CN106175931A - 荧光镜视场的标记 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，所述方法包括对准荧光镜成像系统的第一坐标系和磁位置跟踪系统的第二坐标系。显示患者器官的三维(3D)图形，所述三维图形由所述磁位置跟踪系统生成。使用所述经对准的第一坐标系和第二坐标系计算将被所述荧光镜成像系统照射的3D体积。在所述3D图形上标记所述计算的3D体积。

Description

荧光镜视场的标记
技术领域
本发明整体涉及医学成像，并且具体地讲，涉及在医疗过程中用于荧光镜系统视场(FOV)的可视化的方法和系统。
背景技术
微创医疗过程常常涉及实时(RT)成像，诸如荧光镜成像，有时与其他三维(3D)成像模态一起使用。在一些专利公布中，使用通过其他模态获得的患者器官的3D模型和3D图形来处理RT图像的对准。
例如，美国专利8,515,527描述了用于使用介入性荧光镜系统的投影图像来对准心脏解剖区域的3D模型以及跟踪系统的方法和设备，该专利的公开内容以引用方式并入本文。
美国专利7,327,872描述了用于使用解剖区域的投影图像来对准3D模型的方法和系统，该专利的公开内容以引用方式并入本文。在患者的解剖区域采用导管的第一模态的第一图像采集系统被配置成使用荧光镜生成解剖区域的第一图像，该第一图像包括一组荧光镜投影图像。第二不同模态的第二图像采集系统被配置成生成解剖区域的3D模型。第一图像采集系统和第二图像采集系统采用共同的解剖参照系。处理电路被配置成响应于共同参照系以及与第一图像采集系统和第二图像采集系统两者中的导管相关的可识别参数，使用荧光镜图像处理用于对准3D模型的可执行指令。
发明内容
本文所述的本发明的实施例提供了一种方法，该方法包括对准荧光镜成像系统的第一坐标系和磁位置跟踪系统的第二坐标系。显示患者器官的三维(3D)图形，该三维图形由所述磁位置跟踪系统生成。使用经对准的第一坐标系和第二坐标系计算将被荧光镜成像系统照射的3D体积，并在3D图形上标记所计算的3D体积。
在一些实施例中，标记3D体积包括标记落入3D体积内的3D图形的对象。在其它实施例中，在荧光镜成像系统不照射患者时进行3D体积的计算和标记。在另外的其它实施例中，该方法包括，响应于荧光镜成像系统相对于器官的位置变化，重新计算3D体积并在3D图形上重新标记该重新计算的3D体积。
根据本发明的实施例，还提供了包括接口和处理器的系统。接口被配置成与荧光镜成像系统通信。处理器被配置成对准荧光镜成像系统的第一坐标系和磁位置跟踪系统的第二坐标系，以显示由磁位置跟踪系统生成的患者器官的三维(3D)图形，从而使用经对准的第一坐标系和第二坐标系计算将被荧光镜成像系统照射的3D体积，并在3D图形上标记所计算的3D体积。
从以下结合附图的其实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明实施例的荧光镜成像系统和磁位置跟踪系统的示意性图解；
图2A和2B是根据本发明实施例的在3D磁位置跟踪图形上叠置的模拟荧光镜系统FOV的示意性图解；
图3是流程图，其示意性地示出了根据本发明实施例的用于可视化模拟荧光镜系统FOV的方法。
具体实施方式
综述
导管插入术用于多种治疗和诊断过程。导管引导需要成像能力，例如磁位置跟踪。例如，Biosense-Webster，Inc.(Diamond Bar，California)提供了用于在患者心脏内导航导管的CARTOTM系统。
在一些情况下，希望平行于磁位置跟踪系统来操作荧光镜系统，以便采集所考虑器官的实时图像。然而，荧光镜成像将患者和医务人员暴露于潜在危险剂量的X射线辐射中。在实施过程中，荧光镜系统的视场(FOV)通常是窄的，并且在尝试定位荧光镜系统以对所需器官区域成像时，会施加相当多的X射线辐射。
本文所述的本发明的实施例提供用于操作荧光镜系统和磁位置跟踪系统的改进的方法和系统。在一些实施例中，磁位置跟踪系统的处理器对准荧光镜系统和磁位置跟踪系统的坐标系。利用对准，处理器计算将被荧光镜系统照射的体积(例如，3D漏斗)，并在由磁位置跟踪系统生成的器官3D图形上标记该体积。
本发明所公开的技术为内科医生标记荧光镜系统3D FOV的位置，而不必激活荧光镜系统。利用这种技术，可以执行荧光镜系统FOV的冗长的调节过程，而不使患者和医务人员暴露于X射线辐射。荧光镜系统通常仅在正确定位其FOV之后被激活。
