CN111918613A - 用于可视化周期性移动的解剖结构的装置、系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于可视化周期性移动的解剖结构的测量信号的装置、系统和方法。处理器接收时间测量信号，所述时间测量信号包括关于介入设备的远侧部分在所述解剖结构内的移动的时间信息和所述周期性移动的解剖结构的时间信息。确定关于所述介入设备的所述远侧部分在所述解剖结构内的所述移动的所述时间信息是非周期性的还是周期性的。基于所述信号被确定为是非周期性的还是周期性的，所述处理器将实时接收的或根据所测量的或所确定的周期的预定阶段进行门控的所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息输出到显示器。
Description
技术领域
本发明涉及用于可视化周期性移动的解剖结构的装置、系统和方法。
背景技术
US2015/0038842公开了一种用于对周期性移动的对象(诸如心脏)进行成像以便监测心脏消融流程的成像系统。分配单元基于所提供的阶段信号将像A-线的超声信号分配给运动阶段，其中，超声图像生成单元基于被分配给不同运动阶段的超声信号来生成针对相应运动阶段的若干超声图像，像门控M-模式图像。选择单元用来从所生成的超声图像中选择超声图像，其中，显示单元显示所选择的超声图像。所选择的超声图像因此对应于单个运动阶段使得所显示的超声图像中的运动伪影被减少。
发明内容
本发明的目的是提供用于改善周期性移动的解剖结构的可视化的装置、系统和方法。
在本发明的第一方面中，提供了一种用于可视化周期性移动的解剖结构的测量信息的装置，其中，所述装置包括处理器，所述处理器被配置为：
接收时间测量信号，所述时间测量信号包括关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息和所述周期性移动的解剖结构的时间信息；
确定关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息是周期性的还是非周期性的；
当周期性被确定时，对所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息进行门控；
当关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息被确定为是非周期性的时，输出所接收的所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息，并且
当关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息被确定为是周期性的时，输出所述周期性移动的解剖结构的门控的时间信息。
当关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息是非周期性的时，所述装置自动输出所接收的周期性移动的解剖结构的时间信息，并且当关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息是周期性的时，自动切换为输出周期性移动的解剖结构的门控的时间信息。从周期性移动的解剖结构的门控的时间信息回到所接收的周期性移动的解剖结构的时间信息的切换也是自动化的。
医师或辅助人员对当将介入设备导航到临床流程中(例如心脏的血管中)的目标位置时的实时解剖信息感兴趣。输出所接收的周期性移动的心脏的时间测量信息，因为当将介入设备操纵到目标位置时，医师或辅助人员需要关于他们的动作的实时反馈，因为当介入设备的远侧部分采用不期望的路径时，需要快速的反应来校正轨迹。一旦介入设备的远侧部分到达目标位置，医师或辅助人员的兴趣就是获得稳定的测量结果或图像。发明人洞察到，当介入设备的远侧部分不从周期性移动的解剖结构内的目标位置被推进或缩回时，它至少部分地跟随解剖结构的周期性移动，即使当介入设备的远侧部分不与周期性移动的解剖结构(例如心脏)的组织接触时。此外，当介入设备与组织接触时，由于组织的顺应性性质，通过被集成在介入设备的远侧部分上的传感器采集的形态信息包括由于在解剖结构的周期性移动期间组织的收缩和松弛的周期性模式。因此，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息能够从传感器相对于组织形态的相对位置提取。因此，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息是介入设备的用户是否在朝向周期性移动的解剖结构内的目标位置的医学流程的导航阶段中或者介入设备的远侧部分是否已经到达目标位置的极好指示器，因为用户停止相对于介入设备到身体中的进入点推进或缩回介入设备。因此，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息能够用于基于关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息是非周期性的还是周期性的来在实时成像或门控的成像之间自动地切换。
在本发明的第二方面中，提供了一种用于可视化周期性移动的解剖结构的信息的系统，包括：根据本发明的装置；所述介入设备；以及显示器，其被配置为显示由所述处理器输出的所述信息。所述系统在介入设备的远侧部分到目标位置的导航期间自动显示所接收的周期性移动的解剖结构的时间信息，并且当介入设备的远侧部分被保持在周期性移动的解剖结构内的目标位置处时自动显示周期性移动的解剖结构的门控的时间信息。因此，医师或辅助人员根据医学流程的相关阶段自动接收相关信息。介入设备可以是导管、导丝、介入针、鞘管、电导线。
