用于采集和处理检查对象的图像数据的方法与流程

本发明涉及一种用于采集和处理检查对象的图像数据的方法。本发明还涉及一种医学图像记录装置。

背景技术：

在多个医学手术期间，例如通过c形臂x射线装置进行手术中成像有利于对手术医生在其操作中进行支持。然而，在此必须保持能够接近检查对象，从而仅能够进行受限制的成像。此外，应当尽可能减小检查对象的辐射和造影剂负担。尽管如此，为了能够提供最大值的信息，已知的是，采集手术前3d数据组、采集手术中2d图像数据、将3d数据组与其配准并且显示3d数据组的对应图示或者3d数据组的投影与2d图像数据的叠加。

如果例如通过插入支架移植物来治疗腹主动脉瘤，则在手术期间将血管系统的相关部分可视化是有利的。为此，例如可以将在手术前采集的ct血管造影的数据与在治疗期间记录的x射线图像或透视图像叠加。对于这种显示，需要将2d和3d数据组彼此配准，也就是说，转变到共同的坐标系中。

在使用无造影剂的透视图像时，最强的对比度通常通过检查对象的骨骼产生。关于骨骼的数据组的配准至少对于坐标系的初始配准通常就足够了。然而，对于例如血管(动脉)彼此更准确的配准，这通常不够，因为血管在不同数据组中的位置由于患者定位或者仪器的引入等由此可能不同。更准确的血管配准可能很大程度上仅通过利用血管造影进行配准来实现，但是其需要造影剂的(重复)给予。为了避免这一点，开发了这样的配准的改进的方案，其例如基于血管系统本身或者血管系统的钙化的配准。缺点是这种配准方法一般相对昂贵并且与c形臂ct相关联，由此由于所需的c形臂旋转，仅能够在操作过程中困难地执行。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，使得能够在不进一步给予造影剂的情况下，特别是在透视过程中，通过在手术中采集和处理检查对象的图像数据，能够实现血管(动脉)的已有配准的跟踪，以便能够对患者移动进行补偿。

本发明的上述技术问题通过根据本发明的方法和根据本发明的x射线装置来解决。还给出了有利扩展。

上述技术问题通过用于采集和处理检查对象的图像数据的方法来解决，该方法包括以下步骤：

-提供描述检查对象的检查区域中的骨骼结构的三维骨骼模型和描述检查区域中的血管系统的三维血管模型，

-利用对于第一和第二图像记录相同的图像几何结构，记录检查区域的二维的第一图像记录和二维的第二图像记录，其中，在检查对象的血管系统中的影响图像记录的对比度的造影剂的浓度彼此不同的情况下，记录第一和第二图像记录，

-依据第一和第二图像记录以及骨骼模型和血管模型，确定描述血管系统相对于骨骼结构的布置的布置信息，

-采集检查区域的二维的第三图像记录，

-确定骨骼模型与第三图像记录的骨骼配准，以及

-依据骨骼配准和布置信息，确定血管模型相对于第三图像记录的血管配准。

根据本发明提出了，在不同的造影剂浓度下采集检查区域的第一和第二图像记录。如例如在数字减影血管造影中使用的这样的方法，使得能够通过第一和第二图像记录的相减，提供主要显示其对比度在给予造影剂时发生改变的区域的减影图像。可以经由血管系统输送造影剂，由此减影图像主要显示血管系统。在造影剂的浓度较小的情况下、优选在浓度基本为零的情况下记录的图像记录主要显示检查对象的骨骼。由此，能够将具有小造影剂浓度的图像记录与骨骼模型配准，并且容易地将减影图像(或者造影剂图像)与血管模型配准。根据这些信息，能够确定描述数据组中的血管系统相对于骨骼结构的不同布置的布置信息。例如当将骨骼模型和血管模型变换到第一和第二图像记录的坐标系中时，该布置信息能够描述骨骼模型相对于血管模型的相对位置。换句话说，通过布置信息根据骨骼模型与二维的图像记录的配准，能够导出血管模型与同一图像记录的配准。由此，在采集第三图像记录之后，当其对比度受骨骼影响时，也就是说当在图像记录的过程中未使用造影剂时，也能够借助布置信息确定血管模型相对于图像记录的位置。

依据血管配准，能够显示血管模型的投影和/或片段图像。显示可以如下进行：以与第三图像记录叠加的方式显示投影或片段图像。第三图像记录的采集以及依据各个图像记录和布置信息的血管模型的显示的确定可以重复地执行。这特别是可以在透视过程中进行，其中，通过图像记录的高重复率，对于观察者基本上连续地显示图像改变。

