專利名稱：用于介入射頻消融或起搏器放置過程中的虛擬解剖結(jié)構(gòu)豐富的實時2d成像的心臟和/或 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及心臟電生理(EP)的領(lǐng)域，并且，更具體地，涉及圖像引導(dǎo)的射頻消融和起搏器放置過程。對于那些過程，提出在介入工具導(dǎo)航通過患者的分叉的冠狀血管或心腔解剖結(jié)構(gòu)以便將例如心血管導(dǎo)管引導(dǎo)至患者的冠狀靜脈樹的心臟血管部分中的靶標結(jié)構(gòu)或病灶處或者引導(dǎo)至心肌內(nèi)的感興趣區(qū)域時，顯示從相同的投影角度在手術(shù)中獲得的介入工具的覆蓋的2D導(dǎo)航運動。以這樣的方式，在移動介入儀器時，獲得患者解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)上豐富的2D重建。通過應(yīng)用心臟和/或呼吸門控技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在患者的心動周期和/ 或呼吸周期的相同相位期間采集2D實況圖像。與基于通過兩個截然不同的成像模態(tài)而獨立采集的圖像數(shù)據(jù)的配準和融合的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比，二維重建解剖結(jié)構(gòu)的精度顯著地提高。
背景技術(shù)：
在大部分發(fā)達國家中，諸如動脈硬化、高血壓以及局部缺血的心血管疾病(CVD) 是死亡的主要原因，因為這些心血管疾病對心臟和血管的永久損傷，其可能導(dǎo)致慢性心臟衰竭、心絞痛或心肌梗死(心臟病發(fā)作)。對于表現(xiàn)出電心血管疾病(諸如顫動、心跳過速、 顫振等)或血管阻塞的癥狀的患者，通常經(jīng)由心導(dǎo)管插入實驗室中的介入心臟病學(xué)而進行診斷和處置。心導(dǎo)管插入檢查從而意味著將小管(導(dǎo)管)穿過動脈和/或靜脈而插入心肌。為了利用實時X射線成像來將冠狀動脈和心腔可視化，通過導(dǎo)管而注射造影劑。在造影劑流動至冠狀動脈系統(tǒng)或心腔中時，造影劑必須對X射線不透明并提供良好的圖像對比度。該過程產(chǎn)生對醫(yī)生在心臟解剖結(jié)構(gòu)中導(dǎo)航有用的、被稱為血管造影的圖像。在過去的三十年，微創(chuàng)X射線引導(dǎo)的介入心臟病學(xué)受到人口、技術(shù)以及經(jīng)濟因素的刺激有了劇大的進步。新的基于導(dǎo)管的介入工具(諸如球囊導(dǎo)管和支架)允許醫(yī)生處置更多的狀況和更復(fù)雜的患者情況。由于這些新的微創(chuàng)、圖像引導(dǎo)的過程具有正面的患者效果，并且，比心臟直視的過程更便宜，政府和個人付款人積極地鼓勵醫(yī)生使用這些過程處置

現(xiàn)在，基于X射線的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)代表當(dāng)前的護理標準之一，并且，提供用于心臟病學(xué)中的診斷過程和治療過程這兩者的成像模態(tài)。它們用于生成對冠狀動脈中的血流的阻塞的實時圖像。在識別到阻塞時，利用實時X射線成像來引導(dǎo)球囊尖端的導(dǎo)管至阻塞點的插入，以便通過血管修復(fù)術(shù)(指動脈中受限制的流動面積的球囊擴張)和支架放置(也就是，通過擴張支撐結(jié)構(gòu)來保持新擴大的動脈開放)而進行處置。對具有冠狀動脈疾病的患者進行治療的目標是，通過采用用于重新開放冠狀動脈的技術(shù)和設(shè)備而減輕心絞痛的癥狀并減小死亡或心肌梗死的風(fēng)險。如上面所提到的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)幾乎實現(xiàn)心導(dǎo)管插入實驗室中的所有微創(chuàng)過程。 目前開發(fā)的系統(tǒng)都具有相同的基礎(chǔ)架構(gòu)并使用將X射線束通過患者并投影到大面積探測器上的點X射線源，探測器用于將所生成的2D圖像轉(zhuǎn)換成電信號以便在監(jiān)視器上顯示。從而，獲得患者的X射線照片圖像(shadowgram)。通常采用的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)典型地執(zhí)行兩種截然不同的類型的實時X射線成像 診斷血管造影和介入成像。利用高輻射照射量執(zhí)行診斷血管造影，以便產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。該診斷(電影)模式產(chǎn)生流經(jīng)冠狀動脈的所注射的造影劑的圖像，以診斷冠狀動脈的初始狀況、確定所需介入并在介入之后重新評估冠狀動脈。利用產(chǎn)生更低質(zhì)量的圖像的經(jīng)調(diào)節(jié)的輻射照射量來執(zhí)行介入成像。該介入(透視)模式從而提供患者解剖結(jié)構(gòu)的實時成像以引導(dǎo)介入并且在將設(shè)備插入解剖結(jié)構(gòu)中時使用。介入模式用于大約90%的過程成像時間。雖然心血管疾病主要影響患者的血液流動，但心臟電生理(EP)——醫(yī)生在X射線透視引導(dǎo)之下使用心內(nèi)導(dǎo)管來定位并治愈患者心律的電功能障礙的介入心臟病學(xué)這一特定領(lǐng)域——涉及心臟的電異常的研究。先天問題或心臟中的患病組織可能影響導(dǎo)致無規(guī)律心跳的電傳導(dǎo)。除此之外，用于處置心房顫動(AF)的射頻消融(RFA)是一個非常具有挑戰(zhàn)性的EP過程。心房顫動是與顯著的發(fā)病率和死亡率有關(guān)的心律失常，其由以下情況引起 心臟的兩個上腔室一一左心房(LA)和右心房(RA)——并不有效地跳動，從而作為其后果血液并不完全地從左心房和右心房泵出且可能因而淤血和凝塊。