用于创建数字减影血管造影的方法和设备

文档序号:767646 发布日期:2021-04-09 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 用于创建数字减影血管造影的方法和设备 (Method and apparatus for creating digital subtraction angiography ) 是由 M.科瓦希克 S.沙弗 于 2020-09-21 设计创作,主要内容包括:本发明涉及用于创建数字减影血管造影的方法和设备。为了全面地识别空心器官系统,用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法包括:提供借助X射线设备记录的掩模图像数据;提供借助X射线设备记录的至少第一填充图像数据,从第一静脉内造影剂注射和在时间上在后的第二动脉内造影剂注射开始,在利用造影剂对空心器官系统的至少部分造影剂填充期间,记录至少第一填充图像数据;通过从至少第一填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定至少第一减影图像数据;根据至少第一减影图像数据,来确定最终的减影图像数据;以及分割最终的减影图像数据,并且对最终的减影图像数据的像素或者体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。(The invention relates to a method and apparatus for creating digital subtraction angiography. To fully identify the hollow organ system, a method for creating a digital subtraction angiography of the hollow organ system of a patient includes: providing mask image data recorded by means of an X-ray device; providing at least first filling image data recorded by means of an X-ray device, the at least first filling image data being recorded during at least partial contrast agent filling of the hollow organ system with contrast agent, starting from a first intravenous contrast agent injection and a temporally subsequent second intra-arterial contrast agent injection; determining at least first subtracted image data by subtracting the mask image data from the at least first filler image data; determining final subtraction image data from at least the first subtraction image data; and segmenting the final subtracted image data and assigning at least two different intensity levels to pixels or voxels of the final subtracted image data according to their respective intensity values.)

用于创建数字减影血管造影的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法以及用于执行这种方法的设备。

背景技术

数字减影血管造影(digitale Subtraktionsangiographie,DSA)通常用于检查血管或者一般地说空心器官。在最简单的二维的变形方案中,借助X射线血管造影系统(例如借助C形臂系统),创建患者的要检查的血管系统的在时间上连续的(二维的)投影图像,在此期间注入造影剂。产生没有造影剂的投影图像,也称为掩模图像,并且产生在血管系统中具有造影剂分布的另外的投影图像,即所谓的投影填充图像。从随后的投影填充图像中减去数字掩模图像。仅剩余不同的部分,即一般来说,恰好是血管系统。

三维数字减影血管造影(3D DSA)使得能够以高分辨率例如作为3D体积显示对比(kontrastierte)血管系统。为此,一般执行没有造影剂的掩模过程,并且执行具有造影剂的填充过程,并且在此相应地创建一系列投影图像。在此,二维的投影图像通常来自于围绕患者旋转的C形臂X射线设备(例如锥形束CT或者Cone-beam CT)的记录协议。一般从一系列投影填充图像中减去一系列投影掩模图像,并且将产生的一系列二维减影图像重建为三维减影血管造影图像。将时间分辨的3D数字减影血管造影称为4D DSA。

为了诊断和治疗临床状况,需要特别良好并且准确地显示诸如大脑、心脏或者肝脏的器官中的血管系统。在此,重要的是显示动脉和静脉血管系统。因此,对于不同的应用来说,可以准确地显示大脑中的静脉血管系统越来越重要。例如在所谓的AVM(=Malformation(动静脉畸形))、即血管的球形畸形(Fehlbildung)的治疗中是这种情况,在这种畸形中,动脉在没有毛细血管的情况下与静脉直接连接。在脑AVM的情况下,存在很大的危险由于血管中的高压而例如导致严重的脑出血破裂。为了对AVM进行预防性治疗,例如执行静脉AVM栓塞,其中,在X射线监控下,将使血管封闭的栓塞注入AVM内部的血管中。为了执行这种介入,必须呈现全面的脑血管系统的图像,并且也必须识别AVM供应动脉,并且特别是(因为更难确定)识别引流静脉。

借助已知的DSA方法,虽然可以显示脑血管系统,但是一般难以从显示的许多动脉中找出AVM供应动脉和引流静脉。

发明内容

本发明要解决的技术问题是,提供一种用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法,其使得能够识别AVM引流静脉和AVM供应动脉;此外,本发明要解决的技术问题是,提供一种适用于执行所述方法的设备。

根据本发明,上述技术问题通过根据本发明的用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法和根据本发明的设备来解决。本发明的有利的设计方案相应地是下面的描述的主题。

