CN1925808A - 用于确认医学环境中几何匹配的方法、系统和计算机程序 - Google Patents

用于确认医学环境中几何匹配的方法、系统和计算机程序 Download PDF

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Abstract

一种用于解剖位置和对象之间几何匹配的方法、系统和计算机程序。借助于使用医学诊断设备(2)适当成像而获得代表解剖位置的第一数据组(18a)。第二数据组(18b)包括对象的几何形状描述或者借助医学诊断单元获得的对象的图像。系统(1)包括处理装置(22)，以重新获得第一数据组(18a)和第二数据组(18b)以产生重叠图像(I)，所述重叠图像(I)包括基于第一数据组(18a)的图像(26)和基于第二数据组(18b)的图像(28)。使用相同的放大因子和基本上相同的空间定向在显示器(24)上显示图像(26)和(28)。系统(1)包括自动描绘装置(23)和图像操作装置。

Description

用于确认医学环境中几何匹配的方法、系统和计算机程序
技术领域
本发明涉及一种确认解剖位置几何形状和设想将置于所述解剖位置的对象几何形状之间匹配的方法。
本发明还涉及一种允许确认解剖位置几何形状和设想将置于所述解剖位置的对象几何形状之间匹配的系统。
本发明又涉及一种计算机程序。
背景技术
从US6,424,332中知晓在起始段落所提出方法的一个实施例。所述已知方法适于比较植入关节的数字化图像和代表人体关节几何形状的医学图像，所述医学图像提供在硬拷贝载体上。已知的硬拷贝载体包括可安装在合适的显示装置前部的X射线幻灯胶片，植入物的数字化图像投射其上。已知植入物的数字化图像可以提供为植入物的数字图形模型，或可选地，可以提供为另一合适的图像。
所述已知方法适于为临床介入实行预备步骤，例如适于选择设想将插入到患者目标区域的合适植入物。提供有安装在植入物的数字化图像前方的医学幻灯片的临床医生能够核对是否植入物适配目标区域。如果临床医生确认选择了合适的植入物，他能够开始介入。
已知方法的一个缺点是不能量化估定解剖位置几何形状和植入物几何形状之间的空间一致性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种确认解剖位置几何形状和对象几何形状之间匹配的方法，由此允许定量估定所述匹配。
从而，根据本发明的方法包括这些步骤：
-借助于医学诊断设备，获得代表解剖位置几何形状的第一数据组；
-获得代表对象几何形状的第二数据组；
-使用处理装置叠加第一数据组和第二数据组。
本发明的技术措施是基于这样的认识，即通过借助于合适的医学诊断设备获得代表解剖位置几何形状的数据组，能够使所述数据组有利于进一步的分析，例如以数字形式。例如，通过记录来自医学诊断设备的适当信号，能够获得数据组。所述信号能够提供为电信号或光信号。同样，预期有采用蓝牙标准或类似红外载体的其他任何合适载体的无线通讯。通过采用合适的处理装置叠加第一数据组和第二数据组，允许精确估定解剖位置和对象之间的空间一致性。例如，采用一个本身已知的计算法则，建立对象和解剖位置之间一致性程度的量化测量是可能的。另外，与已知方法相比，通过以计算机化方式提供关于解剖位置和植入物几何形状的信息，能够允许在多个投影中观察。这增加了解剖位置几何形状和对象几何形状之间的匹配的确定程度。在根据本发明的方法的一个最简单细节中，对于第二数据组，足以选择对象合适的几何描述。优选地，几何描述不局限于二维表示，而是包括对象几何形状的完整三维描述。为了叠加第一数据组和第二数据组，采用合适的计算装置能够产生几何描述的横截面视图，同时保持对象的放大因子与解剖位置的放大因子相同。根据第一数据组的投影方向选择横截面的空间定向。优选地，采用本身已知的校正方法校正第一数据组的几何变形。
