CN108324306A - 在耳鼻喉手术中透视黏液 - Google Patents

Abstract

本发明题为“在耳鼻喉手术中透视黏液”。本发明公开了一种用于体腔的放射摄影成像的方法，所述方法包括使用计算机断层摄影(CT)对体腔成像以形成CT图像；将跟踪系统与CT图像配准；将导丝插入到体腔内，所述导丝包括附接到导丝的远侧端部的在跟踪系统中起作用的位置传感器；响应于通过跟踪系统采集的来自位置传感器的信号，将导丝的远侧端部的位置显示在CT图像上。所述方法还包括将相对于远侧端部的预定义的成像体积内的并且具有低于预定的阈值的放射密度的体素指定为具有预定义的默认值的均一放射密度；将具有所述指定的预定义的默认值的体素结合到CT图像内以便形成更新的CT图像；以及显示更新的CT图像。

Description

在耳鼻喉手术中透视黏液

技术领域

本发明整体涉及医学成像，并且具体地讲涉及使用X射线的成像。

背景技术

在医学计算机断层摄影(CT)中，从患者身体的一部分的不同角度采集大量的X射线图像。使用断层重建的数学程序，处理和组合X射线图像以产生身体的部分的横截面图像，从而提供成像部分的内部结构的无创三维(3D)图像。

以引用方式并入本文的美国专利7，630，529描述了一种用于执行虚拟结肠镜检查术的系统，所述系统被声明为包括用于产生数字图像的系统、用于存储数字图像的存储装置、被耦合以从存储装置接收结肠的图像并且用于从图像中去除结肠内容物的数字肠减影处理器、以及被耦合以从存储装置接收结肠的图像并且用于检测结肠图像中的息肉的自动息肉检测处理器。

以引用方式并入本文的美国专利申请2014/0330115描述了一种用于至少部分地在计算机上执行的显示患者的鼻窦区域的方法。所述方法被声明为包括采集患者的鼻旁窦区域的体积图像数据、从体积图像数据中识别鼻旁窦区域内的一个或多个气道、显示所述至少一个或多个气道、以及突出所显示气道中被限制在预定的值之下的一个或多个部分。

以引用方式并入本文的美国专利申请2013/0004044描述了一种用于执行组织图像数据的定量成像和分析的基于体素的技术。采集不同组织状态下的感兴趣组织的序列图像数据。采集的图像数据可被变形地配准，其后所配准的图像数据被逐个体素地进行分析，由此保留用空间信息以供分析。将各种阈值施加到配准的组织数据以识别组织状况或状态，例如，通过肺组织中的疾病表型对慢性阻塞性肺疾病进行分类。

以引用方式并入本文的美国专利申请2008/0008367描述了可如何在解剖结构由两种物质诸如空气和流体填充时分析解剖结构的图像以确定包封的三维边界。可使用各种技术来确定包封的边界，所述技术包括：分析虚拟结构以将结构分割成空气袋和流体袋；确定是否存在表面接触单个气体-流体边界的多个流体袋；确定用于各个流体袋的单独阈值；使用用于不同流体袋的单独阈值来重新分割虚拟解剖结构；形成表示流体袋和空气袋之间的关系的分级袋树；基于各种标准修剪袋树，所述标准对应于从虚拟解剖结构中删除这些修剪部分；以及使用模糊连接度、二维空隙填充和水平集分割中的一者或多者来重新分割剩余的虚拟解剖结构。

以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本专利申请的整体部分，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。

发明内容

下文所述的本发明的实施方案提供了用于体腔内的局部放射摄影成像的改进方法。

因此，根据本发明的实施方案，提供了一种用于体腔的放射摄影成像的方法，所述方法包括使用计算机断层摄影(CT)对体腔成像以形成CT图像；将跟踪系统与CT图像配准；将导丝插入到体腔内，所述导丝包括附接到导丝的远侧端部的在跟踪系统中操作的位置传感器；响应于通过跟踪系统采集的来自位置传感器的信号，将导丝的远侧端部的位置显示在CT图像上。所述方法还包括将相对于远侧端部的预定义的成像体积内的并且具有低于预定的阈值的放射密度的体素指定为具有预定义的默认值的均一放射密度；将具有指定的预定义的默认值的体素结合到CT图像内以便形成更新的CT图像；以及显示更新的CT图像。

