CN102551667A - 通过标测图扭曲的导管-组织接触的可视化 - Google Patents

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Abstract

一种通过标测图扭曲的导管-组织接触的可视化。本发明公开了一种方法，其包括构造体腔的模拟表面，并将探针的远端按压住所述体腔的壁。在将所述远端按压住所述壁的同时，从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值，和从所述探针接收指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值。基于对所述力测量值超过预定量的检测，在通过位置测量值指示的位置处在所述模拟表面中创建扭曲，以形成扭曲表面。随后，所述扭曲表面被显示。

Description

通过标测图扭曲的导管-组织接触的可视化
技术领域
本发明整体涉及医学成像，具体地讲，涉及通过医疗探针施加在体内组织上的力的可视化。
背景技术
在电生理诊断程序(如心内电标测)中，侵入性医疗探针被引入身体器官的腔室中。由于探针定位在器官内的特定标测点，探针测量特定信息(如电势)并将测量值传输至标测系统。标测系统创建标测图，所述标测图包括在器官中相应的位置处的测量值。标测图可在将各种诊断和治疗程序应用到器官时使用。
当把探针置于器官内时，使探针远侧顶端直接接触器官组织可为可取的。通过(例如)测量远侧顶端和组织之间的接触压力，可以确认接触情况。其公开内容以引用方式并入本文中的美国专利申请公布2007/0100332、2009/0093806和2009/0138007描述了使用埋入导管内的力传感器感测导管远侧顶端与体腔内的组织之间的接触压力的方法。
发明内容
根据本发明的实施例，提供了一种方法，其包括：构造体腔的模拟表面；抵住所述体腔的壁按压探针的远端；在将所述远端按压住所述壁的同时，从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值和指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值；基于对所述力测量值超过预定量的检测，在通过所述位置测量值指示的所述模拟表面中的位置处创建扭曲，以形成扭曲表面；以及显示所述扭曲表面。
所述方法可包括：在构造所述模拟表面之前，从医学成像系统收集针对所述体腔的图像数据。在一些实施例中，所述医学成像系统可选自：探针标测系统、磁共振成像系统和计算机X线体层照相术系统。在另一实施例中，构造所述模拟表面的步骤可包括将快速标测方法应用到所述图像数据。在另一实施例中，所述探针可包括心内导管。在另一实施例中，所述体腔可包括心室。在另一实施例中，所述创建扭曲的步骤可包括在所述模拟表面上并入三维效果。在可供选择的实施例中，所述三维效果可包括从所述模拟表面突出的顶点。在另一实施例中，所述三维效果可包括凹入到所述模拟表面中的顶点。在另一实施例中，所述创建扭曲的步骤可包括：对应于在通过所述位置测量值指示的位置处的力，用特定颜色填充所述模拟表面的区域。
根据本发明的实施例，还提供了一种设备，其包括探针和处理器。所述探针被构造为插入到患者的体腔中，并包括用于测量所述探针的远端在所述体腔内的位置的定位传感器和用于测量在所述远端和所述体腔的壁之间的力的力传感器。所述处理器被构造为构造所述体腔的模拟表面，以在将所述远端压住所述壁的同时从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值·以及指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值，以在所述模拟表面中通过所述位置测量值指示的位置处创建扭曲，基于对所述力测量值超过预定量的检测形成扭曲表面，并且显示所述扭曲表面。
根据本发明的实施例，还提供了一种计算机软件产品，其结合探针工作，所述探针被构造为插入到患者的体腔内，并且包括用于测量所述探针的远端在体腔内的位置的定位传感器和用于测量在所述远端和所述体腔的壁之间的力的力传感器，所述产品包括其中存储有程序指令的非临时性计算机可读介质，当被计算机读取时，其指示计算机构造所述体腔的模拟表面，在所述远端按压所述壁的同时，从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值和指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值，基于对所述力测量值超过预定量的检测，在所述模拟表面通过所述位置测量值指示的位置处创建扭曲以形成扭曲表面，和显示所述扭曲表面。
