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CN102548478A - 血管处置的实况配准 - Google Patents

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CN102548478A CN2010800432768A CN201080043276A CN102548478A CN 102548478 A CN102548478 A CN 102548478A CN 2010800432768 A CN2010800432768 A CN 2010800432768A CN 201080043276 A CN201080043276 A CN 201080043276A CN 102548478 A CN102548478 A CN 102548478A
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Abstract

本发明涉及血管介入流程的精确定位，尤其涉及一种用于血管介入流程的精确定位的方法、一种用于血管介入流程的精确定位的医学成像系统和一种用于血管介入流程的精确定位的导管插入实验室系统。首先，利用注入的造影剂采集(24)血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像。此外，在所采集的至少一幅图像内识别(26)血管信息数据。之后，检测(28)所述所采集的至少一幅图像中的血管感兴趣区域内的血管的第一钙化特征。进而，利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成(30)血管表示。进而，采集(32)血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。之后，检测(34)所述至少一幅当前荧光透视图像中的血管感兴趣区域内的血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征。此外，所述血管表示与所述荧光透视图像配准(36)，其中，将所述钙化特征用于配准。之后，通过组合所述血管表示与所述至少一幅荧光透视图像来生成(38)合成图像。此外，在显示器上显示(40)所述合成图像。

Description

血管处置的实况配准
技术领域
本发明涉及血管介入流程的精确定位，尤其涉及一种用于血管介入流程的精确定位的方法、一种用于血管介入流程的精确定位的医学成像系统以及一种用于血管介入流程的精确定位的导管插入实验室系统。
背景技术
血管介入流程常常包括在执行进一步的步骤之前将装置定位到血管内的任务。例如，可能必须在部署之前将支架定位到血管内。作为另一范例，在经皮主动脉瓣置换介入术(PAV置换)中，在部署之前，借助荧光透视来定位可植入装置，亦即人造心脏瓣膜置换物。在PAV中，为了实现这种定位，执行利用造影剂的超动脉血管造影术(super aortic angiography)，以便为PAV部署确定最佳投影。例如，手动选择、存储帧，并随后将其用作植入前参考图像。但是已经表明，心脏病专家或心脏外科医生，或者就其他血管介入而言的外科医生或其他临床工作人员总是必须运用自己的心智将来自参考图像的信息与介入过程中采集的荧光图像，即实况荧光图像相融合。这一运用心智的过程易于出现误差，并且使定位放置工作成为精细、繁琐的操作。另一项缺点在于，呼吸和心搏运动使得这种脑力融合工作更加复杂。因此，手动要求的参考图像仅能起到一定的支持作用，因为心脏病专家或心脏外科医生例如必须利用其想象力将来自参考图像的信息与手术流程过程中获取的实况荧光图像联系起来。
发明内容
本发明的目的在于在血管介入过程中为心脏病专家或外科医生提供更好的信息。
所述目的可以通过根据独立权利要求的用于血管介入流程的精确定位的医学成像设备、用于血管介入流程的精确定位的方法以及X射线成像系统和导管插入实验室系统实现。
在示范性实施例中，提供了一种用于血管介入流程的精确定位的方法，其包括下述步骤。首先，利用注入的造影剂采集血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像。此外，在所采集的至少一幅图像之内识别血管信息数据。之后，检测所述所采集的至少一幅图像中的血管感兴趣区域内的血管的第一钙化特征。进而，利用血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示。进而，采集血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。之后，检测所述至少一幅当前荧光透视图像中的血管感兴趣区域内的血管的第二钙化特征，其中，该第二钙化特征对应于第一钙化特征。进而，将所述血管表示与所述荧光透视图像配准，其中，将所述钙化特征用于配准。之后，通过组合所述血管表示与所述至少一幅荧光透视图像来生成合成图像。进而，在显示器上显示所述合成图像。
