专利名称：在采集的放射线照相术图像中补偿呼吸运动的系统和方法
在采集的放射线照相术图像中补偿呼吸运动的系统和方法
背景技术：
本文所述的主题涉及在放射线照相术图像中检测和补偿呼吸运动，特别关于心脏 病学的领域。放射成像的使用在心脏病理学的诊断和治疗中已知。治疗可能包括电生理学和其 他干预过程等等。例如，在一定数量的干预过程中，从业人员能将一些导管和/或引导件送 入心脏的腔或血管(vessel)中。这些干预过程包括不同的技术，例如栓塞、扩张、消除阻塞 (desobstruction)、支架的放置和消融。这些过程使得避免严重的外科干预是可能的。在典型的已知干预过程中，手术人员能主要通过在已采集的放射线照相术图像中 的解剖结构的图示来引导手术工具。
发明内容
主题论述了上述缺点和需要。提供通过已采集的放射线照相术图像来检测和补偿 呼吸运动的系统和方法。根据一个实施例，提供在对象解剖(subject anatomy)成像中补偿呼吸运动的方 法。方法包括采集对象解剖的内部关注区的第一图像；在第一图像中检测引入对象解剖 的多个仪器的至少一部分的图示；采集对象解剖的内部关注区的第二图像；在第二图像中 检测引入对象解剖的多个仪器的至少该一部分的图示；比较和计算第一图像和第二图像之 间的该多个仪器的至少该一部分的图示的中的位移，计算该第一图像和第二图像之间的该 多个仪器的至少该一部分的平均值或中间值位移中的一个，以及应用平均值或中间值位移 中的一个来调整下列中的一个的至少一部分第一或第二图像采集的图像数据，或内部关 注区预采集的三维模型，其中该应用步骤生成补偿内部关注区的呼吸运动的显示。根据另一实施例，提供在对象解剖成像中补偿呼吸运动的系统。所述系统包括引 入对象解剖的多个仪器；成像系统，其可操作成采集引入对象解剖的多个仪器的第一和第 二图像；以及与成像系统通信的控制器，控制器包括与存储器通信的处理器，存储器包括多 个程序指令，用于由处理器执行以进行以下步骤在第一图像中检测引入对象解剖的多个 仪器的至少一部分的图示，在第二图像中检测引入对象解剖的该多个仪器的至少该一部分 的图示，比较和计算第一图像和第二图像之间的该多个仪器的至少该一部分的图示中的位 移，计算第一图像和第二图像之间的该多个仪器的平均值或中间值位移中的一个，以及应 用平均值或中间值位移中的一个来调整下列中的一个的至少一部分第一或第二图像采集 的图像数据或内部关注区预采集的三维模型，其中应用步骤生成补偿内部关注区的呼吸运 动的显示。根据又另一实施例，提供在对象解剖成像中补偿呼吸运动的系统。所述系统包括 引入对象解剖的多个仪器；成像系统，可操作成采集引入对象解剖的多个仪器的第一和第 二图像；以及与成像系统通信的控制器，控制器包括与存储器通信的处理器，存储器包括多 个程序指令，用于由处理器执行来进行以下步骤在第一图像中检测引入对象解剖的多个 仪器的至少一部分的图示，在第二图像中检测引入对象解剖的该多个仪器的至少该一部分
4的图示，比较和计算第一图像和第二图像之间的该多个仪器的至少该一部分的图示中的位 移，计算第一图像和第二图像之间的该多个仪器的平均值或中间值位移中的一个，以及应 用该多个仪器的平均值或中间值位移中的一个来调整内部关注区的预采集三维模型的图 像数据，来生成图示补偿呼吸运动的内部关注区的位移的显示。本文描述可变范围的系统和方法。除了在发明内容中描述的主题的各方面之外， 参照图和参照下列具体实施方式
部分，主题的进一步方面将会变得明白。
从下列描述和单个附图将更清楚地理解本发明。图作为指示给出并决不限制本发 明的范围。图1示出示意图来说明根据本文所述主题的系统的实施例。图2包括流程图，该流程图说明使用图1的系统来补偿呼吸运动的方法的实施例。图3示出示意图，该示意图说明使用图1的系统和图2的方法分析在采集的放射 图像中的呼吸运动的实施例。
具体实施例方式在下列具体实施方式
中，对附图进行参照，附图是组成本文的一部分，并且其中通 过可实施的具体实施例的图示来示出。充分详细的描述这些实施例使得那些本领域技术 人员来实践实施例，并且将理解，可能利用其他的实施例，并且在不脱离实施例范围的情况 下，可能制造逻辑、机械、电和其他变化。因此，将不在限制意义上来看待下列具体实施方式