附图说明
本文参照附图，仅以举例说明的方式描述本发明，在附图中：
图1为根据本发明的实施例用于力感测导管的导管-组织接触可视化系统的示意图；
图2为示出根据本发明实施例的力感测导管的远侧部分细节的示意性侧视图；以及
图3是示意性地示出了根据本发明公开的实施例的导管-组织接触可视化系统的元件的框图；
图4是指示根据本发明的实施例的导管-组织接触的扭曲的示图；以及
图5为示意性地示出根据本发明实施例的将导管-组织接触可视化的方法的流程图。
具体实施方式
概述
生理标测程序或解剖标测程序通常创建标测图，所述标测图包括从电解剖(electroanatomical)标测系统收集的标测点。每一个标测点包括身体器官内的相应的坐标，并可能包括在所述相应的坐标处的医疗探针收集的生理特性。
当收集标测点时，重要的是保持探针和诸如心壁的体腔组织之间的力的正确水平。需要足够的力来确保探针和组织之间有良好的电极接触。电接触不良会导致读数不准确。在另一方面，过大的力会使组织变形，从而使标测图扭曲。在严重的情况下，太大的力可导致对心壁的物理损伤。
本发明的实施例提供用于使诸如心内导管的力感测探针和诸如心壁的体内组织之间的接触力可视化的方法和系统。在一些实施例中，基于从医学成像系统接收到的数据点构造针对心壁的模拟表面。当力感测探针将力施加到心壁时，在模拟表面上的接触点处可产生扭曲。在图形上，所述扭曲可被呈现为在对应于导管-组织接触的位置的模拟表面上的突出的顶点，从而将心壁的三维(3D)图呈现给诸如医护人员的操作者。
当从心室外观看所述扭曲时，所述扭曲的图形效果可类似于当用棍棒顶弹性布匹时观察到的那种凸包。作为另外一种选择，从心室内侧观察所述扭曲可为在模拟表面中的凹入的顶点(即，凹陷)。在替代形式的实施例中，按照与在制图学中使用的分层设色法和晕渲法相似的方式，所述扭曲可利用颜色和/或阴影来指示导管和体内组织之间的力，其中不同的颜色和阴影对应于不同的力水平。
在模拟表面中示出的扭曲的量可不一定反映出由所述力导致的心壁的实际扭曲。本发明的实施例允许操作者为了可视化的目的而调整扭曲的量。除此之外或作为另外一种选择，在不同的情况下可使用不同相对程度的扭曲。例如，当导管施加类似的力时，在心房中呈现的扭曲可大于在心室中呈现的扭曲(心房的壁厚通常薄于心室的壁厚)。
在一些实施例中，通过根据导管和体内组织之间的力成比例地增大模拟表面的扭曲，指示导管-组织接触的所述扭曲可不仅显示接触点而且还显示接触力。
系统说明
图1是根据本发明的实施例的通过标测图扭曲实现导管-组织接触的可视化的心内标测系统20的示意性图解示图。系统20包括探针22(诸如导管)和控制台24。在以下描述的实施例中，假设探针22用于诊断或治疗处理，诸如用于标测患者28的心脏26中的电势。作为另外一种选择，加上必要的变更，可以将探针22用于心脏中或其他身体器官中的其他治疗和/或诊断用途。
操作者30将探针22穿过患者28的血管系统插入，以使得探针22的远端32进入心脏26的心室。系统20通常利用磁性位置感测，以确定心脏26的内部的远端32的位置坐标。控制台24具有驱动电路34，该驱动电路驱动设置在患者28体外的已知位置(如位于患者躯干下方)处的场发生器36。在探针22的远端32中的磁场传感器38(在图2中更详细地示出了传感器38)响应于来自线圈的磁场产生电信号，从而使得控制台24能够确定远端32在心室中的位置。
虽然在当前实例系统20中，利用基于磁的传感器来测量远端32的位置，但可以使用其它位置跟踪技术(如基于阻抗的传感器)。磁性位置跟踪技术在(例如)美国专利5,391,199、5,443,489、6,788,967、6,690,963、5,558,091、6,172,499、6,177,792中有所描述，其公开内容以引用方式并入本文中。基于阻抗的位置跟踪技术在(例如)美国专利5,983,126、6,456,864和5,944,022中有所描述，其公开内容以引用方式并入本文中。
为了标测所考虑的心室，操作者30将远端32定位在心室内表面上的多个位置处(或接近内表面)。在每一个位置处，连接到远端的电极40测量特定的生理特性(例如，局部表面电势)。系统20建立位置测量值和电势测量值的联系。因此，系统收集多个标测点，每一个标测点包括内心室表面上的坐标以及位于此坐标处的相应的生理特性测量值。
