CN106999129A - 数字减影血管造影术 - Google Patents
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Abstract
数字减影血管造影术(DSA)使得能够在通过X射线装置观察心脏时，使用造影剂的注射来显示心脏周围的血管结构。当检查时，DSA序列的质量可能受到患者的呼吸的影响。这是因为形成DSA序列的图像是使用X射线模态收集的，并且因此患者内部的透明组织的独立移动引起在DSA图像中出现运动伪影。根据本发明的一方面，提供了方法、设备、X射线***、计算机程序元件和计算机可读介质，其能够校正出现在DSA图像中的源自于心脏的运动和由患者的呼吸引起的运动的伪影。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提供数字减影血管造影的设备、一种用于提供数字减影血管造影的方法、一种X射线成像装置、一种计算机程序元件和一种计算机可读介质。
背景技术
数字减影血管造影术(DSA)是从最终图像中移除背景结构的X射线成像方法。采集包含背景结构的掩模图像。然后，注射造影剂。随后采集含有造影剂的血管和灌注组织的图像。从含有所注射的血管和灌注组织的图像中减去掩模图像。以这种方式，血管或组织与它们的背景之间存在经改进的对比度。
US 4729379讨论了数字减影血管造影术。遗憾的是，DSA技术在心脏流程中不那么有用，这是因为它对患者运动敏感。
发明内容
具有用于提供心脏数字减影血管造影术的经改进的技术将是有利的。
本发明的目的是通过独立权利要求的主题名称来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于提供数字减影血管造影的设备、用于提供鲁棒的数字减影血管造影的方法，并且适用于X射线成像装置，同样适用于计算机程序元件和计算机可读介质。
为此，本发明的第一方面提供了一种用于提供数字减影血管造影的设备，包括：
-接口单元；
-处理单元；以及
-输出单元。
所述接口单元被配置为提供：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列；以及(iii)介入图像，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的。
所述处理单元被配置为：选择所述多幅呼吸相位图像中的处于与所述介入图像相似的呼吸相位的第一呼吸相位图像，其中，所述第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的；并且通过从所述介入图像中减去所述第一呼吸相位图像来生成呼吸校正的介入图像；并且选择与所述第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；并且选择与所述第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像；并且通过从所述第二心脏相位图像中减去所述第一心脏相位图像来生成心脏相位校正的图像；并且补偿所述心脏相位校正的图像，以考虑到呼吸运动；并且从所述呼吸校正的介入图像中减去运动补偿的心脏相位校正的图像。
所述输出单元被配置为向用户显示血管造影图像。
有利地，根据第一方面的用于提供数字减影血管造影的设备补偿了由于组织层的X射线透明度而出现的数字减影血管造影中的叠加组织层的反向运动。
另外，正在经受这种检查的患者不需要长时间屏住呼吸，这是因为仅需要在稳定的呼吸状态下捕捉一个心脏周期。典型地，与现有协议中通常要求患者屏住呼吸10至20秒相比，根据本发明的第一方面的设备需要患者屏住呼吸仅1秒钟。
另外，根据本发明的第一方面的用于提供数字减影血管造影的设备提高了患者的血管和灌注组织的可见性，这是因为与患者运动相联系，特别是与患者的呼吸相联系的模糊和伪影被去除。这允许减少注射到患者中的造影剂的量。
另外，根据本发明的第一方面的设备允许以更少的视觉伪影来显现心脏灌注检查。灌注检查比经典的血管造影术检查持续长得多的时间，并且因此例如由患者呼吸引起的残留运动的影响在灌注检查中被恶化。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供鲁棒的数字减影血管造影的方法。所述方法包括以下步骤：
a)提供：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列；以及(iii)介入图像，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的；
b)选择所述多幅呼吸相位图像中的处于与所述介入图像相似的呼吸相位的第一呼吸相位图像，其中，所述第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的；
c)通过从所述介入图像中减去所述第一呼吸相位图像来生成呼吸校正的介入图像；
d)选择与所述第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；
e)选择与所述第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像；
f)通过从所述第二心脏相位图像中减去所述第一心脏相位图像来生成心脏相位校正的图像；
g)对所述心脏相位校正的图像进行运动补偿，以考虑到呼吸运动；
