用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备、医学成像系统、和用于提供改善的X射线图像导航信息的方法

摘要

提出了一种用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备(14)，所述医学图像查看设备(14)尤其包括处理单元(30)。所述处理单元(30)被配置为基于提供感兴趣对象的荧光透视图像的图像数据提供单元的几何参数和要被移除的具有干扰的运动的多个结构来执行对术前三维体积的3D?2D配准，以针对每幅荧光透视图像创建这些结构的数字重建射线摄影图像。这些被从各自的荧光透视图像被减去，以生成没有干扰的运动的结构受抑制的荧光透视图像。基于这些，生成血管造影图像序列，以执行对所述结构的运动估计。

说明书

技术领域

本发明涉及医学X射线成像，并且具体涉及用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备、医学成像系统、用于提供改善的X射线图像导航信息的方法，以及涉及计算机程序单元和计算机可读介质。

背景技术

对于心血管疾病(诸如动脉粥样硬化、缺血、高血压和其他疾病)的初步诊断和处置，在心脏导管室中的介入心脏病学是合适的。心脏导管代表小的管(导管)通过动脉和/或静脉到心肌的插入。为了利用实时X射线成像对冠状动脉和心脏腔室进行可视化，通过导管注射不透明的造影剂。该流程导致被称为血管造影照片的图像，这对于诊断心血管疾病来说是标准的。

基于X射线的心脏导管系统表示当前关注的标准，并且为心脏病学中的诊断和治疗流程两者提供成像模态。具体地，它们被应用于生成冠状动脉中的血流的阻碍物的实时图像。如果这样的情况被识别，那么实时X射线成像被用于引导球囊导管到阻碍物的位置点的插入，并且允许通过血管造影和支架放置的处置。

当前的心脏导管系统能够实现在导管室中的大部分微创流程，并且都具有使用点X射线源和大面积探测器的相同基础架构。在监测器上，获得患者的X射线照片图像，所述X射线照片图像是从探测器获得的。

然而，在X射线引导下的介入期间，源自不同解剖结构的若干运动可以在2D图像中被观察到。对一个具体运动的估计可能受其他运动的影响。例如，心脏运动估计受呼吸运动以及由于患者的运动造成的骨骼运动的影响。诸如透明运动估计的若干种技术将2DX射线图像分解为由独立的运动支配的区域。

US2012/238871A1公开了具有系统控制单元的血管造影系统，所述系统控制单元生成检测参考图像的掩膜图像，影响参考图像到C臂的配准，从而如果有必要的话，在参考图像中实施对检查对象的分割。位于分割的内部的图像区域被形成对比，以便生成掩膜图像，并且从由血管造影系统在没有造影剂的情况下采集的荧光透视实况图像减去所述掩膜图像，以便形成路线图图像。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种在考虑增加所获得的数字减影血管造影(DSA)图像的质量的情况下帮助估计结构的运动的医学图像查看设备和相关的方法。

本发明的目的是通过包括独立权利要求1的特征的用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备来满足的。进一步的有利实施例和改善可以从从属权利要求和下文的描述中获得。

在该阶段，应当注意，本发明的所有以下描述的方面还应用于：医学成像系统、用于提供的改善的X射线导航的方法、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，提出了一种用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备，所述设备包括图像数据提供单元、处理单元和显示单元。所述图像数据提供单元被配置为提供对象的感兴趣区域的荧光透视图像。所述处理单元被配置为：基于所述图像数据提供单元的几何参数和要被移除的多个结构来执行对术前三维体积的3D-2D配准；针对每幅荧光透视图像来创建这些结构的数字重建射线摄影图像；使用所述数字重建射线摄影图像来生成没有干扰的运动的荧光透视图像；并且在执行对所述结构的运动估计的情况下基于所述没有干扰运动的荧光透视图像来生成血管造影图像序列。此外，所述显示单元被配置为显示所述血管造影图像序列。

根据示范性实施例，所述图像数据提供单元被配置为通过任意已知的并且合适的X射线图像采集设备来提供荧光透视图像的序列。所述处理单元与所述图像数据提供单元进行耦合，并且处理所述荧光透视图像的序列。

因此，提供了表示当前情况的实况图像的连续流，亦即序列，在所述序列中，在所得到的血管造影照片序列中未示出被考虑的结构。

所述医学图像查看设备的所述处理单元优选将如下项作为输入：由所述图像数据提供单元递送的X射线帧的流，以及应当被注解的术前采集的3D体积，和所述图像数据提供单元的当前几何参数。

