用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201580026776.3 | 申请日 | 2015-05-13 | 公开(公告)号 | CN106456254B | 公开(公告)日 | 2019-08-16 |
| 申请人 | 皇家飞利浦有限公司; | 发明人 | J·奥利万贝斯科斯; T·埃伦巴斯; M·费斯特格; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于对第二目标(例如为人的脉管结构)内的第一目标(10)(如 导管 的端部)进行成像的成像装置。提供了所述第二目标的三维表示，所述第二目标的所述三维表示包括所述第二目标的表面(23)的表示以及所述第一目标相对于所述第二目标的 位置 的位置，并且确定所述第一目标到所述第二目标的所述表面的所述表示上的投影(22)并且在显示器上将所述投影示出给用户(如医师)。从而以对用户来说非常原生的方式示出所述第一目标与所述第二目标之间的三维空间关系，即，能够提供允许所述用户容易且准确地掌握所述第一目标与所述第二目标之间的所述三维空间关系的 可视化 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像装置，所述成像装置包括： |
||||||
| 说明书全文 | 用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像装置技术领域背景技术[0002] US 2010/0217117A1公开了一种用于在患者的解剖结构的部分中执行第一血管与目标血管之间的图像引导的经血管分流流程，其中，所述系统适于基于关于穿刺针端部的位置取向信息和目标血管的路径来产生对穿刺针相对于目标血管的位置和穿刺针的延伸路径的显示，其中，延伸路径包括穿刺针将沿循的路径，如果穿刺针被延伸经过导管针的远端部分的话。所述显示还示出穿刺针将与目标血管相交的点，如果穿刺针的延伸路径与所确定的目标血管的路径相交的话，以及穿刺针到目标血管的最近路线的指示物，如果穿刺针的延伸路径不与目标血管的路径相交的话。 [0003] 在导管插入流程中，知晓导管在导管应当被导航通过的人的内部结构内的位置是重要的。出于此原因，通常在导管插入流程期间生成实时X射线投影图像，其中，医生基于所生成的X射线投影图像将导管在内部结构内移动。然而，由于X射线投影图像只是二维图像，因而医生难以准确掌握导管在内部结构内的三维位置并且因此难以对在内部结构内的导管端部进行准确地导航。 发明内容[0004] 本发明的目标是提供用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像装置、方法和计算机程序，其允许用户对第二目标内的第一目标进行更准确地移动。本发明的另外的目标是提供用于对第二目标内的第一目标进行移动的移动系统，所述移动系统包括成像装置。 [0005] 在本发明的第一方面中，提出了一种用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像装置，其中，所述成像装置包括： [0006] -表示提供单元，其用于提供所述第二目标的三维表示，其中，所述三维表示包括所述第二目标的表面的表示， [0007] -位置提供单元，其用于提供所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置，[0008] -投影单元，其用于基于所提供的所述第一目标的位置来确定所述第一目标到所述第二目标的所述表面的所述表示上的投影，其中，所述投影是取决于所述第一目标与所述第二目标之间的空间关系的二维投影，以及 [0009] -显示器，其用于显示所述第一目标在所述第二目标的所述表面的所述表示上的所述投影， [0010] 其中，所述投影单元适于： [0011] -针对所述第二目标的所述表面的所述表示上的不同的表面位置计算投影值，所述投影值取决于各自的表面位置与取决于所述第一目标的所提供的位置的另外的位置之间的距离， [0012] -提供投影值与可视化性质之间的分配，并且 [0013] -基于所计算的投影值和所提供的分配来将可视化性质分配给所述表面位置，从而确定所述投影。 [0014] 由于所述投影单元基于所述第一目标相对于所述第二目标并且因此相对于所述第二目标的表面的表示的所提供的位置来确定报楸第一目标到所述第二目标的所述表面的所述表示上的投影，其中，所述第一目标在所述第二目标的表面的表示上的所述投影取决于所述第一目标的位置与所述第二目标的表面之间的三维空间关系，并且以对如医师的用户来说非常原生的方式来图示该三维空间关系，因此能够提供允许用户容易且准确地掌握所述第一目标与所述第二目标之间的三维空间关系的可视化，并且因此允许用户对第二目标内的第一目标进行更准确地移动。 [0015] 所述第一目标优选地是介入设备的端部，如要被插入到活体中的导管或针的端部，并且所述第二目标优选为活体的脉管结构或另一部分，其中，所述介入设备应当在脉管结构内被导航。 [0016] 表示提供单元优选地适于提供所述第二目标的三维图像作为表示。图像可以为计算机断层摄影图像、磁共振图像、超声图像或另一成像模态的三维图像。表示提供单元也能够适于提供所述第二目标的三维模型作为表示。例如，表示提供单元能够适于提供表示所述第二目标的多边形网格作为表示。此外，所述表示提供单元也能够适于提供隐式表面作为所述第二目标的表面的表示。 [0017] 表示提供单元可以为存储单元，在所述存储单元中，已经存储了第二目标的三维表示，并且能够从所述存储单元取回所存储的三维表示以提供所述三维表示。所述表示提供单元也能够是接收单元，所述接收单元用于接收第二目标的三维表示并且用于提供所接收的三维表示。此外，所述表示提供单元能够适于生成所述第二目标的三维表示。例如，所述表示提供单元能够为用于生成第二目标的三维图像的成像模态，其中，所生成的三维图像可以被认为是三维表示。所述成像模态能够是例如磁共振成像模态、计算机断层摄影成像模态、如正电子发射断层摄影成像模态或单光子发射断层摄影成像模态的核成像模态、超声成像模态等。表示提供单元也能够适于基于提供的三维图像来确定第二目标的模型作为三维表示。例如，所述第一目标应当被投影在其上的所述第二目标的至少表面在所提供的三维图像中能够被分割，以便确定所述第二目标的表面的表示。 [0018] 位置提供单元也能够为存储单元，其中，在这种情况下，所述位置提供单元适于存储第一目标相对于第二目标的位置的位置并取回所存储的位置以提供所存储的位置。所述位置提供单元也能够适于从位置确定设备接收第一目标的位置并提供所接收的位置。所述位置提供单元也能够为位置确定设备，所述位置确定设备适于确定所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置并提供所确定的位置。尤其地，所述位置提供单元适于通过使用光学形状感测和/或通过使用电磁传感器和/或通过使用X射线来提供所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置。例如，所述位置提供单元能够适于在至少两个不同的采集方向上采集所述第二目标内的所述第一目标的X射线投影图像，其中，所述第一目标能够被在X射线投影图像中被识别，并且所述第一目标相对于所述第二目标的位置能够在考虑各自采集方向的情况下基于所述X射线投影图像内的所识别的第一目标的位置来确定。所述第一目标的位置的确定优选与所述第二目标的表示进行配准，以便提供所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置。例如，可以用于确定所述第一目标的位置的X射线投影图像能够与所述第二目标的表示进行配准，以便将所述第一目标的所确定的位置与所述第二目标位置的表示进行配准。或者，在光学形状感测和/或电磁感测被用于确定所述第一目标相对于所述第二目标的位置时，光学形状感测系统和/或电磁感测系统能够与所述第二目标的表示进行配准，以便确定所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置。 [0019] 在实施例中，位置提供单元也适于提供所述第一目标相对于所述第二目标的取向，其中，投影单元适于基于所述第一目标的所提供的位置和取向来计算所述第一目标到所述第二目标的表面的表示上的投影。例如，在所述第一目标为介入设备的端部时，所述端部的位置可以被定义为所述介入设备的端部处的中心点的最远位置，其中，端部可以是略长的，即，沿着纵轴延伸，并且其中，端部的取向可以被定义为端部的纵轴的取向。投影单元可以适于基于所述第二目标的表面的表示与由所述第一目标的位置和取向定义的线之间的相交点来计算投影。尤其地，所述投影单元可以适于计算投影，使得相交点形成投影的中心。也考虑所述第一目标相对于所述第二目标的取向还改善了三维印象，所述三维印象能够被提供给对在第二目标内的第一目标进行移动的用户。 [0020] 所述投影是到第二目标的表面的表示上的二维投影。所述二维投影取决于所述第一目标与所述第二目标之间的三维空间关系，特别是所述第一目标与所述第二目标之间的距离和/或所述第一目标相对于所述第二目标的取向。 [0021] 在另外的实施例中，所述投影单元适于计算所述第一目标的所提供的位置与各自的表面位置之间的距离作为投影值，或者计算所述第二目标的表面的表示与由所述第一目标的位置和取向定义的线之间的相交点并计算相交点与各自的表面位置之间的距离作为投影值。所述相交点与各自的表面位置之间的距离优选是沿着所述第二目标的表面的表示来计算的。此外，所计算的距离优选的各自的最小距离，并且可视化性质优选是不透明度和/或颜色和/或亮度的程度。