X射线姿态恢复制造技术

本发明专利技术提供了用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态恢复的方法、系统和程序产品。利用处于第一姿态的C型臂拍摄X射线图像，以捕获其上带有基准物的内窥镜区域。将所述C型臂从所述第一姿态移动到处于另一视角的第二姿态，同时维持所述内窥镜的位置。利用处于第二C型臂姿态的C型臂拍摄另一X射线图像，以捕获其上带有基准物的内窥镜区域。利用分割确定基准物在每个X射线图像上的位置。利用两个X射线图像中基准物的位置进行迭代优化，以形成所述其上带有基准物的内窥镜区域的三维曲线的两个二维投影，以确定从第一X射线姿态到第二X射线姿态的C型臂三维平移和旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】X射线姿态恢复
本专利技术涉及X射线引导的医学介入领域，更具体而言涉及用于X射线引导的医学介入中的姿态恢复的方法和系统。
技术介绍
在整个本申请中，下列术语意在传达附随的定义。C型臂:意思是手术中X射线(荧光检查法)C型臂姿态:意思是X射线源(增强器)的三维(3D)位置和取向C型臂姿态跟踪:意思是从一种姿态到另一种姿态估计C型臂姿态(与姿态恢复相同)。变换矩阵编码3个平移和三个旋转以从第一姿态确定第二姿态。支气管镜检查是利用内窥镜检查支气管气道内壁和执行随后的诊断或治疗介入的实时模态。在支气管镜检查过程期间，C型臂可用来实时监测内窥镜的位置。然而，由于X射线图像的低图像对比度，病变和气道都很难看见。这阻碍了 X射线荧光镜检查法作为一种协助支气管镜介入的实时图像引导工具的应用。对低对比度问题的一个解决方案是将三维(3D)计算机断层摄影(CT)图像体积和二维X射线图像进行融合，而且将病变叠加到X射线图像。通过在2D图像和3D图像体积之间配准将3D图像体积融合到2D X射线图像。融合的可视化提供了手术中引导，以便人们可以精确定位病变并识别其与内窥镜的空间关系。X射线图像和CT体积之间的2D-3D配准可以基于图像或者基于基准物。基于图像的配准方法使用分割，具有相对较小的捕捉范围和缓慢的收敛速度。此外，为基于图像的配准的计算开销很大。还有，当使用图像中的特征时，结果取决于分割的精确度和特征的特性。为方便基于图像的配准方法，必须要提供C型臂的良好初始化姿态以减少在优化方案中的搜索空间。然而，当C型臂在手术中移动到不同姿态时，在新的C型臂姿态中这个初始化不再可用。因此，2D X射线和3D图像体积数据的实时融合不总是可行的。基于基准物的配准解决了手术中C型臂运动后姿态恢复的问题。在基于基准物的配准中，对射线不透明的装置，叫做基准物，被放置在患者身体外部。基准物既在手术中C型臂运动前的X射线帧中被拍摄，也在手术中C型臂运动后的X射线帧中被拍摄。因为基准物必须在这两帧中都被拍 摄，所以它们限制了可用于手术中引导的体积尺寸。基准物的X射线图像本质上是二维的。如果外部基准物的3D配置是未知的，为了进行配准，必须用对极几何来在X射线空间中重建基准物的3D位置。那么，X射线空间的基准物可以配准到CT空间中的基准物。对极几何把两个已知的C型臂姿态作为输入。因此，基于图像和基于基准物的2D/3D配准都需要快速和准确的C型臂姿态恢复方法。遗憾的是，只有极少数医院拥有有能力估计和跟踪X射线姿态的昂贵的高端移动C型臂。当前应用在医院的大多数临床C型臂不提供姿态跟踪能力。
技术实现思路
本专利技术提供了用于在内窥镜流程期间的X射线姿态恢复的方法、系统和程序产品O根据一个实施例，提供了一种用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态恢复的方法。基准物附着于内窥镜远端区域的表面。在姿态变化前以第一姿态拍摄X射线图像，在姿态变化后以第二姿态拍摄X射线图像，作为其上带有基准物的内窥镜区域的三维曲线的二维投影。在姿态变化期间保持内窥镜稳定。利用分割方法确定基准物在每个二维X射线图像上的位置。然后，利用来自至少两个不同姿态的二维投影的其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维曲线执行迭代优化，以确定从第一 X射线姿态到第二 X射线姿态的C型臂三维平移和旋转。根据本专利技术的一个实施例，迭代优化步骤整合对事先已知的先验形状(例如曲率)、几何约束来进行姿态的迭代估计。根据本专利技术的一个实施例，迭代优化步骤利用基准物的对应关系进行姿态的迭代估计。根据本专利技术的一个实施例，所述迭代优化还利用先验形状模型以在迭代过程中约束估计并加快收敛。根据本专利技术的一个实施例，所述迭代优化还利用预定几何约束以在迭代过程中约束估计并加快收敛。根据本专利技术的一个实施例，所述迭代优化步骤包括:做出初始姿态估计；·重建其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状；测试收敛；在不满足收敛测试时，利用受限解剖结构中内窥镜的先验几何约束(例如内窥镜必须要在气道支气管中，因此内窥镜的曲率是预先定义的)，来细化其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状；做出迭代姿态估计，并重复形状估计和收敛测试的步骤；在满足收敛测试时，输出最终的姿态估计。根据本专利技术的一个实施例，将先验形状与几何约束中的至少一个与来自二维投影的三维形状的重建进行比较以改进收敛。根据本专利技术的一个实施例，将先验形状与几何约束中的至少一个与三维形状的重建进行比较以测试收敛。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态恢复的系统。该系统包括:内窥镜，其具有附着于其上的基准物；C型臂荧光镜，其用于生成内部的患者特征的荧光检查图像；处理器，其用于处理来自C型臂的荧光检查图像，并提供内部的患者特征的已处理图像以供在流程中使用；存储器，其操作性连接到所述处理器并且其上编码了:能够由处理器执行以利用分割来定位所述基准物的程序指令；能够由所述处理器执行以利用内窥镜带基准物区域的三维曲线的两个二维投影来执行迭代优化以确定所述C型臂从第一 X射线姿态到第二 X射线姿态的三维平移和旋转的程序指令。根据本专利技术的一个实施例，所述基准物是附着于内窥镜外表面的对辐射不透明的环。根据本专利技术的一个实施例，所述迭代优化程序指令重建其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状，所述基准物间隔开已知间距，将所述间距与所述三维形状的重建进行比较以改进收敛。