CN108366832B - 导航辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器(10)的导航辅助系统。基于提供的所述介入仪器的当前位置和形状、提供的限定所述介入仪器要被移动到的目标(45)的位置的目标位置和提供的指示所述介入仪器的可能配置的配置信息，允许所述介入仪器到达所述目标的可能路径(50)被确定。当医师移动所述介入仪器时，所确定的可能路径以及优选地还有所述介入仪器的当前位置和形状以及所述目标位置能够被实时地显示在显示器上，由此辅助所述医师导航所述介入仪器。

Description

导航辅助系统
技术领域
本发明涉及用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助系统、导航辅助方法和计算机程序。本发明还涉及包括所述导航辅助系统的介入系统。
背景技术
当执行介入流程时，医师一般需要将对象内的介入仪器导航到目标。例如，在经皮二尖瓣修复流程期间，医师需要将导管导航到二尖瓣。为了辅助医师将介入仪器导航到目标，通常采集示出介入仪器和心脏以及二尖瓣的当前位置的二维x射线投影图像。然而，通过仅使用二维x射线投影图像来准确地将介入仪器导航到目标对于医师来说是非常困难的。
美国专利申请2014/0187949描述了一种从自导管延伸的成像探头接收解剖结构的图像的方法。在图像中识别的目标结构的位置数据被接收。位置数据从图像参考系被变换到导管参考系。导管参考系被配准到患者参考系。
发明内容
本发明的目标是一种导航辅助系统、一种导航辅助方法和一种计算机程序，其在导航对象内的介入仪器方面提供改进的辅助。本发明的又一目标是提供一种包括所述导航辅助系统的介入系统。
在本发明的第一方面中，呈现了一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统包括：
-位置和形状提供单元，其用于提供所述介入仪器的当前位置和形状，
-目标位置提供单元，其用于提供限定所述介入仪器要被移动到的目标的位置的目标位置，
-配置信息提供单元，其用于提供指示所述介入仪器的可能配置的配置信息，其中，所述配置信息提供单元适于基于当所述介入仪器被移动时由所述位置和形状提供单元提供的所述介入仪器的当前位置和形状来确定所述配置信息，并且适于提供所确定的配置信息，
-路径确定单元，其用于基于所述介入仪器的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述配置信息来确定允许所述介入仪器到达所述目标的针对所述介入仪器的可能路径，以及
-显示器，用于显示所确定的可能路径。
由于对可能路径的确定考虑了介入仪器的当前位置和形状，其中，所确定的可能路径被示出在显示器上，所以当医师移动介入仪器时，实时的可能路径能够被示出给医师。因此，例如，医师能够移动介入仪器，使得其具有不同的形状和/或不同的位置，其中，对于每个形状和/或对于每个位置，显示器能够分别地示出允许介入仪器到达目标的可能路径。医师然后能够基于当介入仪器已经分别地具有不同的形状和/或不同的位置时确定的不同的可能路径来决定介入仪器的导航应当如何被继续。这能够得到在导航对象内的介入仪器方面对医师的改进的辅助。
对象优选是人类患者。然而，它也能够是动物。介入流程优选是有创(尤其是微创)介入流程。
位置和形状提供单元能够是用于从当前位置和形状测量单元接收介入仪器的当前位置和形状的接收单元，其中，位置和形状提供单元能够适于提供所接收的测得的介入仪器的当前位置和形状。然而，位置和形状提供单元还能够是位置和形状测量单元本身。在优选实施例中，所述位置和形状提供单元适于通过光学形状感测来提供所述当前位置和形状。位置和形状提供单元优选地适于以三维方式提供位置和形状。
目标位置提供单元能够适于从另一单元接收目标位置，并且适于提供所接收的目标位置。目标位置提供单元还能够是目标位置已经被存储在其中的存储单元，其中，目标位置提供单元能够适于提供所存储的目标位置。此外，目标位置提供单元能够适于确定目标位置，并且适于提供所确定的目标位置。目标位置提供单元还能够适于允许用户输入目标位置，并且适于提供所输入的目标位置。例如，一幅或若干图像能够被示出在显示器上，其中，目标位置提供单元能够适于允许用户在显示器上的一幅或若干提供的图像上指示目标位置，以便输入目标位置。
优选地，位置限定定位以及任选地还有取向，即优选地，目标位置限定目标的定位以及任选地还有其取向。目标位置优选是三维位置。
提供的介入仪器的当前位置和形状和提供的目标位置被配准到彼此，使得介入仪器的当前位置和形状与目标位置之间的空间关系被获知，即它们能够被提供在相同的参考系中。
路径确定单元能够适于确定一个或若干可能路径，其中，对应地，显示器能够适于显示一个或若干所确定的可能路径。显示器能够适于示出另外的元素。例如，显示器还可以示出目标位置和/或介入仪器的当前位置和形状、和/或示出对象的解剖结构的图像、和/或对象的解剖结构的模型，其中，这些元素可以被示出在具有一个或若干可能路径的单个视图中，使得空间关系被可视化并且被示出给医师。