在另一个实施方案中，所述方法包括预定义的成像体积，所述预定义的成像体积包括具有从远侧端部偏移预定义的向量的顶点的锥形体积。

在另一个实施方案中，所述方法包括预定义的成像体积，所述预定义的成像体积包括具有从远侧端部偏移预定义的向量的中心的球体。

在一些实施方案中，所述方法包括预定的阈值，所述预定的阈值具有黏液的放射密度或选定体组织的放射密度。

在一个实施方案中，所述方法包括具有空气的放射密度的预定义的默认值。

在另一个实施方案中，所述方法包括具有鼻窦的体腔的放射摄影成像。

根据本发明的实施方案，还提供了一种用于体腔的放射摄影成像的设备，所述设备包括显示屏和插入到体腔中的导丝，所述导丝包括在其远侧端部处的在跟踪系统中操作的位置传感器。所述设备还包括耦合到位置传感器和显示屏的处理器，所述处理器被配置成存储并显示体腔的CT图像；将跟踪系统与CT图像配准；跟踪远侧端部的位置；将叠加在CT图像上的远侧端部的跟踪的位置显示在显示屏上；将相对于远侧端部的预定义的成像体积内的并且具有低于预定的阈值的放射密度的体素指定为具有预定义的默认值的均一放射密度；将具有指定的预定义的默认值的体素结合到CT图像内以便形成更新的CT图像；以及在显示屏上显示更新的CT图像。

在另一个实施方案中，预定义的成像体积包括具有从远侧端部偏移预定义的向量的顶点的锥形体积。另选地，预定义的成像体积包括具有从远侧端部偏移预定义的向量的中心的球体。

在另一个实施方案中，预定的阈值包括黏液的放射密度。另选地，预定的阈值包括选定体组织的放射密度。

在实施方案中，预定义的默认值包括空气的放射密度。

在另一个实施方案中，体腔包括鼻窦。

以下结合附图根据本发明的实施方案的详细说明将更全面地理解本发明，在附图中：

附图说明

图1为根据本发明的实施方案的医疗手术的示意图；

图2示出了根据本发明的实施方案的患者头部的CT图像的冠状面；

图3为根据本发明的实施方案的在医疗手术期间实施的与成像相关的步骤的流程图；

图4示出了根据本发明的实施方案的锚固到导丝的远侧端部的锥形成像体积的定义；

图5示出了根据本发明的实施方案的在锥形成像体积内的体素的重新指定之后的并且显示具有重新指定的体素的图像的CT图像的放大区域；

图6示出了根据本发明的实施方案的空间偏移的锥形成像体积；

图7示出了根据本发明的实施方案的球形成像体积的定义；以及

图8示出了根据本发明的实施方案的空间偏移的球形成像体积。

具体实施方式

概述

通常使用计算机断层摄影(CT)进行体腔的放射摄影成像。获得的放射摄影图像的质量经常因腔中存在除空气之外的物质而降低，并且此类情况的示例为当鼻窦由黏液而非空气填充时的鼻窦的CT成像。尽管在下文中将黏液对鼻窦成像的影响描述为示例，但应当理解，本发明的实施方案包括其中具有除空气之外的物质的其他体腔的CT成像。

本文所述的本发明的实施方案通过产生腔的图像(好像仅空气填充腔那样)来解决这种问题。

在本发明的实施方案中，在医疗手术之前在CT成像装置中扫描患者，从而产生包括患者体腔的CT图像。在随后的医疗手术中，将在其远侧端部处具有位置传感器的导丝插入到患者体腔内，所述位置传感器允许跟踪远侧端部的位置。使用已知的配准程序，已预先将位置传感器在其中操作的跟踪系统与CT图像配准。配准允许将远侧端部的跟踪位置显示在患者体腔的CT图像上。

将预定义的成像体积中的体素相对于导丝的远侧端部的放射密度与预定的放射密度阈值进行比较。将预定义的成像体积中具有小于预定的阈值的放射密度的体素指定为预定义的默认值。将放射密度已被指定为预定义的默认值的体素结合到CT图像内以形成更新的CT图像，并且显示这种更新的CT图像。

