本发明涉及一种用于在对患者的目标区域进行介入式治疗时、特别是在患者的血管系统中进行微创治疗时对操作者进行图像支持的方法。此外，本发明涉及一种x射线装置和一种计算机程序。
背景技术：
利用医疗器械、例如导管的微创手术开辟了新的、患者容易承受的用于治疗病症/病变、例如动脉瘤的可能性。为了能够追踪手术器械和/或监视治疗进展，已经提出了在进行图像监视的同时进行介入式、特别是微创手术。为此，通常使用透视检查，这意味着使用利用x射线装置拍摄的x射线图像，针对其选择了相当低的x射线剂量。
用于在患者的血管系统中进行介入式手术时提供图像支持的另一种重要的辅助手段是减影血管造影。在此，向患者的血液循环中施加在x射线图像中清晰可见的造影剂。通过从血管至少部分地以造影剂填充的x射线图像(填充图像)减去在不使用造影剂的情况下拍摄的掩模图像，能够获得减影血管造影图像，其仅示出用造影剂填充的区域，因此示出血管。如果在不同的投影方向下拍摄投影图像并且使用重建方法，则还可以在减影血管造影的范围内获得三维减影血管造影图像、即三维减影血管造影数据组，因此获得患者的血管系统的三维图像。例如当将三维减影血管造影数据组与用于医疗器械的位置确定装置的坐标系配准时，例如可以在医疗器械导航的范围内使用这样的三维图像数据组。
然而，还已知在透视监视中使用减影血管造影。在此，同样从在使用造影剂的情况下拍摄的x射线图像、即填充图像中减去不使用造影剂的掩模图像，以便获得最终为了监视而要使用的透视图像。
在对介入式手术进行透视图像监视时，当在目标区域、即病症的范围内的二维减影血管造影中不同的血管重叠时，总是出现问题，然而这通常无法避免。为了能够正确地估计目标区域，进行手术的人员改变投影方向，这在一些情况下可能导致病症的重要部分不再能够被足够准确地显示。因此，折中无法避免，这涉及拍摄几何结构的选择，由此涉及投影方向。重叠的问题例如在于，血管的关联不清楚。如果目标区域例如是待治疗的动脉瘤，则对于同样要在二维投影显示中看到的血管，不清楚其是对应于动脉瘤中的血管，还是与动脉瘤根本没有接触。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题是，与投影方向的选择无关地提供对目标区域的无重叠显示，用于对介入式、特别是微创手术进行图像监视。
为了解决上述技术问题，根据本发明，提供一种用于在对患者的目标区域进行介入式治疗时对操作者提供图像支持的方法，其包括以下步骤：
-拍摄患者的包括目标区域的目标范围的三维减影血管造影数据组的布置，
-在减影血管造影数据组中选择包括目标区域的感兴趣区域，
-确定实现投影方向的拍摄几何结构，所述投影方向用于利用x射线装置拍摄用于监视手术的二维透视图像，
-通过减影血管造影数据组在投影方向上的前向投影，确定在拍摄几何结构中与感兴趣区域重叠的干扰血管以及成像范围，所述成像范围对在拍摄几何结构中与其它血管不重叠的干扰血管的部分进行成像，
-确定干扰血管至少在感兴趣区域的范围中和在成像范围中的走向信息，并且将走向信息输入到二维前向投影数据组中，
-以拍摄几何结构来拍摄透视图像，
-根据走向信息确定透视图像中的显示成像范围中的干扰血管的像素，并且根据在透视图像中的像素上测量的强度确定显示强度信息，
-从感兴趣区域中的透视图像中，减去根据感兴趣区域中的走向信息和显示强度信息确定的干扰血管的掩模图像，以及
-显示这样修改后的透视图像。
透视图像在此特别优选是二维减影血管造影的监视图像，以便在三维减影血管造影数据组和二维透视图像之间实现最佳的可比性；这意味着，拍摄二维透视图像包括：以拍摄几何结构测量填充图像，以及减去同样以拍摄几何结构拍摄的掩模图像。介入式手术特别地可以是在患者的血管系统中、特别是在大脑中和/或在心脏区域中进行的微创手术。
