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1、(10)授权公告号 CN 101980663 B (45)授权公告日 2013.03.06 CN 101980663 B *CN101980663B* (21)申请号 200980111432.7 (22)申请日 2009.03.20 08153526.2 2008.03.28 EP A61B 6/12(2006.01) G06T 11/00(2006.01) A61B 6/03(2006.01) A61B 19/00(2006.01) (73)专利权人 皇家飞利浦电子股份有限公司 地址 荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 N奈霍夫 H斯特格胡伊斯 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 。
2、72002 代理人 李光颖 王英 US 2002/0141540 A1,2002.10.03, US 6298110 B1,2001.10.02, WO 2007/046036 A1,2007.04.26, CN 1771008 A,2006.05.10, CN 1671324 A,2005.09.21, CN 1496710 A,2004.05.19, US 2005/0100126 A1,2005.05.12, (54) 发明名称 X 射线图像中的对象定位 (57) 摘要 X 射线系统 (100) 包括扫描架 (102)， 其上安 装有 X 射线源 (104) 和 X 射线探测器 (106。
3、)。控 制单元 (110) 包括用于实现扫描架的扭动运动的 装置 (114)， 其中， 连接 X 射线源和 X 射线探测器 的轴 (116) 描绘出锥体 (118) 的表面 (128)。X 射 线源和 X 射线探测器相对于所述轴具有固定的位 置。控制单元包括用于在扫描架的扭动运动期间 采集一系列 X 射线图像的装置 (120)。对象辨识 单元 (122) 检测在该系列 X 射线图像中出现的对 象 (124) 以获得跟踪路径。深度估计单元 (126) 使用跟踪路径来估计深度参数， 所述参数指示对 象在与所述轴 (116) 基本平行的方向上的位置。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶。
4、段日 2010.09.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2009/051175 2009.03.20 (87)PCT申请的公布数据 WO2009/118671 EN 2009.10.01 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 宋光 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 7 页 1/2 页 2 1. 一种 X 射线系统 (100)， 包括 扫描架 (102)， 其上安装有 X 射线源 (104) 和 X 射线探测器 (106) ； 至少一个电机 (108)，。
5、 其用于旋转所述扫描架 ； 控制单元 (110)， 其用于控制所述 X 射线源和所述 X 射线探测器以采集 X 射线图像， 并 且用于驱动所述电机以控制所述扫描架的运动， 其中， 所述控制单元包括用于实现所述扫 描架的扭动运动的装置 (114)， 其中， 连接所述 X 射线源和所述 X 射线探测器的轴 (116) 描 绘出具有平面底面的锥体 (118) 的表面 (128)， 其中， 所述 X 射线源和所述 X 射线探测器相 对于所述轴具有固定位置， 其中， 所述控制单元包括用于在所述扫描架的所述扭动运动期 间采集一系列 X 射线图像的装置 (120) ； 对象辨识单元(122)， 其用于检测并。
6、且跟踪在所述系列X射线图像中出现的对象(124) 以获得跟踪路径， 其中， 所述跟踪路径表示在所述系列图像中检测到所述对象的多个位置 ； 以及 深度估计单元 (126)， 其使用所述跟踪路径来估计深度参数， 所述深度参数指示所述对 象在与所述轴 (116) 基本平行的方向上的位置。 2. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 其中， 所述扭动运动跨越最多 10 度的角度， 其 中， 所述角度相对于所述轴而测量。 3.根据权利要求1所述的X射线系统， 其中， 所述X射线源在所述扭动运动期间的位移 不超过所述 X 射线探测器的尺寸。 4. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 其中， 所述。