根据本发明的用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法包括如下步骤:提供借助X射线设备记录的掩模图像数据;提供借助X射线设备记录的至少第一填充图像数据,从第一静脉内造影剂注射和在时间上在后的第二动脉内造影剂注射开始,在利用造影剂对空心器官系统的至少部分造影剂填充期间,记录了至少第一填充图像数据;通过从至少第一填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定至少第一减影图像数据;根据至少第一减影图像数据,来确定最终的减影图像数据;以及分割最终的减影图像数据,并且对最终的减影图像数据的像素或者体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。

通过根据本发明的方法,特别是对于事先进行的造影剂注射在空间和时间上适当的情况,不仅可以创建期望的空心器官系统的全面的图像,而且通过划分为多个强度等级,可以给出针对特别是引流静脉和供应动脉的明显的指示。本发明假定,流过特别大量的造影剂的空心器官,至少在短时间内在X射线图像上具有特别高的强度值。因为在AVM中,在动脉和静脉之间没有毛细血管,因此在此,从动脉到静脉的流量特别高。对于受委托例如诊断和治疗AVM的医生,这些信息具有重要的意义,并且可以有助于明显改善对患者的护理。因此,在患者的大脑中存在AVM的情况下,例如通过在所述方法中产生的DSA,对于医生来说,可以清楚地识别出哪些静脉引流AVM,以及哪些动脉供应AVM,从而医生随后例如可以以栓塞的形式安全、正确地进行治疗。在此,事先进行的造影剂的第一静脉内注射的注射位置例如可以是手臂静脉,并且第二动脉内注射的注射位置优选是脑内动脉。

根据本发明的一个设计方案,使用第一减影图像数据,来作为最终的减影图像数据。这对于仅存在第一减影图像数据的情况是有利的。

根据本发明的另一个设计方案,执行以下步骤:提供借助X射线设备记录的至少第一和第二填充图像数据,从第一静脉内造影剂注射和在时间上在后的第二动脉内造影剂注射开始,在利用造影剂对空心器官系统的至少部分造影剂填充期间,记录了至少第一和第二填充图像数据;通过从至少第一和第二填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定至少第一和第二减影图像数据;并且根据至少第一和第二减影图像数据,通过将至少第一和第二减影图像数据的相应的像素或者体素的最大的强度值,确定为最终的减影图像数据的每个像素或者体素的强度值,来确定最终的减影图像数据。。

在存在至少第一和第二填充图像数据、即两组或者更多组填充图像数据的情况下,以有利的方式,从针对每个像素或者体素的所有减影图像数据中相应地选择最大的强度值,并且将其用于最终的减影图像数据。也就是说,例如如果第一减影图像数据中的特定像素的强度值小于第二减影图像数据中的特定像素的强度值,那么将第二减影图像数据的强度值用作最终的值。以这种方式,针对图像数据的所有像素或者体素比较强度值,随后选择相应的最大的强度值。也就是说,最终的减影图像数据由空心器官系统的所有像素/体素的相应的最大的强度值组成。由此,可以与相应的填充图像数据的在时间上单独的填充度无关地创建空心器官系统的全面的图像。也就是说,创建一种与时间无关的填充图像,其于是向医生示出关于整个空心器官系统的系统性的概览。也可以存在多于两组的填充图像数据,在这种情况下,然后也从三个或者更多值中选择每个像素/体素的最大的强度值。因为流过特别大量的造影剂的空心器官至少在短时间内在X射线图像上具有特别高的强度值,因此通过使用最大的强度值,可以创建关于空心器官系统的特别良好的概览。

根据本发明的另一个设计方案,掩模图像数据由至少一系列的投影掩模图像形成,并且至少第一和/或第二填充图像数据由至少一个第一和/或第二系列的投影填充图像形成,其中,将系列的投影掩模图像重建为掩模体积,并且将至少第一和/或第二系列的投影填充图像重建为至少一个第一和/或第二填充体积,其中,通过从至少第一和/或第二填充体积中减去掩模体积,来确定至少一个第一和/或第二减影体积,其中,根据至少第一和/或第二减影体积,来确定最终的减影体积,并且其中,对最终的减影体积进行分割,其中,对最终的减影体积的体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。除了2D之外,还可以作为3D、甚至4D-DSA来执行所述方法。特别是,在记录系统围绕患者的相应的至少一个旋转进程期间,记录至少一系列的投影掩模图像和至少一个第一和/或第二系列的投影填充图像。在C形臂围绕患者的旋转进程期间,例如作为3D-DSA,来记录投影图像。在此,例如可能涉及锥形束CT进程。根据一个优选的实施方式,例如存在来自两个连续的掩模进程(200±x度向前和向后)的投影图像数据和来自掩模进程之后的三个填充进程(200±x度向前、向后并且又向前)的填充图像数据。

