CN102196768A - 用于介入射频消融或起搏器放置过程中的虚拟解剖结构丰富的实时2d成像的心脏和/或呼吸门控图像采集系统及方法 - Google Patents

用于介入射频消融或起搏器放置过程中的虚拟解剖结构丰富的实时2d成像的心脏和/或呼吸门控图像采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及心脏电生理(EP)的领域，并且，更具体地，涉及图像引导的射频消融和起搏器放置过程。对于那些过程，提出显示从相同的投影角度在手术中获得的介入工具的覆盖的2D导航运动，从而在介入工具导航通过患者的分叉的冠状血管或心腔解剖结构以便将例如心血管导管引导至患者的冠状静脉树的心脏血管部分中的靶标结构或病灶处或者引导至心肌内的感兴趣区域时，在图像引导介入过程期间跟踪介入工具的导航运动。以这样的方式，在移动介入仪器时，获得患者解剖结构的动态上丰富的2D重建。通过应用心脏和/或呼吸门控技术，能够实现在患者的心动周期和/或呼吸周期的相同相位期间采集2D实况图像。与基于通过两个截然不同的成像模态而独立采集的图像数据的配准和融合的现有技术的解决方案相比，二维重建解剖结构的精度显著地提高。

Description

用于介入射频消融或起搏器放置过程中的虚拟解剖结构丰富的实时2D成像的心脏和/或呼吸门控图像采集系统及方法
技术领域
本发明涉及心脏电生理(EP)的领域，并且，更具体地，涉及图像引导的射频消融和起搏器放置过程。对于那些过程，提出在介入工具导航通过患者的分叉的冠状血管或心腔解剖结构以便将例如心血管导管引导至患者的冠状静脉树的心脏血管部分中的靶标结构或病灶处或者引导至心肌内的感兴趣区域时，显示从相同的投影角度在手术中获得的介入工具的覆盖的2D导航运动。以这样的方式，在移动介入仪器时，获得患者解剖结构的动态上丰富的2D重建。通过应用心脏和/或呼吸门控技术，能够实现在患者的心动周期和/或呼吸周期的相同相位期间采集2D实况图像。与基于通过两个截然不同的成像模态而独立采集的图像数据的配准和融合的现有技术的解决方案相比，二维重建解剖结构的精度显著地提高。
背景技术
在大部分发达国家中，诸如动脉硬化、高血压以及局部缺血的心血管疾病(CVD)是死亡的主要原因，因为这些心血管疾病对心脏和血管的永久损伤，其可能导致慢性心脏衰竭、心绞痛或心肌梗死(心脏病发作)。对于表现出电心血管疾病(诸如颤动、心跳过速、颤振等)或血管阻塞的症状的患者，通常经由心导管插入实验室中的介入心脏病学而进行诊断和处置。心导管插入检查从而意味着将小管(导管)穿过动脉和/或静脉而插入心肌。为了利用实时X射线成像来将冠状动脉和心腔可视化，通过导管而注射造影剂。在造影剂流动至冠状动脉系统或心腔中时，造影剂必须对X射线不透明并提供良好的图像对比度。该过程产生对医生在心脏解剖结构中导航有用的、被称为血管造影的图像。
在过去的三十年，微创X射线引导的介入心脏病学受到人口、技术以及经济因素的刺激有了剧大的进步。新的基于导管的介入工具(诸如球囊导管和支架)允许医生处置更多的状况和更复杂的患者情况。由于这些新的微创、图像引导的过程具有正面的患者效果，并且，比心脏直视的过程更便宜，政府和个人付款人积极地鼓励医生使用这些过程处置患者。
现在，基于X射线的心导管插入系统代表当前的护理标准之一，并且，提供用于心脏病学中的诊断过程和治疗过程这两者的成像模态。它们用于生成对冠状动脉中的血流的阻塞的实时图像。在识别到阻塞时，利用实时X射线成像来引导球囊尖端的导管至阻塞点的插入，以便通过血管修复术(指动脉中受限制的流动面积的球囊扩张)和支架放置(也就是，通过扩张支撑结构来保持新扩大的动脉开放)而进行处置。对具有冠状动脉疾病的患者进行治疗的目标是，通过采用用于重新开放冠状动脉的技术和设备而减轻心绞痛的症状并减小死亡或心肌梗死的风险。
如上面所提到的心导管插入系统几乎实现心导管插入实验室中的所有微创过程。目前开发的系统都具有相同的基础架构并使用将X射线束通过患者并投影到大面积探测器上的点X射线源，探测器用于将所生成的2D图像转换成电信号以便在监视器上显示。从而，获得患者的X射线照片图像(shadowgram)。