根据本发明的方法中的配准可以是刚性配准，然而也可以执行弹性配准。优选选择造影剂的浓度，使得在第一图像记录中浓度基本为零，而在第二图像记录中在血管系统中达到预先给定的浓度。

可以分割检查区域的三维图像数据组，以提供骨骼模型和血管模型。该图像数据组特别是可以通过计算机断层成像设备或者磁共振断层成像设备采集。优选通过与用来记录第一和第二图像记录的采集装置不同的另一个采集装置来记录三维图像数据组。为了记录第一和第二图像记录，可以使用使得能够良好地接近检查对象的采集装置，由此能够在手术中特别好地使用其。用于采集三维图像数据组的该另一个采集装置不需要能够良好地接近检查对象，因为三维图像数据组一般在手术前采集。

正好可以通过x射线装置采集第一和第二以及第三图像记录作为x射线图像。x射线装置例如可以构造为c形臂x射线装置。x射线装置能够实现相对高频的成像，从而能够实现透视、即x射线图像的连续显示。此外，x射线装置能够相对紧凑地构造，从而使得能够良好地接近检查对象。

第三图像记录可以以与第一和第二图像记录相同的图像几何结构来记录，但是也可以以不同的图像几何结构来记录。例如可以改变记录角度或者记录位置。

补充地或者替换地，可以确定第一图像记录与骨骼模型的第一中间配准，以及通过从第二图像记录中减去第一图像记录计算出的减影图像与血管模型的第二中间配准，据此确定将第一中间配准映射到第二中间配准的变换函数作为布置信息。由此可以利用减影血管造影的原理，来确定减影图像，该减影图像由其对比度依据造影剂的浓度而变化的区域主导。其在通过血管系统给予造影剂时映射血管系统。由此能够实现减影图像与血管模型的简单并且鲁棒的配准。如果在第一图像记录中使用低浓度的造影剂、特别是不使用造影剂，则其由检查对象的骨骼主导，由此能够与骨骼模型简单并且鲁棒地配准。如果使用刚性配准，则变换函数可以描述至少一个平移和/或至少一个旋转。如果使用弹性配准，则还可以通过变换函数描述不同的变形，例如收缩或扩张和/或剪切。

通过将变换函数应用于骨骼配准，可以确定血管配准。变换函数将骨骼模型的2d3d配准映射到血管模型的2d3d配准。骨骼配准是骨骼模型和第三图像记录之间的配准。通过应用变换函数，获得血管模型与第三图像记录配准的血管配准。对于第三和随后进一步的图像记录，由此能够通过与骨骼系统配准和应用变换函数，在无需进一步给予造影剂的情况下，计算与血管模型的配准。

血管模型的显示在根据本发明的方法的所有实施方式中都可以作为血管模型在第三图像记录的图像平面中的投影来实现，其中，投影方向和/或投影在图像平面中的位置和/或取向和/或投影的变形依据第三图像记录和布置信息来确定。所提及的投影的参数可以依据第三图像记录和变换函数、特别是依据血管配准来确定。投影可以以仅显示血管模型的边界线的方式进行。替换地，可以显示血管模型的片段。

除了根据本发明的方法之外，本发明还涉及一种具有采集装置和控制装置的医学图像记录装置，通过所述控制装置，

-能够控制所述采集装置，以利用对于第一和第二图像记录相同的图像几何结构，采集检查对象的检查区域的二维的第一图像记录和二维的第二图像记录，

-能够依据第一和第二图像记录以及提供的描述检查区域中的骨骼结构的三维的骨骼模型和提供的描述检查区域中的血管系统的三维的血管模型，确定描述血管系统相对于骨骼结构的布置的布置信息，

-能够控制所述采集装置，以采集检查区域的第三图像记录，

-能够确定骨骼模型与第三图像记录的骨骼配准，并且

-能够依据骨骼配准和布置信息确定血管模型与第三图像记录的血管配准。

医学图像记录装置能够利用具有在那里提及的优点的关于根据本发明的方法说明的特征来扩展，其中，控制装置可以相应地提供所需的针对采集装置和/或显示装置的控制功能，并且在对第一和第二图像记录以及骨骼模型和血管模型的处理过程中能够执行所说明的过程。

所说明的用于采集和处理检查对象的图像数据的方法和/或所说明的医学图像记录装置或x射线装置能够用于在手术中对血管系统进行成像和可视化。其特别有利地可以在通过插入支架移植物来治疗腹主动脉瘤的过程中使用。在此，可以通过检查对象的腹股沟将导线和导管引入主动脉中，经由其引入至少一个支架移植物、即血管成形术。为了进行充分地固定，支架要尽可能深地放置到健康的血管壁区域中，而不覆盖重要的血管出口。为此，需要对主动脉的位置进行准确的可视化，这可以通过根据本发明的方法或者通过根据本发明的装置来实现。