在实施例中，所述系统还包括体外成像单元，所述体外成像单元被配置为提供关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息。体外成像单元可以在医学流程中使用良好建立的成像模态中的一种，例如超声、包括放射学血管造影和计算机断层摄影血管造影(RA)的放射学(X射线)成像、包括磁共振血管造影(MRA)的磁共振(MR)，其具有除了解剖结构的形态信息之外还提供关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息的能力。成像模态中的每种具有本领域中已知的它自己的特定标记，当该标记被集成到介入设备的远侧部分中时，该标记在相应的成像模态中是可探测的且可见的，例如用于超声成像的回声标记、用于MR成像的电磁标记、用于X射线成像的不透射线标记。因此，良好建立的体外成像模态可在本发明中使用。
在所述系统的另一实施例中，所述体外成像单元被配置为提供所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息，并且所述介入设备的所述远侧部分包括被配置为提供关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息的至少一个传感器。传感器可以提供关于其位置的时间信息，该时间信息可以通过本领域中已知的跟踪技术中的一种来采集：电磁、复数电阻抗、光学形状感测、超声跟踪、全球定位感测。
在所述系统的备选实施例中，所述介入设备的所述远侧部分包括被配置为提供关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息的至少一个传感器。传感器可以是超声换能器或光学相干断层摄影(OCT)传感器。所述系统基于用户是否在医学程序的导航阶段中或者用户是否到达解剖结构内的目标位置来在显示实时接收的周期性移动的解剖结构的时间信息与周期性移动的解剖结构的门控的时间信息之间自动地切换，而无需体外成像单元。通过被集成在介入设备的远侧部分上的传感器采集的解剖结构的形态信息包括由于在解剖结构的周期性移动期间组织的收缩和松弛的周期性模式。因此，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息能够从传感器相对于组织形态的相对位置提取。
在所述系统的实施例中，关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息是超声信号，并且关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息是基于所述传感器相对于所述解剖结构的所述移动的。由于组织的顺应性性质，当介入设备与组织接触时，通过传感器采集的形态信息包括由于在解剖结构的周期性移动期间组织的收缩和松弛的周期性模式。因此，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息能够从传感器相对于组织(例如血管壁、心脏腔室壁、隔膜)的形态的相对位置提取。在临床流程中避免了由于基于X射线的成像的电离辐射的使用，并且不需要使用对比剂的团剂。由于解剖结构利用超声被实时成像并且解剖图能够在运行时被产生，所以避免了筛查或规划阶段与介入之间的解剖结构的潜在变化(例如变形、移位)。此外，实时产生的超声图能够用来立即检测来自筛查/规划的流程前解剖图与实时医学流程之间的解剖结构的任何潜在变化。
在所述系统的实施例中，所述至少一个传感器被配置为提供OCT信号，并且关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息是基于所述传感器相对于所述解剖结构的所述移动的。类似于先前的实施例，关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息能够从传感器相对于组织的形态的相对位置提取。
在所述系统的实施例中，所述处理器被配置为根据运动模式(M-模式)、二维(2D)、三维(3D)和交叉平面可视化模态中的至少一个将所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息绘制成所述解剖结构的OCT或超声图像。
在所述系统的又一实施例中，所述周期性基于通过从所述图像的至少部分实时地导出平均值或中值而获得的时间值-字符串信号来确定。
在实施例中，所述系统还包括被配置为向所述处理器提供所述周期性移动的解剖结构的时间体外心电图信号的测量结果的单元，其中，所述处理器被配置为根据所测量的时间体外心电图信号的周期的阶段对所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息进行门控。一般切实可行的是使用心电图仪用于在医学诊断或处置流程期间测量心电图。一旦关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息被确定为是周期的，换言之当周期性被确定时，周期性移动的解剖结构的时间信息的门控能够基于所测量的时间体外心电图信号的周期的预定阶段来触发。因此，所接收的关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息仅用于确定它是周期性的还是非周期性的，而心电图信号用于门控，其允许医师不仅在流程期间而且甚至在医学流程开始之前选择周期的任何阶段。
