專利名稱：X射線圖像中的對(duì)象定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線圖像中的對(duì)象定位。
背景技術(shù)：
X射線熒光鏡透視檢查經(jīng)常被用于引導(dǎo)電生理學(xué)切除過程。其實(shí)時(shí)地示出所有導(dǎo) 管的位置。3D繪圖通過示出導(dǎo)管相對(duì)于心臟輪廓3D表示的位置而對(duì)復(fù)雜切除過程的發(fā)展 具有極大的幫助。然而，沒有工具能夠?qū)崟r(shí)地示出所有導(dǎo)管相對(duì)于彼此或者相對(duì)于詳細(xì)的 心臟內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的位置。從Philips Healthcare可獲得的EP導(dǎo)航器能夠在EP介入實(shí)驗(yàn)室中確認(rèn)導(dǎo)管或 者導(dǎo)聯(lián)相對(duì)于詳細(xì)3D心臟解剖結(jié)構(gòu)的2D投影的位置。該信息可以幫助醫(yī)師以更加直觀的 方式更有信心地實(shí)施復(fù)雜的EP過程。這種工具可以提供自動(dòng)分割的3D CT圖像。患者心 臟解剖結(jié)構(gòu)的這一圖像與活動(dòng)熒光鏡透視檢查數(shù)據(jù)組合以示出所有導(dǎo)管的精確位置。EP導(dǎo) 航器使得用戶能夠選擇要與活動(dòng)熒光鏡透視檢查圖像組合的3D解剖結(jié)構(gòu)(例如，左心房和 肺靜脈)。所得到的復(fù)合圖像提供了所有導(dǎo)管相對(duì)于詳細(xì)的心臟3D解剖結(jié)構(gòu)的2D投影的 位置的準(zhǔn)確指示。由于解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和缺少整合工具，復(fù)雜的切除過程非常耗時(shí)并且通常持續(xù) 幾個(gè)小時(shí)。該過程的成功取決于導(dǎo)管定位的準(zhǔn)確度。保持組織和導(dǎo)管尖端之間的良好接觸 是重要的。在 Hans Kottkamp, MD 等人，in Circulation, 2000,102 :2082_2086(此后為 Kottkamp 等人)的"Electromagnetic Versus Fluoroscopic Mapping of thelnferior Isthmus for Ablation of Typical Atrial Flutter” 中描述了電磁繪圖系統(tǒng)。該電磁繪 圖系統(tǒng)包括外部超低磁場(chǎng)發(fā)射器、具有微型磁場(chǎng)傳感器的一組2個(gè)導(dǎo)管、以及處理計(jì)算機(jī) 單元。在Kottkamp等人描述的某些情況下，該電磁繪圖系統(tǒng)允許(如果需要的話)在使用 額外X射線投影，如右前斜視圖的同時(shí)，利用無連續(xù)熒光鏡透視檢查的電磁繪圖系統(tǒng)執(zhí)行 繪圖過程。

發(fā)明內(nèi)容
擁有改進(jìn)的對(duì)象定位系統(tǒng)將是有利的。為了更好地解決這一問題，在本發(fā)明的第 一方面中，所提出的系統(tǒng)包括掃描架，其上安裝有X射線源和X射線探測(cè)器；至少一個(gè)電機(jī)，其用于旋轉(zhuǎn)所述掃描架；控制單元，其用于控制X射線源和X射線探測(cè)器以采集X射線圖像，并且用于驅(qū)動(dòng) 電機(jī)以控制掃描架的運(yùn)動(dòng)，其中，所述控制單元包括用于實(shí)現(xiàn)掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置，其 中，連接X射線源和X射線探測(cè)器的軸描繪出錐體的表面，其中，X射線源和X射線探測(cè)器相 對(duì)于所述軸具有固定位置，其中，控制單元包括用于在掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集一系列X 射線圖像的裝置；
4
對(duì)象辨識(shí)單元，其用于檢測(cè)并且跟蹤該系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象以獲得跟蹤 路徑，其中，跟蹤路徑表示在該系列圖像中檢測(cè)到對(duì)象的多個(gè)位置；以及
深度估計(jì)單元，其使用跟蹤路徑估計(jì)深度參數(shù)，所述深度參數(shù)指示對(duì)象在與所述 軸基本平行的方向上的位置。這使得在不使用特殊定位硬件的情況下獲得深度估計(jì)成為可能，這是因?yàn)橐呀?jīng)在 介入期間使用的X射線系統(tǒng)被用于獲得對(duì)象的深度估計(jì)。該系統(tǒng)易于使用，這是因?yàn)槠洳?涉及掃描架的較大旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者耗時(shí)的定位過程。優(yōu)勢(shì)在于不再需要使用電磁EP導(dǎo)航系 統(tǒng)。X射線圖像本身提供有關(guān)對(duì)象位置的二維信息。第三維，具體而言沿與X射線源 和探測(cè)器平面的中間相交的軸，通常無法通過檢查X射線圖像導(dǎo)出。該第三維指的是對(duì)象 的深度。掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)使X射線源和X射線探測(cè)器扭動(dòng)，其提供略微不同角度的視圖。 該略微不同的角度可用于估計(jì)對(duì)象的深度參數(shù)。由于沿扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)采集多個(gè)圖像，因此與僅 基于兩個(gè)圖像的立體計(jì)算相比，深度估計(jì)的準(zhǔn)確度得到改進(jìn)。此外，扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)不受靠近患者 定位的對(duì)象阻礙，這是因?yàn)榕?dòng)運(yùn)動(dòng)僅跨越相對(duì)較小的角度范圍。扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)通常最多限于大約10度，最大限于大約15度，其防止系統(tǒng)阻礙患者周圍 的大部分對(duì)象。扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的另一特點(diǎn)為其大體可以為周期性運(yùn)動(dòng)，或者完全為周期性運(yùn)動(dòng)。 可以重復(fù)若干次相同軌跡以改進(jìn)深度估計(jì)的準(zhǔn)確度。只要錐體的底面平滑(例如，圓形或 者橢圓形)，則以平滑運(yùn)動(dòng)重復(fù)地執(zhí)行扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)是相對(duì)容易的，其導(dǎo)致更穩(wěn)定、可復(fù)制的運(yùn) 動(dòng)。跟蹤路徑可以與錐體的底面進(jìn)行比較。通常，跟蹤路徑與錐體底面具有相似的形 狀，或者與底面的形狀對(duì)稱。然而，根據(jù)對(duì)象的深度，跟蹤路徑的形狀將更大或者更小。該 特征可用于建立對(duì)象位置的深度參數(shù)。該系統(tǒng)極其適于電生理學(xué)切除過程，其中，由X射線系統(tǒng)建立切除導(dǎo)管尖端或者 電極的深度。更一般地，可應(yīng)用該系統(tǒng)估計(jì)導(dǎo)管的一部分(例如導(dǎo)管的尖端)的深度。系 統(tǒng)可以在經(jīng)皮介入期間使用，例如以提供針尖端的三維定位或者裝備位置?？梢栽陬A(yù)定的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像(諸如CT或MRI圖像或者表面心臟模型)中指 示對(duì)象的三維位置(考慮深度參數(shù)和對(duì)象在至少一個(gè)χ射線圖像中的位置)。在獨(dú)立權(quán)利要求中限定本發(fā)明的其它方面。從屬權(quán)利要求限定有利的實(shí)施例。


將通過參考附圖進(jìn)一步闡明并且描述本發(fā)明的這些和其它方面，其中圖1為一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2A和2B為說明了處理步驟的流程圖；圖3示意性地說明了幾何形狀的進(jìn)動(dòng)；圖4A和4B說明了深度估計(jì)方法；圖5說明了對(duì)具有非中心線位置的對(duì)象的深度估計(jì)方法；圖6A和6B說明了對(duì)具有非中心線位置的對(duì)象的深度估計(jì)方法的其它方面；圖7為一個(gè)實(shí)施例的體系結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在這些詳細(xì)的描述中，描述了若干能夠利用傳統(tǒng)X射線成像估計(jì)圖像深度信息的 方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所討論的應(yīng)用之一為用于電生理學(xué)(EP)過程的三維(3D) 位置定位。然而，所描述的想法和實(shí)施例可應(yīng)用到廣泛的應(yīng)用中，具體而言是自動(dòng)對(duì)象檢測(cè) 和跟蹤可行的應(yīng)用中。這種基于X射線的3D定位可以基于單平面幾何形狀上的(超)低劑量熒光鏡透 視檢查。盡管僅一個(gè)探測(cè)器的信息足夠提供深度信息，但是也可利用雙平面和其它幾何形 狀。該方法可以部分基于自動(dòng)對(duì)象跟蹤和/或信號(hào)處理，并且部分基于安裝有X射線源和 /或X射線探測(cè)器的掃描架的進(jìn)動(dòng)。熒光鏡透視檢查引導(dǎo)的切除聚焦于引導(dǎo)醫(yī)師通過EP導(dǎo)管相對(duì)于心臟(和相對(duì)于 彼此)的位置，以進(jìn)行焦點(diǎn)切除。切除可以在涉及房顫(AF)的介入期間進(jìn)行。由于導(dǎo)管引 導(dǎo)是解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)的，并且因而是相當(dāng)復(fù)雜并且耗時(shí)的，因此輔助導(dǎo)航、計(jì)劃和繪圖的設(shè)施 被視為現(xiàn)代EP實(shí)驗(yàn)室中的基本工具?；跓晒忡R透視檢查的深度估計(jì)使得具有標(biāo)準(zhǔn)EP導(dǎo)管的(半)實(shí)時(shí)3D導(dǎo)航和繪 圖能夠無縫地整合到X射線系統(tǒng)中?