專利名稱：用于為了在微創的x射線引導的介入中減少x射線劑量而產生覆蓋經分割的目標結構或病 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及可以在微創的圖像引導的介入的范圍內有益地使用的血管造影圖像采集系統和方法，其中，基于三維成像在手術中采集示出了引導通過患者的心血管和/或心臟解剖體時的介入工具的圖像數據，并且借助于MR、CT、基于C臂的3DRA、或者任何其它成像模態對用于對該解剖體進行三維重建的一圖像數據集進行介入前采集。具體地，本發明涉及用于對介入前生成的、在將要進行三維重建的患者心血管系統的感興趣區域中的患者冠狀動脈樹的血管段的3D表示進行圖形可視化的系統和方法，其中，借助于常規磁共振成像系統、基于C臂的3D旋轉血管造影設備、旋轉掃描架類型或者任何其它3D成像模態類型的計算機斷層攝影裝置執行所述圖像采集。因而，介入前生成的3D表示被用于心臟介入處置規劃并且具有自動減小的視場，其有助于減少在圖像引導的介入過程期間所需的暴露給患者的X射線劑量。
背景技術：
由于諸如動脈粥樣硬化、高血壓和局部缺血的心血管疾病(CVD)對心臟和血管造成可能導致慢性心力衰竭、心絞痛或心肌梗塞(心臟病發作)的永久損傷，心血管疾病在大多數發達國家中依然是主要死亡原因。對于表現出心血管疾病癥狀的患者，在心臟導管插入實驗中，通常經由介入心臟病學進行主要診斷和處置。因而，心臟導管插入意味著將小管子(導管)經過動脈和/或靜脈插入到心肌。為了利用實時X射線成像可視化冠狀動脈和心室，通過導管注入造影劑。造影劑必須是對X射線不透明的，并且隨著它流入冠狀動脈系統內或者心室內提供良好的圖像對比度。該過程產生了被稱為血管造影片的圖像，它是用于診斷心血管疾病的標準。在最近30年中，微創X射線引導的介入心臟病學由人口統計學、技術和經濟因素推動有顯著發展。新的基于導管的介入工具(諸如氣囊導管和支架)允許醫師處置更多情況和更復雜的患者病例。因為這些新的微創、圖像引導過程具有積極患者效果并且比心內直視(open heart)過程花費更少，政府和私人支付者積極鼓勵醫師使用這些過程處置患者。當今，基于X射線的心臟導管插入系統代表當前護理標準，并且為心臟病學中的診斷和治療過程提供了成像模態。它們應用于生成冠狀動脈中血流栓塞的實時圖像。當對栓塞進行識別時，利用實時X射線成像引導尖端為氣囊的導管插入栓塞點用于通過血管成形術(其意味著通過對動脈中受限流動區域的氣囊擴張)進行處置和支架放置(即通過擴張支撐結構以保持新擴大的動脈開口)。對具有冠狀動脈疾病的患者治療的目的是通過使用用于重新張開冠狀動脈的技術和裝置減輕心絞痛的癥狀并且減少死亡或者心肌梗塞的風險。如上所述的心臟導管插入系統實際上使得能夠進行導管插入實驗中的所有微創過程。當前所開發的系統都具有相同的基本體系結構并且使用將X射線射束透射經過患者并到達大面積檢測器上的點X射線源，大面積檢測器用于將所生成的熒光圖像轉換成用于顯示在監視器上的電信號。因而，獲得患者的陰影圖像。通常地，常規采用的心臟導管插入系統執行兩種不同類型的實時X射線成像診斷血管造影術和介入成像。為了產生高質量圖像，以高輻射曝光執行診斷血管造影術。該診斷(活動攝影)模式產生所注入的造影劑流經冠狀動脈的圖像，以診斷冠狀動脈的初始狀況、確定所需的介入、并且在介入之后重新評估冠狀動脈。利用產生低質量圖像的規則化輻射曝光執行介入成像。從而，該介入(熒光(fluoro))模式提供了患者解剖體的實時成像以引導介入，并且在將裝置插入解剖體時使用。介入模式用于大約90%的過程成像時間。當今，實際上所有當前可利用的常規基于X射線的心臟導管插入系統，例如由 Philips醫療保健公司、Siemens醫療保健公司、GE醫療保健公司和Toshiba醫療系統所開發和推向市場的那些系統，都使用相同的基本成像技術，其在過去40年來沒有很大改變。 數十年來，對個體部件的逐漸改進已經將系統性能優化到接近理論極限。然而，當前系統仍然呈現高輻射曝光。因而，關鍵是與成像、輻射危害和操作相關的問題。在心臟導管插入實驗室中最困難的成像任務之一是以陡峭視角對患者進行成像。 利用常規系統，接近患者的大面積檢測器造成與圖像輻射相比更加散射的輻射到達檢測器，其因此可能嚴重降低所獲得的圖像質量。因此，醫師在介入期間通常使用高輻射診斷 (活動攝影)模式獲得更好質量的圖像。實際上另一個嚴重的問題在于交疊的解剖體可能抑制觀察和導航。常規心臟導管插入系統產生陰影圖像，該陰影圖像顯示無深度信息的對象。從這些平的圖像辨識3D解剖是困難的。另外，由肋骨或者脊柱導致的心臟的圖像雜亂和遮蔽經常降低圖像清晰度。基于常規X射線的心臟導管插入系統通常面對的另一個問題是把患者和介入實施者都曝露給大量輻射。延長的曝露可能對患者造成輻射皮膚燒傷，并且增大介入實施者和導管插入實驗室工作人員患癌癥的風險。