CN105979898B - 位置确定系统 - Google Patents
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Abstract
在成像位点处，在执行介入流程之前，成像设备(14)生成对象(4)的图像，并且成像光标记生成设备(6)在对象的表面上的位置处生成光标记。在介入位点处，介入光标记生成设备(17)在对象(4)的表面上的位置处生成光标记，并且定位设备(25、27)在介入流程期间确定导管的位置。然后位置确定单元(29)基于由定位设备确定的导管的位置和被用于生成图像和光标记的设备和用于定位导管的设备之间的提供的空间关系来确定导管在介入前图像内的位置。这允许示出导管在介入前图像内的位置，而不必使用X射线。
Description
技术领域
本发明涉及用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定系统、方法和计算机程序。本发明还涉及用于在介入流程期间对在对象内的导管进行定位的定位系统和用于校准位置确定系统的校准方法。
背景技术
在电生理学(EP)中的常规导管消融流程能够由X射线荧光透视引导，常常辅之以用于跟踪导管的电磁跟踪(EMT)系统。对于通过X射线荧光透视进行的引导，X射线荧光透视系统被使用，其在导管消融流程期间采集X射线投影图像。能够将X射线投影图像与术前三维图像(诸如计算机断层摄影(CT)或磁共振(MR)图像)配准，以便在导管消融流程期间提供三维解剖信息。具体地，由EMT系统跟踪的导管的位置可以被示出在术前三维图像内，以便示出导管相对于患者的内部三维解剖体的位置。然而，采集X射线投影图像导致被应用到患者的相对高的辐射剂量。
发明内容
本发明的目的是提供用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定系统、方法和计算机程序，其允许被应用到对象的辐射剂量的减少，尤其X射线的完全避免。本发明的又一目的是提供用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位的定位系统和用于校准位置确定系统的校准方法。
在本发明的第一方面，提出了一种用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定系统，其中，所述位置确定系统包括：
-成像设备，其用于在执行介入流程之前在成像位点处生成对象的图像，
-成像光标记生成设备，其用于在执行介入流程之前在成像位点处在对象的表面上的位置处生成光标记，
-定位设备，其用于在介入位点处在介入流程期间确定导管的位置，
-介入光标记生成设备，其用于在介入位点处在对象的表面上的位置处生成光标记，
-空间关系提供单元，其用于提供成像设备与成像光标记生成设备之间的成像空间关系以及定位设备与介入光标记生成设备之间的介入空间关系，以及
-位置确定单元，其用于基于由定位设备确定的导管的位置以及成像空间关系和介入空间关系来确定导管在生成的图像内的位置。
由于成像设备与成像光标记生成设备之间的成像空间关系、定位设备与介入光标记生成设备之间的介入空间关系，以及在对象的表面上的相同位置处由成像光标记生成设备和介入光标记生成设备对光标记的生成，因此能够准确地确定导管在生成的图像内的位置，而不必将X射线应用到对象。
成像位点是发生通过成像设备的成像和由成像光标记生成设备对光标记的生成的位点。例如，成像位点可以是成像设备和成像光标记生成设备位于其中的成像室。介入位点是执行介入流程的位点。例如，其可以是包括定位设备和介入光标记生成设备的操作室。
成像设备优选地适于生成对象的三维图像，如计算机断层摄影图像和/或磁共振图像。定位设备优选地适于通过使用EMT和/或光学形状感测跟踪(OSST)技术来确定导管的位置。成像光标记生成设备和介入光标记生成设备优选地包括若干光源，尤其是激光，以在表面上的位置处生成光标记。优选地，成像光标记生成设备和介入光标记生成设备适于在表面上的三个或更多位置处生成三个或更多光标记。如果使用激光，则由于激光的相干特性而能够非常准确地生成光标记，从而进一步增加确定导管在生成的图像内的位置的准确性。
成像光标记生成设备优选地包括根据第一射线几何结构发射射线以生成所述光标记的光源，并且介入光标记生成设备优选地包括根据第二射线几何结构发射射线以生成所述光标记的光源，其中，第一射线几何结构和第二射线几何结构优选地是相同的。空间关系提供单元优选地是存储单元，空间关系已经被存储在所述存储单元中，并且从所述存储单元中能够检索所述空间关系以提供所述空间关系。在校准流程期间能够提前确定存储的空间关系。
成像光标记生成设备和成像设备可以是分离的设备或他们可以形成集成设备，其中，在后一种情况下，成像光标记生成设备可以包括被附接到成像设备的光源。另外，介入光标记生成设备和定位设备可以是分离的设备或它们可以形成集成设备，其中，在后一种情况下，介入光标记生成设备可以包括被附接到定位设备的光源。集成成像光标记生成设备和成像设备和/或介入光标记生成设备和定位设备能够实现减少的空间需要。
