用於採集和處理檢查對象的圖像數據的方法與流程

2023-05-08 20:05:16

本發明涉及一種用於採集和處理檢查對象的圖像數據的方法。本發明還涉及一種醫學圖像記錄裝置。

背景技術：

在多個醫學手術期間，例如通過c形臂x射線裝置進行手術中成像有利於對手術醫生在其操作中進行支持。然而，在此必須保持能夠接近檢查對象，從而僅能夠進行受限制的成像。此外，應當儘可能減小檢查對象的輻射和造影劑負擔。儘管如此，為了能夠提供最大值的信息，已知的是，採集手術前3d數據組、採集手術中2d圖像數據、將3d數據組與其配準並且顯示3d數據組的對應圖示或者3d數據組的投影與2d圖像數據的疊加。

如果例如通過插入支架移植物來治療腹主動脈瘤，則在手術期間將血管系統的相關部分可視化是有利的。為此，例如可以將在手術前採集的ct血管造影的數據與在治療期間記錄的x射線圖像或透視圖像疊加。對於這種顯示，需要將2d和3d數據組彼此配準，也就是說，轉變到共同的坐標系中。

在使用無造影劑的透視圖像時，最強的對比度通常通過檢查對象的骨骼產生。關於骨骼的數據組的配準至少對於坐標系的初始配準通常就足夠了。然而，對於例如血管(動脈)彼此更準確的配準，這通常不夠，因為血管在不同數據組中的位置由於患者定位或者儀器的引入等由此可能不同。更準確的血管配準可能很大程度上僅通過利用血管造影進行配準來實現，但是其需要造影劑的(重複)給予。為了避免這一點，開發了這樣的配準的改進的方案，其例如基於血管系統本身或者血管系統的鈣化的配準。缺點是這種配準方法一般相對昂貴並且與c形臂ct相關聯，由此由於所需的c形臂旋轉，僅能夠在操作過程中困難地執行。

技術實現要素：

因此，本發明要解決的技術問題是，使得能夠在不進一步給予造影劑的情況下，特別是在透視過程中，通過在手術中採集和處理檢查對象的圖像數據，能夠實現血管(動脈)的已有配準的跟蹤，以便能夠對患者移動進行補償。

本發明的上述技術問題通過根據本發明的方法和根據本發明的x射線裝置來解決。還給出了有利擴展。

上述技術問題通過用於採集和處理檢查對象的圖像數據的方法來解決，該方法包括以下步驟：

-提供描述檢查對象的檢查區域中的骨骼結構的三維骨骼模型和描述檢查區域中的血管系統的三維血管模型，

-利用對於第一和第二圖像記錄相同的圖像幾何結構，記錄檢查區域的二維的第一圖像記錄和二維的第二圖像記錄，其中，在檢查對象的血管系統中的影響圖像記錄的對比度的造影劑的濃度彼此不同的情況下，記錄第一和第二圖像記錄，

-依據第一和第二圖像記錄以及骨骼模型和血管模型，確定描述血管系統相對於骨骼結構的布置的布置信息，

-採集檢查區域的二維的第三圖像記錄，

-確定骨骼模型與第三圖像記錄的骨骼配準，以及

-依據骨骼配準和布置信息，確定血管模型相對於第三圖像記錄的血管配準。

根據本發明提出了，在不同的造影劑濃度下採集檢查區域的第一和第二圖像記錄。如例如在數字減影血管造影中使用的這樣的方法，使得能夠通過第一和第二圖像記錄的相減，提供主要顯示其對比度在給予造影劑時發生改變的區域的減影圖像。可以經由血管系統輸送造影劑，由此減影圖像主要顯示血管系統。在造影劑的濃度較小的情況下、優選在濃度基本為零的情況下記錄的圖像記錄主要顯示檢查對象的骨骼。由此，能夠將具有小造影劑濃度的圖像記錄與骨骼模型配準，並且容易地將減影圖像(或者造影劑圖像)與血管模型配準。根據這些信息，能夠確定描述數據組中的血管系統相對於骨骼結構的不同布置的布置信息。例如當將骨骼模型和血管模型變換到第一和第二圖像記錄的坐標系中時，該布置信息能夠描述骨骼模型相對於血管模型的相對位置。換句話說，通過布置信息根據骨骼模型與二維的圖像記錄的配準，能夠導出血管模型與同一圖像記錄的配準。由此，在採集第三圖像記錄之後，當其對比度受骨骼影響時，也就是說當在圖像記錄的過程中未使用造影劑時，也能夠藉助布置信息確定血管模型相對於圖像記錄的位置。

