用于配准成像设备与跟踪设备的配准系统的制作方法_3

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,则导丝3的端部的所跟踪的位置也将非常好地对应于各自的投影图像中所示的导丝3的位置,使得在图5中,粗线11将完全覆盖二维投影图像7、8中的导丝3。在图5中的二维投影图像7、8中示出的人32仅被用于图示两幅二维投影图像7、8之间的空间关系。人32是任选的并且可以不被示出在二维投影图像7、8上。
[0066]在已经完成配准之后,导丝3能够在人25内移动,其中,在移动期间,跟踪设备3、4能够跟踪导丝3在人25内的位置并且导丝3的所跟踪的位置能够被示出在二维投影图像7、8上,而不必再次采集这些投影图像,因为位置确定单元14能够基于导丝3的所跟踪的实际位置和所确定的配准参数来确定导丝3在感兴趣区域的先前采集的二维投影图像中的位置,其中,导丝3实际移动。因此,不必连续地采集二维投影图像来确定导丝3相对于人25的内部解剖结构在人25内的位置。
[0067]对象检测单元5和配准单元6能够被视为形成用于配准成像设备2与跟踪设备3、4的配准系统13。此外,成像设备2、跟踪设备3、4、配准系统13和位置确定单元14能够被视为形成用于对人25内的导丝3进行成像的成像系统。
[0068]在下文中,将参考图6所示的流程图示范性地描述用于监测介入流程的成像方法的实施例。
[0069]在步骤101中,导丝3被布置在成像设备2的视场中并且成像设备2生成导丝3的二维投影图像。此外,由跟踪设备3、4确定导丝3在成像设备2的视场内的位置。在步骤102中,通过使用显示器17向用户示出二维投影图像,其中,用户通过使用对象检测单元5将标记添加到二维投影图像,以便指示导丝3被定位于其中的二维投影图像中的任意位置。此外,对象检测单元5基于所添加的标记来提供导丝3在二维投影图像中的表示。在步骤103中,配准单元6基于导丝3在成像设备2的视场中的所跟踪的位置并且基于导丝3的表示在二维投影图像中的位置来确定定义跟踪设备3、4与成像设备2的配准的配准参数。步骤101至103能够被视为形成配准方法,所述配准方法可以在导丝3被插入人25内之前的校准流程期间被执行,其中,介入系统被校准。
[0070]在已经确定配准参数之后,在步骤104中,人25能够被布置在成像设备2的视场内的支撑装置26上,使得成像设备2可以生成人25内的感兴趣区域的二维投影图像。感兴趣区域优选地是导丝3应该通过其移动的在人25内的区域。然后,在步骤105中,导丝3能够被引入到人25中,并且在导丝3的引入以及导丝3在人25内的移动期间,导丝3的位置由跟踪设备3、4来跟踪。在步骤106中,基于导丝3的所跟踪的位置和所确定的配准参数来确定导丝3在已经在步骤104中采集的二维投影图像内的位置,并且显示器17示出导丝3在二维投影图像内的所确定的位置。在步骤107中,检查是否应该停止对导丝3在二维投影图像内的位置的成像。例如,检查用户是否已经经由输入单元16向介入系统输入应该停止对导丝3在二维投影图像内的位置的成像。如果是这样的情况,方法在步骤108中结束。否则,方法继续进行步骤105。尤其是,步骤105和106继续循环被执行,直到对导丝3在二维投影图像内的位置的成像应该停止。通过在导丝3在人25内移动期间循环执行步骤105和106,用户能够实时监测导丝3在人25内的移动,而不必采集实时X射线图像。在另外的实施例中,还能够在步骤107中检查是否已经修改了成像设备的视场,其中,在这种情况下,所述方法可以继续进行步骤104。
[0071]配准系统优选地提供用于二维X射线图像配准的针对三维0SS的半自动解决方案。配准系统优选地适于允许用户在X射线图像上标记设备,例如导丝3,其中,用户可以依赖于所述设备的弯曲来选择可变数量的点。然后设备可以由直线或曲线来表示,其中,所述设备是否应该由直线或曲线来表示的决定可以依赖于计算约束和/或所需要的准确度。使用设备表示和三维0SS数据的投影,配准参数被计算。以这种方式,能够基本独立于设备特性,即基本独立于0SS跟踪的设备的特性来实现配准。此外,该配准流程并不限于特定成像模态。因此,尽管在上述实施例中成像设备是X射线C型臂设备,但是在其他实施例中,其他成像设备也能够与跟踪设备配准,其他成像设备例如为放射影像成像设备、超声成像设备、磁共振成像设备等。
[0072]配准系统的对象检测单元能够适于提供图形用户界面,所述图形用户界面允许用户在由成像设备提供的图像中示出的设备(例如导丝3)上敲击若干点,以便将标记添加到图像。这些点优选地也包括所述设备的端部上的点。
