对准和重叠医疗成像的系列拍摄中的图像数据的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对医疗成像的系列拍摄中的图像数据进行对准和重叠的方法。利用成像系统对患者检查区域的、有时间间隔的多个图像数据组进行绘制并且与此前绘制的检查区域的第一图像数据组进行关联。在拍摄期间，用定位系统一直或至少在各个接近绘制单个图像数据组的时候在一个与成像系统关联的固定参考系统中采集检查区域的瞬时空间状态，并在绘制第一图像数据组时确定检查区域的第一空间状态。在记录一些或所有其它图像数据组时分别采集检查区域的瞬时空间状态，并基于第一和瞬时空间状态之间的差别几何匹配第一图像数据组的图像内容，使得检查区域的不同空间状态得到补偿。然后，将几何匹配的第一图像数据组与各个其它图像数据组重叠着显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于对医疗成像的系列拍摄中的图像数据进行对准和重叠的方法，其中，利用成像系统对患者检查区域的、有时间间隔的多个图像数据组进行绘制，并且将该多个图像数据组与此前利用成像系统绘制的检查区域的第一图像数据组进行关联，特别是用于借助X射线透视对医疗干预进行监视。此外，本专利技术还涉及一种实施该方法的成像系统。
技术介绍
在许多医疗干预中，必须将器械、特别是导管精确地穿过一个身体部位而引入到患者的身体管道中。例如在神经放射学中，为了诊断和治疗在头部、颈部和脊柱上的血管疾病和其它疾病，需要这种干预。在这种情况下，将导管通过末梢动脉引入到感兴趣的血管。对器械的精确引导代表了一种要求高的任务。就在神经放射学的干预中，可能由于很多分支和损伤的动脉段而明显加大了引导导管通过动脉系统的难度。为了帮助医生，公知的是通过成像方法、特别是利用单平面或双平面X射线系统进行的成像来支持该干预。在此，在干预期间通过成像系统一直提供并为医生显示检查区域的二维投影图像。在这些图像中可以看出器械的瞬时位置。但是，由于图像采集是二维的，因此在患者解剖结构内部的定向仍然是困难的。因此，还采用了这样的技术，其中在干预开始之前利用同样的C型成像系统绘制检查区域的三维图像数据组，并在干预期间与二维的图像同时显示。该显示可以通过将3D图像数据组与相应2D图像数据组重叠来实现。在这种情况下，将实时绘制的2D图像与被再现的、预先采集的3D图像数据组进行重叠，以便得到所谓的3D路标。另一种方法在于，将感兴趣的特征(例如导管的尖端)的位置从2D图像传送到3D图像数据组或者反之。这点可以通过在两幅图像中标记该位置手动地实现，或者通过在图像数据中对导管尖端自动检测而实现。这种技术也公知为“链接的光标”。两种技术在本专利技术申请中被归纳为概念2D/3D图像重叠。2D/3D图像重叠的基本前提是，必须知道所绘制的2D和3D图像数据组之间的几何关系。在检查对象静止的条件下，这点可以通过简单的校准过程，例如在使用校准模型的条件下实现。但是，如果患者在绘制3D图像数据组和随后的2D绘制之间运动了，则该校准是无效的。在神经放射学干预的情况下，这可能导致不能正确地在3D图像中显示导管的位置。患者的运动需要绘制新的3D图像数据组。不过，由于在可以使用的X射线剂量和可以使用的造影剂上的限制，这种对校准更新经常不能进行。迄今为止，通过对2D/3D图像数据组的对准来避免该问题。在该对准中通过几何操作、特别是平移和旋转，将3D图像数据组与各个当前的2D数据组匹配。这点通过利用两个数据组中包含的信息而实现。一种对准的方法在于，识别在两个数据组中可见的特征结构。然后，根据这些结构实现两个数据组的对齐。在此，可以是解剖学上的标志、例如血管或者骨骼，或者是在3D和2D成像期间固定在患者上的人工标记。另一种对准的方法在于，采用基于图像的方法，这些方法试图使从3D图像数据组人工计算出来的投影和2D图像之间的相似性最大。对于2D/3D对准的例子可以例如参考J.Weese等人的论文“2D/3DRegistration and Motion Tracking for Surgical Interventions”，Philips Journal ofRsearch 51(1998)，299-316，和G.P.Penney等人“Validation of a two-tothree-dimensional registration algorithm for aligning preoperative CT imagesand intra-operative fluoroscopy images”，Med.Phys.28(6)，June 2001，1024-1032。不过，在人工标记基础上的对准具有这样的缺点标记的定位是困难、费时的并且有时仅仅通过侵入的途径才可能。