對于醫師的預防性措施包括使用沉重并且累贅的環繞鉛圍裙、背心和甲狀腺防護。如上簡述，經皮腔內冠狀血管造影過程與大量X射線劑量有關。該過程的主要任務是將導管或者心血管支架分別放置在心肌內部或者心臟血管中的給定位置上。該過程通常在手術中X射線成像的指導下完成，以便可視化導管尖端的位置。熒光X射線成像的手術中應用通常必須要對大量問題提供應答。例如，如果介入實施者需要可視化心臟血管的形態，尤其是這樣。除了應用于各種介入科目中以輔助放置心臟起搏器、外科手術支架和引導線之外，該成像模態還可以在整形外科手術創傷學中使用以使得能夠對醫學植入物、整形外科假體以及外科手術螺絲和釘子的位置進行監控。另一方面，在心臟X射線圖像中，特定的高密度解剖結構(例如脊椎、特定脊骨等)或者外部物體(例如起搏器引線和外科手術縫線等)絕大部分時間在X射線圖像中是可見的，并且可能由此至少部分妨礙或者危害介入工具的可見度、檢測和/或跟蹤，因為它們創建了類似的圖案或者因為它們在應該被檢測的對象上投下陰影。經典的圖像減影技術在緩慢移動介入工具的情況下是沒有幫助的， 并且每次2D視圖改變都將需要采集新的參考序列。為了診斷和預測冠狀動脈疾病以及基于導管的冠狀動脈介入的性能，對冠狀動脈樹(包括其3D幾何形狀)的定量描述是有利的(當前，對大多數心臟病專家，僅2D圖像是可用的)。從現有技術中，用于從在C臂系統的不同掃描架位置采集的二平面投影圖像或者多個單平面投影圖像中重建冠狀動脈樹的三維視圖的許多計算機輔助技術是已知的。然而，由于血管交疊和透視縮短的問題，必須要多個投影以利用動脈造影術充分重建冠狀動脈樹。消除或者至少部分減少透視縮短和交疊對于諸如確定2D顯示中的冠狀動脈間長度的精確定量冠狀動脈分析OiCA)是必要的先決條件。相關文獻描述了，在CT成像中可以將為了試圖減少透視縮短而生成的最佳瀏覽圖(OVM)應用于輔助用戶獲得帶來最佳視圖的成像裝置的掃描架位置。例如，G. Finet和 J. Lienard 的文章"Optimizing Coronary AngiographicViews“ (Int. Journal Cardiac Imaging, Supplement Ι,νο . Ι,ρρ. 53-54,1995)僅關注于使血管透視縮短相對于單一動脈段最小化。從本領域的相關發展狀況中已知，在對患者身體體積的特定感興趣區域(例如其可以包括患者冠狀動脈樹或者心室解剖)重建虛擬3D表示的過程之前，可以提供計算與所述身體體積的圖像數據相關聯的最佳視圖。從該0VM，例如，然后可以借助于用于在最佳和稍不最佳視角之間進行區分的彩色編碼得到用于顯示所述感興趣區域的虛擬3D表示的具有最小透視縮短和最少血管交疊的最佳觀察方向。除了基于介入前采集的圖像數據計算最佳視圖之外，從本領域的發展狀況還知道在介入過程期間，自動引導用戶或者系統到該視角用于投影采集。有時，使用3D信息作為路標來手動操控C臂到觀察病變的期望位置， 同時減少曝露給患者的造影劑和輻射劑量。^t Y. Sato 白勺 i M "A Viewpoint Determination System for StenosisDiagnosis and Quantification in Coronary Angiographic Acquisition，，(IEEETrans. Med. Imag. , vol. 17, no. 1, pp. 53-54, 1995)禾口 S. J. Chen 禾口 J.D.Carroll 的文 章"3-D Coronary Angiography :Improving Visualization Strategy forCoronary Interventions，，(在 Whats New In Cardiavascular Imaging, KluwerAcademic Publishers，pp. 61-67，1998 中)(在下文中稱為 Chen 和 Carroll I)中， 討論了在最小化血管交疊和透視縮短的基礎上得到最佳觀察策略。然而，Sato所設計的技術需要良好校準的成像系統，以及在3D重建過程中手動指定對應。除此之外，交疊測量是受限的，因為其是基于具有僅緊鄰血管的單一狹窄段執行的。當段更復雜并且更多末梢血管交疊時，確定最佳視圖的次佳解決方法是無效的，這兩種情況在臨床情況下都是常見的。為了基于使用單或雙平面成像系統從兩個任意視角采集的一對例行血管造影片在線重建3D動脈樹，典型地，利用常規0VM。用于重建患者的心血管系統或心臟解剖體的感興趣區域中的對象(例如，目標結構或者病變)的虛擬3D表示的、關于交疊和透視縮短優化的常規過程需要(a)通過使用單平面成像系統采集兩個標準的血管造影片序列，(b)在兩個圖像中的2D動脈樹識別和特征提取，包括分支點、血管直徑、血管定向頂點、血管中心線、以及血管層次構造，(c)以旋轉矩陣和平移向量的形式確定定義了所采集的兩個視圖的空間關系的變換，以及(d)基于以上來計算3D動脈(例如，冠狀)樹的動脈結構。