CN115867200A - 针位置 - Google Patents

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Abstract

在实施例中，描述了一种方法(100)。所述方法包括接收(102)与身体的多个放射摄影成像切片相对应的数据。所述方法还包括确定(104)针***在所述身体中的位置。所述确定基于组合来自以下各项的信息：所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体外部的第一部分的指示的至少一个放射摄影成像切片，以及所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体内部的第二部分的指示的至少另一个放射摄影成像切片。通过将与所述针在所述身体外部的所述第一部分的位置相对应的数据和与所述针在所述身体内部的所述第二部分的位置相对应的数据进行合并来生成组合针区域。所述方法还包括生成(106)显示数据以用于提供所述针在所述身体的图像中的视觉表示，所述视觉表示与叠加在所述图像上的所述针的至少所述第一部分和所述第二部分的视觉表示相结合，其中，所述图像在关于平行于所述多个放射摄影成像切片的平面发生数字倾斜的平面中。

Description

针位置
技术领域
本发明涉及用于例如在计算机断层摄影(CT)引导的介入流程期间确定针位置的方法、装置和有形机器可读介质。
背景技术
可以例如使用CT成像装置对对象的身体进行成像，作为诸如CT引导的穿刺活检之类的介入流程的部分，其中，在成像期间将针***身体。诸如医生或放射技师之类的用户可能需要识别针在对象的身体中的位置。由CT成像装置获得的放射摄影成像切片可以提供对针在对象的身体中的位置的指示。例如，放射摄影成像切片可以提供关于针的方向、针尖的位置和/或针在对象的皮肤表面上的进入点的信息。该信息可以有助于为用户提供引导，以确定从规划的针路径偏移的针角度(或针轨迹)、针尖与诸如身体中的病变之类的目标的距离和/或针已经***的长度。
对病变的CT引导的穿刺活检利用了CT放射摄影成像切片，该CT放射摄影成像切片为用户做出关于活检的某些决策提供了详细信息。例如，CT放射摄影成像切片可以提供高密度分辨率和空间分辨率，使得能够准确定位病变，并且促进了清楚地理解例如关于病变内部和周围的软组织的情况，从而避开了某些结构或坏死组织。
在某些介入流程中，用户可以获得沿着轴向成像平面获取的二维放射摄影成像切片，以便在用户接口上观察活检目标。用户可以依赖于他们的经验，基于对沿着轴状面获取的多个放射摄影成像切片的分析来规划介入路径，并且/或者用户可以利用物理倾斜来执行介入流程，其中，成像装置关于对象的身体发生倾斜，以获得沿着特定平面的放射摄影成像切片，该特定平面可以不同于轴状面。
规划和运行介入流程会是相对耗时的任务，因为根据单个放射摄影成像切片可能无法识别出关于针的位置的完整信息。例如，一个放射摄影成像切片可能包含关于针尖的信息，而另一个放射摄影成像切片可能包含关于针的另一部分的信息。因此，实际的介入路径可能跨多个放射摄影成像切片。因此，可能在用户接口上在单个图像中无法显示完整的介入路径。因此，用户可能依赖于他们的经验和/或获得额外的放射摄影成像切片以确保用户能够准确地识别针的位置。然而，额外的扫描需要时间并且会增加辐射剂量。
一次查看一个放射摄影成像切片的用户会发现查实安全和/或可靠地运行介入流程所需的信息具有挑战性和/或很耗时，因为在决定如何进行介入流程之前可能需要评估多个放射摄影成像切片。
发明内容
本文描述的各个方面或实施例涉及改进对针在身体中的位置的确定和/或可视化。本文描述的各个方面或实施例可以避免与使用放射摄影成像切片来规划和运行介入流程相关联的一个或多个问题。
在第一方面，描述了一种方法。所述方法是计算机实施的方法。所述方法包括接收与身体的多个放射摄影成像切片相对应的数据。所述方法还包括确定针***在所述身体中的位置。所述确定可以基于组合来自以下各项的信息：所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体外部的第一部分的指示的至少一个放射摄影成像切片，以及所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体内部的第二部分的指示的至少另一个放射摄影成像切片。通过将与所述针在所述身体外部的所述第一部分的位置相对应的数据和与所述针在所述身体内部的所述第二部分的位置相对应的数据进行合并来生成组合针区域。所述方法还包括生成显示数据以用于提供所述针在所述身体的图像中的视觉表示，所述视觉表示与叠加在所述图像上的所述针的至少所述第一部分和所述第二部分的视觉表示相结合。所述图像在关于平行于所述多个放射摄影成像切片的平面发生数字倾斜的平面中。
在一些实施例中，所述方法包括使得用户接口显示所述图像。
在一些实施例中，确定所述针的所述位置包括将线条拟合到接收到的指示所述针的所述第一部分和所述第二部分的所述位置的数据中的多个区域。
在一些实施例中，确定所述针的所述位置包括从多个候选针区域中确定真实针区域，所述真实针区域可以是通过使从接收到的数据导出的能量函数最小化来确定的。
在一些实施例中，所述能量函数基于以下各项中的至少一项：所述候选针区域的离散程度；所述候选针区域的面积；所述候选针区域的边缘的平均像素值；所述候选针区域的内部部分的平均像素值；所述候选针区域的所有横截面值的平均值；圆度参数；以及偏差参数。
在一些实施例中，所述方法包括通过对接收到的与所述针的所述第一部分相对应的数据执行形态学开运算来识别所述针在所述身体外部的所述第一部分。所述方法还可以包括基于针对所述针的规划路径来确定与所述针的所述第一部分相对应的三维区域。所述三维区域可以包括多个候选针区域，根据所述多个候选针区域能够确定所述真实针区域。