通常采用的心导管插入系统典型地执行两种截然不同的类型的实时X射线成像：诊断血管造影和介入成像。利用高辐射照射量执行诊断血管造影，以便产生高质量图像。该诊断(电影)模式产生流经冠状动脉的所注射的造影剂的图像，以诊断冠状动脉的初始状况、确定所需介入并在介入之后重新评估冠状动脉。利用产生更低质量的图像的经调节的辐射照射量来执行介入成像。该介入(透视)模式从而提供患者解剖结构的实时成像以引导介入并且在将设备插入解剖结构中时使用。介入模式用于大约90％的过程成像时间。
虽然心血管疾病主要影响患者的血液流动，但心脏电生理(EP)——医生在X射线透视引导之下使用心内导管来定位并治愈患者心律的电功能障碍的介入心脏病学这一特定领域——涉及心脏的电异常的研究。先天问题或心脏中的患病组织可能影响导致无规律心跳的电传导。除此之外，用于处置心房颤动(AF)的射频消融(RFA)是一个非常具有挑战性的EP过程。心房颤动是与显著的发病率和死亡率有关的心律失常，其由以下情况引起：心脏的两个上腔室——左心房(LA)和右心房(RA)——并不有效地跳动，从而作为其后果血液并不完全地从左心房和右心房泵出且可能因而淤血和凝块。如果一部分凝块离开心脏，则可能引起中风或肺动脉栓塞。另一后果可能是传递至心室的无规律心跳，这对血液循环具有更大的影响。为了对心房颤动进行处置，可以利用射频能量对组织的某些区域进行消融，以便治愈异常的电传导并永久地恢复正常的心律。更精确地，心脏组织被制图以寻找异常电活动的区域并且通过心脏电生理而消融以杀死某些区域中的病理组织。定位并消融组织的适当区域的过程极其漫长。患者可能在心导管插入实验室中花费三至六个小时，该三至六个小时可能包括高达90分钟的纯粹的成像时间。患者接受可观的X射线量——高达30000胸部X射线的等值——并且，进行过程的电生理学家通常也接受相当大剂量的散射辐射。电生理诊断及处置并不要求将造影剂注射至冠状动脉中以产生详细的图像，并且因此要求稍微更低的成像能力。较长的过程时间极其重视辐射照射量的降低。
另一重要的过程是心脏再同步治疗(CRT)的起搏器的放置，在该治疗期间起搏器导联必须放置在冠状静脉中。电生理学家需要特殊训练以完全地清楚解剖结构和对所有感兴趣部位的访问路径，以及一些实践以选择正确的设备并将正确的设备沿朝向靶标的方向导航。
患者心脏的解剖结构能够利用常规的3D成像设备(诸如CT、MRI、3DRX或超声检查设备)记录或通过在刚开始介入时局部地注射造影剂(在对心房颤动的基于RFA处置的情况下为左心房(LA)和肺静脉口(PV)，并且，在CRT的情况下为冠状静脉和窦)而记录，但医生必须执行头脑中的配准以在该信息不再可见的实况透视图像中导航。
待处置的心脏解剖结构的手术前重建3D图能够与手术中采集的2D实况图像配准，以便在图像引导的介入过程期间仍然可见。另一方面，这样的配准并未考虑患者的呼吸和心脏运动，这可能导致所获得的配准精度对于某些应用而言不够精确的事实。一些心脏结构的3D重建还能够借助于磁定位或电定位的介入工具而获得，诸如在由Biosense Webster开发的RMT电解剖制图系统或如St.Jude Medical所提出的EnSiteNavXTM导航&可视化技术中使用的。
对于AF过程，在测量电势时清楚导管的精确位置是寻找引起颤动的根源(异位病灶、再入环)的关键。消融部位的解剖制图甚至更重要，以便执行期望的消融模式，诸如肺静脉隔离或左心房中的顶线消融。
发明内容
鉴于上述事实，本发明的目的是，通过减小在配准并融合由截然不同且独立运行的成像模态采集的图像时可能出现的不精确来提高图像引导介入过程的精度。由于大部分造影剂都相当昂贵且并不总是受到患者良好的支持，因而本发明的又一目的是，在无需注射造影剂的情况下使心脏血管结构和/或心腔解剖结构可视化。