另一方面，為了恢復冠狀動脈樹，在S.J.Chen和J.D.Carroll的文 章 ‘‘ 3-DReconstruction of Coronary Arterial Tree to Optimize AngiographicVisualization，，(IEEE Transactions on Medical Imaging, vol.19, no. 4, Apri 12000)(在下文稱為Chen和Carroll II)中所討論的方法需要相當多的手動編輯。因而，Chen和Carroll II教導了使用兩種類型的最佳觀察圖——透視縮短圖和交疊圖，用戶可以對這兩種類型的圖進行組合從而形成合成圖即“雙視”圖。Chen和Carroll II還教導了在線3D重建技術，其中，需要該在線3D重建技術基于從兩個不同投影方向采集的兩個血管造影片而無需校準對象，并且使用單平面成像系統以及受從單平面成像系統的內部參數得到的約束條件支配的、通過最小化兩個視圖中的圖像點和矢量角度誤差所實現的新的優化算法，來重建整個冠狀動脈樹。給定冠狀動脈樹的3D特性，Chen和Carroll II期望任何投影將透視縮短各個段。可以將所重建的3D冠狀動脈樹旋轉到產生多個計算機生成投影的任何選定的視角，以為每個患者確定哪個標準視圖是有用的以及哪個由于過度交疊和透視縮短沒有臨床價值。 就此而言，Chen和Carroll II提供了用于將所計算的交疊和透視縮短百分比的信息顯示在屏幕上、使得用戶可以借助于鍵盤輸入選擇任何視圖的計算機模擬投影。作為將要向介入采集的熒光圖像配準的、從介入前采集的CT或MR數據集進行重建的一種備選，可以借助于對來自基于旋轉C臂的圖像采集的數據集直接3D重建或者建模獲得三維對象表示。US 7，340，033B2描述了用于自動調整準直器的方法和單元。就此而言，以專用方式從第一張X射線圖片的分析中確定身體內部的感興趣區域，并且隨后將準直器調整到其上。特別是，可以將感興趣區域選擇得足夠大以使輻射場覆蓋由于心跳和/或呼吸引起的感興趣器官的所有位置。優選將數據處理單元設計為在當前檢查期間從隨后采集的X 射線圖像的圖像分析中對感興趣區域的運動進行估計，以便能夠重新調整準直器(如果需要)。如果不能定位感興趣區域，就將準直器打開到標準調整狀態。在US 6，055，295A中公開了一種用于在包括在成像站接收快速偵察圖像的圖像采集期間自動設置X射線成像系統的準直器的方法。隨后，自動檢測和使用身體區域在所述圖像之一中的位置生成對準直器的設置。使用該設置自動調整準直器以基本上覆蓋非身體區域并且基本上曝露身體區域。在US 5，617，462A中，描述了用于調整X射線診斷設備的X射線劑量/技術、從而確保用于適當成像的充足劑量/技術同時最小化接觸患者的輻射水平的自動X射線曝露控制系統和方法。將用于對所采集圖像的強度進行分析的CCD視頻攝像機置于鄰近X射線接收器并且在X射線源對面。因此，所述C⑶視頻攝像機提供兩個輸出一個是攝像機所記錄的絕對亮度。隨后，通過開窗電路或者類似裝置對所獲得的視頻信號進行分析，以選擇圖像區域并且進一步限制對該區域的圖像處理。電路對開窗區域進行分析，以檢測出開窗區域內的峰值亮度和平均亮度。微處理器在數學上對讀數進行組合，以獲得表征由X射線設備成像的這塊解剖體的密度的單一數值。隨后，微處理器將該數值與一個或多個預定的曝露控制表進行比較，確定用于成像的理想劑量/技術，并且調整X射線源以實現理想曝露。隨后，自動調整可以選擇可以用于最小化X射線輻射劑量的預定技術。
發明內容
因此，本發明的目的是描述一種圖像采集裝置和方法，其有助于減少在微創的圖像引導的介入范圍內所需的輻射劑量，其中，在基于之前所重建的感興趣解剖對象(例如， 患者的心血管系統的血管段)、將要被處置的病理目標結構(例如，狹窄、動脈瘤等)或者必須將介入裝置(例如，進入患者的心血管系統的導管)或植入物(例如，在冠狀動脈內支架植入過程期間所要植入的血管造影塑料支架)引導到的任何類型的病變的虛擬3D表示來執行該微創的圖像引導的介入。為了實現該目的，本發明的第一示例性實施例致力于用于采集和記錄一圖像數據集的血管造影圖像采集方法，該圖像數據集用于對將要進行圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中的目標結構或病變進行三維重建，從而產生位于所述感興趣區域內的動脈樹的血管段的虛擬3D表示，對所述3D表示進行計算和重建，使得從產生最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角的透視圖示出所述血管段。