CN105212934A - Mri切片的实时生成 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“MRI切片的实时生成”。本发明公开了一种方法，所述方法包括将正在患者的器官中进行导航的医疗探头的远侧端部的位置显示在所述器官的三维(3D)标测图上。响应于事件，选择包括所述远侧端部的感兴趣的平面、采集所选择平面处的所述器官的实时磁共振成像(MRI)切片、并且显示叠加在所述3D标测图上的所述MRI切片。

Description

MRI切片的实时生成
技术领域
本发明整体涉及医学成像，并且具体地讲，涉及用于介入性心脏学中的实时MRI的方法和系统。
背景技术
磁共振成像(MRI)常常用于多种应用中的医学成像。MRI处理通常计算量很大，并且因此用于大容量的实时MRI通常在相对较低的空间和时间分辨率下可行。
授予Guttman等人的公开内容以引用方式并入本文的美国专利申请公布2010/0312094描述了具有预设扫描平面的MRI引导的外科系统。在消融期间，MR测温法(2-D)可用于显示实时消融形成物，所述实时消融形成物获取沿导管的切片并且显示温度轮廓增高。可以预期，2D和/或3DGRE脉冲序列可用于获得MR图像数据。然而，也可使用其他脉冲序列。
授予Mistretta的公开内容以引用方式并入本文的美国专利8,620,404描述了用于生成受检者的时间分辨的3D医学图像的系统和方法。该方法包括使用磁共振成像(MRI)系统从受检者的一部分采集二维(2D)数据集的时间序列并且将2D数据集的时间序列重建成具有给定帧率的受检者的图像的2D时间序列。
授予Strommer等人的公开内容以引用方式并入本文的美国专利申请公布2013/0184569描述了用于产生心脏的电生理标测图的方法。示例性方法可包括确定导管末端的目标位置和取向、确认末端是否处于目标位置处、测量每个目标位置处的心脏参数值、以及叠加心脏参数值的多种表示。
授予Liao等人的公开内容以引用方式并入本文的美国专利8,675,996描述了用于配准心循环结构的二维图像与心循环结构的三维图像的方法。该方法包括使用第一成像模态采集包括心循环结构三维图像。将采集的三维图像投影到二维空间内以产生心循环结构的二维投影图像。在投影之前从三维图像或者在投影之后从投影图像分割出感兴趣结构。使用第二成像模态采集心循环结构的二维图像。
授予Strommer等人的公开内容以引用方式并入本文的美国专利8,676,300描述了用于在封闭管状器官中进行导航的方法和系统。该程序包括将第一染料注射剂注射到管状器官内，所述第一染料接近封闭段的第一端部。采集管状器官的多个第一注射剂二维(2D)图像，每个图像从不同的视角来采集，所述第一注射剂二维(2D)图像此外是使用相应的器官定时信号读数来采集的。
发明内容
本文描述的本发明的实施例提供了包括接口和处理器的医疗系统。接口被配置成与磁共振成像(MRI)系统通信。处理器被配置成将正在患者的器官中进行导航的医疗探头的远侧端部的位置显示在器官的三维(3D)标测图上，以及响应于事件来选择包括远侧端部的感兴趣的平面、经由接口从MRI系统采集选择平面处的器官的实时MRI切片、以及显示叠加在3D标测图上的MRI切片。
在一些实施例中，通过3D磁位置跟踪系统产生器官的3D标测图。在其他实施例中，处理器被配置成接收来自使用者的对平面的选择。在另选的实施例中，处理器被配置成响应于事件自动地选择平面。在另一个实施例中，器官包括心脏，并且医疗探头包括心脏导管。
根据本发明的实施例，还提供了一种方法，所述方法包括将正在患者的器官中进行导航的医疗探头的远侧端部的位置显示在器官的3D标测图上。响应于事件，选择包括远侧端部的感兴趣的平面、采集选择平面处的器官的实时MRI切片、并且显示叠加在3D标测图上的MRI切片。
结合附图，通过以下对实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1为根据本发明的实施例的微创心脏手术期间的MRI系统和磁位置跟踪系统的示意性图解；
图2为根据本发明的实施例的叠加在三维(3D)磁位置跟踪标测图上的MRI切片的示意性图解；并且
图3为示意性地示出根据本发明的实施例的方法的流程图，所述方法用于在心内手术期间采集实时MRI图像并且将其与磁位置跟踪标测图叠加在一起。
具体实施方式
综述
