CN117255651A - 用于血管图像共配准的系统和方法 - Google Patents

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CN117255651A CN202280032492.5A CN202280032492A CN117255651A CN 117255651 A CN117255651 A CN 117255651A CN 202280032492 A CN202280032492 A CN 202280032492A CN 117255651 A CN117255651 A CN 117255651A
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extravascular
image
imaging
intravascular
anatomical landmark
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李文广
凯文·布洛姆斯
马修·R·休斯顿
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Boston Scientific Scimed Inc
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Abstract

本发明提供了用于血管成像共配准的替代医学成像系统和方法。方法包括获得血管的一部分的血管外成像数据，其包括示出设置在血管内的血管内成像装置的血管外图像，其中成像元件设置在平移程序的开始位置处。血管外图像还包括用造影示出所述血管的所述部分并示出可视化的解剖标志的血管外造影图像。在平移程序期间获得血管内成像数据，其包括示出检测到的解剖标志的一个或多个血管内图像。在所述血管外成像数据上标记所述成像元件的开始位置和结束位置，并在所述血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置。随后将检测到的解剖标志的所述预测位置与所述可视化的解剖标志对准。

Description

用于血管图像共配准的系统和方法
相关申请的交叉引用
根据35 U.S.C.§119，本申请要求于2021年3月5日提交的美国临时申请序列号63/157,427的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及医学成像，以及用于医学成像的系统和方法。更特别地，本发明涉及用于血管成像，包括血管内成像和血管外成像以及共配准的系统和方法。
背景技术
已经开发出用于医疗用途，例如用于对血管解剖结构成像的各种各样的医学成像系统和方法。这些系统和方法中的一些包括用于对血管系统成像的血管内成像模式和血管外成像模式。这些系统和方法包括各种配置并可根据各种方法中的任一种进行操作或使用。已知血管成像系统和方法中的每一种均具有某些优点和缺点。因此，目前需要提供用于血管成像和评估以及成像的共配准的替代系统和方法。
发明内容
本发明提供了替代的医学成像系统和方法。一个示例包括用于血管成像共配准的方法。该方法包括获得血管一部分的血管外成像数据。血管外成像数据包括示出设置在血管内的血管内成像装置的血管外图像，其中血管内成像装置的成像元件设置在平移程序的开始位置处，在平移程序期间，成像元件在血管内从开始位置平移到结束位置。血管外图像还包括血管外造影图像，其用造影示出血管的该部分并示出可视化的解剖标志。该方法还包括在平移程序期间获得来自血管内成像装置的血管内成像数据，血管内成像数据包括示出检测到的解剖标志的一个或多个血管内图像。该方法还包括在血管外成像数据上标记成像元件的开始位置和结束位置；在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置；以及将检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志对准。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外成像数据包括血管造影图像数据和荧光透视图像数据中的一种或两者。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管造影数据选自二维血管造影图像数据；三维血管造影图像数据；或计算机断层扫描血管造影图像数据中的一种或多种。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外成像数据是视频，其包括示出血管内成像装置的血管外图像和用造影示出血管的该部分的血管外造影图像。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外成像数据是一系列图像，其包括示出血管内成像装置的血管外图像和用造影示出血管的该部分的血管外造影图像。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管内成像数据选自血管内超声数据和光学相干断层扫描数据中的一种或多种。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中标记开始位置和结束位置包括使用图像模式识别软件。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中标记开始位置和结束位置包括允许用户手动标记开始位置和结束位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，还包括在血管外成像数据上识别可视化的解剖标志。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上识别可视化的解剖标志包括使用图像模式识别软件。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上识别可视化的解剖标志包括允许用户在血管外成像数据上手动标记可视化的解剖标志。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上识别可视化的解剖标志包括在血管外成像数据上用图像模式识别软件标记可视化的解剖标志。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置包括使用图像模式识别软件。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置包括允许用户在血管外成像数据上手动标记检测到的解剖标志的预测位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中对准检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志是使用软件自动执行的。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中对准检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志包括允许用户手动对准检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，其中平移程序是使用自动平移系统执行的。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，其中平移程序是拉回。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，其中在平移程序期间，成像元件以已知速度在血管内从开始位置平移到结束位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，还包括：计算血管外成像数据上的路径，在平移程序期间，血管内成像装置的成像元件将沿着该路径从开始位置行进至结束位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，还包括：使用成像元件在血管内从开始位置平移到结束位置的已知速度来确定在血管外成像数据上检测到的解剖标志的预测位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或额外地，其中在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置包括：计算血管外成像数据上的路径，在平移程序期间血管内成像装置的成像元件将沿着该路径从开始位置行进至结束位置；以及使用成像元件在血管内从开始位置平移到结束位置的已知速度来确定在血管外成像数据上检测到的解剖标志的预测位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，还包括：估计成像共配准的准确性。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，还包括：生成表示成像共配准估计的准确性的视觉指示器。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，还包括：在血管外成像数据上显示覆盖在血管的该部分上的视觉指示器。