CN104023638B - 来自em场发生器的伪影从3d扫描中的移除 - Google Patents

来自em场发生器的伪影从3d扫描中的移除 Download PDF

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Abstract

提供一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法、系统和程序产品。所述方法包括：在操作前，在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自所述EM场发生器的所述伪影；在操作中，确定所述EM场发生器相对于所述X射线源和探测器的位置；并且，将针对确定的EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除。

Description

来自EM场发生器的伪影从3D扫描中的移除
技术领域
本发明涉及医学成像领域，更具体地，涉及一种用于将来自EM场发生器的伪影从3D扫描中移除的方法、系统和计算机程序产品。
背景技术
电磁(EM)跟踪背后的原理是场发生器产生诱发传感器线圈中电流的空间变化磁场。然后使用测量系统基于测量到的传感器中的电压来计算传感器的位置和取向。EM跟踪技术提供3D空间中的实时位置和取向信息，其可以用于辅助介入过程。由于这些传感器线圈的尺寸非常小，它们能够被嵌入导管或其他外科手术工具内，并用于引导导航。因此，EM跟踪系统非常适于体内介入。
当与X射线成像结合使用电磁跟踪时，诸如在导管室(cathlab)中，电磁(EM)跟踪场发生器会损坏X射线图像，特别是来自锥形射束CT扫描的旋转图像。尽管已经做出努力以设计不在X射线图像中显示任何大的电子分量的X射线可兼容场发生器，但仍存在会产生在X射线图像上可见的伪影的特征。这些特征包括从场发生器的顶部至底部以及场发生器的外壳和内壳的尖锐边缘铺设的电线。这些特征通常导致X射线图像上的线状伪影。
US 8,023,767指出一种用于针对锥形射束和扇形射束CT图像的3D金属和高密度伪影校正的系统。D1表征子对象(sub-objectes)(例如金属植入物、同位素种子等)。子项目(sub-item)投影用于在迭代误差减少处理中的重建期间进行比例缩放。
EP 1,627,601指出一种用于通过校准3D图像来减少在图像重建中的金属伪影并且使用校准图像来计算患者至发射器的变换的方法。确定植入物的位置，并且使用滤波、平均或平滑处理技术来消除条纹伪影。
发明内容
提供一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法、系统和程序产品。
根据本发明的一个方面，提供一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法。所述方法包括以下步骤：在操作前，在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自EM场发生器的伪影；在操作中，确定EM场发生器相对于X射线源和探测器的位置；并且，将针对确定的EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除。
根据一个实施例，表征伪影包括确定针对每个旋转位置处的每个伪影的每个体素的衰减系数，并且其中，移除操作前表征的伪影包括从当前X射线图像中减去衰减系数。
根据一个实施例，用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法还包括在显示器上呈现伪影被移除的当前X射线图像的步骤。
根据一个实施例，表征伪影还包括确定每个伪影的形状。
根据一个实施例，每个伪影的形状是通过使用边缘检测处理来限定伪影而确定的。
根据本发明的另一方面，提供一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的系统。所述系统包括：处理器；存储器，其可操作地被连接至处理器；以及，指令程序，其被编码在存储器上并由处理器执行。当执行指令程序时，所述指令程序在操作前在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自EM场发生器的伪影，在操作中确定EM场发生器相对于X射线源和探测器的位置，并且将针对确定的EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除。
根据一个实施例，所述系统还包括显示器，其可操作地被连接至处理器，其中，由处理器执行指令程序时，所述指令程序在显示器上呈现伪影被移除的当前X射线图像。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机程序产品，其包括具有编码在其上用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的计算机可执行指令程序的计算机可读存储设备。所述指令程序包括：用于在操作前在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自EM场发生器的伪影的指令程序；用于在操作中确定EM场发生器相对于X射线源和探测器的位置的程序指令；以及，用于将针对确定的EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除的程序指令。
附图说明
在结合附图进行阅读时，从对优选实施例的下述详细描述中将更清楚地理解本发明的特征和优点。在附图中包括如下附图：
图1为根据本发明的实施例用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的系统的等距视图；
图2为根据本发明的实施例用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的系统的方框图；
图3为根据本发明的实施例用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种用于将来自EM场发生器的伪影从3D扫描中移除的方法、系统和计算机程序产品。根据本发明的一个实施例，来自EM场发生器的伪影被操作前表征在X射线源和探测器的旋转位置的范围内。然后，在操作中确定EM场发生器相对于X射线源和探测器的位置，并且从当前图像中移除针对确定的EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影。
图1示出了根据本发明的实施例的用于将来自EM场发生器的伪影从3D扫描中移除的系统。所述系统包括：EM跟踪系统100，和X射线系统200，其可以被同时操作。EM跟踪系统100用于在外科手术期间跟踪工具的位置，通常是在导管介入期间跟踪导管。X射线系统200用于在外科手术介入期间使内部结构、流体运动、组织运动等可视化。EM跟踪系统100包括场发生器120，其能够导致X射线图像中的伪影，特别是当X射线图像是旋转扫描(诸如锥形射束CT)时。
X射线系统200包括X射线机220，其被放置用于拍摄工作台10上的患者的X射线图像。根据一个实施例，X射线机是C臂扫描器。