如果一部分凝塊離開心臟，則可能引起中風(fēng)或肺動脈栓塞。另一后果可能是傳遞至心室的無規(guī)律心跳，這對血液循環(huán)具有更大的影響。為了對心房顫動進行處置，可以利用射頻能量對組織的某些區(qū)域進行消融，以便治愈異常的電傳導(dǎo)并永久地恢復(fù)正常的心律。更精確地，心臟組織被制圖以尋找異常電活動的區(qū)域并且通過心臟電生理而消融以殺死某些區(qū)域中的病理組織。定位并消融組織的適當(dāng)區(qū)域的過程極其漫長?；颊呖赡茉谛膶?dǎo)管插入實驗室中花費三至六個小時，該三至六個小時可能包括高達90分鐘的純粹的成像時間?；颊呓邮芸捎^的X射線量——高達30000胸部X射線的等值——并且，進行過程的電生理學(xué)家通常也接受相當(dāng)大劑量的散射輻射。電生理診斷及處置并不要求將造影劑注射至冠狀動脈中以產(chǎn)生詳細的圖像，并且因此要求稍微更低的成像能力。較長的過程時間極其重視輻射照射量的降低。另一重要的過程是心臟再同步治療(CRT)的起搏器的放置，在該治療期間起搏器導(dǎo)聯(lián)必須放置在冠狀靜脈中。電生理學(xué)家需要特殊訓(xùn)練以完全地清楚解剖結(jié)構(gòu)和對所有感興趣部位的訪問路徑，以及一些實踐以選擇正確的設(shè)備并將正確的設(shè)備沿朝向靶標的方向?qū)Ш??；颊咝呐K的解剖結(jié)構(gòu)能夠利用常規(guī)的3D成像設(shè)備(諸如CT、MRI、3DRX或超聲檢查設(shè)備)記錄或通過在剛開始介入時局部地注射造影劑(在對心房顫動的基于RFA處置的情況下為左心房(LA)和肺靜脈口(PV)，并且，在CRT的情況下為冠狀靜脈和竇)而記錄，但醫(yī)生必須執(zhí)行頭腦中的配準以在該信息不再可見的實況透視圖像中導(dǎo)航。待處置的心臟解剖結(jié)構(gòu)的手術(shù)前重建3D圖能夠與手術(shù)中采集的2D實況圖像配準，以便在圖像引導(dǎo)的介入過程期間仍然可見。另一方面，這樣的配準并未考慮患者的呼吸和心臟運動，這可能導(dǎo)致所獲得的配準精度對于某些應(yīng)用而言不夠精確的事實。一些心臟結(jié)構(gòu)的3D重建還能夠借助于磁定位或電定位的介入工具而獲得，諸如在由 Biosense Webster開發(fā)的CARTO RMT電解剖制圖系統(tǒng)或如St. Jude Medical所提出的 EnSiteNavXTM導(dǎo)航&可視化技術(shù)中使用的。對于AF過程，在測量電勢時清楚導(dǎo)管的精確位置是尋找引起顫動的根源(異位病灶、再入環(huán))的關(guān)鍵。消融部位的解剖制圖甚至更重要，以便執(zhí)行期望的消融模式，諸如肺靜脈隔離或左心房中的頂線消融。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述事實，本發(fā)明的目的是，通過減小在配準并融合由截然不同且獨立運行的成像模態(tài)采集的圖像時可能出現(xiàn)的不精確來提高圖像引導(dǎo)介入過程的精度。由于大部分造影劑都相當(dāng)昂貴且并不總是受到患者良好的支持，因而本發(fā)明的又一目的是，在無需注射造影劑的情況下使心臟血管結(jié)構(gòu)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)可視化。為了解決這些問題，本發(fā)明的第一示范性實施例針對一種圖像采集方法，該圖像采集方法用于通過從相同的投影角度和物距在手術(shù)中采集并記錄2D實況圖像序列而在介入儀器導(dǎo)航通過患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)時跟蹤介入儀器的導(dǎo)航運動，所述圖像示出這樣的導(dǎo)航運動的不同階段期間的介入儀器。根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括步驟在 2D透視圖的采集和記錄期間，針對每次跟蹤而記錄患者的心動周期和/或呼吸周期的特定相位；以及借助于心動和/或呼吸門控，選擇與患者的心動周期和/或呼吸周期的可預(yù)定義的特定相位對應(yīng)的那些圖像的集合。在執(zhí)行所述選擇步驟并進一步對介入儀器進行導(dǎo)航時，通過融合介入儀器的2D門控位置而生成患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的虛擬 2D重建，所述2D門控位置是直到所述生成步驟前已經(jīng)被選擇的2D門控位置，其中，所述2D 重建是動態(tài)上豐富的，其具有每個新采集并選擇的2D透視圖，因而產(chǎn)生介入儀器的不同的導(dǎo)航運動階段的疊加的2D視圖。最后，通過將介入儀器的新選擇的2D門控位置覆蓋并融合至重建的解剖結(jié)構(gòu)的當(dāng)前版本而在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示二維重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的版本。以這種方式，能夠避免執(zhí)行用于采集體素數(shù)據(jù)的手術(shù)前CT、MR或3DRA 掃描，需要所述體素數(shù)據(jù)來重建患者的心血管系統(tǒng)和/或心臟解剖結(jié)構(gòu)的3D模型，如現(xiàn)有技術(shù)已知地，所述3D模型與手術(shù)中采集的透視圖共同配準(coregister)，所述手術(shù)中采集的透視圖示出了圖像引導(dǎo)介入期間在介入儀器導(dǎo)航時介入儀器的當(dāng)前位置，因而允許避免在針對手術(shù)前采集重建的3D模型的體素數(shù)據(jù)和手術(shù)中采集的透視圖的圖像數(shù)據(jù)使用截然不同的成像模態(tài)時預(yù)期的配準不精確。