CN106539592B - 用于个体患者解剖的最佳导管选择的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为用于个体患者解剖的最佳导管选择的系统和方法。在本发明中，用于选择供医疗过程中使用的相对于患者解剖的最佳导管的系统和方法包括下列步骤：提供系统，所述系统包括能够得到关于患者解剖中的ROI的图像数据并且从图像数据来重构ROI的3D的图像扫描装置、能够示出3D图像和3D导管模型的显示器以及在操作上连接到扫描装置和显示器并且可操作以便与3D导模型相比较来分析3D图像的CPU；得到患者的ROI的图像数据；从图像数据来重构ROI的3D图像；以及将3D导管模型与ROI的3D图像进行比较，以确定供过程中使用的具有最佳配置的导管。

Description

用于个体患者解剖的最佳导管选择的系统和方法
技术领域
本发明一般涉及用于导管的识别系统，以及更具体来说涉及使过程中使用的最有效或最佳导管能够在将导管用于实际过程之前被选择的识别系统。
背景技术
导管在不断增加数量的医疗过程中用来评估利用导管的患者的各种条件。这些导管插入患者体内并且定位在能够按照规定方式利用导管来治疗患者的预期位置。
虽然导管的许多不同数量和/或配置能够潜在地用于特定过程、例如介入心脏过程，但是要执行过程的个体患者的解剖常常逐个患者有所不同。因此，在对一个患者执行过程时可能表现良好的导管在对不同患者执行相同或相似过程时可能不是有用的。因此，当发现一个导管在过程中因特定患者的解剖的差异而非有效时，临床医生必须移开所使用的初始导管，并且插入第二不同形状的导管，以尝试适应要执行过程的特定患者的解剖。
这个处理能够重复多次，以得出具有与患者解剖互补的形状的导管，以便执行过程。因此，对各种过程、例如心脏导管插入过程来选择相对于患者的解剖的适当导管形状和大小是棘手的，并且在导管以及内科医生时间方面可能是浪费的。此外，重复导管插入和移开以取得患者解剖的正确导管配置能够增加如下机会：
升主动脉和冠状动脉口中的损伤的可能性；
把来自动脉壁的具有后续栓塞的斑块材料“释放”到大脑或末梢中的可能性；
在动脉通路部位的机械损伤的可能性；或者
过程的总体不良事件率。
为了减轻这些问题，某些现有技术尝试降低对插入多个导管以适应特定患者的解剖的需要。例如，在美国专利No. 7996063和美国专利申请公开No. US204/0077942中，从对感兴趣区域所进行的扫描来重构患者解剖的三维(3D)图像。这个3D图像然后与导管结合使用，其能够在显示器上结合3D图像来查看，以便在过程期间沿预期路径来引导导管经过3D图像中表示的组织。
但是，即使具有使用3D图像来引导导管经过图像中所示的组织的能力，由于患者的解剖的结构的差异，在许多情况下，也仍然需要移开特定类型的导管以便由具有另一种配置的导管来替代，以便成功地导航经过患者的预期路径。
相应地，期望开发用于识别最佳导管配置的识别系统和方法，其能够在将导管插入患者体内之前成功地导航经过个体患者解剖的预期通路。
技术方案1：一种用于确定供医疗过程中使用的具有优化配置的导管的导管选择系统，所述选择系统包括：
- 扫描装置，能够得到关于患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据，并且从所述图像数据来重构所述ROI的三维(3D)图像；
- 显示器，能够示出所述3D ROI图像和3D导管模型；以及
- 中央处理器(CPU)，在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器，所述CPU可操作以便与所述3D导管模型相比较来分析所述3D ROI图像。
技术方案2：如技术方案1所述的导管选择系统，其中，所述扫描装置从由下列所组成的组中选取：磁共振成像(MRI)装置、x射线计算机断层扫描(CT)装置和3D脉管旋转扫描装置。
技术方案3：如技术方案1所述的导管选择系统，还包括操作上连接到所述CPU的操作员控制台。
技术方案4：如技术方案1所述的导管选择系统，还包括在操作上连接到所述CPU的多个不同导管配置的3D模型的数据库。
技术方案5：一种用于选择供医疗过程中使用的具有相对于要被执行所述过程的患者解剖的最佳配置的导管的方法，所述方法包括下列步骤：