可能配置优选是例如限定介入仪器的可能形状(尤其是可能曲率)的可能几何配置。介入仪器例如是导丝、导管、针等。配置信息提供单元还能够是配置信息被存储在其中的存储单元，其中，配置信息提供单元能够适于提供所存储的配置信息。配置信息提供单元还能够适于从另一单元接收配置信息，并且适于提供所接收的配置信息。此外，配置信息提供单元能够适于确定配置信息，并且适于提供所确定的配置信息。
所述配置信息提供单元适于基于当所述介入仪器被移动时由所述位置和形状提供单元提供的所述介入仪器的当前位置和形状来确定所述配置信息，并且适于提供所确定的配置信息。因此，当介入仪器被使用时，介入仪器的可能配置可以被记录，其中，这些记录的配置能够用于确定可能配置。在一实施例中，配置信息提供单元可以适于将记录的配置确定为可能配置。配置信息提供单元能够适于基于记录的配置来确定额外的可能配置，例如，通过在记录的配置之间进行内插。除了其他信息外，这些所确定的可能配置然后能够用于确定可能路径。这允许甚至在最初配置信息对于介入仪器来说是未知的情况下确定可能路径。
所述导航辅助系统可以包括解剖元素指示符提供单元和图像提供单元，其中，所述解剖元素指示符提供单元用于提供指示解剖元素的解剖元素指示符，所述图像提供单元用于提供示出所指示的解剖元素的所述对象的图像，其中，所述目标位置提供单元适于基于所示出的解剖元素和所提供的图像来确定所述目标位置，并且适于提供所确定的目标位置。所提供的解剖元素指示符指示例如二尖瓣是目标，于是在所提供的图像上检测二尖瓣，以便确定其位置。因此，目标位置可以基于所提供的解剖元素指示符和所提供的对象的图像来自动确定。目标位置提供单元优选地适于允许用户修改并确认自动确定的目标位置，其中，可能路径仅可以在用户已经确认了所确定的目标位置之后被确定。
例如，三维图像或若干二维图像可以被提供，其中，解剖元素可以在三维图像中或在若干二维图像中被分割，以便确定目标位置。图像能够是例如x射线投影图像、超声图像、计算机断层摄影图像、磁共振图像等。如果若干x射线投影图像被提供，则在这些图像中的每幅中所指示的解剖元素可以被分割，以便在不同的二维x射线投影图像中确定解剖元素的二维位置，其中，这些二维位置能够与用于采集相应二维x射线投影图像的相应采集几何结构一起用于通过已知技术来确定三维目标位置，已知技术可以例如基于角度测量。
解剖元素指示符提供单元能够是哪个解剖元素应当是目标的指示被存储在其中的存储单元，其中，解剖元素指示符提供单元能够适于提供所存储的解剖元素指示符。解剖元素指示符提供单元还能够适于从另一单元接收哪个解剖元素应当是目标的指示，并且适于提供所接收的指示。此外，解剖元素指示符提供单元能够包括允许用户指示哪个解剖元素应当是目标的用户接口，其中，该解剖元素能够由解剖元素指示符提供单元来指示。例如，其能够由医师输入为解剖元素(即目标元素)是二尖瓣或另一解剖元素。
所述导航辅助系统还能够包括介入流程指示符提供单元和分配提供单元，其中，所述介入流程指示符提供单元用于提供指示要被执行的介入流程的介入流程指示符，所述分配提供单元用于提供介入流程指示符与指示解剖元素的解剖元素指示符之间的分配，其中，所述解剖元素指示符提供单元适于基于所提供的介入流程指示符和所提供的分配来确定所述解剖元素指示符，并且适于提供所确定的解剖元素指示符。因此，解剖元素指示符(即目标的指示)可以由解剖元素指示符提供单元通过使用所提供的介入流程指示符和所提供的分配来自动确定。
介入流程指示符提供单元能够仅仅是介入流程指示符被存储在其中的存储单元，其中，介入流程指示符提供单元能够适于提供所存储的介入流程指示符。介入流程指示符提供单元还能够是用于接收介入流程指示符(即指示要被执行的介入流程的指示)的接收单元，并且适于提供所接收的介入流程指示符。介入流程指示符提供单元还能够包括允许用户指示期望的介入流程的用户接口，其中，用户指示的介入流程能够由介入流程指示符提供单元来指示。例如，介入流程指示符提供单元能够适于允许用户指示经皮二尖瓣修复流程应当被执行。
解剖元素指示符提供单元能够指示介入仪器要被移动到的一个解剖元素的一个解剖元素指示符、或指示介入仪器可以被移动到的若干解剖元素的若干解剖元素指示符。在后一情况下，目标位置提供单元可以适于基于所提供的若干解剖元素指示符和所提供的图像来确定若干可能目标位置。目标位置提供单元还能够适于允许用户指示所确定的若干可能目标位置中的哪个应当被用于确定可能路径。还能够为每个所确定的目标位置确定相应的可能路径。