在一些实施例中，所述方法包括通过对接收到的与所述针的所述第二部分相对应的数据执行阈值截断来识别所述针在所述身体内部的所述第二部分。所述方法可以包括基于针对所述针的规划路径来确定与所述针的所述第二部分相对应的三维区域。所述三维区域可以包括多个候选针区域，根据所述多个候选针区域能够确定所述真实针区域。
在一些实施例中，所述方法包括扩展与所述针的所述第二部分相对应的所述三维区域。扩展所述三维区域可以包括搜索通过所述阈值截断移除的至少一个相邻候选针区域。扩展所述三维区域还可以包括与相邻候选针区域相对应的数据作为所扩展的三维区域的部分。
在一些实施例中，所述方法包括检测所述针的尖端，检测所述尖端可以基于所述数据内的候选针尖区域内的测量结果与指示在所述候选针尖区域内不存在针结构的阈值的比较。
在一些实施例中，如果与所述阈值的所述比较指示在所述候选针尖区域中存在针结构，则从所述数据中识别另一候选针尖区域以确定所述另一候选针尖区域是否包括指示针结构存在的数据。如果与所述阈值的所述比较指示在与所述候选针尖区域相对应的所述数据内不存在针结构，则包括指示在先前识别的候选针尖区域内存在针结构的数据的先前识别的候选针尖区域可以被确定为包含所述针的所述尖端。
在一些实施例中，所述方法包括检测所述针在所述身体上的***点。检测所述***点可以基于被拟合到所述针的预测轨迹的第一线条。所述针的所述预测轨迹可以是基于所确定的所述针的位置和沿着所述身体的表面拟合的第二线条来确定的。
在一些实施例中，所述方法包括使得用户接口提供对所述针的预测轨迹和规划轨迹之间的差异的指示。对所述差异的所述指示可以是响应于确定所述预测轨迹与所述规划轨迹之间存在偏差而提供的。
在第二方面，描述了一种方法。所述方法是计算机实施的方法。所述方法包括接收与身体的至少一个放射摄影成像切片相对应的数据，所述数据包括指示针***在所述身体中的位置的信息。所述方法还包括基于所述信息来确定所述针的预测轨迹。所述方法还包括生成显示数据以用于提供所述针在平行于包括所述针的所述预测轨迹的线条的图像平面中的视觉表示，其中，所述图像平面关于所述身体的所述至少一个放射摄影成像切片发生倾斜。
在第三方面，描述了一种装置，所述装置用于可视化***在身体中的针。所述装置包括处理单元，所述处理单元被配置为实施第一方面和/或第二方面的任一方面或实施例的方法。所述装置可以确定所述针的位置。所述装置还包括显示单元，所述显示单元被配置为显示叠加有所述针的所述位置的所述身体的图像。
在第四方面，描述了一种有形机器可读介质。所述有形机器可读介质包括指令，所述指令当在至少一个处理器上被运行时使得所述至少一个处理器实施第一方面和/或第二方面的任一方面或实施例的方法。
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
现在将参考以下附图，仅通过示例的方式描述本发明的示例性实施例，在附图中：
图1涉及根据实施例的确定针的位置的方法；
图2涉及根据实施例的确定针的位置的方法；
图3涉及根据实施例的确定针的位置的方法；
图4是根据实施例的用于确定针位置的***的示意图；
图5a至5b是在实施例中描述的某些方法中使用的图像；
图6a至6b是根据实施例的用于可视化针的位置的图像；
图7a至7b是根据实施例的用于可视化针的位置的图像；
图8a和图8b分别示出了根据实施例的用于可视化针的位置的图像和确定针的位置的对应图示；
图9涉及根据实施例的确定针的位置的方法；
图10涉及根据实施例的确定针的位置的方法；
图11示出了根据实施例的用于可视化针的位置的图像；
图12是根据实施例的用于确定针的位置的装置的示意图；并且
图13是根据实施例的用于确定针的位置的机器可读介质的示意图。
具体实施方式
图1示出了确定针在对象的身体中的位置的方法100(例如，计算机实施的方法)。方法100可以由计算机(例如，被通信性耦合到用户接口的用户计算机)或(例如被通信性耦合到用户计算机和/或用户接口的)服务器或基于云的服务来实施。
方法100包括在框102处接收与身体的多个放射摄影成像切片相对应的数据。可以通过使得CT成像装置对身体的多个平行横截面进行成像来获得多个放射摄影成像切片。CT成像装置可以被通信性耦合到实施方法100的计算机，以便使得CT成像装置执行成像和/或从CT成像装置接收数据。实施方法100的计算机可以与用于构建放射摄影成像切片以通过用户接口进行可视化的计算机是分离的或相同的。
多个放射摄影成像切片可以彼此平行。可以获得关于身体的某个平面的放射摄影成像切片。例如，可以在与由身体的长度限定的长轴相垂直的轴状面中获取放射摄影成像切片。经由多平面重建(MPR)，可以变换与对应于轴状面(或另一平面)的放射摄影成像切片相关地获得的数据，从而使得能够在不同的平面(例如，矢状面、冠状面或另一平面)中可视化身体。在任一情况下，当生成用于重建由成像装置进行成像的身体的视觉表示的数据时，可以将来自多个放射摄影成像切片的数据进行组合或合并以创建能够在用户接口上显示的身体的被成像部分的三维表示。
方法100还包括在框104处基于组合来自以下各项的信息来确定针***在身体中的位置：放射摄影成像切片中包括对针在身体外部的第一部分的指示的至少一个放射摄影成像切片，以及放射摄影成像切片中包括对针在身体内部的第二部分的指示的至少另一个放射摄影成像切片。确定针的位置包括通过将与针在身体外部的第一部分的位置相对应的数据和与针在身体内部的第二部分的位置相对应的数据进行合并来生成组合针区域。
方法100还包括在框106处生成显示数据以用于提供针在身体的图像中的视觉表示，所述视觉表示与叠加在图像上的针的至少第一部分和第二部分的视觉表示相结合。图像在关于平行于多个放射摄影成像切片的平面发生数字倾斜的平面中。
当执行介入流程时，针可以以由用户指定的轨迹(即，方向)***到身体中。该轨迹可以根据临床场景根据用户的经验来确定，以例如避开身体中的某些组织。在放射摄影成像切片是在轴状面中获取的并且针轨迹相对于轴状面发生倾斜的情况下，可以在放射摄影成像切片中的每个放射摄影成像切片中检测到针的不同部分。换句话说，单个放射摄影切片可能并不包含关于针的位置的所有信息。
