BR112014015673B1

BR112014015673B1 - sistema de intervenção; estação de trabalho de intervenção

Info

Publication number: BR112014015673B1
Application number: BR112014015673-5A
Authority: BR
Inventors: Ameet Kumar Jain; Vijay Parthasarathy
Original assignee: Koninklijke Philips N.V
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2021-02-02
Also published as: WO2013098768A3; US10404976B2; BR112014015673A8; RU2619990C2; CN104010587B; RU2014131073A; US20140375822A1; JP2015503390A; BR112014015673A2; CN104010587A; WO2013098768A2; JP6073369B2; EP2797543A2

Abstract

SISTEMA DE INTERVENÇÃO; ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO. Um sistema de intervenção que emprega um instrumento de intervenção (20) com um ponto de rastreamento, e um sistema de geração de imagens (30) operável para a geração de pelo menos uma imagem de pelo menos uma porção do instrumento de intervenção (20) em relação a uma região anatômica de um corpo. O sistema emprega ainda um sistema de rastreamento (40) operável para o rastreamento de quaisquer movimentos do instrumento de intervenção (20) e do sistema de geração de imagens (30) dentro de uma estrutura de referência espacial em relação à região anatômica do corpo, em que o sistema de rastreamento (40) é calibrado para o instrumento de intervenção (20) e o sistema de geração de imagens (30), e um monitor da qualidade de rastreamento (52) operável para o monitoramento da qualidade de rastreamento dos sistemas de rastreamento (40) em função de um erro de localização calibrado para cada imagem entre um local de rastreamento calibrado do ponto de rastreamento dentro da estrutura de referência espacial e um local de coordenada de imagem do ponto de rastreamento na imagem.

Description

[001] A presente invenção se refere genericamente a procedimentos de intervenção para o diagnóstico e/ou tratamento de um corpo humano ou animal que pode envolver fazer um corte ou um orifício para ter acesso ao interior do corpo, ou ter acesso a uma cavidade do corpo sem cortar o corpo, ou administrar radiação eletromagnética (por exemplo, raios X, laser, raios gama e raios ultravioletas) ao corpo. A presente invenção se refere especificamente a um monitoramento da qualidade intra- operatória de uma calibração de um sistema de rastreamento para um instrumento de intervenção durante o procedimento de intervenção.

[002] A FIG. 1 ilustra um sistema de intervenção conhecido que emprega um ou mais instrumentos de intervenção 20, um ou mais sistemas de geração de imagens 30, um sistema de rastreamento 40, e uma estação de trabalho 50.

[003] Cada instrumento de intervenção 20 pode ser qualquer tipo de instrumento, ferramenta, dispositivo, etc. configurado estruturalmente para realizar uma ação específica durante um procedimento de intervenção. Exemplos de uma ferramenta de intervenção 20 incluem, entre outros, endoscópios, cateteres e sondas de ultrassom (“US”).

[004] Cada sistema de geração de imagens 30 pode ser qualquer tipo de sistema configurado estruturalmente para gerar imagens de uma região anatômica de um corpo durante um procedimento de intervenção. Exemplos de um sistema de geração de imagens 30 incluem, entre outros, sistemas de raios X e sistemas de US.

[005] O sistema de rastreamento 40 pode ser qualquer tipo de sistema configurado estruturalmente para o rastreamento de movimentos do instrumento de intervenção 20, dentro de uma estrutura de referência espacial durante o procedimento de intervenção. Exemplos de sistema de rastreamento 40 incluem, entre outros, sistemas de rastreamento eletromagnético (“EM”) e sistemas de rastreamento óptico.

[006] Uma estação de trabalho 50 pode consistir em qualquer tipo de equipamento montado configurado estruturalmente para o processamento dos dados de imagem 31 do sistema de geração de imagens 30 e dos dados de rastreamento 41 do sistema de rastreamento 40 para a visualização das posições dos instrumentos de intervenção 20 dentro de uma estrutura de referência espacial em relação às imagens registradas da região anatômica do corpo durante o procedimento de intervenção. Exemplos de estação de trabalho 50 incluem, entre outros, um computador com (1) um aplicativo do navegador de intervenção 51 para o processamento dos dados de imagem 31 e dos dados de rastreamento 41 para a visualização das posições dos instrumentos de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial em relação às imagens registradas da região anatômica do corpo, e (2) uma interface gráfica de usuário (“IGU” - não mostrada) para a interação com o aplicativo do navegador de intervenção 51.

