專利名稱：：對介入工具的探測和跟蹤的制作方法
技術領域：
：本發明涉及微創X射線引導介入，特別涉及一種用于改進電生理學程序中所使用的介入工具的可見性和支持對這些工具的自動探測和跟蹤的圖像處理和繪制系統以及方法。根據本發明，這是通過計算共同配準的X射線圖像與操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據之間的差異并且利用這些差異增強介入工具的對比度和可見性來實現的。
背景技術：
：諸如動脈硬化癥、高血壓和缺血等的心血管疾病(CVD)在大多數發達國家仍然是主要的死亡原因，這是因為它們導致心臟和血管的永久傷害，這可能導致慢性心力衰竭、心絞痛或心肌梗塞(心臟病發作)。對于顯示出心血管疾病癥狀的患者，通常在心導管插入實驗室通過介入心臟病學來執行初步診斷和治療。此處心導管插入的意思是將小管(導管)通過動脈和/或靜脈插入到心臟。為了用實時X射線成像可視化冠狀動脈和心臟腔室，通過導管注入造影劑。該造影劑必須對X射線是不透明的且在其流入冠狀動脈系統或心臟腔室內時提供良好的圖像對比度。這一程序產生被稱為血管造影片的圖像，其為診斷心血管疾病的標準。在最近三十年，X射線引導介入心臟病學在人口統計學、技術和經濟因素的促進下已經顯著發展。根據美國心臟協會(AHA)，從1979年到2003年在美國介入心臟病學程序的數量增長了470%。新型基于導管的介入工具(例如球囊導管和支架)允許醫師處理更多的情況和更復雜的患者案例。由于這些新型微創圖像引導程序具有積極的患者成果并且比心內直視手術的成本更低，政府和私人支付者積極地鼓勵醫師使用這些程序來治療患者。現今，基于X射線的心導管插入系統代表當前的護理標準并且為心臟病學中的診斷和治療程序提供成像模態。它們被應用于生成對冠狀動脈中的血流阻塞的實時圖像。當阻塞被識別時，實時X射線成像被用于引導球囊尖端的導管插入到阻塞點以便通過血管成形術(其意味著通過球囊擴張動脈中的受限流區域)和支架放置(亦即，通過擴張支撐結構來保持新擴大的動脈打開)來進行治療。具有冠心病的患者的治療目標是緩解心絞痛癥狀并通過采用重新打開冠狀動脈的技術和設備來降低死亡或心肌梗塞的風險。上述心導管插入系統實際上能夠實現導管插入實驗室中的所有微創程序。當前開發的系統均具有相同的基礎體系結構并使用投射X射線束穿過患者并且到達大面積探測器上的點X射線源，該大面積探測器被用于將所生成的熒光圖像轉換成電信號以便顯示在監視器上。由此，獲得患者的射線攝影圖像。常規采用的心導管插入系統通常執行兩種不同類型的實時X射線成像診斷血管造影和介入成像。診斷血管造影是利用高輻射照射執行的，以便產生高質量圖像。這一診斷(電影(cine))模式產生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、確定所需要的介入并且在介入之后重新評估冠狀動脈。介入成像是利用產生較低質量圖像的受控輻射照射執行的。由此這一介入(熒光(fluoro))模式提供患者解剖結構的實時成像以引導介入，并在將設備插入到解剖結構內時被使用。該介入模式被用于大約90%的程序成像時間。雖然心血管疾病主要影響患者的血流，心臟電生理學(EP)——介入心臟病學的特殊領域一涉及研究心臟的電學異常。醫師利用心臟內導管來在X射線熒光透視弓I導下定位并治愈患者心律的電學功能紊亂。心臟中的先天問題或病變組織可能影響導致包括心房纖顫(AF)的不規則心跳的電導。在這種疾病中，心臟的兩個上部腔室——心房——不能有效跳動，且血液不能被完全泵送出它們，因此血液可能淤積和凝結。如果部分凝結塊離開心臟，它可能會導致中風或肺部栓塞。為了治療心房纖顫，可以用射頻能量消融組織的某些區域，從而治愈異常電導并永久恢復正常心率。更準確地說，心臟組織被映射以找到具有異常電活動的區域并且通過心臟電生理學進行消融以殺死某些區域的病理組織。這一程序通常被稱為“映射并清除(mappingandzapping)”。定位并消融適當組織區域的程序是極其冗長的。患者可能在心導管插入實驗室中花費三到六個小時，其可能包括高達90分鐘的純成像時間。患者接收高達30，000胸片(chest)X射線當量的巨大量X射線，且實施這些程序的電生理學家通常還接收相當大劑量的散射輻射。電生理學診斷和治療并不需要將造影劑注入冠狀動脈以產生詳細的血管造影片并因此需要稍微低點的成像能力。