CN1700885A - 基于旋转血管造影术的冠状动脉结构混合3d重建 - Google Patents

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Abstract

生成受周期运动影响的血管结构的混合三维重建的方法和装置包括将受周期运动的将要被成像的对象(50)置于X射线系统的成像区域中，该对象具有血管结构。至少采集血管结构的两个X射线图像(104，106)。得到周期运动的相位的标记(104，52)并将其与每个X射线图像相关联。从周期运动的相似相位选择至少两个X射线图像(108)。生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分(110，210)，该模型部分用选定的来自周期运动的相似相位的X射线图像重建，该感兴趣的区域仅是成像的血管结构的一部分。生成比模型部分更大的血管结构的三维体积重建(112，212，207)。感兴趣的模型部分(148)和更大血管结构的体积重建被合并并且以人可读方式被显示(220)。

Description

基于旋转血管造影术的冠状动脉结构混合3D重建
技术领域
本发明涉及X射线冠状动脉血管造影术，并且特别地涉及采用旋转血管造影术采集视图生成混合重建和模拟表达的一种装置。本发明结合诊断医学成像特别应用于心脏导管插入、诊断和介入治疗中，并将对其进行详细的描述。
背景技术
在美国，冠状动脉疾病是发病和死亡的一个主要原因。为了降低死亡率，所进行的导管插入术的次数已经有了明显的增长。由于在血管支架技术(例如洗脱支架)和成像能力方面的最新进展，预计导管插入的次数将来还会增长。
通常采用X射线血管造影术进行冠状动脉导管插入。由于血管的收缩和重叠，应用传统的2D投影图像通常很难选择在介入过程中所使用的正确的血管支架尺寸。
基于临床上感兴趣的特定冠状动脉分支的特定解剖结构和临床医生的技能，得到来自不同的任意观察角度的一些常规2D单平面或者双平面血管造影图像，用来为临床医生提供一个工作图像，以直观地估计并得到在后面的介入治疗中所用到的支架的长度和直径。一旦临床医生确定了支架尺寸，就选定一个工作视图来为临床医生定位介入过程中所用到的X射线系统。在该工作视图中，希望感兴趣的血管部分缩短最小并且没有被其它重叠的结构的视图(例如其它冠状动脉、移植物或患者的其它结构)所阻塞。如果基于临床医生的经验所选择的工作视图不如预期的有用，就选择一个候选视图。
由于临床医生每次选择一个视图进行估计，患者都要接受到一定剂量的造影剂和辐射，甚至在患者开始进行真正的介入治疗之前，这种选择合适的观察角度的“试错法”已经使患者遭受了大量造影剂(染料)和辐射。目前使用的造影剂会给患者的肾脏造成压力，因此需要限制给患者使用的造影剂的剂量。在肾脏功能降低或者有疾病的患者中，减少造影剂的剂量甚至更加重要。并且，造影剂会损害心脏因此被限制使用以避免造成永久的伤害。同样地，希望降低此过程中对患者的X射线辐射。
为了相对于试错法为患者改进评估和治疗，一些研究者提出了各种方法从不同的任意视角利用所采集的两个或者三个静态2DX射线图像为冠状动脉创建整个动脉树的三维表面模型，这通常需要相当多的临床经验、判断力和交互作用。因此，在得到采集的静态图像后，临床医生可以利用2D视图生成并从任何角度浏览整个三维冠状动脉树的模型。通过对该图像中模型的操作，临床医生不必利用额外的放射或者染色就能够选择一个最优的工作视图。整个3D冠状动脉树的建模仍然很耗费时间，并且冠状动脉树重建和模型的生成受到心脏周期运动的负面影响。另外，为模型重建所选定的少数视图局限于基于临床医生的技能所获得的图像，而没有利用特定患者的已知独特结构。冠状动脉树结构的个体差异会降低其中一个标准静态视图的价值，从而需要采集另外的图像和相应剂量的造影剂。
过去几年中，在脑血管畸形的治疗中旋转血管造影术(RA)被证明是一种非常精确和有效的诊断工具。在这种方法中，C形臂围绕患者头部快速旋转，同时得到一些X射线的投影。重建的脑血管可以从不同的视角进行观察而仅仅注射一次造影剂。由于所采集的旋转图像的高还原性、快速旋转速度和脑血管的静态特性，投影可以被用来进行体积重建以提供更多细节和更高精度。并且，这一过程是对静态脑血管结构自动进行的。
