CN103767683B - 3d标测图和荧光镜图像之间的整合 - Google Patents

3d标测图和荧光镜图像之间的整合 Download PDF

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Abstract

本公开涉及3D标测图和荧光镜图像之间的整合。本发明公开了一种坐标系统配准模块，其包括射线不可透的元件，所述射线不可透的元件以固定的预定模式布置并且被配置成响应于射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述模块在参考荧光镜坐标系统中的位置。所述模块还包括一个或多个连接部，所述连接部被配置成相对于磁场传输垫以预定的位置和取向将所述模块固定地连接至所述垫，以便使得所述配准模块在由磁场传输垫限定的参考磁坐标系统中的位置特征化。

Description

3D标测图和荧光镜图像之间的整合
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2012年10月19日提交的美国临时专利申请61/715,935的权益，所述临时专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
本发明一般涉及组合图像，并且具体地涉及组合二维荧光镜图像与三维标测图。
背景技术
在当前的心脏导管插入系统中，手术医生必须经常同时观察显示在两个不同屏幕上的两种不同图像：胸腔的2D荧光镜图像和心脏的3D标测图。此类3D标测图可例如使用心脏中的导管末端的磁跟踪来产生。荧光镜图像和3D标测图二者可显示导管，但是从不同的角度和视角进行显示。由于缺乏荧光镜视图和3D视图之间的自动配准和配位，因此要求医生将他或她的注意力在显示器之间来回变换并且在心中记录它们包含的不同信息。
在专利文献中已知用于使荧光镜图像与3D标测图自动地配准的多种方法。此类描述于例如美国专利6,314,310中，其公开内容以引用方式并入本文。
以引用方式并入本专利申请中的文件应当视作本申请的组成部分，除非达到这样的程度：这些并入的文件中以与在本说明书中明确地或暗示地作出的定义冲突的方式定义任何术语，此时应仅考虑本说明书中的定义。
发明内容
本发明的实施例提供了一种坐标系统配准模块，所述坐标系统配准模块包括：
射线不可透的元件，其以固定的预定模式布置并且被配置成响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述模块在参考荧光镜坐标系统中的位置；和
一个或多个连接部，其被配置成相对于磁场传输垫以预定的位置和取向将所述模块固定地连接至所述垫，以便使得所述配准模块在由所述磁场传输垫限定的参考磁坐标系统中的位置特征化。
在一个公开实施例中，所述模块包括限定对称线的一对平行板，并且所述射线不可透的元件包括围绕所述线对称地分布的多个射线不可透的标记物。
在一个可供选择的公开实施例中，模块包括限定对称线的一对平行板，并且所述射线不可透的元件包括射线不可透的预定二维形状，所述预定二维形状形状中心位于所述对称线上并且与其正交。通常，所述预定的形状选自包含圆盘和矩形的组。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于配准坐标系统的方法，所述方法包括：
以固定的预定模式将射线不可透的元件布置在配准模块内；
产生所述射线不可透的元件的荧光镜图像；
响应于所述荧光镜图像来评价所述配准模块在参考荧光镜坐标系统中的荧光镜位置；
相对于磁场传输垫以预定的位置和取向将所述配准模块固定地连接至所述垫，以便使得所述配准模块在由磁场传输垫限定的参考磁坐标系统中的磁位置特征化；以及
通过使所述配准模块的荧光镜位置与所述配准模块的磁位置相等，来使所述磁坐标系统与所述荧光镜坐标系统配准。
通常，所述模块包括限定对称线的一对平行板，并且所述射线不可透的元件包括围绕所述线对称地分布的多个射线不可透的标记物。
作为另外一种选择或此外，所述模块包括限定对称线的一对平行板，并且所述射线不可透的元件包括射线不可透的预定二维形状，所述预定二维形状中心位于所述对称线上并且与其正交。所述预定的形状可选自包含圆盘和矩形的组。
在一个可供选择的实施例中，配准所述坐标系统包括产生将参考荧光镜坐标系统与参考配准模块坐标系统相关的第一转换、和将参考配准模块坐标系统与参考磁坐标系统相关的第二转换，以及产生由所述第一转换和第二转换的组合组成的复合转换。
通常，配准所述坐标系统包括更新所述复合转换，并且更新所述复合转换包括响应于坐标系统的配准的变化来更新所述第一转换，同时保持所述第二转换不变。
