CN103220996A - 位置确定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及位置确定装置，其用于确定诸如人体心脏的第二对象（3）中的诸如导管的第一对象（2）的位置。所述第一对象包括第一超声单元，并且第二超声单元（5）定位于所述第二对象之外。位置确定单元基于在第一超声单元和第二超声单元之间传输的超声信号确定所述第二对象中所述第一对象的位置。这允许以作为利用电信号的传输以确定位置的备选的方式，并且以可能导致确定位置的改进的精度的方式，可靠地确定所述第二对象中的所述第一对象的位置。

Description

位置确定装置
技术领域
本发明涉及位置确定装置，位置确定方法和位置确定计算机程序，用于确定第二对象中的第一对象的位置，特别是，用于确定诸如人体心脏内导管或针的体内装置的位置。
背景技术
US7604601B2公开了对患者身体进行成像的医学成像系统。所述医学成像系统包括具有位置传感器和超声成像传感器的导管，其中，所述位置传感器发射指示患者体内的导管的部分的位置信息的电信号，并且所述超声成像传感器向患者体内的靶发射超声能量，接收从患者体内的靶反射的超声回波，并且发射与从患者体内的靶反射的超声回波相关的信号。位置处理器操作性连接到所述导管，用于基于位置传感器发射的电信号确定导管的部分的位置信息。所述系统还包括显示器和操作性连接到导管、位置处理器和显示器的图像处理器。所述图像处理器基于来自位置传感器的位置信息以与患者体内部分导管方向相同方向在显示器上显示导管图标。所述图像处理器也生成基于超声传感器发射的信号的靶超声图像并且在以患者体内的导管的部分方向相同的方向在显示器上实时描绘生成的超声图像。所述部分导管的位置信息（其基于位置传感器发射的电信号）可能具有相对较低的精度，这可能导致患者体内导管的不精确定位。
发明内容
本发明的目的是提供位置确定装置，用于提供确定第二对象中的第一对象位置的可选方式，特别是确定人体心脏内的体内设备的位置，这可能导致确定位置的改进的精度。
在本发明的第一方面中，提出了用于确定第二对象中的第一对象的位置的位置确定装置，其中，所述位置确定装置包括：
-所述第一对象，其包括第一超声单元，
-第二超声单元，其位于所述第二对象之外，其中，所述第一超声单元和所述第二超声单元适于在它们之间传输超声信号，
-位置确定单元，其用于基于所传输的超声信号确定所述第二对象中所述第一对象的位置。
由于超声信号在第一超声单元和第二超声单元之间传输，其中，所述第一超声单元由第一对象包括并且第二超声单元位于第二对象之外，并且由于基于传输的超声信号确定第二对象内第一对象的位置，因而能够以可选的方式可靠地确定第二对象中第一对象的位置，即，没有必要依赖位置传感器发射的电信号，这可能导致确定位置的改进的精度。
第一对象优选地是诸如导管的体内装置，特别是导管顶端，并且第二对象优选地是人或者动物的部分，如器官，特别是心脏。例如，导管顶端能够配备第一超声单元并且第二超声单元能够位于心脏之外，例如，布置在人体胸部。
第一超声单元和第二超声单元适于在它们之间传输超声信号，意味着第一超声单元能够发射超声信号，该超声信号由第二超声单元接收，或者第二超声单元能够发射超声信号，该超声信号由第一超声单元接收。
第一超声单元和第二超声单元中的至少一个可包括用于在第一超声单元和第二超声单元之间传输超声信号的若干超声换能器。例如，第一超声单元可能包括定位在第一对象表面的多个超声换能器。
具体而言，第一超声单元和第二超声单元中的至少一个可包括用于在第一和第二超声单元之间传输超声信号的若干超声换能器，其中，所述若干超声换能器以相同或不同频率发射超声信号。优选地，第一超声单元包括布置在第一对象上或其内的若干超声换能器，所述若干超声换能器关于第一对象是已知的，其中，所述若干超声换能器以不同频率发射或接收超声信号，用于在所述若干超声换能器和第二超声单元之间以不同频率传输超声信号，并且其中，所述位置确定单元适于基于所传输的超声信号和所述若干超声换能器的位置，确定第一对象的取向，所述若干超声换能器的位置关于第一对象是已知的。具体而言，所述位置确定单元可适于确定第一位置（关于第二超声单元的第一对象上的若干超声换能器的位置），并且适于基于己确定的第一位置和第二位置（所述第二位置是所述若干超声换能器的位置，其关于第一对象是已知的）确定关于第二超声单元第一对象的取向。因此所述位置确定单元可以不仅适于确定位置，而且还适于确定（例如）导管顶端的取向。
优选地，相邻的频率被分开具有相邻频率的超声换能器的带宽之和的至少一半，其中，所述带宽优选地定义为半峰半宽度。这允许相邻频率清晰地分开。
所述若干超声换能器能够同时地或交替地发射超声信号。
在实施例中，第一超声单元和第二超声单元中至少一个包括一个或若干二维或三维超声换能器。具体而言，优选地，第一对象（其优选地是诸如导管的体内装置）包括若干超声换能器，所述若干超声换能器以相同或不同频率同时或交替地发射超声波，并且第二超声单元优选地包括一个或若干二维或三维超声换能器，用于接收发射的超声波。可选地，同样，第二超声单元可以发射超声波并且第一超声单元可以接收超声波。
