專利名稱：：即時顯示方法和x射線設備,計算機程序產品和數據載體的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種用于即時顯示身體的運動部分的計算機實施的方法和X射線設備。此外，本發明涉及一種實施該方法的計算機程序產品以及具有存儲的計算機程序產品的數據載體。
背景技術：
：長期以來，力圖改進在介入期間的醫學成像，其中同時引入到患者體內的X射線輻射應盡可能低。此外，在許多情況中很希望將身體(特別是腎臟)的對于X射線拍攝所要求的造影劑的負擔保持為盡可能低。對此，符合特別方式的示例是使用新的主動脈瓣。不限制一般性地，此示例在下文中考慮為本發明的使用領域，其中本發明當然不限制于此。屬于最經常的瓣失常的主動脈瓣的失常經常導致主動脈瓣的損壞和不起作用。與心臟中其他瓣不同，主動脈瓣控制從左心室泵送到主動脈內的富氧血液的流動，所述主動脈是引導到身體內的主要動脈。主動脈瓣的植入可作為最小介入心臟手術來執行，其中將有缺陷的主動脈瓣通過人工主動脈瓣替換。在手術期間，經常在產生2DX射線圖像的情況下使用實時透視，以提供用于手術的導航。但在此涉及如下問題，即如果不注射造影劑，則主動脈根部在透視圖像中幾乎不可見。所述“主動脈根部”應理解為主動脈過渡到心臟的(嚴格而言心臟的左心室)或從其處發出的區域。但(過多的)造影劑的給藥可能在許多情況中是有問題的，因為這例如可能導致腎功能不足，且由此使患者受到損害。出于該原因，經常將特定于患者的主動脈模型(所述主動脈模型通過由圖像提取的信息獲得并以附加信息豐富)與透視照片融合，即重疊并配準。以此方式，可將導管相對于主動脈瓣定位，并且確定用于隨后的植入的圖像位置的最優投影角度。通常，特定于患者的主動脈模型基于在手術前拍攝的CT體積數據中的主動脈分割，所述拍攝特別地涉及借助C形臂設備進行的空間拍攝。在將特定于患者的主動脈模型與透視圖像重疊時，醫生希望模型應根據患者的心臟運動和呼吸運動而隨動，因為運動同步的主動脈模型在替換瓣期間為心臟專家提供了更精確的位置信息。但目前此類運動同步僅通過為持續拍攝三維X射線圖像以極高劑量的且因此可能是損害性的造影劑給藥為代價而進行。在DE102008030244A1中公開了一種用于支持經皮介入的方法，其中在介入前使用C形臂X射線系統或基于機器人的X射線系統在對象區域的不同的投影角度下拍攝2DX射線照片，并且從所述2DX射線照片重建對象區域的3D圖像數據。在介入前和/或介入期間，利用外部超聲波系統拍攝一個或多個2D超聲波圖像或3D超聲波圖像，且以其重建3D圖像數據。2D超聲波圖像或3D超聲波圖像然后與3D圖像數據組或由此分割的目標區域重疊，或在相同的透視下并排顯示。
發明內容本發明要解決的技術問題在于，提供一種方法和一種X射線設備，一種實施該方法的計算機程序產品，以及一種存儲該計算機程序產品的數據載體，以之在醫療介入期間，特別是經導管主動脈瓣植入期間實現了身體的運動部分，在此例如為主動脈或主動脈根部與實際的心臟運動和呼吸運動的持續同步。上述技術問題通過根據本發明所述的用于即時顯示身體的運動部分的計算機實施的方法來解決。根據本發明，首先提供第一X射線圖像數據組，所述第一X射線圖像數據組包含特定運動階段中的運動部分，所述運動階段可以是任意的運動階段且與本發明無關。該第一X射線圖像數據組包括也稱為2DX射線圖像的具有透視圖像形式的第一二維X射線圖像，以及也稱為3D圖像的三維X射線圖像，所述兩個圖像相互重疊且相互配準，這也稱為“融合”。“提供”第一X射線圖像數據組在許多情況中意味著拍攝3DX射線圖像和2DX射線圖像，或從2DX圖像據導出3DX射線圖像。但“提供”也可通過從檔案中調用相應的數據組來進行。優選地，例如通過分割從3DX射線圖像中提取運動部分的特定于患者的模型。