CN113784665A - 心脏图像的共配准 - Google Patents

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E·迪克特曼
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Abstract

提供了用于共配准电解剖图像的系统、设备和方法。在本公开的一个实施例中，通过基于以下来共配准第一和第二电解剖图像而在重塑心脏的图像上向医师显示处置位置：(1)解剖结构的第一电解剖图像；(2)指示关于第一电解剖图像的处置位置的处置位置数据；(3)在解剖结构已经重塑之后的解剖结构的第二电解剖图像；以及(4)将第一电解剖图像变换为重塑的解剖结构的第二电解剖图像的非刚体变换。将非刚体变换应用于处置位置数据，以将处置位置映射到重塑的解剖结构的第二电解剖图像。

Description

心脏图像的共配准
技术领域
本公开总体上涉及电磁成像，并且具体地涉及共配准解剖结构的图像，其包括确定从解剖结构的第一图像到解剖结构的第二图像的变换。例如，电解剖成像系统可以从承载多个电极以生成电解剖图像的感测导管接收电解剖图像，并通过应用非刚体变换来共配准电解剖图像。
背景技术
心房纤颤(AF)是异常心律，其特征在于心房的快速和不规律的跳动，并且可能与心悸、昏厥、头晕、呼吸短促或胸痛相关联。该疾病与心力衰竭、痴呆和中风的增加的风险相关联。AF有时由通过肺静脉口处的次级起搏器生成的电脉冲引起。因此，处置AF的一种方式是通过肺静脉隔离，其可以包括消融左心房的内壁以形成将肺静脉口与左心房的其余部分隔离的病变。
在消融后，消融期间形成的水肿被吸收在LA的壁中，在病变部位处形成疤痕，并且在许多情况下，左心房的结构重塑(remodel)。在一些情况下，在消融处置后约一个月，心房纤颤恢复，因为肺静脉的隔离在重塑心脏中比其在消融期间(即，在重塑之前的原始心脏中)更不紧密。当心房纤颤在消融之后恢复时，通过第二消融流程(也称为重做)来处置其以闭合由原始消融流程生成的隔离组织中的间隙是可能的。在这样的流程中，医师搜索电隔离组织中的间隙，并在这样的间隙处消融以闭合它们。搜索间隙通过起搏来做出，所述起搏涉及从肺静脉口发送电信号并检查信号是否以及在何处到达所称的隔离上。
发明内容
本公开的一些实施例的一个方面包括引导医师找到隔离组织中的间隙，从而便于通过消融来闭合这些间隙。在本公开的一个实施例中，向医师呈现患者的重塑心脏的图像，在该图像上标记在第一次介入期间消融的病变的位置。尽管在电解剖图像中在视觉上区分正常和隔离组织可能是不可能的，但是可以基于原始心脏中的病变位置和将原始心脏中的位置变换为重建心脏中的位置的配准变换在重塑心脏的图像上示出在第一次介入中消融的位置，使得医师可以看到被定位在重建心脏上的消融。以这种方式，医师可以找到间隙并比通过起搏更有效地重做消融，或至少可以仅在怀疑隔离不良的一些位置起搏，而不是盲目地起搏PV口的整个圆周。
在一些实施例中，在第一次介入期间，参考来自第一流程的图像记录病变的位置，并且将该图像配准到重塑心脏的图像，使得可以在重塑心脏上标记记录的病变。配准被用于基于在第一流程期间获取的记录来告知重塑心脏中的病变的位置。因此，在一些实施例中，基于以下各项在重塑心脏的图像上向医师显示病变：(1)第一图像，其是原始心脏的图像；(2)原始心脏中的病变位置的记录；(3)第二图像，其是重塑心脏的图像；以及(4)配准变换，其将病变的记录位置中的点变换为重塑心脏中的对应点。
根据本公开的一个实施例，一种用于将电解剖图像进行共配准的系统，包括：用户显示器；以及处理器电路，其与所述用户显示器通信。处理电路被配置为：接收解剖结构的第一电解剖图像，所述第一电解剖图像是基于使用被定位在导管上的两个或更多个电极获得的电解剖数据生成的；接收指示关于所述第一电解剖图像的处置位置的处置位置数据，所述处置位置数据基于使用被定位在所述导管上的所述两个或更多个电极获得的所述电解剖数据；接收在所述解剖结构已经重塑之后的所述解剖结构的第二电解剖图像；确定将所述第一电解剖图像变换为重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像的非刚体变换；将所述非刚体变换应用于所述处置位置数据，以将所述处置位置映射到所述重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像；并且在所述用户显示器上显示被映射到所述第二电解剖图像的所述处置位置。