所述三维超声换能器是，例如，子超声换能器的宽带外部阵列，其能够用于三维经胸廓回波描记术（TTE），或者经自然孔道（NOT）三维超声换能器，其能够用于三维经食管回波描记术（TEE）。所述三维超声换能器也可以是其他形状和/或尺寸。
也优选所述位置确定单元适于基于飞行时间（time of flight）和传输的超声信号的传输方向中的至少一个来确定第二对象中第一对象的位置。例如，导管的位置可以由相对于心脏之外的外部的一个或若干超声换能器在导管上的方向性和飞行时间来确定。
在优选的实施例中，所述第一对象适于在第一对象在第二对象中布置的位置处测量第二对象的属性。例如，第一对象可以是在导管的顶端包括感测电极的导管，所述感测电极用于在位置确定单元已经确定的位置处拾取电激活信号。也优选所述位置确定装置包括图确定单元，所述图确定单元用于确定基于第二对象中第一对象的确定的位置以及已经被所确定的位置测量的第二对象的属性，确定属性图。具体而言，所述图确定单元可以适于基于在由位置确定单元确定的位置测量的电激活信号，确定电解剖图。例如，包括感测电极的导管顶端能够移动到心脏壁上的不同位置，其中，所述不同位置可以由位置确定单元确定，并且其中，电激活信号可以在这些位置测量并用于生成电解剖图。这允许精确地生成电解剖图。
还优选所述第一对象适于在第一对象在第二对象中布置的位置处向第二对象施加能量。例如，第一对象可以是包括消融元件（如用于消融第二对象，特别是人体或动物的心脏）的消融电极的导管。这允许在位置确定单元确定的期望位置处向第二对象施加能量。
优选地，所述图确定单元还适于基于第二对象中第一对象的确定的位置（在所述位置处施加能量）确定能量施加图。具体而言，所述图确定单元可以适于确定解剖图，所述解剖图示出在其处施加能量的解剖学位置，特别是心脏组织被消融的位置。另外诸如由感测电极测量的电属性和/或在其处将施加能量的位置的属性可以在解剖图中显示。因而所述图可以是组合图，其示出在其处已经施加和/或将要施加能量的位置和在其处已经感测第二对象的属性的位置，其中，在后者的位置可以示出感测到的属性。
所述位置确定单元优选地适于确定第二对象中的第一对象关于第二超声单元的位置的位置。为确定第二对象中第一对象关于参考坐标系的位置，第二超声单元关于参考坐标系的位置可以是已知的。
在实施例中，所述位置确定装置包括用于在第二对象定位于的对象上固定第二超声单元的固定装置。所述固定装置是，例如，框架或机器人，在所述固定装置装配第二超声单元，以保持第二超声单元（特别是第二超声单元的超声换能器）固定在对象（其优选地是人体）上。所述框架或机器人可以是立体定向框架或机器人。所述固定装置也可以是背心，在所述背心中嵌入第二超声单元并且所述背心可以由人穿上。通过使用所述固定装置，可以在第二超声单元不改变其位置的情况下操作所述位置确定装置。例如，如果第一对象适于向第二对象施加能量，特别是，如果第一对象是用于执行心律失常治疗的消融导管，可以在超声引导下执行该能量施加，而第二超声单元不改变其位置或者至少第二超声单元可能的移动至少被减少。所述固定装置可以定义参考坐标系，其中，第二超声单元的位置，特别是第二超声单元的超声换能器的位置，关于参考坐标系是已知的，并且其中，所述位置确定单元能够确定第二对象中的第一对象关于参考坐标系的位置。
在实施例中，所述位置确定装置还包括第二超声单元位置确定单元，用于确定第二超声单元关于参考坐标系的位置，其中，所述第二超声单元位置确定单元适于基于所传输的超声信号和所确定的第二超声单元关于参考坐标系的位置，确定第二对象中的第一对象关于参考坐标系的的位置。在该实施例中，能够精确地将能量施加到第二对象内的期望的位置和/或能够在第二对象内期望的位置精确地感测属性，即便第二超声单元，（特别是第二超声单元的超声换能器）在相应的程序期间改变位置。
所述第二超声单元位置确定单元可以包括三维位置传感器，如电磁（EM），光学或纤维形状传感器，所述三维位置传感器附接到第二超声单元，特别是附接到第二超声单元的超声换能器，并且其可以连续测量第二超声单元的位置。
还优选所述位置确定装置包括超声图像生成单元，所述超声图像生成单元用于基于来自第一超声单元和第二超声单元中的至少一个的超声信息来生成第二对象的超声图像，其中，所述位置确定单元适于基于在第一与第二超声单元之间传输的超声信号和超声信息来确定第二对象中第一对象关于超声图像的位置。在优选的实施例中，所述位置确定装置还包括配准单元，用于将超声图像与预先采集的图像或第二对象的模型配准，其中，所述位置确定单元适于基于所确定的关于超声图像的位置的和记录结果确定第二对象中第一对象的位置。所述第二对象的超声图像优选是当前采集的三维超声图像并且预先采集的图像优选是预先采集的相同或另一成像模态的三维图像，所述预先采集的图像例如，超声图像、计算机断层扫描摄影图像、磁共振图像等。所述模型也优选是三维的。所述位置确定装置优选地适于确定在预先采集的图像中示出或通过模型示出的第二对象中第一对象的位置。在实施例中，在介入治疗期间能够实时地生成所述超声图像，其中，（例如）心脏的预先采集的图像或模型能够与实时超声图像配准，以允许所述位置确定装置基于所确定的关于实时超声图像的位置和配准结果实时地确定第二对象中第一对象的位置。特别是，例如，导管顶端或针尖的位置能够在（例如）心脏的预先采集的图像或模型上实时地显示。
