CN110072457A - 对脉管结构进行可视化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对脉管结构进行可视化。为了提供进一步改进的数字减影脉管造影，提供了一种用于对脉管结构进行可视化的设备(10)，其包括数据提供单元(12)、数据处理模块(14)和输出单元(16)。所述数据提供单元被配置为提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像。所述数据提供单元还被配置为提供患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像。所述处理单元被配置为针对非造影X射线图像的第一序列执行第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列。所述处理单元还被配置为对造影X射线图像的第二序列执行第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列。所述处理单元还被配置为通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间‑时间减影的X射线实况图像的序列。所述输出单元被配置为输出所述经空间‑时间减影的X射线实况图像的所述序列。

Description

对脉管结构进行可视化

技术领域

本发明涉及对脉管结构进行可视化，并且特别涉及用于对脉管结构进行可视化的设备，医学成像系统和用于对脉管结构进行可视化的方法。

背景技术

在介入X射线成像中，可以执行数字减影脉管造影(DSA)以对脉管结构进行可视化。为了强调脉管结构，注射造影剂。可以通过从注射的帧减去未注射的掩模帧来获得图像。在运动，特别是呼吸或肠气运动的情况下，减影图像的质量可能受到影响，并且所产生的伪影可能影响图像的诊断值。为了减少这种影响，作为示例，检测掩模帧与当前帧之间的运动矢量场。然后对掩模进行翘曲，以便在执行减影之前更好地与当前帧对齐。

为了改善结果，WO2016110420描述了一种数字减影血管造影术，其具有用于减少伪影的双时间减影。而且，WO2016083068描述了一种数字减影血管造影术，其具有针对呼吸和心脏运动伪影的单独补偿。

发明内容

可能需要提供进一步改进的数字减影血管造影术。

本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决；在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于对脉管结构进行可视化的设备、适用于医学成像系统和适用于用于对脉管结构进行可视化的方法。

根据一个方面，提供了一种用于对脉管结构进行可视化的设备。所述设备包括数据提供单元、数据处理模块和输出单元。所述数据提供单元被配置为提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像。所述数据提供单元还被配置为提供患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像。所述处理单元被配置为针对非造影X射线图像的第一序列执行第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列。所述处理单元还被配置为对造影X射线图像的第二序列执行第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列。所述处理单元还被配置为通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列。所述输出单元被配置为输出所述经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

由于X射线图像是透明度图像并且观察到的运动可能是由具有不同特征的各种运动层的超叠加产生的，因此空间减影支持针对运动源的补偿。

根据示例，提供了一种显示器，其被配置为显示经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

根据另一方面，还提供了一种用于对脉管结构进行可视化的医学成像系统。医学成像系统包括X射线成像设备，所述X射线成像设备包括X射线源和X射线探测器，以及根据上述示例中的一个所述的用于对脉管结构进行可视化的设备。所述X射线成像设备被配置为提供患者的感兴趣区域的至少多幅X射线图像作为造影X射线图像的第二序列。

根据另一方面，还提供了一种用于对脉管结构进行可视化的方法。所述方法包括以下步骤：

a1)提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像；

a2)针对非造影X射线图像的所述第一序列执行第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列。

b1)提供患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像；

b2)对造影X射线图像的所述第二序列执行第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列；并且

c)通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列。

根据一个示例，提供了显示所述经空间-时间减影的X射线实况图像的序列的步骤d)。

根据一个示例，所述第一空间减影和/或所述第二空间减影包括：针对X射线图像的序列中的每幅图像估计软组织的软组织图，并且从所述X射线图像中减去所估计的软组织图。

根据一个示例，对所述软组织的估计包括协调技术(harmonization technique)。在低多分辨率金字塔层级中估计空间低频，并且衰减或抛弃(dump)不想要的极性或频率。

根据一个实施例，提出了通过空间-时间方法来减少腹部DSA中的运动伪影。这在时间减影之前执行空间域中的软组织的幅度的强烈减小，这导致在时间减影之后运动伪影的减少。所提出的方法比用于在减影后针对运动伪影进行补偿的当前方法表现得更好。本方法通过空间和时间减法的组合克服了透明层中运动估计的困难。这旨在校正各种运动源和类型的组合。