本发明的基本思想在于，使用由三维减影血管造影数据组给出的背景信息，以针对最终选择的拍摄几何结构识别在投影中重叠地显示的干扰血管，并且进一步使用三维减影血管造影数据组的背景信息，以使得能够估计可以用于在感兴趣区域中进行校正的该干扰血管在感兴趣区域中的衰减份额。因为投影方向以及x射线辐射器和x射线检测器的位置是已知的，因此当以拍摄几何结构来拍摄图像时，能够容易地识别干扰血管看起来不与其它结构、即血管重叠的成像范围。如果在透视图像中再次找到该成像范围，则在那里可以假设，测量的强度、即图像值基本上仅由干扰血管的衰减产生。由此能够得出关于感兴趣区域中的干扰血管的衰减的结论，从而能够针对感兴趣区域获得掩模图像，该掩模图像仅包含干扰血管和其测量的强度的衰减部分。如果将该掩模图像从透视图像中减去，则因此还基于其衰减部分的去除而去除干扰血管，并且产生修改后的透视图像，其中目标区域能够像通过窗口一样没有重叠地清楚地看到。
因此，使用根据本发明的方法，在二维(dsa)透视图像中进行监视期间能够保证对于观察者在技术上可使用的任意拍摄几何结构下对治疗位置、即目标区域的视线不受限制。这能够使得治疗安全并且快速。特别有利的是，该方法能够在神经血管治疗、例如动脉瘤、avm等中使用。特别是作为微创手术，可以列举放置支架、消除阻塞等。
在此，关于该点还应当指出，可以设置，特别是可以在感兴趣区域外部选择成像范围，其中，与确实面向(在三维减影血管造影数据组中因此已知的)目标区域的其大小有关地，还可以允许在感兴趣区域(roi)内部的成像范围。然而，特别是，感兴趣区域通常要相当紧密地放置在目标区域、例如病症周围，这不仅可以手动地、而且可以至少部分自动地进行。除了放置可能包含用户手术的感兴趣区域之外，根据本发明的方法的所有步骤例如由x射线装置的控制装置自动执行。
因此，首先拍摄三维减影血管造影数据组，如原则上在现有技术中已知的那样。根据这里使用的x射线装置的特征，单次造影剂给予可能已经足够用于从不同的投影方向拍摄所有填充图像。根据二维投影图像重建三维图像在此可以使用原则上已知的方法、例如滤波反投影和/或迭代重建进行。
在这种情境下特别有利的是，利用与透视图像相同的x射线装置对三维减影血管造影数据组的拍摄在与此同时患者不移动的情况下进行。优选在介入式手术开始之前或者开始时，即当已经将患者定位在对应的患者台上时，拍摄减影血管造影数据组。如果使用具有可调整的拍摄几何结构的x射线装置、特别是具有c形臂的x射线装置，则通过例如围绕患者偏转c形臂并且从不同的投影方向拍摄投影图像，该x射线装置也能够用于拍摄作为三维减影血管造影数据组基础的投影图像。如果同一x射线装置此时还用于拍摄透视图像并且患者基本上不移动，则已经存在配准，这意味着，拍摄几何结构和透视图像相对于三维减影血管造影数据组的位置是已知的，从而在没有其它问题的条件下可以进行前向投影，并且可以将来自前向投影数据组的走向信息传输到透视图像，其中，对于最后提及的步骤，如下面还要详细阐述的那样，精细配准可以是一种适宜的扩展。在现代的c形臂x射线装置的控制装置中，x射线辐射器和x射线检测器的位置以及其取向通常总归是已知，从而操作者能够设置希望的拍摄几何结构，其于是也直接是已知的并且可用于进行用于不重叠地显示目标区域的初步计算。
然而，应当指出，原则上当然还可以想到，将用于拍摄透视图像的x射线装置的坐标系与减影血管造影数据组配准，如原则上在现有技术中已知的那样。然而，这与在患者不移动的情况下使用同一个x射线装置拍摄减影血管造影数据组和透视图像相比，较不优选。
然而，经常出现如下情况：由于患者中的自然的周期性运动，或者由于手术本身、例如由医疗器械引起的，患者至少在内部不能保持完全不移动。在这些情况下，本发明的一种适宜的扩展方案设置为，在确定显示成像范围中的干扰血管的像素之前，基于至少由走向信息描述的干扰血管在感兴趣区域中的走向，对前向投影数据组和透视图像进行精细配准。在因此至少部分地已知干扰血管如何走向之后，可以尝试在透视图像中也找到干扰血管并且进行匹配，特别是在确实已经通过基础配准给出了良好的初始位置之后。这里可以使用任意的2d-2d配准方法，以确保尽可能准确的重叠，其中，当例如担心由于医疗器械引起的血管变形等时，由此还可以想到弹性配准。通过这样的配准的细化、即精细配准，能够补偿较小的运动等的影响，从而能够再一次明显提高最终产生的与目标区域不重叠地显示的透视图像的质量。
