專利名稱：用于處理放射圖像以確定針的3d位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療成像領(lǐng)域。更具體來說，它涉及介入放射圖像的處理。并且進一步具體來說，它涉及允許實時顯示患者感興趣區(qū)域中直線器械、特別是針(needle)的位置的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在外科手術(shù)期間，外科醫(yī)生必須在患者感興趣區(qū)域中插入針，例如將針插入到患者的脊骨。為了控制針的插入，外科醫(yī)生必須能夠目測(visualize)感興趣區(qū)域和所使用的器械。為了這樣做，外科醫(yī)生具有在其中能夠看到針的感興趣區(qū)域的三維(3D)圖像。該 3D圖像通過斷層掃描重構(gòu)來獲得。感興趣區(qū)域的3D圖像通過使用X射線醫(yī)療成像系統(tǒng)獲取若干二維OD)圖像并且通過從所獲取2D圖像確定3D圖像來獲得。必須實時確保監(jiān)測，這意味著需要實時獲得感興趣區(qū)域的3D圖像。一個問題是3D圖像的確定費時。另外，對于通過斷層掃描所獲得的圖像，3D圖像的確定要求獲取許多2D圖像，從而引起不可忽視的X射線劑量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是獲得患者感興趣區(qū)域的3D圖像，其中能夠在沒有上述缺點的情況下顯現(xiàn)(visualize)直線器械。為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種處理介入成像的圖像的方法，其中通過醫(yī)療成像系統(tǒng)顯現(xiàn)對象的3D圖像，醫(yī)療成像系統(tǒng)包括X射線源和探測器。根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法包括下列步驟沿成像鏈(chain)中多個方向獲取已經(jīng)將直線器械插入其中的對象的多個2D投影圖像；確定器械的3D重構(gòu)，使得沿獲取對象的 2D投影圖像所按照的相應(yīng)取向(orientation)的器械的3D圖像的多個2D投影盡可能接近對象的所獲取2D投影圖像；將器械的3D重構(gòu)重疊在對象的3D圖像之上，以便獲得具有器械的對象的3D圖像。根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法還可通過下列特性中的一個或多個來完成-確定器械的3D重構(gòu)包括確定器械的完整3D位置，該完整3D位置通過器械尖端 (tip)的3D位置并通過器械的取向來描述；-器械尖端的3D位置從感興趣對象的所獲取2D投影圖像來確定；-器械的完整3D位置包括使下列判據(jù)(Criterion)N= argmin(S)最小，其中S = f(Sl (Ni)，S2 (N2) ,...,Si (Ni))，N是器械的完整3D位置，Si是索引i的圖像的2D判據(jù)， 例如由Ni所確定的感興趣區(qū)域中2D圖像的像素值之和，并且Ni是2D投影圖像之一中器械位置的投影，i從1變化到M，M是所獲取投影圖像的數(shù)量；-過濾感興趣區(qū)域的2D圖像，以便相對于圖像的其余部分突出顯示器械；-器械為針，優(yōu)選地為其3D位置是直線的剛性針。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種包括處理單元的醫(yī)療成像系統(tǒng)，所述處理單元包含實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第一方面的處理方法的部件。根據(jù)第三方面，本發(fā)明涉及一種計算機程序，包括實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法的機器指令。


從只是說明性而不是限制性并且參照附圖來閱讀的以下描述，其它特性和優(yōu)點將變得更清楚，附圖中圖1示出符合本發(fā)明的醫(yī)療成像系統(tǒng)；圖2示意示出本發(fā)明的方法的步驟；圖3示出對象的感興趣區(qū)域的3D圖像；圖如和圖4b示出器械的2D投影圖像；圖5示出根據(jù)第一配置的具有器械的對象的感興趣區(qū)域的3D圖像；圖6示出根據(jù)第二配置的具有器械的對象的感興趣區(qū)域的3D圖像。
