血管數(shù)據(jù)處理和圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)、方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]部分地，本發(fā)明一般涉及血管系統(tǒng)和周圍血管系統(tǒng)成像和數(shù)據(jù)收集的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了設(shè)計、指導(dǎo)和評估治療，介入心臟病專家在導(dǎo)管插入程序期間結(jié)合了各種診斷工具。一般而言，使用熒光鏡檢查來實施血管的血管造影成像。進(jìn)而，醫(yī)師使用這種血管成像來在諸如搭橋手術(shù)或支架植入的介入期間診斷、定位和治療血管疾病。諸如光學(xué)相干斷層掃描(OCT)的血管內(nèi)成像技術(shù)和諸如血管內(nèi)超聲(IVUS)的聲學(xué)技術(shù)以及其它技術(shù)也是可以代替或與熒光鏡檢查結(jié)合使用以獲得有關(guān)給定受試者的血管狀況的高分辨率數(shù)據(jù)的有價值的工具。
[0003]也可以使用血流儲備分?jǐn)?shù)(FFR)來評價成像和血管造影期間的血管。血管內(nèi)OCT、IVUS和FFR分別是從內(nèi)部血管或針對感興趣的樣品收集光學(xué)、超聲和壓力數(shù)據(jù)的侵入性的基于導(dǎo)管的系統(tǒng)。血管造影術(shù)是在注射射線不透性造影流體期間從身體外收集數(shù)據(jù)的非侵入性X-射線成像方法。
[0004]血管內(nèi)光學(xué)相干斷層掃描是使用光來窺視冠狀動脈壁和生成其圖像用于研究的基于導(dǎo)管的成像模式。利用相干光、干涉法和微光學(xué)，OCT可以提供具有微米級分辨率的患病血管內(nèi)的視頻-速率體內(nèi)斷層掃描。使用光纖探針以高分辨率觀察亞表面結(jié)構(gòu)使OCT特別有利于內(nèi)部組織和器官的微創(chuàng)成像。使用OCT可能實現(xiàn)的這種細(xì)節(jié)水平允許臨床醫(yī)生診斷以及監(jiān)測冠狀動脈疾病的進(jìn)展。
[0005]考慮到上述各種技術(shù)的復(fù)雜度和其每個產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集的相關(guān)復(fù)雜度，實施兩個基于圖像的技術(shù)(諸如OCT和血管造影術(shù))之間的配準(zhǔn)是耗時的。因此，保留了關(guān)于血管內(nèi)圖像數(shù)據(jù)和血管造影圖像數(shù)據(jù)的實時配準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。一些配準(zhǔn)技術(shù)嚴(yán)重依賴用戶的交互。不幸地是，配準(zhǔn)期間的明顯的用戶交互使操作很費力，諸如需要手動地匹配圖像中的對應(yīng)點，用于算法的長等待期以返回配準(zhǔn)以及最終驗證結(jié)果，使得這種方法在許多臨床情境中不實用。另外，其它方法使用來自不同期或第三方控制的來源的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致時間不規(guī)則。另外，由于與干擾其它非侵入性成像模式的一些血管內(nèi)成像模式一起使用諸如染料的造影劑，會產(chǎn)生干擾這種模式之間的配準(zhǔn)的成像偽差和成像誤差。
[0006]相應(yīng)地，因此存在要解決與血管內(nèi)成像和血管造影成像有關(guān)的一個或多個上述挑戰(zhàn)的需要。本發(fā)明的實施例解決了這些挑戰(zhàn)和其它挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個實施例涉及用于諸如血管造影和OCT的兩種成像模式之間的配準(zhǔn)的方法。本發(fā)明的一個實施例涉及用于實施血管造影圖像和OCT圖像之間的配準(zhǔn)的一種或多種方法。
[0008]本發(fā)明的一個實施例涉及用于對沒有諸如染料的造影劑和有造影劑的幀(frame)上的固定標(biāo)記帶實施檢測的方法。另外，本發(fā)明的一個實施例還提供當(dāng)穿過血管的內(nèi)腔時對這種標(biāo)記帶的跟蹤，從而在之后的撤回幀上跟蹤標(biāo)記帶，包括從沒有造影劑的幀跟蹤至有造影劑的幀。
[0009]在一個實施例中，約20和100幀的血管造影圖像幀之間和約100和約1500幀的OCT圖像幀之間配準(zhǔn)的時間段的范圍為從約2秒至約30秒。在一個實施例中，在小于約10秒內(nèi)對OCT撤回期間獲得的血管造影圖像數(shù)據(jù)和OCT圖像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)進(jìn)行配準(zhǔn)。在一個實施例中，數(shù)據(jù)收集探針的撤回的范圍為從約4至約10秒。在一個實施例中，使用幀抓取器實時獲得血管造影幀。以與由于撤回獲得的OCT圖像數(shù)據(jù)幀同步的方式抓取血管造影數(shù)據(jù)幀。
[0010]在一個實施例中，配準(zhǔn)方法在約3至約5秒的配準(zhǔn)時間段內(nèi)將撤回的成像期間獲得的圖像數(shù)據(jù)的OCT幀與這種撤回期間獲得的血管造影數(shù)據(jù)幀配準(zhǔn)。