依據血管配準，能夠顯示血管模型的投影和/或片段圖像。顯示可以如下進行：以與第三圖像記錄疊加的方式顯示投影或片段圖像。第三圖像記錄的採集以及依據各個圖像記錄和布置信息的血管模型的顯示的確定可以重複地執行。這特別是可以在透視過程中進行，其中，通過圖像記錄的高重複率，對於觀察者基本上連續地顯示圖像改變。

根據本發明的方法中的配準可以是剛性配準，然而也可以執行彈性配準。優選選擇造影劑的濃度，使得在第一圖像記錄中濃度基本為零，而在第二圖像記錄中在血管系統中達到預先給定的濃度。

可以分割檢查區域的三維圖像數據組，以提供骨骼模型和血管模型。該圖像數據組特別是可以通過計算機斷層成像設備或者磁共振斷層成像設備採集。優選通過與用來記錄第一和第二圖像記錄的採集裝置不同的另一個採集裝置來記錄三維圖像數據組。為了記錄第一和第二圖像記錄，可以使用使得能夠良好地接近檢查對象的採集裝置，由此能夠在手術中特別好地使用其。用於採集三維圖像數據組的該另一個採集裝置不需要能夠良好地接近檢查對象，因為三維圖像數據組一般在手術前採集。

正好可以通過x射線裝置採集第一和第二以及第三圖像記錄作為x射線圖像。x射線裝置例如可以構造為c形臂x射線裝置。x射線裝置能夠實現相對高頻的成像，從而能夠實現透視、即x射線圖像的連續顯示。此外，x射線裝置能夠相對緊湊地構造，從而使得能夠良好地接近檢查對象。

第三圖像記錄可以以與第一和第二圖像記錄相同的圖像幾何結構來記錄，但是也可以以不同的圖像幾何結構來記錄。例如可以改變記錄角度或者記錄位置。

補充地或者替換地，可以確定第一圖像記錄與骨骼模型的第一中間配準，以及通過從第二圖像記錄中減去第一圖像記錄計算出的減影圖像與血管模型的第二中間配準，據此確定將第一中間配準映射到第二中間配準的變換函數作為布置信息。由此可以利用減影血管造影的原理，來確定減影圖像，該減影圖像由其對比度依據造影劑的濃度而變化的區域主導。其在通過血管系統給予造影劑時映射血管系統。由此能夠實現減影圖像與血管模型的簡單並且魯棒的配準。如果在第一圖像記錄中使用低濃度的造影劑、特別是不使用造影劑，則其由檢查對象的骨骼主導，由此能夠與骨骼模型簡單並且魯棒地配準。如果使用剛性配準，則變換函數可以描述至少一個平移和/或至少一個旋轉。如果使用彈性配準，則還可以通過變換函數描述不同的變形，例如收縮或擴張和/或剪切。

通過將變換函數應用於骨骼配準，可以確定血管配準。變換函數將骨骼模型的2d3d配準映射到血管模型的2d3d配準。骨骼配準是骨骼模型和第三圖像記錄之間的配準。通過應用變換函數，獲得血管模型與第三圖像記錄配準的血管配準。對於第三和隨後進一步的圖像記錄，由此能夠通過與骨骼系統配準和應用變換函數，在無需進一步給予造影劑的情況下，計算與血管模型的配準。

