專利名稱：射線成像的實時導(dǎo)向輔助系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由圖像支持的導(dǎo)向輔助裝置，用于指定區(qū)域中的器械或設(shè)備。
研究區(qū)域的體積是不受物體的外部或內(nèi)部形狀限制的物體體積，其可以由產(chǎn)生這種體積的任何類型的成像技術(shù)獲得。
實時動態(tài)圖像是從產(chǎn)生這些圖像的任何類型的成像技術(shù)獲得的實時展現(xiàn)的圖像。
器械和設(shè)備是產(chǎn)生實時動態(tài)圖像的成像技術(shù)可見的裝置。
目前，由血管照相輔助的介入射線成像方法用于指定解剖位置的檢查或治療，其與基于2個可能的射線透視模式的平面參考圖像的射線導(dǎo)向系統(tǒng)一起執(zhí)行。
射線透視在重疊模式下將減色(subtracted)或不減色的，帶有反向?qū)Ρ然蚍欠聪驅(qū)Ρ鹊?，事先獲得的或存儲的平面參考圖像疊加在射線透視圖像上，并能夠改變參考圖像的混合百分比。
射線透視在road-map模式下是減色的射線透視。減色的平面圖像在射線透視期間產(chǎn)生，以屏蔽接下來的射線透視。在血管區(qū)域，在減色的圖像產(chǎn)生期間造影劑的注入產(chǎn)生了血管圖像，該圖像作為參考屏蔽用于接下來的射線透視。脈管的不透明圖像從動態(tài)射線透視圖像減色，并能夠與減色的圖像混合各種比例的解剖背景。
射線透視在重疊模式和road-map模式下依靠參考圖像的平面提供了射線導(dǎo)向幫助，也就是，圖像的投影面由支架的位置，解剖區(qū)域，檢查平臺確定，并根據(jù)參考圖像的放大和比例。這些取決于視場的大小和幾何圖形的放大，其中幾何圖像的放大由X射線源到記錄系統(tǒng)的焦距和X射線源與被射線成像的物體之間距離之間的關(guān)系確定。射線透視的這些模式有幾個缺點。
首先，如果在參考圖像的平面，在研究區(qū)域的位置，圖像放大或比例有任何變化，操作者必須在重疊模式的射線透視下獲得和存儲新的參考圖像，或在road-map模式的射線透視下產(chǎn)生新減色的參考圖像。這些操作導(dǎo)致了介入和輻射時間的延長，并且增加了注入造影劑的量。
其次，當(dāng)在重疊模式和road-map模式射線透視下獲取或產(chǎn)生新減色的參考平面時，介入期間在器械和不透射線設(shè)備的顯示平面存在數(shù)據(jù)的損失。在帶有非減色的參考圖像的重疊模式的射線成像情況下，相鄰解剖結(jié)構(gòu)的界定和區(qū)別取決于這些結(jié)構(gòu)之間射線不透性的變化，當(dāng)射線不透性十分近似時可能難以區(qū)分，例如靠近骨結(jié)構(gòu)的不透明血管，腔結(jié)構(gòu)或管道。
重疊模式和road-map模式射線透視提供了基于固定在參考平面上的平面參考圖像的射線導(dǎo)向輔助設(shè)備，該參考平面需要事先獲得或產(chǎn)生。這些參考圖像不提供研究區(qū)域的任何三維信息，研究區(qū)域在這兩種射線透視模式下是限制的。
本發(fā)明的目的是提供一種改進的導(dǎo)向系統(tǒng)。
本發(fā)明包括一種位于研究區(qū)域的導(dǎo)向系統(tǒng)，其被設(shè)計成用于射線成像單元中，其中射線成像單元中包括X射線源，放置在射線源前面的記錄系統(tǒng)，和用于被射線成像的物體的支座。該操方法包括以下的步驟a)在研究區(qū)域中的體積V1圖像上獲取三維數(shù)據(jù)；b)在t時刻計算表示所有或部分體積V1和/或V1的亞體積(sub-volume)的二維投影圖像，其取決于支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)。
c)在t時刻根據(jù)射線透視的給定平面部分可以疊加或減色投影圖像和/或亞體積，其與支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)相關(guān)。
d)顯示由步驟c)得到的圖像和/或體積，和/或投影圖像和/或亞體積。
因此，如果其中一個參數(shù)被修改，該系統(tǒng)實時自動計算新體積和被顯示體積的投影圖像。所以，使用者具有不變的最優(yōu)體積顯示和/或射線成像系統(tǒng)可見的研究區(qū)域體積的投影圖像顯示，沒有任何附加的射線成像或射線透視裝置，從而減少了介入期間產(chǎn)生的輻射量，根據(jù)體積和/或體積投影圖像限定的平面部分，這些輻射來自于引起的體積和/或引起的對應(yīng)參數(shù)射線透視圖像的疊加或減色圖像，這使使用者能夠最優(yōu)化設(shè)備的導(dǎo)向、技術(shù)的控制和技術(shù)性介入的實時測定。
