新的成像算法和自動化圖像融合技術推動介入放射學的發(fā)展

2013-08-09 09:14 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:洛小辰

當患者在躺手術臺上,介入放射學醫(yī)師會引導導管運動,通過一系列錯綜復雜的動脈血管。當醫(yī)師引導導管通過動脈網(wǎng)到達冠狀動脈和所關注的區(qū)域時,醫(yī)師可從顯示器上得到實時反饋,從而小心地移動導管進行介入治療。

如果沒有適當?shù)囊龑硗ㄟ^狹窄彎曲的通路,醫(yī)生則必須完全開胸,除此之外沒有其他選擇,而開胸手術會增加患者風險、延長恢復時間并會增加手術費用。介入放射學的進展使得內部結構的圖像得以改進,使得醫(yī)生能夠實施微創(chuàng)手術,從而降低衛(wèi)生保健支出,并盡可能減少患者創(chuàng)傷。

大量手術都屬于介入類別,包括在動脈、靜脈、淋巴或膽管系統(tǒng)利用血管成形術放置導管、放置血管支架、進行導管栓塞、血栓溶解和化療或導絲栓塞。臨床醫(yī)生在診斷和治療心血管疾病和腫瘤方面發(fā)現(xiàn)了利用介入放射學的重大機遇。無論他們利用血管成形術或放置支架來開放閉塞的冠狀動脈,還是進行化療栓塞來阻斷腫瘤的血流,介入學醫(yī)師進行的手術越來越多,預期介入手術的增多在未來會一直持續(xù)下去。大量因素刺激了這一增長,包括老年人群的增多,以及通過微創(chuàng)的定向治療來降低治療難度和減少患者創(chuàng)傷的需要。這一方法可使患者治療效果更好、住院時間縮短,并最終降低醫(yī)療支出。

速度的需要

在介入放射學手術中,能夠直觀并實時看到導管相對于感興趣的適用區(qū)域的位置很關鍵。透視檢查最常用于圖像引導下的手術。實時處理的速度范圍從兒科患者速度較高的60幀/秒(fps)(圖像可大到1024 x 1024 x 12字節(jié))到較大的胃腸道圖像的3.75 fps低速。此外,由于許多血管和病理結構相當小,因此分辨率必須相當高,像素值非常大。

該技術的兩大驅動因素齊頭并進。首先是更為高端的新算法的開發(fā)。大學和其他研究機構領導著這一道路,致力于將此類技術進行適應性濾波和回歸濾波。由于他們將工作滲透至醫(yī)學影像領域,因此目前的圖像增強工具能夠生成更加清晰的邊緣,對比度和分辨率均有所增加,與此同此噪聲降低,細微的病理變化也更容易發(fā)現(xiàn)。

如果目前的處理器和其他類型的硬件加速器的性能沒有得到平行開發(fā)和改進,這些計算機更為強化的新算法也將被擱置。第二個驅動因素是硬件平臺的發(fā)展和性能的增加。由于高速Multicore Processors、Graphics Processing Units、ASICs和FPGAs的存在,設備公司有大量的執(zhí)行方式來保證這些新算法能夠實時運行。與此同時,更快速的存儲器和存儲總線為介入放射學帶來了新的速度。這一總的計算機結構的出現(xiàn)使得實時成像成為一種常規(guī)可用的臨床實踐方式。

目前可以很容易地利用現(xiàn)成的技術在1024x1024x16字節(jié)的圖像下實現(xiàn)30 fps的速度。在不遠的將來,預期可以在30 fps下看到2048x2048x16字節(jié)或在60 fps下看到1024x1024x16字節(jié)。隨著平板探測器變得更大、更便宜,預計我們甚至能夠在15 fps下運行3064x3064x16字節(jié)。所有這些模式都將是無閃爍模式,能夠保證介入學醫(yī)師在非常高的水平下進行。

除高性能的算法和處理外,顯示技術也在同步改善。新型灰色段顯示器有著卓越的亮度和對比度以及卓越的圖像顯示一致性和DICOM適應性。此外,這些顯示器目前支持12位查找表,從而使得圖像清晰度更佳。最后,這些大圖像需要儲存,通常在心臟的運行時間為10秒,每幀2 MB,一個循環(huán)是30 fps,則需要儲存600 MB的數(shù)據(jù)。

很明顯,通過無損壞的壓縮技術和先進的新型儲存技術,這一問題將會更加容易處理。對于診斷和治療目的而言,這意味著可以進行心臟或胃腸道蠕動的動力學研究或其他動力學研究,并有極佳的分辨率和較低的噪聲。由于圖像質量在持續(xù)改善,因此越來越多的患者群體和衛(wèi)生保健提供者可以得到更大的獲益。高質量的實時影像使得能夠更多的使用微創(chuàng)技術來縮短檢查時間,縮短患者恢復時間,并改善臨床效果。

劑量降低

在這一正在不斷擴展的新型技術幫助下,介入學醫(yī)師有了大量選擇,包括降低劑量。對于患者和在透視檢查系統(tǒng)附近工作的工作人員而言,盡可能降低劑量已成為一種必需。在采用最新的圖像增強,并選擇噪聲降低、邊緣增強和對比度改善的情況下,劑量最多可降低50%而不會降低圖像質量。在透視檢查單元下節(jié)省和降低劑量的可能是實實在在的,當與其他劑量降低方法如脈沖式透視和遞推式成像相結合時,患者和介入學醫(yī)師可以在更為安全的環(huán)境下操作。這種降低劑量的方式還可延長X射線管的壽命,從而最終減少醫(yī)院總體支出。

實時3D

目前,后加工技術可使收集的數(shù)據(jù)以三維(3D)方式顯示,但這是通過數(shù)據(jù)收集后的后處理實現(xiàn)的。從診斷的角度來看,這種類型的顯示在手術中起著關鍵的作用,在介入學醫(yī)師的工具儲備庫中也是一種關鍵的工具。但是,該后處理步驟是在數(shù)據(jù)收集后進行的,因此不是一種實時解決方法。目前,介入學醫(yī)師僅在做計劃時使用該3D格式。

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由于處理效果在持續(xù)改進,而且已有更好的3D展示,因此我們可以預言,介入學醫(yī)師將能夠使用實時三維圖像來引導治療。這種四維模式的轉變將最終推動介入學醫(yī)師更加接近外科學金標準,并使得介入學醫(yī)師能夠得到質量更好的體內動脈和靜脈路徑的圖片。

目前介入放射學不僅僅是一門成功的學科,而且隨著新型計算機技術的出現(xiàn)、成像算法的發(fā)展和向實時圖像融合技術的靠近,未來的道路將會更加光明。

大量手術屬于介入類別,涉及在動脈、靜脈、淋巴或膽管系統(tǒng)利用血管成形術放置導管、放置血管支架、進行導管栓塞、血栓溶解和導絲栓塞。

成像 自動化

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