CN111163692B - 依据体内测量重建解剖结构 - Google Patents
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Abstract
一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；使用所述生成的变换将所述一组测量样本中少于一半的所述测量变换为一组几何位置；以及从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
Description
相关申请
本申请根据119(e)和120要求以下文献(如果适用的话)的优先权权益：2018年1月12日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR RECONSTRUCTION OF INTRA-BODYELECTRICAL READINGS TO ANATOMICAL STRUCTURE(用于将体内电读数重建为解剖结构的系统和方法)”的PCT/IB2018/050192；2017年1月12日提交的题为“SYSTEMS AND METHODSFOR RECONSTRUCTION OF INTRA-BODY ELECTRICAL READINGS TO ANATOMICAL STRUCTURE(用于将体内电读数重建为解剖结构的系统和方法)”的US62/445,433；2018年7月3日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR RECONSTRUCTION OF INTRA-BODY ELECTRICALREADINGS TO ANATOMICAL STRUCTURE(用于将体内电读数重建为解剖结构的系统和方法)”的US 62/693,478；以及2017年8月17日提交的题为“FIELD GRADIENT-BASED REMOTEIMAGING(基于场梯度的远程成像)”的US 62/546,775，所述文献的披露内容通过援引并入本文。
技术领域和背景技术
在本发明的一些实施例中，本发明涉及通过体内探头进行体腔导航的领域，并且更具体地涉及依据通过体内探头的测量来重建体腔形状。
心脏病学和其他医学领域中的若干医疗程序包括使用诸如导管探头等体内探头来实现组织靶向诊断和/或治疗，同时最小化程序侵袭性。用于导航导管并监测治疗的早期的基于成像的技术(诸如荧光镜检查)继续进行改进并且现在加入了诸如电磁场引导的位置感测系统等技术。
发明内容
以下是本发明的实施例的一些示例。应当注意，本发明的一些实施例包括来自多个示例的特征和/或可以包括少于一个示例中描述的所有特征。
示例1.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；
使用所述生成的变换将所述一组测量样本中少于一半的所述测量变换为一组几何位置；以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
示例2.根据示例1所述的方法，其中，变换少于一半的所述测量包括使用少于25％的所述测量进行变换，所述测量被选择以增加所述测量样本的空间均匀性。
示例3.根据示例1或示例2所述的方法，包括在所述生成变换之前对所述测量样本进行归一化。
示例4.根据示例1至3中任一项所述的方法，其中，所述生成是在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的距离的情况下执行的。
示例5.根据示例1至4中任一项所述的方法，其中，所述生成是在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的取向或方向的情况下执行的。
示例6.根据示例1至5中任一项所述的方法，其中，所述生成是独立于关于所述体积的所述形状的任何信息执行的。
示例7.根据示例1至6中任一项所述的方法，其中，所述从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状包括基于所述一组几何位置和外部参考位置进行重建。
示例8.根据示例1至7中任一项所述的方法，其中，所述生成包括使用所述一组中的至少30个位置作为所述一组中的其他位置的参考位置。
示例9.根据示例1至8中任一项所述的方法，其中，所述生成仅使用受试者的所述部分内的参考位置。
示例10.根据示例1至9中任一项所述的方法，其中，所述生成是使用一个或多个约束来约束的。
示例11.根据示例10所述的方法，其中所述一个或多个约束包括对测量样本所变换到的多个位置的相对位置的约束。
示例12.根据示例11所述的方法，其中，所述约束适用于局部位置之间的几何关系，所有局部位置均在小于所述重建的体积的最大半径的20％的半径内。
示例13.根据示例12所述的方法，其中，约束包括相干性要求。
示例14.根据示例11至13中任一项所述的方法，其中，所述几何关系包括距离。
示例15.根据示例10至14中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个约束包括对所述测量样本的约束。
示例16.根据示例10至15中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个约束包括对一个或多个测量样本与所述一组位置中的一个或多个位置之间的关系的约束。
示例17.根据示例10至16中任一项所述的方法，其中，所述生成包括允许将在其间具有已知距离的位置处获取的两个样本变换到其间距离不同的位置。
示例18.根据示例1至17中任一项所述的方法，其中，所述生成的变换不是各向同性的并且变化至少一个数量级。
示例19.根据示例1至18中任一项所述的方法，其中，生成变换包括在一个或多个约束的条件下搜索变换。
示例20.根据示例19所述的方法，其中，生成变换包括
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换，
示例21.根据示例20所述的方法，其中，被变换到对应的多对位置的多对测量与期望的对距离相关联，并且所述成本函数包括距离失真惩罚项，所述距离失真惩罚项随着所述一对位置内的距离与其对应的期望对距离之间的差的绝对值的增加而增大。
示例22.根据示例20和21中任一项所述的方法，其中，生成所述多个测试变换包括忽略测量，条件是所述忽略使所述成本函数减小得大于预定的减小量。
示例23.根据示例20至22中任一项所述的方法，其中，所述成本函数包括抗扁平化惩罚项，其中，随着沿所述一组测量样本的轴线测量的方差相对于所述一组的其他轴线减小，所述抗扁平化惩罚项增大。
示例24.根据示例20至22中任一项所述的方法，其中，所述成本函数包括用于执行所述变换的缩放系数的乘法逆的和。
示例25.根据示例1至24中任一项所述的方法，其中，生成变换包括基于测量样本的添加来修改现有变换。
示例26.根据示例1至25中任一项所述的方法，其中，生成变换包括使分配到邻近测量的位置之间的距离的可变性最小化。
示例27.根据示例26所述的方法，其中，所述最小化被应用于通过所述体内探头上携带的至少两个传感器基本上同时测量的对所述交叉电磁场的测量的子集。
示例28.根据示例27所述的方法，其中，减小可变性的标准包括减小变换的测量之间的基于变换的距离与所述测量的位置之间的已知距离之间的差。
示例29.根据示例1至28中任一项所述的方法，其中：所述生成包括针对所述交叉电磁场中的每一个确定对应的缩放系数，所述缩放系数适用于缩放所述变换到位置的每个所述交叉电磁场的测量。
示例30.根据示例29所述的方法，其中，所述缩放系数共同定义矢量a，并且所述测量共同定义测量矩阵X，并且所述缩放系数根据表达式乘积diag(a)X适用于每个组成员。
示例31.根据示例29和30中任一项所述的方法，其中，所述生成包括确定适用于所述交叉电磁场中的每一个的每个缩放的测量的位置位移。
示例32.根据示例31所述的方法，其中，所述位移是基于由所述测量组成的测量云的内蕴几何来确定的。
示例33.根据示例1至32中任一项所述的方法，包括在所述生成之前沿着根据所述交叉场定义的不同轴线缩放所述测量样本。
示例34.根据示例1至33中任一项所述的方法，包括在所述变换之后响应于几何约束来调整所述一组位置和/或所述形状。
示例35.根据示例1至34中任一项所述的方法，包括在所述变换之前减小所述测量样本的尺寸。
示例36.根据示例1至35中任一项所述的方法，包括在所述变换之后对所述一组位置或所述形状进行缩放、平移和/或定向。
示例37.根据示例1至36中任一项所述的方法，其中，所述测量样本包括所述场的电压测量。
示例38.根据示例1至37中任一项所述的方法，其中，所述测量样本包括在一个点处对多个场的同时测量，其中，每个场的参数随时间变化而具有不同的变化。
示例39.根据示例1至37中任一项所述的方法，其中，所述测量样本包括每个测量样本至少8个测量值。
示例40.根据示例1至39中任一项所述的方法，其中，所述一组位置中的每个位置包括3D空间位置。
示例41.根据示例1至40中任一项所述的方法，其中，所述一组位置中的每个位置包括时间戳。
示例42.根据示例1至41中任一项所述的方法，其中，所述一组位置中的每个位置包括针对生理周期的相位指示。
示例43.根据示例1至42中任一项所述的方法，其中，所述测量到的场中的至少一个由所述探头生成。
示例44.根据示例1至43中任一项所述的方法，其中，重建所述形状包括使用滚球算法从所述一组几何位置重建所述形状。
示例45.根据示例1至44中任一项所述的方法，其中，重建所述形状包括使用包括膨胀和腐蚀的拓扑算子从所述一组几何位置重建所述形状。
示例46.根据示例1至45中任一项所述的方法，其中，重建所述形状包括重建心脏或其一部分的形状。
示例47.一种用于基于对在体腔内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建受试者的体腔形状的设备，所述设备包括：
计算机电路系统，所述计算机电路系统被配置成
使用体内探头上携带的至少两个传感器接收对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的；以及
使用少于一半的所述测量通过找到从所述测量到几何空间的变换基于所述测量之间的比较来重建所述体腔形状的3D模型；以及
显示器，所述显示器被配置成至少显示对重建的3D模型的指示。
示例48.根据示例47所述的设备，其中，所述测量的所述比较包括所述测量之间的距离的比较。
示例49.一种用于重建受试者的体腔形状的系统，所述系统被配置成进行示例1至46中的任一项。
示例50.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成是在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的距离的情况下执行的；
使用所述生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；
以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
示例51.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成是在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的取向或方向的情况下执行的；
使用所述生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；
以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
示例52.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换，其中，所述生成仅使用受试者的所述部分内的参考位置；
使用所述生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；
以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
示例53.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
由计算机电路系统基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换，其中，所述生成是使用一个或多个约束来约束的；
使用所述生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；
以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
下面是一些附加示例：
附加示例1.一种基于对在体腔内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建受试者的体腔形状的方法，所述方法包括：
由计算机电路系统接收使用体内探头上携带的其间具有几何关系的至少两个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的；以及
基于使用所述测量中的不同测量向重建施加一个或多个约束使用所述计算机电路系统来重建相对于彼此进行所述测量的位置，所述约束定义测量和/或位置之间的关系；以及
基于重建的位置显示所述体腔形状的模型。
附加示例2.根据附加示例1所述的方法，其中，所述重建是在不使用到外部参考测量的距离的情况下执行的。
附加示例3.根据附加示例1和2中任一项所述的方法，其中，所述重建是在不使用到外部参考测量的取向或方向的情况下执行的。
附加示例4.根据附加示例1至3中任一项所述的方法，其中，所述测量中的所述不同测量的所述比较包括所述测量之间的距离的比较。
附加示例5.根据附加示例1至4中任一项所述的方法，其中，所述重建包括将所述交叉电磁场的所述测量分配到位置，使得姐妹位置之间的距离的可变性被最小化。
附加示例6.根据附加示例5所述的方法，其中，姐妹位置是分配到姐妹测量的位置，并且姐妹测量是由所述体内探头上携带的彼此相距已知距离的所述至少两个传感器基本上同时测量的对所述交叉电磁场的测量。
附加示例7.根据附加示例6所述的方法，其中，减小可变性的标准包括减小姐妹位置的距离与所述已知距离之间的差。
附加示例8.根据附加示例1所述的方法，其中：所述重建包括针对所述交叉电磁场中的每一个确定对应的缩放系数，所述缩放系数适用于缩放每个所述交叉电磁场的测量。
附加示例9.根据附加示例8所述的方法，其中，所述缩放系数共同定义矢量a，并且所述测量共同定义测量矩阵X，并且所述缩放系数根据表达式乘积diag(a)X适用于每个组成员。
附加示例10.根据附加示例8和9中任一项所述的方法，其中，所述重建包括确定适用于所述交叉电磁场中的每一个的每个缩放的测量的位移。
附加示例11.根据附加示例10所述的方法，其中，所述位移是基于由所述测量组成的测量云的内蕴几何来确定的。
附加示例12.根据附加示例1至11中任一项所述的方法，其中，所述重建包括：
基于不同的参数从所述测量重建多个重建；
根据成本函数评估所述多个重建中的每一个；以及
基于所述评估提供重建以进行所述显示。
附加示例13.根据附加示例12所述的方法，其中，每对姐妹测量与期望的姐妹距离相关联，并且所述成本函数包括距离失真惩罚项，所述距离失真惩罚项随着姐妹距离与其对应的目标姐妹距离之间的绝对差的增加而增大。
附加示例14.根据前述附加示例中任一项所述的方法，其中，基于所述重建的位置显示所述体腔形状的模型包括使用滚球算法从所述重建的位置生成所述模型。
附加示例15.根据前述附加示例中任一项所述的方法，其中，基于所述重建的位置显示所述体腔形状的模型包括使用膨胀和腐蚀从所述重建的位置生成所述模型。
附加示例16.根据前述附加示例中任一项所述的方法，其中，所述重建缺少关于所述体腔形状的先验信息。
附加示例17.如前述附加示例中任一项所述的方法，其中，所述重建包括搜索使成本函数最小化的变换，并且所述成本函数被配置成对变换成R云进行惩罚，所述R云沿一个维度相对坍塌。
附加示例18.一种用于基于对在体腔内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建受试者的体腔形状的设备，所述设备包括：
计算机电路系统，所述计算机电路系统被配置成
使用体内探头上携带的至少两个传感器接收对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的；以及
基于所述测量之间的比较重建所述体腔形状的3D模型；以及
显示器，所述显示器被配置成显示重建的3D模型。
附加示例19.根据附加示例18所述的设备，其中，所述测量的所述比较包括所述测量之间的距离的比较。
附加示例20.一种用于重建受试者的体腔形状的系统，所述系统被配置成进行附加示例1至17中的任一项。
除非另有限定，否则本文中使用的所有技术和/或科学术语具有如本披露所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。虽然类似或等同于本文所描述的那些方法和材料的方法和材料可以用于本披露的实施例的实践或测试中，但下文中描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，本专利说明书(包括定义)将占据主导。另外，材料、方法和示例仅是说明性的并且不旨在一定是限制性的。
如将由本领域的技术人员了解的，本披露的各方面可以具体化为一种系统、方法或计算机程序产品。因此，本披露的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或者将软件和硬件方面组合的实施例的形式，所有实施例在本文中通常均可以被称为“电路”、“模块”或“系统”(例如，可以使用“计算机电路系统”来实施方法)。此外，本披露的一些实施例可以采取在一个或多个计算机可读介质中具体化的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质在其上具体化有计算机可读程序代码。本披露的一些实施例的方法和/或系统的实施方式可以涉及手动地、自动地或以其组合的方式执行和/或完成所选任务。此外，根据本披露的方法和/或系统的一些实施例的实际仪器和设备，所选的若干任务可以通过硬件、软件、或固件和/或其组合例如使用操作系统实施。
例如，用于执行根据本披露的一些实施例的所选任务的硬件可以被实施为芯片或电路。作为软件，根据本披露的一些实施例的所选任务可以被实施为由计算机使用任何适合的操作系统执行的多个软件指令。在本披露的一些实施例中，方法中和/或由系统执行的一个或多个任务由数据处理器(在本文中也被称为“数字处理器”，参考使用数字位群组进行操作的数据处理器)执行，诸如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储装置(例如磁性硬盘和/或可移除介质)。可选地，还提供了网络连接。还可选地提供了显示器和/或用户输入装置(诸如键盘或鼠标)。这些实施方式中的任一者在本文中更一般地被称为计算机电路系统的实例。
一个或多个计算机可读介质的任何组合可以用于本披露的一些实施例。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或者前述内容的任何适合的组合。计算机可读存储介质的更多具体示例(非穷举列表)将会包括以下各项：具有一条或多条导线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式致密盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或者前述各项的任何适合的组合。在本文件的背景下，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何有形介质。
计算机可读存储介质还可以包含或存储供这样的程序使用的信息，例如，以由计算机可读存储介质记录的方式构造的数据，使得计算机程序可以将所述数据作为例如一个或多个表格、列表、阵列、数据树和/或另一种数据结构来进行访问。在本文中，以可检索为数字位群组的形式记录数据的计算机可读存储介质也被称为数字存储器。应当理解，在一些实施例中，在计算机可读存储介质在本质上不是只读的和/或不处于只读状态的情况下，计算机可读存储介质可选地也用作计算机可写存储介质。
在本文中，数据处理器被说成“被配置”成在其耦合到计算机可读存储器以从所述计算机可读存储器接收指令和/或数据的情况下执行数据处理动作、处理所述指令和/或数据和/或将处理结果存储在同一个或另一个计算机可读存储器中。(可选地对数据)执行的处理由指令指定。处理动作可以另外或替代性地由一个或多个其他术语来指代；例如：比较、估计、确定、计算、识别、关联、存储、分析、选择和/或变换。例如，在一些实施例中，数字处理器从数字存储器接收指令和数据、根据指令处理所述数据和/或将处理结果存储在数字存储器中。在一些实施例中，“提供”处理结果包括传输、存储和/或呈现处理结果中的一者或多者。呈现可选地包括示出在显示器上、通过声音指示、打印在打印件上或以其他方式给出呈人类感官能力可访问的形式的结果。
计算机可读信号介质可以包括具有在其中(例如，在基带中或作为载波的一部分)具体化的计算机可读程序代码。这种传播信号可以采取多种形式中的任何一种形式，包括但不限于电磁的、光学的或其任何适合的组合。计算机可读信号介质可以是并非计算机可读存储介质并且可以传送、传播或输送用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何计算机可读介质。
在计算机可读介质上具体化的程序代码和/或由此使用的数据可以使用任何适当的介质来传输，所述介质包括但不限于无线、有线、光纤电缆、RF等或前述各项的任何适合的组合。
用于执行本披露的一些实施例的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述一种或多种编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)以及常规的程序化编程语言(诸如“C”编程语言或类似的编程语言)。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分地在用户的计算机上执行并且部分地在远程计算机上执行、或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络连接到用户的计算机，或者可以进行到外部计算机的连接(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。
下文可以参考根据本披露的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本披露的一些实施例。应理解的是，流程图图示和/或框图中的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指明的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制造制品，所述制造制品包括实施流程图和/或框图的一个或多个框中指明的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指明的功能/动作的过程。
附图说明