7、扭动运动是周期性运动。 5. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 其中， 所述锥体具有圆形底面或者椭圆形底面。 6. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 其中， 所述深度估计单元包括 用于比较所述锥体的底面与所述跟踪路径， 由此获得所述跟踪路径的比例的装置 (138) ； 以及 用于基于所述跟踪路径的所述比例估计所述深度参数的装置 (140)。 7.根据权利要求6所述的X射线系统， 其中， 所述锥体的所述底面包括圆形， 其中， 所述 跟踪路径定义一圆形， 并且所述跟踪路径的所述比例基于由所述跟踪路径限定的所述圆形 的半径。 8.根据权利要求1所述的X射线系统， 其中， 所述深度估计。
8、单元包括用于区分所述扫描 架的运动和所述对象的运动的运动模型。 9.根据权利要求1所述的X射线系统， 其中， 所述对象至少包括电生理学切除导管的尖 端或者电极。 10. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 其中， 将所述 X 射线系统布置为在经皮介入期 间对人类患者成像的同时执行所述扭动运动。 11. 根据权利要求 1 所述的 X 射线系统， 还包括图形单元 (132)， 其用于基于所述深度 参数并且基于所述对象在X射线图像中的位置指示所述对象相对于由数据集(136)表示的 三维解剖结构图像的位置。 12. 根据权利要求 11 所述的 X 射线系统， 还包括显示器 (142)， 其用于提。
9、供所述三维解 剖结构图像和所述对象的所述位置的三维图形表示， 其中， 将所述图形单元 (132) 布置为 向所述显示器 (142) 提供表示所述指示的信号。 权 利 要 求 书 CN 101980663 B 2 2/2 页 3 13. 一种用于在 X 射线成像中估计对象的深度参数的方法， 包括 驱动 (202) 电机以控制扫描架的运动， 在所述扫描架上安装有 X 射线源和 X 射线探测 器， 由此实现所述扫描架的扭动运动， 其中， 连接所述 X 射线源和所述 X 射线探测器的轴描 绘出具有平面底面的锥体的表面， 其中， 所述X射线源和所述X射线探测器相对于所述轴具 有固定位置 ； 在所述扫描架。
10、的所述扭动运动期间采集 (204) 一系列 X 射线图像 ； 检测并且跟踪(206)在所述系列X射线图像中出现的所述对象以获得跟踪路径， 其中， 所述跟踪路径表示在所述系列图像中检测到所述对象的多个位置 ； 以及 使用所述跟踪路径通过比较所述跟踪路径与所述锥体的底面来估计 (208) 所述深度 参数， 所述深度参数指示所述对象在与所述轴基本平行的方向上的位置。 14. 一种用于在 X 射线成像中估计对象的深度参数的装置， 包括 用于驱动电机以控制扫描架的运动， 由此实现所述扫描架的扭动运动的模块， 在所述 扫描架上安装有 X 射线源和 X 射线探测器， 其中， 连接所述 X 射线源和所述 X 。
11、射线探测器的 轴描绘出具有平面底面的锥体的表面， 其中， 所述X射线源和所述X射线探测器相对于所述 轴具有固定位置 ； 用于在所述扫描架的所述扭动运动期间采集 (204) 一系列 X 射线图像的模块 ； 用于检测并且跟踪在所述系列 X 射线图像中出现的所述对象以获得跟踪路径的模块， 其中， 所述跟踪路径表示在所述系列图像中检测到所述对象的多个位置 ； 以及 用于利用所述跟踪路径通过比较所述跟踪路径与所述锥体的底面来估计所述深度参 数的模块， 所述深度参数指示所述对象在与所述轴基于平行的方向上的位置。 权 利 要 求 书 CN 101980663 B 3 1/11 页 4 X 射线图像中的对象定。
12、位 技术领域 0001 本发明涉及 X 射线图像中的对象定位。 背景技术 0002 X 射线荧光镜透视检查经常被用于引导电生理学切除过程。其实时地示出所有导 管的位置。3D 绘图通过示出导管相对于心脏轮廓 3D 表示的位置而对复杂切除过程的发展 具有极大的帮助。然而， 没有工具能够实时地示出所有导管相对于彼此或者相对于详细的 心脏内解剖结构的位置。 0003 从 Philips Healthcare 可获得的 EP 导航器能够在 EP 介入实验室中确认导管或 者导联相对于详细 3D 心脏解剖结构的 2D 投影的位置。该信息可以帮助医师以更加直观的 方式更有信心地实施复杂的 EP 过程。这种工具。