- 提供系统，所述系统包括能够得到关于所述患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据并且从所述图像数据来重构所述ROI的三维(3D)图像的扫描装置、能够示出所述3D图像和3D导管模型的显示器以及在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器的中央处理器(CPU)，所述CPU可操作以便与所述3D导管模型相比较来分析所述3D图像；
- 得到所述患者的所述ROI的图像数据；
- 从所述图像数据来重构所述ROI的3D图像；
- 将所述3D导管模型与所述ROI的所述3D图像进行比较，以确定供在所述ROI中使用的具有所述最佳配置的所述导管以执行所述过程。
技术方案6：如技术方案5所述的方法，其中，将所述导管的所述3D模型与所述ROI的所述3D图像进行比较的所述步骤包括下列步骤：
- 访问操作上连接到所述CPU并且包括各种导管的多个3D模型的数据库；
- 选择要与所述ROI的所述3D图像进行比较的一个3D模型；以及
- 将所选择的3D模型与所述3D图像进行比较。
技术方案7：如技术方案6所述的方法，其中，将所选择的3D模型与所述3D图像进行比较的所述步骤包括将所述3D模型叠加在所述3D图像上。
技术方案8：如技术方案6所述的方法，其中，选择要与所述ROI的所述3D图像进行比较的一个3D模型的所述步骤包括手动执行所述3D模型的所述选择。
技术方案9：如技术方案6所述的方法，其中，选择要与所述ROI的所述3D图像进行比较的所述一个3D模型的所述步骤包括经由所述CPU来执行自动化分析，以便选择要与所述3D图像进行比较的所述3D模型。
技术方案10：如技术方案9所述的方法，其中，执行所述自动化分析的所述步骤包括对所述导管在所述过程中插入所述ROI时穿过和/或邻接的所述3D图像的各种结构进行分段的步骤。
技术方案11：如技术方案10所述的方法，其中，对所述ROI进行分段的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：区域增长、等级集合的利用、基于模型的方法、基于地图集的方法和分类方式。
技术方案12：如技术方案10所述的方法，其中，所述ROI是心脏，以及对各种结构进行分段的所述步骤包括分段升主动脉、主动脉弓、降主动脉近端和一个或多个冠状动脉口。
技术方案13：如技术方案10所述的方法，还包括在对所述3D图像中的所述结构进行分段之后估计所述3D图像中的一个或多个分段结构的中心轴的步骤。
技术方案14：如技术方案13所述的方法，其中，估计所述中心轴的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：图像矩或模型拟合方法。
技术方案15：如技术方案10所述的方法，还包括识别所述3D图像中的导管支承表面的步骤。
技术方案16：如技术方案15所述的方法，其中，识别导管支承表面的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：基于地图集的方法和机器学习方法。
技术方案17：如技术方案10所述的方法，还包括评估所述3D图像中的所述3D模型相对于所述3D图像中的所述分段结构的拟合。
技术方案18：如技术方案17所述的方法，其中，所述ROI是心脏，以及评估所述3D模型的拟合的步骤包括：
- 确定所述3D模型的主曲线能够将所述3D模型的导管尖与冠状动脉口对齐；
- 确定所述3D导管模型的辅助曲线接触升主动脉中的第一可行支承表面；以及
- 确定所述3D导管模型的主体接触降主动脉中的第二可行支承表面。
技术方案19：一种用于选择供心脏导管插入过程中使用的具有相对于要被执行所述过程的患者的心脏的最佳配置的导管的方法，所述方法包括下列步骤：
- 提供系统，所述系统包括能够得到关于患者的所述心脏的图像数据并且从所述图像数据来重构所述心脏的三维(3D)图像的扫描装置、能够示出所述3D图像和3D导管模型的显示器以及在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器的中央处理器(CPU)，所述CPU可操作以便与所述3D导管模型相比较来分析所述3D图像；
