CN117731320A - 用于生成虚拟掩模像的方法和血管造影仪 - Google Patents
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Abstract
在数字减影血管造影术中的辐射负担应进一步降低。为此规定了一种用于生成虚拟掩模像(VM)的方法。对象(8)的多个图像(I1，I2)借助血管造影仪(1)被检测。针对所有像素位置的至少一部分，分别确定所述多个图像(I1,I2)的像素在各个像素位置上的极限像素值。最后，由在相应的像素位置中的极限像素值建立虚拟掩模像(VM)。
Description
技术领域
本发明涉及一种生成用于数字减影血管造影术的虚拟掩模像的方法。此外，本发明还涉及一种用于生成这种虚拟掩模像的血管造影仪。此外，本发明涉及一种相应的计算机程序和一种计算机可读存储介质。
背景技术
数字减影血管造影术(DAS)是现有技术中已知的方法，其用于借助诊断成像方法、例如X光来对人的身体区域中的结构进行可视化或者说成像显示。这种应被可视化的结构可以例如是身体区域中的血管。通常，在这种数字减影血管造影术中借助血管造影仪、例如X光机由待检查的身体区域建立多个时间上先后依次的图像。在这一拍摄序列过程中将造影剂注射进脉管内，通过所述造影剂能够使得脉管被看见并且成像在拍摄的图像中。在此，在注射造影剂之前，可以拍摄所谓的空白像，所述空白像显示出身体区域的不同于血管的结构、例如骨骼。该空白像是所谓的掩模像，借助所述掩模像，能够将在血管中带有造影剂的情况下所拍摄的图像(所谓的造影像或者说填充像(Füllbild))中与血管不同的干扰性结构隐去。为此，通常从造影像中减去掩模像。由此得到的减影像在理想情况下仅仅显示出被造影剂填充的血管。根据造影剂在血管中的随时间变化的走向，可以作出有关血管状态的判断，并且例如识别出血管闭塞或狭窄部、破损的动脉瘤或动静脉畸形(Malformationen，AVM)，所述走向可以根据由造影像和掩模像生成的减影像序列来确定。
典型的DSA序列通常以1.2μGray(微戈瑞)/帧(英文作frame，帧)的辐射剂量在七又二分之一帧每秒(fps-frames per second帧每秒)的情况下以例如十秒的时长实施。此外，总辐射剂量为90μGray。由于用于成像的辐射对人、例如对患者、在血管造影仪旁工作或利用血管造影仪工作的技术人员和医疗人员是有害的，符合期望的是，将辐射剂量保持得尽可能低，以便由此降低对人的辐射负担。为此，由现有技术已知低剂量的DSA方法。其中的弊端在于，通过降低的辐射剂量也使得所拍摄的图像的质量变差，例如其方式在于所拍摄的图像具有高图像噪声。通过产生噪声的图像使得对血管状态的判断变得困难。
如上所述，数字减影血管造影术基于从造影像中减去掩模像以显示出含造影剂的血管。然而掩模像的获取需要额外的(X光)剂量。此外，还可能因在掩模像与造影像之间的患者移动而在减影像中出现伪影。
由文献EP 2 628 146 B1已知所谓的数字方差血管造影术(DVA)，其在没有掩模像的情况下通过计算各个探测器像素的随时间变化的测量方差实现血管图像的显示。这种借助穿透式辐射使感兴趣对象成像的方法包括穿透式辐射源和辐射探测器在感兴趣对象外部以及在感兴趣对象之间的定位。此外，提供多个穿过感兴趣对象的穿透式辐射的测量，以得到穿过该对象的所有直线路径。针对所有直线路径的多个测量被处理，以便得到统计学参数，所述统计学参数能够描述针对所有路径的多个测量的时间分布的宽度。感兴趣对象的图像基于该统计学参数被重建，所述统计学参数描述多个测量的分布。该方法的弊端在于，生成血管的仅一个单个整体图，而不能直接实现随时间变化地显示造影剂填充。
在文献DE 10 2015 224 806 B4中规定一种方法，用于通过对DSA序列的所有图像(掩模和造影(或者说填充))的加权平均来生成降噪的掩模像。在此，在像素方面或者说在像素级上根据与参比掩模像的相似性来确定权重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，进一步降低在减影血管造影术中的辐射负担，并且在必要时实现造影剂填充的基于时间或者说随时间变化的显示。