血管模型的顯示在根據本發明的方法的所有實施方式中都可以作為血管模型在第三圖像記錄的圖像平面中的投影來實現，其中，投影方向和/或投影在圖像平面中的位置和/或取向和/或投影的變形依據第三圖像記錄和布置信息來確定。所提及的投影的參數可以依據第三圖像記錄和變換函數、特別是依據血管配準來確定。投影可以以僅顯示血管模型的邊界線的方式進行。替換地，可以顯示血管模型的片段。

除了根據本發明的方法之外，本發明還涉及一種具有採集裝置和控制裝置的醫學圖像記錄裝置，通過所述控制裝置，

-能夠控制所述採集裝置，以利用對於第一和第二圖像記錄相同的圖像幾何結構，採集檢查對象的檢查區域的二維的第一圖像記錄和二維的第二圖像記錄，

-能夠依據第一和第二圖像記錄以及提供的描述檢查區域中的骨骼結構的三維的骨骼模型和提供的描述檢查區域中的血管系統的三維的血管模型，確定描述血管系統相對於骨骼結構的布置的布置信息，

-能夠控制所述採集裝置，以採集檢查區域的第三圖像記錄，

-能夠確定骨骼模型與第三圖像記錄的骨骼配準，並且

-能夠依據骨骼配準和布置信息確定血管模型與第三圖像記錄的血管配準。

醫學圖像記錄裝置能夠利用具有在那裡提及的優點的關於根據本發明的方法說明的特徵來擴展，其中，控制裝置可以相應地提供所需的針對採集裝置和/或顯示裝置的控制功能，並且在對第一和第二圖像記錄以及骨骼模型和血管模型的處理過程中能夠執行所說明的過程。

所說明的用於採集和處理檢查對象的圖像數據的方法和/或所說明的醫學圖像記錄裝置或x射線裝置能夠用於在手術中對血管系統進行成像和可視化。其特別有利地可以在通過插入支架移植物來治療腹主動脈瘤的過程中使用。在此，可以通過檢查對象的腹股溝將導線和導管引入主動脈中，經由其引入至少一個支架移植物、即血管成形術。為了進行充分地固定，支架要儘可能深地放置到健康的血管壁區域中，而不覆蓋重要的血管出口。為此，需要對主動脈的位置進行準確的可視化，這可以通過根據本發明的方法或者通過根據本發明的裝置來實現。

然而，根據本發明的方法或者根據本發明的裝置也可以在神經放射治療、腹部介入放射治療的過程中和/或在主動脈瓣置換的過程中用於進行手術中成像。

根據本發明的電腦程式產品包括程序，並且例如能夠直接加載到圖像記錄裝置的控制裝置的存儲器中，具有程序部件，用於在圖像記錄裝置的控制裝置中執行所述程序時，執行這裡描述的方法的步驟。

根據本發明的電子可讀的數據載體包括在其上存儲的電子可讀的控制信息，所述控制信息至少包括所提及的電腦程式產品，並且被構造為，當在圖像記錄裝置的控制裝置中應用所述數據載體時，執行這裡描述的方法。

附圖說明

本發明的其它優點和細節從下面的實施例和相關聯的附圖中得到。在此：

圖1示意性地示出了根據本發明的方法的實施例的流程圖，

圖2示例性地示出了要採集和處理其圖像數據的檢查區域，以及

圖3示意性地示出了根據本發明的醫學圖像記錄裝置的實施例。

具體實施方式

圖1示出了用於採集和處理檢查對象的圖像數據的方法的實施例，其使得能夠以改善的方式將血管系統可視化、特別是能夠在手術中使用。參考圖2來說明該方法，圖2示出了要採集和處理其圖像數據的檢查區域1。為了清楚起見，僅示出了檢查區域1中的骨骼結構2和血管系統3。例如可以在對腹主動脈瘤、也就是說腹主動脈4的血管瘤進行治療時，將所示出的檢查區域1可視化，以便在將支架移植物插入分叉區域5時對醫生提供可視化反饋。這是有利的，因為血管成形術應當儘可能地伸入分支，以接觸健康的組織，而不阻塞其它血管6。為此，準確的可視化反饋是有利的。