長的程序時間產生高的輻射照射降低值。另一個重要的EP程序是放置起搏器以用于心臟再同步治療(CRT)，在此期間起搏器引線必須被放置在冠狀靜脈中。電生理學家需要特殊的訓練來完全了解解剖結構和到所有感興趣部位的接入路徑并且需要一些實踐來選擇正確的設備和操縱它們到達目標。可以用3D成像設備(CT、MRI)或通過正好在介入開始時局部注入造影劑來記錄患者的解剖結構(對于心房纖顫為左心房(LA)和肺靜脈(PV)的孔，而對于CRT為冠狀靜脈和竇)，但是醫師必須執行心理配準以在這一信息不再可見的活體熒光圖像中進行導航。對于AF程序，當測量電勢時了解導管的準確位置是找到導致纖顫來源(異位病灶、重返回路)的關鍵。更重要的是對消融部位進行解剖映射以便執行期望的消融圖案，諸如肺靜脈隔離或左心房中的頂線消融。現今，實際上所有當前可用的常規基于X射線的心導管插入系統——諸如PhilipsMedical、SiemensMedical、GEMedical和ToshibaMedical開發和銷售的那些——使用相同的基礎成像技術，其在過去40年并沒有發生重大的改變。在幾十年內對單獨部件的逐漸改進已使系統性能最優化為接近理論限制。然而，當前系統仍然表現出低圖像質量和高輻射照射的顯著問題。因此這些關鍵問題涉及成像、輻射損害和操作問題。心導管插入實驗室中最困難的成像任務是對大的患者進行成像或以陡視角對患者進行成像。利用常規系統，接近患者的大面積探測器導致比圖像輻射更多的散射輻射到達探測器，這嚴重降低圖像質量。因此，醫師經常在介入過程中使用高輻射診斷(電影)模式以獲得更好質量的圖像。此外，最佳圖像質量僅在短時間段內是可能的。常規心導管插入系統僅可能在X射線管到達其最大溫度且自動停止之前在診斷(電影)模式運行大約20秒。在X射線源冷卻下來之前可能需要幾分鐘并且可以再繼續成像。除此以外，重疊的解剖結構可能抑制觀察和導航。常規心導管插入系統產生不具有深度信息地顯示對象的射線攝影圖像。從這些平的圖像中辨識3D解剖結構是困難的。另夕卜，圖像雜斑和肋骨或脊柱對心臟的陰影經常降低圖像清晰度。常規基于X射線的心導管插入系統經常面對的其他問題是患者和介入操作者被照射過量的輻射。常規系統在介入(熒光)模式下使患者照射每分鐘200至500胸片X射線當量。通過在長介入程序中高達60分鐘的成像時間，患者在每個程序被照射12，000至30，000胸片X射線當量。這種延長的照射可能導致對患者的輻射皮膚燒傷并增加介入操作者和導管插入實驗室工作人員患癌癥的風險。在某些電生理學程序中由于單個解剖區域的長期照射而導致輻射照射風險特別嚴重。針對醫師的預防性措施包括使用沉重和麻煩的環繞鉛防護板和防護衣、甲狀腺防護物和護目鏡。此外，到患者的接入可能被X射線探測器遮蔽。常規心導管插入系統要求大面積探測器被定位為靠近患者，由此限制臨床工作人員對患者的接入。這一設計不僅導致患者的幽閉恐怖癥，而且是需要心肺復蘇術(CPR)時的障礙。如上簡要所述，當前由熒光透視引導的電生理學程序且特別對于心房纖顫經常花費若干小時。這種程序的主要任務是將導管或心血管支架分別放置在心肌內部或心血管中的給定位置。這通常是在操作中的X射線成像引導下完成的，以便可視化導管尖端的位置。熒光X射線成像的操作中應用經常必須為大量問題提供答案。例如，這在外科醫生需要可視化血管的形態時尤其如此。除了應用在各種外科學科中以幫助放置心臟起搏器、手術支架和引導線外，這一成像模態還被用于整形外科創傷學以能夠實現醫學移植、整形外科假肢以及手術螺絲和釘的位置監控。另一方面，在心臟X射線圖像中，特定的高密度解剖結構(例如脊柱、特定脊椎骨等)或外來對象(例如起搏器引線和手術縫線等)大多數時間在X射線圖像中是可見的并且因此可能至少局部遮蔽或損害介入工具的可見性、探測和/或跟蹤，因為它們創建類似的圖案或它們在應被探測的對象上投下陰影。經典圖像減影技術在緩慢移動介入工具的情況下并不起有益作用，且在每次2D視圖改變時可能需要新的參考序列采集。US2003/0181809A1描述了一種用于可視化醫療器械(例如在心臟病檢查或治療過程中使用的導管)的方法，該醫療器械已經被引入到患者體內的檢查區域中。在此公開的方法可以被理解為心臟路標(roadmap)程序的應用，其中3D重建血管造影片被用于添加脈管信息到操作中生成的X射線圖像。更準確地說，所述方法包括以下步驟使用檢查區域的3D圖像集并生成這一區域的3D重建圖像、獲取在其中器械被可視化的檢查區域的至少一個2DX射線圖像、相對于該2DX射線圖像配準3D重建圖像、可視化該3D重建圖像并在監視器上將該2DX射線圖像疊加到該3D重建圖像上。
