專利名稱：用于控制ptca血管造影片的觀察系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，具有用于檢測(cè)一系列醫(yī)學(xué)圖像中的關(guān)注對(duì)象的裝置。本發(fā)明尤其涉及一種觀察系統(tǒng)，其具有圖像處理裝置和圖像顯示裝置，用于精確控制醫(yī)學(xué)工具在一系列血管造影片中的動(dòng)脈中的定位。例如，本發(fā)明可以應(yīng)用于在“經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈血管成形術(shù)”(PTCA)手術(shù)中精確控制支架(stent)在冠狀動(dòng)脈中的定位。
本發(fā)明還涉及一種耦合到這種系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。
背景技術(shù)：
已經(jīng)從Ioannis Kompatsiaris等在IEEE TRANSACTIONS ONMEDICAL IMAGING，VOL.19，No.6，JUNE 2000，pages 652-662上發(fā)表的、題目為“Deformable Boundary Detection of Stents inAngiographic Images”的論文中得知了一種用于從醫(yī)學(xué)圖像中提取支架的方法。這篇論文描述了一種用于在血管造影圖像中檢測(cè)稱為支架的醫(yī)學(xué)工具的應(yīng)變邊界的圖像處理方法。支架是被放置在冠狀動(dòng)脈中以改善出現(xiàn)狹窄的區(qū)域中的血液循環(huán)的手術(shù)用不銹鋼線圈。狹窄(stenosis)是冠狀動(dòng)脈的變窄。當(dāng)在患者的冠狀動(dòng)脈中識(shí)別出狹窄時(shí)，可以建議進(jìn)行經(jīng)皮冠狀冠狀動(dòng)脈血管成形術(shù)(PTCA)。PTCA的基本思想是將具有可膨脹小氣囊的單軌定位在該冠狀動(dòng)脈的變窄部分。該氣囊膨脹以便向外推動(dòng)該變窄冠狀動(dòng)脈的壁。這個(gè)過(guò)程減少了變窄直到它不再妨礙血液流動(dòng)。然后該氣囊被縮小并且從該冠狀動(dòng)脈中去除。為了避免在該冠狀動(dòng)脈的先前狹窄區(qū)域再次發(fā)生再狹窄，在所述過(guò)程之后經(jīng)常會(huì)在所述區(qū)域中進(jìn)行支架植入。使用另一個(gè)氣囊單軌將該支架引入到該冠狀動(dòng)脈中。該支架被緊緊纏繞在附著在該單軌上的該第二氣囊周圍。一旦該頂端帶有第二氣囊的單軌被定位在該冠狀動(dòng)脈的所述區(qū)域中，就使該氣囊膨脹。該氣囊的展開導(dǎo)致該支架擴(kuò)展，將其向該冠狀動(dòng)脈壁按壓。然后，該氣囊和單軌被去除，而該支架一旦被擴(kuò)展，就可以認(rèn)為是永久植入物。該支架像腳手架一樣工作，保持該冠狀動(dòng)脈腔打開和允許正常血液流動(dòng)通過(guò)該冠狀動(dòng)脈。支架放置幫助很多患者避免了突發(fā)心臟旁路介入(emergency heart bypassintervention)和/或心臟病發(fā)作。
在該引用的論文中公開的方法主要是針對(duì)在血管造影圖像中展開支架后該支架的可視。它包括步驟構(gòu)造支架的3D模型；使用透視規(guī)則得到一組2D模型；將所述2D模型與訓(xùn)練階段中的真實(shí)血管造影圖像相匹配；使用該組2D模型和最大似然準(zhǔn)則在血管造影圖像中粗略檢測(cè)支架；使用主動(dòng)輪廓模型細(xì)化該粗略檢測(cè)支架的邊界。
所述方法的缺點(diǎn)在于，對(duì)于在支架植入的介入狀態(tài)中的一系列圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的計(jì)算負(fù)載太大。另一個(gè)缺點(diǎn)是，它不提供支架植入現(xiàn)在所需的健壯性和精確性，如在支架定位的控制步驟中所檢驗(yàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
該動(dòng)脈壁、導(dǎo)線和支架主要是可以無(wú)線電穿透的。造影劑可以通過(guò)冠狀動(dòng)脈散播以便顯示和定位該冠狀動(dòng)脈的變窄部分。當(dāng)使用時(shí)，必須在非常短的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)引入僅僅非常少量造影劑，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)患者產(chǎn)生毒性。所以，使用造影劑僅在大約12秒內(nèi)提供該動(dòng)脈的改善的顯示。此外，該造影劑不能夠改善該氣囊或支架的可視性。
