專利名稱：從投影照片進(jìn)行對(duì)象的三維重構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于三維重構(gòu)身體體積中移動(dòng)對(duì)象的設(shè)備和方法，其中所述身體體積可以經(jīng)歷周期性自運(yùn)動(dòng)，例如通過(guò)心跳或呼吸。
背景技術(shù)：
執(zhí)行脈管內(nèi)醫(yī)療介入，例如諸如在冠狀血管的狹窄放置支架，通常在X射線熒光檢查觀察下進(jìn)行。為了監(jiān)視支架的放置，在這里有用的是能夠盡可能精確地三維顯示它。然而由于心跳和呼吸，支架經(jīng)歷不斷的運(yùn)動(dòng)和變形，因此使用計(jì)算機(jī)斷層成像的已知三維成像法不可能容易地實(shí)現(xiàn)這樣的顯示。
就此而論，為了三維重構(gòu)脈管樹(shù)，我們知道在心跳階段從不同方向生成灌注有造影劑的血管的兩個(gè)投影系列(S.-Y.J.Shen，J.D.Carroll“基于雙平面血管造影序列的3D冠狀動(dòng)脈樹(shù)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)”，《SPIE會(huì)刊》，第3034卷，第358-368頁(yè)(1997))。在投影照片上，例如諸如分叉這樣的區(qū)別點(diǎn)被分割，從來(lái)自照片序列中相同階段的兩個(gè)投影但是從不同的投影方向，這些區(qū)別點(diǎn)的空間位置被重構(gòu)。最后，從所有這樣的重構(gòu)位置，心跳期間所述點(diǎn)的移動(dòng)以及由此所述脈管系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)被確定。所述方法應(yīng)用于定位諸如介入設(shè)備這樣的對(duì)象的應(yīng)用未被描述。此外，所述方法要求在正好一次心跳的持續(xù)時(shí)間內(nèi)以高速記錄照片的序列。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)該背景，本發(fā)明的目的是提供用于將例如諸如介入設(shè)備這樣的對(duì)象定位在患者的脈管系統(tǒng)中的裝置，其中所述對(duì)象和/或周?chē)眢w體積可以經(jīng)歷周期性或非周期性運(yùn)動(dòng)。
該目的由具有權(quán)利要求1的特征的設(shè)備，由具有權(quán)利要求4的特征的設(shè)備，由具有權(quán)利要求9的特征的方法和由具有權(quán)利要求10的特征的方法實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施方式包含在從屬權(quán)利要求中。
按照本發(fā)明的第一方面，根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備用于對(duì)身體體積中的移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)。所述對(duì)象可以特別是身體結(jié)構(gòu)(器官，血管部分，身體體積本身等)或者是導(dǎo)管上的介入設(shè)備，例如諸如支架，氣囊或?qū)Ь€，然而其中本發(fā)明并不局限于醫(yī)療應(yīng)用。所述對(duì)象的運(yùn)動(dòng)可以相對(duì)于身體體積發(fā)生(例如導(dǎo)管的前進(jìn))和/或與身體體積的運(yùn)動(dòng)一起發(fā)生(例如通過(guò)患者運(yùn)動(dòng)，呼吸，心跳)。
所述設(shè)備包括(電子)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含來(lái)自身不同方向的身體體積的一系列二維投影照片。數(shù)據(jù)處理單元耦接到所述存儲(chǔ)器，該數(shù)據(jù)處理單元被設(shè)置成執(zhí)行以下步驟a)在所述投影照片中所述對(duì)象或其環(huán)境的至少一個(gè)特征點(diǎn)的圖像的分割。按照定義，“所述對(duì)象或其環(huán)境的特征點(diǎn)”在這里是屬于所述對(duì)象或其環(huán)境的點(diǎn)，該點(diǎn)可以相對(duì)好地被定位在投影照片上。例如，它可以是血管分支或者導(dǎo)線或支架上的不透輻射標(biāo)記。此外，“分割”通常應(yīng)當(dāng)被理解成表示圖像點(diǎn)被分配到對(duì)象(在這里特征點(diǎn))。作為優(yōu)選，兩個(gè)或以上的不同特征點(diǎn)被分割并且分別經(jīng)歷隨后為“特征點(diǎn)”制定的進(jìn)一步處理。