系统描述

图1为根据本发明的实施方案的使用设备10的医疗手术的示意图。该手术由外科医生12执行，并且以举例的方式，下述说明中的手术被假定为包括将导丝插入到患者14的鼻窦内以用于鼻窦内的医疗手术。然而，应当理解，本发明的实施方案并非仅适用于该特定手术，并且还可包括对生物组织的基本上任何手术。

外科医生12将导丝16插入到患者14的鼻孔18内，使得导丝的远侧端部20进入患者的鼻窦腔21内。远侧端部20包括位置传感器22。导丝16的近侧端部24耦合到设备10的控制台26。

设备10由位于控制台26中的处理器28来控制。控制台26包括由外科医生12使用以与处理器通信的控件30。在手术期间，处理器28使用本领域中已知的任何方法来跟踪导管的远侧端部20的位置和取向。例如，处理器28可使用磁跟踪方法，其中患者14外部的磁发射器31在位于位置传感器22中的线圈中产生信号。来自传感器线圈的信号被连接到控制台26并且被进一步地连接到磁跟踪模块23并且通过与处理器28通信的磁跟踪模块进行分析。由加利福尼亚州钻石吧市的韦伯斯特生物传感公司(Biosense Webster，of Diamond Bar，CA)生产的系统使用此类跟踪方法。

可将用于处理器28的软件通过例如网络以电子形式下载到处理器。另选地或除此之外，软件可通过非临时性有形介质诸如光学、磁性或电子存储介质提供。处理器28耦合到显示屏32。

为了操作设备10，处理器28与电子器件34进行通信，该电子器件34结合由处理器使用的磁跟踪模块23和其他模块来操作设备。为简单起见，在图1中并未示出可包括硬件元件以及软件元件的此类其他模块。耦合到控制台26的导丝16的近侧端部24进一步地耦合到磁跟踪模块23，使得该模块能够使用由传感器22产生的信号以用于位置跟踪。

处理器28还与存储器36通信，该存储器36存储用于操作设备10所需的数据。该数据包括患者14的头部38的CT图像。

图2示出了根据本发明的实施方案的患者14的头部38的CT图像40的冠状面。使用已知的配准程序，将磁跟踪系统与CT成像系统配准。利用配准连同远侧端部20的检测位置，将位置作为基准标记42叠加在CT图像40上。在CT图像40中，外科医生12被假定为已将导丝16的远侧端部20插入到患者14的右侧上颌窦44内，如通过CT图像40内的基准标记42的位置所示。作为CT图像40的放大部分的CT图像46被示于CT图像40的右侧。

CT图像40中的右侧上颌窦44的图像与左侧上颌窦48的图像的对比结果表明，右侧上颌窦44的图像比左侧上颌窦48的图像更亮。这种差异分别指示出这两个上颌窦44和48的不同放射摄影密度。不同的放射摄影密度又归因于右侧上颌窦44由黏液填充的事实。

放射密度按照常规方式以Hounsfield单位(HU)表示，并且黏液的放射密度通常在-100HU和+100HU之间。左侧上颌窦48由具有-1000HU的放射摄影密度的空气填充。如参考图3的流程图所述，在本发明的实施方案中，在图2中的CT图像46的进一步处理中，黏液的上限放射密度+100HU被选择为用于体素放射密度的重新指定的放射密度阈值，并且空气的放射密度-1000HU被选择为用于指定值的默认放射密度。

图3为根据本发明的实施方案的在医疗手术期间实施的与成像相关的步骤的流程图。在CT扫描步骤50中，通过计算机断层摄影(CT)(在本文中以举例的方式被假定为荧光CT)扫描患者14的头部38，并且通过处理器28采集来自扫描的CT数据并将其存储于存储器36中。患者14的CT扫描可独立于流程图中对应于鼻窦手术的其余步骤的实施来执行。通常，CT扫描步骤50可在下述手术步骤的若干天之前来执行。

在初始手术步骤52中，包括磁发射器31、位置传感器22和磁跟踪模块23的磁跟踪系统与CT成像系统配准。可通过本领域已知的任何方法来实施配准。在步骤52中，外科医生12限定预设放射密度阈值的水平，并且该水平在本文中以举例的方式被假定为+100HU。另外在步骤52中，外科医生限定默认放射密度的水平，并且该水平在本文中以举例的方式被假定为空气的放射密度，即，1000HU。