；赬射線的深度估計(jì)工具能夠減少或者去除對(duì)專用 定位工具和硬件的需要。這種專用定位工具和硬件可以例如基于磁性測(cè)量。除了X射線系 統(tǒng)以外，通常使用這些專用定位工具，其中，X射線系統(tǒng)可以用于使解剖組織和介入工具可 視化，而定位工具用于建立一個(gè)或多個(gè)介入工具的位置。由于其分立的采集模式，需要特殊 的處理以使位置信息與成像信息配準(zhǔn)?；赬射線的實(shí)時(shí)深度估計(jì)方法為“扭動(dòng)”出圓錐型運(yùn)動(dòng)軌跡的幾何形狀(進(jìn)動(dòng))。圖1說明了 X射線系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化方框圖，其可用于確定對(duì)象的深度參數(shù)。該圖 僅示出了為了解釋本說明書中公開的概念所需的那些部件。實(shí)際的X射線系統(tǒng)可以包括更 多的未在本文獻(xiàn)中討論的部件。X射線系統(tǒng)100包括掃描架102。掃描架懸浮安裝(未示 出)并且可以圍繞一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。通常，掃描架可以圍繞兩個(gè)或者更多個(gè)正交旋 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。由一個(gè)或者多個(gè)電機(jī)108 (例如，每一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸一個(gè)電機(jī))實(shí)現(xiàn)這一旋轉(zhuǎn)。X射 線源104和X射線探測(cè)器106安裝在掃描架102上。X射線源104可以是在本領(lǐng)域中已知 的X射線管。X射線探測(cè)器可以包括在本領(lǐng)域中已知的圖像增強(qiáng)器或者平板探測(cè)器。X射線系統(tǒng)還包括用于控制至少一個(gè)電機(jī)108、X射線源104和X射線探測(cè)器106 的控制單元110?？刂茊卧?10被布置為響應(yīng)于用戶輸入而運(yùn)行。例如，可以提供類似于操 縱桿的控制來使得用戶能夠使掃描架圍繞兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。同樣，可以提供踏板；當(dāng)下壓踏 板時(shí)，采集一個(gè)或多個(gè)X射線圖像?？刂茊卧梢蕴幚磉@些。為了采集圖像，控制單元110 可以觸發(fā)X射線源104產(chǎn)生X射線脈沖。由此，X射線探測(cè)器106可以將所得到的X射線投 影圖像發(fā)送回到控制單元120，所述控制單元120將該投影圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器位置134中。虛設(shè)的軸116與X射線源104和X射線探測(cè)器106相交。在掃描架扭動(dòng)期間，虛 設(shè)的軸116相對(duì)于X射線源104和X射線探測(cè)器106固定。結(jié)果，當(dāng)掃描架運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)、扭 動(dòng))時(shí)，虛設(shè)的軸沿掃描架運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)、扭動(dòng))?？刂茊卧?10包括借助于電機(jī)108實(shí)現(xiàn)掃 描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置114。扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)使得連接X射線源和X射線探測(cè)器的軸116描繪出 虛設(shè)的錐體118的表面128。控制單元還包括在掃描架扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集一系列X射線圖 像的裝置120。裝置114和120可以被布置為響應(yīng)于用戶輸入而運(yùn)行。例如，可以提供專用按鈕。按下該按鈕可以啟動(dòng)扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)和系列采集。釋放該按鈕可以停止扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)和系列采 集。備選地，可以在預(yù)定時(shí)間之后自動(dòng)停止扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)和系列采集。虛設(shè)的錐體118的頂點(diǎn)140在旋轉(zhuǎn)的等中心處，其中，等中心為無論掃描架102如 何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸116都與其相交的點(diǎn)。錐體118的底面130通常具有任何平面形狀。其優(yōu)選 地為閉合曲線，并且優(yōu)選地為平滑曲線。閉合曲線具有的優(yōu)勢(shì)為其易于使運(yùn)動(dòng)具有周期性。 平滑曲線具有優(yōu)勢(shì)為其更易于對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并且使測(cè)量更穩(wěn)定并且更少噪聲。