用于确定第二目标的表面的表示上的第一目标的投影的这些技术还能够改善被提供给用户的三维印象，这能够引起在第二目标内的第一目标的更为准确的移动。 [0022] 优选地，所述显示器还适于显示所述第一目标的位置相对于所述第二目标的表面的表示的表示。此外，成像装置还可以包括用于提供所述第一目标的图像的图像提供单元，其中，显示器可以适于显示与所提供的图像重叠的表面的表示上的第一目标的投影。优选地，所提供的图像示出第二目标内的第一目标，即，所提供的图像优选地示出所述第二目标以及在所述第二目标内的所述第一目标。所述图像提供单元可以为存储单元，所述存储单元用于存储第一目标的图像并用于取回所存储的图像以提供所存储的图像。图像提供单元也能够为接收单元，所述接收单元用于从成像模态接收图像并用于提供所接收的图像。此外，图像提供单元能够适于生成第一目标的图像，优选在第一目标已经被引入到第二目标中之后，并且能够适于提供所生成的图像。所述图像优选为示出所述第二目标和在所述第二目标内的第一目标的实况图像。其例如是由如X射线C型臂系统的X射线投影系统生成的X射线投影图像。通过将所提供的所述第一目标的图像叠加在所述第二目标的表面的表示上的第一目标的投影的可视化上和/或通过显示第一目标的位置相对于第二目标的表面的表示的表示(在第二目标的表面的表示上已经示出了该投影)，用户可以根据在显示器上显示的结果得到的特征的三维信息来掌握的三维信息，可以允许用于进一步改善移动在第二目标内的第一目标的准确性。 [0023] 显示器优选地适于使得第二目标的表面的表示上的第一目标的投影是能由用户在查看方向上查看的。在实施例中，所述第二目标包括壁，所述壁具有相对于查看方向在壁的一侧的前表面和相对于查看方向在壁的另一相对侧的后表面，其中，投影单元适于取决于在其上已经确定投影的第二目标的表面的表示是表示第二目标的前表面还是后表面来将可视化性质分配给所确定的投影，并且其中，显示器适于取决于所分配的可视化性质来显示第一目标的投影。针对前表面和后表面的不同的可视化性质能够例如是实线/虚线和/或不同的颜色和/或不同的不透明度的程度和/或不同的亮度等。 [0024] 投影单元能够适于提供a)在其上已经确定了投影的表面是前表面还是后表面与b)可视化性质，之间的分配，并且适于使用这些分配来将可视化性质分配给所确定的投影。分配能够为能由用户经由用户界面进行修改的与确定的分配。 [0025] 第二目标能够包括具有一个第一表面和一个相对的第二表面的壁，其中，三维表示能够包括第一表面和第二表面中的一个或多个的表示。通常，表示将表示一个第一表面和一个第二表面。然而，在可以用于提供表示的图像中有噪声的情况下，表示能够表示若干第一表面和/或若干第二表面。投影单元能够适于通过使用已知技术来确定哪个表面相对于查看方向是前表面以及哪个表面相对于查看方向是后表面。例如，在假设表面不是平面时，表面的法向向量能够被确定，其中，其能够被定义为相对于表面的弯曲指向外的法向向量，并且其中，能够基于该法向向量和查看方向来确定该表面是前表面还是后表面。尤其地，能够基于法向向量与表示查看方向的向量的标量积的符号来确定表面是前表面还是后表面。 [0026] 当表示表示第一目标能够被投影在其上的第二目标的多个表面时，投影单元能够包括用于选择投影应当被确定在其上的表面的选择规则。例如，选择规则能够定义投影应当被确定为在具有到第一目标的最短距离的表面上。或者选择规则能够定义投影应当被确定为在具有到第一目标的最长距离的表面上。此外，选择规则可以定义投影应当被确定为在多个表面的相对于查看方向的第一表面上，或者选择规则可以定义投影应当被确定为在多个表面的相对于查看方向的最后的表面上，即，投影应当被确定为在具有到用于显示投影的假定的查看器最长距离的表面上，或者被确定为在具有到查看者最短距离的表面上。 [0027] 还优选地，成像装置包括靶标提供单元，所述目标提供单元用于提供第一目标应当被移动到的第二目标内的靶标的表示，其中，显示器适于也显示靶标的表示。也在显示器上示出靶标的表示(第一目标应当在第二目标内移动到所述靶标)，能够改善对第二目标内的第一目标进行移动的准确性。 [0028] 在本发明的另外的方面中，提出了一种用于对第二目标内的第一目标进行移动的系统，其中，所述系统包括： [0031] 所述系统优选地适于对在人或动物的脉管结构内的如导管的介入设备进行移动。所述移动单元优选地适于允许如医生的用户手动地移动第二目标内的第一目标。例如，所述移动单元能够包括用于允许用户对第二目标内的第一目标进行移动的导丝、操控丝等。 所述移动单元也能够包括机器人单元，所述机器人单元能够允许用户通过使用例如操纵杆或用于将操控命令输入到机器人系统中的另一输入单元来对第二目标内的第一目标进行移动。 [0032] 在本发明的另外的方面中，提出了一种用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像计算机程序，其中，所述成像计算机程序包括程序代码单元，所述程序代码单元用于在所述程序代码单元在控制根据权利要求1所述的成像装置的计算机上被运行时令所述成像装置执行以下步骤： [0033] -由表示提供单元提供所述第二目标的三维表示，其中，所述三维表示包括所述第二目标的表面的表示， [0034] -由位置提供单元提供所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置，[0035] -由投影单元基于所述第一目标的所提供的位置来确定所述第一目标到所述第二目标的所述表面的所述表示上的投影，其中，所述投影是取决于所述第一目标与所述第二目标之间的空间关系的二维投影， [0036] -针对所述第二目标的所述表面的所述表示上的不同的表面位置计算投影值，所述投影值取决于各自的表面位置与取决于所述第一目标的所提供的位置的另外的位置之间的距离， [0037] -提供投影值与可视化性质之间的分配， [0038] -基于所计算的投影值和所提供的分配来将可视化性质分配给所述表面位置，从而确定所述投影，并且 [0039] -由显示器将所述第一目标的所述投影显示在所述第二目标的所述表面的所述表示上。 [0040] 应当理解，根据权利要求1所述的成像装置、根据权利要求12所述的系统、和根据权利要求13所述的成像计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，尤其是具有在从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。 [0043] 在以下附图中： [0044] 图1示意性且示范性地示出了用于对脉管结构内的导管的端部进行移动的系统的实施例， [0045] 图2示意性且示范性地示出了导管的端部的最远点和导管的端部的纵轴，[0046] 图3示意性且示范性地图示了导管的端部在脉管结构的表面上的投影，[0047] 图4示出了示范性地图示用于对脉管结构内的导管的端部进行成像的成像方法的实施例的流程图， [0048] 图5、图6和图10示出了导管的端部在脉管结构的表面的表示上的投影的范例，并且 [0049] 图7至图9以及图11示出了导管的端部在被叠加在X射线荧光透视图像上的脉管结构的表面的表示上的投影的另外的范例。 具体实施方式[0050] 图1示意性且示范性地示出了用于对第二目标内的第一目标进行移动的系统。在该实施例中，该系统为介入系统1，所述介入系统1用于对躺在如台面的支撑物单元4上的人2中的脉管结构3内的为第一目标的具有端部10的导管9进行移动，以便执行介入流程。在该实施例中，人2内的脉管结构3为第二目标。 [0051] 所述系统包括用于提供脉管结构3的三维表示的表示提供单元12，其中，所述三维表示包括脉管结构3的表面的表示。在该实施例中，所述三维表示通过对介入前图像(如介入前计算机断层摄影图像或磁共振图像)中的脉管结构3的分割来形成。所述系统还包括位置提供单元13，所述位置提供单元13用于提供脉管结构3内的导管9的端部10的位置和取向。在该实施例中，导管9包括光学形状感测纤维，并且位置提供单元13为光学形状感测控制与确定单元，以便通过光学形状感测来确定导管9的端部10的位置和取向。在其他实施例中，位置提供单元能够适于通过如电磁单元的其他单元来确定导管9的端部10的位置。 [0052] 所述系统还包括投影单元14，所述投影单元14用于基于导管9的端部10的所提供的位置和取向来确定导管10的端部到脉管结构3的表面的表示上的投影。在图2中示意性且示范性地图示了导管9的端部10，其中，在图2中示出了端部10的远端的中心处的最远点19和端部10的纵轴20。位置提供单元13优选地适于提供该最远点19的位置作为导管9的端部10的位置，并且优选地适于提供纵轴20的取向作为导管9的端部10的取向。投影单元14优选地适于计算脉管结构3的表面23的表示与由端部10的最远点19的位置定义的线之间的相交点21以及端部10的纵轴20的取向，如在图3中示意性且示范性地图示的。当表面围住导管的端部10时(当在血管内移动导管时通常是这种情况)，计算导管的端部所指向的方向(即，从端部本体指向端部的最远点19的方向)上的相交点。 [0053] 投影单元14优选地还适于确定导管9的端部10在表面23的表示上的投影22，使得投影22被集中在所确定的相交点21上。此外，投影单元14优选还适于针对脉管结构3的表面23的表示上的不同表面位置来计算投影值，所述投影值指示各自的表面位置与取决于导管 9的端部10的所提供的位置的另外的位置之间的距离。对投影值的这种确定优选地被限制到相交点21周围的预定义区。例如，投影值可以仅被确定在相交点21周围的仅覆盖具有到相交点21的距离小于预定义阈值的表面位置的预定义区域内。 [0054] 尤其地，投影单元14适于计算沿着脉管结构3的表面23的表示的在相交点21与各自的表面位置之间的距离或者在导管9的端部10的最远点19的所提供的位置与各自的表面位置之间的距离，作为投影值。所计算的距离优选对应于各最小距离，即，两个各自位置之间的最小路径的长度。 [0055] 投影单元14还适于提供投影值与可视化性质之间的分配。所述可视化性质优选定义不透明度的程度和/或颜色和/或亮度。所述分配可以被提供为将各自的投影值传递给一个或多个可视化性质的传递函数。投影单元14还适于基于所计算的投影值和所提供的分配将可视化性质分配给表面位置，以便确定投影22。所述系统还包括显示器18，所述显示器18用于将导管9的端部10的投影22显示在脉管结构3的表面23的表示上。显示器18还可以适于显示导管9的端部10相对于内部结构3的内表面23的表示的位置的表示。 [0056] 所述系统还包括图像提供单元11，在该实施例中，图像提供单元11为用于在介入流程期间对脉管结构3内的导管9的端部10进行成像的荧光透视设备。荧光透视设备11包括X射线源5，所述X射线源5用于发射穿过躺在支撑物单元4上的人2的X射线6。荧光透视设备11还包括用于在X射线6已经穿过人2之后探测X射线6的X射线探测器7。X射线源5和X射线探测器7被安装在C型臂30上，所述C型臂30相对于人2能旋转，以便在不同方向上辐照人2。此外，支撑物单元2和C型臂30可以是相对于彼此能平移的，以便辐照人2的不同部分。X射线探测器7适于生成指示探测到的X射线6的探测信号，其中，所述探测信号被传输到荧光透视控制单元8，所述荧光透视控制单元8适于控制C型臂30、X射线源5和X射线探测器7，并且适于生成取决于所接收的探测信号的二维投影图像。显示器18能够适于显示在与由荧光透视设备11生成的X射线投影图像相叠加的表面23的表示上的导管9的端部10的计算出的投影，以便允许用户在介入流程期间准确地监测脉管结构3内的导管9的端部10的位置。显示器18能够适于执行2D-3D配准，以便将二维X射线投影图像与脉管结构的三维表示进行配准并将它们准确地叠加到彼此上。 [0057] 荧光透视设备11也能够适于用于将位置提供单元13与三维表示进行配准。例如，在校准步骤中，导管9的位置和形状能够通过光学形状感测来确定，同时导管9具有已知形状并且相对于荧光透视设备11处于已知位置和取向，以便将位置提供单元13相对于荧光透视设备11进行配准。在校准过程期间，导管9相对于荧光透视设备11的形状、位置和取向可以是先验已知的或可以基于若干X射线投影图像来确定，所述若干X射线投影图像是由荧光透视设备11在不同采集方向上采集的并且其示出导管9。由于除此之外能够例如通过执行2D-3D配准来对由荧光透视设备11提供的X射线投影图像与三维表示进行配准，因此能够对该三维表示与由位置提供单元13确定的导管9的端部10的位置和取向进行配准。在其他实施例中，能够通过使用其他已知的配准技术来将不同的系统配准到彼此。 [0058] 所述系统还包括靶标提供单元19，所述靶标提供单元19用于提供导管9的端部10应当被移动到的脉管结构3内的靶标的表示，其中，显示器18优选地适于也显示靶标的该表示。靶标提供单元19能够适于提供靶标的已存储的表示，所述靶标的已存储的表示需要被取回以用于将所述靶标的已存储的表示提供给示出靶标的表示的显示器18。然而，靶标提供单元19也能够适于提供图形用户接口，所述图形用户接口允许用户完全手动地或半自动地指示脉管结构3的三维表示中的靶标，其中，然后标记物能够被用作由显示器10示出的靶标的表示。靶标提供单元19也能够适于基于所提供的脉管结构3的三维表示来自动确定靶标。例如，靶标提供单元19能够适于自动识别脉管结构3的特定动脉与主动脉之间的特定分支，如肾动脉从主动脉分支的位置。 [0059] 由于表示提供单元12、位置提供单元13、投影单元14、显示器18、图像提供单元11以及靶标提供单元19全部都对脉管结构的表面的表示上的导管的端部的投影的最终显示有贡献，其中，该显示也能够涉及显示靶标的表示、由荧光透视设备11提供的图像和/或导管9的端部10的表示，因此这些部件能够被认为是用于对第二目标内的第一目标进行成像(即，用于对脉管结构内的导管的端部进行成像)的成像装置的部件。 [0060] 系统1还包括用于控制导管的导管控制单元15，所述导管控制单元15例如用于对导管的端部进行供能以用于执行消融流程，用于对导管的端部进行致动以用于插入支架移植物，用于感测脉管结构的壁的性质，如电性质等。此外，所述系统包括用于对脉管结构3内的导管9的端部10进行导航的导航单元或移动单元16，其中，导航单元16能够使用转向线、机器人单元等以允许用于导航并移动脉管结构3内的导管9的端部10。所述系统还包括如键盘、计算机鼠标、触摸板等的输入单元17，以便允许用户将命令输入到系统1中，所述命令例如为用于控制导管控制单元15的命令、用于控制导航单元16的命令、用于控制荧光透视设备11的命令、用于设定用于对脉管结构的表面的顶部上的导管的端部的投影进行可视化的可视化参数的命令等。 [0061] 表示提供单元12能够适于提供脉管结构3的三维表示，使得其包括脉管结构3的壁的相对的第一表面和相对的第二表面的表示，其中，投影单元14能够适于确定a)导管9的端部10的位置与脉管结构3的壁的所表示的第一表面之间的距离，以及b)导管9的端部10的位置与脉管结构3的壁的所表示的第二表面之间的距离，并且适于基于所确定的距离来确定投影应当被确定为在哪个表面上。所述距离优选为各自的最短距离。投影单元14能够适于确定表面的投影，针对所述表面的投影最小距离已经被确定。此外，显示器18能够适于使得脉管结构3的表面的表示上的导管9的端部10的投影可由用户在查看方向上查看，其中，投影单元14能够适于基于所述查看方向与例如各自的法向向量来确定第一表面和第二表面中的哪个相对于查看方向是前表面以及第一表面和第二表面中的哪个相对于查看方向是后表面。另外，投影单元14能够适于取决于所述投影已经被确定为在前表面上还是已经被确定为在后表面上来将可视化性质分配给所确定的投影，其中，显示器18能够适于取决于所分配的可视化性质来显示导管9的端部10的投影。针对内表面和外表面的不同的可视化性质能够例如为实线/虚线和/或不同的颜色和/或不同的不透明度的程度和/或不同的亮度等。投影单元14能够适于提供a)在其上确定了投影的表面是前表面还是后表面与b)可视化性质，之间的分配，并且适于使用这些分配来将可视化性质分配给所确定的投影。分配能够是预定分配，所述预定分配能由用户经由用户接口进行修改。 [0062] 以下将参考图4中示出的流程图来示范性地描述用于对第二目标内的第一目标进行成像的成像方法的实施例。 [0063] 在步骤101中，提供了第二目标的三维表示，其中，所述三维表示包括第二目标的表面的表示。尤其地，在步骤101中提供了人体内的脉管结构的三维表示。在步骤102中，通过使用例如光学形状感测或电磁跟踪技术来确定第二目标内的第一目标的位置，特别是脉管结构内的导管的端部的位置。在步骤103中，基于第一目标的所提供的位置来确定到第二目标的表面的表示上的第一目标的投影，并且在步骤104中，显示在第二目标的表面的表示上的第一目标的投影。尤其地，确定并显示到脉管结构的表面的表示上的导管的端部的投影。在步骤105中，确定终止标准是否被满足，其中，如果终止标准未被满足，则所述方法利用步骤102继续进行，使得在循环中不断提供第一目标的位置，不断确定投影并不断显示所确定的投影，以便在用户移动第二目标内的第一目标时允许用户监测第二目标内的第一目标的位置。如果在步骤105中终止标准被满足，则在步骤106中结束成像方法。终止标准能够例如为用户是否已经输入了指示成像方法应当停止的停止命令。 [0064] 成像方法当然能够包括另外的步骤，如额外地提供示出如由荧光透视设备11生成的荧光透视图像的第二目标内的第一目标的实况图像，其中，所提供的实况图像也能够被示出在显示器18上。此外，显示器18能够适于将第一目标的表示示出在第一目标相对于第二目标的表面的表示的位置的所提供的位置处。 [0065] 在微创手术期间，如外科医生的用户可以导航如导管、导丝、支架植入物等的临床设备通过人体的血管。这些导航流程要求在临床设备前进通过脉管(优选为血管)时用户能够对临床设备进行可视化或跟踪。为了对这些临床设备进行可视化或跟踪，可以使用常规的X射线成像、磁共振成像、计算机断层摄影成像等。此外，为了跟踪临床设备，能够使用如光学形状感测系统或电磁跟踪系统的跟踪系统。也能够使用立体双平面X射线系统，以便在三维中跟踪临床设备。特别是对于复杂的外科手术流程，例如，有孔血管内动脉瘤修复(FEVAR)，可以在手术之前生成血管的三维模型，即，三维表示。这样的术前三维模型或介入前三维模型可以被叠加在手术期间采集的实况图像的顶部上。例如，血管的三维模型可以被叠加在实况二维X射线投影图像之上，其中，除了诸如脊柱的一些解剖结构之外，可以在二维X射线投影图像中查看到不同的临床设备(在该情况中为血管内设备)，例如，导丝和导管。 [0066] 在诸如FEVAR、EVAR、血管栓塞等的微创流程期间的一个非常重要的步骤是在主血管的侧枝内部引入导管。例如，在这样的流程中，内科医生可以将导管端部插入到肾动脉中。在已知的系统中，内科医生使用二维X射线投影图像，以便对三维脉管结构内的导管进行导航。在这样的情况下，导管端部的确切定位的深度信息会丢失，造成将导管插入到肾动脉中的任务非常繁琐。这能够是与当只用一只眼睛试图将线穿进缝纫针的针孔内的任务相比较的，从而丢失深度信息。为了克服从X射线投影图像的二维性质衍生的这个问题，以上参考图1至图4描述的成像装置和成像方法在脉管结构的三维表示的之上显示导管端部的计算出的投影。该深度感知优选通过例如在血管壁上(即，在脉管结构的壁上)投射阴影或闪亮斑点来进行加强，其中，在投射阴影的情况下，投影使血管壁变暗，而在闪亮斑点的情况下，投影使血管壁变亮。