任選地，該系統(tǒng)包括如下附加特征中的至少一個特征步驟b)包括幾個分步驟b1)在射線成像裝置的記錄部分讀出支座位置(x，y，z)，射線源位置(α，β，γ)和記錄裝置位置，視場(FOV)，焦距(DF)和物距(DO)，和b2)根據(jù)這些參數(shù)計算投影圖像和/或亞體積。
步驟b)包括幾個分步驟b1)在射線成像裝置的記錄部分讀出支座位置(x，y，z)，射線源位置(α，β，γ)和記錄裝置位置，b2)根據(jù)這些位置從體積V1計算亞體積V2，b3)在射線成像裝置的記錄部分讀出視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)，b4)基于視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)計算亞體積V2的校正體積V3，和b5)在校正體積V3的基礎(chǔ)上可能計算投影圖像。
校正體積V3根據(jù)幾何放大和取決于視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)的比例來計算。
在步驟b2)中，亞體積V2的投影圖像IP2也根據(jù)這些位置計算。
在步驟b5)中，該投影圖像對應(yīng)于從視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)校正的投影圖像IP2。
該校正由放大幾何函數(shù)計算。
亞體積V2按如下方法計算根據(jù)射線源和記錄裝置的位置(α，β，γ)在體積V1中確定入射軸，其從射線成像裝置中基于該射線成像裝置的等角點的參考點計算；根據(jù)支座的位置(x，y，z)在體積V1中確定亞體積V2的中心；和按照平行于入射軸的重建軸從V1計算和重建亞體積V2。
亞體積V2尺寸nx×ny×nz由操作者限定。
步驟a)包括下面的分步驟a1)在研究區(qū)域獲取截面；a2)以三維體元(voxel)模型形式重建體積V1。
步驟c)包括下面的分步驟c1)在射線成像裝置的記錄部分讀出射線透視圖像；c2)根據(jù)射線透視圖像的給定平面部分在投影圖像和/或亞體積上疊加或減色。
本發(fā)明也包括一種射線成像裝置，該裝置包括X射線源，放置在射線源前面的記錄裝置和支持被研究物體的裝置，其特征在于，三維數(shù)據(jù)獲取裝置與記錄裝置、計算裝置和顯示裝置相連。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將隨后描述。


圖1顯示了本發(fā)明的射線成像裝置(血管照相)中研究區(qū)域的位置。
圖2是本發(fā)明操作過程的邏輯圖。
圖3是圖2各功能的詳細邏輯圖。
圖4a，4b，4c示出了本發(fā)明的操作結(jié)果。
圖5和6示出了根據(jù)射線成像裝置的不同位置，在研究區(qū)域的初始體積基礎(chǔ)上MIP(最大強度投影)中投影圖像的計算。
參照附圖1，下面我們將描述本發(fā)明的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。射線成像裝置100包括支架102和支座105，該支座在這里為平臺，其設(shè)計成用來支撐對象106，例如，在這種情況下，考慮到在特定解剖區(qū)域的介入，病人的頭部通過射線成像裝置100射線成像。由半圓所構(gòu)成的支架102包括，位于一端的X射源104，位于另一端的X射線傳感器103，該傳感器被設(shè)計成用于獲得研究區(qū)域中的射線成像和射線透視圖像，其中研究區(qū)域位于X射線源104所輻射的X射線圓錐區(qū)域109內(nèi)。在工作位置，傳感器103的有效表面位于X射源104的反面。X射線源104和X射線傳感器103彼此間的位置能夠相互靠近或者相互遠離(參考箭頭101)。X射源104和X射線傳感器103的位置由它們之間的距離和物距參數(shù)(DO)表示，其中物距參數(shù)通過帶有專門設(shè)計的記錄裝置的血管照相裝置100(未示出)記錄。
視場是根據(jù)射線裝置100事先確定的，它由參數(shù)(FOV)所確定，該參數(shù)通過帶有專門設(shè)計的記錄裝置(未表示)的血管照相裝置100持續(xù)記錄。
支架102也能夠按照箭頭108所示的三個旋轉(zhuǎn)軸移動。其空間位置通過角度坐標(biāo)(α，β，γ)來表示，這些角度坐標(biāo)通過帶有專門設(shè)計的記錄裝置(未表示)的血管照相裝置100持續(xù)記錄。支座平臺105可以按照箭頭107所示的三個方向移動。平臺105的位置由直角坐標(biāo)(x，y，z)來表示，這些直角坐標(biāo)通過帶有專門設(shè)計的記錄裝置(未表示)的血管照相裝置100持續(xù)記錄。
所有這些參數(shù)、平臺105的直角坐標(biāo)(x，y，z)、支架102的角度坐標(biāo)(α，β，γ)、焦距(DF)、物距(DO)以及在介入期間幾乎一直在被操作員修正的視場(FOV)，將如本發(fā)明所描述的那樣確定操作過程。