3DX射線圖像可以是事先獲得的CT數據組，或利用在其上也執行其它方法步驟的C形臂拍攝的3D圖像數據組。替代地，模型也可從3D超聲波圖像確定。模型可以很簡單，例如是簡單的幾何圖形或代表了例如主動脈根部的解剖結構的位置的僅一個或數個點。然后，根據本發明，重復拍攝第二2DX射線圖像，所述第二2DX射線圖像當然必須分別包含運動部分。優選地，上述X射線圖像利用C形臂設備拍攝。此外，重復拍攝3D超聲波圖像，所述3D超聲波圖像同樣也分別包含運動部分。對上述技術問題的根據本發明的解決方法基于如下構思，即將3D超聲波圖像分別作為中介，以便從第二2DX射線圖像中在使用第一X射線圖像數據組的情況下產生第三2DX射線圖像即以附加信息補充的2DX射線圖像，且將其顯示。3D超聲波圖像和2DX射線圖像的拍攝為此有利地同時且實時進行，即具有高時間分辨率。由此，實現將運動部分的位置在2DX射線圖像中實時更新。特別地，這通過如下方式實現在3D超聲波圖像上確定和更新上面提到的運動部分的模型的位置，將3D超聲波圖像與2DX射線圖像配準，并且然后與同時拍攝的2DX射線圖像重疊地顯示更新的模型。換言之，3D超聲波圖像用于在各2DX射線圖像中更新運動部分的位置(其中假設，所述運動部分在3D超聲波圖像中很好地可見，但在2DX射線圖像中可見性差或根本不可見)或在2DX射線圖像中實時顯示運動部分的位置，而不參考3DX射線圖像，如在第一X射線圖像數據組的融合顯示的情況中。以此方式，可在2DX射線圖像中實時地顯示運動部分，而不通過2DX射線圖像拍攝來直接采集運動部分。根據本發明這通過如下方式實現，即可實時地或無時間延遲地將兩個不同的圖像采集系統或圖像生成系統的所有細節在唯一的圖像中顯示。超聲波成像在許多方面作為X射線透視圖像的補充。在超聲波成像期間提供了軟組織對照和空間顯示，這實現了復雜的心臟解剖結構和瓣結構的容易的可視化，而在透視圖像中通常更好地可見導管等。本發明的方法此外提供了如下優點，與需要將手術室裝配大量設備組的情況不同，本發明不必在手術室內安裝用于圖像采集或圖像整理的新的設備組，因為通常在心臟瓣膜手術中總是存在且使用超聲波成像單元。本發明的另外的優點在于，在2DX射線圖像中的運動部分的顯示的同步或運動補償全自動地進行。在本發明中，因此3D超聲波圖像用于估計或通過模型采集由于心臟和/或呼吸活動所導致的運動部分的運動。實時采集的3D超聲波圖像因此用于也實時更新運動部分的位置或模型，也就是與運動部分的運動相匹配。因此，可顯示以2DX射線圖像實時補充的更新的模型。這特別地通過重疊的顯示實現，其中例如將運動部分的更新的模型或特別的區域例如投影到同時拍攝的2DX射線圖像上，且例如透明地被顯示。根據本發明的有利擴展使用電磁跟蹤方法，以確定為產生超聲波圖像所使用的超聲波傳感器的位置和方向。根據本發明的有利擴展，“現場(live)”拍攝的3D超聲波圖像可通過如下方式與2DX射線圖像配準且融合將電磁傳感器固定在超聲波傳感器上或集成在其內，且將跟蹤傳感器固定在用于拍攝2D和/或3DX射線圖像的X射線設備的患者臺上。顯見的是兩個提到的傳感器也在根據本發明的方法執行前已可(例如以持久的方式)設置在所述的位置上。3D超聲波圖像通過變換與第二2DX射線圖像的各圖像配準，其中變換包括四個相繼執行的子變換T(tee_vol:x_ray_image)=T(tee_vol:tee_sensor)氺T(tee_sensor:em_table)*T(em_table:x_ray_vol)*T(x_ray_vol:x_ray_image)其中-tee_vol是3D對象的超聲波體積坐標，-tee_sensor是至少一個超聲波傳感器的坐標，-em_table是跟蹤傳感器的坐標，-x_ray_vol是3D對象的X射線體積坐標,和-x_ray_image是在2DX射線圖像的各圖像中的3D對象的坐標。