專利名稱：使用未造影圖像數(shù)據(jù)生成術(shù)中3維圖像的系統(tǒng)和方法
使用未造影圖像數(shù)據(jù)生成術(shù)中3維圖像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及術(shù)中成像，更具體地涉及使用未造影圖像數(shù)據(jù)生成術(shù)中3 維圖像的系統(tǒng)和方法。
參照附圖的

圖1和2，典型的X射線系統(tǒng)包括在患者臺2近側(cè)由機械 臂3支撐的搖擺臂掃描系統(tǒng)(C型臂或G型臂)1。罩在搖擺臂1內(nèi)，設(shè)有 X射線管4和X射線探測器5，將X射線探測器5布置和構(gòu)造成接收穿過 患者7的X射線6，并生成表示其強度分布的電信號。通過移動搖擺臂l， 可以將X射線管4和探測器5置于對于患者7的任何期望的定位和取向。
在對各種類型的狀況和疾病進(jìn)行治療中，通過熒光透視觀察導(dǎo)管在患 者血管系統(tǒng)中的行進(jìn)可提供特殊的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。這樣，在手術(shù)過程中，需要 在X射線監(jiān)視(熒光透視)下推進(jìn)導(dǎo)管或?qū)Ыz，并且盡可能精確地穿過血 管到達(dá)感興趣的內(nèi)部部位。當(dāng)執(zhí)行這一過程時，通過經(jīng)導(dǎo)管以短時突發(fā)方 式(short bursts)引入不透X射線的造影劑，并使用例如參照附圖的圖1 和2所述系統(tǒng)獲得的X射線圖像，能夠在第一監(jiān)視器上以二維造影后圖像 (live image)的形式短時間觀察血管結(jié)構(gòu)。
為了患者的安全，非常希望使對X射線的照射量最小并同樣使引入體 內(nèi)的造影劑的量最小，因此眾所周知的是，在介入手術(shù)期間于第二監(jiān)視器 上顯示采集的有關(guān)感興趣區(qū)域域的一幅或多幅術(shù)前X射線圖像，以便輔助 導(dǎo)航。還希望醫(yī)生能夠以三維方式可視化手術(shù)過程中所采集的二維熒光透 視圖像數(shù)據(jù)，因為這將能夠?qū)崟r跟蹤術(shù)中數(shù)據(jù)，同時在手術(shù)過程期間顯著 減少患者身上承受的造影液和X射線照射量。
美國專利No.6，666,579描述了一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，包括諸如參照圖1 和2所描述的X射線系統(tǒng)，其中，移動搖擺臂通過采集路徑，并且沿采集 路徑在不同位置上采集多個身體體積的二維圖像。圖像處理器然后根據(jù)所 采集的二維圖像構(gòu)造3維體積數(shù)據(jù)，并顯示身體體積的3維圖像。設(shè)置位 置跟蹤系統(tǒng)以便在圖像采集期間跟蹤患者和搖擺臂的相對位置，并且還在介入手術(shù)期間跟蹤手術(shù)器械穿過身體的移動?？蓪⒃诮槿胧中g(shù)期間采集的
二維圖像疊加到顯示給醫(yī)生的身體體積的3維圖像之上。
這樣，從X射線系統(tǒng)知道生成熒光透視數(shù)據(jù)處的搖擺臂的位置，因此 可以使用搖擺臂的同一位置作為參考，來重建3維體積數(shù)據(jù)的繪制。然后 可以一起顯示將2維熒光透視數(shù)據(jù)和3維繪制。由于使用具有相同校準(zhǔn)幾 何結(jié)構(gòu)的同一 X射線系統(tǒng)來生成2維和3維數(shù)據(jù)，因此(從搖擺臂的位置) 可相對直接地進(jìn)行3維數(shù)據(jù)與二維熒光透視數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。
所述方法依賴患者位置與典型地術(shù)前獲得的3維圖像的精確對準(zhǔn)。患 者位置必須反映3維圖像中繪制的真實位置，以便術(shù)中圖像數(shù)據(jù)能正確反 映手術(shù)器械與患者各器官的實際位置。
在手術(shù)過程中可以發(fā)生患者位置與造影3維圖像之間的不對準(zhǔn)，例如，
如果在采集造影3維圖像后移動患者或所述臺。在這種情況下，需要患者 的新的3維圖像，對其進(jìn)行采集使患者承受更高的X射線及造影劑。 人們希望提供使用未造影圖像數(shù)據(jù)生成術(shù)中3維圖像的系統(tǒng)和方法。
在本發(fā)明的一個實施例中， 一種生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的方法包括采 集感興趣區(qū)域的基線3維圖像數(shù)據(jù)的過程。同樣采集所述區(qū)域的未造影3 維圖像數(shù)據(jù)和所述區(qū)域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)。術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3 維圖像數(shù)據(jù)中的每一個都與未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)，由此從基線3D 和術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)兩者與未造影3D圖像數(shù)據(jù)的對準(zhǔn)中得到術(shù)中3維圖像 數(shù)據(jù)的精確繪制。