分配提供单元能够提供指示介入流程的相应单个介入流程指示符与指示当执行介入流程时介入仪器要被移动到的解剖元素的相应单个解剖元素指示符之间的分配、和/或指示介入流程的相应单个介入流程指示符与指示当执行介入流程时介入仪器可以被移动到的解剖元素的若干解剖元素指示符之间的分配。在后一情况下，目标位置提供单元可以适于基于所提供的若干解剖元素指示符和所提供的图像来确定若干可能目标位置。目标位置提供单元还能够适于允许用户指示所确定的若干可能目标位置中的哪个应当被用于确定可能路径。还能够为每个所确定的目标位置确定相应的可能路径。
所述导航辅助系统还能够包括解剖信息提供单元，所述解剖信息提供单元用于提供指示所述对象内的解剖结构的解剖信息，其中，所述路径确定单元能够适于还基于所述解剖信息来确定所述可能路径。这能够得到在导航对象内的介入仪器方面进一步改进的辅助，尤其是在对象的解剖结构限制介入仪器的当前位置与目标位置之间的空间的情况下。
还优选的是，所述导航辅助系统包括介入流程约束提供单元，所述介入流程约束提供单元用于提供当在执行所述介入流程期间移动所述介入仪器时要考虑的介入流程约束，其中，所述路径确定单元适于还基于所述介入流程约束来确定所述可能路径。这也能够进一步改进在导航对象内的介入仪器方面的辅助。例如，如果介入流程需要介入仪器在一定角度下或在一定角度范围内的角度下接近目标，则路径确定单元能够适于确定可能路径使得在所需要的角度下到达目标。
介入流程约束提供单元能够与解剖元素指示符提供单元集成，即介入流程约束能够包括当执行介入流程时哪个解剖元素应当是目标的指示。
在优选实施例中，如果允许所述介入仪器到达所述目标的可能路径是不能确定的，则所述路径确定单元适于基于所述介入仪器的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述介入仪器的所述可能配置来确定允许所述介入仪器到达尽可能靠近所述目标的位置的可能路径。因此，即使从介入仪器的当前位置和形状开始介入仪器不能到达目标，可能路径也可以被示出给医师。医师然后能够修改介入仪器的位置和/或形状，以便获得到目标的可能路径。路径确定单元还能够适于向医师指示允许介入仪器到达目标的可能路径是不能确定的。例如，可以经由显示器指示允许介入仪器到达目标的可能路径是不能确定的。在这种情况下，没有可能路径可以被示出。然而，还能够在这种情况下示出允许介入仪器到达尽可能靠近目标的位置的可能路径，其中，该可能路径可以具有特定外观，以便指示可能路径不能用于到达目标。例如，如果可能路径能到达目标，则可能路径可以具有第一外观，尤其是第一颜色(像绿色)，并且如果可能路径不能到达目标，则可能路径可以具有第二外观，尤其是第二颜色(像红色)。
所述导航辅助系统优选适于执行经皮二尖瓣修复流程，其中，所述目标位置提供单元适于提供所述二尖瓣的位置作为所述目标位置。特别地，所述经皮二尖瓣修复流程包括在穿刺位置处刺穿房间隔，以便允许所述介入仪器被引入到所述对象的心脏的左心房中，其中，所述路径确定单元适于确定用于当所述介入仪器的远端被定位在所述房间隔上的所述房间隔旨在被刺穿的位置处时到达所述二尖瓣的可能路径。因此，在刺穿所述房间隔之前，是否能够到达二尖瓣能够被示出给医师，由此辅助医师找到合适的穿刺位置。
在本方面的另一方面中，呈现了一种用于执行介入流程的介入系统，其中，所述介入系统包括：
-介入仪器，
-根据权利要求1所述的导航辅助系统，其用于在所述介入流程期间辅助导航对象内的所述介入仪器。
在本发明的又一方面中，呈现了一种将根据权利要求1所述的导航辅助系统用于找到经皮二尖瓣修复流程的穿刺位置的用途，其中，房间隔要在所述穿刺位置处被刺穿，以便允许所述介入仪器被引入到所述对象的心脏的左心房中，其中，所述路径确定单元用于确定用于当所述介入仪器的远端被定位在所述房间隔上的位置处时到达所述二尖瓣的可能路径。
在本方面的另一方面中，呈现了一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助方法，其中，所述导航辅助方法包括：
-由位置和形状提供单元提供所述介入仪器的当前位置和形状，
-由目标位置提供单元提供限定所述介入仪器要被移动到的目标的位置的目标位置，
-由配置信息提供单元提供指示所述介入仪器的可能配置的配置信息，其中，所述配置信息提供单元基于当所述介入仪器被移动时由所述位置和形状提供单元提供的所述介入仪器的当前位置和形状来确定所述配置信息，并且提供所确定的配置信息，
-由路径确定单元基于所述介入仪器的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述配置信息来确定允许所述介入仪器到达所述目标的可能路径，
-由显示器显示所确定的可能路径。
在本方面的另一方面中，呈现了一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的计算机程序，其中，所述计算机程序包括程序代码单元，当所述计算机程序被运行在所述导航辅助系统上时，所述程序代码单元用于使根据权利要求1所述的导航辅助系统执行根据权利要求13所述的导航辅助方法。