根據(jù)本發(fā)明，上述方法可以優(yōu)選地在X射線引導(dǎo)的射頻消融和用于心臟再同步治療的起搏器放置過程的范圍中執(zhí)行，在心臟再同步治療的期間，起搏器導(dǎo)聯(lián)放置在冠狀靜脈中。作為附加選項，可以實現(xiàn)的是圖像采集方法還包括步驟執(zhí)行基于CT、MR或C型臂的3DRA圖像采集會話，以在手術(shù)前采集并記錄重建待介入處置的患者的心臟和/或心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的患者的冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型所需的3D體素數(shù)據(jù)集。此后，能夠?qū)⑹中g(shù)前記錄的3D體素數(shù)據(jù)與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合數(shù)據(jù)配準并融合，并且，在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示所獲得的配準并融合的解剖結(jié)構(gòu)。重建冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型的上述步驟從而可以包括步驟計算具有最小的透視收縮和最小的血管重疊的最優(yōu)視角并且在監(jiān)視器屏幕或顯示器上示出的窗口中顯示最優(yōu)視角的最優(yōu)觀察圖。此外，可以實現(xiàn)對感興趣的靶標結(jié)構(gòu)或病灶執(zhí)行3D分割，并且，使不包括在所述靶標結(jié)構(gòu)或病灶的分割輪廓內(nèi)的圖像區(qū)域淡出。本發(fā)明的第二示范性實施例涉及一種圖像處理系統(tǒng)，該圖像處理系統(tǒng)在耦合至圖像采集系統(tǒng)的工作站上運行，其中，所述圖像采集系統(tǒng)適于執(zhí)行圖像采集方法，圖像采集方法用于通過從相同的投影角度和物距在手術(shù)中采集并記錄2D實況圖像序列而在介入儀器導(dǎo)航通過患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)時跟蹤介入儀器的導(dǎo)航運動，所述圖像示出在這樣的導(dǎo)航運動的不同階段期間的介入儀器。根據(jù)本發(fā)明，對所述圖像處理系統(tǒng)編程， 以便在2D透視圖的采集和記錄的期間，針對每次跟蹤記錄患者的心動周期和/或呼吸周期的特定相位；借助于心動和/或呼吸門控，選擇與患者的心動周期和/或呼吸周期的可預(yù)定義的特定相位對應(yīng)的那些圖像的集合；以及在執(zhí)行選擇所述步驟并進一步對介入儀器進行導(dǎo)航時，通過對介入儀器的2D門控位置進行融合而生成患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的虛擬2D重建，所述2D門控位置是直到所述生成步驟前已經(jīng)被選擇的2D門控位置，其中，所述2D重建是動態(tài)上豐富的，其具有每個新采集并選擇的2D透視圖，因而產(chǎn)生介入儀器的不同導(dǎo)航運動階段的疊加的2D視圖；以及通過將介入儀器的新選擇的2D門控位置覆蓋并融合至重建的解剖結(jié)構(gòu)的當(dāng)前版本而在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示二維重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的版本。根據(jù)該實施例的另一方面，所述圖像處理系統(tǒng)可以配備有2D/3D配準及融合工具，其適于對手術(shù)前采集并記錄的3D體素數(shù)據(jù)集與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合圖像數(shù)據(jù)進行配準并融合，所述3D體素數(shù)據(jù)集用于重建患者的心臟和/或心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的患者的冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型；以及可視化工具，其用于在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示所獲得的配準并融合的圖像。為了執(zhí)行重建冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型的步驟，所述圖像處理系統(tǒng)可以配置為計算具有最小的透視收縮和最小的血管重疊的最優(yōu)視角并且在監(jiān)視器屏幕或顯示器上示出的窗口中顯示最優(yōu)視角的最優(yōu)觀察圖。除此之外，圖像處理系統(tǒng)可以還適于執(zhí)行對感興趣的靶標結(jié)構(gòu)或病灶的3D分割并且使不包括在所述靶標結(jié)構(gòu)或病灶的分割輪廓內(nèi)的圖像區(qū)域淡出。除此之外，本發(fā)明的第三示范性實施例致力于工作站或控制臺。根據(jù)本發(fā)明，該工作站或控制臺利用實現(xiàn)如以上關(guān)于所述第二示范性實施例所描述的圖像處理系統(tǒng)的軟件進行編程。 最后，根據(jù)本發(fā)明的第四示范性實施例，提供一種計算機軟件產(chǎn)品，該計算機軟件產(chǎn)品配置為當(dāng)在如以上關(guān)于所述第三示范性實施例描述的工作站或控制臺上運行時執(zhí)行如以上關(guān)于所述第一示范性實施例描述的方法。與從現(xiàn)有技術(shù)得知的其他途徑和解決方案相比，本發(fā)明不需要利用來自其他圖像數(shù)據(jù)生成模態(tài)的圖像數(shù)據(jù)的任何配準步驟，該配準可能不精確且可能不是運動補償?shù)?。與本發(fā)明所提出的解決方案相比昂貴得多的特定的局部化介入工具(CARTO、NavX等)的使用不再有必要。此外，這些已知的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所提供的虛擬解剖結(jié)構(gòu)不與X射線圖像直接有關(guān)，并且，兩個模態(tài)的配準可能是困難且不精確的。相比之下，通過本發(fā)明提出的途徑而獲得的虛擬解剖結(jié)構(gòu)與透視固有地對準。


