用于配准成像设备与跟踪设备的配准系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于配准成像设备与跟踪设备的配准系统、配准方法和配准计算机程序。本发明还涉及用于对对象进行成像的成像系统、成像方法和成像计算机程序。本发明还涉及包括该成像系统的介入系统。
【背景技术】
[0002]W0 2013/001388 A1公开一种用于提供身体腔的实况三维图像的系统。所述系统包括用于生成身体腔的X射线图像的X射线系统，以及用于确定柔性外科手术工具在身体腔内的三维形状的光学形状感测(0SS)设备。柔性外科手术工具的所确定的三维形状与身体腔的X射线图像基于外科手术工具在X射线图像中的分段(以及其他事物)而彼此被配准。
[0003]US 2010/0056904 A1公开了一种介入系统，其包括从插入部位被导航到患者内的处置部位的介入仪器，如导管。在导航流程期间，通过使用0SS来跟踪被装备有光纤构件的介入仪器，其中，所跟踪的位置被示出在患者的磁共振图像上。为了在患者的磁共振图像上示出由0SS跟踪的介入仪器的位置，用于跟踪介入仪器的0SS跟踪系统和用于生成磁共振图像的磁共振成像系统需要彼此被配准。通过在磁共振图像内标记介入仪器的光纤构件上的多个已知点来执行配准，其中，所述已知点承载在磁共振图像中可见的标记。
[0004]介入流程仅能够用特定介入仪器来执行，所述特定介入仪器被装备有具有在磁共振图像中的已知点处可见的标记的光纤构件。因此，介入流程被限制到仅某些介入仪器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种配准用于生成对象的图像的成像设备与用于跟踪对象的位置的跟踪设备的配准系统、配准方法和配准计算机程序，其中，对特定对象的限制被减少。此外，本发明的目的是提供用于对对象进行成像的成像系统、成像方法和成像计算机程序，其使用从配准系统获得的配准结果。本发明的另外的目的是提供一种包括所述成像系统的介入系统。
[0006]在本发明的第一方面，提供了一种配准系统，其中，所述配准系统适于通过确定对象的位置和形状，来配准用于生成所述对象的图像的成像设备与用于跟踪所述对象在所述成像设备的视场内的位置的跟踪设备，其中，所述配准系统包括:
[0007]-对象检测单元，其用于检测所述图像中的所述对象，其中，所述对象检测单元适于a)允许用户将标记添加到所述图像以便指示所述对象被定位于其处的所述图像中的任意位置，并且b)基于所添加的标记来提供所述对象在所述图像中的表示，
[0008]-配准单元，其用于确定定义所述跟踪设备与所述成像设备的配准的配准参数，其中，所述配准单元适于基于所述对象在所述成像设备的所述视场中的所跟踪的位置，并且基于所述对象在所述图像中的所述表示的位置来确定所述配准参数。
[0009]由于对象检测单元适于允许用户将标记添加到图像以便指示对象被定位于其处的图像中的任意位置，其中，然后任意位置处的这些标记被用于提供对象在配准基于其的图像中的表示，对象不需要具有在需要被标记的多个已知位置处承载标记的光纤构件。用户仅需要在任意位置处将标记添加到图像，其中，这些任意位置不需要关于例如对象已知，并且对应地，对象不需要具有在已知位置处的标记。配准能够通过在图像中对于用户而言可见的任何对象来执行，从而减少对能够用于配准的特定对象的限制。
[0010]对象优选地是设备，例如介入仪器，如导管、针、导丝等。
[0011]在一个实施例中，成像设备适于生成视场的二维投影图像，其中，所述对象检测单元适于a)允许所述用户将所述标记添加到所述二维投影图像以便在所述二维投影图像中指示所述对象并且b)基于所添加的标记在所述二维投影图像中提供所述对象的表示，并且其中，所述配准单元适于基于所述对象在所述成像设备的所述视场中的所跟踪的位置并且基于所述对象在所述二维投影图像中的所述表示的所述位置来确定所述配准参数。尤其是，所述成像设备适于生成对应于不同投影方向的至少两幅二维投影图像，其中，所述对象检测单元适于a)允许所述用户将标记添加到所述二维投影图像中的每幅以便指示在所述不同二维投影图像中的所述对象，并且b)基于所添加的标记来提供所述对象在所述二维投影图像中的表示，并且其中，所述配准单元适于基于所述对象在成像区域中的所跟踪的位置并且基于所述对象在所述二维投影图像中的所述表示的所述位置来确定所述配准参数。成像设备优选地适于生成一幅或若干二维X射线投影图像。在配准参数已经被确定之后，能够在各自的二维投影图像上示出对象的实际位置，即使各自的二维投影图像并不是实际图像，而是更旧的一个。因此，例如，在介入流程期间，对象(在该范例中为介入仪器)的位置可以在对象被移动的同时被示出在不同的二维投影图像中，而不需要提供实际二维投影图像。
[0012]跟踪设备优选地适于跟踪对象的三维位置，其中，配准单元适于通过在考虑由用于生成所述二维投影图像的所述成像设备使用的投影几何学的情况下计算所述对象的所跟踪的三维位置的二维投影，并且通过计算由所述跟踪设备定义的坐标系与由所述成像设备定义的坐标系之间的空间变换，来确定所述配准参数，这使所述对象的所跟踪的三维位置的所计算的二维投影与所述对象在所述二维投影图像中的所述表示的所述位置之间的偏差最小化。这允许相对准确地确定配准参数，尽管所跟踪的位置是三维的而图像是二维的。