应当理解，权利要求1的导航辅助系统、权利要求11的介入系统、权利要求12的导航辅助系统的用途、权利要求13的导航辅助方法、权利要求14的计算机程序具有类似的和/或完全相同的优选实施例，特别地如在从属权利要求中所限定的。
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相应独立权利要求的任意组合。
参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性地且示范性地示出了用于执行介入流程的介入系统的实施例，
图2示意性地且示范性地图示了在人的心脏内的二尖瓣修复流程期间对导管的使用，
图3示出了示范性地图示用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助方法的实施例的流程图，以及
图4示意性地且示范性地图示了允许介入仪器到达目标的针对介入仪器的所确定的可能路径。
具体实施方式
图1示意性地且示范性地示出了用于执行介入流程的介入系统的实施例。介入系统1包括用于被导航到人7的心脏8内的目标的介入仪器10，像导管、导丝、针等。人7被布置在支撑单元9(像检查台)上。
介入仪器10能够包括允许医师导航人7内(尤其是人7的心脏8内)的介入仪器10的手柄31。手柄31能够适于允许医师推动和拉动介入仪器10并且适于偏转介入仪器10的远端，以便将介入仪器10的远端移动到目标。
介入系统1还包括用于提供人7(尤其是人7的心脏8)的图像的图像提供单元2。在该实施例中，图像提供单元2是用于沿不同的采集方向采集二维x射线投影图像的x射线C型臂系统。X射线C型臂系统包括用于发射x射线6的x射线源3和用于探测已经穿过人7之后的x射线6并且用于基于探测到的x射线6生成二维x射线投影图像的探测器4。x射线源3和探测器4被布置在可围绕人7旋转的C型臂5的对立处，以便沿不同的采集方向提供二维投影x射线图像。生成的二维x射线投影图像被提供给控制和处理设备11，并且可以被示出在显示器33上。
介入系统1还包括用于提供介入仪器10的当前位置和形状的位置和形状提供单元12。在该实施例中，使得介入仪器能够允许通过光学形状感测来确定介入仪器10的位置和形状。特别地，介入仪器10包括具有布拉格光栅的光纤，并且位置和形状提供单元12包括用于将光发射到光纤中和用于检测从光纤接收到的光的光源和光检测器，其中，检测到的光用于确定介入仪器10的位置和形状，尤其是介入仪器10的远端的位置和形状。
介入系统1还包括用于提供目标位置的目标位置提供单元29，所述目标位置限定介入仪器10(即介入仪器10的远端)要被移动到的目标的位置。在该实施例中，目标位置是在图2中示意性地且示范性地示出的心脏8的二尖瓣45的位置，其中，图2示出了介入仪器10已经被导航到二尖瓣45的情况。特别地，介入系统1能够包括用于提供解剖元素指示符的解剖元素指示符提供单元44，所述解剖元素指示符指示介入仪器10要被移动到的解剖元素并且在该实施例中解剖元素为二尖瓣，其中，目标位置提供单元29能够适于基于所提供的解剖元素指示符和由x射线C型臂系统2生成的图像来确定目标位置，并且适于提供所确定的目标位置。因此，解剖元素指示符提供单元44能够适于提供哪个解剖元素是目标的信息，其中，该信息能够用于在由x射线C型臂系统(即由图像提供单元2)提供的一幅或若干图像中找到该目标。例如，二尖瓣45能够在已经沿不同的采集方向采集的不同的二维x射线投影图像中被分割，以便在相应的二维x射线投影图像中确定二尖瓣45的二维位置，其中，这些二维位置能够与已知的采集方向一起用于通过使用已知技术来确定二尖瓣45的三维目标位置，已知技术可以例如基于角度测量。
解剖元素指示符提供单元44能够仅仅是解剖元素指示符(即指示解剖元素的信息)能够被存储在其中的存储单元，其中，该存储的指示能够被提供。解剖元素指示符提供单元44还能够包括允许用户输入期望的解剖元素(即允许用户指示例如二尖瓣应当是目标)的用户接口。解剖元素指示符提供单元44还能够适于从介入流程指示符提供单元46接收a)指示要被执行的介入流程的介入流程指示符并且从分配提供单元47接收b)介入流程指示符与指示当执行相应的介入流程时介入仪器10要被移动到的解剖元素的解剖元素指示符之间的分配，并且适于基于所提供的介入流程指示符和所提供的分配来确定解剖元素指示符，并且适于提供所确定的解剖元素指示符。因此，介入流程指示符提供单元46能够提供指示应当被执行的期望介入流程的指示，其中，该信息能够与分配一起用于确定解剖元素指示符，即用于确定哪个解剖元素应当是目标。目标位置提供单元29然后能够使用关于期望的解剖元素的该信息与由图像提供单元2提供的图像一起用于确定目标(即在该实施例中为二尖瓣45)的三维位置。