在本发明的又一方面中，提出了确定第二对象中第一对象位置的位置确定方法，其中，所述位置确定方法包括：
-在由第一对象包括的第一超声单元和位于第二对象之外的第二超声单元之间传输超声信号，以及
-通过位置确定单元，基于所传输的超声信号，确定第二对象中第一对象的位置。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于确定第二对象中第一对象的位置的位置确定计算机程序，其中，所述位置确定计算机程序包括程序代码模块，用于当所述位置确定计算机程序在控制所述位置确定装置的计算机上运行时，令根据权利要求1所述的位置确定装置执行根据权利要求12所述的位置确定方法的步骤。
应当理解，根据权利要求1所述的位置确定装置，根据权利要求12所述的位置确定方法，以及根据权利要求13所述的位置确定计算机程序具有，特别根据从属权利要求中所述的，相似的和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也可以是从属权利要求与相应的独立权利要求的任意组合。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并将得到阐述。
附图说明
图1图解性和示范性地示出了用于确定第二对象中的第一对象的位置的位置确定装置的实施例；
图2图解性和示范性地示出了导管顶端的实施例；
图3图解性和示范性地示出了超声换能器在人体胸部的布置，所述超声换能器与人体心脏中的超声换能器通信；
图4图解性和示范性地示出了具有规划的消融位置的电解剖图；
图5图解性和示范性地示出了其中整合了超声换能器的由人穿的背心，该背心与人体心脏中的超声换能器通信；
图6图解性和示范性地示出了用所确定的导管顶端的位置覆盖的超声图像；
图7示出的流程图示范性地图示了用于确定第二对象中第一对象的位置的位置确定方法的实施例；以及
图8示出的流程图示范性地图示了应用主旨确定装置的过程的流程。
具体实施方式
图1图解性和示范性地示出了用于确定第二对象3中第一对象2的位置的位置确定装置的实施例。所述位置确定装置1包括第一对象2，所述第一对象2包含第一超声单元（图1中未示出），和位于第二对象3之外的第二超声单元5，其中，所述第一超声单元和所述第二超声单元5适于在它们之间传输超声信号。所述位置确定装置1还包括控制和处理单元40，用于控制所述位置确定装置1以及处理从第一和第二超声单元接收的超声信息。具体而言，所述控制和处理单元40包含位置确定单元6，用于基于所传输的超声信号确定第二对象3中第一对象2的位置。
在该实施例中，第一对象2是导管20的顶端，其布置在人体21的心脏3内部，所述心脏3是第二对象。所述人体21定位于桌22上。
在图2中更详细地示范性示出了所述导管顶端2。在图2中可以看出，所述导管顶端2包括组成第一超声单元的若干组7…10超声换能器。所述超声单元定位于导管顶端2的表面。然而，他们也能够并入到导管顶端并且在导管顶端通过开口发送和/或接收超声信号。具体而言，所述导管顶端2可以包括第一组内额超声换能器7，围绕第一组换能器环形布置的第二组超声换能器8，以及第三组换能器9，所述第三组换能器9到导管顶端2尽头的距离比第四组超声换能器10到导管顶端2尽头的距离更近，其中，第三和第四组换能器9、10位于导管顶端102的侧面。所述若干超声换能器可以适于以相同频率或以不同频率发射超声波。例如，所述相同组的超声换能器能够以相同频率发射超声信号并且不同组的超声换能器能够以不同频率发射超声信号，其中，相邻的频率被分开具有相邻频率的超声换能器的至少半带宽之和。所述若干超声换能器也可以适于每个超声换能器以不同频率发射超声波。
第一超声单元的超声换能器的位置关于导管顶端2是已知的。因而所述位置确定单元6可以适于基于所传输的超声信号和第一超声单元的若干超声换能器的位置（所述位置关于导管顶端2是已知的）来确定导管顶端2的取向。具体而言，所述位置确定单元6能够适于确定第一位置，该第一位置是若干超声换能器在导管顶端2上关于第二超声单元5的位置，并且适于基于所确定的第一位置和第二位置来确定导管顶端2关于第二超声单元5的取向，所述第二位置是位于第一超声单元的若干超声换能器的位置，其关于导管顶端2是已知的。因此所述位置确定单元6能够不仅适于确定位置，而且适于确定导管顶端102的取向。