优选地，成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备包括用于桥接对象的桥接结构，其中，用于生成光标记的光源被附接到桥接结构。桥接结构优选地包括处于位置确定系统的对象支撑物上方的部分，其中，光源可以被附接到该部分，以便在对象被布置在对象支撑物上时，从上方照射对象的表面。
在实施例中，成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备被调整使得不同生成的光标记具有不同的视觉外观。例如，不同生成的光标记能够具有不同颜色和/或不同形状。此外，成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备能够被调整，使得不同生成的光标记附有贴到各自的光标记的标签。不同视觉外观和/或标签能够被用于引导用户使用各自的光标记生成设备的对应射线来在表面上的位置处生成对应的光标记。
成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备优选地被调整，使得不同生成的光标记是光点并且例如不是光线条。
位置确定系统优选地还包括用于支撑对象的对象支撑物，其中，对象支撑物适于利用六个自由度来定位对象。由于对象支撑物适于利用六个自由度来定位对象，因此位置确定系统能够在这样的配置中被使用，即其中由成像光标记生成设备和介入光标记生成设备使用的射线几何结构是相同的，即在这种情况下，通过对六自由度对象支撑物并且因此相应地对对象进行定位，仍然能够在也已经由成像光标记生成设备在其处生成了光标记的对象的表面上的位置处由介入光标记生成设备生成光标记。
位置确定系统还可以包括校准体模，所述校准体模包括：第一标记，其用于标记在校准流程期间由所述介入光标记生成设备生成的所述光标记要被定位于其处的位置；以及第二标记，其用于标记在所述校准流程期间所述导管要被定位于其处的位置，同时所述定位设备确定所述导管的位置，其中，所述空间关系提供单元适于基于已经在所述导管被定位于所述第二标记处并且所述光标记被定位于所述第一标记处时由所述定位设备确定的所述导管的位置来确定所述介入空间关系，了所述导管的位置。这允许空间关系提供单元精确地确定介入空间关系，所述介入空间关系可以被存储在空间关系提供单元中并且可以在介入流程期间被检索以用于确定导管在生成的图像内的位置。
在另一方面中，提出了一种成像系统，用于对对象进行成像，并且用于与根据权利要求1所述的定位系统一起使用以形成根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像系统包括：
-成像设备，其用于在执行介入流程之前在成像位点处生成对象的图像，
-成像光标记生成设备，其用于在执行介入流程之前在成像位点处在对象的表面上的位置处生成光标记。
在本发明的又一方面中，提出了一种定位系统，用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位并且用于与成像系统一起使用，并且用于形成位置确定系统，其中，所述定位系统包括：
-定位设备，其用于在介入位点处在介入流程期间确定导管的位置，
-介入光标记生成设备，其用于在介入位点处在所述对象的所述表面上的位置处生成光标记，所述成像系统的所述成像光标记生成设备也已经在所述位置处生成了光标记，
-空间关系提供单元，其用于提供成像系统的成像设备与成像光标记生成设备之间的成像空间关系以及定位设备与介入光标记生成设备之间的介入空间关系，以及
-位置确定单元，其用于基于由定位设备确定的导管的位置以及成像空间关系和介入空间关系来确定导管在生成的图像内的位置。
在另一方面中，提出了一种光标记生成设备，用于由根据权利要求2所述的位置确定系统使用，其中，所述光标记生成设备包括用于桥接所述对象的桥接结构和被附接到所述桥接结构的光源，并且其中，所述光源适于在对象的表面上生成光标记。光标记生成设备可以是分离的设备，即不与例如成像设备或定位设备集成，使得单个光标记生成设备可以与若干其他设备一起使用，例如，单个光标记生成设备可以被用于不同成像设备和/或不同定位设备。
在本发明的又一方面中，提出了一种位置确定方法，用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置并且用于由根据权利要求2所述的位置确定系统使用，其中，所述方法包括：
-在执行介入流程之前在成像位点处由成像设备生成对象的图像，
-在执行介入流程之前在成像位点处由成像光标记生成设备在对象的表面上的位置处生成光标记，
-在介入位点处由介入光标记生成设备在对象的表面上的所述位置处生成光标记，
-由空间关系提供单元提供成像设备与成像光标记生成设备之间的成像空间关系以及定位设备与介入光标记生成设备之间的介入空间关系，
-在介入位点处由定位设备在介入流程期间确定导管在对象内的位置，并且
-由位置确定单元基于由定位设备确定的导管的位置以及成像空间关系和介入空间关系来确定导管在生成的图像内的位置。
在实施例中，方法还包括永久地标记在成像位点处在对象的表面上的位置，其中，在介入位点处对光标记的生成包括在表面上的标记位置处生成光标记。此处，术语“永久地”意味着位置被标记使得即使光标记不再存在，它们仍然被指示。例如，笔能够被用于永久地标记位置，其中，当然如果期望，则能够再次去除永久标记。这允许确保以相对简单的方式在对象的表面上的相同位置处真实地生成由成像光标记生成设备生成的光标记和由介入光标记生成设备生成的光标记。