[0011]在一個實施例中，本發(fā)明涉及包括幀抓取器、配置為在具有穿過血管的標(biāo)記的數(shù)據(jù)收集探針的撤回期間實施成像和生成關(guān)于血管的時間戳記(time stamped)的OCT圖像數(shù)據(jù)的OCT系統(tǒng)、一個或多個計算設(shè)備以及用戶界面的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中幀抓取器配置為獲得關(guān)于血管的血管造影圖像數(shù)據(jù)的時間戳記的幀。
[0012]在一個實施例中，OCT系統(tǒng)上發(fā)生血管造影數(shù)據(jù)的視頻捕捉。在一個實施例中，用戶手工地標(biāo)出血管造影圖像上的標(biāo)記帶。在一個實施例中，標(biāo)出的標(biāo)記帶在沒有造影劑的血管造影圖像上。在一個實施例中，用戶界面包括縱向OCT圖像面板、橫截面OCT圖像面板、一個或多個控制器以及血管造影圖像面板。在一個實施例中，用戶界面包括使計算設(shè)備執(zhí)行配置為配準(zhǔn)OCT圖像數(shù)據(jù)和血管造影圖像數(shù)據(jù)的一種或多種軟件模塊的配準(zhǔn)控制或按鈕。在一個實施例中，時間戳記用于提供血管造影幀和它們的對應(yīng)OCT幀之間的一級匹配，從而對于每個OCT幀，可以定位最接近的血管造影幀，反之亦然。另外，也記錄諸如撤回開始和停止的時間戳記事件以輔助配準(zhǔn)過程。
[0013]在一個實施例中，血管造影圖像上的光標(biāo)或其它標(biāo)識符指示符合選擇的OCT撤回幀的OCT導(dǎo)管參考標(biāo)記的位置。在一個實施例中，光標(biāo)或其它標(biāo)識符也可指示在其內(nèi)己計算MLA的用戶選擇的近端和遠(yuǎn)端的參考幀，和指示血管的平均直徑。可以通過血管造影幀上作為遠(yuǎn)程控制器或作為用戶界面的部分的OCT L-模式或光標(biāo)來控制對配準(zhǔn)OCT和血管造影圖像的滾動。
[0014]在一個實施例中，將諸如卷積矩陣的濾波核實現(xiàn)為包括行和列的矩陣和配置為實施圖像處理的元件，用于實施加強、銳化、圖形識別、檢測、跟蹤以及其它圖像處理任務(wù)。可以在各種預(yù)處理和其它處理階段中使用濾波核來對血管造影圖像數(shù)據(jù)或其它圖像數(shù)據(jù)實施圖像處理。
[0015]在一個實施例中，本發(fā)明涉及顯示血管的血管造影和血管內(nèi)表示的基于處理器的方法。該方法包括使用光學(xué)相干斷層掃描系統(tǒng)生成響應(yīng)于血管的距離測量的一組OCT圖像數(shù)據(jù)，該組包含沿血管的多個位置處的多個橫截面圖像；生成一組血管造影圖像數(shù)據(jù)，該組包含沿血管的多個位置處的多個二維圖像；以及基于時間戳記、時間戳記之間的關(guān)系中的一個或多個配準(zhǔn)血管造影圖像和OCT圖像，將OCT圖像中的特征與血管造影圖像中的特征匹配，和確定血管的中心線，以及使用中心線配準(zhǔn)OCT圖像和血管造影圖像。
[0016]在一個方面中，本發(fā)明涉及顯示血管的血管造影和血管內(nèi)代表的基于處理器的方法。該方法包括使用光學(xué)相干斷層掃描系統(tǒng)生成響應(yīng)于穿過血管的探針的撤回期間獲得的血管的距離測量的一組光學(xué)相干斷層掃描圖像數(shù)據(jù)，該組OCT圖像數(shù)據(jù)包含沿血管的多個位置處的多個橫截面圖像；使用光學(xué)相干斷層掃描系統(tǒng)的穿過血管的探針的撤回期間使用血管造影系統(tǒng)生成一組血管造影圖像數(shù)據(jù)，該組血管造影圖像數(shù)據(jù)包含撤回期間在不同時間點獲得的多個二維圖像；顯示包含使用OCT圖像數(shù)據(jù)生成的血管的第一縱視圖的第一面板；以及顯示包含使用幀中一個或多個點和經(jīng)過該一個或多個點的血管中心線來識別血管的血管造影圖像數(shù)據(jù)幀的第二面板。
[0017]在一個實施例中，方法還包括使用血管中心線將OCT圖像數(shù)據(jù)和血管造影數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，以產(chǎn)生對被跟蹤標(biāo)記的連續(xù)配準(zhǔn)，其中被跟蹤標(biāo)記設(shè)置在OCT數(shù)據(jù)收集探針上。在一個實施例中，方法還包括將OCT圖像數(shù)據(jù)和血管造影數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，從而通過用戶界面沿血管中心線選擇一個點改變第一縱視圖中的幀標(biāo)識符。在一個實施例中，方法還包括使用撤回速度或撤回長度來實施迭代搜索以根據(jù)撤回長度和/或撤回速度基于這種標(biāo)記的可能位置拒絕被跟蹤標(biāo)記的候選。
[0018]在一個實施例中，使用最短路徑技術(shù)和來自Dijkstra算法的多個處理步驟生成血管中心線。在一個實施例中，方法還包括使用強度剖面的疊加從一個或多個血管造影數(shù)據(jù)幀去除引導(dǎo)導(dǎo)管圖像的步驟。在一個實施例中，基本上在不存在造影溶液的情況下使用由一個或多個血管造影幀生成的路徑信息而生成血管中心線。在一個實施例中，方法I還包括生成用于每個檢測以及血管造影數(shù)據(jù)和光學(xué)相干斷層掃描數(shù)據(jù)之間的配準(zhǔn)的置信分?jǐn)?shù)。
[0019]在一個方面中，本發(fā)明涉及檢測血管內(nèi)探針標(biāo)記的方法，包括獲得基本上沒有造影劑圖像數(shù)據(jù)和包括血管內(nèi)探針標(biāo)記的第一幀血管造影圖像數(shù)據(jù)；獲得包含在血管內(nèi)探針標(biāo)記附近的造影劑圖像數(shù)據(jù)的第二幀血管造影圖像數(shù)據(jù)；以及檢測第一幀和第二幀中的血管內(nèi)探針標(biāo)記。