在此，使用C形臂設備拍攝的3DX射線圖像可用于定標，因為所述3DX射線圖像采集了超聲波傳感器相對于C形臂設備的位置。作為上述電磁跟蹤方法的替代，也可使用如下的PencillaLang等人的出版物中所描述的方法“Three-DimensionalUltrasoundProbePoseEstimationfromSingle-PerspectiveX-RaysforImage-GuidedInterventions”，MedicalImagingandAugmentedReality,LectureNotesinComputerScience,2010，Volume6326/2010,344至352頁。如果進行分割以便從3D超聲波圖像內的運動部分中標記分配給特殊位置p(tee_vol)的特別的區域，則根據本發明的方法的效果也可改進。換言之，這意味著在3D超聲波圖像上應用所謂的“特征跟蹤(FeatureTracking)”，且因此可在2DX射線圖像中關于其運動更好地跟蹤確定的子區域或子部分。特殊的位置則優選地代表模型或模型的部分，且用于確定模型的更新的位置。特征跟蹤例如可使用如RazvanloanIonasec等人在“RobustMotionEstimationUsingTrajectorySpectrumLearning:ApplicationtoAorticandMitralValveModelingfrom4DTEE，，(InternationalConferenceonComputerVision(ICCV)，Kyoto,Japan,2009，1601至1608頁)中描述的技術來實施。優選的是,分割的運動部分的特殊位置P(tee_vol)通過變換T(tee_vol:x_ray_vol)變換到3D對象的X射線體積坐標的分割位置P(x_ray_vol),且分割位置p(x_ray_vol)通過變換T(x_ray_vol:x_ray_image)變換到相應的補充的2DX射線圖像，以此實現整個運動部分的運動修正。在植入新的主動脈瓣的本發明的特殊應用中，優選的是從身體的運動部分通過分割提取主動脈的特定于患者的模型，其中優選地主動脈根部被選擇為分配給特殊位置的特別區域。在使用經食管心臟超聲檢查(TrariS0SOphagealenEchokardiographie,TEE)以獲得3D超聲波圖像時可實現很精確的拍攝，因為通過超聲波傳感器在食管內的定位，在超聲波探頭和待觀察的區域之間不存在很多干擾的組織且不會干擾圖像拍攝。通過關注于主動脈根部的運動，此外實現了如下優點，即這是放入主動脈瓣的區域，因此這對于心臟外科醫生通常是最關注的區域，且可精確地將其顯示。3D超聲波圖像與2DX射線圖像的配準因此以優選的方式以如(當然，僅靜態而非動態，即非運動補償)AmeetJain等人在“3DTEERegistrationwithX-RayFluoroscopyforInterventionalCardiacApplications，，(Proceedingsofthe5thInternationalConferenceofFunctionalImagingandModelingoftheHeart(FIMH),2009,321至329頁)中描述的技術來實現。本發明提供的優點是電磁跟蹤方法能夠總是實時且全自動地更新超聲波探頭、特別是TEE探頭的方向和位置。此外應理解的是，在使用根據本發明的方法時可實現與例如在跟蹤導管頭部的情況中相比更高的運動補償精度。根據本發明的方法的應用確保了顯示的區域與實際情況的位置偏差最大為2mm。上述技術問題還通過可用于控制控制裝置的計算機程序產品或計算機程序來解決，所述控制裝置控制了實施上述根據本發明的方法的X射線設備的成像單元。上述技術問題還通過使用其上存儲了相應的計算機程序產品的數據載體來解決。