目标位置提供单元29还能够适于允许用户输入目标位置，并且适于提供所输入的目标位置。特别地，目标位置提供单元29能够包括允许用户(像医师)在不同的二维x射线投影图像中指示目标(即在该实施例中为二尖瓣)的用户接口，以便在目标的二维x射线投影图像中指示二维位置。目标位置提供单元29然后能够通过使用已知技术基于所指示的二维位置和已经用于采集相应的二维x射线投影图像的对应的采集方向来确定目标的三维位置，已知技术可以例如基于角度测量。因此，目标位置提供单元29能够适于允许用户经由二维x射线投影图像上的指示间接地输入目标位置。目标位置提供单元29还能够适于允许用户直接输入目标的三维位置。例如，在一实施例中，心脏的三维图像和/或三维模型可以被提供，其中，目标位置提供单元可以适于允许用户在三维图像中和/或在三维模型中指示目标位置。
介入系统1还包括用于提供指示介入仪器10的可能配置的配置信息的配置信息提供单元34。在该实施例中，配置信息提供单元34适于提供例如限定介入仪器10的可能形状的可能几何配置。可能配置能够被存储在配置信息提供单元34中，其中，配置信息提供单元34能够适于提供所存储的配置信息。然而，配置信息提供单元34还能够适于基于当介入仪器10被移动时由位置和形状提供单元12提供的介入仪器的当前位置和形状来确定配置信息，并且适于提供所确定的配置信息。特别地，在执行介入流程之前，医师或另一用户能够被要求以不同方式(尤其是尽可能多的)修改介入仪器的几何配置，特别地，修改介入仪器的形状，其中，这些不同的几何配置能够通过位置和形状提供单元12来监测，并且监测到的几何配置能够由配置信息提供单元34用于确定配置信息。配置信息提供单元34可以适于将监测到的几何配置确定为可能配置。配置信息提供单元34还能够适于基于监测到的几何配置来确定额外的可能配置，例如，通过在监测到的几何配置之间进行内插。
介入系统1还包括用于基于介入仪器10的当前位置和形状、目标位置和介入仪器10的可能配置来确定允许介入仪器10到达目标45的针对介入仪器的可能路径的路径确定单元30。所确定的可能路径然后被示出在显示器33上。为了确定可能路径，已知的优化算法能够被使用。优化算法能够使用取决于在介入仪器已经如由可能路径限定的那样被移动之后介入仪器与目标之间的距离的目标函数，其中，优化算法能够适于尤其是迭代地确定可能路径，使得目标函数在所提供的介入仪器的当前位置和形状、所提供的目标位置和配置信息的考虑下被优化。优化算法能够考虑像解剖信息和/或介入流程约束的另外的信息，如将在下面进一步解释的。
介入系统1还能够包括用于提供指示至少如由其当前位置和形状限定的介入仪器10的当前位置与目标位置之间的对象7内的解剖结构的解剖信息的解剖信息提供单元48。解剖信息可以被提供为例如人7的心脏8的解剖结构的三维图像或三维模型。特别地，非人特异性心脏模型可以被提供，其中，这种心脏模型可以通过调整心脏模型而变成人特异性的，使得它对应于由x射线C型臂系统2生成的心脏的二维x射线投影图像。例如，心脏模型能够被调整使得模拟二维x射线投影图像的采集的计算的前向投影尽可能多地匹配所采集的二维x射线投影图像。
介入系统1还能够包括用于提供当在执行介入流程期间移动介入仪器10时要考虑的介入流程约束的介入流程约束提供单元49。介入流程约束能够限定例如介入仪器10应当在哪个角度下接近目标。其他介入流程约束也能够被限定，像到对象的解剖部分所需要的最小距离。
路径确定单元30能够适于还基于所提供的解剖信息和/或基于所提供的介入流程约束来确定可能路径。如果允许介入仪器10到达目标的可能路径是不能确定的，则路径确定单元30还能够适于基于介入仪器10的当前位置和形状、目标位置、介入仪器10的可能配置并且还任选地基于所提供的解剖信息和/或所提供的介入流程约束来确定允许介入仪器10到达尽可能靠近目标的位置的可能路径。
介入流程约束还能够限定介入仪器必须在到达目标之前经过一个或若干特定位置，所述一个或若干特定位置可以被预先限定或可以在介入流程期间被限定。例如，在经皮二尖瓣修复流程的情况下，介入流程约束能够限定介入仪器10必须穿过房间隔42中的穿刺位置41，使得路径确定单元30需要确定可能路径，使得当介入仪器10的远端被布置在如图2中示意性地且示范性地示出的目标位置处时，介入仪器10的一部分被布置在穿刺位置41处，其中，为了确定可能路径，介入仪器10的穿刺位置41、目标位置和可能配置被考虑。在该实施例中，在不考虑解剖信息的情况下确定可能路径可以是可能的，因为能够假设左心房43足够大，使得介入仪器10能够在穿刺位置41与目标45之间被自由地移动。
由于位置和形状提供单元12、目标位置提供单元29、配置信息提供单元34、解剖元素指示符提供单元44、图像提供单元2、介入流程指示符提供单元46、解剖信息提供单元48、介入流程约束提供单元49和显示器33用于确定和显示允许介入仪器10到达目标的可能路径，其中，该可能路径辅助医师将人7内(尤其是人7的心脏8)内的介入仪器10导航到目标，这些部件能够被认为是用于在介入流程期间辅助导航人7内的介入仪器10的导航辅助系统的部件。