在一些实施例中，所述处理器电路被配置为基于所述导管上的所述两个或更多个电极之间的(一个或多个)已知距离来确定所述非刚体变换。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为基于概率对应性模型来确定所述非刚体变换，所述概率对应性模型分配所述第一电解剖图像中的第一点与所述第二电解剖图像中的第二点之间的对应性概率，并且其中，所述概率对应性模型包括相干性条件，在所述相干性条件下，更大的对应性概率被分配给在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像中识别的相同解剖标志附近的点。在另外的实施例中，所述处理器电路被配置为：识别所述第一电解剖图像中的标志；识识别所述第二电解剖图像中的所述标志；并且基于在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中识别的所述标志来确定所述非刚体变换。在一些方面中，所述系统还包括与所述处理器电路通信的用户输入设备，其中，所述处理器电路被配置为：从所述用户输入设备接收指示所述标志在所述第一电解剖图像中的位置的第一输入；从所述用户输入设备接收指示所述标志在所述第二电解剖图像中的位置的第二输入；并且基于接收到的第一输入和第二输入来确定所述非刚体变换。
在其他方面中，所述处理器电路被配置为：关于所述第一电解剖图像将第一多个电解剖数据点与第一导管轨迹进行关联；关于所述第二电解剖图像将第二多个电解剖数据点与第二导管轨迹进行关联，其中，所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹对准；并且基于所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹之间的对应性来确定所述非刚体变换。在一些实施例中，所述系统还包括与所述处理器电路通信的用户输入设备，其中，所述处理器电路被配置为：从所述用户输入设备接收指示所述导管在沿着所述第一导管轨迹行进时的位置的第一多个输入；从所述用户输入设备接收指示所述导管在沿着所述第二导管轨迹行进时的位置的第二多个输入；并且基于所述第一多个输入和所述第二多个输入来确定所述非刚体变换。
在一些实施例中，所述第一电解剖图像包括所述解剖结构的第一三维点云图像，所述第二电解剖图像包括所述解剖结构的第二三维点云图像，并且所述处理器电路被配置为：通过将所述第一点云图像的点配准到所述第二点云图像的对应点来确定所述变换；并且基于所述第一云图像与所述第二云图像的配准点来生成经重建的三维图像。在一些方面中，所述处理器电路被配置为基于自然点间距离来确定所述变换。在一些方面中，所述处理器电路被配置为将所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像分割成多个分段。在另外的方面中，所述处理器电路被配置为：将所述第一点云图像的所述点分配给分段；将所述第二点云图像的所述对应点分配给相同的分段；并且确定所述变换，使得所述第一点云图像中的所述点被变换到所述第二点云图像中的所述相同的分段。在一些实施例中，所述处理器电路被配置为：检测所述解剖结构中的生理节律改变，其中，所述第二电解剖图像表示呈现改变的生理节律的所述解剖结构。
根据本公开的另一实施例，一种用于将电解剖图像进行共配准的方法，包括：在与用户显示器通信的处理器电路处接收解剖结构的第一电解剖图像，所述第一电解剖图像是基于使用被定位在导管上的两个或更多个电极获得的电解剖数据生成的；在所述处理器电路处接收指示关于所述第一电解剖图像的处置位置的处置位置数据，所述处置位置数据基于使用被定位在所述导管上的所述两个或更多个电极获得的所述电解剖数据；在所述处理器电路处接收在所述解剖结构已经重塑之后的所述解剖结构的第二电解剖图像；确定将所述第一电解剖图像变换为重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像的非刚体变换；将所述非刚体变换应用于所述处置位置数据，以将所述处置位置映射到所述重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像；并且在所述用户显示器上显示被映射到所述第二电解剖图像的所述处置位置。