在本发明的另一方面，提出了一种校准方法，用于校准根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述校准方法包括：
-提供包括第一标记和第二标记的校准体模，
-在校准体模的第一标记处由介入光标记生成设备生成光标记，
-将导管定位于第二位置处，并且当导管被定位于第二位置处时由定位设备确定导管的位置，以生成校准位置，
-基于校准位置确定定位设备与介入光标记生成设备之间的介入空间关系。
在本发明的又一方面中，提出了一种用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位的定位计算机程序，其中，所述定位计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的定位系统的定位设备、所述定位系统的空间关系提供单元和所述定位系统的位置确定单元的计算机上运行时，所述程序代码模块用于令：
-所述定位设备在介入流程期间确定导管的位置，
-空间关系提供单元提供成像设备与根据权利要求9所述的成像系统的成像光标记生成设备之间的成像空间关系以及定位设备与定位系统的介入光标记生成设备之间的介入空间关系，并且
-所述位置确定单元基于由定位设备确定的导管的位置以及成像空间关系和介入空间关系来确定导管在由成像设备生成的图像内的位置。
应当理解，根据权利要求1所述的定位系统、根据权利要求2所述的位置确定系统、成像系统、光标记生成设备、根据权利要求10所述的位置确定方法、根据权利要求12所述的校准方法以及根据权利要求13所述的定位计算机程序具有如根据从属权利要求所述的相似和/或相同的优选实施例。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或以上实施例与各独立权利要求的任何组合。
本发明的这些和其他方面将根据下文描述的实施例而显而易见，并且将参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
在下图中：
图1示意性且示范性地示出了用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定系统的实施例，
图2示意性且示范性地示出了位置确定系统的成像系统的实施例，
图3示意性且示范性地示出了位置确定系统的定位系统的实施例，
图4示范性地图示了人的胸部上的光标记的分布，
图5示意性且示范性地示出了校准体模，
图6示出了示范性图示用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定方法的实施例的流程图，
图7示出了示范性地图示用于校准位置确定系统的校准方法的流程图，并且
图8示意性且示范性地示出了成像系统的又一实施例。
具体实施方式
图1示意性且示范性地示出了用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定系统的实施例。位置确定系统1包括成像设备14，所述成像设备用于在执行介入流程之前在成像位点处，例如在成像室内生成对象4的图像。在该实施例中，成像设备14是MR成像设备，所述MR成像设备包括MR数据采集单元12、MR控制单元13、输入单元15(如键盘、计算机鼠标、触摸板等)以及显示器16。MR数据采集单元12适于在具有对象4的对象支撑物5已经被移入MR数据采集单元12中时，采集躺在对象支撑物5(如支撑台)上的对象4的MR数据。因此，在由双箭头40在图1中指示的方向中，对象支撑物5可移入MR数据采集单元12中以采集MR数据，并且在MR数据已经被采集之后可移出MR数据采集单元12。MR控制单元13适于控制MR数据采集单元12并且任选地也控制对象支撑物5，并且适于基于采集的MR数据来重建MR图像。能够在显示器16上示出重建的MR图像。输入单元15能够被用于，例如，初始化期望的MR数据采集和/或MR重建流程。
位置确定系统1还包括成像光标记生成设备6，所述成像光标记生成设备用于在成像位点处生成在对象的表面上的位置处的光标记。在该实施例中，成像光标记生成设备6适于生成光点作为光标记，使得其也能够被认为是成像光点生成设备。
成像光点生成设备6包括桥接(bridge)结构7，所述桥接结构具有承载水平部分9和激光10的垂直部分8。在图2中示意性且示范性地图示了MR数据采集单元12、成像光点生成设备6和对象支撑物5的实施例的透视图。如在该图中能够看到的，桥接结构7的垂直部分8位于对象支撑物5的相对侧，水平部件9由垂直部分8承载并且在对象支撑物5上方延伸，并且因此当对象被布置在对象支撑物5上时在对象上方延伸，即桥接结构6桥接躺在对象支撑物5上的对象。在图2中示出的范例中，激光10被布置在垂直部分8和水平部分9处，以便通过使用射线11从不同方向在对象的表面上生成光点。
在成像之前，对象4可以在成像位置中，即在成像期间将被使用的相对于对象支撑物5的位置中被定位于MR数据采集单元12的前面，并且在如图1图示的桥接结构7内，使得能够在对象4的表面上生成光点。能够通过使用例如永久的颜色笔标记在对象4的表面上的光点的位置。然后，对象支撑物5并且因此对象4被移入MR数据采集单元12中，而对象4仍然在成像位置中，即假设对象4未相对于对象支撑物5移动。由MR数据采集单元12采集MR数据，并且MR控制单元13基于采集的MR数据重建MR图像。在已经采集了MR数据之后，具有对象4的对象支撑物5被移出MR数据采集单元12。MR成像设备14和成像光点生成设备6能够被认为是用于生成MR图像的MR成像系统2的部分。