在本發(fā)明的另一實施例中，提出了一種使用未造影3維圖像數(shù)據(jù)來生 成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的X射線掃描系統(tǒng)，該X射線掃描系統(tǒng)包括用于在感 興趣區(qū)域上方發(fā)射X射線輻射的X射線源，用于接收從X射線源發(fā)射的X 射線輻射的X射線探測器，以及耦合到X射線源和X射線探測器的控制單 元?？刂茊卧m于控制X射線源和X射線探測器，以便采集區(qū)域的基線3 維圖像數(shù)據(jù)，并且采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)和所述區(qū)域的術(shù)中2 維圖像數(shù)據(jù)?？刂茊卧€適于將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3維圖像數(shù)據(jù)中 的每一個與未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)，以便繪制所述感興趣區(qū)域的術(shù) 中3維圖像數(shù)據(jù)?？梢钥闯霰景l(fā)明示例性實施例的要旨在于，利用未造影3D圖像數(shù)據(jù)使 造影后術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)與先前獲得的基線3D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)以生成術(shù) 中3D圖像數(shù)據(jù)。未造影3D圖像可在不將造影劑引入患者體內(nèi)并在顯著減 少患者和手術(shù)人員承受的X射線的情況下進(jìn)行采集，從而提供與需要在承 受高輻射水平和造影劑下對患者進(jìn)行術(shù)中3D成像的常規(guī)技術(shù)相比的優(yōu)勢。
下文描述了對用于生成術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的方法的示例性特征和改進(jìn)， 雖然這類特征也可等同地應(yīng)用到所述系統(tǒng)中。
在一個任選實施例中，造影3D圖像數(shù)據(jù)是術(shù)前圖像數(shù)據(jù)，而未造影 3D圖像數(shù)據(jù)是在介入手術(shù)過程中采集的術(shù)中圖像數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的另一實 施例中，基線3D圖像數(shù)據(jù)是在術(shù)中獲得的。在具體示例中，未造影3D圖 像數(shù)據(jù)和基線3D圖像數(shù)據(jù)中的每一個都是X射線熒光透視圖像。在另一 實施例中，通過計算機斷層血管造影(CTA)、磁共振血管造影(MRA)或 3維旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)采集基線3D圖像數(shù)據(jù)。
在另一任選實施例中，使用不同的成像模態(tài)來采集基線3D圖像數(shù)據(jù)和 未造影3D圖像數(shù)據(jù)。在這一具體示例中，使用無造影劑的C型臂掃描系 統(tǒng)來獲得未造影3D圖像數(shù)據(jù)，并使用CTA或3DRA來獲得基線3D圖像 數(shù)據(jù)。在另一實施例中，使用相同的成像模態(tài)來采集基線3D圖像數(shù)據(jù)和未 造影D圖像數(shù)據(jù)。在這一示例中，C型臂掃描單元用于采集基線3D圖像 數(shù)據(jù)和未造影3D圖像數(shù)據(jù)，兩者都是在術(shù)中進(jìn)行采集。使用在較高輻射劑 量下較大照射量來獲得基線3D圖像數(shù)據(jù)，而在不將造影劑引入感興趣區(qū)域 并且在較低照射量和輻射劑量的情況下獲得未造影3D圖像數(shù)據(jù)。
在對準(zhǔn)過程的具體實施例中，將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)映射到未造影3維 圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)。其后，將對準(zhǔn)的 未造影3維圖像數(shù)據(jù)映射到基線3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域以生成感興趣區(qū) 域的術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)。
在對準(zhǔn)過程的另一示例性實施例中，將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)映射到未造 影3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)，并將基線3 維圖像數(shù)據(jù)映射到未造影3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域以生成對準(zhǔn)的基線3維 造影圖像數(shù)據(jù)?；€3D圖像數(shù)據(jù)和未造影3D圖像數(shù)據(jù)的對準(zhǔn)可用于提供 有關(guān)介入物/器械的當(dāng)前位置的信息。術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)與基線3D圖像數(shù)據(jù)的對準(zhǔn)可用于隨后提供介入物/器械相對于基線圖像中所繪動脈、器官或組 織的實時位置信息。
通過計算機程序(即通過軟件)或通過使用一個或多個專用電子優(yōu)化 回路(即以硬件)或以混合/固件的形式(即通過軟件部件和硬件部件)可 實現(xiàn)前述方法的操作。所述計算機程序可以實現(xiàn)為以任何適當(dāng)編程語言(例
如JAVA、 C++)編寫的計算機可讀指令代碼，并可存儲在計算機可讀介質(zhì) (可移動盤片、易失或非易失性存儲器、嵌入式存儲器/處理器等)上，所 述指令代碼用于對其它這類編程設(shè)備的計算機進(jìn)行編程以實施預(yù)計的功 能。所述計算機程序可以從諸如萬維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上下載獲得。
本發(fā)明的這些及其它方面將從下文所述實施例中將變得顯然并參考其 進(jìn)行闡述。
在下文中將參考下列各附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。