根據本發明的方法方面的所述優點和特征類似地也適用于計算機程序產品和存儲計算機程序產品的數據載體。本發明要解決的技術問題也通過用于即時顯示身體的運動部分的X射線設備來解決，所述設備具有χ射線輻射器以及相關的X射線檢測器、用于從X射線檢測器拍攝的數據產生包含特定運動階段中的運動部分的第一X射線圖像數據組的以及用于重復產生分別包含運動部分的第二2DX射線圖像的X射線成像單元、用于重復拍攝分別包含運動部分的3D超聲波圖像的超聲波成像單元、用于根據上述方法控制成像單元的控制裝置和用于顯示補充的2DX射線圖像的顯示設備。上述方法在控制裝置內的實施在此可作為軟件實現或作為(固定布線的)硬件實現。根據本發明的方法的有利實施方式對應于根據本發明的X射線設備的相應的實施方式。為避免不必要的重復，對此參考相應的方法特征及其優點。本發明的其它優點、特征和特點從如下對本發明的有利實施方式的描述中得到。圖I示意性地示出了根據本發明的具有顯示設備和在其上顯示的主動脈的X射線設備。具體實施例方式圖I示意性地示出了構造成為C形臂設備的X射線設備10，所述X射線設備10包括關于角度位置可偏轉的X射線輻射器12和與X射線輻射器12固定連接的相關的X射線檢測器14。在X射線輻射器12和X射線檢測器14之間可以在患者臺9上布置患者8來進行診斷或治療，特別是植入主動脈瓣。X射線設備10產生所需的3DX射線圖像以及在手術期間的“現場”2DX射線圖像。此外，示出在患者8的食管內的TEE探頭50，利用所述TEE探頭50在手術期間可持續產生3D超聲波圖像，優選地為心臟和/或主動脈或其根部的3D超聲波圖像。在X射線檢測器14上連接例如具有計算機形式的控制裝置62，所述控制裝置62與X射線成像單元60相連接，以用于從由X射線檢測器14拍攝的數據中產生圖像數據組。由TEE探頭50提供的圖像數據也發送到控制裝置62，在控制裝置62處根據本發明以下文中詳述的方式使用所述圖像數據。X射線成像單元60又與顯示設備70(例如計算機顯示器)連接，在所述顯示設備70上可顯示產生的圖像數據組。X射線成像單元60也可以是特別的計算機或微處理器，或可以集成在控制裝置62內。控制裝置62通過計算機程序19控制，所述計算機程序例如可存儲在例如CD18的數據載體上。根據本發明的方法的優選變體以如下方式運行C形臂設備10產生了關注區域的3DX射線圖像，所述關注區域包含作為患者的身體8的運動部分20的主動脈根部。此外，X射線設備10產生了包含主動脈根部20的2DX射線圖像，且將兩個X射線圖像發送到控制裝置62。在控制裝置62處，將兩個X射線圖像融合或相互配準且重疊，且整理為被存儲的第一X射線圖像數據組。此外,X射線設備10產生包含主動脈根部20的持續的2DX射線圖像。此外，TEE探頭50產生同樣包含主動脈根部20的持續的3D超聲波圖像。該方法包如下三個主要步驟(I)將“現場”拍攝的3DTEE圖像與由C形臂設備10拍攝的2DX射線圖像配準，(2)在3DTEE圖像中跟蹤主動脈根部，和(3)在2DX射線圖像中更新主動脈模型的位置。對于(I)，使用電磁跟蹤系統，以確定TEE探頭50的位置和方向。配準過程的劃分如下，其中成立如下定義-tee_vol是3D對象的超聲波體積坐標，-tee_sensor是至少一個超聲波傳感器的坐標，-em_table是跟蹤傳感器的坐標，-x_ray_vol是3D對象的X射線體積坐標,和-x_ray_image是在2DX射線圖像的各圖像中的3D對象的坐標。I.將電磁傳感器固定在TEE探頭50上或與之集成，且通過校準給出TEE體積坐標和TEE探頭50之間的部分變換，這在各種情況下已通過制造商進行。相關的變換在此為T(tee_vol:tee_sensor)。2.在C形臂設備10的患者臺上和TEE探頭50上固定電磁跟蹤傳感器(此過程當然也可如上所述進行)。