一些微创手术使用例如由BiosenseWebsterCARTOTM系统提供的磁位置跟踪标测图来导航患者体内的导管或其他医疗探头。在一些情况下，医师需要导管的远侧端部附近的器官的实时图像。MRI为成像方案之一，但3DMRI需要大量的计算并且因此通常不能实时地提供所需的分辨率。
下文描述的本发明的实施例提供了在导航期间使用3D磁位置跟踪标测图来获得邻近导管的远侧端部的位置的实时成像的方法和系统。取代采集完整的3DMRI模型(这不适于实时地执行)，本发明所公开的技术采集并且显示包含导管远侧端部的选择的感兴趣的平面中的MRI切片。通过接受特定平面处的图像，医师可实时地获得MRI切片在磁位置标测图上的叠加图像。
在本专利申请的上下文中以及在权利要求中，术语“MRI切片”和“2DMRI切片”是指MRI系统针对特定2D平面采集的薄MRI切片(例如，3毫米厚)。就全部实用性目的而言，这种切片被视为是二维的，尽管其具有有限的厚度。
本文所述的实施例主要涉及心脏导管和心脏手术。然而，另选的实施例适用于任何微创医疗手术(例如，腹腔镜检查术或内窥镜检查术)，并且并不限于心脏应用。
系统描述
图1为根据本发明的实施例的微创心脏手术期间的MRI系统22和磁位置跟踪系统20的示意性图解。MRI系统22经由接口56连接到磁位置跟踪系统20。磁位置跟踪系统20包括控制台26和导管24，所述导管24包括如图1的插图32中所示的远侧端部34。
心脏病专家42在患者心脏28内导航导管24，直至远侧端部34到达该器官中的所需位置，并且随后心脏病专家42使用远侧端部34来执行医疗处理。在其他实施例中，本发明所公开的技术可与在任何其他器官中执行的手术一起使用，并且除了心脏病专家42，任何合适的人类使用者均可使用该系统。
这种位置跟踪方法在例如由BiosenseWebsterInc.(DiamondBar，Calif.)生产的CARTOTM系统中实施，并且详细地描述于美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612和6,332,089、PCT专利公布WO96/05768、以及美国专利申请公布2002/0065455A1、2003/0120150A1和2004/0068178A1中，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。
控制台26包括处理器58、驱动电路60、连接到MRI系统22的接口56、输入装置46、和显示器40。驱动电路60驱动磁场发生器36，所述磁场发生器36设置在患者30躯干下面的已知位置处。响应于事件，心脏病专家42选择(使用输入装置46和屏幕40上的合适图形用户界面(GUI))包括远侧端部34的所需平面。在另一个实施例中，处理器58自动地选择所需平面。处理器58经由接口56来从MRI系统22请求选择平面的MRI切片。MRI系统22采集所请求的切片并且将其经由接口56发送到处理器58。
处理器58生成3D磁位置跟踪标测图与MRI切片的叠加图像并且将此图像显示在屏幕40上。
图1所示的系统20的配置是完全为了概念清楚而选择的示例性配置。在另选的实施例中，任何其他合适的配置可用于实现该系统。系统20的一些元件可使用硬件来实现，例如，使用一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或其他装置类型。除此之外或作为另外一种选择，系统20的一些元件可使用软件或使用硬件和软件元件的组合实现。
处理器58通常包括通用计算机，所述计算机用软件来编程以执行本文所述的功能。软件可以电子形式例如通过网络下载到计算机，或作为另外一种选择或除此之外，软件可以被提供和/或存储在非临时性有形介质上，例如磁性、光学或电子存储器上。
MRI切片在3D标测图上的实时叠加
微创手术需要外部成像，因为医师在其导航和处理期间不能看到探头。在本发明的实施例中，处理器58使用系统20的磁位置跟踪能力来产生和显示与远侧端部34的图像叠加的患者心脏的3D标测图，使得心脏病专家42知道远侧端部34相对于心脏28的精确位置和取向。
在导航和处理过程期间，心脏病专家42可需要围绕远侧端部42的患者器官的实时图像。就MRI而言，全容积3DMRI图像的采集需要很长时间，因为其需要容积扫描和大量计算。其他成像技术(例如，X线荧光镜透视检查)可以快于3DMRI的速度采集图像，但仍存在需要MRI以用于特定处理并且最小化不利辐射的情况。本文所述的实施例满足心脏病微创手术期间的实时MRI的需要，并且也适用于其他微创医疗手术。