事實(shí)上，由于成像的不利條件，該定位支架的步驟是非常困難的步驟。醫(yī)生只能在屏幕上遵循該介入(intervention)，因?yàn)樵谠摻槿胫?，患者的胸廓不是打開的。用于血管成形術(shù)的導(dǎo)線一般是通過(guò)股動(dòng)脈中的開口而引入，并且通過(guò)主動(dòng)脈朝著心門(左心室)推進(jìn)直到該主動(dòng)脈交叉(aortic cross)。越過(guò)該主動(dòng)脈交叉，該導(dǎo)線被引入到被診斷為發(fā)生狹窄的冠狀動(dòng)脈中。該導(dǎo)線被用于將配備有氣囊或纏繞在氣囊周圍的支架的單軌引入到該變窄冠狀動(dòng)脈中。在噪聲熒光圖像中不僅能觀察到該單軌、氣囊、支架和變窄動(dòng)脈壁，而且它們顯示了使得其顯示非常困難的射線照片低對(duì)比度。此外，在該血管成形術(shù)介入期間，該僅配備有氣囊或者配備有氣囊和支架的單軌相對(duì)于該冠狀動(dòng)脈移動(dòng)，該冠狀動(dòng)脈在心臟脈沖的作用下移動(dòng)，并且是在受到患者呼吸和心臟跳動(dòng)作用下移動(dòng)的背景中看到所述冠狀動(dòng)脈。這些移動(dòng)使得該氣囊和支架這些熒光圖像中的關(guān)注對(duì)象(OI)的識(shí)別和定位變得更難實(shí)現(xiàn)。而且，這些移動(dòng)使得縮放無(wú)效，因?yàn)樵撽P(guān)注對(duì)象會(huì)跑出該縮放圖像幀。
因此，本發(fā)明的目的是提出一種成像系統(tǒng)，具有基于氣囊檢測(cè)而自動(dòng)限定關(guān)注區(qū)域(ROI)的自動(dòng)圖像處理裝置，以便減少用戶與觀察系統(tǒng)的交互，從而減少了PTCA時(shí)長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具有如權(quán)利要求1所述裝置的成像系統(tǒng)解決了這個(gè)問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的是提出這樣一種成像系統(tǒng)，具有用于配準(zhǔn)(registration)和增強(qiáng)該自動(dòng)ROI中的關(guān)注對(duì)象(OI)的自動(dòng)圖像處理裝置，以便在PTCA期間改進(jìn)支架定位和支架擴(kuò)展的檢測(cè)，如使用支架控制裝置進(jìn)一步檢驗(yàn)的。本發(fā)明的該處理裝置可以在PTCA期間在線即實(shí)時(shí)應(yīng)用，或者在工作站上離線應(yīng)用。該成像系統(tǒng)的特定實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。進(jìn)一步限定了在該系統(tǒng)中使用的成像處理方法，用于實(shí)施該方法步驟的程序產(chǎn)品，和用于幫助顯示介入的檢驗(yàn)設(shè)備。


下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1A和1B是該系統(tǒng)的裝置的功能性框圖；圖2A-2D示出了標(biāo)記配準(zhǔn)；圖3示出了用于標(biāo)記配準(zhǔn)的操作；圖4A-4C示出了在“氣囊序列”中顯示的信息；圖5A-5C示出了在“支架序列”中顯示的信息；圖6A示出了沒(méi)有“支架提高(Stent Boosting)”的支架顯示圖像，圖6B示出了在自動(dòng)限定的ROI中經(jīng)過(guò)“支架提高”處理的支架圖像；圖7A示出了氣囊序列中的一個(gè)典型幀；圖7B是一個(gè)幀，示出了判定在“氣囊序列”中的多個(gè)幀之外的像素方式的最小區(qū)域，指示了適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)ROI，用虛線正方形表示；圖8是使用所述系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的功能性框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)，具有圖像處理裝置，用于基于圖像中結(jié)構(gòu)的自動(dòng)檢測(cè)而獲得噪聲圖像和在該序列的圖像中在線或離線自動(dòng)限定ROI。
本發(fā)明還涉及將該自動(dòng)ROI應(yīng)用到基于該ROI的特定結(jié)構(gòu)顯示而配準(zhǔn)關(guān)注區(qū)域的圖像處理裝置。本發(fā)明還涉及將該配準(zhǔn)的自動(dòng)ROI應(yīng)用到圖像處理裝置以加強(qiáng)和偶爾縮放ROI中的關(guān)注對(duì)象。該圖像處理裝置可以被離線應(yīng)用。下面通過(guò)心臟病醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的例子來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的觀察系統(tǒng)和圖像處理方法。在該應(yīng)用中，關(guān)注對(duì)象(OI)是在冠狀動(dòng)脈變窄區(qū)域中的支架植入工具例如氣囊、氣囊標(biāo)記或支架。在稱為經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈血管成形術(shù)(PTCA)的醫(yī)學(xué)介入期間，使用低x射線劑量在稱為血管造影片的x射線熒光圖像序列中觀察它們，其圖像被噪音嚴(yán)重干擾。實(shí)際上，在x射線應(yīng)用的短時(shí)間持續(xù)期間，在多個(gè)短序列中記錄PTCA，以便減少患者的輻射以及醫(yī)生的輻射。