“对应”一词是指某一图像中的特征对应于另一幅图像中的相同特征。简单来讲，所述第一钙化特征和所述第二钙化特征是相同的钙化特征，只是处于不同的图像中。当然，词语第一钙化特征和第二钙化特征中的每者可以包括一个或多个钙化特征。
使配准以所检测到的钙化特征为基础提供了这样的优点，即，不必为配准过程提供额外特征，诸如干预工具。进而，由此避免了在较大的血管内用于配准的介入式工具的缺点，由于该工具在血管体积内的可能的移动，可能导致不精确或者错误的对准。
根据本发明的方法在无需要人工配准界标的情况下为图像提供了精确的配准，能够在图像上容易地看到该结果。如果在实时图像中钙化特征或钙化斑(spot)被遮蔽，那么有可能要确定是否确实用到了所提出的配准方案。
“精确定位”一词是指有助于精确定位的特征，其通常是一项局部、精确的任务。但是，还能够将根据本发明的精确定位用于装置导引，其通常由路图映射(roadmapping)一词予以支持，该词是指血管掩模在无造影剂的实况图像上的叠加。
根据示范性实施例，将钙化特征确定为用于联系两幅图像的界标。
根据示范性实施例，分别检测第一和第二钙化特征的步骤包括在相应的图像数据之内对钙化特征进行定位。
根据示范性实施例，所述图像可以包括2D图像数据以及3D图像数据。换言之，也可以使血管感兴趣区域的3D图像数据与实况或当前状态下的3D图像数据或2D图像数据配准。
根据示范性实施例，3D包括介入前或者介入前后的3D数据，诸如CT扫描器数据或C臂-CT数据，例如，所述数据用于识别血管信息数据、检测第一钙化特征以及生成血管表示采集。
在那些数据中，可以对主动脉根，也可能一并对钙化特征进行分割或增强，能够利用这些操作的结果以便于上述检测/跟踪和配准工作。
根据示范性实施例，利用插入到血管内的假体采集当前荧光透视图像。
根据示范性实施例，提供了一种方法，其包括利用注入的造影剂采集感兴趣区域的图像序列，以及为接下来的步骤选择具有最佳对比度的图像。
根据示范性实施例，采集包括造影剂阶段的图像和包括无造影剂阶段的图像的图像序列。跟踪所述序列的图像，直到造影剂开始消失为止。一旦钙化特征在所述序列的受到跟踪的图像上变得可见，就对所述钙化特征进行识别。在跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来(linking)的空间关系，并将所述空间关系应用于所述钙化特征。
根据示范性实施例，提供了一种方法，其中，按照跟踪方式将联系所述轮廓的空间关系应用于所述钙化特征。
根据示范性实施例，采集包括在其中利用注入的造影剂对血管进行填充从而使得钙化特征不可见的图像以及包括在其中血管受到注入的造影剂的较少填充从而使得钙化特征可见的图像的图像序列。反向跟踪所述序列的图像，直到造影剂开始消失为止。一旦钙化特征在所述序列的受到反向跟踪的图像上变得可见，就对所述钙化特征进行识别。在反向跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来的空间关系，并按照前向跟踪方式将所述空间关系应用于所述钙化特征。
在血管受到造影剂的充分填充，从而使得钙化特征在参考图像中很可能几乎不可见的情况下，这样做也能够提供对参考图像中的钙化特征的检测。
根据示范性实施例，提供了一种方法，其包括估计至少一幅图像中的背景，并在检测第一钙化特征之前通过执行DSA(数字减影血管造影)从图像中减去所述背景。
根据示范性实施例，提供了一种方法，其中，将3D介入前/介入前后数据用于识别血管信息数据的步骤、检测第一钙化特征的步骤和生成血管表示采集的步骤。根据示范性实施例，所述至少一幅当前荧光透视图像包括实况图像的序列。
根据另一示范性实施例，感兴趣的血管为主动脉。
根据示范性实施例，所述血管造影为主动脉造影。
根据另一示范性实施例，作为主动脉造影的替代或者除了主动脉造影之外，采用3D图像数据体，并对主动脉进行分割，进而识别钙化特征或钙化区域。
根据示范性实施例，所述钙化特征是主动脉轮廓内的钙化斑。
例如，所述钙化斑落在主动脉根上。
根据示范性实施例，所插入的假体是人造心脏瓣膜装置。
根据示范性实施例，所述采集包括采集主动脉根的3D图像。
例如，通过CT或者诸如3DRX的C臂CT采集3D图像。
根据示范性实施例，生成合成图像的步骤包括几何变换，从而使参考图像具有与实况图像的空间对应关系。
根据示范性实施例，采用3D数据。在3D数据上识别或定位血管表示。之后将这一血管表示与用于介入的填充了造影剂的2D图像配准。之后，在2D图像中识别可利用的钙化。还使所述钙化与在2D造影剂图像中看到的血管联系起来。之后，使所述3D数据与注入2D图像配准，并且由于将2D注入图像与钙化位置联系了起来，因而能够实现最终的3D模型与实况图像的配准。