13、可以提供自动分割的 3D CT 图像。患者心 脏解剖结构的这一图像与活动荧光镜透视检查数据组合以示出所有导管的精确位置。 EP导 航器使得用户能够选择要与活动荧光镜透视检查图像组合的3D解剖结构(例如， 左心房和 肺静脉 )。所得到的复合图像提供了所有导管相对于详细的心脏 3D 解剖结构的 2D 投影的 位置的准确指示。 0004 由于解剖结构的复杂性和缺少整合工具， 复杂的切除过程非常耗时并且通常持续 几个小时。该过程的成功取决于导管定位的准确度。保持组织和导管尖端之间的良好接触 是重要的。 0005 在 Hans Kottkamp， MD 等 人， in Circulation， 2000。
14、， 102 ： 2082-2086( 此 后 为 ： Kottkamp 等人 ) 的 “Electromagnetic Versus Fluoroscopic Mapping of theInferior Isthmus for Ablation of Typical Atrial Flutter” 中描述了电磁绘图系统。该电磁绘 图系统包括外部超低磁场发射器、 具有微型磁场传感器的一组 2 个导管、 以及处理计算机 单元。在 Kottkamp 等人描述的某些情况下， 该电磁绘图系统允许 ( 如果需要的话 ) 在使用 额外 X 射线投影， 如右前斜视图的同时， 利用无连续荧光镜透视检查的电磁绘。
15、图系统执行 绘图过程。 发明内容 0006 拥有改进的对象定位系统将是有利的。为了更好地解决这一问题， 在本发明的第 一方面中， 所提出的系统包括 0007 扫描架， 其上安装有 X 射线源和 X 射线探测器 ； 0008 至少一个电机， 其用于旋转所述扫描架 ； 0009 控制单元， 其用于控制 X 射线源和 X 射线探测器以采集 X 射线图像， 并且用于驱动 电机以控制扫描架的运动， 其中， 所述控制单元包括用于实现扫描架的扭动运动的装置， 其 中， 连接X射线源和X射线探测器的轴描绘出锥体的表面， 其中， X射线源和X射线探测器相 对于所述轴具有固定位置， 其中， 控制单元包括用于在扫描。
16、架的扭动运动期间采集一系列 X 射线图像的装置 ； 说 明 书 CN 101980663 B 4 2/11 页 5 0010 对象辨识单元， 其用于检测并且跟踪该系列 X 射线图像中出现的对象以获得跟踪 路径， 其中， 跟踪路径表示在该系列图像中检测到对象的多个位置 ； 以及 0011 深度估计单元， 其使用跟踪路径估计深度参数， 所述深度参数指示对象在与所述 轴基本平行的方向上的位置。 0012 这使得在不使用特殊定位硬件的情况下获得深度估计成为可能， 这是因为已经在 介入期间使用的 X 射线系统被用于获得对象的深度估计。该系统易于使用， 这是因为其不 涉及扫描架的较大旋转运动或者耗时的定位。
17、过程。优势在于不再需要使用电磁 EP 导航系 统。 0013 X 射线图像本身提供有关对象位置的二维信息。第三维， 具体而言沿与 X 射线源 和探测器平面的中间相交的轴， 通常无法通过检查 X 射线图像导出。该第三维指的是对象 的深度。扫描架的扭动运动使 X 射线源和 X 射线探测器扭动， 其提供略微不同角度的视图。 该略微不同的角度可用于估计对象的深度参数。由于沿扭动运动采集多个图像， 因此与仅 基于两个图像的立体计算相比， 深度估计的准确度得到改进。 此外， 扭动运动不受靠近患者 定位的对象阻碍， 这是因为扭动运动仅跨越相对较小的角度范围。 0014 扭动运动通常最多限于大约10度， 最大。
18、限于大约15度， 其防止系统阻碍患者周围 的大部分对象。 扭动运动的另一特点为其大体可以为周期性运动， 或者完全为周期性运动。 可以重复若干次相同轨迹以改进深度估计的准确度。只要锥体的底面平滑 ( 例如， 圆形或 者椭圆形 )， 则以平滑运动重复地执行扭动运动是相对容易的， 其导致更稳定、 可复制的运 动。 0015 跟踪路径可以与锥体的底面进行比较。通常， 跟踪路径与锥体底面具有相似的形 状， 或者与底面的形状对称。然而， 根据对象的深度， 跟踪路径的形状将更大或者更小。该 特征可用于建立对象位置的深度参数。 0016 该系统极其适于电生理学切除过程， 其中， 由 X 射线系统建立切除导管尖。