該觀察系統(tǒng)的用戶可以有在PTCA的每個(gè)階段干預(yù)該觀察系統(tǒng)的能力。如圖8所示，用戶有他的處理控制裝置68，以激活和控制該圖像處理裝置。這些控制裝置包括使用戶可以控制該處理操作的持續(xù)時(shí)間的啟動(dòng)和停止裝置該處理裝置是用戶激活的，而不移動(dòng)該工具或多個(gè)工具。本發(fā)明的一個(gè)目的是減少用戶交互的數(shù)量以便減少PTCA的持續(xù)時(shí)間。
如圖1A所示，在PTCA的第一階段，記錄在圖像10的第一序列中，即是指“氣囊序列”，在步驟11將附著到第一引導(dǎo)單軌的第一氣囊定位在冠狀動(dòng)脈中。在該圖像中用ROI表示的關(guān)注區(qū)域必須被自動(dòng)限定。實(shí)際上，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供自動(dòng)裝置以避免由用戶限定ROI的交互步驟。ROI限定裝置包括用于檢測(cè)與該單軌相關(guān)的或多或少無(wú)線電透過(guò)的氣囊。在氣囊擴(kuò)張階段11，在未配準(zhǔn)的圖像中執(zhí)行該氣囊的檢測(cè)，被記錄在包括至少一個(gè)圖像的第一圖像陣列10中，稱為“氣囊序列”。
該氣囊可以被直接檢測(cè)。但是優(yōu)選地，在該階段用于氣囊膨脹11的材料是造影劑。該氣囊的外皮限制了造影劑擴(kuò)散，從而所述造影劑不會(huì)灌注到該冠狀動(dòng)脈中。該通過(guò)使用造影劑膨脹的氣囊是不透過(guò)無(wú)線電的，因此在檢測(cè)時(shí)比沒(méi)有造影劑的氣囊更容易被確切識(shí)別和定位。當(dāng)它在不同運(yùn)動(dòng)源的作用下移動(dòng)時(shí)，該具有造影劑的氣囊會(huì)比沒(méi)有造影劑的氣囊更容易檢測(cè)。在該氣囊膨脹階段，關(guān)注區(qū)域(ROI)1被限制到該被檢測(cè)氣囊周圍的限制區(qū)域，從而可以在12中自動(dòng)估計(jì)。該ROI通過(guò)坐標(biāo)限定并且被存儲(chǔ)以備進(jìn)一步使用。
在進(jìn)一步的支架植入階段，記錄在第二序列圖像20中，稱為“支架序列”，現(xiàn)在在步驟21中，在冠狀動(dòng)脈中定位被支架纏繞的第二氣囊。在預(yù)先在“氣囊序列”10中限定的自動(dòng)ROI 1中檢查該第二氣囊的地帶。
如圖1B所示，查找通常被設(shè)置在該氣囊每個(gè)末端的氣囊標(biāo)記。它們是用于ROI配準(zhǔn)的關(guān)注區(qū)域。這些氣囊標(biāo)記看起來(lái)好像無(wú)線電不透過(guò)的小斑點(diǎn)。
ROI確定的重要性在于，在該ROI中比在整個(gè)圖像中更容易識(shí)別實(shí)際的氣囊標(biāo)記。因?yàn)樵摎饽覙?biāo)記與或多或少透過(guò)無(wú)線電的氣囊相關(guān)聯(lián)，所以在整個(gè)圖像中，所述氣囊標(biāo)記會(huì)由于這些噪音嚴(yán)重的熒光圖像中很多背景細(xì)節(jié)而誤識(shí)。相反，根據(jù)本發(fā)明對(duì)于ROI的限定使得消除了由未配準(zhǔn)圖像中現(xiàn)在位于ROI外部的其他斑點(diǎn)組成的錯(cuò)誤警報(bào)。該ROI中的小斑點(diǎn)可以被清楚識(shí)別為氣囊標(biāo)記和明確提取。
在“支架序列”20中，該被檢測(cè)的氣囊標(biāo)記被配準(zhǔn)在ROI中，其允許基于氣囊標(biāo)記配準(zhǔn)而配準(zhǔn)該關(guān)注對(duì)象。然后，用于濾波該背景以及增強(qiáng)和偶爾縮放關(guān)注對(duì)象的、被稱為“支架提高”裝置22-25的圖像處理裝置，被應(yīng)用到該配準(zhǔn)的支架序列，其使得可以準(zhǔn)確定位該支架，如在支架定位和擴(kuò)展的“結(jié)果控制”過(guò)程30中所檢驗(yàn)的。
如圖1B所示，根據(jù)本發(fā)明，不通過(guò)用戶的交互操作來(lái)執(zhí)行ROI的確定。相反，為了向用戶提供改進(jìn)的輔助，以及為了減少PTCA的持續(xù)時(shí)間，本發(fā)明的系統(tǒng)具有用于自動(dòng)限定ROI的裝置12，從而避免了所述交互步驟。該ROI的自動(dòng)檢測(cè)是基于先前在氣囊膨脹階段11中對(duì)于“氣囊序列”10中的具有造影劑的無(wú)線電透過(guò)氣囊的自動(dòng)檢測(cè)。一旦該氣囊被識(shí)別，就自動(dòng)地限定該ROI而不需要用戶的輔助。所述ROI由坐標(biāo)限定。該ROI被限定為包括至少在一幀或者優(yōu)選為多幀中的被檢測(cè)氣囊的最小地帶。該ROI被記錄和存儲(chǔ)并且在“支架序列”20中進(jìn)一步使用。