已经证明，为采集冠状动脉血管应用旋转造血管影术能够产生更好的狭窄度估计，并且揭示出由于仅仅应用一些所采集的传统的静态图像而遗漏的一些损伤。然而，冠状动脉的直接体积重建有几个难点。首先，由于心脏跳动和患者的呼吸运动，现有技术只能产生冠状动脉的粗略的表达。考虑到需要有关冠状动脉损伤尺寸的精确信息用来选择合适支架或其它介入设备或者过程，因此希望能够比这些粗略表达对冠状动脉树进行更加精确的测量。更加精确的信息改善了临床医生为患者选择最优治疗时的可用的诊断信息。虽然有关可选重建方案的最新进展是很有前途的，但是能够直接用于人类被治疗者的狭窄尺寸的精确重建仍是不可行的或者不能足够可靠地用于外科应用。即使能够进行合适的体积重建，也需要额外的用户交互来获得正确的支架尺寸。
通过控制获得心动周期预定部分的图像试图为周期的心脏运动补偿旋转血管造影来为重建提供更为理想的图像，这些努力改善了粗略的重建和图像。例如，名为“用于3D旋转X射线成像的方法和装置”的第WO 02/36011号国际专利申请描述了以超过15秒到最优的20秒并限于每秒覆盖10·的相对较长的扫描旋转行程用于冠状动脉血管系统3D重建的X射线成像方法。该图像利用ECG心脏触发而获得从而这些图像是在心动周期的同一时刻得到。
在名为“用于拾取实际上有节奏移动的血管或器官的X射线图像的方法和X射线设备”美国专利第6324254号描述了一种以低于每秒6·的角速度沿着圆形轨道缓慢移动的X射线设备，在此过程中一些数字X射线图像被拾取，同时图像拾取由血管运动或者器官运动(例如ECG设备)来触发。该设备在150·-200·之间旋转，即表示扫描时间为25秒到33秒。该专利描述了使用甚至更低的2·和0.5·的旋转速率，即表示可能的全部扫描时间介于75秒到400秒之间。为了使心动周期的同一相位得到足够数量的所采集的数据，就需要增加扫描时间。
在典型的6秒C形臂扫描中，在心动周期的同一相位仅得到30个图像。使用这么少数量的图像进行重建就会得到质量低劣的重建图像。在上述参考文献中已经指出，在心动周期的同一相位需要100个这样的图像来降低所得到重建3D体的噪声。
并且，即使应用所需较长扫描时间的改进的重建图像，在为狭窄尺寸确定定量冠状动脉分析或者确定临床医生治疗中所感兴趣的区域中，动脉树的分辨率仍有提升的空间。更进一步地，为了从体积重建中提取损伤的正确尺寸，额外的耗费时间的临床用户交互是必须的。
然而，由于采用这些已公开的专利中的方法需要延长旋转扫描时间，这些技术都加重了本质的问题，即增加了患者使用造影剂和X射线辐射的剂量。结果，一些已有肾脏问题的患者不能经受额外的造影剂的剂量来获得冠状动脉树的改进的重建视图。在这些患者的治疗中，这会降低临床医生可用的信息的质量。另外，在这些延长的扫描次数中，所有的患者都将接受更大剂量的X射线。
因此需要有一种造影过程，它能够生成补偿心脏运动的改进的混合三维冠状动脉树并提供：(1)适于定量冠状动脉分析的冠状动脉结构的选定部分的精确模拟的三维表达(2)用于选定改进的最优工作视图的冠状动脉树的混合模拟及体积重建。同样希望提供动脉树的选定部分的精确模拟的表达来降低缩短和重叠，从而临床实际时间周期内能够确定损伤的最优视图，在患者治疗的介入过程中供临床医生的诊断和治疗之用。
发明内容
本发明涉及一种方法和装置，其满足了提供一种用于冠状动脉介入治疗过程中的冠状动脉树的临床有用的最优视图的需要，同时提高了临床医生获得狭窄或者损伤的精确尺寸的能力，并且仍减少了生成临床有用的重建和建模部分的时间和患者被暴露的造影剂以及辐射的剂量。
提出了一种方法来辅助临床医生设计一个诊断和介入治疗过程，而此时患者仍位于导管插入术的手术台上。基于来自旋转X射线采集的所选定的一些投影，生成冠状动脉树的体积锥形束重建以及所感兴趣的选定血管部分的三维表面模型，即带有感兴趣的血管部分的冠状动脉树的局部模型。所提出的方法为临床医生提供了感兴趣的血管部分的临床上精确的长度和尺寸以及最优工作视图。在该视图中，支架被定位从而减少感兴趣的血管部分在整个心动周期中的缩短和血管重叠。