提出了防止减影伪影的发生，而不是校正伪影。具体地，在掩模和实况帧的时间减影之前，执行两个空间减影，一个在掩模帧中，一个在实况帧中。结果，降低了运动伪影的幅度。

特别地，使用了相继的两种不同类型的减影，即空间减影，然后是时间减影。针对掩模帧，估计软组织图(大体上缓慢变化的)。从掩模帧中减去软组织图(空间减影)，并将经空间减影的掩模存储为SS掩模。针对所述序列中的每个实况帧，估计软组织图。从当前实况帧(空间减影)中减去软组织图。经空间减影的实况帧被存储为SS-实况。然后，执行SS掩膜与SS-实况之间的时间减影(时间减影)。获得经空间-时间减影的STS-实况输出。然后可以显示DSA输出。

本发明可用于涉及呼吸或肠气运动的所有DSA成像，例如腹部成像。

参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并将得以阐述。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明的示范性实施例：

图1示出了用于对脉管结构进行可视化的设备的示例的示意性设置。

图2示出了医学成像系统的示例。

图3示出了用于对脉管结构进行可视化的方法的示例。

图4示出了针对图3的方法使用的图像的示例。

图5示出了作为摄影图像的图4的示例。

具体实施方式

图1示出了用于对脉管结构进行可视化的设备10的示例。设备10包括数据提供单元12、数据处理模块14和输出单元16。

所述数据提供单元12被配置为提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像；所述数据提供单元12还被配置为提供患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像。

所述处理单元14被配置为针对非造影X射线图像的第一序列执行第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列。所述处理单元14还被配置为对造影X射线图像的第二序列执行第二空间减法，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列。所述处理单元14还被配置为通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列。

所述输出单元16被配置为输出经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

所述数据提供单元12也称为提供单元或数据输入接口。所述处理模块14也称为数据处理模块。所述输出单元16也称为数据输出单元或数据输出接口。

术语“单元”涉及功能部件或功能单元。单元可以被提供为提供所述功能的集成部件或模块。单元也可以被提供为分离的单元、部分或模块。

作为示例，数据提供单元12、数据处理模块14和输出单元16如框架18所示集成地提供。

术语“输出经空间-时间减影的X射线实况图像序列”涉及为了进一步的目的提供经空间-时间减影的X射线实况图像的序列的数据。作为示例，数据用于显示相应的序列。作为另一示例，所述数据用于进一步的数据处理步骤，例如与预捕获的图像和其他实况图像进行比较，或者与预捕获的图像和其他实况图像进行组合。

作为选项，用虚线指示，提供显示器22，其被配置为显示经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

所述显示器从所述输出单元接收所述图像数据。在示例中，所述显示器被提供为医学成像系统中的主监视器或辅助监视器。

图2示出了用于对脉管结构进行可视化的医学成像系统30的示例。医学成像系统30包括X射线成像设备32和用于根据上述示例之一对脉管结构进行可视化的设备34。

X射线成像设备32包括X射线源36和X射线检测器38，以对布置在患者支撑件42上的对象40(例如患者)进行成像。X射线成像设备32被示出为C型弧系统，但是也提供了其他X射线成像设备。所述X射线成像设备32被配置为提供患者的感兴趣区域的至少多幅X射线图像作为造影X射线图像的第二序列。

所述X射线成像设备提供患者的实况X射线图像数据。

在示例中，所述X射线成像设备还被配置为提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列。

图3示出了用于对脉管结构进行可视化的方法100的示例，包括以下步骤：

在第一步骤102中，也称为步骤a1)，提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像。

在第二步骤104中，也称为步骤a2)，对非造影X射线图像的第一序列执行第一空间减法，得到经空间减影的掩模图像的第一序列106。

在第三步骤108中，也称为步骤b1)，提供患者的所述感兴趣区域的非造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像。

在第四步骤110中，也称为步骤b2)，对造影X射线图像的第二序列执行第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列112。

在第五步骤114中，也称为步骤c)，通过从所述经空间减影的X射线实况图像中减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列116。

术语“非造影X射线图像”涉及感兴趣区域的没有应用任何对比增强物质(即，没有注射或者提供造影剂)的X射线图像。

术语“造影X射线图像”涉及感兴趣区域的具有应用的对比增强物质(例如注射或者提供了造影剂)的X射线图像。造影剂可以被提供到脉管中的血流或血液流中，从而增强脉管系统结构的可见性。