在“支架序列”20中，該處理裝置包括ROI配準(zhǔn)裝置21、22、23。在該ROI中，在步驟21中該氣囊仍然是縮小的，在步驟22，在當(dāng)前傳送到該“支架序列”的原始圖像中的限制的ROI中查找氣囊標(biāo)記的位置。它利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即在配準(zhǔn)該序列的圖像之前，該氣囊標(biāo)記緊密相關(guān)地一起移動(dòng)，這是因?yàn)樗鼈兌几街皆摎饽疑稀＿@是一個(gè)在該小ROI中識(shí)別氣囊標(biāo)記的線索。在步驟23，相對(duì)于該ROI邊界提取和配準(zhǔn)該氣囊標(biāo)記。從而，可以在ROI中配準(zhǔn)關(guān)注對(duì)象(OI)例如該氣囊和支架，然后對(duì)其進(jìn)行空間和時(shí)間濾波以及進(jìn)一步的增強(qiáng)和偶爾縮放。
在本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)中，該系統(tǒng)提供了消除了氣囊標(biāo)記檢測(cè)的不準(zhǔn)確性，否則將有大約10％的錯(cuò)誤警報(bào)；在PTCA期間準(zhǔn)確和健壯的支架定位和展開結(jié)果，如“結(jié)果控制”30中所檢驗(yàn)的；不需要用戶交互的ROI自動(dòng)限定，減少了PTCA的時(shí)間持續(xù)和增加了用戶的舒適度。
所以，PTCA通常包括用于在稱為狹窄的損害位置擴(kuò)大冠狀動(dòng)脈的多個(gè)階段，以下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明參照?qǐng)D4A，使用導(dǎo)管39將窄導(dǎo)線31引入到冠狀動(dòng)脈41中，其延伸越過(guò)導(dǎo)管39的末端，并且穿過(guò)該狹窄位置處的冠狀動(dòng)脈部分40的狹小內(nèi)腔。
參照?qǐng)D4B，引入由所述導(dǎo)線31引導(dǎo)的第一單軌50a，其穿過(guò)單軌50a的開口，并且具有纏繞在其末端周圍的第一氣囊54a，沒(méi)有支架；并且將所述第一氣囊54a定位在狹窄位置處的冠狀動(dòng)脈部分40。
參照?qǐng)D4C，該第一氣囊54a膨脹，用于在該狹窄位置處擴(kuò)展冠狀動(dòng)脈41的狹窄內(nèi)腔40；然后利用該第一單軌50a去除該第一氣囊54a。該第一氣囊通過(guò)使用造影劑膨脹。
本發(fā)明的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)具有用于在階段a)-c)期間記錄圖像的記錄裝置，從而形成稱為“氣囊序列”10的第一圖像序列，如圖1A和圖1B所示。在圖1A所示的“氣囊序列”10中，步驟c)對(duì)應(yīng)于模塊11。
記錄在“氣囊序列”中的PTCA步驟如下所示參照?qǐng)D5A，再次使用導(dǎo)管39和窄導(dǎo)線31，引入具有纏繞在其末端的第二氣囊54b和在該第二氣囊54b周圍的支架55的第二單軌50b；和將所述具有支架的第二氣囊定位在冠狀動(dòng)脈41的先前擴(kuò)展的內(nèi)腔40中的狹窄位置。
參照?qǐng)D5B，膨脹第二氣囊54b以擴(kuò)展形成支架55的線圈，其變成內(nèi)嵌在該冠狀動(dòng)脈壁中。
在支架擴(kuò)展之后，該導(dǎo)管可以被保持在該支架內(nèi)的穩(wěn)定位置，并且具有縮小的氣囊，在稱為“結(jié)果控制序列”的圖像序列采集期間，進(jìn)一步用于執(zhí)行該支架植入的“結(jié)果控制”30。
參照?qǐng)D5C，在支架擴(kuò)展之后，將該擴(kuò)展的支架55視為永久植入物，去除該第二氣囊54b，第二單軌50b，導(dǎo)線31和導(dǎo)管39。
然后，該“結(jié)果控制序列”可以被傳輸?shù)骄哂杏糜陲@示圖像的監(jiān)視器屏幕的工作站。該工作站具有用于離線處理的圖像處理裝置。
因此，本發(fā)明的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)具有用于在階段d)-g)期間記錄和存儲(chǔ)圖像的記錄裝置，從而形成稱為“支架序列”20的第二圖像序列，如圖1A和1B所示。在圖1A所示的“支架序列”20中，步驟d)對(duì)應(yīng)于模塊21。
在PTCA期間，該圖像可以被直接在線處理和顯示，或者例如可以對(duì)于“結(jié)果控制”30離線處理和顯示這些圖像。
由于嚴(yán)重對(duì)比的醫(yī)學(xué)圖像，該稱為PTCA的醫(yī)學(xué)介入很難進(jìn)行，其中在該熒光圖像的噪聲背景中幾乎不能區(qū)別該實(shí)際上可以無(wú)線電透過(guò)的導(dǎo)線、氣囊、支架和冠狀動(dòng)脈壁，并且還受到運(yùn)動(dòng)的影響。
因而，PTCA的一個(gè)關(guān)鍵步驟是用于改善在變窄冠狀動(dòng)脈中的支架定位和在動(dòng)脈壁中的支架擴(kuò)展。迫切的臨床問(wèn)題與支架的不適當(dāng)放置或擴(kuò)展相關(guān)。不適當(dāng)定位或擴(kuò)展的支架會(huì)局部地破壞血液流動(dòng)和導(dǎo)致血栓形成。血管成形術(shù)的替換選擇是用于橋接動(dòng)脈變窄部分的嚴(yán)重介入。該嚴(yán)重介入包括打開患者的胸廓，這樣會(huì)遺留比PTCA介入更多得多的后果。
