[发明专利]用于在介入操作期间进行轮廓绘制和图像显示的图像处理系统和方法

说明书

本发明通常涉及一种图像处理系统和方法，用于在介入操作期间通过 采集有关活体对象的二维活动图像而能够对其体内部分进行可视化和研 究，并且用于显示相对于三维体数据的二维活动图像。

在医学诊断和治疗领域，更确切地说在X射线透视的背景中，特别注 重对活体对象的身体体积和体内部分进行成像。因此，下面将通过举例的 方式来考虑生物体体积的X射线投影，但本发明并不局限于此，而是可用 于具有相似次要条件的所有应用领域中。

参照附图1和2，典型的X射线系统包括通过机器臂3支撑近端患者 台2的摇臂(C形弧或G形弧)1。容纳在摇臂1内，设有X射线管4和X 射线探测器5，X射线探测器5布置并配置成接收穿过患者7并产生表示其 强度分布的电信号的X射线6。通过移动摇臂1，能将X射线管4和探测 器5放置在相对于患者7的任何期望位置和取向上。

在各种类型疾病的治疗中，通过透视观察导管在患者血管系统中的行 进提供了特定的医学应用。因而，在介入期间，需要在X射线监视(透视) 下推进导管或导丝和/或引入支架或线圈，并且尽可能精确地通过血管到达 感兴趣的体内部分。当执行这一操作时，通过经由导管引入短脉冲的射线 透不过的造影剂，并使用例如参照附图1和2所述的系统获得X射线图像， 在第一监视器上在较短时间内看到二维活动图像形式的血管结构。

为了患者的安全，非常期望使对X射线的暴露最小，并同样使引入体 内的造影剂量最小，因此众所周知的是在介入期间在第二监视器上显示一 个或多个关于感兴趣区域所采集的介入前X射线图像，以便辅助导航。这 些介入前图像作为血管系统的“血管图”或“路标”为巡诊医师提供取向 支持。为了在例如导管放置期间提高导引，已经研发了各种方法将这种路 标信息叠置到介入期间获得的透视图像上，这些内容例如在WO2004/04329 中进行了描述。

然而，对于医师而言非常期望能够以三维形式观看在介入期间采集的 二维透视图像数据，因为这将能够对介入数据进行实时跟踪，同时显著地 降低在介入操作期间对患者的造影液和X射线暴露负荷。三维图像数据例 如可以借助于3D旋转扫描来采集(任选地其中将造影剂注入待成像的身体 体积内)，因为这样的扫描(即，3D旋转血管造影或3DRA)常规是在任 何为了诊断和治疗评估的介入之前获得的，所以这样获得的三维图像数据 可能特别有优势。

轮廓绘制对于有效传送大量信息，例如具有少许笔画(stroke)的体模 型结构(参见图3b，其是动脉瘤的轮廓绘制，相比较的是图3a所示的动脉 瘤表面绘制)是很有用的。轮廓绘制算法可以划分为两个子类：

1.基于多边形的表示(表面绘制)

2.针对体积体素定制的表示(直接体积绘制)

如本领域的技术人员应当理解的，对于多边形网格而言，轮廓边缘由 将背面多边形连接到正面多边形的所有边缘的可见线段组成，并且在速度 和鲁棒性方面存在用于基于多边形的表示的非常有效的轮廓绘制算法。然 而，基于多边形的表面绘制技术存在若干缺点，包括血管分割所需的庞大 预处理开销和大量存储器(由此降低或消除了静脉信号)以及等表面的生 成/表示。在3DRA体积的血管分割背景中，骨或其他不透明物质的存在使 得进行自动血管分割很困难。在此，这种分割通常需要一些用户交互进行 微调，考虑到庞大预处理开销，这是相当麻烦的。此外，精细分割可导致 表面表示和体积表示之间的差别(丢失了小血管)。

通过代替地使用体素表示，理论上能克服上面有关多边形表示略述出 的问题。然而，虽然针对基于体素的轮廓绘制存在各种各样的方法，但是 这些方法没有一种能在速度方面与基于多边形的方法竞争，这至少部分是 因为这样的事实：已知的基于体素的各方法全都使用某种形式的精细分类， 以通常根据体素的不连续性来探测边界/外轮廓。

因此，本发明的目的是提供一种图像处理系统和方法，其能够对关于 身体体积捕获的二维图像数据进行三维表示的轮廓绘制，这种图像处理系 统和方法在关于二维活动图像数据使用时速度足够快，而不会产生与常规 的基于多边形的表示有关的庞大预处理开销。

根据本发明，提供了一种用于对身体体积的图像进行显示的图像处理 系统，该系统包括用于接收有关所述身体体积的三维图像数据的装置；用 于生成所述三维图像数据的直接体积轮廓绘制的轮廓绘制装置，所述轮廓 绘制由与所述三维图像数据的体素的半透明度成比例的数值组成；以及用 于显示得到的轮廓绘制的装置。