部分。图1示出根据本文描述主题的系统100，系统100在对象或患者解剖105的采集 的放射线照相术成像或三维建模中补偿呼吸运动。例如，能在对患者解剖的医学干预过程 中(例如，在心脏上的过程例如心房纤维性颤动的消融，或者在两心室过程中)来使用系统 100。系统100的一个实施例可以包括三维(3D)成像系统100和放射线照相术成像系 统115 二者。3D成像系统110可以是计算机学断层照相(CT)机器、通过旋转采集3D图像 的放射线照相术系统、磁共振系统、正电子放射断层照相(PET)、超声波系统、核医学系统或 者它们的组合以及其他。放射线照相术成像系统115可以独立于3D成像系统110或与3D 成像系统110集成。放射线照相术成像系统115的示例可以是χ光系统、正电子放射断层照 相(PET)系统、计算机学层析X射线照相组合(CT)系统、血管照相系统或者荧光镜系统以 及诸如此类或者它们的组合。3D成像系统110或放射线照相术成像系统115可以可操作成 在医疗过程之前产生由静态成像检测器(例如CT系统、MRI系统，等等)采集的静态图像， 或者在医疗过程期间产生用实时成像检测器(例如血管照相系统、腹腔镜系统或者内窥镜 系统等等)采集的实时图像。因此，采集的图像类型可以是诊断用的或干预用的。系统100还可以包括一系列引入患者解剖105的仪器120、125、130。仪器120、 125、130的示例可以包括传感器、与器官或者关注区(例如心脏)相连的导线、标记器、导 管、导丝或它们的组合。系统100的一个实施例还包括控制器140，控制器140与放射线照相术成像系统115和3D成像系统110通信。控制器140的实施例包括与存储器150通信的处理器145。 可以设置处理器145独立于存储器150或与存储器150集成。虽然描述的处理器145和存 储器150可以位于控制器140，应理解处理器145或存储器150或其一部分可以位于3D成 像系统110或放射线照相术成像系统115。处理器145 —般能可操作成执行代表本文所述的行为和步骤并且储存在存储器 150中的程序指令。处理器145还可以能够接收输入数据或信息或通信输出数据。处理 器145的示例可包括桌面电脑的中央处理单元、微处理器、微控制器或可编程逻辑控制器 (PLC)，或诸如此类或它们的组合。存储器150的实施例一般包括一个或多个计算机可读媒体，该媒体可操作来存储 多个计算机可读程序指令用于由处理器145来执行。存储器150还可以可操作来存储由控 制器140产生或接收的数据。作为示例，此类媒体可能包括RAM、ROM、PROM、EPR0M、EEPR0M、 Flash、⑶-R0M、DVD或其他已知计算机可读媒体或它们的组合，可以使用这些媒体以指令或 数据结构形式携带或存储期望的程序代码，并且可以通过通用或专用计算机或其他具有处 理器的机器来访问这些媒体。控制器140进一步包括输入装置155和输出装置160或与它们通信。输入装置155 一般能可操作来接收和通信从用户到控制器140的信息或者数据。输入装置155可以包括 鼠标装置、指针、键盘、触摸屏、麦克风或其他类似装置或可以接收用户指令的它们的组合。 输出装置160可以一般可操作来图示输出数据用于用户查看。输出装置160的实施例可以 可操作来同时地图示或融合由3D成像系统110或放射线照相术成像系统115产生的静态 或实时图像数据。输出装置160能够用明暗效果(shading)、着色和/或诸如此类图示二 维、三维图像和/或4维图像数据或它们的组合。输出装置160的示例包括阴极射线监视 器、液晶显示(LCD)监视器、触摸屏监视器、等离子监视器或诸如此类或它们的组合。输入 装置155的实施例和输出装置160可以集成在触摸屏接口(在短划线和标号162中图示) 上。输入装置155的至少一部分或输出装置160的一部分的实施例可以与3D成像系统110 或放射线照相术成像系统115集成。根据系统100的另一实施例，三维(3D)成像系统110和放射线照相术成像系统 115以及控制器140可以与心电图(ECG)系统180通信地连接，来使得采用已知方式实现对 象解剖105的ECG选通图像的采集。