就在邻近导管的远侧端部的位置处需要MRI图像的情况而言，心脏病专家42选择患者心脏28内的包括远侧端部34的相关平面。心脏病专家42使用输入装置46和屏幕40上的合适GUI来限定所需平面，并且处理器58将选择平面转换成对MRI系统22的请求。响应于此事件，处理器58将请求经由接口56发送到MRI系统22，以采集包括远侧端部34的所需平面的MRI切片。
由于MRI切片覆盖相对较小的区域并且不需要大量的计算，因此其可被实时地采集。MRI系统22采集所请求的切片并且将其经由接口56发送回处理器58。处理器58生成3D磁位置跟踪标测图与最新采集的MRI切片的叠加图像并且将其显示在屏幕40上。叠加图像为心脏病专家42提供邻近远侧端部34的组织的实时、最新、高分辨率视图，以用导航和治疗性消融手术。在另选的实施例中，处理器58例如响应于特定事件或者周期性地来自动选择所需平面。
图2为根据本发明的实施例的叠加在3D磁位置跟踪标测图上的MRI切片的示意性图解。MRI系统22和磁位置跟踪系统20分别生成MRI切片44和位置跟踪标测图33。为了产生如上所述的这种叠加图像，心脏病专家42选择患者心脏28中的包括远侧端部34的感兴趣的平面，并且处理器58经由接口56来命令MRI系统22采集MRI切片44。MRI系统22生成MRI切片44并且将其经由接口56发送到处理器58。处理器58将切片44在3D位置跟踪标测图33上的叠加图像显示在屏幕40上。
叠加图像为心脏病专家42提供实时的高分辨率输入以用于导航和治疗手术。在另选的实施例中，处理器58自动地选择所需平面。
图3为示意性地示出根据本发明的实施例的方法的流程图，所述方法用于在心内手术期间采集实时MRI图像并且将其与磁位置跟踪标测图叠加在一起。在此例子中，所述方法被分成准备阶段和实时规程阶段。然而，在其他实施例中，所述方法可包括实时规程阶段而不包括准备阶段，因为一旦MR扫描器和CARTO系统被安装并且共配准，插入的导管就已内在地与MRI参考帧配准。
所述方法开始于3DMRI采集步骤200，此时MRI系统采集患者心脏28中的3D图像。在导管插入步骤210处，心脏病专家42将导管24插入到患者的心脏并且磁位置跟踪系统20生成远侧端部位置的区域中的磁位置跟踪标测图。在配准步骤220处，所述系统执行配准以生成在3DMRI采集步骤200处采集的3DMRI图像与在导管插入步骤210处采集的3D磁位置跟踪标测图之间的叠加图像。此叠加图像有助于心脏病专家42来规划医疗手术并且将远侧端部34导航到患者心脏28中的目标位置。
在导航步骤230处，心脏病专家42使用3D位置跟踪标测图和3DMRI图像来将导管24导航到患者心脏中的目标位置。在导航期间，心脏病专家42可需要导管24的远侧端部附近的更新局部MRI图像。在决定步骤240处，心脏病专家42决定采集MRI图像以用于改善的导航或处理原因。
对另外的实时图像的需要可归因于手术期间的非预期事件(例如，在导管24导航期间遇到的障碍)，或以证明特定的处理在目标位置中执行。此外作为另外一种选择，任何其他合适的事件可保证对MRI切片的采集。
如果不需要切片，则所述方法返回到上述导航步骤230，其中心脏病专家42继续对导管24进行导航。如果决定步骤240作出需要MRI切片的结论，则所述方法前进到平面限定步骤250。在平面限定步骤250处，心脏病专家42检查显示器40上的相关器官，并且使用输入装置46和显示器40上的合适GUI来选择包括导管的远侧端部34的所需平面。
在切片采集步骤260处，处理器58将请求经由接口56发送到MRI系统22，以采集在上述平面限定步骤250处选择的平面的MRI切片。所述请求使用任何合适的约定(例如，一些常用坐标系中的平面方程)来向MRI系统22指定相关平面。在一些实施例中，处理器58还指示远侧端部34相对于MRI系统22的位置坐标。响应于所述请求，MRI系统22采集所请求的MRI切片并且将其经由接口56发送到处理器58。
处理器58接收MRI切片44并且执行MRI切片44与3D磁位置跟踪标测图33之间的配准。在显示步骤270处，处理器58将MRI切片44与3D磁位置跟踪标测图33的叠加图像显示在显示器40上。
如果适用，则心脏病专家42继续如导航步骤230中所述的导航或处理，并且可请求用于相同平面(如平面限定步骤250中所述)或邻近远侧端部34的其他平面的另外的实时MRI图像。
