用于确定在投影图像中介入仪器的位置的装置的制作方法

本发明涉及用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的装置、方法和计算机程序。本发明还涉及包括用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的位置确定装置的介入系统。

背景技术：

wo2013/001388a1公开了一种用于提供体腔的实况三维图像的系统。该系统适于通过使用光学形状感测来确定柔性手术工具在体腔中的三维形状，并且适于拍摄体腔的x射线图像，其中，体腔和手术工具中的至少一个是辐射不透明的。该系统还适于将所确定的三维手术工具形状配准到x射线图像。

us2008/0095421a1公开了一种用于将荧光透视图像与表示体积的数据进行配准的方法。将荧光透视图像与超声数据进行配准，超将声数据与表示体积的数据进行配准，并且根据荧光透视图像与超声数据的配准以及超声数据与表示体积的数据的配准将荧光透视图像与表示体积的数据进行配准。

由a.brost等人的文章“3-drespiratorymotioncompensationduringepproceduresbyimage-based3-dlassocathetermodelgenerationandtracking”(miccai2009，第i部分，第394至401页，springerverlag，柏林海德堡，2009年)公开了一种在电生理流程期间补偿三维呼吸的系统。双平面x射线c型臂系统针对不同时间在两个采集方向上生成专门的圆周导管的二维投影图像。针对每个时间，基于二维投影图像来重建导管的三维模型，以便提供导管的时间依赖的三维模型。导管的时间依赖的三维模型用于估计最终用于执行运动补偿的三维呼吸运动。

介入系统是已知的，其包括如用于引入到人体中的导管的介入仪器、用于跟踪介入仪器在人体内的位置的跟踪设备、用于生成人体的投影图像的投影设备、以及用于叠加在投影图像示出介入仪器在人体内的跟踪位置的显示器。所述投影设备包括：辐射源，其用于发出用于穿过人体的辐射；以及具有探测表面的探测器，所述探测器用于在辐射已经穿过人体之后探测辐射并用于基于探测到的辐射来生成投影图像。

为了允许显示器叠加在投影图像上示出介入仪器的跟踪位置，需要将跟踪设备和投影设备配准到彼此。配准能够通过例如以下来执行：在若干投影图像中检测介入仪器的位置，并且确定配准参数，所述配准参数定义在投影图像中检测到的介入仪器的位置与由跟踪设备跟踪的介入仪器的位置之间的变换。基于介入仪器的跟踪位置并基于在投影图像中检测到的介入仪器的位置将投影设备与跟踪设备进行配准可能不是非常准确。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供用于在投影图像中非常准确地确定介入仪器所定位于的位置的位置确定装置、方法和计算机程序，以便改进基于所确定的位置的、用于生成投影图像的投影设备与用于跟踪介入仪器的位置的跟踪设备之间的配准。本发明的另外的目的是提供一种包括用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的位置确定装置的介入系统。

在本发明的第一方面中，提出了一种位置确定装置，其中，所述位置确定装置适于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置，并且其中，所述位置确定装置包括：

-投影图像提供单元，其用于提供投影图像，所述投影图像示出所述介入仪器，并且所述投影图像是由投影设备已经生成的，

-表示提供单元，其用于提供所述介入仪器的三维表示，所述介入仪器的三维表示是通过由用于跟踪所述介入仪器的定位的跟踪设备确定的所述介入仪器的位置和形状来定义的，

-输入单元，其用于允许用户在所述投影图像中指示所述介入仪器的端部(tip)的位置，以及

-位置确定单元，其用于基于所提供的投影图像、所提供的表示和所述投影图像中的所述介入仪器的所述端部的所指示的位置来确定在所述投影图像中的所述介入仪器所定位于的位置。

由于所述位置确定单元不仅仅使用所述投影图像来确定所述投影图像中的所述介入仪器所定位于的位置，而且还额外地使用所提供的所述介入仪器的三维表示(其是通过由所述跟踪设备确定的所述介入仪器的位置和形状来定义的)以及所述投影图像中的所述介入仪器的所述端部的用户指示的位置，因此能够在所述投影图像中非常准确地确定所述介入仪器所定位于的位置。这些确定出的位置能够用于准确地配准投影设备与跟踪设备。

介入仪器优选地是要在介入流程期间使用的介入设备，尤其是细长的介入仪器，其可以在跟踪所述介入仪器的位置时定位于人体或动物体之内或之外。例如，介入仪器能够是导管、针、导丝、内窥镜等。所提供的介入仪器的表示定义在投影图像的生成期间介入仪器的位置和形状。表示提供单元能够是存储单元，三维表示已经被存储在所述存储单元中，并且所存储的三维表示能够被从所述存储单元取回以用于提供所述三维表示，并且/或者所述表示提供单元能够是接收单元，所述接收单元用于从用于跟踪介入仪器的位置和形状的跟踪单元接收三维表示，其中，接收单元然后能够适于提供接收到的三维表示。所述表示提供单元还能够直接是用于跟踪介入仪器的位置(即，位置和形状)的跟踪设备。所述表示提供单元优选地适于提供光学形状感测(oss)数据，以便提供三维位置和形状并且因此提供介入仪器的表示。