然而，3D数据的优点在于能够将其用于导出血管表示，但还能够将其用于帮助对钙化、血管候选项选择、血管候选项检测或血管候选项的跟踪。
还可以利用用于血管介入流程的精确定位的医学成像系统达到本发明的目的，所述系统包括至少一个X射线图像采集装置、数据处理单元和显示装置。所述X射线图像采集装置适于利用注入的造影剂采集血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像，以及采集血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。数据处理单元适于在所述所采集的至少一幅图像之内识别血管信息数据。所述数据处理单元还适于检测所述所采集的至少一幅图像中的血管感兴趣区域内的血管的第一钙化特征，以及利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示。所述数据处理单元还适于检测所述至少一幅当前荧光透视图像中的血管感兴趣区域内的血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征，并且所述数据处理单元还适于使所述血管表示与所述荧光透视图像配准，其中，将所述钙化特征用于配准。所述数据处理单元还适于通过组合所述血管表示和所述至少一幅荧光透视图像来生成合成图像。所述显示装置被布置成显示所述合成图像。
根据示范性实施例，将所述钙化特征确定为用于联系两幅图像的界标。
例如，图像可以包括2D图像数据以及3D图像数据。换言之，也可以使血管感兴趣区域的3D图像数据与实况或当前状态下的3D图像数据或2D图像数据配准。
根据示范性实施例，利用插入到血管中的假体采集当前荧光透视图像。
根据示范性实施例，所述X射线图像采集装置适于利用注入的造影剂采集感兴趣区域的图像序列，并且所述数据处理单元适于选择具有最佳对比度的图像。
根据示范性实施例，所述X射线图像采集装置适于采集包括造影剂阶段的图像和包括无造影剂阶段的图像的图像序列。所述数据处理单元适于跟踪所述序列的图像，直到钙化特征在无造影剂阶段中可见为止，并且相对于与造影剂阶段中的采集图像对应的血管信息数据对钙化特征进行定位。所述数据处理单元还适于在跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来的空间关系，并将所述空间关系应用于所述钙化特征。
根据示范性实施例，所述数据处理单元还适于按照跟踪方式将所述空间关系应用于所述钙化特征。
根据示范性实施例，所述X射线图像采集装置适于采集包括在其中利用注入造影剂填充了血管从而使得钙化特征不可见的图像以及包括在其中血管受到注入造影剂的较少填充从而使得钙化特征可见的图像的图像序列。所述数据处理单元适于跟踪所述序列的图像，直到造影剂开始消失为止，并在钙化特征在所述序列的受到跟踪的图像上变得可见时识别所述钙化特征。所述数据处理单元适于在反向跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来的空间关系，并按照前向跟踪方式将所述空间关系应用于所述钙化特征。
根据示范性实施例，所述数据处理单元适于估计所述至少一幅图像中的背景，并通过在检测第一钙化特征之前执行数字减影血管造影(DSA)从图像中减去背景。
根据示范性实施例，所述X射线图像采集装置适于采集实况图像的序列。
根据示范性实施例，感兴趣的血管为主动脉。
根据示范性实施例，所述数据处理单元适于采集主动脉造影作为血管造影。
根据示范性实施例，所述数据处理单元适于检测主动脉轮廓上的表示钙化特征的钙化斑。
例如，所述钙化斑位于主动脉根上。
根据示范性实施例，所插入的假体为人造心脏瓣膜装置。
根据示范性实施例，所述至少一个X射线图像采集装置适于采集主动脉根的3D图像。
例如，通过CT或3DRX采集例如诸如主动脉的血管的3D图像。
根据示范性实施例，所述数据处理单元适于通过几何变换生成合成图像，通过执行所述几何变换使得参考图像与实况图像具有空间对应关系。
例如，通过应用所述几何变换使组合血管表示或模型叠加到实况图像上。
还可以利用具有根据前述实施例之一所述的设备(arrangement)的X射线成像系统达到所述目的。
还可以利用具有根据前述实施例之一所述的设备的导管插入实验室系统达到所述目的。
在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前述实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，所述计算机程序单元可以存储在计算机单元上，其也可以作为本发明的实施例的部分。这种计算单元可以适于执行上述方法的步骤或者引发上述方法的步骤的执行。此外，其还可以适于操作上述设备的部件。所述计算单元可以适于自动操作和/或执行用户的命令。可以将计算机程序加载到数据处理器的工作存储器内。因而，可以将所述数据处理器配置成执行本发明的方法。