b)為所述特征點(diǎn)指定空間參考位置。由于所述對(duì)象的未知運(yùn)動(dòng)，因此甚至從若干投影照片也不能確信地建立所述特征點(diǎn)的“真實(shí)”空間位置(在特定的時(shí)刻)。由于這個(gè)原因，在這里或多或少地隨機(jī)設(shè)置參考位置，所述參考位置隨后被作為解釋和排列所述照片的基礎(chǔ)。
c)計(jì)算所述三維對(duì)象空間和所述二維投影照片的變換，在其使用之后所述(被變換的)參考位置的投影分別與所述特征點(diǎn)的(被變換的)圖像相一致。典型地，這些變換中的一個(gè)被設(shè)置為相同，從而可以有效地發(fā)生所述對(duì)象空間的真變換或所述投影照片的真變換?！罢妗弊儞Q例如可以是平移，旋轉(zhuǎn)，放大(體積變化)，和/或-在更復(fù)雜的表述中-仿射變換。
在步驟c)中，例如所述投影照片可以被變換成使得在步驟a)中被分割的所述特征點(diǎn)的圖像在一個(gè)位置停止，在步驟b)中定義的所述參考位置被投影在所述位置上。作為另一選擇，對(duì)于每個(gè)投影照片所述參考位置可以被變換到新位置，該新位置的投影然后位于在步驟a)中被分割的所述特征點(diǎn)的圖像上。在兩種情況下，建立了描述所述投影照片在所述參考位置上的排列(或者所述參考位置在各個(gè)投影照片上的排列)的變換。
d)使用根據(jù)步驟e)計(jì)算的變換，從存儲(chǔ)的投影照片三維重構(gòu)所述對(duì)象，如果適用，三維重構(gòu)所述對(duì)象的環(huán)境，即通常的關(guān)注區(qū)域。
所述設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)在于可以使用來(lái)自存儲(chǔ)器的所有投影照片重構(gòu)所述對(duì)象，或者在所述對(duì)象的情況下的關(guān)注區(qū)域。由于可以借助于所述變換補(bǔ)償移動(dòng)對(duì)象的位置和形狀的變化，因此這能夠成功。在該聯(lián)系中特別有利的是對(duì)象的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上可以屬于任何類(lèi)型。
原則上可以隨意地設(shè)置所述方法的步驟b)中的特征點(diǎn)的假設(shè)空間參考位置。然而，有利地它被定以成使得它盡可能靠近特征點(diǎn)的實(shí)際或最可能的當(dāng)前位置。特別是，可以幾何地從兩個(gè)投影照片重構(gòu)參考位置，所述兩個(gè)投影照片是當(dāng)身體體積處于相同類(lèi)型的狀態(tài)時(shí)從不同方向獲得的。在該情況下可以假設(shè)在生成所述兩個(gè)投影照片期間，特征點(diǎn)位于大致相同的空間位置，其因此可以被精確地重構(gòu)。關(guān)于身體體積的狀態(tài)，這特別可以是心跳階段，其典型地用ECG記錄。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明涉及經(jīng)歷周期性自運(yùn)動(dòng)的身體體積中對(duì)象的三維重構(gòu)。所述對(duì)象特別可以身體結(jié)構(gòu)(器官，血管部分等)或者導(dǎo)管上的介入設(shè)備，例如諸如支架，氣囊或?qū)Ь€，然而其中本發(fā)明并不局限于醫(yī)療應(yīng)用。所述周期性自運(yùn)動(dòng)典型地為這樣一種運(yùn)動(dòng)，其例如由生物體中的心跳和/或呼吸導(dǎo)致。
所述設(shè)備包括(電子)存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片。對(duì)于每個(gè)所述投影照片，所述存儲(chǔ)器也包括相應(yīng)的參數(shù)值，所述參數(shù)值表征在生成所述投影照片的時(shí)刻身體體積的周期性自運(yùn)動(dòng)。所述參數(shù)例如可以是ECG值，數(shù)據(jù)處理單元耦接到所述存儲(chǔ)器，該數(shù)據(jù)處理單元被設(shè)置成執(zhí)行以下步驟a)在所述投影照片中所述對(duì)象的至少一個(gè)特征點(diǎn)的圖像的分割。如同早已解釋的，“所述對(duì)象的特征點(diǎn)”在這里是屬于所述對(duì)象的點(diǎn)，該點(diǎn)可以相對(duì)好地被定位在投影照片上。優(yōu)選地，所述對(duì)象的兩個(gè)或以上的不同特征點(diǎn)被分割并且分別經(jīng)歷隨后為“特征點(diǎn)”制定的進(jìn)一步處理。