跟蹤傳感器和TEE探頭50上的電磁傳感器之間的變換實時地通過電磁跟蹤執行，且在2DX射線圖像拍攝期間或拍攝完之后短期內進行。相關的變換為T(tee_sensor:em_table)。3.在3DX射線坐標(即在物理世界中)和患者臺之間的(已給出的)變換由C形臂設備10提供。相關的變換為T(em_table:x_ray_vol)。4.最后，執行變換T(x_ray_vol:x_ray_image),所述變換將3D對象變換到2DX射線圖像中其相應的2D位置上。最后，在3DTEE體積和2DX射線圖像之間的總變換通過如下給出T(teejol:x_ray_image)。對于(2):在手術期間，心臟病醫生主要關注其處放置支架和瓣的主動脈根部的位置。出于該原因，系統在3DTEE圖像中實施主動脈根部的跟蹤，且實時更新或確定主動脈根部的位置。該位置被稱為P(tee_vol)。該過程例如可通過RazvanloanIonasec等人在“RobustMotionEstimationUsingTrajectorySpectrumLearning:ApplicationtoAorticandMitralValveModelingfrom4DTEE”(InternationalConferenceonComputerVision(ICCV),Kyoto,Japan,2009,1601至1608頁)中描述的技術來實施。對于(3):在3D-TEE圖像中被跟蹤的主動脈的位置P(tee_vol)通過變換T(tee_vol:tee_sensor)>T(tee_sensor:em_table)和T(em_table:x_ray_vol)被變換到C形臂系統的坐標中的位置P(x_ray_vol)，使得3DX射線圖像的位置或從中確定的例如主動脈根部的模型的位置可通過使用觀察的運動來修正。然后，該位置通過變換T(X_ray_Vol:X_ray_image)被投影或變換到2DX射線圖像。以此方式保證了實時且全自動地進行3D-TEE圖像和2DX射線圖像之間的配準。電磁跟蹤方法可以總是更新TEE探頭的方向和位置。如已論述，在TEE圖像內對主動脈根部的跟蹤可提供主動脈模型的精確的三維運動以用于瓣植入，例如導管頭部的跟蹤。可以理解的是，根據本發明的方法以及根據本發明的X射線設備相互緊密相關，且本發明的作為方法方面描述的特征也基本上可適用于X射線設備。這也能反過來適用于參考X射線設備描述的特征，所述特征也可方法相關地適用。還可以理解的是，參考各個構造描述的特征也能在其它構造或實施方式中實現，除非明確地另外描述或出于技術原因而自身不可行。權利要求1.一種用于即時顯示身體(8)的運動部分(20)的計算機實施的方法，所述方法包括如下步驟-提供第一X射線圖像數據組，所述X射線圖像數據組包含特定運動階段中的運動部分(20)并且包括相互重疊且相互配準的第一2DX射線圖像以及3DX射線圖像，-重復實時地拍攝分別包含所述運動部分(20)的第二2DX射線圖像，但在所述2DX射線圖像上該運動部分(20)可見性差或根本不可見，-重復實時地拍攝分別包含所述運動部分(20)的3D超聲波圖像并且在所述3D超聲波圖像上很好地可見該運動部分(20)，以便估計所述運動部分的運動，-將3D超聲波圖像與2DX射線圖像配準，-從第二2DX射線圖像中產生其中更新了運動部分的位置的補充的2DX射線圖像，這通過特別地在使用第一X射線圖像數據組的情況下將3D超聲波圖像分別用作運動修正的中介來實現，以此在2DX射線圖像中可實時顯示所述運動部分，和-顯示所述補充的2DX射線圖像。2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，使用電磁跟蹤方法以確定用于3D超聲波圖像的超聲波傳感器的位置和方向。3.