專利名稱：提供用于配準的圖像的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于提供將解剖區(qū)域的三維模型與二維投影圖像配準的基準的裝置和方法。
背景技術：
在醫(yī)學圖像配準中，例如，必須在可能于另一時間點拍攝的另一模態(tài)(modality) 圖像的坐標系中變換某種模態(tài)的圖像。為了能夠比較或整合從不同模態(tài)獲得的圖像，配準是必要的。當要將例如由磁共振(MR)或計算機斷層攝影(CT)導出的表示解剖區(qū)域的三維多模態(tài)數據集與實時二維X射線投影圖像(例如用于3D路徑映射(roadmapping))融合時，χ 射線系統(tǒng)(例如C臂χ射線系統(tǒng))的配準幀與三維多模態(tài)數據集的配準幀之間的映射(變換模型)必須是已知的。獲得這種映射的過程被稱為“配準”?？梢允謩拥亍⒒虿捎门錅仕惴ㄗ詣拥貓?zhí)行三維數據集到二維χ射線投影圖像的直接配準。對于利用本配準系統(tǒng)實現的結果而言，仍然希望改善在配準過程中實現的結果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于改進能夠利用配準過程獲得的結果。這一目的是利用根據獨立權利要求所述的裝置和方法實現的。有利的進一步拓展是從屬權利要求的主題。根據本發(fā)明的實施例，提供了一種用于為將解剖區(qū)域的三維模型與二維投影圖像配準提供基準的裝置，其包括用于在周期信號的一個相位導出解剖區(qū)域的三維模型的3D 成像系統(tǒng)；用于導出與3D成像系統(tǒng)重建的解剖區(qū)域交疊的區(qū)域的二維投影圖像的2D成像系統(tǒng)；用于從導出的二維投影圖像中選擇最接近所述相位的投影圖像的子集的預選擇器； 以及通過選取對比度最大的投影圖像從預選投影圖像的子集選擇用于配準的參考圖像的選擇器。對于上述術語“周期信號”而言，應當指出的是其優(yōu)選是心搏周期。然而，其還可以是呼吸周期。在本文中，這種周期信號的“相位”是指周期信號的一次循環(huán)或時段內的特定時間點，并且其優(yōu)選是心臟相位，但也可以是呼吸相位。這一實施例的優(yōu)點在于，參考圖像是用于配準的最佳二維投影圖像，從而獲得配準流程的改進結果。這便于進行對冠狀動脈疾病(CAD)、尤其是用于慢性總閉塞(CTO)的最小介入治療。由于冠狀動脈是可能需要 (自動或手動)配準的最可能的解剖結構，并且這些冠狀動脈因為心臟運動而變形，所以對于配準流程而言有益的是，從最密切匹配三維模型的心臟相位和造影劑量的最大量的χ射線序列中選擇用于配準的圖像，以便使血管樹最大程度地可視化。作為其益處，可以減少在心臟介入流程期間造影劑的使用和輻射劑量。根據另一實施例，該裝置還包括用于檢測所述周期信號的信號監(jiān)測系統(tǒng)；以及用于將所述周期信號的時間位置分配到所述三維模型的相應相位的時間分配器。這提供了如下優(yōu)點可以利用與二維投影圖像序列同時記錄的心搏周期將三維模型和二維投影圖像分配給彼此。根據另一實施例，該裝置還包括用于檢測所述周期信號的信號監(jiān)測系統(tǒng)，其中，基于所述周期信號預期地選通所述2D成像系統(tǒng)，從而在包括所述三維模型相位的特定時間段內獲得所述二維投影圖像。這樣，僅在獲得三維數據集的相位(優(yōu)選為心臟相位)打開 2D成像系統(tǒng)的χ射線。這具有以下優(yōu)點，即節(jié)省了患者的χ射線輻射劑量?！鞍ㄈS模型相位的特定時間段”優(yōu)選是以三維模型的相位作為中心并表現出偏離該中心一定百分比 (假設一個信號周期為百分之一百)的時間段。這種偏離優(yōu)選為百分之十，更優(yōu)選為百分之五，更優(yōu)選為百分之二，最優(yōu)選為百分之一。根據另一實施例，所述選擇器是通過選擇最暗的投影圖像來選擇對比度最大的投影圖像的暗度鑒別器。這提供了一種找到存在最多造影劑的圖像的可靠方法。備選地，所述選擇器是中間定位器，其用于相對于從所導出的二維投影圖像中的第一投影圖像到最后的投影圖像的時間，通過選擇最接近中間的投影圖像來選擇對比度最大的投影圖像。這提供了如下優(yōu)點，即，可以利用最小的硬件性能來選擇對比度最大的圖像。