在所述系统的实施例中，所述至少一个传感器被配置为向所述处理器提供时间空间位置测量信号作为关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的时间信息，所述处理器被配置为基于所述时间空间位置测量信号来确定所述周期性。传感器可以是电磁跟踪传感器、磁场传感器、用于基于阻抗的跟踪的电传感器、光学形状传感器、GPS传感器中的一个。
在所述系统的实施例中，所述至少一个传感器被配置为向所述处理器提供由所述解剖结构的电活动产生的所述周期性移动的解剖结构的时间电测量信号，所述处理器被配置为基于所述时间电测量信号对所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息进行门控。解剖结构的周期性移动可以是固有的，而且可以是电起搏的结果，并且由于起搏信号能够通过至少一个电传感器来检测，所以它能够用于对周期性移动的解剖结构的时间信息的门控。
在所述实施例中的任何中，所述系统可以还包括被配置用于选择所述周期的阶段的用户接口，根据所述周期的所述阶段对所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息进行门控。医师或辅助人员可以借助于用户接口(诸如被耦合到装置的指向设备)或借助于包括触摸屏的显示器来选择阶段。不同的阶段可以在流程期间根据针对特定医学流程的感兴趣阶段来进行选择。例如，医师可以对以下项感兴趣：在诊断期间选择不同的阶段来评价心脏瓣膜的状况，决定瓣膜部署并且评价评价心脏瓣膜置换的成功。另一范例是当冠状动脉血管被诊断时，支架被部署并且支架置换被评价。
在所述系统的又一实施例中，所述至少一个传感器还被配置为提供具有比由所述体外成像单元提供的所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息更高的分辨率和更小的深度场的所述周期性移动的解剖结构的体内时间信息，其中，所述处理器还被配置为：
将所述周期性移动的解剖结构的体外信息与体内信息进行配准，
将由所述周期性移动的解剖结构的所述体内信息补充的所述周期性移动的解剖结构的所述体外时间信息输出到所述显示器。所述显示器可以可视化在与体外图像中的介入设备的远侧部分上的传感器的位置相对应的位置处被叠加到体外图像上的体内图像。在备选实施例中，处理器能够被配置为计算周期性移动的解剖结构的时间体内信息的深度场，并且在显示器上绘制体外图像，其中，根据所计算的深度场的信息由体内图像代替。在体外图像和体内图像两者都源于相同成像模态的情况下，特别是在超声信息由介入设备上的超声换能器和体外成像探头以不同超声频率采集的情况下，该备选方案特别具有益处。
在本发明的第三方面中，提供了一种用于可视化周期性移动的解剖结构的测量信号的方法，包括以下步骤：
由处理器接收时间测量信号，所述时间测量信号包括关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息和所述周期性移动的解剖结构的时间信息；
由所述处理器确定关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息是周期性的还是非周期性的；
当周期性被确定时，由所述处理器对所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息进行门控；
当关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息被确定为是非周期性的时，输出所接收的所述周期性移动的解剖结构的所述时间信息，并且
当关于所述介入设备的所述远侧部分的所述移动的所述时间信息被确定为是周期性的时，输出所述周期性移动的解剖结构的门控的时间信息。
所述方法在医学流程期间为医师或辅助人员产生最佳的可视化，所述医学流程包括在解剖结构的实时成像下对介入设备的远侧部分朝向目标位置的导航和在门控的成像下对目标位置的诊断或处置。从周期性移动的解剖结构的门控的时间信息到所接收的周期性移动的解剖结构的时间信息的切换被自动完成。在特定范例中，导管的远侧部分通过腹股沟被引入到下腔静脉中，并且朝向心脏被推进。在导航期间，介入设备的远侧部分不跟随心脏的周期性移动模式，并且关于导管的远侧部分的移动的时间信息是非周期性的，这意味着导航阶段在实时成像下发生。当导管的远侧部分在心脏中并且通过在心脏内进一步移动导管的远侧部分来搜索目标位置或部位时，仍然是这种情况。一旦医师对导管的远侧部分到达诊断测量(例如心内回波描记)或心脏的处置(例如治疗剂的释放)被期望的位置满意，邻近将导管引入身体中的部位的导管的部分就相对于引入部位被固定。在这些情况下，即使当介入设备的远侧部分不与组织接触时，导管的远侧部分也部分地跟随心脏组织的周期性移动。因此，关于导管的远侧部分的移动的时间信息能够用于基于关于导管的远侧部分的移动的时间信息是非周期性的还是周期性的来在实时成像与门控的成像之间自动地切换。
此外，由于组织的顺应性性质，当导管的远侧部分与心脏组织接触时，通过被集成在导管的远侧部分上的传感器采集的形态信息包括由于在解剖结构的周期性移动期间心脏组织的收缩和松弛的周期性模式。因此，关于导管的远侧部分的移动的时间信息也能够从传感器相对于心脏组织的形态的相对位置提取。
当在朝向目标位置的导航阶段期间用户停止推进或缩回介入设备并且关于介入设备的远侧部分的移动的时间信息变成周期性的时，根据所述方法，周期性移动的解剖结构的门控的时间信息将被输出。医师或辅助人员能够在稳定的可视化状况下评价是否到达目标位置或者介入设备的远侧部分是否需要被进一步推进或缩回。
本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见并参考下文描述的实施例得到阐述。