已经提供系统100的一般结构的描述，下列是与图像化患者解剖105有关的系统 100的操作方法200 (见图2)的描述。虽然下面讨论系统200的示例实施例，应理解可以省 略或添加构成方法200的一个或多个行为或步骤。也应理解这些行为中的一个或多个可以 同时或至少大体上同时执行，并且行为的顺序可以变化。此外，实现的是，下面步骤或行为 中的至少一些可以表示成一系列计算机可读程序指令，这些指令储存在控制器140的存储 器150中，由处理器145或3D成像系统110或放射线照相术成像系统115的一个或多个来 执行。步骤205包括建立或定义通用参考系统208。为此，执行存在的算法来确定根据 放射线照相术成像系统115的参数的函数的采集几何。放射系统110的采集几何可以与在 通用参考系统208中的管(没有示出)和检测器(没有示出)的定位有关。例如，该采集 几何可以同时由相对于通用参考系统208的患者倚靠的支柱(X射线仪器和检查台的)在
6空间中的位置限定。通用参考系统208可以在3D成像系统110和放射线照相术成像系统 115之间使得参考链接建立。从而连结已知并且属于每个图像采集系统110和115的几何 信息的各项。步骤210可以包括在时间(t)采集至少一个放射线照相术图像212。放射线照相 术图像212的一个实施例可以经由荧光镜采集。步骤215包括在图像212中分割采集的图像数据。分割步骤215可以包括应用低 通滤波器或其他算法来采用一定方式从图像212中移除背景图像数据，以便隔离与本文图 示的一个或多个仪器120、125、130关联的图像数据。例如，步骤215可以包括移除或清除 图示不同于在图像212中的仪器120、125、130的特征的图像元素或像素。例如，图示具有 大于导管直径的厚度的特征的图像元素(在当仪器120、125、130中的一个包括导管的情况 下)。步骤220可以包括聚集或分组图像212中与一个或多个仪器120、125、130相关联 的图像数据或像素。聚集步骤220的实施例可以包括获取图像212中图示的一个或多个仪 器120、125、130每个的几何、大小、灰度水平值、对准或相对标志的距离的指令。基于获取 的指令，聚集步骤220可以包括分组或者聚集图像212中与一个或多个仪器120、125、130 的每个相关联的图像数据。步骤220的一个示例可以包括滤波或分析图像212的每个图像元素或像素，以致 图像212的每个像素或图像元素可以与一定概率关联，该概率是属于仪器120、125、130中 的一个或多个的线性分段(例如导丝、导管等)的概率。步骤220可以进一步包括生成图 示仪器120、125、130的图像元素的计算概率的地图，以及与图像212相关联以便生成一组 具有代表仪器120、125、130的增加的概率或阈值的图像元素的图示。步骤225可以包括重复图像采集步骤210来采集在第二时间(t+n)采集的患者解 剖的第二图像228，以及应用本文谈到的分割步骤215和聚集步骤220。步骤210和225的 一个实施例可以包括与心电图选通联合的连续图像212、228的采集，以便最小化心脏诱发 运动关联的效应。因此，在图像212、228的连续之间的采集的图像数据中的位移一般可能 关联成是由呼吸运动造成的。步骤225的实施例可以包括应用上面在215和220中所述的 相同的分割和图像分析以分组或聚集图像228中与一个或多个仪器120、125、130中的每个 关联的图像数据。步骤230可以包括比较和识别图像212、218之间的图像元素或像素。步骤235 可以包括分组或配对一个图像中与每个各自仪器关联的图像元素或像素与另一图像中的 与相同仪器关联的图像元素和像素。配对步骤235的实施例可以基于相同的参数(例如， 几何、大小、灰度水平值、对准或相对于标志的该一个或多个仪器120、125、130的每个的距 离，概率)如之前关于步骤220所述来执行。执行比较和分组的步骤230和235的图像分 析可以基于无论位于对象解剖105的仪器120、125、130的数目来自动的执行。