位置确定系统1还包括定位设备，所述定位设备用于在介入位点处，如在其处执行介入流程的操作室处在介入流程期间确定导管34的位置。在该实施例中，导管34具有手柄59。经由缆线33将导管34与包括射频(RF)能量源26的控制单元37连接。在执行介入流程时，导管34被用在躺在对象支撑物24的对象4内。导管34的端部包括一个或若干电极，所述一个或若干电极用于将RF能量应用在对象4内，以便执行例如消融流程。导管34的端部还包括EM位置传感器，所述EM位置传感器与由被布置在对象支撑物24下面的EM场生成器25生成的EM场交互。EM场生成器25经由缆线35被连接到控制单元37。控制单元37包括定位控制单元27，所述定位控制单元用于控制EM场生成器25和被布置在导管34的端部处的EM位置传感器，并且用于基于由EM场生成器25生成的EM信号和在导管34的端部处的EM位置传感器确定在对象4内的导管34的端部的位置。因此，定位控制单元27与EM场生成器25和在导管34的端部处的EM位置传感器一起形成用于在介入位点处在介入流程期间确定导管的位置的定位设备。
位置确定系统1还包括介入光点生成设备17，所述介入光点生成设备用于在对象4的表面上的位置处生成光点，成像光点生成设备6也已经在介入位点处在所述位置处生成了光点。介入光点生成设备17还包括桥接结构18，所述桥接结构具有如图3示意性且示范性图示的位于对象支撑物24的相对侧的垂直部分19和上部中间水平部分20。激光21被布置在水平部分20和垂直部分19处以生成激光射线22，所述激光射线继而在对象4的表面上的位置处生成光点。在该实施例中，介入光点生成设备17的射线22的几何结构和成像光点生成设备6的射线11的几何结构是相同的。为了对对象4进行定位使得由介入光点生成设备17生成的光点被布置在成像光点生成设备6也已经在其处生成了光点的相同位置处而不修改介入光点生成设备17的射线22的几何结构，对象支撑物24具有六个自由度。因此，如果在对象4的表面上已经标记了由成像光点生成设备使用的位置，对象支撑物24能够被定位为使得由介入光点生成设备17生成的光点也被布置在对象4的表面上的标记位置处。
图4示意性且示范性地示出了在对象4上的优选位置32，应当在所述优选位置处生成光点。光点32优选地分布在胸部上，使得它们不覆盖对象4的手臂，因为手臂更有可能由对象4移动。
位置确定系统1还包括空间关系提供单元28，所述空间关系提供单元用于提供MR成像设备14与成像光点生成设备6之间的成像空间关系以及定位设备25、27与介入光点生成设备17之间的介入空间关系。位置确定系统1还包括位置确定单元29，所述位置确定单元用于基于由定位设备25、27确定的导管34的位置以及成像和介入空间关系确定导管34在生成的MR图像内的位置。
具体地，由于成像光标记生成设备6在对象的表面上的位置处生成光标记，因此从被用于生成光标记的射线的几何结构知晓由在对象的表面上的位置定义的对象坐标系与成像光标记生成设备6的坐标系之间的空间关系。此外，由于空间关系提供单元28提供成像设备14与成像光标记生成设备6之间的成像空间关系，即由于额外地已知成像设备14的成像坐标系和成像光标记生成设备6的坐标系之间的空间关系，因此也知晓在对象坐标系和成像坐标系之间的空间关系。而且，由于介入光标记生成设备17在对象的表面上的位置(其等于成像光标记生成设备6已经在其上生成了光标记的在对象的表面上的位置)处生成光标记，因此由用于生成光标记的介入光标记生成设备17使用的射线的几何结构实现在对象坐标系与介入光标记生成设备17的坐标系之间的空间关系。此外，由于空间关系提供单元28额外地提供在定位设备25、27与介入光标记生成设备17之间，即在定位设备25、27的定位坐标系与介入光标记生成设备17的坐标系之间的介入空间关系，因此也知晓对象坐标系与定位坐标系之间的空间关系。由此，由于知晓成像坐标系与对象坐标系之间的空间关系以及定位坐标系与对象坐标系之间的空间关系，因此能够在生成的图像内准确地确定由定位设备25、27确定的导管34的位置。导管34在生成的图像内的位置的该确定不必要求X射线投影图像，从而允许被应用到对象的辐射剂量的减少。具体地，其能够实现不需要任何X射线被应用到对象的介入流程。
在对应校准步骤中可以已经提前确定了成像和介入空间关系，其中，所确定的成像和介入空间关系被存储在空间关系提供单元28中，以便允许空间关系提供单元28在介入流程期间提供成像和介入空间关系。
定位设备、空间关系提供单元和位置确定单元与介入光点生成设备一起能够被认为是用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位的定位系统3的部件。在该实施例中，定位系统3与用于执行介入流程的系统，即与导管和RF能量源集成。具有用于执行介入流程的装备的定位系统3可以位于第一室，如操作室，尤其EP实验室中，并且具有MR成像设备和成像光点生成设备的成像系统可以被布置于另一室，如成像室。由此，尽管MR图像的生成和介入流程可以在不同室中发生，但是在介入流程期间在MR图像中仍然能够准确地示出导管在对象内的位置。这允许医师36基于在生成的图像中示出的对象4的内部解剖结构准确地对对象4内的导管34进行导航。
