，针对每个自由度、即截面参数中的每一个进行改变，其中，优选针对每个截面参数生成两个新的值，其中一个稍大于先前的值，并且一个稍小于先前的值。当同时改变所有截面参数、由此改变所有自由度时，所生成的参数组的数量是2n，其中，n是截面参数或自由度的数量。如果使用许多截面参数，则可以将改变局限于这些参数中的一些，以减少产生的测量和处理开销，由此在所描述的方法中实现较高的图像重复率。为了清楚起见，在图3中仅针对一个自由度示出了所描述的改变，由此在步骤S15至S18中仅产生了两个分支。
在步骤S15和S16中，分别针对通过分别在步骤S14中生成的值针对截面参数所参数化的截面采集测量数据。根据这些截面的位置和磁共振装置的具体构造，可能需要针对不同的截面在步骤S15和S16中在时间上一个接一个进行测量数据的采集。
在步骤S17和S18中，分别针对在步骤S15中或者在步骤S16中确定的测量数据确定映射信息，映射信息描述测量数据映射了对象的哪个部分。映射信息例如可以通过如下方法来确定：根据测量数据分别计算二维图像数据，在图像数据中分割对象，由此提供与对象相关联的片段的面作为映射信息。在一个替换实施方式中，可以预先给定对象的分割，由此确定在各个测量数据中包含多少个片段，由此提供片段的该数量作为映射信息。可以作为基本知识例如从描述医疗器械的数据库提供对象的分割。然而，也可以在X射线图像中进行该分割。X射线图像中的分割在此可以例如通过将X射线图像与描述对象的三维数据组弹性或刚性配准，来附加地使用基本知识。在测量数据中或者在根据其计算的图像数据中对对象的片段的识别可以通过特征识别来进行。在此，不同的片段可能具有不同或者相同的特征，因为仅对通过测量数据映射的片段的数量进行评价。
用于确定映射信息的另一种可能性是使用机器学习方法。例如，可以利用分别映射对象的部分的多个训练数据组训练算法。通过手动或者自动对这些训练数据进行注解，可以相应地添加在相应的训练数据组中映射了对象的哪个部分或者针对对应的训练数据组的映射信息具有哪个值的信息。利用这些训练数据可以训练算法，以便随后能够针对测量数据确定哪个映射信息相应地与其相关联。
随后，在步骤S19中选择具有所属的截面参数的测量数据组，在步骤S17或S18中针对该测量数据组确定了映射信息，该映射信息描述了对较大的对象部分的映射。随后，在步骤S20中确定是否已经在步骤S14至S19的先前的重复中确定了映射信息，并且是否新的映射信息与其偏离了小于极限值的值。如果是这种情况，则假设在步骤S14至S20中执行的优化方法收敛，也就是说，获得了通过测量数据映射的对象的部分的至少一个局部最大值。如果是这种情况，则在步骤S21中根据在步骤S19中选择的测量数据生成二维图像数据并且在步骤S22中显示其。
如果先前尚未确定映射信息，或者如果连续的映射信息之间的差异过大，则从步骤S14起继续执行所述方法，因为假设尚未获得对象的映射的优化部分。
图4示出了具有控制装置12的组合的磁共振和X射线装置的实施例，控制装置12可以被配置为执行参考图1和/或参考图3说明的方法。为此，控制装置12控制包括多个用于产生磁场的线圈的磁共振装置，然而，为了清楚起见，未示出所述线圈。此外，控制装置12控制包括X射线源10和X射线检测器11的X射线装置。X射线源10辐射具有基本上围绕中心束16旋转对称的锥形形状的束几何结构15的X射线束。X射线源10和X射线检测器11与磁共振装置的部件刚性地耦合，由此用于成像的X射线装置和磁共振装置的坐标系彼此配准，或者可以使用共同的坐标系。此外，组合的磁共振和X射线装置9包括显示装置13，通过其可以输出二维图像数据，如关于图1和3所说明的。
因为存在两个X射线源10和两个X射线检测器11，其从两个记录角度采集为了清楚起见作为叉号示出并且包含在患者14中的对象2，作为对于在图1和图3中说明的方法的补充或者替换，还可以执行用于确定二维图像数据的另一个方法。在此，在不同的记录角度下采集两个X射线照片，由此根据X射线图像针对对象2的至少一个预先给定的区域确定在采集体积中的三维位置，作为对象信息。例如可以直接确定在图2中示出的导管尖端的三维位置。随后，依据三维位置确定截面参数。可以确定截面参数，使得该三维位置处于截面内，或者截面可以任意地关于该三维位置移动和/或偏转。还可以根据不同的记录角度下的X射线照片确定多个三维位置，其应当例如全部处于截面内。