投影图像是二维图像。优选地，二维图像是通过将介入仪器(即，实时三维介入仪器)投影到二维区来生成的。投影设备优选地包括：辐射源，其用于发出用于穿过介入仪器所定位于的、投影设备的成像区域的辐射，以及探测器，其具有探测表面，所述探测器用于在辐射已经穿过成像区域之后探测辐射并用于基于探测到的辐射来生成投影图像。所述投影数据提供单元能够是存储单元，一幅或多幅投影图像被存储在所述存储单元中，并且所述一幅或多幅投影图像能够从所述存储单元取回以用于提供所述投影图像。然而，投影图像提供单元也能够是接收单元，所述接收单元用于从投影设备接收一幅或多幅投影图像并用于提供接收到的一幅或多幅投影图像。投影图像提供单元也能够是投影设备本身。

投影图像提供单元优选地适于提供若干投影图像，在所述若干投影图像中，介入仪器被示出在不同的方向上，其中，输入单元允许用户指示在每幅提供的投影图像中的介入仪器的端部的位置，并且其中，所述位置确定单元适于基于相应的提供的投影图像、所提供的表示以及相应的投影图像中指示的介入仪器的端部的位置来确定在每幅投影图像中的介入仪器所定位于的位置。尤其地，位置确定单元能够适于针对每幅投影图像单独地确定介入仪器所定位于的位置。投影设备优选地适于相对于介入仪器旋转辐射源并且也优选地适于旋转探测器，以便允许投影设备生成不同的投影图像，在所述不同的投影图像中，介入仪器被示出在不同的方向上，即，针对不同的投影方向。投影设备优选地是用于生成x射线投影图像的x射线投影设备，尤其是c型臂x射线投影设备。

输入单元优选地包括图形用户接口和计算机鼠标、键盘、触摸板等，以便允许用户指示在投影图像中的介入仪器的端部的位置。例如，投影图像可以被示出在显示器上，并且输入单元可以允许用户在显示器上指示介入仪器的端部的位置。如果输入单元包括触摸板，则显示器和输入单元可以是集成的设备，其中，触摸板的显示器示出投影图像，并且用户能够通过使用触摸板在投影图像中指示介入仪器的端部的位置。

在实施例中，位置确定单元适于：i)对表示进行空间变换，使得相似性度量增加，所述相似性度量取决于a)探测器的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)投影图像中的介入仪器之间的偏差，其中，空间变换包括表示的平移，使得经平移的表示的虚拟投影的端部与投影图像中的介入仪器的端部的所指示的位置相一致，并且ii)基于经空间变换的表示来确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置。经空间变换的表示的虚拟投影可以包括在投影设备的成像区域内的表示的整个部分的投影或者该部分的仅一部分的投影。其被在用于生成投影图像的投影几何结构中被执行。

此外，空间变换可以包括经平移的表示的旋转，使得相似性度量增加。旋转优选地通过围绕经平移的表示的端部的旋转角度来定义。通过使用投影图像中的介入仪器的端部的所指示的位置来平移表示并且将所指示的位置作为表示被旋转所围绕的位置，确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置(其基于经空间变换的表示)的准确度能够被进一步增加。这能够引起投影设备与跟踪设备的进一步改进的配准。

位置确定单元能够适于确定沿着虚拟投影的空间变换的表示的曲率值，并且能够适于基于所述曲率值来确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置。尤其地，位置确定单元能够适于将虚拟投影的空间变换的表示划分成若干段，针对每段确定最大曲率值，并且基于针对相应的段确定的相应的最大曲率值的位置来确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置。通过基于曲率值确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置，能够进一步增加确定这些位置的准确度，这继而能够引起投影设备与跟踪设备之间的进一步改进的配准。

