用于配準成像設備與跟蹤設備的配準系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于配準成像設備與跟蹤設備的配準系統、配準方法和配準計算機程序。本發明還涉及用于對對象進行成像的成像系統、成像方法和成像計算機程序。本發明還涉及包括該成像系統的介入系統。
【背景技術】
[0002]W0 2013/001388 A1公開一種用于提供身體腔的實況三維圖像的系統。所述系統包括用于生成身體腔的X射線圖像的X射線系統，以及用于確定柔性外科手術工具在身體腔內的三維形狀的光學形狀感測(0SS)設備。柔性外科手術工具的所確定的三維形狀與身體腔的X射線圖像基于外科手術工具在X射線圖像中的分段(以及其他事物)而彼此被配準。
[0003]US 2010/0056904 A1公開了一種介入系統，其包括從插入部位被導航到患者內的處置部位的介入儀器，如導管。在導航流程期間，通過使用0SS來跟蹤被裝備有光纖構件的介入儀器，其中，所跟蹤的位置被示出在患者的磁共振圖像上。為了在患者的磁共振圖像上示出由0SS跟蹤的介入儀器的位置，用于跟蹤介入儀器的0SS跟蹤系統和用于生成磁共振圖像的磁共振成像系統需要彼此被配準。通過在磁共振圖像內標記介入儀器的光纖構件上的多個已知點來執行配準，其中，所述已知點承載在磁共振圖像中可見的標記。
[0004]介入流程僅能夠用特定介入儀器來執行，所述特定介入儀器被裝備有具有在磁共振圖像中的已知點處可見的標記的光纖構件。因此，介入流程被限制到僅某些介入儀器。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種配準用于生成對象的圖像的成像設備與用于跟蹤對象的位置的跟蹤設備的配準系統、配準方法和配準計算機程序，其中，對特定對象的限制被減少。此外，本發明的目的是提供用于對對象進行成像的成像系統、成像方法和成像計算機程序，其使用從配準系統獲得的配準結果。本發明的另外的目的是提供一種包括所述成像系統的介入系統。
[0006]在本發明的第一方面，提供了一種配準系統，其中，所述配準系統適于通過確定對象的位置和形狀，來配準用于生成所述對象的圖像的成像設備與用于跟蹤所述對象在所述成像設備的視場內的位置的跟蹤設備，其中，所述配準系統包括:
[0007]-對象檢測單元，其用于檢測所述圖像中的所述對象，其中，所述對象檢測單元適于a)允許用戶將標記添加到所述圖像以便指示所述對象被定位于其處的所述圖像中的任意位置，并且b)基于所添加的標記來提供所述對象在所述圖像中的表示，
[0008]-配準單元，其用于確定定義所述跟蹤設備與所述成像設備的配準的配準參數，其中，所述配準單元適于基于所述對象在所述成像設備的所述視場中的所跟蹤的位置，并且基于所述對象在所述圖像中的所述表示的位置來確定所述配準參數。
[0009]由于對象檢測單元適于允許用戶將標記添加到圖像以便指示對象被定位于其處的圖像中的任意位置，其中，然后任意位置處的這些標記被用于提供對象在配準基于其的圖像中的表示，對象不需要具有在需要被標記的多個已知位置處承載標記的光纖構件。用戶僅需要在任意位置處將標記添加到圖像，其中，這些任意位置不需要關于例如對象已知，并且對應地，對象不需要具有在已知位置處的標記。配準能夠通過在圖像中對于用戶而言可見的任何對象來執行，從而減少對能夠用于配準的特定對象的限制。
[0010]對象優選地是設備，例如介入儀器，如導管、針、導絲等。
[0011]在一個實施例中，成像設備適于生成視場的二維投影圖像，其中，所述對象檢測單元適于a)允許所述用戶將所述標記添加到所述二維投影圖像以便在所述二維投影圖像中指示所述對象并且b)基于所添加的標記在所述二維投影圖像中提供所述對象的表示，并且其中，所述配準單元適于基于所述對象在所述成像設備的所述視場中的所跟蹤的位置并且基于所述對象在所述二維投影圖像中的所述表示的所述位置來確定所述配準參數。尤其是，所述成像設備適于生成對應于不同投影方向的至少兩幅二維投影圖像，其中，所述對象檢測單元適于a)允許所述用戶將標記添加到所述二維投影圖像中的每幅以便指示在所述不同二維投影圖像中的所述對象，并且b)基于所添加的標記來提供所述對象在所述二維投影圖像中的表示，并且其中，所述配準單元適于基于所述對象在成像區域中的所跟蹤的位置并且基于所述對象在所述二維投影圖像中的所述表示的所述位置來確定所述配準參數。成像設備優選地適于生成一幅或若干二維X射線投影圖像。在配準參數已經被確定之后，能夠在各自的二維投影圖像上示出對象的實際位置，即使各自的二維投影圖像并不是實際圖像，而是更舊的一個。因此，例如，在介入流程期間，對象(在該范例中為介入儀器)的位置可以在對象被移動的同時被示出在不同的二維投影圖像中，而不需要提供實際二維投影圖像。
[0012]跟蹤設備優選地適于跟蹤對象的三維位置，其中，配準單元適于通過在考慮由用于生成所述二維投影圖像的所述成像設備使用的投影幾何學的情況下計算所述對象的所跟蹤的三維位置的二維投影，并且通過計算由所述跟蹤設備定義的坐標系與由所述成像設備定義的坐標系之間的空間變換，來確定所述配準參數，這使所述對象的所跟蹤的三維位置的所計算的二維投影與所述對象在所述二維投影圖像中的所述表示的所述位置之間的偏差最小化。這允許相對準確地確定配準參數，盡管所跟蹤的位置是三維的而圖像是二維的。