b)將所述投影照片分成類(lèi)別，其中每個(gè)類(lèi)別將屬于分配給所述類(lèi)別的周期性自運(yùn)動(dòng)的特定階段的所有投影照片收集在一起。
c)從相應(yīng)類(lèi)別的至少兩個(gè)投影照片三維定位在上面指定的每個(gè)類(lèi)別的特征點(diǎn)。由于根據(jù)要求，已經(jīng)從不同的方向生成了投影照片，因此這樣的定位原則上是可能的。定位實(shí)際上也是可能的并且是可感覺(jué)，這是因?yàn)槭褂玫耐队罢掌醋韵嗤念?lèi)別，因此源自周期性自運(yùn)動(dòng)的相同階段，并且身體體積因此在投影照片中具有大致相同的形狀和位置。
d)計(jì)算三維變換，其中變換描述(其中)在從周期性自運(yùn)動(dòng)的一個(gè)階段過(guò)渡到另一個(gè)期間特征點(diǎn)的移動(dòng)或位移。由于從步驟c)，對(duì)應(yīng)于所述類(lèi)別的周期性自運(yùn)動(dòng)的不同階段的特征點(diǎn)的位置是已知的，因此確定這樣的變化是可能的。在最簡(jiǎn)單的情況下，所述變換是平移，其描述了一點(diǎn)的線性位移。如果觀察兩個(gè)以上的特征點(diǎn)，所述變換也可以是旋轉(zhuǎn)，放大(體積變化)，和/或-在更復(fù)雜的表述中-仿射變換。
e)使用根據(jù)步驟d)計(jì)算的變換，從存儲(chǔ)的投影照片三維重構(gòu)所述對(duì)象，如果適用，三維重構(gòu)所述對(duì)象的環(huán)境，即通常的關(guān)注區(qū)域。
所述設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)在于可以使用來(lái)自存儲(chǔ)器的所有投影照片重構(gòu)所述對(duì)象，或者在所述對(duì)象的情況下的關(guān)注區(qū)域。由于可以借助于所述變換補(bǔ)償由于身體體積的周期性自運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的對(duì)象的位置和形狀的變化，由于所述變換在數(shù)學(xué)上描述了-至少大致地-自運(yùn)動(dòng)的效果，因此這能夠成功。
本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)，其可以被應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的兩個(gè)設(shè)備的每一個(gè)，將在下面進(jìn)行闡述，其中為了簡(jiǎn)化，我們將僅僅說(shuō)“所述設(shè)備”。
在所述設(shè)備的情況下，步驟a)中的至少一個(gè)特征點(diǎn)的圖像的分割完全自動(dòng)或半自動(dòng)地發(fā)生。在后一情況下，所述設(shè)備優(yōu)選地包括耦接到數(shù)據(jù)處理單元的輸入單元，例如鍵盤(pán)和/或鼠標(biāo)，用戶可以通過(guò)所述輸入單元交互地支持分割。
所述設(shè)備還包括至少一個(gè)圖像生成設(shè)備，可以用所述圖像生成設(shè)備生成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的身體體積的一系列二維投影照片。該設(shè)備特別可以是用于生成X射線投影的X射線裝置和/或NMR設(shè)備。
所述設(shè)備還包括用于與生成投影照片并行地記錄參數(shù)的傳感器設(shè)備，所述參數(shù)表征身體體積的(或被指定的)周期性自運(yùn)動(dòng)。所述傳感器設(shè)備特別可以是用于記錄心電圖的心電圖描記設(shè)備和/或用于記錄呼吸階段的呼吸傳感器。