输入单元可以允许用户指示在投影图像中的介入仪器的另外的位置，其中，所述位置确定单元适于基于所提供的投影图像、所提供的表示、投影图像中的介入仪器的端部的所指示的位置以及由用户指示的另外的位置来确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置。尤其地，位置确定单元可以适于对由用户指示的另外的位置对投影图像中介入仪器所定位于的位置的确定的贡献进行加权，其中，加权取决于由用户指示的另外的位置的数量。例如，如果对位置的确定包括对表示的空间变换，使得取决于a)探测器的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)投影图像中的介入仪器之间的第一偏差的相似性度量增加，则相似性度量可以还取决于a)探测器的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)由用户指示的另外的位置之间的第二偏差。尤其地，相似性度量能够是取决于第一偏差的第一相似度与取决于第二偏差的第二相似度的加权组合，其中，用于第二相似度的权重能够取决于由用户指示的另外的位置的数量。优选地，针对第二相似性度量的权重随着由用户指示的另外的位置的数量的增加而增加。通过考虑由用户指示的另外的位置以及所提供的投影图像、所提供的表示以及投影图像中的介入仪器的端部的所指示的位置，确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的准确度能够进一步增加，这继而能够引起投影设备与跟踪设备之间的进一步改进的配准。

配准能够由用于确定配准参数的配准单元来执行，所述配准参数基于投影图像中的介入仪器所定位于的所确定的位置和介入仪器的位置和形状定义的所提供的表示来定义投影设备与跟踪设备的配准。此外，配准单元可以适于将配准参数应用于由投影图像提供单元提供的投影图像，所述投影图像可能是与已经用于确定配准参数的投影图像相同的投影图像，或者所述投影图像可能是由投影设备生成的另一投影图像，并且/或者配准单元可以适于将配准参数应用于表示，所述表示可能与已经用于确定配准参数的表示相同的表示，或者所述表示可能是通过由跟踪设备确定的位置和形状所定义的另一表示，以便将投影图像和表示彼此配准，其中，位置确定装置还包括用于示出投影图像和所配准的表示的显示器。因此，显示器能够准确地示出介入仪器在投影图像中的位置。例如，能够在投影图像中示出介入仪器在人体或动物体内的位置。

显示器可以示出投影图像和投影图像中表示所确定的介入仪器所位于的位置的标记，其中，输入单元可以适于允许用户校正所确定的位置，其中，配准单元可以适于基于经校正的位置来确定配准参数。因此，在将投影设备与跟踪设备进行配准之前，用户可以具有校正在投影图像中的介入仪器所定位于的所确定的位置的可能。这能够引起投影设备与跟踪设备之间的进一步改进的配准。

此外，显示器可以在配准之后示出投影数据以及表示投影数据中介入仪器所定位于的所确定的位置的标记，其中，输入单元可以适于允许用户修改所确定的位置，其中，配准单元可以适于基于经校正的位置来更新配准参数和投影图像与表示之间的配准，其中，显示器可以根据经更新的配准和表示经修改的位置的标记来示出投影图像以及介入仪器的表示。因此，用户可以修改所确定的位置，直到用户对配准结果感到满意。这还能够造成投影设备与跟踪设备之间的进一步改进的配准。

在本发明的另外的方面中，提出了一种介入系统，其中，所述介入系统包括：

-介入仪器，其用于执行在对象内的介入流程；以及

-如权利要求11所述的位置确定装置，其用于示出投影图像以及所述介入仪器的经配准的表示，所述投影图像示出所述对象。

在本发明的另外的方面中，提出了一种用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的位置确定方法，其中，所述位置确定方法包括：

-由投影图像提供单元提供投影图像，所述投影图像示出所述介入仪器，并且所述投影图像已经由投影设备所生成，

-由表示提供单元提供所述介入仪器的三维表示，所述介入仪器的所述三维表示通过由用于跟踪所述介入仪器的定位的跟踪设备确定的所述介入仪器的位置和形状来定义，

-由输入单元允许用户在所述投影图像中指示所述介入仪器的端部的位置，并且

-由位置确定单元基于所提供的投影图像、所提供的表示以及所述投影图像中所述介入仪器的所述端部的所指示的位置来确定在所述投影图像中的所述介入仪器所定位于的位置。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当在控制根据权利要求1所述的位置确定装置的计算机上运行所述计算机程序时使得所述位置确定装置执行根据权利要求13所述的位置确定方法的步骤。

应当理解，根据权利要求1所述的位置确定装置、根据权利要求12所述的介入系统、根据权利要求13所述的位置确定方法，以及根据权利要求14所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是与如从属权利要求中所限定的。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与各自的独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。

附图说明

以下附图中：

图1示意性且示范性地示出了介入系统的实施例，

图2示出了示范性地图示用于在投影图像中确定导管所定位于的位置的位置确定方法的流程图，

图3示意性且示范性地示出了投影图像，

图4图示了用于对血管图像进行归一化的示范性量化水平，

图5示意性且示范性地示出了归一化的血管图像，

图6示意性且示范性地示出了在表示被平移之前的具有导管的表示的虚拟投影的投影图像，

图7示意性且示范性地示出了在表示被平移之后在图6中示出的投影图像，

图8示意性且示范性地示出了在表示被平移和旋转之后在归一化的血管图像上的导管的表示的虚拟投影，并且

图9示意性且示范性地图示了在归一化的血管图像上导管所定位于的位置的细化。

具体实施方式

图1示意性且示范性地示出了介入系统的实施例。介入系统1包括用于执行介入流程的介入仪器3。在该实施例中，介入仪器3是由导管控制单元15控制的导管。导管控制单元15和导管3可以适于执行例如在躺在如患者台26的支撑单元上的患者25的心脏24内的消融流程。然而，导管3和导管控制单元15也能够适于执行另一介入流程。此外，介入系统也能够包括如探针的另一介入仪器。在该实施例中，导管3适于应用射频(rf)消融流程，其中，导管控制单元15适于向被布置在导管3的端部23处的消融电极提供rf能量。