19、端或者 电极的深度。更一般地， 可应用该系统估计导管的一部分 ( 例如导管的尖端 ) 的深度。系 统可以在经皮介入期间使用， 例如以提供针尖端的三维定位或者装备位置。 0017 可以在预定的三维解剖结构图像 ( 诸如 CT 或 MRI 图像或者表面心脏模型 ) 中指 示对象的三维位置 ( 考虑深度参数和对象在至少一个 X 射线图像中的位置 )。 0018 在独立权利要求中限定本发明的其它方面。从属权利要求限定有利的实施例。 附图说明 0019 将通过参考附图进一步阐明并且描述本发明的这些和其它方面， 其中 0020 图 1 为一个实施例的示意图 ； 0021 图 2A 和 2B 为说明了处理步。
20、骤的流程图 ； 0022 图 3 示意性地说明了几何形状的进动 ； 0023 图 4A 和 4B 说明了深度估计方法 ； 0024 图 5 说明了对具有非中心线位置的对象的深度估计方法 ； 0025 图 6A 和 6B 说明了对具有非中心线位置的对象的深度估计方法的其它方面 ； 0026 图 7 为一个实施例的体系结构的示意图。 说 明 书 CN 101980663 B 5 3/11 页 6 具体实施方式 0027 在这些详细的描述中， 描述了若干能够利用传统 X 射线成像估计图像深度信息的 方法、 系统和计算机程序产品。所讨论的应用之一为用于电生理学 (EP) 过程的三维 (3D) 位置定位。
21、。 然而， 所描述的想法和实施例可应用到广泛的应用中， 具体而言是自动对象检测 和跟踪可行的应用中。 0028 这种基于 X 射线的 3D 定位可以基于单平面几何形状上的 ( 超 ) 低剂量荧光镜透 视检查。尽管仅一个探测器的信息足够提供深度信息， 但是也可利用双平面和其它几何形 状。该方法可以部分基于自动对象跟踪和 / 或信号处理， 并且部分基于安装有 X 射线源和 / 或 X 射线探测器的扫描架的进动。 0029 荧光镜透视检查引导的切除聚焦于引导医师通过 EP 导管相对于心脏 ( 和相对于 彼此 ) 的位置， 以进行焦点切除。切除可以在涉及房颤 (AF) 的介入期间进行。由于导管引 导是。
22、解剖结构相关的， 并且因而是相当复杂并且耗时的， 因此辅助导航、 计划和绘图的设施 被视为现代 EP 实验室中的基本工具。 0030 基于荧光镜透视检查的深度估计使得具有标准 EP 导管的 ( 半 ) 实时 3D 导航和绘 图能够无缝地整合到 X 射线系统中。基于 X 射线的深度估计工具能够减少或者去除对专用 定位工具和硬件的需要。这种专用定位工具和硬件可以例如基于磁性测量。除了 X 射线系 统以外， 通常使用这些专用定位工具， 其中， X 射线系统可以用于使解剖组织和介入工具可 视化， 而定位工具用于建立一个或多个介入工具的位置。 由于其分立的采集模式， 需要特殊 的处理以使位置信息与成像信。
23、息配准。 0031 基于X射线的实时深度估计方法为 “扭动” 出圆锥型运动轨迹的几何形状(进动)。 0032 图 1 说明了 X 射线系统 100 的简化方框图， 其可用于确定对象的深度参数。该图 仅示出了为了解释本说明书中公开的概念所需的那些部件。实际的 X 射线系统可以包括更 多的未在本文献中讨论的部件。X 射线系统 100 包括扫描架 102。扫描架悬浮安装 ( 未示 出 ) 并且可以围绕一个或多个旋转轴旋转。通常， 扫描架可以围绕两个或者更多个正交旋 转轴旋转。由一个或者多个电机 108( 例如， 每一个旋转轴一个电机 ) 实现这一旋转。X 射 线源 104 和 X 射线探测器 106。
24、 安装在扫描架 102 上。X 射线源 104 可以是在本领域中已知 的 X 射线管。X 射线探测器可以包括在本领域中已知的图像增强器或者平板探测器。 0033 X 射线系统还包括用于控制至少一个电机 108、 X 射线源 104 和 X 射线探测器 106 的控制单元 110。控制单元 110 被布置为响应于用户输入而运行。例如， 可以提供类似于操 纵杆的控制来使得用户能够使扫描架围绕两个旋转轴旋转。 同样， 可以提供踏板 ； 当下压踏 板时， 采集一个或多个 X 射线图像。控制单元可以处理这些。为了采集图像， 控制单元 110 可以触发 X 射线源 104 产生 X 射线脉冲。由此， X 。
