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CN107106106A - 针对具有减小的角范围的旋转c型臂计算机断层摄影的自适应分割 - Google Patents

针对具有减小的角范围的旋转c型臂计算机断层摄影的自适应分割 Download PDF

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CN107106106A CN201680005845.7A CN201680005845A CN107106106A CN 107106106 A CN107106106 A CN 107106106A CN 201680005845 A CN201680005845 A CN 201680005845A CN 107106106 A CN107106106 A CN 107106106A
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Abstract

本发明涉及一种用于自适应分割的系统(1)。所述系统(1)包括配置器(10)，所述配置器被配置为关于所述系统(1)的操作模式确定经调整的角范围(AR)并且被配置为基于所述经调整的角范围(AR)来确定分割参数(SP)。此外，所述系统包括图像传感器(20)，所述图像传感器被配置为采集所述经调整的角范围(AR)内的图像(I1、...、IN)。另外，所述系统包括分割器(30)，所述分割器被配置为使用所确定的分割参数(SP)基于所采集的图像(I1、...、IN)来生成分割模型。

Description

针对具有减小的角范围的旋转C型臂计算机断层摄影的自适 应分割
技术领域
本发明涉及C型臂X射线成像的领域。具体而言，本发明涉及用于自适应分割的系统和方法。
背景技术
C型臂计算机断层摄影X射线成像(C型臂CT)正接收用于复杂心脏介入(例如，经导管主动脉瓣植入，TAVI)的增加的兴趣。其允许导管室(缩写为Cathlab)中的主动脉解剖结构的三维3D评估，从而提供针对处置规划和介入引导的选项。
然而，针对处置规划和介入引导的要求相当不同。在处置规划背景下，需要分割的高准确度(并且因此高图像质量)，以便促进例如正确尺寸TAVI设备的选择。相反，在介入期间，关于分割准确度的要求是更低的，并且工作流程方面日益变得越来越重要。
EP 2 485 646 B1描述了被定位在针对结构心脏病处置的视角处的自动C型臂。提供了用于定位X射线图像采集设备的方法以及包括X射线图像采集设备并且适于自动地定位X射线图像采集设备的医学查看系统。
US 8 111 894 B2描述了用于采集图像数据的系统和方法，其可以被使用以便执行检查中的对象的扫描。C型臂CT系统被描述用于感兴趣对象的检查。如其中所描述的C型臂CT系统包括适于生成X射线的X射线管和采集C型臂CT切片的集合的X射线探测单元。
发明内容
可以存在对改进基于C型臂的计算机断层摄影X射线成像的领域中的设备和方法的需要。
这通过独立权利要求的主题来满足。根据从属权利要求和以下描述，另外的示范性实施例是明显的。
本发明的第一方面涉及一种医学成像系统，包括用于采集一角范围上的X射线图像的C型臂成像设备。所述系统包括：配置器，其被配置为关于C型臂的完全角范围(即，最大角范围)根据所述系统的操作模式确定经调整的角范围。所述配置器还基于所述经调整的角范围来确定分割参数。另外，所述系统包括：分割器，其被配置为使用所确定的分割参数基于所采集的所述图像生成分割模型。
如由本发明使用的术语“分割模型”可以指代分割技术的特定实例。可以在确定具有几何形状的重复形式的感兴趣结构或器官中执行所述分割技术。因此，所述分割器可以搜索朝向反映所述器官的形状的变化的概率模型，并且然后当分割图像时，所述分割器可以使用所述模型施加约束。
本发明有利地提供取决于经调整的角范围对分割技术的参数化(例如，模型特征)进行调整并且提供对应的图像处理功能的用于自适应分割的系统。所确定的分割参数可以被用作分割技术或所生成的分割模型的输入。
在操作中，C型臂设备执行用于采集经调整的角范围上的图像的旋转扫描。有利地，执行3D重建或部分3D重建，将所采集的图像当作输入。所述分割器可以然后在所述(部分)3D重建上操作以基于所确定的分割参数来执行最优分割。
本发明有利地提供用于C型臂CT(还被称为“XperCT”)或减小的范围的CT形CT的分割技术，其可以动态地调整到不同的采集范围以便优化用于特定应用的分割。与现有解决方案相反，本发明有利地允许解决例如TAVI使用情况(诸如介入流程期间的预处置规划和引导)的变化的要求。
由于特定采集的图像质量能够不允许准确的测量结果(例如，由于产生于角范围的减小的伪影)，本发明有利地提供由采集协议或分割参数所确定的图像处理功能与经调整的或减小的角范围之间的耦合。