在下文中，用于在介入流程期间辅助导航人7内的介入仪器10的导航辅助方法的实施例将参考在图3中示出的流程图示范性地被示出。
在步骤101中，目标位置由目标位置提供单元29提供，其中，目标位置限定介入仪器10要被移动到的目标45的位置。此外，指示介入仪器10的可能配置的配置信息由配置信息提供单元34提供。任选地，解剖信息提供单元48可以提供指示人7内的解剖结构的解剖信息，并且/或者介入流程约束提供单元49可以提供当在执行介入流程期间移动介入仪器10时要考虑的介入流程约束。
在步骤102中，介入仪器10的当前位置和形状由位置和形状提供单元12提供，并且在步骤103中，允许介入仪器10到达目标45的可能路径基于介入仪器10的当前位置和形状、目标位置、介入仪器10的可能配置并且任选地还基于解剖信息和/或介入流程约束来确定。在步骤104中，所确定的可能路径被示出在显示器33上。优选地，目标位置也被示出在显示器33上。此外，解剖信息可以被示出在显示器33上，其中，该解剖信息可以是由解剖信息提供单元48提供的解剖信息或其他解剖信息。解剖信息可以是心脏的图像或模型，使得所确定的可能路径能够相对于例如心脏的解剖结构被可视化在显示器33上。
在步骤105中，确定终止准则是否被满足。该终止准则可以是用户是否已经将导航辅助方法应当被停止输入到介入系统1中，尤其是输入到导航辅助系统中。用户可以指示导航辅助方法应当经由输入单元32被停止，所述输入单元例如是键盘、计算机鼠标、触控板、脚踏开关、由手致动的按钮等。如果终止准则被满足，则导航辅助方法在步骤106中结束。否则，导航辅助方法以步骤103继续。因此，介入仪器10的当前位置和形状被持续地监测，基于介入仪器10的相应的当前位置和形状来持续地确定可能路径，并且可能路径的显示被持续地更新，直至终止准则被满足，以便当介入仪器10的位置和/或形状被改变时，实时地提供可能路径。
上面描述的x射线引导的微创流程使得能够省去由于术中危险而被拒绝的外科手术的对患者的操作。由于经导管性质，介入限制了医师(其可以是心脏病专家)能够遵循的进入路径。介入仪器(像导管)通常仅具有几个自由度；因此能够由介入仪器(其也可以被认为是外科手术工具)使用的路径基本上受它已经遵循的路径和位于前面的解剖结构约束。有时，解剖结构提供了对介入仪器的前进的可能性的大量约束。尤其地，血管结构可以提供强约束。然而，当从(诸如在心脏腔室内的)解剖结构未预期到约束时，未来路径的可能性基本上由通过医师的过去决定确定的当前路径和介入仪器的自由度来给出。自由度能够由指示介入仪器的可能配置的配置信息限定。
在没有上面参考图1至3描述的导航辅助系统和方法的情况下，在当医师必须做出路径决定的时刻，仅医师的专业知识在预测保证目标的安全到达的可能未来路径方面提供帮助。例如，在经皮二尖瓣修复流程期间，尤其是在经皮边缘对边缘二尖瓣剪切修复流程期间，医师必须决定房间隔应当在哪个位置处被刺穿。该穿刺位置必须处在正确的地方处，以便允许介入仪器(尤其是导管)在心房中安全地转弯并到达二尖瓣。
上面参考图1至3描述的导航辅助系统和方法因此通过提供关于针对介入仪器的未来可能路径的即时视觉反馈，所述未来可能路径可以从如优选通过光学形状感测测量的介入仪器的当前三维位置和形状开始被示出。例如，介入仪器的可能未来路径基于关于介入仪器和关于介入流程的先验知识(即，例如，基于指示介入仪器的可能配置的配置信息和介入流程约束信息)来进行可视化。
指示介入仪器的可能配置的配置信息单元还能够被认为是介入仪器的规范，并且它优选地限定其几何性质和其自由度允许它到达的可能配置的范围。例如，在二尖瓣修复流程的情况下，导管10可以支承用于修复二尖瓣的剪切设备55，并且可以具有如在图2中示意性地且示范性地图示的具有跟随有笔直部分直到导管的远端的锐弯的特性几何结构。在没有导航辅助系统和方法的情况下，仅强专业知识允许医师预测用于中隔穿刺的哪个穿刺位置将会允许医师以相对于二尖瓣45的正确入射角放置剪切设备55。
如果介入仪器的可能配置(尤其是介入仪器的可能形状的空间)未通过例如先前的测量被获知，则它们能够根据由光学形状感测测得的形状来推测。这能够隐式地通过记录尤其是在介入流程期间由医师引起的介入仪器的移动并且通过推测自由度以及几何跨度(即，例如，最大曲率)来执行。这还能够显式地通过要求医师或另一用户进行测量步骤来执行，其中，介入仪器的自由度在可能路径的确定和路径可视化之前(特别是在介入流程之前)被单个地激活。那些推测技术能够对在线确定与影响配置信息的其他介入仪器一起使用的特定介入仪器的配置信息特别有用。例如，为了确定与导丝和/或鞘管一起使用的导管的配置信息，其中，导管和导丝和/或鞘管甚至可以被插入到彼此中，可以要求医师操纵导管，并且导管的不同位置和/或形状可以被记录并且用于确定配置信息。导管的位置和/或形状也可以介入流程的前进期间被记录，而无需明确要求医师操纵导管以便确定配置信息，其中，在这种情况下所记录的位置和/或形状也可以用于确定配置信息。
