专利名称：放射性成像方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于放射性成像的方法和装置，其旨在用于荧光透视(fluoroscopy)导引血管外科应用。
背景技术：
在血管外科干预期间，外科医生将器具(instrument)(例如导向器(guide)、导 管、展幅器(stent))引入血管，并且将其移动到待治疗的病灶(lesion)。为了能够在干预过程期间引导器具的移动，外科医生参考被治疗区域的图像。这 些图像一方面包括在干预之前获取的血管的映射图像(称作“路标(roadmap)”)，另一方面 包括在干预过程期间实时获取的荧光透视图像，这种荧光透视图像显示被治疗区域的器具 和背景结构(例如骨和软组织)。已经提出用于在单个图像上示出器具位置和血管映射以使外科医生能够直接观 看器具相对于血管的位置的技术。文献EP 0463533 Al描述一种为了经皮腔内冠状动脉成形术干预(percutaneous transluminal coronary angioplasty intervention :PCTA)而获取图像的方法,在于获取 和存储不透明(opacified)图像，并且在于获取实时荧光透视图像。不透明图像和实时图 像重叠为同一个图像，并且所产生的重叠图像被显示在屏幕上，以供放射科医生查看。这个 文献表明，放射科医生可通过修改给叠加的各图像所分配的权重(weight)来调整该叠加。 例如，如果放射科医生只对荧光透视信息感兴趣，则可调整图像的权重使得实时信息在所 显示图像中占优势。同样，如果放射科医生对映射信息感兴趣，则可调整图像的权重，由此 荧光透视和映射信息均出现在所显示图像中。但是，这个文献中所述的方法没有使荧光透视图像中出现的背景结构和器具能够 被单独加权。在这样的情况下，背景结构可具有某种密度，以致于这些结构使得难以在最终 显示的图像中查看器具或脉管。文献FR 2848809A1描述一种用于帮助血管导航(navigation)的方法，按照该方 法，将表示所谓背景结构和血管的第一屏蔽(mask) (P0)、仅表示所谓背景结构的第二屏蔽 (M)和即时(live)获取图像(IJ进行组合，以便产生待查看图像(Iv)。该组合使得能够产 生其中仅出现血管和器具的映射的待查看图像(Iv)。具体来说，这个文献提供将要从在第一步骤的过程中所获取的图像系列(In)来确 定的第一和第二屏蔽，其中第一步骤在将器具引入血管之前进行，并且在第一步骤期间将 造影剂注入血管。但是，这种方法要求在干预开始时注入造影剂。在这样的情况下，最大程度地减少 对患者施用的造影剂剂量是合乎需要的。为了避免借助于在程序开始时注入造影剂，本发明旨在利用现成的诊断图像。事实上，示出血管的诊断图像通常在外科干预之前在预备阶段的过程期间获取和 记录。这些图像通过数字减影血管造影(digitalsubstraction angiography =DSA)技术获得，并且使外科医生能够定位被治疗的病灶并且建立程序性过程。这些诊断图像一般由于 以下事实而具有非常好的质量它们通过使被治疗区域经过显著辐射剂量(高于获取实时 荧光透视图像所施用的辐射剂量)来获取。但是，证明难以通过从诊断图像减影(substract)实时荧光透视图像来得到满意 的最终图像。事实上，由于这些图像采用不同的辐射谱来获取，所以其减影不可避免地在最 终合成图像中产生伪像(artefact)。在这样的情况下，这类伪像是外科医生不可接受的。一种可预测的解决方案在于对实时荧光透视图像以及对诊断图像应用预处理，以便调整其灰度级。但是，这种类型的预处理实现起来很复杂，并且不一定产生满意结果。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种放射性成像方法，它通过使用一个或多个预先记录 的诊断图像来实现示出血管和工具(implement)的导引图像的实时生成。由于用于包括血管的感兴趣区域的放射性成像的方法，这个问题在本发明的框架 中得到解决，该方法包括以下步骤通过使感兴趣区域暴露于第一剂量的X射线获取感兴趣区域的实时荧光透视图 像，该荧光透视图像示出背景结构以及引入血管的至少一个器具，从所获实时荧光透视图像减影屏蔽图像，以便生成仅示出器具的减影荧光透视图 像，组合减影荧光透视图像以及仅示出血管的感兴趣区域的预先记录诊断图像，以便 生成示出血管和器具的组合图像，在屏幕上显示组合图像，以便实现查看，其中，从将器具引入血管之前通过使所述区域暴露于与第一剂量相当的X射线剂 量所获取的至少一个荧光透视图像确定屏蔽图像。