除了上述提出的优点之外，根据本发明的方法改进了工作流程。即，使用本发明的方法，创建一个有用对象的自定制库是可能的。例如，该库能够包括为一些标准视图(例如，侧面、正面等)或为一些有用的定制视图存储的叠加图像。其次，可能在一个文件中存储大量同一类型、但是具有不同的大小的对象，为了检查其能在稍后被装载。提供有有用对象的库，写操作合适计算机的子程序也是可能的，所述计算机设置以从库中装载对象，并以自动方式执行其与预选解剖位置的几何匹配。为了选择最佳匹配，所述子程序能够设置以调查尽可能多的可利用的有用对象。所述最佳匹配随后能够存储在另一文件中。医学专家仅仅需要调查所述另一文件并确认所选的对象。
在根据本发明的方法的一个实施例中，其中第一数据组包括第一多个图像投影，第二数据组包括第二多个投影，所述方法还包括以下步骤：
-采用第一多个图像投影，重建代表解剖位置的第一三维图像；
-采用第二多个图像投影，重建代表对象的第二三维图像；
-采用第一三维图像和第二三维图像用于叠加。
分别叠加代表解剖位置和对象几何形状的三维图像，发现是特别有利的。为了实行当前技术措施，为了重建三维图像，采用至少两组两个正交投影是足够的，一组用于解剖位置和另一组用于对象。三维重建的方法本身在本领域中是已知的，并且在此将不再详细解释。根据该技术措施，同时在所有投影上核实植入物与解剖位置的几何匹配是可能的，因而增加了匹配确信水平。
使用与采集第一数据组时使用的相同的医学诊断设备采集第二数据组是有利的。该技术措施基于对下列技术问题的理解。即使对于例如X-射线单元的校准医学诊断单元，仪表的各个读数、记录代表X-射线源的特殊空间定向的信号，可能具有一些偏差，这导致图像投影的实际空间定向和X射线源的报告位置之间的差异。所述X射线源的报告位置用于重建对象相应定向的横截面。因而，当这个横截面重叠在目标区域的医学图像上时，能够导致一幅图像相对于另一幅的轻微旋转。由于同期介入操作提出了对定位精确性严格要求的事实，通过使用与采集第一数据组相同的设备采集第二数据组而避免这些小误差是有利的。
因而，当使用相同的成像设备采集第二数据组时，对基本上相同的成像几何形状，能够确信对解剖位置和对象的相同图像投影做比较，导致了最小化可能的定位误差。此外，通过应用该技术措施，实现了惊人的附加效果。如果采用相同的设备获得两幅图像，并且对相同的聚焦物距，消除了通常由图像采集系统引起的图像的几何扭曲，则导致了进一步改善了几何形状匹配的精确性。
在根据本发明的方法的另一实施例中，所述方法包括以下步骤：
-实现自动描绘第一三维图像内感兴趣的体积；
-实现第二三维图像与感兴趣的体积的自动适配。
由于解剖位置常常包括不规则形状的事实，在对象将适配的解剖位置中自动创建感兴趣的体积是有利的。感兴趣的体积的自动描绘过程在本领域中本身是已知的，并且例如，能基于第一三维图像内的灰度值实现。结果，丢弃了第一三维图像内的所有非基本信息并且实现了目标适配。优选地，平滑并采用合适的函数几何描述感兴趣的体积的形状。在将类似第二三维图像的良好定义的结构与具有几何描述的感兴趣的体积相匹配的期间，获得关于具有进一步改进精确性的两幅图像之间的一致性程度的进一步定量信息是可能的。该进一步定量信息能够用于进一步详细描述将放置入解剖位置的合适对象的选择处理。
根据本发明的一个系统，包括：
-存储装置，设置以存储代表解剖位置几何形状的第一数据组和代表对象几何形状的第二数据组，
-处理装置，设置以从存储装置中重新获得第一数据组和第二数据组，所述处理装置还设置以重叠第一数据组和第二数据组以产生重叠图像；
-显示装置，设置以显示重叠图像。
根据本发明的技术措施，根据本发明的系统用户能够选择解剖位置的一个或多个计算机化图像和对象或同时在线的不同对象的一个或多个计算机化图像，即使正好在计划介入开始之前。通过重叠这些图像和通过进一步显示重叠的图像，用户能够有效和精确地实现选择匹配解剖位置几何形状的合适对象的任务。通过记录来自医学诊断设备的适当信号能够获得任意数据组。能够提供该信号为电信号或光信号。同样，预期有采用蓝牙标准或其他合适载波、类似红外载波的无线通讯。
还可能编译一个包括可利用对象的数据库，例如包括为不同视角创建的重叠图像。另外，在该数据库中能够存储注释或其他相关字母数字信息，例如，对特殊患者组的跟踪研究的结果。在对属于相同患者组的不同解剖位置的选择对象的未来处理期间，能使用该附加信息作为附加标准。