在另一个可供选择的实施例中，所述方法包括：
将具有另外的射线不可透的元件的校准元件定位在台上，所述台由产生荧光镜图像的荧光镜辐照；
产生所述校准元件的另外的荧光镜图像；以及
响应于所述另外的荧光镜图像来校准所述台的运动。
所述校准元件可包括直尺，所述直尺相对于所述台以已知角度设置。
在另一个可供选择的实施例中，所述方法包括产生目标在参考磁坐标系统中的三维标测图，以及产生二维荧光镜图像，所述二维荧光镜图像包括参考荧光镜坐标系统中的所述目标，以及响应于使所述荧光镜坐标系统与所述磁坐标系统配准来相对于所述三维标测图对齐和定位所述二维荧光镜图像。
通常，产生所述目标的三维标测图包括产生目标在第一取向的标测图、以及产生目标在第二取向的二维荧光镜图像，并且其中相对于所述三维标测图来对齐和定位所述二维荧光镜图像包括改变所述标测图和所述图像之一，使得所述标测图和所述图像对齐。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种坐标系统校准夹具，所述坐标系统校准夹具包括：
射线不可透的元件，其以固定的预定模式布置并且被配置成响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述夹具在参考荧光镜坐标系统中的位置；和
一个或多个连接器，其被配置成相对于所述夹具以相应的预定的固定位置和取向容纳磁传感器，使得响应于穿过所述传感器的磁场而来自所述磁传感器的信号表征所述夹具在由所述磁场限定的参考磁坐标系统中的位置。
所述预定模式可包括具有变化周期长度的螺旋。
作为另外一种选择或此外，所述预定模式可包括在所述螺旋的每个周期内具有不同数目的元件的螺旋。
根据本发明的一个实施例，还提供了一种方法，所述包括：
以固定的预定模式布置射线不可透的元件；
响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述夹具在参考荧光镜坐标系统中的位置；以及
配置一个或多个连接器，以相对于所述夹具以相应的预定的固定位置和取向容纳磁传感器，使得响应于穿过所述传感器的磁场而来自所述磁传感器的信号表征所述夹具在由所述磁场限定的参考磁坐标系统中的位置。
结合附图，通过本公开的实施例的下述详细描述会更全面地理解本公开，在附图中：
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施例的处于校准阶段的荧光镜图像和磁标测图整合系统的示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的在校准阶段中使用的螺旋校准夹具的示意性透视图；
图3是根据本发明的一个实施例的配准模块的示意性透视图；
图4是根据本发明的一个实施例对荧光镜系统的参数建模的步骤的流程图；
图5是根据本发明的一个实施例使磁跟踪坐标系统与荧光镜坐标系统配准的步骤的流程图；
图6是根据本发明的一个实施例示出了处于运行阶段的图1系统的示意图；
图7显示了根据本发明的一个实施例的用于将磁跟踪坐标系统标测图与荧光镜坐标系统图像组合的步骤的流程图；并且
图8是根据本发明的一个实施例示出了图7的将图像和标测图组合的方法的示意图。
具体实施方式
在下述描述中，用相同的标号表示附图中的相同元件，并且在必要时，通过给标号添加字母来区分相同的元件。
图1是示出根据本发明的一个实施例的处于校准阶段的荧光镜图像和磁标测图整合系统20的示意图。系统20将通过磁跟踪系统22获得的身体器官的三维(3D)标测图与通过荧光镜24获得的患者的二维(2D)荧光镜图像组合，从而形成组合显示26，所述组合显示在屏幕28上呈现给系统20的操作者。在图1所示的系统20的校准阶段，不存在患者。在图5所示的随后的系统20的运行阶段，假设患者躺在系统20的台30上，并且磁跟踪系统22和荧光镜24获取患者的3D标测图和2D图像，如下面更详细地描述的。通常，由荧光镜获取的2D图像属于患者的胸部，并且由磁跟踪系统标测的身体器官包括患者的心脏。
尽管在实践中系统22和系统24通常可被配置成具有独立控制单元的独立物理单元，但在本说明书中，为简洁起见，假设系统20由单个控制单元32操作。
控制单元32包括操作荧光镜的荧光镜控制器34和操作磁跟踪系统的磁系统控制器36，并且所述单元是在系统处理器38的总体控制下，所述处理器会在屏幕28上产生组合显示26以及执行其它任务。经由网络，可将处理器38的软件以电子形式下载至该处理器，例如，作为另外一种选择或此外，可将所述软件提供和/或存储在非暂时的实体计算机可读的介质上，诸如磁性的、光学的、或电子的存储器。