圖1示出了本領(lǐng)域中已知的X射線搖擺臂的示意性側(cè)視圖； 圖2示出了本領(lǐng)域中已知的X射線搖擺臂的透視圖； 圖3A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影3維數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3維圖像數(shù) 據(jù)的示例性方法；
圖3B示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影3維數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3維圖像數(shù) 據(jù)的示例性X射線掃描系統(tǒng)。
圖4A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的 第一示例性實施例；
圖4B示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的 第二示例性實施例。
圖3A示出了使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的未造影3D圖像數(shù)據(jù)來生成 術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的示例性方法。在310中，采集特定感興趣區(qū)域的基線 3D圖像數(shù)據(jù)。在320中，采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)。在330中， 采集所述區(qū)域的術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)。在340中，執(zhí)行相互對準(zhǔn)過程，由此將 術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個都與未造影3D圖像數(shù)據(jù) 進(jìn)行對準(zhǔn)。所述對準(zhǔn)過程得到感興趣區(qū)域上術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的繪制?？梢栽谛g(shù)前從諸如3D旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)、 3D超聲(3DUS)、計 算機斷層血管造影(CTA)和磁共振血管造影(MRA)的成像模態(tài)采集310 中的基線3D圖像數(shù)據(jù)。在另一實施例中，術(shù)中使用任一種前述模態(tài)獲得 310中的基線3D圖像數(shù)據(jù)。更具體地說，在與未造影3D圖像數(shù)據(jù)的比較 中，以較高的分辨率并因此用較大照射量和/或輻射劑量來獲得基線3D圖 像數(shù)據(jù)。在將或不將造影劑引入感興趣區(qū)域內(nèi)的情況下，可獲得基線3D圖 像數(shù)據(jù)。
在不將造影劑引入感興趣區(qū)域的情況下獲得未造影3D圖像數(shù)據(jù)320， 而在具體實施例中，使用C型臂掃描系統(tǒng)(圖1和2)或者在介入手術(shù)期 間可用于提供準(zhǔn)確且同步的患者位置圖像的類似系統(tǒng)來獲得未造影3D圖 像數(shù)據(jù)320。例如，在動態(tài)模式下可以使用C型臂掃描系統(tǒng)來獲得患者的 多次未造影2D掃描(例如，50-150次2D掃描)，將該多次未造影2D掃描 進(jìn)行合并以構(gòu)造未造影3D圖像數(shù)據(jù)(體積)。或者，也能使用用于提供未 造影圖像數(shù)據(jù)的其它成像模態(tài)以提供未造影體積/圖像數(shù)據(jù)。
使用與所采用的具體成像模態(tài)相符的掃描和重建操作可以采集過程 320中基線3D圖像數(shù)據(jù)和未造影3D圖像數(shù)據(jù)中的每一個。過程310和320 可以采用相同或不同的成像模態(tài)。例如，可以借助于采用造影劑的DRA在 過程310中采集3D造影圖像數(shù)據(jù)，而可以通過C型臂掃描系統(tǒng)在過程320 中采集未造影3D圖像數(shù)據(jù)。在另一實施例中，使用相同的成像模態(tài)，例如 C型臂掃描系統(tǒng)可以獲得在過程310中所獲的基線3D圖像數(shù)據(jù)和320中所 獲的未造影3D圖像數(shù)據(jù)，并將其的示例在下面圖4B中進(jìn)行描述。在這種 情況下，使用造影劑和/或與過程320中所獲未造影3D圖像數(shù)據(jù)相比更高 的輻射劑量在過程310中獲得基線3D圖像數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng) 會到，也可使用能提供基線3D圖像數(shù)據(jù)和未造影3D圖像數(shù)據(jù)的各圖像模 態(tài)的其它組合。
過程330的示例性實施例包括使用X射線熒光透視來采集2D術(shù)中數(shù) 據(jù)集。也可使用其它成像模態(tài)，例如2D超聲。相同的成像模態(tài)和裝置(例 如，圖1和2中所述的系統(tǒng))也可用于采集造影后2D圖像數(shù)據(jù)和造影3D 圖像數(shù)據(jù)。在具體實施例中，以靜態(tài)模式部署的C型臂系統(tǒng)可用于提供術(shù) 中2D圖像。操作340包括對準(zhǔn)操作，由此將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3維圖像數(shù) 據(jù)中的每一個與未造影D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)。下面圖4A和4B中描述了這 一操作的示例性實施例。使用計算機、微處理器、或適于執(zhí)行本文所述對 準(zhǔn)操作的類似計算設(shè)備能夠執(zhí)行對準(zhǔn)操作340。