- 得到所述患者的所述心脏的图像数据；
- 从所述图像数据来重构所述心脏的3D图像；
- 对所述导管在所述过程中插入所述心脏时将穿过和/或邻接的所述3D图像的各种心脏结构进行分段；
- 估计所述3D图像中的一个或多个分段心脏结构的中心轴；
- 识别所述3D图像的所述分段结构中的导管支承表面；以及
- 评估所述3D图像中的所述3D模型相对于所述3D图像中的所述分段心脏结构的拟合。
技术方案20：如技术方案19所述的方法，其中，评估所述3D图像中的所述3D模型的所述拟合的所述步骤包括下列步骤：
- 从所述CPU接收从所述分段心脏结构的所述分析所确定的多个所提出导管3D模型；以及
选择要针对所述3D图像进行比较的所提出导管3D模型的一个或多个。
发明内容
需要或期望识别具有能够导航经过个体患者解剖到位于患者体内要治疗的组织的3D图像中的感兴趣区域的通路的最佳配置的导管的系统和方法。上述缺点和需要通过本文在以下描述中所述的实施例得到解决。
按照本发明的一个示范方面，最佳导管选择系统和方法包括成像装置，其能够是术前磁共振成像(MRI)装置或x射线计算机断层扫描(CT)装置以及可选地是过程中3D脉管旋转扫描（angio-rotation scanning）装置，其能够扫描患者并且从扫描来得到能够用来重构患者的(一个或多个)被扫描部分的3D图像(其在连接到扫描装置的显示器上是可查看的)的数据。3D图像以及具体来说是3D图像中与待执行过程相关的特定感兴趣区域然后与多个导管的配置相比较来分析，以便确定哪一个导管具有与感兴趣区域的结构最相容的最佳配置。系统和方法准许各种导管配置相对于患者解剖的特定3D图像的可视化，以帮助确保各种过程、例如心脏过程中要利用的导管的成功和最佳选择。
按照本发明的示范实施例的另一方面，采用患者解剖的3D模型的导管配置的分析方法由系统的中央处理器自动地、由临床医生手动地或者使用这些方法的组合来执行。该系统包括标准导管大小、形状和类型的3D模型资料库，其能够与患者的个体解剖的3D模型直接比较，以供选择待利用的最佳导配置。
按照本发明的一个示范实施例的又一方面，一种用于确定供医疗过程中使用的具有优化配置的导管的导管选择系统包括：扫描装置，能够得到关于患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据，并且从图像数据来重构ROI的三维(3D))图像；显示器，能够示出3DROI图像和3D导管模型；以及中央处理器(CPU)，在操作上连接到扫描装置和显示器，该CPU可操作以便与3D导管模型相比较来分析3D ROI图像。
按照本发明的一个示范实施例的另一方面，一种用于选择供医疗过程中使用的具有相对于要被执行过程的患者解剖的最佳配置的导管的方法包括：扫描装置，能够得到关于患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据并且从图像数据来重构ROI的三维(3D)图像；显示器，能够示出3D图像和3D导管模型；以及中央处理器(CPU)，在操作上连接到扫描装置和显示器，该CPU可操作以便与3D导管模型相比较来分析3D图像，从而得到患者的ROI的图像数据，从图像数据来重构ROI的3D图像，并且将3D导管模型与ROI的3D图像进行比较，以确定供ROI中使用的具有最佳配置的导管以执行手术。
按照本发明的一个示范实施例的又一方面，一种用于选择供心脏导管插入过程中使用的具有相对于要被执行过程的患者心脏的最佳配置的导管的方法包括下列步骤：提供系统，所述系统包括能够得到关于患者的心脏的数据并且从图像数据来重构心脏的三维(3D)图像的扫描装置、能够显示3D图像和3D导管模型的显示器和操作上连接到扫描装置和显示器的中央处理器(CPU)，该CPU可操作以与3D导管模型相比较来分析3D图像；得到患者的心脏的图像数据；从图像数据来重构心脏的3D图像；对导管在过程中插入心脏时将穿过和/或邻接(abut)的3D图像的各种心脏结构进行分段；估计3D图像中的一个或多个分段心脏结构的中心轴；识别3D图像的分段结构中的导管支承表面；以及评估3D图像中的3D模型相对于3D图像中的分段心脏结构的拟合。