根据本专利技术的一个实施例，所述迭代优化程序指令重建其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状，所述基准物间隔开已知间距，将所述间距与所述三维形状的重建进行比较以测试收敛。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种计算机程序产品，包括其上具有指令程序的计算机可读非易失性存储介质，包括:用于利用处于第一 C型臂姿态的C型臂拍摄X射线荧光检查图像以捕获内窥镜中的其上带有基准物的区域作为其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的二维投影的程序指令；用于将所述C型臂从所述第一姿态移动到处于另一视角的第二姿态同时维持所述内窥镜的位置的程序指令；用于利用处于第二 C型臂姿态的C型臂拍摄另一 X射线荧光检查图像以捕获其上带有基准物的内窥镜区域作为其上带有基准物的所述内窥镜中区域的三维曲线的另一二维投影的程序指令；用于利用分割 方法确定所述基准物在每个二维荧光检查图像上的位置的程序指令；以及用于利用其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的两个二维投影来执行迭代优化以确定从第一 X射线姿态到第二 X射线姿态的C型臂三维平移和旋转的程序指令。【附图说明】在结合附图阅读时，从优选实施例的以下详细描述，将更清晰地理解本专利技术的特征和优点。附图中包括以下图示:图1是在本专利技术的实施例中使用的C型臂的等距视图；图2示出了使用C型臂来弓丨导内窥镜的内窥镜流程；图3是根据本专利技术的实施例的在内窥镜流程期间用于X射线姿态恢复的系统的方框图；图4示出了根据本专利技术实施例的内窥镜远端，所述内窥镜具有附着于其上的基准物；图5示出了根据本专利技术的实施例的X射线姿态之间的C型臂运动；图6和7分别示出了根据本专利技术的实施例的姿态变化前后的X射线图像；图8是根据本专利技术的实施例的在内窥镜流程期间用于X射线姿态恢复的方法的流程图；并且图9是根据本专利技术实施例的用于姿态估计的迭代优化程序指令的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态恢复的方法，包括如下步骤：利用处于第一C型臂姿态的C型臂拍摄X射线荧光检查图像，以捕获其上带有基准物的内窥镜区域作为其上带有所述基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的二维投影；将所述C型臂从所述第一姿态移动到处于另一视角的第二姿态，同时维持内窥镜的位置；利用处于第二C型臂姿态的所述C型臂拍摄另一X射线荧光检查图像，以捕获其上带有所述基准物的所述内窥镜区域作为其上带有所述基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的另一二维投影；利用分割方法确定所述基准物在每个二维荧光检查图像上的位置；以及利用其上带有基准物的所述内窥镜区域的所述三维曲线的两个二维投影来执行迭代优化，以确定从第一X射线姿态到第二X射线姿态的所述C型臂的三维平移和旋转。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.01 US 61/470,5101.一种用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态恢复的方法，包括如下步骤: 利用处于第一 C型臂姿态的C型臂拍摄X射线荧光检查图像，以捕获其上带有基准物的内窥镜区域作为其上带有所述基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的二维投影； 将所述C型臂从所述第一姿态移动到处于另一视角的第二姿态，同时维持内窥镜的位置； 利用处于第二 C型臂姿态的所述C型臂拍摄另一 X射线荧光检查图像，以捕获其上带有所述基准物的所述内窥镜区域作为其上带有所述基准物的所述内窥镜区域的三维曲线的另一二维投影； 利用分割方法确定所述基准物在每个二维荧光检查图像上的位置；以及利用其上带有基准物的所述内窥镜区域的所述三维曲线的两个二维投影来执行迭代优化，以确定从第一 X射线姿态到第二 X射线姿态的所述C型臂的三维平移和旋转。2.根据权利要求1所述的方法，其中，以变换矩阵的形式提供所述平移和旋转。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述迭代优化的步骤优化所述基准物处的所述内窥镜的曲线。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述优化的步骤优化所述基准物的对应关系。5.根据权利要求1所述的方 法，其中，所述迭代优化还利用先验形状模型以在迭代过程中约束估计并加快收敛。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述迭代优化还利用预定几何约束以在迭代过程中约束估计并加快收敛。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述迭代优化步骤包括: 做出初始姿态估计； 重建其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状； 测试收敛； 在不满足收敛测试时，细化其上带有基准物的所述内窥镜区域的三维形状； 做出迭代姿态估计，并重复形状估计和收敛测试的步骤； 在满足所述收敛测试时，输出最终的姿态估计。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将先验形状和几何约束中的至少一项与所述三维形状的重建进行比较，以改进收敛。9.根据权利要求1所述的方法，其中，将先验形状和几何约束中的至少一项与所述三维形状的重建进行比较，以测试收敛。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基准物包括附着于所述内窥镜的外表面的对辐射不透明的环。11.一种用于在内窥镜流程期间进行X射线姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·刘，A·K·贾殷，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：
国别省市：