[007] De particular importância para qualquer procedimento de intervenção é uma calibração do sistema de rastreamento 40. Por exemplo, um sistema de rastreamento EM emprega tipicamente uma ou mais fontes de campo magnético para a definição da estrutura de referência espacial, e um ou mais sensores magnéticos para a medição dos campos produzidos pelas fontes de campo magnético pelo qual as medições são utilizadas para determinar a posição do instrumento de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial. Esta técnica tem base no conhecimento prévio preciso das posições relativas das fontes e das formas espaciais de seus campos magnéticos, e das posições relativas e da sensibilidade dos sensores magnéticos. Uma vez que não é possível fabricar fontes magnéticas e sensores magnéticos com as características ideais, os cálculos puramente teóricos das ditas características são susceptíveis de serem errados e, portanto, devem ser determinados a partir de medições de calibração antes ou durante o procedimento de intervenção. A calibração do sistema de rastreamento EM garante um registro preciso das imagens geradas pelo sistema de geração de imagens 30 (por exemplo, um sistema de geração de imagens de raios X e/ou um sistema de geração de imagens de US).

[008] No entanto, o registro das imagens geradas pelo sistema de geração de imagens 30 pode, contudo, se tornar errôneo durante o procedimento de intervenção devido a uma variedade de razões que incluem, entre outros, erros de calibração, fontes/sensores magnéticos inoperáveis ou com defeito, distorção ou interferência eletromagnética, movimento da mesa de paciente e/ou flexão da mesa de paciente. Para resolver este potencial problema de calibração, a presente invenção provê um monitor da qualidade de rastreamento 52 para a estação de trabalho 50, como mostrado na FIG. 2, para o monitoramento da qualidade de rastreamento do sistema de rastreamento calibrado 40. Especificamente, o monitor da qualidade de rastreamento 52 implementa métodos para a determinação dos erros de localização do instrumento de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial definida pelo sistema de rastreamento 40 e para a provisão de alertas e/ou correções dos ditos erros de localização.

[009] Uma forma da presente invenção é um sistema de intervenção que emprega um instrumento de intervenção com um ponto de rastreamento, um sistema de geração de imagens, um sistema de rastreamento e um monitor da qualidade de rastreamento. Em operação, o sistema de geração de imagens operável gera uma ou mais imagens de uma porção ou da totalidade do instrumento de intervenção em relação a uma região anatômica de um corpo. O sistema de rastreamento rastreia quaisquer movimentos do instrumento de intervenção e do sistema de geração de imagens dentro de uma estrutura de referência espacial em relação à região anatômica do corpo, em que o sistema de rastreamento é calibrado para o instrumento de intervenção e o sistema de geração de imagens. O monitor da qualidade de rastreamento monitora a qualidade de rastreamento dos sistemas de rastreamento em função de um erro de localização calibrado para cada imagem entre um local de rastreamento calibrado do ponto de rastreamento dentro da estrutura de referência espacial e um local de coordenada de imagem do ponto de rastreamento na imagem.

[010] Uma segunda forma da presente invenção é uma estação de trabalho de intervenção que emprega um navegador de intervenção e um monitor da qualidade de rastreamento. Em operação, o navegador de intervenção visualiza as posições de um instrumento de intervenção dentro de uma estrutura de referência espacial em relação a uma ou mais imagens registradas de uma região anatômica de um corpo durante um procedimento de intervenção. O monitor da qualidade de rastreamento monitora a qualidade de rastreamento das imagens registradas em função de um erro de localização calibrado para cada imagem registrada entre um local de rastreamento calibrado do ponto de rastreamento dentro da estrutura de referência espacial e um local de coordenada de imagem do ponto de rastreamento na imagem registrada.

[011] Uma terceira forma da presente invenção é um método de intervenção que envolve uma navegação de um instrumento de intervenção em relação a uma região anatômica de um corpo, tendo o instrumento de intervenção um ponto de rastreamento, uma operação de um sistema de geração de imagens para a geração de pelo menos uma imagem de pelo menos uma porção da ferramenta de intervenção em relação a uma região anatômica de um corpo, uma operação do sistema de rastreamento para o rastreamento de quaisquer movimentos do instrumento de intervenção e do sistema de geração de imagens dentro de uma estrutura de referência espacial em relação à região anatômica do corpo, em que o sistema de rastreamento é calibrado para o instrumento de intervenção e o sistema de geração de imagens, e o monitoramento da qualidade de rastreamento dos sistemas de rastreamento em função de um erro de localização calibrado para cada imagem entre um local de rastreamento calibrado do ponto de rastreamento dentro da estrutura de referência espacial e um local de coordenada de imagem do ponto de monitoramento na imagem.

[012] As formas anteriores e outras formas da presente invenção, bem como as diversas características e vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição detalhada a seguir das várias realizações da presente invenção em conjunção com os desenhos em anexo. A descrição detalhada e os desenhos são meramente ilustrativos da presente invenção, em vez de limitadores, sendo o âmbito da presente invenção definido pelas reivindicações em anexo e seus equivalentes.

[013] A FIG. 1 ilustra uma realização exemplar de um sistema de intervenção como conhecido na técnica.

[014] A FIG. 2 ilustra uma realização exemplar de um sistema de intervenção de acordo com a presente invenção.

[015] A FIG. 3 ilustra um fluxograma representativo de uma realização exemplar de um método de monitoramento da qualidade de rastreamento de acordo com a presente invenção.

[016] A FIG. 4 ilustra uma primeira implementação de intervenção exemplar do fluxograma mostrado na FIG. 3.