通过投影单元14提供的分配(即，传递函数)能够被相应地配置。投影单元14可以适于计算脉管结构的表面上的投影，使得当导管端部与内壁之间的距离变大时，所计算的投影变得较不集中，而当导管的端部与表面之间的距离变小时，投影将更为集中。为了提供较不集中的投影，投影单元能够适于提供较宽和/或较不强烈和/或较不模糊的投影。由于可视化对自然现象进行了模拟，因此该效果被直观地理解并且用户已经在评估方向和距离方面进行了训练。 [0067] 图5示意性和示范性地示出了脉管结构31的表示和导管的端部33的表示。此外，图5示出了端部33到脉管结构31的表面上的投影32。由于在图5中示出的情形中，导管的端部与脉管结构的表面之间的距离相对较大，因此投影32并未良好地集中且似乎有些模糊。图6示意性且示范性地图示了另一情况，其中，导管的端部非常接近脉管结构的内壁。导管的端部到脉管结构的表面上的投影32因此相对较为集中，即，比图5较小且较清晰。 [0068] 在实施例中，成像装置和成像方法适于提供人体的血管的三维数据，例如，术前计算机断层摄影、磁共振、三维超声等成像数据集，作为三维表示。还能够提供描述人体的血管的多边形网格作为血管的表示。此外，成像装置和成像方法可以适于导出如导管的导航医学设备的三维形状，即，其三维位置和取向。尤其地，可以提供端部的定位和端部的取向。为了导出该信息，可以使用如光学形状感测系统或电磁跟踪系统的系统。作为另一选项，可以根据介入流程期间采集的图像来重建医学设备的三维形状。例如，可以基于由双平面X射线系统采集的两幅X射线投影图像来执行导丝重建。也可以根据利用单平面X射线系统采集的两幅或更多幅X射线投影图像来重建医学设备的三维形状，其中，在该情况中，假设该医学设备不在这些X射线投影图像的采集期间移动。此外，成像装置和成像方法适于优选地将导航医学设备的端部投影在三维血管数据的顶部上。医学设备的端部的位置和取向可以由设备之上的三维点P的位置来定义，例如，由医学设备的端部的最远中心点的三维位置来定义，以及由指示医学设备的端部的取向三维向量V来定义。投影单元能够适于通过计算由(P,V)定义的线与根据三维术前数据导出的脉管结构的内表面之间的相交来计算投影的中心。如果C是线(P,V)与脉管结构的内表面之间的相交点，则针对C的邻域中的脉管结构的内表面上的每个点PS，能够定义在脉管结构的内表面上的距离，如P与PS之间的三维欧几里得距离或如C与PS之间的最小长度路径的距离。各自的距离能够被认为是针对C的邻域中的不同表面位置确定的投影值。投影单元还能够适于提供用于将投影值(即，在该范围中为各自的距离)映射到不透明的程度和颜色的传递函数TF，其可以由下式来描述：TF(D)→RGBA。针对C的邻域中的每个点，可以计算各自的投影值，并且通过使用传递函数TF(D)，能够导出颜色RGB值和不透明度A值。显示器上的表面位置被定位于相交点C的邻域中的位置处的像素被相应地着色并任选地与背景图像混合，所述背景图像可以例如为实况荧光透视图像和/或示出脉管结构的介入前三维表示的图像。 [0069] 传递函数能够是单色函数或能够提供颜色映射。在单色传递函数的情况下，投影值可以被分配给例如不同的亮度和/或不同的不透明度的程度。例如，高亮度能够用于模拟聚光灯而低亮度能够用于模拟投射的阴影，如图5和图6中示意性且示范性地图示的。已经通过使用各自的表面位置PS与端部的位置P之间的欧几里得距离并通过使用单色传递函数来确定图5和图6中的投影。 [0070] 图7至图9示意性且示范性地图示了通过不同的传递函数计算出的不同的投影。在图7中，示出了脉管结构的表面40上的导管的端部42的投影41，所述投影41已经通过使用多色传递函数而被确定，所述多色传递函数将完全不透明的红色分配给接近投影中心的表面点，即，接近由导管的端部42的位置和取向所定义的线与脉管结构的表面40的相交点。此外，传递函数将略微透明的黄色分配给距投影41的中心稍远的表面点，并将半透明的绿色分配给更远的表面点。具有更远距离的表面点不被着色。能够通过定义用于对各自的表面点到投影中心的距离进行阈值化的对应阈值来定义投影41的这些不同着色区域。为了生成图8，已经使用了另一传递函数。在该范例中，传递函数将不透明的黑色分配给在预定义距离处投影的表面点，即，具有距相交点预定义距离，例如2mm的预定义距离。在图9中示出的另外的范例中，传递函数将不透明的黑色分配给在小于距投影41的中心(即，距相交点)的预定义距离阈值(如2mm)的距离处的投影41的所有表面点。 [0071] 在图7至图9中，也指示了肾动脉从主动脉分支的位置，其中，针对该指示，使用了点45。因此，显示器18也能够适于指示导管的端部应当被移动到的靶标的位置。靶标能够被自动或手动地标记在脉管结构3的三维表示上，并且然后最终由显示器18来显示。