備選地， 曲線的底面形成線性形狀，在這種情況下，掃描架在兩個(gè)端位置之間(優(yōu)選重復(fù)地)線性運(yùn) 動(dòng)。通常，在扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)和同時(shí)的圖像采集期間，要跟蹤的對(duì)象124保持在探測(cè)器106的 視場(chǎng)中。該對(duì)象在X射線圖像中變得可見。優(yōu)選地，對(duì)象包括能夠與周圍組織材料區(qū)分的 合適材料。例如，對(duì)象包括具有高X射線衰減系數(shù)的材料(例如，金屬)。對(duì)象可以是安裝 在導(dǎo)管上的電極。導(dǎo)管的尖端也能夠是要跟蹤的對(duì)象。提供對(duì)象辨識(shí)單元122用于檢測(cè)并且跟蹤在該系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象124 以獲得跟蹤路徑。能夠使用任何已知的方法來檢測(cè)X射線圖像中的對(duì)象。例如，能夠使用 污點(diǎn)檢測(cè)算法來檢測(cè)諸如電極的小金屬對(duì)象。同樣，檢測(cè)導(dǎo)管尖端的算法在本領(lǐng)域中也是 已知的。跟蹤路徑通過對(duì)象在系列X射線圖像中的連續(xù)位置而獲得。跟蹤路徑可以包括坐 標(biāo)的無序集合。然而，跟蹤路徑也可以是坐標(biāo)的有序序列。這種有序序列包含可以用于獲 得深度估計(jì)單元中的更好結(jié)果的更多信息。提供深度估計(jì)單元126。深度估計(jì)單元利用跟蹤路徑來估計(jì)深度參數(shù)。例如，對(duì)象 在X射線圖像中的X坐標(biāo)或者y坐標(biāo)變化可被用于估計(jì)深度。這些偏離越大，對(duì)象距等中 心的越遠(yuǎn)。變化的方向可以被用作對(duì)象處于等中心哪側(cè)的指示。在本說明書的其它處提供 在深度參數(shù)估計(jì)中涉及的計(jì)算的示例。通常，可以通過比較跟蹤路徑與錐體的底面130來 估計(jì)深度，這是因?yàn)楦櫬窂娇梢灶愃朴诎幢壤s放的底面，其中，該比例取決于對(duì)象距等 中心的距離。在表示三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的數(shù)據(jù)集136中可獲得的信息可用于改進(jìn)深度信息的 準(zhǔn)確度，其中所述三維解剖結(jié)構(gòu)圖像對(duì)應(yīng)于被成像的患者。例如，在一些電生理學(xué)應(yīng)用中， 可以假定對(duì)象(例如，導(dǎo)管尖端)在數(shù)據(jù)集136的分割體積(諸如心房)的邊界處(或者 更一般地，在其內(nèi)部)。優(yōu)選地，扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)不是過大。例如，扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)跨越最多大約10度的角度，其中，相 對(duì)于軸測(cè)量該角度。備選地，X射線源在扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間的位移不超過X射線探測(cè)器的尺寸。 例如，如果X射線探測(cè)器的尺寸是20 X 30cm，則X射線源在扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間的位移也不超過 20X30cm。扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)優(yōu)選地為周期性運(yùn)動(dòng)。這對(duì)于涉及深度估計(jì)的信號(hào)處理是有利的，因?yàn)?其幫助濾除噪聲信號(hào)，特別是當(dāng)周期性運(yùn)動(dòng)的周期不同于噪聲信號(hào)的任何周期時(shí)。例如，如 果對(duì)象由于心臟運(yùn)動(dòng)或者呼吸運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，可以通過周期性扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)而濾除對(duì)象位置的干 擾。錐體可以具有圓形底面或者橢圓形底面。這意味著扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)是圓形的或者橢圓形 的，其是平滑運(yùn)動(dòng)。圓形底面具有的優(yōu)勢(shì)為每個(gè)所確定的對(duì)象位置對(duì)深度估計(jì)的準(zhǔn)確度具 有相等的貢獻(xiàn)。這可以通過意識(shí)到當(dāng)?shù)酌媸菆A形時(shí)，跟蹤路徑也是圓形來理解。每個(gè)對(duì)象
