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CN1977289B - 特别用于植入物的图像的图像处理系统 - Google Patents

特别用于植入物的图像的图像处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适合于根据身体体积的投影(P，31)生成三维图像(32)图像处理系统，该投影例如可以由旋转X射线系统(10)生成。该图像处理系统还适合于在监视器(30)上同时显示原始的投影(31)和生成的3D图像(32)的至少一项并同时显示像可植入的支架物那样的目标区域的叠加的表示。用户然后可以改变在任一个显示的图像(31，32)中的目标区域的尺度和形状，并观看在所有的图像(31，32)中的结果。由于原始的图像(31)不会因3D图像(32)的重建和可视化而产生误差，所以对它们的考虑产生改进了的几何精度。

Description

特别用于植入物的图像的图像处理系统 
发明领域
本发明涉及一种具有显示单元和数据处理单元的图像处理系统，它适合于身体体积投影的互动估计，还涉及具有这样的图像处理系统的检查设备，和对身体体积投影进行互动估计的方法。 
发明背景 
从US 5 760 092获知一种用于骨骼修复术的替代的外科规划的系统，它使用骨骼的截面图像和三维(3D)图像的显示，其中根据X射线投影重建所有显示的图像。必须要被切入到骨骼中的空腔于是可被医生在截面图像和3D图像上同时观察和规定。医生可以在任何一个显示的图像上处理空腔的模型，而同时在所有的图像上对模型的表示进行更新。 
发明概要
根据这种情形，本发明的目的是提供用于根据身体体积更精确地估计投影的装置，特别是在考虑像支架(stent)那样的可植入装置的情形下。 
按照本发明的图像处理系统包括显示单元，例如，监视器；和数据处理单元，例如具有通常的部件如中央处理单元、易失性和/或非易失性存储器、I/O接口、和被存储在存储器中的适当的软件等等的计算机。图像处理系统适合于执行以下步骤： 
a)根据身体体积的投影生成身体体积(例如，病人的心脏)的3D图像。所述投影例如可以通过X射线辐射来产生。如果从不同的方向有足够的映射身体体积的投影，则可以重建身体体积的三维表示。这样的重建方法在计算的层析X射线成像(CT)领域中是熟知的。 
b)确定在投影和3D图像上目标区域的空间位置。目标区域通常可以是处在或将处在身体体积中的感兴趣的任何空间结构。目标区域的典型的例子是一个为了修补一个狭窄部分(stenosis)而必须放置在血管中的像支架那样的可植入装置。目标区域可以例如由可被记录在3D图像和投影上的三维坐标组表示。 
c)在显示单元上同时显示所述投影和所述3D图像中的至少之一以及在所有的显示的图像上的目标区域的表示。目标区域例如可以由具有使得它在显示器上容易看见的特别的彩色的它的轮廓或表面网格来表示。任选地，显示两个或多个投影，它们相应于不同的(优选地正交的)方向。 
D)通过输入装置，在显示器上互动地改变目标区域(可植入装置)的位置和/或形状。 
根据由成像系统产生的投影那样的图像数据来生成3D图像在现有技术中是已知的。这样的3D图像对于用户是极其有帮助的，以便在像病人的冠状血管系统那样的复杂的环境中取向和导航。然而，应当指出，3D图像的可视化和处理，例如分割(segmentation)，可能对被映射的身体体积的精确几何关系引入相当大的错误，因为这些结果很大地依赖于图像处理参数的正确选择。这可带来严重的问题，如果身体体积的几何参数必须被精确地测量或如果可植入的装置必须适合于和/或放置在身体体内的话。为了在这些情形下提高精度，上述的图像处理系统允许同时显示原始的投影和它的经重建的3D图像的可视图。用户可以在3D图像和至少一个原始的投影上同时看见目标区域的位置，例如支架。这具有下列优点，即3D图像提供目标区域的空间定位的良好的概念，而物体在原始的投影上的表示则允许检验它的位置和形状是否拟合于身体体积的真实的几何关系。因此用户可以检测出用于3D图像的可视化和/或处理的算法和参数引起的错误，并且例如可被纠正。 
正如已经提到的，目标区域可以是用于特定应用的感兴趣的任何一种结构。因此，目标区域例如可以是在像器官或一部分器官那样的身体体积中已存在的某种东西，一个空腔，一个植入的装置等等。按照本发明的具体的实施例，所以图像处理系统适合于根据可得到的图像数据，也就是基本上来自身体体积的投影来确定目标区域。这种推导可以是基于像分段那种现有技术中熟知的处置。这样得到的目标区域然后可以在投影和3D图像上表示，从而允许用户检验物体是否被正确地确定。 
图像处理系统可任选地适合于对目标区域进行定量分析。如果目标区域例如是从图像数据被分割的血管树，则它的体积可被确定用于诊断目的。 