步骤240可以包括应用算法来检测或计算呼吸运动的发生或位移或平移(图像 212中的仪器120、125、130的一个或多个的采集的图像元素相对于图像228中的仪器120、 125,130的一个或多个的采集图像元素的之间的)。步骤240的实施例可以包括测量在时 间(t)采集的图像212相对于在时间(t+n)采集的图像228之间的根据步骤235的对于仪 器120、125、130的每个的图像元素的配对的位移或平移。位移的测量可以关系到相对于参考208的图像元素的位置的移动或变化。步骤245可以包括生成平移或位移显示或地图246，其图示在第一图像212、第二 图像228的一个或多个中在时间(t)到时间(t+n)之间的期间仪器120、125、130的一个或 多个的图像图示的运动、平移或位移。地图246的另一实施例可以包括对象解剖105的内 部关注区的预采集三维体积或模型248的图像图示的运动、平移或位移。该期间可以依赖 于采集时间和采集的图像212、228的连续数目而不同。显示或地图248可以在时间顺序上 图示而示出与呼吸关联的图像化的解剖105。步骤250可以包括计算第一图像212、第二图像228或对象解剖105的内部关注 区的预采集三维模型248的一个或多个中在从时间(t)到时间(t+n)的期间中仪器120、 125和130的组合的运动、平移或位移的平均值或中间值的至少一个。步骤225可以包括生成显示或地图258，其图示在时间(t)和时间(t+n)之间对象 解剖105的图像元素的平均值或中间值位置。系统100和方法200的实施例应用步骤250 中计算的平均值或中间值位移，来在采集的图像112或228的至少一个中调整或替代图像 数据的至少一部分。地图258的另一实施例可以包括对象解剖105的内部关注区的预采集 三维模型248的图像数据的至少一部分平均值或中间值位移。步骤260包括产生或生成联合显示265，用于向用户图示。联合显示260的一个实 施例包括显示或地图258，其图示根据步骤255在时间(t)和时间(t+n)之间图像212和 /或228的采集图像元素的移位的平均值或中间值位置，以及使用对象解剖105的3D模型 248本身或3D模型的二维投影在融合、组合或覆盖设置中应用。联合显示265的另一实施 例包括使用对象解剖105的3D模型248本身或3D模型的二维投影在组合、覆盖或融合设 置中的位移地图248 (如步骤255所述生成的)的显示。还根据另一个实施例，联合显示265可以包括3D体积或模型248，其用几何学正确 地定位并且在图像212上融合。在图像228的图像数据的采集以及图像212和228之间的 呼吸位移的计算(在步骤240中所述)之后，可以然后应用呼吸位移，在与图像228等等融 合之前调整3D模型248的图像元素以用于在图像212之后采集的任何图像以便补偿呼吸运动。上述系统100和方法200的技术效果可以在没有使用补充追踪硬件的情况下提供 呼吸运动的补偿。所述系统和方法可以经由在对象解剖的采集图像数据上的图像处理算法 的应用来提供呼吸运动的补偿。系统100和方法200可以使用引入心脏或者周围解剖的仪 器120、125和130，以便计算这些运动并补偿它们。引入对象解剖的仪器120、125和130越 多，呼吸运动的补偿就可能越精确。此外，即使医生将仪器120、125和130移入心脏，由医 生引进的运动可能在呼吸运动的总体计算补偿中被抵消或最小化，因为多个仪器120、125、 130被引入了对象解剖。这些书面描述使用示例来公开主题，包括最佳方式，并也可以使本领域任何技术 人员制定和使用本文中所述主题。相应地，前面的描述已经用于说明和描述的目的来展现， 和不旨在穷举或限制主题到精确的公开的形式，并且根据上面的教导的更改和变化是可能 的，或可能从本文所述主题的实践中获取。所述主题可取得专利权的范围由权利要求限定， 并可能包括那些本领域技术人员想到的其他示例。此类其他示例旨在落入权利要求范围 (如果它们具有没有与权利要求的文字语言不同的结构成分，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质性不同的结构成分)。部件列表
参考数字参考名
100系统
105对象或患者解剖
110三维成像系统
