专利名称：协助在脉管系统中定向的方法
技术领域：
本发明涉及一种协助在身体体积的脉管系统(vascular system)中定向的方法。本发明还涉及一种用于监视侵入式脉管手术的X-射线装置。
借助于如权利要求1所公开的方法，以及借助于如权利要求9所公开的X-射线装置，本发明得以实现。在相关的权利要求中其它有利的实施例被公开。
根据本发明的方法旨在协助在身体体积的脉管系统中的定向。特别地在侵入式脉管手术情况下，它可以有利地被加以使用，其可能起到诊断和治疗的目的，并且通常借助于导管或导引线来进行。所述方法包括下述步骤a)在身体自然运动的不同阶段中，采集在相关身体体积内脉管系统的模型。关于这点，“模型”被理解为其意味着适合于脉管系统几何描述的任何数量的数据；这可能特别地涉及脉管树的二进制或矢量表示。优选地，所述模型是三维模型，这样它们表示脉管树的空间形状。身体的自然运动可能特别地是周期的自然运动如心跳及/呼吸。
b)在至少一个脉管系统模型和身体体积(body volume)当前图像的基础上，形成一个图像表示。所述图像可以特别地为一个荧光检查图像，如X-射线图像，通过此后的实例，其将经常地提及且被观察。然而，原则上所述方法并不被局限于此，且还可以例如与磁共振(MR)方法、声图方法、闪烁扫描方法等一同使用。
根据依据本发明的方法，对血管的形状及位置具有显著影响的身体自然运动，如特别地心跳及/或呼吸被加以考虑。例如，心跳改变了心脏且其血管的形状且还间接地改变了相邻器官血管的位置。在呼吸期间这同样适用于肺或胸腔。根据本发明，这种身体的自然运动被加以考虑，这是因为要获取脉管系统的不同模型，并且将其用于这些自然运动的不同阶段。这确保在所观察的身体体积内的精确定位，这样病人在反差媒质及X-射线剂量形式上的负担可以绝对被减小。
与所述方法的另一型式相一致，通过适合的传感器，身体的瞬时自然运动被加以确定，并且在所述方法的步骤b)中，最适合于自然运动当前阶段的脉管系统模型被采用。因而，自动地确保将所采用的模型与身体的自然运动同步化。在步骤b)中，特别地是有可能以同步化的形式在监视器中显示出最适合于身体自然运动的瞬时阶段的模型(二维或三维的)，同时优选地，当前图像被平行地显示在第二个监视器上。
优选地，在步骤b)中采用脉管系统三维模型的二维投影。在图像类型方面，这种两维投影对应于通常的两维荧光检查图像，这样外科医生可以适当地比较所述两个图像。
根据上述程序，在最简单的情况下，外科医生在考虑有效性的基础上，选择三维模型的两维投影方向和/或平面。然而，优选地，三维模型的投影方向和/或投影平面被以这样的方式特殊地加以选择，以便于它们对应于当前荧光检查图像的投影方向和/或投影平面。在平行显示模型投影和当前荧光检查图像的情况下，则投影要加以对应，这样才可能直接比较。
当前荧光检查图像的投影方向和/或投影平面可以源于由采集装置所提供的数据。然而，因为机械公差，这个数据的精确度总体上被限制，这样典型地出现约为±2°的角误差。通过将当前荧光检查图像与已经形成且用于形成脉管系统模型的相应身体体积的(荧光的)图像相比较，可以获得当前荧光检查图像和根据本发明模型的投影方向和/或投影平面之间的更佳对应。这是因为在形成脉管系统的模型时，被关注的身体体积基本上从各种方向上(优选地在旋转运动期间从所有方向上)被成像且随后(三维的)脉管系统从由此取得的众多二维投影中被重建。根据所提议的方法，从所取得的二维投影当中，那些其投影方向和/或投影平面位于当前荧光检查图像所临时被确定的投影方向和/或投影平面附近的二维投影与当前荧光检查图像相比较。然后，那些投影中显示出与当前荧光检查图像最佳对应的那个投影被认为是一个与活动目标图像来自相同方向或具有相同投影图像的图像，并且这个投影所基于的参数被用于选择模型的投影方向和/或投影平面。
根据所述方法的另一型式，根据当前图像，一个物体，如特别地一个装置、一个导管或一个导引线的位置被加以确定，并且在脉管系统模型中对应的位置被加亮。因而，在脉管系统模型的再现中外科医生可以立即识别出相关的物体目前位于什么地方。
在所述方法的步骤b)中用于形成图形表示的另一可能性存在于脉管系统的至少一个模型被叠加到当前图像上。以单图像的组合表示确保模型数据被直接地与当前图像数据相关联。
本发明还涉及一个用于监视侵入式脉管手术的X-射线装置，所述装置包括下述元件X-射线源以及探测器，用于形成预定身体体积X-射线图像，优选地，这些组件彼此相关，以便于以一个固定的相对几何结构可旋转。典型地，所述X-射线源和探测器被附着到所谓的C-臂的端部，所述C-臂围绕其中心可以旋转。因而采集设备可以沿着环绕病人身体的圆形路径被移动，这样从不同的观察方向，可以形成位于旋转运动中心的被关注的身体体积的图像。