定義射線成像裝置100的參考點0是等角點(isocenter)，由穿過形成X射源104的射線發(fā)生管的軸的虛線，和包括用于支架102的兩個不同位置的X射線傳感器103的發(fā)光放大器的中心的交點表示。
支架102的空間坐標(biāo)由角度坐標(biāo)(α，β，γ)決定。等角點0代表射線成像裝置100中支架102的參考點0的位置。原始角度坐標(biāo)(α＝0°，β＝0°，γ＝0°)由垂直位置0°的左右傾斜角度，以及與用來支撐對象106的支撐平臺105有關(guān)的支架102前后(或者顱骨后部或顱蓋部)縱向傾斜限定。
平臺105的空間坐標(biāo)由直角坐標(biāo)(x，y，z)確定。當(dāng)研究區(qū)域的物體106被置于等角點0進行射線成像時，平臺參考點0的位置以及直角坐標(biāo)(x-0，y-0，z-0)取決于平臺105的位置，這將在之后解釋。射線成像裝置100的視場(FOV)參數(shù)取決于射線成像設(shè)備的特性并且優(yōu)先選擇數(shù)值33，22，17和13cm中的一個。視場(FOV)的參考值被用于通過旋轉(zhuǎn)血管照相術(shù)實現(xiàn)圖像采集。
焦距(DF)和物距(DO)的參數(shù)表現(xiàn)了形成X射源104的射線發(fā)生管的軸線上的長度特征，它穿過包括X射線傳感器103的發(fā)光放大器的中心。焦距(DF)和物距(DO)的參考值用來通過旋轉(zhuǎn)血管照相術(shù)實現(xiàn)圖像采集。
參照圖2和圖3，我們將描述此后的操作。在圖2中，根據(jù)本發(fā)明，平臺的輸入欄包括所有由射線成像裝置100所提供的數(shù)據(jù)。該發(fā)明的操作過程顯示在圖2上的操作欄內(nèi)。輸出欄根據(jù)本發(fā)明顯示了反饋給使用者的數(shù)據(jù)。
步驟a)操作過程中，在自身介入以前，在研究區(qū)域采集大量的圖像并且重建三維體積V1。旋轉(zhuǎn)射線照相方法經(jīng)常使用。這種方法在于根據(jù)支架旋轉(zhuǎn)獲取對象106(包括在各種入射角度下可視的研究區(qū)域)的一系列原始平面射線圖像，以用于三維重建。將要重建的研究區(qū)域位于等角點的位置，如圖1所示，為了在各種入射角度下能夠被顯示出來，通過支架在某一給定的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，對象106可以被檢測到一系列所獲取的角度原始圖像II 1-i。這顯示在圖3第一行的前兩個圖像上。在獲取原始圖像II 1-i期間，射線成像裝置100具有如下參數(shù)在支架旋轉(zhuǎn)開始以前預(yù)先限定的各種參數(shù)采集圖像的頻率(FREQ)，視場(FOV)，焦距(DF)，射線成像物體的研究區(qū)域距離X射源104的物距(DO)，由最大旋轉(zhuǎn)角度(ANG-MAX)所表示的支架102旋轉(zhuǎn)范圍，支架102的旋轉(zhuǎn)速度，和支撐平臺105的直角坐標(biāo)(x，y，z)，從而使要射線成像的對象106的研究區(qū)域位于等角點，并且在支架102旋轉(zhuǎn)期間保持在可視圖像區(qū)域。
在支架102旋轉(zhuǎn)期間，用于獲取支架102角度坐標(biāo)(α，β，γ)的可變參數(shù)在旋轉(zhuǎn)平面中改變。
通過不同角度所獲圖像的數(shù)量由支架102的旋轉(zhuǎn)速度和圖像采集頻率(FREQ)決定。所獲圖像的全部數(shù)量i由角度的圖像數(shù)量和支架102的旋轉(zhuǎn)范圍(ANG-MAX)決定。由旋轉(zhuǎn)血管照相探測產(chǎn)生的對象研究區(qū)域中不同入射的角度原始投影圖像II 1-i垂直于支架102的旋轉(zhuǎn)平面是可視的，不同的入射取決于支架102在旋轉(zhuǎn)期間的位置，因此有可能獲得在不同視覺角度下的圖像。
于是，接下來的步驟中，所有的角度原始圖像II 1-i轉(zhuǎn)換為軸向的原始圖像IX 1-j。由于三維重建，通過支架102旋轉(zhuǎn)獲得包括研究區(qū)域的對象106的各種入射的角度原始投影圖像II 1-i，在軸向投影IX 1-j中對其進行重新計算并且重建，以獲得一系列沿預(yù)定軸的圖像，以用于三維重建，選擇一系列對應(yīng)于研究區(qū)域的圖像I 1-k(k的范圍從1到j(luò))以后，考慮所有或部分IX 1-j圖像。這些操作由射線成像裝置100直接實現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)血管照相所有的軸向原始圖像I 1-k按照本發(fā)明的操作過程獲得。(箭頭1，圖2)帶有射線成像裝置100的記錄裝置，在那里它們被保存下來。為了重建函數(shù)F1，軸向的原始圖像被用來輸入數(shù)據(jù)II 1-k(箭頭2)。函數(shù)F1被用來實現(xiàn)三維重建，以在輸入軸向原始圖像II 1-k數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲得對象106研究區(qū)域的體積。體積V1，對應(yīng)于函數(shù)F1(箭頭3)的輸出數(shù)據(jù)，包括幾個體元(voxels)。