应当理解，提供以上概述以按照简化形式来介绍详细描述中进一步描述的概念的选择。它不是意在确认要求保护主题的关键或本质特征，其范围通过详细描述之后的权利要求书唯一地限定。此外，要求保护的主题并不局限于解决上述或者本公开的任何部分中的任何缺点的实现。
附图说明
附图示出当前预期的实现本公开的最佳模式。附图包括：
图1是示出按照本发明的一个示范实施例、用于提供心脏结构的图像的x射线计算机断层扫描(CT)成像系统的框图。
图2是按照本发明的示范实施例、与被成像心脏结构相结合的各种导管配置的分析方法的流程图的示意表示。
图3是按照本发明的另一个示范实施例、要结合被成像心脏结构所分析的各种导管配置的示例的示意表示。
图4是按照本发明的另一个示范实施例、被成像心脏结构中的各种导管配置的分析的示意表示。
图5是按照本发明的另一个示范实施例、与被成像心脏结构中的导管支承表面有关的各种取向的分析的示意表示。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照形成其部分的附图，附图中通过举例说明的方式示出可实施的具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以便使本领域的技术人员能够实施实施例，并且要理解，可利用其他实施例，并且可进行逻辑、机械、电气和其他变更，而没有背离实施例的范围。因此，以下详细描述并不是要理解为限制性的。
此外，通过结合附图进行阅读，将会更好地理解以上概述以及某些实施例的以下详细描述。在附图示出各个实施例的功能块的简图的意义上，功能块不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块的一个或多个(例如处理器、控制器或存储器)可通过单个硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)或者多个硬件来实现。类似地，程序可以是独立程序，可结合为操作系统中的子例程，可以是已安装软件包中的功能，等等。应当理解，各个实施例并不局限于附图所示的布置和工具。
各个实施例提供用于从患者的扫描来得到数据以创建患者解剖的感兴趣范围或区域的3D图像的系统10及关联方法。这些能够从任何适当成像装置来选择，例如术前磁共振成像(MRI)装置或x射线计算机断层扫描(CT)装置以及可选的过程中3D脉管旋转扫描装置等等。在一个示范实施例中，系统10是x射线计算机断层扫描(CT)成像。CT成像按照任何适当方式、例如通过使用具有变化x射线束强度的动态感兴趣区域(ROI)准直控制(其可选地能够与适当对比增强剂配合使用)来执行。
图1示出x射线CT系统10的简化框图，其可操作以按照本发明的一个示范实施例来执行成像，例如共同拥有美国专利No. 8649479所公开，通过引用将其完整地结合到本文中以用于所有目的。x射线CT系统10可配置为包括门架12的多层面扫描成像系统，其可表示如本文更详细描述的第三代CT成像系统。门架12一般包括(例如其上支承)x射线源14(又称作x射线管)，其将x射线束16投射到门架12的相对侧上的检测器阵列18。检测器阵列18通过多个检测器行(未示出)来形成，检测器行包括多个检测器元件20，其共同感测经过对象、例如定位在检测器阵列18与x射线源14之间的仰卧位的患者22(例如被执行冠状扫描的患者)的所投射x射线。
准直仪24与x射线源14结合提供，以便对x射线束16进行准直和聚焦。在各个实施例中，动态控制和调整所生成x射线束16的强度等级和准直。例如，如本文更详细描述，按照各个实施例，提供动态ROI准直和灵敏器官功率调制。
相对检测器阵列18，各检测器元件20产生电信号，其表示照射x射线束的强度，并且因此能够用来估计射束经过患者22时的衰减。在获取x射线投影数据的扫描期间，门架12及其中安装的组件围绕旋转中心26旋转。应当注意，虽然仅示出单行检测器元件20(即，检测器行)，但是在各个实施例中，检测器阵列18是多层面检测器阵列，其具有检测器元件20的多个平行检测器行，使得与多个准平行或平行层面对应的投影数据能够在扫描期间同时获取。