导管3装备有连接到跟踪控制单元4的oss纤维，以用于确定导管3在人体25内的位置，即，用于通过oss来确定导管3在人体25内的三维位置和形状。为了确定导管3在人体25内的位置，能够使用已知的oss技术，如us7772541b2中公开的技术，通过引用将其并入本文。导管3的oss纤维和跟踪控制单元4能够被认为是用于跟踪导管3在人体25内的位置的跟踪设备。此外，由于导管3的oss纤维和跟踪控制单元4提供位置和形状并且由此提供导管3的表示，因此导管3的oss纤维和跟踪控制单元4也能够被认为是用于提供由导管3的三维位置和形状所定义的导管3的三维表示的表示提供单元。

介入系统1还包括投影设备2，所述投影设备2在该实施例中为x射线c型臂设备。投影设备2包括：辐射源18，其用于生成穿过人体25的x射线19；以及具有探测表面的x射线探测器21，所述x射线探测器21用于在x射线已经穿过人体25之后探测x射线并用于基于探测到的辐射19来生成投影图像。x射线源18和x射线探测器21被附接到c型臂20，所述c型臂20可绕人体25旋转以用于在不同投影方向上采集投影图像。投影设备2由投影设备控制单元22控制，所述投影设备控制单元22接收投影图像并将投影图像提供到例如位置确定单元2和显示器17。

介入系统1还包括输入单元16以用于允许用户指示在投影图像中的导管3的端部23的位置。尤其地，输入单元16提供了图形用户接口，所述图形用户接口允许用户经由例如计算机鼠标、键盘、触摸板等在可以示出投影图像的显示器17上指示导管3的端部23的位置。如果输入单元16包括触摸板，则投影图像可以被示出在触摸板上，并且触摸板可以用于指示导管3的端部23在投影图像中的位置，即，在这种情况下输入单元16和显示器17可以被集成在单个设备中。

位置确定单元5适于基于所提供的投影图像、所提供的三维表示以及导管3的端部23在投影图像中的所指示位置来确定在投影图像中的导管3所定位于的位置。尤其地，位置确定单元适于对所述表示进行空间变换，使得取决于a)探测器21的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)投影图像中的导管3之间的偏差的相似性度量增加，其中，空间变换包括对所述表示的平移，使得经平移的表示的虚拟投影的端部与投影图像中的导管3的端部23的所指示的位置相符合。位置确定单元5优选地还适于基于经空间变换的表示来确定在投影图像中的导管3所定位于的位置

由位置确定单元5执行的空间变换优选地还包括经平移的表示的旋转，使得相似性度量增加，其中，旋转是由围绕经平移的表示的端部的旋转角度来定义的。优选地，基于沿着虚拟投影的空间变换的表示的曲率值来确定投影图像中导管3所定位于的位置。尤其地，位置确定单元5能够优选地适于将虚拟投影的空间变换的表示划分成若干段，针对每段确定最大曲率值，并且基于针对相应的段确定的相应的最大曲率值在投影图像中确定导管3所定位于的位置。在实施例中，位置确定单元5可以适于针对每段提供相应的最大曲率值的位置作为投影图像中导管3所定位于的位置。

输入单元16能够适于允许用户不仅指示在投影图像中的导管3的端部23的位置，还指示在投影图像中的导管3的另外的位置。其中，位置确定单元5能够适于基于所提供的投影图像、所提供的表示、投影图像中的导管3的端部23的所指示的位置以及由用户指示的另外的位置来确定在投影图像中的导管3所定位于的位置。尤其地，位置确定单元5能够适于对由用户指示的另外的位置对投影图像中导管3所定位于的位置的确定的贡献进行加权，其中，加权可以取决于由用户指示的另外的位置的数量。例如，相似性度量可能不仅取决于a)探测器21的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)投影图像中的导管3之间的偏差(其可以被认为是第一偏差)，而且相似性度量可能还取决于a)探测器21的探测表面上的经空间变换的表示的虚拟投影与b)由用户指示的另外的位置之间的第二偏差。因此，相似性度量能够是取决于第一偏差的第一相似度与取决于第二偏差的第二相似度的加权组合，其中，针对第二相似度的权重能够取决于由用户指示的另外的位置的数量。例如，针对第二相似性度量的权重能够随着由用户指示的另外的位置的数量的增加而增加。