由于屏蔽图像采用与用于获取实时荧光透视图像的第一剂量相当的X射线剂量 来获得的事实，所述减影步骤生成极少伪像(artefeact)。因而能够产生高质量的减影荧光 透视图像。所述减影步骤不要求任何复杂的图像预处理步骤。因此，所提出的方法使得能够将仅示出器具的减影荧光透视图像与仅示出血管的 先前获取诊断图像进行组合。这阻止必须借助于干预阶段期间注入造影剂。同样地，在引入器具之前所获取的荧光透视图像在没有造影剂的任何注入的情况 下获取。此外，所提出的方法使得能够与背景结构无关地调整组合图像中出现的器具和血 管的加权。在本发明的一个实施例中，预先记录的诊断图像通过使区域暴露于高于第一剂量 的第二剂量的X射线来获得。这是当诊断图像从DSA诊断序列得出时的情况。在本发明的一个实施例中，该方法还包括以下预备步骤在将器具引入血管之前获取荧光透视图像系列，对荧光透视图像系列进行滤波，以便生成屏蔽图像。具体来说，获取荧光透视图像系列的步骤在干预开始时执行大约一秒的短时间 段，它在将器具引入血管之前进行。
在本发明的一个实施例中，组合步骤包括添加减影的荧光透视图像、预先记录的 诊断图像以及仅示出背景结构的图像，各图像分配有可调整的加权系数。必要时，这使背景 结构的概览(overview)能够被插入组合图像中。事实上，这些结构可包括用于安置器具的 有用解剖界标。在本发明的一个实施例中，该方法同样包括以下步骤将屏蔽图像与预先记录背景结构的图像进行比较，根据比较估计感兴趣区域的移动，根据所估计移动重新调整预先记录的诊断图像。本发明同样涉及放射性成像装置，所述放射性成像装置包括能够按照第一剂量发射X射线的X射线源，能够接收源所发射的X射线并且生成表示被安置在源与检测器之间的感兴趣区 域的实时荧光透视图像数据的检测器，处理单元，能够接收图像数据，并且编程为执行先前定义的成像方法，以便生成示 出感兴趣区域中包含的血管以及引入血管的至少一个器具的组合图像，以及显示部件，用于在屏幕上显示组合图像，以便实现查看。
通过以下完全是说明性而不是限制性并且应当参照附图来阅读的描述，其它特性 和优点将变得更为清楚，其中图1是根据本发明的一个实施例的图像获取装置的示意表示，图2是根据本发明的一个实施例的成像方法的第一阶段的步骤的示意表示，图3是根据本发明的一个实施例的成像方法的第二阶段的步骤的示意表示，图4是示出该方法所产生的图像的处理的示意图。
具体实施例方式图1中，所示的装置10包括旋转臂11 (C-臂)、固定到旋转臂一端并且能够发射辐 射13的源12以及固定到旋转臂另一端并且能够接收源所发射的辐射的检测器14。装置 10同样包括其上可放置患者的支撑15，设计该支撑使得患者的感兴趣区域16位于源12与 检测器14之间。这样，检测器14在源12所发射的X射线经过感兴趣区域16之后接收这 些X射线。获取装置10包括控制单元17，控制单元17能够控制旋转臂11到各个位置的移 动，并且能够控制源12以使它发射具有可控能级的辐射。获取装置10同样包括能够接收和处理检测器14所获取的图像数据的计算机处理 单元18。检测器14能够以包括像素组以及对于各像素包括关联灰度级的数据的形式生成 并且向处理单元18传送投影图像。灰度级表示经过位于感兴趣区域16中的各个结构的X 射线的衰减。最后，获取装置10包括其中可记录图像数据的存储器单元19、包括用于显示待查 看图像的屏幕的显示装置120以及使外科医生能够控制处理部件18的接口部件121。
处理部件18编程为自动执行根据本发明的一个实施例的成像方法的步骤。图2和图3示出成像方法的各个步骤。成像方法包括两个主要阶段图2所示的第一预备阶段20以及图3所示的第二实时查看阶段30。这两个阶段可在时间上分隔开，但用同一获取装置执行。第一阶段20的目的是获取感兴趣区域中的血管的图像系列。该图像系列使外科 医生能够查看血管，以便定位被治疗的病灶并且建立干预过程。第一阶段20包括以下步骤按照第一步骤21，控制单元将源安置在给定位置，以使源照射感兴趣区域。按照第二步骤22，当源保持在给定位置时，控制单元激活源以使源发射高等级辐 射。同时，检测器获取图像数据，并且将所获数据传送到处理单元。图像数据包括没有 任何造影剂情况下示出背景结构(骨、软组织)的感兴趣区域的投影图像系列。按照第三步骤23，处理单元将第一所获图像系列记录在存储器单元中。按照第四步骤24，将造影剂注入到位于感兴趣区域的血管。