根据本发明，所述技术问题通过根据独立权利要求的方法和血管造影仪解决。本发明的有利的扩展设计由从属权利要求给出。
根据本发明，据此提供一种生成用于数字减影血管造影术的虚拟掩模像的方法。也就是说，并不拍摄和生成真正的掩模像，而是由其他图像、尤其由造影图获得虚拟掩模像，并且由此人工建立或者说计算出虚拟掩模像。通过该方式，无需单独的辐射剂量用于拍摄真正的掩模像。
在第一步骤中，借助血管造影仪检测对象的多个图像。可以获得该对象的、典型的图像序列或者说图像时间组(也即时间分辨的成像)，就如同在血管造影术中常见的那样。在此，可以获得患者在注射造影剂后的图像。也就是说，没有必要确切地注意在造影剂给药之前检测掩模像。事实上，可以从通常的造影像序列就立即开始。
在另外的步骤中，针对所述图像的所有像素位置的至少一部分、尤其针对所有像素位置，确定多个所述多个图像的像素在各个像素位置中的极限像素值(例如在碘作为造影剂时的最大像素强度或者在CO2作为造影剂时的最小像素强度)。也就是说，针对至少两个(优选所有)检测到的图像逐个像素地研究其原始像素值。针对至少一部分像素位置、尤其所有像素位置(x，y)，确定关于至少两个、尤其所有图像的例如最大像素值或最小像素值。例如针对像素位置(1，1)，将所有图像在该位置(1，1)处的所有原始像素值的最大值确定为极限值，将规定数量最高原始像素值的平均值、规定数量原始像素值的中值或其他值确定为极限值。针对其余的像素位置也相同地实施。
由此，可以在另外的步骤中由在各个像素位置上的极限像素值建立虚拟掩模像。因此，该虚拟掩模像在每个像素位置处都具有所有图像的部分像素值或所有像素值在这个相应像素位置处的、相应的绝对的或者统计学形成的最小值或最大值。由此形成虚拟掩模像，而不会为此生成对于待检查的对象、尤其患者的额外辐射负担。尽管不会获得单独的掩模像，然而可以不同于在数字方差血管造影术中那样，随时间变化地显示出造影剂填充，因为的确形成了虚拟掩模像，所述虚拟掩模像能够从各个造影图中被减掉。
相应的极限像素值表示(对象或者说患者不移动时)在该像素处所能生成的(源自原始像素值的绝对的或统计学计算、例如平均得到的)最高强度。这尤其可以相当于在相应的像素处的最小黑度。也即，针对每个像素位置寻求最小辐射阻尼。这意味着，在相应的像素位置处因相应的结构无论如何都存在确定的辐射阻尼，并且这一因结构所致的阻尼从造影图中被减掉，以便能够使造影剂所致的变化更好地被示出。
如前所述，所有多个图像都是造影图。即使不是在每个图像中都可见造影剂给药，也已经涉及在造影剂给药完成时的造影像。也就是说，没有必要专门注意在造影剂给药之前拍摄掩模像。
根据另一种实施例规定，由此获得降噪的虚拟的掩模像，即：多个包含虚拟掩模像在内的图像中至少两个(可选地所有)图像在像素方面加权地加和。这意味着，在降噪的虚拟掩模像成像时，至少两个、尤其所有图像的像素被一次地加权，并且具有极限像素值的那些像素被双倍地加权。在所述加和以及必要时的求平均值时，虚拟掩模像已经获得特殊的权重。
在用于获得降噪的虚拟掩模像的步骤的改进方式中，可以根据相应的像素值与虚拟掩模像的相应的像素值的相似度获得用于加和的权重。尤其能够实现的是，为那些与虚拟掩模像的像素值更接近的像素值赋予更大的权重。通过该方式可以为虚拟掩模像额外加权。在此，虚拟掩模像可以作为参比掩模像用于像素值的相似度的确定。
在另外的实施例中规定，每个像素的在时间上的最大值被确定为极限像素值。在图像序列中，该像素值可能会在造影剂给药时或通过其他因素动态地变化，因此每个像素值对应于瞬时拍摄。随后，在正常的造影剂下，寻找每个像素位置的随时间变化的最大值。
由此，根据本发明，还可以提供一种方法，用于通过如上所述地生成虚拟掩模像来获得静态血管图像，由多个图像通过分别减掉虚拟掩模像来获得多个减影像，并且针对图像的所有像素位置的至少一部分将所有减影像的相应的像素值加权地加和。这意味着，所生成的虚拟掩模像被用于由多个(造影)图像获得减影像，所述减影像基于每个像素位置根据位置或者说与位置相关地加权地加和。由此由大量减影像形成静态的血管图。由此，不同的造影剂浓度状态的减影像可以组合成全面的血管图。