作为其替换,在3D-DSA中,也可以首先将2D图像数据彼此相减,随后将图像序列重建为体积:根据本发明的另一个设计方案,掩模图像数据由至少一系列的投影掩模图像形成,并且至少第一和(或)第二填充图像数据由至少一个第一和(或)第二系列的投影填充图像形成,其中,通过从至少第一和(或)第二系列的投影填充图像中减去系列的投影掩模图像,来确定至少一个第一和(或)第二系列的减影图像,其中,将至少一个第一和(或)第二系列的减影图像重建为至少一个第一和(或)第二减影体积,其中,根据至少第一和(或)第二减影体积,来确定最终的减影体积,并且其中,分割最终的减影体积,其中,对最终的减影体积的体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。

根据本发明的另一个设计方案,通过使用至少一个强度阈值,来区分至少两个强度等级。也就是说,在区分两个强度等级时,例如选择或者尤其是预先设置刚好一个阈值。强度值位于该阈值以下的所有像素或者体素属于第一强度等级,并且强度值位于该阈值以上的所有像素或者体素属于第二强度等级。为了进行区分,例如使用具有算法的图像处理单元,该算法将强度值划分为强度等级。也可以使用三个或者更多个强度等级,然后通过两个或者更多个阈值来区分这些强度等级。

以有利的方式,对于用户来说,为了能够特别良好地识别不同的强度等级,在显示单元上显示空心器官系统的数字减影血管造影,其中,以不同的颜色标记分配了不同的强度等级的空心器官系统的部分。因此,例如可以设置为,以第一颜色、例如绿色来染色分配了第一强度等级的所有像素或者体素,并且以第二颜色、例如红色来染色分配了第二强度等级的所有像素或者体素。

此外,本发明请求保护一种用于执行所述方法的设备,所述设备具有特别是具有至少一个图像处理算法的图像处理单元,其被构造为用于,通过从填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定减影图像数据;确定最终的减影图像数据;并且分割最终的减影图像数据;并且对最终的减影图像数据的像素或者体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级;并且设备具有用于存储图像数据的存储单元。以有利的方式,所述设备具有X射线设备、特别是C形臂X射线设备,其被构造为用于记录患者的空心器官系统的掩模图像数据和填充图像数据。此外,所述设备适宜地可以具有造影剂注射设备,造影剂注射设备具有至少两个间隔开地布置的注射器,其中,第一注射器被构造为用于触发的造影剂的静脉内注射,并且第二注射器被构造为用于在时间上在后的造影剂的动脉内注射,并且造影剂注射设备具有触发设备,触发设备用于自动地以受控的方式激活注射器。此外,所述设备可以具有系统控制器,系统控制器用于控制X射线设备、图像处理单元和造影剂注射设备。

附图说明

下面,借助在附图中示意性地示出的实施例,详细说明本发明以及根据本发明的特征的其它有利的设计方案,本发明不由此局限于这些实施例。

图1示出了根据本发明的方法的一系列步骤;

图2示出了用于记录针对所述方法提供的图像数据的可能的获取协议的视图;以及

图3示出了用于执行所述方法的C形臂X射线设备的视图。

具体实施方式

在图1中示出了根据本发明的用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法的一系列最重要的步骤。空心器官系统例如可以是脑血管系统,或者也可以是心脏或者肝脏或者患者的其它器官中的血管系统。通过所述方法,可以全面地显示期望的血管系统,并且识别出流量特别大的血管、例如AVM引流静脉。

在第一步骤1中,提供借助X射线设备记录的空心器官系统的掩模图像数据,并且在第二步骤2中,提供借助相同的X射线设备记录的至少第一填充图像数据,从第一静脉内造影剂注射和在时间上在后的第二动脉内造影剂注射开始,在利用造影剂至少部分对空心器官系统进行造影剂填充期间,记录了第一填充图像数据。根据应用,这些图像数据可以是2D、3D或者4D图像数据。在图2中示出了用于创建掩模图像数据和填充图像数据的示例性的4D-DSA获取协议,并且在下面将更详细地进行描述。在2D-DSA的情况下,掩模图像数据是若干单投影掩模图像,并且填充图像数据是若干单投影填充图像,在3D-DSA的情况下,掩模图像数据是一系列投影掩模图像,并且填充图像数据是一系列投影填充图像。4D-DSA是时间分辨的3D-DSA,其中,基于3D-DSA图像数据,借助2D图像数据,来产生时间信息。