门架12上的组件的旋转以及x射线源14和准直仪24的操作通过CT系统10的主控制器/控制机构28来管理。控制机构28包括：x射线控制器30，其向x射线源14提供电力和定时信号；门架电动机控制器32，其控制门架12上的组件的旋转速度和位置；以及准直仪控制器34，其控制x射线源14的准直以调整和定义ROI。例如，准直仪24的视场(FOV)使用动态准直来调整。
控制机构28中的数据获取系统(DAS) 36对来自检测器元件20的模拟数据进行取样，并且将数据转换成数字信号供后续处理。图像重构器38从DAS 36接收经取样和数字化的x射线数据，并且执行图像重构。将重构图像传递给处理器40(例如计算机)，其将图像存储在计算机存储装置42中。图像重构器38能够是专用硬件或者运行于处理器40的作为模块的计算机程序。
处理器40还经由操作员控制台44(其包括输入装置，例如键盘、鼠标等)接收命令和扫描参数。提供关联显示器46，其可以是允许操作员查看来自处理器40的(一个或多个)重构图像和其他数据的任何适当显示器类型。操作员提供的命令和参数可由处理器40用来向DAS 36、X射线控制器30、门架电动机控制器32和准直仪控制器34提供控制信号和信息，如本文更详细描述。另外，处理器40操作台架电动机控制器48，其控制电动患者台架50，以便将患者22定位在门架12中。具体来说，台架50将患者22的部分移动经过门架开口52。应当注意，患者22(或者患者22的一部分)可移入门架12中，以及在成像期间在门架12的旋转期间保持为静止，或者可在门架12旋转期间将患者22移动经过开口52。
在各个实施例中，处理器40包括装置54，例如CD-ROM驱动器、DVD驱动器、磁光盘(MOD)装置、USB端口或者包括例如以太网装置等的网络连接装置的任何其他数字装置，以用于从计算机可读介质56(例如软盘、CD-ROM、DVD、闪速存储器驱动器(图1所示)或者诸如网络或因特网以及尚未开发的数字部件之类的另一种数字源)中读取指令和/或数据。在其他实施例中，处理器40运行固件(未示出)中存储的指令。处理器40编程为执行本文所述的功能，以及如本文所使用的术语“计算机”并不是仅局限于本领域称作计算机的那些集成电路，而是广义地表示计算机、处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器、专用集成电路以及其他可编程电路，以及这些术语在本文中交替使用。
虽然上述实施例表示第三代CT系统，但是本文所述的方法同样适用于第四代CT系统(静止检测器-旋转x射线源)和第五代CT系统(静止检测器和x射线源)。另外，预期各个实施例的有益效果还增进除了CT之外的成像模态。此外，虽然本文所述的方法和设备在特定医疗环境中描述，但是还预期各个实施例的有益效果增进其他应用或环境。
在操作中，现在参照图2，在本发明的方法的一个示范实施例中，按照下列步骤来操作CT系统以用于确定要用于心脏导管插入过程中的导管的最佳形状或配置：
一开始在框100对患者的心脏1000来得到使用系统10的术前MRI或CT扫描、可选地通过使用适当对比增强剂或者使用3D脉管旋转扫描的过程中。
心脏的全尺寸3D金属丝模型(图4和图5)在框102从扫描来重构，其中3D模型/图像的各种结构被分段以示出心脏1000的部分，导管在过程中插入时将穿过和/或邻接所述3D模型/图像的各种结构，其在该方法的示范实施例中包括升主动脉1002、主动脉弓1004、降主动脉近端1006和冠状动脉口1008；
在框104估计各冠状动脉口1008的中心轴，其能够与框106同时或依次进行，或者完全作为框106的替代；
升主动脉1002和降主动脉1006的区域被识别为对于在框106被插入时对导管提供支承表面1010是可行的，其能够与框104同时或依次进行，或者完全作为框104的替代；
在框110，连接到系统10的图像资料库/数据库108中存储的导管200的各可用类型的各种3D金属丝模型叠加到例如显示器46上或者以其他方式与心脏1000的3D模型/图像相比较来评估，以确定所选导管200的主曲线(primary curve)204能够将导管尖202与冠状动脉口1008对齐，导管200的辅助曲线(secondary curve)206接触升主动脉1002中的可行支承表面1010，并且导管200的主体208接触降主动脉1006中的可行支承表面1010；