按照本发明的另一个实施例，图像处理系统包括如鼠标或键盘那样的输入装置，用户通过它可以互动地对至少一个显示的图像上的目标区域实现定位和/或确定形状。因此，用户例如可以构建单独适合于某个病人的可植入装置，或校正由系统自动分割的区域。用户可以按对他更方便的方式处理在投影或3D图像中所显示的目标区域。 
按照上述的实施例的另一个开发，数据处理单元适合于给有关目标区域和基于显示的投影的用户互动的输入提供一个比基于所显示的3D图像的互动的输入更高的优先权。如果用户例如规定了在身体体积的原始投影上可植入装置的壁的位置而以后使得在身体体积的3D图像上的输入改变所述壁的位置，则数据处理单元可以忽略这些改变或可以警告用户：该改变与投影上的以前的输入冲突。因此，投影被赋予更高的优先权，从而反映这样的事实：它们表示原始的信息，不受来自三维处理的错误的有害影响。 
正如已经提到的，目标区域具体地可以是如支架那样的可植入的装置。因此数据处理单元优选地可在它的存储器中包括一个数据库，该存储器存储要建模的物体的数据(形状等等)。这样的数据库特别地可用于具有由制造商提供的已知形状和尺度的可植入装置。 
本发明还包括具有成像系统的检查设备，特别是(旋转的)X射线设备，以用于生成身体体积的投影；还包括上述的那种图像处理设备。因此，对于检查设备的细节、优点和进一步的开发的信息，可参考图像处理系统的说明。 
另外，本发明涉及对身体体积的投影进行互动估计的方法，它包括以下步骤： 
-根据所述体积的投影生成身体体积的3D图像。 
-确定在投影和3D图像上目标区域的位置。 
-同时显示投影和3D图像的至少一项以及目标区域的表示。 
-在显示器上互动地改变目标区域(可植入装置)的位置和/或形状。 
该方法总的包括利用上述那种图像处理系统可以执行的步骤。所以，对于该方法的细节、优点和改进的更多的信息，可参考以前的说明。 
按照方法的进一步的开发，目标区域的位置和/或形状是在显示器 上互动地确定的。在这种情形下，最好在显示的投影上作出的改变比在3D图像上作出的改变要被赋予更高的优先权。因此，用户可以利用所有的可得到的信息和图像来规定物体，其中通过同时考虑原始的投影而保证几何精度。 
通过此后描述的实施例，将明白和阐述本发明的这些和其它方面。 
附图简述 
下面藉助于示意地表示按照本发明的检查设备的附图作为例子描述本发明。 
优选实施例说明 
检查设备包括成像系统10，它例如可以是具有C形臂或CT系统的旋转X射线系统。这个系统的X射线源和检测器可以围绕病人11旋转，因此从不同的方向生成感兴趣的身体体积的投影P。这些投影P被传送到图像处理单元20的模块22(例如，存储器)，该图像处理单元例如可以由具有适当的软件的工作站实施。图像处理单元20还包含模块21(例如，包括软件和/或专用的硬件)，该模块能够从投影P重建身体体积的三维(3D)图像。 
数据处理单元20被连接到监视器30，在该监视器上可以显示身体体积的图像。 
以下，假设诸如支架的可植入的装置或某些其它植入物将藉助于身体体积的图像被处理。例如，可能希望测量已被植入到病人的血管系统的支架的尺寸，或可能需要确定将被放置在血管系统中的支架的尺寸和形状。 
在目标区域的三维表示的情形下，可以根据体积图像精确地实现诸如支架或植入物那样的可植入的装置的选择。然而，体积可视化的外观明显地依赖于所选择的可视化参数和在图像上的伪像水平。在例如可视化的阈值的非最佳设置或严重的图像伪像的情形下，可视化可能提供不精确的表示。如果例如把灰度的下限选择得太高，则血管的表示可以是太细，而如果下限选择得太低，则它将是太粗。因此，对于装置的选择或对于它的自动的或互动的个性的结构，可植入的装置尺度的定量评估的精度依赖于可视化的质量。 
所以对于改进的装置选择，建议使用目标区域的重建的3D表示和原始的投影P。为此，该装置被选择和被定位在目标区域的体积表示 32中(对于腹部主动脉瘤，例如可以用3D互动地构建该装置，对于冠状动脉支架，例如可以由数据库23提供该装置)。与3D图像在监视器30上进行显示的同时，该装置的当前的形状被投影成也在监视器30上被显示的至少一个原始的投影31。这允许同时检验在原始的投影31上所建模的装置的形状。 
为了最后确定装置的形状，用户可以在3D图像32上互动(由此影响在所有的投影31上的该装置的外观)，或可以直接在投影31上修改在单个方向上的形状。取决于在哪里进行互动，形状在其它表示中被自动修改。 
在本发明的另一个实施例中，2D/3D方法可用于评估在3D中(例如血管的体积)中自动提取的定量的几何参数和任选地用于校正。 
总之，本发明提供以下的优点： 
-对可植入的装置选择有改进的精度； 
-在装置形状的互动地规定期间更容易进行形状适配； 
-快速检验自动提取的定量的体积参数。 
最后，应当指出，在本申请中，术语“包括”并不排除其它单元或步骤，术语“一个”并不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以完成几个装置的功能。而且，在权利要求中的标号并不被看作为限制它们的范围。 

