CN104367322A - 未标出的区域可视化 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，所述方法包括：从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；以及使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面。将具有位置传感器的探头插入所述体腔中，并且响应于从所述位置传感器接收的多个位置测量，在所述体腔的相应区域内标出多个位点，以便生成所述模拟表面的相应标出的区域。基于所述模拟表面和所述相应标出的区域，描绘所述模拟表面的一个或多个未标出的区域，并且将所述体腔的模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。

Description

未标出的区域可视化
技术领域
本发明整体涉及医疗成像，并具体地涉及使用医疗探头来标出身体器官的腔表面。
背景技术
多种医疗手术涉及在身体内放置诸如传感器、管、导管、分配装置和植入物之类的物体。实时成像方法通常用于这些手术期间协助医生将对象和其周围的事物可视化。然而，在大多数的情况下，实时三维成像是不可能的或不可取的。相反，通常利用用于获得内部对象的实时空间坐标的系统。
授予Govari等人的美国专利申请2007/0016007(其公开内容以引用的方式并入本文)中描述了一种混合式基于磁并基于阻抗的位点感测系统。该系统包括适于引入到受试者的体腔中的探头。
授予Gilboa的美国专利6,574,498(其公开内容以引用的方式并入本文)描述了一种用于确定工件在不透明的身体的腔内的位点的系统。该系统要求使用与一次场相互作用的转换器以及与二次场相互作用的若干转换器。
授予Pfeiffer等人的美国专利5,899,860(其公开内容以引用的方式并入本文)描述了一种用于确定导管在患者体内的位点的系统。校正函数通过得自接收到的位置信号的校准位点与已知真实校准位点之间的差异确定；借此，得自接收到的位点信号的导管位点就根据校正函数在后续的测量阶段中校正。
以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但不包括在这些并入的文献中以与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突的方式定义的任何术语，而只应考虑本说明书中的定义。
以上描述给出了本领域中相关技术的总体概述，不应当被理解为承认了其包含的任何信息构成对抗本专利申请的现有技术。
发明内容
根据本发明的实施例提供了一种方法，所述方法包括：从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面；将具有位置传感器的探头插入体腔中；响应于从位置传感器接收的多个位置测量，在体腔的相应区域内标出多个位点以便生成所述模拟表面的相应标出的区域；基于所述模拟表面和所述相应标出的区域，描绘所述模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及将所述体腔的模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
在一些实施例中，所述成像系统可以选自包括磁共振成像系统和计算断层摄影系统在内的列表。在另外实施例中，所述方法可包括在显示器上呈现所配置的模拟表面的图像，并且在另外实施例中，所述图像可以选自包括所述一个或多个未标出的区域和所述相应标出的区域中的至少一个在内的列表。
在一些实施例中，所述探头可包括心内导管，并且所述体腔可包括心脏的腔室。在另外的实施例中，所述导管可包括定位在所述导管的远端处的力传感器，并且标出给定位点可包括在从所述力传感器接收到指示所述远端与所述腔室中的心内膜组织之间的接触的力测量时接收给定位置测量。
在一些实施例中，配置所述模拟表面可包括将视觉设计与未标出的区域相关联，并且将视觉设计覆盖在所述模拟表面的未标出的区域上。在另外的实施例中，所述视觉设计包括选自阴影、强度和图案的组。
在一些实施例中，描绘一个或多个标出的区域可包括从所述模拟表面扣除所述相应标出的区域。在另外的实施例中，位置传感器可包括附接至探头的电极，并且标出多个位点可包括测量传输通过电极的电流的阻抗。在另选的实施例中，位置传感器可包括磁场传感器，并且标出多个位点可包括使用磁场传感器来测量磁场。
根据本发明的实施例还提供了一种设备，所述设备包括：探头，所述探头配置用于插入患者的体腔中并包括用于测量所述探头的远端在体腔内的位点的位置传感器；以及处理器，所述处理器配置成：从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；使用所捕获的3D图像来构造体腔的模拟表面；在将探头插入体腔中时，响应于从位置传感器接收的多个位置测量，在体腔的相应区域内标出多个位点以便生成模拟表面的相应标出的区域；基于模拟表面和相应标出的区域，描绘模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及将体腔的模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