优选地，所述系统还包括：显示设备，其被配置为显示所生成的分割模型。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于自适应分割的方法，所述方法包括以下步骤：
a)由配置器关于所述系统的操作模式确定经调整的角范围并且基于所述经调整的角范围来确定分割参数；
b)由成像传感器处理器采集所述经调整的角范围内的图像；并且
c)由分割器使用所确定的分割参数基于所采集的图像来生成分割模型。
根据本发明的示范性实施例，所述系统还可以包括：可配置用户接口，其被配置为选择性地显示被用于基于所述经调整的角范围控制所述系统的功能。即，取决于所述经调整的角范围，所述用户接口的特定功能可以由接口配置器更改、启用和/或停用。这有利地提供所述图像处理功能与所述经调整的角范围之间的耦合。例如，可以借助于所述接口配置器允许或拒绝所述用户接口中的特定图像测量功能的使用。
根据本发明的示范性实施例，所述系统还可以包括：图像分析器，其被配置为基于所生成的分割模型来识别所需要的图像上的标志。可以使用所述分割模型来识别所述标志。所述标志可以从所述图像分析器导出，所述图像分析器也能够使用所述成像参数或所述分割参数。
根据本发明的示范性实施例，所述图像分析器可以备选地或者额外地被配置为基于所生成的分割模型来在所采集的图像上执行测量。例如，所述测量可以是摄影(photogrammetric)测量(即，根据所采集的图像进行测量)，特别地用于恢复表面或本体的结构或位置的长度或距离。这有利地改进摄影测量和/或标志识别的准确度。例如，摄影测量可以是人体中的血管的主动脉或动脉或静脉的直径或长度测量结果。
根据本发明的示范性实施例，所述配置器被配置为关于所述系统的操作模式确定成像参数。这有利地改进所采集的图像的质量。
根据本发明的示范性实施例，所述配置器被配置为以以下形式来确定所述成像参数：由所述成像传感器使用以采集所述图像的X射线电压；或由所述成像传感器所使用的采集速度；或由所述成像传感器所使用的所采集的图像的所确定的数量。这有利地还改进所采集的图像的质量。
根据本发明的示范性实施例，所述配置器被配置为关于作为所述系统的操作模式的以下各项确定经调整的角范围或成像参数：
处置规划模式；或
介入前检查模式；或
介入中检查模式；或
介入后检查模式。
换句话说，基于当前使用所述系统的什么种类的操作模式(即，处置规划模式；或介入前检查模式；或介入中检查模式；介入后检查模式)，可以确定至少一个或两者，即，所述经调整的角范围和/或所述成像参数。
根据本发明的示范性实施例，所述配置器被配置为确定达到180°或达到140°或达到110°或达到90°的所述经调整的角范围。由于工具(例如，C型臂和另外的工具或设备)的接近或布置，因而这有利地允许减少用户执行介入流程的损伤。
根据本发明的示范性实施例，所述分割器被配置为关于所述经调整的角范围生成所述分割模型。这有利地改进所生成的分割模型的质量。
本文所描述的方法、系统和设备可以被实施为数字信号处理器DSP中、微控制器中或任何其他旁处理器中的软件，或被实施为专用集成电路ASIC内或作为被设计为在制造之后由用户或设计师配置的集成电路的现场可编程门阵列中的硬件电路。
可以在数字电子电路或计算机硬件、固件、软件或其组合中(例如，在常规医学设备或医学成像设备的可用硬件或在专用于处理本文所描述的方法的新硬件中)实施本发明。
本发明的这些和其他方面将根据下文中所描述的实施例变得显而易见，并且参考下文中所描述的实施例得到阐述。将参考以下示意图更清楚地理解本发明和其伴随优点的更完整的理解。
附图说明
将参考未按比例绘制的以下示意图更清楚地理解本发明和其伴随优点的更完整的理解，其中：
图1示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的系统的示意图；
图2示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的方法的流程图的示意图；
图3示出了根据本发明的示范性实施例的医学成像设备的示意图；
图4示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的系统的示意图；
图5示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的方法的流程图的示意图；
图6示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的系统的示意图；并且
图7示出了用于解释本发明的来自使用160度、140度和110度重建的主动脉的基于模型的分割的结果的示意图。
具体实施方式
附图中的图示仅是示意性的并且不旨在提供比例关系或尺寸信息。在不同的附图或示图中，相似或者相同元件被提供有相同附图标记。通常，相同部分、单元、实体或步骤在描述中被提供有相同附图标记。