[0013]优选地，跟踪设备适于通过0SS来跟踪对象的位置，其中，配准单元适于基于由0SS跟踪的对象在成像设备的视场中的位置并基于对象在图像中的表示的位置来确定配准参数。0SS允许以能够由用户容易地处理的方式并且非常准确地跟踪对象的位置。例如，不必提供用于跟踪对象的位置的额外场，如电磁场。
[0014]对象检测单元能够适于提供所添加的标记作为对象在图像中的表示。然而，对象检测单元也能够适于基于所添加的标记来确定，特别是计算，所述表示。例如，如果对象是略长的对象，则对象检测单元能够适于通过以线连接所添加的标记来确定对象在图像中的表示。因此，对象能够由连接所添加的标记的多个线段来表示。然而，对象检测单元也可以适于通过将曲线拟合到所添加的标记来确定对象在图像中的表示。此外，对象检测单元可以适于基于所添加的标记并且基于图像的图像值来提供对象在图像中的表示。此外，在提供对象在图像中的表示的同时，考虑图像值能够实现更好地拟合到图像中的对象的位置和形状的表示，从而改进配准的准确度。
[0015]例如，对象检测单元能够适于基于图像的图像值来确定指示对象在图像中的位置的位置信息，并且基于所添加的标记并基于所述位置信息来提供对象在图像中的表示。尤其是，对象检测单元能够适于将对象检测算法应用于图像以便生成位置信息，所述位置信息指示对象在图像中的位置的，即例如指示略长的对象在图像内的空间延伸。例如，分割算法能够被应用于图像以便对图像中的对象进行分割，其中，在该范例中，所分段的对象是位置信息。由于指示对象被定位于其处的图像中的任意位置的人工添加的标记被认为是比自动确定的位置信息更可靠，对象检测单元优选地被调整，使得在确定对象在图像中的表示期间，所添加的标记比位置信息加权更多。例如，为了确定表示，可以使用代价函数，其随着表示与所添加的标记之间的距离减小并随着如由从图像值确定的位置信息指示的对象在图像中的位置与表示之间的距离减小而减小，其中，表示与所添加的标记之间的距离可以比由从图像值确定的位置信息指示的位置与表示之间的距离对代价函数贡献更大。对象检测单元能够适于通过将代价函数最小化来确定所述表示。
[0016]对象检测单元可以适于通过依赖于位置信息校正所添加的标记的位置并且通过基于标记的经校正的位置提供对象在图像中的表示来提供对象在图像中的表示，所述位置信息指示对象在图像中的位置并且已经基于图像的图像值而被确定。例如，表明可以由一个或若干图像元素形成的成像区域对应于所述对象的可能性的量度可以被应用于由位置信息定义的图像区域和由用户添加的标记定义的图像区域，其中，如果应用于由位置信息定义的图像区域的量度与应用于由用户添加的标记定义的图像区域的量度之间的差异大于预先定义的阈值，则可以确定被定位于用户添加的标记的邻域中的被移位的标记是否导致较小的差异。如果确实如此，则被移位的标记可以被使用替代用户添加的标记，并且可以被视为是经校正的标记。以这种方式，至少一个标记可以被校正，其中，然后可以基于至少一个经校正的标记以及任选地另外的用户添加的标记来提供对象在图像中的表示，所述另外的用户添加的标记未被校正，因为它们初始时已经以足够的准确度指示对象在图像中的位置，即例如因为被移位的标记未导致应用于由各自的标记定义的图像区域的量度与应用于由位置信息定义的图像区域的量度之间的较小差异。所述量度能够是例如血管特征(vesselness)响应。依赖于位置信息校正所添加的标记的位置，其中，然后基于经校正的标记的位置提供对象在图像中的表示，能够进一步改进配准的准确度，尤其是如果用户已经仅粗略地将标记添加到图像。
[0017]成像设备能够适于提供对应于不同投影方向的至少两幅二维投影图像，其中，对象检测单元可以适于a)允许用户将标记添加到二维投影图像的第一图像以便在第一图像中指示所述对象，并且b)基于所添加的标记提供对象在第一图像中的第一表示并基于第二图像的图像值提供对象在二维投影图像的第二图像中的第二表示，并且其中，配准单元可以适于基于对象在成像区域中的所跟踪的位置并且基于对象在第一和第二图像中的第一和第二表示的位置来确定配准参数。例如，对象检测单元能够将对象检测算法应用于第二图像的图像值，以便确定指示对象在第二图像中的位置的位置信息。该对象检测算法是例如用于分割在第二图像中的对象的分割算法，其中，所分割的对象能够被视为是定义第二图像中的第二表示的位置信息。在确定配准参数期间，已经基于所添加的标记提供的第一图像中的第一表示优选地比对象在第二图像中的第二表示被考虑更多，因为基于用户输入的第一表示被认为比第二表示更可靠。这允许在配准过程期间考虑不同投影图像中的表示，而不需要用户在每个投影图像中添加指示对象在各自的投影图像中的位置的标记。
[0018]在本发明的另一方面，提供了一种用于对对象进行成像的成像系统，其中，所述成像系统包括:
[0019]-成像设备，其用于通过确定对象的位置和形状来生成感兴趣区域的图像，
[0020]-跟踪设备，其用于跟踪所述对象在