为了解决这些问题，本发明的第一示范性实施例针对一种图像采集方法，该图像采集方法用于通过从相同的投影角度和物距在手术中采集并记录2D实况图像序列而在介入仪器导航通过患者的心血管系统和/或心腔解剖结构时跟踪介入仪器的导航运动，所述图像示出这样的导航运动的不同阶段期间的介入仪器。根据本发明，所述方法包括步骤：在2D透视图的采集和记录期间，针对每次跟踪而记录患者的心动周期和/或呼吸周期的特定相位；以及借助于心动和/或呼吸门控，选择与患者的心动周期和/或呼吸周期的可预定义的特定相位对应的那些图像的集合。在执行所述选择步骤并进一步对介入仪器进行导航时，通过融合介入仪器的2D门控位置而生成患者的心血管系统和/或心腔解剖结构的虚拟2D重建，所述2D门控位置是直到所述生成步骤前已经被选择的2D门控位置，其中，所述2D重建是动态上丰富的，其具有每个新采集并选择的2D透视图，因而产生介入仪器的不同的导航运动阶段的叠加的2D视图。最后，通过将介入仪器的新选择的2D门控位置覆盖并融合至重建的解剖结构的当前版本而在监视器屏幕或显示器上显示二维重建的虚拟解剖结构的动态更新的版本。以这种方式，能够避免执行用于采集体素数据的手术前CT、MR或3DRA扫描，需要所述体素数据来重建患者的心血管系统和/或心脏解剖结构的3D模型，如现有技术已知地，所述3D模型与手术中采集的透视图共同配准(coregister)，所述手术中采集的透视图示出了图像引导介入期间在介入仪器导航时介入仪器的当前位置，因而允许避免在针对手术前采集重建的3D模型的体素数据和手术中采集的透视图的图像数据使用截然不同的成像模态时预期的配准不精确。
根据本发明，上述方法可以优选地在X射线引导的射频消融和用于心脏再同步治疗的起搏器放置过程的范围中执行，在心脏再同步治疗的期间，起搏器导联放置在冠状静脉中。
作为附加选项，可以实现的是图像采集方法还包括步骤：执行基于CT、MR或C型臂的3DRA图像采集会话，以在手术前采集并记录重建待介入处置的患者的心脏和/或心血管系统的感兴趣区域中的患者的冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型所需的3D体素数据集。此后，能够将手术前记录的3D体素数据与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合数据配准并融合，并且，在监视器屏幕或显示器上显示所获得的配准并融合的解剖结构。
重建冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型的上述步骤从而可以包括步骤：计算具有最小的透视收缩和最小的血管重叠的最优视角并且在监视器屏幕或显示器上示出的窗口中显示最优视角的最优观察图。此外，可以实现对感兴趣的靶标结构或病灶执行3D分割，并且，使不包括在所述靶标结构或病灶的分割轮廓内的图像区域淡出。
本发明的第二示范性实施例涉及一种图像处理系统，该图像处理系统在耦合至图像采集系统的工作站上运行，其中，所述图像采集系统适于执行图像采集方法，图像采集方法用于通过从相同的投影角度和物距在手术中采集并记录2D实况图像序列而在介入仪器导航通过患者的心血管系统和/或心腔解剖结构时跟踪介入仪器的导航运动，所述图像示出在这样的导航运动的不同阶段期间的介入仪器。根据本发明，对所述图像处理系统编程，以便：在2D透视图的采集和记录的期间，针对每次跟踪记录患者的心动周期和/或呼吸周期的特定相位；借助于心动和/或呼吸门控，选择与患者的心动周期和/或呼吸周期的可预定义的特定相位对应的那些图像的集合；以及在执行选择所述步骤并进一步对介入仪器进行导航时，通过对介入仪器的2D门控位置进行融合而生成患者的心血管系统和/或心腔解剖结构的虚拟2D重建，所述2D门控位置是直到所述生成步骤前已经被选择的2D门控位置，其中，所述2D重建是动态上丰富的，其具有每个新采集并选择的2D透视图，因而产生介入仪器的不同导航运动阶段的叠加的2D视图；以及通过将介入仪器的新选择的2D门控位置覆盖并融合至重建的解剖结构的当前版本而在监视器屏幕或显示器上显示二维重建的虚拟解剖结构的动态更新的版本。