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，还包括：针对血管的该部分的一段或多段估计成像共配准的准确性，生成针对该一段或多段表示成像共配准估计的准确性的视觉指示器，以及在血管外成像数据的该一段或多段上显示视觉指示器。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中视觉指示器包括一个或多个颜色代码指示器。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外成像数据还包括在平移程序期间获得的中间血管外图像，其示出设置在血管内的血管内成像装置，其中成像元件在平移程序期间设置在开始位置和结束位置之间的中间位置处；并且该方法还包括在血管外成像数据上标记成像元件的中间位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中标记成像元件在血管外成像数据上的中间位置包括使用图像模式识别软件。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中在血管外成像数据上标记成像元件的中间位置包括允许用户在血管外成像数据上手动标记成像元件的中间位置。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外造影图像还示出可视化的第二解剖标志，并且血管外成像数据包括示出检测到的第二解剖标志的一个或多个附加血管外图像，该方法还包括：在血管外成像数据上标记检测到的第二解剖标志的预测位置；以及将检测到的第二解剖标志的预测位置与可视化的第二解剖标志对准。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外造影图像还示出可视化的第三解剖标志，并且血管外成像数据包括示出检测到的第三解剖标志的一个或多个附加血管外图像，该方法还包括：在血管外成像数据上标记检测到的第三解剖标志的预测位置；以及对准检测到的第三解剖标志的预测位置与可视化的第三解剖标志。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中血管外造影图像还示出可视化的第四解剖标志，并且血管外成像数据包括示出检测到的第四解剖标志的一个或多个附加血管外图像，该方法还包括：在血管外成像数据上标记检测到的第四解剖标志的预测位置；以及对准检测到的第四解剖标志的预测位置与可视化的第四解剖标志。
一种计算机可读介质，供计算装置使用的程序代码以非暂时状态存储其上，程序代码使计算装置执行根据上述实施例中的任一个所述的方法。
一种用于血管成像共配准的系统，该系统包括：用于接收成像数据的一个或多个输入端口；一个或多个输出端口；与输入端口和输出端口通信的控制器，该控制器配置为执行上述实施例中的任一个所述的方法。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中输入端口可支持实时视频和DICOM中的一个或多个。
对于上述实施例中的任一个来说替代地或另外地，其中输出端口配置为输出至显示器和数据档案中的一个或多个。
一种用于血管内成像配准的系统，该系统包括：血管内成像装置；计算机；以及计算机可读介质，供计算装置使用的程序代码以非暂时状态存储其上，程序代码使计算装置执行根据上述实施例中的任一个所述的方法。
一种控制器，包括：处理器；以及包括指令的存储器，该指令可由处理器执行以执行根据上述实施例中的任一个所述的方法。
上面对一些实施例的概述并不旨在描述本发明每个公开的实施例或每个实施方式。下面的附图和具体实施方式更特别地举例说明了这些实施例。
附图说明
结合附图考虑以下的详细描述可更全面地理解本发明，其中：
图1是用于血管成像共配准的示例性系统的示意图；
图2是以部分截面视图示出的示例性血管内成像导管的示意图；
图3是图2中以截面示出的示例性血管内成像导管的远侧部分的示意图；
图4是示出示例血管外图像的显示的示意图；
图5是示出示例血管外造影图像的显示的示意图；
图6是示出示例血管外图像并示出在平移程序的开始部分期间获得的包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图7是示出示例血管外图像并示出在平移程序的中间部分期间获得的包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图8是示出示例血管外图像并示出在平移程序的结束部分期间获得的包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图9是示出标记有平移程序的开始和结束位置的示例组合血管外图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图10是示出包括检测到的解剖标志的标记预测位置的示例血管外图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图11是如图10所示、示出与可视化的解剖标志对准的检测到的解剖标志的标记预测位置并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图12是示出包括检测到的第二解剖标志的标记预测位置的示例血管外图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图13是如图12所示、示出与可视化的第二解剖标志对准的检测到的第二解剖标志的标记预测位置并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图14是示出包括检测到的第三解剖标志的标记预测位置的示例血管外图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图15是如图14所示、示出与可视化的第三解剖标志对准的检测到的第三解剖标志的标记预测位置并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图16是示出包括检测到的第四解剖标志的标记预测位置的示例血管外图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图17是如图16所示、示出与可视化的第四解剖标志对准的检测到的第四解剖标志的标记预测位置并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图；
图18是示出包括示例血管外图像的共配准图像并示出包括横向截面和纵向截面图像的对应血管内成像的显示的示意图。
虽然本发明适合于各种修改和替代形式，但其具体细节已通过示例的方式在附图中示出并将更详细地进行描述。然而，应理解，本发明并不旨在将本发明限制于所述的特定实施例。相反地，本发明旨在涵盖落在本发明实质和范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
对于下列定义的术语而言，除非在权利要求或本说明书的其他地方给出不同的定义，否则这些定义应是适用的。
所有数值在本文均假定由术语“约”修饰，而无论是否进行了明确表示。术语“约”通常是指本领域技术人员认为等同于所引用的值(即，具有相同的功能或结果)的数字范围。在许多情况下，术语“约”可包括四舍五入到最接近的有效数字的数字。
由端点表示的对数字范围的叙述包括在该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个指示物，除非内容另有明确指示。如在本说明书和所附权利要求中使用的，术语“或”通常是按包括“或”的意义使用，除非内容另有明确指示。
应注意，在说明书中提及“一个实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”等时表示所描述的实施例可包括一个或多个特定的特征、结构或特性。然而，这种叙述不一定表示所有实施例均包括该特定的特征、结构或特性。另外地，当结合一个实施例描述特定的特征、结构或特性时，应理解，无论是否明确描述，这种特征、结构或特性还可结合其他实施例一起使用，除非明确表示与此相反。
应参考附图阅读以下详细描述，其中不同附图中的类似元件具有相同的编号。不一定按比例绘制的附图描绘了说明性实施例并不旨在限制本发明的范围。
许多不同的医学成像模式可用于评估或治疗血管。两种一般类型的成像模式包括血管外成像模式和血管内成像模式。本发明涉及这些模式的使用和共配准。
血管外成像模式，诸如各种形式的放射成像提供了血管一部分的血管外成像数据。一些示例包括血管造影或荧光透视成像模式，诸如二维血管造影/荧光透视；三维血管造影/荧光透视；或计算机断层扫描血管造影/荧光透视。血管造影通常涉及通常使用不透射线的造影剂渲染一条或多条血管的放射线学视图。血管造影图像也可通过荧光透视实时查看。通常，荧光透视比血管造影使用更少的辐射，因此通常用于在血管内或通过血管引导包括不透射线的标记的医疗装置。血管的血管外成像数据可提供关于血管、解剖结构或装置在血管或解剖结构内的位置或定位的有用信息。例如，血管外成像数据(例如，血管造影图)可提供感兴趣的血管的全面整体图像或系列图像或视频，并可提供具有良好时间分辨率的“路线图”，以用于血管的总体评估或装置在血管内的导航。