關(guān)于下文所描述的實施例并關(guān)于附圖以示例的方式闡明本發(fā)明的這些及其他有利的方面。其中，
圖1示出了圖解說明根據(jù)本發(fā)明的所述第一示范性實施例的所提出的圖像采集方法的流程圖；圖2從產(chǎn)生最小的透視收縮和最小的血管重疊的最優(yōu)視角示出患者的左冠狀動脈樹的三維重建的最優(yōu)觀察圖；圖3a示出了將被導(dǎo)航通過心臟血管部分的如從現(xiàn)有技術(shù)所得知的冠狀靜脈竇導(dǎo)管的側(cè)面透視圖；圖北示出了在圖3a中描繪的冠狀靜脈竇導(dǎo)管的前視圖；圖如-c示出了分別在左心房中和肺靜脈口中對心血管導(dǎo)管進行導(dǎo)航時在心臟介入過程的期間手術(shù)中采集的消融導(dǎo)管和套索導(dǎo)管的三個隨后記錄的2D實況圖像；以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的所述第三示范性實施例的成像系統(tǒng)的示意性方框圖。
具體實施例方式以下，將關(guān)于特別的細化并參考附圖更詳細地解釋根據(jù)本發(fā)明的所提出的圖像采集設(shè)備和方法。在圖1中描繪的流程解說明根據(jù)上述的本發(fā)明的上述第一示范性實施例的所提出的圖像采集方法。正如上述已提到地，所提出的方法以以下的任選步驟開始執(zhí)行基于CT、MR或C型臂的3DRA或基于任何其他模態(tài)類型(超聲、顯像等)的圖像采集會話，以用于手術(shù)前采集并記錄(Si)重建患者心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的冠狀血管樹和/或心臟解剖結(jié)構(gòu)的3D模型所需的3D體素數(shù)據(jù)集，在該手術(shù)前圖像數(shù)據(jù)采集步驟之后，任選地根據(jù)所采集的3D體素數(shù)據(jù)生成(S》待檢查和處置的感興趣區(qū)域中的患者心血管系統(tǒng)的三維重建模型或3D圖，所述檢查和處置是通過執(zhí)行在諸如數(shù)字重建射線照片(DRR)的透視圖像引導(dǎo)之下的微創(chuàng)介入而進行的?？梢岳缤ㄟ^將射線投射算法應(yīng)用于手術(shù)前采集的3D體素數(shù)據(jù)而實現(xiàn)以上所提到的手術(shù)前圖像重建步驟。此后，可以任選地實現(xiàn)計算(S3a)最優(yōu)視角，該最優(yōu)視角具有最小透視收縮和待顯示的冠狀血管樹的分叉的心臟血管部分的最小血管重疊，從而能夠在工作站的監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示(S3b)最優(yōu)觀察圖。進一步任選地，然后，可以使該最優(yōu)觀察圖經(jīng)受3D分割算法(S4)，以便尋找感興趣的靶標結(jié)構(gòu)或病灶的輪廓并使不包括在所述靶標結(jié)構(gòu)或病灶的分割輪廓內(nèi)的非感興趣圖像區(qū)域淡出，隨后是應(yīng)用于分割圖像(未示出)的濾波及對比度增強過程。此后，手術(shù)中采集并記錄(S5a) 來自相同的投影角度和物距示出患者的心血管系統(tǒng)和/或心臟解剖結(jié)構(gòu)的2D實況圖像的序列，以便跟蹤介入工具(例如導(dǎo)管或?qū)Ыz)的導(dǎo)航運動，該介入工具在所述患者的冠狀動脈血管部分或心腔內(nèi)沿朝向靶標結(jié)構(gòu)或病灶的方向?qū)Ш?。與2D實況圖像的采集并行的是， 針對每次跟蹤而連續(xù)地記錄(S5b)患者的心動周期和/或呼吸周期的特別相位。如本發(fā)明所提出地，實現(xiàn)了借助于心動和/或呼吸觸發(fā)或門控而選擇(S6)與患者的心動周期和/或呼吸周期的可預(yù)定義的特定相位對應(yīng)的那些手術(shù)中采集的透視圖的集合。在通過融合介入儀器的2D門控位置來生成(S7)患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的虛擬2D重建之后(所述2D門控位置是直到生成步驟前已經(jīng)被選擇的2D門控位置)，其中，所述2D重建是動態(tài)上豐富的，其具有介入儀器的每個新采集并選擇的2D門控位置，因而產(chǎn)生介入儀器的不同的導(dǎo)航運動階段的疊加的2D視圖，通過將介入儀器的新選擇的2D門控位置覆蓋并融合至重建解剖結(jié)構(gòu)的當(dāng)前版本而在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示(S8) 二維重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的版本。然后，分割靶標結(jié)構(gòu)或病灶的手術(shù)前采集并記錄的3D體素數(shù)據(jù)可以任選地與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合圖像數(shù)據(jù)配準并融合(S9)。從而，配準過程產(chǎn)生所述3D圖和重建的2D解剖結(jié)構(gòu)之間的最佳匹配。最后，在步驟S9中獲得的配準并融合的圖像可以在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示(SlO)。在圖2中，描繪從產(chǎn)生最小透視收縮和最小血管重疊的最優(yōu)視角示出患者的左冠狀動脈樹的三維重建的最優(yōu)觀察圖。