根据本发明的原理的一种方法包括受到周期运动影响的血管的混合三维重建的生成方法。该方法包括将需要被成像的受周期运动影响的对象置于X射线系统的成像区域，该对象有一个血管结构并且采集了该血管结构的至少两个X射线图像。得到周期运动的相位的标记并将该标记与至少两个X射线图像中的每一个相关联。从周期运动的一个相似相位选定至少两个X射线图像并生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分。从周期运动的相似相位利用所选定的X射线图像重建模型部分，并且感兴趣的区域仅仅是所成像的血管结构的一部分。比所模拟的部分更大的血管结构的三维体积重建被生成并与感兴趣的模型部分合并。该合并的重建血管模型和体积重建以人可读的方式被显示出来。
应用本发明的原理的方法所进一步限定的另一方面包括使用来自周期运动的所有相位的X射线图像生成体积重建。根据本发明，在另一个限定方面中体积重建是用来自周期运动的相似相位的控制图像生成。
在本发明的所限定的一方面中，体积重建包括用来自周期运动的所有相位的X射线重建的血管结构的第一部分，和用来自周期运动的一个相似相位的控制图像重建的血管结构的第二部分。该方法进一步限定的一个方面包括将血管结构的第一部分和第二部分的重建与所模拟的感兴趣的部分合并。
根据本发明的原理所限定的另一方面是所获得的周期运动的相位标记表示心脏运动并由ECG信号提供。
根据本发明，另外一个限定方面包括重叠图的计算，该重叠图通过对来自重建体的所有灰度值沿着来自虚拟源并贯穿位于虚拟源和有效成像平面之间的模型部分的射线求积分而计算出来。
根据本发明的原理在另一方面中，应用C形臂X射线系统，用旋转采集来完成采集血管结构的至少两个X射线图像的步骤，该旋转采集在至少四秒且少于六秒的扫描周期内以至少每秒30·的角速度进行。更优选地，该角速度在扫描周期内不小于55·。
根据本发明的原理的一个装置包括用于在X射线系统的成像区域中被成像的受周期运动影响的对象的一个支架。X射线系统获得血管结构的至少两个X射线图像。并且ECG设备得到影响对象的周期运动的相位的标记。包括一个处理器用于将该标记和至少两个X射线图像中的每一个进行关联。显示器被用于选择来自周期运动的相似相位的至少两个X射线图像。包括一个处理器用于生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分的重建，该模型部分利用所选择的来自周期运动的相似相位的X射线图像被重建，感兴趣的区域仅是成像的血管结构的一部分。处理器生成比模型部分更大的血管结构的三维体积重建。而且，处理器将感兴趣的模型部分和更大的血管结构的体积重建合并。显示器提以人可读形式提供所生成的重建的图像、所合并的重建的血管模型和体积重建以及其它图、模型等
在本发明所进一步限定的方面中，处理器生成利用来自周期运动的所有相位的X射线图像重建的血管结构的第一部分的体积重建，并利用来自周期运动的相似相位的控制图像为血管结构的第二部分生成体积重建。
在应用本发明的原理的装置的另外一个方面中，该处理器计算出血管结构和模拟的感兴趣部分的重叠图，该重叠图通过对来自重建体的所有灰度值沿着来自虚拟源并贯穿位于虚拟源和有效成像平面之间的模型部分的射线求积分而计算出来。
权利要求中的方法和装置合并了体积的补充特征和基于表面的模型重建技术。旋转采集被用来最小化造影剂和X射线辐射。与心动周期的同一相位有关的投影被用来建立感兴趣的冠状动脉部分的精确的基于表面的模型，并建立主冠状动脉血管的总体视图。
所提出的最新方法包括基于来自旋转采集的投影建立所选定的冠状动脉树感兴趣部分的表面模型。该方法能够基于在同一相位捕获的心脏的每个投影建立一个模型。应用所获得的全部投影而不考虑心动相位，合并感兴趣部分的局部模型与整个冠状动脉树的自动体积重建，用于显示冠状动脉树的主血管并确定血管重叠减少的最优工作视图，而无需手工建立整个冠状动脉树的表面模型，从而减少了重建时间使得这一过程更有利于用于实时临床应用。