根据本发明的实施例还提供了一种结合探头而进行操作的计算机软件产品，所述探头配置用于插入患者体腔中并包括用于测量所述探头的远端在体腔内的位点的位置传感器，所述产品包括其中存储有程序指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令在由计算机读出时致使所述计算机执行以下操作：从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面；在将探头插入体腔中时，响应于从位置传感器接收的多个位置测量，在体腔的相应区域内标出多个位点以便生成模拟表面的相应标出的区域；基于模拟表面和相应标出的区域，描绘模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及将体腔的模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
附图说明
本文参照附图，仅以举例的方式描述本公开，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的用于力感测用导管的导管-组织接触可视化系统的示意性图示；
图2是根据本发明的实施例的示意性地示出一种心腔标出方法的流程图；
图3是根据本发明的实施例的示出与心腔的心内膜组织接触的导管的远侧末端的示意性细部图；并且
图4是根据本发明的实施例的呈现在导管-组织接触可视化系统上的图像的示意性图示。
具体实施方式
综述
生理或解剖的标出过程通常形成包括从电解剖标出系统收集的标出点的标出图。每个标出点包括体腔内的相应坐标并可能包括由医疗探头在相应坐标处收集的生理性质。在标出诸如心脏的腔室的体腔时，标出图具有的分辨率可对于不同区域而有差别。这种差别可以基于针对用于生成标出图的特定区域而收集的测量数量。
本发明的实施例提供了用于使体腔的未标出的区域可视化的方法和系统。在一些实施例中，未标出的区域可以通过以下方式确定：从体腔的已经使用例如磁共振成像或计算机断层摄影术而预采集的图像扣除标出的区域。通过传输送描绘体腔的未标出的区域的视觉反馈，本发明的实施例可向执行医疗手术的医疗专业人员提供视觉引导，所述视觉引导指示医疗手术期间体腔的需要标出的任何未标出的区域。
系统描述
图1是根据本发明的实施例的实现导管-组织接触可视化的心内标出系统20的示意性图示。系统20包括探头22诸如心内导管，和控制台24。在下述实施例中，假设探头22用于诊断或治疗处理，诸如标出患者28的心脏26中的电势。作为另外一种选择，加以必要的变通，可将探头22用于心脏或其他身体器官中的其他治疗和/或诊断用途。
操作者30穿过患者28的血管系统插入探头22，使得探头22的远端32进入心脏26的腔室。控制台24通常使用磁性位点感测来确定远端32在心脏26内的位点坐标。为了确定位点坐标，控制台24中的驱动电路34驱动场发生器36以在患者28的体内产生磁场。通常，场发生器36包括线圈，所述线圈在患者28体外已知位点放置在患者躯干下方。这些线圈在包含心脏26的预定工作空间内产生磁场。探头22的远端32内的磁场传感器38(本文也被称为位置传感器38)响应于这些磁场而生成电信号。信号处理器40处理这些信号以确定远端32的位点坐标，通常包括位置和取向坐标。上述位点感测方法在上述CARTOTM系统中实现，并且在上文引用的专利和专利申请中有详细描述。
位置传感器38将指示远端32的位置坐标的信号传输至控制台24。位置传感器38可包括一个或多个微型线圈，并且通常包括沿着不同轴取向的多个线圈。作为另外一种选择，位置传感器38可包括任一类型的磁传感器、或其他类型的位点转换器，诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器。虽然图1示出具有单个位置传感器的探头，但是本发明的实施例可利用具有多于一个位置传感器的探头。
在另选的实施例中，位置传感器38和磁场发生器36的角色可以互换。换句话讲，驱动电路34可以驱动远端32内的磁场发生器以生成一个或多个磁场。发生器36中的线圈可配置成感测所述磁场并生成指示这些磁场的分量的振幅的信号。处理器40接收并处理这些信号，以便确定心脏26内的远端32的位点坐标。
虽然在本例子中，系统20利用基于磁的传感器来测量远端32的位点，但是也可使用其他位点跟踪技术(例如，基于阻抗的传感器)。磁性位点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，它们的公开内容以引用方式并入本文中。基于阻抗的位点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，它们的公开内容以引用方式并入本文中。