本发明的这一示范性实施例既涵盖从一开始就采用本发明的计算机程序，又涵盖利用更新将现有的程序转化为采用本发明的程序的计算机程序。
此外，所述计算机程序单元还能够提供完成上述方法的示范性实施例的流程的所有必要步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种诸如CD-ROM的计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质具有存储于其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元如前面部分所述。
然而，也可以通过诸如万维网的网络提供所述计算机程序，并且能够从这样的网络将所述计算机程序下载到数据处理器的工作存储器内。根据本发明的另一示范性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置成执行根据本发明的前述实施例之一的方法。
必须指出的是，参照不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言，一些实施例是相对于方法类型权利要求描述的，而其他实施例则是相对于装置类型权利要求描述的。然而，本领域技术人员将从上文和下文的描述中认识到，除非另行通知，否则除了属于一类主题的特征的任何组合之外，应当认为本申请还公开了与不同主题相关的特征之间的任何组合。然而，可以对所有特征进行合并，其将提供协同效应，而不仅仅是特征的简单加和。
附图说明
本发明的上述方面以及其他方面、特征和优点可以从下文将要描述的实施例范例中导出并且将参考实施例范例加以描述，但是本发明不限于此。在下文中将参考附图更详细地描述本发明。
图1示出了在导管插入实验室中所使用的用于血管介入流程的精确定位的X射线成像系统；
图2示意性描述了根据本发明的方法的步骤；
图3示意性示出了图2中的方法的另一实施例；
图4示意性示出了主动脉的结构；
图5示意性示出了作为血管处置的范例的对对象的导管插入；
图6示意性示出了根据本发明的注入图像；
图7示意性示出了根据本发明的荧光透视图像；
图8示意性示出了根据本发明的合成图像；
图9示意性示出了主动脉造影片中的注入图像；
图10示意性示出了主动脉造影片中的无注入图像；
图11和12示出了从无注入图像到注入图像对钙化跟踪的示范性实施例；
图13示出了主动脉瓣平面和中轴的识别；
图14示出了比对受到跟踪的钙化对所述平面和中轴的变换；
图15示出了基于受到跟踪的钙化由荧光图像变换的配准平面和中轴；
图16到18示出了图6到图8的图示的摄影图像；以及
图19到25示出了图9到图15的图示的摄影图像。
具体实施方式
图1示意性示出了用于在导管插入实验室内使用的X射线成像系统10，其具有用于对心脏瓣膜置换物进行精确定位的检查设备。所述检查设备包括X射线图像采集装置，所述X射线图像采集装置具有用于生成X射线辐射的X射线辐射源12。提供桌台14来接收待检查的对象。此外，X射线图像探测模块16位于与X射线辐射源12相对的位置，即，在辐射流程期间，受检者位于X射线辐射源12和探测模块16之间。后者向既连接到所述探测模块16又连接到所述辐射源12的数据处理单元或计算单元18发送数据。所述计算单元18位于桌台14的下面，以节省导管插入实验室内的空间。当然，其也可以处于不同的位置，例如，位于另一房间内。此外，可以在桌台14附近布置显示装置20，从而向X射线成像系统的操作者，即诸如心脏病专家或心脏外科医生的临床医生，显示信息。优选以可移动的方式安装显示装置20，从而允许根据检查情况进行个体调整。此外，还布置了接口单元22，以便由用户输入信息。基本来讲，图像探测模块16通过使受检者暴露于X射线辐射而生成图像，其中，在数据处理单元18中对所述图像做进一步处理。应当指出的是，所示的范例涉及所谓的C型X射线图像采集装置。当然，本发明也涉及其他类型的X射线图像采集装置。下文将更详细地描述根据本发明的流程。
图2示意性示出了根据本发明的步骤的流程图。在第一采集步骤24中，利用注入的造影剂采集血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像。在识别步骤26中，在所采集的至少一幅图像之内识别血管信息数据。在第一检测步骤28中，在所述所采集的至少一幅图像中检测血管感兴趣区域内的血管的第一钙化特征。进而，在生成步骤30中，利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示。此外，在第二采集步骤32中，采集血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。之后，在第二检测步骤34中，在所述至少一幅当前荧光透视图像中的血管感兴趣区域内检测血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征。