根据该实施例的另一方面，所述图像处理系统可以配备有：2D/3D配准及融合工具，其适于对手术前采集并记录的3D体素数据集与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合图像数据进行配准并融合，所述3D体素数据集用于重建患者的心脏和/或心血管系统的感兴趣区域中的患者的冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型；以及可视化工具，其用于在监视器屏幕或显示器上显示所获得的配准并融合的图像。
为了执行重建冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型的步骤，所述图像处理系统可以配置为计算具有最小的透视收缩和最小的血管重叠的最优视角并且在监视器屏幕或显示器上示出的窗口中显示最优视角的最优观察图。除此之外，图像处理系统可以还适于执行对感兴趣的靶标结构或病灶的3D分割并且使不包括在所述靶标结构或病灶的分割轮廓内的图像区域淡出。
除此之外，本发明的第三示范性实施例致力于工作站或控制台。根据本发明，该工作站或控制台利用实现如以上关于所述第二示范性实施例所描述的图像处理系统的软件进行编程。
最后，根据本发明的第四示范性实施例，提供一种计算机软件产品，该计算机软件产品配置为当在如以上关于所述第三示范性实施例描述的工作站或控制台上运行时执行如以上关于所述第一示范性实施例描述的方法。
与从现有技术得知的其他途径和解决方案相比，本发明不需要利用来自其他图像数据生成模态的图像数据的任何配准步骤，该配准可能不精确且可能不是运动补偿的。与本发明所提出的解决方案相比昂贵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，这些已知的现有技术系统所提供的虚拟解剖结构不与X射线图像直接有关，并且，两个模态的配准可能是困难且不精确的。相比之下，通过本发明提出的途径而获得的虚拟解剖结构与透视固有地对准。
附图说明
关于下文所描述的实施例并关于附图以示例的方式阐明本发明的这些及其他有利的方面。其中，
图1示出了图解说明根据本发明的所述第一示范性实施例的所提出的图像采集方法的流程图；
图2从产生最小的透视收缩和最小的血管重叠的最优视角示出患者的左冠状动脉树的三维重建的最优观察图；
图3a示出了将被导航通过心脏血管部分的如从现有技术所得知的冠状静脉窦导管的侧面透视图；
图3b示出了在图3a中描绘的冠状静脉窦导管的前视图；
图4a-c示出了分别在左心房中和肺静脉口中对心血管导管进行导航时在心脏介入过程的期间手术中采集的消融导管和套索导管的三个随后记录的2D实况图像；以及
图5示出了根据本发明的所述第三示范性实施例的成像系统的示意性方框图。
具体实施方式
以下，将关于特别的细化并参考附图更详细地解释根据本发明的所提出的图像采集设备和方法。
在图1中描绘的流程图图解说明根据上述的本发明的上述第一示范性实施例的所提出的图像采集方法。正如上述已提到地，所提出的方法以以下的任选步骤开始：执行基于CT、MR或C型臂的3DRA或基于任何其他模态类型(超声、显像等)的图像采集会话，以用于手术前采集并记录(S1)重建患者心血管系统的感兴趣区域中的冠状血管树和/或心脏解剖结构的3D模型所需的3D体素数据集，在该手术前图像数据采集步骤之后，任选地根据所采集的3D体素数据生成(S2)待检查和处置的感兴趣区域中的患者心血管系统的三维重建模型或3D图，所述检查和处置是通过执行在诸如数字重建射线照片(DRR)的透视图像引导之下的微创介入而进行的。可以例如通过将射线投射算法应用于手术前采集的3D体素数据而实现以上所提到的手术前图像重建步骤。此后，可以任选地实现计算(S3a)最优视角，该最优视角具有最小透视收缩和待显示的冠状血管树的分叉的心脏血管部分的最小血管重叠，从而能够在工作站的监视器屏幕或显示器上显示(S3b)最优观察图。进一步任选地，然后，可以使该最优观察图经受3D分割算法(S4)，以便寻找感兴趣的靶标结构或病灶的轮廓并使不包括在所述靶标结构或病灶的分割轮廓内的非感兴趣图像区域淡出，随后是应用于分割图像(未示出)的滤波及对比度增强过程。此后，手术中采集并记录(S5a)来自相同的投影角度和物距示出患者的心血管系统和/或心脏解剖结构的2D实况图像的序列，以便跟踪介入工具(例如导管或导丝)的导航运动，该介入工具在所述患者的冠状动脉血管部分或心腔内沿朝向靶标结构或病灶的方向导航。