附图说明
在以下附图中：
图1示意性地且示范性地示出了根据本发明的用于可视化周期性移动的解剖结构的系统的实施例。
图2示意性地且示范性地示出了用于提供时间体内测量信号的介入设备的实施例。
图3示出了示范性地图示周期性移动的解剖结构的测量信号的可视化方法的实施例的流程图。
图4-7示出了所获得的示范性时间值-字符串信号。
图8是周期性移动的解剖结构的时间信息的门控过程的示意性图示。
图9是用于所述方法的门控步骤的实施例的示意性图示。
图10、11示出了用于所述方法的门控步骤的示范性时间体外心电图信号。
图12是在存在介入设备的远侧部分的情况下的心脏腔室的示范性3D超声图像。
具体实施方式
在图1中，呈现了用于生物4的解剖结构的表征和可视化的系统1的实施例，其中，生物可以是人或动物。系统1包括装置2和介入设备3，其中，介入设备被配置为提供来自患者4的解剖结构(例如心脏41或循环系统的血管)内的时间测量信号。装置2包括处理器9，该处理器被配置为处理时间测量信号，确定解剖结构的特性，并且将基于经处理的信号的数据输出到显示器。装置2可以包括用于显示基于经处理的信号绘制的解剖结构的图像的集成显示器20。备选地或额外地，该装置可以被配置为向外部显示器提供经处理的信号。
在实施例中，系统可以包括体外成像单元6，该体外成像单元用于在对比剂团剂注射到目标解剖结构中后或在不使用对比剂的情况下采集感兴趣解剖结构的2D或3D形态信息和/或介入设备在解剖结构内的位置。对比剂团剂到目标血管系统中的注射利用介入设备3或利用不同的医学仪器来执行。解剖结构的2D或3D形态能够通过各种良好建立的技术来获得，诸如：超声、包括RA的X射线、包括MRA的MR。对于相应的成像模态，对比剂是可用的，例如用于RA的放射性对比剂、用于MRA的基于钆的物质、用于体外或体内超声成像的包括微泡的回声对比剂。
系统可以还包括跟踪单元72，该跟踪单元用于接收关于介入设备3的远侧部分在患者4的解剖结构内的位置的时间测量信息。对该设备的位置的空间位置跟踪可以是基于电磁、光学、超声、电阻抗、全球位置感测或放射学原理中的一个的。介入设备的电磁跟踪是基于通过被集成到介入设备3的远侧部分中的电磁传感器的外部电磁场的检测的。电磁场生成器71可以被固定地或可移除地附接到患者4的支撑单元5或成像单元6。被集成到介入设备3中的多个电磁传感器允许沿着设备3的多个点的同时定位，基于此，设备3的至少远侧部分的节段的形状能够通过连接所定位的点来重建。
在备选实施例中，仪器的时间位置的跟踪从激光辐射导出。对于光学跟踪，介入设备包括从介入设备3的远侧部分延伸到近侧部分(通常手柄)的多个光纤或多芯光纤，其中便于到跟踪单元72的光学连接。跟踪单元72包括激光辐射生成器和光学检测器，所述激光辐射生成器被配置为将激光辐射发射到被集成在介入设备内的至少一个光纤中，所述光学检测器被配置为接收来自至少一个光纤内的反射。至少一个光纤的形状、因此设备3的形状通过处理由检测器接收的来自光纤内的光学反射信号来导出。来自至少一个光纤内的激光辐射的反射指示设备3被暴露在弯曲血管分支中的局部应变。在WO2008131303中更详细地描述了一种基于光学形状感测的医学仪器的形状确定。光学形状感测使针对所有情况沿着被集成到介入设备3中的至少一个光纤的任何点的定位成为可能。
在备选实施例中，仪器的位置跟踪技术是基于电阻抗测量的。电信号通过被分布到患者4的身体上的多个导电贴片被发送到患者中。可跟踪介入设备3的远侧部分包括空间上分布的导电电极。从所接收的电信号导出的电阻抗指示包括目标解剖结构的感兴趣区域中的导电电极的位置。
在又一备选实施例中，介入设备3的远侧部分的位置通过使用成像单元来跟踪。介入设备包括对在流程中使用的成像单元的源敏感的特定传感器。对于体外超声成像，介入设备3的远侧部分包括超声传感器或空间上分布的多个超声传感器。在利用电信号激励外部超声成像单元之后，所生成的超声信号被发射到患者4的身体中，并且超声信号的一部分由被集成到介入设备3中的超声传感器接收。超声信号的飞行时间指示被集成到设备3中的超声传感器相对于外部超声成像单元的位置，并且通过处理所述信号，包括超声传感器的介入设备的远侧部分的位置和/或形状能够被重建。在备选实施例中，超声信号由被集成到设备3中的超声传感器发送，并且由外部超声单元接收。外部超声成像单元可以是具有适合于经胸回波描记(TTE)的超声探头的系统，而介入设备可以是心内回波描记(ICE)导管、经食道超声心动图设备(TEE)、包括超声传感器的导丝或消融导管中的一个。
在又一备选方案中，设备3的远侧部分的位置可以从由外部成像单元提供的测量信号导出。具体地，当外部成像单元使用X射线成像并且介入设备的远侧部分包括不透射线标记时。
系统可以还包括电信号测量单元8，例如心电图仪，其被配置为向处理器提供在患者的身体的表面上测量的周期性移动的解剖结构的时间体外心电图信号的测量结果。
系统可以还包括用户接口，通过用户接口，各种参数可由医师和/或辅助人员在医学诊断或处置过程期间调整或者偏好可由医师和/或辅助人员在医学诊断或处置过程期间选择。
图2示意性地且示范性地示出了可用于提供时间体内测量信号的介入设备3的实施例。介入设备可以是引导导管、鞘管、诊断导管、导丝、处置导管、介入针中的一个。介入设备可以是可转向的以用于导航，介入设备的近侧部分包括用于控制远侧部分的弯曲的单元，诸如转轮或滑块。介入设备3的远侧部分30包括被配置用于采集周期性移动的解剖结构的时间体内测量信号的传感器31，所述时间体内测量信号被传输到处理器9。传感器可以是超声换能器或OCT传感器中的一个。介入设备的远侧部分可以额外地包括被配置用于采集关于介入设备的远侧部分在患者的解剖结构内的位置的时间测量信号的传感器32，并且所述时间测量信号被传输到该装置的处理器。传感器32可以是在参考图1中图示的系统的位置跟踪技术的描述中列出的传感器中的一个。