介入系统1还包括配准单元6，所述配准单元6用于基于投影图像中导管3所定位于的并且由位置确定单元5已经确定的位置、由用户指示的一个或多个位置以及通过由跟踪设备确定的导管3的位置和形状定义的所提供的表示来确定定义投影设备2与跟踪设备的配准的配准参数。投影图像以及表示由位置确定单元5已经确定的位置和表示由用户指示的一个或多个位置的标记物可以被示出在显示器17上，其中，用户可以经由输入单元16来校正位置，其中，配准单元6然后可以基于经校正的位置来确定配准参数。因此，在将投影设备2与跟踪设备进行配准之前，用户可以具有尤其是校正由位置确定单元5已经确定的位置的可能。

配准单元6还适于将配准参数应用于投影图像和/或表示，以便将投影图像和表示配准到彼此。经配准的投影图像和表示以及表示导管3应当定位于的所确定的位置和任选地表示由用户指示的一个或多个另外的位置的标记物可以被示出在显示器17上。用户然后可以经由输入单元16来修改所确定的位置，并且配准单元6可以基于经修改的位置来更新配准参数和投影设备与跟踪设备之间的配准，其中，显示器17可以根据经更新的配准和表示经更新的位置的标记物来示出投影图像和表示。因此，用户可以修改所确定的位置，直到用户对配准结果感到满意。

投影设备2、跟踪设备3、4、输入设备16、显示器17、位置确定单元5以及配准单元6可以被认为是用于确定在投影图像中的导管3所定位于的位置的位置确定装置的部件。

在下文中，将参考图2中示出的流程图示范性地描述用于确定在投影图像中的导管3所定位于的位置的位置确定方法的实施例。

在步骤101中，由投影设备2生成示出导管3的投影图像。此外，在步骤101中，由跟踪设备确定导管3的三维位置和形状，从而定义导管3的三维表示。在该步骤中，将跟踪设备与投影设备2配准到彼此。

在步骤102中，允许用户经由输入单元16在投影图像中指示导管3的端部23的位置，并且在步骤103中，由位置确定单元5基于所提供的投影图像、所提供的表示和投影图像中导管3的端部23的所指示的位置来确定投影图像中导管3所定位于的位置。在步骤104中，配准单元6基于投影图像中导管3所定位于的所确定的位置和通过导管3的位置和形状定义的所提供的表示来确定定义投影设备2与跟踪设备的配准的配准参数。在步骤105中，配准参数被应用于投影图像和/或导管3的表示，以便将投影图像与表示配准到彼此，并且在步骤106中，投影图像与经配准的表示被一起示出在显示器17上。

投影设备2可以适于提供针对不同投影方向的若干投影图像，其中，在每幅投影图像中示出了导管3。输入单元16然后可以允许用户指示在每幅投影图像中的导管3的端部23的位置，并且位置确定单元5可以适于基于相应的投影图像、导管3的所提供的表示以及在相应的投影图像中的导管3的端部23的指示的位置来针对每个投影图像位置确定在相应的投影图像中导管3定位于何处。尤其地，位置确定单元5可以适于对表示进行空间变换，使得取决于a)探测器21的探测表面上的经空间变换的表示在相应的投影方向上的虚拟投影与b)相应的投影图像中的导管3之间的偏差的相似性度量增加，尤其是最大化。因此，针对每幅投影图像，可以确定偏差并且可以组合(例如，线性组合)这些偏差，以便提供相似性度量，其中，所述表示被空间变换，使得优化相似性度量。针对每幅投影图像，然后可以基于相应的虚拟投影的空间变换的表示来确定相应的投影图像中导管3所定位于的位置。尤其地，相应的虚拟投影的空间变换的表示可以被划分成若干段，其中，针对每段可以确定最大曲率值，并且其中，可以基于针对相应段所确定的相应的最大曲率值的位置来确定投影图像中的导管3所定位于的位置。