通过将来自放射摄影成像切片的关于针在身体外部的第一部分的信息和关于针在身体内部的第二部分的信息进行组合，能够确定针的位置。针的位置可以提供关于以下各项的信息：针***在身体中的长度、针尖(或“点”)与诸如身体中的病变之类的目标的距离、针关于身体的某些特征(例如，某种组织)的轨迹(或方向)、针在身体的表面上的进入点。
由于该信息涉及第一部分和第二部分这两者，从中能够(例如基于第一部分和第二部分的位置的相对差异)确定针的轨迹，因此与(例如在用户接口上)一次查看单个放射摄影成像切片的情况相比，可以更容易或更准确地确定针的位置。
根据方法100，可以使用数字倾斜流程来生成图像。下面关于图9更详细地描述了数字倾斜流程。
图2示出了确定针在对象的身体中的位置的方法200(例如，计算机实施的方法)(其可以用于促进针在图像中的可视化)。方法200可以由计算机(例如，被通信性耦合到用户接口的用户计算机)或(例如被通信性耦合到用户计算机和/或用户接口的)服务器或基于云的服务来实施。在一些实施例中，方法200可以与图1的方法100相结合。因此，为了便于参考，在图2中示出了图1的框102至106。
在一些实施例中，方法200包括在框202处使得用户接口显示身体的(例如来自在方法100的框106处生成的显示数据的)图像，所述图像与叠加在图像上的针的至少第一部分和第二部分的视觉表示相结合(例如，可以显示针的足够长的长度(例如，整个针的长度)，以使得用户能够确定针的轨迹)。在一些实施例中，显示在用户接口上的图像可以包括MPR图像和/或身体的三维重建，其能够根据用户需求而任意旋转。当查看图像时，用户能够决定如何进行介入流程。由于关于针的情况的更多信息可以从图像中明显看出，因此与观看包含关于针的部分信息的图像的情况(例如当观看个体放射摄影成像切片时可能就是这种情况)相比，用户能够更准确、快速和/或有效地实施介入流程。随着介入流程的继续进行，响应于从成像装置接收到的进一步的数据，可以自动更新用户接口。
在一些实施例中，确定针的位置包括将与针在身体外部的第一部分的位置相对应的数据和与针在身体内部的第二部分的位置相对应的数据进行合并。合并的数据可以用于根据接收到的数据来生成组合针区域。方法100还可以包括使用组合针区域来确定针的位置。
在一些实施例中，确定针的位置包括将线条拟合到接收到的指示针的第一部分和第二部分的位置的数据中的多个区域。如果能够查实第一部分和第二部分的(相对)位置，就可以确定针的轨迹。通过将线条拟合到指示第一部分和第二部分的位置的数据的部分，可以确定针的轨迹。
图3示出了确定针在对象的身体中的位置的方法300(例如，计算机实施的方法)。方法300可以由计算机(例如，被通信性耦合到用户接口的用户计算机)或(例如被通信性耦合到用户计算机和/或用户接口的)服务器或基于云的服务来实施。在一些实施例中，方法300包括方法100和/或方法200。
在框302处初始化方法300。在下面描述了方法300的其他框。
在方法300的框304处，用户可以输入针对介入流程的计划。例如，由成像装置进行的先前成像和/或对身体的物理检查可以向用户提供信息，以使得用户能够制定关于如何执行介入流程的计划。该计划可以包括目标点(例如，身体中的病变)和身体的表面上的进入点。假设进入点被准确瞄准，则本文描述的某些方法可以向用户提供足够的信息，以便能够确定针***身体时的轨迹，从而用户可以确定是否需要改变轨迹以根据计划到达目标点。另外，本文描述的某些方法可以提供关于针***到身体中的长度和/或针尖的位置的信息，使得用户能够确定针尖离目标点有多远。
在方法300的框306处，检测针的第一部分。在该方法的框308处，检测针的第二部分。框306和308可以以任何顺序执行，并且可以基于(例如在方法100的框102处)从成像装置接收到的数据来实施。
在一些实施例中，方法300的框306包括通过对接收到的与针的第一部分相对应的数据执行形态学开运算(或者可以执行任何其他适当的图像处理算法)来识别针在身体外部的第一部分(以例如提取在身体外部的针区域和看起来像针的任何其他区域)。方法300还包括基于针的规划路径来确定与针的第一部分相对应的三维区域。该三维区域可以包括多个候选针区域，从中能够确定真实针区域。例如，感兴趣区域可以基于规划路径，并且该感兴趣区域可以扩展到包括多个候选针区域的感兴趣体积(在下面的描述中，每个候选针区域可以被标记为“i”)。
候选针区域可以包括(来自每个放射摄影成像切片的)数据中的像素的区域(例如，面积)。候选针区域可以具有也可以不具有固定的大小或形状。然而，大小或形状的某些条件可能取决于CT成像装置的配置。如下所述，在多个候选区域中，可以经由能量计算将最像针的区域确定为“真实针区域”。
在一些实施例中，可以基于数据中的像素值来过滤候选针区域，因为在身体外部，对应于针(其可以是金属针)的数据点与对应于其他部件的其他数据点之间可能存在很大的像素值差异。例如，过滤可以包括：将检测到的像素值与阈值像素值进行比较，并且忽略看起来不对应于针结构存在的任何候选针区域。
在一些实施例中，方法300的框308包括通过对接收到的与针的第二部分相对应的数据执行阈值截断(或者可以执行任何其他适当的图像处理算法)来识别针在身体内部的第二部分。方法300还包括基于针的规划路径来确定与针的第二部分相对应的三维区域。如框306中所述，三维区域可以包括多个候选针区域，从中能够确定真实针区域。
在一些实施例中，方法300包括在框310处通过以下操作来扩展与针的第二部分相对应的三维区域：搜索通过阈值截断移除的至少一个相邻候选针区域，并且包括与相邻候选针区域相对应的数据作为所扩展的三维区域的部分。
在一些实施例中，确定针的位置包括通过使从接收到的数据导出的能量函数最小化来从多个候选针区域中确定真实针区域。