在根据本发明的系统的一个实施例中，所述系统包括设置用于获得第一数据组的医学诊断设备。
当选择处理恰好发生在介入之前时，该技术措施非常重要。优选地，使用相同的成像设备，例如X-射线装置，采集第二数据组。在这种情形中，为相同的采集几何形状获得所有采集的数据，因而改善了各个图像之间比较的精确性。另外，消除了由成像装置的读出部件引起的图像扭曲，又进一步改进了比较的精确性。
在根据本发明的系统的另一实施例中，由此第一数据组包括第一多个图像投影并且第二数据组包括第二多个图像投影，所述系统还包括：
-重建装置，设置以重建：
-使用第一多个图像投影的代表解剖位置的第一三维图像，；
——使用第二多个图像投影的代表对象的第二三维图像；
由此还设置处理装置以重叠第一三维图像和第二三维图像以产生进一步重叠图像，还设置显示装置以显示所述进一步重叠图像。
允许对象和解剖位置之间的几何匹配的三维研究被发现是特别有利的。采用一个合适的图形表示，类似用于重建图像的透明模式或专业彩色涂料，易于理解解剖位置和对象之间的三维一致程度，因而进一步改善了选择的精确性。采用本身已知的计算法则，可以计算对象和解剖位置之间的空间一致程度。
在根据本发明的系统的又一实施例中，所述系统还包括：
-自动描绘装置，设置以描绘解剖位置的第二三维图像内感兴趣的体积，还设置所述处理装置以实现第二三维图像和感兴趣的体积之间的自动适配。
该技术措施基于这样的认识，即当比较两个几何形状良好定义的形状时，匹配的精确性增加。通常是机械结构的所述对象具有良好定义的形状。解剖位置通常具有良好定义的感兴趣的体积，其中将放置对象。因而，通过实现解剖位置的第一三维图像内的感兴趣的体积的自动描绘，进一步改善感兴趣的体积与对象的三维图像比较的精确性。优选地，所描绘的感兴趣的体积在比较之前经受平滑操作。该技术措施具有另一优点，即，当使用确定其空间形状的合适函数几何描述感兴趣的体积时，可以执行感兴趣的体积和对象之间一致程度的进一步定量分析。能够进一步使用这些定量数据作为对象选择或报告的目的或类似患者追踪调查的其他分析目的的参数。
根据本发明的系统的又一实施例中，所述系统包括用于操作重叠图像和进一步重叠图像的装置。
为允许良好地理解解剖位置几何形状和对象几何形状，允许操作重叠图像发现是有利的。当使用时，优选设置该操作以空间操作重叠图像的每个成分，即第一数据组、第二数据组，或者可选地，第一三维图像、第二三维图像和感兴趣的体积。系统的该功能允许它的操作者实现对象与解剖位置的手动适配。设想空间操作包括移动、旋转或任意其他移置操作。
根据本发明的计算机程序包括指令以：
-在存储装置和处理装置之间传送代表解剖位置几何形状的第一数据组；
-在存储装置和处理装置之间传送代表对象几何形状的第二数据组；
-重叠第一数据组和第二数据组以产生重叠数据组；
-将重叠数据组传送到显示装置。
根据本发明的计算机程序特别适于操作设置用于允许确认解剖位置几何形状和对象几何形状之间的匹配的系统，所述对象设想将置于所述解剖位置，所述系统包括设置用于存储第一数据组和第二数据组的存储装置，所述系统还包括设置用于重新获得所述第一数据组和所述第二数据组的处理装置，所述系统又包括显示装置。当计算器程序执行它的指令组时，根据第一组指令从存储装置中装载第一数据组和第二数据组。第一组指令包括，例如在计算机的合适硬件单元之间的输入/输出操作。可选地或附加地，所述第一组指令可以包括从远程计算机或类似内联网或因特网的远程数据源的下载指令。随后，根据第二组指令，第一数据组重叠到第二数据组以产生重叠数据组。第二组指令可以包括图像处理步骤，设置以从包含在第一数据组和第二数据组图像分别产生相应图像投影。接着，根据第三组指令，使重叠图像对操作者在显示装置上可用。第三组指令可以包括进一步图像处理，包括，例如适当界定相应图像的尺寸。计算机程序的可执行代码能够存储在计算机的一个硬件中，或者其能够存储在类似硬盘、CD-ROM等可替换载体上。可选地，可执行代码能够设置成可从类似互联网的网页的远程位置上下载。