發明內容為了克服不希望的結構遮蔽X射線引導介入中使用的介入工具的自由可見性的問題，可以從所采集的X射線序列中減去沒有介入工具且在例如程序開始時獲得的參考圖像。然而，這種參考圖像并不總是可用的，因為大多數時間患者已經具有附連到或插入到其體內的ECG電極或其他設備。而且，經常存在這樣的運動，即該運動可能在幾個小時的程序中由呼吸、心臟運動或患者身體的移動導致，或者由于用于從所述患者身體內部生成圖像的旋轉血管造影設備的C形臂系統的剛性運動或變焦移動而導致。這使得與參考圖像的相減非常困難(如果可行的話)。因此本發明的目標可以是改進在X射線熒光透視引導下的微創介入范圍內應用的介入工具的可見性以及對所述工具的探測和跟蹤。本發明的第一示例性實施例涉及一種方法，該方法通過以下步驟實現這一目標計算操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或感興趣區域、病理異常(例如顱內動脈狹窄、腦動脈瘤、肺或冠狀動脈分支、胃癌或瘤等)、起搏器和/或其他醫學移植體，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示所述患者的身體內部的前述對象，其中，所述2D熒光圖像已經與2D投影圖像數據共同配準；以及利用基于所述計算步驟生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區域或所述血管段內的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像中和操作中記錄的2D熒光圖像中。在配準所述操作前采集的3D體素體積的前述2D投影圖像數據和所述操作中記載的2D熒光圖像后，經配準的2D投影圖像可被用于計算差異映射圖，該差異映射圖可以被實現為差異圖像——通過從已經與所述2D熒光圖像共同配準的2D投影圖像減去所述2D熒光圖像的表示而獲得——或者作為任何圖像處理算子的結果，該圖像處理算子可以特別設計為降低公共圖案的對比度并增強僅在前述兩個2D圖像之一中可見的那些圖案的對比度。所述差異圖可以被顯示給放射學家，這是特別有用的，因為介入工具出現在操作中記錄的2D熒光圖像中而不出現在操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據中，并因此更好地可見且不被具有高Hoimsfield密度值的其他對象(例如骨骼)隱藏，這支持放射學家探測、引導和導航所述患者身體內部的這些介入工具。作為替代，所述差異映射圖可以耦合到探測過濾器，來限制其感興趣區域或對其輸出結果加權或僅僅作為到過濾器的輸入圖像，這是因為介入工具在差異映射圖中比在原始2D熒光圖像中更好地可見，并且因為差異圖像可以被視為針對介入工具的位置的概率映射圖。探測過濾器的輸出通常由在圖像中探測到的介入工具的位置坐標列表給出，該列表可以用于定位這些工具并計算定量測量值。上述的同樣方法也可以用于增強包含在患者的脈管系統中的血管段的可見性和可探測性，已經通過注入造影劑使得這些血管段在X射線、CT、3DRA或MR血管造影片中可見。與常規數字減影血管造影(DSA)相比，這意味著存在以下優勢，即該方法對用于生成所述血管造影片的X射線或3D旋轉血管造影(3DRA)成像系統的任何運動都是不敏感的。根據第二示例性實施例，本發明涉及一種用于改進在微創X射線引導介入范圍內應用的介入工具的可見性和支持對所述介入工具的自動探測和跟蹤的圖像處理和繪制系統。其中，所述圖像處理和繪制系統包括數字圖像處理工具，該數字圖像處理工具適于計算操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或感興趣區域、病理異常、起搏器和/或其他醫學移植體，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示所述患者的身體內部的前述對象，所述2D熒光圖像與所述2D投影圖像數據共同配準，其中，所述圖像處理工具還適于利用基于所述計算生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區域或所述血管段內的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像中和操作中記錄的2D熒光圖像中。