基于这个分析，在框112，具有在心脏1000的3D模型/图像中所示的解剖中的最佳拟合的导管200选择用于过程中。
关于在框102对3D模型/图像1000中的心脏的各种结构进行分段的步骤，这能够按照任何适当方式来实现，包括但不限于区域增长、等级集合的利用、不同的基于模型的方法、基于地图集的方法或者分类方式，正如已知的那样。
关于在框104的3D模型1000中的动脉口1006的中心轴的估计，这能够使用图像矩或者各种模型拟合方法来实现，如本领域已知。
对于框106，定位可行导管支承表面1008的步骤能够利用各种基于地图集的方法或者通过机器学习或类似预测建模过程来执行，其中系统10基于提供给系统10的参数以及来自系统10中存储的先前分析的数据来提供分析。
对于在框110的评估3D图像1000中的特定导管200的拟合的步骤，这个步骤能够由临床医生手动地、由系统或者由其组合来执行。在一个示范实施例中，临床医生能够从资料库/数据库108来抽出各种类型的导管模型200，并且供在显示器46上结合3D图像1000示出。临床医生然后能够在视觉上确定作为3D图像1000中所示的患者解剖的最佳拟合的导管200。当利用系统10的自动选择功能时，临床医生还可采用绘图工具44在关键转折点加亮显示3D图像1000。在这个功能中，使用3D图像1000中的加亮显示点，系统10能够分析资料库108中存储的导管模型200，并且从资料库108来提出最佳导管配置、即形状和大小。在选择所提出导管200中，系统10能够采用利用能量最小化的导管姿态(pose)估计、各种最佳拟合量度和/或机器学习预测建模过程以及其他适当分析方法。所提出导管模型200则能够由临床医生来选择，并且针对3D图像1000来检查，以便最终确定过程的最好或最佳导管200。
来看图3-5，在系统10和方法的操作的示范图示中，变化配置的导管200的多个3D模型在图3中示出。这些导管模型200存储在资料库/数据库108中供检索以及与导管200在特定过程期间要定位到其中的心脏或另一组织的3D图像1000进行比较/综合。能够如何得到和/或利用这些模型200的一个示例在共同拥有和共同待决美国专利申请序号14/328089(2014年7月10日提交，标题为“Methods and Systems to Translate Two DimensionalMapping into a Three Dimensional Derived Model”)中公开，通过引用将其完整地结合到本文中以用于所有目的。图3中，作为示例，示出Judkins Left导管的3D模型，其中各模型示出具有不同尖长度的导管200。
在图2的框110的分析步骤中，这些模型200与显示器44上的3D图像1000进行比较和/或叠加于其上，以示出3D图像1000的体积中的导管200的虚拟或模拟定位或几何拟合。通过这个定位，有可能评估导管尖202在模型1000中相对于动脉口1008(图4)的取向，并且对所选导管模型200的每个来确定模型1000(图5)中的支承表面1010。通过这个比较/评估，有可能确定具有用于进入或穿过患者特定解剖的最佳拟合的导管200，由此通过避免插入具有错误配置的导管200来节省时间和临床浪费。在框110的这个分析还能够扩展成包括用来形成导管200的全部或部分和/或其治疗部分(例如支架、气囊或另一治疗部分(未示出))的(一个或多个)材料，以确定具有最佳形状/配置和材料供待进行过程中使用的导管200。
除了这些优点之外，系统10和方法还能够提供下列技术和商业优点：
导管模型200的资料库/数据库能够链接到医院库存，使得仅显示可用导管；
对于诊断脉管造影，由于仅通过在边缘拟合冠状导管所引起的“损失对比度”的降低量而存在更好的图像质量
对于介入过程，存在经过最佳拟合形状的更好引导导管“备用”。这是在介入期间经过到冠状病变的最佳稳定“进入通道”的可用性来提供更好安全性的显著优点
更短过程时间
较少过程成本(没有非拟合导管的错误选择)
对患者的较少辐射负担
需要较小对比度
节省无法使用的开启导管以及不适合导管的关联再处理。