如本发明使用的术语“分割”可以指代将如存在于数字图像中-或如存在于所采集的图像的系列中的多幅图像中-的数字图像或结构分割或划分为多个分段段的过程。通过分割，可以改进另外的图像处理或图像分析。
图1示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的系统的示意图。
根据本发明的医学成像系统1可以包括配置器10、C型臂成像设备20和分割器30。
配置器10可以被配置为关于系统1的操作模式确定经调整的角范围AR并且可以被配置为基于经调整的角范围AR来确定分割参数SP。
成像设备20是C型臂类型的X射线成像设备，如本领域中自身已知的。成像设备包括被安装在C型臂支撑体上的X射线源和X射线探测器；探测器被配置为探测X射线并且将其转换为电子信号。
分割器30可以被配置为使用所确定的分割参数SP基于所采集的图像I1、...、IN生成分割模型。所生成的分割模型的运行或执行可以创建明确的分割步骤，其中，分割参数SP被用作针对分割模型的输入。
分割模型可以被用作如可以生成例如主动脉分段的基于模型的分割的分割技术的实施方式。
分割参数SP可以是用于分割技术或分割模型的特定设置或输入。
分割器30可以是配置引擎，其基于分割参数SP生成分割模型。
配置器10和/或分割器30可以是包括分离的功能的软件或硬件模块或软件或硬件功能单元。换句话说，配置器10和/或分割器30可以是独立的可交换的模块，例如，可以被分布在数据处理系统或数据处理计算机网络上的硬件或软件实体。优选地，配置器10和分割器30被提供为专用成像工作站的部分。
根据本发明的示范性实施例，所采集的图像I1、...、IN可以与基于模型的分割组合以允许自动标志识别(例如，冠状动脉口)和测量结果(例如，环体直径)的生成。针对处置规划和介入引导的要求相当不同。在规划中，分割结果的高质量和高准确度是期望的。另一方面，在介入期间，工作流程方面是更重要的。出于该目的，减小的角范围可以被用于采集可以足够准确的图像I1、...、IN，同时避免对于具有C型臂的全旋转扫描的需要。
根据本发明的示范性实施例，分割技术的参数化可以取决于可用的角范围而被调整。因此，分割可以适于不同的采集范围。
根据本发明的示范性实施例，系统1还可以包括接口配置器40，接口配置器40被配置为更改或启用或停用功能，如由被用于基于所确定和经调整的角范围AR控制系统1的接口配置器40所显示的。
根据本发明的示范性实施例，系统1还可以包括图像分析器50，图像分析器50被配置为基于所生成的分割模型来识别所采集的图像I1、...、IN上的标志，和/或被配置为基于所生成的分割模型，在所采集的图像I1、...、IN上执行摄影测量。
根据本发明的示范性实施例，配置器10可以被配置为关于系统1的操作模式确定成像参数IP。例如，操作模式可以是用于介入前流程或介入后流程中的处置规划的模式，或者操作模式可以是介入流程期间的模式，例如，与任何种类的介入引导有关的模式。
图2示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的方法的流程图的示意图。
作为方法的第一步骤，由配置器10实行关于系统1的操作模式确定S1经调整的角范围AR，并且实行由配置器10基于经调整的角范围AR确定分割参数SP。
作为方法的第二步骤，由成像传感器处理器20实行采集S2经调整的角范围AR内的图像I1、...、IN。
作为方法的第三步骤，由分割器30实行使用所确定的分割参数SP基于所采集的图像I1、...、IN生成S3分割模型。
根据本发明的示范性实施例，可以实行另外的步骤S4，包括基于经调整的角范围AR对如由接口配置器40所显示的功能的更改或启用或停用。可以由接口配置器40执行修改。
根据本发明的示范性实施例，可以实行另外的步骤S5，包括由图像分析器60基于所生成的分割模型对所采集的图像上的标志的识别。
根据本发明的示范性实施例，步骤S5还可以包括基于所生成的分割模型在所采集的图像I1、...、IN上执行测量。
图3示出了根据本发明的示范性实施例的医学成像设备的示意图。
根据本发明的示范性实施例，除如先前所描述的系统1之外，医学成像系统200可以包括显示设备210，其中，显示设备210被配置为显示所生成的分割模型。
图4示出了根据本发明的示范性实施例的医学成像系统的示意图。
系统1可以包括配置器10、C型臂成像设备20和分割器30。
配置器10可以被配置为关于系统1的操作模式确定经调整的角范围AR并且可以被配置为基于经调整的角范围AR来确定分割参数SP。
图像传感器20可以被配置为采集经调整的角范围AR内的图像I1、...、IN。
分割器30可以被配置为使用所确定的分割参数SP基于所采集的图像I1、...、IN生成分割模型。
图5示出了根据本发明的示范性实施例的用于自适应分割的方法的流程图的示意图。