[0020]在一個實施例中，方法還包括對第二幀應(yīng)用圖像處理變換的步驟，以去除或更改第二幀中的特征，以及增加多個像素的強度的步驟，該多個像素包含第二幀中的導(dǎo)絲圖像。在一個實施例中，方法還包括生成多個圖像的平均強度值和從第一或第二幀減去平均強度的步驟。在一個實施例中，方法包括對第二幀應(yīng)用底帽算子和應(yīng)用形態(tài)學(xué)閉運算。
[0021]在一個實施例中，檢測血管內(nèi)探針標(biāo)記包括通過對第一幀和第二幀應(yīng)用多尺度高斯拉普拉斯算子來過濾包含第一幀和第二幀中的像素的候選標(biāo)記，和實施非極大值抑制過程來識別像素附近具有相對最大值的斑點。
[0022]在一個實施例中，方法還包括通過對二進(jìn)制圖像應(yīng)用歐幾里得距離變換而生成基于導(dǎo)絲的勢函數(shù)的步驟。方法也可以包括對負(fù)分?jǐn)?shù)冪應(yīng)用指數(shù)，乘以距離變換以計算勢函數(shù)。在一個實施例中，方法還包括使用快速行進(jìn)方法基于導(dǎo)絲基電勢確定多個測地距離。
[0023]在一個實施例中，方法還包括去除第一幀和第二幀中的陰影，增加第一幀或第二幀中的一個上的導(dǎo)絲的對比度，以及實施每個標(biāo)記候選的形態(tài)學(xué)圖像重建。在一個實施例中，方法包括使用基于Hessian的血管濾波器處理多個撤回幀；和使用模板匹配跟蹤從第一幀或第二幀中的一個經(jīng)多個撤回幀到所有撤回幀的血管內(nèi)探針標(biāo)記。在一個實施例中，方法還包括使用維特比(Viterbi)動態(tài)編程方法通過撤回期間獲得的多個幀跟蹤血管內(nèi)探針標(biāo)記。
[0024]在一個方面中，本發(fā)明涉及配準(zhǔn)穿過血管的撤回期間獲得的血管造影圖像數(shù)據(jù)和血管內(nèi)圖像數(shù)據(jù)的基于處理器的方法。該方法包括將多個光學(xué)相干斷層掃描數(shù)據(jù)幀儲存在存儲器中；將多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀儲存在存儲器中；處理該多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀，從而大體上減少一個或多個陰影；檢測多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀中的導(dǎo)管；去除多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀中檢測到的導(dǎo)管；生成多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀的血管中心線；檢測多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀中的探針標(biāo)記；沿一條或多條血管中心線跟蹤探針標(biāo)記的位置；以及使用跟蹤的位置配準(zhǔn)多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀和多個光學(xué)相干斷層掃描數(shù)據(jù)幀。
[0025]在一個實施例中，方法包括生成表明血管造影圖像數(shù)據(jù)幀和光學(xué)相干斷層掃描數(shù)據(jù)幀之間的配準(zhǔn)的置信水平的分?jǐn)?shù)。在一個實施例中，方法包括使用基于檢測到的導(dǎo)管的區(qū)域的采樣生成的強度剖面的疊加而實施對檢測到的導(dǎo)管的去除。
[0026]在一個實施例中，配準(zhǔn)多個血管造影圖像數(shù)據(jù)幀和多個光學(xué)相干斷層掃描數(shù)據(jù)幀的步驟包括使用計算設(shè)備生成配準(zhǔn)表，該配準(zhǔn)表包含血管造影圖像幀、多個每幀OCT時間戳記、多個每幀血管造影時間戳記以及光學(xué)相干斷層掃描圖像幀。在一個實施例中，方法還包括使用配準(zhǔn)表和計算設(shè)備在用戶界面中顯示OCT圖像和血管造影圖像中的支架表示。
[0027]在一個實施例中，方法還包括使用配準(zhǔn)表和配置為用于顯示側(cè)支的用戶界面來識別一個或多個OCT圖像或血管造影圖像中的側(cè)支。在一個實施例中，方法還包括基于配準(zhǔn)表設(shè)置OCT數(shù)據(jù)幀的間距，以調(diào)整撤回速度變化和基于間距在用戶界面中顯示縱視圖。
【附圖說明】
[0028]附圖不一定成比例，一般強調(diào)的是說明性原則。附圖在所有方面均被認(rèn)為是說明性的，而不旨在限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。
[0029]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的血管造影和血管內(nèi)成像和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的示意圖。
[0030]圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的受試者的感興趣區(qū)域和基于導(dǎo)管的數(shù)據(jù)收集探針的特征的示意圖。
[0031]圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的包括標(biāo)記的基于導(dǎo)管的數(shù)據(jù)收集探針的示意圖。