在一些实施例中，能量函数基于以下各项中的至少一项：候选针区域的离散程度；候选针区域的面积；候选针区域的边缘的平均像素值；候选针区域的内部部分的平均像素值；候选针区域的所有横截面值的平均值；圆度参数；以及偏差参数。
在一些实施例中，圆度参数可以基于候选针区域是否是圆形的。换句相似的话说，圆度参数可以提供对候选针区域是否是圆形的量值指示。
在一些实施例中，偏差参数可以基于针的规划轨迹与针的测量轨迹之间是否存在偏差。
现在给出对能量函数的计算以及如何使用它来确定针区域的描述。该计算可以在上述两个框306、308中执行。
在框306的情况下(对于针在身体外部的部分)，在一些实施例中，能量函数可以被表示为：
Figure BDA0004022542180000051
Figure BDA0004022542180000052
其中
Figure BDA0004022542180000053
并且
Figure BDA0004022542180000054
并且其中
α、β、γ、δ、ε、θ是每个特征的权重。每个特征的权重可以是根据实验确定的固定值。e(i)是候选针区域i的离散程度。离散程度可以指区域的点如何分布或聚集成线。如果点在空间中均匀分布，则e(i)值较低，而如果点形成线，则e(i)值较高。a(i)、d(i)、c(i)和n(i)指在垂直于i的方向的横截面(j∈{1,2,……Ni})上计算的所有数据点的平均值。这里，i指包括多个横截面的三维候选针区域，并且j指该区域的横截面。a(i)是(候选针区域的)平均圆形面积，并且d(i)是(候选针区域的)边缘的平均像素值。n(i)是内部区域(即，不在候选针区域的边缘处的像素)的平均像素值。r(i)描述该面积是否为圆形(即，“圆度参数”)。对于区域“i”，c(i)是所有横截面j的值的平均值。例如，参见上面的公式，其中，Pj是某个候选针区域i的横截面区域j的周长，Si和Li分别是沿着区域方向投影的区域的短轴和长轴，区域方向指真实针区域的针方向(对于其他候选针区域，区域方向指区域的最长方向)。v(i)是计划方向与真实方向的偏差(即，“偏差参数”)。
Figure BDA0004022542180000061
是每个特征的标准值。这些“标准值”指(例如来自经验的)固定值。例如，标准值可以指真实针区域被认为最有可能拥有的值。通过从计算值中减去“标准值”，真实针区域将具有E(i)的最小值。
一旦确定了能量函数，就执行优化问题以从多个候选针区域中获得真实针区域，即，
argminE(i)
用于获得针在身体中的部分的真实针区域的流程类似于获得针在身体外部的部分的真实针区域。然而，当提取候选针区域时，阈值截断代替了形态学开运算，并且由于针在身体内部的数据与针在身体外部的数据之间的差异，能量函数是不同的。在一些实施例中，能量函数被表示为：
Figure BDA0004022542180000062
其中，表达式中的项如上所述。在框310中，鉴于先前的阈值截断处理(否则可能导致某些感兴趣区域的遗漏)，可以使用邻域搜索来扩展针区域。再次地，执行优化问题以获得在身体内部的真实针区域。
在该方法的框312处，可以组合在身体内部的针区域与在身体外部的针区域(例如，如框104中所述)以提供对针位置(例如包括轨迹或方向)的准确确定。可以选择准确度结果来表示指针方向。例如，真实针方向与规划针方向之间的比较可以用于确定针定位的准确度。
作为用于确定针的位置并因此确定针的轨迹或方向的流程的部分，在框314处，可以对真实针区域执行线条拟合。检测到的区域i的坐标能够被表示为：
{X,Y,Z}∈{(xi1,yi1,zi1),……(xij,yij,zij)}
这意味着候选针区域i中的点的数量为j。通过使用{X,Y,Z}来拟合线条，可以获得针上的点(x0,y0,z0)和针的单位方向向量(vx,vy,vz)。该信息能够用于构建针对要在用户接口上显示的图像的针位置的视觉表示。
在一些实施例中，方法300包括在框316处基于数据内的候选针尖区域内的测量结果与指示在候选针尖区域内不存在针结构的阈值的比较来检测针的尖端。
在一些实施例中，如果与阈值的比较指示在候选针尖区域中存在针结构，则从数据中识别另一候选针尖区域以确定另一候选针尖区域是否包括指示针结构存在的数据。如果与阈值的比较指示在与候选针尖区域相对应的数据内不存在针结构，则包括指示在先前识别的候选针尖区域内存在针结构的数据的先前识别的候选针尖区域被确定为包含针的尖端。
下面给出了对针尖检测流程的进一步描述。
在一些实施例中，方法300包括在框318处基于被拟合到针的预测轨迹的第一线条来检测针在身体上的***点(例如，“进入点”)，针的预测轨迹是基于所确定的针的位置和沿着身体的表面拟合的第二线条来确定的。
下面给出了对***点检测流程的进一步描述。
在一些实施例中，方法300包括在框320处响应于确定针的预测轨迹和规划轨迹之间存在偏差而使得用户接口提供对预测轨迹与规划轨迹之间的差异的指示。例如，用户可以从该指示识别偏差，并且如果适当的话，对介入流程进行改变以确保在进一步***针时到达目标点。
在框322处，方法300可以结束或者至少部分重复方法300的某些框(例如在从成像装置接收到进一步的数据时)。
图4描绘了用于实施本文描述的某些方法的***400。***400用于获得在该方法中涉及的放射摄影成像切片并且用于执行本文描述的方法的某些框。
在***400中，介入流程被描绘为在对象402上执行，特别是在对象的身体的某个部分404(在图4中由虚线指示)上执行。对象由诸如诊察台之类的支撑件406支撑。可以关于***400的成像装置408(例如，CT成像装置)来(例如通过计算机)控制支撑件406的位置。成像装置408用于获得放射摄影成像切片。例如，成像装置408可以包括被安装在机架(其可以形成成像装置408的部分)上的发射器(例如，X射线发射器，未示出)和对应的探测器(未示出)，该机架能够旋转以使得能够进行一系列测量来获得用于构建每个放射摄影成像切片的数据。成像装置408和支撑件406可以相对于彼此移动以获得多个放射摄影成像切片。