如果所述第二超声单元5接收超声波，则可以通过以下方式中的至少一种来确定第一超声单元的哪个超声换能器已经发射超声波。例如，第一超声单元的不同超声换能器能够以不同频率工作，以允许第二超声单元5基于超声波频率确定第一超声单元的哪个超声换能器己经发送相应的超声波。所述第一超声单元的超声换能器也可以时间上相继地工作以使得在一个时间激活第一超声单元的仅仅一个超声换能器，以基于时间确定第一超声单元的哪个超声换能器已经发送超声波。也能够以相同频率并且在相同的时间，但是以不同的激活模式来操作第一超声单元的超声换能器。激活模式定义脉冲队列波形，特别是每周期脉冲量和/或脉冲之间的距离，其中，所述脉冲队列波形对于第一超声单元的不同超声换能器可能是不同的。然后通过（例如）执行将接收到的超声波与第一超声单元不同超声换能器的已知激活模式相关的相关分析，可以根据脉冲队列波形确定哪个超声单元发送了哪个接收到的超声波。
可以操作所述第一超声单元的超声换能器以使得每个单独的超声换能器的超声波能够与第一超声单元的其他超声换能器的超声波相区别或者使得第一超声单元的一组超声换能器的超声波能够与第一超声单元的其他组超声换能器的超声波相区别。
所述第二超声单元5优选地包括一个或若干二维或三维超声换能器，用于接收由位于导管顶端2的超声换能器发射的超声信号。在该实施例中，所述第二超声单元5包括三维TTE超声换能器，其布置在外胸，特别是安置在人体21的肋骨之间。在其他实施例中，第二超声单元的一个或若干二维或三维超声换能器也可以具有另一种形状和/或尺寸。例如，第二超声单元也可包括三维NOT超声换能器，其通常用于三维TTE。在图3中图解性和示范性地示出了包括三维TTE超声换能器的第二超声单元5。
图3示出了具有肋骨32的人体21的胸部。第二超声单元5的三维TTE超声换能器33放置在肋骨32之间并接收来自位于导管20的导管顶端2的超声换能器的超声信号34，其中，导管顶端2位于心脏3内。图3用虚线示出了可选的更多的第二超声单元5的三维TTE超声换能器30，31，其也可以放置在人体21的胸部肋骨32之间。这些更多的可选超声换能器30，31也可以用于从导管顶端2处的超声换能器接收超声信号，其中，这些接收到的超声信号也可以用于确定心脏3中导管顶端2的位置。
所述位置确定单元6适于基于飞行时间和经传输的超声信号的传输方向（即发射和/或接收超声信号的方向）中的至少一个来确定在心脏3中导管顶端2的位置。例如，导管顶端2的位置可以从飞行时间和在导管顶端2上的若干换能器关于心脏3外部的第二超声单元5的方向性来确定。在实施例中，可以使用三边测量法和/或单向波束形成来确定导管顶端2的三维位置和取向。所述位置确定单元6也可以适于基于，第二超声单元在哪个方向能够接收来自第一超声单元的哪组超声换能器接收超声波的信息，来确定心脏3中的导管顶端2的取向，其中，所述位置确定106可包括存储该信息的数据库。例如，如果导管顶端2关于第二超声单元在垂直方向，那么第二超声单元仅可能接收到来自第一组7和第二组8的超声换能器的超声波。因此，如果第二超声单元仅接收到来自第一组7和第二组8的信号，那么所述位置确定单元6可以适于确定导管顶端2关于第二超声单元是垂直的。例如，如果第一组7和第二组8基本朝向第二超声单元以使得第三组9和第四组10的超声换能器在基本平行于第二超声单元探测表面的方向发射超声波，那么所述导管顶端2被认为关于第二超声单元在垂直方向。
所述导管顶端2包括帽电极71和环形电极72。所述帽电极71包括第一超声单元的超声换能器和可选开口70。所述开口70能够用于，例如，灌注目的。所述帽电极71可以用作消融电极，用于通过递送RF能量以消融心脏组织。所述环形电极72还有所述帽电极71也可以用作感测电极以拾取电激活信号。所述电激活信号优选地是电描记图记录，其可以是在电极帽71和环形电极72之间的单极记录或者双极记录。因此，帽电极71优选地用作消融电极以及用作感测电极，而环形电极72优选地仅用作感测电极。感测电极优选地用于在位置确定单元6确定的位置处拾取电激活信号。
所述控制和处理单元40还包括图确定单元14，所述图确定单元14用于基于心脏3中导管顶端2的确定的位置和在确定的位置测量的电激活信号来确定电解剖图。所述导管顶端2可以移动到心脏壁上的不同位置，其中，所述不同位置可以由位置确定单元6确定，并且其中，电激活信号可以通过感测电极在这些位置测量并且被用于生成电解剖图。
所述消融电极71优选地用于在位置确定单元6已经确定的位置处对心脏进行消融，其中，所述图确定单元14优选地适于在电解剖图中指示在其处施加能量的位置，特别是在其处消融心脏组织的位置。因而所述图是组合图，其示出在其处施加能量的位置，以及在其处捡拾取电激活信号位置。所述图确定单元14还可以适于在其处计划施加能量的位置。因此，首先可以生成电解剖图。然后，基于在电解剖图中示出的电激活，用户能够在电解剖图中指示应该被消融的位置，其中，导管顶端2能够移动到应该被消融的位置。在向期望的位置移动时，可以确定导管顶端2的位置，特别是实时地确定。在某个位置已经执行消融程序之后，可以在电解剖图中将这个位置标记为消融位置。