荧光镜24包括X-射线源40和检测器42，辐射器和检测器安装在C-臂44的相对端部上，在本文中假定所述C-臂44构成圆形弧。C-臂44通常保持在L-臂46的下端45，L-臂在其上端处附接到手术室的天花板，或在其下端处附接到手术室地板。C-臂44可围绕水平枢转轴线PA旋转，所述水平枢转轴线PA在简图中是在纸平面中。C-臂44也可围绕C-臂轴线CA旋转，所述轴线CA垂直于纸平面并且穿过C-臂环的中心。在名义上，所述两个轴线在C-臂旋转中心(也被称作等量中心)处相交且彼此正交。系统20的操作者能够使用荧光镜控制器34来调节荧光镜24围绕轴线PA和CA的旋转以及荧光镜的其它几何参数(如下面更详细地描述的，校准阶段会提供对荧光镜24的标称性能的调节，诸如上面举例说明的特性)。
磁跟踪系统22包括位置垫50，所述位置垫通常具有三个固定地安装在所述垫上的通常类似的线圈的集合52。每个线圈集合52通常包括三个正交取向的线圈，使得存在共计九个固定地附接到垫50的线圈。垫50固定地附接到台30的下侧，并且线圈在磁系统控制器36的控制下将交替磁场传送进在所述垫附近且在床上面的区域54中。为了跟踪区域54中的实体，在本文中假定包括导管，一个或多个线圈附接到所述导管。
所述一个或多个导管线圈响应于由所述线圈接收的磁场而产生信号，并且控制器36从所述线圈获取信号并处理所述信号，以便确定导管线圈相对于位置垫50的位置。与磁跟踪系统22类似的一个系统是由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，CA)生产的CartoTM系统。除了跟踪目标诸如导管以外，磁跟踪系统22还可用于产生身体器官的3D标测图或与身体器官有关的参数的3D标测图。例如，系统22可产生在患者的心脏的表面上的电势的3D标测图，如在例如Govari的美国专利6,400,981中所述，所述专利以引用方式并入本文。
为了配准磁跟踪系统22和荧光镜系统24的坐标系统或参考坐标系，处于其校准阶段的系统20使用一个或多个配准元件。给定的配准元件具有这样的特性：它的位置和取向可在两个坐标系统中同时确定。本发明的实施例使用螺旋校准夹具60作为第一配准元件并且使用位置垫配准模块62作为第二配准元件。结合图2，更详细地描述了螺旋校准夹具60(在本文中也被称作夹具60)。结合图3，更详细地描述了配准模块62。
除了上面提及的磁跟踪坐标系统和荧光镜坐标系统以外，基于位置垫50的坐标系统和基于配准模块62的坐标系统也存在于系统20中。在下面更详细地描述的这些系统在磁跟踪和荧光镜坐标系统的配准中被用作媒介物。
图2是根据本发明的一个实施例的螺旋校准夹具60的示意性透视图。如从下述描述显而易见的，夹具60在荧光镜系统中是“可见的”，达到可确定它在其中的位置的程度；另外，所述夹具在磁系统中是可跟踪的，使得其在磁跟踪系统中的位置是已知的。夹具60被成形为塑料圆筒70，所述圆筒可使用附接的支撑件72放置在台30上，使得所述圆筒的轴线与所述台平行。圆筒70具有嵌入在所述圆筒中的金属球74。金属球74会提供夹具60中的所述球在检测器42处的良好反差荧光镜图像。球74以螺旋模式76布置在圆筒内，所述螺旋模式被配置成具有变化周期长度。另外，在每个周期内，存在不同数目的球。用连接螺旋的球74的虚线示出了螺旋模式。
在本发明的一个公开实施例中，圆筒70具有120mm的近似直径，并且螺旋模式76的总长度为大约200mm。在所述公开实施例中，布置球74以限定六个周期，下面的表I给出了每个周期在与圆筒70的轴线平行的方向的示例性长度，以及在每个周期内的球74的示例性数目。通常，球74均匀地分布在每个周期内。
表I
可将其它球74添加至螺旋模式76的那些球。例如，已经添加更多的球74以形成球的直线78和80，线78对应于螺旋周期的终止，线80对应于周期的中点。
螺旋模式周期的不同长度与每个周期中球74的不同数目一起使得荧光镜控制器34能够独特地识别每个球74。如上所述将其它球添加至螺旋模式会进一步有利于控制器34对球74的识别。球74的识别被用于用荧光镜配准磁系统，如下所述。
在某些实施例中，圆筒70包括后向反射器90，其中可放置可移除的球92。通常，所述后向反射器在圆筒70中对称地布置在与台30平行的平面中，并且可借助于激光用于跟踪在台30上的夹具60的位置。在一个可供选择的实施例中，可将其它金属球(通常类似于球74)添加至夹具60以进一步帮助其定位。
除了在圆筒70中嵌入金属球74以外，所述圆筒还被配置成能够将许多磁传感器82以已知位置和已知取向固定地附接到所述圆筒。以举例的方式，存在六个可附接到圆筒70的传感器82。每个传感器82通常包括三个正交线圈的集合，使得每个传感器82通常类似于在位置垫50中的线圈集合52。然而，在其它实施例中，传感器82包括少于三个线圈，和/或可包括磁检测器(诸如Hall检测器)，而不是线圈。