可以在获得放射摄影成像切片的同时执行将(例如由针托架412支撑的)针410***对象402的身体的介入流程。
***400还包括用于实施本文描述的某些方法的计算机414(例如，包括处理电路的处理单元)。计算机414被通信性耦合到用户接口416，例如，用于可视化由成像装置408获得的图像和/或显示由计算机414生成或确定的信息的显示器。
虽然***400可以看起来将成像装置408、计算机414和用户接口416描绘为位于相同的定位，但是在一些情况下，这些部件可以位于相同或不同的定位。例如，成像装置408可以位于与计算机414和/或用户接口416不同的定位。计算机414可以由(例如被连接到与用户接口416相同的终端的)用户计算机来实施，或者可以由服务器或基于云的服务来实施。
下面描述根据本文描述的某些方法或***获得的一些实验图像。为了便于参考，在图5a至5b中用增量为100的附图标记来描述与在***400中描绘的特征相对应的某些特征，在图6a至6b中用增量为200的附图标记来描述与在***400中描绘的特征相对应的某些特征，在图7a至7b中用增量为300的附图标记来描述与在***400中描绘的特征相对应的某些特征。
图5a至5b示出了由成像装置(例如，如图4所示的成像装置)在轴状面中获得的不同的(CT)放射摄影成像切片。图5a至5b示出了针510***对象502的身体的***过程。在图5a中，针510的“第一”部分在身体外部可见。在图5b中，针510的“第二”部分在身体内部可见。在这种情况下，图5a指第七个放射摄影成像切片，并且图5b指多个放射摄影成像切片中的第十个放射摄影成像切片。因此，当用户试图手动确定针510的位置时，用户可能需要在这些不同切片之间循环。
图6a至6b示出了另外的图像，其中已经实施了本文描述的某些方法以使得能够在单幅图像内可视化整个针610。在图6a至6b中能够识别身体602的表面上的进入点630和针尖位置632，以辅助用户执行介入流程。在图6a至6b中还示出了指示针610的轨迹的线条634。
在使用本文描述的某些方法对31个患者(122个系列)实施介入流程时获得了实验数据。使用来自不同国家的不同仪器(例如，成像装置)收集数据，并且这些数据包括不同的身体部分，例如，胸部、腰部、腹部、肩部等。根据本文描述的某些方法确定针位置的准确率由该数据确定。发现针方向检测的准确率为100％，针尖检测的准确度为91％，并且进入点检测的准确度为96％。因此，本文描述的某些方法可以提供对针位置(例如包括针的轨迹/方向、尖端位置和进入点)的准确确定，这可以促进用户高效且准确地实施介入流程。
图7a至7b描绘了与放射摄影成像切片相关的针尖检测的实施方式。针尖检测流程可以基于对针710的分割740(例如，每个切片可以包含针710的分割部分)。因此，每个候选针区域可以指针710的一个分割部分。由于分割740可能不一定识别出真实针尖位置，因此可以使用如在框316中所述的额外流程来识别真实针尖742。
在一些实施例中，如果在候选针尖区域中存在任何针结构，则可以创建(虚拟)圆柱体以检测另外的针结构。该圆柱体沿着经分割的针部分的最佳拟合直线744对齐，并且包括候选针尖区域。从针分割的当前端部向前并且在圆柱体内，确定是否仍有超出分割的针结构。换句相似的话说，如果候选针尖区域包含针结构，但是相邻候选针尖区域(从先前分析的针尖区域向前)不包含针结构，则先前分析的针尖区域可以被认为包含针的尖端，从而识别出针的尖端742的位置。
现在给出了对针尖识别的进一步描述。
当候选针尖区域被识别为包含针结构时，该方法沿着针的方向(线条744)进行跟踪。在圆柱体的每个横截面上计算中心区域746(即，候选针尖区域)与其周围区域748之间的像素值的差异。如果差异足够大(意味着中心区域746的平均CT像素值远高于周围区域的平均CT像素值)，则确定在该区域中仍然存在针结构。这一差异从图7a中的嵌入图中明显可见(以展开形式示出了图中包含针尖742的部分)。图7a中的嵌入图更详细地示出了中心区域746与周围区域748之间的对比度。因此，如果在该区域中仍然存在针结构，则跟踪可以继续。当无法检测到针结构时(由于中心区域746与周围区域748之间的差异较小或没有差异)，确定到达了真实针尖742(因为没有针结构可以指示在先前区域中已经到达了针尖)。
图8a至8b描绘了与放射摄影成像切片相关的针进入点检测的实施方式。在该实施例中，针进入点检测涉及：将两条线条拟合到在放射摄影成像切片中识别的某些结构，并且识别这两条线条的交点。下面描述了该实施例的针进入点检测的实施方式。
在垂直于针810的方向上重建体积数据。重建体积数据的矢状面(如图8a所示，但也可以使用其他平面，例如，轴状面或冠状面)包括基于针810的三维坐标的整个针。因此，能够将线条(例如，线性线条)拟合到重建体积数据。
能够基于图像中的针方向来检测身体的表面。根据二次曲线方程，沿着对象的身体的表面拟合线条850(例如，图8b所示的曲线)：
y＝ax2+bx+c
其中，假设矢状面中的身体的表面能够由这样的表达式来表示。在其他情况下，可以取决于身体的表面的形状而使用不同的表达式，例如，线性线条方程。
如上所述，矢状面中的针能够被视为线性(二维)线条852，并且根据线性线条方程，基于针区域而知晓直线方程：
y＝kx+d
通过组合以上的表达式，可以确定与针进入点854相对应的交点。在一些情况下，由于身体的表面可能不光滑并且/或者可能不对应于二次方程，因此可能需要通过进一步的图像处理分析来精细调谐进入点。
上述方法和***涉及确定针位置的方法。确定针位置的另一方法如下所述，并且可以由图4的***400来实施。