7位置對(duì)估計(jì)跟蹤路徑的半徑的幫助是相等的，并且深度估計(jì)可以基于跟蹤路徑的半徑。備 選地，錐體可以具有線性形狀底面，例如，從位置A到位置B的線性運(yùn)動(dòng)，之后為返回A的線 性運(yùn)動(dòng)。這種線性運(yùn)動(dòng)在X射線系統(tǒng)中相對(duì)容易實(shí)施。這種線性形狀底面也可被視為橢圓 形，因?yàn)槠錁?gòu)成最短軸具有零長(zhǎng)度的橢圓。非線性橢圓底面具有的優(yōu)勢(shì)為從更多不同的角 度收集更全面的信息，其使深度估計(jì)更準(zhǔn)確。深度估計(jì)單元126可以包括用于比較錐體的底面與跟蹤路徑的裝置138，由此獲 得跟蹤路徑的比例(scale)。錐體144的底面可以數(shù)字地存儲(chǔ)在深度估計(jì)單元126的存儲(chǔ) 器中。深度估計(jì)單元126可以還包括基于跟蹤路徑的比例估計(jì)深度參數(shù)的裝置140。錐體 的底面可以包括圓形。在這種情況下，跟蹤路徑也限定了圓形，并且跟蹤路徑的比例基于由 跟蹤路徑限定的圓形的半徑。盡管可以定位任何類型的對(duì)象，但是該系統(tǒng)特別適合于檢測(cè)至少包括電生理學(xué)切 除導(dǎo)管的尖端或者電極的對(duì)象。深度估計(jì)對(duì)于切除過程非常重要，并且基于X射線的深度 估計(jì)去除了對(duì)分立的電磁定位系統(tǒng)的需求。然而，該系統(tǒng)可以在任何類型的經(jīng)皮介入期間 使用。也可以預(yù)期其它應(yīng)用。優(yōu)選地，提供圖形單元132以指示對(duì)象相對(duì)于由數(shù)據(jù)集136表示的三維解剖結(jié)構(gòu) 圖像的位置。該指示基于包括深度參數(shù)的對(duì)象的三維位置。圖形單元132確定對(duì)象相對(duì)于 由數(shù)據(jù)集136表示的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的位置。通過結(jié)合對(duì)象在X射線圖像中的位置考慮 深度參數(shù)而計(jì)算對(duì)象的三維位置，所述X射線圖像例如為在扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集的系列X射 線圖像中的一個(gè)?？赡苁褂没谝幌盗蠿射線圖像的平均位置來代替使用對(duì)象在僅一個(gè)X 射線圖像中的位置。例如，如果跟蹤路徑是圓形，則可以使用圓形的中心點(diǎn)。三維解剖結(jié)構(gòu) 圖像的相對(duì)位置可以作為先驗(yàn)已知。也可以利用本領(lǐng)域中已知的配準(zhǔn)技術(shù)通過將三維解剖 結(jié)構(gòu)圖像配準(zhǔn)到X射線圖像來確定(或者校正)三維圖像的相對(duì)位置。圖形單元132創(chuàng)建包括由數(shù)據(jù)集136表示的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的至少一部分的表 示的復(fù)合圖像。該復(fù)合圖像可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(未示出)。圖形單元132生成要提供給 顯示器142的輸出信號(hào)。顯示器142可以為傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)顯示器，例如高分辨率IXD顯示器， 例如在其上顯示由數(shù)據(jù)集136表示的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的2D投影連同對(duì)象的位置指示的 顯示器。數(shù)據(jù)集136也可以包括一個(gè)或多個(gè)二維圖像，已知其相對(duì)于對(duì)象的空間關(guān)系，并且 在這種情況下，由圖形單元132向顯示器142提供的圖像可以包括具有對(duì)象的指示的這種 二維圖像。顯示器142也可以是3D顯示器，其為能夠繪制場(chǎng)景的三維印象的顯示器。3D顯 示器能用于清晰地將對(duì)象相對(duì)于由數(shù)據(jù)集136表示的三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的位置可視化。這 種諸如雙凸透鏡顯示器的3D顯示器在本領(lǐng)域中是已知的。這些可視化可以使對(duì)曲折血管 或者如心房的空間中的裝備和/或?qū)Ч艿牟倏v更加容易。圖2A說明了在一系列X射線圖像中估計(jì)對(duì)象的深度參數(shù)的方法。該方法可以作 為例如嵌入到X射線儀器中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)施。該方法起始于步驟200，例如響應(yīng)于經(jīng) 由例如X射線機(jī)器上的按鈕的控制接口的用戶命令。在步驟202，驅(qū)動(dòng)電機(jī)108來控制安裝有X射線源和X射線探測(cè)器的掃描架，由此 實(shí)現(xiàn)掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)。連接X射線源和X射線探測(cè)器的軸描繪出錐體的表面，其中，X射 線源和X射線探測(cè)器具有相對(duì)于軸的固定位置。在掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間，在步驟204，采 集一系列X射線圖像。
8