本發(fā)明還涉及基于數(shù)據(jù)量三維重構(gòu)身體體積中的移動(dòng)對(duì)象的方法，所述數(shù)據(jù)量包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片，該方法包括以下步驟a)在所述投影照片中分割所述對(duì)象或其環(huán)境的至少一個(gè)特征點(diǎn)的圖像；b)為每個(gè)特征點(diǎn)指定空間參考位置；c)計(jì)算所述對(duì)象空間和所述投影照片的變換，在其使用之后在每個(gè)被變換的投影照片中被變換的參考位置的投影每次與所述特征點(diǎn)的圖像一致；d)借助于算出的所述變換從所述投影照片三維重構(gòu)所述對(duì)象。
本發(fā)明還涉及基于一些數(shù)據(jù)對(duì)身體體積中經(jīng)歷周期性自運(yùn)動(dòng)的對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)的方法，所述一些數(shù)據(jù)包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片以及表征所述周期性自運(yùn)動(dòng)的各自相應(yīng)的參數(shù)的值，該方法包括以下步驟a)在所述投影照片中所述對(duì)象的至少一個(gè)特征點(diǎn)的圖像的分割；b)將所述投影照片分成類(lèi)別，每個(gè)類(lèi)別對(duì)應(yīng)于所述周期性自運(yùn)動(dòng)的給定階段；c)從該類(lèi)別的至少兩個(gè)投影照片三維定位所述類(lèi)別的每一個(gè)的所述特征點(diǎn)；d)計(jì)算三維變換，所述變換描述了被定位的所述特征點(diǎn)在周期性自運(yùn)動(dòng)的不同階段之間的運(yùn)動(dòng)；e)借助于計(jì)算出的所述變換從所述投影照片三維重構(gòu)所述對(duì)象。
所述兩種方法在通常情況下包括可以用上述類(lèi)型的設(shè)備執(zhí)行的步驟。關(guān)于本發(fā)明的細(xì)節(jié)的解釋、優(yōu)點(diǎn)和更多方面，我們參看上面給出的描述。
本發(fā)明的這些和其它方面顯而易見(jiàn)來(lái)自下文描述的實(shí)施例，并且將參考下文描述的實(shí)施例進(jìn)行闡述。


在附圖中
圖1顯示了在生成移動(dòng)對(duì)象的X射線圖片中的投影幾何形狀的圖示；圖2顯示了用于補(bǔ)償對(duì)象運(yùn)動(dòng)為對(duì)象空間所計(jì)算的變換的效果；圖3顯示了用于補(bǔ)償對(duì)象運(yùn)動(dòng)為投影照片所計(jì)算的變換的效果；圖4a，b顯示了從來(lái)自不同心跳階段的X射線圖像進(jìn)行對(duì)象的三維重構(gòu)的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式
首先，在圖1-3的基礎(chǔ)上闡述本發(fā)明的第一實(shí)施例。在下面的方法的情況下，任務(wù)是借助于從不同的投影方向拍攝的對(duì)象的二維X射線投影照片A1，A2，…An，…AN來(lái)執(zhí)行移動(dòng)對(duì)象(例如支架的或身體體積自身的)的三維重構(gòu)。
在這方面，圖1-3示意性地顯示了在旋轉(zhuǎn)X射線裝置掃描期間生成一系列X射線照片時(shí)存在的投影幾何形狀。這里，X射線圖片A1，A2，…An，…AN從投影中心F1，F(xiàn)2，…Fn，…FN開(kāi)始拍攝。在圖中，示意性地顯示在投影照片上的是血管部分，其在每種情況下由于不同的投影方向和被拍照的身體體積的運(yùn)動(dòng)而被不同地描繪(通過(guò)患者的運(yùn)動(dòng)，心跳，呼吸等)。沒(méi)有所述運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以從投影照片精確地三維重構(gòu)所關(guān)注的對(duì)象。然而，實(shí)際上對(duì)象以未知的方式運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)于穩(wěn)固連接到對(duì)象的特征點(diǎn)Q，產(chǎn)生在圖1中示意性顯示的運(yùn)動(dòng)軌道Q(t)。因此通常投影照片A1，A2，…An，…AN中的每一個(gè)在所述軌道的不同的、未知的點(diǎn)處記錄特征點(diǎn)Q。然而為了獲得盡可能好的對(duì)象重構(gòu)，提出了如下面所解釋的用于補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的方法。