115放射线照相术成像系统
120，125，130 一系列仪器
140控制器
145处理器
150存储器
155输入装置
160输出装置
162触摸屏接口
180心电图(ECG)系统
200方法
205建立或定义通用参考系统的步骤
208通用参考
210采集至少一个放射线照相术图像的步骤
212在时间(t)的至少一个放射线照相术图像
215分割图像212中采集的图像数据的步骤
220使用仪器120、125、130分类图像数据的步骤
225重复图像采集步骤来采集图像228的步骤
228在时间(t+n)采集的患者解剖的第二图像
230在图像212、228之间比较图像元素的步骤
235将一个图像中与每个各自仪器关联的图像元素与在另一图
像中的相同仪器关联的图像元素或像素配对的步骤
240应用算法来检测或计算呼吸运动的发生或位移或平移(图
像212中的仪器120、125、130的一个或多个的采集的图
像元素相对于图像228中的仪器120、125、130的一个或
多个的采集图像元素的之间的)
245生成平移或位移显示或地图246
246图示在第一图像212、第二图像228的一个或多个中从时间
(t)到时间(t+n)期间的仪器120、125、130的一个或多
个图像图示的运动、平移或位移的地图。
250计算运动的平均值或中间值的至少一个的步骤
248预采集三维模型248
255生成显示或地图258的步骤
258图示时间(t)和时间(t+n)之间的对象解剖105的图像元
素的平均值或中间值位置的地图260产生或生成联合显示265的步骤265联合显示
权利要求
一种方法(200)，用于在对象解剖(105)的成像中补偿呼吸运动，所述方法(200)包括采集所述对象解剖(105)的内部关注区的第一图像(212)；在所述第一图像(212)中检测引入所述对象解剖(105)的多个仪器(120、125、130)的至少一部分的图示；采集所述对象解剖(105)的内部关注区的第二图像(228)；在所述第二图像中检测引入所述对象解剖(105)的多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的图示；比较和计算所述第一图像和所述第二图像之间所述多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的图示中的位移；计算所述第一和第二图像(212、228)之间所述多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的平均值或中间值位移中之一，以及应用所述平均值和中间值位移中的一个来调整下面的一个的至少一部分所述第一或第二图像(212、228)的采集的图像数据，或所述内部关注区的预采集三维模型(248)，其中应用步骤生成补偿所述内部关注区的呼吸运动的显示(258)。
2.如权利要求1所述的方法(200)，进一步包括步骤对所述第一和第二图像(212、228)的采集的图像数据应用所述多个仪器(120、125、 130)的至少该一部分的图示中的位移，来生成在所述第一和第二图像(212、228)的采集之 间的时间段之中运动中的所述内部关注区的图像(265)。
3.如权利要求1所述的方法(200)，进一步包括步骤将所述第一图像(212)中的多个仪器(120、125、130)的至少一部分的图示的一个或 多个图像元素与所述第二图像(228)中的相关联的多个仪器(120、125、130)的每个的至少 该一部分的图示的一个或多个图像元素分组，其中计算位移的步骤适用于关联的多个仪器 (120、125、130)的至少该一部分的图示的一个或多个图像元素的每个分组。
4.如权利要求3所述的方法(200)，其中分组步骤基于下列参数的一个或多个与关联 于所述多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的采集的图像元素关联的离参考的距离、 对准、几何、大小或灰度水平。
5.如权利要求1所述的方法(200)，其中采集所述第一和第二图像的步骤包括在所述 第一和第二图像的采集中的心电图(ECG)选通。