圆筒70也包括导管固定器94。固定器94使得导管96(其具有与传感器82类似的磁传感器)能够在预定的位置以及相对于圆筒70以预定的取向固定地放置。从导管的传感器至磁系统控制器36的连接部穿过所述导管。如图1所示，来自传感器82的连接部100也联接到磁系统控制器。
图3是根据本发明的一个实施例的配准模块62的示意性透视图。与夹具60相比，模块62不具有磁传感器，并且因而在磁跟踪系统中是不可跟踪的，并且通过磁测量不能确定模块相对于位置垫50的位置。相反，模块62被配置成在相对于位置垫的已知位置和取向固定地连接。所述固定连接通常如下实现：将具有预定的机械尺寸的模块用螺栓连接至位置垫50。模块62与位置垫50的固定连接使得可获知所述模块在磁跟踪系统中的位置和取向。
关于夹具60，模块62包括与球74类似的射线不可透的标记物102，其以预定的模式并入两个射线可透过的板104和106中。板104和106彼此平行且隔开由连接器108限定的固定距离，所述连接器接合所述两个板。在一个公开实施例中，所述标记物围绕由板限定的对称线LOS对称地分布。用于将模块连接至位置垫的螺栓(未示出)可横穿连接器108。除了标记物102以外，模块62还包括嵌入板104中的射线不可透的圆盘110。在所述公开实施例中，圆盘110的中心位于对称线LOS上，并且所述圆盘与所述线正交地定向。通常，在由检测器42获取的荧光镜图像中，圆盘110的位置和它的形状的变形(从圆形变形为椭圆形)使得荧光镜控制器34能够准确地确定模块在荧光镜系统中的位置和取向。模块62的设计的一个优点是，甚至当在荧光镜图像中不可见到所有标记物102时，荧光镜图像可准确地确定模块的位置和取向。在一个可供选择的实施例中，可用任何预定的2D形状(通常是对称的，诸如矩形)替代圆盘110。
为了操作系统20，在台30上不存在患者的情况下，校准该系统。在下面的图4和5的流程图中，描述了在校准中涉及的过程。
图4是根据本发明的一个实施例对荧光镜系统24的参数建模的步骤的流程图200。由该流程图产生的模型提供一种函数，该函数能够预测由检测器42获取的、在荧光镜坐标系统的已知位置处的目标的图像。所述模型也可产生反函数，即，能够从由检测器42获取的目标的图像预测所述目标在荧光镜坐标系统中的位置的函数。
为了清楚起见，在下述描述中，假定荧光镜坐标系统包括xyz正交轴集合，所述轴固定到C-臂44，并且基于枢转轴线PA和C-臂轴线CA(图1)。所述轴的取向可假定为如下：
z-轴与CA和PA轴线正交；
x-轴与CA轴线平行；并且
y-轴与x和z轴正交。
所述轴的原点可假定为PA轴线在z-轴取向在CA轴线上的投影，尽管可以使用任意其它方便的原点。
应该理解，上述关于荧光镜坐标系统的轴集合的定义是以举例的方式，并且其它轴线集合对于本领域的普通技术人员是显而易见的。假定所有这样的轴集合都被包含在本发明的范围内。
由流程图提供的模型会校准与荧光镜的几何参数的标称值的差异以及与所述参数之间的标称相关的差异。在表II中提供了在模型中校准的元件的一些例子：
表II
在流程图200的过程中校准除了在表II中举例说明的参数以外的几何参数，并且这样的参数对于本领域的普通技术人员是显而易见的。
在初始步骤202中，位置垫50和配准模块62都不存在，将夹具60放置在台30上，使得它大约在源40和检测器42之间的线上。使用后向反射器90和使用由检测器获取的图像，可检测所述放置以证实正确放置。在初始步骤中，夹具60相对于上述的荧光镜坐标系统轴线处于任意位置。
在C-臂校准步骤204中，荧光镜控制器使C-臂围绕轴线CA和PA旋转至多个预定的取向。在每个取向中，检测器42获取夹具60中的球74的图像。荧光镜控制器34也可将其它预定的运动施加于C-臂或它的部件。例如，检测器42可围绕与所述检测器的平面正交的轴线旋转。对于每个预定的取向或运动，检测器42或其夹具60的图像。
在台校准步骤206中，可移除夹具60，并且将校准元件61(图1)放置在台30上，在本文中假定所述校准元件61包括直尺，所述直尺具有射线不可透的标记。直尺相对于所述台以已知角度(通常与台的对称线大约平行或大约正交)定向，使得由检测器42获取的图像包括直尺的图像。对于轴线CA和PA的选定的取向(通常是在围绕轴线的旋转在名义上为零时的取向)，荧光镜控制器34使台30运动预定的平移和旋转。在每个运动以后，检测器42获取直尺的图像。所述预定的平移通常与所述台的长度平行，与所述长度成直角，和与所述台的平面正交。所述旋转可以为围绕由所述平移限定的轴线的旋转。