所述方法基于跟蹤至少一個(gè)特征點(diǎn)，例如諸如在導(dǎo)管上的標(biāo)記點(diǎn)或血管的分支點(diǎn)。為此，除了前述特征點(diǎn)Q之外，優(yōu)選地使用一個(gè)或多個(gè)另外的特征點(diǎn)，其未在圖1-3中更具體地顯示。按照要求，通過(guò)X射線投影生成的特征點(diǎn)的圖像可以容易地被定位在投影照片上。因此例如在投影照片An中，用第n次投影Prn生成的特征點(diǎn)Q的圖像Prn(Q)可以完全自動(dòng)或半自動(dòng)地被分割。類(lèi)似的程序應(yīng)用于其它投影照片A1，A2，…AN。
圖1中還顯示了連接各自的投影中心Fn與特征點(diǎn)Q的圖像Prn(Q)的投影線。如果特征點(diǎn)不移動(dòng)，那么所有投影線將必須與其相交，從而可以精確地重構(gòu)其空間位置。然而，由于特征點(diǎn)Q的移動(dòng)，不存在所有相應(yīng)投影線的這樣的相交；相反，這些僅僅或多或少地在小體積(在圖1中的虛線)中彼此靠近。
在所述方法的下一步驟中，建立參考位置Q0(隨機(jī))，隨后所有投影照片A1，A2，…An，…AN將在所述參考位置上被排列。優(yōu)選地，該參考位置Q0被放置成盡可能地接近特征點(diǎn)Q的實(shí)際或可能的位置。在圖1中指示的方法的情況下，參考位置Q0例如被放置在單個(gè)投影線穿過(guò)其中的節(jié)點(diǎn)的中心。作為另一選擇，參考位置也可以被放置在兩個(gè)投影線(如果有的話)的交叉點(diǎn)，已知所述兩個(gè)投影線屬于來(lái)自身體體積運(yùn)動(dòng)的類(lèi)似狀態(tài)的投影照片(例如在心臟圖像的情況下屬于相同的心跳階段)。
在圖2中表示借助于所選參考點(diǎn)Q0來(lái)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的第一變化形式。在這里，對(duì)于每個(gè)投影照片，例如諸如投影照片An，確定空間中參考位置Q0的這種位移，從而投影照片An上的新位置的投影Prn精確地落入特征點(diǎn)Q的圖像中。參考位置Q0的前述位移(可選地與其它特征點(diǎn)的位移一起)現(xiàn)在可以被擴(kuò)展到整個(gè)對(duì)象空間的三維變換∑n。該變換∑n因此幾何地描述在觀察中的身體體積從(假想的)參考狀態(tài)過(guò)渡(平移，旋轉(zhuǎn)，放大等)到在投影照片An中記錄的狀態(tài)。由于也可以為其它投影照片計(jì)算相應(yīng)的變換∑1，∑2，…∑N，因此結(jié)果是可以通過(guò)計(jì)算補(bǔ)償身體體積的運(yùn)動(dòng)對(duì)投影照片A1，A2，…An，…AN的影響。然后可以從經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腦射線照片將身體體積重構(gòu)為高精度級(jí)。
圖3顯示了一種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ渥鳛閳D2的另一選擇，但是在效果方面是等價(jià)的。與圖2相比，在這里它不是由投影照片A1，A2，…An，…AN的二維變換σ1，σ2，…σn，…σN所計(jì)算的對(duì)象空間的三維變換。在該情況下，首先借助于已知的幾何投影Prn通過(guò)計(jì)算將設(shè)定參考位置Q0投影到各自的投影照片A1，A2，…An，…AN上，例如在投影照片An中其導(dǎo)致了參考位置的圖像Prn(Q0)。該計(jì)算出的圖像通常并不與實(shí)際特征點(diǎn)的表示圖像Prn(Q)一致。然而借助于可用信息(任選地也包括另外的特征點(diǎn))可以定義二維變換σn；當(dāng)這被使用時(shí)，投影照片An被精確地改變(位移，旋轉(zhuǎn)等)，使得特征點(diǎn)的被變換圖像與參考位置Q0的計(jì)算圖像一致，即σn(Prn(Q))＝Prn(Q)。
通過(guò)計(jì)算以及應(yīng)用所有二維變換σ1，σ2，…σn，…σN于投影照片A1，A2，…An，…AN，結(jié)果保證了所有投影照片在特征點(diǎn)的假想的、靜態(tài)的空間位置Q0上被補(bǔ)償。這使得有可能隨后使用所有(被變換的)投影照片來(lái)三維地重構(gòu)身體體積或位于其中的對(duì)象。