本文中仅通过示例的方式参考附图描述了本披露的一些实施例。现在具体详细参考附图，应当强调的是，所示出的细节是通过示例的方式并且是出于对本披露的实施例的说明性论述的目的。在这方面，结合附图进行的描述使得本领域技术人员清楚可以如何实践本披露的实施例。
在附图中：
图1A是根据本披露的一些示例性实施例的用于使用体内探头重建体腔形状的方法的示意性流程图；
图1B是根据本披露的一些示例性实施例的用于连同体内探头一起使用体腔重建的方法的示意性流程图；
图1C是根据本披露的一些示例性实施例的用于基于来自体内探头的数据更新体腔重建的方法的示意性流程图；
图2示意性地表示了经由电压/空间映射映射到表示心脏的左心房的腔室的空间而示出的电压样本云的样本位置；
图3A至图3C示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在交叉电磁场内测量到的电压的空间分布根据诸如组织运动等变化的条件的变化；
图4示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的相对于人体的坐标系，所述坐标系包括心脏区域中的电磁场限定的坐标系；
图5A至图5B分别示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的呼吸相位θ随时间推移的变化以及身体组织在呼吸期间移动的相关位置变化；
图5C至图5D分别示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的心跳相位φ随时间推移的变化以及身体组织通过心跳移动的相关位置变化；
图5E示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的位置Px根据心跳相位φ和呼吸相位θ两者随时间推移的变化；
图6示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在体腔内使用体内探头收集附加位置数据的模式；
图7示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的定位在身体上以用于产生体内映射和/或导航所使用的电磁场的体表电极；
图8A至图8B示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的由体表电极产生的主电磁场的方向；
图9A至图9B示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的由体表电极产生的若干辅电磁场的方向；
图10示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在体腔组织病变期间体腔重建的改进和使用；
图11示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的到重建服务模块的输入和由重建服务模块执行的功能；
图12示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的与重建服务模块一起使用的导管导航和治疗系统；
图13是流程图，示意性地展示了根据本披露的一些实施例的将V云变换为R云的方法；并且
图14是流程图，示意性地表示了根据本披露的一些实施例的减少离群值测量对V云到R云变换的影响的方法。
具体实施方式
在本发明的一些实施例中，本发明涉及通过体内探头进行体腔导航的领域，并且更具体地涉及依据通过体内探头的测量来重建体腔形状。
概述
本发明的一些实施例的一方面涉及基于来自多个传感器(例如，体内探头，所述体内探头携带相对于体内探头的几何形状可选地占据已知间隔位置的多个传感器(诸如电极))的测量来重建受试者(例如，经历导管插入程序的患者)的体腔形状。术语“腔”在本文所描述的本发明的各种实施例中用作具体示例，因为探头在这种腔中可以具有相对的移动自由。然而，本文所描述的方法和设备还可以用于并非完全中空的身体体积(例如，身体部位的体积)，例如，利用探头破坏体积中的组织以收集在不同位置处的测量或者利用探头在所述体积的自然通道(诸如血管)内移动。
在一些实施例中，重建(过程)可以包括生成身体体积形状的3D模型(所得的重建产品)。例如，可以使用一些参数来定义将测量转移到位置的变换(在本文中也称为变换或变换函数)，并且搜索这种参数的值(所述变换在这些参数的值下遵循一些约束)以提供从测量云到对应的位置云的变换，所述位置云可以表示为一组几何位置。体腔的3D模型可以使用已知方法从此位置云获得，例如，滚球算法或使用应用于几何位置(可选地，在壳体上)的腐蚀和膨胀拓扑运算或使用其他壳体重建方法(例如，找到大量壳体并将其变平滑)。应注意，重建形状这一最后动作是可选的，并且一些实施例可以将所述一组几何位置用于除3D形状重建以外的用途。具体地，在下面描述的任何实施例中，“重建”方法可以包括变换，但是可以省略对形状的实际重建。
在一些实施例中，重建过程和/或具体地变换(基本上)仅基于与这种测量和/或位置之间的关系有关的测量和规则(例如，约束)并且独立于指定的参考系中的一个或多个(或全部)，诸如患者的病床、体腔形状的先验知识、体腔形状的预先获取的图像等。在一些实施例中，重建过程由已知的空间约束(诸如探头上的所述多个传感器的相对位置之间的距离)引导。可选地，使用通过对从测量到位置的变换的约束定义的局部空间校准，可选地结合对这种变换的空间相干性的约束。在子标题为“对重建的相干性约束”的段落中解释了空间相干性的概念的示例。在本发明的一些实施例中，向多组测量到的值(也称为“测量云”)施加约束并且将所述约束用于重建(例如，通过对这种测量到的值进行比较、对齐和/或数学处理)。例如，数学处理可以包括将解释测量到的值的模型进行拟合。在本发明的一些实施例中，向测量(测量云)施加约束并且将所述约束用于重建—例如：可以用于生成和/或选择从测量空间到位置空间的变换函数。
在本发明的一些实施例中，使用多个测量和/或位置作为其他位置和/或测量的参考点用于生成变换，例如，使用至少10个、至少20个、至少50个或中间数量的测量和/或位置作为例如至少10个、至少20个、至少50个或中间数量的其他测量和/或位置的参考。例如，10个或更多个点可以用作(例如，出于空间比较的目的)10个或更多个其他点的参考。
在本发明的一些实施例中，尽管使用测量来生成变换，但并不是所有的测量都这样使用和/或被变换。例如，对于生成和/或使用变换，忽略了超过50％、70％、90％、95％或中间百分比的测量。可选地，(例如，心脏腔室的)变换使用至少50个、100个、1000个、5000个、10,000个和/或中间数量的测量。
在本发明的一些实施例中，用于生成变换的约束事先是未知的并且作为重建过程的一部分进行计算。在其他情况下，可以事先估计约束，但是可选地由于重建而进行修改。例如，重建可以基于导管或其他探头上的传感器(例如，电极)之间的固定距离。可选地，基于重建重新计算此固定距离，例如，为了支持更好的重建而改变(例如，基于所获取的测量，所述更好的重建具有较低的貌似误差)。可选地或另外地，在一些实施例中，可以使用关于器官的形状的数据，例如，所述形状是中空的并且可能通常是球状体或椭圆体。可选地，在重建期间不使用关于精确的(例如，在10％或5％或更精确的范围内)定向和/或缩放的数据，可选地，在重建之后，使用这种数据。
如本文所使用的，使用术语“重建(reconstruction)”(如相关词语形式，例如“重建(reconstruct)”和“重建(reconstructing)”)来指示基于用作对在目标内的位置的指示的位置数据生成所述目标的三维(3-D)形状的表示的过程和/或过程产物。在本文中，“在(目标)内”的位置应被理解为包括目标的外围和/或表面位置。
在一些实施例中，重建包括从位置数据空间中的一组测量(例如，多个可区分的电磁场的测量，其中，每个场向位置数据空间贡献至少一个维度)到在进行这些测量的物理/几何空间中的相应位置的映射。在一些实施例中，重建包括从V云到R云的映射。
测量(例如，电压测量或其他电气和/或其他测量(例如，如从体内探头测量的))的集合可选地被称为“V云”；即，测量空间中的测量云。术语“V云”还可以指电压样本云，例如如图2所展示的。术语“V云”可以指一组测量样本。测量是例如交叉电磁场的测量，例如电压测量和/或阻抗测量。测量可以是使用体内探头上携带的(多个)传感器进行的对交叉电磁场的测量，所述测量是利用探头在体腔中的多个位置处进行的。
尽管本申请在许多实施例中侧重于电场并且尤其是电压测量，但是应注意，本文所描述的方法可以应用于其他场测量，例如，AC或脉冲磁场的测量以及超声和/或光场的测量。例如，可以在探头上安装适合的传感器，并且可以在体外提供适合的场源。在一些实施例中，适合的传感器和适合的场源可以安装在探头上(或以其他方式连接到可以用于传输的探头电极)。可选地，探头的相同电极可以用于发射和接收(测量)。
更一般地，表征电磁场的每个参数可以用于测量电磁场。在本文中，术语“物理空间”用于指目标所延伸的物理位置的范围，并且术语“测量空间”用于指测量所延伸的范围。物理空间至少是三维的，因为它具有高度、宽度和深度(并且可选地还有时间)，并且测量空间的维度尤其取决于用于测量的频率的数量(或用于区分场的其他手段，诸如符号编码)，其中，例如每个频率对应于一个维度。形成V云的测量被变换到的在物理空间中的位置的集合可选地被称为“R云”。R云还可以指位置云，所述位置云可以表示为一组几何位置。在一些实施例中，重建的3-D形状表示为3-D网格，例如，界定R云中的所有位置的3-D网格。可选地，3-D网格由在R云之上滑动的球体或其他几何形状的路径限定；其中，球体的大小限定球体可以在网格点之间穿透得多深，使得网格表面变得相对平滑。在本发明的一些实施例中，3-D形状表示为一组体素或使用不同的非网格表示进行表示。应注意，尽管场可以同时交叉，但是在一些实施例中，场不是同时活动的，因此场在特定的时间点不会交叉。
应强调的是，在一些实施例中，转换(例如通过将来自V云的测量样本变换到R云中的位置)是基于V云的测量之间的关系(和/或变换到R云的结果之间的关系)以及可选地V云的测量(和/或变换到R云的结果)与测量出这些测量的传感器之间的已知距离之间的关系执行的，而无需使用外部指定的空间参考系。
在一些情况下，术语映射用于反映V云中的样本与R云中的位置之间的对应关系。这不应与体内映射相混淆，由此，使用探头来收集各个位置处的数据，并且稍后将此数据的地图(例如，由医师)例如用于导航。
在一些实施例中，在不使用关于外部参考(诸如在重建的区域之外的任何对象)的位置和/或取向的信息的情况下执行重建和/或变换。例如，重建的发生不需要关于患者的床位、患者的身体上的基准标记等的信息。因此，患者可以移动(例如，相对于病床，或者移动自己的手臂以改变其体内的心脏的取向)而不会影响重建。可以在不提供有测量结果或对相对于一个或多个外部(例如，在用于重建的所述一组几何位置外部和/或除了由探头提供外和/或除了在重建的器官和/或重建的形状内外)参考位置的取向和/或方向的估计的情况下进行重建和/或变换。
此外，重建和/或变换可以在没有关于要重建的体腔形状的任何先验信息的情况下进行，并且在一些实施例中不需要体腔(或其他体积)的预先获取的图像。“外部位置”是指在所得R云之外的位置，例如，在患者的身体(在其中进行了V云的测量)之外的位置，或者例如，距正在重建的身体部位大于2cm、5cm、8cm或中间距离的位置。例如，在一些实施例中，仅使用V云在物理空间中创建R云，所述物理空间在不参考参考点、界标等的情况下定义，所述参考点、界标等存在于来自V云本身的变换可用的事物之外。可选地，依据V云和/或重建的R云的特征来确定R云的取向(例如，出于呈现的目的)。例如，诸如血管、瓣膜、附属物、管壁曲率等R云特征的装置可以用于识别解剖轴，而不是从单独测量的约束强加的解剖轴。
在一些实施例中，基于多个交叉电磁场的体内测量重建受试者的体腔形状是基于测量和/或位置之间的关系执行的，而不使用外部指定的空间参考系。例如，在不使用任何外部参考位置的情况下执行重建。
在本发明的一些实施例中，其形状要重建的目标(在本文中通常称为“目标”)是体腔；其中，由位置数据指示的位置包括体腔形状内的位置。重建的表示至少对目标的形状进行建模。可选地，重建的表示表示与目标形状和/或其上的位置相关联的附加目标特性，例如组织类型、电气和/或介电特性或者另一种特性。
重建过程可选地由诸如模板形状等另外的信息补充，所述模板形状被变换以匹配可用的位置数据和/或用作可用的位置数据所变换到的模板形状。在一些实施例中，重建的表示包括和/或可呈现为目标形状的图像。例如，对体腔进行建模的重建的3-D表示使用3-D渲染软件渲染成体腔的图像。可选地，在产生重建的表示的图像之前，重建的3-D表示经受对其位置数据的预处理变换(例如，展开、整平或另一种变换)。
本文所使用的术语“位置数据”通常是指用于确定空间位置的数据。在一些实施例中，所使用的至少一些位置数据是以组织环境的一个或多个物理特点在探头的当前位置处的测量的形式获得的。探头在一些实施例中是电极探头，并且测量是电气测量。另外地或替代性地，位置数据包括图像数据。位置数据也可以作为约束提供，例如，以向其他位置数据提供上下文并且帮助限定位置数据所指示的空间位置。
在本文中，术语“约束”在若干描述中用于指强加于从测量空间到物理空间的变换的条件。约束可以指强加于从V云到R云的变换的条件。约束可以反映限制可能的测量、位置(在物理空间中)以及测量与位置之间的关系的信息和/或假设。约束可选地不用作“硬性约束”，即，有时它们可以不完全遵守，例如，来自多个电极的同时测量可以被“约束”为被分配到彼此分开固定距离的位置，但是实际上可以分配到具有略有不同的距离的位置。这可能是由于例如测量误差、竞争约束、用于最小化分配的位置中的误差的算法的特征等而发生。如本文所使用的，术语“最小化(minimize)”及其词形变形(诸如最小化(minimizing)、最小化(minimization)等)是指尝试着在给定条件下达到最小的(或接近最小的)可能值，但不保证尝试完全成功。例如，在一些实施例中，利用收敛标准迭代地进行最小化，从而确定何时停止迭代。应用不同的收敛标准可能导致更小的值(例如，通过在最小化上花费更长的计算时间)。尽管如此，所获得的值仍被称为最小化的，虽然本来可以例如通过不同的最小化机制、通过不同的收敛条件等找到更小的值。
在一些实施例中，体内探头是在体腔(例如，心脏腔室，诸如哺乳动物心脏的心房或心室)内移动到不同位置的导管探头，在所述不同位置处，从所述多个传感器取得多组测量样本。这种“组”可选地被视为包括在基本上相同的时间和/或在导管探头基本上保持在相同位置时进行的测量，使得每个组的成员可以通过施加相互的位置约束(诸如已知的相对距离)而彼此相关。
在一些实施例中，所述多个传感器是进行测量的装置的探头承载式检测元件；例如，电极，或另一种装置，例如磁场传感器、声场检测器、光子检测器等。如本文所使用的，术语“传感器”用于指示能够测量和/或感测场的任何装置，例如用于测量电场的任何传感器。传感器可以包括或可以是电极，例如设置在体内探头上的电极。在一些实施例中，可以使用(多个)传感器来测量和/或感测V云。在一些实施例中，传感器还可以用于传输(例如，用于感测的一个或多个电极还可以用于传输电场)。适合与本发明的一些实施例一起使用的传感器产生的位置数据包括感测到的数据，所述感测到的数据“标记”或以其他方式帮助识别被数据获取传感器占据的特定位置。在一些实施例中，识别基于感测电压、声音(例如，超声)、磁力、电磁辐射、粒子辐射的一个或多个人工建立的场和/或另一种场内的位置。在本文中，使用基于电极的电压感测作为主要示例，但是应当理解，其他位置感测方法可选地与本文所描述的方法一起使用、根据需要进行改变。
出于重建并且尤其是例如生成变换的目的，对单独地或组合地被视为识别体腔内的特定位置的一个或多个参数进行测量。可选地，参数在特定条件(例如，心跳相位和/或呼吸相位)下被视为特定位置的标识符。在一些实施例中，测量包括交叉的时变电磁场内的电压的测量。
为了区分场，在一些实施例中，交叉的电磁场以可区分的频率变化和/或使用不同的时间代码。如本文所使用的，交叉的场(crossed field)或交叉场(crossing field)是在彼此不平行也不反平行的方向上定向的场，使得每个场的方向与所有其他场的方向交叉。如果交叉场的数量不小于空间的维度，则交叉场可以允许向空间中的每个点分配场值的唯一组合。
例如，为了映射三维空间，可能需要至少三个交叉场，并且可以使用更多交叉场。与仅利用三个交叉场可实现的鲁棒性相比，更大数量的交叉场可以提供可用于例如噪声降低和/或鲁棒性改进的信息。在一些实施例中，交叉的电磁场的电压梯度用于限定指示作为测量到的电压的函数的空间位置的轴线。由于电压梯度一般是弯曲的和/或以其他方式不规则的，因此到轴线限定的位置的转换通常依赖于使用某种形式的变换。可选地，变换是动态的(例如，根据接触质量、移动伪像等改变)。
在一些实施例中，重建体腔形状以获得由周围组织限制其范围的空隙区域的表示(例如，心脏腔室、血管内腔、胃肠道空间和/或泌尿道内腔)。另外地或替代性地，周围组织的特性也包括在重建中，例如通过将附加测量与体腔形状的边界处的位置相关联。附加测量可以是对电磁场测量(例如，电活动的测量)的补充。特性可以包括组织的测量状态，诸如心肌电活动、组织的介电特性、硬、软和/或空隙填充的身体结构的邻近位置等。
在一些实施例中，体腔形状的重建和/或使用重建在体腔中导航可以通过计算适用于一组测量X中的每个测量x的变换函数T(X)以获得Y来获得；其可以是例如体腔的重建(例如，如果寻求重建的话)或者重建内的位置(例如，如果要引导导航的话)。测量X可以包括从安装在体腔内移动的探头上的多个不同传感器(例如，电极)取得的测量。将测量空间中的测量变换为物理空间中的位置的变换函数在本文中可以称为测量到位置的变换或映射。将V云变换为R云的变换函数在本文中可以称为测量到位置的变换或映射。
在一些实施例中，体腔的预先获取的图像和/或其他数据可以是可用的(例如，体腔的CT图像)并且用于重建和/或体腔中的导航。例如，它可以用于模拟目标中的不同区域处的预期电压梯度，并且这个标识可以用作对变换的约束，例如，当测量到(例如，两个电极之间的)给定电压梯度时，将其变换到模拟存在相同(或类似)梯度的区域的变换将优先于将其变换到其他区域的变换。
在一些实施例中，本文所描述的用于重建的方法可以用于更新身体部位(例如，体腔或其他体积)的预先获取的图像(例如，预先获取的解剖图像，例如CT图像)，以考虑从获取图像的时间开始身体部位中发生的变化。例如，在获得CT图像之后，可以对患者进行治疗(例如，通过提供药物或其他程序)，这可以改变身体部位(例如，扩张或收缩—心脏例如可以根据心跳速率改变平均大小、根据心跳周期改变瞬时大小或者出于其他原因改变)，这种变化可以例如基于改变的身体部位的一组测量进行计算。计算的变化可以应用于预先获取的解剖图像以重建更新的解剖图像(例如，通过移动图像中表示组织的体素)，所述更新的解剖图像可以对应于身体部位的当前状态。还可以更新通过不同的体内探头映射方法、可选地相同的映射方法进行的先前重建。
在一些实施例中，重建体腔是基于对体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量。所述重建可以包括：接收使用体内探头上携带的(多个)传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个样本在一个位置处取得；基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成是在不使用到所述体腔之外的参考位置的距离的情况下执行的；使用生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；以及从所述一组几何位置重建所述体腔的所述形状。
在一些实施例中，重建体腔是基于对体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量。所述重建可以包括：接收使用体内探头上携带的(多个)传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个样本在一个位置处取得；基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成是在不使用到所述体腔之外的参考位置的取向或方向的情况下执行的；使用生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；以及从所述一组几何位置重建所述体腔的所述形状。
在一些实施例中，重建体腔是基于对体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量。所述重建可以包括：接收使用体内探头上携带的(多个)传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个样本在一个位置处取得；基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成仅使用所述体腔内的参考位置；使用生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；以及从所述一组几何位置重建所述体腔的所述形状。
在一些实施例中，重建体腔是基于对体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量。所述重建可以包括：接收使用体内探头上携带的(多个)传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述探头在所述体腔中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个样本在一个位置处取得；基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；其中，所述生成是使用一个或多个约束来约束的；使用生成的变换将所述一组测量样本变换为一组几何位置；以及从所述一组几何位置重建所述体腔的所述形状。
在一些实施例中，生成体腔的3D模型可以包括：接收V云、基于V云生成将V云变换为R云的变换；其中，所述生成是使用一个或多个约束来约束的；使用生成的变换将所述V云变换为R云；以及从所述R云生成体腔的3D模型。
在一些实施例中，体腔形状的重建和/或体腔中的导航(所述导航可以基于重建进行引导)可选地包括对应当如何使用所述一组测量来执行重建强加不同的约束。约束可以包括例如本文所描述的任何适合的约束或者其中的两个或更多个的组合。关于身体部位的重建所描述的约束中的一个或多个约束可以用于身体部位中的导航，例如，在诊断和/或治疗程序期间探头在所述部位中的导航。
对重建的示例性局部空间位置约束
在一些实施例中，可以通过首先假设局部空间位置约束来获得体腔形状的重建(和/或具体地，变换生成)和/或体腔中的导航，所述局部空间位置约束与应用于各组测量的物理条件(比如在进行测量时测量传感器的已知相对距离)一致。在一些实施例中，此假设与多维标度(MDS)算法的使用相结合。MDS算法是指一类算法：其中，将对象(在一些实施例中，电压的测量)放置在N维空间(例如，如本文所描述的，体腔的三维空间)中，使得尽可能好地保留对象间距离(考虑到所有其他可能竞争的约束)。在一些实施例中，体内探头上的传感器的几何构型提供了对象间距离，从而允许将MDS方法用于重建身体部位。在一些实施例中，构型是固定的(例如，刚性导管部分)。在其他实施例中，构型可以是柔性的(例如，柔性探头部分或多个探头)，然而，对探头部分的相对位置仍然可以存在有用的约束，诸如由于探头柔性和可变形性限制和/或其他特性而导致的传感器之间的可能距离。另外，可以使用对探头(或多个探头)的几何特性以及所述探头上携带的传感器之间的相互关系的估计，例如，由位置传感器提供的探头位置值和/或传感器位置值和/或对由邻近结构提供的移动的限制和/或基于探头的各部分的可能的移动速度。应注意，这些约束中的许多是局部的(例如，涉及直径小于重建的形状的最大尺寸的50％、20％、10％或中间百分比的体积)。在一些实施例中，例如，在变换的总体形状上、在变换的均匀性上(例如，与基于身体中的电场的一般预期行为的通用变换相比)和/或基于最接近的同时测量之间的预期距离使用更全局性的约束。