在根据本发明的计算机程序的一个实施例中，设置计算机程序以操作用户接口，所述用户接口设置用于显示重叠数据组。
优选地，所述计算机程序包括又一组指令，设置以允许交互操作重叠数据组。例如，该又一组指令可以包括设置以重定义图像尺寸、实现放大或缩小操作并执行重叠数据组的平移和/或旋转、从各个数据组构建三维图像等的命令。该技术特征允许操作者获得对医疗位置和对象各自的几何形状的更好认识并确认所述几何形状之间具有高度一致程度的匹配。
附图说明
参考附图，将进一步讨论本发明的这些和其他方面。
图1显示了根据本发明的系统的一个实施例的示意图。
图2显示了用于对象的数据采集系统的一个实施例的示意图。
图3显示了根据本发明的方法的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的系统的一个实施例的示意图。根据本发明，用以允许确认解剖位置几何形状和设想将放置在所述解剖位置中的对象几何形状之间的匹配的系统1使用代表解剖位置和对象的各个数据组进行操作。
借助于使用医疗诊断设备2的合适成像获得代表解剖位置的第一数据组18a。图1以简化的方式示出了X射线单元的一个实施例，其适于获得代表患者P的解剖位置的数据组18a。在这个实施例中，关节16示为解剖位置。为了使得解剖位置16和设想将放置在所述位置内的例如关节植入物的对象之间空间匹配，使用X射线源2检查解剖位置16的至少两个投影。为了这个目的，X射线源2和X射线检测器4围绕患者P旋转。借助于在其各个位置4、4a的X射线检测器检测相应的发射图像。结果产生的图像存储在存储装置18中。不考虑图1示意性地示出了一个普通存储装置18的事实，将各个图像存储在能够从远程位置访问的物理上独立的存储单元中(未示出)也是可能的。
系统1还包括处理装置22，设置以重新获得第一数据组18a和第二数据组18b以产生重叠图像I，所述重叠图像I包括基于第一数据组18a的图像26和基于第二数据组18b的图像28。使用相同的放大因子和基本上相同的空间定向显示图像26、28。借助于合适的显示屏24使用合适的用户接口(未示出)将重叠图像I反馈给系统的用户。尽管图1中示出了二维图像，设置处理装置以产生相互重叠和如在显示器24上显示的各个三维图像是可能的。系统1还包括自动描绘装置23，其设置以实现在第一三维图像内感兴趣的体积的自动描绘。由区域27示意性地示出感兴趣的体积在二维图像I上的投影。系统1还包括操作装置29，设置以移动解剖位置26的图像和/或对象28的图像。操作装置的合适例子是计算机鼠标、键盘指针或任何其他合适的装置，包括声控。由处理装置22接收来自操作装置29的控制信号(未示出)，其后移动相应的图像。优选地，处理装置22和显示装置组成优选安装在数据网络上的计算机25的一部分。合适的数据网络的例子是医院信息系统。
图2显示了用于对象的数据采集系统的一个实施例的示意图。使用与为了采集第一数据组而使用的相同的成像单元采集第二数据组被发现是选地的。用于对象的数据采集系统10包括医疗诊断设备，例如X-射线单元。为了采集第二数据组，对象6放置在X-射线源2’和X-射线检测器4’之间，由耦合到检测器4’的合适的图像产生装置8产生作为结果的发射图像。为了允许产生三维图像，X-射线源2’和X-射线检测器4’围绕对象6旋转并且例如对于位置2’、2a’获取多个发射图像。记录至少两幅正交的图像是足够的。基于第二数据组的产生，其存储在存储单元9中，存储单元9设置以使根据本发明的系统的处理装置(未示出)可访问。
图3显示了根据本发明的方法20的一个实施例的示意图。根据本发明的方法适于允许确认解剖位置几何形状和设想将放置在所述位置内的对象几何形状之间的匹配。在根据本发明的方法20的步骤21，获得代表解剖位置的第一数据组23、25。该步骤能够包括装载预存图像23或采集图像25的步骤。如果本发明的方法恰好先于计划的介入实行，则执行所述图像采集的步骤。其次，获得代表对象的第二数据组。该步骤还包括多个选择，即装载24植入物的预存图像、访问26远程位置，例如厂商网址，以下载包括对象几何形状描述的数据，或者可选地，使用与采集第一数据组25时使用的相同的成像单元和基本上相同的成像几何形状实现图像采集28。必须注意到，装载植入物预存图像的步骤24能够包括装载植入物的几何模型，或装载使用医学诊断设备获得的预存图像。在后一种情形中，优选地是实现第二数据组的采集与曾经或将用于采集第一数据组相同的成像几何形状。