[0073]尽管在上述实施例中,通过以直线连接由用户添加的标记来提供所述设备的表示,尤其是导丝3的表示,但在其他实施例中,所述表示能够通过曲线拟合流程来确定,其中,能够使用设备的较高阶逼近。所述曲线能够被拟合到所添加的标记,使得所得到的曲线实现距与曲线上的图像元素相邻的图像元素(优选地是像素)的最高强度差异。其他量度也能够用于拟合所述曲线,其中,所述曲线被确定,使得各自的量度被优化,即被最小化或最大化。例如,针对各自的曲线上的所有图像元素的血管特征响应的总和与所有近邻图像元素的血管特征响应的总和之间的差异能够被用作用于拟合曲线的量度。另外的备选量度是例如第一导数、边缘响应等。血管特征响应可以被定义为Hessian矩阵的函数,例如在 K.Krissian 等人的文章 “Model-Based Detect1n of Tubular Structures in 3Dimages,,,Computer Vis1n and Image Understanding,第 80 卷、第 2 号、第 130 至 171 页(2000)中或者在 A.F.Frangi 等人的文章“Multiscale vessel enhancement filtering”,Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervent1n - MICCAI’ 98,LectureNotes in Computer Science,第 1496 卷、第 130-137 页(1998)中所公开的,通过引用将上述文章并入本文。边缘响应可以被确定,如在J.Canny的文章“A Computat1nalApproach To Edge Detect1n,,,IEEE Transact1ns on Pattern Analysis and MachineIntelligence,第8页、第6号、第679至698页(1986)中所公开的,也通过引用将所述文章并入本文。
[0074]因此,所述表示可以不仅基于被添加到各自的图像的标记,而且额外地也基于各自的图像的图像元素的图像值而被确定。图7中示意性并且示范性地示出了导丝3的表示12,与图4中所示的表示10相比,表示12通过使用血管特征响应量度来实现较高的评分。
[0075]在实施例中,对象检测单元能够适于使用各自的图像的图像元素的图像值来确定指示导丝3在各自的图像中的位置的位置信息,并且基于所添加的标记并基于位置信息来确定导丝在各自的图像中的表示。尤其是,对象检测单元能够适于将如分割算法的对象检测算法应用于各自的图像,以便生成指示对象在各自的图像中的位置的位置信息。所述位置信息是例如分割的对象。由于指示对象被定位于其中的各自的图像中的任意位置的标记被认为比自动确定的位置信息更可靠,因此对象检测单元优选被适配为使得在确定对象在各自的图像中的表示期间,所添加的标记的位置比位置信息加权更多。例如,为了确定所述表示,能够使用代价函数,其随着所述表示与所添加的标记之间的减小的距离并且随着所述表示与如由从图像值确定的位置信息指示的各自的图像中的对象的位置之间的距离减小而减小,其中,所述表示与所添加的标记之间的距离比所述表示与如由从图像值确定的位置信息指示的位置之间的距离对代价函数贡献更多。对象检测函数能够适于通过使代价函数最小化来确定所述表示。
[0076]配准系统的对象检测单元还能够适于自动校正用户输入中的不准确性。该自动校正将在下文中参考图8至图11示范性地被描述。
[0077]图8示意性并且示范性地示出了两幅二维X射线投影图像40、41,其对应于两个不同的采集方向,即投影方向。在这些图像40、41中,导丝3是用户可见的,所述用户粗略地添加标记42,以便指示导丝3在X射线图像40、41内的位置。图像40、41还示出了由跟踪设备在配准之前所提供的导丝3的位置43。此外,图像40、41示出了人32,以便指示各自的投影方向。在其他范例中,在该阶段可以不示出由跟踪设备提供的导丝3的位置43和/或人32。
[0078]对象检测单元可以适于通过基于用户指示的点42检测在各自的图像内的具有最小代价的路径,来确定指示导丝3在各自的图像40、41中的位置的位置信息,其中,所述代价能够是血管特征响应的函数。例如,所述路径能够被检测,使得代价函数被最小化,这依赖于路径上的图像元素的血管特征响应并且依赖于路径与用户指示的点42之间的距离。图9示意性并且示范性地示出了针对图8所示的左侧图像40的这样的检测的路径50,并且图10示意性并且示范性地示出了针对图8所示的右侧图像41的这样的检测的路径51。对象检测单元还能够适于依赖于位置信息,即依赖于所检测的路径50、51来校正所添加的标记的位置。尤其是,在这些路径50、51已经被检测之后,各自的路径50、51上的图像元素的血管特征响应的平均评分能够被计算,并且该量度(其能够被视为是平均代价)能够与各自的添加的标记42的对应地量度进行比较,即在该实施例中,与各自的标记42的血管特征响应进行比较。如果针对各自的路径50、51的平均量度与针对各自的添加的标记42的量度之间的差异大于预先定义的阈值,则在各自的添加的标记42的邻域中搜索图像元素或一组邻近的图像元素,针对所述图像元素可以计算具有与针对相应路径50、51计算的量度的较小差异的量度。以这种方式,可以通过相应地对各自的标记42进行移位来自动校正其位置。然后能够基于标记来确定导丝3的表示,所述标记可以或者可以没有已经被移位,以便自动地校正它们。
[0079]图11示范性地图示了配准的结果,所述配准初始基于粗略添加的标记42来执行。如在图11中能够看到的,在配准已经被执行之后,由跟踪设备提供的导丝3的位置43非常好地匹配在各自的图像40、41中示出的导丝3的位置,尽管初始添加的标记42仅非常粗略地指示导丝3在各自的图像40
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