在本文所述的实施例中，处理器40配置成从医疗成像系统(未示出)收集图像数据，所述医疗成像系统为诸如磁共振成像(MRI)系统或计算断层摄影(CT)系统或探头标出系统(诸如加州Diamond Bar的Biosense WebsterInc.生产的CARTOTM标出系统)。如下所述，处理器40使用图像数据来构造所考虑的心腔的模拟表面。
处理器40通常包括通用计算机，该计算机具有合适前端和接口电路以用于从探头22接收信号并控制控制台24的其他组件。处理器40可以在软件中编程以执行本文所述的功能。例如，可经网络将软件以电子形式下载到控制台24，或者可将软件保存在非暂态有形介质诸如光学、磁或电子存储器介质上。作为另外一种选择，可以通过专用或可编程数字硬件组件来实现处理器40的一些或全部功能。
输入/输出(I/O)接口42使得控制台24能够与探头22交互。基于(经由接口42和系统20的其他组件)从探头22接收到的信号，处理器40驱动显示器44以向操作者30呈现示出远端32在患者体内的位点的图像46、以及关于正在进行的手术的状态信息和指导。
探头22还包括了被包含在远端32内的力传感器48。力传感器48通过向控制台生成指示远侧末端施加在心内膜组织上的力的信号而来测量由探头22的远侧末端50施加至心脏26的心内膜组织的力。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射器和接收器，并且可以基于测量弹簧的挠度而生成力的指示。这类探头和力传感器的另外细节在美国专利申请公开2009/0093806和2009/0138007中有所描述，它们的公开内容以引用的方式并入本文中。作为另外一种选择，远端32可包括另一种类型的力传感器。
除此之外或作为另外一种选择，系统20可包括用于演练和操作患者28的体内的探头22的自动化机构(未示出)。这种机构通常既能够控制探头22的纵向运动(前进/后退)也能够控制探头的远端32的横向运动(偏转/转向)。在此类实施例中，处理器40基于探头中的磁场传感器所提供的信号来生成用于控制探头22的运动的控制输入。
为了标出所考虑的心腔，操作者30推进探头22，使得远侧末端50与心内膜组织在多个位置接合，并且处理器40“记录”从图像数据产生的模拟表面上的多个位置。因此，系统收集多个标出点，其中每个标出点包括内部腔室表面上的坐标。在本发明的实施例中，处理器40可以使用从力传感器48接收的信号以检测远侧末端50何时与心内膜组织接触。
在另选的实施例中，探头22可包括电极54，所述电极耦接至远端并配置成起到基于阻抗的位点转换器功能。除此之外或作为另外一种选择，电极54可以配置成测量多个位置中的每个位置处的生理性质(例如，局部表面电势)。在一些实施例中，系统20可以将位点测量与电势测量相关联。换句话讲，系统20可以收集多个标出点，其中每个标出点包括内部腔室表面上的坐标以及在此坐标处的相应生理性质测量。
在诊断处理期间，处理器40在显示器44上向操作者30呈现其上设有已记录的位置测量的模拟表面的图像46(模拟表面和位置测量的融合在本文称为标出图)，并且在存储器52中存储表示图像的数据。存储器52可包括任何合适的易失性存储器和/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40应用算法(例如，快速标出过程)来构造图像46。在本实施例中，图像46包括心腔的表面的模拟3D表面(例如，多边形网)，处理器40在显示器44上将该模拟3D表面呈现为图像46。在一些实施例中，操作者30可以使用一个或多个输入装置54来调控图像46。
尽管图1示出具体系统构型，但也可以采用其他系统构型来实现本发明的实施例，并且由此被认为是在本发明的精神和范围内的。例如，可以通过使用除了上述磁场传感器之外的类型的位点转换器诸如基于阻抗的位置传感器或超声位置传感器来应用以下所述方法。如本文所使用，术语“位点转换器”是指安装在探头22上的元件，它使控制台24能接收指示远端的坐标的信号。因此，位点转换器可包括探头上的接收器，所述接收器基于由转换器接收到的能量来生成至控制单元的位点信号；或其可包括发射由探头外的接收器感测到的能量的发射器。此外，类似地，实施下文描述的方法时，不仅可使用导管，而且可使用其他类型的探头在心脏和其他身体器官及区域进行治疗和诊断应用。
模拟表面可视化
图2是根据本发明的实施例的示意性地出一种标出心脏26的腔室的方法的流程图，图3是根据本发明的实施例的与心脏26的心内膜组织80接触的远侧末端50的示意性细部图，并且图4是根据本发明的实施例的包括模拟表面90的图像46的示意性图。虽然图2至4示出的例子描述对心脏26的腔室的标出，但是本发明的实施例可用于标出患者28体内的任何体腔。
在捕获步骤60中，处理器40捕获(即，接收)心脏26的腔室的三维(3D)图像，并且在构造步骤62中，该处理器使用3D图像在存储器52中构造模拟表面90。如前所述，处理器40可从MRI或CT系统收集3D图像。
在插入步骤64中，操作者30将探头22插入心脏26的腔室(本文也被称为心腔)中，并且推进探头，使得远侧末端50与心内膜组织80接合并在心内膜组织上施加力F，如图3所示。为了检验远侧末端50与心内膜组织之间的接触，处理器40接收来自指示力F的力传感器48的力测量。在采集步骤66中，在远侧末端50压在心内膜组织80上时，处理器40采集来自指示远端32的当前位点的位置传感器38的位置测量。