在插入步骤54中，外科医生12将导丝16插入到患者14的鼻孔18内，使得导丝的远侧端部20进入患者的鼻窦腔21内。利用磁跟踪系统与CT成像系统之间的配准，连同远侧端部20的检测位置，将该位置作为基准标记42叠加在CT图像46上，如图2所示。

在限定步骤56中，外科医生12利用CT图像46上用于引导的基准标记42将远侧端部20移动到期望位置内。在限定步骤56中，外科医生12还通过成像体积的形状、尺寸、及其到远侧端部20的锚固来限定成像体积，如参考图4和图6-8更详细所述。

图4参考图1-2在CT图像46中示出了根据本发明的实施方案的锚固到导丝16的远侧端部20的锥形成像体积70的定义。外科医生12通过限定锥形成像体积的顶点以与基准标记42重合来限定锥形成像体积70的锚固。外科医生12还限定锥形成像体积70的顶点角度，并且典型的角度为60°，但外科医生可选择用于角度的任何其他合适值。通常，处理器28限定锥形成像体积70的长度。

图6示出了根据本发明的实施方案的空间偏移的锥形成像体积74。偏移的锥形成像体积74已由外科医生12按照类似于参考图4的锥形成像体积70的方式来限定，但外科医生已另外地限定将顶点76与基准标记42间隔开的偏移向量75。

图7示出了根据本发明的实施方案的球形成像体积80的限定。外科医生12已限定球形成像体积80的半径，并且还已限定体积中心以与基准标记42重合。用于体积80的典型半径为5mm，但外科医生可选择用于半径的任何其他合适值。

图8示出了根据本发明的实施方案的空间偏移的球形成像体积82。偏移的球形成像体积82已由外科医生12按照类似于图7中的球形成像体积80的方式来限定，但外科医生已另外地限定将球形成像体积82的中心84与基准标记42间隔开的偏移向量83。

在上文所述的限定成像体积到基准标记42的锚固的示例中，外科医生12已在图6和图8中使用有限的(非零)偏移向量75、83。然而，应当理解，在本发明的实施方案中，偏移向量包括有限的(非零)长度向量和零长度向量。

返回到流程图，在比较步骤57中，处理器28将步骤56中限定的成像体积内的每个体素的放射密度与步骤52中限定的预设放射密度阈值进行比较，并且将成像体积内的每个体素传送到决策步骤58。参考图4和图6-8，体素在比较步骤57和决策步骤58中进行处理的成像体积为锥形成像体积70(图4)、偏移的锥形成像体积74(图6)、球形成像体积80(图7)、和偏移的球形成像体积82(图8)。

在决策步骤58中，采取下述两个另选决策：如果进行比较的体素的放射密度小于预定的阈值(外科医生12已在步骤52中限定为+100HU)，则处理器28将处理引导到重新指定步骤59，然而如果进行比较的体素的放射密度不小于+100HU的预定的阈值，则处理器28将处理引导到不改变步骤60。

在重新指定步骤59中，处理器28已传送到重新指定步骤的体素被处理器重新指定为等于预定义的默认放射密度的放射密度值，所述预定义的默认放射密度在步骤52中被设定并且在本文中被假定为空气的放射密度-1000HU。在重新指定之后，处理器28将重新指定的体素传送到重组步骤61。

在不改变步骤60中，处理器28已传送到不改变步骤的体素被处理器进一步地传送到重组步骤61，使得体素的放射密度保持原封不动。

重组步骤61从分别具有重新指定值的重新指定步骤59和具有不改变值的不改变步骤60接收成像体积的体素。在重组步骤61中，处理器28将成像体积内得自所接收体素的CT图像46的部分与成像体积外保持原封不动的CT图像46的部分重组。

在显示步骤62中，处理器28将具有重组体素的CT图像46显示在显示器32上。

图5示出了根据本发明的实施方案的具有重组体素的CT图像46′的示例。图5示出了已实施显示步骤62之后的图4的图像的变化。锥形成像体积70内的区域72中的体素具有小于+100HU的原始放射摄影密度，并且处理器28因此已使用步骤57、58和59将它们指定为空气的放射摄影密度-1000HU。CT图像46′示出了区域72中的体素的放射密度的重新指定，这使得它们在放射摄影上为透明的并且相比于图4中的CT图像46增加了锥形成像体积70内的特征的对比度和清晰度。