换言之，所述第一钙化特征和第二钙化特征是相同的钙化特征，只是处于不同的图像中。当然，第一钙化特征和第二钙化特征每者可以包括一个或多个钙化特征。
在配准步骤36中，将所述血管表示与所述荧光透视图像配准，其中，将所述钙化特征用于配准步骤36。进而，在生成步骤38中，通过组合血管表示与至少一幅荧光透视图像来生成合成图像。之后，在显示步骤40中，在例如显示器20的显示器上显示所述合成图像。
根据示范性实施例，所述血管表示是所生成的血管的模型。
根据示范性实施例，就PAV而言，所述模型也可以由简化表示构成，所述简化表示包含例如瓣膜小叶平面的图像平面内的投影，以及例如瓣膜中轴的(图像平面内的)投影。
通常，血管表示必须充分呈现用于装置的正确安放的信息，并且其必须足够简单以避免因信息太多而扰乱合成图像，并且避免给介入治疗医师造成困扰。
在PAV情况下，应当精确地控制假体的角度和插入程度。可以通过使假体的旋转轴取向为平行于瓣膜中轴来控制所述角度。可以通过相对于小叶平面定位瓣膜中点来控制插入程度。
根据示范性实施例，第一采集步骤24包括利用注入的造影剂采集感兴趣区域的图像序列，以及为接下来的步骤选择具有最佳对比度的图像，在图2中没有额外示出该实施例。
根据示范性实施例，如图3所示，采集图像序列，所述图像序列包括利用注入的造影剂填充了血管从而可能使钙化特征不可见的图像，并且所述图像序列还包括利用注入的造影剂对血管进行较少的填充从而使得钙化特征可见的图像。这一过程又被称为主动脉造影112。此外，在检测步骤114中，在时刻t0处检测参考图像内的一定数量的主动脉根候选轮廓或选择轮廓。优选地，利用不会使这一步骤太费力的候选项或选择。当涉及3D数据时，可以将其用于候选项的查找。
在进一步的跟踪步骤116中，在候选轮廓中，跟踪所述序列的图像，直到造影剂开始消失为止。
这一跟踪可能是按照因果关系(也就是说沿不断升高的图像时刻)发生的，也可能是反因果(也就是说沿降低的图像时刻)发生的。
这发生在时间轨迹上的时点上，该时刻被称为t1。记录在跟踪阶段期间将所述轮廓联系起来的所有空间关系(在图3中未对此进一步图示)。
进而，通过例如采用滤波和直方图技术沿时间轴监测造影剂的量来执行对造影剂衰减时瞬t1的确定步骤118。
此外，在识别步骤120中，在时刻t1，识别接近候选轮廓的钙化候选斑，或者换言之，识别接近候选轮廓的钙化特征，所述钙化特征看起来具有带有相似运动的动画效果。当然，这一运动可以例如包括振动，诸如在过度(hyper)起搏的情况下。必须指出的是，在时刻t1，钙化斑开始可见，同时仍然可对候选轮廓进行跟踪直至那一帧。
此外，在反向跟踪步骤122中，按照例如前向跟踪方式将联系所述轮廓的空间关系应用到钙化特征上。
对其原因的描述如下：由于已经从t0到t1对轮廓进行了跟踪，并且由于能够相对于t1候选轮廓对时刻t1上的钙化候选斑进行定位，因而有可能确定t1上的可见候选项与其在t0上的隐藏对应项之间的空间关系，对此采用了反向跟踪一词。然而，这实现了为时刻t0上的参考主动脉造影片定义一组界标SA(t0)。
因而，在反向跟踪步骤122之后，在确定步骤124中，确定界标SA(t0)。根据本发明，例如，能够在荧光实况图像中再现与上文描述的相同种类的步骤。
根据图3所示的示范性实施例，在采集步骤126中采集血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。此外，在识别步骤128中，例如，就荧光图像序列而言，沿荧光序列，在时刻t上识别钙化特征或钙化候选斑。除了界标SA的搜索(该标准涉及造影剂作为一方面)之外，还可能涉及这些斑的形状和运动。一旦识别出了钙化斑，那么在进一步的识别步骤130中，可以识别时刻t上每幅荧光图像的一组界标SF(t)。
一旦分别在步骤124和130中确定了界标SA(t0)和界标SF(t)，那么有可能例如在介入流程期间使图像采集步骤112中的采集图像与采集步骤126中所采集的荧光图像配准。
为了提供改善的图像，在配准步骤132中，可以采用所定义的几何变换G(t0，t)使参考图像具有与时间点t上的实况图像的空间对应关系，使得各种叠加和/或精确定位方案成为可能。之后，在进一步的步骤130中，对经配准的，并且经几何变换的图像数据进行组合，并对其进行显示。