在步骤204和206中施加的平移和取向会将荧光镜坐标系统中的夹具60或直尺从它们的初始任意位置和取向运动。由于在步骤204和206过程中，夹具60和直尺没有相对于台30运动，仅仅荧光镜24的平移和取向(它们是已知的)会改变荧光镜坐标系统中的夹具和直尺的位置。
因此，在最终的荧光镜建模步骤208中，控制器34能够使用在步骤204和206中获取的图像以及已知的每个图像的各个荧光镜平移和取向的值，以对在步骤204和步骤206中使用的荧光镜投影函数与几何参数(即，荧光镜的运动和台的运动)之间的关系建模。所述模型关系使得通过荧光镜控制器34进行预测成为可能，假定在检测器42的目标的图像上，目标在荧光镜坐标系统中处于给定的位置和取向。所述模型也使得控制器34能够从检测器42获取的图像确定由所述检测器成像的目标的位置和取向。所述确定用于基于配准图像来执行荧光镜坐标系统与位置垫坐标系统之间的配准。
步骤202-208的考虑表明，在步骤208中产生的模型关系不使用磁测量。此外，所述模型仅依赖于夹具和直尺中的射线不可透的元件的不变性以及下述事实：在所述步骤所执行的操作中，夹具和直尺均不在台30上运动。
图5是根据本发明的实施例使磁跟踪坐标系统与荧光镜坐标系统配准的步骤的流程图300。在流程图300的描述中，假定流程图200已经执行，并且模型关系已经产生。
在初始步骤302中，使磁跟踪坐标系统与由位置垫50的机械结构限定的机械坐标系统(在本文中被称作位置垫坐标系统)配准。所述配准通常在将位置垫安装进系统20中之前进行，并且可以对位置垫的产生进行。所述配准通常包括以包含位置垫的三个线圈集合52的位置的方式定义位置垫坐标系统，相对于位置垫坐标系统测量传感器线圈的位置和取向(通常在导管中)，以及将来自传感器线圈的信号与测量的位置和取向相关。在该步骤中执行的配准是标称配准，并且可在流程图的稍后步骤中对该标称配准进行校正。
在配准模块附接步骤304中，如上所述，将模块62物理地附接到位置垫50。所述物理附接通常在将位置垫和它的附接的配准模块62安装进系统20中之前进行。所述物理附接会使配准模块相对于位置垫对齐预定的标称位置和取向，使得基于配准模块的坐标系统(被称作配准模块坐标系统)可在名义上与位置垫坐标系统进行配准。为该步骤提供的标称配准也可在流程图的稍后步骤中进行校正。
在配准步骤306中，插入组合的位置垫和配准模块作为在台30下面的单个单元，并固定地附接到台。另外，将夹具60定位在台上，在配准模块的上面，并且运动所述台，使得由检测器42获取的图像包括配准模块的射线不可透的元件和夹具的图像。
将磁传感器82以它们的已知位置和取向固定到夹具60，并给位置垫中的线圈供能。磁系统控制器36接收响应于由位置垫线圈辐射的磁场而产生的、来自传感器的信号，并且所述控制器会分析所述信号以确定磁坐标系统中的夹具的位置和取向。
同时地，荧光镜控制器34分析由检测器42获取的图像，并且使用由流程图200产生的模型来确定荧光镜坐标系统中的夹具60的位置和取向。
通常，如箭头310所示，通过运动台30上的夹具，和/或通过运动台30，将夹具60运动至其它位置。对于所述夹具的每个新位置，由控制器34和36确定所述夹具在两个坐标系统中的位置和取向。该步骤的为多个夹具位置获取的图像会增加在下述步骤中产生的转换的准确度。
在转换产生步骤312中，系统处理器38在步骤306所设定的多个位置接收所述夹具在两个坐标系统中的位置和取向的结果。处理器38使用结果来产生两个坐标系统之间的转换[T1]。通过使用已知位置中的其它磁传感器，处理器38可检测转换[T1]的准确度，并且调节转换的元素的值。例如，可将导管96(具有磁传感器)插入固定器94(图2)中，并可以验证导管位置的共同性(如在两个系统中测量的)。
在最终的步骤314中，处理器38假定，根据方程式(1)，转换[T1]是两个子转换的组合：
[Tmodule，fluoro]*[Tmagnetie，module]＝[T1] (1)
其中[Tmodule，fluoro]是荧光镜坐标系统和由配准模块限定的坐标系统之间的转换，并且[Tmagnetic，module]是配准模块坐标系统和磁坐标系统之间的转换。
从由检测器42获得的模块的图像已知配准模块在荧光镜坐标系统中的位置和取向，并且这些使得处理器38能够评价[Tmodule，fluoro]。尽管已知所述模块在磁坐标系统中的标称位置和取向坐标(使得转换[Tmagnetic，module]在名义上是已知的)，在配准模块向位置垫的安装中与规范的偏差会造成与标称值的偏差。因此，处理器38应用方程式(1)(其中转换[T1]和[Tmodule，fluoro]是已知的)来发现转换[Tmagnetic，module]的实际表达。该表达被用于系统20的运行阶段中，如下面所解释的。