根據本發明，所述方法包括以下步驟 使與預計算的最佳視角相關聯的3D表示的圖像數據集經歷3D分割算法以便找到在所述感興趣區域內將要檢查并且介入處置的目標結構或病變的輪廓，并且基于作為所述分割結果所獲得的指示所述對象靶或病變的輪廓和大小的數據自動調整用于對由X射線源(例如， 介入X射線成像系統的X射線源，其可以是諸如基于C臂的)所發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，其中在圖像引導的放射攝影檢查過程期間將該X射線射束曝露給所述患者。目的是將感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中用戶可定義部分的視場。就此而言，可以使得，所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置的自動調整進一步取決于用于采集虛擬3D表示的圖像數據的基于C臂的3D旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的已知幾何形狀設置參數。通過用戶手動重新調整可以重新調整通過自動調整所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置所獲得的視場大小，并且可以由用戶通過定義封閉所述目標結構或病變的經分割輪廓的框架的厚度對周圍脈管系統的將要與所述目標結構或病變一起顯示的部分進行手動預定義。在本實施例的優選應用情景中，用于重建所述3D表示的圖像數據是在對患者的心血管系統執行的用于介入處置所述目標結構或病變的微創的圖像引導的介入過程之前介入前采集的，并且在該情況下，所述方法另外包括將虛擬3D表示與介入X射線成像系統的圖像數據進行配準的步驟，介入X射線成像系統的圖像數據例如為，所選擇的二維熒光實時圖像的圖像數據，其是在微創的圖像引導的介入過程期間在手術中所采集的。作為另一個選擇，如上所述所提出的血管造影圖像采集方法可以包括以下步驟在血管造影術工作站的監控器屏幕或顯示器上顯示3D表示和在手術中采集的圖像數據(例如二維熒光實時圖像)的經配準的融合版本。從而，可以借助于MR成像、CT成像、基于C臂的3DRA成像或者任何其它類型的成像方法和/或模態采集用于對所述感興趣區域進行三維重建的圖像數據。本發明的第二示例性實施例致力于一種血管造影圖像采集方法，該血管造影圖像采集方法基于用于對將要被圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中經分割目標結構或病變隨著時間進行跟蹤的虛擬3D表示的序列確定對于這些3D表示中的每個3D表示該目標結構或病變關于交疊和透視縮短的最佳投影方向。因而，可以使得，通過在微創的圖像引導的介入過程期間用于介入處置所述目標結構或病變所執行的在基于3DRA的圖像采集進程中所采集的圖像數據集的直接3D重建生成每個3D表示。根據該實施例，所述方法因而包括以下步驟基于作為動態更新的分割結果所獲得的指示目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整用于對由X射線源所發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器的楔入位置，從而將感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中的用戶可定義部分的視場，其中，根據動態更新的分割連續調整所述視場的大小， 其中，在圖像引導的放射攝影檢查過程期間將所述患者曝露給所述X射線射束。本發明的第三示例性實施例涉及一種血管造影圖像采集裝置的準直器控制單元， 該血管造影圖像采集裝置用于采集和記錄用于三維重建將要采用所述重建進行圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中的目標結構或病變的圖像數據集，該重建產生位于所述感興趣區域內的動脈樹血管段的虛擬3D表示，并且對所述3D表示進行計算和重建，使得從具有最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角示出所述血管段。根據本發明，對所述血管造影圖像采集裝置進行編程，使與預先計算的最佳視角相關聯的3D表示的圖像數據集經歷3D分割算法，從而在所述感興趣區域內找到將要檢查并且介入處置的目標結構或病變的輪廓。另一方面，準直器控制單元適于基于作為所述分割的結果所獲得的指示所述目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整用于對由X射線源(例如，介入X射線成像系統，其可以是諸如基于C臂的)發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，其中，在圖像引導的放射攝影檢查過程期間將所述患者曝露給所述X射線射束。