體元(voxel)是對應(yīng)三維空間最小元素的體積單位，呈現(xiàn)個體特性，比如顏色或亮度。體元代表“體積的單元元素”。三維空間可分為基本的立方體，每一對象通過立方體來加以描述。體積V1是由1體元乘以h體元乘以p體元所構(gòu)成的三維模型。代表體積V1的該三維模型是本發(fā)明的步驟a)得到的結(jié)論。
給病人進行手術(shù)時，接下來的步驟b)，c)和d)在病人手術(shù)前優(yōu)先執(zhí)行。
發(fā)明的操作過程的第二個步驟對應(yīng)于步驟b)并且包含著分步驟bF2)以及F3)，對應(yīng)著今后所描述的F2和F3。在b F2)階段，函數(shù)F2所使用的輸入數(shù)據(jù)包括體積V1(箭頭4)的三維模型以及在t時刻，支撐平臺105的直角坐標(biāo)(x，y，z)(箭頭7)，它從射線成像裝置100的直角坐標(biāo)的記錄裝置中讀取，顯示了在t時刻平臺105的位置，以及t時刻支架102的角度坐標(biāo)(α，β，γ)(箭頭7)，該坐標(biāo)在射線成像裝置100的記錄裝置中讀取(箭頭6)，顯示在t時刻支架102的位置。
其它的輸入數(shù)據(jù)也可以提供給函數(shù)F2(箭頭8)并且對應(yīng)于體積V2的維度(nx，ny，nz)，該體積V2通過函數(shù)F2從體積V1計算和重建得到。參數(shù)nx，ny，nz是變量，它們由操作者本人決定。這些參數(shù)優(yōu)先用體元表示，其范圍在1體元到某一數(shù)值巨大到能夠從體積V1中計算并且重建體積V2的體元之間。體積V2的最小值V2min對應(yīng)于最小的(nx，ny，nz)數(shù)值(比如1體元)并且體積V2的最大值V2max對應(yīng)于最大的(nx，ny，nz)數(shù)值，其能夠從體積V1計算并且重建體積V2。
在所有輸入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在t時刻，函數(shù)F2從體積V1計算并且重建體積V2以及體積V2可能的投影圖像IP2，此圖像對應(yīng)于平臺105的坐標(biāo)(x，y，z)和支架102的坐標(biāo)(α，β，γ)，并且對應(yīng)于體積V2的維度(nx，ny，nz)。當(dāng)函數(shù)F2完成時，體積V2的數(shù)據(jù)以及體積V2可能的投影圖像IP2是可得到的(體積V2的范圍對應(yīng)于nx，ny，nz的極值(箭頭9)從體積最小值V2min到體積最大值V2max)。體積V2是由體積V1重建獲得并且在時刻t，由支撐平臺105的坐標(biāo)(x，y，z)和支架102的坐標(biāo)(α，β，γ)，和維度(nx，ny，nz)參數(shù)表示，此維度范圍從1體元(1體元重建體積V1的最小體積v2min)到由重建體積V1所確定的體積V2max的最大維度。
優(yōu)選地，采用下面的算法來根據(jù)體積V1計算并且重建體積V2，這些算法包括如以前提到的定義中所指出的那樣，在獲取用于重建對象106研究區(qū)域的體積V1的圖像期間，在體積V1中根據(jù)與血管照相裝置100的參考系統(tǒng)(零點代表等角點)相關(guān)的(α，β，γ)確定入射軸的體積和V1，和根據(jù)與支撐平臺105的參考系統(tǒng)(零點由平臺的位置確定)相關(guān)的(x，y，z)確定體積V2的中心位置。
由操作者啟動或確定體積V2的體元維度nx，ny，nz，和，以先前確定的入射軸所表示的重建軸的維度(nx，ny，nz)體元為中心，采用體積V1的一系列體元之間的三線插值法，從體積V1計算和重建體積V2。
體積V2投影圖像IP2通過入射軸在垂直于該軸的平面上的投影進行計算。
體積V2以nx體元乘ny體元乘nz體元的三維模型的形式表示。體積V2以及體積V2的投影圖像IP2作為輸入數(shù)據(jù)用于函數(shù)F3，從而進入下面步驟b)的bF3)階段(箭頭10)。三個其它參數(shù)作為函數(shù)F3的輸入數(shù)據(jù)(箭頭13)使用。
在t時刻的視場參數(shù)(FOV)(箭頭13)，從射線成像裝置100的此參數(shù)的存儲裝置中讀取(箭頭11)，在t時刻的焦距參數(shù)(DF)(箭頭13)，從射線成像裝置100的此參數(shù)的存儲裝置中讀取(箭頭12)，以及在t時刻的物距參數(shù)(DO)(箭頭13)，從射線成像裝置100的此參數(shù)的存儲裝置中讀取(箭頭12)。