图6是示出了根据本发明的一个实施例的处于运行阶段的系统20的示意图。除了下述的差异以外，处于它的运行阶段的系统20的运行通常类似于处于它的校准阶段的系统的运行，并且在图1和图6中由相同的标号指示的元件在构造和运行方面通常是类似的。
在运行阶段中，移除夹具60，将患者400定位在台30上，将具有磁传感器的导管402插入患者中，使得所述传感器处于区域54中。以举例的方式，假定所述患者要定位于头先进仰卧(HFS)取向。将患者定位在台上可从它的校准阶段状态运动台和它的附接的位置垫50和配准模块62，使得由所述位置垫产生的场的磁坐标系统可不再处于通过流程图300的步骤实现的荧光镜坐标系统配准。可发生从校准阶段的其它变化，诸如台30的运动和/或位置垫相对于台的运动，使得在步骤314中产生的转换[T1]可能不再是正确的。
本发明的实施例使用配准模块62的图像来用荧光镜坐标系统重新配准磁坐标系统，如下面关于图7的流程图500更详细地描述的。
图7显示了根据本发明的一个实施例将磁跟踪坐标系统标测图与荧光镜坐标系统图像组合的步骤的流程图500。在流程图500的描述中，假定流程图200和300的步骤已经被执行。流程图500的步骤对应于系统20的运行阶段。与系统的校准阶段(其中不存在患者)不同，在运行阶段中，存在患者，使得患者的X-射线暴露应当最小化。
在初始步骤502中，将患者400定位在台30上。如上所述，将患者定位在台上会改变位置垫相对于在发现转换[T1]中使用的位置的物理位置，使得两个系统之间的配准已经变化，并且使得所述转换可不再准确地应用。
为了补偿位置垫物理位置的变化，在成像步骤504中，由荧光镜系统中的检测器42获取配准模块的单个图像。尽管配准模块在荧光镜系统中的位置已经变化，但所述模块在磁坐标系统中的位置(如在流程图300的步骤314中所确定)没有变化，因为配准模块物理地连接至位置垫。换而言之，转换[Tmagnetic，module]仍然是有效的。
在重新配准步骤506中，处理器38使用在步骤504中获取的图像来计算荧光镜系统与配准模块之间的更新转换：[Tmodule，fluoro，mew]。处理器然后应用该更新的转换，以便根据方程式(2)计算转换[T2](它是更新的转换[T1])：
[Tmodule，fluore，new]*[Tmagnetic，module]＝[T2] (2)
对于台30的每个运动(造成位置垫运动)，也应用方程式(2)，发现[Tmodule，fluoro，new]的新值。所述新值是基于在流程图200的台校准步骤206中确定台校准结果。
在显示产生步骤508中，处理器38使用转换[T2]来配准具有在两个系统中确定的位置的元件，并将得到的合并的图像呈现在屏幕28上，作为荧光镜坐标系统图像在磁坐标系统标测图上的叠加。将图像和标测图组合的方法考虑了通常用于在每个系统中产生图像和标测图的不同方法，如下面关于图8所述。将图像与标测图组合的方法通常也可取决于在图像和标测图中存在的元件。
图8是根据本发明的一个实施例，解释了图7的将图像和标测图组合的方法的示意图。源40充当X-射线的点源，其穿过“锥体”600辐射，使得在荧光镜系统中，由锥体中的目标3D体积601的检测器42获得的2D图像对应于透视投影，其中所述源充当所述投影的原点，并且其中投影线(未显示在简图上)从所述源向检测器辐射。然而，目标3D体积的2D显示(如在磁系统中所呈现的)通常不同于透视投影。例如，在上面提及的Carto系统(其中所述目标体积是心脏)中，心脏的3D电势标测图通常在屏幕28上提供为正投影，其中穿过心脏的投影线彼此平行。
本发明的实施例允许系统20的操作者选择在锥体600内与检测器42平行的有效“平面”602，其将用于使荧光镜系统中的透视投影与磁系统中的正投影对齐和定位。选择的平面是在目标3D体积内的平面。在图中显示了所述平面的三个例子，假定目标体积对应于心脏电势标测图，尽管可使用其它平面。平面602A是穿过电势标测图的重力中心的平面；平面602B是穿过所述标测图中的目标物体604的平面；并且平面602C是穿过荧光镜系统的旋转中心COR的平面，其投影在所述标测图上。如下选择不同的平面：在图像中和在要对应的标测图中确定一个点，然后调节透视投影的放大率。
所述磁系统通常会确定由该系统跟踪的导管的位置和取向。因而，例如，如果目标物体604对应于导管的远侧末端，可在呈现于屏幕28上的组合显示中使用导管的图符，并且可改变图符图像以代表所述导管的位置和取向。