在此，在根據圖1的方法中，應當周期性地採集x射線圖像，以便提供透視，其中，x射線圖像應當與血管模型的投影疊加，以便改善血管系統對於用戶的可採集性。為此，首先，在步驟s1中，通過採集裝置記錄三維圖像數據組。例如可以通過計算機斷層成像設備記錄ct血管造影圖像。在步驟s2和s3中，對三維圖像數據組進行分割，其中，在步驟s2中，分割圖像數據組中的骨骼結構，以便提供三維骨骼模型，而在步驟s3中，分割血管系統，以便提供三維血管模型。在現有技術中，已知多種用於在三維測量數據中分割骨骼結構和/或血管系統的方法。這裡不對其進行詳細說明。

步驟s1至s3可以在手術前執行。接著，可以將患者定位在例如可以經由使得能夠很好地接近患者的c形臂x射線裝置或者其它x射線裝置進行圖像記錄的區域中，從而下面的成像可以在手術中進行。在定位患者之後，在步驟s4中，記錄檢查區域1的二維的第一x射線圖像。隨後，在步驟s5中，將影響x射線圖像的對比度的造影劑引入檢查對象的血管系統4。在步驟s6中，記錄第二x射線圖像，其中，血管系統3中的造影劑的濃度在第二x射線圖像期間大於在第一x射線圖像期間。在步驟s7中，從第二x射線圖像中減去第一x射線圖像，由此提供減影圖像，其主要將對比度隨著濃縮劑的濃度改變的區域可視化。因此，減影圖像主要使血管系統3可視化。

在步驟s8中，確定第一x射線圖像與骨骼模型的第一中間配準，並且在步驟s9中，確定在步驟s7中計算的減影圖像與血管模型的第二中間配準。已知多種方法，用於將二維圖像記錄與三維圖像數據組配準。例如可以相應地識別數據組中的標記並且將標記彼此相關聯，和/或可以使用基於亮度和/或梯度的關聯方法。為了將減影圖像與骨骼模型配準，例如椎骨7適合作為可以彼此相關聯的標記。為了將血管模型與第一x射線圖像配準，例如可以使用血管系統3的分叉處作為標記。

在所示出的方法中，示例性地可以使用剛性配準，其相應地描述將骨骼模型或血管模型變換到第一x射線圖像或者減影圖像所涉及的坐標系、即通過第一和第二x射線圖像的圖像幾何結構確定的坐標系所需的多達三個平移和多達三個旋轉。在所示出的方法的一個擴展方案中，還可以作為第一和第二中間配準確定彈性配準，其中，確定例如描述用於進行配準的骨骼模型或血管模型的收縮、擴張和/或剪切(scherung)的附加配準參數。

在步驟s10中，確定將第一中間配準映射到第二中間配準的變換函數。在剛性配準的情況下，該變換函數對應於多達三個平移和多達三個旋轉的一系列連接，以便彼此轉換通過各個配準描述的坐標系。在彈性配準的情況下，可以設置對應的收縮、擴張等，用於執行該坐標系變換。因為第一和第二中間配準分別顯示與以相同的圖像幾何結構記錄的二維圖像數據的配準，因此變換函數描述一種函數，利用其能夠根據任意的2d3d配準關於骨骼模型確定x射線圖像，關於血管模型確定相關聯的2d3d配準。

在步驟s11中，通過x射線裝置採集檢查區域的第三x射線圖像。在此可以使用與第一和第二x射線圖像相同的圖像幾何結構，但是也可以使用不同的圖像幾何結構。例如，從記錄第一和第二x射線圖像起，可以調整c形臂x射線裝置的記錄角度、可以移動檢查對象、或者可以改變患者臺的臺位置。先前確定的第一和第二中間配準在這種情況下對於第三x射線圖像是不合適的。因此，在步驟s12中，計算第三x射線圖像與骨骼模型的骨骼配準。優選地，在血管系統中的造影劑的濃度小、特別是為零的情況下記錄第三x射線圖像。x射線圖像的對比度在這種情況下由骨骼結構2主導，由此能夠進行簡單並且魯棒的與骨骼模型的配準。