介入系统，尤其是位置确定装置，优选适于通过使用由用户提供的导管端部位置和由oss系统(即，通过跟踪设备)生成的oss数据在投影图像中定位导管，所述投影图像优选是x射线图像。因此，用户在投影图像中指示oss是能的导管3的端部位置，同时oss询问器(即，跟踪设备)保持产生指示导管3相对于跟踪设备的坐标系的三维位置和形状的oss数据。在该阶段处，跟踪设备的坐标系和投影设备的坐标系并未配准到彼此，使得oss确定的坐标并不能够与相对于投影设备的坐标系已知的坐标确切地叠加。从投影图像中的经空间变换且经虚拟投影的导管3的高曲率区域选择点的集合，以便确定在投影图像中导管3所存在于的位置。在实施例中，在紧接着用户已经指示在投影图像中的导管的端部的位置之后，新的点(即，另外的位置)被确定并经由显示器叠加在投影图像上被呈现给用户，其中，在该阶段处，配准流程尚未被执行，并且用户能够检查所生成的新的点并在必要时校正这些点。如果存在若干投影图像，用户也能够在必要时检查并校正在其他投影图像中的新的点。在用户的确认和对所生成的新的点的位置的可能校正之后，配准开始。在另外的实施例中，在已经确定了额外的新的点(即，在投影图像内导管3所位于的位置)之后，配准可以立即开始。通过由跟踪设备确定的导管3的位置和形状定义的导管3的经配准的表示、经配准的投影图像和表示所生成的新的点的标记物然后能够在显示器上被示出给用户，并且用户能够接收配准。备选地，用户能够校正所生成的新的点中的一个或多个，并且/或者用户能够将额外的点添加到投影图像，其中，只有配准流程或者对新的点的确定与配准流程能够基于由用户已经校正的或新添加的点来进行重复。如果使用了若干投影图像，则每幅投影图像可以被单独地处理，使得所提出的算法可以被用于单个视图配准更新。

位置确定单元5优选地适于处理所提供的投影图像，以便在投影图像中识别导管3，其中，经处理的所提供的投影图像与所提供的表示以及投影图像中的导管3的端部23的所指示的位置一起被用于确定在投影图像中的导管3所定位于的位置。尤其地，位置确定单元5适于基于投影图像来生成血管图像，并且适于对血管图像进行归一化，即，对图像中的导管像素进行强化的血管图像可以被映射到预定义的固定的图像值范围，其可以例如为[1,10]。为了生成血管图像，能够使用公知方法，如在a.f.frangi,w.j.niessen,k.l.vincken以及m.a.viergever的文章“medicalimagecomputingandcomputer-assistedintervention(miccai)”(lecturenotesincomputerscience，第1496卷，第130至137页，1998年)中公开的方法，通过引用将其并入本文。

图3示意性且示范性地示出了显示导管3的投影图像57。该投影图像57可以被处理，以便生成血管图像。为了对血管图像进行归一化，血管图像优选被划分成n×n块，其中，在每个块内，具有最大图像值的图像元素(即，像素)被检测为种子，并且根据这些种子的相应的图像值(即，它们各自的血管值)对这些种子进行排序。基于对这些种子的这种排序，确定量化水平，所述量化水平定义哪个血管值应当被映射到哪个归一化值。尤其地，通过确定将经排序的种子细分成对应于期望的量化水平的数量的组数的边界种子来确定量化水平。边界种子优选地沿着经排序的种子等距地分布并且定义具有相同尺寸的组。量化水平然后能够由边界种子的强度来定义。例如，如果存在100个种子并且期望9个量化水平，则第一边界种子能够是排序列表中的第10个种子，第二边界种子能够是排序列表中的第20个种子，等等。第10个种子的强度然后定义第一量化水平，第20个种子的强度定义第二量化水平，等等。量化水平的数量当然能够大于或小于9。例如，在实施例中，量化水平l1、……、l4将图像值划分成如图4中示意性且示范性地图示的五个范围，其中，每个范围被映射到对应的归一化的图像值in。在图5中示意性且示范性地示出了归一化的血管图像59。

位置确定单元5优选地还适于基于归一化的血管图像来确定距离图，其中，距离图的图像值指示距离图的相应的像素到导管3的最接近的像素的距离。为了估计导管3的像素，可以对归一化的血管图像进行阈值处理。例如，如果已经通过将原始血管图像映射到[1,10]的范围而生成了归一化的血管图像，则可以通过只示出等于或大于6的图像值来对归一化的血管图像进行阈值处理。然后可以基于经阈值处理的图像来计算距离图。

位置确定单元5知晓投影图像中的导管3的端部23的位置，并且还知晓如由跟踪设备确定的导管3的未经配准的三维位置和形状。投影确定单元5适于使用该信息在投影图像中定位导管3。该定位可以是大致的并且可以无需是像素准确的，即，可以使用捷径和近似来在相应的投影图像中定位导管3。一般，确定用于空间变换通过导管3的所确定的三维位置和形状定义的导管3的表示的刚性变换参数使得其到探测器的探测表面上的投影对应于投影图像中示出的导管3要求六维空间中的搜索。然而，给定用户指示的端部位置，该搜索能够被减小以仅在三维空间中寻找旋转参数。因此，位置确定单元5优选适于平移导管3的三维表示，使得到投影图像上的表示的端部的投影与如由用户所指示的投影图像中的导管3的端部的位置相对齐。尤其地，位置确定单元5优选地适于平移导管3的三维表示，使得其端部的投影对应于距离图中的导管的端部。然而，在实施例中，也能够基于原始投影图像或基于已经以另一方式进行处理以用于估计投影图像中的导管的位置的投影图像来执行平移。