所述处理单元被配置为基于要被移除的多个结构和所述图像数据提供单元的几何参数来执行3D-2D配准，使得生成这些结构的“数字重建射线摄影图”(DRR)。其确保了，所述配准将仅补偿被考虑的结构的运动，并且相减将抑制来自血管造影图像序列的对应的透明运动。

为了改善对被考虑的结构的运动估计，提出了使用来自术前3D数据的现有解剖知识来执行将术前3D体积分解为负责独立运动的各区域。被考虑的结构被配准，使得每个独立的运动在没有其他干扰的情况下被估计。在第一实施例中，所述3D-2D配准可以独立地估计针对每个结构的刚性变换。在另一实施例中，所述3D-2D配准可以是弹性配准。根据本发明，仅在3D体积中识别的不期望的结构被用于这样的分解，得到对结构以及其在X射线图像中的对应运动的选择性抑制。

在假设在诸如从CT、MR或3D旋转血管造影生成的初始3D体积中检测或分割到不期望的结构的情况下，这些结构的投影被重建为实际2D查看平面。在考虑所采集的2DX射线图像的情况下进行对术前体积的3D-2D配准，使得所述结构的投影与2DX射线图像相匹配。数字重建从X射线序列的图像中被减去，这从所述序列中移除了解剖结构及其特异性运动。最后，使用这些经处理的X射线图像来计算改善的数字减影血管造影。

可以一次识别或者在迭代过程中来识别不同的运动和对应的结构。这些三维结构被组合以形成单个DRR。使用多个结构生成单个DRR允许近似图像数据提供单元的重建过程，由此获得受抑制结构荧光透视图像，其具有与原始荧光透视图像相似的强度并且与相减相关。

数字减影血管造影(DSA)图像通过选择作为参考的帧来生成，所述帧然后从整个X射线图像序列的所有其他帧中被减去。DSA常常不能对复杂的或组合的运动进行补偿。运动伪影之后可以出现在所得到的减影中。通过利用术前3D体积中的不同运动来定位和消除结构，对感兴趣的复杂运动的估计被明显改善，并且因此，最终DSA序列的减影图像的质量明显超过普通处理的质量。

在示范性实施例中，所述处理单元还被配置为：识别用于所述荧光透视图像内的部分结构抑制的抑制区域；局部地抑制在所述抑制区域中的所述荧光透视图像中的结构；并且生成部分结构受抑制的荧光透视图像，即在所述抑制区域中没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的荧光透视图像。所述识别可以通过对感兴趣区域的手动选择来进行，其中，临床医师可以通过键盘简单地输入期望的坐标或者借助于输入设备来选取对感兴趣区域的划界。所述图像处理之后被限于所述感兴趣区域。

在又一示范性实施例中，所述处理单元被配置为跟踪所述荧光透视图像中的设备，并且被配置为基于所跟踪的设备的位置来识别抑制区域。所述设备可以包括被插入到脉管系统中的诸如导丝的介入设备，以及例如经由所述导丝被递送到待处置的位置的介入设备，诸如用于扩张和支架递送设备的球囊、用于动脉凝块的可拆卸线圈等。

在又一示范性实施例中，所述处理单元被配置为，基于术前三维体积的3D-2D配准，针对每幅荧光透视图像来创建所述至少一个另外的结构的至少一幅另外的DRR图像，所述术前三维体积的所述3D-2D配准基于所述图像数据提供单元的几何参数和要被移除的所述至少一个另外的结构。这支持考虑不同的运动和对应的结构。总而言之，所述处理单元可以适于依次提供DRR，对应于另外的结构。所得到的DRR可以从X射线图像中被减去。这可以包括：根据术前3D体积的3D-2D配准提供要从所述X射线图像移除的第一结构的第一DRR图像；从所述X射线图像减去所述第一DRR图像以生成没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的荧光透视图像；根据术前3D体积的3D-2D配准提供要从所述X射线图像移除的另外的(第二)结构的另外的(第二)DRR图像；从所述X射线图像减去所述第二DRR图像以生成没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的荧光透视图像，等等

根据本发明的第二方面，提供了一种医学成像系统，所述医学成像系统包括根据上文描述的X射线图像采集设备和医学图像查看设备。所述X射线图像采集设备包括X射线源和X射线探测器。所述X射线成像采集设备被配置为提供对象的X射线图像。