特别有利的是，可以确定干扰血管的中心线和/或范围作为走向信息。在此，用于分析血管的图像分析方法已经是已知的，其特别地输出中心线(“centerline”)，在该点，也可以在中心线的对应的点上将血管的、例如半径或者直径的范围相应地集成到中心线中。在通常在三维减影血管造影数据组中通过结合多个单个投影图像的信息而存在高质量之后，能够在那里极其准确地确定特别是由中心线和范围描述的走向。如果还将范围集成到中心线的数据结构中，则给出极其紧凑的数据结构，其进一步能够容易地使用。
原则上、但是较不优选，替换地还可以想到，特别是在精细配准的范围内，通过分割透视图像中的至少在感兴趣区域中的干扰血管，获得在建立掩模图像时要考虑的干扰血管的范围。然而，这种分割被证明经常由于存在重叠而比较复杂，因此优选使用三维减影血管造影数据组中的良好的信息。
在该点还应当指出，优选至少确定干扰血管的走向信息，使得其中至少还在成像范围之间和/或在成像范围和感兴趣区域之间给出干扰血管的完整走向。正好当不假定干扰血管的走向上恒定衰减，因此应当假设在掩模图像中沿着中心线的强度值变化时，基于支持点尽可能完全地知道的走向是有用的。
根据本发明的过程的一个优点是，在根据本发明的方法的范围内能够处理任意在技术上可实现的拍摄几何结构。当在介入式手术期间、特别是在进行透视图像监视期间拍摄几何结构改变时，这是特别有利的。虽然对于具有相同拍摄几何结构的多个透视图像当然可以进一步使用前向投影数据组，但是在本发明的优选构造中可以设置为，在进行透视图像监视期间拍摄几何结构改变时，在使用新的拍摄几何结构的条件下重新确定前向投影数据组，并且将该前向投影数据组用于对随后拍摄的具有新的拍摄几何结构的透视图像进行校正。因为三维减影血管造影数据组实际上继续存在，因此对于新设置的拍摄几何结构，能够极其快速地确定对应的干扰血管、与其相关联的不重叠的成像范围和走向信息，从而进行图像监视期间的拍摄几何结构的改变也有利地得到支持。
在本发明的一个特别有利的构造中可以设置为，通过在成像范围中的像素上测量的强度之间或者对在成像范围中的像素上测量的强度进行插值或者外推，确定掩模图像中的干扰血管的显示强度。因此，特别是当不能假设通过干扰血管的衰减仅沿着其中心线产生的强度保持恒定时，适宜的是，在由成像范围给出的支持点之间对强度进行插值，或者从成像范围出发向感兴趣区域进行外推，对此适宜地知道朝向感兴趣区域的干扰血管的整个走向。这些强度波动/衰减波动可能源自造影剂在干扰血管中的分布或者还源自干扰血管结构的变化。通过这里描述的过程，同样也可以考虑产生的影响。
在此，特别优选通过进行插值或者外推，沿着作为走向信息的一部分确定的干扰血管的中心线确定强度走向。插值/外推因此基本上可以一维地沿着中心线进行，这使计算明显简化并且支持根据本发明的方法的实时性能。因为血管的一般形状是已知的，因此能够容易地估计与中心线垂直的衰减的走向，对此特别地可以设置为，使用能根据范围参数化的函数，来描述在掩模图像中衰减朝向干扰血管的边缘的下降。血管的对应的模型在现有技术中已经是已知的并且这里可以使用，以便能够找到对应的合适的函数。
正好在进行插值或外推的情境中，特别适宜的是，选择尽可能接近感兴趣区域的、干扰血管的在投影方向上不重叠的部分，作为成像范围。以这种方式，在进行插值/外推时给出的支持点与感兴趣区域或目标区域的距离保持尽可能小。