將要射線成像的對象106研究區(qū)域的位置與在t時刻X射源104和X射線傳感器103相關(guān)，在t時刻幾何放大參數(shù)(DF/DO)確定，該放大參數(shù)由t時刻的焦距(DF)和t時刻的物距(DO)之間的關(guān)系限定。
在所有輸入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在t時刻，函數(shù)F3既計算幾何放大以及根據(jù)體積V1重建體積V2的縮放比例，又計算體積V2的投影圖像IP2。根據(jù)視場(FOV)、物距(DO)和焦距(DF)的參數(shù)，函數(shù)F3運用幾何放大函數(shù)，在此情況下為泰勒斯幾何函數(shù)，并結(jié)合下面的情況，即對象106研究區(qū)域體積V1重建的體積V2中的維度或體積V2的投影圖像IP2上的維度與研究區(qū)域的對應(yīng)部分的維度之間的關(guān)系等于在對應(yīng)于對象106的研究區(qū)域部分X射線源104的焦距(DF)和物距(DO)之間的關(guān)系，其中考慮了維度。
在輸出中(箭頭14)，函數(shù)F3提供了根據(jù)體積V2修正的體積V3，同時也提供了體積V3的投影圖像IP3或從體積V2的投影圖像IP2修正的投影圖像IP3。體積V3根據(jù)體積V1計算和重建，并且在t時刻由平臺105的坐標(biāo)(x，y，z)，支架102的坐標(biāo)(α，β，γ)，幾何放大參數(shù)和視場(FOV)、物距(DO)和視距(DF)的縮放比例，以及從1體元(從體積V1重建的一個體元Vmin值)到最大維度之間變化的維度(nx，ny，nz)參數(shù)表示，其中最大維度確定從體積V1重建的體積V3max。相對于體積V1和V2，V3具有體元三維模型形式。
一旦計算出體積V3和體積V3的投影圖像IP3，發(fā)明的操作過程可以將體積V3和/或投影圖像IP3傳遞到t時刻使用者可讀的顯示設(shè)備上(箭頭15)。使用者可以在t時刻在顯示設(shè)備上看見研究區(qū)域的體積VR(傳遞的體積V3)和/或研究區(qū)域體積的投影圖像IP(傳遞的圖像IP3)，對應(yīng)于t時刻支座105、支架102的相對位置和視場(FOV)、物距(DO)、焦距(DF)的參數(shù)以及維度(nx，ny，nz)。應(yīng)當(dāng)注意到還沒有射線成像和射線透視裝置已經(jīng)用于提供該體積的表示和/或該體積的投影圖像。
在介入期間，操作者可以在研究區(qū)域引入一個或幾個器械110(圖4a)，這使他知道在t時刻的確切位置。操作者使用射線成像裝置來獲得t時刻的透視圖像(IS)(箭頭16)，當(dāng)支架102具有角度坐標(biāo)(α，β，γ)，支撐平臺105具有直角坐標(biāo)(x，y，z)時，傳感器103和X射線源104這樣放置，從而能夠讀出視場(FOV)、物距(DO)和焦距(DF)。然后在t時刻在射線成像裝置的數(shù)據(jù)記錄裝置上讀出(箭頭17)射線透視圖像IS1。對應(yīng)射線透視圖像IS1的數(shù)據(jù)用于在步驟c)為函數(shù)F4輸入數(shù)據(jù)(箭頭18)。函數(shù)F4包括作為輸入數(shù)據(jù)的體積V3和/或體積V3(箭頭19)的投影圖像IP3和射線透視圖像IS1，其在t時刻從射線成像裝置100的記錄裝置中讀出。
在t時刻，函數(shù)F4根據(jù)限定的平面部分在體積V3中和/或在事先計算的體積V3的投影圖像上進行疊加或減色，其中體積V3由與平臺105的坐標(biāo)(x，y，z)和支架102的坐標(biāo)(α，β，γ)以及視場(FOV)、物距(DO)、焦距(DF)的值相關(guān)的對應(yīng)參數(shù)的射線透視圖像IS1得到。在t時刻，函數(shù)F4根據(jù)限定的平面部分在體積V3中和/或在體積V3的投影圖像上，在射線透視圖像IS1上進行疊加或減色，和/或計算體積V4的投影圖像IP4，其中體積V4根據(jù)射線透視圖像IS1的限定平面部分在體積V3中疊加或減色產(chǎn)生(在平行于射線透視圖像IS1的平面上進行投影，并朝著垂直于射線透視圖像IS1的方向)。函數(shù)F4在輸出(箭頭20)體積V4和/或投影圖像IP4中應(yīng)用，所述投影圖像由先前描述的疊加或減色產(chǎn)生。發(fā)明的操作過程可以傳遞體積V4(或體積VRS)和/或投影圖像IP4(或圖像IR)，從而將它們顯示(箭頭21)在t時刻可被操作者查閱的顯示設(shè)備上。這樣，操作者可以參考對應(yīng)于t時刻支座105、支架102的相對位置和視場(FOV)、物距(DO)、焦距(DF)參數(shù)和維度(nx，ny，nz)的值，研究區(qū)域的體積VRS和/或研究區(qū)域體積的投影圖像IR。根據(jù)t時刻預(yù)先確定的參數(shù)，操作者知道研究區(qū)域中器械110的準(zhǔn)確位置，如圖4a-4c所示。