h)从所述呼吸校正的介入图像中减去运动补偿的心脏相位校正的图像，以提供血管造影图像；并且
i)显示所述血管造影图像。
对根据本发明的第二方面的方法的使用产生以上结合第一方面所讨论的优势。
根据本发明的第三方面，提供了一种X射线成像装置。所述X射线成像装置包括：
-具有X射线源和X射线探测器的X射线采集设备；以及
-如前所述的用于提供数字减影血管造影的设备。
所述X射线图像采集设备被配置为采集患者的胸部的图像数据，并将所述数据提供给所述用于提供数字减影血管造影的设备的接口。
有利地，对根据本发明的第三方面的X射线成像装置的使用产生以上结合第一方面所讨论的优势。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制如前所述的装置的计算机程序元件，当所述计算机程序元件由处理单元运行时，所述计算机程序元件适于执行如前所述的方法的步骤。
有利地，对根据本发明的第四方面的计算机程序元件的使用产生以上结合第一方面所讨论的优势。
根据本发明的第五方面，提供了一种存储有如前所述的程序元件的计算机可读介质。
有利地，对根据本发明的第五方面的计算机程序元件的使用产生以上结合第一方面所讨论的优势。
术语“心脏相位图像序列”、“呼吸相位图像序列”和“介入图像”应当被理解为指代来源于X射线图像序列的图像的序列。心脏相位图像序列优选地在屏住呼吸时被采集，并且包含至少一个心脏周期。典型地，它将短至1秒钟。呼吸相位图像序列典型地比心脏相位图像序列更长，并且包含从完全呼出状态至完全吸入状态采集的呼吸周期的至少一半。例如，呼吸周期可以从呼出延伸到吸入，反之亦然。在心脏相位图像序列和呼吸相位图像序列的采集期间，造影剂不存在。介入图像是在注射造影剂之后获得的诊断图像，在该点处，患者自由地正常呼吸。介入图像是在造影剂已经被注射到患者中之后捕捉到的图像。
在本说明书中使用的术语“利用(第一或第二)心脏相位指数进行索引”是指能够通过向心脏相位图像序列中的每幅图像分配指数来使对心脏相位图像序列中的心脏图像进行捕捉的时刻与某一心脏相位在时间上相关的事实。所述指数能够是与心脏相位图像序列的帧号、或绝对时间戳、或从心电图(ECG)导出的量度相关的整数。备选地，由于心脏周期是重复的过程，因此指数可以是以度或弧度测得的角度。许多不同类型的索引也是适用的，只要它们允许将介入图像与患者的心脏周期同步。作为备选方案，能够使用对心脏相位图像序列的图像处理操作来确定心脏相位指数。
术语“呼吸相位”表示在最大呼出(0％)状态与最大吸入(100％)状态之间的胸部的许多可能的过渡状态之一，反之亦然。呼吸相位能够通过百分比、或者以度或弧度的角度(因为它是周期性的)来表示。备选地，这可以参考应用于呼吸相位图像序列的图像的呼吸相位图像指数来定义。能够应用许多技术来导出呼吸相位。例如，可以使用分割方法在极值点之间跟踪隔膜的偏转。
因此，可以将提供双减影方案考虑为本发明的另外的方面。第一减影减去背景结构、以及呼吸相关的结构。第二减影去除残留的心脏运动伪影。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，并且将参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。
附图说明
将参考以下附图描述本发明的范例性实施例：
图1示出了根据本发明的方面的方法。
图2图示了所述方法的操作。
图3是图像处理过程的***示意图。
图4示出了根据本发明的方面的设备。
图5示出了根据本发明的方面的X射线***。
具体实施方式
X射线成像能够用于研究心脏问题，例如冠状动脉狭窄。在该流程中，造影剂经由导管注射到心脏脉管***中。同时，当造影剂在脉管***中传播时，X射线装备记录心脏区域的血管造影序列。这样的诊断血管造影允许对冠状动脉狭窄的诊断和介入。
此外，能够研究心肌灌注。单单根据如在标准X射线成像流程中获得的脉管***的形状难以研究心肌灌注。冠状动脉脉管***的外观与心肌灌注之间没有一对一的关系。
具体而言，对心肌灌注的研究需要相对长的X射线流程。而为了研究冠状动脉狭窄，3到5秒之间的暴露是足够的(确切的量取决于造影剂流入率)，灌注研究可能持续15到20秒之间。在1秒钟的时间段上，基本上在胸部中移动的唯一结构是心脏。超过15到20秒，胸部中将存在若干呼吸运动，这引起掩模帧与介入图像之间的残留运动。这种效应对老年患者尤其成问题，他们通常最多只能屏住呼吸5秒钟。无论是常规DSA，还是常规心脏DSA都不能够准确地校正呼吸运动。
因此，残留运动能够导致DSA图像中的可见伪影，从而将图像的质量降低到其在诊断上变得无用的程度。
一种可能的解决方案用于使患者在检查期间长时间屏住呼吸。灌注检查能够持续长达20秒，因此可能难以简单地通过要求患者屏住呼吸来消除残留运动。
根据本发明的一方面，提供了一种用于提供鲁棒的数字减影血管造影的方法。所述方法包括以下步骤：
a)提供100：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列；以及(iii)介入图像，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的；
b)选择102多幅呼吸相位图像中处于与介入图像相似的呼吸相位的第一呼吸相位图像，其中，第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的；