25、射线探测器 106 可以将所得到的 X 射线投 影图像发送回到控制单元 120， 所述控制单元 120 将该投影图像存储在存储器位置 134 中。 0034 虚设的轴 116 与 X 射线源 104 和 X 射线探测器 106 相交。在扫描架扭动期间， 虚 设的轴 116 相对于 X 射线源 104 和 X 射线探测器 106 固定。结果， 当扫描架运动 ( 旋转、 扭 动 ) 时， 虚设的轴沿扫描架运动 ( 旋转、 扭动 )。控制单元 110 包括借助于电机 108 实现扫 描架的扭动运动的装置 114。扭动运动使得连接 X 射线源和 X 射线探测器的轴 116 描绘出 虚设的锥体 118 。
26、的表面 128。控制单元还包括在扫描架扭动运动期间采集一系列 X 射线图 像的装置 120。装置 114 和 120 可以被布置为响应于用户输入而运行。例如， 可以提供专用 说 明 书 CN 101980663 B 6 4/11 页 7 按钮。按下该按钮可以启动扭动运动和系列采集。释放该按钮可以停止扭动运动和系列采 集。备选地， 可以在预定时间之后自动停止扭动运动和系列采集。 0035 虚设的锥体 118 的顶点 140 在旋转的等中心处， 其中， 等中心为无论扫描架 102 如 何旋转运动轴 116 都与其相交的点。锥体 118 的底面 130 通常具有任何平面形状。其优选 地为闭合曲线， 。
27、并且优选地为平滑曲线。 闭合曲线具有的优势为其易于使运动具有周期性。 平滑曲线具有优势为其更易于对运动进行控制， 并且使测量更稳定并且更少噪声。 备选地， 曲线的底面形成线性形状， 在这种情况下， 扫描架在两个端位置之间(优选重复地)线性运 动。 0036 通常， 在扭动运动和同时的图像采集期间， 要跟踪的对象124保持在探测器106的 视场中。该对象在 X 射线图像中变得可见。优选地， 对象包括能够与周围组织材料区分的 合适材料。例如， 对象包括具有高 X 射线衰减系数的材料 ( 例如， 金属 )。对象可以是安装 在导管上的电极。导管的尖端也能够是要跟踪的对象。 0037 提供对象辨识单元 。
28、122 用于检测并且跟踪在该系列 X 射线图像中出现的对象 124 以获得跟踪路径。能够使用任何已知的方法来检测 X 射线图像中的对象。例如， 能够使用 污点检测算法来检测诸如电极的小金属对象。同样， 检测导管尖端的算法在本领域中也是 已知的。跟踪路径通过对象在系列 X 射线图像中的连续位置而获得。跟踪路径可以包括坐 标的无序集合。然而， 跟踪路径也可以是坐标的有序序列。这种有序序列包含可以用于获 得深度估计单元中的更好结果的更多信息。 0038 提供深度估计单元126。 深度估计单元利用跟踪路径来估计深度参数。 例如， 对象 在 X 射线图像中的 x 坐标或者 y 坐标变化可被用于估计深度。。
29、这些偏离越大， 对象距等中 心的越远。变化的方向可以被用作对象处于等中心哪侧的指示。在本说明书的其它处提供 在深度参数估计中涉及的计算的示例。通常， 可以通过比较跟踪路径与锥体的底面 130 来 估计深度， 这是因为跟踪路径可以类似于按比例缩放的底面， 其中， 该比例取决于对象距等 中心的距离。 0039 在表示三维解剖结构图像的数据集 136 中可获得的信息可用于改进深度信息的 准确度， 其中所述三维解剖结构图像对应于被成像的患者。例如， 在一些电生理学应用中， 可以假定对象 ( 例如， 导管尖端 ) 在数据集 136 的分割体积 ( 诸如心房 ) 的边界处 ( 或者 更一般地， 在其内部 。
30、)。 0040 优选地， 扭动运动不是过大。例如， 扭动运动跨越最多大约 10 度的角度， 其中， 相 对于轴测量该角度。备选地， X 射线源在扭动运动期间的位移不超过 X 射线探测器的尺寸。 例如， 如果 X 射线探测器的尺寸是 2030cm， 则 X 射线源在扭动运动期间的位移也不超过 2030cm。 0041 扭动运动优选地为周期性运动。这对于涉及深度估计的信号处理是有利的， 因为 其帮助滤除噪声信号， 特别是当周期性运动的周期不同于噪声信号的任何周期时。 例如， 如 果对象由于心脏运动或者呼吸运动而运动， 可以通过周期性扭动运动而滤除对象位置的干 扰。 0042 锥体可以具有圆形底面或。