此外，本發(fā)明提供了分別實現上述優(yōu)點的方法的不同實施例。此外，本發(fā)明還利用被布置成執(zhí)行這種方法的裝置以及包括根據上述實施例之一的裝置的X射線系統(tǒng)提供了上述優(yōu)點。參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見并得以闡述。可以將如下內容視為本發(fā)明的發(fā)明點找到最佳二維圖像作為參考圖像，一方面， 該參考圖像對應于三維模型的心臟相位，另一方面，該參考圖像是在存在最多造影劑的時候獲得的，從而確定或改進三維模型與二維投影圖像的配準。


圖1示意性描繪了心電圖(ECG)信號；圖2示出了根據本發(fā)明第一、第二和第三實施例的裝置；以及圖3是圖示了圖2的裝置的功能的流程圖。
具體實施例方式參考圖2，繪示了根據本發(fā)明的第一實施例的裝置。該裝置包括3D成像系統(tǒng)10，用于在靜態(tài)數據集形式的三維模型中重建解剖區(qū)域。3D成像系統(tǒng)10可以是磁共振(MR)、計算機斷層攝影(CT)或超聲系統(tǒng)。然而在這一實施例中，計算機斷層攝影(CT)是優(yōu)選的模態(tài)。 在本實施例中，重建的解剖區(qū)域為心臟；然而，本發(fā)明不限于此。此外，提供了 2D成像系統(tǒng) 11以獲得投影圖像。這種2D成像系統(tǒng)11優(yōu)選是用于實現χ射線投影圖像的系統(tǒng)。此外， 附圖標記12表示用于監(jiān)測心臟周期的心臟監(jiān)測系統(tǒng)12。備選地，監(jiān)測系統(tǒng)12還可以是用于監(jiān)測患者呼吸周期的系統(tǒng)。2D成像系統(tǒng)11和心臟監(jiān)測系統(tǒng)12兩者都經由接口 13彼此連接，這樣能夠允許將2D成像系統(tǒng)11和心臟監(jiān)測系統(tǒng)12的結果相對彼此關聯(lián)起來(根據下文所述的第三實施例，接口 13還具有控制功能)。從接口 13向時間分配器14轉發(fā)這樣實現的結果，時間分配器的輸入端口與接口 13的輸出連接。時間分配器14的另一輸入端口與3D成像系統(tǒng)10連接。時間分配器14適于為2D成像系統(tǒng)11獲得的χ射線投影圖像分配3D成像系統(tǒng)10獲得的三維模型的心臟相位。繼時間分配器14之后，提供了預選擇器 15，用于從2D成像系統(tǒng)11獲得的多幅投影圖像中選擇最接近特定心臟相位的投影圖像的子集。該預選擇器15的輸出端口與選擇器16的輸入端口連接，用于通過選擇對比度最大的投影圖像從預選擇器15轉發(fā)的多幅預選投影圖像中選擇參考圖像。在這一實施例中，選擇器16是暗度鑒別器，用于選擇最暗的投影圖像作為對比度最大的圖像。繼選擇器16之后，提供了配準單元17，其將從3D成像系統(tǒng)10獲得的三維數據集與選擇器16選擇的參考圖像配準。圖3是圖示了圖2的裝置的功能的流程圖。在步驟SlOO中，3D成像系統(tǒng)10獲得心臟的心臟三維模型。在固定的心臟相位(即心搏周期內的特定時間點)重建這一模型。 應當指出的是，本發(fā)明不限于使用所述心臟相位，而僅僅限于周期信號，所述周期信號還可以是呼吸周期。由于心臟冠狀血管的最優(yōu)重建是在心臟幾乎沒有運動時獲得的，所以經常使用舒張期。通?？梢栽赗峰間期的75%處找到舒張期，在圖1中將R峰間期示為兩個R 峰之間的間期。優(yōu)選將在特定心臟相位獲得的三維模型(CT數據集)編碼成DICOM(“醫(yī)學數字成像和通信”)信息。在步驟SlOl中，由2D成像系統(tǒng)11獲得二維χ射線投影圖像的序列。為了接收更好的圖像結果，向患者體內注射造影劑。還是在步驟SlOl中，與此并行地，由心臟監(jiān)測系統(tǒng)12記錄借助接口 13分配給χ射線圖像序列的記波圖(kymogram)。記波圖是可以被描述指示心臟相位的為時間的函數的信號。請參考圖1，其中，圖示了記波圖。 這一記波圖可以是與χ射線圖像序列共同記錄的心電圖(ECG)信號。備選地，也可能構造心臟監(jiān)測系統(tǒng)12，使其分析2D成像系統(tǒng)11獲得的圖像結果，以便直接從圖像導出心搏周期。