圖3B示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影3維數(shù)據(jù)來生成3維術(shù)中圖像數(shù) 據(jù)的示例性X射線掃描系統(tǒng)。掃描系統(tǒng)370包括X射線輻射源372、 X射 線探測器374和控制單元376。在具體實施例中，X射線源372表示圖1 和2所示C型臂掃描系統(tǒng)中的X射線管4，而X射線探測器374表示其中 的X射線探測器5。
控制單元376適于控制X射線源372和X射線探測器374以采集區(qū)域 的基線3維圖像數(shù)據(jù)，以及采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)和所述區(qū) 域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)?？刂茊卧?76還適于將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3 維圖像數(shù)據(jù)中的每一個與未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)，以繪制所述感興 趣區(qū)域的3維術(shù)中圖像數(shù)據(jù)。在具體實施例中，控制單元376是計算機、 嵌入式處理器或用于執(zhí)行所述操作310-340的類似計算設(shè)備，下面圖4A和 4B示出了這些操作的具體實施例。進(jìn)一步示例性地，諸如監(jiān)視器的輸出設(shè) 備378可用于對掃描區(qū)域進(jìn)行實時成像?？蛇x或附加地，輸出設(shè)備378可 以是為以后回顧和顯示而存儲掃描圖像的存儲器。
圖4A示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的 第一示例性實施例，并且以前識別的各特征保留它們的附圖標(biāo)記。除了前 述過程310-340之外，過程400還包括過程410-430，每一個表示過程340， 其中術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)和基線3D圖像數(shù)據(jù)通過未造影3D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相 互對準(zhǔn)并進(jìn)行繪制。例如，使用高分辨率CT系統(tǒng)或其它3DRA系統(tǒng)來采 集過程310中的基線3D數(shù)據(jù)，并使用C型臂掃描系統(tǒng)來采集過程320中 的未造影3D圖像數(shù)據(jù)和過程330中的術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，只要通常在這些操作之間沒有出現(xiàn)不對準(zhǔn)，它們就可 以是未造影3D圖像數(shù)據(jù)的采集和術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)的采集之間的任何時 期。例如，未造影3D數(shù)據(jù)可以與術(shù)中2D數(shù)據(jù)同步獲取，或有時候在其之 前獲取。
過程410包括將術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)映射(即，幾何結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián))到未造影3D圖像數(shù)據(jù)(過程320)的對應(yīng)區(qū)域上，以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù) 據(jù)數(shù)據(jù)412。 2D-3D映射過程可按S.Gorges等人的"Model of a Vascular C-Arm for 3Daugmented Fluoroscopy in Interventional Radiology " Proceedings: Part II， of 8th International Conference Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention MICCAI， 2005年10月，第214-222頁中所 描述的來實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會到在本發(fā)明中也可使用其它的 2D-3D配準(zhǔn)技術(shù)。
過程420包括將對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)映射到基線3維圖像數(shù)據(jù) 的對應(yīng)區(qū)域，以生成所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)422。如上所提到 的，使用CT掃描系統(tǒng)或與未造影3D成像模態(tài)相比能提供更大分辨率的其 它類似系統(tǒng)來采集基線3D圖像數(shù)據(jù)/體積，盡管典型地患者承受更高的X 射線和/或造影劑劑量。
在美國專利No.6,728,424中描述了 420的3D-3D映射過程的示例性實 施例，由此在從3D基線圖像數(shù)據(jù)和2D-3D過程輸出的重建3D圖像蒙片之 間計算空間匹配的統(tǒng)計測量。根據(jù)兩幅圖像的體素值相關(guān)的概率的這一假 設(shè)來計算似然(likdihood)。以迭代的方式計算多個相關(guān)變換的似然，直到 發(fā)現(xiàn)使似然最大的變換。使所述似然最大的變換提供了最佳的配準(zhǔn)，并將 經(jīng)修正變換的參數(shù)提供給輸出設(shè)備430以將2D術(shù)中圖像和3D造影圖像進(jìn) 行配準(zhǔn)作為"融合"或合成圖像。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會到，其它3D-3D 配準(zhǔn)技術(shù)，例如匹配點同樣可用于本發(fā)明中。