血管内成像模式提供了血管一部分的血管内成像数据。血管内成像模式的一些示例包括血管内超声(IVUS)和光学相干断层扫描(OCT)。这些模式通常包括使用安装在装置上的血管内探头对血管本身进行成像，该血管内探头包括设置在血管内的成像元件。已设计出几种类型的装置系统以通过血管系统进行跟踪从而提供血管内图像数据。这些可包括但不限于血管内超声(IVUS)装置和光学相干断层扫描(OCT)装置(例如，导管、导丝等)。在操作中，包括成像元件的、血管内安装在装置上的探头沿着需要进行成像的区域中的血管移动。当探头通过感兴趣的区域时，获得血管内图像数据集，其对应于血管、腔和周围组织的一系列“切片”或截面。这些装置可包括不透射线材料或标记。这些标记通常定位在远侧顶端附近或探头附近或探头上。因此，通过在荧光透视或血管造影图像上观察手术可辨别成像探头或成像元件的大致位置。典型地，这种成像装置连接到专用处理单元或控制模块，包括处理硬件和软件以及显示器。原始图像数据由控制台接收，进行处理以渲染包括所关注的特征的图像并在显示装置上进行描绘。血管的血管内成像数据可提供关于血管的、与由血管外成像数据提供的信息不同或作为其补充的有用信息。例如，血管内成像数据可提供有关腔的截面、血管壁上沉积物的厚度、血管非病变部分的直径、病变段的长度、血管壁上沉积物或斑块的构成、斑块负担评估或支架部署评估的数据。
这两种一般类型的成像模式提供不同的成像数据，因此可相互补充。由此，在某些情况下，可能期望提供或使用这两种一般类型的医学成像模式来评估或治疗血管。另外地，将所获取的血管内成像数据/图像的位置与其由血管外成像数据/图像所获得的血管路线图上的位置关联起来可能是有用的。协调或“配准”(例如，共配准)由两种不同模式渲染的成像数据可能是有用的。还可能有用的是将共配准的血管外成像数据和血管内成像数据一起显示，例如在共同的显示监视器上。本文公开的一些示例实施例可包括或涉及这些方面中的一些或全部。
根据本发明的一些实施例，本文描述了示例方法、系统、装置或软件。这些示例包括图像数据获取设备和数据/图像处理器以及相关联的软件，以用于获得和配准(例如，共配准)由两种不同的成像模式(例如，血管外成像数据和血管内成像数据)所渲染的成像数据。另外地或替代地，示例方法、系统或软件可在单个显示器上生成视图，其同时提供带有位置信息的血管外图像以及与安装在血管内装置上的成像探头(例如，IVUS或OCT探头)相关联的血管内图像。
图1是示例性系统102的示意性描述，该示例性系统102可与通过获得和共配准血管外图像数据(例如，血管造影/荧光透视)和血管内图像数据(例如，IVUS或OCT图像)来进行本发明的实施例相结合使用。系统102可包括用于获得/生成血管外成像数据的血管外成像系统/子系统104(例如，血管造影/荧光透视系统)。系统102还可包括用于获得/生成血管内成像数据的血管内成像系统/子系统106(例如，IVUS或OCT)。系统102可包括计算机系统/子系统130，其包括一个或多个控制器或处理器、存储器和/或配置为执行对所获得的血管外成像数据和所获得的血管内成像数据进行血管成像配准的方法的软件。
血管外成像数据可以是由血管造影/荧光透视系统104获得的放射图像数据。这种血管造影/荧光透视系统在本领域通常是众所周知的。血管造影/荧光透视系统104可包括血管造影工作台110，其可布置为提供足够的空间，以相对于工作台110上的患者100将血管造影/荧光透视单元c形臂114定位在操作位置中。由血管造影/荧光透视c形臂114获取的原始放射图像数据可经由传输线缆116传送到血管外数据输入端口118。输入端口118可以是单独的部件，或者可集成到计算机系统/子系统130中或为其一部分。血管造影/荧光透视输入端口118可包括处理器，其将所接收的原始放射图像数据转换为血管外图像数据(例如，血管造影/荧光透视图像数据)，例如，采用实时视频、DICOM或一系列单独图像的形式。血管外图像数据最初可存储在输入端口118内的存储器中，或者可存储在计算机130内。如果输入端口118是与计算机130分离的部件，血管外图像数据可通过线缆117转移至计算机130并进入计算机130中的输入端口。在一些替代方案中，在装置或处理器之间的通信可经由无线通信，而不是由线缆进行。
血管内成像数据可以是，例如，由血管内成像系统/子系统106(例如，IVUS或OCT系统)获得的IVUS数据或OCT数据。这种IVUS和OCT系统在本领域中通常是众所周知的。血管内子系统106可包括血管内成像装置，诸如成像导管120，例如，IVUS或OCT导管。成像装置120配置为插入患者100体内，使得其远端(包括诊断组件或探头122(例如，IVUS或OCT探头))位于血管所需成像位置的附近。位于探头122上或附近的不透射线材料或标记123可在放射图像中提供探头122当前位置的指示。
举例来说，在IVUS血管内成像数据的情况下，诊断探头122生成超声波，并接收表示诊断探头122附近区域的超声回波。探头122或导管120可将超声回波转换为相应的信号，诸如，电信号或光信号。相应的信号沿着成像导管120的长度传输到近侧连接器124。导管120的近侧连接器124通信联接至处理单元或控制模块126。探头122的IVUS版本有多种配置，包括单换能器元件和多换能器元件布置。应当理解，在IVUS的背景下，换能器可视为成像元件。在多换能器元件布置的情况下，换能器阵列可布置为：沿着成像导管120的纵长轴线性布置，围绕导管120的纵长轴曲线布置，围绕纵长轴周向布置等。
在图2和图3中示出IVUS血管内成像导管120的一个示例。成像导管120可包括具有近端区域172和远端区域174的细长轴170。近侧毂或连接器124可联接到近端区域172或以其他方式邻近其设置。顶端构件176可联接到远端区域174或以其他方式邻近其设置。顶端构件176可包括导丝腔、防损伤远端、一个或多个不透射线标记或其他特征。成像组件177可设置在轴170内。通常，成像组件177(其可包括具有成像元件182的成像探头122)可用于捕获/生成血管的图像。在一些情况下，医疗装置可包括与美国专利申请公开号US 2012/0059241和美国专利申请公开号US2017/0164925中所公开的那些相类似的装置或特征，其全部公开内容通过引用并入本文。在至少一些情况下，医疗装置120可类似于可从马萨诸塞州马尔堡市的波士顿科学商购的OPTICROSSTM成像导管或包括类似于其的特征。
如图3所示，成像组件177可包括驱动线缆或轴178、具有壳体180和成像元件或换能器182的成像探头122。成像探头122或壳体180可联接到驱动线缆178。换能器182可相对于轴170旋转或轴向平移。例如，驱动线缆178可旋转或平移，以便使换能器182旋转或平移。例如，探头122或壳体180可包括不透射线材料或标记123或由其制成，其可提供探头122在放射图像中当前位置的指示。
返回参考图1，通过另一个示例，装置120可以是用于收集OCT血管内数据的OCT导管。OCT导管120可包括诊断探头122，其生成或传播指向组织的光束，并且该光从子表面特征反射的一部分被收集起来并表示紧邻诊断探头122的区域。在OCT中，诊断探头122将包括用于输送和收集光的光学成像仪。应当理解，在OCT背景下，探头122中的光学成像仪可视为成像元件。可使用一种称为干涉测量的技术来记录接收光子的光路长度，从而允许拒绝在检测前多次散射的大部分光子。因此，OCT可通过拒绝背景信号，同时收集从感兴趣的表面直接反射的光来建立厚样本的图像。探头122或导管120可沿着轴传输光学信号或光信号，或者可将光信号转换成对应的信号，诸如电信号或光学信号，其可沿着成像导管120的长度传输至近侧连接器124。导管120的近侧连接器124通信联接至处理单元或控制模块126。探头122或壳体180可包括不透射线材料或标记123或由其制成，其可提供探头122在放射图像中当前位置的指示。
原始血管内图像数据(例如，原始IVUS或OCT数据)可由成像导管120获取，并可例如经由连接器124传递到控制模块126。控制模块126可以是单独的部件，或者可集成至计算机系统/子系统130中或成为其一部分。控制模块126可包括处理器，其将经由导管120接收的原始血管内图像数据转换或配置为将其转换为血管内图像数据(例如，IVUS或OCT图像数据)，例如，以实时视频、DICOM或一系列单独图像的形式。血管内成像数据可包括血管段的横向截面图像。另外地，血管内成像数据可包括与血管沿着血管长度拍摄的切片相对应的纵向截面图像。控制模块126可视为计算机系统/子系统130的输入端口，或者可视为例如，经由线缆119或无线连接而连接到计算机130的输入端口。血管内图像数据最初可存储在控制模块126内的存储器中，或者可存储在计算机系统/子系统130的存储器内。如果控制模块126是与计算机系统/子系统130分开的部件，则血管内图像数据可转移到计算机130，例如，通过线缆119进行，并进入计算机130中的输入端口。替代地，装置或处理器之间的通信可经由无线通信，而不是通过线缆119进行。