因此，設(shè)置圖像處理裝置以改善該醫(yī)學(xué)工具在PTCA所有階段的可視顯示是很重要的。而且，重要的是要減少PTCA的持續(xù)時(shí)間以減少患者和醫(yī)生的輻射。此外，重要的是要設(shè)置用于執(zhí)行對(duì)支架定位進(jìn)行精確結(jié)果控制的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，如圖1A和1B所示裝置22-25的稱為“支架提高”的圖像處理裝置，用于改善在稱為“支架序列”20的第二圖像序列和/或“結(jié)果控制序列”30中所示的階段中的醫(yī)學(xué)工具可視顯示。該圖像處理裝置可以在線應(yīng)用以在稱為“支架序列”20的第二圖像序列中進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理?；蛘咴搱D像處理裝置可以離線應(yīng)用以進(jìn)行“結(jié)果控制”30。
圖6A示出了在原始支架圖像中的支架，即沒(méi)有“支架提高”，而圖6B示出了被“支架提高”增強(qiáng)的支架圖像的圖像?？梢钥闯?，“支架提高”大大增強(qiáng)了支架邊緣和改善了支架可視性。
術(shù)語(yǔ)“支架提高”是指特征增強(qiáng)的圖像處理裝置，用于在上述支架圖像序列中執(zhí)行PTCA的步驟d)、e)或結(jié)果控制f)。該“支架提高”圖像處理裝置可以有利地實(shí)時(shí)工作，直接應(yīng)用到在PTCA期間使用的系統(tǒng)中，以便在線改善“支架序列”圖像中的特征顯示或者仍然在線地對(duì)“結(jié)果控制”序列的圖像進(jìn)行處理。相反，該“支架提高”圖像處理裝置可以使用工作站離線應(yīng)用以進(jìn)行“結(jié)果控制”。
在“支架序列”或“結(jié)果控制序列”中，如圖1B所示，該圖像處理裝置包括用于氣囊標(biāo)記配準(zhǔn)的配準(zhǔn)裝置，包括用于氣囊標(biāo)記定位的裝置，如圖1B的裝置22所示該支架提高裝置首先包括用于在“支架序列”10的幀中自動(dòng)識(shí)別兩個(gè)不透過(guò)無(wú)線電的標(biāo)記的提取裝置。該標(biāo)記51b、52b是在用于放置支架55的導(dǎo)管50b上。
用于氣囊標(biāo)記配準(zhǔn)的裝置，如圖1B的裝置23所示該圖像處理裝置在監(jiān)視器屏幕中心凍結(jié)該標(biāo)記相對(duì)彼此在該圖像序列每一幀中的位置和方向，并且將該標(biāo)記的位置例如與它們?cè)诘谝粠械奈恢闷ヅ洹?br> 如圖2A、2B、2C、2D和圖3所示，該圖像配準(zhǔn)包括三個(gè)基本操作為轉(zhuǎn)換T，旋轉(zhuǎn)R，和擴(kuò)張或縮減Δ。從而也凍結(jié)了該具有相對(duì)于該標(biāo)記的固定位置的直接環(huán)境，包括該支架。然而該例如由于心臟和呼吸而逐幀移動(dòng)的背景沒(méi)有被凍結(jié)。因此背景模糊的。
圖3示出了在圖2A所示的第一圖像中檢測(cè)的標(biāo)記位置A1、A2，和在第二圖像中檢測(cè)的標(biāo)記位置B1、B2。轉(zhuǎn)換T將B1B2的中心CB移動(dòng)到A1A2的中心CA，從而得到新位置B′1B′2，如圖2B所示。旋轉(zhuǎn)R使得B′1B′2的軸與A1A2的軸一致，從而得到新位置B″1B″2，如圖2C所示。然后擴(kuò)張或縮減Δ配準(zhǔn)在位置A1A2的標(biāo)記，如圖2D所示。
因此該凍結(jié)幀的平均導(dǎo)致了該標(biāo)記的環(huán)境以及進(jìn)而導(dǎo)致支架55的更加增強(qiáng)的對(duì)比度，同時(shí)在該背景中的周圍區(qū)域的所有結(jié)構(gòu)和噪聲被消除，并導(dǎo)致了對(duì)比度損失。這樣，就更增強(qiáng)了支架的可視性。在圖6B中可以看到增強(qiáng)的支架的例子。
如果“支架提高”裝置被應(yīng)用到該圖像而沒(méi)有特定條件，那么所述裝置就顯示出了缺點(diǎn)該缺點(diǎn)是，僅僅支架提高是不完全健壯的，從而不是完全自動(dòng)化的。在將支架提高圖像處理裝置應(yīng)用到支架圖像的大數(shù)據(jù)庫(kù)期間，觀察到有一定百分比(5-10％)的標(biāo)記被不正確地檢測(cè)。因?yàn)橹Ъ芴岣弑粦?yīng)用到配準(zhǔn)的圖像中，該配準(zhǔn)是基于標(biāo)記檢測(cè)的，所以支架提高裝置會(huì)提供被錯(cuò)誤增強(qiáng)的支架圖像。
不良支架提高生成圖像的一個(gè)原因是，由于用于配準(zhǔn)的參照的氣囊標(biāo)記的誤檢測(cè)。代替正確的氣囊標(biāo)記，在原始支架圖像中，在實(shí)際氣囊標(biāo)記鄰近的寄生的標(biāo)記狀對(duì)象例如縫線、ECG標(biāo)記等會(huì)被誤識(shí)為正確的氣囊標(biāo)記。
為了增加標(biāo)記提取裝置的可靠性，在圖像的原始支架序列中畫出關(guān)注區(qū)域(ROI)。該ROI必須以這種方式畫出，以使得不相關(guān)的寄生對(duì)象在該ROI的外部。該ROI在支架提高應(yīng)用中是極為重要的，以便徹底減少在標(biāo)記提取期間錯(cuò)誤警報(bào)的數(shù)量，從而改善了使用標(biāo)記位置的配準(zhǔn)裝置的結(jié)果。如果該圖像處理裝置需要明確的用戶交互，那么在ROI畫出階段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)缺點(diǎn)即用戶使用交互繪圖裝置來(lái)畫出所述的ROI。