根據權利要求I或2所述的方法，其中至少一個電磁傳感器固定在超聲波傳感器上或集成在其內，并且跟蹤傳感器固定在用于拍攝2D和/或3DX射線圖像的X射線設備(10)的患者臺上，其特征在于，3D超聲波傳感器通過包括四個子步驟的變換與第二2DX射線圖像的各圖像配準T(tee_vol:x_ray_image)=T(tee_vol:tee_sensor)氺T(tee_sensor:em_table)氺T(em_table:x_ray_vol)氺T(x_ray_vol:x_ray_image),其中-tee_vol是3D對象的超聲波體積坐標，-tee_sensor是至少一個超聲波傳感器的坐標，-em_table是跟蹤傳感器的坐標，-x_ray_vol是3D對象的X射線體積坐標,和-x_ray_image是在2DX射線圖像的各圖像中的3D對象的坐標。4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過在3D超聲波圖像中的分割從所述運動部分(20)中標記分配給特殊位置p(tee_Vol)的特別區域(22)。5.根據權利要求3和4所述的方法，其特征在于，將分割的運動部分的特殊位置P(tee_vol)通過變換T(tee_vol:x_ray_vol)變換到3D對象的X射線體積坐標內的分割位置P(x_ray_vol),并且將該分割位置p(x_ray_vol)通過變換T(x_ray_vol:x_ray_image)變換到相應的補充的2DX射線圖像，以此實現了整個運動部分(20)的運動修正。6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過分割從所述運動部分(20)中提取該運動部分(20)的特定于患者的模型。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，將運動修正應用在所述模型上。8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，借助于TEE來拍攝3D超聲波圖像，其中優選地將主動脈根部用作特別區域(22)。9.一種用于控制裝置(62)的計算機程序產品(19)，所述控制裝置用于控制X射線設備(10)的成像單元(60)以執行根據上述權利要求中任一項所述的方法。10.一種數據載體(18)，所述數據載體(18)上存儲了根據權利要求9所述的計算機程序廣品(19)。11.一種用于即時顯示身體(8)的運動部分(20)的X射線設備(10)，具有-X射線輻射器(12)以及相關的X射線檢測器(14)，-X射線成像單元(60)，用于從X射線檢測器(14)拍攝的數據中產生包含特定運動階段中的運動部分(20)的第一X射線圖像數據組以及用于重復產生分別包含該運動部分(20)的第二2DX射線圖像，-超聲波成像單元(50)，用于重復拍攝分別包含所述運動部分(20)的3D超聲波圖像，-控制裝置(62)，用于根據權利要求I至8中任一項所述的方法控制成像單元(60)，和-顯示設備(70)，用于顯示補充的2DX射線圖像。全文摘要本發明涉及一種計算機實施的用于即時顯示身體(8)的運動部分(20)的方法，所述方法包括如下步驟提供第一X射線圖像數據組，所述圖像數據組包含特定運動階段中的運動部分(20)且包括相互重疊且相互配準的第一2DX射線圖像以及3DX射線圖像，重復拍攝分別包含運動部分(20)的第二2DX射線圖像，重復拍攝分別包含運動部分(20)的3D超聲波圖像，從第二2DX射線圖像產生補充的2DX射線圖像，這通過在使用第一X射線圖像數據組的情況下將3D超聲波圖像分別用作運動修正的中介來實現，和顯示補充的2DX射線圖像。文檔編號A61B6/00GK102885633SQ20121025327公開日2013年1月23日申請日期2012年7月20日優先權日2011年7月21日發明者韓靜峰,M.約翰申請人:西門子公司