为了校准介入空间关系，可以使用校准体模。如在图5中示意性且示范性示出的，校准体模可以具有立方体形状。校准体模50优选地包括：第一标记51，其用于标记在校准流程期间由介入光点生成设备17生成的光点将要被定位于其处的位置；以及至少三个第二标记52，其用于标记在校准流程期间导管34的端部要被定位于其处的位置，同时定位设备确定导管34的端部的位置。更高数量的第二标记增加了校准的整体精确度，所述校准能够被执行为最小二乘拟合，如本领域已知的。第一标记51优选地被覆盖有强烈地并且比校准体模50的表面的剩余部分更强地散射光的材料。这可以简化对体模进行取向以与光对准的过程。第二标记52优选地被制造为在校准体模50中的凹陷(dip)，其被用于接收导管端部。在图5中在放大视图中示出了凹陷之一。凹陷确保端部被固定在精确定义的位置处。由于多数电生理导管具有球形端部形状，为了该目的，凹陷可以优选地具有锥体形状，使得获得已知位置，而不管导管直径。具有拟合凹陷的具体体模可以被用于其他端部形状。空间关系提供单元28可以适于基于导管34的端部的位置并且基于在第一和第二标记51、52之间的已知空间关系确定介入空间关系，在导管34的端部位于第二标记52处并且光点位于第一标记51处时，已经由定位设备确定了所述位置。在图5中，坐标系53是LPH(左、后部、头部)坐标系，其中，在校准流程期间可以相对于坐标系53对校准体模50进行取向，如图5中指示的。然而，在校准期间，也可以以另一方式对校准体模50进行取向。
在下文中，将参考图6所示的流程图示范性地描述用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在对象的图像中的位置的位置确定方法的实施例。
在步骤201中，由成像光点生成设备6在成像位点(如成像室)处在对象4的表面上的位置处生成光点32。在步骤202中，通过使用例如永久颜色笔来标记在对象4的表面上的位置，在成像位点处在所述位置处生成光点32。在步骤203中，在成像位点处通过使用MR成像设备14生成对象4的MR图像。也可以以另一顺序执行步骤201至203。例如，可以在步骤201和202之前执行步骤203。在已经生成MR图像之后，对象4可以被移动到介入位点中，如在在其中可以执行介入流程的EP室或EP实验室中。
在步骤204中，对象4被布置在介入位置中的，即介入流程期间应当使用的位置中的对象支撑物24上，其中，该介入位置使得介入光点生成设备17能够在对象4的表面上的标记位置处生成光点32。具体地，对象支撑物24被移动，使得由介入光点生成设备17的激光生成的光点与在步骤202中标记的位置一致。在步骤205中，由空间关系提供单元28提供MR成像设备14与成像光点生成设备6之间的成像空间关系以及定位设备25、27与介入光点生成设备17之间的介入空间关系。在步骤206中，在对象4处于介入位置中时由定位设备25、27确定在介入流程期间导管34在对象4内的位置，并且在步骤207中，由位置确定单元29基于由定位设备25、27确定的导管34的位置以及成像和介入空间关系来确定导管34在生成的MR图像内的位置，并且在显示器31上的MR图像内示出所确定的位置。在步骤208中，检查是否满足终止准则。终止准则可以是已经完成了介入流程，或医师已经经由输入单元30输入了应当停止对导管34在生成的MR图像内的位置的确定。如果不满足终止准则，方法继续进行步骤206。否则，方法在步骤209中结束。因此，在导管被移进对象中时，导管的，尤其是导管的端部的位置可以被连续确定并示出在MR图像内，直到满足终止准则。
在下文中，将参考图7所示的流程图示范性地描述用于校准位置确定系统的校准方法的实施例。
在步骤301中，包括第一标记和第二标记的校准体模被提供。例如，校准体模可以被布置在对象支撑物24上。在步骤302中，由介入光点生成设备17在校准体模的第一标记处生成光点，并且在步骤303中导管34的端部被定位于第二位置处，并且当导管34的端部被定位于第二位置处时由定位设备25、27确定导管34的端部的位置，从而生成校准位置。在步骤304中，基于校准位置和第一标记与第二标记之间的已知空间关系来确定定位设备25、27与介入光点生成设备17之间的介入空间关系。介入空间关系能够被存储在空间关系提供单元28中，以便允许空间关系提供单元28在介入流程期间提供介入空间关系。
在该实施例中，由介入光点生成设备17提供的射线几何结构是固定的。由此，在步骤302中，相应地通过放置校准体模来在校准体模的第一标记处生成光点，即，校准体模被定位使得第一标记与由介入光点生成设备生成的光点一致。
通常由X射线荧光透视引导常规导管消融流程，常常辅之以EMT系统。一些工作步骤也常常补充有心脏内回波(ICE)和经食道回波(TEE)成像。额外地，心脏内心电图(IE)能够被采集并且基于已知心脏激励模式提供位置信息。