在圖4a中，顯示了t時刻拍攝的射線透視圖像，圖像中可見器械和材料110。圖4b示出了包括顱內(nèi)動脈瘤的動脈結(jié)構(gòu)的投影圖像IP3，其根據(jù)參數(shù)(x，y，z)、(α，β，γ)、(FOV)、(DO)、(DF)和圖4a的射線透視圖像IS1的投影相關(guān)的(nx，ny，nz)，按前面描述的方法計算。當(dāng)圖4a的射線透視圖像IS1疊加到圖4b的投影圖像IP3上時，圖4c顯示了在步驟c)中由函數(shù)F4進行疊加得到的投影圖像IRS，說明了操作者檢查介入動脈瘤期間器械110位置的方式。
然后，在t+δt時刻，操作者或者移動他的器械110并希望跟隨它們的移動在t+δt時刻拍攝新的射線透視圖像，這導(dǎo)致在t+δt時刻重復(fù)之前描述的步驟c)和在t+δt時刻顯示體積VRS和/或投影圖像IR；和/或改變支架102和/或平臺105的相對位置，這導(dǎo)致在t+δt時刻重復(fù)步驟b的階段bF2，并顯示體積VR和/或投影圖像IP。新的射線透視圖像輸入執(zhí)行步驟c)；和/或修改焦距(DF)和/或物距(DO)，這導(dǎo)致在t+δt時刻重復(fù)步驟b)的階段bF3，并在t+δt時刻顯示體積VR和/或投影圖像IP。新的射線透視圖像輸入執(zhí)行步驟c)。
在給定的例子中，圖5和6表示根據(jù)支架103的不同位置投影圖像I P的計算結(jié)果。圖5中的第一行圖像對應(yīng)支架102角度α的變化到-90°，-45°，0°，45°和90°，而其它角度β和γ仍然為0°。
第二行圖像顯示了角度β相似的變化，而角度α和γ為0°。對于第三行圖像，α和β為0°，而γ改變。對于所有這些圖像，初始體積V1的大小為I＝256體元乘h＝256體元乘p＝153體元。
圖6示出了空間坐標(biāo)(α，β，γ)和(x，y，z)固定時，根據(jù)不同的nz′(nx′和ny′不變)，分別為15體元，30體元，45體元，60體元，75體元，計算投影圖像IP。
為了實現(xiàn)發(fā)明的操作，優(yōu)選的程序語言是Java語言，其結(jié)合幾種軟件或嵌入函數(shù)(plugin)，其中每一個加入之前所述的新功能。
優(yōu)選地，它們能夠使用基本的功能來處理所有格式的圖像，尤其是用于射線成像的DICOM格式。基本功能在于讀取、顯示、編輯、分析、處理，存儲和打印圖像。能夠在像素、體元或限定區(qū)域上進行統(tǒng)計。距離和角度測量可以與密度和主要標(biāo)準(zhǔn)圖像函數(shù)的處理例如對比度調(diào)整、邊緣或中值過濾測定一起進行。它們可以執(zhí)行幾何調(diào)整，例如放大，比例變化，旋轉(zhuǎn)；每個先前的分析和處理函數(shù)能夠用于任何放大。
另外，發(fā)明的操作過程特有的每個函數(shù)通過專門的嵌入函數(shù)執(zhí)行。優(yōu)選地，嵌入函數(shù)(plugin)可以計算和重建給定體積或區(qū)域軸的正交截面。
另一個嵌入函數(shù)通過修改每組體元和/或截面上的圖像計算和重建體積和相關(guān)的投影圖像。該嵌入函數(shù)根據(jù)給定軸重建體積。體積可以轉(zhuǎn)動、放大或減小。體積插值是三線插值法，除了尾部(end-of-pile)截面和/或末尾體元，在那里三線插值法是不可能的。在這種情況下，使用最相鄰區(qū)域的插值。
另一個嵌入函數(shù)能夠根據(jù)軸例如在最大投影強度(MIP)中進行投影。體積V3的投影圖像IP3能夠以這種方法進行計算。
本發(fā)明的方法執(zhí)行許多之前描述的嵌入函數(shù)來計算體積投影圖像。在支撐平臺105位置參數(shù)(x，y，z)，或支架102的位置參數(shù)(α，β，γ)，或視場(FOV)，與射線源相關(guān)的物距(DO)，焦距(DF)或研究體積的維度(nx，ny，nz)，操作者定義的維度(nx，ny，nz)的值修改的情況下，本發(fā)明的方法執(zhí)行體積重建嵌入函數(shù)，該嵌入函數(shù)根據(jù)研究區(qū)域的角度投影(α，β，γ)重新計算得到，然后計算放大和與視場(FOV)相關(guān)的縮放比例以及焦距(DF)與射線源相關(guān)的物距(DO)之間的關(guān)系，然后用投影嵌入函數(shù)，計算體積投影圖像和在顯示設(shè)備上顯示該體積的投影圖像IP，在相關(guān)透視圖像IS1的疊加或減色之后或之前(after or not)。