31、者椭圆形底面。 这意味着扭动运动是圆形的或者椭圆形 的， 其是平滑运动。圆形底面具有的优势为每个所确定的对象位置对深度估计的准确度具 有相等的贡献。这可以通过意识到当底面是圆形时， 跟踪路径也是圆形来理解。每个对象 说 明 书 CN 101980663 B 7 5/11 页 8 位置对估计跟踪路径的半径的帮助是相等的， 并且深度估计可以基于跟踪路径的半径。备 选地， 锥体可以具有线性形状底面， 例如， 从位置 A 到位置 B 的线性运动， 之后为返回 A 的线 性运动。这种线性运动在 X 射线系统中相对容易实施。这种线性形状底面也可被视为椭圆 形， 因为其构成最短轴具有零长度的椭圆。非线性椭圆。
32、底面具有的优势为从更多不同的角 度收集更全面的信息， 其使深度估计更准确。 0043 深度估计单元 126 可以包括用于比较锥体的底面与跟踪路径的装置 138， 由此获 得跟踪路径的比例 (scale)。锥体 144 的底面可以数字地存储在深度估计单元 126 的存储 器中。深度估计单元 126 可以还包括基于跟踪路径的比例估计深度参数的装置 140。锥体 的底面可以包括圆形。 在这种情况下， 跟踪路径也限定了圆形， 并且跟踪路径的比例基于由 跟踪路径限定的圆形的半径。 0044 尽管可以定位任何类型的对象， 但是该系统特别适合于检测至少包括电生理学切 除导管的尖端或者电极的对象。深度估计对于。
33、切除过程非常重要， 并且基于 X 射线的深度 估计去除了对分立的电磁定位系统的需求。然而， 该系统可以在任何类型的经皮介入期间 使用。也可以预期其它应用。 0045 优选地， 提供图形单元 132 以指示对象相对于由数据集 136 表示的三维解剖结构 图像的位置。该指示基于包括深度参数的对象的三维位置。图形单元 132 确定对象相对于 由数据集 136 表示的三维解剖结构图像的位置。通过结合对象在 X 射线图像中的位置考虑 深度参数而计算对象的三维位置， 所述 X 射线图像例如为在扭动运动期间采集的系列 X 射 线图像中的一个。可能使用基于一系列 X 射线图像的平均位置来代替使用对象在仅一个 。
34、X 射线图像中的位置。例如， 如果跟踪路径是圆形， 则可以使用圆形的中心点。三维解剖结构 图像的相对位置可以作为先验已知。 也可以利用本领域中已知的配准技术通过将三维解剖 结构图像配准到 X 射线图像来确定 ( 或者校正 ) 三维图像的相对位置。 0046 图形单元132创建包括由数据集136表示的三维解剖结构图像的至少一部分的表 示的复合图像。该复合图像可以存储在存储器中 ( 未示出 )。图形单元 132 生成要提供给 显示器 142 的输出信号。显示器 142 可以为传统的医学显示器， 例如高分辨率 LCD 显示器， 例如在其上显示由数据集 136 表示的三维解剖结构图像的 2D 投影连同。
35、对象的位置指示的 显示器。数据集 136 也可以包括一个或多个二维图像， 已知其相对于对象的空间关系， 并且 在这种情况下， 由图形单元 132 向显示器 142 提供的图像可以包括具有对象的指示的这种 二维图像。显示器 142 也可以是 3D 显示器， 其为能够绘制场景的三维印象的显示器。3D 显 示器能用于清晰地将对象相对于由数据集 136 表示的三维解剖结构图像的位置可视化。这 种诸如双凸透镜显示器的 3D 显示器在本领域中是已知的。这些可视化可以使对曲折血管 或者如心房的空间中的装备和 / 或导管的操纵更加容易。 0047 图 2A 说明了在一系列 X 射线图像中估计对象的深度参数的方。
36、法。该方法可以作 为例如嵌入到X射线仪器中的计算机程序产品实施。 该方法起始于步骤200， 例如响应于经 由例如 X 射线机器上的按钮的控制接口的用户命令。 0048 在步骤 202， 驱动电机 108 来控制安装有 X 射线源和 X 射线探测器的扫描架， 由此 实现扫描架的扭动运动。连接 X 射线源和 X 射线探测器的轴描绘出锥体的表面， 其中， X 射 线源和 X 射线探测器具有相对于轴的固定位置。在扫描架的扭动运动期间， 在步骤 204， 采 集一系列 X 射线图像。 说 明 书 CN 101980663 B 8 6/11 页 9 0049 在采集了 X 射线图像之后， 在步骤 206，。
37、 检测并且跟踪该系列 X 射线图像中出现的 对象， 以获得跟踪路径。 跟踪路径表示在该系列图像中检测到对象的多个位置。 在步骤208， 利用跟踪路径， 通过比较跟踪路径与锥体的底面来估计深度参数， 所述深度参数指示对象 在与轴基本平行的方向中的位置。 0050 图 2B 为说明计算机程序产品的处理步骤的流程图。计算机程序产品被布置为使 用作为输入的 X 射线图像来估计深度参数。在步骤 210， 由用户起动深度参数的估计。在 步骤 212， 程序接收在扫描架的扭动运动期间采集一系列 X 射线图像， 所述扫描架上安装有 X 射线源和 X 射线探测器， 其中， 连接 X 射线源和 X 射线探测器的轴。