例如，用于血管造影序列的图像或者用作血管造影图像的X射线图像能够通过所述X射线图像采集设备来提供，所述X射线图像采集设备还能够提供当前荧光透视图像，在所述当前荧光透视图像中，如在上文提到的那样来对设备进行跟踪。在另一范例中，从所述X射线图像采集设备提供当前荧光透视图像，并且由另一成像设备提供用于血管造影序列的图像或者用作血管造影图像的X射线图像。

根据第三方面，提供了一种用于提供改善的X射线图像导航信息的方法，所述方法包括如下步骤：

a)提供对象的感兴趣区域的X射线图像，

b)根据术前3D体积的3D-2D配准来提供要从所述X射线图像移除的多个结构的数字重建射线摄影图像，

c)从所述X射线图像减去所述数字重建射线摄影图像，以生成结构受抑制的荧光透视图像，即，没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动，

d)在考虑对所述多个结构的运动的补偿的情况下通过估计所述结构的运动并从所述X射线图像减去所述结构受抑制的荧光透视图像来生成DSA序列，并且

e)显示所述DSA序列。

可以一次识别或者在迭代过程中识别不同的运动和对应的结构，其中，依次的结构导致对应的DRR。所得到的DRR可以从X射线图像中被减去。换言之，步骤b)和c)可以被分为若干子步骤，其可以包括：

b’)根据术前3D体积的3D-2D配准来提供要从所述X射线图像移除的第一结构的第一数字重建射线摄影图像，

c’)从所述X射线图像减去所述第一数字重建射线摄影图像，以生成结构受抑制的荧光透视图像，即，没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动，

b”)根据术前3D体积的3D-2D配准来提供要从所述X射线图像移除的第二结构的第二数字重建射线摄影图像，并且

c”)从所述X射线图像减去所述第二数字重建射线摄影图像，以生成结构受抑制的荧光透视图像，即，没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动，等等。

根据示范性实施例，所述方法还包括以下步骤：识别用于所述荧光透视图像内的部分结构抑制的抑制区域；局部地抑制在所述抑制区域中的所述荧光透视图像中的结构；并且生成部分结构受抑制的荧光透视图像，即，在所述抑制区域中没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的荧光透视图像。

根据又一示范性实施例，所述方法可以包括如下步骤：跟踪所述荧光透视图像中的设备；并且基于所跟踪的设备的位置来识别所述抑制区域。

本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例变得显而易见并得以阐述。

附图说明

将在下文参考如下附图来描述本发明的示范性实施例：

图1示出了在范例中的具有用于X射线成像中的导航的医学图像查看设备的医学成像系统的示意性设置。

图2a至2c展示了在未使用根据本发明的方法的情况下的运动伪影。

图3示出了用于提供改善的X射线图像导航信息的方法的范例的基本步骤。

图4示出了用于图3的基本步骤的流程图。

参考标记列表：

10医学成像系统

12X射线图像采集设备

14医学图像查看设备

16X射线源

18X射线探测器

20支撑台

22造影剂注射器

24控制单元

26计算单元

28图像数据提供单元

30处理单元

32显示单元

34第一显示器

36第二显示器

38X射线图像

40X射线图像

42图像

44伪影

46提供三维体积

48提供感兴趣区域的X射线图像

50生成DRR

52从X射线图像减去DRR

54生成血管造影图像序列

56显示血管造影图像序列

58识别抑制区域

60跟踪设备

62估计结构的运动

64配准结构受抑制的荧光透视图像

66a...66zX射线图像

68血管造影图像序列

具体实施方式

根据图1的范例，提供了医学成像系统10，医学成像系统10包括X射线图像采集设备12和医学图像查看设备14。X射线图像采集设备12包括X射线源16和X射线探测器18。X射线图像采集设备12被配置为提供对象的X射线图像。此外，示出了例如用于接收诸如患者的对象的支撑台20，所述患者可以接收来自造影剂注射器22的造影剂，所述造影剂注射器22用于将造影剂引入到患者的血管中。控制单元24可以呈现为控制X射线图像采集设备12。

应当注意，在图1中所示的X射线图像采集设备12被示为C臂结构。然而，在不脱离本发明的原理的情况下，还可以使用可移动或不可移动的其他X射线图像采集设备。

医学图像查看设备14示范性地包括计算单元26，计算单元26尤其包括图像数据提供单元28和处理单元30。医学图像查看设备14还包括具有第一显示器34和第二显示器36的显示单元32，所述显示单元32也可以存在于X射线图像采集设备12处。