如果投影设备已经提供了在不同投影方向上示出导管3的若干投影图像，则位置确定单元5能够适于平移导管3的三维表示(其是由通过使用跟踪设备确定的三维位置和形状来定义的)，使得经平移的表示的虚拟投影的端部与不同投影图像中的已经由用户所指示的导管3的端部23的位置相符合。

图6示意性且示范性地图示了示出导管3的投影图像52以及在对表示进行平移之前导管3的三维表示的虚拟投影51。图7示意性且示范性地图示了在表示已经被平移使得虚拟投影51的端部与投影图像52中的导管3的端部相符合之后导管3的表示的虚拟投影51。

位置确定单元5优选地适于围绕其平移的端部对表示进行旋转，使得取决于a)相应的投影几何结构中的探测器21的探测表面上的经平移和经旋转的表示的虚拟投影与b)投影图像中的导管3之间的偏差的相似性度量增加。该偏差能够例如通过计算在相应的投影图像中示出的导管3上的最接近的点与经平移和旋转的表示的虚拟投影上的最接近的点之间的距离的平方和来确定。也可以使用另一距离量度来指示探测器的探测表面上的经平移和旋转的表示的虚拟投影与投影图像中的导管3之间的相似度的程度。为了确定该偏差，原始投影图像或经处理的投影图像，尤其地，距离图可以被使用，其中，投影图像内的导管3的位置可以通过分割来确定，所述分割可能是基于上述来进行阈值处理的。能够进一步基于投影图像中已经由用户输入的且指示除投影图像中的导管的端部的位置以外的位置的位置来确定导管3的表示的旋转。尤其地，为了确定表示的旋转，能够使用基于第一图像的相似性度量和基于第二用户点相似性度量，其中，这两种量度能够被线性地组合以提供总的相似性度量，其中，表示围绕经平移的端部旋转，使得总的相似性度量增加，尤其是被最大化。总的相似性度量st可以由以下公式来定义：

st＝wisi+wusu(1)，其中，

wi＝1-wu(2)

其中，wi表示用于对基于第一图像的相似性度量si进行加权的第一权重，并且wu指代用于对第二基于用户输入的相似性度量su进行加权的第二权重。权重wu可以随着指示导管的位置的用户输入位置而不是投影图像中的端部位置的数量而增加。例如，每个额外的用户输入位置可以将权重wu增加0.2，其中，最大增加0.7。图8示意性且示范性地图示了在表示已经被平移和旋转之后在经处理的投影图像53上的表示的虚拟投影51。

位置确定单元5优选地适于定义沿着虚拟投影的且经平移和旋转的表示的非交叠段，并且适于针对每个段确定最大曲率值，其中，针对每个段，相应的最大曲率值的位置被提供为投影图像中导管3所定位于的相应的候选位置。这些确定的位置可以通过使用投影图像中示出的导管3来细化。例如，针对每个确定的位置，可以确定投影图像中的最接近的导管像素，其中，该最接近的导管像素的位置可以是细化的位置。尤其地，针对每个候选位置，即，针对基于曲率值确定的每个位置，能够通过使用虚拟投影的表示的在候选位置之前或之后的部分来确定局部曲线。然后能够定义搜索路径，所述搜索路径垂直于局部弯曲并且与候选位置相交，其中，针对搜索路径上的每个位置，可以确定到投影图像中示出的导管的距离。具有最小距离的位置优选地定义导管存在于投影图像中的经细化的位置。如果最小距离大于预定义的阈值，或者如果不存在显著的最小距离，则可能不能确定细化的位置并且可能拒绝对应的候选位置。图9示意性且示范性地示出了具有导管3上的候选位置54和细化位置55的经处理的投影图像58。图9还示出了用于确定细化位置55的搜索路径56。

细化位置可以通过选择到投影图像中的导管的端部的位置最远的细化位置而被进一步处理。根据针对对应的候选位置确定的曲率值对剩下的细化位置进行排序。然后，从最高排序的细化位置开始，决定哪些另外的细化位置应当被选择。当细化位置被考虑用于选择时，计算其到所有早前选择的细化位置的距离。如果最接近的距离小于预定义的最小距离，则该细化位置不被选择。选择处理然后继续进行到排序的高曲率细化位置的列表中的下一细化位置，例如直到所有的细化位置已经被处理或者直到期望数量的细化位置已经被选择。在另一实施例中，可以不执行这种选择，即，细化位置可以直接是由位置确定单元5确定的如在投影图像中导管所定位于的位置的位置。此外，在实施例中，可以执行这种选择，但是不执行细化，其中，在这种情况下，选择可以被应用于经平移和旋转的表示的虚拟投影的相应的段的相应的最大曲率值的位置。