在一些实施例中，确定所述非刚体变换包括基于所述导管上的所述两个或更多个电极之间的(一个或多个)已知距离来确定所述非刚体变换。在一些实施例中，确定所述非刚体变换包括基于概率对应性模型来确定所述非刚体变换，所述概率对应性模型分配所述第一电解剖图像中的第一点与所述第二电解剖图像中的第二点之间的对应性概率，并且其中，所述概率对应性模型包括相干性条件，在所述相干性条件下，更大的对应性概率被分配给在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像中识别的相同解剖标志附近的点。在一些实施例中，所述方法还包括识别所述第一电解剖图像中的标志；识别所述第二电解剖图像中的所述标志；并且基于在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中识别的所述标志来确定所述非刚体变换。
在一些方面中，所述方法还包括：关于所述第一电解剖图像将第一多个电解剖数据点与第一导管轨迹进行关联；关于所述第二电解剖图像将第二多个电解剖数据点与第二导管轨迹进行关联，其中，所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹对准；并且基于所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹之间的对应性来确定所述非刚体变换。在一些实施例中，接收所述第一电解剖图像包括接收所述解剖结构的第一三维点云图像，其中，接收所述第二电解剖图像包括接收所述解剖结构的第二三维点云图像，并且其中，所述方法还包括：通过将所述第一点云图像的点配准到所述第二点云图像的对应点来确定所述变换；并且基于所述第一云图像与所述第二云图像的配准点来生成经重建的三维图像。在一些实施例中，所述方法还包括检测所述解剖结构中的生理节律改变，其中，所述第二电解剖图像表示呈现改变的生理节律的所述解剖结构。
根据以下详细描述，本公开的额外方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
将参考附图描述本公开的说明性实施例，其中：
图1A是根据本公开的方面的电解剖成像系统的图解性示意图。
图1B是根据本公开的实施例的处理器电路的示意图。
图2是根据本公开的方面的在消融流程期间的左心房的内壁的透视图。
图3A是根据本公开的方面的在组织已经重塑之前的组织中的多个消融点的位置的图解视图。
图3B是根据本公开的方面的在组织已经重塑之后的多个消融点的位置相对于在组织重塑之前的多个消融点的位置的图解视图。
图4是根据本公开的方面的用于共配准电解剖图像的方法的流程图。
图5A是根据本公开的方面的在心脏重塑之前的左心房的内壁的透视图。
图5B是根据本公开的方面的在心脏重塑之后示出的图5A中所示的左心房的内壁的透视图。
图6图示了根据本公开的方面的示出在消融流程之后生成的左心房的电解剖图像的界面，其中，多个消融点被配准到电解剖图像上。
图7是图示根据本公开的方面的用于基于公共识别标志来共配准电解剖图像的方法的流程图。
图8A是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像的外部透视图。
图8B是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像的剖视图。
图9是根据本公开的方面的心脏的内表面的电解剖图像的透视图。
图10是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像的内壁的透视图。
图11是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像的外部透视图，其中，消融线叠加在电解剖图像上。
图12是图示根据本公开的方面的用于基于公共导管轨迹共配准电解剖图像的方法的流程图。
图13是根据本公开的方面的心脏的电解剖图像内的导管轨迹的透视图。
图14是根据本公开的方面的心脏内的导管轨迹的图解视图。
图15是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像内的导管轨迹的透视图。
图16是根据本公开的方面的左心房的电解剖图像内的导管轨迹的内部透视图。
图17是图示根据本公开的方面的用于共配准三维点云的方法的流程图。
图18是图示根据本公开的方面的用于响应于检测到心律的变化而共配准心脏的电解剖图像的方法的流程图。
具体实施方式
出于增进对本公开原理的理解的目的，现在将参考附图中所示的实施例，并且将使用具定的语言来描述所述实施例。然而，应理解，并非意在限制本公开的范围。对所描述的设备、系统和方法的任何更改和其他修改以及本公开的原理的任何其他应用被完全预期并且包括在本公开内，如本公开所涉及领域的技术人员通常会想到的。具体而言，完全预期的是关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不分开描述这些组合的众多重复。