图像数据提供单元28被配置为提供对象的感兴趣区域的血管造影图像。

处理单元30被配置为抑制血管造影图像中的结构，并且通过使用选定结构的3D体积来生成没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的结构受抑制的图像，所述结构受抑制的图像根据X射线图像采集设备12的几何参数被投影到期望的查看平面上，以生成所述选定结构的数字重建射线摄影(DRR)图像。处理单元30还被配置为从各自的荧光透视图像减去这些DRR图像，并且使血管造影图像的创建基于没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的这些结构受抑制的图像。

显示单元32被配置为显示受抑制的图像。所有部件之间的数据连接都可以通过有线连接并且通过无线连接来提供。此外，处理单元30和图像数据提供单元28也可以是分离的设备，其并不包括在单个计算单元中。

在未进一步示出的范例中，图像数据提供单元28被配置为提供感兴趣区域的当前荧光透视图像。所述处理单元可以被配置为跟踪荧光透视图像中的设备，以将荧光透视图像与血管造影图像配准，其中，所述设备的位置可以被传送到处理单元30以进一步处理。

根据另一范例(未进一步示出)，图像数据提供单元28被配置为提供血管造影图像的序列和荧光透视图像的序列。

在图2a和图2b中示出了在不同时间采集的两幅不同的X射线图像38和40。第一图像38被选取为用于血管造影图像创建的参考帧。由于两幅图像的采集之间的复杂运动，仅仅相减将导致不期望的伪影44，如在图2c的图像42中可见的。

然而，图3示出了根据本发明的方法，所述方法能够提供没有明显伪影的X射线图像导航信息。

在第一步骤中，提供46包括要被抑制的多个结构的三维体积。该体积是包括要从血管造影图像中被抑制的结构的数字表示。这样的结构可以示范性地为骨结构。在另外的步骤中，示范性地通过如在图1中所示的X射线图像采集设备12来提供48对象的感兴趣区域的X射线图像。此外，生成50要从所述X射线图像移除的结构的(术前)三维体积的3D-2D配准的数字重建射线摄影图像。这包括所述结构到正确的查看平面上的投影以及其配准。更进一步的，从所述X射线图像减去52数字重建射线摄影图像，以生成受抑制结构的没有不期望的/干扰的运动的结构受抑制的荧光透视图像。

在此之后，生成54没有多个结构的运动的血管造影图像序列。更进一步的，例如在显示单元32上显示56所述血管造影图像序列，使得医师接收必要的信息以进行介入流程。

可能有用的是，提供如下另外的步骤：识别58用于荧光透视图像内的部分结构抑制的抑制区域；局部地抑制在抑制区域中的荧光透视图像中的结构，使得步骤54被认为代表生成部分结构受抑制的荧光透视图像，即，在抑制区域中没有受抑制结构的不期望的/干扰的运动的荧光透视图像。

此外，其可以用于医师获得关于介入设备的位置的信息。为此目的，跟踪60荧光透视图像中的设备，并且基于所跟踪的设备的位置来识别58抑制区域。

最后，图4示出了根据本发明提出的大致工作流。创建46术前三维体积，并且采集48X射线图像的序列，从所述X射线图像的序列减去52数字重建射线摄影图像。所得到的经处理的包括X射线图像66a至66z的X射线图像序列是用于血管造影图像生成的基础。示范性地，X射线图像66a被认为是参考帧，随后从所述参考帧减去每一个其他X射线图像66b...66z，一起进行运动估计。该过程数字地减去血管造影图像序列68结果。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了如下计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，在合适的系统上，所述计算机程序或计算机程单元适于执行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。

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能是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱发上文所描述的方法的步骤的执行。此外，所述计算单元可以适于操作上文描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以配备所述数据处理器以执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例既覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，并且也覆盖通过将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序。

更进一步的，所述计算机程序单元可能能够提供所有必要的步骤以完成如上文所描述的方法的范例性实施例的流程。

根据本发明的又一示范性实施例，提出一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元，前述部分描述了所述计算机程序单元。

计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，诸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，但是也可以以其他形式进行分布，诸如经由因特网或其他有线或无线电信系统。

然而，计算机程序也可以被呈现在网络上提供，如在万维网上提供，并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他范例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个的方法。

必须指出，已经参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地，参考方法类型权利要求对一些实施例进行了描述，而参考装置类型的权利要求对其他实施例进行了描述。然而，除非另有说明，本领域技术人员将会从以上和以下的描述中推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中被公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，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，在实践请求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，“包括”一词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实现在权利要求中记载的若干项的功能。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。