具體實施例方式醫(yī)療成像系統(tǒng)圖1中，醫(yī)療成像系統(tǒng)包括旨在發(fā)射X射線束2的源1、面向源1設(shè)置并且配置成探測由源1所發(fā)射的射線的探測器3、設(shè)置在源1與探測器3之間的支承8、處理單元4、存儲單元5和接口單元6。X射線源1和探測器3經(jīng)由C臂12連接。所述臂12更一般地被稱作脈管C臂。臂12能夠在三個自由度上進行定向，如圖1的箭頭所示。處理單元4控制臂12的位置，即X射線源1相對于探測器3的位置。支承8旨在接納外科醫(yī)生將對其執(zhí)行手術(shù)、如脊椎成形術(shù)(vertebroplasty)的患者7。處理單元4配置成命令由源1發(fā)射X射線以及脈管C臂12的移動。另外，處理單元4配置成命令由探測器3讀取圖像，并且接收由探測器3所獲取的數(shù)據(jù)。例如，處理單元4是一臺或多臺計算機、一個或多個處理器、一個或多個微控制器、一臺或多臺微型計算機、一個或多個可編程邏輯控制器、一個或多個專用集成電路、其它可編程電路或者包括例如工作站的計算機的其它裝置。處理單元4與存儲部件5耦合，存儲部件5可集成在處理單元4中或者與其分離。 這些部件能夠由硬盤或者任何其它可移動存儲部件(CD-ROM、磁盤等)來形成。這些存儲部件5能夠用于存儲待治療區(qū)域的所獲取或經(jīng)處理放射圖像。它們可以是處理單元4的ROM/ RAM存儲器、⑶-R0M、USB鑰匙(key)、中央服務(wù)器的存儲器。處理單元4可包括例如磁盤驅(qū)動或CD-ROM驅(qū)動的讀取裝置(未示出)，以便從例如軟盤或CD-ROM的指令介質(zhì)(未示出)中讀取處理放射圖像的方法(下面進行描述)的指令。作為一種變型，處理單元4運行固件(未示出)中存儲的處理方法(下面進行描述)的指令。接口單元6包括顯示裝置9。接口單元6為外科醫(yī)生提供控制該過程(procedure) 的手段(means)。更準(zhǔn)確來說，在過程期間，外科醫(yī)生能夠在顯示裝置9上目測具有器械的感興趣區(qū)域的3D圖像。顯示裝置9例如是計算機屏幕、監(jiān)視器、平板屏幕、等離子體屏幕或者任何商業(yè)上可得的顯示裝置。顯示裝置9使外科醫(yī)生能夠目測待治療感興趣區(qū)域中的器械。對方法的一個實施例的描述圖2示意示出該方法的步驟。在初始化步驟100，重構(gòu)將對其執(zhí)行手術(shù)以及特別是針插入的患者7的感興趣區(qū)域的3D圖像20。圖3示意示出患者7的感興趣區(qū)域的3D圖像20。這種重構(gòu)通過獲取患者7的感興趣區(qū)域的連續(xù)2D投影圖像、然后通過從患者7的感興趣區(qū)域的2D投影圖像進行3D圖像斷層掃描重構(gòu)來執(zhí)行。3D圖像可以是患者的脊骨的圖像。在將針11插入患者7時，外科醫(yī)生希望跟蹤針在感興趣區(qū)域中的插入。一旦已經(jīng)插入針11，則獲取200多個2D投影圖像。這種獲取200的目標(biāo)是提供針11的多個2D投影圖像。這些所獲取圖像沿成像鏈的不同取向來獲取。在這里指定，成像鏈表示限定X射線源1相對于探測器3的位置的空間中臂12的位置。圖3a和圖北示意示出針11的兩個2D投影圖像40、50。例如，獲取兩個與十個之間的2D投影圖像，優(yōu)選獲取兩個圖像。在其余下部分中，考慮獲取僅兩個2D圖像40、50。這些所獲取2D投影圖像允許顯現(xiàn)器械，并且能夠經(jīng)過過濾200’，使得器械相對圖像的其余部分可見。過濾包括增加表示針的像素的值。一旦已經(jīng)獲取這些2D投影圖像40、50，則確定300器械的3D位置。器械的3D位置是這樣的，以致于沿獲取患者7的感興趣區(qū)域的2D投影圖像所按照的相應(yīng)取向的器械9的3D圖像的多個2D投影最接近患者7的感興趣區(qū)域的2D投影圖像。換言之，生成待測試的器械的3D重構(gòu)，該測試包括沿與獲取感興趣區(qū)域的2D投影圖像所按照的取向相同的取向來投影這個3D圖像。圖5示出器械的3D圖像。為了確定器械的這個3D圖像的符合度，在器械的這個3D圖像60的投影40’、50’ 與器械的實際獲取2D投影40、50之間進行比較。一旦進行這個比較并且表明滿足，即器械的2D投影40’、50’接近或者在最佳情況情形下相同，則生成針的這些2D投影40，、50’的3D重構(gòu)是器械的預(yù)期3D重構(gòu)。然后將這樣獲得的器械的3D重構(gòu)60重疊400在感興趣區(qū)域的3D圖像之上，以便獲得具有針的感興趣區(qū)域的3D圖像。