在本发明的一些实施例中，以X获得若干组测量x；每个组x由同一探头上的不同传感器i，j所同时测量到的多个测量xi，xj，...构成；并且其中，至少一些传感器之间的距离(例如，或其他几何约束)是已知的或估计的(例如，包括有界的)，使得距离可以用作约束。而且，在一些实施例中，从每个传感器产生多于一个测量(例如，不同电场的测量，例如，具有不同频率的场的测量)，使得所述一组测量总共包括例如应注意，这些约束可以作为重建的一部分重新计算。
可选地，基本上同时(即，当探头保持在基本上相同的位置时)进行一组中的测量。此外，在一些实施例中，探头上的不同测量位置可选地具有彼此已知的空间关系，所述已知的空间关系在一些实施例中包括局部空间位置约束。可以基于这些已知的空间关系来引导体腔形状的重建；例如，在一些实施例中，可以计算包括所述一组测量x的测量群组X的每个成员的变换函数T(x)，使得|T(Xi)-T(Xj)|≈dij；dij是电极i与电极j之间的距离。
例如，在一些实施例中，由于安装有电极的体内探头的固定几何形状，电极各自彼此相距已知的距离和/或角度。替代性地，在一些实施例中，电极在可变的相对位置，并且变化是基于诸如部署参数等信息(例如，在测量时刻如何展开篮子形体内探头)和/或基于另外的测量(例如，作为对探头变形的指示的力的测量、作为对电极间距离的指示的电极间电导的测量等)来考虑的。可选地，还使用对测量位置的相对取向的附加约束。这种约束可选地是例如从对程序本身的几何/解剖学约束知晓的。
可选地，每个组中的测量是基本上同时的。在本文中，“基本上同时”应当理解为意味着可以在以下情况下获得每个组中的测量：
·实际上同时地(即，具有部分或完全重叠的测量周期)，
·在时间上足够接近，使得可以忽略在获取所述一组期间体内探头的运动，和/或
·在时间上足够接近，使得由于对一组测量进行采样期间的小移动而引起的偏斜可以在必要时被可靠地剔除和/或调整(例如，通过使用对时间相邻样本进行时间加权的求平均)。
可选地，测量的集合被认为是在相对位置(例如，例如通过使用编码器等而固定在特定的相对距离和/或相对角度、在可变但已知的距离或角度)上相互约束的一组测量，而不要求实质上同时进行测量。例如，在体内探头的一部分保持锚定在一个或多个区域处时，可选地取得来自体内探头的多次多个测量。假设其他体内探头部分的相对移动是已知的(例如，通过使用移动编码器)，则可以将其应用于确定相对位置约束。这些测量通过使用固定的锚和已知的弯曲参数提供校准而可选地彼此相关。由此可以理解，并且应当理解通常应用的是，测量(也称为“测量样本”)可选地被视为多“组”测量的成员，其中，每个组的成员可以通过施加不同的相互位置约束而彼此相关。
为简单起见并且出于本文中的描述的目的，示例中经常使用来自固定形状探头的相应电极的多组同时测量。然而，应当理解，在本发明的一些实施例中可选地使用了传感器的其他构型和/或获得空间上校准的“标尺”以约束它们之间的距离的其他方法。在一些实施例中，可以使用约束的距离来确保将目标形状重建成使得电极之间的距离(例如，以mm为单位)在重建的形状周围保持大致相同，即使它们的读数(例如，以mV为单位)之间的差异在不同地点之间变化显著。例如，在一些实施例中，即使相同电极之间的电压梯度改变10倍或更多，导管的长度也被重建为在±15％内保持相同。
在本文中，由彼此分开固定距离的两个电极(例如，因为它们固定到刚性探头部分上)基本上同时测量到的电压可以称为姐妹测量；分配到这种测量的位置可以称为姐妹位置；并且姐妹位置之间的距离可以称为姐妹距离。固定距离本身可以被称为期望的姐妹距离。
在一些实施例中，要找到的变换函数被定义为包括两项：一个给出了V云测量到R云的粗略缩放的变换，并且第二个将位移施加于所述粗略缩放的R云。第二项潜在地帮助克服了可能存在于粗略缩放的变换中的电场非线性和/或非正交性中的至少一些。
例如，通过设想首先将测量X的每个测量组x从测量空间中的坐标系“复制”到物理空间中的坐标系，可以理解本发明的一些实施例的位移方法的粗略缩放项，其中，测量空间轴线中的每一个是例如相应的多个交叉电场中的一个的测量值的轴线；其中，沿着轴线的不同位置表示物理空间中的不同位置。可以沿着每个轴线以不同的比例进行此复制；例如：沿着测量空间中的水平轴线测量的1mV电压差可以对应于沿着物理空间的水平轴线3mm的距离，并且沿着测量空间中的竖直轴线测量的1mV电压可以对应于物理空间中2mm的距离。在符号形式下，可以设想例如通过缩放变换Y＝diag(a)X将电压点X首先“复制”到初始位置点Y，其中，在一些实施例中，a是包括缩放系数a＝(ax，ay，az)的矢量，以距离/测量为单位(例如，mm/mV)。diag(a)指示矩阵对角化矢量a。通过添加位移项W，初始位置点diag(a)X移位位移W，以具有适当的局部缩放(即，使Y中的姐妹距离最佳地对应于传感器之间的已知距离)。应注意，尽管物理空间中的轴线可以是正交的，但是这并不将方法限于这样的实施例：其中，场本身彼此正交或者甚至接近正交(例如，轴线可以离轴例如20度或例如更多)。
提供物理空间中的轴线作为用于描述空间位置的方便手段，并且通过粗略缩放项从测量到位置的变换是任意的。尽管如此，场越正交，此变换就越不那么任意，并且找到最佳变换所需的计算工作量会越小。在本发明的一些实施例中，粗略缩放项主要用于将数据从电压单位(或其他测量)变换为长度单位。另外，如果数据暗示需要沿着某个方向拉伸重建，则与仅当W可用于施加这种拉伸时所需的动作数量相比，粗略缩放项可以允许使用更少数量的动作来这样做(例如，在预先确定粗略缩放项对于所有场都相同的情况下)。
可以用不同的方式分解位移项W，以引导搜索构成其的单独位移。因此，在一些实施例中，位移W被表达为两个矩阵的相乘：W＝UW′，其中，U是X在X的“自然”坐标系中的表示，并且W′是系数(位移系数)的矩阵，所述系数给出了在同一“自然”坐标系(在本文中也被称为保留X的“内蕴几何”的坐标系)中施加的位移的量级。
在一些实施例中，此内蕴几何被定义为包括线性地“独立”的特征(被称为相似度矩阵的特征矢量或本征矢量v，反映了采样的测量之间的相似度)的集合，所述特征“相加”(在各自按其本征值单独缩放本征矢量v后)以产生X的等效表示。
在一些实施例中，将X分解为本征矢量具有将特征根据其空间频率进行分离的效果。例如，如下文所讨论的，关于维持空间相干性可选地使用此特性。
在一些实施例中，核K被定义为表达每对测量之间的距离的量度的矩阵：
核的这种形式可选地被称为径向基函数核并且是相似度矩阵的示例。∑参数是自由变量，可选地将其设为约0.1。可选地，例如通过以下等式中的一个将核K归一化为归一化核
或者
或者
其中，/>
例如使用图形拉普拉斯算子分解归一化核以找到U，使得针对k个最重要的本征矢量u：
本征矢量矩阵U为：U＝[u1，...uk]
本征值矩阵V为：V＝diag([λ1，...λk])
并且所述分解满足：
将刚刚描述的项放在一起会导致X(测量)到Y(位置)变换，这可以由等式Y＝diag(a)X+UW′表达。
每组a和W′提供的构型给出了通常不同的X到Y变换。为了找到提供姐妹距离与期望的姐妹距离(例如，探头上的传感器之间的已知距离)之间的最佳拟合的变换，可以将惩罚与姐妹距离与已知距离的每个偏差相关联，并且此惩罚通过已知的最小化程序最小化。例如，除了对姐妹位置与探头上的传感器之间的已知距离之间的差的惩罚之外，还可选地施加本文所描述的其他惩罚。从算法及其特定的成本函数的角度出发，选择具有最小惩罚结果的a和W′从给定的X给出了“正确的”Y。
对重建的相干性约束
在一些实施例中，可以通过对变换、一组测量和/或变换后的一组几何位置强加相干性约束(例如，相干性模型)来获得体腔形状的重建和/或使用这种重建在体腔中的导航。
在本发明的一些实施例中，相干性约束被添加到对分配到传感器的相对位置的约束(例如，添加到上述具有与期望的姐妹距离类似的姐妹距离的约束)。相干性约束的示例可以是，假设在空间中的邻近区域进行的两次测量产生了在某个度量(例如，一定数量的(例如，5个、3个、2个)交叉场的电压变化小于例如30％、20％、10％或中间百分比)下在测量空间中“邻近”的测量值。类似地，可以约束测量到位置的变换，使得在某个度量下，“邻近”值的每两个测量被变换到彼此靠近的位置。在本发明的一些实施例中，“邻近”根据重建的体积的范围来限定，例如，小于重建的体积的最大尺寸的30％、20％、10％、5％或中间百分比的距离。可选地或另外地，“邻近”根据时间来限定，例如，探头在位置之间移动将会花费多长时间或花费了多长时间，例如，30ms、20ms、10ms、1ms或更短或中间时间。可选地或另外地，邻近被定义为探头几何形状的函数，例如，小于导管上电极之间最小或最大距离的10倍、5倍、2倍或中间倍数。
应注意，同一约束(例如，相干性或已知的距离偏差)可以被视为单个约束(例如，施加于所有数据)或多个单独的约束(例如，单独施加于每个数据点或数据点对)。在一些实施例中，通过聚集约束来简化处理，使得出于优化的目的将这些约束视为一个约束。例如，距离约束可以被定义为对所有距离和电极对的单个约束，所述距离约束可以被放宽或强制为单个约束。
可以设置相干性标准以要求将测量变换到位置的变换将会是平滑的，即，在测量空间中的一个地点的测量的小差异不会导致位置差异比相邻地点大得多。由于探头上的传感器处于相邻地点，因此可以对姐妹距离施加这种约束，即，从探头的一个地点到另一个地点的姐妹距离不会突然变化。这可以例如通过使用利用高频分量对变换进行惩罚的成本函数来实现，并且可以将总体惩罚(在本文中也被称为“成本”)最小化(通过减少高频分量对变换的贡献)以便找到相干性变换。应注意，即使变换是平滑的，变换也可以在不相邻的测量位置处(例如，大于体积直径的10％)在一个或多个维度上变化例如2倍、3倍、4倍或更多倍。
例如，可以通过设置对矩阵U的k个本征矢量分量中的每一个的惩罚来设置相干性标准，并且此惩罚可以在分量的频率更高时更高并且在沿着此分量的位移更大时增大。这样，由仅包括沿低频分量的位移的变换产生的分布将几乎不会受到惩罚，而由包括沿具有非常高频率的分量的位移的变换产生的分布将受到严重惩罚。可以应用最小化程序来使惩罚最小化，以找到导致平滑地改变的姐妹距离的变换(例如，具有主要沿较小频率分量的位移的变换)，这是相干性标准的示例。另外，相干性标准可选地受电压梯度的方向影响(即，梯度方向的变化越小，“越相干”)和/或受梯度本身(和/或其方向)的变化率和/或任何更高阶的梯度导数影响。
另外地或替代性地，在一些实施例中，将变换结果的相干性增强使用的本征矢量数(k的值)。在一些实施例中，k为50至250左右；可选地或替代性地，k是X中的测量矢量x总数的20％至25％左右的值。例如，如果仅使用k个最低频率分量，则k越大，变换的相干性可能越小。然而，更大的k(即，允许沿着U的更多分量进行变换)会产生更大的灵活性并有更大的机会使成本函数中的其他项最小化(例如，对与期望的姐妹距离类似的姐妹距离的要求)。
测量距离以用于限定相干性和/或姐妹距离的度量可以是例如欧几里德距离。在一些实施例中，度量可以是“自然”距离，例如，在测量云的自然几何中定义的欧几里德距离，即在U矩阵的分量上。在一些实施例中，度量可以是测量限定的矢量空间(即，包括多个不同的测量到的参数作为矢量分量的矢量空间)中的距离，但是也可以比其更复杂。
可选地，相干性约束可以表达为ΔXij∝ΔYij，其中，ΔXij是X中的测量到的值的两个位置i，j之间的变化(例如，相对于多个交叉的电压梯度定义的轴线改变的电压测量)，并且ΔYij是要重建的体腔Y内所述两个位置i，j之间的空间位置(例如，在适合的度量下的距离)的变化。
比例符号∝应被理解为是指任何适合的相干性度量和/或算法(相干性模型)，不一定是恒定的均匀比例。例如，可选地允许比例参数在测量值的范围内变化(例如，至少为2倍、3倍、4倍或中间值或更大值)。在一些实施例中，相干性模型允许比例参数平滑地变化和/或根据预期行为的模型变化，例如，在除了映射到的空间的边缘或其他特定区域附近之外的任何地方平滑地变化。
如所提及的，在物理空间或测量空间中，距离不一定是直接欧几里德距离。在一些实施例中，例如，测量可以形成测量云(例如，在一些测量矢量空间中)，并且测量所变换到的空间位置可以形成位置云。在一些实施例中，两次测量之间的自然距离可以被限定为所述两次测量之间仅通过测量云的最短路径的长度。仅通过云的路径在本文中被称为云内路径。类似地，两个空间位置之间的自然距离可以被限定为所述两个空间位置之间仅通过位置云的最短路径(即，空间中的最短云内路径)的长度。在一些实施例中，测量云可以被分段，在这个意义上，它包括不同的区段；例如，连接到多个外围区段中的每一者的中心区段。
外围区段可以仅通过从一个区段进入中心区段并从其离开而回到另一个区段的通路进行互连。在这种实施例中，两个外围区段可以具有在欧几里德意义上邻近的点(例如，测量)，但是它们之间的自然距离很长，因为它们之间的每个云内路径都经过中心区段。在这种实施例中，使用自然距离测量相干性可以保留对测量云的分段，使得位置云保持类似地分段。即，在自然距离方面要求相干性的变换可以将分段的测量云变换成类似地分段的空间位置云。这种变换(无论是基于云内相干性还是通过不同手段保留分段)在本文中可以被称为分段保留变换。分段保留变换可能适于保留心脏腔室的特征；例如，用于保留连接到左心房并且彼此分离的肺静脉。
将分段的测量云变换成类似地分段的位置云的分段保留方法的示例可以包括：将每个测量分配到测量云中的区段；以及将每个测量变换到分段的空间位置云中的位置，这要求将分配到测量云中的同一区段的测量变换到空间位置云中的同一区段并且将分配到测量云中的不同区段的测量变换到空间位置云中的不同区段。这种分段保留方法可以代替基于欧几里德距离的相干性条件或者另外使用。例如，在一些实施例中，相干性可以主要基于欧几里德距离，其中，区段保留被用于例如通过不允许其欧几里德距离足够短于其自然距离的点之间的差异影响相干性模型来防止区段聚结。
局部缩放和其他约束的组合
在一些实施例中，将局部空间约束(例如，在姐妹距离上)和相干性相关约束的方法用于变换的组合方法中(例如，生成满足这些约束的变换)。通过使用误差(等效地被称为成本、惩罚或“能量”)减小加权方案来可选地协调每一者的输出，例如如现在所描述的。
最初，在一些实施例中，由“真实”体腔形状Y限定的详细的或可选地甚至总体的几何形状是未知的，但是仍然可以通过根据所施加的约束变换测量的变换来获得有用的近似。近似的“有用性”的目标可选地取决于程序的细节以及甚至程序内的特定任务的细节；并且可以有多个标准来评估重建的准确性，所述多个标准可选地同时(例如，作为并发惩罚权重)和/或分别应用(例如，以获得针对不同组的惩罚权重优化的重建)。在一些实施例中，例如，作为消融手术的一部分，“有用的近似”的目标是能够在某个相对误差界限内将相邻的小病变彼此相邻地放置；例如，在0.5mm、1mm、2mm、4mm、8mm或者其他某个中间误差界限内的误差。另外地或替代性地，有用的近似的另一个目标是相对于目标组织的标志在某个误差界限内定位小病变的关联链(或其他分组)；例如，在1mm、2mm、4mm、8mm或者另一个中间误差界限内的误差。
在一些实施例中，已知通过固定在彼此相距已知距离处的传感器获得测量，例如，因为它们是从在体内探头上以固定距离定位的多个不同传感器获得的。然而，已知的相对位置约束不限于使用被布置成线性、标尺状构型的传感器。例如，在一些实施例中，传感器成对地布置，其中，一对中的每两个电极靠近得使得导管实际上无法在它们之间折叠，但对间距离足够大以使得导管可以在对之间折叠。在这种实施例中，对内距离可以是已知的，并且对间距离可以是未知的。已经发现，对内距离可以足以获得有用的近似。成本函数可选地包括基于测量的距离和/或相对角度的另一个约束。例如以符号表达的测量是位置约束的，使得可以找到产生距离|T(Xi)-T(Xj)|＝ΔY′ij的变换，其中，结果可能是实际距离的充分近似。可选地，通过刚才概述的“能量”或误差/惩罚减小的过程来找到变换。
仅考虑局部空间校准(例如，使用MDS的和/或基于姐妹距离的)约束，每个单独的一组测量(例如，在不同时间和/或在目标中的不同位置处进行的一组测量)的相对位置是不关联的。测量本身会受到测量噪声的影响。因此，关于不同的测量组在空间中应如何彼此相关，可能仍存在不确定性。
在一些实施例中，至少部分地通过将关于测量空间中的距离与物理空间中的距离之间的相干性的假设并入到重建算法中来缓解这个问题。可选地，相干性和局部空间校准约束相对于彼此加权，以实现减小的变换误差和/或重建(通常)误差。
从概念上讲，加权可以被认为允许相互位置约束充当标尺、测量位置之间的差异(以电极之间的距离为单位)并且影响和/或部分地超越局部相干性条件。相反，相干性约束可以帮助将不同组的测量分配到空间中的位置，同时减轻测量噪声的失真效应。随着进行更多测量，对探头在其中移动的体腔的限制将限制移动的程度，使得重建Y′可能增长为更接近于腔的实际形状Y(在本文中，符号Y′可以用于指定这样的上下文中的重建：其中，强调其与实际腔形状的区别)。
在一些实施例中，例如，变换T被限定为在满足相干性条件和局部空间约束两者的情况下使适当加权的联合误差最小化的变换。例如，可选地从|T(Xi)-T(Xj)|＝ΔY′ij≈ΔYij中找到关于局部空间约束的误差，其中，误差是Y′中的距离与Y中的已知真实世界距离的偏差(例如，误差是|Y′-Y|或另一个适合的误差度量)。类似地，可选地从ΔX∝ΔY″≈ΔY′中找到关于相干性的误差，其中，误差是Y′中的距离与相干性建模输出Y″的差(例如，误差是|Y′-Y″|或者另一个适合的误差度量)。误差的最小化是通过任何适合的技术，例如统计分析和/或梯度下降。符号≈在本文中用于示出通过使用适合的重建程序使在所述符号两侧的项之间(在这种情况下，在T(x)与Y之间)的差异最小化，但无法保证相等。
在一些实施例中，排他地或几乎排他地基于传感器测量、传感器测量的已知距离以及可选地假设的相干性模型来产生Y的重建。
在一些实施例中，排他地或几乎排他地基于对一组测量强加局部空间位置约束和可选地相干性约束来产生Y的重建。
在一些实施例中，可以通过使用频谱分解的方法(例如，通过扩散映射算法)来获得相干性变换。在一些实施例中，这种变换可以是分段保留的。例如，在本文中使用位移的概念描述的实施例根据分量的空间频谱频率可选地被修改以通过分量的选择和/或加权来保留相干性，位移沿着所述分量发生。
只要变换违反约束，就可以通过向变换施加惩罚来具体化每个约束。例如，使姐妹距离尽可能精确到其已知距离的约束可以具体化在对产生与已知“标尺”长度偏离的姐妹距离的变换施加的“惩罚”中：偏差越大，惩罚越大。因此，调整变换以减小惩罚应用了用于减小姐妹距离的可变性的标准。在一些实施例中，减小姐妹距离的可变性减小了姐妹距离与期望的姐妹距离之间的差异。在一些实施例中，鼓励姐妹距离尽可能类似于已知距离的成本函数惩罚将是对在整个变换期间鼓励姐妹距离尽可能保持恒定的成本函数惩罚的补充。在一些实施例中，鼓励使姐妹距离与期望的姐妹距离之间的差异最小化的成本函数惩罚可能导致姐妹距离的可变性减小，而不会对可变性提出明确的约束。
相干性约束可以是例如W是平滑的；例如，在这样的意义上是平滑的：如果将所述项表示为沿着不同空间频率的线性地独立的空间分量的位移的组合，则所述项仅包括或主要包括沿着低空间频率分量的位移。
相较于受云的主要结构特点影响，高频率的本征矢量通常受测量云中的噪声影响更大。因此，仅考虑与最低频率相关联的本征矢量允许在清除噪声的一部分的同时掌握云的主要结构，并且确保例如位移UW′将会具有至少一些平滑性。
此外，减小最高频率的本征矢量的贡献减小了问题的维度，因为潜在的位移W′限于沿着低频率本征矢量的位移(及其线性组合)。这可以被认为是在云中限定一些子云(所述子云也可以被称为区段)，所述子云共同再现云的主要结构特点并且将位移限制在这些子云内。因此，这种方法可以被认为是分段保留的。
通过向位移的各个分量施加“惩罚”，可以实现使位移平滑地并且以相干的方式改变的约束：分量的空间频率越高，对其贡献的惩罚就越大。一旦获得使总体惩罚最小化的位移W(例如，对于姐妹距离可变性的惩罚与对于高空间频率的惩罚的和(可选地，加权和))，就可以使用所述位移来使初始位置移位到其新位置，所述新位置表示可以用于身体部位的重建的位置云。从位置云(例如，一组几何位置)到重建(即，其中位置云中的点相互连接以形成定义云的外部边界的网格的模型)是本领域已知的并且通常不是本披露的主题。可以在例如以下文献中找到示例方法：Bernardini,Fausto,Joshua Mittleman,HollyE.Rushmeier,Cláudio T.Silva和Gabriel Taubin,“The ball-pivoting algorithm forsurface reconstruction[用于表面重建的滚球算法]”IEEE Transactions onVisualization and Computer Graphics 5[IEEE可视化与计算机图形汇刊5](1999):349-359，所述文献的披露内容通过援引并入本文。因此，术语位置云(或R云)和重建在本文中可互换地使用。可以使用标准最小化程序来执行查找使惩罚最小化的W。
在一些实施例中，使用V云的内蕴几何来暗示相干性标准，并且在算法的操作中不需要将相干性标准指定为单独的机制。这可以例如通过将平滑性标准(所述平滑性标准越大，得到的惩罚就越大)限定为WTVW来实现，其中，V是对应于构成U的本征矢量的本征值的对角矩阵。
可选地，设置一些另外的条件以引导重建过程，例如，关于以下各项的广泛假设：被测量的电磁场的取向和电压范围、标志的位置和/或对体内探头基于其大小、柔性、腔室的进入点等可以物理地到达的位置和/或取向的全局约束。在一些实施例中，为重建设置详细的初始条件。在本发明的一些实施例中，在变换之前和/或不用作变换的一部分，这种初始条件不包括参考点或用于相对于点定义测量的位置的参考系。
对重建的附加约束
本发明的一些实施例的一方面涉及基于相干性和局部空间位置的约束(例如，体内探头上的传感器的几何构型)使用附加约束来创建体腔重建和/或更具体地变换。可选地，附加约束是基于用于成形或约束刚刚描述的重建的附加信息。
解剖数据
在一些实施例中，附加信息包括已知的解剖数据。可选地，解剖数据相当详细并且特定于患者。例如，解剖数据可以直接从患者获得，诸如来自MRI或CT数据的分段，和/或来自使用其他数据的重建，例如基于电测量的映射创建的先前的重建(例如，用于更新先前的重建和/或变换而不是构建新的变换和/或用于使用旧的测量样本和新的测量样本来修改/更新先前的变换，其中，先前的变换可选地是搜索空间中的起点)。可选地，解剖数据不太特别与患者匹配，例如，从图谱数据获得(例如，与患者年龄、性别、体重等匹配)。可选地，解剖数据是部分的；例如，包括对重建缩放到的解剖标志之间的相对距离的说明。例如，可以约束重建，使得独立于测量获知的解剖标志之间的单独已知距离与在解剖标志处进行的V云测量之间分配的距离以及传感器之间的已知距离一致。此外，标志位置之间的单独已知距离结合由传感器在解剖标志处进行的测量可以提供关于标志处的测量梯度(例如，以mV/mm为单位)的数据。然后可以将标志之间的测量差异(例如，以mV为单位)除以梯度，以获得标志之间的物理距离(例如，以mm为单位)。在一些实施例中，这种物理距离被约束成与可用于重建过程的附加信息一致。在一些情况下，解剖信息包括基于解剖限制和/或探头操纵与解剖学的预期相互作用将测量限制为沿着线或在限定的空间内。例如，可以预期将导管缩回以沿心脏壁限定线，并且可以将所有测量约束为仅在重建空间中放置线(例如，以一定的有限宽度和/或曲率)。