首先，由配置器10实行关于系统1的操作模式确定S1经调整的角范围AR，并且由配置器10实行基于经调整的角范围AR来确定分割参数SP。
随后，由成像传感器处理器20实行采集S2经调整的角范围AR内的图像I1、...、IN。
最后，由分割器30实行使用所确定的分割参数SP基于所采集的图像I1、...、IN生成S3分割模型。
图6示出了根据本发明示范性实施例的用于自适应分割的系统的示意图。
根据本发明的示范性实施例，对于TAVI情形的C型臂CT而言，可以依据可配置分割技术和自适应用户接口来实施所提出的发明，如在图6中所描绘的。
根据本发明的示范性实施例，使用旋转扫描的经调整的角范围和其他成像参数IP，依据配置器10的模型配置器可以被用于调节分割模型的分割参数SP的形式的性质，以便优化结果的质量。对于基于模型的分割技术而言，这可以包括例如边界探测器或内部能量(其控制准确度与鲁棒性之间的折中)。
根据本发明的示范性实施例，尽管全范围C型臂CT采集的图像质量能够可用于规划目的，但是这可以不被实现用于关于工作流程方面优化的短距离采集。可以通过经调整的角范围AR定义短距离采集。因此，取决于图像质量和/或取决于成像参数IP，不同的对应的功能应当或应当不可用于用户。换句话说，可以关于成像参数IP定制功能。
根据本发明的示范性实施例，在图6中，示出了预期的分割框架，其提供了经调整的模型参数和选定的图像处理功能。使用例如120度重建，模型配置器形式的配置器10可以依据分割模型的分割参数SP选择适当的参数化，以便优化如由所生成的分割模型执行的分割。尽管出于查看规划目的图像质量可以是足够的，但是例如，测量功能可以由接口配置器40停用。
根据本发明的示范性实施例，TAVI背景下的两个常见使用情况的工作流程可以如下所示：
如果足够质量(和必要的测量结果)的介入前C型臂CT数据集是可用的，则医师能够主要对查看规划感兴趣。因此，他可以选择具有对工作流程的最小影响的减少的角扫描。
在该背景下，配置器10可以被配置为在分割之前确定最优的模型参数或分割参数SP。由于在具有经调整的角范围AR的减少的角扫描中详细的测量结果是不可行的，因此仅用于查看规划的功能将可用于用户。
根据本发明的示范性实施例，在紧急情况下，用户可能必须直接在Cathlab中进行规划。因此，用户可以选择高-在最大可用的方面高的-质量全范围扫描(例如，在160°的角范围上)。此外，系统1的配置器10将选择最优参数集合，同时测量功能将被激活。
根据本发明的示范性实施例，系统1可以被配置为应对由于要么C型臂主体保护要么操作者停止采集的取消的旋转采集。投影数据的可用角范围可以被分析并且被映射到利用最相似的角范围训练的参数模型。
根据本发明的示范性实施例，系统1可以被配置为被用于支持所谓的“徒手”采集，其中，角范围预先未确定而是由操作者在采集期间选择。
视觉反馈可以使用接口配置器40实时被给予操作者，例如，红光可以经由显示设备210显示，只要角范围低于特定最小值，例如，120°。特定最小值可以由操作模式确定或可以由针对系统1的应用所确定的阈值定义。
根据本发明的示范性实施例，黄光可以在范围足够用于查看规划时(例如，120°到150°)经由显示设备210显示，并且绿光可以此后在范围足够用于测量应用时经由显示设备210显示。
图7示出了在图7中从左到右描绘的用于解释本发明的来自使用160度、140度和110度重建的主动脉的基于模型的分割的结果的示意图。
出于说明的目的，在图7中描绘了通过针对不同的重建的模型网格的相同拓扑区域的切片。
根据本发明的示范性实施例，利用经调整的角范围AR的减小和成像伪影的增加，如由分割器30执行的分割可以变得失真-当比较160度、140度和110度重建时-如由白色箭头所指示的，这示出随着减小的角范围的相当地减小的测量结果准确度。
必须指出，参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言，参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。
然而，本领域技术人员根据以上和前述描述将获悉，除非另行指出，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请所公开。
然而，可以组合所有特征，这提供超过这些特征的简单加和的协同效应。
尽管在附图和前述描述中已经详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述将被认为是说明性或示范性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践所请求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，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。单个处理器或控制器或其他单元可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。尽管互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种医学成像系统(1)，包括：