6.一种系统(100)，用于在对象解剖(105)的成像中补偿呼吸运动，包括 引入所述对象解剖(105)的多个仪器(120、125、130)；成像系统(115)，其可操作成采集引入所述对象解剖(105)的所述多个仪器(120、125、 130)的第一图像(2I2)和第二图像(228)；和控制器(140)，其与所述成像系统(115)通信，所述控制器(140)包括处理器(145)， 其与存储器(150)通信，所述存储器(150)包括多个程序指令供所述处理器(145)执行来 执行下列步骤在所述第一图像(212)中检测引入所述对象解剖(105)的所述多个仪器(120、125、 130)的至少一部分的图示；在所述第二图像中检测引入所述对象解剖(105)的所述多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的图示；比较和计算所述第一图像(212)和所述第二图像(228)之间的所述多个仪器(120、 125,130)的至少该一部分的图示中的位移；计算所述第一和第二图像(212、228)之间的所述多个仪器(120、125、130)的平均值或 中间值位移中之一，以及应用所述平均值或中间值位移中的一个来调整下面的一个的至少一部分所述第一或 第二图像(212、228)的采集的图像数据，或所述内部关注区的预采集三维模型(248)，其中应用步骤生成补偿所述内部关注区的呼吸运动的显示(258)。
7.如权利要求6所述的系统(100)，进一步包括程序指令供所述处理器执行来执行下 列步骤对所述第一和第二图像(212、228)的采集的图像数据应用多个仪器(120、125、130)的 至少该一部分的图示中的位移，来生成在所述第一和第二图像(212、228)的采集之间的时 间段之中运动中的关注区的图像(258)。
8.如权利要求7所述的方法(100)，进一步包括程序指令供所述处理器(145)执行来 执行下列步骤将运动中的所述关注区的图像与所述内部关注区的所述三维模型(248)的二维投影 或所述内部关注区的所述三维模型(248)中之一配准。
9.如权利要求6所述的系统(100)，进一步包括程序指令供所述处理器执行来执行下 列步骤将所述第一图像中多个仪器的至少一部分的图示的一个或多个图像元素与所述第二 图像(228)中的关联的多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的图示的一个或多个图像 元素分组，其中计算位移的步骤适用于关联的多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的 图示的一个或多个图像元素的每个分组。
10.如权利要求9所述的系统(100)，其中分组步骤基于下列参数的一个或多个与关 联于所述多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的采集的图像元素关联的离参考(208) 的距离、对准、几何、大小或灰度水平。全文摘要
提供系统(100)和方法(200)，在引入对象解剖(105)的仪器(120、125、130)成像中补偿呼吸运动。系统(100)可以包括与控制器(140)通信的成像系统(115)。控制器(140)可以包括存储器(150)，其具有程序指令由处理器(145)执行来执行下列步骤在第一图像(212)和第二图像(228)中检测引入对象解剖(105)的多个仪器(120、125、130)的至少一部分的图示，比较和计算第一和第二图像(212、228)之间的多个仪器(120、125、130)的至少该一部分的图示中的位移；计算第一和第二图像(212、228)之间多个仪器(120、125、130)的平均值和中间值位移中之一，并应用平均值和中间值位移中的一个来调整第一和第二图像(212、228)或者内部关注区的预采集三维模型(248)的至少一部分。
文档编号G06T7/00GK101961245SQ20101024429
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者E·苏贝勒, J·利埃纳, R·瓦扬 申请人:通用电气公司