用于四维血管造影和荧光透视的系统和方法技术方案

一种通过将来自2D医疗图像的时间序列的时间信息输入到对象的3D图像来产生该对象的时间分辨的3D医疗图像的方法。一般来说，通过下述步骤来实现：利用医疗成像系统获取图像数据；根据所获取的图像数据的至少一部分产生ROI的2D图像的时间序列；根据所获取的图像数据重建基本不具有时间分辨率的3D图像；以及将所述2D图像的时间序列与所述3D图像选择性结合。选择性结合通常包括：将所述2D图像的时间序列的帧与所述3D图像配准；将来自所述2D图像帧的像素值投影“入”所述3D图像；以及对于所述2D图像的时间序列的每个帧，用所述投影的像素值加权所述3D图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2011年6月15日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR FOURDIMENSIONAL ANGIOGRAPHY AND FLUOROSCOPY” 的第 61/497392 号美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。本申请与2010年I月22日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR FOURDIMENSIONAL ANGIOGRAPHY AND FLUOROSCOPY” 的第 12/692，340 号美国专利申请相关，该第12/692，340号美国专利申请是2009年8月17日提交的题为“SYSTEM AND METHOD OFTIME-RESOLVED, THREE-DIMENSIONAL ANGIOGRAPHY” 的第 12/542，376 号美国专利申请的部分继续申请,上述各个申请的全部内容以引用的方式并入本文。本申请还与2010年8月16日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR FOURDIMENSIONAL ANGIOGRAPHY AND FLUOROSCOPY”的PCT 申请PCT/US2010/045637相关，该PCT申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术介绍
以下描述用于帮助读者理解。所提供的信息或者引用的参考文献均不认为是现有技术。本公开涉及血管造影，更具体地，本专利技术涉及用于产生时间分辨的、三维(因此形成四维)血管造影和荧光透视图像的系统和方法。自从Moniz在1927年最初以颈动脉直接穿孔引入血管造影以来，不断进行各种尝试以开发提供脉管系统的诊断图像的血管造影技术而同时减少与该治疗相关的侵入。数十年来，图像的后处理主要局限于使用胶片减影技术。最初的血管造影技术包括直接动脉穿孔并且操作针管，通过该针管注入造影介质。这些做法与大量严重并发症的发生有关。允许使用单一导管研究多个动脉区段的经皮技术的发展减少了但是无法消除这些不利情形。在二十世纪七十年代后期，基于实时数字处理设备开发出一种称为数字减影血管造影(下文称为“DSA”)的技术。由于数字处理的优势，最初希望可以始终利用静脉内(下文称为“IV”)注射造影介质来执行DSA，由此减少与直接动脉内(下文称为“IA”)注射相关的不适感和并发症的发生。然而，很快发现IV-DSA技术受到欠佳的视角和血管重叠造成的问题的制约，这只能通过重复注射来减轻。尽管如此，这些因素仍然是有问题的，除非能定义出避免相关血管结构重叠的投影。在使用双平面获取时，出现了类似的问题。而且，因为与造影介质的IV注射相关的信号数量有限，在充足心输出量和最小量的患者运动的条件下才能最好地进行IV-DSA。IV-DSA因此被结合了类似数字处理与标准IA血管造影检查的技术所取代。虽然如此，由于DSA可以显著减少进行血管造影检查所需的时间和所需造影介质的数量，所以其有效性使与血管造影相关的不利情形得以显著减少。由于在硬件和软件两方面的稳步发展，DSA现在可以以二维(下文称为“2D”)和旋转三维(下文称为“3D”)两种形式对脉管系统进行精确的描绘。3D-DSA已经成为对患有各种中枢神经系统血管疾病的患者进行诊断和管理的重要组成部分。目前在X射线血管造影设备时间分辨能力方面的限制要求在大约5秒的最少时间内实现旋转获取。即使对获取进行完美的定时以便在旋转开始时使动脉结构变得完全不透明，但是到旋转结束几乎总是存在一些静脉结构填充。仅能通过阈值处理使得与动脉结构相比包含较低浓度造影介质的静脉结构不再显现在图像中来获得“纯”动脉解剖图像的显示。这种限制是使对正常和异常血管结构的尺寸进行精确测量变得极其困难的重要因素。目前基于DSA的技术并不在重建的3D-DSA体积中描绘填充物的时间序列。近年来，传统的DSA的竞争已经以计算X射线断层摄影术血管造影(下文称为“CTA”)和磁共振血管造影(下文称为“MRA”)的形式出现。CTA提供高空间分辨率，但它不是时间分辨的，除非成像体积受到严格限制。由于颅底骨骼导致的假象和变得不透明的静脉结构对动脉图像的污染，CTA还局限于独立的诊断方式。此外，CTA不具有引导或监控微创血管内介入的作用。在MRA的空间分辨率质量和时间分辨率质量两方面已经取得了显著的进步。目前，钆增强的时间分辨MRA (下文称为“TRICKS”)被广泛认为是用于时间分辨MRA的主要临床标准。TRICKS能够实现大约IOmm3的体素尺寸以及大约10秒的时间分辨率。诸如违反奈奎斯特定理接近1000倍的HYBRID HYPR MRA技术之类的进步，可以为图像提供在仅低于I秒的帧时间内的亚毫米的各向同性的分辨率。虽然如此，MRA的空间分辨率和时间分辨率并不适合所有成像情况，并且其成本较高。在对颅内脉管系统的小尺寸且卷绕的路线进行成像时，现有血管造影方法的缺点尤为普遍。利用传统的DSA，难于或者不可能在不重叠相邻血管的情形下对这些结构进行成像和显示。当将几何形状复杂的异常结构(例如，动脉瘤)可视化时，或者当存在异常快速或慢速的血流(例如,血管畸形或缺血性中风)时,这一问题更加复杂。