与2D实况图像的采集并行的是，针对每次跟踪而连续地记录(S5b)患者的心动周期和/或呼吸周期的特别相位。如本发明所提出地，实现了借助于心动和/或呼吸触发或门控而选择(S6)与患者的心动周期和/或呼吸周期的可预定义的特定相位对应的那些手术中采集的透视图的集合。在通过融合介入仪器的2D门控位置来生成(S7)患者的心血管系统和/或心腔解剖结构的虚拟2D重建之后(所述2D门控位置是直到生成步骤前已经被选择的2D门控位置)，其中，所述2D重建是动态上丰富的，其具有介入仪器的每个新采集并选择的2D门控位置，因而产生介入仪器的不同的导航运动阶段的叠加的2D视图，通过将介入仪器的新选择的2D门控位置覆盖并融合至重建解剖结构的当前版本而在监视器屏幕或显示器上显示(S8)二维重建的虚拟解剖结构的动态更新的版本。然后，分割靶标结构或病灶的手术前采集并记录的3D体素数据可以任选地与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合图像数据配准并融合(S9)。从而，配准过程产生所述3D图和重建的2D解剖结构之间的最佳匹配。最后，在步骤S9中获得的配准并融合的图像可以在监视器屏幕或显示器上显示(S10)。
在图2中，描绘从产生最小透视收缩和最小血管重叠的最优视角示出患者的左冠状动脉树的三维重建的最优观察图。能够例如通过将体积绘制技术、多平面重组过程或表面遮盖的显示算法应用于先前采集的3D体素数据集而获得三维效果。
图3a和3b示出如从US 5,643,231A得知的冠状静脉窦导管CSC的侧面透视图和前视图，该冠状静脉窦导管CSC将被导航通过心脏血管部分。朝向导管的远端，可以放置多个电极E，优选地至少两个，那些电极之一在导管尖端处。从而，电极的数量和电极在导管体上的放置取决于导管的预期使用。电极的最终数量可以多达十个或更多电极。如果适合于预期使用，那么，还可以将管腔并入导管中，以便灌注流体或抽取血样。管腔的直径应当足以完成导管的预期使用。在所描绘的实施例中，一个或多个出口V位于远端导管尖端的附近，具有取决于导管的预期使用的精确的位置和数量。
在手术中，如在图3a和3b中所描绘的冠状静脉窦导管包含连接至电生理感测设备的从两个至大约十个的电极。导管穿过颈内静脉或锁骨下静脉而经皮插入并在透视控制之下前进穿过上腔静脉至右心房。插入也有可能使用经由下腔静脉的肱静脉或股静脉途径。然后，冠状静脉窦导管导向为穿过右心房，直到该导管接触冠状静脉窦口为止。从而，所描绘的冠状静脉窦导管的特殊结构和曲率促进对冠状静脉窦口定位的过程。在透视指导下，心血管导管朝向三尖瓣前进，尖端居中地指向。然后，冠状静脉窦导管的尖端插入冠状静脉窦内，并且，前进远至所要求或期望的程度。然后，能够产生在冠状静脉窦附近延伸的电通路的连续且稳定的记录。冠状静脉窦导管的弯曲有助于定位使冠状静脉窦口并且另外获取冠状静脉窦内的电生理读数。以该方式，能够减少在该过程的期间要求的时间和X射线曝光量。
除了用作诊断电生理导管之外，冠状静脉窦导管还可以应用于冠状静脉窦内的其他医疗过程。例如，通过修改导管的电极的使用模式、导管的近端所附接至的医疗仪器和电极的类型，该导管还能够用作用于心脏的介入起搏或永久起搏的装置。在冠状静脉窦导管帮助下的起搏还提供对左心房进行起搏的能力。通过对心脏施予受控制的量的电能(在该时刻心脏正在经历心律失常)，还可以将冠状静脉窦导管用于除颤目的或用于心脏复律。此外，通过在导管上执行的一些修改，还可以利用导管进行永久可植入的起搏。
还存在着执行组织的消融的导管(诸如在图4a-c中呈现的)。对于心房颤动，导管经常移动至整个左心房中(或根据要治疗的疾病而移动至其他心腔中)。
在图4a-c中，示出以三个随后记录的2D实况图像形式给出的三个冠状静脉窦静脉造影，所述2D实况图像是在心脏介入过程的期间在手术中采集的。描绘的是当消融导管和套索导管在左心房和肺静脉口中分别导航时的消融导管和套索导管的不同阶段，这因而允许跟踪这些介入仪器的导航运动。根据本发明，借助于心脏和/或呼吸门控或触发而选择心血管导管跟踪中以及因而手术中采集的2D实况图像中那些与心电图或呼吸图的某个心动相位和/或呼吸相位对应的那些跟踪和图像(所述心电图或呼吸图在冠状静脉窦静脉造影的采集期间并行地记录)，以便与手术前生成的最优观察图的3D体素数据配准并融合，所述最优观察图从具有最小透视收缩和血管重叠的最优视角示出冠状静脉窦解剖结构的三维重建模型。