备选地，传感器32可以是被配置为在电激活(例如心脏的固有电激活信号或由通过额外电极向心脏提供的起搏信号产生的电激活信号)后向处理器提供周期性移动的解剖结构的时间电测量信号的电传感器。
时间体内测量信号在传感器31、32与处理器之间的传输可以通过有线或无线连接来实现。
在一些实施例中，一个传感器31可以具有两种功能，采集关于介入设备的远侧部分在解剖结构内的位置的时间测量信号和采集周期性移动的解剖结构的时间体内测量信号。在一个范例中，超声传感器可以提供解剖结构的形态的时间超声信息，它可以测量血流、血压，它可以提供超声传感器相对于外部超声探头的位置信息，它可以提供关于超声传感器相对于解剖结构的时间信息。这样的超声传感器能够是电容式微加工超声换能器(CMUT)。在第二范例中，电传感器可以用来提供电传感器相对于外部电传感器的位置信息，测量固有的或由起搏诱导的心脏的电激活信号，它可以测量血压。在第三范例中，光学传感器可以提供解剖结构的时间光学相干断层摄影信号，它可以测量血流、血压，它可以提供关于光学传感器相对于解剖结构的移动的时间信息。
图3示出了示范性地图示周期性移动的解剖结构的测量信号的可视化方法100的实施例的流程图。在步骤101中，处理器9接收时间测量信号，该时间测量信号包括关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息和周期性移动的解剖结构41的时间信息。
在第一实施例中，体外成像单元6被配置为提供关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息和周期性移动的解剖结构41的时间信息两者。体外成像单元可以配合被配置为在相应的成像模态中可见的介入设备的远侧部分的区域来使用超声成像、X射线成像或MR成像。因此，体外成像单元提供解剖结构的时间测量信号，例如形态信息。此外，关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息能够从由于介入设备的远侧部分的区域的可见性的时间测量信号导出。
在第二实施例中，体外成像单元6被配置为提供周期性移动的解剖结构41的时间信息，并且介入设备3的远侧部分30包括被配置为提供关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息的至少一个传感器31、32。体外成像单元可以在针对第一实施例中列出的成像模态中的任何中提供周期性移动的解剖结构的时间信息。
在第三实施例中，介入设备3的远侧部分30包括被配置为提供关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息和周期性移动的解剖结构的时间信息的至少一个传感器31、32。
第二实施例和第三实施例中的至少一个传感器31、32可以是在参考图2的部分中描述的传感器中的一个，其可以独立地或单独地用来同时提供关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息和周期性移动的解剖结构的时间信息。
在步骤102中，处理器9处理关于介入设备3的远侧部分30相对于解剖结构的移动的时间信息。在与第一实施例和第二实施例相关的备选方案中的一个中，沿着时间轴的值-字符串从关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息(其从通过体外成像单元采集的介入设备的远侧部分的位置信息或从被集成到介入设备的远侧部分中的传感器相对于体外成像单元的位置信息导出)获得。在与第二实施例和第三实施例相关的不同备选方案中，关于介入设备3的远侧部分30相对于解剖结构的移动的时间信息从通过传感器采集的时间测量信号获得，并且用于根据M-模式、2D、3D和交叉平面可视化模态中的至少一个绘制解剖结构的图像。图4和图5中图示的周期性22或非周期性23的时间值-字符串信号通过从图像的至少部分实时地导出平均值或中值来获得。例如，通过获取来自原始图像序列的每幅图像中的所有像素(对于2D，交叉平面)或体素(3D)的平均值或通过获取来自原始图像序列的每幅图像中的所有像素(2D，交叉平面)或体素(3D)的中值或从来自原始图像序列的每幅图像中的所有像素(2D，交叉平面)或体素(3D)获取另一单个统计学参数，从2D交叉平面或3D超声图像序列中的一个导出时间值-字符串信号。在另一备选方案中，其中，传感器提供图像(例如超声或OCT)，时间值-字符串信号从沿预定义方向或在预定义区域中的传感器到解剖结构的距离导出。在图6、7中，示范性地示出了这样的值-字符串信号26，其中，值-字符串信号在一定时间间隔内偏移距离的平均值。例如，血管壁到传感器的距离能够从M-模式图像导出，因为M-模式图像由在一定时间间隔内沿着单条线采集的信息构成。类似地，能够从2D或3D图像将到传感器的距离导出为沿着针对各种角度到感兴趣区域的血管壁的多条线的平均值或中值。此外，时间2D或3D图像由多幅M-模式图像构成，能够从所述多幅M-模式图像选择一幅或若干幅以导出时间值-字符串信号。
备选地，时间值-字符串信号可以是例如根据来自US8,774,906中的第12栏第3段至第14栏倒数第三段的参考图5A-5C和图6的描述从包括由于在心脏的周期性移动期间心脏组织的收缩和松弛的周期性模式的时间M-模式图像导出的二值信号。