通过考虑目标位置，来自介入仪器的当前位置和形状的所有可能路径的空间之中的一个或若干相关路径能够被呈现。目标位置能够基于可以由介入流程指示符提供单元提供的流程的类型的先验知识和从由图像提供单元提供的图像(像x射线投影图像和/或超声图像)提取的可能的额外信息来自动提供，其中，这些图像可以例如示出心脏的腔。目标位置也可以通过允许医师在二维或三维图像和/或建模人的解剖结构的二维或三维模型中放置标记由医师手动地提供。所提供的目标位置能够是限定目标的点或区域的位置。目标位置能够包括目标的位置以及任选地还有目标的取向，尤其是在介入仪器相对于目标的入射角是重要的情况下。
基于介入仪器的可能配置、目标位置和可以通过光学形状感测获知的的介入仪器的三维位置和形状，介入仪器的可能路径能够被计算，并且被动态地显示在屏幕上，以帮助医师权衡不同的选项并且允许医师做出明智的决定。这些决定中的一个可以是在经皮边缘对边缘二尖瓣修复流程期间房间隔应当在哪个位置处被穿过。穿过的位置(即穿刺位置)必须被明智地选择，以使得能够将介入仪器的远端(尤其是被定位在介入仪器的远端处的剪切设备)正交于二尖瓣安全地放置而不损伤心房壁。导航辅助系统和方法能够适于示出如在图4中示意性地且示范性地图示的从介入仪器的当前位置到目标或尽可能靠近目标的一个可能路径或一系列可能路径。
图4示出了介入仪器10的远端51，在该范例中所述介入仪器是在房间壁42上的位置41处的导管。尤其地基于介入仪器10的当前位置和形状并且因此还基于在房间壁42处的远端51的当前位置41，允许介入仪器10正交地到达目标45的可能路径50被确定并被显示，在该实施例中，所述目标是在左心房43内的二尖瓣。当医师重新放置介入仪器10使得远端51被布置在房间壁42上的另一位置处时，新的可能路径被确定并被显示给医师，以便允许医师决定房间壁42是否应当在介入仪器10的远端51的当前位置处被刺穿或远端51是否应当被移动到可能更合适的房间壁42上的另一位置处。
尽管在上面描述的实施例中介入流程是二尖瓣修复流程，但是该导航辅助系统和方法还能够用于在另一介入流程期间(例如，在电生理学流程期间)辅助和导航对象内的介入仪器。
本领域技术人员通过研究附图、说明书以及权利要求书，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
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实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
由一个或若干个单元或设备提供的流程，像对介入仪器的当前位置和形状的提供、对目标位置的提供、对配置信息的提供、对解剖信息的提供、对介入流程约束信息的提供、对可能路径的确定、等等，能够由任何其他数量的单元或设备来执行。根据导航辅助方法的导航辅助系统的这些流程和/或控制能够被实施为计算机程序的程序代码单元和/或被实施为专用硬件。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
本发明涉及一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助系统。基于提供的所述介入仪器的当前位置和形状、提供的限定所述介入仪器要被移动到的目标的位置的目标位置和提供的指示所述介入仪器的可能配置的配置信息，允许所述介入仪器到达所述目标的可能路径被确定。当医师移动所述介入仪器时，所确定的可能路径以及优选地还有所述介入仪器的当前位置和形状以及所述目标位置能够被实时地显示在显示器上，由此辅助所述医师导航所述介入仪器。

Claims (12)

1.一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助系统，所述导航辅助系统包括：
-位置和形状提供单元(12)，其用于提供所述介入仪器(10)的当前位置和形状，
-目标位置提供单元(29)，其用于提供限定所述介入仪器(10)要被移动到的目标(45)的位置的目标位置，
-配置信息提供单元(34)，其用于提供指示所述介入仪器(10)的可能配置的配置信息，
-路径确定单元(30)，其用于基于所述介入仪器(10)的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述配置信息来确定允许所述介入仪器(10)到达所述目标(45)的针对所述介入仪器的可能路径(50)，以及
-显示器(33)，其用于显示所确定的可能路径(50)，所述导航辅助系统的特征在于，
所述配置信息提供单元(34)适于基于当所述介入仪器(10)被移动时由所述位置和形状提供单元(12)提供的所述介入仪器(10)的当前位置和形状来确定所述配置信息，并且适于提供所确定的配置信息。