除了方法之外，本发明还涉及一种x射线装置，具有控制装置，所述控制装置被构造用于执行根据本发明的方法。关于根据本发明的方法的所有叙述能够类似地转用于根据本发明的x射线装置，因此利用其也能够获得已经提及的优点。特别是，其可以是具有c形臂的x射线装置，x射线辐射器和x射线检测器相对地固定在c形臂上。这样的c形臂x射线装置特别是经常在用于介入式治疗的血管造影实验室中使用，因为由于c形臂产生高灵活性。
最后，本发明还涉及一种计算机程序，当其在计算装置、特别是在所提及的x射线装置的控制装置上运行时，执行根据本发明的方法的步骤。关于方法以及关于x射线装置的叙述对于计算机程序也继续适用。在此，在该点还应当指出，关于三维减影血管造影数据组和透视图像的拍摄，步骤的执行当然可以理解为对x射线装置的对应部件的控制。可以将计算机程序存储在非暂态的电子可读数据载体、特别是cd-rom上。
执行根据本发明的方法的作为计算装置的控制装置，除了用于控制用于拍摄x射线数据的x射线装置的部件的控制单元之外，还可以具有用于选择感兴趣区域的选择单元、用于确定当前设置的拍摄几何结构的拍摄几何结构确定单元、用于确定前向投影数据组的前向投影数据组确定单元、用于确定掩模图像的掩模图像确定单元以及用于在x射线装置的显示装置上输出透视图像的显示单元。
附图说明
本发明的其它优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得到。附图中：
图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，
图2示出了尚未修改的透视图像，
图3示出了修改后的透视图像，以及
图4示出了根据本发明的x射线装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。该方法用于在监视介入式手术时提供图像支持。当前可以作为示例观察微创神经血管手术。
在步骤s1中，在手术开始之前或者在手术开始时，拍摄待治疗的患者的包含手术的目标区域的血管系统的三维减影血管造影数据组。因此，为此从不同的投影方向拍摄掩模投影图像和填充投影图像，由此于是可以以已知方式中的一种、包括重建，来确定三维减影血管造影数据组。
在步骤s2中，自动和/或手动地在减影血管造影数据组内确定优选紧密地包围目标区域的感兴趣区域。例如用户可以借助对应的用户接口标记目标区域，随后自动在目标区域周围一定距离处放置感兴趣区域(roi)。
在步骤s3中，确定拍摄几何结构、包括投影方向，其要在手术期间用于拍摄用于对手术进行图像监视的透视图像，其中，应当使用与三维减影血管造影数据组相同的x射线装置来拍摄透视图像。如果操作者已经设置了其希望的拍摄几何结构，则其在执行这里描述的方法的x射线装置的控制装置中是已知的；对应的可调整的分量因此向控制装置提供对应的反馈。
在步骤s4中，确定与当前选择的拍摄几何结构相关的二维前向投影数据组。因为对于透视图像的拍摄和减影血管造影数据组的拍摄使用相同的x射线装置，此外还保持患者基本上不移动，因此拍摄几何结构与减影血管造影数据组的关系是已知的，从而在前向投影的意义上，可以对拍摄进行模拟。特别是，首先在该位置确定哪些血管将在拍摄几何结构的透视图像中与目标区域干扰性地重叠，下面将其称为干扰血管。因此，对于干扰血管适用，通过目标区域的射线轨迹也通过干扰血管。如果可以简化计算，则代替单独观察目标区域，这里也可以观察整个感兴趣区域。如果首先识别出干扰血管，则还能够根据已知的拍摄几何结构和前向投影，确定在不重叠的情况下在感兴趣区域外部的什么位置对干扰血管进行成像，即仅对干扰血管进行成像。将这些对于干扰血管不重叠的区域称为成像范围并且进行存储。当前选择尽可能接近目标区域或感兴趣区域的、这些不重叠地对干扰血管进行成像的区域作为成像范围。最后，还至少在成像范围和感兴趣区域中确定干扰血管在前向投影中的二维走向，并且作为走向信息与成像范围和感兴趣区域的位置一起存储在前向投影数据组中。当前确定干扰血管的中心线和范围，其中，可以将范围编码到中心线的数据结构中，以便能够实现尽可能紧凑的数据存储。