[0032]圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適合于控制或查看由圖1的系統(tǒng)和/或本文中描述的方法和軟件模塊生成的數(shù)據(jù)和圖像的圖形用戶界面的圖像。
[0033]圖3B示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適合于控制或查看由圖1的系統(tǒng)和/或本文中描述的方法和軟件模塊生成的數(shù)據(jù)和圖像的另一個圖形用戶界面的圖像。
[0034]圖4A和圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適合于處理和使用圖像數(shù)據(jù)的處理階段或處理步驟的示意圖。
[0035]圖5A示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的關(guān)于一些示例性預(yù)處理步驟或階段的流程圖。
[0036]圖5B示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的關(guān)于一些示例性血管中心線生成部分或階段的流程圖。
[0037]圖5C示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的關(guān)于一些示例性標(biāo)記檢測和配準(zhǔn)步驟或階段的流程圖。
[0038]圖6A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的配置為增強血管造影圖像中的可能是來自探針的標(biāo)記的斑點或其它像素區(qū)域的示例性底帽濾波器。
[0039]圖6B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與來自已通過應(yīng)用圖6A的濾波器增強的血管造影區(qū)域的像素的子集對應(yīng)的示例性斑點。
[0040]圖6C是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的絲檢測前的沒有造影劑的原始血管造影圖像。
[0041]圖6D是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出沒有造影劑的幀上導(dǎo)絲檢測的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0042]圖6E是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出應(yīng)用底帽算子后的導(dǎo)絲增強的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0043]圖6F是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出應(yīng)用具有一個標(biāo)度值的Hessian算子后的導(dǎo)絲增強的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0044]圖6G是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的基于適于與快速行進(jìn)法(FMM)過程一起使用的導(dǎo)絲生成的示例性電勢。
[0045]圖6H是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的使用FMM過程生成的距離圖。
[0046]圖61是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的導(dǎo)管和陰影去除之前的有造影劑的原始血管造影圖像。
[0047]圖6J是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出導(dǎo)管和陰影去除的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0048]圖6K是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的陰影去除之前的有造影劑的原始血管造影圖像。
[0049]圖6L是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出導(dǎo)管和陰影去除的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0050]圖6M是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的導(dǎo)絲檢測之前的有造影劑的原始血管造影圖像。
[0051]圖6N是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的示出關(guān)于圖6V的原始圖像的導(dǎo)絲檢測的結(jié)果的示例性血管造影圖像。
[0052]圖7A至圖7F示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的不同的基于軟件的圖像處理步驟的應(yīng)用，以基于一幀血管造影圖像數(shù)據(jù)生成圖。
[0053]圖8A至圖SC示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的基于圖搜索算法通過圖7F中生成的圖發(fā)現(xiàn)的各種最佳路徑