在图7至图9中，脉管结构的表示40与投影41被叠加在由荧光透视设备11生成的实况荧光透视图像上，使得在这些附图中也示出在介入流程期间使用的导丝44。 [0072] 图10示意性且示范性地示出了脉管结构31的表面上的导管的端部33的投影32的另外的实施例。在该范例中，已经使用了传递函数，其将不透明的黑色分配给距投影32的中心第一距离处的表面点和距投影32的中心第二距离处的表面点，其中，这些距离能够被预定义并且任选地能由用户修改。图11示意性且示范性地图示了脉管结构50的表面上的另外的投影51，其中，在该实施例中，传递函数将不透明的黑色分配给具有到投影中心预定义距离的表面点，并且显示器额外地适于指示将投影51的外边界与导管的端部52的位置进行连接的锥形53。在图11中，脉管结构的表示50与投影51被叠加在由荧光透视设备11生成的实况荧光透视图像上，使得在图11中也示出在介入流程期间使用的导丝54。用户从图11能够获得导管需要被逆时针方向扭转的信息，以便使分支55达到肾动脉。 [0073] 尽管在上述实施例中第一目标为导管的端部且第二目标为人体内的脉管结构。但是在其他实施例中，第一目标和第二目标能够是其他元素。例如，第一目标能够是要被引入到人体内的另一医学设备或要被引入到技术目标内的设备。此外，第二目标能够是人的如活体器官的另一部分，如心脏、肾脏等。第二目标也能够是如技术管状系统的技术目标。 [0074] 尽管在上述实施例中已经描述了对第一目标到第二目标的表面的表示上的投影进行确定的特定技术，但是在其他实施例中，也能够使用其他技术来确定投影。尤其地，能够使用已知的投射技术来确定第一目标到第二目标的表面的表示上的投影。在实施例中，能够定义发散的辐射射束，其开始于导管的远端的位置处并具有与导管的纵轴对准的中心射线，其中，能够计算发散的辐射射束与第二目标的表面的相交以用于确定投影。此外，在确定第一目标到第二目标的表面的表示上的投影时，不仅可以考虑第一目标的单轴的取向(如以上参考图3描述的导管的端部10的纵轴20的取向)，而且还可以考虑两个或更多个另外的轴的取向(如第一目标的另外的横轴)。尤其地，投影可以是相对于如以上参考图3描述的第一目标围绕其轴旋转而不变的，但是在实施例中，投影也可以取决于第一目标绕其纵轴的旋转。 [0075] 尽管在上述实施例中已经使用了生成X射线投影图像的荧光透视设备，但是在另一实施例中成像装置可能不使用任何X射线，其中，第一目标相对于第二目标的位置能够通过使用如光学形状感测或电磁跟踪的非X射线跟踪技术来确定，其中，能够基于第一目标的该确定的位置和第二目标的表面的表示来计算投影，并且其中，最终计算出的投影能够被示出在任选地与第一目标的跟踪位置处的第一目标的表示一起的表面的表示上。 [0077] 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。 [0078] 单个单元或设备可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在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。 [0079] 如对第一目标在第二目标的表示的表面上的投影的确定、对第一目标在第二目标内应当被移动到的靶标的表示的提供、对第二目标的三维表示的提供等的由一个或多个单元或设备进行的操作也能够由任何其他数量的单元或设备来执行。根据成像方法对成像装置的这些操作和/或控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或被实施为专用硬件。 [0080] 计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应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，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。 [0081] 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。 [0082] 本发明涉及一种用于对第二目标(例如为人的脉管结构)内的第一目标(如导管的端部)进行成像的成像装置。提供了所述第二目标的三维表示，所述第二目标的所述三维表示包括所述第二目标的表面的表示以及所述第一目标相对于所述第二目标的位置的位置，并且确定所述第一目标到所述第二目标的所述表面的所述表示上的投影并且在显示器上将所述投影示出给用户(如内科医生)。从而以对用户来说非常原生的方式示出所述第一目标与所述第二目标之间的三维空间关系，即，能够提供允许所述用户容易且准确地掌握所述第一目标与所述第二目标之间的所述三维空间关系的可视化。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