[0013]優選地，跟蹤設備適于通過0SS來跟蹤對象的位置，其中，配準單元適于基于由0SS跟蹤的對象在成像設備的視場中的位置并基于對象在圖像中的表示的位置來確定配準參數。0SS允許以能夠由用戶容易地處理的方式并且非常準確地跟蹤對象的位置。例如，不必提供用于跟蹤對象的位置的額外場，如電磁場。
[0014]對象檢測單元能夠適于提供所添加的標記作為對象在圖像中的表示。然而，對象檢測單元也能夠適于基于所添加的標記來確定，特別是計算，所述表示。例如，如果對象是略長的對象，則對象檢測單元能夠適于通過以線連接所添加的標記來確定對象在圖像中的表示。因此，對象能夠由連接所添加的標記的多個線段來表示。然而，對象檢測單元也可以適于通過將曲線擬合到所添加的標記來確定對象在圖像中的表示。此外，對象檢測單元可以適于基于所添加的標記并且基于圖像的圖像值來提供對象在圖像中的表示。此外，在提供對象在圖像中的表示的同時，考慮圖像值能夠實現更好地擬合到圖像中的對象的位置和形狀的表示，從而改進配準的準確度。
[0015]例如，對象檢測單元能夠適于基于圖像的圖像值來確定指示對象在圖像中的位置的位置信息，并且基于所添加的標記并基于所述位置信息來提供對象在圖像中的表示。尤其是，對象檢測單元能夠適于將對象檢測算法應用于圖像以便生成位置信息，所述位置信息指示對象在圖像中的位置的，即例如指示略長的對象在圖像內的空間延伸。例如，分割算法能夠被應用于圖像以便對圖像中的對象進行分割，其中，在該范例中，所分段的對象是位置信息。由于指示對象被定位于其處的圖像中的任意位置的人工添加的標記被認為是比自動確定的位置信息更可靠，對象檢測單元優選地被調整，使得在確定對象在圖像中的表示期間，所添加的標記比位置信息加權更多。例如，為了確定表示，可以使用代價函數，其隨著表示與所添加的標記之間的距離減小并隨著如由從圖像值確定的位置信息指示的對象在圖像中的位置與表示之間的距離減小而減小，其中，表示與所添加的標記之間的距離可以比由從圖像值確定的位置信息指示的位置與表示之間的距離對代價函數貢獻更大。對象檢測單元能夠適于通過將代價函數最小化來確定所述表示。
[0016]對象檢測單元可以適于通過依賴于位置信息校正所添加的標記的位置并且通過基于標記的經校正的位置提供對象在圖像中的表示來提供對象在圖像中的表示，所述位置信息指示對象在圖像中的位置并且已經基于圖像的圖像值而被確定。例如，表明可以由一個或若干圖像元素形成的成像區域對應于所述對象的可能性的量度可以被應用于由位置信息定義的圖像區域和由用戶添加的標記定義的圖像區域，其中，如果應用于由位置信息定義的圖像區域的量度與應用于由用戶添加的標記定義的圖像區域的量度之間的差異大于預先定義的閾值，則可以確定被定位于用戶添加的標記的鄰域中的被移位的標記是否導致較小的差異。如果確實如此，則被移位的標記可以被使用替代用戶添加的標記，并且可以被視為是經校正的標記。以這種方式，至少一個標記可以被校正，其中，然后可以基于至少一個經校正的標記以及任選地另外的用戶添加的標記來提供對象在圖像中的表示，所述另外的用戶添加的標記未被校正，因為它們初始時已經以足夠的準確度指示對象在圖像中的位置，即例如因為被移位的標記未導致應用于由各自的標記定義的圖像區域的量度與應用于由位置信息定義的圖像區域的量度之間的較小差異。所述量度能夠是例如血管特征(vesselness)響應。依賴于位置信息校正所添加的標記的位置，其中，然后基于經校正的標記的位置提供對象在圖像中的表示，能夠進一步改進配準的準確度，尤其是如果用戶已經僅粗略地將標記添加到圖像。
[0017]成像設備能夠適于提供對應于不同投影方向的至少兩幅二維投影圖像，其中，對象檢測單元可以適于a)允許用戶將標記添加到二維投影圖像的第一圖像以便在第一圖像中指示所述對象，并且b)基于所添加的標記提供對象在第一圖像中的第一表示并基于第二圖像的圖像值提供對象在二維投影圖像的第二圖像中的第二表示，并且其中，配準單元可以適于基于對象在成像區域中的所跟蹤的位置并且基于對象在第一和第二圖像中的第一和第二表示的位置來確定配準參數。例如，對象檢測單元能夠將對象檢測算法應用于第二圖像的圖像值，以便確定指示對象在第二圖像中的位置的位置信息。該對象檢測算法是例如用于分割在第二圖像中的對象的分割算法，其中，所分割的對象能夠被視為是定義第二圖像中的第二表示的位置信息。在確定配準參數期間，已經基于所添加的標記提供的第一圖像中的第一表示優選地比對象在第二圖像中的第二表示被考慮更多，因為基于用戶輸入的第一表示被認為比第二表示更可靠。這允許在配準過程期間考慮不同投影圖像中的表示，而不需要用戶在每個投影圖像中添加指示對象在各自的投影圖像中的位置的標記。
[0018]在本發明的另一方面，提供了一種用于對對象進行成像的成像系統，其中，所述成像系統包括:
[0019]-成像設備，其用于通過確定對象的位置和形狀來生成感興趣區域的圖像，
[0020]-跟蹤設備，其用于跟蹤所述對象在