随着越来越多地利用微创血管腔内技术治疗脑血管疾病，在这种治疗依赖于使血管结构可见的成像技术的情形下，开发允许清晰限定出血管解剖结构和流型的成像方法变得更加重要。此类信息正成为治疗前的规划和介入治 疗的引导两者的先决条件。例如，血管疾病的血管内治疗可能要求精确引导穿过大脑和脊髓的细小蜿蜒血管。目前，这涉及在通常的治疗期间必须“重置”许多次的路线图的使用。实际上，在给定的治疗期间，进行15至20次重置并不罕见。这不仅使用了大量造影介质，而且血栓栓塞并发症的风险也随着每次注射而升高。因此，希望能有一种系统和方法，用于产生脉管系统的时间分辨、3D图像，相对于现有可能的图像，其具有改善的空间分辨率和时间分辨率。该方法将允许动脉脉管系统区别于静脉脉管系统，进而允许在当前进行IA注射的情况下使用造影介质的IV注射。这也将允许以动态序列方式观察3D体积，使得对血管疾病的理解得到改善，以及为在介入治疗中使用的更精确和通用的路线图提供基础。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种系统和方法来克服上述缺陷，所述系统和方法用于通过将来自单独获取的2D图像的时间序列的时间信息输入到静态3D旋转DSA图像中或者，在优选实施例中，通过利用2D投影图像(根据该2D投影图像形成所述3D旋转DSA图像)提供的固有时间信息，产生对象的具有高时间分辨率和优异空间分辨率的时间分辨的、3D医疗图像的详细序列。在优选方法中，利用医疗成像系统和单次造影剂注射获取来自对象的图像数据，以产生2D图像的时间序列，由此，根据所获取的由2D角度投影组成的图像数据的至少一部分重建基本不具有时间分辨率的3D图像。所述方法还包括通过将基本不具有时间分辨率的3D图像与2D图像的时间序列选择性结合来产生对象的时间分辨的3D图像序列。所述优选方法可以利用由单一X射线源和检测器阵列构成的系统来实施。在所述优选方法中，时间序列中每一幅图像的信噪比基本上与单一的3D图像的信噪比相同。在所述优选方法中，已经发现成对的投影可以隔开大约60度的角度。除此之外，时间特性(timebeh本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生对象的时间分辨的三维图像的方法，所述方法包括：在单次造影剂注射期间，利用医疗成像系统从所述对象获取图像投影数据，所述医疗成像系统包括单一源/单一检测器系统；根据所获取的图像投影数据的至少一部分产生二维图像的时间序列；根据所获取的图像投影数据的至少一部分重建基本不具有时间分辨率的三维图像；以及通过将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与所述二维图像的时间序列选择性结合来产生时间分辨的三维图像，所述时间分辨的三维图像具有基本上比所获取的图像投影数据的信噪比更高的信噪比；其中，在单次造影剂注射期间，通过从造影剂到达之后获取的时间序列的帧中减去造影剂到达之前获取的时间序列的一个时间帧和时间序列的时间帧的平均值中的至少一者，产生减影的仅具有血管的二维图像的时间序列；所述方法还包括：将所重建的基本不具有时间分辨率的三维图像与所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列配准；利用二维图像空间核对所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列进行卷积；在与所述二维图像的时间序列的平面垂直的方向上，将所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列中的每个像素的值沿着延伸穿过每个相应像素的直线进行投影；以及对于所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列的每个时间帧，将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与每个像素的所述投影的值相乘，以产生所述时间分辨的三维图像；其中，通过对于所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列的每个时间帧，将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与每个像素的所述投影的值相乘， 使得所述时间分辨的三维图像上与成像区域中不希望的血管结构对应的信号调整为零，所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列基本上不存在与所述成像区域中不希望的血管结构对应的信号；其中，与三维图像相乘以额外的角度重复；其中：i）最终的图像源自通过在两个或更多角度处相乘获得的图像估计产生的最小值；或者ii）所述方法还包括：对于所述时间分辨的三维图像，计算随着多个投影角度变化的一个或多个体素强度曲线；在至少一个体素强度曲线中识别至少一个异常；以及，对于对应于所述异常的体素，在多个投影角度上平均体素强度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.15 US 61/497,3921.