在获得第一数据组和第二数据组的基础上，实现这些数据组的重叠30。这一步骤允许操作者可视地和定量地研究解剖位置和对象之间的匹配程度。如果重叠三维图像，观察者能够研究解剖位置的目标体积和对象之间的空间一致性。另外，在步骤32，描绘了解剖位置的三维图像内的感兴趣的体积，并且实现感兴趣的体积和第二三维图像之间的自动适配。为选择目的，能够使用适配的结果作为又一定量参数。如果匹配的可视或定量确认的结果符合先前定义的标准，合适对象的选择过程完成34。否则，选择另一对象的图像并且跟随步骤30和其他步骤。可选地，在步骤36能够实现合适的报告。

Claims (11)

1.一种确认解剖位置几何形状和设想将放在所述解剖位置内的对象几何形状之间匹配的方法，所述方法包括以下步骤：
-借助于医学诊断设备获取(21)代表解剖位置几何形状的第一数据组(23，25)；
-获取(22)代表对象几何形状的第二数据组(24，26，28)，使用处理装置重叠(30)所述第一数据组和第二数据组。
2.根据权利要求1的方法，其中第一数据组包括第一多个图像投影，第二数据组包括第二多个图像投影，该方法还包括以下步骤：
-使用第一多个图像投影重建代表解剖位置的第一三维图像；
-使用第二多个图像投影重建代表对象的第二三维图像；
-使用第一三维图像和第二三维图像用于重叠。
3.根据权利要求2的方法，其中该方法包括以下步骤：
-实现第一三维图像内感兴趣的体积的自动描绘；
-实现第二三维图像与感兴趣的体积的自动适配。
4.一种用于允许确认解剖位置(16)几何形状和设想将放在所述解剖位置内的对象(6)几何形状之间匹配的系统(1)，所述系统包括：
-存储装置(18)，设置以存储代表解剖位置几何形状的第一数据组(18a)和代表对象几何形状的第二数据组(18b)，
-处理装置(22)，设置以从存储装置(18)重新获取第一数据组和第二数据组，所述处理装置(22)还设置以重叠第一数据组和第二数据组而产生重叠图像(I)；
-显示装置(24)，设置以显示重叠图像。
5.根据权利要求4的系统，其中该系统还包括医学诊断设备(2)，设置以获得第一数据组(18a)。
6.根据权利要求5的系统，其中医学诊断设备还设置以获取第二数据组。
7.根据权利要求6的系统，其中第一数据组包括第一多个图像投影(2，2a)，第二数据组包括第二多个图像投影(2’，2a’)，该系统还包括：
-重建装置(22)，设置以重建：
-使用第一多个图像投影的代表解剖位置的第一三维图像；
-使用第二多个图像投影的代表对象的第二三维图像；
其中处理装置(22)还设置以重叠第一三维图像和第二三维图像而产生进一步重叠图像，显示装置还设置以显示所述进一步重叠图像。
8.根据权利要求7的系统，其中该系统还包括：
-自动描绘装置(23)，设置以描绘第一三维图像内的感兴趣的体积(27)，所述处理装置(22)还设置以实现第二三维图像(28)和感兴趣的体积(27)之间的自动适配。
9.根据前述权利要求4-8中任一项的系统，其中该系统还包括：
-用于操作重叠图像和进一步重叠图像的装置(29)。
10.一种计算机程序，包括指令以：
-在存储装置(18)和处理装置(22)之间传送代表解剖位置几何形状的第一数据组(18a)；
-在存储装置和处理装置之间传送代表对象几何形状的第二数据组(18b)；
-重叠(30)第一数据组和第二数据组以产生重叠数据组(I)；
-将重叠数据组传送到显示装置(24)。
11.根据权利要求10的计算机程序，还设置以操作用户接口，所述用户接口设置用于显示重叠数据组。
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