在图5中示出根据本发明的示范性实施例的成像系统2的示意性方框图，所述系统使得能够存储、处理并在连接至所述成像系统2的工作站13的监视器屏幕上可视化所采集的图像数据，所述图像数据示出特定的感兴趣区域或解剖结构、病理异常、介入工具、起搏器、血管成形术支架或患者血管系统的血管部分中其他植入物。图像数据可以例如以由图像采集设备1生成并提供的手术中采集的2D透视图像、体积绘制图像数据或手术前记录的3D体素数据的形式给出，所述图像采集设备1例如是磁共振成像(MRI)系统、旋转扫描架类型的计算机断层摄影(CT)系统、基于C型臂的3D旋转血管造影(3DRA)设备或任何其他3D图像采集系统(超声、显像等)。所采集的2D图像数据和所重建的3D图像数据能够在不同的窗口或在共同的窗口中可视化，该共同的窗口示出从手术前记录的3D体素数据生成的数字重建射线照片与手术中采集的、和所述数字重建射线照片共同配准的2D图像的融合视图。
如图5中所示，由所述图像采集设备1生成的图像数据经由输入接口6而馈送至成像系统2。除了控制与图像采集设备1的数据交换的控制单元3之外，所述成像系统2还可以包括预处理模块4，该预处理模块4可以特别地配备用于噪声降低和对比度增强的数字滤波器。集成在所述成像系统中的图像处理工具5可以用于生成体积绘制的3D视图、表面遮盖显示(SSD)图像、多平面重组图像和/或数字重建的射线照片，这些是基于待检查和介入处置的患者的心血管系统的感兴趣区域中的解剖结构或病理异常的所生成的3D体素数据而绘制的。所述图形处理工具5可以配备2D/3D配准及融合工具5a，该工具5a用于确定2D/3D配准制图的参数，2D/3D配准制图用于将手术前生成的三维DRR(或从其生成的最优观察图)与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合图像数据进行配准和融合，所述图像进一步示出导航通过患者的所描绘的血管的心脏血管部分时的介入仪器或工具。任选地，所述图像处理工具5可以进一步配备用于确定位于所述感兴趣区域内的靶标结构或病灶的轮廓的分割工具(未示出)。集成在所述图像处理工具5中的可视化工具5b可以用于在受到所述2D/3D配准之后生成并显示DRR和2D图像的融合图像。
图5还示出由图像采集设备1生成并经由所述输入接口6而供给至成像系统2的图像数据可以经由数据输出接口DATA_OUT而暂时地或持续地存储在外部存储单元12的图像数据档案中。为了进行可视化，能够将所存储的图像数据经由在图5中被称为“DATA_IN”的数据输入接口而载入到成像系统2的本地临时存储设备(未示出)中，从而使用标准化的数据格式(诸如DICOM格式)。
对于回顾性ECG或呼吸门控，心电图描记器9和呼吸带10连接至前述的图像处理系统5的接口终端。作为可替代的方案，能够由除了呼吸带以外的其他装置跟踪并记录呼吸运动，诸如通过在透视下跟踪膈肌或气管、通过利用相机跟踪胸部等。类似地，能够想象其他装置以记录心动相位(有时心脏轮廓在透视下可见，或者能够使用导管移动)。根据本发明，图像处理系统适于提供触发信号，所述触发信号用于从2D实况图像序列中选择那些与每次跟踪的某个心动相位和/或呼吸相位对应的图像，所述2D实况图像序列是手术中采集的用于在介入设备移动通过患者的分叉的冠状动脉血管时跟踪介入设备的导航运动的，其中，所述触发信号是从在微创介入过程期间并行记录的患者的ECG或呼吸图中导出的。例如，选择在所记录的心电图中发生检测到的R波(通常是在舒张期的期间的情况)时采集的那些透视图。