可以通過(guò)使用在激活實(shí)際的支架提高裝置之前自動(dòng)查找限制的ROI的裝置來(lái)避免該缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，ROI的自動(dòng)限定是基于在氣囊膨脹階段對(duì)氣囊的自動(dòng)檢測(cè)。該自動(dòng)查找限制的ROI的基本思想是使用膨脹的“氣囊序列”的圖像，其總是在“支架序列”的圖像或“結(jié)果控制”序列的圖像的記錄之前被記錄，因?yàn)獒t(yī)生需要看到該氣囊擴(kuò)展，以檢驗(yàn)該狹窄是否被正確地?cái)U(kuò)張。記錄和存儲(chǔ)該“氣囊序列”的圖像是PTCA期間的常用程式。
在記錄和存儲(chǔ)該“氣囊序列”的步驟期間，檢測(cè)該第一氣囊54a。為了該檢測(cè)，第一氣囊54a優(yōu)選地通過(guò)使用造影劑膨脹，從而非常容易看到。如圖7A所示，它看起來(lái)像是圖像中的大的、對(duì)比明顯的黑色對(duì)象。因?yàn)樵摗皻饽倚蛄小钡膱D像通常被記錄在與“支架序列”的隨后圖像完全相同的投影(projection)中，其中該第二氣囊54b當(dāng)前是縮小的并且位于該支架內(nèi)，如圖5A所示，所以如在“氣囊序列”中所看到的，基于該第一氣囊54a的位置對(duì)于ROI的自動(dòng)確定是可行的，并且得到了適于“支架提高”的ROI，如圖7B所示。在該實(shí)際“支架序列”中的氣囊標(biāo)記51b、52b將位于與“氣囊序列”中的膨脹氣囊的氣囊標(biāo)記51a、52a相同的位置，假定操作者不改變患者平臺(tái)在之間的位置。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使當(dāng)被對(duì)比產(chǎn)品(contrast product)包圍時(shí)，也可以檢測(cè)標(biāo)記。因而，能夠保持跟蹤潛在的標(biāo)記對(duì)候選(markercouple candidate)和到處查找用于氣囊檢測(cè)的那些候選。標(biāo)記對(duì)候選檢測(cè)和那些對(duì)周圍的氣囊檢測(cè)的組合應(yīng)當(dāng)能夠得到健壯的氣囊檢測(cè)。
圖1A是本發(fā)明所提出裝置的圖示。首先通過(guò)利用預(yù)先記錄的“氣囊序列”10的圖像在使用造影劑的第一階段氣囊膨脹11期間來(lái)估計(jì)ROI。再次要注意的是，該造影劑被通過(guò)單軌50a引入并且限制到氣囊54a。該造影劑被灌注到患者的冠狀動(dòng)脈中。ROI 1現(xiàn)在是用于“支架提高”處理裝置24的自動(dòng)輸入，如圖1B所示。“支架提高”的可能的過(guò)程通過(guò)圖1A中的裝置22-25表示。該ROI自動(dòng)確定的過(guò)程可以使用氣囊54b膨脹的步驟e)而被直接應(yīng)用到“支架序列”。在這個(gè)直接過(guò)程中，氣囊54b通過(guò)使用造影劑膨脹，并且用于限定ROI，代替了在“氣囊序列”的步驟c)中的氣囊54a。
圖7A示出了在支架放置期間氣囊序列中的一個(gè)典型幀。該氣囊標(biāo)記是支架提高中的重要特征，與該膨脹的氣囊一起可見。圖7B示出了表示在“氣囊序列”的多個(gè)幀之外的像素方式的最小區(qū)域。該最小示出了在心臟運(yùn)動(dòng)期間該氣囊的位置的合并。該氣囊位置的收集指示了適當(dāng)需要的自動(dòng)ROI，在圖中用虛線正方形表示。
提取裝置解決了在該序列中自動(dòng)和準(zhǔn)確定位氣囊和標(biāo)記的問(wèn)題。一旦使用該自動(dòng)提取裝置確定了該標(biāo)記位置，配準(zhǔn)裝置就基于標(biāo)記位置而提供配準(zhǔn)的序列圖像。然后，增強(qiáng)裝置生成具有增強(qiáng)的關(guān)注對(duì)象例如支架的圖像。縮放裝置，當(dāng)前被應(yīng)用于該配準(zhǔn)圖像中的穩(wěn)定關(guān)注對(duì)象，允許在處理的圖像中對(duì)于具有該工具和血管的關(guān)注區(qū)域的改進(jìn)顯示。
該處理的圖像允許在支架擴(kuò)展之前檢驗(yàn)第二氣囊54b的位置，其中支架55纏繞在其周圍，并且允許最終檢驗(yàn)該擴(kuò)展的支架。這些圖像處理步驟的結(jié)果還允許在第一氣囊膨脹之后檢驗(yàn)該動(dòng)脈內(nèi)腔的正確擴(kuò)展；并且允許在第二氣囊膨脹之后檢驗(yàn)該支架的正確擴(kuò)展。
在該配準(zhǔn)的“支架序列”中，在ROI中通過(guò)“支架提高”裝置增強(qiáng)該支架。該支架的形狀和尺寸是先驗(yàn)的知識(shí)，其可以被存儲(chǔ)在該系統(tǒng)的存儲(chǔ)器裝置中。該支架的邊界基本上平行于由氣囊標(biāo)記形成的片段中，并且位于與該分段相距可以從該先驗(yàn)知識(shí)得到的一定距離處。所以，可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的該系統(tǒng)的增強(qiáng)裝置來(lái)檢測(cè)、提取和增強(qiáng)這些邊界。該動(dòng)脈壁可以由支架提高以相似的方式檢測(cè)、提取和增強(qiáng)。