系统10和方法还显著促成避免与重复导管插入和移开并且再插入以便定位特定过程的最佳导管配置的某些不合需要的结果。具体来说，由心脏导管插入过程中使用的系统10及关联方法所取得的插入导管的减少数量的不成功尝试随后将降低：
升主动脉和冠状动脉口中的损伤的可能性；
把来自动脉壁的具有后续栓塞的斑块材料“释放”到大脑或末梢中的可能性；
在动脉通路部位的机械损伤的可能性；和/或
特定过程的总体不良事件率。
具体对于冠状介入，系统10及关联方法提供：
经过术前定量冠状分析(%直径狭窄、最小管腔直径等)的更好的解剖病变表征
目标病变的功能表征(FFR-CT、CT灌注等)
基于术前定量冠状分析的更好支架选择(直径和长度)
可能导致扩展切开(在气囊扩张之后)的冠状动脉钙化和/或具有支架贴壁不良和支架血栓的后续提高风险的不完全支架膨胀的更好识别。
另外，对于经导管主动脉瓣置换(TAVR)过程，系统10及关联方法提供下列能力：
最佳拟合修复(fitting prosthesis)的预先选择；
插入角的取向；
升主动脉异常(冠状动脉口等)的识别；以及
导致瓣周漏(椭圆而不是圆形主动脉瓣环)的因素的识别。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于确定供医疗过程中使用的具有优化配置的导管的导管选择系统，所述选择系统包括：
- 扫描装置，能够得到关于患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据，并且从所述图像数据来重构所述感兴趣区域的三维(3D)图像；
- 显示器，能够示出所述三维感兴趣区域图像和三维导管模型；以及
- 中央处理器(CPU)，在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器，所述中央处理器可操作以便与所述三维导管模型相比较来分析所述三维图像，
其中所述中央处理器（CPU）可操作以便执行以下操作：
对所述导管在所述医疗过程中插入所述感兴趣区域时将穿过和/或邻接的所述三维图像的各种感兴趣区域结构进行分段；
估计所述三维图像中的一个或多个分段感兴趣区域结构的中心轴；
识别所述三维图像的所述分段感兴趣区域结构中的导管支承表面；以及
评估所述三维图像中的所述三维导管模型相对于所述三维图像中的所述分段感兴趣区域结构的拟合。
2.如权利要求1所述的导管选择系统，其中，所述扫描装置从由下列所组成的组中选取：磁共振成像(MRI)装置、x射线计算机断层扫描(CT)装置和三维脉管旋转扫描装置。
3.如权利要求1所述的导管选择系统，还包括操作上连接到所述中央处理器的操作员控制台。
4.如权利要求1所述的导管选择系统，还包括在操作上连接到所述中央处理器的多个不同导管配置的三维模型的数据库。
5.一种用于选择供医疗过程中使用的具有相对于要被执行所述过程的患者解剖的最佳配置的导管的方法，所述方法包括下列步骤：
- 提供系统，所述系统包括能够得到关于所述患者解剖中的感兴趣区域(ROI)的图像数据并且从所述图像数据来重构所述感兴趣区域的三维(3D)图像的扫描装置、能够示出所述三维图像和三维导管模型的显示器以及在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器的中央处理器(CPU)，所述中央处理器可操作以便与所述三维导管模型相比较来分析所述三维图像；
- 得到所述患者的所述感兴趣区域的图像数据；
- 从所述图像数据来重构所述感兴趣区域的三维图像；
- 将所述三维导管模型与所述感兴趣区域的所述三维图像进行比较，以确定供在所述感兴趣区域中使用的具有所述最佳配置的所述导管以执行所述过程；
- 对所述导管在所述过程中插入所述感兴趣区域时将穿过和/或邻接的所述三维图像的各种感兴趣区域结构进行分段；
- 估计所述三维图像中的一个或多个分段感兴趣区域结构的中心轴；
- 识别所述三维图像的所述分段感兴趣区域结构中的导管支承表面；以及
- 评估所述三维图像中的所述三维导管模型相对于所述三维图像中的所述分段感兴趣区域结构的拟合。
6.如权利要求5所述的方法，其中，将所述导管的所述三维导管模型与所述感兴趣区域的所述三维图像进行比较的所述步骤包括下列步骤：
- 访问操作上连接到所述中央处理器并且包括各种导管的多个三维模型的数据库；