由旋轉(zhuǎn)血管照相獲得的三維圖像通過顯示獲取的每個視角，提供了對于傷口或解剖結(jié)構(gòu)更真實的理解。它可以用于診斷。從治療的角度，它的用途限制在優(yōu)化視角，或在治療之前預(yù)先限定一個治療方案，或治療之后評價治療結(jié)果。在每個治療中參考三維圖像的執(zhí)行是一種新的概念，從未在投影圖像中使用，其用于適應(yīng)和調(diào)整決定和方案，幫助和控制技術(shù)性介入和評價治療結(jié)果。
用于本發(fā)明方法的執(zhí)行框架根據(jù)使用血管照相裝置的投影圖像技術(shù)進行描述，用于顱內(nèi)動脈瘤的導(dǎo)向和血管內(nèi)治療。研究區(qū)域由顯示顱內(nèi)動脈瘤的對應(yīng)的顱內(nèi)動脈血管結(jié)構(gòu)表示。
在醫(yī)療領(lǐng)域，用于重建三維研究區(qū)域體積的圖像可以通過成像技術(shù)獲得，包括內(nèi)部虛擬(endo-virtual)重建方法投影成像技術(shù)，例如前面描述的旋轉(zhuǎn)血管照像技術(shù)，截面成像技術(shù)例如計算機斷層密度測量技術(shù)或掃描，磁共振成像或超聲成像，視頻成像技術(shù)，虛擬數(shù)字成像技術(shù)。
用于研究區(qū)域體積的三維重建圖像可以從任何事先描述的技術(shù)中獲得。
實時動態(tài)圖像可以是用于射線成像和血管照相技術(shù)的射線透視圖像，用于通過磁共振或超聲進行的計算機斷層密度測量技術(shù)或掃描成像技術(shù)的攝影透視圖像，用于視頻成像技術(shù)例如內(nèi)窺鏡檢查或體腔鏡檢查的視頻透視圖像，用于數(shù)碼相機或虛擬數(shù)字圖像的數(shù)碼圖像。
實時動態(tài)圖像可以是二維的，立體的或三維的圖像。
該成像技術(shù)產(chǎn)生實時動態(tài)圖像，用于獲取研究區(qū)域體積的三維重建結(jié)構(gòu)的該技術(shù)可以依靠一項或幾項技術(shù)，但根據(jù)外部或內(nèi)部的參考系統(tǒng)需要研究區(qū)域體積的位置。
顯示設(shè)備可以包括提供體積投影圖像的二維顯示器，顯示體積輪廓的三維模擬顯示器，三維顯示器(新技術(shù)，例如全息攝影系統(tǒng))，其中幾個體積混合、增加或減色。
在由本發(fā)明的方法支持的介入射線成像程序期間，通過顯示被研究的解剖區(qū)域的隱藏區(qū)(研究區(qū)域一部分的體積或體積投影圖像)，實時數(shù)據(jù)采集實時地(即每個程序幾乎立刻響應(yīng))，動態(tài)地(即，圖像采集系統(tǒng)的參數(shù)修改的情況下改變，這些參數(shù)包括，例如血管照相裝置中平臺或支架位置，視場，X射線源離記錄裝置的焦距，或研究區(qū)域核X射線源之間的距離)，交互式地(即響應(yīng)操作者的指令)，以任何視角地(即，例如在血管照相裝置中，在射線成像或射線透視中按照每個可能的入射角)涉及作為整體(研究區(qū)域的體積或體積投影圖像)或部分被研究的解剖區(qū)域的第三維，當(dāng)它們從器械和射線不透裝置圖像數(shù)據(jù)中疊加或減色時，其中該數(shù)據(jù)由減色的或非減色的動態(tài)射線成像圖像獲得，這使研究區(qū)域和器械和射線不透裝置在研究區(qū)域中的位置方面的數(shù)據(jù)最優(yōu)化，并允許操作者在導(dǎo)向或介入期間實時做出關(guān)于研究區(qū)域中導(dǎo)向或介入?yún)^(qū)域界定，導(dǎo)向或介入方案，器械引導(dǎo)，技術(shù)姿勢的控制和評價方面的合適決定。因此，導(dǎo)向或介入安全和效率得到最優(yōu)化，介入時間縮短，注入的造影劑量以及病人和操作者的輻射量減少。
顯然，可以在本發(fā)明的設(shè)計內(nèi)進行修改。
權(quán)利要求
1.一種在研究區(qū)域中使用的導(dǎo)向方法，其設(shè)計成用于射線成像單元中，其中射線成像單元包括X射線源，置于射線源前面的記錄系統(tǒng)和用于被射線成像物體的支座，所述方法包括以下步驟a)在研究區(qū)域的體積V1圖像上獲取三維數(shù)據(jù)；b)在t時刻計算表示所有或部分體積V1和/或V1的亞體積的二維投影圖像，該計算取決于支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)；c)在t時刻根據(jù)射線透視的給定平面部分可以疊加或減色投影圖像和/或亞體積，其與支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)相關(guān)；d)顯示由步驟c)得到的圖像和/或體積，和/或投影圖像和/或亞體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向方法，其特征在于步驟b)包括幾個分步驟b1)在射線成像裝置的記錄部分讀出支座位置(x，y，z)，