在所述方法的一个可能的实施方式中,提供第一掩模图像数据以及第一和第二填充图像数据。也可以提供两组或者更多组掩模图像数据和三组或者更多组填充图像数据。

在可选的或者仅在3D或者4D-DSA的情况下出现的第三步骤3中,将(至少第一)系列的投影掩模图像重建为掩模体积,将(至少)第一系列的投影填充图像重建为第一填充体积,并且将(如果存在)第二系列的投影填充图像重建为第二填充体积。在此,使用已知的重建算法。

在第四步骤4中,通过从至少第一和第二填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定第一和第二减影图像数据,也就是说,在3D情况下,通过从第一和第二填充体积中减去掩模体积,来确定第一和第二减影体积。如果仅存在第一填充图像数据,那么也仅得到第一减影图像数据。如果存在第三或者更多填充图像数据,那么也得到三个或者更多个减影图像数据。

在第五步骤5中,根据所有存在的减影图像数据,来确定最终的减影图像数据。如果仅存在第一减影图像数据(例如减影体积),那么将第一减影图像数据确定为最终的减影图像数据(例如最终的减影体积)。如果存在第一和第二减影图像数据(例如第一和第二减影体积),那么始终选择并且使用第一和第二减影图像数据的相应的像素或者体素的最大的强度值,作为最终的减影图像数据的每一个像素或者体素的强度。也就是说,在低的和高的强度值中,始终使用高的强度值。也就是说,根据最大的强度值来产生图像或者体积。如果存在三个或者更多个例如减影体积,那么从所有存在的强度值中选择并且使用最大的强度值。在该步骤之后,已经得到所检查的器官、例如大脑的空心器官系统的全面的图像。可以在显示单元上显示最终的减影图像数据、例如最终的减影体积。

在第六步骤6中,分割最终的减影图像数据(例如最终的减影体积),并且对最终的减影图像数据(例如最终的减影体积)的像素或者体素,根据其相应的强度值分配至少两个不同的强度等级。例如可以通过已知的分割方法、例如已知的聚类算法(例如k均值(k-means)算法)来执行分割和分配。例如可以通过使用至少一个强度阈值,来区分至少两个强度等级。可以事先或者在所述方法的过程中才设置或者选择强度阈值。可以自动或者手动选择强度阈值。可以以分割的形式在显示单元上显示最终的减影图像数据、例如最终的减影体积。因此,例如可以以不同的颜色标记分配了不同的强度等级的空心器官系统的部分。因此,例如可以设置为,以第一颜色、例如绿色来染色分配了第一强度等级的所有像素或者体素,并且以第二颜色、例如红色来染色分配了第二强度等级的所有像素或者体素。以这种方式,对于用户来说可以特别简单地识别血管系统中的哪些部分是系统性的,并且哪些部分由注射了第二注射的(例如大脑的)动脉供血。以这种方式,例如可以使AVM引流静脉和AVM供应动脉可见。

在图2中示出了用于创建掩模图像数据和填充图像数据的示例性的4D-DSA获取协议。在实际的方法之前执行这种或者类似的协议,来记录相应的掩模图像数据和填充图像数据。在(血管造影)X射线设备的C形臂围绕患者、特别是围绕要显示的器官的旋转进程期间记录投影图像。在此,例如可能涉及锥形束CT进程。该示例性的协议由两个连续的掩模进程(MBv+z;200+x度向前和向后)并且由掩模进程之后的三个填充进程(FB1v+z和FB2v;200+x度向前和向后,并且又向前)构成。执行三个填充进程,以便针对4D-DSA覆盖一个特别长的时间段。例如对于正常的3D-DSA,一个掩模进程和一个填充进程经常就足够了。每个单个进程的持续时间例如通常可以是5s。

首先,在第一时间点t1开始第一注射,例如在第一注射中激活用于造影剂的静脉内注射的第一注射器。该注射器可以位于周围静脉(例如手臂静脉(Armvene))中。与第一注射大约同时,开始向前的掩模进程(向前和向后在此涉及围绕患者旋转的方向),从该掩模进程得到例如患者的大脑的第一系列的投影掩模图像(MBv),之后直接执行向后的掩模进程,从该向后的掩模进程记录大脑的第二系列的投影掩模图像(MBz)。当两个掩模进程分别持续约5s时,脑血管还没有被填充造影剂,因为在造影剂到达大脑之前,通常要持续大约10s。在掩模进程之后,在例如第一时间点t1之后大约10s的第二时间点t2,直接开始第二注射,例如在第二注射中激活用于造影剂的动脉内注射的第二注射器。