最后，提供一種計算機軟件產品，其被編程以用于當在所述圖像處理和繪制系統上運行時執行如上所述的方法。本發明的有利特征、方面和優勢將通過以下說明書、隨附的權利要求和附圖變得顯而易見。在附圖中，圖1示出圖示說明根據本發明的示例性實施例提議的圖像處理方法的流程圖；并且圖2示出根據本發明的另一示例性實施例的圖像處理和繪制系統的示意性框圖。具體實施例方式在下面，將相對于特殊的細節并參考附圖更詳細地解釋前述圖像處理方法和系統。如圖1所描述的流程圖，提議使用顯示患者身體內部的解剖結構或病理組織區域的操作前采集的3D體素數據，其已經例如被用諸如CT、MRI或旋轉血管造影設備等的3D成像設備記錄(Si)，并且配準(S4)這一體素體積和操作中記錄(S3)的熒光X射線圖像的所采集2D數據。這可以以以下方式完成，即經數字重建的射線片(DRR)盡可能接近地匹配2D熒光圖像，該射線片可能已經借助于光線投射算法由3D體素數據生成(S2)，該光線投射算法包括通過中心投影將體素體積變換成2D圖像的步驟。更準確地說，這一配準程序產生提供DRR圖像和X射線圖像之間的最佳匹配的3D位置。匹配的質量可以用一度量來評定(S5)，該度量必須對整體強度變化以及由兩種模態中不可見的結構(當然包括介入工具)導致的局部失配是魯棒的。從數學上講，操作前采集的3D體素數據集的經數字重建的射線片(DRR)可以用公式表示為由等式(Ia)表述的以下等價合成運算，該3D體素數據已經與操作中記錄的2D熒光圖像{jf}共同配準，所述DRR在下面分別等價表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>或<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>m(其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>在這里<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>)表示所采集3D圖像的操作前記錄的體素數據集(其中i、j和k是在Euclidian矢量空間V=□3的x、y和ζ方向的各自體素指數，該Euclidian矢量空間由具有原點0的三維坐標系的正交坐標軸x、y和ζ擴展而成)或者等價地表示可以通過提交體素數據到3D-1D匹配規則Φ□ΝΧΜΧΚ—□所獲得的圖像數據集。上述合成運算(Ia)中所用的變換算子Tvp,3D{·}描述一種剛性3D坐標變換<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>在這里，使用一種平移矢量Δ1:=[Δχ,Δγ,ΔΖ]τe□3，其分量由用于描述在士Χ、士y和/或士ζ方向的平移偏移量的平移值ΔX、Δy和ΔZ給出，且使用一種3X3旋轉矩陣蘭(Δα，Δ%，Δ外)，其分量描述繞這些坐標軸的旋轉。因此，所述旋轉矩陣被如下定義<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>因此等式(2a)導致用六維參數矢量￡，:=[Αφχ,Δ%，Αφζ,Δχ,Ay，AzYe[]6進行的參數化，該六維參數矢量包括所述三個平移參數(ΔΧ、Δγ和Δζ)以及前述三個旋轉參數(Δ隊、Δ%和Δ外)。此外，等式(Ia)中所用的算子II□3—□2代表3D-2D投影運算Tf們k}4{#(^’)}，其將3D圖像變換成2D投影圖像，每個圖像像素源自沿著投影線的體素強度的總和。因此所述2D投影運算II{·}依賴于涉及圖像形成和投影幾何形狀的固有參數。它可以通過校準成像系統而獲得，且可以在配準所需要的后續優化程序中被固定。當X射線系統被移動時(例如通過C形臂的旋轉或探測器的平移等)，投影算子II{·}可以相應地更新，并且投影圖像將保持匹配X射線圖像而不需要其他配準步驟。