现在参考图1A，其示意性地表示根据本公开的一些示例性实施例的与处理系统20或控制器一起使用的导航和处置系统1。将理解，处理系统20可以包括单个处理或硬件部件、或被配置为执行保存到存储器的指令的各种硬件部件。例如，处理系统20可以被配置为接收来自用户接口40的输入和来自EM场生成器/测量器10的测量结果或数据，并且控制EM场生成器/测量器10和处置控制器13。系统1被配置为获得电解剖数据以生成解剖结构(例如，心脏的内部)的三维电解剖图像。
在一些实施例中，系统1被配置为使用电磁场生成器/测量器10(其本身任选地包括多个场生成模块)使用电极(诸如身体表面电极5)在解剖结构2的区域上感应或生成至少一个时变电磁(EM)场4(例如，三个或更多个交叉电磁场，每个具有不同的频率)，该解剖结构2的区域被靶向以由包括导管探头11的导管9导航。导管探头11可以与处理系统20或处理电路通信，并且可以包括被定尺寸、成形、结构上布置和/或以其他方式配置为定位在患者的身体管腔(诸如血管)内的柔性细长构件。特别地，导管的远侧部分可以包括被配置为定位在身体管腔内以在身体管腔内感测、成像和/或执行治疗流程的电极、传感器或其他电子部件。导管的近侧部分可以定位在患者体外，并且可以耦合到处理系统20和/或EM场生成器/测量器内的用于电通信的接口。导管可以包括定位在柔性细长构件内并且被配置为将电极、传感器和/或其他电子部件通信地耦合到接口的一个或多个通信线路，诸如电导体和/或光纤线缆。
该系统还可以包括可由处理系统20控制以对解剖结构2中的组织的区域执行消融的处置电极8或消融电极。将理解，在一些实施例中，消融电极8和电极3可以是相同的电极。在本文中，关于导管探头11示出的示例应当被理解为任选地适用于被适当地配置用于通过彼此相距已知距离的至少两个传感器获得电磁场电压读数的任何可导航的体内探头11。通常，在约10kHz和约1MHz之间的频率下，以1伏特或更小的总电极间电压(身体表面到身体表面)感应时变电磁场。在一些实施例中，用户接口40可以用于工作流程的起始和停止、标志的识别、导管轨迹的识别、处置位置和其他功能。
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、3、4或更多个)感测电极3中的每个采集位置数据，感测电极3用作测量指示位置的电磁场数据的传感器。电极3可以由处理系统20控制和/或与处理系统20通信，以获得电磁场数据，诸如电解剖数据。在本公开的一些实施例中，感测电极3相对于彼此处于已知的间距；例如，固定在距彼此的一定距离处。备选地，如果感测电极3间距是动态的(例如，因为探头11可以弯曲)，则可以估计间距以与探头操作的参数(例如，主动变形)和/或测量的接触(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，使用已知间距作为在体内探头在其内移动的体腔(例如，中空器官(诸如心脏腔室)的管腔)的重建中使用的数据的部分。例如，导管探头11可以在血管、心脏腔室和/或解剖结构的任何其他合适的身体管腔或区内使用，以生成电解剖图像。在一些实施例中，位置数据由计算机电路例如从传感器实时地或从保存从传感器接收的数据的计算机存储器接收。
在一些实施例中，使用具有2、3、4、5、6、7、8或更多个电极3的探头11。基本上同时从电极获取的测量结果任选地包括或定义来自电极的一组测量结果，所述电极通过其布置的已知几何结构或至少通过它们之间的距离而被约束在其相对位置中。任选地，探头的良好表征的移动(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，以帮助定义在不同时间获取的各组测量结果之间的已知几何重新布置。
电极3间距任选地处于任何合适的距离，并且可以在不同的电极对之间是规则的或不规则的。在一些实施例中，体内探头包括刚体区段，其中，电极以距彼此已知的(例如，预定和/或可测量的)距离固定到刚体区段。在一些实施例中，体内探头包括多个柔性探头分段(被布置为打开到电极间距离的预定和/或可测量的展开配置，例如，处于篮型和/或伞型配置中)，每个承载处于沿其延伸的配置的多个电极。潜在地，来自更多和/或更广泛分布的电极的映射加速了重建，例如，允许探头被部署在其中的腔的快照型映射。