能夠例如通過將體積繪制技術(shù)、多平面重組過程或表面遮蓋的顯示算法應(yīng)用于先前采集的3D體素數(shù)據(jù)集而獲得三維效果。圖3a和北示出如從US 5，643，231A得知的冠狀靜脈竇導(dǎo)管CSC的側(cè)面透視圖和前視圖，該冠狀靜脈竇導(dǎo)管CSC將被導(dǎo)航通過心臟血管部分。朝向?qū)Ч艿倪h端，可以放置多個電極E，優(yōu)選地至少兩個，那些電極之一在導(dǎo)管尖端處。從而，電極的數(shù)量和電極在導(dǎo)管體上的放置取決于導(dǎo)管的預(yù)期使用。電極的最終數(shù)量可以多達十個或更多電極。如果適合于預(yù)期使用，那么，還可以將管腔并入導(dǎo)管中，以便灌注流體或抽取血樣。管腔的直徑應(yīng)當(dāng)足以完成導(dǎo)管的預(yù)期使用。在所描繪的實施例中，一個或多個出口 V位于遠端導(dǎo)管尖端的附近，具有取決于導(dǎo)管的預(yù)期使用的精確的位置和數(shù)量。在手術(shù)中，如在圖3a和北中所描繪的冠狀靜脈竇導(dǎo)管包含連接至電生理感測設(shè)備的從兩個至大約十個的電極。導(dǎo)管穿過頸內(nèi)靜脈或鎖骨下靜脈而經(jīng)皮插入并在透視控制之下前進穿過上腔靜脈至右心房。插入也有可能使用經(jīng)由下腔靜脈的肱靜脈或股靜脈途徑。然后，冠狀靜脈竇導(dǎo)管導(dǎo)向為穿過右心房，直到該導(dǎo)管接觸冠狀靜脈竇口為止。從而， 所描繪的冠狀靜脈竇導(dǎo)管的特殊結(jié)構(gòu)和曲率促進對冠狀靜脈竇口定位的過程。在透視指導(dǎo)下，心血管導(dǎo)管朝向三尖瓣前進，尖端居中地指向。然后，冠狀靜脈竇導(dǎo)管的尖端插入冠狀靜脈竇內(nèi)，并且，前進遠至所要求或期望的程度。然后，能夠產(chǎn)生在冠狀靜脈竇附近延伸的電通路的連續(xù)且穩(wěn)定的記錄。冠狀靜脈竇導(dǎo)管的彎曲有助于定位使冠狀靜脈竇口并且另外獲取冠狀靜脈竇內(nèi)的電生理讀數(shù)。以該方式，能夠減少在該過程的期間要求的時間和X射線曝光量。除了用作診斷電生理導(dǎo)管之外，冠狀靜脈竇導(dǎo)管還可以應(yīng)用于冠狀靜脈竇內(nèi)的其他醫(yī)療過程。例如，通過修改導(dǎo)管的電極的使用模式、導(dǎo)管的近端所附接至的醫(yī)療儀器和電極的類型，該導(dǎo)管還能夠用作用于心臟的介入起搏或永久起搏的裝置。在冠狀靜脈竇導(dǎo)管幫助下的起搏還提供對左心房進行起搏的能力。通過對心臟施予受控制的量的電能(在該時刻心臟正在經(jīng)歷心律失常)，還可以將冠狀靜脈竇導(dǎo)管用于除顫目的或用于心臟復(fù)律。此外，通過在導(dǎo)管上執(zhí)行的一些修改，還可以利用導(dǎo)管進行永久可植入的起搏。還存在著執(zhí)行組織的消融的導(dǎo)管(諸如在圖如-c中呈現(xiàn)的)。對于心房顫動，導(dǎo)管經(jīng)常移動至整個左心房中(或根據(jù)要治療的疾病而移動至其他心腔中)。在圖如-c中，示出以三個隨后記錄的2D實況圖像形式給出的三個冠狀靜脈竇靜脈造影，所述2D實況圖像是在心臟介入過程的期間在手術(shù)中采集的。描繪的是當(dāng)消融導(dǎo)管和套索導(dǎo)管在左心房和肺靜脈口中分別導(dǎo)航時的消融導(dǎo)管和套索導(dǎo)管的不同階段，這因而允許跟蹤這些介入儀器的導(dǎo)航運動。根據(jù)本發(fā)明，借助于心臟和/或呼吸門控或觸發(fā)而選擇心血管導(dǎo)管跟蹤中以及因而手術(shù)中采集的2D實況圖像中那些與心電圖或呼吸圖的某個心動相位和/或呼吸相位對應(yīng)的那些跟蹤和圖像(所述心電圖或呼吸圖在冠狀靜脈竇靜脈造影的采集期間并行地記錄)，以便與手術(shù)前生成的最優(yōu)觀察圖的3D體素數(shù)據(jù)配準并融合，所述最優(yōu)觀察圖從具有最小透視收縮和血管重疊的最優(yōu)視角示出冠狀靜脈竇解剖結(jié)構(gòu)的三維重建模型。在圖5中示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的成像系統(tǒng)2的示意性方框圖，所述系統(tǒng)使得能夠存儲、處理并在連接至所述成像系統(tǒng)2的工作站13的監(jiān)視器屏幕上可視化所采集的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)示出特定的感興趣區(qū)域或解剖結(jié)構(gòu)、病理異常、介入工具、起搏器、血管成形術(shù)支架或患者血管系統(tǒng)的血管部分中其他植入物。圖像數(shù)據(jù)可以例如以由圖像采集設(shè)備1生成并提供的手術(shù)中采集的2D透視圖像、體積繪制圖像數(shù)據(jù)或手術(shù)前記錄的3D體素數(shù)據(jù)的形式給出，所述圖像采集設(shè)備1例如是磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)掃描架類型的計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)、基于C型臂的3D旋轉(zhuǎn)血管造影(3DRA)設(shè)備或任何其他3D圖像采集系統(tǒng)(超聲、顯像等)。所采集的2D圖像數(shù)據(jù)和所重建的3D圖像數(shù)據(jù)能夠在不同的窗口或在共同的窗口中可視化，該共同的窗口示出從手術(shù)前記錄的3D體素數(shù)據(jù)生成的數(shù)字重建射線照片與手術(shù)中采集的、和所述數(shù)字重建射線照片共同配準的2D圖像的融合視圖。如圖5中所示，由所述圖像采集設(shè)備1生成的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由輸入接口 6而饋送至成像系統(tǒng)2。