2.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述位置和形状提供单元(12)适于通过光学形状感测来提供所述当前位置和形状。
3.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统还包括解剖元素指示符提供单元(44)和图像提供单元(2)，其中，所述解剖元素指示符提供单元用于提供指示解剖元素的解剖元素指示符，所述图像提供单元用于提供示出所指示的解剖元素的所述对象(7)的图像，其中，所述目标位置提供单元(29)适于基于所提供的解剖元素指示符和所提供的图像来确定所述目标位置，并且适于提供所确定的目标位置。
4.根据权利要求3所述的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统还包括介入流程指示符提供单元(46)和分配提供单元(47)，其中，所述介入流程指示符提供单元用于提供指示要被执行的介入流程的介入流程指示符，所述分配提供单元用于提供介入流程指示符与指示解剖元素的解剖元素指示符之间的分配，其中，所述解剖元素指示符提供单元(44)适于基于所提供的介入流程指示符和所提供的分配来确定所述解剖元素指示符，并且适于提供所确定的解剖元素指示符。
5.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述目标位置提供单元(29)适于允许用户输入所述目标位置，并且适于提供所输入的目标位置。
6.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统还包括解剖信息提供单元(48)，所述解剖信息提供单元用于提供指示所述对象(7)内的解剖结构的解剖信息，其中，所述路径确定单元(30)适于还基于所述解剖信息来确定所述可能路径(50)。
7.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统还包括介入流程约束提供单元(49)，所述介入流程约束提供单元用于提供当在执行所述介入流程期间移动所述介入仪器(10)时要考虑的介入流程约束，其中，所述路径确定单元(30)适于还基于所述介入流程约束来确定所述可能路径(50)。
8.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，如果允许所述介入仪器(10)到达所述目标(45)的可能路径是不能确定的，则所述路径确定单元(30)适于基于所述介入仪器(10)的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述介入仪器(10)的所述可能配置来确定允许所述介入仪器(10)到达尽可能靠近所述目标(45)的位置的可能路径。
9.根据权利要求1所述的导航辅助系统，其中，所述导航辅助系统适于执行经皮二尖瓣修复流程，其中，所述目标位置提供单元(29)适于提供所述二尖瓣(45)的位置作为所述目标位置。
10.根据权利要求9所述的导航辅助系统，其中，所述经皮二尖瓣修复流程包括在穿刺位置(41)处刺穿房间隔(42)，以便允许所述介入仪器(10)被引入到所述对象(7)的心脏(8)的左心房(43)中，其中，所述路径确定单元(30)适于确定用于当所述介入仪器(10)的远端(51)被定位在所述房间隔(42)上的所述房间隔(42)旨在被刺穿的位置(41)处时到达所述二尖瓣(45)的可能路径(50)。
11.一种用于执行介入流程的介入系统，所述介入系统包括：
-介入仪器(10)，
-根据权利要求1所述的导航辅助系统，其用于在所述介入流程期间辅助导航对象(7)内的所述介入仪器(10)。
12.一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括程序代码单元，当被运行在根据权利要求1所述的导航辅助系统上时，所述程序代码单元用于使所述导航辅助系统执行一种用于在介入流程期间辅助导航对象内的介入仪器的导航辅助方法，所述导航辅助方法包括：
-由位置和形状提供单元(12)提供所述介入仪器(10)的当前位置和形状，
-由目标位置提供单元(29)提供限定所述介入仪器(10)要被移动到的目标(45)的位置的目标位置，
-由配置信息提供单元(34)提供指示所述介入仪器(10)的可能配置的配置信息，
-由路径确定单元(30)基于所述介入仪器(10)的所述当前位置和形状、所述目标位置和所述配置信息来确定允许所述介入仪器(10)到达所述目标(45)的可能路径(50)，
-由显示器(33)显示所确定的可能路径(50)，所述导航辅助方法的特征在于，
所述配置信息提供单元(34)基于当所述介入仪器(10)被移动时由所述位置和形状提供单元(12)提供的所述介入仪器(10)的当前位置和形状来确定所述配置信息，并且提供所确定的配置信息。
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