所述控制和处理单元40还包括消融深度确定单元19，用于基于从导管顶端2的超声换能器中的至少一个接收的超声信号以确定消融深度。因此，导管顶端2的超声换能器中的至少一个能够用于将超声波发送进入心脏并且用于接收从心脏组织反射的超声波，以生成超声信号，该超声信号能够由消融深度确定单元19使用以确定消融深度，即，用于确定在由消融程序生成的病变和未消融组织之间的病变边界。例如，在实施例中，图2中示出的超声换能器的第一组7可以用于监控消融深度，而导管顶端的其他超声换能器可以用于确定导管顶端2的位置。在另一实施例中，相同的超声换能器能够用于监控消融深度并用于确定导管顶端2的位置，其中，控制和处理单元40可以在第一模式和第二模式间切换，在第一模式中相应的超声换能器用于确定消融深度，在第二模式中相应的超声换能器用于确定导管顶端2的位置。所确定的消融深度可以在显示器17上显示。例如，心脏壁内深度方向上消融和未消融心脏组织的比例能够在显示器17上显示给用户和/或用于确定消融深度的超声信号，其优选地是心脏组织的M模式图像，可以与指示诸如指示心脏组织内消融深度的线一起在显示器17上示出。为了允许用户基于所确定消融深度控制消融过程，可以在显示器17上实时地示出所述消融深度。对于有关根据超声确定消融深度的更多细节参考WO2010/082146A1，在此通过引用将其并入。
导管顶端2的用于确定消融深度的超声换能器，优选地具有20MHz到40MHz范围内的频率。而且，这些超声换能器优选具有相对大的带宽，例如，大于30%。导管顶端2的用于确定导管顶端的位置的超声换能器，优选具有1和10MHz范围内的频率和相对小的带宽，例如，10%或更小。
如果位于导管顶端2的超声换能器，被用于确定消融深度并用于定位导管顶端，相应的超声换能器是优选地可调节的，即相应的超声换能器的频率优选地是可调整的。具体而言，所述相应的超声换能器优选地是能够控制的，使得针对确定导管顶端2的位置，以低于用于监控消融深度的频率的频率操作相应的超声换能器。例如，为确定导管顶端2的位置，以1到10MHz范围内的频率操作相应的超声换能器，以及为确定消融深度以20MHz和40MHz之间的频率操作相应的超声换能器。
图4图解性和示范性地示出了电解剖图62。所述电解剖图62包括点61，其指示计划的消融位置。在图4中示出的实例中，导管20的顶端2位于计划的消融位置，用于在这个位置消融心脏组织。可选地，可以使用又一诊断导管63来测量局部电描记图。然而，该又一诊断导管不是必要的并且可以省略。
在实施例中，所述位置确定装置可以包括如图5图解性和示范性示出的固定装置，用于在人体11上固定第二超声单元。
图5图解性和示范性地示出了具有肋骨32和心脏3的胸部11的横截面。具有导管顶端2的导管20被引入到心脏3。导管顶端2包括第一超声单元，其中，超声信号在第一超声单元和布置在人体21胸部11的超声换能器105、110之间传输。在该实施例中，所述超声换能器105、110构成第二超声单元5，其通过使用位于背心9的固定装置固定在人体21胸部11上。
在实施例中，所述控制和处理单元40，具体而言，控制和处理单元40的子控制单元13，可以适于，使得在确定导管顶端2的位置之前，操作第二超声单元5的超声换能器以生成示出胸部11的超声信号。然后所述控制和处理单元40可以被进一步适配为确定超声换能器的哪个部分接收到从肋骨32反射的超声波，以确定超声换能器的哪个部分布置在胸部11的肋骨32上。然后在导管顶端2的位置确定期间，优选地仅操作第二超声单元5的没有定位在胸部11的肋骨32上的超声换能器的部分，即，仅使用第二超声单元5的落在肋间的超声换能器的部分。
所述位置确定装置1还包括第二超声单元位置确定单元12，用于确定第二超声单元5关于参考坐标系的位置，其中，所述位置确定单元6适于基于所传输的超声信号和所确定的第二超声单元5关于参考坐标系的位置，确定心脏3中的导管顶端2关于参考坐标系的位置。这允许精确定位心脏3中的导管顶端2，尽管第二超声单元5（具体而言，第二超声单元5中的超声换能器）在定位过程中改变位置。
所述位置确定单元12与第二超声单元上的位置传感器通信，特别是，与第二超声单元的超声换能器上的位置传感器通信，其在图3和5中图示的实施例中图解性和示范性地示出。在图3和5中，用50…54来表示这些位置传感器。所述位置传感器50…54是EM传感器，它们与第二超声单元位置确定单元12通信以确定第二超声单元5的超声换能器的三维位置。在其他实施例中,可以使用诸如光学位置传感器的其他位置传感器来确定第二超声单元的超声换能器的三维位置。通过确定第二超声单元的超声换能器关于公共参考坐标系的位置，可以将第二超声单元的超声换能器相对于彼此配准。这可以导致包括第二超声单元的全部超声换能器的孔的联合为更大的孔，用于执行导管顶端的追踪，特别是确定导管顶端的位置和取向，因而达到更高的精度，或者至少，更好的追踪鲁棒性。
所述控制和处理单元40还包括超声图像生成单元15，用于基于来自第二超声单元5的超声信息生成心脏3的超声图像，其中，所述位置确定单元6可以适于基于在第一和第二超声单元之间传输的超声信号和从第二超声单元5接收的超声信息，确定心脏3中导管顶端2关于超声图像的位置。