时间值-字符串信号可以从超声M-模式图像导出，如US8,774,906中描述的，或它可以从OCT M-模式图像导出，如Airong Li等人的文章(Human Molecular Genetics,2013,Vol.22,No.18,第3798-3806页(doi:10.1093/hmg/ddt230))的第3802页上的图3A中呈现的。时间值-字符串信号可以备选地在M-模式图像被绘制之前直接从原始或经处理的超声或OCT信号导出。
在步骤103中，处理器确定关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息是周期性的还是非周期性的。在一范例中，通过数字谱分析来确定来自步骤102的时间值-字符串信号22、23是周期性的还是非周期性的。基于短时傅里叶谱，行进的时间值-字符串信号(在时间上)被窗口化，紧接着使用复数快速傅里叶变换(FFT)结果的绝对值计算谱。随后，根据短时傅里叶谱，在每个时间处计算带宽和中心频率。当带宽足够小(在固定阈值之下)时，那么做出信号是周期性的决策，否者信号是非周期性的。当信号被确定为是周期性的时，循环的周期根据中心频率的倒数值来计算。尽管确定时间值-字符串信号22、23的周期性是更快的，因为它需要处理器的更少计算功率，但是在步骤101中公开的三个实施例中的任一个的备选方案中，关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息的周期性能够直接从针对相应的实施例的所接收的时间测量信号来确定。在第一实施和第二实施例中，通过体外成像单元或通过相对于体外成像单元被集成到介入设备的远侧部分中的传感器采集的介入设备的远侧部分的位置信息可以直接用于确定周期性，不论位置信息是与2D空间相关还是与3D空间相关。在与第二实施和第三实施例相关的又一备选方案中，解剖结构到传感器的距离可以是从相应的2D或3D图像导出并且表示相应的2D或3D空间中的解剖结构的坐标或通过解剖结构相对于传感器的幅值和方向定义的向量的2D或3D矩阵。
在确定关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息是周期性的情况下，诸如利用图8中的22图示的，在步骤104中，处理器触发对周期性移动的解剖结构41的时间信息的门控24。换言之，当在步骤103中周期性被确定时，该方法前进到门控步骤104。在图9中，示意性地图示了门控步骤104，包括可以可选地省掉的步骤。在步骤107中，取决于系统的预定配置(其能够由医师或辅助人员经由用户接口进行调整)，选项在两种可能性下分支出来。当在步骤107中检测到门控应当直接基于关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息或基于在步骤102中从它导出的时间值-字符串信号22的选择时，那么在步骤108中，门控将基于该特定信号来执行。另一方面，如果在步骤107中检测到门控应当基于与关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息不同的信号的选择，那么在步骤109中用于门控的信号能够由用户进行选择。门控信号可以由电信号测量单元8(例如心电图仪)提供的时间体外心电图信号27(图10、11)或由被集成在介入设备的远侧部分上的至少一个传感器提供的时间体内电图信号中的一个。
用于门控的周期性信号的阶段可以在系统的配置中是预定的和/或由用户通过用户接口来进行调整。当在步骤110中确定周期T的阶段应当由用户进行选择28(图7、11)，那么在步骤111中，用户接口将请求用户引入或确认所选择的阶段。在其他情况下，在步骤112中，处理器使用自动峰值检测29(图6、10)，或使用从自动检测的峰值29延迟的某一预定阶段。一旦周期T的阶段由用户选择或由处理器自动检测到，周期性移动的解剖结构41的时间信息的门控24就被实现，导致周期性移动的解剖结构41的门控的时间信息25(图8)。周期性移动的解剖结构41的门控的时间信息25能够是对应于用于门控的相继周期的同一阶段的图像帧的序列或对应于用于门控的相继周期的同一阶段的周期性移动的解剖结构41的其他时间测量数据。
在步骤105中，当关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息被确定为是周期性的时，处理器输出周期性移动的解剖结构41的门控的时间信息，并且在步骤106中，当关于介入设备3的远侧部分30的移动的时间信息被确定为是非周期性的时，输出所接收的周期性移动的解剖结构41的时间信息。因此，在第一实施例至第三实施例中的任一个或其进一步的备选变型中，处理器在系统的操作期间在任何情况下输出周期性移动的解剖结构的门控的时间信息或所接收的周期性移动的解剖结构的时间信息。周期性移动的解剖结构的门控的时间信息可以是超声、X射线、OCT、MR成像模态中的任一个的M-模式、2D、交叉平面、3D可视化模态中的一个。
在临床范例中，解剖结构是心脏。为了将介入设备导航到心脏的腔室或心脏的血管内的目标位置，由于医师或辅助人员需要实时反馈来找到目标位置并且当介入设备的远侧部分采用不期望的路径时它必须快速地做出反应并校正轨迹的事实，输出所接收的周期性移动的心脏的时间测量信号是有利的。在导航期间，介入设备的远侧部分相对于感兴趣目标位置被推进或缩回。另一方面，当介入设备的远侧部分到达目标位置时，医师或辅助人员的兴趣是获得稳定的测量结果或图像。由于测量结果受心脏的周期性移动影响，所以时间测量信号的实时输出引起测量信号的快速周期性变化，这可以在做出情况是适合于采集诊断测量结果还是适合于执行处置流程的决策时使医师或辅助人员困惑。根据所述实施例中的任何，周期性移动的心脏的时间信息将被自动地门控，所述装置只有当导管不相对于目标位置被推进或缩回时才输出门控的信息。当所述设备的远侧部分从目标位置被移动时，所述装置自动切换为输出所接收的周期性移动的心脏的时间信息，由此自动终止输出周期性移动的心脏的门控的时间信息。在图12上图示了示范性可视化，其中，在存在介入设备的远侧部分30的情况下示出了心脏腔室41的3D超声图像。