尤其地，相应的像素值越高，则可以将用于加和的权重选择得越高。通过该方式允许显著地改进信噪比。
此外，根据本发明还提供了一种方法，用于通过如上所述地生成虚拟掩模像来获得血管造影术的图像序列，以随时间变化地显示出在血管结构中的造影剂填充，并且通过从多个图像中的每一个中减去虚拟掩模像来生成血管造影术的图像序列。该血管造影术的图像序列示出在单个血管中的造影剂填充如何随时间变化。因为由所述图像还构成虚拟掩膜像，由此还能够针对血管造影术的图像序列的所有单独图像直接提供相应的减影像。由此，还可以在没有明确拍摄掩模像的情况下提供用于随时间变化地显示造影剂填充的减影像序列。
根据本发明，上述技术问题还通过一种血管造影仪解决，其生成用于数字减影血管造影术的虚拟掩模像，所述血管造影仪具有
-检测装置，用于检测对象的多个图像，和
-处理装置，所述处理装置构造用于，针对多个图像的所有像素位置的至少一部分，确定多个图像的像素在相应的像素位置处的极限像素值，并且由在相应的像素位置处的极限像素值建立虚拟掩模像。
所述检测装置可以例如涉及X光机，例如C形臂X光机。所述处理装置可以例如涉及图像处理装置，其基于计算机或者说计算装置。
上述结合根据本发明的方法所阐述的改进方案和优点也应适用于根据本发明的血管造影仪。在此，各个方法步骤可以执行为血管造影仪的功能性特征。
本发明可以采用计算机程序产品的形式，包括可从存储供一个或多个计算机、处理器或命令执行系统使用或与之结合使用的程序代码的计算机可用或计算机可读介质访问的程序模块。就本说明而言，计算机可用或计算机可读介质可以是能够包含、存储、通信、传播或传送程序以供命令执行系统、设备或装置使用或与该命令执行系统、设备或装置结合使用的任何设备。该介质本身可以是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)或传输介质本身，因为物理计算机可读介质的定义中不包括信号载体，包括半导体或固态存储器、磁带、可互换计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘，例如：光盘只读存储器(CD-ROM)，具有读/写功能的光盘和DVD。如本领域技术人员所知，用于实现技术的各个方面的处理器和程序代码都可以是集中的或分布式的(或其组合)。
尽管已经参照特定的实施例详细描述了本发明，但应当注意的是，本发明不限于这些实施例。鉴于本公开，许多修改和变化对本领域的本领域技术人员是显而易见的，而不离开这里所描述的本发明的保护范围。因此，本发明的范围由以下权利要求书而不是前面的描述来指定。属于权利要求的意义和等同范围内的所有变化、修改和变型都应在其应用范围内加以考虑。在方法权利要求中所要求的所有有利实施例也可以比照地转移到系统/设备权利要求中。
针对能够在所述方法中给定并且在此不作详细描述的应用场景或应用情况，可以规定，根据所述方法发出错误报告和/或用于输入用户反馈的请求，和/或调整标准设置和/或预定的初始状态。
附图说明
在此借助所附的附图进一步阐述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的血管造影仪的一种实施方式的示意图；
图2示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程的示意图。
具体实施方式
以下描述的实施例是本发明的优选实施方式。在此所描述的实施方式也可以通过本发明的已描述的其它特征补充。
图1示出根据本发明的血管造影仪1的一种实施方式。该血管造影仪1具有检测装置2、处理装置3以及显示装置4。该检测装置2设计用于生成图像，并且可以例如是X光机，该X光机可以具有C形臂5。在C形臂5的一个端部处可以安置用于发出X光辐射的X光源6。在C形臂5的相对置的端部处可以安置用于检测由X光源6发出的X光辐射的X光探测器7。处理装置3设计用于处理由检测装置2生成的图像，该处理装置3可以例如包括处理器装置、例如数字计算装置或计算机。显示装置4例如可以包括显示屏，所述显示屏显示由处理装置3处理完成的图像。