C型臂成像设备(20)，其用于采集一角范围上的X射线图像(I1、...、IN)；
配置器(10)，其被配置为：i)根据所述系统(1)的操作模式确定经调整的角范围(AR)，所述经调整的角范围是关于C型臂的完全角范围被调整的；并且ii)基于所述经调整的角范围(AR)来确定分割参数(SP)，以及
分割器(30)，其被配置为使用所确定的分割参数(SP)基于所采集的图像(I1、...、IN)来生成分割模型。
2.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述系统(1)还可以包括可配置用户接口，所述可配置用户接口被配置为选择性地显示被用于基于所述经调整的角范围(AR)控制所述系统的功能。
3.根据权利要求1或2所述的系统，
其中，所述系统(1)还包括图像分析器(50)，所述图像分析器被配置为基于所生成的分割模型来识别所采集的图像(I1、...、IN)上的标志。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述系统(1)还包括图像分析器(50)，所述图像分析器被配置为基于所生成的分割模型来在所采集的图像(I1、...、IN)上执行测量。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述配置器(10)被配置为关于所述系统(1)的操作模式确定成像参数(IP)。
6.根据权利要求5所述的系统，
其中，所述配置器(10)被配置为以以下形式来确定所述成像参数(IP)：由所述成像设备(20)使用以采集所述图像(I1、...、IN)的X射线电压；或由所述成像设备(20)使用的采集速度；或由所述成像设备(20)使用的所采集的图像(I1、...、IN)的所确定的数量。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述配置器(10)被配置为关于作为所述系统(1)的所述操作模式的以下各项确定所述经调整的角范围(AR)或所述成像参数(IP)：
处置规划模式；或
介入前检查模式；或
介入中检查模式；或
介入后检查模式。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述配置器(10)被配置为确定达到180°或达到140°或达到110°或达到90°的所述经调整的角范围(AR)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，
其中，所述分割器(30)被配置为关于所述经调整的角范围(AR)生成所述分割模型。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，还包括显示设备(210)，所述显示设备被配置为显示所生成的分割模型。
11.一种用于自适应分割的方法，所述方法包括以下步骤：
a)由配置器(10)根据X射线成像系统(1)的操作模式关于C型臂成像设备(20)的完全角范围确定(S1)经调整的角范围(AR)，并且基于所述经调整的角范围(AR)来确定分割参数(SP)；
b)由所述成像设备(20)采集(S2)所述经调整的角范围(AR)内的图像(I1、...、IN)；并且
c)由分割器(30)使用所确定的分割参数(SP)基于所采集的图像(I1、...、IN)来生成(S3)分割模型。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述方法还包括由接口配置器(40)基于所述经调整的角范围(AR)来更改、启用或停用用户接口中的功能的步骤(S4)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其中，所述方法还包括由图像分析器(60)基于所生成的分割模型来识别所采集的图像上的标志的步骤(S5)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括基于所生成的分割模型来在所采集的图像(I1、...、IN)上执行摄影测量的步骤。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
其中，所述方法还包括由所述配置器(10)关于所述系统(1)的操作模式确定成像参数(IP)的步骤。
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