c)通过从介入图像中减去第一呼吸相位图像来生成104呼吸校正的介入图像；
d)选择106与第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；
e)选择108与第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像；
f)通过从第二心脏相位图像中减去第一心脏相位图像来生成110心脏相位校正的图像；
g)对心脏相位校正的图像进行运动补偿112，以考虑到呼吸运动；
h)从呼吸校正的介入图像中减去114运动补偿的心脏相位校正的图像，以提供血管造影图像；
i)显示116血管造影图像。
根据上述方法的算法执行两次连续减影。在步骤c)104中，第一减影去除静态背景和通过呼吸运动而动起来的组织。在步骤d)106中，第二减影去除通过心脏运动而动起来的组织，其包括心肌和相关联的血管以及心脏周围的组织。
将显现经注射的肌肉，使得以常规方式吸收X射线的组织的区域被从图像中去除——所谓的“规律组织吸收”。包含在组织中的额外的造影剂将保留在图像中，并且在减影之后在平坦的背景上是明显可见的。
图1中图示了根据本发明的该方面的方法，并且现在将进一步进行解释。
首先，从患者采集图像的序列。典型地，序列将被采集为在注射造影剂之前和期间的血管造影图像的序列。
典型的操作协议包括获得在患者屏住呼吸的条件下采集的短X射线序列Sa。序列Sa包含至少一个心脏周期。序列Sa的长度典型地能够短至1秒钟。
还获得较长的序列Sb，其包含呼吸周期的一半，覆盖从完全呼出到完全吸入的全部呼吸振幅。换言之，获得包含从呼出到吸入或从吸入到呼出的半个周期的血管造影图像的序列。
根据本发明的实施例，可以在序列Sa之前获得序列Sb。
随后，临床医生注射造影剂。在造影剂注射阶段期间获得的图像被称为介入图像I。介入图像与第一心脏相位指数相关联。在该协议的典型应用期间，快速连续地获得血管造影图像序列，其包含心脏相位图像序列、呼吸相位图像序列和介入图像。
在下文中，使用参考标记Sa表示心脏相位图像序列。使用Sb表示呼吸相位图像序列。使用I表示介入图像。可以通过图像处理技术，或者通过用户输入自动地在输入图像序列(X射线图像序列)中识别输入血管造影序列的这些个体部分，并且可以自动提供序列。
当心脏相位图像序列Sa、呼吸相位图像序列Sb和介入图像I已被解析以供使用时，能够开始进行处理。
算法的总体架构是首先去除静态背景和仅通过呼吸运动而动起来的组织，并且然后减去由通过心脏运动而动起来的组织引起的伪影。因此，步骤b)102在呼吸相位图像序列Sb中选择处于与介入图像I中呈现的呼吸状态相似的呼吸状态的第一呼吸相位图像。
第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的。换言之，当心脏处于特定状态时，将获得给定的呼吸相位图像，并且该特定心脏状态存在于序列Sa中，这是因为序列Sa是在整个周期上捕获的。如下面将讨论的，心脏相位指数可以从外部提供，或者经由图像处理导出。
在范例中，提供了图像处理算法，其识别介入图像I中示出的胸部的呼吸状态(例如通过跟随隔膜位置)。随后搜索呼吸相位图像序列，以找到具有与介入图像的呼吸状态最相似的呼吸状态的图像。
当然，能够使用找到具有与介入图像相似的呼吸状态的帧的其它方法。
以这种方式识别出的呼吸相位帧被表示为掩模图像Mb。从介入图像I中减去掩模图像Mb。这得到差异图像D1。在差异图像D1中，静态背景组织、以及通过利用呼吸索引的移动而动起来的组织被去除。这是因为它们在介入图像I和掩模图像Mb中具有接近的空间关系。
应当注意，介入图像I和掩模图像Mb中受心脏运动影响的组织将作为伪影而留在差异图像D1中。这是因为对介入图像I和掩模图像Mb中的心脏相位没有要求。换言之，差异图像D1包含在介入图像I和掩模图像Mb的两个心脏相位处的心脏组织的差异。
为了方便，在采集介入图像I的期间的心脏相位被表示为SI。在采集掩模图像Mb的期间的心脏相位被表示为SMB。已经在步骤c)104中执行了第一减影D1，其具有去除残留呼吸运动的效果，算法随后减去仅通过心脏运动而动起来的组织。
在选择步骤d)106中，针对包含在心脏相位SI处的心脏的图像在序列Sa中执行搜索(心脏运动的整个周期)。在选择步骤e)108中，针对在心脏相位SMB处的心脏的图像在序列Sa中执行搜索。
在序列Sb中搜索掩模图像Mb的过程，以及选择Sa中的在不同心脏相位SI和SMB处的两幅心脏图像的过程是启发式搜索过程，这能够以许多不同的方式实现。
根据一个范例，能够使用隐式搜索流程。介入图像I中的心脏的图像能够使用本领域公知的“充水(water-filling)”算法来处理，以突出显示由心脏组织占据的帧的区域。类似的充水算法能够应用于序列Sa中的个体心脏图像。随后，序列Sa中具有与介入帧I的充水算法结果最相似的充水算法结果的帧将被识别为序列Sa中包含处于相似的心脏相位的心脏图像的帧。
备选地，能够通过识别重要尺寸、轮廓或结构，例如心脏的外部边界或胸部中的隔膜的偏转来明确地估计心脏的状态或隔膜位置。随后，能够明确地估计心脏或呼吸状态，并与介入图像进行比较。
备选地，能够在记录X射线图像序列时物理地测量心脏状态和呼吸状态。能够通过电子胸带来提供外部呼吸相位信息，所述电子胸带通过监测胸部的周长来测量呼吸状态。如公知的，可以通过心电图(ECG)来测量心脏状态。这些物理测量在时间上被索引到X射线图像序列，使得介入图像I能够被明确地引用到序列Sa和Sb中的帧。