由變換算子T/D{·}描述的3D-2D剛性配準包括尋找剛性3D坐標變換T/D’Opt{·}，該剛性3D坐標變換最小化給定的2D-2D度量(以下稱為M{·，·})，該2D-2D度量被用于比較DRR{I"(n’)}和來自要與所述DRR共同配準的X射線圖像集(在當前情況下為熒光X射線圖像)的2D目標圖像(以下稱為表象{J，}(其中Ie{1，2，...，L})。然后通過用最優參數矢量取代合成運算(Ia)中的參數矢量Π’來給出產生最佳匹配結果的配準，該最優參數矢量為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>在這一背景下，還應該注意到度量M{·，·}是通過匹配規則MDnxmXDNXM-D給出的。除了使用通過最小均方判據計算的度量外，相關技術文獻中描述的很多不同類型的度量都可以用于尋找最優參數矢量P’。Pu。這些度量包括相似性度量，如梯度差函數GD(I，J1)、梯度相關函數GC(I，J1)或交互信息函數MI(I,J1)，如下所定義<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>其中Ax和Ay是兩個實數值的固定常數，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中p(m，η)表示分別來自{IiJ(f)}和(J1ijI的兩個給定像素m和η的聯合概率密度函數，且P(m)和ρ(η)分別表示所述兩個像素m和η的邊緣概率密度函數。在實踐中，這一問題可以通過使用例如由梯度下降算法或Powell的多維方向集方法給出的適當優化回路來解決。在這種背景下，還應該指出的是一旦找到所述最佳配準參數Δ色、Δ之,，、Δ也,，、Δ;、AP,和Af,，則假定它們是固定的且因此每次X射線成像系統被移動時不需要重新計算。但是，如果患者在患者臺上移動，2D-2D度量Μ{·，·}將反映一種變化且因此可以被用于探測這種運動和觸發3D坐標變換TE，3D{·}的重新計算。在執行完上述配準程序后，DRR和2D熒光圖像之間的失配是介入過程中存在但操作前掃描中不存在的對象(例如介入工具)的指標。這種差異的映射圖可以直接使用或結合探測過濾器使用，從而增強介入工具的可見性并支持對它們的自動探測(和跟蹤)。這一方案本質上對X射線系統幾何形狀的變化(旋轉、患者到探測器的距離變化等)是魯棒的。根據本發明，所述配準可以在任何階段被調整以補償患者或所應用的X射線成像系統的運動，其可以例如通過使配準參數實時地適應于X射線系統幾何形狀來自動完成。由于操作中生成的2D熒光圖像中存在的例如脊骨的高密度對象可能對所探測導管的數目產生影響，這是因為脊骨創建類似的圖案，可以在配準操作前計算的DRR和2D熒光圖像之后清除脊骨，由此增強所述導管的可探測性。—旦體素體積與2D熒光圖像配準，失配區域就可以被用于引導介入工具的探測。例如，可以生成差異圖像，該差異圖像是通過從2D熒光圖像的所采集圖像數據中減去(S6)所獲得的DRR圖像數據而計算的，其中兩個圖像的公共圖案被去除或弱化(S7a)，而僅在它們之一中可見的那些圖案被增強(S7b)。除了諸如脊柱的解剖結構外，其他對象可能預先存在于患者身體內(例如之前移植的起搏器、手術縫線等)。由于它們的高密度，它們在2D熒光圖像中是高度可見的。但是，它們可能與當前介入不相關并且甚至可能至少部分地遮蔽或損害電生理學導管或其他介入工具的可見性。由于這些外來對象存在于操作前采集的3D體素數據中，它們也可能存在于由這一配準體積生成的DRR中并且將在差異圖像中消失。在所獲得的差異圖像中，介入工具的可見性被增強。此外，可以以若干方式改進對它們的自動探測和跟蹤所述差異圖像可以直接被用作探測過濾器，這是由于前述的以下事實操作前和操作中記錄的圖像之間具有高衰減的局部化失配對于介入工具非常特異。如果另一個探測過濾器可用，所述差異圖像也可以用于減小探測過濾器所應用到的感興趣區域(SSa)或者根據失配區域更可能包含介入工具的事實對這一探測過濾器的輸出進行加權(S8b)。最后，DRR圖像和2D熒光圖像的對比度增強的融合版本可以被可視化在監視器屏幕上(S9)。