根据上述实施例的可替代方案，使用两个独立运行的图像采集系统。在介入过程期间，采用第一图像采集系统来生成感兴趣的解剖结构区域的实时的2D透视图像。任选地，由于该模态不允许诸如心肌的复杂软组织解剖结构的清晰的可视化的事实，因此可以应用第二图像采集系统，该系统从借助于CT、3DRA、MRI或其他技术在手术前采集的3D体素数据集生成患者的心血管解剖结构的重建的3D图。在介入过程期间，诸如心血管导管的介入仪器在通过冠状静脉树的分叉的心脏静脉的特定血管部分的感兴趣区域中导航(在起搏器导联放置的情况下)，或者沿朝向左心房的方向导航(在AF过程的情况下)，然而，其他过程可能要求将该介入仪器或其他类型的介入仪器朝向其他感兴趣区域导航。
本发明从而实现了随着时间分割出并记录介入仪器的轨迹。并行地，系统用于触发呼吸和心脏运动。这能够由专用设备来完成，诸如由用于心脏触发的ECG设备、用于呼吸触发的呼吸带完成，或借助于用于心脏触发和呼吸触发这两者的冠状静脉窦(CS)导管。上面已提到对其的可替代方案。从而，将相应的相位信息与所应用的介入仪器的记录的轨迹结合。
所提出的系统实时地显示与当前的呼吸和心动相位对应的这样的轨迹的叠加。该附加信息用于对2D患者的心脏解剖结构进行成像并动态地更新，因而产生该导航运动的解剖结构丰富的效果，该效果帮助临床医生在执行心脏介入过程时对感兴趣解剖结构区域进行可视化。从而可以移动该介入仪器，以便探讨冠状窦静脉解剖结构，并且，以便丰富动态重建的虚拟2D解剖结构。此后，可以任选地将手术前重建的3D图或内窥镜图像与显示介入仪器的导航运动的二维重建的2D解剖结构的动态更新的图像数据配准并融合，并且，可以进一步实现对所述虚拟解剖结构进行涂色，以将其与手术中采集的2D实况图像中所描绘的解剖结构和介入仪器区分。
本发明的应用
本发明能够有利地应用于微创图像引导介入的范围中，其有利于减少待介入处置的患者在射线照相的图像采集会话期间所曝露的X辐射剂量，例如本发明能够有利地应用于X射线引导的射频消融或起搏器放置过程的范围中。所提出的系统和方法尤其旨在应用于医疗工作站或控制台，特别是应用于诸如Philips的EP导航器的那些致力于电生理过程的医疗工作站或控制台。
虽然在附图和前述的描述中已详细地图解说明并描述本发明，但这样的图解说明和描述被认为是图解说明性或示范性且非限制性的，这意味着本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员根据对附图、公开内容以及所附权利要求的研究在实践所主张的发明中能够理解并实现对所公开的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所列举的若干项的功能。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的这一事实不指示这些措施的组合是不利的。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，例如经由因特网或者其他有线或无线通信系统。此外，权利要求中的任何参考标记都不应当被解释为限制本发明的范围。

Claims (11)

1.一种图像采集方法，其用于通过从相同的投影角度和物距在手术中采集并记录(S5a)2D实况图像序列而在介入仪器导航通过患者的心血管系统和/或心腔解剖结构时跟踪介入仪器的导航运动，所述图像示出这样的导航运动的不同阶段期间的所述介入仪器，所述方法包括步骤：
-在2D透视图的所述采集和记录期间，针对每次跟踪而记录(S5b)所述患者的心动周期和/或呼吸周期的特定相位，
-借助于心动和/或呼吸门控，选择(S6)与所述患者的心动周期和/或呼吸周期的可预定义的特定相位对应的那些图像集，以及
在执行所述选择步骤并进一步对所述介入仪器进行导航时，
-通过对所述介入仪器的2D位置的覆盖子集进行融合而生成(S7)所述患者的心血管系统和/或心腔解剖结构的虚拟2D重建，所述2D位置是直到所述生成步骤前已经被选择的那些2D位置，其中，所述2D重建是动态上丰富的，其具有所述介入仪器的每个新采集并选择的2D位置，因而产生所述介入仪器的不同导航运动阶段的叠加的2D视图，以及
-通过将新选择的2D实况图像覆盖并融合至重建的解剖结构的当前版本而在监视器屏幕或显示器上显示(S8)二维重建的虚拟解剖结构的动态更新的版本。
