管腔内和管腔外图像配准的制作方法

本公开涉及在管腔外图像帧的时间序列中配准管腔内图像帧的时间序列的位置的计算机实现的方法。还公开了相关的计算机程序产品、计算机可读存储介质和系统。

背景技术：

1、介入性医疗手术通常是在x射线成像下执行的。血管内超声“ivus”成像常常与x射线成像组合使用，以便增强由x射线图像提供的解剖学信息。例如，外周静脉介入治疗常常在x射线成像和ivus成像的组合下使用执行。在此类手术中，通常在x射线引导下将导丝插入血管，并且在称为“回拉”的过程期间，使ivus成像设备沿导丝平移。从ivus成像过程中获得的信息被用来评估血管内的组织特性，而来自x射线成像过程的信息被用来在血管内导航ivus成像设备。x射线成像和ivus成像的组合可因此被用于评估血管内疾病或畸形(如静脉压迫)的存在，或可被用于计划或进行血管内的介入，如球囊或支架等的插入。

2、在执行涉及x射线成像和ivus成像两者的介入性手术时，医疗工作者所面临的一个挑战是确定在x射线图像中的血管内，生成其图像的ivus成像设备的位置。目前，医疗工作者可通过将在x射线图像中看到的ivus成像设备在血管中位置与由ivus成像设备生成的实时超声图像在视觉上联系起来来执行这一任务。在目前的工作流程下，医疗工作者通常执行ivus回拉过程，然后审查所产生的ivus图像。为了确认血管内任何关注的ivus图像的位置，医疗工作者可以然后在实时x射线引导下将ivus成像设备重新插入血管。

3、在进行涉及x射线成像和ivus成像两者的介入性手术时，医疗工作者面临的另一个挑战是确定x射线图像中的测量值。这些测量值可例如被用于指定支架手术中待使用的支架的尺寸。支架的所需直径可从ivus图像数据中确定。然而，要准确地确定所需的支架的长度并以省时的方式进行确定可能更具挑战性。在x射线图像中的诸如投影缩短等的效应阻止了对x射线图像的统一比例的使用。在外周静脉介入中使用的所需的支架的长度的近似值，有时是通过数沿ivus成像导管的鞘管放置的不透射线的基准标记的数量来确定的。然而，由于一些导管包括二十个或更多个标记，手动数标记的数量是费力的。

4、因此，当ivus成像在与x射线成像组合执行时，仍存在改进的余地。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，公开了一种系统，其用于将由联接到导丝的管腔内感测设备生成的管腔内感测设备数据的时间序列的位置，配准到包括管腔内感测设备和导丝的管腔外图像帧的时间序列中沿导丝的位置，该系统包括被配置为执行方法的一个或多个处理器，该方法包括，对于该时间序列中的多个管腔外图像帧：

2、在管腔外图像帧中识别导丝；

3、基于在管腔外图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示管腔内感测设备的一部分的预期强度图样的匹配，确定管腔内感测设备的感测部分的沿导丝的位置；以及

4、将与管腔外图像帧同时生成的管腔内感测设备数据的位置映射到沿导丝的确定位置。

5、在实施例中，确定管腔内感测设备的感测部分的沿导丝的位置基于在管腔外图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示管腔内感测设备的感测部分的预期强度图样的匹配。

6、在一些实施例中，管腔内感测设备数据的时间序列包括管腔内超声图像帧的时间序列。

7、在一些实施例中，管腔内超声图像帧包括血管内超声图像帧或支气管内超声图像帧。

8、在一些实施例中，管腔外图像帧包括放射照相图像帧。

9、在本发明的一个方面，提出了一种计算机实现的方法，其将由联接到导丝的管腔内感测设备生成的管腔内感测设备数据的时间序列的位置配准到包括管腔内感测设备和导丝的管腔外图像帧的时间序列中沿导丝的位置，该方法包括，对于时间序列中的多个管腔外图像帧：

10、在管腔外图像帧中识别导丝；

11、基于在管腔外图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示管腔内感测设备的一部分的预期强度图样的匹配，确定管腔内感测设备的感测部分的沿导丝的位置；以及

12、将与管腔外图像帧同时生成的管腔内感测设备数据的位置映射到沿导丝的确定位置。

13、在一些实施例中，确定管腔内感测设备的感测部分的沿导丝的位置基于在管腔外图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示管腔内感测设备的感测部分的预期强度图样的匹配，

14、其中，管腔内感测设备数据的时间序列包括由血管内成像设备或支气管内成像设备提供的管腔内超声图像帧的时间序列，

15、其中，管腔外图像帧包括放射照相图像帧。

16、根据本公开的实施例，提出了一种计算机实现的方法，其将由联接到导丝的ivus图像设备生成的血管内超声(ivus)图像帧的时间序列的位置配准到包括ivus成像设备和导丝的x射线图像帧的时间序列中沿导丝的位置。该方法包括，对于时间序列中的多个x射线图像帧：

17、-在x射线图像帧中识别导丝；

18、-基于在x射线图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示ivus成像设备的预期强度图样的匹配，确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的位置；以及