[017] A FIG. 5 ilustra um monitoramento da qualidade de rastreamento da implementação de intervenção mostrada na FIG. 4.

[018] A FIG. 6 ilustra uma segunda implementação de intervenção exemplar do fluxograma mostrado na FIG. 3.

[019] As FIGS. 7 e 8 ilustram um monitoramento da qualidade de rastreamento exemplar da implementação de intervenção mostrada na FIG. 6.

[020] A FIG. 9 ilustra uma terceira implementação de intervenção exemplar do fluxograma mostrado na FIG. 3.

[021] A FIG. 10 ilustra um monitoramento da qualidade de rastreamento da implementação de intervenção mostrada na FIG. 9.

[022] Como afirmado aqui anteriormente, o monitor da qualidade de rastreamento 52, como mostrado na FIG. 2, implementa métodos para a determinação dos erros de localização do instrumento de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial definida pelo sistema de rastreamento 40 e para a provisão de alertas e/ou correções dos ditos erros de localização. Para este fim, o monitor da qualidade de rastreamento 52 executa o fluxograma 60 mostrado na FIG. 3 que é representativo dos métodos de monitoramento da qualidade de rastreamento da presente invenção.

[023] Em geral, uma fase S61 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 na aquisição de uma imagem de uma porção ou de todo um instrumento de intervenção 20 em relação à região anatômica do corpo do indivíduo (por exemplo, uma imagem de raios X de uma sonda de US que varre a região anatômica do corpo, e uma imagem de US da região anatômica do corpo).

[024] A fase S62 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que identifica um local de rastreamento calibrado de um ponto de rastreamento da ferramenta de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial como rastreado pelo sistema de rastreamento 40 (por exemplo, uma localização de rastreamento calibrado de uma ponta de um cateter ou uma cabeça de uma sonda de US dentro da estrutura de referência espacial).

[025] A fase S63 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que identifica uma localização da coordenada de imagem de um ponto de rastreamento da ferramenta de intervenção 20 dentro da imagem adquirida (por exemplo, a localização da coordenada de imagem de uma ponta de um cateter ou uma cabeça de uma sonda de US dentro da imagem adquirida). Em uma realização, a localização da coordenada de imagem identificada do instrumento de intervenção 20 é derivada de técnicas de segmentação da imagem conhecidas.

[026] A fase S64 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula um erro de localização calibrado do ponto de rastreamento do instrumento de intervenção 20 entre a localização de rastreamento calibrado do instrumento de intervenção 20 dentro da estrutura de referência espacial e a localização da coordenada de imagem do ponto de rastreamento do instrumento de intervenção 20 na imagem adquirida. Em uma realização, o erro de localização calibrado do instrumento de intervenção 20 é um diferencial espacial em uma ou mais dimensões da estrutura de referência espacial entre a localização de rastreamento calibrado do ponto de rastreamento do instrumento de intervenção 20 dentro da estrutura de referencial espacial e a localização da coordenada de imagem do ponto de rastreamento do instrumento de intervenção 20 dentro da imagem adquirida.

[027] A fase S65 do fluxograma 60 abrande o monitor da qualidade de rastreamento 52 que determina se o erro de localização calibrado do instrumento de intervenção 20 representa um erro de rastreamento de calibração do instrumento de intervenção 20. Em uma realização, o monitor da qualidade de rastreamento determina o erro de localização de calibragem do instrumento de intervenção 20 que representa um erro de rastreamento de calibração do instrumento de intervenção 20 responsivo ao erro de localização de calibração que iguala e/ou excede um limite de erro de calibração.

[028] Caso monitor da qualidade de rastreamento 52 que determine o erro de localização calibrado do instrumento de intervenção 20 não representa um erro de rastreamento de calibração do instrumento de intervenção 20, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 retorna à fase S61 para a aquisição de qualquer imagem posterior do instrumento de intervenção 20 em relação à região anatômica do corpo do indivíduo.

[029] Caso o monitor da qualidade de rastreamento 52 determine que o erro de localização calibrado do instrumento de intervenção 20 representa uma calibração de erro do instrumento de intervenção 20, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 prossegue para uma fase S66 do fluxograma 60 para prover um alerta do erro de rastreamento calibrado e/ou para corrigir o erro de rastreamento calibrado. Na prática, qualquer alerta do erro de rastreamento calibrado pode ser um alerta visual e/ou sonoro, e pode ocorrer após a detecção de vários erros de rastreamento de calibração. Além disso, qualquer correção do erro de rastreamento calibrado pode ser automático ou semi-automático, e pode ocorrer após a detecção de vários erros de rastreamento de calibração.

[030] Após a conclusão da fase S66, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode retornar à fase S61 para a aquisição de qualquer imagem posterior do instrumento de intervenção 20 em relação à região anatômica do corpo do indivíduo, ou terminar o fluxograma 60.