輸出設(shè)備430，例如監(jiān)視器可用于實時顯示術(shù)中3D圖像422?？蛇x或 附加地，也可使用微機，所述微機用于與410和420中采用的映射一道對 基線3D、未造影3D和術(shù)中2D的圖像數(shù)據(jù)集加時間標(biāo)記并將其進(jìn)行存儲。 所述微機還可以用于與相應(yīng)于加時間標(biāo)記的術(shù)中2D圖像的基線3D圖像一 道取回一幅或多幅術(shù)中2D圖像。所述微機還用于取回410和420中采用的 映射，以便根據(jù)術(shù)中2D圖像的時間標(biāo)記構(gòu)建術(shù)中3D數(shù)據(jù)422，所述微機 將所述映射應(yīng)用于術(shù)中2D圖像以重建術(shù)中3D圖像422。
雖然本發(fā)明可有利地用在使用覆蓋在基線3D數(shù)據(jù)之上的術(shù)中2D圖像 數(shù)據(jù)將介入物(例如，導(dǎo)絲、支架線圈等)導(dǎo)入恰當(dāng)位置的操作中，但是 本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)了在如下操作中的效用，例如經(jīng)皮穿刺活檢、腦室外引流等，其中需要對軟組織進(jìn)行成像以執(zhí)行所述操作。具體而言，可獲取基線3D體 積掃描以提供與術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)一同顯示的軟組織信息。除了提供基線 3D圖像數(shù)據(jù)和術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)之間的對準(zhǔn)外，未造影3D圖像數(shù)據(jù)還可 與基線3D圖像數(shù)據(jù)一同顯示，以確認(rèn)介入物/器械現(xiàn)在的位置。隨后，通 過將術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)與基線3D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，可重新開始術(shù)中3D 圖像數(shù)據(jù)的繪制。
圖4B示出了使用根據(jù)本發(fā)明的未造影數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)的 第二示例性實施例，由此如上所述，基線3D圖像數(shù)據(jù)包括軟組織信息。更 具體地說，過程310包括使用"軟組織掃描協(xié)議"來獲得基線3D圖像數(shù)據(jù)， 由此基線3D圖像數(shù)據(jù)里包括軟組織清晰度(defmition)。在具體實施例中， 所述軟組織協(xié)議實現(xiàn)上述的C型臂掃描系統(tǒng)，由此采集感興趣區(qū)域的大量 未造影照射量(例如，300-600)并將其重建成造影或未造影體積(即，在 引入或不引入造影劑的情況下)。上述過程320和330可以如前面所述。在 具體實施例中，使用C型臂掃描系統(tǒng)以進(jìn)行較少次2D掃描(例如，50-150) 的快速掃描模式采集過程320中的未造影3D圖像數(shù)據(jù)，所述掃描在不將造 影劑引入感興趣區(qū)域的情況下進(jìn)行。
新的過程440包括將基線3維圖像數(shù)據(jù)映射到未造影3維圖像數(shù)據(jù)的 對應(yīng)區(qū)域上，以生成對準(zhǔn)的基線3D圖像數(shù)據(jù)442。如上所述，該過程可在 介入手術(shù)暫停期間進(jìn)行以檢查介入物或器械在處置期間的位置。使用例如 上面420中所述的3D-3D配準(zhǔn)過程，將(例如，根據(jù)大量源自C型臂掃描 系統(tǒng)的高劑量2D掃描重建的)基線3D圖像數(shù)據(jù)與未造影3D圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行對準(zhǔn)。其它3D-3D映射過程對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯然的。
新的過程450包括將術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)映射到未造影3D圖像數(shù)據(jù)的對 應(yīng)區(qū)域上，以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)452。在具體實施例中，過程 450使用如上410中所述的2D-3D配準(zhǔn)過程來執(zhí)行，并且術(shù)中2D數(shù)據(jù)是用 于在軟組織介入手術(shù)(例如經(jīng)皮穿刺活檢等)中提供指引的熒光透視圖像 數(shù)據(jù)。當(dāng)然，或者可以使用其它實施例。
在460中，將對準(zhǔn)的基線3D圖像數(shù)據(jù)442和對準(zhǔn)的未造影3D圖像數(shù) 據(jù)452合并以繪制術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)，所述術(shù)中3D圖像數(shù)據(jù)被供應(yīng)給輸出 設(shè)備，例如用于實時顯示術(shù)中3D數(shù)據(jù)的監(jiān)視器，和/或用于存儲如上所述圖像數(shù)據(jù)的存儲器/微機。如上所述， 一個或多個所示過程可以同時執(zhí)行，
或者在術(shù)中3D圖像的后期重建時執(zhí)行。