在示例中，对非造影X射线图像的第一序列中的每幅图像执行第一空间减影。

在示例中，对造影X射线图像的第二序列中的每幅图像执行第二空间减影。

在进行时间减影之前，例如通过减去软组织来预处理原始掩模图像。

对于实况图像也提供相同的方法。换句话说，在进行时间减影之前也对实况图像进行预处理。

两个预处理子步骤必须在时间减影之前完成。

“原始X射线掩模图像”也可以称为原始掩模图像、或基本X射线掩模数据、或基本掩模数据、或X射线掩模基础、或掩模基础。

“原始X射线实况图像”也可以称为原始实况图像、或基本X射线实况数据、或实况数据、X射线实况基础。

“经空间-时间减影的X射线实况图像”也可以称为脉管增强的X射线实况图像、或增强的X射线实况数据、或增强的实况图像、或增强的实况数据。

第一和第二序列中的图像也称为帧，例如第一帧和第二帧。

通过在时间减影之前(即在从实况图像中减去掩模图像之前)在掩模和实况帧中提供两询价空间减影，防止或至少减少了减影伪影的发生。因此减少了在减影之后校正伪影的需要。掩模和实况帧中的两次空间减影减小了减影结果中的运动伪影的幅度。

步骤a2)和b2)中的减影被称为空间减影，因为这里图像的空间域内的内容用于减影。

步骤c)中的减影被称为时间减影，因为这里在不同时间点采集的不同序列的图像，即时域上的不同点的图像，被用于减影。使用实况图像并且通过减去先前图像，差异保持不变，即图像中存在造影剂的那些部分。因此，提供了更好的脉管系统可视化。简而言之，减影将得到的图像减少到差异的部分。消除了不受造影剂注射的组织相关的内容。

然而，两幅图像(即两个序列)之间的运动可能导致伪影。可以通过识别运动周期的不同状态并通过将第一序列中的图像分配给第二序列中的匹配运动状态的相应匹配图像来补偿其一部分。

在示例中，在采集第二图像序列之前执行步骤a1)和a2)。

在另一示例中，步骤a1)和a2)与步骤b1)和b2)并行执行。

然而，形成步骤a1)的基础的图像在与采集第二图像序列不同的(即更早的)时间点采集。

在一个示例中，提供了用于腹部DSA的空间-时间图像减影。

作为示例，在介入X射线中，可以执行数字减影血管造影(DSA)以对脉管结构进行可视化。通过从注射的帧减去未注射的掩模帧来获得图像。在运动，特别是呼吸或肠气运动的情况下，减影图像的质量可能严重降低，并且所产生的伪影经常降低图像的诊断值。

X射线图像是透明度图像，并且观察到的运动可以由具有不同特征的各种运动层的超叠加产生。使用本方法为所有运动源提供进一步的精确补偿。

在一个示例中，空间-时间方法与掩模子序列中的最佳帧的选择相组合，以进一步改善STS-实况图像。

在一个示例中，提供了在掩模帧与实况帧之间应用刚性运动补偿。

在示例中，通过经运动补偿的时间减影来交换当前时间减影。

在一个示例中，通过空间-时间方法来减少腹部DSA中的运动伪影。该方法在时间减影之前执行空间域中的软组织的幅度的强烈减小，这导致在时间减法之后运动伪影的减少。所提出的方法显示出比用于补偿减影后的运动伪影的当前方法改进的性能。

在一个示例中，时间减影是运动补偿的减影，其是从经空间减影的X射线实况图像中减去经空间减影的运动补偿的掩模图像。

作为选项，如图3中用虚线表示的，提供了另一步骤118，也称为步骤d)，其中显示了经空间-时间减影的X射线实况图像的序列。

在未进一步示出的示例中，第一空间减影和/或第二空间减影包括：针对X射线图像的序列中的每幅图像估计软组织的软组织图，并且从所述X射线图像中减去所估计的软组织图。

软组织的减影减小了图像内的幅值的范围。

在一个示例中，针对于掩模帧，估计软组织图(大体上空间缓慢变化的)。此外，从掩模帧中减去软组织图(其被称为空间减影)。将(一幅或多幅)经空间减影的图像存储为经空间减影的掩模。

在一个示例中，针对每个实况帧，估计软组织图。从当前活动帧中减去软组织图(其被称为空间减影)。将经空间减影的帧存储为经空间减影的实况图像。

在一个示例中，在经空间减影的掩模与经空间减影的实况数据之间执行时间减影(其被称为时间减影)。

在一个示例中，获得经空间-时间(或空间-时间)减影的实况输出作为数字减影血管造影(DSA)的结果或输出。

在选项中，显示数字减影血管造影的输出。

软组织图的估计可以通过所谓的协调技术来完成。可以在低多分辨率金字塔层级中估计空间低频，并且进一步处理所得到的估计以抑制不想要的极性或频率(脉管显示已知的对比度极性，并且其最大尺寸是已知的)。