通过应用空间和/或时间滤波并且调整灰度水平，图像可以被进一步后处理。后处理可能需要额外的计算功率，这可能影响成像的实时性能。
在第二实施例的又一备选方案中，至少一个传感器(例如图2中的传感器31)还被配置为提供具有比由体外成像单元6提供的周期性移动的解剖结构41的时间信息更高的分辨率和更小的深度场的周期性移动的解剖结构41的体内时间信息。在特定范例中，解剖结构是心脏，心脏的体内时间信息是由超声换能器31以在20-45MHz的区间内的频率采集的超声信息，并且心脏的体外时间信息是由体外超声探头以在1-10MHz的区间内的频率采集的超声信息。在其他备选方案中，心脏的血管的体外时间信息是超声信息，并且心脏的血管的体内时间信息是OCT信息。在又一备选方案中，心脏的体外时间信息是X射线信息，并且心脏的血管的体内时间信息是OCT或超声信息。处理器还被配置为将周期性移动的解剖结构41的体外信息与体内信息进行配准。配准可以是基于通过体外成像单元、通过在参考图1中图示的系统的描述中列出的其他跟踪技术、或通过周期性移动的心脏的体内信息和体外信息两者中的相同形态特征的自动分割和识别对被集成在介入设备的远侧部分上的传感器的跟踪的。在备选方案中，周期性移动的解剖结构的体外信息与体内信息的配准在门控步骤之前被执行，并且周期性移动的解剖结构的时间体内信息与周期性移动的解剖结构的时间体外信息类似地被门控。处理器还被配置为将由周期性移动的解剖结构41的体内信息补充的体外周期性移动的解剖结构41的时间信息输出到显示器20。在备选方案中，处理器被配置为在显示器上绘制在与体外图像中的介入设备的远侧部分上的传感器的位置相对应的位置处被叠加到体外图像上的体内图像。在不同的备选方案中，处理器被配置为计算周期性移动的解剖结构的时间体内信息的深度场，并且在显示器上绘制体外图像，其中，根据所计算的深度场的信息由体内图像代替。在体外图像和体内图像两者都是以不同超声频率采集的超声信息的情况下，该备选方案特别具有益处。
尽管在本发明和范例的详细描述中周期性移动的解剖结构的时间信息与解剖结构的形态信息相关，但是当周期性移动的解剖结构的时间信息包括可通过例如血管中或心脏的腔室中的传感器31和32中的一个测量的时间生理测量结果(诸如解剖结构内的血压和血流测量结果)时，本发明是适用的。因此，在系统的相应的实施例中，其中，传感器31、32中的至少一个被集成在介入设备的远侧部分上，除了门控的时间形态信息之外或作为门控的时间形态信息的备选，门控的时间生理测量结果能够被输出到显示器。
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。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
可以提供一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码单元，当所述计算机程序在控制装置2的计算机上运行时，所述程序代码单元用于使装置2执行方法100的步骤。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。
Claims (15)
1.一种用于可视化周期性移动的解剖结构(41)的测量信息的装置(2)，其中，所述装置包括处理器(9)，所述处理器被配置为：
接收时间测量信号(21)，所述时间测量信号包括关于介入设备(3)的远侧部分(30)的移动的时间信息和所述周期性移动的解剖结构(41)的时间信息；
确定关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息是周期性的还是非周期性的；
当周期性被确定时，对所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息进行门控(24)；
当关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息被确定为是非周期性的时，输出所接收的所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息，并且
当关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息被确定为是周期性的时，输出所述周期性移动的解剖结构(41)的门控的时间信息(25)。
2.一种用于可视化周期性移动的解剖结构(41)的信息的系统(1)，包括：
根据权利要求1所述的装置(2)；
所述介入设备(3)；以及