然后，在步骤s5中，进行、经常是通过由进行手术或参与手术的人员操作脚踏按钮触发二维透视图像的拍摄，其中，二维透视图像是二维减影血管造影图像。这意味着，通过x射线装置测量填充图像，从中减去掩模图像，从而获得透视图像。
在图2中示意性地并且仅作为示例示出了这种透视图像1。目标区域2、例如动脉瘤位于沿着血管3。所示出的感兴趣区域4很明显非常紧密地包围目标区域2。然而，目标区域2的显示与使目标区域的估计变困难的干扰血管5、6重叠。这时随后的步骤使用步骤s4的二维前向投影数据组，以便在感兴趣区域4中去除与目标区域2不直接接触的干扰血管5、6的显示。
在任选的步骤s6中，首先进行精细配准、即已经给出的配准的细化，这意味着，使用走向信息，以便使透视图像1和二维前向投影数据组尽可能准确地匹配。以这种方式，能够补偿患者的较小的运动和/或由于使用的医疗器械而发生的改变。
然后，步骤s7用于确定感兴趣区域的掩模图像。干扰血管5、6在感兴趣区域4内的走向确实已经通过走向信息已知。为了针对掩模图像利用强度值填充干扰血管5、6在感兴趣区域4中的对应的显示，使用成像范围。最后，通过成像范围和已存在的配准，透视图像1中的不重叠地显示的相应的干扰血管5、6的像素也是已知的；这意味着，在那里包含在透视图像中的强度值仅由对应的干扰血管5、6的衰减作用产生。沿着中心线观察到的成像范围中的对应的强度值此时表示支持点，用于借助于走向信息确定用于在感兴趣区域4内部也被认为不重叠的干扰血管5,6的显示的强度值，其中，例如可以在与感兴趣区域相对的相邻的成像范围之间进行线性插值，但是也可以使用更复杂的方法。如果成像范围仅存在于感兴趣区域4的一侧(这较不优选)，则也可以进行外推(extrapolation)。
因此，在进行插值之后，沿着干扰血管5、6的中心线的、特别是也在感兴趣区域4内部的强度走向是已知的，此时将该强度走向用于将掩模图像的感兴趣区域4中的干扰血管5、6所在的位置利用显示其衰减部分的强度值填充。在此，重叠的干扰血管5、6中的衰减部分当然对应地累积。为了还能够朝向干扰血管5、6的边缘尽可能正确地再现强度走向，掩模图像中朝向边缘的对应的强度值根据基于血管模型的函数下降。该函数利用对应的范围(ausdehnung)被参数化。
形成的掩模图像因此正好仅包含感兴趣区域4内部的干扰血管5、6的贡献。
在步骤s8中，将感兴趣区域4中的掩模图像从透视图像1中减去，从而形成校正后的透视图像1'，如图3所示。如在那里可以看到的，去除了感兴趣区域4内部的干扰血管5、6的贡献，从而保证了对目标区域2的直观的查看。此外，根据该方法，参考图1，在步骤s9中，在x射线装置的显示设备上显示透视图像。
在步骤s10中，检查拍摄几何结构是否发生了改变。如果不是这种情况，则再次照常以步骤s5继续进行下一个透视图像的拍摄。前向投影数据组于是因此保持不变。然而，如果拍摄几何结构发生了改变，例如因为要从另一个视角观察目标区域2，则根据步骤3确定新的拍摄几何结构，并且在步骤s4中对应地针对该拍摄几何结构确定新的前向投影数据组，然后将其对应地用于修改透视图像1，以去除干扰血管5、6的部分。
最后，图4示出了根据本发明的x射线装置7的原理图。x射线装置7具有c形臂8，x射线辐射器9和x射线检测器10相对地布置在c形臂8上。由于c形臂8可运动，因此可以关于放置在患者台11上的患者(这里未示出)设置不同的拍摄几何结构。x射线装置7还具有控制装置12以及显示设备13、这里为监视器，控制装置12被构造用于执行根据本发明的方法，显示设备13被构造用于显示修改后的透视图像1'。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，本领域技术人员可以从中得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。