图9示出了确定针在对象的身体中的位置和/或促进对针的位置的可视化的方法900(例如，计算机实施的方法)。方法900可以由计算机(例如，被通信性耦合到用户接口的用户计算机)或(例如被通信性耦合到用户计算机和/或用户接口的)服务器或基于云的服务来实施。方法900可以被实施为本文描述的任何其他方法的部分或者与本文描述的任何其他方法相结合。
方法900包括在框902处接收与身体的至少一个放射摄影成像切片相对应的数据，该数据包括指示***在身体中的针的位置的信息。在框902处接收的数据可以对应于在方法100的框102处接收的数据。
方法900包括在框904处基于该信息来确定针的预测轨迹。可以使用本文描述的某些方法(例如使用方法100)来确定预测轨迹。
方法900包括在框906处生成显示数据以用于提供针在与包括针的预测轨迹的线条相平行的图像平面中的视觉表示。图像平面可以关于身体的至少一个放射摄影成像切片发生倾斜。因此，用户可以(例如基于MPR图像或身体的三维重建)选择在任何角度下的图像视图，并且可以在图像中完整地显示针。由于本文描述的某些方法(例如，方法100)可以使得能够确定针的位置(并且因此确定针的方向、尖端位置和进入点)，因此可以在用户选择的任何图像位置内包括针的视觉表示。在针与(例如在轴状面中的)放射摄影成像切片的平面成一定角度的情况下，可以数字倾斜图像，以便对身体中的整个针进行可视化。例如，(对应于显示数据的)图像位于关于与至少一个放射摄影成像切片相平行的平面发生数字倾斜的平面中。换句话说，所生成的图像显示数据使得可以在与放射摄影成像切片的平面成一定角度的数字重建平面中可视化针的至少部分。倾斜/角度可以根据用户需求而变化。这可以避免执行物理倾斜(在物理倾斜中，成像装置的机架发生倾斜并且与针对齐以对整个针进行成像)的需求，从而可以节省时间。
可以使用数字倾斜流程来代替物理倾斜流程。数字倾斜可以促进在特定或优选方向/平面上的针可视化，这可以提供灵活、直观和/或方便的针可视化。另外，可以使用数字倾斜流程来确定针的准确(或确切)角度和深度，并且可以完整表示在介入流程期间的实际针路径。可以随时调整路径，并且可以精确地定位扫描范围以控制由成像装置递送的扫描剂量，使得能够进行准确的采样以创建用于病变的病理诊断的基础并且还减少了对对象的不必要的辐射损伤。
数字倾斜流程可以涉及规划介入流程(即，对病变的定位和对穿刺路径的设计)和确认。通过自动识别实际穿刺路径并呈现路径图像，可以确认当前的针位置、方向和针角度。这样的信息对于确定针尖距病变定位的距离会是有用的。
图10示出了确定针在对象的身体中的位置的方法1000(例如，计算机实施的方法)。方法1000可以由计算机(例如，被通信性耦合到用户接口的用户计算机)或(例如被通信性耦合到用户计算机和/或用户接口的)服务器或基于云的服务来实施。在一些实施例中，方法1000包括方法900。可以参考本文描述的任何其他方法，这些方法可以用于促进或实施方法1000。在一些实施例中，并非所有的框都是由计算机实施的(例如，它们可以是由用户实施的)。因此，方法1000的计算机实施的部分可以指能够由计算机而不是用户实施的任何框。
在框1002处初始化方法1000。下面描述了方法1000的其他框。
在方法1000的框1004处(例如通过使得成像装置获得切片)获得与放射摄影成像切片相对应的数据。这些切片可以由计算机(例如，计算机414)来接收和加载，以用于在用户接口(例如，用户接口416)上显示。
现在描述了对虚拟介入路径的设计。
在一些实施例中，使用成像装置来执行扫描。可以重建所获得的数据以获得(例如，薄片)MPR图像，该MPR图像可以被加载到应用中(以例如用于在用户接口上可视化)。该应用可以用于显示轴状MPR图像、矢状MPR图像和冠状MPR图像。
在方法1000的框1006处使用所显示的图像来查看病变的定位。用户可以选择进入针点并确定虚拟介入路径设计。
在方法1000的框1008处可以由应用程序显示和保存虚拟路径。任何MPR图像(例如，矢状倾斜)也可以包括针的虚拟路径。
在方法1000的框1010处可以根据指定的辐射剂量来选择对成像装置的准直并且可以基于虚拟针路径来选择对成像装置的准直。如果通过使用准直功能能够递送较少的辐射，则可以减少被递送给对象的剂量。在一些情况下，由成像装置递送的辐射的宽度可以在2至4cm的范围内。
根据虚拟路径和病变位置选择适当的准直范围可以提高流程的效率。在实际穿刺过程期间(如下所述)，可以连续探查针并且可以多次扫描同一病变位置。
作为验证流程的部分，可以在方法1000的框1012处获得另外的放射摄影成像切片(例如，对应于框1004，但是可以取决于在框1010处确定的准直)。作为该流程的部分，可以如下所述地确定真实针位置。
在方法1000的框1014处根据本文描述的某些方法确定针的真实位置。真实针路径和虚拟路径可以被显示在用户接口上。
在方法1000的框1016处能够根据针的真实位置来确定另外的信息。例如，针尖与病变定位之间的距离和/或真实针轨迹与虚拟路径的轨迹之间的偏差。
如果确定针尚未到达病变，则验证流程可以(如在方法1000的框1018处所确定的那样)继续/重复。如果合适的话，在框1020处，用户可以使得进一步***针和/或改变针的轨迹，以便到达病变定位。
在框1022处，一旦针已经到达了病变，就可以认为该流程已经完成。
在一些实施例中，方法1000可以有两个部分。在图10中，该流程的第一部分1024(包括框1004至1010)包括“规划”介入流程，并且该流程的第二部分1026(包括框1012至1020)包括“验证”介入流程。
在实施方法1000的某些框时，介入流程可以涉及以下流程中的任何流程。
在一些实施方式中，可以相对于针的位置确定诊察台的位置(参见图4)，这可以简化介入流程的实施方式。根据虚拟穿刺路径，方法1000可以包括自动计算诊察台在针尖位置和病变位置处的位置。基于所保存的诊察台的位置，可以确定对象的身体的哪个部分正在被成像，同时还保持对针相对于病变位置的位置的控制。因此，在一些实施例中，可以根据虚拟路径的计算结果来直接控制诊察台以将诊察台引导到指定位置。激光或其他指示器可以用于(例如根据激光定位线)指示身体上的进入点。然后，用户可以使得针逼近进入点并***身体。