總之，本發(fā)明的一個方面可以認(rèn)為是，將未造影3D圖像數(shù)據(jù)作為將術(shù) 中2D圖像數(shù)據(jù)與基線3D圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確對準(zhǔn)并繪制的參考。在不將造 影劑引入到患者體內(nèi)，并且使患者和手術(shù)人員承受的X射線顯著減少的情 況下，采集未造影3D圖像，因此提供了與需要進(jìn)行手術(shù)中造影3D成像的 常規(guī)技術(shù)相比的優(yōu)勢。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于領(lǐng)會到地，所述過程可實現(xiàn)在硬件、軟件、 固件或這些器件的恰當(dāng)組合中。具體而言，諸如計算機或微處理器的計算 設(shè)備可實現(xiàn)來執(zhí)行操作310-340以及410-460。另夕卜， 一些或所有所述過程 可實現(xiàn)為駐存在計算機可讀介質(zhì)(可移動盤片、易失性或非易失性存儲器、 嵌入式處理器等)上的計算機可讀指令代碼，所述指令代碼用于對其他這 類可編程設(shè)備的計算機進(jìn)行編程以實施預(yù)計的功能。
應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語"包括"并不排除其它特征，并且除明確表示外， 定冠詞"一"或"一個"不排除多個。還應(yīng)當(dāng)注意的是，可將有關(guān)不同實 施例所述的各元件進(jìn)行組合。還應(yīng)當(dāng)注意的是，權(quán)利要求書中的附圖標(biāo)記 不應(yīng)解釋為對權(quán)利要求范圍的限制。此外，術(shù)語"耦合"和"連接到"是 指特征之間的直接機械或電連接，以及間接連接，即在所述特征之間插入 一個或多個特征。另外，在流程圖中給出的所示操作順序僅是示例性的， 根據(jù)本發(fā)明也可執(zhí)行所示操作的其它順序。
為了便于圖示和描述已經(jīng)給出前面的說明書。本發(fā)明并非擬進(jìn)行窮舉 或限制為所公開的確定形式，顯然按照所公開的教導(dǎo)可能有很多修改和變 型。為了最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用而選擇所述實施例，從而 能夠使本領(lǐng)域的技術(shù)人員最佳地將本發(fā)明用于各種實施例中并將本發(fā)明進(jìn) 行各種修改以適于所預(yù)見到的特定用途。擬將僅由權(quán)利要求書來限定本發(fā) 明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種使用未造影3維圖像數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括采集區(qū)域的基線3維圖像數(shù)據(jù)(310)；采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)(320)；采集所述區(qū)域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)(330)；以及將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和所述基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個與所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)，以繪制所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)(340)。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述基線3維圖像數(shù)據(jù)包括術(shù)前 圖像數(shù)據(jù)。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)包括術(shù) 中圖像數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，與用于采集所述基線3維圖像數(shù) 據(jù)的成像模態(tài)相比，采用不同的成像模態(tài)來采集所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述基線3維圖像數(shù)據(jù)和未造影 3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個包括X射線熒光透視圖像數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述基線3維圖像數(shù)據(jù)包括3維 旋轉(zhuǎn)血管造影圖像數(shù)據(jù)。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，借助于從包括計算機斷層血管造 影、磁共振血管造影和3維旋轉(zhuǎn)血管造影的成像模態(tài)組中選擇的成像模態(tài) 來采集所述基線3維圖像數(shù)據(jù)。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將所述基線3維圖像數(shù)據(jù)和所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)中的每一個進(jìn)行對準(zhǔn)的所述步驟包括將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)映射到所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域上，以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)；并且將所述對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)映射到所述基線3維圖像數(shù)據(jù)的對 應(yīng)區(qū)域上，以生成所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將所述基線3維圖像數(shù)據(jù)和所述 