在這一備選方案中，心臟監(jiān)測系統(tǒng)12直接從隨時間對χ射線圖像內容的分析中提取記波圖，其中，分析了心臟的運動。在這一備選方案中，接口 13將2D成像系統(tǒng)11的結果轉發(fā)至心臟監(jiān)測系統(tǒng)12，心臟監(jiān)測系統(tǒng)12分析這些圖像以便導出記波圖。然后，接口 13合并記波圖和圖像序列并將它們輸出到時間分配器14。從圖1可以看出，可以根據記波圖確定 R峰。R峰對應于動脈搏動，并且因此是心搏周期開始的良好指示。心臟相位通常被表達為兩個相繼R峰之間的間期的分數或百分比。在步驟SlOO中獲得基于CT的心臟三維模型并在步驟SlOl中獲得帶有對應記波圖的X射線投影圖像的序列之后，如下文所述，要將X射線圖像序列與心臟CT模型配準。如上所述，針對特定的心臟相位重建三維模型?，F在，在步驟S102中，由時間分配器14從記波圖收集與這一特定心臟相位對應的時間位置，其中，由于R峰的位置，每個心搏周期的開始是已知的。這提供了一組時間位置。在步驟S103中，然后從χ射線投影圖像的序列預選擇最接近在步驟S102中獲得的時間位置的幀(圖像)。假設第一個幀對應于時間零點，可以通過將個體時間位置乘以幀率并四舍五入成最接近的整數來導出最接近的幀的數目。這樣獲得的預選幀是全部處于正確心臟相位中的若干幀，其也表示三維模型。之后，在步驟S104中，目標是選擇其中存在最多造影劑的幀。根據這一第一實施例，為了選擇具有最多造影劑的幀，選擇器16從若干預選的幀選擇最暗的幀。最暗的幀也是具有最多造影劑的幀這一關系基于這樣的假定造影劑吸收χ射線輻射，并且因此具有最多造影劑的圖像亮度最低。
在后續(xù)步驟S105中，將從3D成像系統(tǒng)10獲得的三維數據集與選擇器16選擇的投影圖像配準。為此目的，在步驟S104中選擇的幀作為配準流程、即將選擇的χ射線投影圖像與來自三維數據集的圖像融合的流程中的參考圖像?？梢允謩拥亍胱詣拥鼗蛉詣拥貓?zhí)行配準。在下文中描述了第二實施例。為了避免重復，僅描述了與第一實施例不同的那些方面。第二實施例僅在如何選擇具有最多造影劑的幀的方式上與第一實施例不同。因此，在第二實施例中，選擇器16為中間定位器，其在步驟S104中基于下述假定選擇最接近 χ射線圖像序列的中間的幀在序列的開始注射造影劑，造影劑流入血管中，并在序列結束時從心臟沖洗除造影劑。在下文中，描述了第三實施例。為了避免重復，僅描述了與第一和第二實施例不同的那些方面。在這一實施例中，接口 13具有根據利用心臟監(jiān)測系統(tǒng)12獲得的記波圖控制2D成像系統(tǒng)11的功能。因此，本實施例與第一和第二實施例的不同在于，僅在重建的心臟的心臟相位記錄步驟SlOl中的X射線投影圖像。為此目的，經由接口 13由記波圖預期地選通 χ射線序列，即，僅在獲得CT數據集的心臟相位打開χ射線。這具有以下優(yōu)點，即節(jié)省了患者的χ射線輻射劑量。在下文中，描述了實際應用的范例。配準三維冠狀動脈數據集允許在從所述數據集分割出的三維冠狀動脈脈管系統(tǒng)上疊加實時X射線圖像流。這對于引導諸如導管的血管內裝置非常有用。尤其是對于冠狀動脈的慢性總閉塞(CTO)而言，這一流程具有很大的臨床益處，因為動脈的閉塞部分實際上在二維X射線圖像中是看不見的，但仍然可以在三維數據集中繪示。在介入式心臟病學的不遠將來，可以預見會越來越多地在CT上執(zhí)行診斷。如上所述將CT數據集與心血管X射線圖像融合將有助于減少心臟介入流程期間造影劑的使用和輻射劑量，并可以通過允許CT數據集和心血管χ射線圖像之間更好的比較來幫助診斷和介入式治療。并且對于血管介入診斷的其他領域而言，CT數據集常常是可用的，并可用于改善血管介入。盡管已經在附圖和上述說明中詳細圖示和描述了本發(fā)明，但是應當將這樣的圖示和說明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的，并非要將本發(fā)明限于所公開的實施例。 “包括” 一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個”不排除復數?？梢酝ㄟ^單個處理器或其他單元實現權利要求中陳述的幾個項目的功能。在互不相同的從屬權利要求中陳述某些措施不表示不能有利地采用這些措施的組合。