本文描述了若干示例性可视化技术。在一些实施例中，处理器被配置成标记落入荧光镜系统FOV的体积内的对象(例如，解剖特征和医疗设备)。
系统描述
图1是根据本发明实施例的微创心脏手术期间的荧光镜成像系统22和磁位置跟踪系统20的示意性图解。荧光镜成像系统22通过接口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，该导管具有如图1的插入部位32中所示的远侧端部34。
心脏病专家42(或任何其他使用者)使导管24在患者的心脏28内导航，直到远侧端部34到达该器官中的所需位置，然后心脏病专家42使用导管24执行医疗过程。在其它实施例中，本发明所公开的技术可与在任何其他器官中执行的过程一起使用，并且除了心脏病专家42之外，任何合适的使用者(诸如相关医师或授权的技术人员)都可操作该系统。
这种位置跟踪方法在例如由Biosense Webster Inc.(Diamond Bar，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WO 96/05768、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、连接到荧光镜成像系统22的接口56、输入设备46以及显示器40。驱动电路60驱动磁场发生器36，该磁场发生器放置在患者的30躯干下方的已知位置处。在需要荧光镜成像的情况下，心脏病专家42使用输入设备46和显示器40上的合适的图形用户界面(GUI)来请求患者的心脏28中的荧光镜图像。
通常，处理器58计算和显示将被荧光镜成像系统22照射的3D体积(例如，漏斗形体积)。换句话讲，所计算的体积标记荧光镜系统的FOV。所计算的3D体积可具有任何合适的形状。下面的描述主要是指漏斗形体积，为了清楚起见，术语“3D体积”和“3D漏斗”可互换使用。所述计算完全可以在不通过荧光镜成像系统22照射X射线的情况下执行。
在一些实施例中，处理器58基于系统20和系统22的坐标系之间的先验对准来计算和显示3D体积。可针对此目的使用任何合适的对准过程。在一个示例性过程中，一个或多个磁位置传感器装配在荧光镜系统22的运动部件上。位置跟踪系统20测量这些传感器在系统20的坐标系中的位置，并且因此能够对准两个坐标系。在另一个示例性过程中，处理器58识别和关联3D磁位置图形(由系统20生成)和荧光镜图像(由系统22产生)中的对象，并且使用所述关联对准系统20和系统22的坐标系。其它示例性对准过程在本专利申请的背景技术部分所引用的参考文献中有所描述。
在一些实施例中，处理器58使用所计算的荧光镜3D漏斗来创建3D磁位置跟踪图形的叠置图像，并在显示器40上显示该图像。该叠置图像包括落入所计算3D漏斗内的3D位置跟踪图形的对象的标记。
图1所示的系统20的配置是纯粹为了概念清楚的目的而选择的示例性配置。在另选的实施例中，可使用任何其它合适的配置来实现该系统。系统20的某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)或其它设备类型。除此之外或作为另外一种选择，系统20的某些元件可使用软件或使用硬件和软件元件的组合来实现。
处理器58通常包括通用计算机，该计算机用软件来编程以执行本文所述的功能。软件可以电子形式通过网络下载到计算机，例如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(诸如，磁性存储器、光学存储器或电子存储器)上。
3D图形上模拟3D荧光镜漏斗的叠置
在一些实施例中，系统20的处理器58显示包括远侧端部34的患者的心脏28的3D图形，使得心脏病专家42了解远侧端部34相对于心脏28中相关区域的确切位置。在导航和治疗过程中，心脏病专家42可能需要远侧端部42周围或附近的相关器官的图像。本文所述的实施例满足了在采集3D荧光镜图像时最大程度减少X射线辐射的需求。
在典型流程中，当需要导管远侧端部附近位置的荧光镜图像时，心脏病专家42通过定位荧光镜成像系统22来限定所需区域，从而指出所需位置。系统20的处理器58计算患者的心脏28中荧光镜成像系统22所指出的区域上将被荧光镜成像系统22照射的模拟体积(例如，3D漏斗)，而不需要用荧光镜成像系统22照射X射线。
处理器58使用所计算的3D漏斗来创建3D磁位置跟踪图形的叠置图像，并在显示器40上显示该图像。在一些实施例中，叠置图像包括显示于所计算3D漏斗中和3D磁位置跟踪图形的相关边框中的元素的标记。所标记的元素可包括例如患者的心脏28或落入模拟荧光镜3D漏斗内的其他器官的对象，和导管的远侧端部34，前提是该远侧端部落入同一3D漏斗内。