按照第五步骤25，控制单元继续激活源，以使源发射高等级辐射。同时，检测器继续获取图像数据，并且将图像数据传送到处理单元。图像数据包括 感兴趣区域的投影图像系列，其一方面示出背景结构(骨、软组织)，另一方面示出由于造 影剂的存在而得到增强的血管。按照第六步骤26，处理单元将第二所获图像系列记录在存储器单元中。按照第七步骤27，处理单元从没有任何造影剂情况下所获取的第一图像系列减影 采用造影剂所获取的后续第二图像系列。这个第七步骤引起得到仅示出血管的投影图像系列。按照第八步骤28，处理单元将示出血管的图像系列记录在存储器单元中。该方法的第二阶段30在外科干预期间执行。这个第二阶段的目的是直接显示同 时示出背景结构、血管以及血管内部的器具的图像。按照第一步骤31，外科医生定义获取装置在空间内的安置。为此，外科医生使用接 口部件来控制处理单元，以便将装置安置在与源在第一阶段期间的给定获取位置对应的获 取位置。按照第二步骤32，控制部件激活源，以使源发射低能量辐射。按照第三步骤33，在将器具引入血管之前，在(小于或等于一秒的时长的)短暂时 间段过程，检测器获取图像数据，并且将该数据传送到处理单元。图像数据包括在所述短暂 时间段期间连续获取的、示出背景结构(骨、软组织)的、感兴趣区域的荧光透视图像系列。按照第四步骤34，处理单元从荧光透视图像系列确定荧光透视屏蔽图像。荧光透 视屏蔽图像通过将空-时滤波器应用于荧光透视图像系列由此实现荧光透视屏蔽图像中 噪声的降低来确定。空-时滤波器执行两个操作按照第一操作，将空间滤波器单独应用于各图像。例如，这个第一滤波操作在于给 各图像像素分配平均灰度级，其等于位于受关注像素附近的像素的灰度级的加权平均数。可实现其它空间滤波器，例如中值滤波器(median filter)或自适应滤波器、如自适应滤波器。按照第二操作，将时间滤波器应用于图像系列。例如，这个第二滤波操作在于给荧 光透视屏蔽图像的各像素分配灰度级，其等于该系列各个图像中对应像素的灰度级的平均 数。当然，第一和第二操作可按照不同顺序来执行。随后，外科医生将一个或多个器具引入到感兴趣区域的血管。按照第五步骤35，检测器获取图像数据，并且将该数据传送到处理单元。图像数据包括感兴趣区域的荧光透视图像，其被即时获取并且示出背景结构以及引入血管的器具。按照第六步骤36，处理单元从即时获取的荧光透视图像减影荧光透视屏蔽图像。 这个步骤使得能够生成仅示出器具、消除了背景结构的减影荧光透视图像。由于实时荧光透视图像和荧光透视屏蔽图像采用相同剂量的X射线来获取的事 实，减影荧光透视图像具有极少伪像。并行地，按照第七步骤37，处理单元从被记录在存储器单元中的示出血管的图像 系列选择血管图像(称作“路标”)。以及按照第八步骤38，处理单元从同样记录在存储器单元中的图像系列选择背景 结构图像。按照第九步骤39，处理单元从所选血管图像、从所选背景结构图像以及从器具的 减影荧光透视图像生成组合图像。组合操作在于这三个图像以如下形式的加权和组合图像=ρ· Ι1+λ · Ι2+δ · I3其中，I1表示血管的图像数据，I2表示背景结构的图像数据，I3表示器具的减影荧光透视图像数据，以及ρ、λ和δ是分配给各图像I2和I3的加权系数。外科医生可调整加权系数ρ、λ和δ，以便使血管、背景结构或器具在组合图像 中不同程度地突出。这样，可根据查看需求独立调整血管、背景结构和器具的强度。加权系数P、λ和δ缺省地是0与1之间的实数。但是，如果例如外科医生希望 放大，则这些系数的值可大于1。与这些因数的加法操作一个像素接一个像素地执行。与背景结构图像关联的系数λ可等于0，以使组合图像仅示出血管和器具。但是， 如果外科医生希望相对于某些解剖界标定位器具的位置，则可能需要在最终图像中同样示 出背景结构的概览。在这种情况下，系数λ选择为非零。按照第十步骤310，处理单元控制组合图像在显示屏幕上的显示，以便实现外科医
生的查看。此外，如图4所示，处理单元可补偿患者在干预期间的小移动。为此，处理单元将 背景结构图像与荧光透视屏蔽图像进行比较，并且估计患者的移动。处理单元根据所估计 移动来计算血管图像的重新安置或重新调整。前面所述的方法提供仅在采用相同X射线剂量所获取的图像之间执行的减影操 作。这使得能够防止因某些结构对X射线剂量的敏感性(其通过相对辐射能量而改变的吸收系数来表示)而引起的伪像的生成。该方法消除了借助于所获高剂量和低剂量图像的调整的需要，因为组合步骤应用 于没有任何敏感结构的减影图像。这种方法使得能够生成高质量的组合图像。DSA阶段(第一阶段)可采用与程序性荧光透视阶段(第二阶段)的视野(field of view=FOV)不同的视野来执行，因为组合步骤根据可随意适配(放大、组帧等)的图像 (I1和I2)和实时荧光透视图像(I3)来执行。