这种附加信息可以从CT数据、MRI数据、图谱数据、先前的重建或者任何其他适合的来源获得。在一些实施例中，解剖数据(例如，体腔的解剖图像或数据)可以用于对重建强加相似度约束，例如，使得重建的身体部位可以类似于从解剖数据Y预期的那样，例如：可以计算变换T(x)，使得T(X)≈Y，其中，Y基于解剖数据。
可选地，这个变换在程序开始时用作初始状态并且随着更多位置数据变得可用而被代替和/或改进。
在一些实施例中，通过对探头本身的移动的约束来识别标志。例如，可以在探头从未经过的区域处识别腔的壁。在一些实施例中，基于标志附近的特征电介质和/或电传导特性来识别标志。
在一些实施例中，将预期测量值在空间中如何分布(至少近似地)的映射用作约束。为了用于导航，这可以例如基于空间中的电磁场电压的模拟、基于对电极构型和/或身体组织介电特性的考虑。
在本发明的一些实施例中，使用通过其他手段(诸如基于光学、超声、磁场或电磁场的方法)进行的位置感测作为对重建的约束。例如，将由位置传感器指示在例如1mm的距离内的两个点约束为保持在所述距离处。可选地，这种约束是灵活的并且可以被修改以获得更好的变换。这种位置数据(如果可用的话)也可以用于从R云重建腔体、生成缩放和/或生成取向信息。在另一个示例中，使用成像数据(诸如x射线数据或来自体内或外部超声成像仪)来提供约束。
在本发明的一些实施例中，使用解剖约束作为对感测到的场的约束。例如，通过定义组织位置可以如何影响电场的形状(例如，如所述位置处的变换所证明的)，使用组织位置作为约束。如可以了解的，像其他约束一样，变换生成过程可以引起组织位置和/或组织特性发生改变。
应注意，在一些实施例中，初始样本集合可能由于由周围组织引起的场变形的存在而变形(例如，如以上“FIELD GRADIENT-BASED REMOTE IMAGING(基于场梯度的远程成像)”申请中所指出的)。可选地，保留示出了这种变形的测量点(例如，或基于局部低密度的测量假设具有这种变形)连同变形，所述测量点可以指示远程地(例如，非接触式)定位的组织的形状。可选地，使用由这种点指示的这种形状作为对变换的约束和/或用于确定重建的体积(例如，作为指示表面附近的点)。
辅场
本发明的一些实施例的一方面涉及基于相干性的约束和体内探头上的传感器的几何构型使用辅场来重建体腔。
在本发明的一些实施例中，三个电磁场可能足以用于重建，但是可以使用更多的电磁场。所述三个电磁场可以由体表电极产生(从其传输)，所述体表电极被配置成建立三个交叉的时变电场，使得在每个基本方向(X、Y和Z)上存在一些显著的电压变化分量。在单独成对的相对体表电极用于每个轴线的情况下(例如，连接在公共电路中的每对的成员)，这可选地包括六电极构型。在本发明的一些实施例中，还以任何适合的组合(成对和/或在电极组之间)在非相对的体表电极之间产生(传输)电磁场。在一些实施例中，除了前三个之外，在体表电极之间产生的补充电磁场也用于重建。这些“补充”场对于主要用于体内探头导航而言不一定是最佳的；例如，因为它们的梯度在感兴趣区域中不是非常线性的，和/或因为它们没有定向成在感兴趣区域中提供陡峭的梯度。然而，作为一组补充场，它们提供了空间有序的感测数据的来源，在本发明的一些实施例中，所述感测数据来源用于帮助约束重建和/或提高准确性。
在本发明的一些实施例中，当使用多于三个场时，可以将尺寸减小的方法应用于所测量的数据。例如，可以将位置处10个场的一组测量的维度缩减为三个或四个维度。可以使用本领域已知的降维方法。在本发明的一些实施例中，维度重建使用机器学习技术来确定若干种可能的缩减中的哪一种提供了最佳解决方案。这可以针对一组患者执行。替代性地或另外地，例如，作为施加于变换的约束的示例，可以对每个患者进行降维，所述约束是各个场上的权重和/或指示要组合的场值，其中，权重的变化指示哪些场和/或其组合参与了变换。
替代性地或另外地，可以选择所述三个(或其他数量)最佳场来使用。可选地，选择使用哪些场可以随着重建体积而变化。可选地，在相邻位置处使用的场中存在重叠，以帮助确保重建体积中的两个位置处的变换函数之间的相干性。
周期性地变化的数据
本披露的一些实施例的一方面涉及使用周期性地变化的数据来约束测量到体腔的重建的变换。
在一些实施例中，由于组织结构随时间推移发生变化，X中的测量可能无法唯一地可映射到体腔重建Y′中的位置。例如，心脏的形状以及心脏的各个腔室的形状在呼吸期间改变并且自然地在心跳期间也改变。例如，人类心脏典型地每秒跳动1至2次，并且如果以每秒100次的速率收集数据，则从心脏的约50至100个不同相位收集数据。当体腔处于不同形状时收集数据可能会不合期望地影响重建。例如，心脏形状在心跳期间的变化可能导致心脏内的小位置在重建的较大部分上模糊。在一些实施例中，在测量交叉电磁场的同时收集指示体腔形状的周期性变化的周期性地变化的数据。此数据可以包含例如心跳速率、ECG信号等。在一些实施例中，此周期性地变化的数据用于减少体腔形状的周期性变化对体腔重建的影响。
例如，由于呼吸和/或心跳引起的组织移动可以改变心脏腔室中的电磁场的电压分布的形状，使得固定在某个位置的探头仍然测量相位电压变化。在本披露的一些实施例中，从测量空间到物理空间的变换被限定为不仅依赖于对电磁场X的测量，而且还依赖于一个或多个周期性地变化的变量(在本文中也称为相位变量)。例如，T可选地取决于呼吸相位的相位变量θ的状态和/或心跳相位的以产生/>可选地，变换结果Y′是相位稳定的，使得它近似于静态腔形状Y(例如，在心跳周期和/或呼吸周期的某个特定相位处的心腔的“快照”)。可选地，Y′是动态的，近似于相位动态腔形状/>可选地，存在相位稳定和相位动态的组合；例如，关于所选的重建的区域和/或关于特定时间依赖性过程的稳定/动态。
在本发明的一些实施例中，通过将体内探头压靠移动的组织区域以使组织相对于探头基本上固定来获得允许对重建区域进行相位独立性识别的数据。在这种条件下测量的测量(在本文中称为“静态测量”)可以主要根据相位变化随时间推移改变。最小化体腔形状的周期性变化对变换的影响可以“清洁”变换不受周期性变化的影响，并且引起不像在没有这种最小化的情况下将会获得的那么模糊的静态重建。
在一些实施例中，可以在以下约束下生成变换：当探头相对于组织固定时收集到的测量云将会被变换成物理空间中的最小半径的位置云，从而最小化周期性组织变化对变换的影响。更一般地，可以约束变换以使静态测量变换到的物理空间的体积最小化。在一些实施例中，这种变换用于变换在探头未被固定时进行的测量，以便最小化周期性形状变化对所获得的重建的影响。在一些实施例中，控制探头的医师可以指示他认为探头相对于组织被固定的时间段，并且只有在这些时间段期间收集的数据才被用于生成变换，所述变换之后用于变换在所有时间收集的数据。
在一些实施例中，通过允许将相同的电压测量与不同的位置相关联来考虑相位运动，这取决于进行测量的(例如，呼吸和/或心跳的)相位。这可以通过使用指示体腔的相位的时变数据作为输入来实现，使得输入具有多于3个维度，例如交叉电磁场的三个电压、一个呼吸相位以及一个心跳相位。在这种示例中，在5维空间(例如，或3D空间的2D阵列)中限定测量之间的距离(例如，如在上述核中出现的)。在一些实施例中，对核的这种限定允许不同地变换在不同相位收集到的数据并且提供其中相位运动的影响最小化的重建。
应当注意，固定位置技术还潜在地在接触电极(与组织直接接触)和非接触电极(与组织间隔开)两者处进行测量。基于与在接触固定的组织参考区域时进行的测量的相似性，完全脱离接触的测量组可以潜在地并入到重建中，从而潜在地有助于将相位影响的信息传播到更远离可以应用固定位置技术的体腔壁的区域中。具体地，在探头自由移动期间的相位影响的测量潜在地将探头自身的移动(例如，由于在锚定位置处被推挤)与环境的变化混合。通过比较来自邻近位置的固定和非固定测量读数，可选地获得探头的移动与邻近组织的移动之间的某种程度的统计分离。
在一些实施例中，通过变换来考虑组织状态的非重复时间依赖性变化。例如，由于在程序期间总体组织厚度和/或腔室大小的变化，可能存在电磁场的电压梯度的变化。这可能是由于例如患者水合作用的变化和/或体腔周围组织的水肿状态的变化(例如，通过消融触发)。心率的变化也可能潜在地引起组织厚度/心脏腔室大小的变化，因为更快的心率导致组织在心跳之间不那么松弛。可选地，例如通过使用周期性抽查来测量这些影响，以确定组织的参考区域的厚度、可选地用于更新重建的信息。在一些实施例中，使用建模(例如，根据心率对腔室大小/组织厚度进行建模)以对变换作出适当的调整。同样，变换结果Y′可选地是动态的(例如，示出了时间依赖性变化)、稳定的(例如，通过考虑它们的影响来抑制变化)或者两者的任何适合的组合。
用于减少重建的人为扁平化的措施
从V云到R云的变换可能产生中间结果，其中，沿着物理空间维度中的一个的缩放与其他空间维度的结果不一致。例如，在变换Y＝diag(a)X+UW′中(其中，a＝(ax，ay，az))，矢量分量ax，ay，az中的一个或多个也可以相对于分量中的另一个来说很小。在分量中的两个分量缩放得大致相等，而第三分量缩放得很小的情况下，所得的R云可能沿所述第三分量的方向坍塌，假设为“煎饼”或“皮塔饼”形状。例如，如果受到惩罚而导致扭曲的姐妹位置之间的已知距离趋于在特定平面中平行定向，则可能发生这种维度坍塌。例如，具有携带电极的线状远端的探头可以在基本上垂直于特定壁的方向上进入重建的空间，从而导致利用平行于所述壁定向的探头对重建的空间较少采样。在一些情况下，例如，当所有测量(或其大部分)来自垂直于特定壁的线时，惩罚最小化可能导致将位置云的所有位置点在一个(或几乎在一个)平面中对齐。
在一些实施例中，通过找到V云的自然轴线(例如，通过诸如主分量分析等统计方法)并且然后根据需要沿着轴线调整缩放以确保所有轴线上的方差相同来抵抗R云扁平化(可选地作为预处理步骤)；可选地，同时还确保了沿每个轴线的方差也独立于其他轴线的方差(即，协方差为零)。可选地，然后使用经过调整的V云作为到V云到R云变换的直接输入。此预处理步骤在本文中也被称为“白化”，类似于图像处理，以实现可能在一个或多个通道中“坍塌”的红色/绿色/蓝色通道彩色图像(类似地，每个通道对应于空间轴线)的白平衡(例如，由于光照条件)。
另外地或替代性地，在一些实施例中，基于成本函数，诸如其以下分量的调和平均数(例如，乘法逆的和)，对常数矢量a的选择服从抗扁平化惩罚项：所述分量可选地适当地归一化(例如，相对于a的欧几里德长度归一化)。然后，如果分量ax，ay，az中的一个相较于其他分量变小，则与这种失真相关联的惩罚迅速增加。根据本发明的一些实施例，潜在地，这防止了扁平化的R云结果吸引寻找矢量a的成本最小化算法，观察到所述矢量的分量通常在正确地成比例的R云中彼此类似。
离群值
本发明的一些实施例的一方面涉及从对将V云转换为R云的变换的确定的贡献中去除潜在的离群值测量。在一些实施例中，离群值也可以从V云本身去除并且因此将不在R云中表示。
出于各种原因(例如，电路特性的间歇性变化和/或来自环境的电干扰)，获得的用作V云的一部分的测量可能出现潜在误差。可以通过分析单独的测量来检测此误差，例如：处于预期值的范围之内或之外，和/或处于实际观察到的值的范围之内或所述范围的某个极值处。在这些意义中的一种或多种意义上出现错误的测量可以分类为离群值测量或“离群值”。
可选地去除可以在收集V云测量期间获取的离群值测量以免在数据处理的任何阶段(例如，在测量本身期间、在将V云变换为R云期间和/或在形成V云之后)使用。在一些实施例中，在离群值检测中应用的期望范围至少部分地基于诸如阈值规则、统计规则和/或限制测量可以时刻改变的速度和/或次数的规则等筛选程序。
在本发明的一些实施例中，基于测量对优化过程本身的影响，在发现将V云转换为R云的最佳(例如，惩罚函数最小化)变换的过程期间执行至少一些离群值去除。出于检测离群值的目的，使用优化的中间结果。从R云重建结果中可选地去除离群值和/或离群值的影响进而潜在地影响识别最佳变换进行的方式。
在一些实施例中，离群值识别包括使用惩罚项，所述惩罚项随着R云中的姐妹位置的距离与期望的姐妹距离之间的相似性减小而增大(距离失真惩罚)，从而指示离群值姐妹测量。总体惩罚最小化过程可选地计算距离失真惩罚，作为寻找V云到R云变换的一部分，目的是保留已知距离。
应注意，根据对变换的积极影响这种对测量的自动化去除也可以用于不是离群值的测量。可选地，变换改进步骤包括测试去除一个或多个样本并检查这种去除对变换得分的影响。可选地，这样去除多个不同的测量和/或其组。可选地，如果去除随机样本不会显著影响变换和/或其得分(例如，具有小于阈值大小影响的影响)，则变换被认为是稳定的。
采样
本发明的一些实施例的一方面涉及将少于所有测量的测量从V云变换到R云。在本发明的一些实施例中，忽略看起来多余的测量。例如，可以忽略在类似的时间取得的和/或具有类似值的多个样本。可选地或另外地，选择样本以提供空间均匀性。在一个示例中，例如基于电压电平对V云进行分区，并且在每个分区中使用不超过一定数量的样本。可选地或另外地，可以期望样本的均匀性或多样性(例如，处于类似的时间和/或类似的生理周期的样本)。可选地或另外地，基于V云和/或R云的连续性来选择样本。在本发明的一些实施例中，以统计的方式选择样本(例如，基于随机数发生器)，并且基于从这些样本生成的变换，选择看起来相对均匀地覆盖腔的第二较大的一组样本。例如，对于一定大小的每个单位空间(例如，介于2mm与10mm之间的立方体)，可以定义最大数量的样本。
在本发明的一些实施例中，期望使用仅短暂访问的位置的样本(例如，出于完整性)，同时忽略经常访问的位置的多个样本。
在本发明的一些实施例中，定义了要使用的样本总数。可选地，当测量到新样本时，丢弃较旧的样本和/或接近新样本但较旧(例如，高于阈值)的样本。
在本发明的一些实施例中，一组样本用于生成变换，而不同的一组实际上被变换。所述不同的一组可以更大或更小，例如，至少为2倍、10倍、20倍、50倍、100倍或中间值。
在本发明的一些实施例中，样本的数量可以取决于区域的重要性。可选地，用户可以指示要使用更大或更小数量的样本的区域，例如，更感兴趣的区域。指示可以例如通过指示感兴趣和/或通过解剖标记和/或任务特定数据(例如，如果任务是PVI，则为PV位置)。
在本发明的一些实施例中，将V云的体积划分为体素(例如，具有相等的体积和/或形状，可选地通过显著性值加权的大小)，并且依据每个这种体素使用测量中的一个(或其他数量)。在本发明的一些实施例中，测量包括由所有导管电极同时进行的测量。
在本发明的一些实施例中，决定要进行的测量数量(例如，1000、5000、10,000或更小或中间或更大的数量)，并且因此选择体素的数量。检查每个体素以查看体素是否已填充。如果填充的体素的数量小于决定的测量数量，则可以将体素细分或将V云重新划分为更大数量的体素，直到决定数量的体素被填充为止。在一些情况下，可以修改体素的形状和/或可以组合体素，以达到期望的体素-测量填充状态。在一些情况下，对体素占用的评估是统计性的，因为仅对体素的样本进行了测试并且基于其评估了所得的占用水平。
归一化
本发明的一些实施例的一方面涉及归一化V云中的值。可选地，沿轴线对值进行归一化(例如，针对被测量的每个场)。可选地，归一化是到固定范围，例如0……1或-1……1。
例如，对每个Vx测量进行归一化，使得焊盘Vx+处的电压为1，并且焊盘VX-处的电压为0(例如，为零的电压测量可以映射到0.5)。
在详细解释本披露的至少一个实施例之前，应当理解，本披露在其应用上不一定限于在以下描述中阐述和/或在附图中展示的部件和/或方法的构造和布置的细节。包括本发明的特征的在本披露中描述的特征能够具有其他实施例或能够以各种方式实践或进行。
用于依据体内探头数据进行组织几何重建的示例性方法和系统
现在参考图1A，所述图是根据本披露的一些示例性实施例的用于使用体内探头11(例如，在图12中示出)重建体腔的表示的方法的示意性流程图。进一步参考图12，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的与重建服务模块21一起使用的导航和治疗系统1。
从电场测量获取空间位置数据
在一些实施例中，获取位置数据(如上文所指出的—可以用于查找位置值的数据)的方法包括使用跨越身体区域2的诸如体表电极5等电极来诱导由电磁场发生器/测量器10(所述电磁场发生器/测量器可选地本身包括多个场生成模块)生成的至少一个时变电磁(EM)场4(例如，三个或更多个交叉电磁场，每一个具有不同的频率)，所述身体区域包括以通过包括导管探头11的导管9进行导航为目标的身体组织区域7。在本文中，关于导管探头11示出的示例应当被理解为可选地适用于被适当地配置成用于通过彼此相距已知距离的至少两个传感器来获得电磁场电压读数的任何可导航的体内探头11。典型地，时变电磁场是以一伏或更低的总电极间电压(体表面到体表)在介于约10kHz与约1MHz之间的频率下诱导的。
在框110处，在一些实施例中，从体内探头(例如，导管探头11)、从探头上的多个(例如，2个、3个、4个或更多个)感测电极3中的每一个感测电极获取位置数据，所述多个感测电极充当用于测量指示位置的电磁场数据的传感器。应注意，例如，如果使用其他某个局部约束(例如，基于电极的预定义的移动速度(例如，值或范围))，则单个电极可能就足够了。
在本发明的一些实施例中，感测电极3相对于彼此处于已知的间隔；例如，固定在距彼此一定距离处。替代性地，如果感测电极3的间隔是动态的(例如，因为探头11可以弯曲)，则可以估计间隔与探头操作(例如，主动变形)的参数和/或测量到的接触(例如，与接触力的测量相关的变形)相关地改变。在一些实施例中，使用已知的间隔作为用于重建体内探头在其中移动的体腔(例如，诸如心脏腔室等中空器官的内腔)的数据的一部分。
在一些实施例中，位置数据由计算机电路系统例如实时地从传感器接收或者从保存从传感器接收的数据的计算机存储器接收。
在继续讨论图1A的元件之前，现在参考图2，所述图示意性地表示了经由电压/空间映射映射到表示心脏55的左心房50的腔的空间而示出的电压样本云的样本位置。(一些实施例可以重建心脏的其他和/或另外的部位，例如，右心房、右心室、左心室、导入和/或导出心脏的瓣膜和/或血管，诸如主动脉和/或腔静脉和/或冠状窦和/或冠状动脉和/或肺动脉和/或静脉；一些实施例重建体内的其他腔，诸如腹腔、GI腔(例如，胃)、膀胱和/或脑。在一些实施例中，腔包括组织，例如，基本上均质的组织(例如，在肝脏或在脑组织内的情况下)，并且可以在实体组织中进行测量或从血管或穿过组织的其他自然内腔中进行测量。)
所述图示出了左心房50中的位置(通常标记为202的点)。点表示在其处进行电压测量以用于重建左心房50的形状的位置。在位置202处进行的电压测量可以用作指示位置202的位置的位置数据的示例。应注意，还可以进行例如对激活电位活动的附加的电压测量。
在位置202的背景中示出了左心房50的壁的一部分的腹侧视图；包括四条肺静脉48的根部。在图2的右下侧(以及在本文的其他图中)的腹侧视图中绘制的半透明心脏55被提供用于定向到心脏的解剖结构。右心房54(半透明浅灰色区域)从心脏的腹侧可见。如所绘制的，左心房50被示出为最暗区域、定位于心脏55的远侧上(在与图2的主要部分中的较大左心房壁部分相同的取向上)。
位置202被绘制成由虚线连接的四个姐妹位置的集群。每个姐妹位置集群表示四电极探头11的电极位置(在LA 50的右下方示出)。出于说明的目的，仅示出一些位置202。对于程序期间进行的现场采样，使用每秒若干样本的采样率。每秒样本数可以是例如每秒至少10个、25个、50个、100个或者中间数量的样本)。在本文中，出于提供示例的目的，使用示出了在电极之间具有不规则间隔的直线四电极探头的图。可选地，可以使用适于引入感兴趣体腔的任何多电极探头。本发明的一些实施例的一个潜在优点在于，其适合与已经可商购获得并且可以广泛使用的各种体内探头一起使用。
在一些实施例中，使用具有2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或更多个电极3的探头11。基本上同时从电极取得的测量可选地包括或限定来自电极的一组测量，所述电极通过它们的布置的已知几何形状或者至少通过它们之间的距离而被约束在它们的相对位置。可选地，探头的充分表征的移动(在固定位置附近的弯曲、导管的轴向平移等)用作指示弯曲的参数，以帮助限定在不同时间取得的测量组之间的已知几何重新布置。
电极3的间隔可选地处于任何适合的距离并且在不同的电极对之间可以是规则的或不规则的。在一些实施例中，体内探头包括刚性部分，其中，电极以距彼此已知(例如，预定和/或可测量)的距离固定到刚性部分。在一些实施例中，体内探头包括多个柔性探头区段(被布置成打开到电极间距离的预定和/或可测量的展开构型，例如，呈“篮子”型和/或“伞”型构型)，每个区段承载呈沿其延伸的构型的多个电极。潜在地，来自更多和/或更广泛分布的电极的测量加速了重建，例如，允许其中部署有探头的腔的“快照”型映射。
另外地或替代性地，在一些实施例中，电极定位在柔性构件上，所述柔性构件可以呈现弯曲形状(例如，通过其在远程控制下和/或响应于接触力而自身倾向于弯曲)；可选地，到形成圆形和/或螺旋构型的程度。承载这种探头的导管有时被称为“套索”导管。在一些套索导管中，电极成对地布置，其中，一对内的电极之间的距离足够小以便即使在导管作为整体弯曲时也是固定的。因此，一些套索导管可以包括限定45个电极对的10个电极，其中，5对电极的特征在于固定的电极间距离，而其他40对中的电极间距离不固定。可选地，通过了解柔性构件的控制状态以及所述控制状态对柔性构件几何形状的影响来计算电极在柔性构件上的相对位置。
可选地，柔性构件的电极在彼此之间传输电信号，并且电信号的电平用于计算距离和/或其上的约束。在一些实施例中，导管包括具有已知对内距离(即，对的成员之间的已知距离)和未知对间距离(即，对之间或属于不同对的电极之间的未知距离)的一对或多对电极。在一些实施例中，导管探头中仅包括两个电极，所述两个电极之间具有已知距离。在一些实施例中，导管探头上的一些电极之间的距离是已知的，并且同一导管探头上的一些电极之间的距离是未知的。所有这些都可以在本发明的实施例中使用，因为一个电极间距离足以提供用于重建的“标尺”，如下面在框112的上下文中描述的，但更大数量的已知距离可以产生更好的重建。如果一个重建提供比另一个重建更有用的目标近似，则可以将所述重建识别为比另一个更好。
在一些实施例中，使用多个探头。可选地，使用第一探头(例如，直探头或柔性构件探头)来获得用于重建目标空间的位置数据，并且基于重建以及由第二探头的电极进行的测量(所述电极与基于从第一探头获得的位置数据分配到位置的测量相关)将第二探头(例如，消融探头)引导到目标空间内的一个或多个选定位置。
可选地，导管中的传感器依靠无线传输来传输要记录和处理的测量。
探头结构约束的和相干性约束的重建
在框112处，在一些实施例中，将感测电极3的已知间隔用于电压/空间映射，由此从由探头电极3测量的电压测量来重建体腔形状。