图3示出了具体的操作流程；然而本文所述的技术并不限于此具体流程。在其他实施例中，流程可除去准备阶段(步骤200、210、和220)并且例如直接开始于实时阶段(步骤230处)。在另一个实施例中，所述系统可根据特定事件或者周期性地自动完成平面选择。
本发明所公开的技术可用于各种应用中，例如，以下六个例子：
(1)采集房间隔(卵圆窝)的薄切片以用于安全地执行经中隔手术(从右心房到左心房跨过房间隔)。
(2)采集肺静脉口的薄切片以用于肺静脉分离手术的术前计划和执行。
(3)采集房室瓣(三尖瓣或二尖瓣)或室房瓣(肺动脉瓣或主动脉瓣)以用于基于导管的修复的安全交叉、规划、和执行或者心瓣膜的置换。
(4)采集左心房后壁的薄切片以用于示出食管、其相对于规划的消融点或线的路线或距离。在完成消融手术之后重新采集相同的切片以排除直接的消融后食管损伤(浮肿、溃疡、穿孔)。
(5)采集薄切片以示出右膈神经和神经距规划的消融点或线的距离。
(6)采集薄切片序列以监测和评价整个消融过程中的消融灶形成物。
尽管本文所述的实施例主要论述心脏病学，但本文所述的方法和系统也可用于其他微创应用中，例如，内窥镜检查术和腹腔镜检查术。
尽管本文所述的实施例主要论述治疗性心脏消融手术(例如，心房纤颤的治疗)，但本文所述的方法和系统也可用于其他应用中。例如，所述方法和/或系统可用于引导的针刺活检、肝胆支架的部署、通过支架对腹主动脉瘤的去除、以及通过消融对自主神经系统的调节。
因此应意识到，上述实施例均以举例方式举出，并且本发明不受上文特别显示和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时可能想到且未在现有技术范围内公开的变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献将被视为本专利申请的整体部分，但是，如果这些并入的文献中定义任何术语的方式与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
将正在患者的器官中进行导航的医疗探头的远侧端部的位置显示在所述器官的三维(3D)标测图上；以及
响应于事件来选择包括所述远侧端部的感兴趣的平面、采集所选择平面处的所述器官的实时磁共振成像(MRI)切片、以及显示叠加在所述3D标测图上的所述MRI切片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述器官的3D标测图由3D磁位置跟踪系统生成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述感兴趣的平面包括接收来自使用者的对所述平面的选择。
4.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述感兴趣的平面包括响应于所述事件自动地选择所述平面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述器官包括心脏，并且其中所述医疗探头包括心脏导管。
6.一种系统，包括：
接口，所述接口被配置成与磁共振成像(MRI)系统通信；和
处理器，所述处理器被配置成将正在患者的器官中进行导航的医疗探头的远侧端部的位置显示在所述器官的三维(3D)标测图上，以及响应于事件来选择包括所述远侧端部的感兴趣的平面、经由所述接口从所述MRI系统采集所选择平面处的所述器官的实时MRI切片、以及显示叠加在所述3D标测图上的所述MRI切片。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述器官的3D标测图由3D磁位置跟踪系统生成。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器被配置成接收来自使用者的对所述平面的选择。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器被配置成响应于所述事件自动地选择所述平面。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述器官包括心脏，并且其中所述医疗探头包括心脏导管。
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