目的是將感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中用戶可定義部分的視場。就此而言，可以使得，準直器控制單元適于另外基于用于采集虛擬3D表示的圖像數據的基于C臂的3D旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的已知幾何形狀設置參數，來自動調整所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置。此外，所述準直器控制單元可以適于通過自動調整所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置來手動重新調整所獲得的視場的大小，并且可以進一步適于通過定義封閉所述目標結構或病變的經分割輪廓的框架厚度對將要與所述目標結構或病變一起顯示的周圍脈管系統部分進行手動預定義。除此之外，本發明的第四示例性實施例致力于一種血管造影圖像采集裝置，該血管造影圖像采集裝置用于采集和記錄一圖像數據集，該圖像數據集用于三維重建將要利用所述重建進行圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中的目標結構或病變，所述重建產生位于所述感興趣區域內的動脈樹血管段的虛擬3D表示，并且對所述3D表示進行計算和重建，使得從具有最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角示出所述血管段。根據本發明，所述血管造影圖像采集裝置因而包括上面關于第二示例性實施例所描述的準直器控制單元。在本實施例的優選應用情境中，可以在對患者的心血管系統執行用于介入處置所述目標結構或病變的微創的圖像引導的介入過程之前介入前采集用于生成所述3D表示的所述圖像數據，并且在該情況下，所述血管造影圖像采集裝置可以另外適于將虛擬3D表示與所選擇的在微創的圖像引導的介入過程期間在手術中所采集的二維熒光實時圖像進行配準。作為另一個選擇，如上所述所提出的血管造影圖像采集裝置可以另外適于在血管造影工作站的監控器屏幕或顯示器上顯示虛擬3D表示和在手術中采集的二維熒光實時圖像的經配準的融合版本。最后，根據本發明的第五示例性實施例，提供了一種計算機軟件產品，將該計算機軟件產品配置為當在上面關于所述第四示例性實施例的血管造影圖像采集裝置所描述的數據處理模塊上運行時，用于執行上面關于所述第一示例性實施例所描述的方法。
參考在下文中所描述的實施例并且參考附圖，將通過舉例的方式闡述本發明的這些以及其它有利方面。其中圖1示出了流程圖，其說明了根據本發明的所述第一示例性實施例所提出的圖像采集方法；圖加示出了從產生最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角見到的患者的左冠狀動脈樹的介入前采集的一圖像數據集的透視體繪制；圖2b示出了圖加中所述圖像的不感興趣部分通過彩色框架淡出的視場減小的縮略透視體繪制；以及圖3根據本發明的所述第四示例性實施例示出了成像系統的示意性方框圖。
具體實施例方式下面，將關于特定細節并且參考附圖更詳細解釋根據本發明所提出的圖像采集裝置和方法。圖1中所描述的流程圖說明了根據本發明的上述第一示例性實施例所提出的圖像采集方法。所提出的方法以在基于旋轉掃描架的CT血管造影成像、MR或者基于C臂的 3DRA圖像采集進程中介入前采集、重建和記錄(Si) —圖像數據集開始，該圖像數據示出了患者的心血管系統的感興趣區域中將要通過執行微創的圖像引導的介入進行檢查和處置的解剖結構和/或病理異常情況。隨后，為了找到輪廓并且可選地計算出感興趣的目標結構或病變的大小，使這些圖像數據經歷3D分割算法(S2)。進一步可選地，應用于經分割圖像(未示出)的對比度增強過程可以跟隨在該步驟之后。接下來，計算(S； )將要顯示的動脈樹的血管段具有最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角，使得可以在血管造影工作站的監控器屏幕或顯示器上顯示將要重建的虛擬3D表示。在該手術前圖像采集步驟之后， 從介入前采集和分割的圖像數據生成(S4)從由最佳視角給出的透視圖見到的體繪制3D表示。