射線源位置(α，β，γ)和記錄裝置位置，視場(FOV)，焦距(DF)和物距(DO)，和b2)根據(jù)這些參數(shù)計算投影圖像和/或亞體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)向方法，其特征在于步驟b)包括幾個分步驟b1)在射線成像裝置的記錄部分讀出支座位置(x，y，z)，射線源位置(α，β，γ)和記錄裝置位置，b2)根據(jù)這些位置從體積V1計算亞體積V2，b3)在射線成像裝置的記錄部分讀出視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)，b4)基于視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)計算亞體積V2的校正體積V3，和b5)在校正體積V3的基礎(chǔ)上計算可能的投影圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向方法，其特征在于校正體積V3根據(jù)取決于視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)的幾何放大和比例來計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)向方法，其特征在于在步驟b2)中，亞體積V2的投影圖像IP2也根據(jù)這些位置計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)向方法，其特征在于在步驟b5)中，該投影圖像對應(yīng)于從視場(FOV)、焦距(DF)和物距(DO)校正的投影圖像IP2。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的導(dǎo)向方法，其特征在于該校正由放大幾何函數(shù)計算。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7所述的導(dǎo)向方法，其特征在于，亞體積V2按下面的方法計算根據(jù)射線源和記錄裝置的位置(α，β，γ)在體積V1中確定入射軸，其從射線成像裝置中的參考點基于該射線成像裝置的等角點計算；根據(jù)支座的位置(x，y，z)在體積V1中確定亞體積V2的中心；和按照平行于入射軸的重建軸從V1計算和重建亞體積V2。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8所述的導(dǎo)向方法，其特征在于亞體積V2尺寸nx×ny×nz由操作者限定。
10.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的導(dǎo)向方法，其特征在于步驟a)包括下面的分步驟a1)在研究區(qū)域獲取截面；a2)以三維體元模型形式重建體積V1。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的導(dǎo)向方法，其特征在于步驟c)包括下面的分步驟c1)在射線成像裝置的記錄部分讀出射線透視圖像；c2)根據(jù)射線透視圖像的給定平面部分在投影圖像和/或亞體積上疊加或減色。
12.一種射線成像裝置，其包括X射線源，放置在射線源前面的記錄裝置和支持被研究物體的裝置，其特征在于，帶有二維、立體和三維圖像的實時圖像裝置適于按照權(quán)利要求1-11中任一種方法進行操作，其中三維數(shù)據(jù)獲取裝置與記錄裝置、計算裝置和顯示裝置相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在研究區(qū)域中使用的導(dǎo)向方法，其設(shè)計成用于射線成像單元中，其中射線成像單元包括X射線源，置于射線源前面的記錄系統(tǒng)和用于物體射線成像的支座，所述方法包括以下步驟a)區(qū)域的體積V1圖像上獲取三維數(shù)據(jù)；b)在t時刻計算表示所有或部分體積V1和/或V1的亞體積的二維投影圖像，其取決于支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)；c)在t時刻根據(jù)射線透視的給定平面部分可以疊加或減色投影圖像和/或亞體積，其與支座的位置、射線源和記錄裝置的位置、視場(FOV)的位置、焦距(DF)和物距(DO)相關(guān)；d)顯示由步驟c)得到的圖像和/或體積，和/或投影圖像和/或亞體積。
文檔編號A61B6/00GK1722981SQ03813081
公開日2006年1月18日 申請日期2003年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者J·N·瓦萊, C·尼奧什, P·薩巴赫 申請人:J·N·瓦萊, C·尼奧什, P·薩巴赫