所述控制和处理单元40还包括配准单元16，用于将所述超声图像与预采集的图像或心脏3的模型配准，其中，所述位置确定单元6适于基于所确定的关于超声图像和记录结果的位置，确定心脏3中导管顶端2的位置。所述心脏的超声图像优选是当前采集的三维超声图像并且所述预采集的图像优选是预采集的三维超声图像或者另一成像模态（例如计算机断层扫描图像，磁共振图像等）的三维图像。所述模型也优选是三维的。
具体而言，位置确定单元6能够通过根据导管顶端2所包括的第一超声单元和第二超声单元5之间传输的超声信号，使用（例如）飞行时间和超声单元的方向性，确定心脏3中的导管顶端2关于第二超声单元5的位置。由于位置确定单元6确定导管顶端2关于第二超声单元5的位置并且由于第二超声单元5也可以适于生成心脏3的三维图像，因而心脏超声图像中的导管顶端2的位置是已知的。通过将这个超声图像与预先采集的三维图像或者三维模型配准，确定导管顶端2关于预先采集的图像或模型的位置。
为了基于在第一和第二超声单元之间传输的超声信号和从第二超声单元5接收的成像超声信息，将心脏3中的导管顶端2关于的超声图像的位置可视化，所述位置确定单元6可以适于生成仅示出有色的或者白色点的图像，所述点指示通过使用在第一和第二超声单元之间传送的超声信号确定的心脏3中的导管顶端2的位置，与暗的背景对照并且将这个亮点与基于由第二超声单元5执行的超声成像的超声图像生成单元15生成的超声图像的暗的背景相叠加。在图6中图解性和示范性地示出了相应的叠加图。在图6中，指示导管顶端2的位置的有色点65，被示出为叠加在实际的超声图像66上。
所述子控制单元13可以适于控制导管，特别是感测与消融电极和导管顶端的导航，以及控制第一和第二超声单元。具体而言，所述子控制单元13可以适于经由诸如电和/或光学连接（例如，电缆）的数据连接41，从第一和第二超声单元接收用于成像并用于确定心脏3中导管顶端2的位置的超声信息，并且适于将这个超声信息提供给，例如，位置确定单元6和超声图像生成单元15。可以在显示器17上示出所生成的图像，如所提及的覆盖图和/或电解剖图。
以下将参考图7中示出的流程图示范性地描述位置确定方法的实施例。
在步骤101中，超声信号在第一超声单元和第二超声单元5之间传输，所述第一超声单元定位于已经插入人体21的心脏3的导管顶端2，所述第二超声单元5定位于人体21的心脏3之外。优选地，所述第二超声单元5布置在人体21的胸部。在步骤102中，基于在第一和第二超声单元之间传输的超声信号，通过使用，例如，飞行时间和/或者超声单元的方向性，确定心脏3中的导管顶端2的位置。在步骤103中，在显示器17上示出所确定的导管顶端2的位置。
在下文中，将参考图8中示出的流程图示范性地描述位置确定装置1的优选使用。
在步骤201中，将导管20插入人体21的心脏3，并且，在步骤202中，将所述导管顶端移动至触到心脏3的表面。在步骤203中，确定导管顶端2的当前位置，在所确定的位置测量电活动，并且通过使用第二超声单元5生成三维超声图像。存储所确定的导管顶端2的位置、所测量的电活动和三维超声图像。在步骤204中（例如，由用户）决定是否应当在又一位置测量电活动。如果应当在又一位置测量电活动，则将导管顶端移动至心脏3表面的另一位置并且用步骤203在这个新位置继续所述工作流程。如果已经决定停止重复步骤202至204，则使用所存储的位置和所测量的电活动以生成心脏3的电解剖图，并且，在步骤205中，基于电解剖图规划在其处应该对心脏3进行消融的消融点。
在步骤206中，将导管顶端移动至期望的规划的消融位置，在移动期间，所述位置确定单元6在当前采集的三维超声图像（步骤207）中确定导管顶端2的位置。如果已经到达期望的位置，则在步骤208中在这个位置对心脏组织进行消融。另外，在消融期间能够确定导管顶端2的位置并在显示器17上当前采集的三维超声图像中显示其。此外，在施加消融能量时，能够实时确定消融深度以根据所确定的消融深度控制消融过程。在步骤209中，核对是否已经消融全部期望的点。如果情况不是这样，工作流程继续进行步骤206。如果已经消融所有的点，工作流程结束于步骤210。
在步骤205中，可以基于仅提供解剖信息的心脏3的三维超声图像，在其处应该对心脏3进行消融的消融点。例如，如果期望肺静脉的隔离，基于由所述三维超声图像提供的解剖信息可以规划相应的消融点。额外地或可选地，基于所述电解剖图可以规划，例如，早期的激活点。
在步骤203中，任选地生成所述三维超声图像和存储生成的三维超声图像是，即，在步骤202至204中，在没有生成和存储三维超声图像的情况下也能够确定电解剖图。