通常，在以上方法的情況下設(shè)置參考位置的隨機(jī)性導(dǎo)致的事實(shí)是，可以關(guān)于實(shí)際身體體積改變(位移，旋轉(zhuǎn)，壓縮等)身體體積的三維重構(gòu)。對(duì)于許多應(yīng)用，例如諸如將支架放置在血管中，該情況在實(shí)際上幾乎不是缺點(diǎn)。在這里更加重要的是被重構(gòu)體積的非常清楚的、幾乎不模糊的表示，通過(guò)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可以使其成為可能。
圖4顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在這里作為例子的應(yīng)用例中，這包括支架5的定位，所述支架被安裝到導(dǎo)管的尖端并且將盡可能精確地在需要治療的狹窄的區(qū)域中展開(kāi)。為了觀察該介入，旋轉(zhuǎn)式X射線裝置1是可用的，借助其在一次掃描中可以從不同的投影方向拍攝相關(guān)身體體積的二維投影照片An。
由于心跳，位于管狀血管中的支架5經(jīng)常地運(yùn)動(dòng)并且也可能變形(類(lèi)似的考慮應(yīng)用于呼吸，然而為了簡(jiǎn)化在下文中省略了陳述；基本上與心跳類(lèi)似地對(duì)其進(jìn)行處理)。與用X射線裝置1生成投影照片相比該運(yùn)動(dòng)相對(duì)快地發(fā)生。這導(dǎo)致的情況是在記錄的序列A1，A2，…An，…AN中，投影照片源自不同的心跳階段，并且實(shí)際上通常處于無(wú)序序列。從該情況開(kāi)始，使用提出的所述方法，并且考慮通過(guò)心跳的運(yùn)動(dòng)，將盡可能精確地重構(gòu)支架5的空間位置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，與X射線投影An并行地記錄參數(shù)，所述參數(shù)指示心跳階段。這例如可以是心電圖的電信號(hào)En，其用心電圖描記設(shè)備2記錄。
作為在圖4a的方框o中表示的準(zhǔn)備記錄程序的結(jié)果，我們因此具有X射線圖片An連同各自相應(yīng)的ECG階段En的序列(A1，E1)，…(An，En)，…(AN，EN)，其被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理單元4的存儲(chǔ)器3中。
在所述方法的第一處理步驟(方框a)中，在所有投影照片An上特征點(diǎn)R，Q的圖像Rn，Qn然后被分割。特征點(diǎn)是在照片上容易看到的特征，例如諸如標(biāo)記(在支架5，氣囊或?qū)Ь€上)，或解剖特征，例如血管的分叉。作為分割的結(jié)果，對(duì)于每個(gè)照片An我們知道與該照片相關(guān)的圖像坐標(biāo)(ξ，ζ)Rn，(ξ，ζ)Qn。取決于特征點(diǎn)的性質(zhì)，分割可以完全自動(dòng)地(例如在標(biāo)記的情況下)或半自動(dòng)地(例如在解剖結(jié)構(gòu)的情況下)發(fā)生，即具有用戶的交互性支持。
在所述方法的方塊b中，發(fā)生將可用投影An分成類(lèi)別K1，Kp，…KM這些分別對(duì)應(yīng)于周期性自運(yùn)動(dòng)的階段(或更準(zhǔn)確地說(shuō)，階段間隔)E1C1，EpC1，…EMC1。在這里給出了將心跳階段分成階段EpC1(長(zhǎng)度相等或不同)。所述類(lèi)別因此將X射線圖片An收集在一起成為源自(大致地)相同心跳階段的群集中。所述類(lèi)別在形式上例如可以被定義為根據(jù)Kp＝{n|En∈EpC1}的索引量。
在方塊c中，對(duì)于給定心跳階段EpC1的每一個(gè)，分別從(至少)兩個(gè)投影照片An1，An2來(lái)計(jì)算特征點(diǎn)R和Q的三維“真實(shí)”坐標(biāo)(x，y，z)Rp，(x，y，z)Qp，其中所述投影照片應(yīng)當(dāng)源自相同的心跳階段EpC1(即n1，n2∈Kp)。為了該計(jì)算，我們返回參看在方框a中確定的圖像坐標(biāo)(ξ，ζ)Rn，(ξ，ζ)Qn，以及參看從設(shè)備的校準(zhǔn)獲知的投影中心Fn1，F(xiàn)n2。而且，必要的計(jì)算方法可以從現(xiàn)有技術(shù)中充分公知。
在下一方框d中，關(guān)于心跳來(lái)計(jì)算每個(gè)特征點(diǎn)R，Q的運(yùn)動(dòng)域。在這里，為了為每個(gè)特征點(diǎn)R，Q確定運(yùn)動(dòng)矢量或位移矢量SRp-m，SQp-m的三維域，在不同的心跳階段p，m使用從方框c獲知的特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)(x，y，z)Rp，(x，y，z)Qp，(x，y，z)Rm，(x，y，z)Qm。這里位移矢量SQp-m例如描述特征點(diǎn)的位移，以及在心跳階段p的坐標(biāo)(x，y，z)Qp過(guò)渡到在心跳階段m的坐標(biāo)(x，y，z)Qm。