显示器(20)，其被配置为显示由所述处理器输出的所述信息。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括体外成像单元(6)，所述体外成像单元被配置为提供关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括体外成像单元(6)，所述体外成像单元被配置为提供所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息，并且其中，所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)包括被配置为提供关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息的至少一个传感器(31、32)。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)包括被配置为提供关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息的至少一个传感器(31、32)。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中，关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息和所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息是超声信号，并且其中，关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息是基于所述至少一个传感器相对于所述解剖结构(41)的移动的。
7.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述至少一个传感器被配置为提供光学相干断层摄影信号，并且其中，关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息是基于所述至少一个传感器相对于所述解剖结构(41)的移动的。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述处理器被配置为根据M-模式、2D、3D和交叉平面可视化模态中的至少一个将所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息绘制成所述解剖结构的图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述周期性基于通过从所述图像的至少部分实时地导出平均值或中值而获得的时间值-字符串信号(22、23)来确定。
10.根据权利要求2至9中的任一项所述的系统，还包括被配置为向所述处理器提供所述周期性移动的解剖结构的时间体外心电图信号(27)的测量结果的单元(8)，其中，所述处理器被配置为根据所测量的时间体外心电图信号的周期(T)的阶段对所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息进行门控(24)。
11.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述至少一个传感器被配置为向所述处理器提供时间空间位置测量信号(26)作为关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的时间信息，所述处理器被配置为根据所述时间空间位置测量信号(26)来确定所述周期性。
12.根据权利要求4或5所述的系统，其中，所述至少一个传感器被配置为向所述处理器提供由所述解剖结构的电活动产生的所述周期性移动的解剖结构的时间电测量信号，所述处理器被配置为根据所述时间电测量信号对所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息进行门控。
13.根据权利要求2至12中的任一项所述的系统，还包括被配置用于选择所述周期的阶段(28)的用户接口，根据所述周期的所述阶段对所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息进行门控。
14.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述至少一个传感器还被配置为提供具有比由所述体外成像单元提供的所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息更高的分辨率和更小的深度场的所述周期性移动的解剖结构(41)的体内时间信息，
其中，所述处理器还被配置为：
将所述周期性移动的解剖结构(41)的体外信息与体内信息进行配准，
将由所述周期性移动的解剖结构(41)的所述体内信息补充的所述周期性移动的解剖结构(41)的体外时间信息输出到所述显示器。
15.一种可视化周期性移动的解剖结构(41)的测量信号的方法(100)，包括以下步骤：
由处理器(9)接收(101)时间测量信号(26、21)，所述时间测量信号包括关于介入设备(3)的远侧部分(30)的移动的时间信息和所述周期性移动的解剖结构(41)的时间信息；
由所述处理器确定(103)关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息是周期性的还是非周期性的；
当周期性被确定时，由所述处理器对所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息进行门控(104)；
当关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息被确定为是非周期性的时，输出(105)所接收的所述周期性移动的解剖结构(41)的所述时间信息，以及
当关于所述介入设备(3)的所述远侧部分(30)的所述移动的所述时间信息被确定为是周期性的时，输出所述周期性移动的解剖结构(41)的门控的时间信息。
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