重建和/或尤其是从V云到R云的变换的主要原理可以理解为使用体内探头的结构作为一种标尺。当这个标尺在多个位置之间移动时，其不会改变其长度。在一些实施例中，可能的变换通过它们保持这个长度恒定的程度进行加权。在这是用于选择变换的唯一标准的实施例中，选择保持这个长度最恒定的变换以用于电压/空间映射。当然，当已知多于两个电极之间的距离时，存在应当固定的更多标尺。
例如，在将由一个传感器在一个实例处进行的每个测量变换到对应的位置(对应于所述实例处的传感器的位置)时，期望将由彼此间隔(例如)2mm的两个传感器进行的测量变换到彼此间隔2mm的两个位置。至少，如果将所述两个测量变换到彼此间隔3mm的位置，则无论探头在何处，都期望这个3mm的距离是相同的。对标尺的固定长度的要求可以转变成对测量梯度与位置梯度之间的灵活变换的要求。例如，分配到传感器1与传感器2的位置之间的距离始终相同，即使由传感器1和传感器2测量到的电压差明显不同(例如，相差10倍或更多)。
在一些实施例中，找到保持姐妹距离(即，分配到标尺的两个位置的位置之间的距离)恒定的变换的方法包括优化过程。这可以理解为从试验变换开始、估计标尺长度在这个变换下改变的程度并且迭代地改变变换以减小这种程度，直到实现标尺长度的最小程度的变化(和/或标尺长度的最大稳定性)为止。
在一些实施例中，迭代地改变试验变换以便不仅最大化标尺长度的稳定性，而且还满足某个加权组合中的一个或多个附加约束。就“标尺”概念而言，如果有助于产生总体上足够更好地维持另一个约束标准的重建，则允许标尺长度在某个区域中(和/或针对某个特定测量)变得更长一点或更短一点。在算法方面，存在增加标尺长度的变化的“成本”，以及增加无法维持任何其他标准的“成本”；并且选择的结果是使其联合成本最小化的结果(可选地使用预定义的权重进行加权)。
应了解，标尺不必固定，而是用一定的权重来定义约束。在一些实施例中，可以先验地灵活定义约束，例如，定义可能距离的范围(可选地通过分布函数)。例如，如果约束规则定义了可能距离的范围，则当找到更好的变换时，可以预期由变换确定的实际距离会发生变化。
在一些实施例中，所使用的一种通用类型的约束标准是例如通过概述中描述的方法中的一种方法来维持变换的空间相干性。相干性的一般原则在于，空间中邻近的位置在它们的其他特性方面也应当接近(并且位置越靠近，它们的特性越接近)；并且具体地，在所述位置测量到的值方面接近以产生位置数据。例如，一种相干变换是将更类似的电压读数变换到更邻近的位置并且将不那么类似的电压读数变换到彼此更远离的位置的变换。在一些实施例中，测量之间的距离根据它们之间的自然距离来限定。例如，在一些实施例中，测量三个不同电场的电压作为位置的指示。这些测量可以表示为三维空间中的点。例如，当在每个场下(例如，在每个频率下)的例如10mW的读数被表示在远离每个轴线10mm的点处时，可以使用笛卡尔轴线系统来呈现电压读数。以这种方式，在许多情况下收集到的测量(例如，以每秒100次测量的速率在1分钟内进行的6000次测量)可以表示为测量云(在本文中称为V云)。V云的形状与目标的形状非常不同，因为场不像笛卡尔系统中的轴线那样是线性的。
尽管如此，本发明人发现，通过使用保持标尺长度恒定和/或至少被约束的相干变换，可以将V云变换成R云，所述R云是目标形状的有用近似。在一些实施例中，可以通过使用V云中的测量之间以及R云中的位置之间的自然距离来增强近似的有用性。云中两点之间的自然距离可以是从一点到另一点而不离开云的最短路径。发现使用自然距离会使变换保留分段并且避免或减少突出形状合并到彼此中。
如本文所提及的，在一些实施例中，一个或多个附加信息源用作产生重建期间的约束。也可以通过为这些附加约束分配成本并找到考虑到标尺长度稳定性、变换相干性和任何其他约束而最小化总成本的变换来灵活地施加这些附加约束。例如，关于图11的功能框1102、1106、1108、1110和1112描述了附加约束的示例。
重建的结构的显示
在框114处，在一些实施例中，提供在框112中产生的重建的结构的当前状态以供使用。在一些实施例中，重建的结构的用途包括以下一项或多项：
显示和/或导航：在一些实施例中，以包括重建的图形模型的视图示出体腔内正在进行的程序的状态。重建的模型可以是基于R云的体腔形状的任何表示，例如，紧密地覆盖使R云在一起的位置的网格的三维渲染。可选地，视图还包括在重建的模型内的位置处的体内探头11的模型。探头模型相对于重建模型的位置对应于实际探头相对于实际目标的估计位置。
指示探头的实际移动的数据可选地用于在所显示的重建模型中对探头运动进行建模，从而允许所述显示用作对导航的辅助。在一些实施例中，所显示的视图包括由图形显示引擎(例如，游戏引擎)维护的场景的实时更新视图，例如如以下各项所描述的：标题为REAL-TIME DISPLAY OF TISSUE DEFORMATION BY INTERACTIONS WITH AN INTRA-BODYPROBE(通过与体内探头的相互作用来实时显示组织变形)的美国临时申请号62/422,705；标题为TISSUE MODEL DYNAMIC VISUAL RENDERING(组织模型动态视觉渲染)的美国临时申请号62/422,708；以及标题为REAL-TIME DISPLAY OF TREATMENT-RELATED TISSUECHANGES USING VIRTUAL MATERIAL(使用虚拟材料实时显示治疗相关的组织变化)的美国临时申请号62/422,713；所述申请各自在2016年11月16日提交并且每个申请的内容通过援引以其全文包括在本文中。然而，应当注意，在上文引用的临时专利申请中，通过CT图像对目标进行建模，而根据本发明的一些实施例，通过目标的重建模型对目标进行建模。
程序评估：在一些实施例中，使用重建以及体内探头移动的记录、其他程序动作的记录(诸如治疗激活)和/或来自重建的体积内的位置的对组织的测量，以生成对程序的评估；例如，对当前程序状态和/或程序成功可能性的评估。可选地，在程序进行时生成评估。这种评估有可能用于例如改变程序规划。可选地，在程序之后生成评估，例如作为对程序成功可能性的估计。关于若干不同类型的程序结果估计器描述了程序评估的方法，例如在2016年11月16日提交的标题为ESTIMATORS FOR ABLATION EFFECTIVENESS(用于消融有效性的估计器)的美国临时申请号62/422,748中；所述申请的内容通过援引以其全文包括在本文中。
程序规划和/或重新规划：在一些实施例中，使用重建以及体内探头移动的记录、其他程序动作(诸如治疗激活)和/或来自重建的目标内的位置的对组织的测量，以支持对程序的规划修订。例如，最初基于程序前成像针对心脏腔室规划的消融线可选地被修订以匹配通过基于体内探头在程序本身期间的移动对心脏腔室进行重建而发现的解剖细节。可选地，基于对重建中揭示的细节的分析来补偿治疗执行与原始规划的偏差(例如，错过的消融位置和/或消融中的不可预见的延迟)。分析可以由执行程序并提供有重建模型的视图的医师进行或者由被编程为分析重建的处理器进行。在一些实施例中，例如，如果发现在完成原始程序之后的某个时间需要另一个治疗程序，则将在原始程序期间产生的重建用作用于规划新的治疗程序的基础。
在框116处，在一些实施例中，作出是否返回到框110并且继续获取探头几何形状约束的电压测量的决定。如果是，则流程图循环回到使用来自框110的数据以在框112处调整重建并且然后提供另一个版本的重建的结构以供使用。只要程序继续，这个循环就可选地继续。在一些实施例中，循环继续以便更新探头模型在重建模型中的位置。在一些实施例中，更新探头模型的位置，但是不更新重建模型。例如，当重建模型足够详细时，可能是这种情况，并且进一步的更新可能不会为医师产生重要的附加信息。不必要的更新可能会分散医师的注意力(例如，通过使视图闪烁)。
考虑电压/空间映射的可变性
当进行根据本披露的一些实施例的方法时，在给定点处测量的电压可以随时间推移发生变化；例如，由于在测量电压的点周围的组织的移动。血液、肌肉、骨骼和空气具有不同的阻抗特性，并且随着它们的相对空间分布在心室(或者任何其他待重建的体腔)周围发生变化，心室中的电压的空间分布也发生变化。因此，由于变化的条件，静态点可以被重建为出现在不同的地点，并且由于变化的条件，基于电压读数重建的任何结构可以被重建为具有以不同程度和不同方式失真的形状。变形也可以是动态的，即，在不同时间是不同的。例如，变化的条件可能会导致测量发生变化，并且改变的测量可能会导致选择不同的变换，这进而可以重建静态点以出现在不同的地点。
现在参考图3A至图3C，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在诸如不同运动相位等不同条件下在交叉电磁场内测量到的电压的空间分布的变化。例如，图3A、图3B和图3C中的每一个可以表示在不同条件下对同一结构(未示出)的重建。
在程序期间可能发生若干不同类型的变化，这可能导致静态限定的电压/空间映射落入和脱离与现实的配准。这些变化中的显著变化是心跳、呼吸和长期变化(诸如水合状态的变化和组织水肿的发展)。
图3A至图3C的3-D电压/空间映射401、402和403(例如，作为变换函数的示例)共同可以表示空间电压分布根据诸如心跳相位和/或呼吸相位等参数的循环变化。异电压表面VXn、VYn和VZn在每个映射中表示相同的电压，但是它们的位置由于它们周围环境的变化而偏移。
假设重建的结构内的电压分布在矩形网格上，类似于图3B中绘制的那样，则映射402可以表示在结构与其重建之间的失真最小的相位下的电压/空间映射。在例如心脏扩张的另一相位下，重建可以采取电压/空间映射401的形式，其向外且非均匀地扩张。在心脏扩张的相反相位下，电压/空间映射403变得向内坍塌：可能不均匀，如所示出的。
这种随着时间推移的失真只是变化的一个示例。还可以存在根据相位和/或时间的电场平移。
现在参考图5A至图5B，所述图分别示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的呼吸相位θ随时间推移的变化以及身体组织50在呼吸期间在位置50A、50B之间移动的相关位置变化。进一步参考图5C至图5D，所述图分别示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的心跳相位φ随时间推移的变化以及身体组织50通过心跳在位置50C、50D之间移动的相关位置变化。现在还参考图5E，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的位置Px根据心跳相位φ和呼吸相位θ两者随时间推移的变化。
在本发明的一些实施例中，使用电压/空间映射的相位失真以根据心跳相位φ和/或呼吸相位θ帮助维持映射中的位置准确性。用于描述这种情况的另一种方式是将电压/空间映射转换成电压/空间/相位映射，例如不仅将电压V映射到X、Y和Z空间轴线中，而且还映射到相位轴线φ和/或θ上。
例如，理想地认为，在电压/空间映射的空间500(图5B)中的左心房的区域502中的点P描述了根据呼吸相位θ而变的路径Pxyz，所述呼吸相位随时间推移变化，如图5A的曲线图505所示。出于说明的目的，路径被示出为左心房50的较大移动的一部分(包括位置50A与50B之间的位移)，但是其他移动也是可能的。
电压/空间映射的空间510(图5D)中的左心房的区域504描述了根据心跳相位φ而变的另一个路径Pxyz，所述心跳相位随时间推移变化，如图5C的曲线图515所示(并且比呼吸相位θ更快)。再次出于说明的目的，路径被示出为左心房50的较大移动的一部分(包括位置50C与50D之间的周期性收缩和扩张)，但是其他移动也是可能的。
在一些实施例中，可以通过测量来确定沿着周期性移动的心脏的相位(所述相位可以在上文指定为θ和/或φ)。例如，对心跳相位的测量可选地使用ECG、血氧定量法或脉搏计；和/或对呼吸相位的测量可选地使用运动传感器、空气流量计和/或耦合到呼吸机的操作。可选地，使用另一种相位运动测量方法。
实际上，由于呼吸和心跳通常彼此不同相，因此任何特定区域所经历的运动都经受更复杂的相位模式，例如，图5E的曲线图520的相位模式，所述曲线图示出了某一区域的位置Px沿着单个轴线随时间而变，其中，呼吸(作为图5A中的θ变化)和心跳(作为图5C中的φ变化)两者都影响位置Px。
考虑到针对电压/空间映射的任何给定区域的Vxyz＝f(Θ，Φ)(即，考虑到电压/空间/相位映射)，从所提供的相位状态数据例如借助于相位状态感测33(图12)查找当前位置是相对简单的事情。
在一些实施例中，f(Θ，Φ)的定义至少部分地基于电压模拟、成像和/或图谱信息；例如，基于在呼吸和/或心跳的不同相位下如何对解剖结构进行成形的电势的模拟。可选地，使用获取电压测量数据的进一步测量以将由模拟建立的模型改进成框架(例如，通过模拟和新数据的加权组合)。
在本发明的一些实施例中，f(Θ，Φ)的定义至少部分地通过从所获取的电压测量数据“自举”来创建。例如，静态探头在其所在位置经历相位差异。即使对于移动的探头，相关性和/或频率分析也可能潜在地将某组频率的相位变化与由于探头运动引起的那些相位变化分开。
然而，在程序的一些部分中可能难以将探头的相位运动(例如，由于通过收缩组织引起的周期干扰)与电磁场环境的相位变化区分开。在一些实施例中，这种情况有所减轻，因为主要感兴趣的位置通常不是探头在像这样的固定空间中的位置。在一些实施例中，更感兴趣的是探头相对于(可能移动的)组织的某个特定区域并且尤其是在与其接触时的位置。在探头自由地移动穿过体腔时出现定位误差的影响可能产生相对次要的后果。然而，一旦探头与组织接触就出现定位误差并提供诸如消融等治疗的影响可能产生不那么微小的后果。
在本发明的一些实施例中，对在探头与组织接触时出现的相位电压变化进行特定处理。通过建立足够强的接触(例如，即使在心脏收缩的情况下也恒定的接触)，可以假设例如探头在呼吸和/或心跳的所有相位下始终接触基本上相同的组织部分。可选地，例如使用力传感器(图12的“其他传感器”14的示例)和/或通过使用电压测量来测量接触，所述电压测量绝缘地和/或通过阻抗指示接触(例如，经由介电特性分析器22)和/或指示在接触组织时感测到的电活动(例如，经由活动分析器23)。
在一些实施例中，在这种接触的每个位置，可选地导出不同的“相位函数”。可选地通过内插来创建在被测量区域之间的位置或者针对在接触期间未测量的时间的相位函数。即使相位函数数据在整个体腔周围是不完整的，仍可能足以限定最感兴趣的某些区域中的结果，所述区域在一些实施例中通常是将要应用治疗的区域。
在一些实施例中，相对于指示变化形状的可测量参数的值，对体腔形状的相位和/或其他时间依赖性变化进行建模(例如，模拟)。对电压的实际测量可选地用于约束这个模型，从而潜在地允许将来自体腔内的几个位置的时间依赖性测量用于设定整个体腔的形状动态。应当注意，可选地使用改变体腔形状的模型和改变腔内的电压的模拟两者。
应当承认，心脏与探头之间的强接触可能本身会使相位数据失真(例如，心脏在某种程度上被探头“固持在原位”，而不是完全自然地跳动)。然而，可以理解，在主要关注在需要强接触的条件下识别接触的组织的一些实施例中，这实际上是潜在的益处。
虽然电压/空间映射的相位变化可能最干扰准确定位，但是也可能存在非相位的时间演变变化。例如，随着程序在几分钟(例如，30至60分钟或更长)的过程中进行，患者的水合状态可能存在变化，这会在使用的电压/空间映射时产生缓慢累积的误差。在一些实施例中，通过周期性地重新访问一个或多个部位并且基于所进行的观察序列重新校准电压/空间映射来检测这个误差。可选地或替代性地，从外源数据(例如，通过记录相对流体通量)估计水合状态，并且调整模型以考虑预期差异。
与心跳相位相关的另一个变化来源在于，平均心脏大小可以根据心率改变。快速跳动的心脏不如缓慢跳动的心脏松弛(例如，因为它具有更少的跳动间时间来松弛)，使得发现有效地跳得更快的心脏会收缩。在一些实施例中，通过注意与心率相关的电压测量的变化来得到这种效果。可选地，使用根据心率而变的几何收缩模型。在一些实施例中，针对较大的心脏区域基于在一个或几个较小区域中对根据心率而变的心脏大小变化(或者更直接地，电压变化)的实际观察来校准模型。
多模态和多维映射
体内探头获取的数据作为位置数据的基本使用
特别注意将重建用于显示和/或导航，现在参考图1B，所述图是根据本披露的一些示例性实施例的用于将重建的体腔图与体内探头一起使用的方法的示意性流程图。
在框120处，在一些实施例中，基于电压/空间映射将从体内探头11在一些实际体腔位置处获取的数据映射到所述体腔的空间重建(例如，如关于图1A的框112描述的重建)中的位置。应注意，在这个意义上，重建的腔体“映射”是结构，并且所获取的数据被映射到这个结构中的位置并且可能不用于生成位置数据测量空间(例如，v云)与映射空间(例如，r云)之间的变换。在这种上下文中，“映射”可以包括在多个位置处获取这种数据以创建数据图，所述数据图指示体内不同解剖位置的数据值。
在框122处，示出了包括示出重建模型的至少一部分的图像的视图以及在框120中所映射到的位置处的体内探头11的模型。探头可以根据探头的电极所映射到的位置而映射到位置。电极可以基于它们读取的位置数据的读数而映射到位置。例如，当电极读取电压时，电压(例如，通过如关于框112所描述的变换)被变换到位置，并且所述位置归属于电极。以这种方式，电极的电压读数被解释为指示电极的位置，并且电极的位置可以被解释为导管(或至少导管部分)的位置。
在框124处，作出是继续重复框120、122和124(即，继续调整探头在重建模型中的位置的程序)还是不继续(图1B的流程图结束)的决策。可选地，以至少10、15、20、30、60、100或另一个中间帧速率的图像帧速率来执行映射和显示。可选地，显示可以由探头操作者使用并与其交互，就好像它是体内探头11本身的直接显示那样。
图1A、图2、图3A至图3C和图5A至图5E的讨论主要是在电磁场引导的导航方面，其中，使用一组交叉的时变电磁场(典型地是三个交叉的场)来提供可以借助于电压测量使用的参考系。然而，从体内探头11获取的数据原则上可以是若干其他可能的数据类型中的一种，例如如现在在本节关于多模态和多维映射的其余部分中描述的。
来自探头检测到的数据的多模态映射
现在参考图6，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的使用体内探头11A、11B、11C在体腔内收集附加位置数据的模式。所示出的探头指示不同类型的数据收集并且不一定暗示所有探头的同时定位。
探头11A、11B、11C被示出在要映射的空间600中，以展示从不同模态获取数据，所述数据可以用于辅助改进和/或使用重建。在一些实施例中，不同的模态可以对应于图11的探头测量到的组织状况感测数据1105。关于探头11A、11B、11C中的每一个描述了不同类型的探头测量到的组织状况感测。
探头11A被示出为正在测量心房壁组织50的区域中的内源电活动63。可选地，在一些实施例中，与诸如心电图(ECG)的QRS波群等某个标志相位相比，测量到的内源电活动(例如，电描记图)例如基于在特定位置处测量的活动的相位延迟而用作位置的指示符。可选地，相对于探头11A本身上的电极测量相位差，所述电极不接触心房壁(在本文中也称为非接触电极)。在一些实施例中，非接触电极可以是环形电极。在壁处与在非接触电极处测量到的活动之间的相位偏移相关性可能潜在地有助于消除周围噪声。这个相位延迟可选地被视为创建可应用于整个心脏表面上的附加数据维度。
以这种方式收集的信息可能有助于校正基于电场或电磁场的位置数据中的潜在不准确性。作为这种不准确性的示例，电压分布随时间推移的变化(例如，如关于图5A至图5E描述的)可以使相同的组织位置在重新访问时看起来略有不同。将基于电磁场的位置数据与电活动配准提供了额外的信息，所述信息可以防止在不知情的情况下用错误的位置识别重新访问的(和改变的)位置或者甚至有助于识别原始位置，尽管其会发生变化。
探头11B被示出为部分地探索肺静脉48的根部的内部。已经发现不同的组织结构显示出明显不同的阻抗行为，所述阻抗行为可以被体内探头的电极收集并且通过分析进行区分，例如通过介电特性分析器22(可选地经由用于操作电极3的电磁场发生器/测量器10进行通信)。具体地，在本发明的一些实施例中，静脉内和心房内的位置可选地根据它们的阻抗特性进行区分，其中，静脉中的位置例如具有相对更高的阻抗值。
在一些实施例中，组织本身的可区分的介电特性可以用作标志。可以测量组织介电特性，例如，如2016年5月11日提交的标题为CONTACT QUALITY ASSESSMENT BYDIELECTRIC PROPERTY ANALYSIS(通过介电特性分析进行的接触质量评估)的国际专利申请号PCT IB2016/052686所描述的，所述申请的内容通过援引以其全文并入本文。
例如，由于两种组织类型之间或两个组织壁厚度之间的过渡(瘢痕形成、消融、水肿等)引起的阻抗变化可选地用作标志。标记进而可以用于将电压/空间映射配准到更准确地确定的大小。例如，可以从图谱和/或成像数据获知两个标志之间的距离；因此，一旦通过访问它们并检测它们的特征特性来获知所述两个标志的位置，就可以将在那些位置处进行的测量约束为保持在所述距离，同时在其间调整其他测量位置。
另外地或替代性地，在基于电磁场的参考系发生变化的情况下，这种标志可选地用于重新识别组织位置：例如，如果电极移动，则改变其接触质量，或者如果患者的水合作用或其他状态改变的话。应注意，标志的这种用途包括相对于与所识别的感兴趣结构特征直接接触进行的映射，以区别于相对于空间限定的坐标(结构特征应存在于所述坐标处)进行的映射。潜在地，这在导航目标(诸如在心房壁中)相对于空间限定的坐标连续移动时尤其有用。可选地，将两种类型的信息一起使用：例如，通过对空间分布的电磁场中的电压的测量来建立空间坐标系，并且通过来自探头的接触测量识别的组织标志被分配有在遇到它们时的坐标。
探头11C被示出为与心房壁组织50的一般区域62(即，未特别挑出作为标志的区域)接触。本发明人已经发现，在一些实施例中，由于因心脏收缩导致的相对较大的前部移动，有可能在与心房壁组织接触时检测到电压波动的大小的前后梯度。可选地，这个波动梯度本身用作用于限定与心脏壁接触的位置的参考系的另一部分。
在本发明的一些实施例中，除了本文所描述的各种感测模态中的一者或多者之外，空间参考系中的归属于体内探头11(包括其上的电极3)的位置受到一个或多个机械和/或几何考虑因素(例如，约束探头的运动的解剖结构的已知形状)的约束。例如，已知为已从特定入口点(例如，静脉、动脉或小窝)进入组织区域的探头的可能位置和/或取向的范围可选地仅限于来自所有可能的位置和/或取向的合理子集。缩放和取向也可能受到这种机械和/或几何考虑因素的约束。对探头形状的机械约束也可以用于位置确定。本文还例如关于图10、图1A和图2讨论了相关的几何和/或机械约束。
用于获得电压/空间映射信息的其他模态
除了探头测量到的来源之外，在本发明的一些实施例中可获得用于建立和/或改进电压/空间映射的其他信息源。应当理解，这些电压/空间映射方法可以可选地与图1A的方法联合地使用，例如以提供通过应用关于框112描述的标准来改进的初始映射，和/或对由图1A的方法提供的电压/空间映射进行改进。例如，可以通过使用向各种来源提供适当权重的合并算法来布置技术的组合。返回参考图12，现在讨论这些来源。
首先，解剖数据31可以源自患者的3-D医学图像、源自先前执行的基于映射的重建(例如，使用电场映射或诸如磁映射或超声映射等另一种技术)和/或源自解剖图谱数据。可选地，通过以下操作来识别从解剖数据预期的几何解剖标志：四处移动探头11直到它遇到这些解剖标志为止；以及根据在考虑到对探头可以行进的地方强加的限制而形成的重建中看到的特征性“特征”(诸如窦壁或静脉腔)将电压配准到空间位置。可选地，基于电压测量的重建X的总体形状经受几何变换T，以拟合从解剖数据31导出的参考几何形状Y的解剖结构。可选地例如通过仿射变换的最佳拟合的参数来描述变换T(X)≈Y。另外地或替代性地，在一些实施例中，变换基于X和Y中的相应标志的映射；即，通过以下方式发现变换T：将基于电压测量的重建中的标志集合X＊(所述标志集合是X的子集)与对应的几何定位的标志Y＊进行匹配以找到T(X＊)≈Y＊。