- 选择要与所述感兴趣区域的所述三维图像进行比较的一个三维模型；以及
- 将所选择的三维模型与所述三维图像进行比较。
7.如权利要求6所述的方法，其中，将所选择的三维模型与所述三维图像进行比较的所述步骤包括将所述三维模型叠加在所述三维图像上。
8.如权利要求6所述的方法，其中，选择要与所述感兴趣区域的所述三维图像进行比较的一个三维模型的所述步骤包括手动执行所述三维模型的所述选择。
9.如权利要求6所述的方法，其中，选择要与所述感兴趣区域的所述三维图像进行比较的所述一个三维模型的所述步骤包括经由所述中央处理器来执行自动化分析，以便选择要与所述三维图像进行比较的所述三维模型。
10.如权利要求9所述的方法，其中，执行所述自动化分析的所述步骤包括对所述导管在所述过程中插入所述感兴趣区域时穿过和/或邻接的所述三维图像的各种结构进行分段的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其中，对所述感兴趣区域进行分段的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：区域增长、等级集合的利用、基于模型的方法、基于地图集的方法和分类方式。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述感兴趣区域是心脏，以及对各种结构进行分段的所述步骤包括分段升主动脉、主动脉弓、降主动脉近端和一个或多个冠状动脉口。
13.如权利要求10所述的方法，还包括在对所述三维图像中的所述结构进行分段之后估计所述三维图像中的一个或多个分段结构的中心轴的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，估计所述中心轴的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：图像矩或模型拟合方法。
15.如权利要求10所述的方法，还包括识别所述三维图像中的导管支承表面的步骤。
16.如权利要求15所述的方法，其中，识别导管支承表面的所述步骤通过从由下列所组成的组中选取的处理来执行：基于地图集的方法和机器学习方法。
17.如权利要求10所述的方法，还包括评估所述三维图像中的所述三维模型相对于所述三维图像中的所分段结构的拟合。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述感兴趣区域是心脏，以及评估所述三维模型的拟合的步骤包括：
- 确定所述三维模型的主曲线能够将所述三维模型的导管尖与冠状动脉口对齐；
- 确定所述三维导管模型的辅助曲线接触升主动脉中的第一可行支承表面；以及
- 确定所述三维导管模型的主体接触降主动脉中的第二可行支承表面。
19.一种用于选择供心脏导管插入过程中使用的具有相对于要被执行所述过程的患者的心脏的最佳配置的导管的方法，所述方法包括下列步骤：
- 提供系统，所述系统包括能够得到关于患者的所述心脏的图像数据并且从所述图像数据来重构所述心脏的三维(3D)图像的扫描装置、能够示出所述三维图像和三维导管模型的显示器以及在操作上连接到所述扫描装置和所述显示器的中央处理器(CPU)，所述中央处理器可操作以便与所述三维导管模型相比较来分析所述三维图像；
- 得到所述患者的所述心脏的图像数据；
- 从所述图像数据来重构所述心脏的三维图像；
- 对所述导管在所述过程中插入所述心脏时将穿过和/或邻接的所述三维图像的各种心脏结构进行分段；
- 估计所述三维图像中的一个或多个分段心脏结构的中心轴；
- 识别所述三维图像的所述分段心脏结构中的导管支承表面；以及
- 评估所述三维图像中的所述三维导管模型相对于所述三维图像中的所述分段心脏结构的拟合。
20.如权利要求19所述的方法，其中，评估所述三维图像中的所述三维导管 模型的所述拟合的所述步骤包括下列步骤：
- 从所述中央处理器接收从所述分段心脏结构的所述分析所确定的多个所提出导管三维模型；以及
选择要针对所述三维图像进行比较的所提出导管三维模型的一个或多个。
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