控制模块126还可包括一个或多个可配置为操作成像装置120或控制血管内成像数据的收集的部件。例如，在IVUS系统的情况下，控制模块126可包括处理器、存储器、脉冲发生器、马达驱动单元或显示器中的一个或多个。作为另一个示例，在OCT系统的情况下，控制模块126可包括处理器、存储器、光源、干涉仪、光学器件、马达驱动单元或显示器中的一个或多个。在一些情况下，控制模块126可以是或包括配置为控制成像导管120的移动的马达驱动单元。这种马达驱动单元可控制成像导管120或其部件的旋转或平移。在一些情况下，控制模块126或马达驱动单元可包括自动平移系统，其可配置为使成像导管120以受控/受测量的方式在患者100体内平移。可使用这种自动平移系统，使得在平移过程期间，成像导管120(包括成像元件)在血管内以恒定或已知速度从开始位置平移到结束位置。(例如，成像导管120以特定速率平移已知时间量)。在其他实施例中，平移可手动完成。例如，平移程序可以是“拉回”程序(其中导管120被拉过血管)或“推过”程序(其中导管120被推过血管)。控制模块126也可由硬件和软件配置而成，或包括硬件和软件，控制模块126配置为控制血管内成像和数据收集。例如，控制模块126可包括用于打开/关闭成像或源于/至导管120的数据收集的控制特征。
计算机系统/子系统130可包括一个或多个控制器或处理器、一个或多个存储器、一个或多个输入端口、一个或多个输出端口和/或一个或多个用户界面。计算机130从或通过血管内成像系统/子系统106(例如，IVUS或OCT)获得血管内图像数据并从或通过血管外成像系统/子系统104(例如，血管造影/荧光透视系统)获得血管外图像数据，或配置为获得这些数据。计算机130或其部件可包括软件和硬件，其设计为集成至标准导管检查程序中并通过图像或视频获取来自动获取血管外成像数据(例如，血管造影/荧光透视)和血管内成像数据(例如，IVUS或OCT)两者。
计算机系统/子系统130或其部件可包括软件或硬件，其配置为执行对获得的血管外成像数据和获得的血管内成像数据进行血管成像共配准的方法。在该背景下，计算机130可包括计算机可读指令或软件，以执行如本文公开的用于血管成像共配准的方法。例如，在一些方面，计算机可包括处理器或存储器，其包括软件，该软件包括使计算机执行如本文公开的用于血管成像共配准的方法的程序代码。例如，计算机/计算装置可包括处理器或存储器，其包括可由处理器执行以执行如本文公开用于血管成像共配准的方法的指令。在该背景下，还应当理解，本文还公开一种计算机可读介质，其具有以非暂时性状态存储其上以供计算机/计算装置130使用的程序代码，程序代码致使计算装置130执行如本文公开用于血管成像共配准的方法。另外地，计算机/计算装置130可以是用于血管内成像配准的系统的一部分或包括该系统，该系统包括用于接收成像数据的一个或多个输入端口；一个或多个输出端口；以及与输入端口和输出端口通信的控制器，该控制器配置为执行如本文公开用于血管内成像配准的方法。
计算机系统/子系统130还可包括软件和硬件，其配置为渲染或显示成像，包括，例如，从接收的图像数据或共配准方法得到的血管外成像或血管内成像。在一些情况下，计算机130或软件可配置为在单个显示器上渲染血管外成像和血管内成像两者。在该方面，系统可包括显示器150，其配置为同时显示由计算机130渲染的血管外图像数据和血管内图像数据。显示器150可以是计算机系统130的一部分，或者可以是与计算机系统130通信的单独部件，例如，通过计算机130上的输出端口和传输线缆121实现。然而，在一些其他情况下，通过输出端口的通信可以是无线的，而不是通过线缆进行。在一些示例中，计算机130或显示器150可配置为同时提供血管造影图、IVUS横向平面视图和IVUS纵向平面视图，其可共配准或不全部共配准。在其他示例中，显示器可配置为同时提供血管造影图、OCT横向平面视图和OCT纵向平面视图，其可共配准或不共配准。
计算机系统/子系统130还可包括一个或多个用于将数据转移至其他装置的额外的输出端口。例如，计算机可包括输出端口，其将数据转移到数据档案或存储器131。计算机系统/子系统130还可包括用户界面，其可包括软件和硬件，其配置为允许操作者使用系统或与系统交互。
系统102的部件可在血管成像方法或程序期间协同使用，该血管成像方法或程序涉及在平移程序期间收集血管外成像数据和血管内成像数据。在执行该程序并获得所需成像数据的情况下，可执行或实施用于血管内成像配准的示例方法。
例如，患者100可布置在工作台110上用于对感兴趣的血管的一部分进行血管外成像。可对患者100或工作台进行布置或调节，以提供感兴趣的血管的所需视图，为收集血管外成像数据做准备。另外地，还可将血管内成像导管120在血管内导入到感兴趣的血管的一部分中，为用于收集血管内成像数据的平移程序做准备。血管内成像导管120可在血管内导航和定位(通常在荧光透视下进行)，使得成像元件位于平移程序所需的开始位置处。可使用引导导管来帮助导航。一旦在适当的位置处，就可执行或实施平移程序。在平移程序之前或期间，可获得所需的血管外和血管内成像数据。在该背景下或者作为该过程的一部分，可执行或实施用于血管成像共配准或配准的示例方法。
获得血管外成像数据
用于血管成像共配准的示例方法的一个方面包括获得血管一部分的血管外成像数据。获得的血管外成像数据的一个组成部分包括示出设置在血管内的血管内成像装置的血管外图像。这可由图4表示，图4示出由血管造影/荧光透视系统104生成并由计算机130获得，以及显示在显示器150左上部分中的图像输出153上的血管造影/荧光透视图像151。图像151可以是显示在显示器150的屏幕上图像输出153处的视频流或一系列图像的一部分。可对单独渲染的帧进行适当标记(例如，帧号、时间戳、序列号等)，这对于关联图像数据帧来说可能是有用的。如图所示，获得的成像数据可包括血管外图像151，其示出设置在血管10内(血管以虚线显示)的血管内成像装置120，其中血管内成像装置120的成像元件182设置在平移程序的开始位置20。(例如，有时称为“血管外装置图像151”)。该血管外装置图像151可在荧光透视下获得并记录，通过该图像，装置120上的不透射线标记123可用于定位/可视化成像元件182的位置或成像元件182的开始位置20。由于开始位置20已通过根据血管外图像151识别实际位置确定，其是示出在特定时间设置在血管10内的血管内成像装置120的实际/已知位置的图像，在配准期间可能是有用的。如可以理解的，可在没有造影的情况下(例如，在荧光透视下)获得图像151，如此，血管10的解剖结构可能难以辨别/可视化(这也是以虚线显示的原因)。
在平移程序期间，成像元件182将在血管10内从开始位置20平移到结束位置30。该血管外图像151也可示出平移程序的结束位置30。例如，如上面指示的，在该程序期间可使用包括远端191的引导导管190。远端191可包括不透射线材料或标记，并且可在获得的血管外图像151上可视化或显示，以及用作平移程序的结束位置。由于结束位置30已通过根据获得的血管造影/荧光透视图像151识别实际位置而确定，其也是血管10内的实际/已知位置，因此在配准期间也可能是有用的。在其他实施例中，血管外图像151上示出的其他参考点可用于定义开始或结束位置。例如，可使用血管外图像151上示出的其他装置、支架、解剖标记等。
获得的血管外成像数据还可包括血管外造影图像，其用造影示出血管的部分并示出一个或多个可视化的解剖标志。例如，这可用图5表示，图5示出由血管造影/荧光透视系统104生成并由计算机130获得，以及在显示器150的图像输出153处显示的血管外造影图像251(例如，在血管10内用造影剂拍摄的血管造影图)。图像251可以是与装置图像151相同的视频流或系列图像的一部分并在图像输出153处显示在显示器的屏幕上。如图所示，获得的数据可包括血管外造影图像251，其用造影示出血管10的部分并示出一个或多个可视化的解剖标志(例如，血管侧支12、14、16、18)。虽然在该示例中，一个或多个可视化标志包括血管侧支12、14、16、18，但是也可设想和可显示/使用其他解剖标志。可显示/使用的其他可视化解剖标志的一些示例可包括：支架、血管10大小或形状的可识别变化，诸如曲线、变窄、变宽等，或者在血管外造影图像251上可以可视化的其他可识别解剖标志。
获得的血管外成像数据可包括视频数据，其包括血管外装置图像151(例如，示出血管内成像装置120的开始位置的图像)和血管外造影图像251(例如，“路线图”)。在一些情况下，血管外装置图像151和血管外造影图像251可以是可组合或叠加的单独的单个图像。这些图像可作为程序的一部分由系统自动获得，该程序可由用户发起，或者可由与系统交互(例如，通过用户界面进行)的用户手动请求或获得。
获得血管外成像数据的顺序也可变化。例如，如在图4和图5所示实施例中，成像装置120可首先导航至所需的开始位置，于是可首先获得血管外装置图像151(例如，图4)。之后，可获得血管外造影图像251(例如，图5)，其中在拍摄造影图像251时，成像装置120已经位于或仍位于血管10中。在其他实施例中，可以设想颠倒顺序。例如，可在血管10中没有血管内成像装置的情况下，首先获得血管外造影图像251。之后，可将成像装置120导航到所需的开始位置，于是可获得示出在开始位置的装置120的血管外装置图像151。如可理解的，血管外成像数据可包括血管造影图像数据和荧光透视图像数据中的一种或两者。另外地，如本文公开的，血管外成像数据可选自二维血管造影图像数据；三维血管造影图像数据；或计算机断层扫描血管造影图像数据中的一种或多种。
获得血管内成像数据