圖2描述根據本發明的示例性實施例的圖像處理和繪制系統2的示意性框圖，其使得存儲、處理和在連接到所述圖像處理和繪制系統2的血管造影工作站12的監視器屏幕上可視化醫學圖像數據成為可能，該醫學圖像數據顯示要檢查的患者身體的組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或特定感興趣區域、病理異常、介入工具、起搏器和/或其他醫學移植體。例如，給出的圖像數據可以表現為由諸如常規計算機斷層攝影(CT)、磁共振成像(MRI)或3D旋轉血管造影(3DRA)設備的圖像生成系統1生成和提供的操作中采集的2D熒光圖像、體積繪制圖像數據或操作前記錄的3D體素數據。所采集的2D和3D圖像數據可以被可視化在不同窗口中或共同窗口中，該共同窗口顯示已經由操作前記錄的3D體素數據生成的DRR和已經與所述DRR共同配準的、操作中采集的2D熒光圖像的融合視圖。如圖2所示，由所述圖像生成系統1生成的圖像數據被經由輸入接口6饋送到圖像處理和繪制系統2。除了控制與圖像生成系統1的數據交換的控制單元3外，所述圖像處理和繪制系統2可以包括預處理模塊4，該預處理模塊可以特別裝配有數字過濾器以用于噪聲降低和對比度增強。集成到所述圖像處理和繪制系統中的圖像處理工具5可以用于生成體積繪制3D視圖、表面遮蓋顯示(SSD)圖像、多平面重定格式圖像和/或基于要被可視化的患者感興趣組織區域中的給定解剖對象、病理結構、介入工具或醫學移植體的所生成的3D體素數據繪制的經數字重建的射線片(DRR)。如圖2所示的框圖中示例性描述的，所述圖像處理工具5可以裝配有分割和聚類工具7以便確定解剖對象、病理結構、介入工具和醫學移植體的輪廓，并且裝配有配準工具8以便確定用于配準DRR和2D熒光圖像的2D-3D配準映射的參數。為了計算上述不同圖像，可以應用數字減影工具9。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10可以在DRR和2D熒光圖像被提交給所述2D-3D配準后用于生成和可視化該DRR和2D熒光圖像的融合圖像。如圖2所示，已經由圖像生成系統1生成并經由所述輸入接口6提供給圖像處理系統2的圖像數據可以臨時地或永久地經由數據輸出接口“數據輸出”存儲在外部存儲單元11的圖像數據檔案文件中。為了被可視化，所存儲的圖像數據可以經由數據輸入接口(在圖2中被稱為“數據輸入”)加載到圖像處理和繪制系統2的本地臨時存儲器(未示出)中，其中利用了標準化數據格式(諸如DICOM格式)。本發明的應用本發明可以被用于有益地在介入X射線成像中改進對介入工具的探測和跟蹤的任何情形中。它可以應用在X射線系統、醫學工作站和平臺中，特別是專用于電生理學程序的臨床設備中。雖然已經在附圖和前面的說明書中詳細地圖示說明和描述了本發明，這些圖示說明和描述應被視為是說明性和示例性的，這意味著本發明并不局限于所描述的實施例。通過學習附圖、公開內容和隨附的權利要求，本領域技術人員在實施要求保護的發明時可以理解并實現對所公開的實施例的其他變化。在權利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。單個的處理器或其他單元可以實現權利要求中所記載的若干項的功能。在相互不同的從屬權利要求中描述某些措施的事實并不表示這些措施的組合不能被用于取得優勢。計算機程序可以被存儲/分布在適當的介質上，諸如與其他硬件一起或作為其他硬件的一部分而提供的光存儲介質或固態介質，但是也可以以其他方式分布，諸如經由互聯網或其他有線或無線電信系統。權利要求中的任何參考標記不應被解讀為限制本發明的范圍。權利要求一種用于改進要被應用在微創X射線引導介入的范圍內的介入工具的可見性和支持對所述介入工具的自動探測和跟蹤的方法，所述方法包括以下步驟計算(S6)操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或感興趣區域、病理異常、起搏器和/或其他醫學移植體，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示前述對象以及已經被引入到所述患者的身體內部的介入工具，其中，所述2D熒光圖像已經與所述2D投影圖像數據共同配準(S4)，以及利用基于所述計算步驟生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區域或所述血管段內的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強(S7a，b)所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在所述操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像中和所述操作中記錄的2D熒光圖像中。