因此，在步骤d)106和e)108中，心脏相位图像分别共享介入图像的心脏相位(SI)(第二心脏相位指数)，并且在序列Sa中识别呼吸掩模图像的心脏相位(SMB)(第一心脏相位指数)。随后，通过从一幅图像中减去另一幅图像来找到这两幅图像之间的差异图像DM。在差异图像DM中，在序列Sa中静止的静态背景和呼吸组织消失。该第二减影的结果是在其中只有在相位SI和SMB处的心脏位置的差异可见的差异图像。
典型地，使用运动补偿来补偿差异图像DM。运动补偿旨在对在患者的胸中由于其呼吸引起的心脏位置的全局差异进行补偿。这种补偿在本领域中是已知的，范围从全局平移或全局仿射到对密集速度场的估计。这种运动补偿使用来自第一减影图像D1的信息来增强对心脏移动的估计。
该方法的最后阶段是从差异图像D1中减去运动补偿的差异图像DM，这令由相位SI与SMB之间的心脏运动导致的差异消失。
因此，已经描述了这样的方法，其允许导出包含通过长期重复运动(例如呼吸运动)和较短的重复运动(例如心脏运动)而动起来的叠加透明组织的图像。
由于组织透明度，该方法能够去除DSA图像中混合在一起的大幅运动。另外，对于患者，没有理由针对整个灌注检查的长度来屏住呼吸。
图2提供了先前描述的算法的功能的图形表示。在序列210中图示了心脏相位图像序列Sa，并且在序列212中图示了呼吸相位图像序列Sb。矩形帧以示意图示出，以显示心脏运动和呼吸运动的独立性。相联系地，现在对示意图表示进行解释。
在该范例中，对于表示患者的胸部区域的每个矩形帧202，特征204表示永久静止的特征，例如脊柱204。在典型的DSA检查期间，脊柱将保持静止，尽管应当理解，如果患者不可预测地进行移动，或者如果临床医生水平平移检查台，则脊柱将移动。
隔膜206在该帧中使用对角线来表示。跨越矩形202的对角线的范围表示每个帧中的呼吸状态。因此，在序列Sa中，隔膜201图示呼出状态，并且在序列Sb中，隔膜203图示吸入状态。心脏以处于其最小范围(收缩期)的圆207表示，并且在序列Sa 210中以处于其最大范围(舒张期)的圆209表示。
现在将使用这种符号来描述方法的操作。
最初，患者被要求在获得心脏相位图像序列Sa 210期间屏住呼吸。然后，患者被要求呼吸，从而采集212呼吸相位图像序列Sb。最终，注射造影剂并获得介入帧I 214。应当意识到，介入帧可以是介入帧的序列的一部分，但是以其最简单的形式，该方法能够应用于一幅介入帧。介入帧214包含心脏，其冠状动脉作为黑线可见，所述黑线指示造影剂的注射。在黑线周围的阴影区域可见灌注。
针对包含解剖结构特征的、具有与帧214(也表示为I)中的相同解剖结构特征相似或相同的状态的第一呼吸相位图像213，来搜索呼吸相位图像序列。在范例中，这可以经由隔膜位置208探测。该帧被指定为掩模图像Mb。
减影(步骤c)104从介入图像I中减去掩模图像Mb。这产生差异图像220，其也被表示为D1。如通过空白胸部区域能够看到的，帧220不具有脊柱204的静态伪影和隔膜208的伪影。由于该帧不涉及任何心脏运动，所以在心脏周围出现重影区域221，表示心脏及其周围组织在呼吸相位图像序列的不同图像处的不同布置。因此，已经生成呼吸校正的介入图像。
方法的下一阶段(步骤d)106涉及在Sa中搜索处于与介入图像相同的心脏相位SI(第二心脏相位指数)的第一心脏相位图像。该第一心脏相位图像由帧222表示。
进行第二搜索操作(步骤e)108，以找到表示在捕捉到用作掩模图像218(也被表示为MB)的呼吸相位图像的时刻的心脏相位SMB(第一心脏相位指数)的心脏图像。这由帧224表示。
对这些帧的减影(步骤f)110是双减影算法方法中的第二减影，并且得到图像226，也被表示为D2。在图像D2中，静态背景和呼吸组织已经消失，产生差异图像226，其中，只有在相位SI和SMB处的心脏的差异是可见的。差异由图2中的区域223表示。
在图2中未示出运动补偿步骤，所述运动补偿步骤是补偿由呼吸运动引起的整个心脏的移动的全局补偿步骤。从D2中减去D1的结果产生最终的输出帧228，也被表示为D，其仅包含原始介入帧I的含有造影剂229的的区域。虽然在图2中，造影剂被示为动脉的迹线，但是应当理解，经过持续长达20秒的长时间灌注检查后，造影剂将消散到周围组织中，显现为更亮或更暗的心肌组织区域，允许更可靠的灌注检查。
图3是能够执行上述方法的***的示意性方框图。应当理解，该***能够被实现为在计算机***上、在微处理器上或在数字信号处理器上、或使用特定硬件(例如现场可编程门阵列)或定制硬件来运行的软件，或者是这些方法的任意组合。
本文中概述的处理阶段可以被以任何顺序执行，只要本文中推断的数据依赖性得到遵守。
算法将心脏相位图像序列Sa、介入图像I和呼吸相位图像序列Sb作为输入。
介入图像I和呼吸相位图像序列Sb被输入到提供掩模图像Mb的第一呼吸相位图像选择器302中。
减法器308提供减影图像D1。介入图像I和第一呼吸相位图像Mb被输入到心脏相位识别模块306中，所述心脏相位识别模块306搜索第一呼吸相位图像Mb的心脏相位(被索引到第二心脏相位指数SMB)和介入图像SI的心脏相位指数(第一心脏指数)。
第一心脏相位指数和第二心脏相位指数被输入到心脏掩模相位选择器304中。该方框的输出是掩模图像MA SI，和心脏掩模图像MA B，其随后被从彼此中减去310，以产生D2。
D2被输入到运动补偿模块312中，以补偿由于诸如呼吸动作的大规模运动引起的心脏运动，其使用对D1的参考来计算心脏从D1到D2的运动。