用于血管成像共配准的示例方法的另一方面包括在平移程序期间获得来自血管内成像装置的血管内成像数据，血管内成像数据包括示出一个或多个检测到的解剖标志的一个或多个血管内图像。这种情况的一个示例可参考图6至图8进行表示/描述，其是各自示出由在平移程序的进展期间获得的视频或一系列血管内图像所表示的血管内成像数据的一系列图。该系统可包括软件，其配置为发起或实施或促进平移程序。平移程序可由与系统交互(例如，通过用户界面进行)的用户发起。(例如，点击“开始拉回程序”按钮以开始平移)。另外地，平移程序可使用自动拉回系统，例如，以已知速度执行，如本文讨论的。
在该示例中，平移程序是拉回，其中成像元件182在血管内从开始位置20平移到结束位置30。如可理解的，在该示例中，血管内成像数据是血管内超声数据(IVUS)。然而，如上面讨论的，在其他实施例中，血管内成像数据可使用其他血管内模式，例如，光学相干断层扫描(OCT)等生成。获得的以视频或一系列图像的形式的血管内成像数据将包括在平移程序的进展中示出一个或多个检测到的解剖标志的一个或多个血管内图像。单独渲染的血管内图像帧可适当标记(例如，帧号、拉回距离、时间戳、序列号等)，这对于帮助关联图像数据帧，例如，关联血管内图像帧和对应的血管外(例如，不透射线标记)图像数据帧或关联纵向截面血管内图像与横向截面血管内图像来说可能是有用的。如将看到的，在该示例中，在IVUS上检测到的解剖标志包括四个侧支，其显示在血管该部分的血管造影图中(例如，在图5的血管造影图上的侧支12、14、16、18)。然而，也可设想和可显示/使用其他检测到的解剖标志。可使用的其他检测到的解剖标志的一些示例包括：支架、血管10大小或形状的可识别变化，诸如曲线、变窄、变宽等，或者可用平移程序期间获得的一个或多个血管内图像检测到的其他可检测解剖标志。
图6至图8中的每一个在显示器150的下部中示出屏幕上的图像输出154，其包括血管内成像数据，该血管内成像数据包括/表示由血管内成像系统/子系统106生成，由计算机130获得并显示在显示器150上的一系列图像。如可理解的，图像输出154中示出的血管内图像可包括多个纵向截面图像，其对应于在平移程序期间沿着血管长度拍摄的血管切片。图像输出154中示出的血管内图像是在平移程序期间获得的，并可作为视频或一系列血管内图像的一部分进行记录。随着平移程序的进行，图像输出154中示出的血管内成像数据可在生成附加血管内图像时逐步用附加血管内图像进行填充。例如，这可通过查看图6至图8中图像输出154的进展/延长来表示，其中随着平移程序的进行，附加血管内图像被逐步添加至显示器150上的血管内成像数据154。这些血管内图像中的一个或多个将显示一个或多个检测到的解剖标志(如本文进一步详细讨论的)。
另外地，图6至图8中的每一个在显示器150的右上部显示在屏幕上的图像输出152，其包括血管内成像数据，该血管内成像数据包括/表示血管段的一系列横向截面图像。这些横向截面图像包括在由血管内成像系统/子系统106生成并由计算机130获得，以及显示在显示器150上的图像输出152处的成像数据中。图像输出152中示出的这些横向截面血管内图像是在平移程序期间逐步获得的，并且可以是血管内成像视频或系列血管内图像的一部分或作为其进行记录。在平移程序期间的任何特定时间点，在图像输出152中示出的横向截面图像可对应于最后添加至血管内成像输出154的纵向截面图像。换句话说，图像输出152中显示的特定横向截面图像和在图像输出154的末尾处同时添加的对应纵向截面图像可以是不同的截面血管内图像/视图，但却是在血管中在相同时间/位置处拍摄的。
在平移程序期间，还可以可选地/定期地获得中间血管外成像数据，例如，以在平移程序期间跟踪血管内成像装置120的实际进展。这些中间血管外图像可在平移程序期间获得，并可示出设置在血管10内的血管内成像装置120的实际/已知位置，其中成像元件在平移程序期间设置在位于开始位置20和结束位置30之间的中间位置处。例如，在平移程序期间，可手动或自动地定期激活(例如，可激活荧光透视)血管造影/荧光透视系统104，以生成一个或多个中间血管造影/荧光透视图像，其是由计算机130获得的并在此时显示在显示器150上的图像输出153中。在至少一些实施例中，平移程序或血管内图像的收集或共配准方法可在没有连续血管造影/荧光透视的情况下进行。换句话说，血管造影/荧光透视系统104可定期地激活，但也可以在没有活动的(active)血管造影/荧光透视的情况下执行平移中的显著部分或时段。在这样的实施例中，在平移程序期间，血管内成像装置120的实际/已知位置不会在血管造影/荧光透视下被持续跟踪。
图6至图8中的每一个在显示器150的图像输出153的左上部分中示出这种中间/定期获得的血管外图像。可理解的是，这种中间血管外图像将示出在平移程序期间的特定时间设置在血管10内的实际/已知中间位置的成像元件182。在平移程序期间当中间血管外图像生成并在显示器150上的图像输出153中示出时的特定时间点，血管内该特定中间位置对应的纵向截面图像将作为在血管内成像输出153中添加的最后一张图像显示。同样，在这个时间显示在图像输出152中的横向截面图像也将对应于血管10内的特定中间位置。
简要回顾图6至图8的进展，图6示出在接近平移程序的开始时拍摄的血管内图像。由于处于平移程序的早期，在屏幕底部上的图像输出154相对较短，其示出在平移程序中迄今获得的相对较少的纵向截面血管内图像。在显示器150的右上部分中，图像输出152示出血管在该位置对应的血管内横向截面图像252。图6还示出在显示器150上图像输出153中的中间血管外图像351。中间血管外图像351可通过短暂激活荧光镜获得，以辨别血管内成像装置120在平移程序中的这个时间的实际/已知位置，在这种情况下，其示出与结束位置30相比更接近开始位置20设置的成像元件。
图7示出在接近平移程序的中间时拍摄的血管内图像。在屏幕底部的图像输出154在增长(与图6相比)，其示出随着平移程序的进行获得的更多纵向截面血管内图像的添加。还可理解的是，这些血管内图像中的一个或多个将示出一个或多个检测到的解剖标志。在这种情况下，检测到的解剖标志是检测到的血管10的侧支。在图7中，这些示出前两个侧支(例如，检测到的解剖标志)的血管内图像用线197和198进行标记。在一些情况下，检测到的解剖标志可由系统自动检测或标记。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行图像处理和图像识别。使用血管内图像数据(例如，IVUS数据或其他合适的数据)，系统可执行图像处理和图像识别，以识别或标记包括检测到的解剖标志197/197的图像。在其他情况下，包括检测到的解剖标志的图像可由用户手动识别或标记，例如通过用户界面进行。
在图7的显示器150的右上部分中，图像输出152示出血管在该位置对应的血管内横向截面图像352。图7还示出在显示器150上图像输出153中的第二中间血管外图像451。中间血管外图像451可通过短暂激活荧光镜获得，以辨别血管内成像装置120在平移程序中这个时间的实际/已知位置，其在这种情况下，示出大约设置在开始位置20和结束位置30之间的中间处的成像元件。
图8示出当平移程序接近终点或已结束时拍摄的血管内图像。在屏幕底部的图像输出154已跨显示器增长(与图6和图7相比)，其示出通过完整的平移程序(从开始到结束)获得的更多的纵向截面血管内图像的添加。还可理解的是，在显示器150上的图像输出154中的这些血管内图像中的一个或多个将示出一个或多个检测到的解剖标志(例如，检测到的血管的侧支)。在图8中，示出前两个检测到的侧支的血管内图像再次用线197和198标记(如图7所示)。示出第三和第四检测到的侧支的另外两张血管内图像是在平移程序的后半部分期间获得的并用线199和200标记。如本文讨论的，包括检测到的解剖标志的图像可自动识别或标记，例如，使用图像处理和图像识别进行，或可由用户，例如，通过用户界面手动识别或标记。
在显示器150的右上部分中，图像输出152示出血管对应于血管中结束位置的相应血管内横向截面图像452。图8还在显示器150的图像输出153中示出另外(例如，第三)中间血管外图像551。血管外图像551可通过短暂激活荧光镜来获得，以辨别血管内成像装置120的实际/已知位置，其在平移程序结束时由设置在结束位置30处的成像元件182示出。此时，平移程序可停止，因为成像元件182已到达结束位置30。这可由系统自动完成，或者可由与系统交互的用户手动完成。
在血管外成像数据上标记一个或多个已知位置
用于血管成像共配准的示例方法的另一方面包括标记血管外成像数据以进行配准。例如，血管外成像数据可用实际/已知配准点进行标记。例如，一些实施例涉及在血管外成像数据上标记平移程序的开始位置20和/或结束位置30。
例如，如本文所述，获得的血管外成像数据包括血管外图像151(例如，图4)以及血管外造影图像251(例如，图5)。血管外图像151是在荧光透视下获得的，并示出平移程序的开始位置20和/或结束位置30，其是使用在荧光透视下识别的装置120/190的位置或不透射线标记来辨别和识别的。这些是实际/已知位置或配准点的示例。不过，由于没有造影流，血管腔或解剖标志(诸如，侧支)在图像151中可能不易辨别/识别。(但其在图4中以虚线示出以供参考)。另一方面，血管外造影图像251(图5)是带有造影的血管造影图，因此用造影示出血管的部分并示出一个或多个可视化解剖标志。因此，可在血管外造影图像251上识别可视化解剖标志(例如，侧支)。然而，由于造影，装置的位置或装置120/190的不透射线标记在血管外造影图像251中不易辨别或无法识别。这使得难以或不可能看到或识别，例如，实际/已知位置或配准点，诸如平移程序的开始位置20和结束位置30。在一些实施例中，可能需要提供用于标记或配准的图像，该图像包括来自没有造影的血管外图像(例如，荧光透视图像151)和血管外造影图像(例如，造影图像251)两者的数据。
