配准装置、用于配准的方法和计算机可读的存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种配准装置(2)以及一种对应的配准方法(10)、一种对应的计算机程序(10)以一种计算机可读的存储介质(8)，在该计算机可读的存储介质上存储有计算机程序(10)。本发明专利技术规定，将介入前生成的检查对象(3，4)的模拟模型(11)与介入中实况图像(15)配准。在此，根据解剖特征(4)和/或仪器(5)的模拟走向线(13，14)中的至少一个，通过使预设为代价函数的线间距度量最小化，将模拟模型(11)与实况图像(15)匹配，所述线间距度量是针对在模拟走向线(13，14)与在实况图像(15)中可见的仪器(5)的介入中实际走向(16)之间的距离的。

【技术实现步骤摘要】
配准装置、用于配准的方法和计算机可读的存储介质
本专利技术涉及一种配准装置，该配准装置用于特别是自动地将介入前的检查对象的模拟模型与介入中的检查对象的实况图像配准。此外，本专利技术涉及一种对应的配准方法或者一种用于运行配准装置的对应的方法、一种实现根据本专利技术的方法的对应的计算机程序以及一种在其上存储有根据本专利技术的计算机程序的计算机可读的存储介质。
技术介绍
通过进步的技术发展，特别是在医学、医学技术、计算机技术和数据处理领域的技术发展，恰好一再为医学应用给出新的可能性。例如，从医学技术实践中已知用于配准利用不同的成像模态获得了的患者的两个图像的方法和方式。在此，通常分别叠加两个图像，使得在两个图像中可见的结构彼此覆盖。利用当今可用的计算硬件，这种配准通常术前地、即可在没有不可接受的等待时间的条件下实施。另一方面，在一定程度上与此相反，已知模拟方法或建模方法，在该模拟方法或建模方法中例如计算上高成本地对解剖结构或其行为进行模拟或建模。为此，例如应用了从当前研究中已知的有限元方法，然而，至少利用当今可用的计算资源无法实时地实施该有限元方法，并且因此不能在介入中、即在对患者的介入或操作期间有意义并且有利地使用。因此，这种模拟或对应的模型的计算周期或更新周期例如可能需要数小时。然而，原则上，为了例如在安全地并且与先前的规划一致地执行介入的情况下支持主治医生，期望的是，在介入期间也能够提供尽可能广泛的、详细的和准确的信息和数据。然而，介入前高成本的模拟或建模与介入中实况图像的必要时可能简单的叠加，如其迄今针对简单的图像所执行的，通常不是十分有用，因为与介入前的情况相比，在相应的介入期间通常存在偏差的解剖学情况，在所述介入前的情况中已经记录了介入前数据组作为用于高成本的模拟或建模的基础。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，还能够实现有用并且实用地在介入中使用高成本的介入前模拟。根据本专利技术，上述技术问题通过本专利技术的内容来解决。在本专利技术中、在说明书中并且在附图中给出本专利技术的有利的设计方案和扩展方案。根据本专利技术的配准装置用于、即被配置为用于将介入前生成的检查对象的模型与检查对象的至少一个介入中实况图像配准或者配准至检查对象的至少一个介入中实况图像。该模型可以是2D模型、3D表面模型(也可以被称为2.5D模型)或3D模型。在此，配准装置具有处理器以及与处理器连接的数据存储器和通信接口，用于采集和处理对应的介入前数据和介入中数据。在此，介入前数据例如可以是或者包括模型或数据、例如介入前图像数据组，从该介入前图像数据组可以生成模型。介入中数据至少可以是或者包括实况图像(即在介入期间的相应的时刻实时示出检查对象的图像或对应的图像数据)或者图像数据，从该图像数据可以生成或重建实况图像。根据本专利技术，配准装置被配置为，根据模型(该模型示出了基于检查对象的介入前图像数据组模拟的、检查对象的介入中状态和检查对象中的仪器的介入中状态，所述仪器设置为用于在相应的介入中使用并且在实况图像中是可见的，以下也被简称为模型)确定在仪器的范围内的检查对象的解剖特征的模拟走向线或几何形状，和/或仪器的模拟走向线或位置。因此换言之规定了，基于介入前图像数据组，模拟所规划的介入或检查对象在所规划的介入期间的行为，该介入前图像数据组特别地已经在没有进行干预并且在检查对象中不存在仪器的条件下被记录。在此，然后通过模拟出的或计算出的模型，对得出的检查对象或检查对象的至少一部分的几何走向或布置以及相应的所使用的仪器的几何走向或布置进行描述。介入前图像数据组可以是2D图像数据组、2.5D图像数据组或3D图像数据组，或者可以作为4D图像数据组说明了时间上的发展。