此外，基于位移矢量SRp-m，SQp-m，在方框d中為整個(gè)支架5或其環(huán)境的運(yùn)動(dòng)確定了變換∑p-m。在最簡(jiǎn)單的情況下，可以假設(shè)剛性平移，對(duì)于它的確定，單一特征點(diǎn)的位移矢量就足夠了。然而通常需要更真實(shí)的運(yùn)動(dòng)模型，其中至少兩個(gè)特征點(diǎn)R，Q用于確定平移、旋轉(zhuǎn)和/或放大。使用若干特征點(diǎn)，也有可能確定更復(fù)雜的變換，例如仿射。
在最后的方框e中，基于對(duì)象5的三維運(yùn)動(dòng)模型(方框d)，使用來(lái)自不同心跳階段的投影照片，重構(gòu)-其關(guān)于三維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償-在整個(gè)支架或關(guān)注區(qū)域發(fā)生。在來(lái)自不同心跳階段p1，p2的兩個(gè)投影照片An和Aj上顯示的每個(gè)圖像體積元(體元)的重構(gòu)中，關(guān)于相應(yīng)的對(duì)象點(diǎn)，在照片的心跳階段中考慮其位于不同的位置rp1和rp2。在這里前述位置由已知變換∑p1-p2鏈接。借助于該變換，由于心跳運(yùn)動(dòng)的影響可以由變換進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)使用來(lái)自具有高精度級(jí)的所有投影照片的信息，因此可以重構(gòu)所關(guān)注的區(qū)域，特別是支架5。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)身體體積中的移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)的設(shè)備，包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片(A1，A2，An，AN)，以及數(shù)據(jù)處理單元，該數(shù)量處理單元耦接到所述存儲(chǔ)器并且被設(shè)置成執(zhí)行以下步驟a)在所述投影照片(An)中所述對(duì)象或其環(huán)境的至少一個(gè)特征點(diǎn)(Q)的圖像(Prn(Q))的分割；b)為每個(gè)特征點(diǎn)(Q)指定空間參考位置(Q0)；c)計(jì)算所述對(duì)象空間和所述投影照片(An)的變換(∑n，σn)，在其使用之后被變換的參考位置的投影與所述特征點(diǎn)的各個(gè)被變換的圖像相一致；d)借助于計(jì)算出的所述變換(∑n，σn)從所述投影照片(An)對(duì)所述對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于在步驟b)中從兩個(gè)投影照片重構(gòu)特征點(diǎn)(Q)的空間參考位置(Q0)，所述兩個(gè)投影照片源自身體體積的相似狀態(tài)，特別源自相同類(lèi)型的心跳階段。
3.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于對(duì)象空間的變換(∑n)或投影照片的變換(σn)是相同的圖像。
4.用于對(duì)身體體積中經(jīng)歷周期性自運(yùn)動(dòng)的對(duì)象(5)進(jìn)行三維重構(gòu)的設(shè)備，包括存儲(chǔ)器(3)，該存儲(chǔ)器包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片(An)以及表征所述周期性自運(yùn)動(dòng)的各自相應(yīng)的參數(shù)(En)值，以及數(shù)據(jù)處理單元(4)，該數(shù)量處理單元耦接到所述存儲(chǔ)器(3)并且被設(shè)置成執(zhí)行以下步驟a)在所述投影照片(An)中所述對(duì)象(5)的至少一個(gè)特征點(diǎn)(R，Q)的圖像(Rn，Qn)的分割；b)將所述投影照片(An)分類(lèi)為類(lèi)別(Kp)，每個(gè)類(lèi)別對(duì)應(yīng