可选地，该方法可以仅使用用于生成该模型的在心脏的近似同一相位所采集的投影。这样就得到看上去更清晰的显示出的冠状动脉树结构，但是却没有利用由于冠状动脉运动引起的血管位置的表达。
运用本发明的原理的装置和方法提供了上述的和下文所描述的以及在权利要求中特别指出的其它特征。下文的描述和附图阐述了应用本发明的原理的某些解释性实施例。应用本发明的原理的不同实施例应被理解为可以采取多种组成部分和各部分的不同布置来实现。这些所述实施例仅表示应用本发明的原理的一些不同方式。附图仅用于表示应用本发明的原理的装置的优选实施例，而不应被解释为对本发明的限制。
附图说明
参照附图并考虑到本发明的优选实施例的下述详细描述后，对于那些熟知本发明技术的人来说，本发明的上述和其它特征及优点是显而易见的，其中：
图1是根据本发明的原理的诊断成像装置的原理图；
图2是根据本发明的原理的一种方法的流程图；
图3是根据本发明的原理生成重叠图的过程的原理图；并且
图4是根据本发明的原理的可选功能配置的流程图。
具体实施方式
参见图1，断成像装置20包括一个X射线装置22，一个视频监视器组24和诊断成像控制台26。该X射线装置是一个包括C形臂系统30的旋转血管造影设备。底座32包括支撑C形臂系统30的立柱元件34。臂36可移动地安装在立柱单元43上用来支撑显示等中心点的C形臂38。C形臂38具有一个X射线图像采集系统，该系统由分别位于C形臂38的相对端的X射线源40和X射线接收器42构成。X射线接收器42可以是一个图像放大摄像系统或者可以是一个固态探测器。X射线源40和X射线接收器42被彼此相对布置从而来自X射线源40发出的X射线的中心波束大致入射到X射线接收器42的中心。
C形臂38沿着圆周在双向箭头44的方向上可以电动调节。如双向箭头46所示臂36可以电动旋转或者绕轴A手动(回转)旋转。C形臂可以如双向箭头46所示在通常与轴A平行的方向上由电机或者手工移动。并且C形臂38可以沿着立柱单元34垂直调节如双向箭头48所示。每个可移动部分由已知的位置编码器进行适当的监控，该编码器在合适的坐标系统中提供每个部分的位置供成像系统控制台26使用。此处描述的所有的运动都可以在成像系统控制台26的指示下由电机自动实现，或者由产生所希望运动的其它方法例如气动、液压等实现。
提供C形臂X射线系统30是为了生成平躺在患者支撑台(未示出)上的对象50的身体区域的3D图像。带有12英寸单翼机的PhilipsIntegris Allura是一个合适的X射线设备，Philips医疗系统是Koninklijke Philips电子N.V.的经营子公司，在荷兰Best的商业中占有主要地位。
由于周期心脏运动导致动脉树中的冠状动脉血管移动，重建的3D图像仅产生了冠状动脉树的粗略表达。为了改进在定量冠状动脉分析中用于生成模型的图像，使用ECG(心电图)设备52提供在旋转采集中得到的与每个图像有关的周期性心动周期信息。另外，ECG信息在生成局部体积重建中也十分有用，如下所述。ECG与系统控制台26有效连接并且具有一个或更多机体电极54用于获得所需的周期生理信号。
成像系统控制台26协调诊断成像系统20的操作。在所示的部分和系统中，所有控制和成像过程的功能都可以由基于计算机的现有的可操作的全部组成系统的系统完成，例如合适的处理器60、内存和存储、输入、输出和数据通信能力。硅谷图形股份有限公司用的Oscane系统是用于控制台的合适的工作站，其公司位于加州的MountainView。
操作者接口90包括与控制台26进行适当通讯的输入和输出设备，例如键盘62、触摸屏监视器64、鼠标66、操纵杆(未示出)、跟踪球68以及其它的输入装置或设备，来提供操作者指令以控制成像系统并生成血管结构中所感兴趣的动脉部分的模型。
控制台26中的图像处理和重建电路处理X射线设备22的输出信号，因为该X射线设备在检查图像表达过程中提供信号。该图像表达可以显示在视频监视器上、存储在计算机内存中、存储在磁带或磁盘上用于以后的回放、进一步的处理或者其它类似用途。