控制台24包括处理器42，其从医学成像系统(未示出)中收集图像数据，所述医学成像系统诸如磁共振成像(MRI)系统，或计算机X线体层照相术(CT)系统，或由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，CA)生产的诸如CARTOTM标测系统的的探针标测系统。处理器42利用图像数据来构造所考虑的心室的模拟表面。构造模拟表面的示例性方法在以下被进一步描述。处理器42随后将电势测量值“叠加”在由图像数据产生的模拟表面上。处理器42在显示器46上向操作者30显示模拟表面的图像44，其中电势测量值叠加在所述模拟表面上(模拟表面和电势测量值的融合在本文中被称为标测图)。
处理器42通常包括通用计算机，该计算机具有合适的前端和接口电路，用于接收来自探针22的信号，并控制控制台24的其他组件。处理器42可以在软件内编程，以执行本文所述的功能。例如，可以经网络将软件以电子形式下载到控制台24中，或可以将软件保存在非暂时性有形介质(诸如光学、磁或电子存储介质)上。作为另外一种选择，可通过专用或可编程数字硬件元件执行处理器42的一些或全部功能。
在当前实施例中，处理器42还监控从远端32中的力传感器48接收的信号测量值(力传感器48更详细地示于图2中)，从而精确地估算远端32施加在心脏26的心内组织上的力。当通过远端32施加在心内组织上的力超过预定量时，处理器42可在图像44中产生扭曲的表面，以指示施加的力。
处理器42在存储器50中存储代表图像44的数据。在一些实施例中，利用一个或多个输入装置52的操作者30可控制处理器42呈现扭曲的方式。例如，如果图像44包括心脏26的三维表示，则操作者可利用输入装置52控制表示远端施加的力的顶点的实际几何程度。(假如发生组织帐篷状凸出，则这种顶点可呈现大致圆锥形。)除此之外或作为另外一种选择，操作者30可利用输入装置52控制用于指示施加的力的任何颜色和/或阴影。
尽管图1示出了具体的系统构造，但也可以采用其他系统构造来实现本发明的实施例，并因而被认为是在本发明的精神和范围内。例如，可通过利用除上述磁场传感器之外的类型的定位转换器(例如基于阻抗的定位传感器或超声定位传感器)来应用下文描述的方法。如本文所用，术语“定位转换器”指安装在探针22上的元件，该元件引起控制台24能接收指示远端坐标的信号。因而该定位转换器可包括探针上的接收器，其基于传感器接收到的能量产生位置信号至控制器；或传感器可以包括发射器，发射出探针外部的接收器可感测的能量。此外，类似地，实施下文描述的方法时，不仅可以使用导管，而且可以使用其他类型的探针在心脏和其他身体器官及区域进行治疗和诊断应用。
图2为根据本发明的实施例的探针22的远端32的示意性剖视图。具体地讲，图2示出了用于治疗和/或诊断活性的远端32的功能性元件。探针远端顶端46处的电极40感测组织内的电信号。电极40通常由金属材料(例如铂/铱合金或另一种合适的材料)制成。作为另外一种选择，可提供沿探针长度的多个电极(未示出)。
定位传感器38将指示远端32的位置坐标的信号传输到控制台24。定位传感器38可包括一个或多个微型线圈，并且通常包括多个沿不同轴取向的线圈。作为另外一种选择，定位传感器38可包括另一类型的磁性传感器、充当位置检测器的电极或其他类型的位置检测器，例如基于阻抗的定位传感器或超声定位传感器。虽然图2示出了具有单个定位传感器的探针，但本发明的实施例可以采用具有不止一个定位传感器的探针。
在可供选择的实施例中，定位传感器38和磁场发生器36的作用可以互换。换句话讲，驱动电路34可以驱动远端32内的磁场发生器，以产生一个或多个磁场。发生器36内的线圈可被构造以感测磁场并产生指示这些磁场的分量的幅度的信号。处理器42接收并处理这些信号，以确定心脏26内的远端32的位置坐标。
力传感器48通过对控制台产生指示通过远侧顶端施加到心内组织上的力的信号来测量通过远侧顶端60施加到心脏26的心内组织的力。在一个实施例中，力传感器可包括通过远端32中的弹簧连接的磁场发送器和接收器，并且可基于对弹簧的挠度的测量产生力的指示。这类探针和力传感器的更多细节在美国专利申请公布2009/0093806和2009/0138007中有所描述，这些专利的公开内容以引用方式并入本文中。作为另外一种选择，远端32可包括另一类力传感器。
图3为根据本发明所公开的实施例示意性地示出控制台24的元件的方框图。心内数据采集模块70收集来自探针22的力的测量值和位置信号，并将所述测量值和位置信号传递给可视化模块72。图像采集模块74收集心脏26的图像数据(通常从上述MRI或CT系统中收集)并将所述图像数据传递给模块72。模块72包括用于分别与模块70和74通信的接口76和78。
处理器42通常将收集的数据存储到存储器50。存储器50可以包括任何合适的易失性和/或非易失性存储器，诸如随机存取存储器或硬盘驱动器。在收集图像数据之后，处理器42应用计算法(例如，快速标测方法)构造图像44。在本实施例中，图像44包括心室的表面的模拟3D表面(例如，多边形网片)，处理器42将其作为图像44呈现在显示器46上。