然而，如開頭所說明的，在所示出的方法中，要將血管模型可視化。然而，利用造影劑記錄的x射線圖像與血管模型的重複的直接配準在透視的過程中通常是不可取的並且與患者的負擔相關聯。因為在示例性地示出的方法中，骨骼模型和血管模型由共同的三維圖像數據組產生，因此在假設骨骼和血管的位置相對於彼此不改變的條件下，可以依據三維圖像數據組的坐標系中的血管模型相對於骨骼模型的位置，確定血管系統相對於第三x射線圖像的位置。然而，這種方法是有缺陷的，因為血管系統的至少部分相對於骨骼結構的相對位置在三維圖像數據組的手術前記錄和二維x射線圖像的手術中記錄之間可能已經發生了改變。因此，在所示出的方法中，利用如下事實：可以通過變換函數將骨骼模型所涉及的配準轉換到血管模型所涉及的配準。為此，在步驟s13中，將變換函數應用於骨骼配準，以獲得描述第三x射線圖像與血管模型的配準的血管配準。

在步驟s14中，根據血管配準計算投影參數，該投影參數描述血管模型到與第三x射線圖像的圖像平面相對應的圖像平面中的投影。在步驟s16中，將這樣產生的圖示與第三x射線圖像疊加，並且通過x射線裝置的輸出裝置向用戶顯示。可以周期性地或者在滿足更新條件的情況下，通過從步驟s11開始重複所示出的方法來更新圖像輸出。

也可以在手術中改變血管系統相對於骨骼結構的位置，例如在重新定位患者、患者移動、將儀器引入血管系統等時。因此，可以在進行用戶輸入時、周期性地或者在滿足其它條件時，從步驟s4起重複所述方法，以便重新確定變換函數，由此重新確定在所述方法中確定的描述血管系統相對於骨骼結構的布置的布置信息。

通過所描述的方法，實現了可以對用戶重複地可視化血管系統或者在透視成像的過程中將血管系統連續可視化，其中，僅在要將描述血管系統相對於骨骼結構的布置的布置信息可視化時，需要給予造影劑。因此，可以相對於用於在手術中使用的常見的可視化方法，明顯降低造影劑給予的頻率，由此能夠減輕檢查對象的負擔。

圖3示出了具有c形臂形式的採集裝置9和顯示裝置10的醫學圖像記錄裝置8、即x射線裝置。該x射線裝置被配置用於執行除步驟s5中的造影劑給予之外的、在圖1中示出的方法的方法步驟4-16。為此，該x射線裝置包括控制裝置11，通過其可控制採集裝置9來採集第一、第二和第三x射線圖像。控制裝置還可以減去x射線圖像，以提供減影圖像，並且確定第一和第二中間配準以及骨骼配準。此外，通過控制裝置11可以如前面所述確定變換函數，並且可藉助變換函數確定血管配準。藉助其，可將血管模型投影到第三x射線圖像的圖像平面中。通過控制裝置11，可以將該投影與第三x射線圖像疊加，並且可控制顯示裝置10顯示該疊加。

這裡描述的方法也可以以電腦程式產品的形式存在，當其在控制裝置11上執行時，其在控制裝置11上實現所述方法。還可以存在未示出的電子可讀的數據載體，其上存儲有電子可讀的控制信息，該控制信息至少包括所描述的電腦程式產品，並且被設計為當在圖像記錄裝置8的控制裝置11中應用該數據載體時，執行所描述的方法。

雖然通過優選實施例進一步詳細示出並且描述了本發明，但是本發明不限於所公開的示例，本領域技術人員能夠從中導出其它變形，而不脫離本發明的保護範圍。