类似于锥形成像体积70的重新指定并且参考图6-8，处理器28按照与图5中的锥形成像体积70相同的方式重新指定偏移的锥形成像体积74(图6)、球形成像体积80(图7)、和偏移的球形成像体积82(图8)内的体素的放射密度。在体素的重新指定之后显示的图像(此处未示出)将黏液显示为空气，由此增加了这些成像体积内的特征的对比度和清晰度。

返回流程图，在决策步骤63中，外科医生12决定其是否希望将导丝16移动到鼻窦腔21内的新位置。如果其期望移动导丝16，则其在决策步骤56处重新定义成像体积或者另选地保持上文所限定的成像体积。后一另选形式对应于在鼻窦腔21内移动远侧端部20并且以扫描方式成像。扫描鼻窦腔21内的远侧端部20具有增加所扫描成像体积内的特征的对比度和清晰度的效果。

如果外科医生12决定不再移动导丝16，则手术结束。

上述描述已将预定的阈值假定为黏液的阈值，但应当理解可使用其他阈值。例如，外科医生12可将放射密度阈值选择为选定的组织或骨的放射密度，这将具有如下效果：使得所述组织或骨在由外科医生12在决策步骤56中限定的成像体积内在放射摄影上为透明的。

应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。

Claims (14)

1.一种用于体腔的放射摄影成像的方法，所述方法包括：

使用计算机断层摄影(CT)对所述体腔成像以形成CT图像；

将跟踪系统与所述CT图像配准；

将导丝插入到所述体腔内，所述导丝包括附接到所述导丝的远侧端部的在所述跟踪系统中操作的位置传感器；

响应于通过所述跟踪系统采集的来自所述位置传感器的信号，将所述导丝的所述远侧端部的位置显示在所述CT图像上；

将相对于所述远侧端部的预定义的成像体积内的并且具有低于预定的阈值的放射密度的体素指定为具有预定义的默认值的均一放射密度；

将具有所述指定的预定义的默认值的所述体素结合到所述CT图像内以便形成更新的CT图像；以及

显示所述更新的CT图像。

2.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述预定义的成像体积包括具有从所述远侧端部偏移预定义的向量的顶点的锥形体积。

3.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述预定义的成像体积包括具有从所述远侧端部偏移预定义的向量的中心的球体。

4.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述预定的阈值包括黏液的放射密度。

5.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述预定的阈值包括选定体组织的放射密度。

6.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述预定义的默认值包括空气的放射密度。

7.根据权利要求1所述的用于放射摄影成像的方法，其中所述体腔包括鼻窦。

8.一种用于体腔的放射摄影成像的设备，所述设备包括：

插入到所述体腔中的导丝，所述导丝包括在所述导丝的远侧端部处的在跟踪系统中操作的位置传感器；

显示屏；

处理器，所述处理器耦合到所述位置传感器并且耦合到所述显示屏，所述处理器被配置成：

存储并显示所述体腔的CT图像；

将所述跟踪系统与所述CT图像配准；

跟踪所述远侧端部的位置；

在所述显示屏上显示叠加到所述CT图像上的所述远侧端部的所跟踪的位置；

将相对于所述远侧端部的预定义的成像体积内的并且具有低于预定的阈值的放射密度的体素指定为具有预定义的默认值的均一放射密度；

将具有所述指定的预定义的默认值的所述体素结合到所述CT图像内以便形成更新的CT图像；以及

在所述显示屏上显示所述更新的CT图像。

9.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述预定义的成像体积包括具有从所述远侧端部偏移预定义的向量的顶点的锥形体积。

10.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述预定义的成像体积包括具有从所述远侧端部偏移预定义的向量的中心的球体。

11.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述预定的阈值包括黏液的放射密度。

12.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述预定的阈值包括选定体组织的放射密度。

13.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述预定义的默认值包括空气的放射密度。

14.根据权利要求8所述的用于放射摄影成像的设备，其中所述体腔包括鼻窦。