该第二注射器可以位于脑动脉中,优选位于要显示的AVM的供应动脉中。例如可以使用颈动脉。与第二注射大约同时,按顺序执行三个填充进程、即向前的第一填充进程、向后的第一填充进程和向前的第二填充进程,从向前的第一填充进程得到第一系列的投影填充图像(FB1v),从向后的第一填充进程得到第二系列的投影填充图像(FB1z),并且从向前的第二填充进程得到第三系列的投影填充图像(FB2z)。

在执行三个填充进程(每个大约5s,因此总共大约15s)期间,通常期望来自第一注射的造影剂分布在脑血管系统中,并且来自第二注射的特别大量的造影剂从AVM的供应动脉流入相应的静脉中。在特定协议的情况下,可能有意义的是,在填充图像数据和掩模图像数据的稍后的相减中,减去来自类似的进程的图像数据(即向前的填充进程减去向前的掩模进程,并且向后的填充进程减去向后的掩模进程)。在重建的体积中,这通常是不需要的。通常可以以相同的造影剂执行两个注射。也可以使用例如具有仅一个或者至少三个掩模进程以及一个、两个或者至少四个填充进程、其它的持续时间、更多次注射、其它的器官等的其它的获取协议。也可以类似地执行4D-DSA记录协议。在2D-DSA记录协议中,仅实现若干单投影图像,不进行旋转进程,顺序与3D-DSA类似。

可以由系统控制器自动控制相应的获取协议。

例如在图3中示出了适合用于执行所述方法的设备9。设备9具有图像处理单元12,图像处理单元12特别是具有至少一个图像处理算法。图像处理单元被构造为用于,通过从填充图像数据中减去掩模图像数据来确定减影图像数据,确定最终的减影图像数据,并且分割最终的减影图像数据,并且对最终的减影图像数据的像素或者体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。此外,该设备具有用于存储图像数据的存储单元13。此外,设备9包括X射线设备、特别是C形臂X射线设备10,其被构造为用于记录患者的空心器官系统的掩模图像数据和填充图像数据。

C形臂X射线设备例如可以具有C形臂,C形臂被构造为用于,在C形臂围绕患者的旋转进程期间,记录一系列的投影图像。此外,设备9可以具有造影剂注射设备,造影剂注射设备具有至少两个间隔开地布置的注射器IN1和IN2,其中,第一注射器IN1被构造为用于自动触发的造影剂的静脉内注射,并且第二注射器IN2被构造为用于自动触发的在时间上在后的造影剂的动脉内注射,并且造影剂注射设备具有用于自动以受控的方式激活两个注射器的触发设备15。此外,设备9具有用于控制X射线设备10、图像处理单元12和造影剂注射设备的系统控制器11。此外,设备9具有用于显示图像数据的显示单元14。

例如可以由设备9全自动地控制在图2中描述的或者其它类似的获取协议。

本发明描述了一种用于创建DSA的方法,所述方法在具有至少一个第一静脉内注射和第二动脉内(特别是在供应AVM的动脉中进行的)注射的多次注射记录协议之后,示出了如下可能性,即,不仅显示例如大脑的整个空心器官系统,而且突出例如大脑中的整个系统与AVM之间的特别引人注目的连接血管。特别是也可以识别出单个血管(例如两个颈动脉之一)的贡献。对针对亨氏单位(Hounsfield Unit,HU)得到的多级图像进行分割,并且可以以对于医生来说良好地可见的方式显示差异。由此,对于医生来说,例如在大脑中存在AVM或者静脉狭窄的情况下,得到制定合适的治疗策略的可能性。

可以以如下方式简短地概括本发明:为了特别全面地识别空心器官系统,提供了一种用于创建患者的空心器官系统的数字减影血管造影的方法,其包括如下步骤:提供借助X射线设备记录的掩模图像数据;提供借助所述X射线设备记录的至少第一填充图像数据,从第一静脉内造影剂注射和在时间上在后的第二动脉内造影剂注射开始,在利用造影剂对空心器官系统的至少部分造影剂填充期间,记录了所述至少第一填充图像数据;通过从所述至少第一填充图像数据中减去掩模图像数据,来确定至少第一减影图像数据;根据所述至少第一减影图像数据,来确定最终的减影图像数据;以及分割最终的减影图像数据,并且对最终的减影图像数据的像素或者体素,根据其相应的强度值,分配至少两个不同的强度等级。

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