然而，根据本发明的方法或者根据本发明的装置也可以在神经放射治疗、腹部介入放射治疗的过程中和/或在主动脉瓣置换的过程中用于进行手术中成像。

根据本发明的计算机程序产品包括程序，并且例如能够直接加载到图像记录装置的控制装置的存储器中，具有程序部件，用于在图像记录装置的控制装置中执行所述程序时，执行这里描述的方法的步骤。

根据本发明的电子可读的数据载体包括在其上存储的电子可读的控制信息，所述控制信息至少包括所提及的计算机程序产品，并且被构造为，当在图像记录装置的控制装置中应用所述数据载体时，执行这里描述的方法。

附图说明

本发明的其它优点和细节从下面的实施例和相关联的附图中得到。在此：

图1示意性地示出了根据本发明的方法的实施例的流程图，

图2示例性地示出了要采集和处理其图像数据的检查区域，以及

图3示意性地示出了根据本发明的医学图像记录装置的实施例。

具体实施方式

图1示出了用于采集和处理检查对象的图像数据的方法的实施例，其使得能够以改善的方式将血管系统可视化、特别是能够在手术中使用。参考图2来说明该方法，图2示出了要采集和处理其图像数据的检查区域1。为了清楚起见，仅示出了检查区域1中的骨骼结构2和血管系统3。例如可以在对腹主动脉瘤、也就是说腹主动脉4的血管瘤进行治疗时，将所示出的检查区域1可视化，以便在将支架移植物插入分叉区域5时对医生提供可视化反馈。这是有利的，因为血管成形术应当尽可能地伸入分支，以接触健康的组织，而不阻塞其它血管6。为此，准确的可视化反馈是有利的。

在此，在根据图1的方法中，应当周期性地采集x射线图像，以便提供透视，其中，x射线图像应当与血管模型的投影叠加，以便改善血管系统对于用户的可采集性。为此，首先，在步骤s1中，通过采集装置记录三维图像数据组。例如可以通过计算机断层成像设备记录ct血管造影图像。在步骤s2和s3中，对三维图像数据组进行分割，其中，在步骤s2中，分割图像数据组中的骨骼结构，以便提供三维骨骼模型，而在步骤s3中，分割血管系统，以便提供三维血管模型。在现有技术中，已知多种用于在三维测量数据中分割骨骼结构和/或血管系统的方法。这里不对其进行详细说明。

步骤s1至s3可以在手术前执行。接着，可以将患者定位在例如可以经由使得能够很好地接近患者的c形臂x射线装置或者其它x射线装置进行图像记录的区域中，从而下面的成像可以在手术中进行。在定位患者之后，在步骤s4中，记录检查区域1的二维的第一x射线图像。随后，在步骤s5中，将影响x射线图像的对比度的造影剂引入检查对象的血管系统4。在步骤s6中，记录第二x射线图像，其中，血管系统3中的造影剂的浓度在第二x射线图像期间大于在第一x射线图像期间。在步骤s7中，从第二x射线图像中减去第一x射线图像，由此提供减影图像，其主要将对比度随着浓缩剂的浓度改变的区域可视化。因此，减影图像主要使血管系统3可视化。

在步骤s8中，确定第一x射线图像与骨骼模型的第一中间配准，并且在步骤s9中，确定在步骤s7中计算的减影图像与血管模型的第二中间配准。已知多种方法，用于将二维图像记录与三维图像数据组配准。例如可以相应地识别数据组中的标记并且将标记彼此相关联，和/或可以使用基于亮度和/或梯度的关联方法。为了将减影图像与骨骼模型配准，例如椎骨7适合作为可以彼此相关联的标记。为了将血管模型与第一x射线图像配准，例如可以使用血管系统3的分叉处作为标记。

在所示出的方法中，示例性地可以使用刚性配准，其相应地描述将骨骼模型或血管模型变换到第一x射线图像或者减影图像所涉及的坐标系、即通过第一和第二x射线图像的图像几何结构确定的坐标系所需的多达三个平移和多达三个旋转。在所示出的方法的一个扩展方案中，还可以作为第一和第二中间配准确定弹性配准，其中，确定例如描述用于进行配准的骨骼模型或血管模型的收缩、扩张和/或剪切(scherung)的附加配准参数。