存储器，其用于存储在所述身体体积自然运动不同阶段的身体体积的脉管系统模型。所述模型可能在距离当前检查相当长一个时间内进行的单独检查期间已经预先获得，或者也可能在当前检查期间获得。它们可能通过相同的X-射线装置或通过其它装置如X-射线计算机断层摄影(CT)装置或MR装置而获得。此外，它们可能是二维的或三维的。
传感器，用于身体自然运动。特别地所述身体的自然运动可以是病人的心跳和/或呼吸。在那种情况下所述传感器可以是一个ECG装置或是一个适用于监视呼吸的装置。
数据处理装置，其被耦合到所述传感器并且被耦合到所述存储器，而且其被以这样的方法设置，以便于它基于至少一个所述模型并基于身体体积当前的X-射线图像形成一个图形表示。
所述X-射线装置确保对侵入式脉管手术的非常精确的监视，因为在其存储器中它具有一个依赖于时间的脉管系统模型，并且利用所述模型与身体当前的活动目标图像相组合。通过所述设备的传感器，身体自然运动的瞬时状态可以得到跟踪，这样可以选择相关的兼容模型，且将其用在用于形成图形表示的同步中。
根据本发明X-射线装置的另一实施例包括这样一个设备，其用于确定X-射线图像的当前图像平面或投影方向。这种设备具有例如测量X-射线源和/或探测器的角位置、并且将由此获得的数据运送到数据处理单元的能力，这样它可以被用在通常显示的形成中。
此后将参考附图
对本发明加以详细说明。发明详述包括X-射线源3和X-射线探测器1的X-射线装置成像部分，在所述图的左手侧被示意性地示出，所述元件典型地被安置在可旋转的C-臂上。在所述元件之间设置一个病人2，以便于病人被关注的身体体积可以通过X-射线荧光检查被成像。当前情况具体地涉及监视在病人脉管系统中的侵入式诊断或治疗介入。然后一个导管(有可能利用一个导引线)通过脉管被送进一直到达或进入到所要治疗的身体体积处。这个导管的导航以常用的方法由给外科医生示出导管当前位置的连续X-射线图像来支持。实际上，在这样的情况下，低X-射线剂量的所谓荧光检查模式与较高剂量的所谓电影模式可以被加以区别。在电影模式期间，通常反差媒质通过导管被注入到脉管系统，这样对于一个从四至五个心动周期的序列，脉管树的拓朴是可见的。
通常采用荧光检查，以便于通过导引线而不需要采用反差媒质便到达脉管系统的缩颈(constriction)，并且对在缩颈上超出缩颈移动的导引线上的装置进行定位。在定位之后，通过在荧光检查模式下一小波的反差媒质对正确的位置加以验证，并且有可能在要求大量时间及较大剂量的复杂反复过程中被加以校正。如果在荧光检查模式下没有施加反差媒质，则在这个模式下图像序列仅示出导管、导引线和所述装置以及一些背景信息。由于与周围组织相比较在吸收密度上的微小不同，所以实际上脉管本身不可能被识别出。
在介入期间，外科医生可以改变成像系统的观察角度以及位置，以便于从不同透视观察目前有装置存在其中的脉管树。为了协助外科医生导航通过脉管系统，现有技术仅采用从电影模式中所形成的多个先前图像中选择出的静态图像(脉管地图或道路地图)。然而，这种类型的静态图像并没有考虑特别地由病人2的心跳和/或呼吸所引起的身体自然运动。
为了改善这种情形，本发明建议采用依赖于时间的、空间上三维的脉管模型，当时间被定义为第四维数时，所述模型也可被称为“四维”脉管模型。这些模型既可以在实际介入之前的单独过程4(长)中被获取，也可以在介入本身期间被形成。所述模型特别地可以通过所谓的“旋转血管造影术”而产生，在所述“旋转血管造影术”期间，X-射线源3和探测器1围绕病人旋转，而同时从不同方向产生图像。所述图中的方框5表示所述模型的存储器。
在另一个由方框6所表示的预处理步骤中，来自方框5的所述模型的各种投影被计算以作准备。它们是由两个与几何观察方向一致的角度值、以及由心动周期和呼吸周期的两个相位角(在0和2π之间被测量)所定义的投影。因为产生这些投影需要大量计算工作，所以优选地它们预先得到计算，而不是实时计算。然而，当具有适当的计算能力以及/或当例如通过采用较低的分辨等级使工作量减少时，有可能进行实时的计算。
在实际检查期间，处理步骤7至16被执行。首先，外科医生形成X-射线荧光检查图像序列(方框9)。为了保证对脉管树不同透视的观察，外科医生视必要的话需要改变成像系统1，3的角度和位置。通过位置探测系统7连续地确定系统的瞬时位置数据。
在方框8中，其参数与由位置探测系统7所表示的瞬时数据得到最佳对应的投影可以从预先计算出的投影6中加以选择。因为成像系统1，3在定位方面具有六个自由度，所以在方框8中所选择的脉管系统或道路地图的投影也可以被称为“6F道路地图”。