術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)中的每一個進(jìn)行對準(zhǔn)的所述步驟包括將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)映射到所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域 上，以生成對準(zhǔn)的未造影3維圖像數(shù)據(jù)；將所述基線3維圖像數(shù)據(jù)映射到所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)的對應(yīng)區(qū)域上，以生成對準(zhǔn)的基線3維圖像數(shù)據(jù)；以及合并所述對準(zhǔn)的未造影圖像數(shù)據(jù)和所述基線3維圖像數(shù)據(jù)，以繪制所 述術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)。
10、 一種使用未造影3維圖像數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于采集區(qū)域的基線3維圖像數(shù)據(jù)的器件； 用于采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)的器件； 用于采集所述區(qū)域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)的器件；以及用于將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和所述基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個與 所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)以繪制所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像 數(shù)據(jù)的器件。
11、 一種計算機程序產(chǎn)品，其駐存于計算機可讀介質(zhì)中，用于提供使 用未造影3維圖像數(shù)據(jù)生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的指令代碼，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于采集區(qū)域的基線3維圖像數(shù)據(jù)的指令代碼； 用于采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)的指令代碼；用于采集所述區(qū)域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)的指令代碼；以及 用于將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和所述基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個與所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)以繪制所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的指令代碼。
12、 一種使用未造影3維圖像數(shù)據(jù)來生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的X射線 掃描系統(tǒng)(370)，所述X射線掃描系統(tǒng)(370)包括用于在感興趣區(qū)域上方發(fā)射X射線輻射的X射線源(372); 用于接收從所述X射線源(372)發(fā)射的X射線輻射的X射線探測器 (374);以及耦合到所述X射線源(372)和所述X射線探測器(374)的控制單元 (376)，所述控制單元(376)適于采集區(qū)域的基線3維圖像數(shù)據(jù)；采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)； 采集所述區(qū)域的術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)；以及將所述術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和所述基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個與 所述未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)以繪制所述感興趣區(qū)域的術(shù)中3維圖像 數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于生成術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的方法包括采集感興趣區(qū)預(yù)的基線3維圖像數(shù)據(jù)的過程。同樣采集所述區(qū)域的未造影3維圖像數(shù)據(jù)和所述區(qū)域術(shù)中2維圖像。將術(shù)中2維圖像數(shù)據(jù)和基線3維圖像數(shù)據(jù)中的每一個都與未造影3維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對準(zhǔn)，由此從將基線3D圖像數(shù)據(jù)和術(shù)中2D圖像數(shù)據(jù)兩者與未造影3D圖像數(shù)據(jù)的對準(zhǔn)中產(chǎn)生術(shù)中3維圖像數(shù)據(jù)的精確繪制。
文檔編號A61B6/00GK101442934SQ200780016964
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者P·M·米勒坎普, R·J·F·霍曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司