在一些实施方式中，可以自动识别真实针轨迹并将其显示在用户接口上。例如，在***了针之后，可以对多次扫描使用准直功能以减小剂量，并且可以将成像切片自动加载到应用程序中以使得能够确定针轨迹。在一些操作中，可能无法通过物理倾斜来调整机架和/或诊察台角度。因此，可以使用上述数字倾斜方法。因此，用户可能不需要调整机架角度和/或诊察台角度。方法1000可以自动识别针轨迹并显示针轨迹图像，这可以简化用户的流程。
在一些实施方式中，可以自动测量相关参数以简化用户的工作流程。例如，当***针时，可能无法精确控制针的角度，从而导致图像上的交叉层现象。这会导致在确认针位置时出现问题。方法1000可以提供对针位置、从针尖到病变位置的距离、实际路径和虚拟设计的自动识别。诸如针路径角度偏差(例如与预测针轨迹相结合)之类的某些信息可以被显示在用户接口上。例如，用户可以使用该信息来视觉确认针在组织中的位置，以便在流程期间随时促进主动路径调整。因此，可以将针准确定位在病变处，这可以促进准确的病理诊断。
图11示出了例如在实施方法1000时可以显示在本文描述的用户接口上的一系列图像。上排示出了轴状面中的图像，而下排示出了矢状面中的对应图像。左侧列中的图像(被标记为(a)和(b))分别示出了轴状面和矢状面中的虚拟(规划)针路径和真实(跟踪)针路径。中心列中的图像(被标记为(c)和(d))示出了真实(跟踪)针路径。右侧列中的图像(被标记为(e)和(f))示出了虚拟(规划)针路径。在图11中，用白色“引导”线条来表示图像中的用户指南。白色虚线指虚拟或规划针路径。白色实线指真实或跟踪针路径。当显示图像时，“引导”线条可以是彩色的。例如，规划针路径可以被示为“蓝色”，而跟踪针路径可以被示为“绿色”。可以使用任何颜色组合。另外，这些线条可以具有不同的厚度和/或点线或虚线，以向用户提供指导。当规划和执行介入流程时，用户会发现各种线条(或其他标记)对于在流程期间指导他们很有用。
图12示出了用于可视化***在身体中的针的装置1200。装置1200包括处理单元1202(其可以对应于图4的计算机414)，处理单元1202被配置为实施本文描述的某些方法(以例如确定针的位置)。装置1200还包括显示单元1204(其可以对应于图4的用户接口416)，显示单元1204被配置为显示叠加有针的位置的身体的图像。
图13示出了有形机器可读介质1300。有形机器可读介质1300包括指令1302，指令1302当在至少一个处理器1304上被运行时使得至少一个存储器1304实施本文描述的某些方法。在该实施例中，指令1302包括被配置为实施方法100的框102的指令1306。指令1302还包括被配置为实施方法100的框104的指令1308。本文描述的任何方法都可以借助于有形机器可读介质1300来实施，有形机器可读介质1300使得至少一个处理器1304实施这样的方法。
在一些情况下，上述任何模块、处理电路或处理单元(例如，计算机414和/或处理单元1202)都可以包括用于实施模块的功能的至少一个专用处理器(例如，专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)等)。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
在一个实施例中描述的一个或多个特征可以与在另一实施例中描述的特征相结合或者被在另一实施例中描述的特征所替换。例如，可以基于关于***400、装置1200和/或机器可读介质1300描述的特征来修改方法100、200、300、900和1000，并且反之亦然。
本公开内容中的实施例能够被提供为方法、***或者被提供为机器可读指令与处理电路的组合。这样的机器可读指令可以被包括在非瞬态机器(例如计算机)可读存储介质(包括但不限于磁盘存储装置、CD-ROM、光学存储装置等)上，在非瞬态机器可读存储介质中或上具有计算机可读程序代码。
参考根据本公开内容的实施例的方法、设备和***的流程图和框图来描述本公开内容。虽然上述流程图示出了特定的运行顺序，但是该运行顺序可以不同于所描述的运行顺序。关于一幅流程图描述的框可以与另一幅流程图的框相结合。应当理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合能够通过机器可读指令来实现。
机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理设备的处理器来运行，以实现在说明书和附图中描述的功能。特别地，处理器或处理电路或其模块可以运行机器可读指令。因此，本文描述的装置(例如，处理单元1202)和其他设备的功能模块可以由运行在存储器中存储的机器可读指令的处理器或者根据嵌入在逻辑电路中的指令操作的处理器来实施。术语“处理器”将被广义地解读为包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元或可编程门阵列等。这些方法和功能模块可以全部由单个处理器来执行，也可以被划分在若干处理器之间。
这样的机器可读指令也可以被存储在计算机可读存储装置中，该计算机可读存储装置能够指导计算机或其他可编程数据处理设备在特定模式下操作。
这样的机器可读指令也可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程数据处理设备执行一系列操作以产生计算机实施的处理，由此在计算机或其他可编程设备上运行的指令实现了由在流程图和/或框图中的(一个或多个)框指定的功能。
另外，本文的教导可以以计算机程序产品的形式实施，该计算机程序产品被存储在存储介质中，并且包括用于使计算机设备实施在本公开内容的实施例中记载的方法的多个指令。