根据本发明，图1所示的图像采集装置适于借助注入的造影剂采集血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像，以及采集血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像。数据处理单元18适于在所述所采集的至少一幅图像之内识别血管信息数据，检测所述所采集的至少一幅图像中的血管感兴趣区域内的第一钙化特征，以及利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示。数据处理单元18还适于检测所述至少一幅当前荧光透视图像中的血管感兴趣区域内的血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征。数据处理单元18还适于将所述血管表示与所述荧光透视图像配准，其中，将钙化特征用于配准，并且所述数据处理单元还适于通过组合所述血管表示与所述至少一幅荧光透视图像来生成合成图像。将显示装置20布置成显示所述合成图像。
作为范例，感兴趣的血管为主动脉。由于老龄化人群的原因，对心脏瓣膜问题或心脏瓣膜疾病的处置变得更加重要，因为在这样的群体当中，这样的疾病往往需要置换原生的心脏瓣膜，因此本发明将在例如经皮心脏瓣膜移植过程中为心脏病专家或外科医生提供更好的信息。尽管关于主动脉瓣的置换对本发明进行了示范性的描述，但是本发明还关注其他类型的心脏瓣膜的置换，诸如肺动脉瓣、二尖瓣和三尖瓣。当然，本发明还关注其他血管治疗，例如，在例如血管横截面不足的血管区域内插入支架。
在图6中示出了心脏210，其相对于主血管具有右侧部分212和左侧部分214。在示意图中，右侧部分212位于腔静脉上。其表示由右冠状动脉灌注的心脏部分。在左侧部分的顶部，能够看到升主动脉216，其形成了弓218，在该处若干条其他血管220连接到了主动脉216上。之后，主动脉216向下通向若干条其他血管所连接的位置，诸如腹腔动脉222和肠系膜上动脉。继而，所述主动脉分为肾动脉226和通向髂动脉的肠系膜下动脉228。这一部分又被称为腹主动脉。与心脏本身的连接点，好比是主动脉216的根为根232或主动脉根。此外，两条冠状动脉233在根区230内连接。在图6中未示出的主动脉心脏瓣膜位于根232处。
对于心脏瓣膜置换而言，诸如对于图5中的位于根232处的主动脉瓣膜的置换而言，将瓣膜递送导管234从腹股沟插入到髂动脉230中的一条内，并使其蜿蜒前行至所要置换的心脏瓣膜处。换言之，导管234沿经过弓218的主动脉前行，直到其抵达根区为止，在该处经过正确的定位之后部署瓣膜。
通过为外科医生提供根据上述方法步骤生成的合成图像的显示，为外科医生提供了改善的或者关于用于使人造心脏瓣膜达到正确位置的导管或其他定位放置工具的相应的定位或定位放置的增强的信息。通过利用仅在图4中示意性图示的钙化斑236作为配准特征，有可能将血管表示与当前采集的图像进行配准，例如，所述当前采集的图像为荧光透视图像。例如主动脉造影片的血管表示为外科医生提供了一种路线图，而荧光透视图像则提供了对导管234或其他介入工具的定位所需的信息。因而，所显示的合成图像为心脏外科医生或心脏病专家提供了正确部署人工瓣膜所需的信息。要想得到实际的，分别为当前信息，有可能按照预定间隔重复荧光透视图像采集。通常，荧光透视采集步骤是在不使用造影剂的情况下实施的。通过为外科医生提供根据本发明的合成图像，有可能降低流程期间采用的造影剂的量，例如，这意味着将极大减轻肝脏有问题的患者的负担。
当然，也可能按照预定的速率或者根据实际需求，例如，在流程实际所用的时间比预期要长的情况下，重复血管造影或主动脉造影采集以及接下来的用于生成血管表示或主动脉根表示或者对其进行建模的步骤。
根据示范性实施例，利用血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示的步骤包括利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征对血管表示进行建模。
作为范例，图6示出了用于主动脉造影的注入图像。由于采用了造影剂，在图像的中央附近可见主动脉根312。此外，还能够看到通过其将造影剂注入到感兴趣区域内的注射导管314。此外，在图6的注入图像内还可见其他特征，诸如胸骨夹(sternal clip)316、脊柱元318或超声探头320。
必须指出的是，例如，图6的注入图像可以是完整主动脉造影序列中的包括若干图像的图像序列中的一幅图像。由于图6所示的主动脉根为充分填充状态，亦即，受到了造影剂的充分填充，因而在图6所示的图像中，钙化斑322几乎不可见。然而，在造影剂开始消失的图像内可见钙化特征322(未示出)。
检测这些钙化特征322，能够手动或自动地执行所述检测。由于在对图6中可见的检测到的主动脉根轮廓的反向跟踪期间记录了在反向跟踪阶段期间将所述轮廓联系起来的空间关系，因而钙化特征322相对于其空间关系也是已知的。换言之，即使钙化特征322在序列的所有图像中都不可见，仍然可能获知钙化特征322的确切位置，因为在钙化特征322往往不可见的那些图像中，钙化特征322与主动脉根轮廓具有固定关系。然而，对于例如导管顶端或活检针或者其他装置而言，装置在血管内的定位总是发生变化，并因而其只能提供粗略的位置信息，而无法提供所要求的精确度。