运动补偿的图像D2和减影图像D1被输入到减法器314中，以产生输出图像D。
根据本发明的实施例，如前所述，提供了一种方法，其中，步骤a)还包括：
al)提供外部呼吸相位信息，其中，呼吸相位图像序列和介入图像与外部呼吸相位信息同步；并且
其中，步骤b)还包括：
b1)将利用介入图像进行索引的外部呼吸相位信息与利用呼吸相位图像序列中的图像进行索引的外部呼吸相位信息进行比较；
b2)将第一呼吸相位图像识别为呼吸相位图像序列中处于与介入图像相似的呼吸相位的图像。
根据该实施例，可以使用外部呼吸相位信息来识别第一呼吸相位图像。可以使用胸带来提供外部呼吸相位信息，胸带跟踪患者呼吸时其胸部的膨胀和收缩。随着从患者捕捉到X射线图像，其每个被索引到胸带的相对扩张，并因此被索引到特定的呼吸状态。以这种方式，呼吸相位图像被索引和搜索，而不使用图像处理。
根据本发明的实施例，提供了一种方法，其中，步骤b)还包括：
b3)将介入图像与呼吸相位图像序列中的每幅呼吸相位图像进行比较，以导出匹配度量的第一系列；
b4)将呼吸相位图像序列中具有所述匹配度量的第一系列中的最佳匹配度量的呼吸相位图像选择为第一呼吸相位图像。
根据该实施例，图像处理算法被应用到呼吸相位图像序列中的每幅呼吸相位图像，所述图像处理算法将图像的呼吸状态总结为匹配度量的系列。匹配度量可以与介入图像的相似匹配度量比较，以识别第一呼吸相位图像。
根据本发明的实施例，使用充水算法导出匹配度量。
根据本发明的实施例，使用平方差的平方根、或熵、或交互信息导出匹配度量。
根据本发明的实施例，使用通过块比配的潜在地具有血管遮掩的变形校正来校正小的残留运动。
根据本发明的实施例，如前所述，提供了一种方法，其中，步骤b)还包括：
b5)估计呼吸相位图像序列中每幅图像的呼吸状态；
b6)估计介入图像的呼吸状态；
b7)将呼吸相位图像序列中具有与介入图像的呼吸状态最接近的呼吸状态的的呼吸相位图像选择为第一呼吸相位图像。
因此，在该实施例中，患者的呼吸状态被明确地确定，并且被用于确定第一呼吸相位图像。
在确定呼吸状态的明确的方法的范例中，呼吸相位图像被分割。随后，通过计算表征结构的品质因数(例如拟合到隔膜的偏转样条线(spline))，在图像中识别诸如隔膜的典型结构。在呼吸相位图像序列中隔膜的偏转样条线与其他偏转样条线进行比较。最相似的样条线识别与介入图像最相似的呼吸相位图像。
备选地，能够应用对肋骨位置的明确分割。
根据本发明的实施例，可以通过跟踪胸部的图像中的灰度级的重心的状态来导出呼吸状态。
根据本发明的实施例，可以通过跟踪灰度级的重心沿着脊柱的投影的状态来导出呼吸状态。
能够采用收集全局垂直运动(即沿着患者脊柱的运动)的任何其他度量。例如，与序列的参考图像相比，能够通过对连续图像中的相同特征进行块匹配来执行运动估计。块的估计的运动的中值将为每个所考虑的帧提供呼吸度量。
根据本发明的实施例，如前所述，提供了一种方法，其中，步骤a)还包括：
a2)提供与心脏相位图像序列同步的外部心脏相位信息；并且
其中，步骤c)还包括：
dl)使用外部心脏相位信息来选择与第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；
和/或其中，步骤e)还包括：
el)使用外部心脏相位信息选择与第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像。
因此，心脏相位图像序列可以与定义心脏状态的外部源同步。在这种情况下，由于使用外部心脏相位信息实现了介入图像针与心脏相位图像序列之间的匹配，因此不需要图像处理器来将心脏状态与图像序列同步。
根据本发明的实施例，使用回波心电图(ECG)提供外部心脏相位信息。ECG信号的使用能够用于更容易地提供关于患者的心脏状态的信息，并且同步心脏相位帧和呼吸相位帧。
根据本发明的实施例，根据前述方法提供了一种方法，其中，步骤d)还包括：
d2)将介入图像与心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像进行比较，以导出匹配度量的第二系列；
d3)将心脏相位图像序列中具有匹配度量的第二系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为第二心脏相位图像；
和/或其中，步骤e)还包括：
e2)将第一呼吸相位图像与心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像进行比较，以导出匹配度量的第三系列；以及
e3)将心脏相位图像序列中具有匹配度量的第三系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为第一心脏相位图像。
根据该实施例，可以使用图像匹配算法是心脏相位图像与介入图像和呼吸相位图像同步，并且因此不依赖于先前讨论的ECG信号或其他图像匹配算法。
根据本发明的一方面，提供了一种用于提供数字减影算法的设备402。所述设备包括：
-接口单元404；
-处理单元406；
-和输出单元408。
接口单元被配置为提供：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列；和(iii)介入图像，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的。