检查对象例如可以是患者、患者的部分区域或器官、血管树或血管或其一部分等。相应地，检查对象的走向线优选地例如可以是血管的中心线(英语：Centerline)，在介入时仪器应当在该血管中引导或布置在该血管处。仪器例如可以是支架、导管、内窥镜、探针等。仪器的走向线例如可以对应于仪器的走向、特别是纵向走向，轮廓，中心线等，即显示或描述了仪器的相应的位置和几何形状。在此特别有利的是，在模型中不仅建模或模拟检查对象的走向、即检查对象的几何形状，而且还彼此结合地建模或模拟仪器的走向或几何形状，因为在介入时仪器和检查对象可能彼此机械接触，并且由此可能在其位置、其走向或其几何形状方面互相影响。此外，根据本专利技术，配准装置被配置为，根据至少一个实况图像来确定仪器的介入中实际走向。在此，在记录实况图像的时刻，该实际走向与仪器在介入期间的位置和几何形状相对应，即，说明了对应的真实而非模拟出的仪器的布置。特别优选地，仪器可以是X射线可见的或者至少包括医学设备的X射线可见的部分，使得该仪器在没有造影剂的条件下在作为实况图像而记录的X射线图像或透视图像中是可见的。此外，根据本专利技术，配准装置被配置为，根据模拟走向线中的至少一个以及仪器的介入中实际走向，将模型自动地与实况图像配准或配准至实况图像。在此，配准装置被配置为，为此通过最小化预设为代价函数或预设为代价函数的一部分的线间距度量、特别是经修改的豪斯多夫距离(Hausdorff-Abstand)d，将模型与实况图像匹配，所述线间距度量是针对在模拟走向线X中的至少一个与仪器的介入中实际走向Y之间的距离的。在此，通过或基于以下公式，给出在此优选地使用的经修改的豪斯多夫距离：因此，其中d(X,Y)表示线X和Y之间的线间距，这些线通过其坐标或元素x或y来描述，“max”表示最大，“min”表示最小，以及“||||”表示相应的量的范数。为了使代价函数、特别是通过该经修改的豪斯多夫距离d给出的或基于该经修改的豪斯多夫距离d的代价函数最小化，例如可以移动、旋转、压缩、拉伸或以另外的方式使模型变形，即匹配模型。在此有利地，该匹配不是模型的重新的模拟运行，即，在此没有重新完全计算或模拟模型以实现匹配。如开头所描述的，这种计算可能需要数小时，因此在介入期间不可实用地执行。取而代之，本专利技术提出了一种替换的方法，通过该方法可以将模型与实况图像匹配并与该实况图像配准，该方法所需的计算开销和计算资源显著减少，并且由此可以在实际上实用地、至少几乎实时地在介入期间执行或应用。已经示出，通过在此提出的对线间距度量的最小化，特别是对提到的经修改的豪斯多夫距离(MHD)的最小化，可以将模型和相应的实况图像特别容易、快速并且准确地彼此重叠。由此，可以在介入期间实现模型至实况图像的特别准确的配准，这又使得能够从模型和实况图像中生成对应的叠加图像。通过这种叠加图像，在介入期间，可以有利地向相应的主治医生或其他人员提供迄今在介入中不可用的数据和信息。由此，借助本专利技术的配准装置可以支持介入的执行或对应的人员，并且由此有助于相应的治疗结果。例如通过由处理器实施对应的预设的计算机程序或运行程序(该计算机程序或运行程序例如可以储存在数据存储器中)，配准装置尤其可以自动地或半自动地执行所描述的措施、过程或流程。在本专利技术的意义上，模型可以是如开头所描述的检查对象的相对高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将介入前生成的检查对象(3，4)的模型(11)与检查对象的至少一个介入中实况图像(15)配准的配准装置(2)，其中，所述配准装置(2)具有处理器(7)以及与处理器连接的数据存储器(8)和通信接口(6)，以用于采集和处理对应的介入前数据和介入中数据，并且所述配准装置被配置为用于：/n-根据所述模型(11)确定在仪器(5)的范围内的检查对象(3，4)的解剖特征的模拟走向线和/或仪器(5)的模拟走向线，所述模型示出了基于检查对象(3，4)的介入前图像数据组模拟的、检查对象(3，4)的介入中状态和检查对象中的仪器(5)的介入中状态，所述仪器设置为用于在相应的介入中使用并且在实况图像(15)中是可见的，/n-根据所述实况图像(15)来确定仪器(5)的介入中实际走向(16)，/n-根据模拟走向线(13，14)中的至少一个以及仪器(5)的介入中实际走向(16)，将所述模型(11)自动地与所述实况图像(15)配准，并且为此，通过使预设为代价函数的线间距度量最小化，将所述模型(11)与所述实况图像(15)匹配，所述线间距度量是针对在模拟走向线X(13，14)中的至少一个与仪器(5)的介入中实际走向Y(16)之间的距离的。/n...