在各种实施例中，处理器58可以各种方式标记所计算的3D体积。例如，处理器58可以使用不同的颜色、不同的强度、不同的对比度，或使用任何合适的可视化方法来区分3D体积和/或所述体积中的对象。
心脏病专家42检查显示器40上所呈现的标记。如果所述标记包括患者的心脏28中的所需对象和远侧端部34，则荧光镜成像系统22准确定位并准备好采集3D荧光镜图像。如果所述标记不包括患者的心脏28中的所需对象或远侧端部34，则荧光镜成像系统22不在所需位置处定位。
通常，当心脏病专家42断定荧光镜成像系统22定位在所需位置中时，他会使用操作控制台26从荧光镜成像系统22发出请求，从而通过使用电离X射线照射患者来采集荧光镜图像。在定位不匹配的情况下，心脏病专家42使患者30相对于荧光镜成像系统22的照射头移动，直到3D漏斗到达所需位置。仅在此时，心脏病专家42(或其他使用者)使用控制台26向荧光镜成像系统22发出请求以采集荧光镜图像并收集继续进行医疗过程所需的相关信息。
在一些实施例中，心脏病专家42可通过查看屏幕40中带有标记的叠置图像来确定3D漏斗是否处于正确位置。在另选的实施例中，处理器58可以自主确定3D漏斗是否处于所需位置(例如，远侧端部34是否处于3D漏斗的FOV的中心)，并且建议医务人员采集荧光镜图像。
根据荧光镜系统的取向，导管可以各种角度在漏斗的FOV内居中，而心脏病专家可以关注具体的视角。在一些实施例中，心脏病专家42指定所需的角度和成像条件。作为响应，处理器58计算系统22中所需的新的位置、照明角度和相对取向，并且指示系统或操作人员操作系统22实现新状态的方法。
图2A是根据本发明实施例的在3D磁位置跟踪图形33上叠置的模拟荧光镜3D漏斗44的示意性图解。这种图像通过处理器58在显示器40上显示。处理器58基于荧光镜成像系统22和磁位置跟踪系统20的对准坐标来计算3D磁位置跟踪图形33上的模拟荧光镜3D漏斗44的位置。处理器58在显示器40上呈现在3D漏斗的视场(FOV)中具有标记元素的叠置图像。
在图2A呈现的实例中，模拟3D漏斗44FOV并未在目标位置定位。远侧端部34应位于模拟3D漏斗44的FOV的中心处，而在该实例中，远侧端部34甚至不在该FOV内。在图2A的实例中，心脏病专家42检查图2A的3D图形33上叠置的3D漏斗44，并且断定他/她应请求上下移动3D漏斗的FOV，以使得远侧端部34位于3D漏斗的FOV的中心处。
图2B是根据本发明实施例的在3D磁位置跟踪图形33上叠置的模拟荧光镜3D漏斗44的示意性图解。在该实例中，心脏病专家42将3D漏斗44的FOV从其在图2A中的位置上下移动，并将模拟荧光镜3D漏斗的44FOV定位在其中远侧端部34位于模拟荧光镜3D漏斗的FOV中心处的所需位置，如图2B所示。
在一个实施例中，通过处理器58获得图2B，该处理器计算模拟荧光镜3D漏斗的44FOV的位置，将其呈现在屏幕40上，并叠置在3D磁位置跟踪图形33上，该叠置具有落入该FOV内的相关元素的标记。
如图2B所示，远侧端部34位于模拟荧光镜3D漏斗的44FOV的中心处，并且相应地标记了相关对象。在一些实施例中，基于所提供的技术来获得荧光镜成像系统22相对于患者30和磁位置跟踪系统20的这种准确定位，而不将手术室中的患者30、心脏病专家42和其他人员暴露于过量的X射线辐射中。
基于由处理器58创建并呈现于显示器40上的图2B所示的图像，心脏病专家42或任何其它合适的使用者可以继续使用荧光镜成像系统22并采集患者的心脏28中所需位置的荧光镜图像，所述图像可包括相同FOV中的远侧端部34。
图3是流程图，其示意性地示出了根据本发明的实施例用于使用位置跟踪图形33上的模拟荧光镜3D漏斗44的标记来最大程度地减小X射线辐射的方法。
该方法开始于坐标采集步骤100，在该步骤中，处理器58采集荧光镜成像系统22和磁位置跟踪系统20的坐标系。在坐标对准步骤102中，处理器58对准荧光镜成像系统22和磁位置跟踪系统20的坐标系，以便使患者30的相关器官的位置在两个系统中匹配。
在位置跟踪呈现步骤104中，处理器58呈现患者30的给定器官的3D位置跟踪图形33。在一个实施例中，器官为心脏28，但在其它实施例中，其可以是患者30的任何相关器官。在3D漏斗计算步骤106中，处理器58通过接口56接收荧光镜成像系统22的计划照射设置参数，并且计算患者30的相关器官上将被荧光镜成像系统22照射的的3D漏斗。