一种用于产生对象的时间分辨的三维图像的方法，所述方法包括: 在单次造影剂注射期间，利用医疗成像系统从所述对象获取图像投影数据，所述医疗成像系统包括单一源/单一检测器系统； 根据所获取的图像投影数据的至少一部分产生二维图像的时间序列； 根据所获取的图像投影数据的至少一部分重建基本不具有时间分辨率的三维图像；以及 通过将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与所述二维图像的时间序列选择性结合来产生时间分辨的三维图像，所述时间分辨的三维图像具有基本上比所获取的图像投影数据的信噪比更高的信噪比； 其中，在单次造影剂注射期间，通过从造影剂到达之后获取的时间序列的帧中减去造影剂到达之前获取的时间序列的一个时间帧和时间序列的时间帧的平均值中的至少一者，产生减影的仅具有血管的二维图像的时间序列； 所述方法还包括: 将所重建的基本不具有时间分辨率的三维图像与所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列配准；利用二维图像空间核对所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列进行卷积；在与所述二维图像的时间序列的平面垂直的方向上，将所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列中的每个像素的值沿着延伸穿过每个相应像素的直线进行投影；以及对于所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列的每个时间帧，将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与每个像素的所述投影的值相乘，以产生所述时间分辨的三维图像； 其中，通过对于所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列的每个时间帧，将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与每个像素的所述投影的值相乘，使得所述时间分辨的三维图像上与成像区域中不希望的血管结构对应的信号调整为零，所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列基本上不存在与所述成像区域中不希望的血管结构对应的信号；其中，与三维图像相乘以额外的角度重复； 其中: i)最终的图像源自通过在两个或更多角度处相乘获得的图像估计产生的最小值；或者 ii)所述方法还包括: 对于所述时间分辨的三维图像，计算随着多个投影角度变化的一个或多个体素强度曲线.在至少一个体素强度曲线中识别至少一个异常；以及， 对于对应于所述异常的体素，在多个投影角度上平均体素强度。2.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述最终的图像源自通过在两个或更多角度处相乘获得的图像估计产生的最小值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，对于每个时间帧，通过基于逐个体素确定所述最小值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于每个时间帧，通过在两个或更多角度处相乘所获得的每个图像估计包括所述基本不具有时间分辨率的三维图像与在两个或更多角度中的各个角度处的投影的乘积的平方根。5.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括: 对于所述时间分辨的三维图像，计算随着多个投影角度变化的一个或多个体素强度曲线.在至少一个体素强度曲线中识别至少一个异常；以及， 对于对应于所述异常的体素，在多个投影角度上平均所述体素强度。6.根据权利要求5所述的方法，包括将依赖空间的时间滤波器施加到所述时间分辨的三维图像。7.根据权利要求1所述的方法，还包括:为所述时间分辨的三维图像的每个体素确定时间参数，其中所述时间参数是平均通过时间和达部分峰值时间中的至少一者。8.根据权利要求7所述的方法，其中确定时间参数包括:基于所述时间参数从所述时间分辨的三维图像去除阴影假象。9.根据权利要求7所述的方法，其中确定时间参数包括:将所述时间参数的颜色编码的显示叠加在所述时间分辨的三维图像和根据所述基本不具有时间分辨率的三维图像所产生的血容量图像中的至少一者上。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在单一源/单一检测器系统的源检测器机架的固定位置获取所述图像投影数据，直到注射的造影剂在视场中被检测到并且产生适当的动脉与静脉对比度，以允许获取整体具有基本均匀的对比度的三维旋转数据集，由此所述源检测器机架开始转动。11.根据权利要求10所述的方法，其中，在获取所述三维旋转数据集的最终角度处获取额外的时间分辨的流出物投影数据，并且所述流出物投影数据用于产生三维的时间分辨的流出物容量。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单次造影剂注射是动脉内注射和静脉内注射中的一者。13.一种用于产生对象的时间分辨的三维图像的方法，所述方法包括: 在多个源-检测器方向获得的多次造影剂注射期间，利用医疗成像系统从所述对象获取图像投影数据，所述医疗成像系统包括单一源/单一检测器阵列；以及 在所述多个源-检测器方向根据所获取的图像投影数据产生减影的仅具有血管的二维图像的时间序列； 其中，所述图像投影数据是在所述多次造影剂注射的其中一次注射期间以多个旋转角度获取的； 其中，根据所获取的图像投影数据的至少一部分重建基本上不具有时间分辨率的三维图像； 所述方法还包括: 通过将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列选择性结合，产生信噪比基本高于所述获得的图像投影数据的信噪比的时间分辨的三维图像； 其中，通过对于所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列的每个时间帧，将所述基本不具有时间分辨率的三维图像与每个像素的投影值相乘，使得所述时间分辨的三维图像上与成像区域中不希望的血管结构对应的信号调整为零，所述减影的仅具有血管的二维图像的时间序列基本上不存在与所述成像区域中不希望的血管结构对应的信号； 其中，与三维图像相乘在额外的角度重复；以及其中: i)最终的图像源自通过在两个或更多角度处相乘获得的图像估计产生的最小值；或者 ii)所述方法还包括: 对于所述时间分辨的...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯·A·米斯特雷塔，查尔斯·M·斯特罗瑟，
申请(专利权)人：米斯特雷塔医疗有限公司，CMS医疗有限公司，
类型：
国别省市：