38、描绘出锥体表面， 其中， X 射线源和 X 射线探测器具有相对于所述轴的固定位置。 0051 在步骤 214， 该程序检测并且跟踪在该系列 X 射线图像中出现的对象， 以获得跟踪 路径， 其中， 跟踪路径表示在该系列图像中检测到对象的多个位置。 在步骤216， 该程序使用 跟踪路径通过比较跟踪路径与锥体的底面来估计深度参数， 所述深度参数指示对象在与所 述轴基本平行的方向中的位置。当已经估计了所述深度参数时， 该程序可以计算对象的三 维位置并且在显示器上指示该位置， 例如， 以利用三维图像绘制的重叠方式。 也可能在较早 地从不同投影角度采集的另一 X 射线图像中指示对象的位置。 0052 图 。
39、3 示意性地说明了成像系统的进动运动。这种进动运动是扭动运动的特殊示 例。在图 300 中图示说明了源和探测器的轨迹， 并且在图形 312 中说明了由探测器探测到 的对象的运动。圆形箭头 302 表示源的焦斑的轨迹。圆形箭头 314 说明了连接焦斑和探测 器的中点的虚设的线的运动。点 304 是进动的中心。本领域技术人员将理解的是进动 304 的中心处的对象将在由探测器 308 在进动运动期间记录的图像中保持稳定的位置。然而， 与进动 304 的中心相比， 更靠近探测器 308 或者更靠近源 302 的任何位置处的点将在随着 沿圆形运动而进动期间所记录的图像中出现。 0053 坐标系 310 。
40、是本文献中用于解释这里所使用的方法的坐标系之一。x 和 y 轴对应 于探测器平面 308。z 轴与 x、 y 平面正交并且指向源 302。 0054 图形 312 说明了不处于进动 304 中心的对象的投影将看起来追随圆形路径。当检 查对象在探测器平面中沿 x 或 y 轴、 随时间 t 变化的位置时， 将相应地出现类似于正弦的曲 线， 如在图形 312 中所示。 0055 在这里所使用的用于深度估计的方法和算法中， 可以假定理想的点源和点对象。 例如， 可以忽略焦点模糊。描述了对称的等中心情况， 其中， 旋转中心是大约通过 C 弧的一 半。然而， 这些假定只是为了使算法更简单进行的简化。本领域。
41、技术人员将意识到可以通 过在深度估计模型中考虑以上提出的更多方面来改进准确度。 0056 图 4A 和 4B 说明了进动的参数化模型。在表 1 中更详细地描述了该模型中所使用 的约定和符号。 0057 表 1 ： 符号列表 说 明 书 CN 101980663 B 9 7/11 页 10 0058 0059 0060 图 4A 说明了当源 402 和探测器 404 旋转和 / 或成角度时， 点对象在 x、 y 平面中的 绝对移位。图 4B 说明了具有不同深度的两个对象 406 和 408， 即具有不同 z 坐标的两个对 象在 x、 y 平面中的移位的差。这也说明了该模型的深度敏感度。由焦点旋转。
42、角度 引起的 在与成像平面距离 z 处的点 P 的投影沿进动中心的像素移位 i 可以由以下表示 ： 0061 方程 1 0062 定义 0063 方程 2 0064 并且考虑角度 可能相对较小， 方程 1 减小到 ： 0065 方程 3 0066 尽管图 4A 和 4B 能够用于解析地计算深度 d 处该模型的深度敏感度， 但是更直接 的方法可以使用泰勒展开作为近似。求方程 3 的微分并且利用一阶泰勒近似得到以下 ： 0067 方程 4 0068 对于实际情况， 可以认为 K 1 并且 SID 近似等于 L。在这种情况下， 对于相对 粗略的估计， 方程 4 可以甚至被进一步简化为 ： 0069 。
43、方程 5 0070 其中， 以弧度表示。 0071 根据国际电工委员会(IEC)提供的模型， 患者厚度的典型值为30cm， SID(X射线源 到成像器 ( 例如， X 射线探测器 ) 的距离 ) 为 1.0m。实际上， 为了最小化 X 射线剂量和焦点 模糊， 将探测器放置到靠近患者， 例如PID(患者成像器距离)可以粗略地为0.15m。 对于当 前这一代的探测器， 像素间距可以大约为 150m。L 通常为 0.8m。在这种构造中， 当使用 说 明 书 CN 101980663 B 10 8/11 页 11 大约 10 度的进动时， 1mm 的深度参数变化将导致跟踪路径在探测器上 1 个像素的变。