除了控制與圖像采集設(shè)備1的數(shù)據(jù)交換的控制單元3之外，所述成像系統(tǒng)2還可以包括預(yù)處理模塊4，該預(yù)處理模塊4可以特別地配備用于噪聲降低和對比度增強的數(shù)字濾波器。集成在所述成像系統(tǒng)中的圖像處理工具5可以用于生成體積繪制的3D視圖、表面遮蓋顯示(SSD)圖像、多平面重組圖像和/或數(shù)字重建的射線照片，這些是基于待檢查和介入處置的患者的心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)或病理異常的所生成的3D體素數(shù)據(jù)而繪制的。所述圖形處理工具5可以配備2D/3D配準及融合工具5a，該工具fe用于確定2D/3D配準制圖的參數(shù)，2D/3D配準制圖用于將手術(shù)前生成的三維DRR(或從其生成的最優(yōu)觀察圖)與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合圖像數(shù)據(jù)進行配準和融合，所述圖像進一步示出導(dǎo)航通過患者的所描繪的血管的心臟血管部分時的介入儀器或工具。任選地，所述圖像處理工具5可以進一步配備用于確定位于所述感興趣區(qū)域內(nèi)的靶標結(jié)構(gòu)或病灶的輪廓的分割工具(未示出)。集成在所述圖像處理工具5中的可視化工具恥可以用于在受到所述2D/3D配準之后生成并顯示DRR和2D圖像的融合圖像。圖5還示出由圖像采集設(shè)備1生成并經(jīng)由所述輸入接口 6而供給至成像系統(tǒng)2的圖像數(shù)據(jù)可以經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出接口 DATA_0UT而暫時地或持續(xù)地存儲在外部存儲單元12的圖像數(shù)據(jù)檔案中。為了進行可視化，能夠?qū)⑺鎯Φ膱D像數(shù)據(jù)經(jīng)由在圖5中被稱為“DATA_IN” 的數(shù)據(jù)輸入接口而載入到成像系統(tǒng)2的本地臨時存儲設(shè)備(未示出)中，從而使用標準化的數(shù)據(jù)格式(諸如DICOM格式)。對于回顧性ECG或呼吸門控，心電圖描記器9和呼吸帶10連接至前述的圖像處理系統(tǒng)5的接口終端。作為可替代的方案，能夠由除了呼吸帶以外的其他裝置跟蹤并記錄呼吸運動，諸如通過在透視下跟蹤膈肌或氣管、通過利用相機跟蹤胸部等。類似地，能夠想象其他裝置以記錄心動相位(有時心臟輪廓在透視下可見，或者能夠使用導(dǎo)管移動)。根據(jù)本發(fā)明，圖像處理系統(tǒng)適于提供觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號用于從2D實況圖像序列中選擇那些與每次跟蹤的某個心動相位和/或呼吸相位對應(yīng)的圖像，所述2D實況圖像序列是手術(shù)中采集的用于在介入設(shè)備移動通過患者的分叉的冠狀動脈血管時跟蹤介入設(shè)備的導(dǎo)航運動的， 其中，所述觸發(fā)信號是從在微創(chuàng)介入過程期間并行記錄的患者的ECG或呼吸圖中導(dǎo)出的。例如，選擇在所記錄的心電圖中發(fā)生檢測到的R波(通常是在舒張期的期間的情況)時采集的那些透視圖。根據(jù)上述實施例的可替代方案，使用兩個獨立運行的圖像采集系統(tǒng)。在介入過程期間，采用第一圖像采集系統(tǒng)來生成感興趣的解剖結(jié)構(gòu)區(qū)域的實時的2D透視圖像。任選地，由于該模態(tài)不允許諸如心肌的復(fù)雜軟組織解剖結(jié)構(gòu)的清晰的可視化的事實，因此可以應(yīng)用第二圖像采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)從借助于CT、3DRA、MRI或其他技術(shù)在手術(shù)前采集的3D體素數(shù)據(jù)集生成患者的心血管解剖結(jié)構(gòu)的重建的3D圖。在介入過程期間，諸如心血管導(dǎo)管的介入儀器在通過冠狀靜脈樹的分叉的心臟靜脈的特定血管部分的感興趣區(qū)域中導(dǎo)航(在起搏器導(dǎo)聯(lián)放置的情況下)，或者沿朝向左心房的方向?qū)Ш?在AF過程的情況下)，然而，其他過程可能要求將該介入儀器或其他類型的介入儀器朝向其他感興趣區(qū)域?qū)Ш?。本發(fā)明從而實現(xiàn)了隨著時間分割出并記錄介入儀器的軌跡。并行地，系統(tǒng)用于觸發(fā)呼吸和心臟運動。這能夠由專用設(shè)備來完成，諸如由用于心臟觸發(fā)的ECG設(shè)備、用于呼吸觸發(fā)的呼吸帶完成，或借助于用于心臟觸發(fā)和呼吸觸發(fā)這兩者的冠狀靜脈竇(CS)導(dǎo)管。上面已提到對其的可替代方案。從而，將相應(yīng)的相位信息與所應(yīng)用的介入儀器的記錄的軌跡結(jié)合。所提出的系統(tǒng)實時地顯示與當(dāng)前的呼吸和心動相位對應(yīng)的這樣的軌跡的疊加。該附加信息用于對2D患者的心臟解剖結(jié)構(gòu)進行成像并動態(tài)地更新，因而產(chǎn)生該導(dǎo)航運動的解剖結(jié)構(gòu)豐富的效果，該效果幫助臨床醫(yī)生在執(zhí)行心臟介入過程時對感興趣解剖結(jié)構(gòu)區(qū)域進行可視化。從而可以移動該介入儀器，以便探討冠狀竇靜脈解剖結(jié)構(gòu)，并且，以便豐富動態(tài)重建的虛擬2D解剖結(jié)構(gòu)。此后，可以任選地將手術(shù)前重建的3D圖或內(nèi)窺鏡圖像與顯示介入儀器的導(dǎo)航運動的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的圖像數(shù)據(jù)配準并融合，并且， 可以進一步實現(xiàn)對所述虛擬解剖結(jié)構(gòu)進行涂色，以將其與手術(shù)中采集的2D實況圖像中所描繪的解剖結(jié)構(gòu)和介入儀器區(qū)分。