)于所述周期性自運(yùn)動(dòng)的給定階段(EpC1)；c)從該類(lèi)別的至少兩個(gè)投影照片(An1，An2)來(lái)三維定位所述類(lèi)別(Kp)的每一個(gè)的所述特征點(diǎn)(R，Q)；d)計(jì)算三維變換(∑p_m)，其描述了被定位的所述特征點(diǎn)(R，Q)在周期性自運(yùn)動(dòng)的不同階段(p，m)之間的運(yùn)動(dòng)(SRp_m，SQp_m)；e)借助于計(jì)算出的所述變換(∑p_m)從所述投影照片(An)對(duì)所述對(duì)象(5)進(jìn)行三維重構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或4的設(shè)備，其特征在于所述變換(σn，∑n，∑p_m)包括平移，旋轉(zhuǎn)，放大和/或仿射變換。
6.如權(quán)利要求1或4的設(shè)備，其特征在于它包括用于在步驟a)中的交互式分割的輸入單元。
7.如權(quán)利要求1或4的設(shè)備，其特征在于它包括用于生成身體體積的該系列二維投影照片(An)的圖像生成設(shè)備(1)，優(yōu)選為X射線裝置(1)和/或NMR設(shè)備。
8.如權(quán)利要求1或4的設(shè)備，其特征在于它包括用于與生成投影照片并行地記錄表征身體體積的周期性自運(yùn)動(dòng)的參數(shù)(En)的傳感器設(shè)備(2)，其中所述傳感器設(shè)備優(yōu)選地包括心電圖描記設(shè)備(2)和/或呼吸傳感器。
9.基于一些數(shù)據(jù)對(duì)身體體積中的移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)的方法，所述一些數(shù)據(jù)包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片(A1，A2，An，AN)，該方法包括以下步驟a)在所述投影照片(An)中所述對(duì)象或其環(huán)境的至少一個(gè)特征點(diǎn)(Q)的圖像(Prn(Q))的分割；b)為每個(gè)特征點(diǎn)(Q)指定空間參考位置(Q0)；c)計(jì)算所述對(duì)象空間和所述投影照片(An)的變換(∑n，σn)，在其使用之后每次被變換的參考位置的投影與所述特征點(diǎn)的被變換的圖像相一致；d)借助于計(jì)算出的所述變換(∑n，σn)從所述投影照片(An)對(duì)所述對(duì)象進(jìn)行三維重構(gòu)。
10.基于一些數(shù)據(jù)對(duì)身體體積中經(jīng)歷周期性自運(yùn)動(dòng)的對(duì)象(5)進(jìn)行三維重構(gòu)的方法，所述一些數(shù)據(jù)包含來(lái)自不同方向的身體體積的一系列二維投影照片(An)以及表征所述周期性自運(yùn)動(dòng)的各自相應(yīng)的參數(shù)(En)值，該方法包括以下步驟a)在所述投影照片(An)中所述對(duì)象(5)的至少一個(gè)特征點(diǎn)(R，Q)的圖像(Rn，Qn)的分割；b)將所述投影照片(An)分成類(lèi)別(Kp)，每個(gè)類(lèi)別對(duì)應(yīng)于所述周期性自運(yùn)動(dòng)的給定階段(EpC1)；c)從該類(lèi)別的至少兩個(gè)投影照片(An1，An2)三維定位所述類(lèi)別(Kp)的每一個(gè)的所述特征點(diǎn)(R，Q)；d)計(jì)算三維變換(∑p_m)，其描述了被定位的所述特征點(diǎn)(R，Q)在周期性自運(yùn)動(dòng)的不同階段(p，m)之間的運(yùn)動(dòng)(SRp_m，SQp_m)；e)借助于計(jì)算出的所述變換(∑p_m)從所述投影照片(An)對(duì)所述對(duì)象(5)進(jìn)行三維重構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于三維重構(gòu)例如諸如患者的冠狀血管中的支架(5)這樣的對(duì)象的方法。在該過(guò)程中，從不同方向生成一系列X射線投影照片(A
文檔編號(hào)G06T7/00GK1886760SQ200480035334
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者V·拉舍, B·莫瓦薩希 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司