不應將權利要求中的附圖標記推斷為限制本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于提供將解剖區(qū)域的三維模型與二維投影圖像配準的基準的裝置，包括3D成像系統(tǒng)(10)，其用于在周期信號的一個相位導出解剖區(qū)域的三維模型；2D成像系統(tǒng)(11)，其用于導出與所述3D成像系統(tǒng)重建的所述解剖區(qū)域交疊的區(qū)域的二維投影圖像；預選擇器(15)，其用于從導出的二維投影圖像中選擇最接近所述相位的投影圖像的子集；以及選擇器(16)，其用于通過選取對比度最大的投影圖像從預選投影圖像的子集選擇用于配準的參考圖像。
2.根據權利要求1所述的裝置，還包括信號監(jiān)測系統(tǒng)(12)，其用于檢測所述周期信號；以及時間分配器(14)，其用于向所述三維模型的相應相位分配所述周期信號的時間位置。
3.根據權利要求1所述的裝置，還包括信號監(jiān)測系統(tǒng)(12)，其用于檢測所述周期信號，其中，基于所述周期信號預期地選通所述2D成像系統(tǒng)(11)，以在包括所述三維模型的相位的特定時間內獲得所述二維投影圖像。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中，所述選擇器(16)是暗度鑒別器， 其通過選取最暗的投影圖像來選取對比度最大的投影圖像。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中，所述選擇器(16)是中間定位器， 其用于相對于從所導出的二維投影圖像的第一投影圖像到最后的投影圖像的時間，通過選取最接近中間的投影圖像來選取對比度最大的投影圖像。
6.一種用于提供將解剖區(qū)域的三維模型與二維投影圖像配準的基準的方法，包括以下步驟在周期信號的一個相位導出解剖區(qū)域的三維模型(Sioo)；導出與被重建為所述三維模型的所述解剖區(qū)域交疊的區(qū)域的二維投影圖像(SlOl)；從所導出的二維投影圖像預選(Sl(XB)最接近所述相位的投影圖像的子集；以及通過選取對比度最大的投影圖像中從預選投影圖像的子集選擇(S104)用于配準的參考圖像。
7.根據權利要求6所述的方法，還包括如下步驟檢測(SlOl)所述周期信號；以及為所述三維模型的相應相位分配(S1(^)所述周期信號的時間位置。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括以下步驟檢測(SlOl)所述周期信號；以及基于所述周期信號預期地選通所述2D成像系統(tǒng)(11)，以在包括所述三維模型的相位的特定時間內獲得所述二維投影圖像。
9.根據權利要求6到8中的一項所述的方法，其中，在選擇步驟(S104)中，選取最暗的投影圖像。
10.根據權利要求6到9中的一項所述的方法，其中，在選擇步驟(S104)中，相對于從所導出的二維投影圖像的第一投影圖像到最后的投影圖像的時間，選取最接近中間的投影圖像。
11.根據權利要求6到10中的一項所述的方法，其中，通過將個體時間位置乘以幀率并四舍五入成最接近的整數導出最接近的幀。
12.一種裝置，被布置成執(zhí)行根據權利要求6到11的一項所述的方法。
13.—種χ射線系統(tǒng)，包括根據權利要求1到5之一所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于提供將解剖區(qū)域的三維模型與二維投影圖像配準的基準的裝置和方法，方式如下在周期信號的一個相位導出解剖區(qū)域的三維模型；導出與被重建為所述三維模型的解剖區(qū)域交疊的區(qū)域的二維投影圖像；從導出的二維投影圖像預選最接近所述相位的投影圖像的子集；以及通過選擇對比度最大的投影圖像從預選投影圖像的子集選擇用于配準的參考圖像。
文檔編號G06T3/00GK102224525SQ200980147336
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權日2008年11月25日
發(fā)明者D·S·A·魯伊特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司