存在各种用于将当前荧光检查图像序列9与从三维脉管模型中确定的6F道路地图相关联及组合的可能性；所述这些可能性中的三个被示出所述图中。
在最简单的情况下，用户选择一个在方框11中所表示的6F道路地图或脉管地图中的优选地图。典型地这是一个与心跳周期或呼吸周期的具体相位有关的地图。然后这个脉管地图被显示在第二监视器上，所述第二监视器被设置在显示荧光检查活动目标图象(方框14)的监视器之上。
与在方框12和15中所示的第二型式相一致，病人的ECG和呼吸通过附加的传感器(未显出)而被确定，并且依赖于由此确定的心跳和呼吸的当前相位，相关的脉管地图从方框8中被自动地加以选择。随后，，与这个当前身体状态相同步的脉管地图被与荧光检查的活动目标图像平行地显示(在方框15上)在所述第二监视器上。
最后，方框10、13和16示例出另一个显示的可能性，其中装置的指示器以更复杂的方法被静态地或动态地集成。在方框10中，首先在荧光检查活动目标图像和三维脉管模型或它的二维投影(脉管地图)之间执行登记；这意味着在所述两个图像中搜寻对应点。在方框13中执行装置，例如导管顶端的抽取。在这个方面所适用的算法，例如在WO 00/39753中被加以说明。在方框16中，装置的指示器可以被静态地或动态地插入在荧光检查图像和/或插入在脉管模型的再现中。此外，在方框10登记之后，数字式减影血管造影(DSA)也可能被执行；在这种数字式减影血管造影期间，在当前图像与参考图像之间形成不同之处，以便于衰减非关注的结构，并增强所关注的结构。
权利要求
1.一种协助在身体体积的脉管系统中定向的方法，所述方法包括下述步骤a)在身体自然运动的不同阶段中，采集在身体体积内脉管系统的优选三维模型；b)在至少一个所述模型和身体体积的当前图像如特别地是一个X-射线图像的基础上，形成一个图像表示。
2.根据权利要求1的方法，其中所述身体的自然运动被加以确定，并且在步骤b)中，最适合于自然运动当前阶段的脉管系统模型被采用。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)中形成一个三维模型的两维投影。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于所述当前图像是一个荧光检查图像，并且所述三维模型的投影方向和/或投影平面对应于所述荧光检查图像的投影方向和/或投影平面。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于通过比较所述荧光检查图像和用于导出脉管系统三维模型的身体体积图像，所述当前荧光图像的投影方向和/或投影平面被加以确定。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于根据当前图像，一个物体，如特别地一个装置、一个导管或一个导引线的位置被加以确定，并且在脉管系统模型的再现中所述对应的位置被加亮。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)中所述至少一个脉管系统模型被叠加到图像的再现上。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于所述身体的自然运动由心跳和/或呼吸所引起。
9.一种用于监视侵入式脉管手术的X-射线装置，所述装置包括X-射线源以及探测器，其用于形成预定身体体积X-射线图像；存储器，其用于存储在所述身体体积自然运动不同阶段的身体体积的脉管系统模型；传感器，用于身体自然运动；数据处理单元，其被耦合到所述传感器并且被耦合到所述存储器，而且其被以这样的方法设置，以便于它基于至少一个所述脉管系统模型并基于身体体积当前的X-射线图像形成一个图形表示。
10.根据权利要求9的X-射线装置，其特征在于它包括一个用于确定X-射线图像的当前投影方向和/或投影平面的设备。
全文摘要
本发明涉及一种在侵入式脉管介入期间形成与当前X－射线图像相关的非常精确的脉管地图或道路地图的方法。所述脉管地图源于脉管树的一个四维模型，即源于一个空间上三维的、依赖于时间的模型，所述时间依赖性与身体的自然运动如特别地指心跳和/或呼吸有关。更具体地，通过传感器可以确定心跳或呼吸的节奏，以便于将其用于对应三维脉管模型的同步化的选择和显示。
文档编号A61M25/095GK1427377SQ02157008
公开日2003年7月2日 申请日期2002年12月16日 优先权日2001年12月19日
发明者S·莫卢斯, K·埃克 申请人:皇家菲利浦电子有限公司