[031] Na prática, monitor da qualidade de rastreamento 52 pode ser utilizado para qualquer tipo de procedimento de intervenção como uma medição de qualidade de uma calibração do sistema de rastreamento 40. No entanto, para facilitar a compreensão dos métodos de monitoramento da qualidade de rastreamento da presente invenção, uma execução do fluxograma 60 pelo monitor da qualidade de rastreamento 52 vai ser descrita agora no contexto de (1) uma fusão de raios X/ultrassom em um procedimento de intervenção cardíaca, (2) um procedimento de intervenção cardíaca guiada por ultrassom e (3) uma calibração de raios X/eletromagnética por um procedimento de intervenção cardíaca.

[032] Fusão de Raios X/Ultrassom em um Procedimento de Intervenção Cardíaca. As técnicas de visualização cardíaca melhorada para intervenções cardíacas avançadas sob a orientação de raios X são constantemente investigadas. Um exemplo para a visualização de tecidos moles melhorada foi a fusão da geração de imagens de US bidimensionais (“2D”) / tridimensionais (“3D”) ao vivo no fluxo de geração de imagens de raios X de streaming com a utilização do rastreamento EM. Por exemplo, a FIG. 4 ilustra um procedimento de intervenção que envolve o registro de uma sonda de US 21 (por exemplo, uma sonda trans-esofágica) e um gerador de imagens de raios X 32. Um sensor EM 42 é fixado à sonda de US 21 e pré-calibrado para a imagem de US 2D/3D, e um sensor EM 43 é fixado a uma mesa de paciente e pré- calibrado para o gerador de imagens de raios X 32 pelo qual um fluxo em tempo real de imagens de raios X é registrado permanentemente para as imagens de US. Uma fonte EM 44 é operada para fins de rastreamento dos sensores EM 42 e 43 dentro de uma estrutura de referência espacial definida pela fonte EM 44. O desafio é que o registro de US / raios X pode se tornar errôneo devido a uma variedade de razões, o que resultaria em uma diminuição na precisão e na confiabilidade do processo de intervenção.

[033] Para resolver o potencial registro de US / raios X errôneo, o monitor da qualidade de rastreamento 52 (FIG. 2) é executado continuamente em segundo plano e monitora a saúde do registro uma vez que o procedimento prossegue regularmente. Geralmente, cada vez que uma imagem de raios X é fotografada por um clínico como parte do protocolo clínico regular, o monitor da qualidade de rastreamento 52 identifica uma localização da coordenada de imagem de uma cabeça da sonda de US 21 na imagem de raios X, e compara a localização da coordenada de imagem da cabeça de sonda de US 21 com uma localização de rastreamento de calibração esperada da ponta da sonda de US 21 na imagem de raios X através do registro de US / raios X atual. O monitor da qualidade de rastreamento 52 calcula continuamente qualquer erro de localização calibrado da cabeça de sonda de US 21, faz um registro dos erros de localização calibrados, e alerta o clínico caso um desvio de erro significativo seja detectado nos erros de localização de calibração (ou seja, um erro de localização de calibração iguala e/ou excede um limite de erro de calibração).

[034] No contexto do fluxograma 30 (FIG. 3), a fase S61 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que adquire e armazena cada imagem de raios X da região cardíaca do paciente. Alternativamente, o monitor da qualidade de rastreamento 52 adquire e armazena cada na imagem de raios X feita da região cardíaca do paciente, em que n > 2.

[035] Após a aquisição e o armazenamento de uma imagem de raios X, a fase S62 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização de rastreamento calibrado da cabeça de sonda de US 21 na imagem de raios X com a utilização da matriz de registro de US / raios X conhecida, e a fase S63 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização da coordenada de imagem da cabeça de sonda de US 21 na imagem de raios X com a utilização de algoritmos de segmentação conhecidos para segmentar a cabeça da sonda de US 21 ou para extrair um valor aproximado de 6 (seis) graus de liberdade (“DOF”) no interior da sonda de US 21. Por exemplo, a FIG. 5A mostra uma localização de rastreamento calibrado 34a e uma localização da coordenada de imagem 35 da cabeça da sonda de US 21 na imagem de raios X 33a, e a FIG. 5B mostra uma localização de rastreamento calibrado 34b e uma localização da coordenada de imagem 35 da cabeça da sonda de US 21 na imagem de raios X 33b. Por favor, note as posições restantes das imagens de raios X 33 são omitidas para clareza das localizações 34 e 35.

[036] A fase S64 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que compara a localização de rastreamento calibrado da cabeça da sonda de US 21 na imagem de raios X com a localização da coordenada de imagem da cabeça da sonda de US 21 na imagem de raios X para determinar e registrar um rastreamento de calibração entre as 2 (duas) localizações. A comparação indica um registro de imagem de US / raios X aceitável durante uma fase S65 do fluxograma 60 caso o rastreamento de calibração seja inferior ou igual a um limite de erro de calibração máximo permitido que circunda a localização da coordenada de imagem. Por exemplo, a FIG. 5A mostra a localização de rastreamento calibrado 34a que iguala a localização da coordenada de imagem 35 dentro de um limite de rastreamento de calibração 36 e, assim, um registro de imagem de US / raios X aceitável foi determinado pelo monitor da qualidade de rastreamento 52. Caso a comparação indique um registro de imagem de US / raios X aceitável, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 retorna à fase S61 para adquirir e armazenar outra imagem de raios X.