现转到图2，根据本发明，描述了一种用于上述装置的方法。在步骤100中，根据现有方法初始化并校准诊断成像装置。在步骤102中，为C形臂系统收集系统参数，例如组成部分的位置和系统操作所需的其它条件，并提供给系统控制26。在步骤104中，系统得到所采集的旋转图像并为每个所采集的图像关联ECG数据。为了进行从120RAO(患者右侧)到120LAO(患者左侧)的校准的螺旋形采集，C形臂被靠近台面的头位放置。当患者屏住呼吸时，C形臂以每秒55度旋转并在4秒内以每秒30帧采集图像。当支架开始旋转时在采集过程中开始注射总计8-12毫升的造影剂(Omnipaque 350)。这一采集已在步骤100中被校准，因此单个的投影能够根据地磁场和枕形失真进行修正并被变换到一个通用世界坐标系统。投影和相应的ECG信息被存储在内存中用于有选择的回放并被显示在其中一个监视器24或26之上。
下面，在步骤106中，在旋转采集中得到的图像的一个子集被显示在监视器组24或系统监视器64上供临床医生使用。在步骤108中，基于ECG信号，与心动周期的同一选定相位有关的投影被选定来模拟感兴趣的动脉部分。通常选择来自不同角度的两个投影图像。从来自心动周期的同一部分的采集数据所生成的感兴趣的模型部分提供了必需的精度来允许临床医生标记所显示的图像，并具有从能被用于精确选择合适的支架和其它介入过程的模型所生成的精确的尺寸。
应被理解为没有模拟整个冠状动脉血管结构。仅模拟感兴趣的选定部分，例如用于定量冠状动脉分析要求具有改进精度的狭窄或损伤，用在即将进行的介入过程的测量，这样就减少了建立如下所述所需地图的计算时间，从而在患者在手术室时可以实时进行诊断过程和介入过程。
一旦所需图像从所采集的旋转图像中被选定，流程就移到生成模型部分的步骤110。在名为“用于从血管造影图像和所采用的分析技术中进行冠状动脉血管的三维重建的方法和装置”的由Carroll等发行的美国专利第6501848号中描述了一种生成模型部分的合适的方法，此处参考文献中并入了其全文。
为了创建模型部分的中线，在上面的步骤108中所选定的投影包括其中的感兴趣部分清晰可见的视图，并且两个投影之间的角度大约成90度。由于运转中平均捕获五到六次心跳，因此用户通常得到一些满意的视图从中拾取具有损伤的清晰视图的相应投影。动脉段的中线由临床医生通过在所显示的图像上添加成对的点来手工识别，该图像是利用任一用户接口62、64、66、68为系统控制器26显示出来。投影A中的一点在投影B中产生一条极线，即是来自面向X射线源的投影A的射线。一旦在一个投影中设定了一点，用户就沿着极线在另外一个投影上定义对应的点来创建模型的中线。用过应用这一“极线约束”，相应的极线相交并定义一个3D轴点。损伤的轴线被建立后，临床医生就在与心动的同一相位对应的每个投影上描绘出管腔的边界，用来建立并定义管腔的表面模型。选定了两个相应的投影后，在SGIOctane上为感兴趣的部分建立模型的平均时间少于一分钟。
进入112，生成体积重建。对所采集的投影应用修正的Feldkamp后投影算法进行体积重建。根据C形臂的速度对投影加权，从而在恒定转速时采集的投影比那些在C形臂启动和降速时采集的投影具有较高的权重。如果所有可用投影都被使用，那么重建同时包含心动的几个相位的信息，并且通常很难解释。如果仅用那些与心动周期中同一时间点对应的投影建立表面模型，那么所重建的体积更适于同时显示和检查动脉。
由临床医生选定用来进行介入的最优视图是基于感兴趣部分的缩短量和其它冠状动脉血管结构的重叠的结合。最优视图是用于在患者治疗的介入阶段，只有那些能够实际达到的C形臂支架角度才被计算。通常，由于图像亮化器与患者相接触，因此头(朝向患者的头部)尾(朝向患者的脚部)之间的夹角从前后(AP)平面起不应超过30度。RAO和LAO阈值可以根据成像系统的容量设定，对于上述菲利普系统当前设定为从AP平面起最大60度以避免图像亮化器和操作台或者患者之间的碰撞。在角度的预先定义的范围内不同的值可以通过交互色彩编码图呈现。这样一个图的不同部分对应于不同的位置，例如，对于RAO位置而言图的象限或区域，另外一个对应头位(尾部对应底部)。通过点击显示在监视器64上的图中的一个位置，临床医生可以实时检查不同视角并在不同的图间切换。缩短和重叠量在显示器右手边的下部给出。
在步骤114中，通过比较所模拟的部分的长度和该部分的投影长度(正如从图中的角度范围所定义的典型观察点看来那样)计算出缩短图。