解剖数据还可以提供对电压/空间映射的简单约束，例如通过示出与体表电极的位置相比心脏腔室在哪个一般区域降低。
可选地，解剖数据31可以用于构建更详细的电场或电磁场模拟数据32；例如，如2016年5月11日提交的标题为FIDUCIAL MARKING FOR IMAGE-ELECTROMAGNETIC FIELDREGISTRATION(用于图像-电磁场配准的基准标记)的国际专利申请号PCT IB2016/052692中描述的，所述申请的内容通过援引以其全文并入本文。更详细的电磁场模拟数据32可选地用于提供起始点以分配体内探头电压测量的初始位置。替代性地或另外地，更详细的电磁场模拟数据32可以用作重建后约束(例如，可以可选地排除错误测量值的标准)。
现在参考图7，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的电极构型700，所述电极构型包括定位在身体407上用于产生用于体内映射和/或导航的电磁场的体表电极702A、702B、703A、704A、705A。同样，为了支持讨论在本文示出某些解剖细节的图(尤其是图7至图9B)，现在参考图4，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的相对于人体407的坐标系，所述坐标系包括心脏55的区域中的电磁场限定的坐标系409。
图4中示出了三个主平面416、412和414：中间平面416将身体407等分成左部分和右部分，冠状平面412将身体407等分成腹侧(前)部分和背侧(后)部分，并且横向平面414将身体407等分成顶部部分和底部部分。轴线指示器405示出了本文中用于不同解剖方向的典型惯例：垂直于中间平面的X轴、垂直于冠状平面的Y轴以及垂直于横向平面的Z轴。图4的坐标系409可以是类似于图3A至图3C坐标系的“脉冲”坐标系，所述坐标系在使用体内探头的程序期间提供了感兴趣的身体结构内和/或周围的位置的坐标；例如，心脏55。
多维电磁场映射
现在参考图8A至图8B，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在体表电极902A、902B、903A、903B、904A、904B之间产生的主电磁场的方向902、903、904。还参考图9A至图9B，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在体表电极902A、902B、903A、903B、904A、904B之间产生的若干辅电磁场910的方向。
图8A至图8B的体表电极(或其他场发生器)和交叉电磁场构型表示可用于导航的构型，类似于图7的构型。图8B是图8A的情况的放大视图，其中，身体407的轮廓被消除。
在图9A至图9B中，使用相同的电极构型，但是现在包括由辅电磁场910的方向表示的不同的电极配对。同样，图9B是图9A的情形的放大视图，其中，身体407的轮廓被消除。可选地，在不同的时间和/或以不同的频率驱动这些辅配对中的每一者。在一些实施例中，对体内探头(位于例如心脏55附近)的电压测量的分析包括对相对于各个辅电磁场910内的位置变化的电压(或其他感测到的场参数)进行分析。因此，每个这种辅场可以提供在重建中使用的附加维度，从而潜在地增加重建结果的统计稳健性。
重建在使用期间的动态更新
现在参考图1C，所述图是根据本披露的一些示例性实施例的用于基于来自体内探头的数据更新体腔重建和/或变换的方法的示意性流程图。
在框130处，在一些实施例中，基于电压/空间映射的现有状态将从体内探头11在一些实际体腔位置处获取的位置数据映射(变换)到所述体腔的空间重建(例如，如关于图1A的框112描述的重建模型)中的位置。在这个阶段的体腔的空间重建可能包括在体内探头11的位置处的足够缺陷，以便需要附加的改进才能达到正在进行的医疗程序的操作所需的精度。
在框132处，使用在框130处从体内探头获取的位置数据来更新电压/空间映射。在一些实施例中，更新的映射包括新位置数据和先前用于生成电压/空间映射的现有状态的数据的加权组合。可选地，根据年龄和/或是否有新数据可用于类似位置来删除数据。可选地或另外地，使用旧位置与新位置的加权混合来形成重建。可选地，为要维持的位置数据定义移动窗口。可选地，没有新数据的V云的各部分保留其旧数据，因此重建在空间上可以更加完整。可选地，在这个和/或其他实施例中，测量数据与时间戳相关联，以根据其获取时间帮助选择/使用和/或删除数据。时间戳可以是对生理时间戳(例如，指示生理周期中的时间和/或周期的相位和/或周期的类型，诸如心跳无节奏/正常)的补充。
在本发明的一些实施例中，维持非常旧的数据以维持对由邻近组织引起的场变形的指示。
在本发明的一些实施例中，不删除旧数据。相反，添加新数据，并且然后对整个数据集进行采样，例如，采样到期望的样本数量和/或密度。
在框134处，作出是继续重复框130、132和134(即，程序继续)还是不继续(程序结束)的决策。可选地，以适于数据获取速率的任何速率执行映射和更新，例如，以约0.1Hz、0.3Hz、1Hz、10Hz、15Hz、20Hz、30Hz、60Hz、100Hz或另一个重建更新速率来执行。
现在参考图10，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的在体腔组织病变期间体腔重建的改进和使用。
在一些实施例中，用于治疗心房颤动的消融手术的目标是将触发纤维性颤动发作所涉及的心血管组织的区域与心脏的主体电隔离。在一些实施例中，用于实现这个目标的计划包括在包括较小病变的链接在一起的序列的心脏壁中形成消融线。在图10中，圆圈52指示针对左心房壁组织50中的病变的规划位置，以便在一个或多个肺静脉48中隔离出致电源。示出了两个已经放置的病变51以及在消融过程中的部分病变53。放置的病变51遵循消融规划的相对定位可以对成功的预后产生显著影响，因为较小病变51之间的间隙可以允许电重新连接，并且治疗失败作为可能的结果。
在本发明的一些实施例中，在探头围绕心脏移动时基于来自消融探头11本身的电压测量读数对体腔重建进行连续更新有助于在活动(以及可能地，对程序的兴趣和/或重要性)也增加的地方提高体腔重建的分辨率、精度和/或准确度。此外，在小病变的正确相对放置是程序成功的重要因素的情况下，在用于引导后续定位的重建中包括最近的邻近位置数据是潜在的优势。例如，在一些实施例中，可以在重建模型的视图上标记已经产生的病变的位置，例如，标记为指示病变大小的大小的彩色圆圈。云1010仅表示在正形成消融线期间最近的电压测量所变换到的位置。出于说明的目的，所示出的采样密度降低。与探头的大小和运动相比，可选地以相对高的频率进行电压测量，因此在仔细定位移动期间的空间采样间隔通常小于探头直径的约10％。例如，在将1mm直径探头每秒移动约10mm的同时每秒约100次测量的采样速率将会导致每100μm测量一次。因此，通常将存在大量的相邻位置电压测量可用于确定与最近消融相关的电流消融探头位置。
小病变的产生典型地需要将消融探头固定定位几秒钟，使得也有充裕的时间来获取相位信息，例如如关于图5A至图5E所描述的。这个相位信息可以在程序期间以不同方式用于辅助定位，如现在所描述的。
在本发明的一些实施例中，当在心脏腔室重建模型内显示体内探头位置时，在示出心脏和/或探头的相位运动(在随后的讨论中称为“相位保真度”)与抑制这些运动(“相位稳定”)之间存在权衡。可选地，以全相位保真度、全相位稳定性或两者的某个中间组合显示实际的相位运动(只要可用的信息允许)。
更大的相位保真度具有使操作者更清楚体内探头的哪些控制运动(例如，导管操纵)实际上是可能的以及它们的效果可能如何的潜在优点。例如，在探头接近心脏壁时，它可以间歇性地与跳动的组织接触或脱离接触。看到清楚地表示的这一点可以有助于引导操作者确定在开始治疗之前是否需要更多推进以到达组织壁。另一方面，以更大相位稳定进行显示具有从操作者的视角移除分散注意力的运动的潜在优点，以便于集中在识别和到达目标位置。
在本发明的一些实施例中，根据不同类型的相位运动来划分相位运动的稳定/保真度。同样地影响体内探头和其所在的腔两者的相位运动(例如，相位运动的刚性平移分量)对于操作者来说通常不太感兴趣，因为这两者的相对位置通过这种运动保持不变。在一些实施例中，优选地为操作者抑制这个分量(例如，在提供给操作者的示出了探头在重建内的位置的视图上没有重现所述运动)。
在许多情形中，心脏的跳动导致反复的扩张和收缩，从而改变了心脏壁和体内探头的相对位置。在一些实施例中，心脏壁被示出为在基本上固定的位置(至少在一次心跳的持续时间内)，并且探头被示出为移动。如果未特别考虑电磁场和/或腔几何形状的相位变化，则显示这种相对运动将会是典型的结果。然而，所产生的明显运动不仅可能看起来相当像人工的，而且对于试图到达特定目标的操作者来说也可能分散注意力。
在一些实施例中，具有更大相位保真度的可选显示模式将由于组织移动引起的相对运动表示为所显示的组织移动，而探头本身在显示中保持相对静止。这个运动可选地基于部分数据进行近似并且不需要以最佳可用准确度进行渲染以便可用。例如，整个心脏可选地根据老一套的相位模式移动，其中，仅从当前测量中确定少量参数。这种方法可以用于维持体内探头的尖端与其最接近的组织之间的距离的准确表示，而其他相位移动被表示为暗示实际进行的运动，而不一定准确。
在本发明的一些实施例中，相位相对探头/组织运动可选地分成归因于组织的相位运动的分量和归因于探头的相位运动(因为探头被组织运动干扰)的分量两者。可选地，对于特定区域，通过比较探头11在与组织壁接触时和不接触时的测量环境的变化来执行(例如，统计性地)这些运动的分离。通过所测量的接触运动未考虑到的所测量的非接触运动可选地被指定为“探头运动”。另外地或替代性地，基于对体内探头11的锚定解剖结构的运动(例如，探头11通过其进入心脏的小窝和/或血管根部的移动)的物理分析，考虑像这样的探头的相位运动。可选地，这种分析考虑了体内探头的远端已经过这种锚定区域的程度。
在一些实施例中，抑制相位组织运动和相位探头运动两者的显示(相位稳定)，只要也可以使相对位置的某种度量稳定即可。例如，相对于心跳周期的某个特定相位，可选地显示探头11与心脏壁组织50之间的显示距离。可选地，例如，当实际探头位置延伸超过其接近的组织壁的显示位置时，显示的探头位置仍然维持在壁的位置处。可选地，存在对探头朝向壁增加推进的其他某个显示的指示，诸如接触的壁区域变形，好像它正在经历增加的接触力一样。
在一些实施例中，相位稳定和相位保真度可选地混合。例如，在刚刚描述的一些实施例中，基本上抑制了身体组织的相位运动的显示(例如，心脏腔室的壁被显示为没有跳动)。然而，在探头11由于相位运动而经历间歇接触和/或力的情况下，可选地显示组织接触区域处的恒定或相变指示(例如，组织或探头的变形)以指示这一点。这个指示不一定指示在经历相位运动的结构的整个显示表示上的相位运动。
还应当注意，心脏大小的由于心跳引起的相位心跳内变化可选地与显示的心脏大小由于心率的变化引起的心跳间变化不同地处理，例如如本文中关于图5A至图5D所描述的。
重建服务模块的输入和功能
现在参考图11，所述图示意性地表示了根据本披露的一些示例性实施例的到重建服务模块21的输入和由所述重建服务模块执行的功能。
图11将在本发明的一些实施例中提供并且关于本文中的其他附图描述的重建服务模块21的功能集合在一起，例如如下文所指示的。并非在本发明的每个实施例中都提供所有功能；相反，它们可选地以本文所描述的可用输入和重建支持功能的任何适合的组合来提供。在一些实施例中，重建服务模块21被实施为计算机代码，所述计算机代码可选地结合专用于信号和/或图像处理的数字信号处理(DSP)和/或图形处理硬件。可选地在单个计算装置内实施，或者将实施分布在多个计算装置中。重建服务模块21内示出的每个功能框1102、1104、1106、1108、1110和1112表示对主要(即，“总体”)EM映射功能1100的不同贡献。这些功能框中的任一个可选地由重建服务模块21提供。功能框1102、1104、1106、1108、1110和1112中的每一个可以被理解为根据它们自己的特定能力对主EM场映射功能1100做出贡献。可选地，对映射的贡献是通过功能框1102、1104、1106、1108、1110和1112的操作的任何适合组合来实现。
在一些实施例中，用于重建的基本输入包括探头位置电压映射数据1103，所述数据可以包括例如指示由探头上的各个电极进行的电压测量的数据，其中，每个测量与进行测量的电极的标识符以及进行测量的频率相关联。探头位置电压映射数据1103可选地相对于至少三个交叉电磁场提供，并且可选地相对于任何数量的电磁场提供(例如，如关于图8A至图8B和图9A至图9B所描述的)。
在一些实施例中，并且使用位置电压映射数据1103，探头几何形状约束的映射功能框1104产生电压/空间映射，例如如关于图1A的框112所详述的。可选地，这结合一个或多个空间相干性标准来执行。在一些实施例中，这个电压/空间映射用作基本映射，其他功能框1102、1106、1108、1110和1112可选地作用于所述基本映射并且进行修改(如下文进一步解释的)。
作为输出，重建服务模块21产生组织区域重建1113。重建1113进而可选地由一个或多个客户端模块1115使用。例如，关于图1A的框114详述了组织区域重建的使用。客户端模块1115可以是关于框114描述的功能的任何硬件或软件实施方式，诸如显示和/或导航、程序评估、程序规划和/或重新规划功能或者另一种功能。
现在依次描述由剩余功能框1102、1106、1108、1110和1112产生的修改。
可选地，在使用多于三个(例如，四个、六个、八个、十个或中间或更大数量的场)主电磁场来生成探头位置电压映射数据1103的情况下，重建服务模块21使用“额外”场来实施电磁场映射1102。这些可以是使用体表电极产生的电场，例如如关于图8A至图8B和图9A至图9B所描述的；除了用于感测探头位置电压映射数据1103之外，还使用其他体内探头上的电极；和/或使用用于感测的同一探头上的电极。
在本发明的一些实施例中使用的可选的第一辅助输入1107可以包括在早期程序期间或者在本程序中的早些时候从患者获得的CT和/或MRI图像数据和/或重建数据(诸如探头位置电压映射数据)。另外地或替代性地，第二组辅助输入可以包括解剖图谱数据1109。在一些实施例中，辅助输入1107和1109对应于图12的解剖数据31。可选地，这些辅助输入由重建服务模块21中的解剖约束的映射功能框1110的功能使用。解剖约束的映射功能框1110可选地使用辅助数据输入1107、1109中的一者或多者来帮助缩放和/或定向组织区域重建1113。可选地，辅助输入1107、1109中的一者或多者用于帮助识别位置感测误差，例如，在产生组织区域重建1113时，可以忽略位于被确定为不可物理地接近的位置的感测位置。
可选地，提供电磁(或仅电气部件)场模拟数据1111(在一些实施例中，对应于电磁场模拟数据32)，以供重建服务模块21中的模拟约束的映射1112的功能使用。电磁场模拟数据1111进而可选地基于辅助输入数据1107和/或1109中的一者或两者。例如，本文中关于图7描述了电磁场模拟。
可选地，组织区域重建1113包括基于呼吸和/或心跳数据1101根据通过重建服务模块21的功能针对相位数据校正的映射1106进行的处理对心跳和/或呼吸的相位的校正。这例如在本文中关于图3A至图3C和图5A至图5E进行了描述。
可选地，基于探头测量到的组织状况感测数据1105生成和/或改进组织区域重建1113，如例如通过重建服务模块21的功能针对状况链接的映射1108进行处理的。这例如在本文中关于图6进行了描述。
成本函数驱动的对V云到R云变换的确定
现在参考图13，所述图是流程图，示意性地展示了根据本披露的一些实施例的将V云变换为R云的方法。流程图的框应被理解为指示变换方法如何操作背后的原理；然而，实际执行所描述的操作的顺序可能不同，例如，按顺序描述的项可选地基本上同时计算。
在框1300处，在一些实施例中，接收V云。V云可选地包括大量测量集。在一些实施例中，在沿着三个类空V云轴线中的每一个的电场测量(例如，以mV为单位)的变化大致对应于由于探头沿空间尺寸的移动(例如，以mm为单位)而引起的位置变化的意义上，每个测量集包括电场测量的子群组，所述电场测量被视为类空的。对应关系可选地是不精确的，例如，在距离和/或方向上包括明显的非线性；然而，对应关系可选地用于形成可以叠加校正(位移)的基础。
在一些实施例中，接收V云还可以包括对V云进行预处理，例如：使所有电压读数偏移以分散到某个值周围(例如0，可选地使读数均等地分散在所述值周围)；将电压读数归一化，例如通过除以所有测量的标准偏差；和/或白化，如上所述。
在框1302处，在一些实施例中，确定初始变换参数。在一些实施例中，要确定的变换分为两项：一项简单地缩放每个组中的“类空”V云测量，并且另一项被构造成使用V云测量的内蕴几何以位移的形式对“类空”V云项进行校正。
在一些实施例中，提供确定“类空”V云项的全局变换的参数作为矢量系数a，所述矢量系数适用于根据等式Y＝diag(a)X生成“类空”V云表示X到R云Y的简化变换。X和Y中的每一者可选地包括3×N矩阵：宽为三个空间(或类空)维度乘以长为N个测量。矢量系数a的分量(ax，ay，az)用于分别缩放所述三个“类空”V云测量轴线中的每一个，所述测量轴线一起包括矩阵X的每个测量集。在其中X的测量以mV表达的实施例中，这些分量的单位为例如mm/mV。
可选地，任意选择a的分量的初始值，例如，全部设为1mm/mV。可选地，选择初始值使得Y中的每个主尺寸方向具有大约相同的大小(例如，选择以使R云与数据所允许的一样呈“球形”)。在一些实施例中，任务特定数据(诸如成像的器官的总体形状和/或探头插入方向)可以用于暗示不同的原始形状。
在一些实施例中，项diag(a)X上的将位移调整表达为“叠加”的项表达为UW′。在一些实施例中，U是表示X的核的本征矢量的矩阵，这次是k×N矩阵，其中，k是所使用的本征矢量的总数(例如，多达N个，可选地更少)。因此，U可以理解为以其“自然”表示表达V云，所述矩阵的每个本征矢量表示不同的线性独立特征。
在一些实施例中，剩余矩阵系数W′是3×k矩阵，所述矩阵与k×N本征矢量矩阵U相乘以提供新的3×N矩阵，所述新的矩阵描述了空间位移，所述空间位移与diag(a)X项相加(在一些实施例中)以提供全变换(针对给定的a和W′)：Y＝diag(a)X+UW′。粗略地讲，W′可以理解为编码：应如何对在U中重新编码的X的各个特征进行加权，以改善diag(a)X与进行测量的实际位置的预期相似度。
可选地，W′的初始值为例如零矩阵。
在框1304处，在一些实施例中，产生当前的(初始的或稍后调整的)变换结果：即，评估diag(a)X+UW′以获得Y的当前估值。
在框1306处，在一些实施例中，针对当前变换结果满足用于判断变换质量的目标标准的程度，评估当前变换结果。在一些实施例中，通过计算一个或多个(成本函数的)惩罚项并且然后将所有惩罚项计算加在一起成为单个成本来判断这些目标标准。在一些实施例中，对特定惩罚项的选择包括以下一项或多项：
·当前估计的Y中的电极间距离(例如，姐妹测量的姐妹电极之间的距离)的距离失真惩罚，所述距离与例如从携带电极的测量探头上的电极间距获知的距离不匹配。
·Y中“缺乏平滑性”(相干性)的不相干性惩罚：例如，在一些实施例中，沿着U的高空间频率分量的较大位移指示在变换为Y时维持较少的相干性。
·与离群值检测/减轻有关的惩罚，例如，如关于图14所描述的。
在框1308处，在一些实施例中，使用框1306的评估来确定接下来要评估什么变换参数。在一些实施例中，此确定包括根据生成新的变换参数的目标对变换参数(例如，a和W′)进行增量调整，所述新的变换参数将X变换为新的R云Y，所述新的R云评估出具有比当前结果更低的成本。对于不同的优化算法实施例，这种方法的细节是不同的，其中的一些在优化领域中通常是已知的。然而，总的来说：如果框1306的评估导致的成本高于一些先前的评估(例如，最新的评估)的成本，则认为变换参数(例如，a和W′)最近在“错误的方向”上进行了调整。接下来的参数调整可以例如逆转此变化、尝试调整不同的参数和/或沿相反方向进行调整。
在框1310处，在一些实施例中，确定惩罚最小化搜索是否已经达到终止条件(例如，其中搜索迭代之间的惩罚的减小低于某个阈值的条件)。如果没有，则流程图返回到框1304，其中，V云到R云变换现在是新选择的变换。如果满足终止条件，则流程图以框1312结束。
在框1312处，在一些实施例中，基于当前变换产生(并作为输出提供)最后的R云变换结果。
添加新数据
使用标准技术，确定U的分解计算(例如，如标题为“Local spatial positionconstraints on reconstruction(对重建的局部空间位置约束)”一节中所描述的)在计算方面上很昂贵。当获取到新的测量数据时，潜在的优势是避免了每次都执行整个分解的必要性，例如，以允许更快地更新重建结果。
在一些实施例中，考虑到在使用较旧的测量X获得了分量分解U后的新测量X，基于以下内容执行对分解的重新计算：
新核为：/>
归一化矩阵为：/>
新分解为：/>
并且其中的a和W′要被优化的方程式为：
离群值去除
现在参考图14，所述图是流程图，示意性地表示了根据本披露的一些实施例的减少离群值测量对V云到R云变换的影响的方法。
在一些实施例中，离群值调整的距离失真惩罚项被用于帮助识别离群值测量。可选地，离群值调整的距离失真惩罚项包括离群值标识符αij，所述离群值标识符假设离群值为0并且正常值为1。在一些实施例中，值是不同的，但是在正常值与离群值之间进行区分。
当值为0时，距离被视为包含离群值测量；当值为1时，距离(以及因此定义所述距离的测量，除非所述距离是另一个离群值对的一部分)被视为有效。在一些实施例中，离群值标识符是在0与1之间不断改变的数字。可选地，为了避免距离对于0和1以外的值的“中间有效性”，进一步对中间值进行惩罚，例如，如下面所描述的。最终分配的距离α＝0停止贡献距离失真惩罚(距离失真惩罚是取决于姐妹距离与产生所述距离的电极之间的物理距离(即，对应的期望的姐妹距离)之间的差的惩罚)。例如，通过将与每个电极对相关联的距离失真惩罚乘以所述对的离群值标识符，离群值对依赖于距离失真惩罚的成本函数项没有任何影响。因此，如果所有对都被视为离群值，则成本函数的这一项为零。为了防止这种情况，可以添加另一项，所述项为被识别为离群值的每一对提供惩罚(丢弃惩罚项)。以这种方式，由于丢弃惩罚项，离群值的数量将最小化，并且仅将对距离失真惩罚具有非常大的贡献的各对定义为离群值。
应强调的是，在这种方法中，每个αij是按距离而不是按测量定义的。因此，具有已知的电极间距离的一对中的每个测量都可选地与某个对应的αij相关联。由于测量可以是确定多于一个已知的电极间距离的一部分，因此测量也可以与多于一个αij相关联。
通过成本函数最小化过程，所有α离群值标识符都可选地可用于修改。可选地，惩罚函数最小化过程能够使每个α在0与1之间的值的范围内变化。针对所有距离，为了防止过程仅趋于达到α＝0，引入了互补惩罚项。互补惩罚项可以例如随着α→0增加，和/或取决于离群值的计数。
在一些实施例中，针对所有姐妹距离和其定义的姐妹测量等效地计算并应用丢弃惩罚项，而不必区分哪个姐妹测量对距离误差“负责”。例如，丢弃惩罚可以包括在1-αij的(i，j)上的可选地恒定缩放的和；即：