此外，必须在图像中识别标记。这一般要求与用户的交互作用。对于解剖特征基础上的对准，精度是有限的，因为这些种标志难于精确定位。基于图像处理的对准技术经常要求非常高的计算能力和对应的计算时间。此外，这些方法经常在数值上不稳定并且同样要求与用户的交互作用。DE 10051370 A1涉及一种用于在辐射治疗或者放射外科手术中对患者进行精确定位的方法。在该领域中利用计算机断层造影设备建立检查区域的三维图像数据组，在该基础上计划随后的辐射治疗，例如对肿瘤的照射。然后，患者应该尽可能精确地相对于辐射治疗所需的线性加速器定位，以便尽可能精确地在所计划的位置上保持照射。在该文献中尽可能精确的定位这样实现，即，在线性加速器上从两个不同方向绘制X射线透视图像，据此通过与根据此前建立的3D图像数据组而相应重建的(虚拟的)透视图像比较，来确定位置是一致还是有偏差。然后，为了补偿该位置偏差，可以通过移动患者卧榻来匹配患者的状态。其中，患者的预先定位借助于计算机和摄像机控制的导航和跟踪系统利用在患者上的人工标记实现。DE 10250655 A1与DE 1005 1370 A1一样描述了用于同样应用目的患者定位系统。为了解决定位问题，在该文献中既在CT设备又在线性加速器上使用了表面图像生成器，对其图像进行比较并用于对患者的精确定位。
技术实现思路
从该现有技术出发，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于对医疗成像的系列拍摄中的图像数据进行对准和重叠的方法，该方法使得在不需费事的用户交互作用的条件下可以精确重叠。在用于对医疗成像的系列拍摄中的图像数据进行对准和重叠的该方法中，利用成像系统对患者检查区域的、有时间间隔的多个图像数据组进行绘制并且与此前利用该成像系统绘制的检查区域的第一图像数据组进行关联，其中，采用了一个定位系统，在进行系列拍摄期间，借助于该定位系统一直或者至少在各个接近绘制单个图像数据组的时候在一个与成像系统连接的固定参考系统中采集检查区域的瞬时空间状态。在绘制第一图像数据组、优选为3D图像数据组时保持检查区域的第一空间状态不变。按照同样的方式，在绘制一些或者所有其它图像数据组(其中优选为2D图像数据组)时同样采集该检查区域的瞬时空间状态。在绘制每个其它图像数据组之后，基于第一和瞬时空间状态之间的差别分别这样几何地匹配、特别是旋转和/或移动第一图像数据组的图像内容，使得检查区域的不同空间状态得到补偿。然后，将按照这种方式几何匹配的第一图像数据组或者由其导出(如再现)的图像数据组或与其通过对准状态正确关联的图像数据组，与各个其它图像数据组或者从中导出的、例如只包含一些细节的图像数据组重叠或者组合地来为用户显示。在此，可以采用在说明书开始部分介绍的2D/3D图像重叠技术。与第一图像数据组通过对准状态正确关联的图像数据组，可以例如是利用其它模态绘制的数据组。例如，在此在采用X射线C型设备绘制的第一和其它图像数据组可以是利用CT、MR或PET设备所绘制的图像数据组。利用本方法可以可靠和实时地对医疗成像的系列拍摄中的图像数据组进行对准和重叠。本方法特别适合于2D/3D图像对准和重叠，尤其是在医疗干预期间的路径测绘(Roadmapping)领域中。利用该方法按照同样的方式也可以将所谓4D数据组与其它数据组进行对准，其中，4D数据组除了三维位置信息之外还包含时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对医疗成像的系列拍摄中的图像数据进行对准和重叠的方法，其中，利用成像系统（１）对患者（１７）检查区域的、有时间间隔的多个图像数据组进行绘制并且与此前利用成像系统（１）绘制的检查区域的第一图像数据组进行关联，其中，－在进行系列 拍摄期间，借助于定位系统（２）一直或者至少在各个接近绘制单个图像数据组的时候在一个与成像系统（１）关联的、固定的参考系统中采集该检查区域的瞬时空间状态，－在绘制第一图像数据组时保持检查区域的第一空间状态，－在绘制一些或者所有 其它图像数据组时分别采集该检查区域的瞬时空间状态，并基于第一空间状态和瞬时空间状态之间的差别分别这样几何匹配第一图像数据组的图像内容，使得该检查区域的不同空间状态得到补偿，和－将几何匹配的第一图像数据组或者由其导出的或与其通过对准而 状态正确关联的图像数据组，与各个其它图像数据组或者从该其它图像数据组中导出的图像数据组结合着显示。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：简贝泽，贝诺海格尔，诺伯特拉恩，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]