基于各個所應用的圖像采集裝置的已知幾何參數設置并且基于通過上述3D分割算法所獲得的輪廓數據(和/或大小數據)，自動調整(S5)用于對由基于C臂的3D旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的X射線源所發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置(例如，安裝在用于圖像采集的CT血管造影系統的X 射線源的準直器)，使得將感興趣區域減小到覆蓋感興趣的所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中用戶可定義部分的視場，其中，在圖像引導的放射攝影檢查過程期間將所述患者曝露給所述X射線射束。隨后，可以將介入前采集和記錄的位于自動準直的視場中的經分割目標結構或病變的圖像數據與從在手術中所采集(S6)的熒光2D投影圖像序列中所選擇的圖像(例如)進行配準(S7)，該熒光2D投影圖像序列示出了被引導到所述目標結構或病變的介入工具。因而，配準過程產生在虛擬3D表示和所選擇的熒光圖像之間的最佳匹配。最后，可以在監控器屏幕或者顯示器上顯示(S8)兩個圖像的經配準的融合版本。可選地，作為執行步驟S6至S8的替代，可以使得，從關于交疊和透視縮短最佳的視角的透視圖、與用于使自動選擇的視場之外的框架范圍淡出所需的虛擬快門一起顯示所述3D表示，其中，由用戶交互式地接受或者拒絕所述框架范圍的厚度。在用戶接受所述框架范圍的厚度的情況下，可以執行圖像引導的介入過程。在圖加中，描繪了示出了從由最佳視角所給定的透視圖來看的患者的左冠狀動脈樹的介入前采集的一圖像數據集的透視體繪制，其中已經從具有產生最小透視縮短和最少血管交疊的所述視角的最佳視圖的參數空間中確定了所述最佳視角。作為應用體繪制技術的替代，還可以通過對之前所采集的圖像數據集使用多平面重整過程或者表面遮蔽顯示算法獲得三維印象。在圖2b中示出了圖加中所述圖像的不感興趣部分通過彩色框架淡出的縮略透視體繪制的所選擇的視場。因而，所描繪視場的長度、寬度和中心位置取決于用于對由基于C 臂的3D旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的X射線源所發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，在為了采集所述圖像所執行的圖像引導的放射攝影檢查過程期間將所述患者曝露給所述X射線射束。更精確地說，基于所識別目標結構或病變的輪廓和大小、并且可選地基于所應用圖像采集裝置的已知幾何設置參數確定所述長度、寬度和中心位置。圖3示出了根據本發明的示例性實施例的成像系統2的示意性方框圖，該成像系統2使得對所采集的圖像數據進行存儲、處理和可視化成為可能，以在連接到所述成像系統2的血管造影工作站11的監控器屏幕上示出解剖結構或特定感興趣區域、病理異常情況、介入工具、起搏器、血管造影塑料支架、或者在患者脈管系統的血管段中的其它植入物。 例如，可以以在手術中采集的2D熒光圖像、體呈現的圖像數據或者介入前地記錄的圖像數據的形式給出圖像數據，這些圖像數據通過諸如常規X射線系統、旋轉掃描架計算機斷層攝影(CT)系統或者基于C臂的3D旋轉血管造影(3DRA)裝置的圖像采集裝置1生成和提供。可以在不同窗口或者在公共窗口中可視化所采集的2D和所重建的3D圖像數據，該窗口示出了已經從介入前記錄的圖像數據生成的數字重建射線照片和在手術中采集的與所述數字重建的射線照片共同配準的2D熒光圖像的融合視圖。如在圖3中所示，將由所述圖像采集裝置1生成的圖像數據經輸入接口 6饋送到成像系統2。除了對與圖像采集裝置1的數據交換進行控制的控制單元3之外，所述成像系統2可以包括預處理模塊4，可以給預處理模塊4特別裝配數字濾波器，用于減小噪聲并且增強對比度。集成在所述成像系統中的圖像處理工具5可以用于生成體繪制的3D視圖、表面遮蔽顯示(SSD)圖像、多平面重整圖像、和/或基于所生成的患者的心血管系統的感興趣區域中將要檢查和介入處置的解剖結構或病理異常的圖像數據而繪制的經數字重建的射線照片。如在圖3中所示的方框圖中所示例性描述的，可以給所述圖像處理工具5裝配用于確定位于所述感興趣區域內的目標結構或病變輪廓的分割工具7，以及用于確定用于將介入前重建的3D表示與在手術中采集的2D熒光圖像進行配準的2D/3D配準映射的參數的配準工具8。通過參考數字7a指出上述準直器控制單元。也可以集成在所述圖像處理工具5中的融合和可視化工具9可以用于在進行所述2D/3D配準之后生成和顯示虛擬3D表示和2D熒光圖像的融合圖像。如在圖3中所示，可以經數據輸出接口 DATA_0UT將通過圖像采集裝置1已經生成的并且經所述輸入接口 6提供給成像系統2的圖像數據暫時或者永久存儲在外部存儲單元 10的圖像數據檔案中。為了可視化，可以經在圖3中被稱為“DATA_IN”的數據輸入接口將所存儲的圖像數據加載到成像系統2的本地暫時存儲器(未示出)中，其中使用標準數據格式(諸如DICOM格式)。