在由M.Razmina等人的文章“Nonfluoroscopic Catheter Ablation of CardiacArrhythmias in Adults:Feasibility,Safety,and Efficacy”，Journal ofCardiovascular Electrophysiology，23(10)：1078-1086(2012)中，描述了导管消融流程，其仅使用IE、EMT和ICE进行导管引导，而没有X射线荧光透视。在该非荧光透视(NF)流程中，导管需要穿进血管系统和心脏腔内以“创建”在用于流程期间的引导的路径图。与此同步，在介入期间需要由另外的操作者完成手动分割。然而，这并不意味着“展望未来”，即没有来自导管接下来将去往但还没有去的位置的解剖信息。例如，没有影响消融策略的可用于心房颤动(AF)患者中的肺静脉变体的信息。因此以上参考图1至4描述的位置确定系统提供了用于改进在介入流程期间的引导的，尤其是用于提供针对导管引导的三维路径图的术前成像。
位置确定系统优选地包括术前三维成像模态，如上述MR成像模态，或另一三维成像模态，如CT、旋转X射线、正电子发射断层摄影(PET)等模态，其装备具有激光桥接，即成像光点生成设备，以在术前成像期间标记患者上的特定点。其优选地还包括NF EP实验室，其被装备有EMT系统，即定位设备，和第二相同激光桥接，即介入光点生成设备，以允许相对于该激光桥接的患者定位。此外，优选地提供了将术前数据集与EMT系统配准并且与从EMT导出的导管位置一起显示该数据集的至少部分的方法。
如以上参考图2描述的，术前成像模态可以被装备具有激光桥接。激光桥接不产生线，但是激光桥接可以通过使用在固定几何结构布置中的N个不同激光指针在患者的胸部上标记N个点。点优选地被分布在胸部上，使得它们不覆盖患者的手臂。这在介入流程应当被应用于心脏时是尤其优选的，因为手臂不处在关于患者的心脏的固定几何结构中。激光颜色可以不同，或除点之外可以显示标签以便对它们进行区分。不是由系统提供的所有射线/点可以被用于特定患者。EMT系统可以装备有具有与术前使用的激光桥接系统精确相同的射线几何结构的激光桥接系统。EMT系统的场生成器优选地处于与激光桥接的固定已知几何关系中。通常，具有患者的台能够关于激光桥接在六个自由度中移动。
EMT系统的场生成器定义在其中导管被跟踪的坐标系。因此，其优选地处于相对于激光桥接的固定位置处，所述激光桥接定义术前坐标系。EMT系统的场生成器在系统设置期间优选地相对于激光桥接被定位仅一次，但是为安全起见，可以被再检查。可以使用特定体模，即上述校准体模完成校准。体模具有需要与激光桥接对准的标记，即第一标记。体模还具有带有这样的坐标的标记(即第二标记)：所述坐标被已知为与第一标记的坐标相关，并且因此如果激光桥接与第一坐标对准，则也与激光桥接系统相关。在校准过程期间，由导管接近这些标记的位置。在这些位置处，场生成器感测在它自己的坐标系中的导管位置。这些匹配点可以被用于计算从激光桥接系统到EMT系统的坐标变换，即在介入光点生成设备与定位设备之间的空间关系，其可以被存储在空间关系提供单元中。
在实施例中，在术前成像流程期间，患者在MR腔或另一成像模式的腔(如CT腔)的前面被准备，以供术前扫描。MR或CT光面罩(visor)可以被用于正确地对患者进行定位以用于在系统的等中心中进行扫描。然后来自桥接的激光点被投影到患者上，其中，利用永久颜色笔在患者皮肤上对这些点进行标记并贴标签。仅仅使用未投影到手臂上的那些点。将患者推入腔中，并且执行第一术前扫描。然后将患者移出回到腔的前面以确认定位。如果已经移动患者，则他/她可以被重新定位以将激光点与皮肤标记匹配，并且重复扫描。该方案能够避免必须重新进行多于一次扫描。术前图像数据例如经由DICOM(医学数字成像和通信)输入被转移到EMT系统，其中，血管内表面的分割或另外的信息可以从那些数据导出。然后患者被定位在EP实验室中的激光桥接下面，其中，具有六个自由度的台被用于定位患者，使得激光点匹配在患者皮肤上的标记。可以在流程期间重复地重新检查患者位置。在介入流程(其在该实施例中是导管流程)期间，利用EMT系统，即利用定位设备跟踪导管。从术前数据导出的解剖表示可以与导管的模型一起被绘制以改进引导。
上述系统和方法优选地被用于提供血管内表面以及EMT导管位置以改进导管的引导。然而，另外的信息可以从术前图像提取，并且与EMT导管位置一起被显示给用户，所述另外的信息如为可以根据术前图像术前地计算的壁厚度图。此外，在心肌活检中，活检目标位置可以利用具有好的对比的MR术前地被成像，被分割，被编号，并且被提供为在介入流程期间的工作进度表。导管应当避免的关键结构可以提前被标记并且在介入流程期间被示出。位置确定系统和方法可以被用在心脏介入中，但是也可以用在非心脏介入中，如在用于处置在神经血管空间中的主要血管的介入流程中。
尽管在以上参考图1至3描述的实施例中，成像光点生成设备和介入光点生成设备具有一定结构，但是在其他实施例中，能够以另一方式构建它们。例如，它们能够包括不同地构建的桥接结构，或者它们可以不包括任何桥接结构。例如，光源可以被集成在成像设备中和/或定位系统中，以便分别提供成像光点生成设备和/或介入光点生成设备。具体地，如图8中示意性且示范性地图示的，成像系统102能够包括具有对象支撑物105的MR数据采集单元112和被集成在MR数据采集单元112中的激光，使得激光射线111从MR数据采集单元112中发出。在又一实施例中，成像设备可以装备有光源，所述光源用于在对象的表面上生成光点，并且此外具有另外的光源的桥接结构可以被用于在对象的表面上生成光点。