在执行工作流程期间，基于在第一和第二超声单元之间传输的超声信号确定的导管顶端2的相应位置，可以在当前采集的三维超声图像和/或在预先采集的三维图像上示出，所述三维图像是超声图像或另一成像模态的成像。所确定的导管顶端2的位置也可以在心脏3模型中示出。为了在预采集的三维图像或在心脏3的模型中显示所确定的导管顶端2的位置，优选地将上文描述的预采集的图像和/或模型与当前采集的三维超声图像配准。可以通过使用（例如）已知分割技术执行所述配准，如由，例如，飞利浦公司的EP Navigator执行。此外，由第二超声单元位置确定单元12提供的第二超声单元的位置能够用于将当前采集的三维超声图像与预采集的图像和/或模型配准。具体而言，由于当前采集的三维超声图像的取向和位置关于第二超声单元是已知的，因为，例如，已经通过使用第二超声单元采集了三维超声图像，并且通过获知第二超声单元关于参考坐标系的三维位置，在所述参考坐标系中预采集的图像和/或模型的位置也是已知的，因而可以将当前采集的三维超声图像与预采集的图像和/或模型配准。第二超声单元位置确定单元使用，例如，基于电磁或光纤的追踪，以确定第二超声单元关于参考坐标系位置。基于光纤的追踪能够基于，例如，瑞利散射或具有集成布拉格光栅的光纤。
所述位置确定装置和方法优选地适于执行心脏标测，其中在特定的心律期间识别心肌电位的时间和空间分布。具体而言，所述位置确定装置和方法可以适于执行电解剖标测（EAM），其中可以使用本地电描记图来确定标测导管的三维位置以实时地重建心室的三维几何表示，所述心室地三维几何表示用相关的电生理信息彩色编码。可以通过选择由实时采集的三维超声图像提供的解剖实现心室的三维几何表示的重建。此外，所述位置确定装置和方法能适于标记解剖界标和消融病变以便于标测和消融。优选地，他们可靠地允许没有荧光镜检查的导管定位。所述生成的EAM能够用于，例如，便于心房颤动治疗的肺静脉隔离。
尽管在上文描述的实施例中，第二对象是人体心脏，但是在其他实施例中，第二对象也可以是诸如人体或动物的另一部分的另一对象，例如另一器官或血管。所述第二对象也可以是技术对象。
尽管在上文描述的实施例中，确定了心脏的电解剖图，但是在其他实施例中，可能不进行第二对象属性的感测，尤其是，在心脏的不同位置的电活动的测量。例如，可以仅将导管顶端移动至心脏中的不同位置，在这些位置导管顶端接触到心脏壁，并且在这些位置能够确定导管顶端的三维位置以生成电解剖图，该电解剖图不包括，例如，电信息。解剖图能够用于，例如，纯粹的解剖消融，如阵发性的AF处置。
尽管在上文描述的实施例中，所述导管顶端适于向心脏组织施加电能，具体而言是RF能量，但是所述导管顶端也可以适于向心脏组织施加其他类型的消融能量，如经由布置在心脏中的光纤，由激光提供的光能。
尽管在上文描述的实施例中示范性描述了具有特定导管顶端的导管，但是所述导管也可以包括另一种导管顶端，如多点消融导管顶端或气球型导管顶端。
可以通过使用分割技术将生成的电解剖图与诸如计算机断层摄影或磁共振图像的活体荧光和/或程序前数据配准。将电解剖图与活体荧光和/或程序前数据配准的另一种可能是使用位置传感器，所述位置传感器可以被附接到如上文所述的第二超声单元。
所述位置确定装置和方法优选地适于在处置心律不齐的应用和/或其他应用中使用，特别是，在其中执行纯粹的基于解剖图或电解剖图导航的应用。
尽管在上文描述的实施例中，所述第一对象优选地是导管顶端，但是在其他实施例中，所述第一对象也可以是另一对象，尤其是诸如针的另一体内装置。
通过研究附图、公开内容和权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明的过程中，能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”不排除复数。
单个的单元或设备可以实现在权利要求中列举的若干项功能。在互不相同的从属权利要求中叙述了特定措施这一仅有事实并不表明不能有利地组合这些措施。
由一个或若干单元或设备执行的诸如第一对象位置的确定和消融深度的确定的计算，以及位置确定装置部分或位置确定装置的全部的控制，可以由任何其他数量的单元或装置执行。根据位置确定方法的位置确定装置部分或位置确定装置的全部的计算和/或控制可以实现为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。
可以将计算机程序存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式发布，例如经由互联网或其他有线或无线通信系统。
权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。
本发明涉及位置确定装置，其用于确定第二对象（例如，人体心脏）中的第一对象（如，导管）的位置。所述第一对象包括第一超声单元，并且第二超声单元定位于第二对象以外。位置确定单元基于在第一超声单元和第二超声单元之间传输的超声信号确定第二对象中第一对象的位置。这允许以作为使用电信号的传输以确定位置的备选方式，并且以可能导致确定位置的改进的精度方式，可靠地确定第二对象中第一对象的位置。

Claims (13)

1.一种位置确定装置，其用于确定第二对象（3）中第一对象（2）的位置，其中，所述位置确定装置（1）包括：
-所述第一对象（2），其包括第一超声单元，