在对象标记步骤108中，处理器58利用在3D漏斗计算步骤106中获得的所计算的3D漏斗，以及荧光镜成像系统22相对于磁位置跟踪系统20的位置，在位置跟踪图形33上标记落入模拟荧光镜3D漏斗44内的对象。因此，心脏病专家42可以在显示器40上看到包含已标记对象的位置跟踪图形33的叠置图像，该已标记对象将在心脏病专家42应用荧光镜成像系统22时获得。
在确定步骤110中，心脏病专家42检查包括模拟荧光镜3D漏斗44的标记的叠置图像，并确定荧光镜成像系统22是否定位在所需位置处以采集3D荧光镜图像。如果心脏病专家42确定荧光镜成像系统22定位在所需位置，他/她使用输入设备46和显示器40上的GUI向荧光镜成像系统22发出命令(经由处理器58和接口56)，以在图像采集步骤114中采集荧光镜图像。应当注意，步骤114之前的所有方法步骤通常在荧光镜系统22不发射X射线辐射时进行。
如果心脏病专家42确定荧光镜成像系统22并未定位在所需位置处，则心脏病专家在重新定位步骤112中相对于患者重新定位荧光镜系统。就这一点而言，在各种实施例中，该方法可以循环回所述过程的先前各个阶段。
在一个实施例中，流程循环回到3D漏斗计算步骤106，其中处理器58重新计算患者30的相关器官上将被荧光镜成像系统22照射的3D漏斗。
在上面的描述中，重新计算和可视化荧光镜系统FOV的位置的过程是连续且不间断的。然而，在另选的实施例中，可通过事件，例如响应于检测到荧光镜系统的运动或响应于来自使用者的请求，而触发重新计算。
尽管本文所述的实施例主要论述心脏病学应用，但本文所述的方法和系统也可用于涉及与荧光镜成像对准的测绘的其他应用中。
因此将意识到，上述实施例均以举例的方式引用，并且本发明不受上文具体示出和描述的内容限制。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中公开的变化形式和修改形式。以引用方式并入本专利申请的文献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的任何术语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 (8)

1.一种方法，包括：
对准荧光镜成像系统的第一坐标系和磁位置跟踪系统的第二坐标系；
显示患者器官的三维(3D)图形，所述三维图形由所述磁位置跟踪系统生成；
使用所述经对准的第一坐标系和第二坐标系计算将被所述荧光镜成像系统照射的3D体积；以及
在所述3D图形上标记所述计算的3D体积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中标记所述3D体积包括标记落入所述3D体积内的所述3D图形的对象。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述荧光镜成像系统不照射所述患者时进行计算和标记所述3D体积。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述荧光镜成像系统相对于所述器官的位置变化，重新计算所述3D体积，并在所述3D图形上重新标记所述重新计算的3D体积。
5.一种系统，包括：
接口，所述接口被配置成与荧光镜成像系统通信；以及
处理器，所述处理器被配置成对准所述荧光镜成像系统的第一坐标系和磁位置跟踪系统的第二坐标系，以显示由所述磁位置跟踪系统生成的患者器官的三维(3D)图形，从而使用所述经对准的第一坐标系和第二坐标系计算将被所述荧光镜成像系统照射的3D体积，并在所述3D图形上标记所述计算的3D体积。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被配置成标记落入所述3D体积内的所述3D图形的对象。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述荧光镜成像系统不照射所述患者时计算和标记所述3D体积。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被配置成响应于所述荧光镜成像系统相对于所述器官的位置变化，重新计算所述3D体积，以及在所述3D图形上重新标记所述重新计算的3D体积。
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