44、化 ( 例 如， 如果跟踪路径包括圆形， 则圆形的直径将增加或者减少 1 个像素 )。 0072 通过进动运动使深度信息参数化的更普遍的方法是使模型中包括对象 P 的非中 心线位置。这里， 中心线是虚设的线， 其与探测器平面垂直并且连接探测器和源的焦斑。在 图 5 和图 6 中描述了一般化的情况， 其中点 P 在 x 方向上移位。图 5 说明了与图 4A 和图 4B 相同的角度的系统。 图6A中绘出的圆形说明了投影到图像探测器上的对象的跟踪路径。 图 6B 说明了两个扫描架位置之间的角度在该说明书中， 将更详细地解释 x 方向上的移位 情况。实际上， P 不仅在 x 方向上移位 ( 如图 5 。
45、和图 6 所说明的 )， 还在 y 方向上移位。然 而， 本领域技术人员可以在可能结合了 x 方向移位的 y 方向移位的情况下， 得到相似的分 析。 0073 该模型描述为 ： 0074 方程 6 0075 由于对称， 其对于 y 坐标是相同的。根据方程 6， 在固定深度 z 处并且作为用于对 称旋转 ( 进动 ) 的位置 x 的函数的探测器像素移位 ( 在图 6A 中图示 ) 的传递函数可以表 达为 ： 0076 方程 7 0077 假定角度相对较小(如图 6B中所说明的)并且相对于进动304的固定中心对 称。 0078 对于旋转是对称的进动 ( 使用双轴锥体状的轨迹， 其中， 双轴意味着扫。
46、描架的旋 转围绕从头到脚的患者轴和从左到右的患者轴两者发生 ) 而言， 由进动频率调制的、 对象 的投影在图像平面上的圆形轨迹的半径可以由以下给出 ： 0079 方程 8 0080 在源和探测器的固定旋转位置处， 对于小角度的 x 方向 ( 并且类似地 y 方向 ) 上 的深度敏感度可以表达为 ： 0081 方程 9 0082 对于EP应用， 导管通常配备有电极对(双极)， 其通过自动图像处理而相对容易地 检测并且跟踪 X 射线图像。通过在 X 射线投影后在成像器上的污点状结构以及电极的高度 衰减便于进行该检测和跟踪。电极通常大致为圆柱体形状， 并且其尺寸典型地为 1mm( 垂直 投影 )。然。
47、而， 这里所描述的方法和系统不限于电极并且也不限于具有电极的尺寸的对象。 0083 表 2 定义了属于 X 射线扫描架的进动运动的旋转和成角度值的序列， 所述 X 射线 扫描架固定有 X 射线源和 X 射线探测器。这里， 旋转指的是扫描架围绕患者的从头到脚方 向的轴的旋转， 而成角度指的是扫描架围绕患者的从左到右方向的轴的旋转。 0084 表 2 ： 示例轨迹的连续旋转 / 成角度值 0085 说 明 书 CN 101980663 B 11 9/11 页 12 0086 表 2 中定义的进动为 5 度的进动， 使得任何两个扫描架位置之间的最大角度为 10 度。这一角度基于来自于先前部分的模型的。
48、估计。旋转和成角度描述了沿具有 5 度的半 径的圆形的轨迹 ( 进动 )。表 2 中列出的角度相对于进动中心中的参考位置 ( 进动围绕其 执行旋转运动的轴)。 该参考位置可以具有任何取向(即， 任何对的绝对成角度/旋转值)。 通常， 参考位置将根据临床过程和患者的解剖结构产生。 该示例中的值仅用于说明的目的。 无论如何它们并非作为限制。 0087 可能手动地、 半自动地或者优选全自动地识别对象在图像中的位置。 例如， 可以通 过使图像阈值化， 由此分割与对象对应的暗区域， 之后通过用于确定图像序列中的暗区域 的中心位置的污点检测算法， 自动识别导联或者金属对象。这些中心位置可用作在对象图 像中。
49、的 x、 y 坐标。 0088 如以上所描述的， 图像序列中由对象的投影横穿的 ( 圆形 ) 轨迹的半径与所投影 对象的深度位置成比例。轨迹的旋转方向 ( 顺时针或者逆时针 ) 与对象相对于等中心的位 置有关。 0089 由于进动运动以预定频率调制在图像序列中记录的对象的轨迹， 因此能够采用专 用信号处理来在更困难的成像情况下确定所跟踪对象的深度位置， 所述更困难的成像情况 例如如果图像中存在过多噪声或者如果图像中存在可能被误认为是要确定其深度的对象 的其它对象。当对象运动， 例如胃肠运动、 心脏运动和 / 或呼吸运动发挥作用时， 可以有利 地考虑预定轨迹的形状。 说 明 书 CN 101980663 B 12 10/11 页 13 0090 对象可以是静态的。 例如， 对象可以由于心脏和呼吸运动以及胃肠运动而运动。 可 以借助于运动模型来改进深度估计， 所述运动模型基于图像序列对对象的运动建模。这可 以通过利。