新的成像算法和自动化图像融合技术推动介入放射学的发展

2012-09-20 19:51:46来源: 互联网

    当患者在躺手术台上,介入放射学医师会引导导管运动,通过一系列错综复杂的动脉血管。当医师引导导管通过动脉网到达冠状动脉和所关注的区域时,医师可从显示器上得到实时反馈,从而小心地移动导管进行介入治疗。

    如果没有适当的引导来通过狭窄弯曲的通路,医生则必须完全开胸,除此之外没有其他选择,而开胸手术会增加患者风险、延长恢复时间并会增加手术费用。介入放射学的进展使得内部结构的图像得以改进,使得医生能够实施微创手术,从而降低卫生保健支出,并尽可能减少患者创伤。

    大量手术都属于介入类别,包括在动脉、静脉、淋巴或胆管系统利用血管成形术放置导管、放置血管支架、进行导管栓塞、血栓溶解和化疗或导丝栓塞。临床医生在诊断和治疗心血管疾病和肿瘤方面发现了利用介入放射学的重大机遇。无论他们利用血管成形术或放置支架来开放闭塞的冠状动脉,还是进行化疗栓塞来阻断肿瘤的血流,介入学医师进行的手术越来越多,预期介入手术的增多在未来会一直持续下去。大量因素刺激了这一增长,包括老年人群的增多,以及通过微创的定向治疗来降低治疗难度和减少患者创伤的需要。这一方法可使患者治疗效果更好、住院时间缩短,并最终降低医疗支出。

速度的需要

    在介入放射学手术中,能够直观并实时看到导管相对于感兴趣的适用区域的位置很关键。透视检查最常用于图像引导下的手术。实时处理的速度范围从儿科患者速度较高的60帧/秒(fps)(图像可大到1024 x 1024 x 12字节)到较大的胃肠道图像的3.75 fps低速。此外,由于许多血管和病理结构相当小,因此分辨率必须相当高,像素值非常大。

    该技术的两大驱动因素齐头并进。首先是更为高端的新算法的开发。大学和其他研究机构领导着这一道路,致力于将此类技术进行适应性滤波和回归滤波。由于他们将工作渗透至医学影像领域,因此目前的图像增强工具能够生成更加清晰的边缘,对比度和分辨率均有所增加,与此同此噪声降低,细微的病理变化也更容易发现。

    如果目前的处理器和其他类型的硬件加速器的性能没有得到平行开发和改进,这些计算机更为强化的新算法也将被搁置。第二个驱动因素是硬件平台的发展和性能的增加。由于高速Multicore Processors、Graphics Processing Units、ASICs和FPGAs的存在,设备公司有大量的执行方式来保证这些新算法能够实时运行。与此同时,更快速的存储器和存储总线为介入放射学带来了新的速度。这一总的计算机结构的出现使得实时成像成为一种常规可用的临床实践方式。

    目前可以很容易地利用现成的技术在1024x1024x16字节的图像下实现30 fps的速度。在不远的将来,预期可以在30 fps下看到2048x2048x16字节或在60 fps下看到1024x1024x16字节。随着平板探测器变得更大、更便宜,预计我们甚至能够在15 fps下运行3064x3064x16字节。所有这些模式都将是无闪烁模式,能够保证介入学医师在非常高的水平下进行。

    除高性能的算法和处理外,显示技术也在同步改善。新型灰色段显示器有着卓越的亮度和对比度以及卓越的图像显示一致性和DICOM适应性。此外,这些显示器目前支持12位查找表,从而使得图像清晰度更佳。最后,这些大图像需要储存,通常在心脏的运行时间为10秒,每帧2 MB,一个循环是30 fps,则需要储存600 MB的数据。

    很明显,通过无损坏的压缩技术和先进的新型储存技术,这一问题将会更加容易处理。对于诊断和治疗目的而言,这意味着可以进行心脏或胃肠道蠕动的动力学研究或其他动力学研究,并有极佳的分辨率和较低的噪声。由于图像质量在持续改善,因此越来越多的患者群体和卫生保健提供者可以得到更大的获益。高质量的实时影像使得能够更多的使用微创技术来缩短检查时间,缩短患者恢复时间,并改善临床效果。

剂量降低

    在这一正在不断扩展的新型技术帮助下,介入学医师有了大量选择,包括降低剂量。对于患者和在透视检查系统附近工作的工作人员而言,尽可能降低剂量已成为一种必需。在采用最新的图像增强,并选择噪声降低、边缘增强和对比度改善的情况下,剂量最多可降低50%而不会降低图像质量。在透视检查单元下节省和降低剂量的可能是实实在在的,当与其他剂量降低方法如脉冲式透视和递推式成像相结合时,患者和介入学医师可以在更为安全的环境下操作。这种降低剂量的方式还可延长X射线管的寿命,从而最终减少医院总体支出。

实时3D

    目前,后加工技术可使收集的数据以三维(3D)方式显示,但这是通过数据收集后的后处理实现的。从诊断的角度来看,这种类型的显示在手术中起着关键的作用,在介入学医师的工具储备库中也是一种关键的工具。但是,该后处理步骤是在数据收集后进行的,因此不是一种实时解决方法。目前,介入学医师仅在做计划时使用该3D格式。

    由于处理效果在持续改进,而且已有更好的3D展示,因此我们可以预言,介入学医师将能够使用实时三维图像来引导治疗。这种四维模式的转变将最终推动介入学医师更加接近外科学金标准,并使得介入学医师能够得到质量更好的体内动脉和静脉路径的图片。

    目前介入放射学不仅仅是一门成功的学科,而且随着新型计算机技术的出现、成像算法的发展和向实时图像融合技术的靠近,未来的道路将会更加光明。

    大量手术属于介入类别,涉及在动脉、静脉、淋巴或胆管系统利用血管成形术放置导管、放置血管支架、进行导管栓塞、血栓溶解和导丝栓塞。

关键字:成像  自动化  技术  推动

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2012/0920/article_3131.html
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