[037] Por outro lado, a comparação indica um registro de imagem de US / raios X aceitável durante a fase S65 do fluxograma 60 caso o rastreamento de calibração exceda o limite de rastreamento de calibração máximo permitido que circunda a localização da coordenada de imagem. Por exemplo, a FIG. 5B mostra a localização de rastreamento calibrado 34b que está fora de um limite de rastreamento de calibração 36 e, assim, um registro de imagem de US / raios X inaceitável foi determinado pelo monitor da qualidade de rastreamento 52. Caso a comparação indique um registro de imagem de US / raios X inaceitável, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 prossegue a uma fase S66 do fluxograma 60 para prover um alerta de rastreamento e/ou implementar uma correção com o registro de imagem de US / raios X, como necessário.

[038] Para o alerta de rastreamento, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode alertar um clínico para rever o registro de erros de rastreamento de calibração para determinar se deve ou não prosseguir com o procedimento de intervenção e/ou solicitar uma correção do registro inaceitável.

[039] Para uma correção de registro automático ou semi-automático, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode otimizar a matriz de registro adequada para ser compensada corretamente. Essa otimização deve ser realizada ao longo de várias imagens de raios X para os resultados estáveis, e vai precisar de imagens de raios X a partir de dois ângulos diferentes. Mais particularmente, caso várias imagens de raios X sejam obtidas como e quando elas forem capturadas, então todas as imagens de raios X podem ser usadas em conjunto para fazer uma estimativa estatisticamente forte. Observe também que essas imagens de raios X podem ser capturadas como parte do fluxo de trabalho clínico regular, ou capturadas intencionalmente para fins de correção.

[040] Pode ser observado que, devido à natureza da geometria projetiva, a incerteza de um erro de rastreamento de calibração na direção de profundidade de uma imagem de raios X em particular será muito maior do que a direção paralela à imagem de raios X. No entanto, o processamento de uma segunda imagem de raios X oblíqua pode resolver esse problema.

[041] Além disso, as informações de erro acumuladas podem ser usadas para quebrar o erro em um primeiro erro devido às mudanças no registro e em um segundo erro devido a eventos aleatórios (por exemplo, erros de distorção EM e de rastreamento do braço em C).

[042] Orientação de Ultrassom em um Procedimento de Intervenção Cardíaca. Outro exemplo para a visualização de tecidos moles melhorada foi a fusão de US 2D/3D EUA em raios X de streaming com um cateter rastreado com a utilização do rastreamento EM. Por exemplo, a FIG. 6 ilustra um processo de intervenção da FIG. 4 com a adição de um cateter rastreado 22. Novamente, o desafio é que o registro de US / raios X pode se tornar errôneo devido a uma variedade de razões, o que resultaria em uma diminuição na precisão e na confiabilidade do processo de intervenção.

[043] Para resolver o potencial registro de US / raios X errôneo, o monitor da qualidade de rastreamento 52 (FIG. 2) é executado continuamente em segundo plano e atualiza os erros de rastreamento EM dentro do coração que bate. Geralmente, monitor da qualidade de rastreamento 52 utiliza uma segmentação ao vivo da ponta do cateter 22 como é conhecido na técnica, e a posição rastreada EM correspondente da ponta do cateter 22. Uma vez que um número suficiente dos ditos pontos de dados é coletado, o monitor da qualidade de rastreamento 52 executa um algoritmo para determinar a distribuição de erro mais provável a se ajustar a esses dados. Este mapa de erros ao vivo dentro do coração pode ser exibido para o clínico. Além disso, o mapa pode ser utilizado para notificar automaticamente o clínico quando o erro sai do limite. Isso aumentará significativamente a confiança e a precisão do sistema.

[044] No contexto do fluxograma 60 (FIG. 3), a fase S61 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que adquire e armazena cada imagem de US da região cardíaca do paciente. Alternativamente, o monitor da qualidade de rastreamento 52 adquire e armazena cada na imagem de US feita da região cardíaca do paciente, em que n > 2.

[045] Após a aquisição e o armazenamento de uma imagem de US, a fase S62 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização de rastreamento calibrado de uma ponta de cateter 22 na imagem de US com a utilização da matriz de registro de US / raios X conhecida, e a fase S63 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização da coordenada de imagem da ponta do cateter 22 na imagem de US com a utilização de algoritmos de segmentação conhecidos para segmentar a ponta do cateter 22. Por exemplo, a FIG. 7 mostra uma localização de rastreamento calibrado do cateter 32 representado pela linha branca tracejada na imagem de US 37, e uma localização da coordenada de imagem 35 do cateter 22 representada pela linha branca contínua na imagem de US 37.