如果收集的力测量值超出预定量，则处理器42可扭曲图像44以为操作者30提供远端32和心内组织之间的力的视觉表示。如上所述，扭曲的实例包括(但不限于)对应于远端32在心脏26施加力的位置的在模拟表面中的顶点以及在模拟表面中的区域的颜色和/或阴影。
从输入装置53经接口58的输入使得操作者30可调整扭曲的可视化。例如，操作者30可确定处理器42如何在显示器46上呈现扭曲。换句话讲，基于操作者的输入，在模拟表面上显示的扭曲可不一定反映出心脏的实际扭曲(例如，所述扭曲可夸大所述力)。
导管-组织接触可视化
图4是根据本发明的实施例的模拟表面90的示图，其示出了指示导管-组织接触的扭曲。在示出的实例中，模拟表面90表示从心脏之外观看的心脏26的壁的一部分。在示出的实例中，远端32抵住心脏26中的心内组织按压，即导管22位于心脏26内并抵住心脏壁按压。由于通过远端32施加在心脏壁上的力而在模拟表面90中显示的扭曲以灰度形式显示为突出的顶点92、暗部94和亮部96，因此在表面上组合出3D明暗效果。作为另外一种选择，模拟表面90可从心脏26内侧观察，在这种情况下，所述扭曲可被显示为凹入的顶点(即，在表面90中的凹陷而非突起92)。此外，作为另外一种选择，扭曲可按照颜色形式显示。
图5是示意性地示出根据本发明的实施例在标测图44中创建扭曲的方法的流程图，以可视化导管-组织接触。在执行心内手术之前，在第一收集步骤100，处理器42从医学成像系统(例如，CARTOTM或MRI或CT成像系统)中收集针对心脏26的心室的图像数据。图像数据通常包括表示心室的组织的数据点。在构造步骤102中，处理器42将计算法(例如，第一标测方法)应用到收集的图像数据，以构造模拟表面90。
在阈值设置步骤104中，操作者30利用输入装置52设定限定力的阈值的预定量。作为另外一种选择，预定量可预先限定，并存储在存储器50中。
在心内手术的过程中，在定位步骤106，操作者30将探针22定位，使得探针的远端32压住心脏26的心内组织。在第二收集步骤108中，处理器42从定位传感器38接收指示远端32在心脏26内的位置测量值的信号和从力传感器48接收指示远端32和心内组织之间的力测量值的信号。
在比较步骤110中，如果力测量值超出力的阈值，则在扭曲步骤112中，处理器42在模拟表面90上的通过位置测量值指示的位置处创造扭曲(例如，突起92)，从而形成扭曲表面。操作者30可利用输入装置52控制扭曲的幅度和/或扭曲类型(例如，突出或颜色/阴影)。另外，处理器42可根据与远端32接触的组织调整扭曲的幅度。例如，由于心脏26的心房的壁厚薄于(心脏的)心室的壁厚，因此当远端与心房组织接触(并施加等同的力)时，处理器42可在标测图44中引入更大程度的扭曲。
在显示步骤114中，处理器42在显示器46上呈现包括模拟表面(包括所有扭曲)和相关电势测量值的标测图44，并且所述方法返回到步骤106，直至操作者30完成心内手术为止。返回步骤110，如果测量的力小于力的阈值，则所述方法继续到步骤114，而不对模拟表面90引入任何扭曲。
以下权利要求书中的相应结构、材料、操作和所有方法或步骤以及功能元件的等同形式旨在包括任何结构、材料或者操作，以用于执行与在权利要求中具体保护的其他受权利要求保护的元件相结合的功能。已提供了对本发明的描述以用于举例说明和描述的目的，但并非旨在详尽描述本发明或将本发明限制为本发明所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的前提下，许多修改形式和变型形式对于本领域的普通技术人员而言将显而易见。选择并描述了以上实施例，以便最好地解释本公开的原理和实际应用，以及使本领域的其他技术人员能够理解本公开的各种实施例具有适于所考虑的具体用途的各种修改形式。
应当理解上述实施例仅是举例方式的援引，本发明并不限于上文具体示出和描述的内容。更确切地说，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合、以及本领域技术人员在阅读上述说明书时可能想到的并且现有技术中未公开的变型形式和修改形式。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
构造体腔的模拟表面；
抵住所述体腔的壁按压探针的远端；
在将所述远端按压住所述壁的同时，从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值和指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值；