上述的描述已经假定，荧光镜系统的透视投影被并入磁系统的正投影中。然而，在细节上作必要的修正以后，可应用所述描述来将磁系统的正投影转换成透视投影。然后可将荧光镜系统的透视投影并入磁透视投影中。
返回图像产生步骤508(图7)，一旦已经用公式表示转换[T2]，则可将所述转换应用于系统操作者所期望的在屏幕28上的基本上任意的显示。此外，可将所述转换完全自动地应用于选择的显示，并且可应用于实时成像以及储存的图像。
通常，处理器38可输入和存储由荧光镜产生的每个图像。所述处理器然后可处理荧光镜图像以导出期望的图像平面坐标(在磁系统中)，并与这些坐标一起存储所述图像。该图像然后可观察对齐并与磁系统标测图叠加。
类似地，当操作者旋转磁系统标测图以观察不同的视图并且该视角对应于以前捕获和存储荧光镜图像的投射角，所述处理器可自动地调用对应的图像并将它与标测图一起显示。作为另外一种选择或此外，如果尚未获得荧光镜图像和在当前的标测图视角存储，处理器38可自动地指令荧光镜获得图像，用于与在该角度的磁系统标测图一起显示。
作为另一种选项，操作者可设定磁标测图系统，使得在特定角度获取荧光镜图像(或显示以前获取的图像)以后，处理器38自动地旋转磁系统标测图，使得所述标测图的投射角匹配荧光镜图像的投射角。该技术会确保在任何时间显示的磁系统标测图投影和荧光镜投影是处于适当的配准，并且会帮助防止在实现操作中的操作者误差。
上述技术不仅可用于将整个荧光镜图像输入和配准进磁标测图系统中，而且可用于输入和配准可能在荧光镜图像中分段的特定目标(诸如特定解剖学结构和特征)。基于从其中获取目标的荧光镜图像的配准，每个这样的目标将在磁坐标系统中具有位置和取向。因而可将使用者选择的目标配准和重叠在磁标测图上，在实际的配准过程中几乎没有或没有使用者参与。
所述处理器还可将荧光镜图像反转180°。例如，当在HFS视图中获取荧光镜图像并且磁系统标测图的取向也是HFS时，所述荧光镜图像可显示在磁系统标测图上。另一方面，如果反转磁系统标测图取向，所述处理器可从HFS视图反转荧光镜图像，并因而在具有磁系统图像的适当配准中继续显示荧光镜图像。例如，在治疗心房颤动中，操作者通常设定从HFS视图反转的磁系统取向，以便在切除时观察静脉。利用反转的视图，操作者也能够在反转的视图中观察荧光镜图像，甚至当荧光镜自身不能在该取向实际地捕获图像时。
所述系统的用磁系统标测图配准荧光镜图像和在磁系统标测图的每个投射角正确地呈现适当的荧光镜图像的能力可用于不同的其它途径中，以增强在导管插入术手术中的可视化。例如，可旋转磁系统标测图，并且可显示对应的荧光镜图像，以便使操作者能够验证动脉与导管末端之间的距离。
已经用磁系统标测图配准的荧光镜图像还可用于辅助用磁系统标测图对齐和配准其它图像，诸如CT(计算机化断层摄影)或MRI(磁共振成像)图像。
以上述方式用磁标测图配准荧光镜图像，可用于减少患者所暴露的X-射线剂量。例如，通过使用预获取的、配准的荧光镜图像，操作者可以能够进行导管插入，无需同时X-射线成像。类似地，一对来自不同角度的预获取的、配准的荧光镜图像可用于辅助操作者基于磁标测图以在特定位置(诸如冠状窦)插入导管，无需同时X-射线成像。还可按上述方式配准荧光镜图像回放，然后在磁标测图和治疗中在适当的配准中回放。
应当理解，上述实施例以举例的方式引述，并且本发明不限于在上文中已经具体地显示和描述的内容。相反，本发明的范围包括在上文中描述的多个特征的组合和子组合以及它们的变化和修改形式，所述变化和修改形式在本领域的技术人员阅读前述描述以后会得出，并且未公开于现有技术中。

Claims (20)

1.一种坐标系统配准模块，包括：
射线不可透的元件，其以固定的预定模式布置并且被配置成响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述坐标系统配准模块在荧光镜坐标系统中的位置；和
一个或多个连接部，其被配置成相对于磁场传输垫以预定的位置和取向将所述坐标系统配准模块固定地连接至所述磁场传输垫，以便使得所述坐标系统配准模块在由所述磁场传输垫限定的磁坐标系统中的位置特征化。
2.根据权利要求1所述的坐标系统配准模块，其中所述坐标系统配准模块包括限定对称线的一对平行板，并且其中所述射线不可透的元件包括围绕所述对称线对称地分布的多个射线不可透的标记物。
3.根据权利要求1所述的坐标系统配准模块，其中所述坐标系统配准模块包括限定对称线的一对平行板，并且其中所述射线不可透的元件包括射线不可透的预定二维形状，所述预定二维形状中心位于所述对称线上并且与其正交。
4.根据权利要求3所述的坐标系统配准模块，其中所述预定二维形状选自包含圆盘和矩形的组。