处理单元被配置为：选择多幅呼吸相位图像中处于与介入图像相似的呼吸相位处的第一呼吸相位图像，其中，第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的；通过从介入图像中减去第一呼吸相位图像来生成呼吸校正的介入图像；选择与第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；选择与第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像；通过从第二心脏相位图像中减去第一心脏相位图像来生成心脏相位校正的图像；对心脏相位校正的图像进行补偿，以考虑到呼吸运动；并且从呼吸校正的介入图像中减去运动补偿的心脏相位校正的图像；并且提供血管造影图像。
输出单元408被配置为向用户显示血管造影图像。
因此，设备402的输入410是心脏相位图像序列Sa、介入图像I和呼吸相位图像序列Sb。
根据本发明的实施例，所述序列被提供为整体序列，并且处理单元406自然地解析整体序列，以导出心脏相位图像序列Sa、介入图像I和呼吸相位图像序列Sb。
根据本发明的该方面，提供了一种设备，其能够进行相对短的心脏运动采样和呼吸运动取样，从而可以执行较长的荧光透视检查(例如灌注检查)，而不具有在最终图像中出现的由呼吸运动导致的伪影。
根据本发明的实施例，如前所述，提供了设备402，其中，接口单元404还被配置为提供外部呼吸相位信息，其中，呼吸相位图像序列和介入图像与外部呼吸相位信息同步。处理单元406还被配置为将同步于介入图像的外部呼吸相位信息与同步于呼吸相位图像序列中的图像的外部呼吸相位信息进行比较，并且将第一呼吸相位图像识别为吸相位图像序列中处于与介入图像相似的呼吸阶段的图像。
根据本发明的实施例，提供了设备402，其中，处理单元406还被配置为将介入图像与呼吸相位图像序列中的每幅呼吸相位图像进行比较，以导出匹配度量的第一系列，并且将呼吸相位图像序列中具有匹配度量的第一系列中的最佳匹配度量的呼吸相位图像选择为第一呼吸相位图像。
根据本发明的实施例，提供了设备402，其中，接口设备404还被配置为提供与心脏相位图像序列同步的外部心脏相位信息。处理设备406还被配置为使用外部心脏相位信息来选择对应于第二心脏相位指数的第一心脏相位图像，和/或使用外部心脏相位信息选择对应于第一心脏相位指数的第二心脏相位图像信息。
根据本发明的实施例，如前所述提供设备402，其中，处理单元406还被配置为比较介入图像与心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像，以导出匹配度量的第二系列，以将心脏相位图像序列中具有匹配度量的第二系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为第二心脏相位图像，和/或比较第一呼吸相位图像与心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像，以导出匹配度量的第三系列，并且将心脏相位图像序列中具有匹配度量的第三系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为第一心脏相位图像。
根据本发明的实施例，提供设备402，其中，接口单元404还被配置为提供含有多幅介入图像的介入图像序列。处理单元406被配置为处理介入图像序列中的连续介入图像；并且输出单元408被配置为将血管造影显示为连续血管造影图像的序列。
有利地，根据本实施例，先前讨论的X射线图像双减影方案可以应用于X射线(血管造影)图像的序列。因此，能够提供不包含呼吸伪影的血管造影检查的视频。这允许了待检查的心肌灌注的动态。
根据本发明的实施例，如前所述，提供了设备402，其中，处理单元406被配置为参考来自先前步骤的呼吸相位图像、第一心脏相位图像和第二心脏相位图像的状态来选择第一呼吸相位图像、第一心脏相位图像和第二心脏相位图像中的任何一个。
之前已经考虑到每幅连续的介入图像可以独立于彼此的介入图像而被校正。
如果在对连续的介入图像的处理之间，对呼吸相位图像序列和心脏相位图像序列的索引被保留，则能够实现复杂度的降低。
根据该实施例，当识别随后的第一呼吸相位图像、随后的第一心脏相位图像和随后的第二心脏相位图像时，对这些图像的选择分别开始于先前的第一心脏相位指数、先前的第二心脏相位指数、或者先前的第一呼吸相位图像的指数。
根据实施例，线性规划方法被应用于由先前的第一心脏相位指数、先前的第二心脏相位指数或先前的第一呼吸相位的指数所表示的图像。
这用于实现对鲁棒性更高的呼吸状态图像和/或心脏状态图像的有益选择。
有利地，(由于生理上的原因)，期望在序列中的紧连的图像中捕捉到的介入图像实际上与在先的呼吸相位图像和心脏相位图像紧密地相关。
因此，使用在先索引的先验知识导致方法的复杂性的降低，这是因为如果从最后被索引位置的，而不是序列的开始，来开始搜索心脏相位图像序列和呼吸相位图像序列，则选择步骤更可能快速地识别最优图像。这是一个重要的问题，因为X射线结果通常要求“实时”。
根据本发明的第三方面，提供了一种X射线成像装置502。
X射线成像装置包括具有X射线源506和X射线探测器508的X射线采集设备504。所述装置还包括如前所述的用于提供数字减影血管造影的设备510。X射线采集设备被配置为采集患者胸部的图像数据，并将数据提供给用于提供数字减影血管造影的设备的接口。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于控制根据前述描述之一的设备的计算机程序元件，当所述计算机程序元件由处理单元运行时，其适于执行如前所述的方法的步骤。