基于对所述力测量值超过预定量的检测，在通过所述位置测量值指示的所述模拟表面中的位置处创建扭曲，以形成扭曲表面；以及
显示所述扭曲表面。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在构造所述模拟表面之前，从医学成像系统收集针对所述体腔的图像数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述医学成像系统选自：探针标测系统、磁共振成像系统和计算机X线体层照相术系统。
4.根据权利要求2所述的方法，其中构造所述模拟表面的步骤包括将快速标测方法应用到所述图像数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述探针包括心内导管。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述体腔包括心室。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述创建扭曲的步骤包括在所述模拟表面上并入三维效果。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述三维效果包括从所述模拟表面突出的顶点。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述三维效果包括凹入到所述模拟表面中的顶点。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述创建扭曲的步骤包括：对应于在通过所述位置测量值指示的位置处的力，用特定颜色填充所述模拟表面的区域。
11.一种设备，包括：
探针，其被构造为插入到患者的体腔中，并包括用于测量所述探针的远端在所述体腔内的位置的定位传感器和用于测量在所述远端和所述体腔的壁之间的力的力传感器；和
处理器，其被构造为构造所述体腔的模拟表面，以在将所述远端压住所述壁的同时从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值以及指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值，以在所述模拟表面中通过所述位置测量值指示的位置处创建扭曲，基于对所述力测量值超过预定量的检测形成扭曲表面，并且显示所述扭曲表面。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被构造为：在构造所述模拟表面之前，从医学成像系统收集针对所述体腔的图像数据。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述医学成像系统选自：探针标测系统、磁共振成像系统和计算机X线体层照相术系统。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器被构造为：通过将快速标测方法应用到所述图像数据来构造所述模拟表面。
15.根据权利要求11所述的设备，其中所述探针包括心内导管。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被构造为：通过将三维效果并入所述表面上，从而创建扭曲。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述三维效果包括从所述模拟表面突出的顶点。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述三维效果包括凹入到所述模拟表面中的顶点。
19.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器被构造为：对应于在通过所述位置测量值指示的位置处的力，用特定颜色填充所述模拟表面的区域，从而创建所述扭曲。
20.一种计算机软件产品，其结合探针工作，所述探针被构造为插入到患者的体腔内，并且包括用于测量所述探针的远端在体腔内的位置的定位传感器和用于测量在所述远端和所述体腔的壁之间的力的力传感器，所述产品包括其中存储有程序指令的非临时性计算机可读介质，当被计算机读取时，其指示计算机构造所述体腔的模拟表面，在所述远端按压所述壁的同时，从所述探针接收指示所述探针在所述体腔内的位置的位置测量值和指示所述远端和所述壁之间的力的力测量值，基于对所述力测量值超过预定量的检测，在所述模拟表面通过所述位置测量值指示的位置处创建扭曲以形成扭曲表面，和显示所述扭曲表面。
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