在采集了 X射線圖像之后，在步驟206，檢測(cè)并且跟蹤該系列X射線圖像中出現(xiàn)的 對(duì)象，以獲得跟蹤路徑。跟蹤路徑表示在該系列圖像中檢測(cè)到對(duì)象的多個(gè)位置。在步驟208， 利用跟蹤路徑，通過比較跟蹤路徑與錐體的底面來估計(jì)深度參數(shù)，所述深度參數(shù)指示對(duì)象 在與軸基本平行的方向中的位置。圖2B為說明計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的處理步驟的流程圖。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被布置為使 用作為輸入的X射線圖像來估計(jì)深度參數(shù)。在步驟210，由用戶起動(dòng)深度參數(shù)的估計(jì)。在 步驟212，程序接收在掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集一系列X射線圖像，所述掃描架上安裝有 X射線源和X射線探測(cè)器，其中，連接X射線源和X射線探測(cè)器的軸描繪出錐體表面，其中， X射線源和X射線探測(cè)器具有相對(duì)于所述軸的固定位置。在步驟214，該程序檢測(cè)并且跟蹤在該系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象，以獲得跟蹤 路徑，其中，跟蹤路徑表示在該系列圖像中檢測(cè)到對(duì)象的多個(gè)位置。在步驟216，該程序使用 跟蹤路徑通過比較跟蹤路徑與錐體的底面來估計(jì)深度參數(shù)，所述深度參數(shù)指示對(duì)象在與所 述軸基本平行的方向中的位置。當(dāng)已經(jīng)估計(jì)了所述深度參數(shù)時(shí)，該程序可以計(jì)算對(duì)象的三 維位置并且在顯示器上指示該位置，例如，以利用三維圖像繪制的重疊方式。也可能在較早 地從不同投影角度采集的另一 X射線圖像中指示對(duì)象的位置。圖3示意性地說明了成像系統(tǒng)的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特殊示 例。在圖300中圖示說明了源和探測(cè)器的軌跡，并且在圖形312中說明了由探測(cè)器探測(cè)到 的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。圓形箭頭302表示源的焦斑的軌跡。圓形箭頭314說明了連接焦斑和探測(cè) 器的中點(diǎn)的虛設(shè)的線的運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)304是進(jìn)動(dòng)的中心。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是進(jìn)動(dòng)304 的中心處的對(duì)象將在由探測(cè)器308在進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間記錄的圖像中保持穩(wěn)定的位置。然而， 與進(jìn)動(dòng)304的中心相比，更靠近探測(cè)器308或者更靠近源302的任何位置處的點(diǎn)將在隨著 沿圓形運(yùn)動(dòng)而進(jìn)動(dòng)期間所記錄的圖像中出現(xiàn)。坐標(biāo)系310是本文獻(xiàn)中用于解釋這里所使用的方法的坐標(biāo)系之一。χ和y軸對(duì)應(yīng) 于探測(cè)器平面308。ζ軸與χ、y平面正交并且指向源302。圖形312說明了不處于進(jìn)動(dòng)304中心的對(duì)象的投影將看起來追隨圓形路徑。當(dāng)檢 查對(duì)象在探測(cè)器平面中沿χ或y軸、隨時(shí)間t變化的位置時(shí)，將相應(yīng)地出現(xiàn)類似于正弦的曲 線，如在圖形312中所示。在這里所使用的用于深度估計(jì)的方法和算法中，可以假定理想的點(diǎn)源和點(diǎn)對(duì)象。 例如，可以忽略焦點(diǎn)模糊。描述了對(duì)稱的等中心情況，其中，旋轉(zhuǎn)中心是大約通過C弧的一 半。然而，這些假定只是為了使算法更簡(jiǎn)單進(jìn)行的簡(jiǎn)化。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以通 過在深度估計(jì)模型中考慮以上提出的更多方面來改進(jìn)準(zhǔn)確度。圖4A和4B說明了進(jìn)動(dòng)的參數(shù)化模型。在表1中更詳細(xì)地描述了該模型中所使用 的約定和符號(hào)。表1 符號(hào)列表
9符號(hào)思思P
i Z點(diǎn)對(duì)象 通過進(jìn)動(dòng)的成像器上的像素移位 從點(diǎn)對(duì)象到探測(cè)器的距離SID源成像器距離
L從源到進(jìn)動(dòng)中心的距離φ旋轉(zhuǎn)的角度 圖4A說明了當(dāng)源402和探測(cè)器404旋轉(zhuǎn)和/或成角度時(shí)，點(diǎn)對(duì)象在x、y平面中的 絕對(duì)移位。圖4B說明了具有不同深度的兩個(gè)對(duì)象406和408，即具有不同ζ坐標(biāo)的兩個(gè)對(duì) 象在x、y平面中的移位的差。這也說明了該模型的深度敏感度。由焦點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度爐引起的 在與成像平面距離ζ處的點(diǎn)P的投影沿進(jìn)動(dòng)中心的像素移位i可以由以下表示 ?！?SID · ηφ