本發(fā)明的應(yīng)用本發(fā)明能夠有利地應(yīng)用于微創(chuàng)圖像引導(dǎo)介入的范圍中，其有利于減少待介入處置的患者在射線照相的圖像采集會話期間所曝露的X輻射劑量，例如本發(fā)明能夠有利地應(yīng)用于X射線引導(dǎo)的射頻消融或起搏器放置過程的范圍中。所提出的系統(tǒng)和方法尤其旨在應(yīng)用于醫(yī)療工作站或控制臺，特別是應(yīng)用于諸如Wiilips的EP導(dǎo)航器的那些致力于電生理過程的醫(yī)療工作站或控制臺。雖然在附圖和前述的描述中已詳細地圖解說明并描述本發(fā)明，但這樣的圖解說明和描述被認為是圖解說明性或示范性且非限制性的，這意味著本發(fā)明不限于所公開的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求的研究在實踐所主張的發(fā)明中能夠理解并實現(xiàn)對所公開的實施例的其他變化。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。單個處理器或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中所列舉的若干項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉某些措施的這一事實不指示這些措施的組合是不利的。計算機程序可以存儲/分布在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)上，例如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的一部分提供的光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或者其他有線或無線通信系統(tǒng)。此外，權(quán)利要求中的任何參考標記都不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種圖像采集方法，其用于通過從相同的投影角度和物距在手術(shù)中采集并記錄 (S5a)2D實況圖像序列而在介入儀器導(dǎo)航通過患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)時跟蹤介入儀器的導(dǎo)航運動，所述圖像示出這樣的導(dǎo)航運動的不同階段期間的所述介入儀器， 所述方法包括步驟-在2D透視圖的所述采集和記錄期間，針對每次跟蹤而記錄(S5b)所述患者的心動周期和/或呼吸周期的特定相位，-借助于心動和/或呼吸門控，選擇(S6)與所述患者的心動周期和/或呼吸周期的可預(yù)定義的特定相位對應(yīng)的那些圖像集，以及在執(zhí)行所述選擇步驟并進一步對所述介入儀器進行導(dǎo)航時，-通過對所述介入儀器的2D位置的覆蓋子集進行融合而生成(S7)所述患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的虛擬2D重建，所述2D位置是直到所述生成步驟前已經(jīng)被選擇的那些2D位置，其中，所述2D重建是動態(tài)上豐富的，其具有所述介入儀器的每個新采集并選擇的2D位置，因而產(chǎn)生所述介入儀器的不同導(dǎo)航運動階段的疊加的2D視圖，以及-通過將新選擇的2D實況圖像覆蓋并融合至重建的解剖結(jié)構(gòu)的當(dāng)前版本而在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示(S8) 二維重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的版本。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像采集方法，其在射頻消融和用于心臟再同步治療的起搏器放置過程的范圍中執(zhí)行，在所述心臟再同步治療期間，將起搏器導(dǎo)聯(lián)放置在冠狀靜脈中。
3.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的圖像采集方法，包括步驟-執(zhí)行用于手術(shù)前采集并記錄(Si) 3D體素數(shù)據(jù)集的基于CT、MR或C型臂的3DRA圖像采集會話，需要所述3D體素數(shù)據(jù)集來重建(S》待介入處置的所述患者的心臟和/或心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的所述患者的冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型。-將手術(shù)前記錄的3D體素數(shù)據(jù)與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合的圖像數(shù)據(jù)進行配準并融合(S9)，以及-在所述監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示(SlO)所獲得的配準并融合的圖像。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像采集方法，其中，重建(S》所述冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的所述3D模型的步驟包括計算(S3a)具有最小的透視收縮和最小的血管重疊的最優(yōu)視角并且在所述監(jiān)視器屏幕或顯示器上示出的窗口中顯示(S3b)所述最優(yōu)視角的最優(yōu)觀察圖的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像采集方法，其中，重建(S》所述冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的所述3D模型的步驟包括執(zhí)行對感興趣的靶標結(jié)構(gòu)或病灶的3D分割(S4a)并且使不包括在所述靶標結(jié)構(gòu)或病灶的分割輪廓內(nèi)的圖像區(qū)域淡出(S4b)的步驟。