然后，在步骤116中，由控制台26执行一种计算重叠图的新方法。虽然采集的所有投影的体积重建生成的是冠状动脉的粗略表达，但是确实提供了有用信息，例如在心脏所有相位中血管的位置和其它对象(例如样条、肋骨和起搏器或ECG导纳)。
转到图3，示意性给出根据本发明用来确定重叠图的新方法的简化示例。重叠图是通过对所有灰度值从重建体积中沿着穿过模型部分的射线求积分而计算出来。虚X射线源140具有大量与体积重建144有关的射线142。在重建中管腔146用感兴趣的模型部分148(例如狭窄或损伤)来表示。重叠区域149是管腔的另一部分或另一结构拦截同样穿过所模拟的部分148的射线的位置。灰度值150的总和的平面图像上具有一个相应的管腔146的管腔图像146a并且其模型部分148在图像150中表示为148a。所示在模型部分152上对灰度值求和的示意图包括定义了所模拟的部分和管腔的重叠区域的一个区域154。四条虚线156a、b、c、d示意性显示了沿着投影在模型上的射线的灰度值的的求和。这表示建立分布式血管结构的重叠这一概念，该分布为图158中的图像提供了轴160上的密度。图158表示在单个线上的密度(等于沿该射线上的灰度求和)。该灰度值积分技术在OpenGL中用空间跳跃技术和模板缓冲区并结合特定用途的SGIOctance图形硬件被有效实现。
下面，在步骤118中，通过对缩短图和重叠图的归一化值进行加权求和可以创建最优视图。为了实际的实现和有效计算，通常为减少或最小化血管缩短处的支架角度估计出血管重叠，以获得合成的最优工作视图。
在步骤120中，包括体积重建和模型部分的合并的重建图像、最优视图和为选定的最优视图确定支架位置的系统参数被显示在监视器组24或控制台26中的监视器上。该过程在步骤122中终止。
转到图4，所示为应用本发明的原理的一种可选方法。在步骤200中，根据现有方法，诊断成像装置被初始化并被校准。在步骤202中，收集C形臂系统的系统参数(例如各个部分的位置)和系统运行所需的条件并提供给系统控制26。在步骤204中，系统获得旋转采集图像并为每个所采集的图像关联ECG数据。C形臂被靠近台面的头位放置用来完成从120RAO(患者右侧)到120LAO(患者左侧)的校准的螺旋形采集。C形臂以每秒55度的速度旋转并在患者屏住呼吸的4秒内以每秒30帧采集图像。当支架开始旋转时在采集过程中开始注射总计8-12毫升的造影剂(Omnipaque 350)。该采集在步骤100中已经被校准，因此单个投影根据地磁场和枕形失真被修正并变换到通用世界坐标系统。该投影和相应的ECG信息存储在内存中用于有选择地回放并显示在监视器24或64之一上。
在步骤205中，系统适于生成二者或其中之一的(i)步骤212中的全部体积重建，类似上述图2中的步骤112和(ii)动脉树一部分的心动控制的体积重建，例如，包括动脉树的主分支，该分支上含有感兴趣的模型部分。在步骤205中，如果系统被设定仅生成步骤112中的全部体积重建，那么该过程类似于图2中的对应部分。可选地，系统可以仅利用来自心动周期的同一部位的图像和ECG控制的图像生成局部体积重建，来产生包含感兴趣的模型部分的更清晰的局部心脏动脉树。另外，系统可以利用提供了心脏运动情况信息的所采集的所有图像生成全部体积重建并生成包括模型部分的局部体积重建。
下面，在步骤208中，旋转采集中所采集的图像的子集被显示在监视器组24或系统监视器64上供临床医生使用。基于ECG信号，与心动周期的同一选定相位有关的投影被选定来模拟感兴趣的动脉部分并提供用于步骤207中生成局部重建的图像。通常为模型选择两个来自不同角度的投影图像，并且来自心动周期同一部分的所有图像，在此方法中是典型扫描中的4-6个控制图像，被用于局部体积重建。从来自心动周期的同一部分的采集图像所生成的感兴趣的模型部分提供了必需的精度来允许临床医生标记所显示的图像，并具有从能够被用于精确选择合适的支架和其它介入过程的模型所生成的精确的尺寸。