2.如權利要求1所述的方法，其中，一旦操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像數據與所述2D熒光圖像配準，所有失配區域可被用于通過提供差異圖像來引導對介入工具的探測，所述差異圖像是通過從所述2D熒光圖像的所采集圖像數據中減去(S6)所述2D投影圖像數據計算出的，其中，這兩個圖像中的公共圖案的對比度被降低(S7a)，而僅在這些圖像之一中可見的那些圖案的對比度被增強(S7b)。3.如權利要求1所述的方法，其中，所述差異圖像被用于探測至少部分地被具有較高Hoimsfield密度的對象隱藏的那些介入工具，這些對象可能至少部分地遮蔽或損害這些介入工具的可見性。4.如權利要求1所述的方法，其中，如果應用探測過濾器來探測所述介入工具，則所述差異圖像被用于減小(SSa)所述探測過濾器被應用到的感興趣區域或者根據失配區域更可能包含介入工具的事實對這一過濾器的輸出進行加權(S8b)。5.如權利要求1所述的方法，其中，在任何階段自動調整所述配準以補償所述患者的運動和/或用于在操作中記錄所述2D熒光圖像的X射線成像系統的系統幾何形狀的變化，其中，所述調整是通過實時地使所述配準參數適應于所述患者的當前位置和/或所改變的X射線系統幾何形狀來完成的。6.如權利要求1所述的方法，其中，所述2D投影圖像數據是通過提交所述操作前采集的3D體素體積到圖像繪制算法以便根據所輸入的3D圖像數據序列生成經數字重建的射線片而獲得的。7.如權利要求6所述的方法，其中，所述3D圖像數據序列是借助于基于計算機斷層攝影、磁共振成像或3D旋轉血管造影的圖像采集程序生成的。8.一種圖像處理和繪制系統(2)，其用于改進要被應用在微創X射線引導介入的范圍內的介入工具的可見性和支持對所述介入工具的自動探測和跟蹤，所述圖像處理和繪制系統(2)包括數字圖像處理工具(5)，該數字圖像處理工具適于計算操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或感興趣區域、病理異常、起搏器和/或其他醫學移植體，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示前述對象以及已經被引入到所述患者的身體內部的介入工具，所述2D熒光圖像與所述2D投影圖像數據共同配準，其中，所述圖像處理工具(5)還適于利用基于所述計算生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區域或所述血管段內的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在所述操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像中和所述操作中記錄的2D熒光圖像中。9.如權利要求8所述的圖像處理和繪制系統，其中，一旦操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像數據與所述2D熒光圖像配準，所述圖像處理工具(5)適于通過提供差異圖像來利用失配區域引導對介入工具的探測，所述差異圖像是通過從所述2D熒光圖像的所采集圖像數據中減去所述2D投影圖像數據計算出的，其中，所述圖像處理工具特別適于降低這兩個圖像中的公共圖案的對比度，而增強僅在這些圖像之一中可見的那些圖案的對比度。10.如權利要求8所述的圖像處理和繪制系統，其中，所述圖像處理工具(5)適于利用所述差異圖像來探測至少部分地被具有較高Hoimsfield密度的對象隱藏的那些介入工具，這些對象可能至少部分地遮蔽或損害這些介入工具的可見性。11.如權利要求8所述的圖像處理和繪制系統，其中，如果應用探測過濾器來探測所述介入工具，則所述圖像處理工具適于利用所述差異圖像減小所述探測過濾器被應用到的感興趣區域或者根據失配區域更可能包含介入工具的事實對這一過濾器的輸出進行加權。