在未进一步示出的示例中，对软组织的估计包括协调技术。在低多分辨率金字塔层级中估计空间低频，并且衰减或抛弃(dump)不想要的极性或频率。

例如，脉管示出已知的对比度极性，并且它们的最大尺寸是已知的。这允许使图像扁平化。

图4示出了图像处理的另一个示例。

在左列中，提供掩模图像112，其示出患者的感兴趣区域，例如椎骨结构123。在空间减影步骤124之后，提供经空间减影的掩模图像126。

在右列中，提供了实况输入图像128，其示出了患者的感兴趣区域，例如椎骨结构，但也具有注射造影剂的脉管125。在空间减影步骤130之后，提供经空间减影的实况图像132。

接着，提供时间减影134，得到输出实况图像136，以改进的方式显示脉管系统结构。

图4仅示出了带有线条的图像。图5以照相方式示出了图4的图像。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，其适于在合适的系统上执行根据前述实施例中的一个的方法的方法步骤。

计算机程序单元因此可以存储在计算单元上，其也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行上述方法的步骤或引起上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上述装置的部件。所述计算单元可以适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器因此可以被装备为实施本发明的方法。

本发明的该示例性实施例覆盖了从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。

更进一步，计算机程序单元可以能够提供用以实现如上所述方法的范例性实施例的过程的所有必要步骤。

根据本发明的另一范例性实施例，提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在其上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前一部分所描述。计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，诸如与其他硬件一起提供的或者作为其一部分的光学存储介质或者固态介质，但也可以以其他形式分发，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

然而，计算机程序也可以通过如万维网的网络来提供并且可以被从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可供下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行本发明的先前描述的实施例中的一个。

必须指出，本发明的实施例是参考不同主题进行描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考设备型权利要求来描述的。然而，本领域技术人员以上和以下描述可以得出，除非另行指出，除了属于同一类型的主题的特任的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合，提供超过所述特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及从属权利要求，在实践请求保护的本发明时能够理解并且实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中所记载的若干个项目的功能。尽管特定措施是在互不相同的从属权利要求中记载的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的集合。权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于对脉管结构进行可视化的设备(10)，包括：

-数据提供单元(12)；

-数据处理模块(14)；以及

-输出单元(16)；

其中，所述数据提供单元被配置为提供患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像；并且被配置为提供患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像；

其中，所述处理单元被配置为针对非造影X射线图像的所述第一序列执行第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列；并且被配置为对造影X射线图像的所述第二序列执行第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列；并且被配置为通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列；

其中，所述输出单元被配置为输出经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，提供显示器(22)，所述显示器被配置为显示经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

3.一种用于对脉管结构进行可视化的医学成像系统(30)，包括：

-X射线成像设备(32)，其包括X射线源和X射线探测器；以及

-根据前述权利要求中的一项所述的用于对脉管结构进行可视化的设备(34)；

其中，所述X射线成像设备被配置为提供患者的感兴趣区域的至少多幅X射线图像作为造影X射线图像的所述第二序列。

4.一种用于对脉管结构进行可视化的方法(100)，包括以下步骤：

a1)提供(102)患者的感兴趣区域的非造影X射线图像的第一序列以用作原始X射线掩模图像；

a2)针对非造影X射线图像的所述第一序列执行(104)第一空间减影，得到经空间减影的掩模图像的第一序列。

b1)提供(108)患者的所述感兴趣区域的造影X射线图像的第二序列以用作原始X射线实况图像；

b2)针对造影X射线图像的所述第二序列执行(110)第二空间减影，得到经空间减影的X射线实况图像的第二序列；以及

c)通过从所述经空间减影的X射线实况图像减去所述经空间减影的掩模图像来执行(114)时间减影，得到经空间-时间减影的X射线实况图像的序列(116)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，时间减影是运动补偿的减影，其是从所述经空间减影的X射线实况图像中减去所述经空间减影的运动补偿的掩模图像。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，提供：

d)显示(118)经空间-时间减影的X射线实况图像的所述序列。

7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其中，所述第一空间减影和/或所述第二空间减影包括：

-针对X射线图像的所述序列中的每幅图像来估计软组织的软组织图；以及

-从所述X射线图像中减去所估计的软组织图。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，对所述软组织的所述估计包括协调技术；其中，在低多分辨率金字塔层级中估计空间低频，并且衰减或抛弃不想要的极性或频率。

9.一种用于控制根据权利要求1至3中的任一项所述的装置的计算机程序单元，所述计算机程序单元当由处理单元运行时适于执行根据权利要求4至8中的一项所述的方法的步骤。

10.一种存储有根据权利要求9所述的程序单元的计算机可读介质。