在实际的介入流程期间，借助例如荧光透视采集无注入图像，图7示出了其范例。在本文中，除了诸如胸骨夹316、脊柱318或超声波探头320的额外特征以外，还示出了导管314，但是与此同时导管的定位可能已经发生了变化。
为了组合图6所示的主动脉造影信息与图7所示的通过荧光透视提供的当前信息，在图7的图像中检测主动脉钙化特征322，并将其用于配准过程，以便能够组合或者生成合成图像，图8示出了其范例。应对指出的是，图6中的合成图像包括图6所示的图像数据的进一步增强的图像，其又称为血管造影片，即其中减弱了背景从而仅使血管信息清晰可见的图像。
根据本发明的方法在不需要人工配准界标的情况下为图像提供了精确的配准，能够在图像上容易地看到该结果。如果在实时图像中钙化特征或钙化斑被遮蔽，那么有可能要确定是否确实用到了所提出的配准方案。
此外，现在将参考图9到15描述精确定位的示范性实施例。如上所述，首先在注入周期期间采集一系列图像，包括注入图像，例如，可由其产生图9所示的主动脉造影中的注入图像412。所述一系列图像还包括主动脉造影中的无注入图像，图10示出了无注入图像414的范例。
将无注入图像用于钙化416的识别，为了更易于理解，采用圈418对其予以标示。钙化416或者说钙化特征是例如主动脉钙化。
接下来，从无注入图像到注入图像对钙化416跟踪，图11和12对此给出了示意性图示。采用引到图11的图像中的相应位置的箭头420指示所述跟踪，所述位置中的每者由十字形422标示。
这可能还以介入前3D步骤中检测到的钙化为基础，或由其予以支持。
此外，如图13所示，识别由直线426指示的主动脉瓣平面424和由虚线430指示的中轴428。所述操作可以直接由2D数据完成，也可以由介入前/介入前后的3D数据完成。在后一种情况下，首先通过手动或者自动手段在3D中确定主动脉瓣平面和中轴，还基于在3D和2D下呈现的主动脉根特征使所述3D数据集与图30的2D主动脉造影配准，最后，将经配准的3D主动脉瓣平面和中轴投影到2D主动脉造影内，从而创建出2D瓣膜平面424和中轴428。
之后，参照主动脉造影跟踪的钙化使平面424和中轴428几何相关，如图14所示。其定义了将平面424和轴428与钙化422联系起来的前向几何变换。
此外，图15表明，还根据空间数据对由实况荧光图像中的受到跟踪的钙化而配准的平面424′和中轴428′进行变换。这一操作是通过反转上述前向几何变换，并应用所得到的后向变换而实现的，所述后向变换将受到跟踪的钙化422′与最新估计的平面424′和轴428′联系起来。应当指出的是，图15还示出了插入的经皮瓣膜432。
除了图6到图8的附图之外，图16到18示出了采用X射线图像得到的摄影图像，以便更好地理解本发明。
除了图9到图15之外，图19到25示出了采用X射线图像的摄影图像，以便更好地理解本发明。
尽管已经在附图和前述说明中对本发明进行了图示和描述，但是应当认为这样的图示和描述是说明性或示范性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员能够在实践所要求保护的本发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，单数冠词“一”或“一个”不排除复数。可以通过单个处理器或其他单元实现权利要求中陈述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。
可以将计算机程序存储和/或分布在适当的介质当中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的固态介质，但是，也可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例如，通过因特网或者其他有线或无线电信系统。
权利要求中的任何附图标记不应被视为对范围构成限制。

Claims (15)

1.一种用于血管介入流程的精确定位的医学成像设备，所述设备包括：
-至少一个X射线图像采集装置(12、16)；
-数据处理单元(18)；以及
-显示装置(20)；
其中，所述X射线图像采集装置适于利用注入的造影剂采集(24)血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像，以及采集(32)所述血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像；