-第二超声单元（5），其定位于所述第二对象（3）之外，其中，所述第一超单元和所述第二超声单元（5）适于在它们之间传输超声信号，
-位置确定单元（6），其用于基于所传输的超声信号确定所述第二对象（3）中所述第一对象（2）的位置。
2.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述第一超声单元和所述第二超声单元（5）中的至少一个包括若干超声换能器（7…10），所述若干超声换能器（7…10）用于在所述第一超声单元和所述第二超声单元之间传输超声信号，并且其中，所述若干超声换能器（7…10）以相同或不同的频率发射超声信号。
3.根据权利要求2所述的位置确定装置，其中，所述第一超声单元包括布置在所述第一对象上或其内的位置处的若干超声换能器（7…10），所述若干超声换能器（7…10）关于所述第一对象（2）是已知的，其中，所述若干超声换能器（7…10）以不同频率发射或接收超声信号，用于在所述若干超声换能器（7…10）和所述第二超声单元（5）之间以不同频率传输超声信号，并且其中，所述位置确定单元（6）适于基于所传输的超声信号和所述若干超声换能器（7…10）的位置来确定所述第一对象（2）的取向，所述若干超声换能器（7…10）的位置关于所述第一对象（2）是已知的。
4.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述位置确定单元（6）适于基于飞行时间和所传输的超声信号的传输方向中的至少一个来确定所述第二对象中所述第一对象的位置。
5.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述第一对象（2）适于在所述第一对象（2）在所述第二对象中布置的位置处测量所述第二对象（3）的属性。
6.根据权利要求5所述的位置确定装置，其中，所述位置确定装置（1）还包括图确定单元（14），所述图确定单元（14）用于基于所确定的所述第二对象（3）中所述第一对象（2）的位置以及已经在所确定的位置处测量的所述第二对象（3）的属性，确定属性图。
7.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述第一对象（2）适于在所述第一对象（2）在所述第二对象（3）中布置的位置处向所述第二对象（3）施加能量。
8.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述位置确定装置还包括固定装置（9），所述固定装置（9）用于将所述第二超声单元（105、110）固定在所述第二对象（3）所定位于的受试者（11）上。
9.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述位置确定装置还包括第二超声单元位置确定单元（12），所述第二超声单元位置确定单元（12）用于确定所述第二超声单元（5；105、110）关于参考坐标系的位置，其中，所述位置确定单元（6）适于基于所传输的超声信号和所确定的所述第二超声单元（5；105、110）关于所述参考坐标系的位置，确定所述第二对象（3）中所述第一对象（2）关于所述参考坐标系的位置。
10.根据权利要求1所述的位置确定装置，其中，所述位置确定装置（1）还包括超声图像生成单元（15），所述超声图像生成单元（15）用于基于来自所述第一超声单元（7…10）和所述第二超声单元（5；105、110）中的至少一个的超声信息，生成所述第二对象（3）的超声图像，并且其中，所述位置确定单元（6）适于基于在所述第一超声单元和第二超声单元之间传输的超声信号和来自所述第一超声单元和所述第二超声单元中的至少一个的超声信息，确定所述第二对象（3）中所述第一对象（2）关于所述超声图像的位置。
11.根据权利要求10所述的位置确定装置，其中，所述位置确定装置（1）还包括配准单元（16），所述配准单元（16）用于将所述超声图像与所述第二对象（3）的先前采集的图像或模型配准，并且其中，所述位置确定单元（6）适于基于所确定的关于所述超声图像的位置和配准结果确定所述第二对象（3）中所述第一对象（2）的位置。
12.一种位置确定方法，其用于确定第二对象（3）中第一对象（2）的位置，其中，所述位置确定方法包括：
-在由所述第一对象（2）包括的第一超声单元和位于所述第二对象（3）之外的第二超声单元（5）之间传输超声信号，以及
-通过位置确定单元（6）基于所传输的超声信号确定所述第二对象（3）中所述第一对象（2）的位置。
13.一种位置确定计算机程序，其用于确定第二对象中第一对象的位置，所述位置确定计算机程序包括程序代码模块，当所述位置确定计算机程序在控制根据权利要求1所述的位置确定装置的计算机上运行时，所述程序代码模块用于令所述位置确定装置执行根据权利要求12所述的位置确定方法的步骤。
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