該配準(zhǔn)的ROI被濾波以減小噪聲。該系統(tǒng)支架提高裝置可以包括噪聲濾波裝置。在一個(gè)例子中，通過(guò)應(yīng)用到該點(diǎn)的強(qiáng)度的平均裝置來(lái)綜合該配準(zhǔn)的ROI。通過(guò)這種操作，時(shí)間上一致的對(duì)象例如血管的細(xì)節(jié)被增強(qiáng)，而時(shí)間不一致的背景的細(xì)節(jié)被減小。該配準(zhǔn)的圖像還優(yōu)選地被送到支架提高裝置的空間背景減去裝置。背景減去裝置允許消除大的對(duì)比地帶，并且允許再次增強(qiáng)關(guān)注對(duì)象。該增強(qiáng)裝置可以包括空間增強(qiáng)裝置例如隆起(ridge)增強(qiáng)裝置。該增強(qiáng)裝置還可以包括用于增強(qiáng)線條狀結(jié)構(gòu)和模糊背景時(shí)間綜合裝置，或者空間和時(shí)間增強(qiáng)裝置的組合。這些圖像處理步驟的結(jié)果還允許在第二氣囊膨脹之后檢驗(yàn)該支架的正確擴(kuò)展。
用于如上所述系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行圖像處理方法具有在醫(yī)學(xué)介入期間處理數(shù)字圖像序列的步驟，包括自動(dòng)提取氣囊；自動(dòng)確定該標(biāo)記位置；自動(dòng)限定ROI；和處理該圖像以改進(jìn)該支架和/或冠狀動(dòng)脈的可見性。該方法允許在醫(yī)學(xué)介入期間顯示該圖像，以便于用戶使用在自動(dòng)ROI中的標(biāo)記位置信息將該氣囊和支架定位在冠狀動(dòng)脈中的特定位置。
圖8示出了醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備60的示意圖。該設(shè)備具有用于采集圖像序列的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的裝置61，并且耦合到如上所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)63，用于根據(jù)上述處理方法處理這些數(shù)據(jù)。該醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)一般是用于介入室或介入室附近以處理實(shí)時(shí)圖像。本方法的步驟可以應(yīng)用在存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像中，例如用于估計(jì)醫(yī)學(xué)參數(shù)。然后該用于處理被存儲(chǔ)圖像的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)被稱為醫(yī)學(xué)觀察站。該醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備通過(guò)到系統(tǒng)63的連接67提供該圖像數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)將處理過(guò)的圖像數(shù)據(jù)提供到顯示裝置和/或存儲(chǔ)裝置。該顯示裝置64可以是屏幕。該存儲(chǔ)裝置可以是系統(tǒng)63的存儲(chǔ)器MEM。所述存儲(chǔ)裝置可以是替換的外部存儲(chǔ)裝置。該圖像觀察系統(tǒng)63可以包括適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)，或具有電路裝置例如LUT、存儲(chǔ)器、濾波器、邏輯運(yùn)算器的特定目的處理器，其被設(shè)置以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的功能。該系統(tǒng)63還可以包括鍵盤65和鼠標(biāo)66。可以在屏幕上提供圖標(biāo)以便由鼠標(biāo)點(diǎn)擊激活，或者可以在該系統(tǒng)中提供特定的按鈕已構(gòu)成由用戶啟動(dòng)的控制裝置68，用于控制持續(xù)時(shí)間或者在選擇的階段或狀態(tài)停止該系統(tǒng)的處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，用于采集和顯示表示具有氣囊在其中移動(dòng)的動(dòng)脈的醫(yī)學(xué)血管造影片序列，該系統(tǒng)包括處理裝置，其包括用于在氣囊擴(kuò)展階段自動(dòng)提取氣囊圖像數(shù)據(jù)的提取裝置，和基于該擴(kuò)展氣囊圖像數(shù)據(jù)而自動(dòng)限定和存儲(chǔ)關(guān)注區(qū)域(ROI)的坐標(biāo)的計(jì)算裝置，所述關(guān)注區(qū)域被限定在圖像的擴(kuò)展氣囊地帶周圍，用于顯示該圖像的顯示裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，包括處理裝置，其包括用于在使用造影劑作為氣囊擴(kuò)展劑的氣囊擴(kuò)展階段自動(dòng)提取氣囊圖像數(shù)據(jù)的提取裝置，和基于該通過(guò