借助所述血管造影仪1可以检查身体区域8、例如患者的头部。在此，尤其应将血管作为身体区域8中的第一结构9进行检查。在患者的身体区域8中尤其还存在第二结构10，例如骨质材料。为了检查身体区域8，通过检测装置2建立或者说生成包括在时间上先后依次拍摄的多个图像It的拍摄序列，在此示出其中的两个图像I1和I2。在拍摄序列期间，将造影剂注射进身体区域8的第一结构9中，可以随时间检查造影剂在第一结构9中的扩散。基于造影剂的浓度的时间变化曲线，可以例如作出有关身体区域8的血管状态的推论。由此可以例如识别出血管狭窄部和血管闭塞。
在此，检测装置2并不生成所谓的空白像，所述空白像在根据现有技术的常规方法中在第一结构9中无造影剂的情况下拍摄得到。相反，由检测装置2仅在时间上先后依次地拍摄所谓的造影像I1、I2……(为简明起见在图1中仅示出两个造影像，其在下文中代表性地标注为“I1”和“I2”)，所述造影像示出不同造影剂浓度下的第一结构9以及第二结构10。在此，第一造影像I1例如示出在第一造影剂浓度下的第一结构9，并且在时间上晚于第一造影像I1拍摄的第二造影像I2示出在第二造影剂浓度下的第一结构9。图像I1和I2在一些情况下以特别低的辐射剂量、例如0.8μGray/帧的辐射剂量拍摄，由此图像I1和I2具有高图像噪声。这在图1中借助在图像I1和I2中的阴影示出。
由检测装置2拍摄的图像I1和I2被提供给处理装置3。图像I1和I2的接收在方法的第一方法步骤V1中实施，其借助根据图2的流程图示出。在第二方法步骤V2中，可以求图像I1和I2的对数。在第三方法步骤V3中，可以在图像I1和I2中实施运动补偿。这意味着，所拍摄的身体区域8和由此结构9、10在图像I1和I2中的移动被校正，所述移动由图像序列的拍摄期间身体区域8的运动引发。
在第四方法步骤V4中，确定所谓的虚拟掩模像VM，所述虚拟掩模像仅示出第二结构10。所述虚拟掩模像VM在此由造影像I1和I2确定。
也就是说，不像在数字方差血管造影术中那样估算统计学参数，而是生成虚拟掩模像。因此可以称之为虚拟掩模像血管造影术。由此，因为提供真正的掩模像，所以与数字方差血管造影术相比，可以随时间变化地示出造影剂填充。
为了能够省去对造影像的专门拍摄，首先由多个图像或者说造影图I1和I2(在图1中仅标志性地示出两个)计算出虚拟掩模像VM。这可以例如通过像素方面的在时间上的最小值或最大值强度投影完成。这意味着，针对每个像素位置由所有图像找到最小或最大像素值。由于造影剂削弱了测得的强度，针对每个像素确定不带有对比度增强或具有最小对比度增强的值。也就是说，例如寻找最亮的像素或者说具有最小黑度的像素。这导致的是，尽可能使每个造影剂输入都由虚拟掩模像计算得出。
为了计算虚拟掩模像，也可以使用其他方法。例如可以针对像素位置使用最亮的或者最暗的三个像素(有时也可以是任意其他数量)的平均值作为最小或最大像素值。最高/最低的原始像素值也就相对最大/最小像素值取均值。有时，由此也可以实现信噪比的进一步提高。
作为备选还可能有利的是，针对每个像素位置的虚拟掩模像分别使用特定数量的最亮/最暗像素(数个最高原始像素值)的中值作为最大/最小像素值。这也可以有利地影响信噪比。
作为备选，也可以训练神经网络，其用于由对象的测得图像的时间序列来确定虚拟掩模，以便例如得到改进的信噪比或更好地考虑环境。
由于图像I1和I2是有噪声的，通过计算图像序列的图像元素It(x，y)的相应的加权和作为掩模像M的图像元素M(x，y)，可以确定降噪的掩模像M。
在此，图像It相当于在图像序列中在位置t处的图像或者说第t个图像，该图像序列由t＝0...T个图像形成。图像I0相当于虚拟掩模像VM。图像I1、I2等相当于真正拍摄的造影像。wt(x，y)则描述权重值，利用所述权重值对图像It的图像元素值It(x，y)加权，并且所述权重值与所述图像元素值It(x，y)和虚拟掩模像VM的图像元素值I0(x，y)的色距相关。加权函数wt可以表示为以下公式：
在此，σ2相当于在It-I0时估计的平均噪声能量。由于噪声水平与信号相关，因此可以规定图像元素相关的或者说像素相关的噪声能量σ(x，Y)。