6.一種圖像處理系統(tǒng)，其在耦合至圖像采集系統(tǒng)的工作站上運行，所述圖像采集系統(tǒng)適于執(zhí)行圖像采集方法，所述圖像采集方法用于通過從相同的投影角度和物距在手術(shù)中采集并記錄2D實況圖像序列而在介入儀器導(dǎo)航通過患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)時跟蹤所述介入儀器的導(dǎo)航運動，所述圖像示出這樣的導(dǎo)航運動的不同階段期間的所述介入儀器，其中，所述圖像處理系統(tǒng)(5)被編程用于-在2D透視圖的采集和記錄期間，針對每次跟蹤而記錄所述患者的心動周期和/或呼吸周期的特定相位，-借助于心動和/或呼吸門控，選擇與所述患者的心動周期和/或呼吸周期的可預(yù)定義的特定相位對應(yīng)的那些圖像的集合，以及在執(zhí)行所述選擇步驟并進一步對所述介入儀器進行導(dǎo)航時，-通過對所述介入儀器的2D位置的覆蓋子集進行融合而生成所述患者的心血管系統(tǒng)和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的虛擬2D重建，所述2D位置是直到所述生成步驟前已經(jīng)被選擇的那些2D位置，其中，所述2D重建是動態(tài)上豐富的，其具有所述介入儀器的每個新采集并選擇的2D位置，因而產(chǎn)生所述介入儀器的不同導(dǎo)航運動階段的疊加的2D視圖，以及-通過將新選擇的2D實況圖像覆蓋并融合至重建的解剖結(jié)構(gòu)的當(dāng)前版本而在監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示二維重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)更新的版本。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像處理系統(tǒng)，配備有-2D/3D配準及融合工具( )，其適于對手術(shù)前采集并記錄的3D體素數(shù)據(jù)集與動態(tài)上豐富的二維重建的2D解剖結(jié)構(gòu)的融合圖像數(shù)據(jù)進行配準并融合，所述3D體素數(shù)據(jù)集用于重建待介入處置的所述患者的心臟和/或心血管系統(tǒng)的感興趣區(qū)域中的所述患者的冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的3D模型，以及-可視化工具( )，其用于在所述監(jiān)視器屏幕或顯示器上顯示所獲得的配準并融合的圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的圖像處理系統(tǒng)，其用于執(zhí)行重建所述冠狀血管和/或心腔解剖結(jié)構(gòu)的所述3D模型的步驟，所述步驟配置為計算具有最小的透視收縮和最小的血管重疊的最優(yōu)視角并且在所述監(jiān)視器屏幕或顯示器上示出的窗口中顯示所述最優(yōu)視角的最優(yōu)觀察圖。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像處理系統(tǒng)，還適于執(zhí)行對感興趣的靶標結(jié)構(gòu)或病灶的3D分割并且使不包括在所述靶標結(jié)構(gòu)或病灶的分割輪廓內(nèi)的圖像區(qū)域淡出。
10.一種工作站或控制臺，其利用實施如權(quán)利要求6至9中的任一項所述的圖像處理系統(tǒng)的軟件對所述工作站或控制臺進行編程。
11.一種計算機軟件產(chǎn)品，其配置為當(dāng)在如權(quán)利要求10所述的工作站或控制臺上運行時執(zhí)行如權(quán)利要求ι至5中的任一項所述的圖像采集方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及心臟電生理(EP)的領(lǐng)域，并且，更具體地，涉及圖像引導(dǎo)的射頻消融和起搏器放置過程。對于那些過程，提出顯示從相同的投影角度在手術(shù)中獲得的介入工具的覆蓋的2D導(dǎo)航運動，從而在介入工具導(dǎo)航通過患者的分叉的冠狀血管或心腔解剖結(jié)構(gòu)以便將例如心血管導(dǎo)管引導(dǎo)至患者的冠狀靜脈樹的心臟血管部分中的靶標結(jié)構(gòu)或病灶處或者引導(dǎo)至心肌內(nèi)的感興趣區(qū)域時，在圖像引導(dǎo)介入過程期間跟蹤介入工具的導(dǎo)航運動。以這樣的方式，在移動介入儀器時，獲得患者解剖結(jié)構(gòu)的動態(tài)上豐富的2D重建。通過應(yīng)用心臟和/或呼吸門控技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在患者的心動周期和/或呼吸周期的相同相位期間采集2D實況圖像。與基于通過兩個截然不同的成像模態(tài)而獨立采集的圖像數(shù)據(jù)的配準和融合的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比，二維重建解剖結(jié)構(gòu)的精度顯著地提高。
文檔編號A61B5/0456GK102196768SQ200980141890
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者C·A·M·皮卡爾, N·F·維蘭, N·P·B·戈金 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司