Claims (8)

1.图像处理系统，用于构建可植入装置，该系统包括显示单元(30)、数据处理单元(20)和输入装置(34，33)，其中该系统适合于：
-根据身体体积的投影(P，31)生成所述体积的3D图像(32)；
-确定在投影(P，31)和3D图像(32)上可植入装置的位置；
-在显示单元上同时显示投影(31)和3D图像(32)的至少一项以及可植入装置的表示，
-通过该输入装置，在一个显示的图像(31，32)上互动地对可植入装置进行定位和/或确定形状。
2.按照权利要求1的图像处理系统，其中该可植入装置是支架。
3.按照权利要求1的图像处理系统，它适合于根据可得到的图像数据通过分割来确定可植入装置。
4.按照权利要求1的图像处理系统，它适合于定量地分析可植入装置。
5.按照权利要求1的图像处理系统，其特征在于，包括一个存储要被建模的可植入装置的数据的数据库(23)。
6.检查设备，包括
成像系统(10)，其是旋转X射线装置，用于生成身体体积的投影(P，31)；
按照权利要求1到5中之一的图像处理系统。
7.用于互动地评估身体体积的投影(P，31)以构建可植入装置的方法，包括以下步骤：
-根据身体体积的投影(P，31)生成所述体积的3D图像(32)；
-确定在投影(P，31)和3D图像(32)上可植入装置的位置；
-在显示单元(30)上同时显示投影(31)和3D图像(32)中的至少之一以及可植入装置的表示；
-在显示单元上互动地改变可植入装置的位置和/或形状。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，基于所显示的投影(31)的改变比基于所显示的3D图像(32)的改变具有更高的优先权。
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