圖6示出具有針11的感興趣區(qū)域的3D圖像。因此，在整個手術(shù)過程中，為了獲得具有器械的患者感興趣區(qū)域的3D圖像，僅要求獲取2D投影圖像。下面給出確定器械的3D圖像的詳細描述。如前面所述，提供兩個2D投影圖像40、50，并且這些圖像用于確定器械的3D重構(gòu)圖像。從器械的2D投影圖像中，能夠確定針11的尖端91的3D位置。3D圖像中針的完整位置則通過使下列判據(jù)最小來獲得N = argmin(S)，其中 S = f(Sl (Ni), S2 (Ni)), Nl 和 N2 分別是從器械的 3D 重構(gòu)所獲得的2D投影，Sl和S2是2D判據(jù)、如由m和N2所定義的感興趣區(qū)域中2D圖像的灰度陰影之和，并且N是針的完整3D位置。針的完整3D位置通過五個參數(shù)來描述-針的尖端的3D位置；-針的取向(即，兩個角度)。要注意，為了獲得針的完整位置N，能夠省略估計針的尖端的3D位置的步驟。在這種情況下，將確定五個未知數(shù)，以便生成針的3D圖像，否則將確定兩個未知數(shù)?！┦股鲜雠袚?jù)最小，則獲得針的完整3D位置。將器械的這個3D重構(gòu)重疊在患者感興趣區(qū)域的3D圖像之上。
權(quán)利要求
1.一種處理介入成像的圖像的方法，其中通過醫(yī)療成像系統(tǒng)(10)顯現(xiàn)對象(7)的3D 圖像，所述醫(yī)療成像系統(tǒng)(10)包括X射線源(1)和探測器(3)，所述方法包括下列步驟-沿成像鏈的多個取向獲取O00)已經(jīng)將直線器械(9)插入其中的對象(7)的多個2D 投影圖像；-確定(300)所述器械的3D重構(gòu)，使得沿獲取所述對象(7)的2D投影圖像所按照的相應(yīng)取向的所述器械(9)的3D圖像的多個2D投影最接近所述對象(7)的所獲取2D投影圖像；-將所述器械的3D重構(gòu)重疊(300)在所述對象(7)的3D圖像之上，以便獲得具有所述器械(9)的所述對象(7)的3D圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定(200)所述器械的3D重構(gòu)包括確定所述器械的完整3D位置，所述完整3D位置通過所述器械的尖端的3D位置并通過所述器械的取向來描述。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述器械的尖端的3D位置從感興趣對象的所獲取 2D投影圖像來確定。
4.如權(quán)利要求2至3中任一項所述的方法，其中，所述器械的完整3D位置包括使下列判據(jù) N = argmin (S)最小，其中 S = f (Si (Ni)，S2 (N2)，...，Si (Ni))，N 是所述器械的完整 3D位置，Si是索引i的圖像的2D判據(jù)，例如由Ni所確定的感興趣區(qū)域中2D圖像的像素值之和，并且Ni是所述2D投影圖像之一中所述器械的位置的投影，i從1變化到M，M是所獲取投影圖像的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，過濾感興趣區(qū)域的2D圖像，以便相對于圖像的其余部分突出顯示所述器械。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中，所述器械為針，優(yōu)選地為其3D位置是直線的剛性針。
7.一種包括處理單元的醫(yī)療成像系統(tǒng)，所述處理單元包括實現(xiàn)如以上權(quán)利要求中任一項所述的處理方法的部件。
8.一種計算機程序，包括實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的機器指令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理介入成像的圖像的方法，其中通過醫(yī)療成像系統(tǒng)(10)顯現(xiàn)對象(7)的3D圖像，醫(yī)療成像系統(tǒng)(10)包括X射線源(1)和探測器(3)，該方法包括下列步驟沿成像鏈的多個取向獲取(200)已經(jīng)將直線器械(9)插入其中的對象(7)的多個2D投影圖像；確定(300)器械的3D重構(gòu)，使得沿獲取對象(7)的2D投影圖像所按照的相應(yīng)取向的器械(9)的3D圖像的多個2D投影最接近對象(7)的所獲取2D投影圖像，以便獲得具有器械(9)的對象(7)的3D圖像。本發(fā)明同時涉及一種用于處理放射圖像以確定針的3D位置的方法。
文檔編號G06T17/00GK102289843SQ20111014739
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者S·戈杰斯, Y·特勞塞 申請人:通用電氣公司