可在程序过程期间根据外科医生的偏好修改各个增益P、λ和δ。配件表10 获取装置11 旋转臂12 源13 辐射14 检测器15 支撑16 感兴趣区域17 控制单元18 处理单元19 存储器单元120 显示装置121 接口部件21 安置源22 记录第一图像序列23 记录第一图像系列24 注入造影剂31 安置获取装置32 激活源33 获取荧光透视图像系列34 空-时滤波35 获取实时荧光透视图像36 减影37 选择38 选择39 加权组合310 显示
权利要求
一种用于包括血管的感兴趣区域的放射性成像的方法，包括以下步骤(35)通过使所述感兴趣区域暴露于第一剂量的X射线获取所述感兴趣区域的实时荧光透视图像，所述荧光透视图像示出背景结构以及引入所述血管的至少一个器具，(36)从所述所获实时荧光透视图像减影屏蔽图像，以便生成仅示出所述器具的减影荧光透视图像，(39)组合所述减影荧光透视图像(I3)以及仅示出所述血管的所述感兴趣区域的预先记录诊断图像(I1)，以便生成示出所述血管和所述器具的组合图像，(310)在屏幕上显示所述组合图像，以便实现查看，其中，从将所述器具引入所述血管之前通过使所述区域暴露于与所述第一剂量相当的X射线剂量所获取的至少一个荧光透视图像确定所述屏蔽图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预先记录诊断图像(I1)通过使所述区域暴露 于高于所述第一剂量的第二 X射线剂量来获取。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在引入所述器具之前所获取的所述荧光透视图 像在没有造影剂的任何注入的情况下获取。
4.如以上权利要求中任一项所述的方法，包括如下预备步骤(33)在将所述器具引入所述血管之前获取荧光透视图像系列，(34)对所述荧光透视图像系列进行滤波，以便生成所述屏蔽图像。
5.如权利要求4所述的方法，其中，获取所述荧光透视图像系列的所述步骤(33)在大 约一秒的短时间段期间执行，它在将所述器具引入所述血管之前进行。
6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述组合步骤(39)包括添加所述减影 荧光透视图像、所述预先记录诊断图像(I1)以及仅示出所述背景结构的图像(I2)，各图像 分配有可调整的加权系数。
7.如以上权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤将所述屏蔽图像与所述预先记录背景结构图像进行比较，根据所述比较估计所述感兴趣区域的移动，根据所述所估计移动重新调整所述预先记录诊断图像(I1)。
8.一种放射性成像装置，包括X射线源(12)，能够按照第一剂量发射X射线；检测器(14)，能够接收所述源发射的X射线并且生成表示安置在所述源与所述检测器 之间的感兴趣区域的实时荧光透视图像数据；处理单元(18)，能够接收所述图像数据，并且编程为执行如权利要求1至7中之一所述 的方法的步骤，以便生成示出所述感兴趣区域中包含的血管以及引入所述血管的至少一个 器具的组合图像；以及显示部件(120)，用于在屏幕上显示所述组合图像以便实现查看。
全文摘要
本发明涉及用于包括血管的感兴趣区域的放射性成像的方法，包括以下步骤通过使感兴趣区域暴露于第一剂量的X射线获取感兴趣区域的实时荧光透视图像，荧光透视图像示出背景结构以及引入血管的至少一个器具，从所获实时荧光透视图像减影屏蔽图像，以便生成仅示出器具的减影荧光透视图像，组合减影荧光透视图像与仅示出血管的感兴趣区域的预先记录诊断图像，以便生成示出血管和器具的组合图像，在屏幕上显示组合图像，以便实现查看，其中，从将器具引入血管之前通过使所述区域暴露于与第一剂量相当的X射线剂量所获取的至少一个荧光透视图像确定屏蔽图像。
文档编号A61B6/00GK101803930SQ20101012784
公开日2010年8月18日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年2月17日
发明者B·勒尼, J·利埃纳, P·-L·格奥尔吉, R·维兰 申请人:通用电气公司