关于一个实施例描述的元件或步骤可以与关于另一实施例描述的元件或步骤相结合或者被关于另一实施例描述的元件或步骤所替换。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储或分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起供应的或者作为其他硬件的部分而供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信***进行分布。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种计算机实施的方法(100)，包括：
接收(102)与身体的多个放射摄影成像切片相对应的数据；
基于组合来自以下各项的信息来确定(104)针***在所述身体中的位置：所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体外部的第一部分的指示的至少一个放射摄影成像切片，以及所述放射摄影成像切片中包括对所述针在所述身体内部的第二部分的指示的至少另一个放射摄影成像切片，其中，确定所述针的所述位置包括通过将与所述针在所述身体外部的所述第一部分的位置相对应的数据和与所述针在所述身体内部的所述第二部分的位置相对应的数据进行合并来生成组合针区域；并且
生成(106)显示数据以用于提供所述针在所述身体的图像中的视觉表示，所述视觉表示与叠加在所述图像上的所述针的至少所述第一部分和所述第二部分的视觉表示相结合，其中，所述图像在关于平行于所述多个放射摄影成像切片的平面发生数字倾斜的平面中。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，包括使得(202)用户接口显示所述图像。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定所述针的所述位置包括将线条拟合到接收到的指示所述针的所述第一部分和所述第二部分的所述位置的数据中的多个区域。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述针的所述位置包括通过使从接收到的数据导出的能量函数最小化来从多个候选针区域中确定真实针区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述能量函数基于以下各项中的至少一项：所述候选针区域的离散程度；所述候选针区域的面积；所述候选针区域的边缘的平均像素值；所述候选针区域的内部部分的平均像素值；所述候选针区域的所有横截面值的平均值；圆度参数；以及偏差参数。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：
通过对接收到的与所述针的所述第一部分相对应的数据执行形态学开运算来识别(306)所述针在所述身体外部的所述第一部分；并且
基于针对所述针的规划路径来确定与所述针的所述第一部分相对应的三维区域，其中，所述三维区域包括多个候选针区域，根据所述多个候选针区域能够确定所述真实针区域。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：
通过对接收到的与所述针的所述第二部分相对应的数据执行阈值截断来识别(308)所述针在所述身体内部的所述第二部分；并且
基于针对所述针的规划路径来确定与所述针的所述第二部分相对应的三维区域，其中，所述三维区域包括多个候选针区域，根据所述多个候选针区域能够确定所述真实针区域。
8.根据权利要求7所述的方法，包括通过以下操作来扩展(310)与所述针的所述第二部分相对应的所述三维区域：搜索通过所述阈值截断移除的至少一个相邻候选针区域，并且包括与相邻候选针区域相对应的数据作为所扩展的三维区域的部分。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，包括基于所述数据内的候选针尖区域内的测量结果与指示在所述候选针尖区域内不存在针结构的阈值的比较来检测(316)所述针的尖端。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
如果与所述阈值的所述比较指示在所述候选针尖区域中存在针结构，则从所述数据中识别另一候选针尖区域以确定所述另一候选针尖区域是否包括指示针结构存在的数据；并且
如果与所述阈值的所述比较指示在与所述候选针尖区域相对应的所述数据内不存在针结构，则包括指示在先前识别的候选针尖区域内存在针结构的数据的先前识别的候选针尖区域被确定为包含所述针的所述尖端。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，包括基于被拟合到所述针的预测轨迹的第一线条来检测(318)所述针在所述身体上的***点，所述针的所述预测轨迹是基于所确定的所述针的位置和沿着所述身体的表面拟合的第二线条来确定的。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，包括响应于确定所述针的预测轨迹和规划轨迹之间存在偏差而使得(320)用户接口提供对所述预测轨迹和所述规划轨迹之间的差异的指示。
13.一种用于可视化***在身体(402)中的针(412)的装置(400)，所述装置包括：
处理单元(414)，其被配置为实施根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，以确定所述针的位置；以及
显示单元(416)，其被配置为显示叠加有所述针的所述位置的所述身体的图像。
14.一种包括指令(1302)的有形机器可读介质(1300)，所述指令当在至少一个处理器(1304)上被运行时使得所述至少一个处理器实施根据权利要求1至12中的任一项所述的方法。
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