在步骤s10中，确定将第一中间配准映射到第二中间配准的变换函数。在刚性配准的情况下，该变换函数对应于多达三个平移和多达三个旋转的一系列连接，以便彼此转换通过各个配准描述的坐标系。在弹性配准的情况下，可以设置对应的收缩、扩张等，用于执行该坐标系变换。因为第一和第二中间配准分别显示与以相同的图像几何结构记录的二维图像数据的配准，因此变换函数描述一种函数，利用其能够根据任意的2d3d配准关于骨骼模型确定x射线图像，关于血管模型确定相关联的2d3d配准。

在步骤s11中，通过x射线装置采集检查区域的第三x射线图像。在此可以使用与第一和第二x射线图像相同的图像几何结构，但是也可以使用不同的图像几何结构。例如，从记录第一和第二x射线图像起，可以调整c形臂x射线装置的记录角度、可以移动检查对象、或者可以改变患者台的台位置。先前确定的第一和第二中间配准在这种情况下对于第三x射线图像是不合适的。因此，在步骤s12中，计算第三x射线图像与骨骼模型的骨骼配准。优选地，在血管系统中的造影剂的浓度小、特别是为零的情况下记录第三x射线图像。x射线图像的对比度在这种情况下由骨骼结构2主导，由此能够进行简单并且鲁棒的与骨骼模型的配准。

然而，如开头所说明的，在所示出的方法中，要将血管模型可视化。然而，利用造影剂记录的x射线图像与血管模型的重复的直接配准在透视的过程中通常是不可取的并且与患者的负担相关联。因为在示例性地示出的方法中，骨骼模型和血管模型由共同的三维图像数据组产生，因此在假设骨骼和血管的位置相对于彼此不改变的条件下，可以依据三维图像数据组的坐标系中的血管模型相对于骨骼模型的位置，确定血管系统相对于第三x射线图像的位置。然而，这种方法是有缺陷的，因为血管系统的至少部分相对于骨骼结构的相对位置在三维图像数据组的手术前记录和二维x射线图像的手术中记录之间可能已经发生了改变。因此，在所示出的方法中，利用如下事实：可以通过变换函数将骨骼模型所涉及的配准转换到血管模型所涉及的配准。为此，在步骤s13中，将变换函数应用于骨骼配准，以获得描述第三x射线图像与血管模型的配准的血管配准。

在步骤s14中，根据血管配准计算投影参数，该投影参数描述血管模型到与第三x射线图像的图像平面相对应的图像平面中的投影。在步骤s16中，将这样产生的图示与第三x射线图像叠加，并且通过x射线装置的输出装置向用户显示。可以周期性地或者在满足更新条件的情况下，通过从步骤s11开始重复所示出的方法来更新图像输出。

也可以在手术中改变血管系统相对于骨骼结构的位置，例如在重新定位患者、患者移动、将仪器引入血管系统等时。因此，可以在进行用户输入时、周期性地或者在满足其它条件时，从步骤s4起重复所述方法，以便重新确定变换函数，由此重新确定在所述方法中确定的描述血管系统相对于骨骼结构的布置的布置信息。

通过所描述的方法，实现了可以对用户重复地可视化血管系统或者在透视成像的过程中将血管系统连续可视化，其中，仅在要将描述血管系统相对于骨骼结构的布置的布置信息可视化时，需要给予造影剂。因此，可以相对于用于在手术中使用的常见的可视化方法，明显降低造影剂给予的频率，由此能够减轻检查对象的负担。

图3示出了具有c形臂形式的采集装置9和显示装置10的医学图像记录装置8、即x射线装置。该x射线装置被配置用于执行除步骤s5中的造影剂给予之外的、在图1中示出的方法的方法步骤4-16。为此，该x射线装置包括控制装置11，通过其可控制采集装置9来采集第一、第二和第三x射线图像。控制装置还可以减去x射线图像，以提供减影图像，并且确定第一和第二中间配准以及骨骼配准。此外，通过控制装置11可以如前面所述确定变换函数，并且可借助变换函数确定血管配准。借助其，可将血管模型投影到第三x射线图像的图像平面中。通过控制装置11，可以将该投影与第三x射线图像叠加，并且可控制显示装置10显示该叠加。

这里描述的方法也可以以计算机程序产品的形式存在，当其在控制装置11上执行时，其在控制装置11上实现所述方法。还可以存在未示出的电子可读的数据载体，其上存储有电子可读的控制信息，该控制信息至少包括所描述的计算机程序产品，并且被设计为当在图像记录装置8的控制装置11中应用该数据载体时，执行所描述的方法。

虽然通过优选实施例进一步详细示出并且描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员能够从中导出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。