可选地选择缩放常数λ，使得丢弃惩罚平衡了距离失真惩罚的减小，从而保留了大多数测量(例如，至少95％)。较大的λ导致较少的测量被识别为离群值。
在一些实施例中，针对每个距离，为了确保α被吸引到0或1，引入另一个惩罚项(“吸引子惩罚”)，例如，在α＝0.5处达到峰值并接近0如α→0或α→1的适当缩放的高斯或正弦函数。可选地，α从值0.5开始并在惩罚最小化期间针对每个距离逐渐向上或向下调整。
在一些实施例中，图14对应于刚刚描述的离群值丢弃方法。图14与惩罚最小化的简单梯度下降方法一致；然而，应当理解，有许多通用的优化方法可用于对用于惩罚最小化解决方案的参数空间进行成本函数驱动的搜索，并且图14的特定方法说明了这些方法中任何一种(在需要时进行改变)。流程图的框应被理解为指示变换方法如何操作背后的原理；然而，实际执行所描述的操作的顺序可能不同，例如，按顺序描述的项可选地基本上同时计算。
在框1400处，在一些实施例中，接收V云中的测量。
在框1402处，在一些实施例中，为R云中的所有距离设定初始α值，例如，α＝0.5。还可选地同时初始化其他参数(例如，影响每个V云到R云变换的其他惩罚项的那些参数)。
在框1403处，在一些实施例中，产生当前的(初始的或稍后调整的)变换结果。例如，评估diag(a)X+UW′以获得Y的当前估值。
在框1404处，在一些实施例中，计算Y(或其他相关的或导出的构造)中距离的距离失真惩罚项。
在框1406处，在一些实施例中，针对每项，将距离失真惩罚乘以α的当前值以产生经调整的距离失真惩罚。当α减小一定距离时，其经调整的距离失真惩罚也减小。
在框1408处，在一些实施例中，例如通过由以下等式表示的运算：
和/或其他运算来计算丢弃惩罚。
在框1410处，在一些实施例中，例如，使用诸如正弦波或高斯等形式的惩罚项来针对每个α计算吸引子惩罚(成本)，当α接近0或1时，所述正弦波或高斯形式趋于使吸引子惩罚最小化并且针对介于之间的值使其增大。
在框1412处，在一些实施例中，根据所实施的特定惩罚最小化算法的细节，使用V云到R云变换的所得惩罚值来选择(例如，通过调整当前变换的参数)新的变换以进行评估。所得惩罚值至少包括离群值调整的距离失真惩罚项、丢弃惩罚项以及吸引子惩罚(如果适用的话)。
在一些实施例中，此确定包括根据生成新的变换参数的目标对变换参数(例如，a、W′和W)进行增量调整，所述新的变换参数将X变换为新的R云Y，所述新的R云评估出具有比当前结果更低的成本。对于不同的优化算法实施例，这种方法的细节是不同的，其中的一些在优化领域中是已知的。然而，总的来说：如果框1410的评估导致的成本高于一些先前的评估(例如，最新的评估)的成本，则认为变换参数(例如，a、W′和α)最近调整了“太多”和/或在“错误的方向”上进行了调整。接下来的参数调整可以例如逆转或减少此变化、尝试调整不同的参数和/或沿相反方向进行调整。
在框1414处，在一些实施例中，确定惩罚最小化搜索是否已经达到终止条件(例如，其中搜索迭代之间的惩罚的减小低于某个阈值或以其他方式定义的标准的条件)。如果没有，则流程图返回到框1404，其中，V云到R云变换现在是新选择的变换。如果满足终止条件，则流程图以框1416结束。
在框1416处，在一些实施例中，基于当前变换产生(并作为输出提供)最后的R云变换结果。此方法可选地防止(或减少)在识别从V云到R云的变换时考虑离群值并且因此可以显著地减少总计算时间和由于离群值而导致的变换失真。然而，此方法不一定从V云或R云丢弃任何点；尽管可以基于刚刚描述的离群值确定可选地从R云丢弃离群值。
一些发明概念的总结
鉴于大量细节，可以适当地总结上述一些发明概念。
在重建受试者的体腔形状的上下文中，本披露提供了基于对在体腔内建立的交叉电磁场的体内测量的分析来显示体腔形状的模型。交叉电磁场的测量可以由计算机电路系统接收，所述计算机电路系统也可以用于确定进行测量的位置。测量是使用体内探头上携带的至少两个传感器进行的，其中，探头在体腔中的多个位置处。
可以以本领域中用于从点云获得外壳的方式，例如使用滚球算法，从进行测量的电极位置的云生成模型。本披露中的一些实施例的主要潜在贡献在于提供了用于依据测量本身及其相互关系重建进行测量的位置(在本文中也被称为R云)的方式。应注意，在一些实施例中，这些测量位置仅作为相对于其他测量位置或相对于包括这种测量位置的图像或其他3D重建的位置是有意义的和/或具有有用的精度(例如，优于3cm)。在一些实施例中，不会恢复像这样的电极位置。替代性地或另外地，重建在进行这种测量的同时还在其中包括探头的位置的3D模型。在一个示例中，在其中包括对导管(或其他对象)位置的指示的心脏的一部分的图像被重建为单个单元。在另一个示例中，重建心脏的一部分的这种图像，并且重建导管相对于所述图像的位置(和/或取向)。
应注意，根据本披露的一些实施例确定的位置不一定是进行测量的确切位置。实际上，本发明人发现了没有进行测量的一些电极位置存在的证据，例如，重建了探头未访问的结构细节。然而，重建的位置提供了对身体部分的结构的充分近似。实际上，这似乎是本发明人已知的从体内测量实现的最佳近似。
根据本披露的一些实施例获得的重建的独特特征是，位置是一个相对于另一个确定的，使得不需要强加的/外部参考系。因此，R云的确定是基于对确定的电极位置之间的距离的分析并且独立于其他测量或对体腔之外的任何对象的位置和/或取向的了解。在一些实施例中，所述方法不依赖于对到外部参考对象的距离和/或取向、外部参考对象的取向等的了解。因此，在一些实施例中，R云仅就其形状而言是有意义的，并且基于R云生成的模型也是如此。它们在空间中的位置和取向可以是任意的。
对指定参考系的这种缺乏依赖不同于一些现有技术系统和方法，在所述现有技术系统和方法中，参考外部参考系，例如相对于身体部位的预先获取的图像、相对于附着在患者皮肤上的基准标记、相对于患者的病床等，定位导管和/或重建身体部位。这种差异很重要的一种情况是当显示模型以用于帮助医师在体腔内进行医疗程序时。在这种情况下，医师通常感兴趣的是导管相对于身体部位的位置和其中的一些已知结构。例如，如果医师感兴趣的是治疗二尖瓣，他可能希望知道导管相对于二尖瓣的位置，而不是相对于患者的病床、基准点等的位置。即使是预先获取的图像，对其的兴趣也常常少于身体部分的当前实际结构，所述结构可能从图像被获取的时间起就发生了变化。因此，依赖于外来参考系的现有技术方法需要校正在此参考系中或在参考系与身体部位之间的关系中可能发生的变化，而根据本发明的一些实施例的系统和方法可以无需进行这种校正。
代替(或除了)依赖于指定的参考系，在一些实施例中，将测量数据变换成位置可选地依赖于分析重建的电极位置之间的距离。当然，这些距离与表示位置的坐标系无关，因此参考系即使存在对分析来说也无关紧要。分析可选地包括将重建的电极位置的距离与探头上携带的距彼此已知距离的两个电极之间的已知距离进行比较。
用于获得将测量变换成重建的位置的变换的一种方式是通过定义关于重建的位置与自身之间的关系的要求并且搜索最佳地或几乎这样(例如，至少达到期望的准确度)满足这些要求的变换。所述要求可以依赖于关于电极的位置之间的关系和/或关于重建的总体需求等而存在的信息，例如，重建以某种“平滑”的方式将测量变换到位置。
关于电极的位置之间的关系存在的信息的示例是附接到同一探头的电极之间的距离。在已知此距离的程度上，可以设置通过R云中的对应点之间的距离来再现此已知距离的要求。另一个示例可以是以下要求：如果不以已知距离保持恒定，则归因于以固定距离固定到探头上的电极的位置之间的R云中的距离将至少平滑地变化。
要求有时可能是矛盾的，因此所述方法可以包括最小化成本函数，所述成本函数包括每个这种要求的惩罚项。在系统设计期间，可以通过反复试验来确定每种惩罚的相对权重，例如，使用各种惩罚之间的一组权重找到最佳变换、研究获得的身体部位模型(例如，由人类)以及在结果不满意时改变权重。当变换准备好与在惩罚之间确定的一组权重一起使用时，可以接收测量，可以使用一些初始参数进行变换，并且评估成本函数。可以利用不同组参数重复此操作，以找到使成本最小化的集合。此最小化过程可以通过本领域已知的算法进行。应注意，在一些实施例中，鉴于惩罚函数，电极之间的真实距离也经受变化(例如，由计算的距离代替)。
在一些实施例中，所述方法包括：基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及基于所述评估例如通过选择一个变换、修改这种变换和/或组合所述多个变换中的多个变换来提供用于生成所述3D模型的变换。
在一些实施例中，将测量云(本文也被称为V云)变换为R云的变换可以包括针对每个交叉电磁场确定对应的缩放系数的步骤，所述缩放系数适用于将每个所述交叉电磁场的测量缩放到沿着物理位置轴线的对应位置。例如，变换可以包括将每个测量乘以具有物理距离/测量的尺寸的常数因子，例如，mm/mV。在一些实施例中，对于每一个交叉电磁场，此因子可以相同。在一些实施例中，对于每一个交叉电磁场，此因子可以不同。
在一些实施例中，此因子可以对于一些交叉电磁场是相同的，而对于其他交叉电磁场是不同的。这可以增加所得变换的灵活性并且可以帮助找到使成本最小化的变换。同样，考虑到每个场沿不同的方向传播(即使这些方向因点而异并且彼此不正交)，可以合理地假设测量到位置因子在不同方向之间有所不同。在一些实施例中，测量到位置因子也可以具有方向。以这种方式，当使用三个交叉电磁场时，由三个对应电压(V1，V2，V3)的一个电极同时接收的读数可以变换成位置(R1，R2，R3)，其中，
其中，a是因子，并且是某个方向的单位矢量。可选地，所述三个单位矢量垂直于彼此。上述缩放因子可以是例如/>以这种方式，空间中的初始位置归因于独立于任何参考系进行的测量。以这种方式归因于所有测量的初始位置可以被认为是初始R云。
在一些实施例中，将V云变换为R云的变换可以包括确定适用于归因于交叉电磁场的测量的每个初始位置的位移，以从初始R云获得进一步最佳的R云，即，与较小成本相关联的R云。由于位置可以归因于在初始阶段几乎随机的测量，因此评估初始R云的成本函数可能没有意义，并且总是对所述R云施加位移。在一些实施例中，当搜索使成本最小化的参数值时，可以改变因子ai的值以实现较低的成本。
在一些实施例中，位移可以是在V云的内蕴几何中。
根据本发明的一些实施例，如果在几何中沿着仅穿过云本身的路径测量距离，则称此几何相对于云是“内蕴的”。根据本发明的一些实施例，用于获得云的内蕴几何的一种方式是通过将相似度矩阵(优选地，归一化的矩阵)分解为其本征矢量。例如，在一些实施例中，相似度矩阵是高斯核(也称为径向基函数核)。
在一些实施例中，需要变换以将姐妹测量变换到姐妹位置，所述姐妹位置距彼此期望的姐妹距离。如本文所使用的，术语“姐妹测量”是指由固定到探头上的距彼此已知距离的电极基本上同时进行的测量；姐妹位置是通过变换将姐妹测量变换到的位置，“姐妹距离”是姐妹位置之间的距离，并且期望的姐妹距离是探头上的电极之间的已知距离。
在一些实施例中，重建包括将V云变换到R云，而不管边远的姐妹测量。本发明的一些实施例的一个发明概念包括将边远测量定义为因被忽视而“例外地”帮助找到最佳变换的测量。如果测量本身处于某个阈值之外，则这与将测量定义为边远的其他方法不同。通常，忽视测量总是会更容易找到最佳变换，因为为了被认为是“最佳”，变换应遵循的要求的数量会减少。在一些实施例中，忽视测量的这个行为与惩罚相关联。可选地，可以施加相同的惩罚以用于忽视任何测量。此惩罚可以被称为对忽视的惩罚。由于对忽视的惩罚，仅当通过忽视特定测量，最小化的成本函数减小得大于其增大的情况时，特定测量被视为离群值。优选地，将对忽视的惩罚设为这种值，使得仅例外地将测量视为离群值(例如，按时间的5％、3％、2％、1％或更小或中间百分比)。
本披露的一些实施例中的另一个发明概念涉及以下发现：在一些情况下，所获得的模型仅沿两个维度很好地发展并且沿第三维度相对平坦。为了防止这种“薄饼”类模型的出现，在一些实施例中，在将测量用于找到最适合的变换并将其用于将测量变换到电极位置之前，对测量进行预处理。预处理可以包括操纵测量以确保所述测量在从每个电磁场取得的测量之间具有最大方差并且在从不同电磁场取得的测量之间具有最小协方差。
总述
预期在从本申请成熟的专利的期限内，将开发出许多相关的体内探头；术语体内探头的范围旨在包括所有这样的先验新技术。
如本文中参考数量或值所使用的，术语“约”意指“在……的±10％以内”。
术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(having)”及其词形变化意指：“包括但不限于”。
术语“由……组成”意指：“包括且限于”。
术语“基本上由……组成”意味着组合物、方法或结构可以包括附加成分、步骤和/或部分，但仅在所述附加成分、步骤和/或部分不实质性地改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特点的情况下。
如本文所使用的，单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”包括复数指代物，除非上下文以其他方式清楚地指出。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，所述多种化合物包括它们的混合物。
词语“示例”和“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例或展示”。被描述为“示例”和“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例优选或有利和/或排除纳入来自其他实施例的特征。
词语“可选地”在本文中用于意指“在一些实施例中被提供而在其他实施例中未被提供”。本披露的任何特定实施例可以包括多个“可选”特征，这种特征有冲突的情况除外。
如本文所使用的，术语“方法”是指用于完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于化学、药理学、生物学、生物化学和医学领域的从业者已知的或容易从已知的方式、手段、技术和程序开发的那些方式、手段、技术和程序。
如本文所使用的，术语“治疗”包括消除、显著地抑制、减缓或逆转病症的进展；显著地改善病症的临床或美学症状；或显著地防止病症的临床或美学症状出现。
遍及本申请，可以参考范围格式来呈现实施例。应当理解，范围格式的描述仅为了方便和简洁并且不应当解释为是对本披露的描述的范围的硬性限制。因此，对范围的描述应当被认为具有具体地披露的所有可能的子范围以及所述范围内的单独数值。例如，诸如“从1到6”等范围的描述应当被认为具有诸如“从1到3”、“从1到4”、“从1到5”、“从2到4”、“从2到6”、“从3到6”等具体披露的子范围；以及在所述范围内的单独数字，例如，1、2、3、4、5和6。无论范围的宽度如何，这都适用。
除非上下文以其他方式清楚地指出，否则每当本文中指示数值范围(例如，“10至15”、“10到15”、或由这些另一个这样的范围指示连接的任何数字对)时，都意味着包括在所指示的范围极限内(包括所述范围极限)的任何数字(分数或整数)。短语在第一指示数与第二指示数“之间的范围/变动范围/多个范围”以及第一指示数“到”、“直到”、“直至”或“及至”(或另一个这样的指示范围的术语)第二指示数的“范围/变动范围/多个范围”在本文中可互换地使用并且意指包括第一指示数和第二指示数以及它们之间的所有分数和整数。
虽然已经结合具体实施例提供了对本披露的描述，但显然，许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这种替代方案、修改和变化。
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过援引以其全文并入本说明书，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体且单独地指示为通过援引并入本文那样。另外，本申请中对任何参考文件的引用或识别不应被解释为承认这种参考文件是作为本披露的现有技术可获得的。在使用章节标题的程度上，它们不应被解释为必然地限制。
应了解，为清楚起见在单独的实施例的上下文中在本披露中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地提供。相反，为简洁起见在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独提供或以任何适合的子组合提供或在适合的情况下提供在本披露的任何其他所描述实施例中。在各个实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非所述实施例在没有那些要素的情况下是无效的。
Claims (44)
1.一种基于对在受试者的一部分的体积内建立的多个交叉电磁场的体内测量来重建所述体积的形状的系统，所述系统包括计算机电路系统，所述计算机电路系统被配置成：
接收使用体内探头上携带的至少一个传感器进行的对所述交叉电磁场的测量，所述测量是利用所述体内探头在所述体积中的多个位置处进行的，以提供一组测量样本，每个测量样本在一个位置处取得；
基于所述测量样本生成将测量样本变换为几何位置的变换；
使用所生成的变换将所述一组测量样本中少于一半的所述测量变换为一组几何位置；以及
从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成使用少于25％的所述测量来变换少于一半的所述测量，所述测量被选择以增加所述测量样本的空间均匀性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述计算机电路系统还被配置成在所述生成变换之前对所述测量样本进行归一化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的距离的情况下生成所述变换。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成在不使用到所述受试者的所述部分之外的参考位置的取向或方向的情况下生成所述变换。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成独立于关于所述体积的所述形状的任何信息来生成所述变换。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成基于所述一组几何位置和外部参考位置来从所述一组几何位置重建所述体积的所述形状。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成使用所述一组位置中的至少30个位置作为所述一组位置中的其他位置的参考位置来生成所述变换。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成仅使用所述受试者的所述部分内的参考位置来生成所述变换。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成使用一个或多个约束来约束所述变换的生成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过在一个或多个约束的条件下搜索变换来生成所述变换，其中，所述一个或多个约束包括对测量样本所变换到的多个位置的相对位置的约束。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述约束适用于局部位置之间的几何关系，所有局部位置均在小于所述重建的体积的最大半径的20％的半径内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过在一个或多个约束的条件下搜索变换来生成所述变换，其中，所述一个或多个约束包括相干性要求。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中，所述几何关系包括距离。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个约束包括对所述测量样本的约束。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个约束包括对一个或多个测量样本与所述一组位置中的一个或多个位置之间的关系的约束。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成生成允许将在其间具有已知距离的位置处获取的两个样本变换到其间距离不同的位置的变换。
18.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成使用包括膨胀和腐蚀的拓扑算子来从所述一组几何位置重建所述形状。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过在一个或多个约束的条件下搜索变换来生成所述变换。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过以下操作来生成所述变换：
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换。
21.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过以下操作来生成所述变换：
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换，并且其中，被变换到对应的多对位置的多对测量与期望的对距离相关联，并且所述成本函数包括距离失真惩罚项，所述距离失真惩罚项随着所述一对位置内的距离与其对应的期望对距离之间的差的绝对值的增加而增大。
22.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过以下操作来生成所述变换：
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换，并且其中，测试生成所述多个变换包括忽略测量，条件是所述忽略使所述成本函数减小得大于预定的减小量。
23.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过以下操作来生成所述变换：
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换，并且其中，所述成本函数包括抗扁平化惩罚项，其中，随着沿所述一组测量样本的轴线测量的方差相对于所述一组测量样本的其他轴线减小，所述抗扁平化惩罚项增大。
24.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过以下操作来生成所述变换：
基于不同的参数从所述测量测试生成多个变换；
根据成本函数评估所述多个变换中的每一个；以及
基于所述评估生成所述变换，并且其中，所述成本函数包括用于执行所述变换的缩放系数的乘法逆的和。
25.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过基于测量样本的添加以修改现有变换来生成所述变换。