)使用造影劑擴(kuò)展的氣囊的圖像數(shù)據(jù)并且在圖像的擴(kuò)展氣囊地帶周圍自動(dòng)限定和存儲(chǔ)關(guān)注區(qū)域(ROI)的坐標(biāo)的計(jì)算裝置，用于顯示該圖像的顯示裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，其中該氣囊被耦合到氣囊標(biāo)記，包括處理裝置，其包括用于檢測(cè)氣囊標(biāo)記候選的檢測(cè)裝置；用于跟蹤該氣囊標(biāo)記候選并且基于該標(biāo)記候選的位置而在周圍尋找用于進(jìn)一步的氣囊圖像數(shù)據(jù)檢測(cè)的那些候選的檢測(cè)裝置；和用于自動(dòng)提取該檢測(cè)到的氣囊圖像數(shù)據(jù)的提取裝置。
4.如權(quán)利要求1-3中之一所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，包括處理裝置，用于使用先前自動(dòng)限定和存儲(chǔ)的坐標(biāo)以便將先前限定的ROI應(yīng)用到表示氣囊的血管造影片序列，用于提取與該氣囊相關(guān)的氣囊標(biāo)記，和基于該標(biāo)記位置而配準(zhǔn)該ROI。
5.如權(quán)利要求1-3中之一所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，包括處理裝置，用于使用先前自動(dòng)限定和存儲(chǔ)的坐標(biāo)以便將先前限定的ROI應(yīng)用到另一圖像序列，用于在該動(dòng)脈中的支架植入的另一階段中提取與該放氣氣囊相關(guān)的氣囊標(biāo)記，其中支架纏繞在該放氣的氣囊周圍，和用于基于該標(biāo)記位置而配準(zhǔn)該ROI。
6.如權(quán)利要求4或5所述的醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，包括用于增強(qiáng)該支架的處理裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中該增強(qiáng)裝置包括用于增強(qiáng)線條狀結(jié)構(gòu)和模糊背景的隆起增強(qiáng)裝置和時(shí)間綜合裝置。
8.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其中該增強(qiáng)裝置包括用于縮放關(guān)注區(qū)域的縮放裝置。
9.如權(quán)利要求1-8中之一所述的系統(tǒng)，包括用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)待處理序列的處理裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括處理裝置用于存儲(chǔ)在膨脹階段表示氣囊的第一序列以便自動(dòng)限定ROI，和用于顯示表示放氣氣囊的第二序列以便應(yīng)用先前限定的ROI，用于氣囊標(biāo)記檢測(cè)和基于該ROI中的標(biāo)記而進(jìn)行ROI配準(zhǔn)。
11.如權(quán)利要求1-10中之一所述的系統(tǒng)所使用的圖像處理方法。
12.一種包括適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)或特定目的處理器的設(shè)備，具有如權(quán)利要求1-10中之一所述的系統(tǒng)中所使用的配置成處理圖像的電路裝置。
13.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括一組用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-10中之一所述的系統(tǒng)所使用的圖像處理方法的指令。
14.一種醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備，具有用于采集醫(yī)學(xué)圖像序列的裝置，以及具有用于根據(jù)權(quán)利要求1-10而處理和顯示所述圖像序列的系統(tǒng)。
全文摘要
一種醫(yī)學(xué)觀察系統(tǒng)，用于處理和顯示表示在動(dòng)脈中移動(dòng)的氣囊的醫(yī)學(xué)血管造影片序列，該系統(tǒng)包括用于在氣囊擴(kuò)展階段自動(dòng)提取氣囊圖像數(shù)據(jù)的提取裝置，和基于位于該擴(kuò)展氣囊周圍的擴(kuò)展氣囊圖像數(shù)據(jù)而自動(dòng)限定和存儲(chǔ)關(guān)注區(qū)域(ROI)的坐標(biāo)的計(jì)算裝置，和用于顯示該圖像的顯示裝置。造影劑可以用作氣囊擴(kuò)展試劑。該系統(tǒng)可以具有用于檢測(cè)和跟蹤氣囊標(biāo)記的裝置，和用于在周圍尋找用于進(jìn)一步的氣囊圖像數(shù)據(jù)提取的那些標(biāo)記。
文檔編號(hào)A61F2/958GK1950031SQ200580013823
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
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