12.如權利要求8所述的圖像處理和繪制系統，其包括配準參數調整工具，該配準參數調整工具用于在任何階段自動調整所述配準以補償所述患者的運動和/或用于在操作中記錄所述2D熒光圖像的X射線成像系統的系統幾何形狀的變化，其中，所述配準參數調整工具適于通過實時地使所述配準參數適應于所述患者的當前位置和/或所改變的X射線系統幾何形狀來執行所述調整。13.一種計算機軟件產品，其被編程以用于當運行在圖像處理和繪制系統(2)上時執行一種用于改進要被應用在微創X射線引導介入的范圍內的介入工具的可見性和支持對所述介入工具的自動探測和跟蹤的方法，所述方法包括以下步驟計算(S6)操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統的血管段中的解剖結構或感興趣區域、病理異常、起搏器和/或其他醫學移植體，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示前述對象以及已經被引入到所述患者的身體內部的介入工具，其中，所述2D熒光圖像已經與所述2D投影圖像數據共同配準(S4)，以及利用基于所述計算步驟生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區域或所述血管段內的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強(S7a，b)所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在所述操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像中和所述操作中記錄的2D熒光圖像中。14.如權利要求13所述的計算機軟件產品，其中，一旦操作前采集的3D體素體積的所述2D投影圖像數據與所述2D熒光圖像配準，所有失配區域可被用于通過提供差異圖像來引導對介入工具的探測，所述差異圖像是通過從所述2D熒光圖像的所采集圖像數據中減去(S6)所述2D投影圖像數據計算出的，其中，這兩個圖像中的公共圖案的對比度被降低(S7a)，而僅在這些圖像之一中可見的那些圖案的對比度被增強(S7b)。15.如權利要求13所述的計算機軟件產品，其中，所述差異圖像被用于探測至少部分地被具有較高Hoimsfield密度的對象隱藏的那些介入工具，這些對象可能至少部分地遮蔽或損害這些介入工具的可見性。全文摘要本發明涉及微創X射線引導介入，特別涉及一種用于改進電生理學程序中所使用的介入工具的可見性和支持對這些工具的自動探測和跟蹤的圖像處理和繪制系統以及方法。根據本發明，這是通過以下步驟實現的計算操作前采集的3D體素體積的2D投影圖像數據與操作中記錄的2D熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的3D體素體積顯示患者的身體組織中的特定感興趣解剖區域或病理異常(例如顱內動脈狹窄、腦動脈瘤、肺或冠狀動脈分支、胃癌或瘤等)，所述操作中記錄的2D熒光圖像顯示所述患者的身體內部的前述對象，其中，所述3D體素體積已經在基于圖像采集程序的計算機斷層攝影、磁共振成像或3D旋轉血管造影的范圍內生成，且所述2D熒光圖像已經與2D投影圖像數據共同配準。在配準所投影的3D數據和每個所述X射線圖像后，對2D投影圖像數據和2D熒光圖像的比較——基于所得到的差異圖像——允許去除公共圖案并因此增強被插入到病理組織區域內的介入器械、血管段或患者身體內的任何其他感興趣區域的可見性。本發明也使得探測和跟蹤這些器械的自動圖像處理方法更容易和更魯棒。一旦針對給定視圖完成了2D-3D配準，用于生成所述熒光圖像的X射線系統的系統幾何形狀的所有變化可以被應用于配準矩陣。因此，要求保護的所述方法的使用并不局限于整個程序中的同一X射線視圖。文檔編號G06T17/05GK101809618SQ200880109636公開日2010年8月18日申請日期2008年9月26日優先權日2007年10月1日發明者C·A·M·皮卡爾,N·F·維蘭,N·P·B·戈金申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司