本發明的應用本發明可以有利地應用在微創的圖像引導的介入的范圍內，其中，為了減少在放射攝影圖像采集進程期間曝露給將要檢查和處置的患者的X輻射劑量，減小將要在監控器屏幕或顯示器上顯示的視場是有益的。特別是，本發明可以有益地應用于醫療工作站或者介入X射線成像系統的控制臺中。雖然在附圖和前述描述中詳細說明和描述了本發明，但是將這些說明和描述視為說明性或示例性而不是限制性的，這意味著本發明不限于所公開的實施例。通過對附圖、公開和所附權利要求的研究，本領域的技術人員在實現所要求的發明時可以理解和實現對所公開實施例的各種變體。在權利要求中，單詞“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單獨一個處理器或其它單元可以實現在權利要求中所敘述的若干項的功能。在彼此不同的從屬權利要求中敘述某些措述的僅有事實不表明不可以使用這些措施的組合優化。可以將計算機程序存儲/分布在合適介質上，諸如與其它硬件一起或者作為其它硬件部件提供的光存儲介質或者固態介質，但是也可以以諸如經因特網或其它有線和無線電信系統的其它形式分布。此外，不應該將權利要求中的任何參考符號解釋為限制本發明的范圍。
權利要求
1.一種血管造影圖像采集方法，用于基于將要被圖形可視化的患者的心血管系統中的感興趣區域的虛擬3D表示確定(S3)經分割的目標結構或病變關于交疊和透視縮短的最佳投影方向，所述方法包括以下步驟基于作為所述分割的結果而獲得的指示所述目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整(S5)用于對由X射線源發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，以便將所述感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中的用戶可定義部分的視場，其中，在圖像引導的放射攝影檢查過程期間所述患者曝露于所述X 射線射束。
2.如權利要求1所述的血管造影圖像采集方法，所述方法包括在所述確定、重建和調整步驟(S3、S4和S5)之前，使用于重建所述3D表示所需的所采集的圖像數據集經歷3D分割算法，以便找到所述感興趣區域內的所述目標結構或病變的輪廓的步驟(S2)。
3.如權利要求2所述的血管造影圖像采集方法，其中，所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置的自動調整還取決于用于采集所述虛擬3D表示的圖像數據的基于C臂的旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的已知幾何設置參數。
4.如權利要求1至3中的任何一項所述的血管造影圖像采集方法，其中，通過由用戶手動重新調整，可重新調整通過自動調整所述快門機構的孔徑和/ 或準直器楔入位置所獲得的所述視場的大小。
5.如權利要求4所述的血管造影圖像采集方法，其中，通過由所述用戶定義封閉所述目標結構或病變的經分割輪廓的框架的厚度來對所述周圍脈管系統的將要與所述目標結構或病變一起顯示的部分進行手動預定義。
6.如權利要求4所述的血管造影圖像采集方法，其中，用于生成所述3D表示的圖像數據是在對所述患者的心血管系統執行的用于介入處置所述目標結構或病變的微創的圖像弓I導的介入過程之前介入前采集的，所述方法另外包括將所述虛擬3D表示與所選擇的在所述微創的圖像引導的介入過程期間手術中采集(S6)的二維熒光實時圖像的圖像數據進行配準(S7)的步驟。
7.如權利要求6所述的血管造影圖像采集方法，其另外包括在血管造影工作站的監控器屏幕或顯示器上顯示(S8)所述虛擬3D表示和所述手術中采集的二維熒光實時圖像的經配準的融合版本的步驟。
8.如權利要求7所述的血管造影圖像采集方法，其中，借助于MR成像、CT成像、基于C 臂的3DRA成像或者任何其它類型的成像方法和/或模態介入前采集用于對所述感興趣區域進行三維重建的圖像數據。
9.一種血管造影圖像采集方法，用于基于用于對將要被圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中的經分割的目標結構或病變隨著時間進行跟蹤的虛擬3D表示的序列確定(S3)對于這些3D表示中的每個3D表示該目標結構或病變關于交疊和透視縮短的最佳投影方向，其中，通過在用于介入處置所述目標結構或病變的微創的圖像引導的介入過程期間所執行的基于3DRA的圖像采集進程中所采集的圖像數據集的直接3D重建來生成每個 3D表示，所述方法包括以下步驟基于作為動態更新的分割的結果而獲得的指示所述目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整(S5)用于對由X射線源發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，以便將所述感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中的用戶可定義部分的視場，其中在圖像引導的放射攝影檢查過程期間所述患者曝露于所述X射線射束，其中，根據所述動態更新的分割連續調節所述視場的大小。