处理单元210(诸如，通用计算机)可操作地被连接至X射线机，并且处理来自X射线机220的X射线图像。经处理的图像可以被呈现在显示器214上。
所述系统还包括电磁(EM)跟踪系统100，其用于在外科手术期间实时跟踪外科手术工具。EM跟踪系统100包括处理单元110，其用于处理电磁跟踪数据；传感器132，其包括用于感测电磁场的导电线圈；以及，场发生器120，其生成电磁场。传感器132被连接至外科手术工具130，诸如导管。
EM跟踪系统的处理单元110使用由场发生器120生成的磁场导致的在传感器132中生成的电压来计算工具130在3D空间中的位置。例如，EM跟踪系统100通过校准过程被配准到X射线系统200中。通过X射线系统的处理单元210使用跟踪到的位置，工具130的表示能够被叠加至从X射线系统生成的X射线图像或模型上。具有叠加的工具的X射线图像可以被呈现在显示器240上。
图2是根据本发明的实施例的用于将来自EM场发生器的伪影从3D扫描中移除的系统的方框图。EM跟踪系统100包括处理单元110(图1)、场发生器120和传感器132。处理单元110包括处理器111和存储器113。处理器111可操作地被连接至存储器113。根据一个实施例，它们通过总线112被连接。处理器111可以是能够执行程序指令的任何设备，诸如一个或多个微处理器。此外，处理器111可以被体现在通用计算机中。
存储器113可以是适合用于存储数据和程序指令的任何易失性或非易失性存储设备，诸如，可移动盘、硬盘、CD、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等。此外，存储器113可以包括一个或多个存储器设备。
处理单元110还可以包括用于发送或接收X射线和其他数据的一个或多个网络连接器116。网络连接器116可以是通用串行总线(USB)连接器、互联网适配器、或适合用于直接或通过网络(诸如内联网或互联网)从另一设备接收数据的任何其他连接器。
处理单元110还可以包括显示器114，例如用于显示跟踪图像、解剖模型等的监视器。可以提供一个或多个监视器，其附加至或代替用于EM跟踪系统100和用于X射线系统200的专用监视器。
可以提供额外的输入和/或输出设备(I/O)115(诸如，键盘、鼠标等)作为用户接口的一部分，以接收来自用户的指示，诸如对点的选择及在显示器114上的图像内的导航。
存储器113已经在其上编码由处理器111可执行的指令程序119，以处理和显示EM跟踪数据，诸如叠加在来自X射线成像的图像或模型上的传感器132在外科手术工具130上的位置。
X射线系统200还包括处理单元210。处理单元210可操作地被连接至X射线机220，诸如，通过网络连接器216。
X射线系统200的处理单元210包括处理器211和存储器213。处理器211可操作地被连接至存储器213。根据一个实施例，它们通过总线212被连接。处理器211可以是能够执行程序指令的任何设备，诸如一个或多个微处理器。此外，处理器211可以被体现在通用计算机中。
存储器213可以是适合用于存储数据和程序指令的任何易失性或非易失性存储设备，诸如，可移动盘、硬盘、CD、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等等。此外，存储器213可包括一个或多个存储器设备。
处理单元210还可以包括用于发送或接收X射线和其他数据的一个或多个网络连接器216。网络连接器216可以是通用串行总线(USB)连接器、互联网适配器、或适合用于直接或通过网络(诸如内联网或互联网)从另一设备接收数据的任何其他连接器。
处理单元210还可以包括显示器214，诸如用于显示X射线图像、解剖模型等的监视器。可以提供一个或多个监视器，其附加至或代替用于EM跟踪系统100和用于X射线系统200的专用监视器。
可以提供额外的输入和/或输出设备(I/O)(诸如，键盘、鼠标等)作为用户接口的一部分，以接收来自用户的指示，诸如对点的选择及在显示器214上的图像内的导航。
存储器213已经在其上编码由处理器211可执行的指令程序219，以将来自EM场发生器的伪影从3D X射线扫描中移除。根据一个实施例，X射线图像是旋转扫描图像，诸如来自锥形射束CT扫描。
图3是根据本发明的实施例的用于将来自EM场发生器的伪影从3D扫描中移除的方法的流程图。在操作前，由X射线处理器211执行的X射线指令程序219在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自EM场发生器的伪影(步骤310)。表征可以包括记录针对X射线机220的每个旋转位置处的X射线图像的每个体素的强度值或衰减系数。衰减系数与针对X射线机220相对于场发生器120的每个旋转位置的其相应位置一起被存储。
在工作台10上没有患者的情况下，X射线机被设置在已知的旋转位置上。然后，生成X射线图像，并且针对每个体素确定衰减系数或强度值，并且将其存储在存储器213中或另一存储器中。
在操作中，由X射线处理器211执行的X射线指令程序219确定EM场发生器120相对于X射线机220源和探测器的位置(步骤320)。由于源和探测器的位置通常相对于工作台10是已知的，并且场发生器120处于相对于工作台10已知的位置上，因此这需要如现有技术中已知的简单的转换。
然后，由X射线处理器211执行的X射线指令程序219针对确定的EM场发生器120的相对位置将操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除(步骤330)。为了移除伪影，从当前X射线图像中对应的体素减去存储的针对每个体素的强度值。
由X射线处理器211执行的X射线指令程序219在显示器上呈现得到的伪影被移除的当前X射线图像。根据一个实施例，由X射线处理器211执行的X射线指令程序219使用边缘检测处理，以定位伪影并确定它们的形状。然后，针对伪影的体素，只确定并存储衰减系数。
本发明能够采取完全是硬件的实施例或既包含硬件也包含软件元件的实施例的形式。在范例性实施例中，以软件实现本发明，软件包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。
此外，本发明可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从提供程序代码的计算机可用或计算机可读介质中访问，所述程序代码用于由计算机或任何指令执行系统或设备使用或结合计算机或任何指令执行系统或设备使用。为了达到本说明书的目的，计算机可用或计算机可读介质可以是能够包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用的程序的任何装置。
上述方法可以由包括具有机器可执行指令程序的机器可读介质的程序产品来实现，当由机器(诸如计算机)执行所述机器可执行指令程序时，所述机器可执行指令程序执行所述方法的步骤。该程序产品可以被存储在任何种类的已知的机器可读介质中，包括但不限于光盘、软盘、USB存储设备等。
所述介质能够是电学、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括高密度磁盘-只读存储器(CD-ROM)、高密度磁盘-读/写(CD-R/W)和DVD。
前述说明书和附图是意为图示性的，而非限制本发明。本发明的范围意为涵盖与下述权利要求的全部范围等效的变型和配置。