如上对图2的论述，应认为没有模拟整个冠状动脉的血管结构。仅模拟感兴趣的选定部分，例如需要改进精度的狭窄或损伤用于在将来的介入过程中测量定量冠状动脉分析，减少了如下所述创建所需图的计算时间，从而患者在外科病房时可以实时进行诊断和介入过程。
一旦从旋转采集图像中选定了所期望的图像，流程就移至生成模型部分的步骤210。步骤210中的处理与上述图2中的步骤110类似。
如上所述，在步骤112中生成体积重建。一种修正形式的Feldkamp后投影算法被应用于采集的所有投影用于体积重建。投影根据C形臂的时间速度被加权从而在恒定转速时所采集的投影比那些在C形臂启动和降速时所采集的投影具有较高的权重。由于所有的可用投影都被使用，因此重建同时包含心脏的几个相位的信息，并且通常很难解释。同样如上所述，在步骤207中，Feldkamp后投影算法仅应用于那些与用来建立表面模型的心动周期中同一时间点有关的投影，局部重建体积更适于利用感兴趣的模型部分同时显示和检查动脉。来自步骤207和/或212的体积重建信息被提供给步骤216。
在步骤216中，按如上所述方法为图2的步骤116计算出重叠图，并由控制台26实现。虽然所获得的所有投影的体积重建生成的是冠状动脉的粗略表达，但是确实提供了有用信息，例如在心脏所有相位中血管的位置和其它对象(例如样条、肋骨和起搏器或ECG导纳)。如果包含了局部重建，就会更清晰地显示出冠状动脉树的分支。
在步骤214中，通过比较所模拟的部分的长度和该部分的投影长度(正如从图中的角度范围所定义的典型观察点看来那样)计算出缩短图。
下面，在步骤218中，通过对缩短图和重叠图的归一化值进行加权求和可以创建最优视图。为了实际实现和有效计算，通常为减少或最小化血管缩短处的支架角度估计出血管重叠，以获得合成的最优工作视图。
在步骤220中，系统显示合并的重建图像，包括全部和/或局部体积重建之一或二者兼有、模型部分、最优视图和为选定的最优视图定位支架位置的系统参数。图像、模型和数据被显示在监视器组24或控制台26中的监视器上。该过程在步骤222中终止。
描述了包含本发明的原理的混合重建方案，为临床医生提供精确模拟的动脉部分的三维定量尺寸和整个心动周期内的最优工作视图。这一信息可以在不到一分钟内给出并用于设计介入方案，而患者仍处于导管插入术的手术台上。
从本发明的上述描述中，那些对本领域技术熟知者能够认识到改进、变化和修正。例如在同一相位捕获的其它投影能被用于改善感兴趣部分的表面模型。近似同一相位的投影可以被用于显示冠状动脉树，而所获得的所有投影可以被用来计算重叠图。应被理解为，无论全部或局部体积重建都能够被用来计算重叠图或被用于在其中一个监视器上生成图像用于显示混合冠状动脉3D结构。本技术领域中的改进、变化和修正被包括在附加权利要求中。

Claims (25)

1.一种生成受周期运动影响的血管结构的混合三维重建的方法，该方法包括：
将受周期运动影响的将要被成像的对象置于X射线系统的成像区域中，该对象具有血管结构；
采集该血管结构的至少两个X射线图像；
得到周期运动的相位的标记并使该标记与至少两个X射线图像中的每一个相关联；
从周期运动的相似相位选择至少两个X射线图像；
生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分，该模型部分用选定的来自周期运动的相似相位的X射线图像重建，该感兴趣的区域仅是成像的血管结构的一部分；
生成比该模型部分更大的血管结构的三维体积重建；
合并该感兴趣的模型部分和该更大的血管结构的体积重建；并且
以人可读方式显示所合并的重建血管模型和体积重建。
2.权利要求1的方法，其中体积重建包括应用来自周期运动的所有相位的X射线图像。
3.权利要求1的方法，其中体积重建是用来自周期运动的相似相位的控制图像生成。
4.权利要求2的方法，其中体积重建包括用来自周期运动的所有相位的X射线图像重建的血管结构的第一部分和用来自周期运动的相似相位的控制图像重建的血管结构的第二部分。
5.权利要求4的方法，其中血管结构的第一部分和第二部分的重建都与感兴趣的模型部分合并。
6.权利要求1的方法，其中所获得的周期运动的相位的标记代表心脏运动并由ECG信号提供。