2.如权利要求1所述的图像采集方法，其在射频消融和用于心脏再同步治疗的起搏器放置过程的范围中执行，在所述心脏再同步治疗期间，将起搏器导联放置在冠状静脉中。
3.如前述权利要求中的任一项所述的图像采集方法，包括步骤：
-执行用于手术前采集并记录(S1)3D体素数据集的基于CT、MR或C型臂的3DRA图像采集会话，需要所述3D体素数据集来重建(S2)待介入处置的所述患者的心脏和/或心血管系统的感兴趣区域中的所述患者的冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型。
-将手术前记录的3D体素数据与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合的图像数据进行配准并融合(S9)，以及
-在所述监视器屏幕或显示器上显示(S10)所获得的配准并融合的图像。
4.如权利要求3所述的图像采集方法，其中，重建(S2)所述冠状血管和/或心腔解剖结构的所述3D模型的步骤包括计算(S3a)具有最小的透视收缩和最小的血管重叠的最优视角并且在所述监视器屏幕或显示器上示出的窗口中显示(S3b)所述最优视角的最优观察图的步骤。
5.如权利要求4所述的图像采集方法，其中，重建(S2)所述冠状血管和/或心腔解剖结构的所述3D模型的步骤包括执行对感兴趣的靶标结构或病灶的3D分割(S4a)并且使不包括在所述靶标结构或病灶的分割轮廓内的图像区域淡出(S4b)的步骤。
6.一种图像处理系统，其在耦合至图像采集系统的工作站上运行，所述图像采集系统适于执行图像采集方法，所述图像采集方法用于通过从相同的投影角度和物距在手术中采集并记录2D实况图像序列而在介入仪器导航通过患者的心血管系统和/或心腔解剖结构时跟踪所述介入仪器的导航运动，所述图像示出这样的导航运动的不同阶段期间的所述介入仪器，其中，所述图像处理系统(5)被编程用于：
-在2D透视图的采集和记录期间，针对每次跟踪而记录所述患者的心动周期和/或呼吸周期的特定相位，
-借助于心动和/或呼吸门控，选择与所述患者的心动周期和/或呼吸周期的可预定义的特定相位对应的那些图像的集合，以及
在执行所述选择步骤并进一步对所述介入仪器进行导航时，
-通过对所述介入仪器的2D位置的覆盖子集进行融合而生成所述患者的心血管系统和/或心腔解剖结构的虚拟2D重建，所述2D位置是直到所述生成步骤前已经被选择的那些2D位置，其中，所述2D重建是动态上丰富的，其具有所述介入仪器的每个新采集并选择的2D位置，因而产生所述介入仪器的不同导航运动阶段的叠加的2D视图，以及
-通过将新选择的2D实况图像覆盖并融合至重建的解剖结构的当前版本而在监视器屏幕或显示器上显示二维重建的虚拟解剖结构的动态更新的版本。
7.如权利要求6所述的图像处理系统，配备有：
-2D/3D配准及融合工具(5a)，其适于对手术前采集并记录的3D体素数据集与动态上丰富的二维重建的2D解剖结构的融合图像数据进行配准并融合，所述3D体素数据集用于重建待介入处置的所述患者的心脏和/或心血管系统的感兴趣区域中的所述患者的冠状血管和/或心腔解剖结构的3D模型，以及
-可视化工具(5b)，其用于在所述监视器屏幕或显示器上显示所获得的配准并融合的图像。
8.如权利要求7所述的图像处理系统，其用于执行重建所述冠状血管和/或心腔解剖结构的所述3D模型的步骤，所述步骤配置为计算具有最小的透视收缩和最小的血管重叠的最优视角并且在所述监视器屏幕或显示器上示出的窗口中显示所述最优视角的最优观察图。
9.如权利要求8所述的图像处理系统，还适于执行对感兴趣的靶标结构或病灶的3D分割并且使不包括在所述靶标结构或病灶的分割轮廓内的图像区域淡出。
10.一种工作站或控制台，其利用实施如权利要求6至9中的任一项所述的图像处理系统的软件对所述工作站或控制台进行编程。
11.一种计算机软件产品，其配置为当在如权利要求10所述的工作站或控制台上运行时执行如权利要求1至5中的任一项所述的图像采集方法。
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