在第五方法步骤V5中，确定所谓的减影像St，在此示出其中两个减影像S1、S2，并且所述减影像示出在不同造影剂浓度下的第一结构9。所述减影像S1、S2相当于已经借助虚拟掩模像VM或降噪的虚拟掩模像M将第二结构10隐去的造影像I1和I2。为此，将掩模像VM或M(在以下公式中例如是掩模像M)从造影图I1、I2中减去：
St(x,y)＝It(x,y)–M(x,y)
其中，减影像St相当于在拍摄序列中位置为t的图像，该拍摄序列具有t＝1...T个减影像。
有时，在第六方法步骤S6中通过已知的方式局部和/或在时间上对减影像St去噪，以得到降噪的减影像S* t。减影像St或降噪的减影像S* t可以在第七方法步骤S7中从评估装置为了图像显示而被传递至显示装置4。
为了像在数字方差血管造影术中那样获得血管结构的静态图像，可以将被减后的单独图像加权地在像素方面加和。在此，为了改进信噪比，对具有更高信号的像素值更高地加权。
实验表明，可以生成与数字方差血管造影术非常近似的血管图像。此外，还可计算出时间分辨的系列。
如上述实施例所示，根据本发明，并不使用统计学参数来通过未减影系列获得血管图像。此外，还能够以有利的方式直接实现时间分辨的数字减影血管造影术。
Claims (11)
1.一种用来生成用于数字减影血管造影术的虚拟掩模像(VM)的方法，
其特征在于,
-借助血管造影仪(1)检测对象(8)的多个图像(I1，I2)，
-针对多个图像(I1，I2)的所有像素位置的至少一部分：确定多个图像(I1，
I2)的像素在相应的像素位置中的极限像素值，并且
-由在相应的像素位置中的极限像素值建立虚拟掩模像(VM)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，全部的多个图像(I1，I2)是造影像。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由此获得降噪的虚拟掩模像，即，多个包括虚拟掩模像(VM)的图像(I1，I2)中至少两个图像在像素方面加权地加和。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据相应的像素值与虚拟掩模像(VM)的相应的像素值的相似度获得用于加和的权重。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，每个像素的在时间上的最大值被确定为极限像素值。
6.一种用于获得静态血管图像的方法，包括
-根据上述权利要求中任一项生成虚拟掩模像(VM)，
-由多个图像(I1，I2)分别通过减掉虚拟掩模像(VM)获得多个减影像(S1,S2)，并且
-针对多个图像(I1,I2)的所有像素位置的至少一部分，将所有减影像(S1,S2)的相应的像素值加权地加和。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，相应的像素值越高，则将用于加和的权重选择得越高。
8.一种方法，其用于通过根据上述权利要求中任一项所述地生成虚拟掩模像(VM)来获得血管造影术的图像序列，以随时间变化地显示出在血管结构(9)中的造影剂填充，并且通过从多个图像(I1,I2)中的每一个中减去虚拟掩模像(VM)来生成血管造影术的图像序列。
9.一种血管造影仪，其用来生成用于数字减影血管造影术的虚拟掩模像(VM)，
其特征在于,包括
-检测装置(2)，用于检测对象(8)的多个图像(I1,I2)，和
-处理装置(3)，所述处理装置构造用于，针对多个图像(I1,I2)的所有像素位置的至少一部分，确定多个图像(I1,I2)的像素在相应的像素位置处的极限像素值，并且由在相应的像素位置处的极限像素值建立虚拟掩模像(VM)。
10.一种计算机程序，其包括指令，在通过计算机执行所述程序时，指令使计算机实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
11.一种计算机可读取的存储介质，其包括指令，在通过计算机执行所述指令时，该指令促使计算机实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
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