响应于位置和力测量，在标出步骤68中，处理器40将位置测量标出给模拟表面的给定区域。在操作中，一旦检测到了远侧末端50与心内膜组织80在多个位置接合，处理器40可以将多个位置中的每个位置标出给模拟表面的相应区域，而无需来自操作者的干预。
在描绘步骤70中，处理器描绘了心腔中的任何未标出的区域。除了描绘心腔中的一个或多个未标出的区域之外，在处理器40从探头22接收力和位点测量时，该处理器还可以描绘模拟表面的相应标出的区域。
在处理器40从磁场传感器38接收位置测量的实施例中，处理器可将接收到的磁场测量标出给模拟表面上的相应位置。在处理器40从电极54接收位置测量的实施例中，位置测量包括对传输通过电机的电流的阻抗，该处理器可将接收到的阻抗测量标出给模拟表面上的相应位置。除此之外或作为另外一种选择，处理器可使用从磁场传感器接收的第一位置测量以校准从电极54接收的第二位置测量。
在一些实施例中，处理器40可通过从模拟表面扣除相应标出的区域来描绘一个或多个未标出的区域。另外，处理器40可描绘用于模拟表面的不同标出的区域的标出分辨率。在本发明的实施例中，用于给定区域的给定标出分辨率包括使用上述实施例标出在给定区域中的多个部分中。换句话讲，如果心腔包括具有类似大小表面积的第一区域和第二区域，并且第一区域具有标出的十个位点而第二区域具有标出的六个位点，那么第一区域的标出分辨率高于第二区域的标出分辨率。
在配置步骤72中，处理器40配置模拟表面90以指示心腔的标出的区域和未标出的区域，并且在呈现步骤74中，该处理器在显示器44上呈现包括模拟表面的图像46。在图4示出的例子中，图像46既包括标出的区域92也包括未标出的区域94。在另选的实施例中，图像46可或包括标出的区域92或包括未标出的区域94(即，一个或另一个)。
为了配置模拟表面90，处理器40可将第一视觉设计与未标出的区域相关联，并且覆盖模拟表面的未标出的区域上的第一视觉设计。另外，处理器40可将第二视觉设计与标出的区域相关联，并且覆盖模拟表面的标出的区域上的第二视觉设计。在一些实施例中，视觉设计可包括阴影或强度。在另选的实施例中，视觉设计可包括视觉图案98和100，如图4所示。
另外，处理器40可以呈现图例96，所述图例将处理器在呈现标出的区域和未标出的区域时可使用的视觉图案98和100细节化。在图4示出的例子中，图例96包括未标出的图案98和多个标出的图案100，其中每个标出分辨率(或标出分辨率的每个范围)具有相应标出的图案100。换句话讲，在呈现模拟表面90时，处理器40覆盖未标出的区域上的未标出的图案98，并且覆盖标出的区域中的每个标出的区域的相应标出的图案100，由此针对正在进行的手术向操作者30输送视觉反馈。
最后，在比较步骤76中，如果心腔中的另外位置需要标出，那么操作者30重新定位导管22并且所述方法以步骤66继续。然而，如果并不需要另外位置，那么心腔标出完成，并且方法结束。
以下权利要求书中所有装置或步骤加功能元件的相应结构、材料、动作和等效物旨在包括执行与作为特别要求保护的其他受权利要求书保护的元件结合的功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述已经出于说明目的而呈现，但是并不旨在穷尽或以公开形式对本公开进行限制。在不背离本公开的范围和精神的情况下，本领域的普通技术人员将会清楚许多修改和变型。选择并描述实施例目的在于最佳解释本公开的原理和实际应用，并使本领域的其他技术人员能够理解本公开的适于构想出的具体用途的具有各种修改的各种实施例。
应当理解，上述实施例仅以举例的方式进行引用，并且本发明并不限于上面具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域技术人员在阅读上述说明时将会想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；
使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面；
将具有位置传感器的探头插入所述体腔中；
响应于从所述位置传感器接收的多个位置测量，在所述体腔的相应区域内标出多个位点，以便生成所述模拟表面的相应标出的区域；
基于所述模拟表面和所述相应标出的区域，描绘所述模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及
将所述体腔的所述模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像系统选自包括磁共振成像系统和计算断层摄影系统的列表。