26.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成通过使分配到邻近测量的位置之间的距离的可变性最小化来生成所述变换。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述最小化被应用于通过所述体内探头上携带的至少两个传感器基本上同时测量的对所述交叉电磁场的测量的子集。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，减小可变性的标准包括减小变换的测量之间的基于变换的距离与所述测量的位置之间的已知距离之间的差。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的系统，其中，为了生成所述变换，所述计算机电路系统被配置成针对所述交叉电磁场中的每一个确定对应的缩放系数，所述缩放系数适用于缩放所述变换到位置的每个所述交叉电磁场的测量。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，为了生成所述变换，所述计算机电路系统被配置成确定适用于所述交叉电磁场中的每一个的每个缩放的测量的位置位移。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成基于由所述测量组成的测量云的内蕴几何来确定所述位置位移。
32.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成在所述变换之后对所述一组位置或所述形状进行缩放、平移和/或定向。
33.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成在所述生成之前沿着根据所述交叉电磁场定义的不同轴线来缩放所述测量样本。
34.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成在所述变换之后响应于几何约束来调整所述一组位置和/或所述形状。
35.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统还被配置成在所述变换之前减小所述测量样本的尺寸。
36.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成重建心脏或其一部分的形状。
37.根据权利要求1至36中任一项所述的系统，其中，所述测量样本包括所述交叉电磁场的电压测量。
38.根据权利要求1至37中任一项所述的系统，其中，所述测量样本包括在一个点处对多个场的同时测量，其中，每个场的参数随时间变化而具有不同的变化。
39.根据权利要求1至37中任一项所述的系统，其中，所述测量样本包括每个测量样本至少8个测量值。
40.根据权利要求1至39中任一项所述的系统，其中，所述一组位置中的每个位置包括3D空间位置。
41.根据权利要求1至40中任一项所述的系统，其中，所述一组位置中的每个位置与时间戳相关联。
42.根据权利要求1至41中任一项所述的系统，其中，所述一组位置中的每个位置与生理时间戳相关联。
43.根据权利要求1至42中任一项所述的系统，其中，所述测量到的场中的至少一个由所述体内探头生成。
44.根据权利要求1至43中任一项所述的系统，其中，所述计算机电路系统被配置成使用滚球算法从所述一组几何位置重建所述形状。
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016181320A1 (en) | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Navix International Limited | Fiducial marking for image-electromagnetic field registration |
| WO2018011757A1 (en) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | Navix International Limited | Characteristic track catheter navigation |
| US11266467B2 (en) | 2016-10-25 | 2022-03-08 | Navix International Limited | Systems and methods for registration of intra-body electrical readings with a pre-acquired three dimensional image |
| US10709507B2 (en) | 2016-11-16 | 2020-07-14 | Navix International Limited | Real-time display of treatment-related tissue changes using virtual material |
| WO2018092070A1 (en) | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Navix International Limited | Esophagus position detection by electrical mapping |
| WO2018092062A1 (en) | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Navix International Limited | Real-time display of tissue deformation by interactions with an intra-body probe |
| WO2018092059A1 (en) | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Navix International Limited | Tissue model dynamic visual rendering |
| WO2018092071A1 (en) | 2016-11-16 | 2018-05-24 | Navix International Limited | Estimators for ablation effectiveness |
| US11730395B2 (en) | 2017-01-12 | 2023-08-22 | Navix International Limited | Reconstruction of an anatomical structure from intrabody measurements |
| US11471067B2 (en) | 2017-01-12 | 2022-10-18 | Navix International Limited | Intrabody probe navigation by electrical self-sensing |
| WO2018130974A1 (en) | 2017-01-12 | 2018-07-19 | Navix International Limited | Systems and methods for reconstruction of intra-body electrical readings to anatomical structure |
| WO2019035023A1 (en) | 2017-08-17 | 2019-02-21 | Navix International Limited | REMOTE IMAGING BASED ON FIELD GRADIENT |
| US20210174940A1 (en) | 2018-07-04 | 2021-06-10 | Navix International Limited | Systems and methods for reconstruction of medical images |
| WO2020212527A1 (en) | 2019-04-16 | 2020-10-22 | Navix International Limited | System, method and accesories for dielectric-mapping |
| US20220354566A1 (en) | 2019-07-03 | 2022-11-10 | Koninklijke Philips N.V. | Devices, systems and methods for assistance of balloon ablation |
| WO2021048420A1 (en) | 2019-09-11 | 2021-03-18 | Navix International Limited | Separate-electrode electric field guidance |
| US20210085215A1 (en) * | 2019-09-22 | 2021-03-25 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Ecg-based cardiac wall thickness estimation |
| WO2021059196A1 (en) | 2019-09-25 | 2021-04-01 | Navix International Limited | Electrical activity-based procedure guidance |
| WO2021084476A1 (en) | 2019-10-30 | 2021-05-06 | Navix International Limited | Image-guided annuloplasty |
| WO2021165882A2 (en) | 2020-02-20 | 2021-08-26 | Navix International Limited | Impedance-based characterization of intracardiac structure |
| EP3815641A1 (en) | 2019-11-04 | 2021-05-05 | Koninklijke Philips N.V. | Electroyphysiological guidance and visualization for balloon, and methods therapy and associated devices, systems |
| WO2021129965A1 (en) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | Navix International Limited | System, method and accesories for dielectric-mapping |
| WO2021130734A1 (en) | 2019-12-26 | 2021-07-01 | Navix International Limited | Device implantation guidance |
| US20230042644A1 (en) | 2020-01-01 | 2023-02-09 | Navix International Limited | Impedance-based device tracking |
| EP3925559A1 (en) | 2020-06-19 | 2021-12-22 | Koninklijke Philips N.V. | Guiding balloon therapy in an anatomical cavity |
| JP2023528681A (ja) | 2020-06-12 | 2023-07-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | 解剖学的腔内でのバルーン治療の誘導 |
| EP3922169A1 (en) | 2020-06-12 | 2021-12-15 | Koninklijke Philips N.V. | Guiding balloon therapy in an anatomical cavity |
| EP3928691A1 (en) | 2020-06-26 | 2021-12-29 | Koninklijke Philips N.V. | Imaging a hollow organ |
| EP3991668A1 (en) | 2020-10-29 | 2022-05-04 | Koninklijke Philips N.V. | Determining parameters for a penetrating device |
| CN112674718A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-04-20 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 脑成像检测装置 |
| US20240112816A1 (en) * | 2021-01-29 | 2024-04-04 | Koninklijke Philips N.V. | Image reconstruction method for dielectric anatomical mapping |
| EP4036930A1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-08-03 | Koninklijke Philips N.V. | Image reconstruction method for dielectric anatomical mapping |
| EP4151167A1 (en) | 2021-09-17 | 2023-03-22 | Koninklijke Philips N.V. | Assistance of balloon ablation |
| WO2023131878A1 (en) | 2022-01-05 | 2023-07-13 | Libra Science Ltd. | Automatic guiding for human performance of a medical procedure |
| EP4356860A1 (en) * | 2022-10-21 | 2024-04-24 | Koninklijke Philips N.V. | Mapping function |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0974936A2 (en) * | 1998-07-24 | 2000-01-26 | Biosense, Inc. | Three-dimensional reconstruction of intrabody organs |
| US6368285B1 (en) * | 1999-09-21 | 2002-04-09 | Biosense, Inc. | Method and apparatus for mapping a chamber of a heart |
| US6892091B1 (en) * | 2000-02-18 | 2005-05-10 | Biosense, Inc. | Catheter, method and apparatus for generating an electrical map of a chamber of the heart |
| WO2008097767A2 (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Rhythmia Medical, Inc. | Impedance registeration and catheter tracking |
| CN101903911A (zh) * | 2007-12-20 | 2010-12-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 身体和身体轮廓的3d重建 |
| CN102792305A (zh) * | 2010-03-11 | 2012-11-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于表征和可视化电磁跟踪误差的方法和系统 |
| WO2014053925A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | Koninklijke Philips N.V. | Three dimensional polyline registration using shape constraints |
| CN104244830A (zh) * | 2012-03-29 | 2014-12-24 | 皇家飞利浦有限公司 | 使用形状感测的伪影去除 |
| CN104545968A (zh) * | 2013-10-14 | 2015-04-29 | 西门子公司 | 借助轮廓数据来重建图像数据 |
| WO2017030913A2 (en) * | 2015-08-14 | 2017-02-23 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Systems and methods of registration for image-guided surgery |
| CN106999732A (zh) * | 2014-12-10 | 2017-08-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 针对介入过程引导跟踪形状重建 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007016902B4 (de) * | 2007-04-10 | 2014-05-28 | Biosense Webster, Inc. | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Volumendatensatzes von einem bewegten Gewebe oder Organ eines Patienten |
| US8224432B2 (en) * | 2007-05-08 | 2012-07-17 | C.R.Bard, Inc. | Rapid 3D mapping using multielectrode position data |
| US10398393B2 (en) * | 2007-10-02 | 2019-09-03 | Stryker European Holdings I, Llc | Dynamic reference method and system for interventional procedures |
| US10154239B2 (en) * | 2014-12-30 | 2018-12-11 | Onpoint Medical, Inc. | Image-guided surgery with surface reconstruction and augmented reality visualization |
| CN107666856B (zh) * | 2015-06-02 | 2021-03-09 | 科迪影技术股份有限公司 | 提供几何形状信息的磁感测 |
-
2018
- 2018-07-18 CN CN201880064206.7A patent/CN111163692B/zh active Active
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- 2018-07-18 EP EP18755552.9A patent/EP3668393A1/en active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0974936A2 (en) * | 1998-07-24 | 2000-01-26 | Biosense, Inc. | Three-dimensional reconstruction of intrabody organs |
| US6368285B1 (en) * | 1999-09-21 | 2002-04-09 | Biosense, Inc. | Method and apparatus for mapping a chamber of a heart |
| US6892091B1 (en) * | 2000-02-18 | 2005-05-10 | Biosense, Inc. | Catheter, method and apparatus for generating an electrical map of a chamber of the heart |
| WO2008097767A2 (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-14 | Rhythmia Medical, Inc. | Impedance registeration and catheter tracking |
| CN101903911A (zh) * | 2007-12-20 | 2010-12-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 身体和身体轮廓的3d重建 |
| CN102792305A (zh) * | 2010-03-11 | 2012-11-21 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于表征和可视化电磁跟踪误差的方法和系统 |
| CN104244830A (zh) * | 2012-03-29 | 2014-12-24 | 皇家飞利浦有限公司 | 使用形状感测的伪影去除 |
| WO2014053925A1 (en) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | Koninklijke Philips N.V. | Three dimensional polyline registration using shape constraints |
| CN104545968A (zh) * | 2013-10-14 | 2015-04-29 | 西门子公司 | 借助轮廓数据来重建图像数据 |
| CN106999732A (zh) * | 2014-12-10 | 2017-08-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 针对介入过程引导跟踪形状重建 |
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| EP3668393A1 (en) | 2020-06-24 |
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| CN111163692A (zh) | 2020-05-15 |
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