在图5中示出了组合的磁共振和X射线装置9的另一个实施例。磁共振和X射线装置9的结构基本上对应于参考图4说明的结构。主要的不同之处在于，仅设置了一个X射线源10和一个X射线检测器11。如关于图4所说明的，X射线源10和X射线检测器11可以与磁共振装置的部件刚性地耦合。这使得能够例如执行参考图1和图3说明的所述方法的实施例，因为其仅需要来自单个视角的X射线照片。然而，X射线源10和X射线检测器11还可以如通过箭头17所示出的，共同围绕采集体积旋转。这特别地可以自动通过未示出的执行器来实现，执行器使未示出的机架围绕采集体积旋转，X射线源10和X射线检测器11固定在机架上。旋转的程度在此可以通过控制装置12采集或者控制，使得虽然可能进行旋转，但是在控制装置12中X射线装置和磁共振装置的用于成像的坐标系之间的配准总是已知的。如果使用使得能够在不同的记录角度下记录X射线照片的X射线记录装置，则也可以执行参考图4说明的方法变形方案，其中，根据利用不同的记录角度采集的多个X射线照片确定至少一个三维位置，依据其确定截面参数。在此，以相对小的角度、例如5度或10度改变记录角度就足够了。特别是，记录角度可以在定义的两个角度之间来回摆动，其中，在旋转的两个转折点处分别记录X射线图像。
这里描述的方法也可以以计算机程序的形式存在，当在控制装置12上执行计算机程序时，计算机程序在控制装置12上实现所述方法。还可以存在其上存储有电子可读的控制信息的未示出的电子可读数据载体，所述控制信息至少包括所描述的计算机程序并且被构造为，在组合的磁共振和X射线装置9的控制装置12中使用所述数据载体时，所述控制信息执行所描述的方法。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (23)

1.一种用于在通过组合的磁共振和X射线装置(9)进行磁共振成像的情况下确定采集体积的至少一个截面(5)的二维图像数据的方法，组合的磁共振和X射线装置包括磁共振装置和X射线装置，其用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准，所述方法包括由控制装置(12)执行的步骤：
-控制X射线装置采集至少一个X射线图像(1)，X射线图像至少部分地映射对象(2)，
-通过对X射线图像(1)进行图像处理，确定与对象(2)的位置和/或取向和/或至少一个特征有关的至少一个对象信息，
-依据对象信息确定预先给定截面(5)在采集体积中的布置的至少一个截面参数，
-控制磁共振装置采集与截面(5)相关的测量数据，以及
-根据测量数据计算二维图像数据，
其中，对磁共振装置的控制和/或对二维图像数据的计算依据截面参数进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将X射线图像(1)中的至少一个测量点的相应的点位置(3)确定为对象信息，该点位置关于对象(2)的至少部分的影像处于预先给定的位置，由此依据该点位置(3)或多个点位置(3)确定截面参数，使得截面(5)包括在X射线装置的与相应的测量点相关联的X射线检测器元件和X射线源(10)之间的相应的连接线的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将X射线图像(1)中的至少一个方向矢量(4)确定为对象信息，该方向矢量描述关于对象(2)的至少部分的映射预先给定的方向，由此依据该方向矢量(4)或多个方向矢量(4)确定截面参数，使得截面(5)的至少一个相应的部分在采集空间中与相应的方向矢量平行或者与其成一预先给定的角度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对象(2)是导管，其中，确定导管尖端在X射线图像(1)中的位置，并且所述至少一个测量点处于导管尖端的位置或者处于关于导管尖端的位置预先给定的另一位置，和/或其中，方向矢量(4)沿根据X射线图像(1)确定的导管的纵向方向定向。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在时间上连续地重复执行一组步骤，该组步骤至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集与相应的截面(5)有关的测量数据，其中，在所述重复中的至少一个中，依据在相应的早前的重复中采集的测量数据确定相应的截面参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在早前的重复中采集的测量数据至少部分地映射对象(2)，其中，通过对该测量数据进行处理，确定与对象(2)的位置和/或取向和/或所述特征或至少另一个特征有关的另一个对象信息，其中，依据所述另一个对象信息确定截面参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述另一个对象信息描述对象与截面(5)的交点。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述重复中的至少一个期间在确定截面参数之前，控制磁共振装置采集与辅助截面(6)相关的辅助测量数据，其中，辅助截面(6)与在早前的重复中采集其测量数据的截面(5)间隔开和/或与其成一预先给定的角度，由此确定对象(2)与辅助截面(6)的辅助交点(7)，由此确定截面参数，使得截面包括所述交点和所述辅助交点(7)或者与在所述交点和所述辅助交点(7)之间的连接线包围一预先给定的角度。