在一些实施例中，示出实际/已知位置或配准点，诸如平移程序的开始位置20和结束位置30的来自血管外图像151的数据可与血管外造影图像251组合或叠加至血管外造影图像251上。在一些情况下，该过程可由系统自动完成。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行设计为在图像中组合或叠加数据的图像处理和图像识别。在其他情况下，图像可由用户，例如，通过用户界面手动组合或叠加。
将来自血管外图像151(例如，荧光透视图像)的数据与来自血管外造影图像251(例如，具有造影的血管造影图)的数据组合或覆盖/叠加的结果可能产生组合或增强的血管外图像651(例如，增强的血管造影图)，其是被标记或可被标记的血管外成像数据。这种血管外图像651的一个示例在图9中示出，图9示出由计算机130生成并显示在显示器150的左上部分中的图像输出153上的血管外图像651。
如可在图9中理解的，开始位置20或结束位置30(例如，实际/已知位置或配准点)在血管外图像651上被识别出来并可标记在血管外成像数据上。例如，开始位置20可在血管外图像651上用标记620进行标记。结束位置30可在血管外图像651上用标记630进行标记。在一些情况下，该识别或标记过程可由系统自动完成。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行配置为识别和标记开始位置20或结束位置30(或其他实际/已知位置或配准点)的图像处理和图像识别。在其他情况下，标记开始位置20或结束位置30(或其他实际/已知位置或配准点)由用户手动完成，例如通过用户界面进行。
包括或示出血管内成像装置120的成像元件在平移程序期间的其他实际/已知位置的其他血管外数据或图像也可与血管外造影图像251或血管外图像651组合或叠加至其上。例如，其他血管外图像，诸如中间血管外图像351(图6)或中间血管外图像451(图7)或中间血管外图像551(图8)各自也是在平移程序期间在荧光透视下获得的，其各自包括血管内成像装置120的成像元件182(由于不透射线的标记123)在平移程序的某个点处的实际/已知位置。将来自这些附加血管外图像中的一个或多个的数据与造影图像251或血管外图像651进行组合或叠加可添加额外的参考点，并且可有助于增强准确性。组合或叠加数据的过程可如上面所讨论的方式完成，例如，由系统自动完成或由用户手动完成。另外地，成像元件182的特定实际/已知位置也可标记在血管外成像数据上，其中标记方式与上文所讨论的类似。
图9也示出平移程序接近终点或已结束时拍摄的血管内图像。屏幕底部的图像输出154示出在平移程序(从开始到结束)获得的纵向截面血管内图像。图像输出154包括示出四个检测到的解剖标志(例如，侧支)的血管内图像，该四个检测到的解剖标志再次分别用线197、198、199和200进行标记。在显示器150的右上部分中，图像输出152示出血管对应于血管中结束位置的对应的血管内横向截面图像552。
如本文所讨论的，在收集血管内图像期间，平移程序的至少部分可在没有连续血管造影/荧光透视的情况下发生或执行。换句话说，在平移程序期间，血管造影/荧光透视系统104可不激活或仅定期激活，例如，以获得实际/已知位置。但也可在没有血管造影/荧光透视的情况下执行显著部分或时期。在这样的情况下，在平移程序期间，血管内成像装置120的实际/已知位置不会在血管造影/荧光透视下被持续跟踪。
在血管造影/荧光透视在平移程序的显著部分期间未使用的实施例中，系统可配置为在血管造影/荧光透视未使用时计算成像元件182针对平移程序的那些部分的近似或预测位置(例如，由于不透射线的标记123)。例如，这种计算可基于其最后配准的位置/定位(例如，成像元件182最后配准的实际/已知位置)以及导管移动或位置的其他指示器，诸如已知的拉回距离和速度、计算的路径或其他非视觉位置数据等。
例如，如果成像元件182的初始位置已知(例如，通过一个或多个实际/已知位置或配准点，诸如开始位置20、结束位置30或在平移程序期间获得的中间位置中的一个等进行)并且导管120由自动拉回系统以特定速率拉动达已知的时间量，则计算/预测的位置将是沿着行进路径距初始位置的距离并由拉回速率和时间段的乘积表示。计算机130或其部件可包括软件或硬件，其设计为进行这种计算，并输出结果，例如，根据需要在所显示的图像上显示或标记计算/预测的位置。例如，针对平移程序期间的特定点的计算/预测位置可叠加在血管外图像651或共配准图像，诸如图18中所示的图像上，并可表示探头122或成像元件182在该平移程序中该点处的计算/预测位置。
在一些实施例中，可确定或使用或显示成像元件182在平移程序期间获取的计算路径(例如，计算的进行路径)。例如，预测/计算的路径可在开始位置20和结束位置30之间延伸，并大致可沿着在血管外造影成像数据上显示的成像血管腔延伸。在计算成像元件182的大致位置或预测位置时，也可使用或考虑关于计算路径的数据。可用于确定计算路径的方法的一些示例包括：用户指定点或手动路径规格；图像模式识别；自动化二维和三维路径计算；用户辅助自动化路径计算；以及路径的手动和自动计算的组合。计算机130或其部件可包括软件或硬件，其设计为进行或促进这种计算，并输出结果，例如，根据需要在所显示的图像上示出或标记计算的路径。例如，计算的路径可叠加在血管外图像651或共配准图像，诸如图18中所示的图像上，并可表示探头122或成像元件182在平移程序期间的计划路径。
如可理解的，在计算/预测的位置和实际/已知位置之间可能存在误差。例如，预计在不使用荧光透视的某些时期，可能会出现前缩问题，并且前缩问题可能导致计算/预测位置和实际/已知位置之间的误差，特别是在曲折/蜿蜒的血管中。然而，在激活荧光透视并获取实际/已知位置数据并将其呈现给处理器的每个后续时间，可通过用实际/已知位置替换计算/预测位置来减少或消除实际/已知位置和预测/计算位置之间的误差。另外地，本文公开的用于血管成像共配准的示例方法的另一方面包括将检测到的特定解剖标志的预测位置与对应的可视化解剖标志对准，如下面将更详细讨论的。这方面还可有助于减轻或减少误差/失准。
在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置
用于血管成像共配准的示例方法的另一方面包括在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置。在平移程序期间获得的血管内成像数据将包括一个或多个血管内图像，其示出一个或多个检测到的解剖标志。如可理解的，示出检测到的解剖标志的这些血管内图像包括在血管内成像数据中，该血管内成像数据是在平移程序期间使用血管内成像装置获得的。出于共配准的目的，这些检测到的解剖标志(例如，来自IVUS或OCT数据的)的位置将在血管外成像数据(例如，血管造影/荧光透视数据)上对应地识别和/或标记和/或配准。了解血管内成像装置120的成像元件182在平移程序期间检测到特定检测到的解剖标志时的位置(实际/已知位置或计算/预测位置)是有用的，其随后可用于在血管外成像数据(例如，血管造影/荧光透视数据)上标记和/或配准(检测到的解剖标志的)该位置。
在某些特定情况下，在血管外成像装置(血管造影术/荧光透视术)在成像元件182检测到特定检测到的解剖标志的同时是活动的情况下，则检测到的解剖标志的位置是实际/已知的。使用由血管外成像提供的实际/已知位置，可在血管外成像数据的该位置处标记和/或配准该特定检测到的解剖标志的位置。
然而，如本文讨论的，在收集血管内图像时，平移程序中至少部分(如果不是大部分或全部的话)是在没有连续血管外成像的情况下(例如，没有血管造影/荧光透视的情况下)执行的。在这种情况下，在平移程序期间检测到特定检测到的解剖标志时血管内成像装置120上的成像元件182的实际/已知位置将不是已知的。如此，将使用血管内成像装置120上的成像元件182在平移程序期间检测到特定检测到的解剖标志时的计算/预测位置。用于确定成像元件182的计算/预测位置的方法和/或系统在上面进行了描述并可用于该背景中。然后，在血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置。
例如，图10示出血管外成像数据，在这种情况下，是血管外图像751，其可以类似的方式生产，并在形式和功能上类似于图9的血管外图像651。血管外图像751示出可视化的解剖标志，在这种情况下，为侧支12、14、16和18。另外地，根据血管内图像154已计算/预测了检测到的解剖标志197(例如，第一侧支)的预测位置(如本文公开的)。然后，在血管外成像数据(例如，血管外图像751)上用标记箭头212标记检测到的解剖标志197的预测位置。如可理解的，在这种情况下，在第一侧支的预测和标记位置212和血管外成像数据上的可视化解剖标志12之间存在一些失准/误差/差异。