7.权利要求1的方法包括重叠图的计算，该重叠图通过对来自重建体的所有灰度值沿着来自虚拟源并贯穿位于虚拟源和有效成像平面之间的模型部分的射线求积分计算出来。
8.权利要求1的方法，其中血管结构的至少两个X射线图像的采集是利用C形臂X射线系统通过旋转采集而完成，该旋转采集在至少四秒且少于六秒的扫描周期内以至少每秒30°的角速度进行。
9.如权利要求8所述的方法，其中在扫描周期内该角速度至少为55°。
10.用于生成受周期运动的血管结构的混合三维重建的装置，该装置包括：
用于支撑受周期运动影响的将要在X射线系统的成像区域内被成像的对象的装置，该对象具有血管结构；
用于采集血管结构的至少两个X射线图像的装置；
用于得到周期运动的相位的标记并使该标记与至少两个X射线图像中的每一个相关联的装置；
用于从周期运动的相似相位选择至少两个X射线图像的装置；
用于生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分的装置，该模型部分用来自周期运动的相似相位的所选定的X射线图像重建，该感兴趣区域仅是成像的血管结构的一部分；
用于生成比该模型部分更大的血管结构的三维体积重建的装置；
用于合并感兴趣的模型部分和更大的血管结构的体积重建的装置；和
用于以人可读方式显示所合并的重建血管模型和体积重建的装置。
11.权利要求10的装置，其中用于体积重建的装置应用来自周期运动的所有相位的X射线图像。
12.权利要求10的装置，其中用于体积重建的装置用来自周期运动的相似相位的控制图像生成该体积重建。
13.权利要求11的装置，其中用于体积重建的装置包括用于生成血管结构的第一部分的体积重建的装置，该血管结构的第一部分是用来自周期运动的所有相位的X射线图像重建，和用于生成血管结构的第二部分的体积重建的装置，该血管结构的第二部分是用来自周期运动的相似相位的控制图像重建。
14.权利要求13的装置，其中用于合并感兴趣的模型部分和该体积重建的装置包括用于将血管结构的第一部分和第二部分都与感兴趣的模型部分合并的装置。
15.权利要求10的装置，包括一个ECG监视器以获得周期运动的相位的标记。
16.权利要求1的装置，包括用于计算重叠图的装置，该重叠图通过对来自重建体的所有灰度值沿着来自虚拟源并贯穿位于虚拟源和有效成像平面之间的模型部分的射线求积分而计算出来。
17.一种生成受周期运动影响的血管结构的混合三维重建的方法，该方法包括：
将受周期运动影响的将要被成像的对象置于X射线系统的成像区域中，该对象具有血管结构；
采集该血管结构的X射线图像的旋转采集；
得到周期运动的相位的标记并使该标记与至少两个X射线图像中的每一个相关联；
从周期运动的相似相位选择至少两个X射线图像；
生成血管结构中感兴趣区域的三维模型部分，该模型部分用选定的来自周期运动的相似相位的X射线图像重建，该感兴趣的区域仅是成像的血管结构的一部分；
生成比该模型部分更大的血管结构的三维体积重建；
合并该感兴趣的模型部分和该更大的血管结构的体积重建；并且
以人可读方式显示该合并的重建血管模型和体积重建。
18.权利要求17的方法，其中该旋转采集在至少四秒且少于六秒的扫描周期内以至少每秒30°的角速度采集图像。
19.如权利要求8所述的方法，其中在扫描周期内该角速度不小于55°。
20.权利要求17的方法，其中该体积重建包括应用来自周期运动的所有相位的X射线图像。
21.权利要求17的方法，其中体积重建是用来自周期运动的相似相位的控制图像生成。
22.权利要求17的方法，其中体积重建包括用来自周期运动的所有相位的X射线重建的血管结构的第一部分和用来自周期运动的相似相位的控制图像重建的血管结构的第二部分。
23.权利要求22的方法，其中血管结构的第一部分和第二部分的重建都与感兴趣的模型部分合并。
24.权利要求17的方法，其中所获得的周期运动的相位的标记代表心脏运动并由ECG信号提供。
25.权利要求17的方法包括重叠图的计算，该重叠图通过对来自重建体的所有灰度值沿着来自虚拟源并贯穿位于虚拟源和有效成像平面之间的模型部分的射线求积分计算出来。
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