尽管在上述实施例中成像光标记生成设备和介入光标记生成设备使用相同的固定射线几何结构来在对象的表面上的相同位置处生成光标记，但是在另一实施例中，成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备可以使用不同的射线几何结构，其可以是固定的或可修改的。例如，成像光标记生成设备和/或介入光标记生成设备可以适于修改射线几何结构，使得在成像位点处和在介入位点处在相同位置上生成光标记。位置确定单元可以适于基于由定位设备确定的导管的位置、成像和介入空间关系以及射线几何结构来确定导管在生成的图像内的位置。
尽管在上述实施例中定位设备是EMT设备，但是在其他实施例中，也能够使用其他定位设备，如OSS定位设备。
通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员在实践所请求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
单个单元或设备可以履行在权利要求中所记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
能够由任何其他数量的单元或设备来执行由一个或若干单元或设备执行的如提供空间关系和确定导管在生成的图像内的位置的流程。根据位置确定方法的步骤206至209的定位设备、空间关系提供单元和位置确定单元的这些流程和/或控制能够被实施为计算机程序的程序代码模块和/或实施为专用硬件。
计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，例如在与其它硬件一起提供或作为其它硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质上，但也可以以其它形式分布，例如经由因特网或其它有线或无线电信系统分布。
在权利要求书中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
在执行介入流程之前，在成像位点处，成像设备生成对象的图像，并且成像光标记生成设备在对象的表面上的位置处生成光标记。在介入位点处，介入光标记生成设备在对象的表面上的位置处生成光标记，并且定位设备在介入流程期间确定导管的位置。然后位置确定单元基于由定位设备确定的导管的位置和被用于生成图像和光标记的设备和用于定位导管的设备之间的所提供的空间关系确定导管在介入前图像内的位置。这允许示出导管在介入前图像内的位置，不必使用X射线。
Claims (14)
1.一种定位系统，用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位并且用于与成像系统一起使用，所述成像系统包括成像设备(14)以及成像光标记生成设备(6)，所述成像设备用于在执行所述介入流程之前在成像位点处生成所述对象(4)的图像，所述成像光标记生成设备用于在执行所述介入流程之前在所述成像位点处在所述对象(4)的表面上的位置处生成光标记(32)，所述定位系统(3)包括：
-定位设备(25、27)，其用于在介入位点处在所述介入流程期间确定所述导管(34)的位置，
-介入光标记生成设备(17)，其用于在所述介入位点处在所述对象(4)的所述表面上的位置处生成光标记(32)，所述成像系统(2)的所述成像光标记生成设备(6)也已经在所述位置处生成了光标记，
-空间关系提供单元(28)，其用于提供所述成像系统(2)的所述成像设备(14)与所述成像光标记生成设备(6)之间的成像空间关系以及所述定位设备(25、27)与所述介入光标记生成设备(17)之间的介入空间关系，以及
-位置确定单元(29)，其用于基于由所述定位设备(25、27)确定的所述导管(34)的所述位置以及所述成像空间关系和所述介入空间关系来确定所述导管(34)在所生成的图像内的位置。
2.一种用于在介入流程期间确定位于对象内的导管在所述对象的图像中的位置的位置确定系统，所述位置确定系统(1)包括：
-成像系统，其包括：成像设备(14)，其用于在执行所述介入流程之前在成像位点处生成所述对象(4)的图像；以及成像光标记生成设备(6)，其用于在执行所述介入流程之前在所述成像位点处在所述对象(4)的表面上的位置处生成光标记(32)，
-根据权利要求1所述的定位系统，其用于在所述介入流程期间对在所述对象内的所述导管进行定位。
3.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像光标记生成设备包括根据第一射线几何结构来发射射线以生成所述光标记的光源，其中，所述介入光标记生成设备包括根据第二射线几何结构来发射射线以生成所述光标记的光源，并且其中，所述第一射线几何结构和所述第二射线几何结构是相同的。
4.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像光标记生成设备和所述成像设备被集成，其中，所述成像光标记生成设备包括被附接到所述成像设备的光源。