还需要注意，在血管外图像751中，可视化解剖标志(例如，侧支)被识别出来和/或可手动地或由系统识别。在一些实施例中，可视化解剖标志(例如，侧支12、14、16、18)可仅仅由用户手动识别，例如，通过用户评估屏幕上的图像进行。在一些实施例中，可视化解剖标志(例如，侧支12、14、16、18)可由系统自动识别。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行图像处理和图像识别。使用血管外图像数据(例如，血管造影数据)，系统可执行图像处理和图像识别，以识别可视化解剖标志(例如，侧支12、14、16、18)。
可视化解剖标志也可在血管外成像数据上进行标记。例如，可视化解剖标志(例如，侧支12、14、16、18)可用适当的标记和/或标签在血管外图像751上进行标记。在这种情况下，侧支12被标记为SB1，侧支14被标记为SB2，侧支16被标记为SB3，且侧支18被标记为SB4。在一些情况下，该识别或标记过程可由系统自动完成。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行配置为识别和标记可视化解剖标志的图像处理和图像识别。在其他情况下，标记可视化解剖标志可由用户手动完成，例如，通过用户界面进行。
图10还示出在平移程序期间拍摄的血管内图像。屏幕底部的图像输出154示出在平移程序(从开始到结束)获得的纵向截面血管内图像。图像输出154包括示出四个检测到的解剖标志(例如，侧支)的血管内图像，该四个检测到的解剖标志再次被识别出来并随后用线197、198、199和200进行标记，如本文其他地方所述。还可理解，线197、198、199和200现在带有标签和/或标识。特别地，线197现在带有标签SB1，线198现在带有标签SB2，线199现在带有标签SB3，并且线200现在带有标签SB4。标签上表示四个检测到的解剖标志(例如，IVUS上检测到的侧支)的标记/文字/符号与标签上给出对应的可视化解剖标志(例如，在血管造影图上检测到的侧支)的标记/文字/符号相对应。另外地，检测到的解剖标志中的每一个现在还带有附加标签，其示出该特定检测到的解剖标志对应的血管内横向截面图像的小型表示(small representation)。在每个检测到的解剖标志的每个文字标签的上方，可看到对应的血管内横向截面图像的这些小图像。在一些情况下，这些标记/标签可由系统自动施加。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为执行配置为对应地识别和标记/标签化标志的图像处理和图像识别。在其他情况下，标记/标签化可由用户手动完成，例如，通过用户界面进行。
在一些情况下，这些线/标记/标签可以是交互式的。例如，通过用户界面，用户可致动线/标记/标签中的一个，并且线/标记/标签可突出显示和/或被激活。当特定检测到的解剖标志的线/标记/标签突出显示或被激活时，在血管外成像数据(例如，血管外图像751)上示出该特定检测到的解剖标志对应标记的预测位置，并且在显示器150右上部分的图像输出152中示出该特定检测到的解剖标志对应的血管内横向截面图像。例如，如图10看到的，标签SB1(指定检测到的解剖标志197)被示为激活/突出显示的，如在该标签上方由向下箭头所表示的。然后，在血管外图像751上示出标记箭头212，其在血管外成像数据上指定检测到的解剖标志197的预测位置。并且，在图像输出152中示出检测到的解剖标志197对应的血管内横向截面图像。其他标签中的每一个可类似地进行激活以显示出对应的信息。
将检测到的解剖标志的预测位置与可视化解剖标志对准
用于血管成像共配准的示例方法的另一方面包括将检测到的解剖标志的预测位置与可视化解剖标志对准。
如本文讨论的，可视化的解剖标志在血管外成像数据上被识别和/或可识别-手动地或由系统自动进行。可选地，可视化解剖标志也可在血管外成像数据上进行标记-手动地或由系统进行。此外，检测到的解剖标志的预测位置可计算出来并在血管外成像数据上进行标记-手动地或由系统自动进行。然而，如本文讨论的，在血管外成像数据上检测到的解剖标志的预测和标记位置与血管外成像数据上对应的可视化解剖标志之间可能存在一些失准/误差/差异。所公开的用于血管成像共配准的方法可包括将检测到的解剖标志的预测位置与可视化解剖标志对准，于是可有助于减轻这种失准/错误/差异。
例如，图10示出包括血管外成像数据，在这种情况下为血管外图像751的显示，其示出可视化的解剖标志12。标志12在血管外图像751上被识别并标记为SB1(例如，侧支1)。另外地，根据血管内图像154检测到的解剖标志197(也标记为SB1)的预测位置被计算/预测出来并在血管外图像751上用标记箭头212进行标记。如可理解的，在检测到的解剖标志的预测位置212和血管外成像数据上识别的可视化解剖标志12之间存在一些失准/误差/差异。本文公开的方法和系统提供了预测位置212与可视化解剖标志12的对准。对准通常是通过在屏幕上移动或拖动表示预测位置212的指示器，使得其与可视化解剖标志12对准来完成的。在一些情况下，该对准过程可由系统自动完成。例如，计算机130可包括软件或硬件，其配置为自动对准预测位置212与对应的可视化解剖标志12。这可在用户的指示下完成，或者可在检测到失准的情况下/在检测到失准时自动完成。在其他情况下，对准可由用户手动执行，例如，通过用户界面进行。手动对准的一些示例可包括使用上面讨论的交互式标签。例如，通过用户界面，用户可突出显示/激活对应于感兴趣的检测到的解剖标志的标签-在该种情况下为带有标签SB1的检测到的解剖标志197。当检测到的解剖标志的标签被突出显示/激活时，针对该特定检测到的解剖标志对应标记的预测位置随后显示在血管外成像数据上-在这种情况下，为标记箭头212，其指定检测到的解剖标志197的预测位置。然后，用户可手动移动/拖动标记箭头212，使其与对应的可视化解剖标志对准-在这种情况下，为可视化解剖标志12。然后，用户可使标签为不活动的，例如，由此保存对准。图11示出具有相同成像数据的屏幕，如图10所示，但在对准预测位置212与可视化解剖标志12之后。
还可针对失准的附加检测到的解剖标志的任何其他预测位置和对应的可视化解剖标志来完成类似的对准步骤。
例如，图12示出包括血管外成像数据的显示，在这种情况下为与血管外图像751基本相同，但集中于可视化解剖标志14和检测到的解剖标志198对应的预测位置的血管外图像851。标志14在血管外图像851上被识别并标记为SB2(例如，侧支2)。另外地，根据血管内图像154检测到的解剖标志198(也标记为SB2)的预测位置被计算/预测出来并在血管外成像图像851上用标记箭头214进行了标记。如可理解的，在检测到的解剖标志的预测位置214和血管外成像数据上识别的可视化解剖标志14之间存在一些失准/误差/差异。本文公开的方法和系统还提供了以与上面讨论的用于对准预测位置212与可视化解剖标志12相类似的方式对准预测位置214与可视化解剖标志14。图13示出具有如图12所示相同成像数据的屏幕，但在对准预测位置214与可视化解剖标志14之后。
类似地，图14示出包括血管外成像数据的显示，在这种情况下为与血管外图像751和851基本相同，但集中于可视化解剖标志16和检测到的解剖标志199对应的预测位置的血管外图像951。标志16在血管外图像951上被识别并标记为SB3(例如，侧支3)。另外地，根据血管内图像154检测到的解剖标志199(也标记为SB3)的预测位置被计算/预测出来并在血管外成像图像951上用标记箭头216进行了标记。如可理解的，在检测到的解剖标志的预测位置216和血管外成像数据上识别的可视化解剖标志16之间存在一些失准/误差/差异。本文公开的方法和系统还提供了以与上面讨论的用于对准预测位置212与可视化解剖标志12相类似的方式对准预测位置216与可视化解剖标志16。图15示出具有相同成像数据的屏幕，如图14中所示，但在对准预测位置216与可视化解剖标志16之后。
类似地，图16示出包括血管外成像数据的显示，在这种情况下为与血管外图像751、851和951基本相同，但集中于可视化解剖标志18和检测到的解剖标志200对应的预测位置的血管外图像1051。标志18在血管外图像1051上被识别并标记为SB4(例如，侧支4)。另外地，根据血管内图像154检测到的解剖标志200(也标记为SB4)的预测位置被计算/预测出来并在血管外成像图像1051上用标记箭头218进行了标记。如可以理解的，在检测到的解剖标志的预测位置218和血管外成像数据上识别的可视化解剖标志18之间存在一些失准/误差/差异。本文公开的方法和系统还提供了以与上面讨论的用于对准预测位置212与可视化解剖标志12相类似的方式对准预测位置218与可视化的解剖标志18。图17示出具有如图16所示的相同成像数据的屏幕，但在对准预测位置218与可视化解剖标志18之后。
作为如本文所述方法和/或系统的结果，在平移程序期间由血管内导管生成的血管内图像与血管外图像共配准，使得每个血管内图像(例如，IVUS或OCT图像)链接至其在血管外图像(例如，血管造影图像)上的对应位置。所产生的共配准图像可用于渲染和呈现共配准显示，其包括血管外图像和对应的血管内图像两者。共配准的血管外图像和血管内图像可同时彼此并排地显示在显示器150上。共配准的图像数据还可存储在计算机130或长期存储装置131中，以供日后查看，例如，在与获取血管外和血管内图像数据程序分开的会话中进行。也可以回放模式渲染共配准显示。