19、-将与x射线图像帧同时生成的ivus图像帧的位置映射到沿导丝的确定位置。

20、在一些实施例中，在x射线图像帧中沿导丝的位置处确定的图像强度值与表示ivus成像设备的预期强度图样的匹配包括：

21、通过在相对于导丝横向延伸的窗口内对图像强度值进行采样，确定在x射线图像帧中沿导丝的位置处的图像强度值，以在每个位置处提供该窗口的合成值；以及

22、将在沿导丝的位置处确定的合成值与表示ivus成像设备的预期强度图样进行比较，其中预期强度图样包括沿导丝的长度的合成值的预期曲线图。

23、在一些实施例中，确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的位置，包括在x射线图像帧中沿导丝平移表示ivus成像设备的预期强度图样，以便确定x射线图像帧中的图像强度值与表示ivus成像设备的预期强度图样相匹配的位置。

24、在一些实施例中，在x射线图像帧中沿导丝平移表示ivus成像设备的预期强度图样，以便确定x射线图像帧中的图像强度值与表示ivus成像设备的预期强度图样相匹配的位置，包括：

25、通过以第一空间分辨率对x射线图像帧中的图像强度值进行采样，在x射线图像帧中对表示ivus成像设备的预期强度图样沿导丝执行初始平移，以确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的第一估计位置；

26、基于采样到的图像强度值和ivus成像设备的至少一部分的已知尺寸，估计用于ivus成像设备的至少一部分的比例系数；以及

27、通过以第二空间分辨率对x射线图像帧中的图像强度值进行采样，在x射线图像帧中对表示ivus成像设备的预期强度图样沿导丝执行后续平移，以确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的第二估计位置，第二空间分辨率是基于估计出的比例系数调整的；以及

28、使用第二估计位置作为ivus成像设备的成像部分的沿导丝的确定位置。

29、在一些实施例中，ivus成像设备包括多个基准标记；

30、其中，该基准标记与ivus成像设备联接，并沿导丝轴向分布；以及

31、其中，确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的位置，包括：

32、通过以第一空间分辨率对x射线图像帧中的图像强度值进行采样，识别基准标记的沿导丝的位置；

33、基于识别出的基准标记的位置，计算基准标记中的至少一对之间的估计间距(separation)；以及

34、以第二空间分辨率对x射线图像帧中的图像强度值进行采样，以确定在x射线图像帧中的图像强度值与表示ivus成像设备的预期强度图样相匹配的位置，其中，第二空间分辨率是基于基准标记中的至少一对之间的估计间距和基准标记中的该至少一对之间的已知间距确定的。

35、在一些实施例中，该方法进一步包括：

36、通过对多个x射线图像帧中的ivus成像设备的成像部分的确定位置周围的图像强度值进行平均，生成表示ivus成像设备的成像部分的模板图样；以及

37、对于多个x射线图像帧，使用模板图样作为表示ivus成像设备的预期强度图样，反复确定ivus成像设备的成像部分的沿导丝的位置，以在每个x射线图像帧中提供ivus成像设备的成像部分的沿导丝的调整位置。

38、在一些实施例中，ivus成像设备包括不透射线材料，其中表示ivus成像设备的预期强度图样包括沿相对于导丝的轴向方向和/或径向方向延伸的不透射线材料的x射线衰减图样。

39、在一些实施例中，ivus成像设备包括具有轴杆和多个基准标记的导管，其中基准标记与导管联接，并沿导管的轴杆轴向分布。

40、在一些实施例中，该方法进一步包括：

41、在x射线图像帧中识别多个基准标记；以及

42、基于在x射线图像帧中识别出的多个基准标记中的两个或更多个基准标记之间的测量间距和该两个或更多个基准标记之间的已知间距，确定用于包括基准标记的导丝的一部分的比例系数。

43、在一些实施例中，在时间序列中的相继x射线图像帧之间沿导丝平移ivus成像设备，其中针对x射线图像帧中的导丝的相应段将用于包括每个图像帧中的基准标记的导丝的一部分的比例系数进行组合，以提供沿导丝的长度变化的用于该导丝的组合比例系数(110)。

44、在一些实施例中，用于包括在每个图像帧中的基准标记的导丝的一部分的比例系数通过使用正则化项针对x射线图像帧中导丝的相应段进行组合，以促进沿导丝的长度的比例系数的连续变化。

45、在一些实施例中，在时间序列中的x射线图像帧包括多条导丝；而其中在x射线图像帧中识别导丝包括：

46、在x射线图像帧中识别基准标记；以及

47、选择具有沿其长度轴向分布的识别出的基准标记的导丝。

48、在一些实施例中，将与x射线图像帧同时生成的ivus图像帧的位置映射到沿导丝的确定位置，包括：

49、显示表示在时间序列中的一个或多个x射线图像帧和导丝的第一图像，并同时显示表示来自ivus图像帧的时间序列中的ivus图像帧的第二图像；以及

50、指示在第一图像中沿导丝的ivus图像帧的映射位置。

51、在本发明的一个方面，提出了一种计算机程序产品，其包括指令，当指令由一个或多个处理器执行时，使一个或多个处理器执行根据本发明的实施例所述的计算机实现的方法的任一种。

52、本公开的其他方面、特征和优点将从以下参照附图做出的对示例的描述中变得明显。