5.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像光标记生成设备(6)和/或所述介入光标记生成设备(17)包括用于桥接所述对象(4)的桥接结构(7；18)，其中，用于生成所述光标记(32)的光源(10；21)被附接到所述桥接结构(7；18)。
6.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像光标记生成设备(6)和/或所述介入光标记生成设备(17)被调整使得不同生成的光标记具有不同的视觉外观。
7.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述成像光标记生成设备(6)和/或所述介入光标记生成设备(17)被调整使得不同生成的光标记是光点。
8.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述位置确定系统(1)还包括对象支撑物(24)，所述对象支撑物用于支撑所述对象(4)，其中，所述对象支撑物(24)适于利用六个自由度来对所述对象(4)进行定位。
9.根据权利要求2所述的位置确定系统，其中，所述位置确定系统(1)还包括校准体模，所述校准体模包括：第一标记，其用于对在校准流程期间由所述介入光标记生成设备(17)生成的所述光标记要被定位于其处的位置进行标记；以及第二标记，其用于对在所述校准流程期间所述导管(34)要被定位于其处的位置进行标记，同时所述定位设备(25、27)确定所述导管(34)的所述位置，其中，所述空间关系提供单元(28)适于基于已经在所述导管(34)被定位于所述第二标记处并且所述光标记被定位于所述第一标记处时由所述定位设备(25、27)确定的所述导管(34)的所述位置来确定所述介入空间关系。
10.一种位置确定方法，用于在介入流程期间确定位于对象内的导管(34)在所述对象的图像中的位置，并且用于由根据权利要求2所述的位置确定系统使用，所述方法包括：
-在执行所述介入流程之前在成像位点处由成像设备(14)生成所述对象(4)的图像，
-在执行所述介入流程之前在所述成像位点处由成像光标记生成设备(6)在所述对象(4)的表面上的位置处生成光标记(32)，
-在介入位点处由介入光标记生成设备(17)在所述对象(4)的所述表面上的所述位置处生成光标记(32)，
-在所述介入位点处由定位设备(25、27)在所述介入流程期间确定所述导管(34)在所述对象(4)内的位置，
-由空间关系提供单元(28)提供所述成像设备(14)与所述成像光标记生成设备(6)之间的成像空间关系以及所述定位设备(25、27)与所述介入光标记生成设备(17)之间的介入空间关系，并且
-由位置确定单元(29)基于由所述定位设备(25、27)确定的所述导管(34)的所述位置以及所述成像空间关系和所述介入空间关系来确定所述导管(34)在所生成的图像内的位置。
11.根据权利要求10所述的位置确定方法，其中，所述方法还包括在所述成像位点处永久地标记在所述对象(4)的所述表面上的所述位置，并且其中，在所述介入位点处的所述光标记(32)的生成包括在所述表面上的所标记的位置处生成所述光标记(32)。
12.一种用于校准根据权利要求1所述的定位系统的校准方法，所述校准方法包括：
-提供包括第一标记和第二标记的校准体模，
-由介入光标记生成设备(17)在所述校准体模的所述第一标记处生成光标记，
-将导管(34)定位于第二位置处，并且当所述导管被定位于第二位置处时由定位设备(25、27)确定所述导管(34)的位置，以生成校准位置，
-基于所述校准位置来确定所述定位设备(25、27)与所述介入光标记生成设备(17)之间的介入空间关系。
13.一种用于校准根据权利要求1所述的定位系统的校准装置，所述校准装置包括：
-用于提供包括第一标记和第二标记的校准体模的单元，
-用于由介入光标记生成设备(17)在所述校准体模的所述第一标记处生成光标记的单元，
-用于将导管(34)定位于第二位置处并且当所述导管被定位于第二位置处时由定位设备(25、27)确定所述导管(34)的位置以生成校准位置的单元，
-用于基于所述校准位置来确定所述定位设备(25、27)与所述介入光标记生成设备(17)之间的介入空间关系的单元。
14.一种储存用于在介入流程期间对对象内的导管进行定位的定位计算机程序的计算机可读介质，所述定位计算机程序包括程序代码模块，当所述计算机程序在控制根据权利要求1所述的定位系统的定位设备(25、27)、所述定位系统的空间关系提供单元(28)以及所述定位系统的位置确定单元(29)的计算机上运行时，所述程序代码模块用于令：
-所述定位设备(25、27)在所述介入流程期间确定所述导管(34)的位置，
-所述空间关系提供单元(28)提供根据权利要求9所述的成像系统(2)的成像设备(14)与成像光标记生成设备(6)之间的成像空间关系以及根据权利要求10所述的定位系统(3)的所述定位设备(25、27)与介入光标记生成设备(17)之间的介入空间关系，并且
-所述位置确定单元(29)基于由所述定位设备(25、27)确定的所述导管(34)的所述位置以及所述成像空间关系和所述介入空间关系来确定所述导管(34)在由所述成像设备(14)生成的图像内的位置。
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