图18示出所产生的这种共配准显示的示例，其包括血管外图像和对应的血管内图像两者。如可理解的，共配准的血管外图像和血管内图像可同时彼此并排地显示在显示器150上。例如，显示器150包括在左上部分中的图像输出153，其用于显示共配准的血管外成像数据；沿着底部的图像输出154，其用于显示在平移程序(例如，从开始到结束)期间获得的共配准的纵向截面血管内图像；以及在右上部分中的图像输出152，其用于显示在平移程序期间获得的对应的共配准的横向截面血管内图像。
在一些实施例中，系统可包括软件或硬件，其配置为允许用户滚动浏览和/或跟踪一系列共配准图像。例如，系统可包括一种配置，其允许用户滚动浏览共配准图像集中的一个，并且当进行滚动时，处理器获取和显示用于其他图像集的对应的共配准图像。例如，参考图18，滑动条/光标600可显示/叠加在图像输出154上，其示出在平移程序期间获得的一系列血管内图像。另外地，对应的滑动条/光标602可连同血管的血管外图像一起显示在图像输出153上。两个条/光标600/6012可关联和/或链接起来，使得当用户在图像输出153所示的共配准血管外图像上沿着血管路径(例如，计算的路径)选择和拖动滑动条/光标602时，该条/光标600/6012就对应地沿着在图像输出154中所示的对应的/共配准图像滑动。类似地，当用户沿着在图像输出154中显示的共配准图像选择和拖动滑动条/光标600时，该条/光标602沿着在图像输出153所示的共配准的血管外图像上的血管路径(例如，计算的路径)滑动。另外地，当用户移动该条/光标600/602中的任一个时，血管段对应的横向截面图像将显示在屏幕上的图像输出152中。
用于血管成像共配准的方法的另一方面可包括估计成像配准的准确性。如本文讨论的，在血管外成像数据上检测到的解剖标志的预测和标记位置和血管外成像数据上对应的可视化解剖标志之间可能存在一些失准/误差/差异。如本文公开的，用于血管成像共配准的方法的一个方面可包括将检测到的解剖标志的预测位置与可视化解剖标志对准，并且这可有助于减轻共配准中这种失准/错误/差异中的一些。然而，起初出现这种失准/错误/差异(例如，在对准检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志之前)的事实可能表明一种需要，并且在一些情况下可提供一种用于估计图像共配准的准确性的机制。系统可包括软件或硬件，其配置为估计共配准的准确性，并且在一些情况下，显示和/或以其他方式指示针对部分或全部共配准的估计的准确性水平。
可使用多种方法来估计共配准的准确性。例如，可在整个共配准中单独地、成组地或作为整体地测量在检测到的解剖标志的预测位置与对应的可视化解剖标志之间的误差。这些测量值的大小可指示部分或全部共配准的估计的准确性水平。例如，如果测量误差的大小很大和/或超过某些预先确定的阈值，则预测的共配准的准确性水平可能很低。另一方面，如果这些测量的大小很大和/或超过某些预先确定的阈值，则预测的共配准的准确性水平可能很低。可针对部分或全部共配准进行这些准确性的估计。可用于估计共配准的准确性的其他示例因素可包括：用于共配准中的实际/已知位置或配准点的总数量(例如，经由荧光透视获得的)；在实际/已知位置或配准点之间的距离；执行的对准的总数量(例如，检测到的解剖标志的预测位置与可视化的解剖标志对准)；在执行的对准之间的距离；以及分析的血管的迂曲程度。估计准确性的其他方法可能涉及使用基于曲线的算法或公式、前缩预测公式或模型等。
可针对全部或部分的共配准和/或对分析的血管部分的全部或多段执行共配准的准确性水平的估计。一旦确定了估计的准确性水平，就会显示针对全部或部分的共配准估计的准确性水平。例如，系统可包括软件或硬件，其配置为生成表示成像共配准估计的准确性的视觉指示器。在一些实施例中，视觉指示器可显示和/或叠加在血管外成像数据上图示血管的全部或部分上。视觉特性可包括颜色、符号、强度等，并可覆盖/叠加在所示的血管段上或与其相关联。在一些情况下，不同的颜色、符号、强度水平可进行编码和/或用于指示准确性水平。例如，如果确定特定段的准确性水平很高，则一种颜色(例如，绿色)可覆盖在该段上。替代地，如果确定另一特定段的准确性水平很低，则另一种颜色(例如，红色)可覆盖在该段上。如可理解的，这些仅是作为示例给出的，并且也可设想很多其他配置。
在另一方面，可理解在实际/已知位置与计算位置之间可能存在误差，并且该误差可被确定或测量。在一些实施例中，可考虑该误差并将其用于调整共配准。例如，可将误差/总行进距离之比用作缩放因子，以针对荧光透视镜不活动的整个先前时段在血管外图像(例如，血管造影图)上重新计算和调整先前计算/预测的位置。
应理解，本发明在许多方面仅仅是说明性的。在不超出本发明范围的情况下，可在细节，特别是形状、大小和步骤安排的事项上进行改变。在适当的程度上，这可包括将一个示例实施例使用的特征中的任一个用于其他实施例中。当然，本发明的范围由表达所附权利要求的语言限定。

Claims (15)

1.一种用于血管成像共配准的方法，所述方法包括：
获得血管的一部分的血管外成像数据，所述血管外成像数据包括：
示出设置在所述血管内的血管内成像装置的血管外图像，其中所述血管内成像装置的成像元件设置在平移程序的开始位置处，在所述平移程序期间，所述成像元件在所述血管内从所述开始位置平移到结束位置；
用造影示出所述血管的所述部分并示出可视化的解剖标志的血管外造影图像；
在所述平移程序期间获得来自所述血管内成像装置的血管内成像数据，所述血管内成像数据包括示出检测到的解剖标志的一个或多个血管内图像；
在所述血管外成像数据上标记所述成像元件的所述开始位置和所述结束位置；
在所述血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的预测位置；以及
将检测到的解剖标志的所述预测位置与可视化的解剖标志对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述血管外成像数据包括血管造影图像数据和荧光透视图像数据中的一种或两者。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述血管造影图像数据选自二维血管造影图像数据；三维血管造影图像数据；或计算机断层扫描血管造影图像数据中的一种或多种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述血管外成像数据是视频，其包括示出所述血管内成像装置的所述血管外图像和用造影示出所述血管的所述部分的所述血管外造影图像。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述血管外成像数据是一系列图像，其包括示出所述血管内成像装置的所述血管外图像和用造影示出所述血管的所述部分的所述血管外造影图像。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述血管内成像数据选自血管内超声数据和光学相干断层扫描数据中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中标记所述开始位置和所述结束位置包括使用图像模式识别软件，从而允许用户手动标记所述开始位置和所述结束位置或两者。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，还包括在所述血管外成像数据上识别所述可视化的解剖标志。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述血管外成像数据上识别所述可视化的解剖标志包括允许用户在所述血管外成像数据上手动标记所述可视化的解剖标志，使用图像模式识别软件或两者。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述血管外成像数据上识别所述可视化的解剖标志包括在所述血管外成像数据上用所述图像模式识别软件标记所述可视化的解剖标志。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中在所述血管外成像数据上标记检测到的解剖标志的所述预测位置包括使用图像模式识别软件，允许用户在所述血管外成像数据上手动标记检测到的解剖标志的所述预测位置或两者。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中将检测到的解剖标志的所述预测位置与所述可视化的解剖标志对准是使用软件自动执行的。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中将检测到的解剖标志的所述预测位置与所述可视化的解剖标志对准包括允许用户手动对准检测到的解剖标志的所述预测位置与所述可视化的解剖标志。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述平移程序是使用自动平移系统执行的。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述平移程序是拉回。
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