其中，所述数据处理单元(18)适于在所采集的至少一幅图像之内识别(26)血管信息数据；检测(28)所述所采集的至少一幅图像中的所述血管感兴趣区域内的所述血管的第一钙化特征；利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成(30)血管表示；检测(34)所述至少一幅当前荧光透视图像中的所述血管感兴趣区域内的所述血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征；将所述血管表示与所述荧光透视图像配准(36)，其中，将所述钙化特征用于所述配准；通过组合所述血管表示与所述至少一幅荧光透视图像来生成(38)合成图像；
其中，所述显示装置(20)被布置成显示(40)所述合成图像。
2.根据权利要求1所述的医学成像设备，其中，所述X射线图像采集装置适于利用注入的造影剂采集所述感兴趣区域的图像序列；并且其中，所述数据处理单元适于选择具有最佳对比度的图像。
3.根据权利要求1或2所述的医学成像设备，其中，所述X射线图像采集装置适于采集包括造影剂阶段的图像和包括无造影剂阶段的图像的图像序列；其中，所述数据处理单元适于跟踪所述序列中的图像，直到所述钙化特征在所述无造影剂阶段中可见为止，并且适于相对于与所述造影剂阶段中采集的图像对应的所述血管信息数据对所述钙化特征进行定位；并且其中，所述数据处理单元适于记录在所述跟踪阶段期间将轮廓联系起来的空间关系，并将所述空间关系应用于所述钙化特征。
4.根据权利要求1到3中的一项所述的医学成像设备，其中，所述数据处理单元适于估计所述所采集的至少一幅图像中的背景，并通过执行DSA流程从所述图像中减去背景。
5.一种具有根据前述权利要求中的一项所述的设备的X射线成像系统。
6.一种具有根据权利要求1到4中的一项所述的设备的导管插入实验室系统。
7.一种用于血管介入流程的精确定位的方法，所述方法包括如下步骤：
-利用注入的造影剂采集(24)血管感兴趣区域的至少一幅X射线图像；
-在所采集的至少一幅图像之内识别(26)血管信息数据；
-检测(28)所述所采集的至少一幅图像中的所述血管感兴趣区域内的所述血管的第一钙化特征；
-利用所述血管信息数据和所检测到的钙化特征生成(30)血管表示；
-采集(32)所述血管感兴趣区域的至少一幅当前荧光透视图像；
-检测(34)所述至少一幅当前荧光透视图像中的所述血管感兴趣区域内的所述血管的第二钙化特征，其中，所述第二钙化特征对应于所述第一钙化特征；
-将所述血管表示与所述荧光透视图像配准(36)，其中，将所述钙化特征用于所述配准；
-通过组合所述血管表示与所述至少一幅荧光透视图像来生成(38)合成图像；以及
-在显示器上显示(40)所述合成图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其包括利用注入的造影剂采集所述感兴趣区域的图像序列，并为接下来的步骤选择具有最佳对比度的图像。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，采集(112)包括造影剂阶段的图像和包括无造影剂阶段的图像的图像序列；其中，跟踪(116)所述序列的所述图像，直到所述钙化特征在所述无造影剂阶段中可见为止；相对于与所述造影剂阶段中的采集图像对应的所述血管信息数据对所述钙化特征进行定位；并且其中，在跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来的空间关系，并将所述空间关系应用于所述钙化特征(122)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述图像序列包括利用在其中注入的造影剂填充血管从而使钙化特征不可见的图像，并且包括在其中血管受到所述注入的造影剂的较少填充从而使所述钙化特征可见的图像；其中，反向跟踪(116)所述序列的图像，直到造影剂开始消失为止；其中，一旦所述钙化特征在所述序列的受到反向跟踪的图像上可见时就识别(120)所述钙化特征；并且其中，在反向跟踪阶段期间记录将所述轮廓联系起来的空间关系，并按照前向跟踪方式将所述空间关系应用于所述钙化特征(122)。
11.根据权利要求7到10中的一项所述的方法，其中，感兴趣的血管为主动脉。
12.根据权利要求7到10中的一项所述的方法，其中，生成所述合成图像的步骤包括几何变换(132)，从而使参考图像具有与实况图像的空间对应关系。
13.根据权利要求7到12中的一项所述的方法，其中，所述利用血管信息数据和所检测到的钙化特征生成血管表示的步骤包括利用血管信息数据和所检测到的钙化特征对血管表示建模。
14.一种用于控制根据权利要求1到4中的一项所述的设备的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由处理单元执行时，适于执行根据权利要求7到12中的一项所述的方法。
15.一种存储了根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。
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