根据本发明的第五方面，提供了一种存储有先前讨论的程序元件的计算机可读介质。
计算机程序元件因此可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或引导对上述方法的步骤的执行。
此外，其可以适于操作上述装置的部件。计算单元能够适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。数据处理器可以因而被配备为执行本发明的方法。
本发明的该范例性实施例覆盖了从一开始就安装了本发明的计算机程序、以及借助于更新将现有程序转换为使用本发明的程序的计算机程序两者。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信***。
然而，计算机程序也可以被呈现在网络上，如万维网，并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他范例性实施例，提供用于使计算机程序可下载的介质，所述计算机程序元件被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个的方法。
必须指出，已经参考不同的主题名称对本发明的实施例进行了描述。具体而言，参考方法类型权利要求对一些实施例进行了描述，而参***类型权利要求对其他实施例进行了描述。然而，除非另有说明，本领域技术人员将会从以上和以下描述中推断出，除了属于一种类型的主体名称的特征的任意组合之外，涉及不同主题名称的特征之间的任意组合也被认为在本申请中公开。
所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加和的协同效果。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是图示性或范例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以在实践要求保护的发明时理解和实现对所公开的实施例的其它变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
Claims (15)
1.一种用于提供数字减影血管造影的设备(402)，包括：
-接口单元(404)；
-处理单元(406)；
-输出单元(408)；
其中，所述接口单元被配置为提供：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列(Sa)；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列(Sb)；以及(iii)介入图像(I)，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的；
其中，所述处理单元被配置为：
·选择所述多幅呼吸相位图像中处于与所述介入图像相似的呼吸相位的第一呼吸相位图像(MB)，其中，所述第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的，
·通过从所述介入图像中减去所述第一呼吸相位图像来生成呼吸校正的介入图像(D1)，
·选择与所述第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像，选择与所述第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像，
·通过从所述第二心脏相位图像中减去所述第一心脏相位图像来生成心脏相位校正的图像(D2)，
·补偿所述心脏相位校正的图像，以考虑到呼吸运动，并且
·从所述呼吸校正的介入图像(D1)中减去运动补偿的心脏相位校正的图像，以提供血管造影图像(D)；并且
其中，所述输出单元被配置为向用户显示所述血管造影图像。
2.根据权利要求1所述的设备(402)，其中，所述接口单元(404)还被配置为：
提供外部呼吸相位信息，其中，所述呼吸相位图像序列和所述介入图像(I)与所述外部呼吸相位信息同步；
其中，所述处理单元(406)还被配置为：
将同步于所述介入图像的所述外部呼吸相位信息与同步于所述呼吸相位图像序列(Sb)中的图像的所述外部呼吸相位信息进行比较，并将所述第一呼吸相位图像识别为所述呼吸相位图像序列中处于与所述第一心脏相位指数相似的呼吸相位指数的图像。
3.根据权利要求1所述的设备(402)，其中，所述处理单元(406)还被配置为：
将所述介入图像与所述呼吸相位图像序列(Sb)中的每幅呼吸相位图像进行比较，以导出匹配度量的第一系列，并且将所述呼吸相位图像序列中具有所述匹配度量的第一系列中的最佳匹配度量的呼吸相位图像选择为所述第一呼吸相位图像。
4.根据权利要求1至4所述的设备(402)，其中，所述接口设备(404)还被配置为：
提供与所述心脏相位图像序列同步的外部心脏相位信息；
其中，所述处理设备(406)还被配置为：
使用所述外部心脏相位信息来选择与所述第二心脏相位指数相对应的所述第一心脏相位图像，和/或使用所述外部心脏相位信息来选择与所述第一心脏相位指数相对应的所述第二心脏相位图像。
5.根据权利要求3所述的设备(402)，其中，所述处理单元(406)还被配置为：