Claims (15)

1.一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的方法，包括以下步骤：
在操作前，在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自所述EM场发生器的所述伪影；
在操作中，确定所述EM场发生器相对于所述X射线源和探测器的位置；并且
将针对确定的所述EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，表征所述伪影包括确定针对每个旋转位置处的每个伪影的每个体素的衰减系数，并且其中，移除所述操作前表征的伪影包括从当前X射线图像中减去所述衰减系数。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在显示器上呈现所述伪影被移除的所述当前X射线图像的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，表征所述伪影还包括确定每个伪影的形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，每个伪影的所述形状是通过使用边缘检测处理来限定所述伪影而确定的。
6.一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的系统，包括：
处理器；
存储器，其能够操作地被连接至所述处理器；并且
其中，所述处理器被配置为：
在操作前，在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自所述EM场发生器的所述伪影；
在操作中，确定所述EM场发生器相对于所述X射线源和探测器的位置；并且
将针对确定的所述EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，表征所述伪影包括确定针对每个旋转位置处的每个伪影的每个体素的衰减系数，并且其中，移除所述操作前表征的伪影包括从当前X射线图像中减去所述衰减系数。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括显示器，其能够操作地被连接至所述处理器，其中，所述处理器被配置为使得在显示器上呈现所述伪影被移除的所述当前X射线图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器还被配置为确定每个伪影的形状。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，每个伪影的所述形状是通过使用边缘检测处理来限定所述伪影而确定的。
11.一种用于将来自EM场发生器的伪影从旋转3D扫描中移除的装置，包括：
用于在操作前在X射线源和探测器的旋转位置的范围内表征来自EM场发生器的伪影的单元；
用于在操作中确定所述EM场发生器相对于所述X射线源和探测器的位置的单元；以及
用于将针对确定的所述EM场发生器的相对位置的操作前表征的伪影从当前X射线图像中移除的单元。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述用于表征所述伪影的单元包括用于确定针对每个旋转位置处的每个伪影的每个体素的衰减系数的单元，并且其中，所述用于移除所述操作前表征的伪影的单元包括用于从当前X射线图像中减去所述衰减系数的单元。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括用于在显示器上呈现所述伪影被移除的所述当前X射线图像的单元。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述用于表征所述伪影的单元还包括用于确定每个伪影的形状的单元。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述用于确定每个伪影的所述形状的单元通过使用边缘检测处理来限定所述伪影，从而确定每个伪影的所述形状。
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