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当在采集测量数据之后，确定测量数据不映射对象(2)时，重复至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集相应的与相应的截面(5)相关的测量数据的一组步骤，其中，截面参数根据固定的或者依据对象信息预先给定的模式改变。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当测量数据至少部分地映射对象(2)时，通过对测量数据进行处理来确定映射信息，映射信息描述测量数据映射对象(2)的哪个部分，由此在满足评价映射信息的重复条件时，重复至少包括确定相应的截面参数以及控制磁共振装置采集相应的与相应的截面(5)相关的测量数据的一组步骤，其中，截面参数根据固定的或者依据对象信息和/或测量数据预先给定的模式改变，并且在不满足重复条件时，依据先前采集的测量数据计算二维图像数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，依据对象(2)的至少一个特征来确定映射信息，所述特征是通过对象信息和/或关于对象(2)的基本知识描述或者由此确定的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将测量数据映射对象(2)的哪个部分的度量确定为映射信息，其中，重复条件将映射信息与预先给定的极限值进行比较或者对收敛标准进行评价，该收敛标准考虑在所述一组步骤的连续重复中确定的多个映射信息。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，预先给定采集体积中的目标点(8)，其中，确定截面参数，使得截面包括目标点(8)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，截面(5)是横截平面，其中，截面(5)与X射线装置的X射线源(10)的中心束(16)平行。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过对象采集装置确定描述布置在对象(2)上的标记元件或者位置采集元件在采集体积中的位置的位置信息，其中，依据所述位置信息确定截面参数。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在不同的记录角度下采集X射线图像(1)中的两个，由此根据X射线图像(1)将采集体积中的针对对象(2)的至少一个预先给定的区域的三维位置确定为对象信息，由此依据所述三维位置确定截面参数。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使用具有记录角度彼此不同的多对X射线源(10)和X射线检测器(11)的X射线装置，其中，通过不同的对采集在不同的记录角度下采集的X射线图像(1)。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过相对于采集体积可旋转和/或可移动地支撑的X射线装置记录在不同的记录角度下记录的X射线图像(1)。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用弯曲的截面。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用具有相对位置和/或朝向关于采集体积可改变的X射线检测器(11)和X射线源(10)的X射线装置，其中，在进行用于改变通过磁共振装置采集的截面的用户操作时和/或在截面参数改变时，自动匹配X射线检测器(11)和/或X射线源(10)的位置和/或朝向。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述对象(2)是医疗器械。
22.一种组合的磁共振和X射线装置，具有磁共振装置、X射线装置和控制装置(12)，其中，X射线装置和磁共振装置的用于成像的坐标系通过X射线装置与磁共振装置的机械耦合彼此配准，其中，通过控制装置(12)能够执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
23.一种电子可读数据载体，其上存储有电子可读的控制信息，所述控制信息至少包括根据权利要求22所述的计算机程序并且被构造为，在组合的磁共振和X射线装置(9)的控制装置(12)中使用所述数据载体时，所述控制信息执行根据权利要求1至21中任一项所述的方法。
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