[046] Na prática, nem todas as imagens de US serão de qualidade suficiente para permitir a segmentação. Normalmente, as imagens de US fluem em 30 volumes/segundo. Assim, uma boa segmentação pode ser conseguida a cada 10-1000 volumes das imagens de US.

[047] A fase S64 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que compara a localização de rastreamento calibrado da ponta do cateter 22 na imagem de US com a localização da coordenada de imagem da ponta do cateter 22 na imagem de US para determinar e registrar um rastreamento de calibração entre as 2 (duas) localizações.

[048] Em uma realização de base da fase S64, a comparação indica um registro aceitável durante uma fase S65 do fluxograma 60 caso o erro de localização de calibração seja inferior ou igual a um limite de rastreamento de calibração máximo permitido que circunda a localização da coordenada de imagem. Caso a comparação indique um registro aceitável, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 retorna à fase S61 do fluxograma 60 para adquirir e armazenar outra imagem de US.

[049] Por outro lado, a comparação indica um registro inaceitável durante a fase S65 do fluxograma 60 caso o erro de localização de calibração exceda o limite de rastreamento de calibração máximo permitido que circunda a localização da coordenada de imagem. Caso a comparação indique um registro inaceitável, então o monitor da qualidade de rastreamento 52 procede a uma fase S66 do fluxograma 60 para prover um alerta de rastreamento e/ou implementar uma correção do registro, como necessário.

[050] Devido às incertezas na segmentação de US, a realização de base da fase S64 pode não prover uma boa estimativa do erro de rastreamento EM na localização. Além disso, os erros no rastreamento EM do cateter 22 serão misturados aos erros de calibração US-EM. Assim, uma realização de mapeamento de fase S64 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que coleta vários conjuntos de dados de erro para fazer um mapa estatisticamente relevante. Especificamente, para todos os volumes capturados e relevantes, a posição EM, a posição segmentada, e os valores de confiança de segmentação são alimentados a um algoritmo conhecido. O algoritmo executa um método de otimização estatística para computar um mapa 3D da distribuição do erro EM no interior do volume 3D como, por exemplo, um mapa 3D 38 mostrado na FIG. 8 com diferentes zonas de erro 39a-39d. O algoritmo é interpolado para deixar esta distribuição de erro suave dentro do mapa 3D e produzir quaisquer erros sistemáticos que encontre na calibração US-EM. Quando o algoritmo calcula a dita compensação, o algoritmo também mede a confiança da dita compensação.

[051] Além disso, o algoritmo pode ser usado para a 'inicialização' dos mapas de erro EM pré-computados das experiências anteriores. Em especial, uma vez que o cálculo dos mapas de erro não está corretamente condicionado, a estimativa probabilística ganhará significativamente com um mapa de erro que o sistema espera. Estes mapas pré-computados também podem dar informações qualitativas como a distribuição (igual/desigual) de isotropia de erros em várias dimensões.

[052] A realização de mapeamento da fase S64 também pode incorporar os dados de geração de imagens do gerador de imagens de raios X 32. O desafio, entretanto, será integrá-los corretamente. Por exemplo, as incertezas de segmentação de imagem de raios X são provavelmente inferiores no plano da imagem. No entanto, a incerteza na profundidade é desconhecida/superior. A abordagem probabilística vai nos ajudar a melhorar significativamente essa estimativa. Note que várias imagens de raios X são obtidas como e quando elas são capturadas, então todas elas podem ser usadas em conjunto para fazer uma estimativa estatisticamente forte. Além disso, observe também que essas imagens de raios X podem ser capturadas como parte do fluxo de trabalho clínico regular, ou capturadas intencionalmente para fins de correção.

[053] Com a utilização deste mapa de erro durante a fase S65, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode julgar automaticamente a precisão do rastreamento EM do cateter 22 e armazenar esse valor em um registro. Caso o erro de localização de calibração seja inferior ou igual a um limite de erro de calibração, o monitor da qualidade de rastreamento 52 retorna à fase S61 para adquirir e armazenar outra imagem de US e/ou imagem de raios X. Caso o erro de localização de calibração exceda o limite de erro de calibração, o monitor da qualidade de rastreamento 52 para a fase S66 do fluxograma 60 provê um alerta de rastreamento e/ou implementa uma correção para o registro, como necessário.

[054] Para o fluxograma 60, uma vez que um mapa de erro em particular é calculado, o monitor da qualidade de rastreamento 52 atualiza o mapa de erro uma vez que cada nova imagem de US é adquirida e armazenada. Uma vez que um novo ponto de dados (posição EM, segmentação de imagem, e confiança) se torna disponível, o mapa de erro é atualizado em tempo real pelo monitor da qualidade de rastreamento 52. Caso as novas atualizações para o mapa sejam repentinas e inconsistentes, um aviso pode aparecer para o clínico.

[055] Para o alerta de rastreamento da fase S66, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode alertar um clínico para rever o registro de erros de calibração para determinar se deve ou não prosseguir com o procedimento de intervenção e/ou solicitar uma correção do registro inaceitável.