将所述介入图像与所述心脏相位图像序列(Sa)中的每幅心脏相位图像进行比较，以导出匹配度量的第二系列，从而将所述心脏相位图像序列中具有所述匹配度量的第二系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为所述第二心脏相位图像；和/或将所述第一呼吸相位图像与所述心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像进行比较，由此导出匹配度量的第三系列，并且将所述心脏相位图像序列中具有所述匹配度量的第三系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为所述第一心脏相位图像。
6.根据权利要求1至5所述的设备(402)，其中，所述接口单元(404)还被配置为：
提供包含多幅介入图像的介入图像序列；
其中，所述处理单元(406)被配置为：
处理所述介入图像序列中的连续的介入图像；并且
其中，所述输出单元(408)被配置为：
将所述血管造影显示为连续血管造影图像的序列。
7.根据权利要求6所述的设备(402)，其中，所述处理单元(406)被配置为：
参考在先的步骤来选择以下中的任一项：所述第一呼吸相位图像、所述第一心脏相位图像、以及所述第二心脏相位图像。
8.一种用于提供数字减影血管造影的方法，包括以下步骤：
a)提供(100)：(i)包括多幅心脏相位图像的心脏相位图像序列(Sa)；(ii)包括多幅呼吸相位图像的呼吸相位图像序列(Sb)；以及(iii)介入图像，其中，所述介入图像是利用第一心脏相位指数进行索引的；
b)选择(102)所述多幅呼吸相位图像中处于与所述介入图像相似的呼吸相位的第一呼吸相位图像(Mb)，其中，所述第一呼吸相位图像是利用第二心脏相位指数进行索引的；
c)通过从所述介入图像中减去所述第一呼吸相位图像来生成(104)呼吸校正的介入图像(D1)；
d)选择(106)与所述第二心脏相位指数相对应的第一心脏相位图像；
e)选择(108)与所述第一心脏相位指数相对应的第二心脏相位图像；
f)通过从所述第二心脏相位图像中减去所述第一心脏相位图像来生成(110)心脏相位校正的图像(D2)；
g)对所述心脏相位校正的图像(D2)进行运动补偿(112)，以考虑到呼吸运动；
h)从所述呼吸校正的介入图像(I)中减去(114)运动补偿的心脏相位校正的图像，以提供血管造影图像(D)；
i)显示(116)所述血管造影图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤a)还包括：
al)提供外部呼吸相位信息，其中，所述呼吸相位图像序列(Sb)和所述介入图像与所述外部呼吸相位信息同步；并且其中，步骤b)还包括：
b1)将同步于所述介入图像的所述外部呼吸相位信息与同步于所述呼吸相位图像序列中的图像的所述外部呼吸相位信息进行比较；
b2)将所述第一呼吸相位图像识别为所述呼吸相位图像序列中处于与所述介入图像相似的呼吸相位的图像。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤b)还包括：
b3)将所述介入图像(I)与所述呼吸相位图像序列(Sb)中的每幅呼吸相位图像进行比较，以导出匹配度量的第一系列；
b4)将所述呼吸相位图像序列中具有所述匹配度量的第一系列中的最佳匹配度量的呼吸相位图像选择为所述第一呼吸相位图像。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的方法，其中，步骤a)还包括：
a2)提供与所述心脏相位图像序列(Sa)同步的外部心脏相位信息；其中，步骤c)还包括：
dl)使用所述外部心脏相位信息来选择与所述第二心脏相位指数相对应的所述第一心脏相位图像，和/或其中，步骤e)还包括：
el)使用所述外部心脏相位信息来选择与所述第一心脏相位指数相对应的所述第二心脏相位图像。
12.根据权利要求10的任一项所述的方法，其中，步骤d)还包括：
d2)将所述介入图像(I)与所述心脏相位图像序列(Sa)中的每幅心脏相位图像进行比较，以导出匹配度量的第二系列；
d3)将所述心脏相位图像序列中具有所述匹配度量的第二系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为所述第二心脏相位图像，和/或其中，步骤e)还包括：
e2)将所述第一呼吸相位图像与所述心脏相位图像序列中的每幅心脏相位图像进行比较，以导出匹配度量的第三系列；并且
e3)将所述心脏相位图像序列中具有所述匹配度量的第三系列中的最佳心脏图像匹配度量的心脏相位图像选择为所述第一心脏相位图像。
13.一种X射线成像装置(502)，包括：
-X射线采集设备(504)，其具有X射线源(506)和X射线探测器(508)；以及
-根据权利要求1至7所述的用于提供数字减影血管造影的设备(510)；
其中，所述X射线图像采集设备被配置为采集患者的胸部的图像数据，并将所述数据提供给用于提供数字减影血管造影的所述设备的接口。
14.一种用于控制根据权利要求1至7中的任一项所述的装置的计算机程序元件，当所述计算机程序元件由处理单元运行时，所述计算机程序元件适于执行根据权利要求8至12中的任一项所述的方法的步骤。
15.一种存储有根据权利要求14所述的程序元件的计算机可读介质。
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