5.一种用于配准坐标系统的方法，包括：
以固定的预定模式将射线不可透的元件布置在坐标系统配准模块内；
产生所述射线不可透的元件的荧光镜图像；
响应于所述荧光镜图像来评价所述坐标系统配准模块在荧光镜坐标系统中的荧光镜位置；
相对于磁场传输垫以预定的位置和取向将所述坐标系统配准模块固定地连接至所述磁场传输垫，以便使得所述坐标系统配准模块在由所述磁场传输垫限定的磁坐标系统中的磁位置特征化；以及
通过使所述坐标系统配准模块的荧光镜位置与所述坐标系统配准模块的磁位置相等来使所述磁坐标系统与所述荧光镜坐标系统配准。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述坐标系统配准模块包括限定对称线的一对平行板，并且其中所述射线不可透的元件包括围绕所述对称线对称地分布的多个射线不可透的标记物。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述坐标系统配准模块包括限定对称线的一对平行板，并且其中所述射线不可透的元件包括射线不可透的预定二维形状，所述预定二维形状中心位于所述对称线上并且与其正交。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定二维形状选自包含圆盘和矩形的组。
9.根据权利要求5所述的方法，其中配准所述坐标系统包括产生将所述荧光镜坐标系统与坐标系统配准模块坐标系统相关的第一转换、和将所述坐标系统配准模块坐标系统与所述磁坐标系统相关的第二转换，以及产生包括所述第一转换和第二转换的组合的复合转换。
10.根据权利要求9所述的方法，其中配准所述坐标系统包括更新所述复合转换，并且其中更新所述复合转换包括响应于所述坐标系统的配准的变化来更新所述第一转换，同时保持所述第二转换不变。
11.根据权利要求5所述的方法，包括：
将具有另外的射线不可透的元件的校准元件定位在台上，所述台由产生荧光镜图像的荧光镜辐照；
产生所述校准元件的另外的荧光镜图像；以及
响应于所述另外的荧光镜图像来校准所述台的运动。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述校准元件包括直尺，所述直尺相对于所述台以已知角度设置。
13.根据权利要求5所述的方法，包括产生目标在所述磁坐标系统中的三维标测图，以及产生二维荧光镜图像，所述二维荧光镜图像包括所述荧光镜坐标系统中的所述目标，以及响应于使所述荧光镜坐标系统与所述磁坐标系统配准来相对于所述三维标测图对齐和定位所述二维荧光镜图像。
14.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述目标的三维标测图包括产生所述目标在第一取向中的标测图，以及产生所述目标在第二取向的二维荧光镜图像，并且其中相对于所述三维标测图来对齐和定位所述二维荧光镜图像包括改变所述标测图和所述图像之一，使得所述标测图和所述图像对齐。
15.一种坐标系统校准夹具，包括：
射线不可透的元件，其以固定的预定模式布置并且被配置成响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述夹具在荧光镜坐标系统中的位置；和
一个或多个连接器，其被配置成相对于所述夹具以相应的预定的固定位置和取向容纳磁传感器，使得响应于穿过所述传感器的磁场而来自所述磁传感器的信号表征所述夹具在由所述磁场限定的磁坐标系统中的位置。
16.根据权利要求15所述的夹具，其中所述预定模式包括具有变化周期长度的螺旋。
17.根据权利要求15所述的夹具，其中所述预定模式包括螺旋，其在所述螺旋的每个周期内具有不同数目的元件。
18.一种用于配置荧光镜坐标系统中使用的夹具的方法，包括：
在夹具中以固定的预定模式来布置射线不可透的元件；
响应于所述射线不可透的元件产生荧光镜图像来限定所述夹具在荧光镜坐标系统中的位置；以及
配置一个或多个连接器，以相对于所述夹具以相应的预定的固定位置和取向容纳磁传感器，使得响应于穿过所述传感器的磁场而来自所述磁传感器的信号表征所述夹具在由所述磁场限定的磁坐标系统中的位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定模式包括具有变化周期长度的螺旋。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定模式包括螺旋，其在所述螺旋的每个周期内具有不同数目的元件。
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