[056] Para uma correção de registro automático ou semi-automático da fase S66, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode otimizar a matriz de registro adequada para ser compensada corretamente. Essa otimização deve ser realizada ao longo de várias imagens de US (e/ou imagens de raios X) para os resultados estáveis, e vai precisar de imagens de US (e/ou imagens de raios X) a partir de dois ângulos diferentes. Mais particularmente, caso várias imagens de US (e/ou imagens de raios X) sejam obtidas como e quando elas forem capturadas, então todas as imagens de US (e/ou imagens de raios X) podem ser usadas em conjunto para fazer uma estimativa estatisticamente forte. Observe também que essas imagens de US (e/ou imagens de raios X) podem ser capturadas como parte do fluxo de trabalho clínico regular, ou capturadas intencionalmente para fins de correção.

[057] Orientação de Raios X em um Procedimento de Intervenção Cardíaca. Um método popular atualmente é a sobreposição de uma localização virtual de um cateter no raios X com a utilização do rastreamento EM. Por exemplo, a FIG. 9 mostra um gerador de imagens de raios X 32 pré- calibrado para um sistema de rastreamento EM com um sensor de referência 43 preso a uma mesa de paciente. Esta calibração de raios X / EM dispersa ao longo do tempo, o que diminui a precisão da sobreposição. A principal razão é a mesa dobrar (~5-10 mm) devido à variação de peso dos pacientes. Por exemplo, a FIG. 9 mostra uma dobra exagerada da mesa de paciente com um deslocamento 46 em uma direção vertical e uma rotação em relação ao eixo horizontal 45.

[058] Para resolver a essa dispersão, o monitor da qualidade de rastreamento 52 monitores intra- operatoriamente e corrige esse registro com a comparação entre a imagem de raios X real do cateter 22 e aquela estimada a partir da pré-calibração intrínseca. Geralmente, o monitor da qualidade de rastreamento 52 é executado continuamente em segundo plano como uma otimização, e monitora a saúde do registro uma vez que o procedimento de intervenção prossegue regularmente. Toda vez que uma imagem de raios X é fotografada pelo médico como parte do protocolo clínico regular, o monitor da qualidade de rastreamento 52 calcula a dobra da mesa e corrige a calibração (caso necessário). O monitor da qualidade de rastreamento 52 pode tanto calcular a correção intra-operatória como visualizar os erros de outras fontes aleatórias.

[059] No contexto do fluxograma 60 (FIG. 3), a fase S61 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que adquire e armazena cada imagem de raios X da região cardíaca do paciente. Alternativamente, o monitor da qualidade de rastreamento 52 adquire e armazena cada na imagem de raios X feita da região cardíaca do paciente, em que n > 2.

[060] Após a aquisição e o armazenamento de uma imagem de raios X, a fase S62 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização de rastreamento calibrado de uma ponta de cateter 22 na imagem de raios X com a utilização da matriz de registro EM / de raios X conhecida, e a fase S63 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que calcula uma localização da coordenada de imagem da ponta do cateter 22 na imagem de raios X com a utilização de algoritmos de segmentação conhecidos para segmentar a ponta do cateter 22. Por exemplo, a FIG. 10 mostra uma localização de rastreamento calibrado do cateter 32 representado pela linha branca tracejada na imagem de raios X 70, e uma localização da coordenada de imagem 35 do cateter 22 representada pela linha branca contínua na imagem de raios X 33c.

[061] A fase S64 do fluxograma 60 abrange o monitor da qualidade de rastreamento 52 que compara a localização de rastreamento calibrado da ponta do cateter 22 na imagem de raios X com a localização da coordenada de imagem da ponta do cateter 22 na imagem de raios X para determinar e registrar um rastreamento de calibração entre as 2 (duas) localizações. Por exemplo, a FIG. 10 mostra um erro na forma de um vetor branco que aponta da localização de rastreamento calibrado para a localização da coordenada de imagem.

[062] Para este erro, um erro X depende da rotação do braço em C, um erro Y depende da dobra da mesa de paciente e o erro restante é aleatório. O movimento da mesa pode ser estimado a partir do erro vetorial, e refinado continuamente durante o procedimento de intervenção cardíaca.

[063] Mais particularmente, com a utilização desse erro, o monitor da qualidade de rastreamento 52 otimiza os parâmetros da mesa durante a fase S66. Além disso, foi observado que, devido à dobra especial da mesa, uma imagem de raios X típica na orientação AP não experimentará tanto erro de visualização quanto uma imagem com uma orientação oblíqua. Esta informação de erro cumulativo pode ser utilizada para quebrar o erro em um erro devido a alterações na calibração, e um a partir de eventos aleatórios (como a distorção EM e os erros de rastreamento do braço em C). Assim, o monitor da qualidade de rastreamento 52 corrige os erros sistemáticos da calibração e estima a quantidade de erros estranhos (principalmente rastreamento). Este erro de rastreamento pode ser apresentado como o erro residual deixado no sistema após o erro da calibração atualizada ser subtraído.

[064] A partir da descrição das FIGS. 1-10 aqui, os técnicos no assunto apreciarão as numerosas vantagens da presente invenção que incluem, entre outras, uma aplicação de um monitor da qualidade de rastreamento da presente invenção a qualquer tipo de procedimento de intervenção que empregue um sistema de rastreamento.

[065] Na prática, o navegador de intervenção 51 (FIGS. 1 e 2) e o monitor da qualidade de rastreamento 52 (FIG. 2) podem ser módulos que consistem em hardware, software e/ou firmware que seria apreciado por um técnico no assunto da presente invenção. Além disso, o monitor da qualidade de rastreamento 52 pode ser um componente do navegador de intervenção 51.

[066] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a aspectos, características e implementações exemplares, os sistemas e os métodos revelados não são limitados aos ditos aspectos, características e/ou implementações exemplares. Pelo contrário, como ficará facilmente evidente para o técnico no assunto a partir da descrição provida aqui, os sistemas e os métodos revelados são susceptíveis a modificações, alterações e melhoras sem se afastar do espírito ou do âmbito da presente invenção. Assim, a presente invenção abrange expressamente as ditas modificações, alterações e melhoras no âmbito do presentedocumento.

Claims

1. ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO, caracterizada por compreender: um navegador de intervenção (51) operável para a visualização das posições de um instrumento de intervenção (20) dentro de uma estrutura de referência espacial em relação a pelo menos uma imagem registrada de uma região anatômica de um corpo durante um procedimento de intervenção; e um monitor da qualidade de rastreamento (52) operável para o monitoramento da qualidade de rastreamento de uma calibração de um sistema de rastreamento (40) para o instrumento de intervenção (20) e um sistema de geração de imagens (30) operável para a geração de pelo menos uma imagem de pelo menos uma porção do instrumento de intervenção (20) em relação a uma região anatômica de um corpo; em que o monitoramento da qualidade de rastreamento compreende monitorar a qualidade de rastreamento da pelo menos uma imagem registrada como uma função de um erro de localização de calibração para cada imagem registrada entre uma localização de rastreamento de calibração de um ponto de rastreamento do instrumento de intervenção (20) dentro da estrutura de referência especial e uma localização da coordenada de imagem do ponto de rastreamento do instrumento de intervenção (20) dentro da imagem registrada, em que o monitor de qualidade de rastreamento (52) é operável para determinar que o erro de localização de calibração representa um erro de rastreamento de calibração responsivo ao erro de localização de calibração igualando e/ou excedendo um limite de erro de calibração.

2. ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada erro de localização de calibração ser um diferencial espacial em uma ou mais dimensões da estrutura de referência espacial entre a localização de rastreamento de calibração do ponto de rastreamento dentro da estrutura de referencial espacial e a localização da coordenada de imagem do ponto de rastreamento na imagem.

3. ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo monitor da qualidade de rastreamento (52) ainda ser operável para gerar um mapa de distribuição de erros de localização de calibração dentro da estrutura de referência espacial em relação à região anatômica do corpo.

4. ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo monitor da qualidade de rastreamento (52) ainda ser operável para prover um alerta responsivo a pelo menos um erro de localização de calibração que excede o limite de erro de calibração.

5. ESTAÇÃO DE TRABALHO DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo monitor da qualidade de rastreamento (52) ainda ser operável para a correção da calibração do sistema de rastreamento (40) para o instrumento de intervenção (20) e o sistema de geração de imagens (30) responsivo a pelo menos um erro de localização de calibração que excede um limite de erro de calibração.

6. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, caracterizado por compreender: um instrumento de intervenção (20) com um ponto de rastreamento; um sistema de geração de imagens (30) operável para a geração de pelo menos uma imagem de pelo menos uma porção do instrumento de intervenção (20) em relação a uma região anatômica de um corpo; um sistema de rastreamento (40) operável para o rastreamento de quaisquer movimentos do instrumento de intervenção (20) e do sistema de geração de imagens (30) dentro de uma estrutura de referência espacial em relação à região anatômica do corpo, em que o sistema de rastreamento (40) é calibrado para o instrumento de intervenção (20) e o sistema de geração de imagens (30); e uma estação de trabalho de intervenção, conforme definida na reivindicação 1.

7. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo instrumento de intervenção (20) ser uma sonda de ultrassom e o ponto de rastreamento ser uma cabeça da sonda de ultrassom.

8. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo instrumento de intervenção (20) ser um cateter e o ponto de rastreamento ser uma ponta do cateter.

9. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo sistema de geração de imagens (30) ser um sistema de geração de imagens de ultrassom (30).

10. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo sistema de geração de imagens (30) ser um sistema de geração de imagens de raios X (30).

11. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo sistema de rastreamento (40) ser um sistema de rastreamento eletromagnético (40).

12. SISTEMA DE INTERVENÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo sistema de geração de imagens (30) ser um sistema de rastreamento óptico (40).