10.一種血管造影圖像采集裝置的準直器控制單元，用于基于將要被圖形可視化的患者的心血管系統中的感興趣區域的虛擬3D表示確定經分割的目標結構或病變關于交疊和透視縮短的最佳投影方向，其中，所述準直器控制單元適于基于作為所述分割的結果而獲得的指示所述目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整用于對由X射線源發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，以便將所述感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統中的用戶可定義的部分的視場，其中在圖像引導的放射攝影檢查過程期間所述患者曝露于所述X射線射束。
11.如權利要求10所述的準直器控制單元，其適于另外基于用于采集所述虛擬3D表示的圖像數據的基于C臂的3D旋轉血管造影裝置或者基于旋轉掃描架的CT成像系統的已知幾何設置參數自動調整所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置。
12.如權利要求10或11所述的準直器控制單元，其適于手動重新調整通過自動調整所述快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置而獲得的所述視場的大小。
13.如權利要求12所述的準直器控制單元，其適于通過定義封閉所述目標結構或病變的經分割輪廓的框架的厚度而對所述周圍脈管系統的將要與所述目標結構或病變一起顯示的部分進行手動預定義。
14.一種血管造影圖像采集裝置，用于采集和記錄用于三維重建將要被圖形可視化的患者的心血管系統的感興趣區域中的目標結構或病變的一圖像數據集，從而產生位于所述感興趣區域內的動脈樹的血管段的虛擬3D表示，其中，對所述3D表示進行計算和重建，使得從具有最小透視縮短和最少血管交疊的最佳視角示出所述血管段，其中，所述血管造影圖像采集裝置包括如權利要求10至13中的任何一項所述的準直器控制單元。
15.如權利要求14所述的血管造影圖像采集裝置，在對所述患者的心血管系統執行用于介入處置所述目標結構或病變的微創的圖像引導的介入過程之前介入前采集用于生成所述3D表示的所述圖像數據；所述血管造影圖像采集裝置另外適于將所述虛擬3D表示與所選擇的在所述微創的圖像引導的介入過程期間手術中采集的二維熒光實時圖像進行配準。
16.如權利要求15所述的血管造影圖像采集裝置，其另外適于在血管造影工作站的監控器屏幕或顯示器上顯示所述虛擬3D表示和所述手術中采集的二維熒光實時圖像的經配準的融合版本。
17.一種計算機軟件產品，其配置成用于當在如權利要求14至16中的任何一項所述的血管造影圖像采集裝置的數據處理模塊上運行時執行如權利要求1至8中的任何一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及可以在微創的圖像引導的介入的范圍內有益地使用的血管造影圖像采集系統和方法。特別是，本發明涉及用于對在將要進行三維重建的患者的心血管系統的感興趣區域中的患者冠狀動脈樹的血管段的介入前的虛擬3D表示進行圖形可視化的系統和方法。可選地，隨后，可以將該3D表示與采用介入工具在手術中采集的熒光2D實時圖像進行融合。根據本發明，所述方法包括以下步驟為了在感興趣區域內找到將要檢查并且介入處置的目標結構或病變的輪廓，使與預計算的最佳視角相關聯的3D表示的圖像數據集經歷3D分割算法(S4)，并且基于作為所述分割結果所獲得的指示所述目標結構或病變的輪廓和大小的數據自動調整(S5)用于對由基于C臂的3D旋轉血管造影裝置或基于旋轉掃描架的CT成像系統的X射線源所發射的X射線射束進行準直的快門機構的孔徑和/或準直器楔入位置，其中，在圖像引導的放射攝影檢查過程期間將所述患者曝露給所述X射線射束。目的是將感興趣區域減小到覆蓋所述目標結構或病變以及周圍脈管系統的用戶可定義部分的視場。
文檔編號A61B6/06GK102202576SQ200980140015
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月7日 優先權日2008年10月10日
發明者D·舍費爾, G·A·F·斯洪恩貝格, M·格拉斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司