位置确定单元5可以适于通过将虚拟投影划分成具有相同长度的预定义数量的部分来定义沿着经平移和旋转的表示的虚拟投影的非交叠段。然而，位置确定单元也可以适于以另一方式来划分虚拟投影。

配准单元可以适于基于投影图像中导管所定位于的所确定的位置来生成二维表示，所述二维表示可以被认为是配准表示。例如，可以仅通过由多个线段连接所确定的位置或通过将曲线拟合到位置等来生成二维配准表示。可以在已经在不同投影方向上生成的不同投影图像中确定该二维配准表示，其中，配准单元可以适于基于导管的所跟踪的位置并基于不同投影图像中的二维配准表示的位置来确定配准参数。尤其地，配准单元可以适于通过以下来确定配准参数：计算通过在考虑由用于生成不同的投影图像的投影设备使用的投影几何形状的情况下导管的被跟踪的位置和形状所定义的三维导管表示的二维虚拟投影，并且计算由跟踪设备定义的坐标系与由投影设备定义的坐标系之间的空间变换，所述空间变换使得a)通过被跟踪的位置和形状定义的三维导管表示的所计算的二维虚拟投影与b)二维投影图像中的二维配准表示的位置之间的偏差最小化。

尽管在上述实施例中，投影图像示出导管并且跟踪设备适于确定导管的位置和形状，但是在其他实施例中，投影图像能够示出另一介入仪器并且跟踪设备能够适于确定所述另一介入仪器的位置和形状。介入仪器能够是能够由投影图像示出的并且能够针对其提供三维表示的任何介入仪器。尤其地，介入仪器能够是包括用于基于oss来确定定义三维表示的位置和形状的光学形状感测纤维的任何介入仪器。

在跟踪设备已经与成像设备进行配准之后，介入仪器的跟踪位置也能够被示出在另外的图像中，所述另外的图像已经由投影设备所采集，或者如果投影设备和另外的成像设备被配准到彼此，则所述另外的图像已经由另一、另外的成像设备所采集。这些另外的图像能够例如为可能在介入流程之前或在介入流程期间已经被采集的投影图像、计算机断层摄影图像、磁共振图像等。此外，尽管以上参考图1描述的介入系统适于执行消融流程，但是在其他实施例中，介入系统能够适于执行另一介入流程。

尽管在上述实施例中，投影图像提供单元适于提供x射线投影图像，但是在其他实施例中，投影图像提供单元也能够适于提供光投影图像，即，不是由x射线而是由光，尤其是可见光生成的投影图像。例如，投影图像提供单元能够通过使用能由光学相机，检测的光，尤其是可见光来提供投影图像，所述投影图像已经通过将介入仪器投影到如电荷耦合设备(ccd)相机的光学相机的二维检测表面而生成。该光投影图像优选是在介入仪器不在例如人体内时生成的。因此，如果介入仪器不应被引入到人体中以用于在人体内执行介入流程，则光投影图像优选是在将介入仪器引入到人体中之前生成的。

尽管在上述实施例中，跟踪设备适于由oss确定介入仪器的位置和形状，但是在其他实施例中，跟踪设备能够适于通过使用如电磁(em)跟踪技术的另一跟踪技术来确定介入仪器的位置和形状。尤其地，可以至少沿着介入仪器的部分布置若干em传感器，以便确定介入仪器的至少该部分的位置和形状。优选地，使用如oss和/或em跟踪技术的非基于图像的跟踪技术。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现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，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

对由一个或多个单元或设备执行的如对表示的空间变换、对相似性度量的确定、基于经空间变换的表示等对投影图像中导管所定位于的位置的确定等的流程能够由任何其他数量的单元或设备来执行。根据位置确定方法对位置确定装置的控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或专用硬件。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。

权利要求中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。

本发明涉及一种用于确定在投影图像中介入仪器所定位于的位置的位置确定装置。输入单元允许用户在所述投影图像中确定所述介入仪器的端部的位置，其中，所述投影图像中的所述介入仪器所位于的所述位置是基于所述投影图像、所指示的端部位置以及所述介入仪器的三维表示来确定的，所述三维表示是通过由如oss设备的跟踪设备确定的所述介入仪器的位置和形状来定义的。通过使用所述投影图像、所指示的端部位置以及所述表示，能够非常准确地确定所述投影图像中的所述介入仪器所位于的所述位置。基于这些确定的位置，能够将所述投影设备与所述跟踪设备非常准确地配准到彼此。