【技术特征摘要】
20190528 DE 102019207803.61.一种用于将介入前生成的检查对象(3，4)的模型(11)与检查对象的至少一个介入中实况图像(15)配准的配准装置(2)，其中，所述配准装置(2)具有处理器(7)以及与处理器连接的数据存储器(8)和通信接口(6)，以用于采集和处理对应的介入前数据和介入中数据，并且所述配准装置被配置为用于：
-根据所述模型(11)确定在仪器(5)的范围内的检查对象(3，4)的解剖特征的模拟走向线和/或仪器(5)的模拟走向线，所述模型示出了基于检查对象(3，4)的介入前图像数据组模拟的、检查对象(3，4)的介入中状态和检查对象中的仪器(5)的介入中状态，所述仪器设置为用于在相应的介入中使用并且在实况图像(15)中是可见的，
-根据所述实况图像(15)来确定仪器(5)的介入中实际走向(16)，
-根据模拟走向线(13，14)中的至少一个以及仪器(5)的介入中实际走向(16)，将所述模型(11)自动地与所述实况图像(15)配准，并且为此，通过使预设为代价函数的线间距度量最小化，将所述模型(11)与所述实况图像(15)匹配，所述线间距度量是针对在模拟走向线X(13，14)中的至少一个与仪器(5)的介入中实际走向Y(16)之间的距离的。


2.根据权利要求1所述的配准装置(2)，其特征在于，通过或基于以下公式，给出经修改的豪斯多夫距离d作为所述线间距度量：





3.根据上述权利要求中任一项所述的配准装置(2)，其特征在于，所述配准装置(2)被配置为，在最小化2D线间距度量的条件下以2D-3D配准来执行配准，并且为此，使用2D投影图像作为实况图像(15)，以及根据实施为3D模型(11)的模型(11)的2D前向投影确定至少一个模拟走向线(13，14)。


4.根据权利要求1或2所述的配准装置(2)，其特征在于，所述配准装置(2)被配置为，在最小化3D线间距度量的条件下以2x2D-3D配准或以3D-3D配准来执行配准，并且为此，根据从不同角度记录的至少两个2D实况图像(15)确定仪器(5)的介入中实际3D走向(16)，或者根据2D实况图像来估计仪器的介入中实际3D走向。


5.根据上述权利要求中任一项所述的配准装置(2)，其特征在于，所述配准装置(2)被配置为使所述模型(11)变形，以将所述模型(11)与所述实况图像(15)匹配。


6.根据上述权利要求中任一项所述的配准装置(2)，其特征在于，所述配准装置(2)被配置为仅在所有可用的自由度的预设的子集中将所述模型(11)与所述实况图像(15)匹配，特别地为此仅执行平移或旋转。


7.根据上述权利要求中任一项所述的配准装置(2)，其特征在于，所述配准装置(2)被配置为，在将所述模型(11)与所述实况图像(15)匹配时仅考虑在实况图像(15)中可见的一个或多个仪器(5)的预设的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K布雷宁格，M普菲斯特，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE