專利名稱：X射線成像設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及x射線成像設備和相應的x射線成像方法，尤其用于 (但不限于)x射線透視。另外，本發(fā)明涉及用于控制所述x射線成 像設備的電腦程序。本發(fā)明可優(yōu)選地適用于心血管病學的醫(yī)學領域， 尤其用于相關薄對象(在下文中被統(tǒng)稱作特有特征，諸如在動脈造影 中的支架和血管壁)的提取、寄存和改進。
背景技術：
在WO 03/043516 A2和WO 03/04263 A2中/>開用于探測和改進噪 聲圖像中結構的醫(yī)學觀察系統(tǒng)和方法。具體地說，公開一種醫(yī)學觀察 系統(tǒng)，其用于顯示包括在身體器官中移動及/或定位一個工具的醫(yī)學干 預的圖像序列，所述工具由載體攜帶，至少一個標記被附著到該載體 上相對于該工具的預定位置處。為了能夠進行醫(yī)學圖像的處理以在干 預階段使用，在WO 03/043516 A2中所公開的醫(yī)學觀察系統(tǒng)包括在醫(yī) 學干預期間用于采集該圖像序列和用于處理所述圖像的裝置，用于自 動地提取附著到工具載體并且既不屬于該工具也不屬于身體器官的至 少一個標記以得到標記位置信息的提取裝置，用于從該標記位置信息
自動得出工具位置信息的計算裝置，以及用于改進工具及/或身體器官 的可視性以檢查是否成功進行醫(yī)學干預階段的改進裝置。另外，特定 應用(諸如支架植入)的細節(jié)和提取裝置的細節(jié)以及通過這些裝置所 執(zhí)行的方法可見于這些文獻中，本文對這些文獻進行參考并且以參考
的方式將其結合到本發(fā)明中。
當需要從X射線圖像提取特定小特征(諸如醫(yī)療工具或小圖像對 象)時，需要這些X射線圖像中的信噪比相當地好。改進醫(yī)學X射線 圖像中的信噪比通常需要比較高的輻照劑量(X射線劑量)來產生這 些圖像。然而，在通常適用于心血管系統(tǒng)成像的X射線透視中， 一系 列X射線圖像需要被依序采集，所述系列可由IO個到數百個X射線圖 像組成。因此，患者將被輻照較多的總X射線劑量。
發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目標在于提供一種X射線成像設備和相應的X射線
成像方法，通過這種x射線成像設備和這種相應的x射線成像方法在
應采集一系列X射線圖像的情況下可以減小患者被輻照的總X射線劑
量，但這仍允許以一定的確定性來提取小特征。
根據本發(fā)明，這個目的通過在權利要求l中所主張的x射線成像 設備來實現，該X射線成像設備包括
成像單元，其包括X射線源和X射線探測器，其用于形成包括特 有特征的對象的一系列X射線圖像；
特征提取單元，其用于從所述系列X射線圖像提取所述特有特 征；以及
控制單元，其通過控制所述X射線源使得第一批數量的圖像的每 個X射線圖像的X射線劑量大于所述系列的其余數量的圖像來控制為 形成所述系列X射線圖像而對該患者進行輻照的X射線劑量。
在權利要求11中定義相應的X射線成像方法。在權利要求12中 定義一種電腦程序，其包括用于根據所述方法控制該X射線成像設備 的程序代碼裝置。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權利要求中定義。
本發(fā)明是基于這樣的理念即當某種特定特有特征已經在同一采 集執(zhí)行的先前X射線圖像中探測到時，在X射線圖像中找到相同特有 特征所需的信噪比較低。因此，已發(fā)現，僅對于采集一系列X射線圖 像的圖像執(zhí)行的第一批圖像需要較高的信噪比來允許以較高的確定性 提取所要特有特征，但是對于隨后的圖像，信噪比可顯著減小。因此， 例如當在醫(yī)學成像執(zhí)行中使用如在上述國際專利申請案中所述的特征 提取方法時，對于少數圖像，將每幀的X射線劑量設定在較高的水平以 在圖像中適當地找到相關特有特征。當探測到所述特征時，在同一執(zhí)行 中的所有其它圖像將用顯著減小的X射線劑量水平形成。這減小患者被 輻照的總X射線劑量，同時由于較高的初始X射線劑量的原因，顯著地 改進了特征提取操作的品質。
根據優(yōu)選實施例，X射線劑量被設定在高水平的第一批數量在1 到20個，尤其為2到5個的范圍，或者占所述系列的圖像總數的1% 到10%，尤其在1%至2%的范圍。因此，考慮到在一個系列中所采集 的可能較大的圖像數量，這僅是非常小的數量但足夠以一定確定性提
取所要的特有特征。
根據另一優(yōu)選實施例，該特有特征為定位在該對象內部的醫(yī)療工
具，尤其為支架(stent)、導管或導絲。優(yōu)選地，所述醫(yī)療工具具有 至少一個可探測標記。這些標記既不屬于器官也不屬于醫(yī)療工具，其
優(yōu)選地具有特定容易識別的形狀及/或由在圖像中具有高對比度的材料 制成，因此其易于被提取。在本文所參考的上述兩個國際專利申請案 中詳細地描述這種具有標記的醫(yī)療工具的應用和提取。
應注意的是，位置信息的提取并不限于使用附著到特定醫(yī)療工具 的標記。也可能跟蹤特定工具的部分和可能具有充分對比度的解剖特 征的部分。舉例說來，根據一個實施例，該特征提取單元可跟蹤并提 取與其周圍環(huán)境示出充分對比的對象的特征。
在有利實施例中，提議控制該X射線劑量使得X射線劑量保持在
較高的水平直到所述特征提取單元提取到該特有特征。因此，在成功 提取之后，立即減小X射線劑量以避免由于特征提取所造成的不必要 的高X射線劑量。
優(yōu)選地，控制單元適合于對于所述第一批數量的圖像，控制X射 線劑量使得每個圖像的X射線劑量被設定為高于正常水平20%至200 %的，尤其為50%至100%的范圍的高水平，而且另外，優(yōu)選地，對 于所述其余數量的圖像，控制X射線劑量使得每個圖像的X射線劑量 被設定在正常水平的10%至90%，尤其是20%至50%的范圍的低水 平。因此，由于較少數量的圖像的X射線劑量被設定在高水平，因此 可以實現總X射線劑量的顯著減小。
"正常"劑量水平可被視作在那時刻在該圖像處理能力的能力范 圍內提供找到所要特征的可接受機率的劑量。當然，這種劑量水平取 決于可用的成像系統(tǒng)而且期望這種劑量水平在將來會更低。如果(例 如)在每個圖像的特定劑量水平找到所要特征的機率為90%,那么這 種機率將隨著每個圖像的劑量的增加而增加。增加每個圖像的劑量到 一定水平使得找到該特征的機率，例如大于99%，將需要顯著更高的劑 量，這對于較長期來說是不可接受的。
因此，"正常，，水平可被視作特征提取的特定圖像處理技術可以特 定機率(例如，>50%至95%而且尤其為>70%至90% )探測到具有特定 對比度和幾何結構的特定特征的水平。
如所提到的，本發(fā)明優(yōu)選地適用于從固定投影方向形成 一 系列的
透視x射線圖像，被稱作血管造影。相關對象優(yōu)選地為諸如動脈的器
官和諸如充氣嚢或支架的工具，其可在被稱作血管成形術的醫(yī)學干預 期間被觀測。然而，當然，本發(fā)明可適用于其中需要提取其它特有特 征的其它領域以及其它應用和其它相關對象。
在特定實施例中，該特征提取單元包括用于自動探測所述特有特 征，特別是附著到所述特有特征的至少一個標記的探測單元和從所述 探測自動得出所述特有特征的位置信息的計算單元。
現將參看附圖更詳細地說明本發(fā)明，在附圖中，
圖1示意示出根據本發(fā)明的x射線成像設備，及
圖2示出將從X射線圖像提取的醫(yī)療工具。
具體實施例方式
在圖1的示意圖中示出根據本發(fā)明的X射線成像設備?；颊逷躺 在患者檢查床1上以便可在醫(yī)學干預期間形成患者P的 一 系列X射線 圖像，例如患者的冠狀動脈的一系列透視圖像。為了形成X射線圖像， 例如，每隔一定時間或者根據使用者的相互作用，X射線發(fā)生器2發(fā) 射X射線，使得X射線束3穿過患者并且被X射線探測器4接收。所 述探測器4連接到處理裝置5以形成可以在顯示屏8上顯示的X射線 圖像。為了控制X射線發(fā)射器2發(fā)射X射線，提供控制單元7。
作為其中可優(yōu)選地采用本發(fā)明的應用的實例，在下文中應更詳細 地考慮支架植入。支架植入為一種醫(yī)學干預，其通常包括若干階段以 放大被稱作狹窄的病變位置的動脈。
在圖2中更詳細地示出在這種支架植入中所使用的醫(yī)療工具。其 包括導管9，在導管9中引導一根導絲12，該導絲U自身用于引導單 軌10并且其穿過單軌10的開口 13。在單軌10的末端，充氣嚢H繞 單軌10環(huán)繞，支架15繞該充氣嚢14環(huán)繞。另外，可提供標記16、 17 和18，例如，在單軌10上相對于充氣嚢14的給定位置或在導絲12的 末端，可容易地從X射線圖{象探測到和提取到所述標記。
在支架植入的預備階段，醫(yī)生將患者動脈中的狹窄盡可能最佳地
在醫(yī)學圖像中定位。之后為許多其它階段，包括以下步驟
使用導管9引入薄導絲10并且引入單軌10,單軌10由所述導絲 10引導而且具有繞其末端環(huán)繞的第一充氣嚢；
將所述充氣嚢定位在動脈部分中的狹窄位置；
向該第一充氣嚢充氣；
去除第一充氣嚢；
引入第二單軌，其具有繞其末端環(huán)繞的第二充氣嚢和繞所述第二 充氣嚢環(huán)繞的支架；
將具有支架的所述第二充氣嚢定位在先前膨脹的動脈內腔中的狹 窄位置；
向第二充氣嚢充氣以使形成該支架的螺旋線圏擴張；以及 去除第二充氣嚢、第二單軌、導絲和導管，將已擴張的支架作為 永久植入留下。
由于對比度較差的醫(yī)學圖像的原因，其中醫(yī)療工具在有噪聲的背 景下難于區(qū)分而且還進行運動，這種醫(yī)學干預(被稱作血管成形術) 難于進行。因此，處理裝置5包括特征提取單元6，其適合于在X射線 圖像中自動而且準確地定位特定特征。這種特征提取單元和其用于支
更詳細地描述。所述特征提取單元6主要包括用于在所述X射線圖像中
征的位置信息的計算單元62。
如上文所述，由所述特征提取單元6所提取的特征不僅可以是附 著到醫(yī)療工具的一或多個標記，而且也可以是醫(yī)療工具本身的特有部 分或該對象的特有特征，如果所述特有部分或所述特有特征在該x射 線圖像中示出足夠的對比度允許自動特征提取。
根據本發(fā)明已認識到在第一批視野X射線圖像中具有高信噪比以 從所述圖像提取所要特有特征(例如，允許確定醫(yī)療工具位置的至少 一個標記)就足夠了。之后，不再需要這樣的高信噪比，而是較低的 信噪比便足以在隨后的圖像中找到相同特征。因此，根據本發(fā)明所提 供的控制單元7適合于控制當采集X射線圖像時患者P所經受的X射 線劑量使得在采集第一批視野圖像期間該X射線劑量較大導致較高的 信噪比，而采集其余數量的X射線圖像的X射線劑量顯著地減小。舉
例說來，在透視應用中在可包括數十至數百個圖像的成像執(zhí)行中，第
一批2至5個圖像可用較高的X射線劑量采集，例如，在超過正常水 平50%至100%的范圍，而且之后，對于采集所述成像執(zhí)行的所有其 余圖像，X射線劑量被設定在正常水平的20%至50%的范圍的水平。 也可以提供控制單元7與特征提取單元6之間的接合，該特征提
示以便:后該控制單元;立即將x射線劑量從高水平減到低:平。
根據本發(fā)明，特征提取單元使用關于在第一批視野圖像中所獲得 的特有特征的位置的信息來在以較低的X射線劑量采集的其余數量的 圖像中找到相同特有特征。出于這個目的，可以使用標記跟蹤方法 當在一個圖像中已探測到特有特征(或標記)時，可能從先前圖像從 運動估計來預測其在隨后圖像中的位置。然后，這個特有特征(或標 記)在隨后圖像中的預測位置被用作顯著減小特有特征(或標記)在 這些之后的圖像中的位置的可能定位的數目的方法。這樣，找到該標 記或特征的機率顯著地增加。這得到一種在減小的S/N比在從每個圖像 減小的X射線劑量所得到的圖像中傳遞良好的跟蹤品質的方法。
通過使用本發(fā)明，在醫(yī)學成像執(zhí)行期間患者所經受的總X射線劑量 可顯著減小同時可以改進該特征提取操作的品質，因為可從第 一批視野 圖像以較高的確定性提取所要特有特征。
也可以說是本發(fā)明的本質在于 一旦識別到該特征，就很容易在隨 后的圖像中找到它，因此該劑量可減小到顯著低于第 一次找到該特征 的機率(例如90%)的水平的劑量。因此，根據本發(fā)明，可以每幀的 劑量使得在任一 圖像中找到該特征的機率>"%來形成較小數量的圖 像，同時對于隨后的圖像，該劑量可減小到遠低于這個水平的水平(在 該水平，在任一圖像中找到該特征的機率將(例如)<20% )，因為該特 征在先前的圖像中是已知的而且可利用從先前圖像得到的知識在這個更 低的劑量水平可靠地被探測到。
也應清楚的是，特定公司的技術能夠找到特定特征的劑量水平將 不同于其它公司技術找到該特征的劑量水平而且它也將隨時間變化。 其也將取決于將被執(zhí)行的操作的特征類型(例如，支架大小)。
權利要求
1.一種X射線成像設備，該X射線成像設備包括成像單元，其包括X射線源(2)和X射線探測器(4)，用于形成包括特有特征的對象(P)的一系列X射線圖像，特征提取單元(6)，用于從所述系列X射線圖像提取所述特有特征，以及控制單元(7)，其控制為形成所述系列的X射線圖像而對所述對象(P)進行輻照的X射線劑量，其是通過控制所述X射線源(2)使得第一批數量的圖像的每個X射線圖像的X射線劑量大于所述系列的其余數量的圖像來進行的。
2. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述第一批數量在1 至20，尤其在2至5的范圍。
3. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述第 一批數量占所 述系列的總圖像數量的1%至10%的范圍，尤其為1%至2%的范圍。
4. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述特有特征為在所 述對象(P)內定位的醫(yī)療工具(11)，尤其為支架(l5)、導管(9) 或導絲(12)。
5. 如權利要求4所述的X射線成像設備，其中所述醫(yī)療工具(11) 具有可探測標記U6、 17、 18)。
6. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述控制單元(7) 適合于控制所述X射線劑量，使得所述X射線劑量保持在較高的水平 直到通過所述特征提取單元(6)已經提取到所述特有特征。
7. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述控制單元(7) 適合于控制所述X射線劑量，使得對于所述第一批數量的圖像，每個 圖像的乂射線劑量被設定在高于正常水平20%至200%，尤其為50% 至100%的范圍的高水平。
8. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述控制單元(7) 適合于控制所述X射線劑量，使得對于所述其余數量的圖像，每個圖 像的X射線劑量被設定為正常水平的10%至90%，尤其為20%至50%的范圍的低水平。
9. 如權利要求1所述的X射線成像設備，其中所述成像單元(2、 4) 適合于從固定投影方向形成一系列透視X射線圖像。
10. 如權利要求1所述的x射線成像設備，其中所述特征提取單元 (6)包括探測單元(61)，其用于自動地探測所述特有特征，尤其是附著到所述特有特征的至少一個標記；以及，計算單元(62)，其用 于從所述探測自動地得出所述特有特征的位置信息。
11. 一種X射線成像方法，其包括以下步驟通過包括X射線源和X射線探測器的成像單元來形成包括特有特 征的對象的一系列X射線圖像；從所述系列X射線圖像提取所述特有特征；以及 通過控制所述X射線源使得第一批數量的圖像的每個X射線圖像的X射線劑量大于所述系列的其余數量的圖像從而控制為形成所述系 列X射線圖像而對所述對象進行輻照的X射線劑量。
12. —種電腦程序，其包括程序代碼裝置，該程序代碼裝置用于當 所述電腦程序在電腦上運行時根據權利要求ll中所主張的方法來控制 如權利要求1所主張的X射線成像設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及X射線成像設備和相應的X射線成像方法，尤其用于X射線透視和其中應從所采集的X射線圖像提取特有特征的應用。為了減小為采集一系列X射線圖像患者被輻照的總X射線劑量并仍允許以較高的確定性提取小特有特征，提議一種X射線成像設備，其包括成像單元，所述成像單元包括X射線源(2)和X射線探測器(4)，其用于形成包括特有特征的對象(P)的一系列X射線圖像；特征提取單元(6)，其用于從所述系列X射線圖像提取所述特有特征；以及，控制單元(7)，其通過控制所述X射線源(2)使得第一批數量的圖像的每個X射線圖像的X射線劑量大于所述系列的其余數量的圖像來控制為形成所述系列X射線圖像而對所述對象(P)進行輻照的該X射線劑量。
文檔編號A61B6/12GK101170946SQ200680015123
公開日2008年4月30日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權日2005年5月4日
發(fā)明者T·普爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司