3.根据权利要求1所述的方法，包括在显示器上呈现所配置的模拟表面的图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述图像选自包括所述一个或多个未标出的区域和所述相应标出的区域中的至少一个的列表。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述探头包括心内导管，并且其中所述体腔包括心脏的腔室。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述导管具有定位在所述导管的远端处的力传感器，并且其中标出给定位点包括在从所述力传感器接收指示所述远端与所述腔室中的心内膜组织之间的接触的力测量时接收给定位置测量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中配置所述模拟表面包括将视觉设计与所述未标出的区域相关联，并且将所述视觉设计覆盖在所述模拟表面的所述未标出的区域上。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述视觉设计选自包括阴影、强度和图案的组。
9.根据权利要求1所述的方法，其中描绘所述一个或多个标出的区域包括从所述模拟表面扣除所述相应标出的区域。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置传感器包括附接至所述探头的电极，并且其中标出所述多个位点包括测量传输通过所述电极的电流的阻抗。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置传感器包括磁场传感器，并且其中标出所述多个位点包括使用所述磁场传感器来测量磁场。
12.一种设备，包括：
探头，所述探头配置用于插入患者的体腔中并且包括用于测量所述探头的远端在所述体腔内的位点的位置传感器；以及
处理器，所述处理器配置成：
从成像系统捕获所述体腔的三维(3D)图像；
使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面；
在将所述探头插入所述体腔中时，响应于从所述位置传感器接收的多个位置测量，在所述体腔的相应区域内标出多个位点，以便生成所述模拟表面的相应标出的区域；
基于所述模拟表面和所述相应标出的区域，描绘所述模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及
将所述体腔的模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述成像系统选自包括磁共振成像系统和计算断层摄影系统的列表。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器配置成在显示器上呈现所配置的模拟表面的图像。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述图像选自包括所述一个或多个未标出的区域和所述相应标出的区域中的至少一个的列表。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述探头包括心内导管，并且其中所述体腔包括心脏的腔室。
17.根据权利要求16所述的设备，包括定位在所述导管的远端中的力传感器，并且其中所述处理器配置成通过在从所述力传感器接收指示所述远端与所述腔室中的心内膜组织之间的接触的力测量时接收给定位置测量来标出给定位点。
18.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器布置成通过将视觉设计与所述未标出的区域相关联，并且将所述视觉设计覆盖在所述模拟表面的所述未标出的区域上来配置所述模拟表面。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述视觉设计选自包括阴影、强度和图案的组。
20.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器配置成通过从所述模拟表面扣除所述相应标出的区域来描绘所述一个或多个标出的区域。
21.根据权利要求12所述的设备，其中所述位置传感器包括附接至所述探头的电极，并且其中所述处理器配置成通过测量传输通过所述电极的电流的阻抗来标出所述多个位点。
22.根据权利要求12所述的设备，其中所述位置传感器包括磁场传感器，并且其中所述处理器配置成通过使用所述磁场传感器测量磁场来标出所述多个位点。
23.一种结合探头操作的计算机软件产品，所述探头配置用于插入患者的体腔中并且包括用于测量所述探头的远端在所述体腔内的位置的位置传感器，所述产品包括存储有程序指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令在由计算机读出时致使所述计算机：
从成像系统捕获体腔的三维(3D)图像；
使用所捕获的3D图像来构造所述体腔的模拟表面；
在将所述探头插入所述体腔中时，响应于从所述位置传感器接收的多个位置测量，在所述体腔的相应区域内标出多个位点，以便生成所述模拟表面的相应标出的区域；
基于所述模拟表面和所述相应标出的区域，描绘所述模拟表面的一个或多个未标出的区域；以及
将所述体腔的所述模拟表面配置成指示所描绘的未标出的区域。
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