方程1
COS^J +
_L_
SID-L-z
定義 K =
L
-方程2
SID-L-z
并且考慮角度P可能相對(duì)較小，方程1減小到 SID
#方程3
(1 +尺)
盡管圖4A和4B能夠用于解析地計(jì)算深度d處該模型的深度敏感度，但是更直接 的方法可以使用泰勒展開作為近似。求方程3的微分并且利用一階泰勒近似得到以下 L-(\ + K2) Ai
-方程4
K-SID Az對(duì)于實(shí)際情況，可以認(rèn)為K >> 1并且SID近似等于L。在這種情況下，對(duì)于相對(duì) 粗略的估計(jì)，方程4可以甚至被進(jìn)一步簡(jiǎn)化為φ --方程 5
Az其中，爐以弧度表示。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提供的模型，患者厚度的典型值為30cm，SID(X射線源 到成像器(例如，X射線探測(cè)器)的距離)為l.om。實(shí)際上，為了最小化X射線劑量和焦點(diǎn) 模糊，將探測(cè)器放置到靠近患者，例如PID(患者成像器距離)可以粗略地為0. 15m。對(duì)于當(dāng) 前這一代的探測(cè)器，像素間距可以大約為150ym。L通常為0.8m。在這種構(gòu)造中，當(dāng)使用
10大約10度的進(jìn)動(dòng)時(shí)，Imm的深度參數(shù)變化將導(dǎo)致跟蹤路徑在探測(cè)器上1個(gè)像素的變化(例 如，如果跟蹤路徑包括圓形，則圓形的直徑將增加或者減少1個(gè)像素)。通過進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)使深度信息參數(shù)化的更普遍的方法是使模型中包括對(duì)象P的非中 心線位置。這里，中心線是虛設(shè)的線，其與探測(cè)器平面垂直并且連接探測(cè)器和源的焦斑。在 圖5和圖6中描述了一般化的情況，其中點(diǎn)P在χ方向上移位。圖5說明了與圖4A和圖4B 相同的角度的系統(tǒng)。圖6A中繪出的圓形說明了投影到圖像探測(cè)器上的對(duì)象的跟蹤路徑。圖 6B說明了兩個(gè)掃描架位置之間的角度Δ識(shí)。在該說明書中，將更詳細(xì)地解釋?duì)址较蛏系囊莆?情況。實(shí)際上，P不僅在χ方向上移位(如圖5和圖6所說明的)，還在y方向上移位。然 而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在可能結(jié)合了 χ方向移位的y方向移位的情況下，得到相似的分 析。該模型描述為
權(quán)利要求
一種X射線系統(tǒng)(100)，包括掃描架(102)，其上安裝有X射線源(104)和X射線探測(cè)器(106)；至少一個(gè)電機(jī)(108)，其用于旋轉(zhuǎn)所述掃描架；控制單元(110)，其用于控制所述X射線源和所述X射線探測(cè)器以采集X射線圖像，并且用于驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)以控制所述掃描架的運(yùn)動(dòng)，其中，所述控制單元包括用于實(shí)現(xiàn)所述掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置(114)，其中，連接所述X射線源和所述X射線探測(cè)器的軸(116)描繪出錐體(118)的表面(128)，其中，所述X射線源和所述X射線探測(cè)器相對(duì)于所述軸具有固定位置，其中，所述控制單元包括用于在所述掃描架的所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集一系列X射線圖像的裝置(120)；對(duì)象辨識(shí)單元(122)，其用于檢測(cè)并且跟蹤在所述系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象(124)以獲得跟蹤路徑，其中，所述跟蹤路徑表示在所述系列圖像中檢測(cè)到所述對(duì)象的多個(gè)位置；以及深度估計(jì)單元(126)，其使用所述跟蹤路徑來估計(jì)深度參數(shù)，所述深度指示所述對(duì)象在與所述軸(116)基本平行的方向上的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)跨越最多大約10度的角度， 其中，所述角度相對(duì)于所述軸而測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述X射線源在所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間的位移 不超過所述X射線探測(cè)器的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)是周期性運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述錐體具有圓形底面或者橢圓形底面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述錐體具有線性形狀底面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述深度估計(jì)單元包括用于比較所述錐體的底面與所述跟蹤路徑，由此獲得所述跟蹤路徑的比例的裝置 (138)；以及用于基于所述跟蹤路徑的所述比例估計(jì)所述深度參數(shù)的裝置(140)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述錐體的所述底面包括圓形，其中，所述 跟蹤路徑定義一圓形，并且所述跟蹤路徑的所述比例基于由所述跟蹤路徑限定的所述圓形 的半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述深度估計(jì)單元包括用于區(qū)分所述掃描 架的運(yùn)動(dòng)和所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述對(duì)象至少包括電生理學(xué)切除導(dǎo)管的 尖端或者電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，將所述X射線系統(tǒng)布置為在經(jīng)皮介入期 間對(duì)人類患者成像的同時(shí)執(zhí)行所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，還包括圖形單元(132)，其用于基于所述深度 參數(shù)并且基于所述對(duì)象在X射線圖像中的位置指示所述對(duì)象相對(duì)于由數(shù)據(jù)集(136)表示的 三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的X射線系統(tǒng)，還包括顯示器(142)，其用于提供所述三維解 剖結(jié)構(gòu)圖像和所述對(duì)象的所述位置的三維圖形表示，其中，將所述圖形單元(132)布置為2向所述顯示器(142)提供表示所述指示的信號(hào)。
14.一種方法，包括驅(qū)動(dòng)(202)電機(jī)以控制掃描架的運(yùn)動(dòng)，在所述掃描架上安裝有X射線源和X射線探測(cè) 器，由此實(shí)現(xiàn)所述掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其中，連接所述X射線源和所述X射線探測(cè)器的軸描 繪出錐體的表面，其中，所述X射線源和所述X射線探測(cè)器相對(duì)于所述軸具有固定位置； 在所述掃描架的所述扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集(204) —系列X射線圖像； 檢測(cè)并且跟蹤(206)在所述系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象以獲得跟蹤路徑，其中，所述 跟蹤路徑表示在所述系列圖像中檢測(cè)到所述對(duì)象的多個(gè)位置；以及使用所述跟蹤路徑通過比較所述跟蹤路徑與所述錐體的底面來估計(jì)(208)深度參數(shù)， 所述深度參數(shù)指示所述對(duì)象在與所述軸基本平行的方向上的位置。
15.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括使機(jī)器執(zhí)行以下步驟的機(jī)器可讀指令接收在掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集的一系列X射線圖像，在所述掃描架上安裝有X射 線源和X射線探測(cè)器，其中，連接所述X射線源和所述X射線探測(cè)器的軸描繪出錐體的表 面，其中，所述X射線源和所述X射線探測(cè)器相對(duì)于所述軸具有固定位置；檢測(cè)并且跟蹤在所述系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象以獲得跟蹤路徑，其中，所述跟蹤 路徑表示在所述系列圖像中檢測(cè)到所述對(duì)象的多個(gè)位置；以及利用所述跟蹤路徑通過比較所述跟蹤路徑與所述錐體的底面來估計(jì)深度參數(shù)，所述深 度參數(shù)指示所述對(duì)象在與所述軸基于平行的方向上的位置。
全文摘要
X射線系統(tǒng)(100)包括掃描架(102)，其上安裝有X射線源(104)和X射線探測(cè)器(106)?？刂茊卧?110)包括用于實(shí)現(xiàn)掃描架的扭動(dòng)運(yùn)動(dòng)的裝置(114)，其中，連接X射線源和X射線探測(cè)器的軸(116)描繪出錐體(118)的表面(128)。X射線源和X射線探測(cè)器相對(duì)于所述軸具有固定的位置?？刂茊卧ㄓ糜谠趻呙杓艿呐?dòng)運(yùn)動(dòng)期間采集一系列X射線圖像的裝置(120)。對(duì)象辨識(shí)單元(122)檢測(cè)在該系列X射線圖像中出現(xiàn)的對(duì)象(124)以獲得跟蹤路徑。深度估計(jì)單元(126)使用跟蹤路徑來估計(jì)深度參數(shù)，所述參數(shù)指示對(duì)象在與所述軸(116)基本平行的方向上的位置。
文檔編號(hào)A61B19/00GK101980663SQ200980111432
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者H·斯特格胡伊斯, N·奈霍夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司