额外地或备选地，在一些实施例中，电极定位在柔性构件上，该柔性构件可以呈现弯曲形状(例如，通过其自身的弯曲倾向、在远程控制下和/或响应于接触力)；任选地到形成圆形和/或螺旋配置的程度。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即使当导管作为整体弯曲时是固定的。因此，一些套索导管可以包括定义45个电极对的10个电极，其中5对的特征在于固定的电极间距离，并且其他40对中的电极间距离不是固定的。柔性构件上的电极的相对位置任选地根据已知柔性构件的控制状态以及该控制状态对柔性构件几何结构的效应来计算。任选地，柔性构件的电极在彼此之间传输电信号，并且电信号的水平用于计算距离。在一些实施例中，导管包括具有已知对内距离(即，该对的构件之间的已知距离)和未知对间距离(即，所述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，导管探头中仅包括在其间具有已知距离的两个电极。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，并且相同导管探头上的一些电极之间的距离是未知的。
所有这些可以在本公开的实施例中使用，因为一个电极间距离足以提供要在如下所述的重建中使用的标尺，但是更大数目的已知距离可以产生更好的重建。如果重建提供比另一个重建更有用的目标近似，则该重建可以被识别为比另一个重建更好。在这方面，在一些实施例中，感测电极3的已知间距用于电压/空间映射，由此根据由探头电极3测量的电压测量结果来重建体腔形状。重建的主要原理可以被理解为使用体内探头的结构作为一种标尺。当该标尺在多个位置之间移动时，它不会改变其长度。在一些实施例中，可能的变换通过它们保持该长度恒定的程度来加权。在这是选择变换的唯一准则的实施例中，选择保持该长度最恒定的变换来用于电压/空间映射。自然地，当多于两个电极之间的距离是已知的时，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做出的每个测量结果变换到对应的位置(对应于传感器在该实例处的位置)时，期望由彼此间隔开2mm(例如)的两个传感器获取的测量结果被变换到彼此间隔开2mm的两个位置。至少，如果两个测量结果被变换到彼此分开3mm的位置，则期望无论探头在何处，这种3mm距离都是相同的。对于标尺的固定长度的要求可以转换为测量梯度和位置梯度之间的灵活变换的要求。例如，即使由传感器1和传感器2测量的电压差明显变化(例如，以10或更大的因子)，分配给传感器1和传感器2的位置之间的距离总是相同的。
在一些实施例中，找到保持姐妹距离(即，分配给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。这可以被理解为从试验变换开始，估计在该变换下标尺长度变化的程度，并且迭代地改变该变换以减小该程度，直到实现标尺长度的最小变化程度(和/或标尺长度的最大稳定性)。
在一些实施例中，迭代地改变试验变换以不仅使标尺长度的稳定性最大化，而且满足一些加权组合中的一个或多个额外约束。就标尺概念而言，允许标尺长度在一些区域中(和/或对于一些特定测量结果)变得稍微更长或稍微更短，如果这有助于产生做总体上维持另一约束准则的足够好的工作的重建。在算法方面，存在增加标尺长度的改变的成本、以及增加维持任何其他准则的失败的成本；并且所选择的结果是使每个的联合成本最小化的结果。关于使用设置在导管上的电极生成电解剖图像的进一步细节可以在例如Dichterman等人的WO2018/120974中找到，其全部内容通过引用并入本文。此外，系统1可以被配置为获得组织的电生理(EP)信息，诸如与心跳相关的EP数据。EP数据可以被映射到由系统1生成的电解剖图像上，以产生示出EP波的传播的电解剖映射图，其可以有用于诊断心律失常，诸如心房纤颤(AF)。与EP数据的收集相关的进一步细节可以在例如Schwartz等人的美国公开US 2018/0125575中找到，其全部内容通过引用并入本文。
图1B是根据本公开的实施例的处理器电路160的示意图。处理器电路160可以在控制器120、测量模块120A、测量分析器120B、场测量器101B或图1A中所示的任何其他处理部件中的一个或多个中实施。如图所示，处理器电路150可以包括处理器162、存储器164和通信模块168。这些元件可以例如经由一个或多个总线彼此直接或间接通信。
处理器162可以包括被配置为执行本文描述的操作的中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC、控制器、FPGA、另一硬件设备、固件设备或其任何组合。处理器162还可以实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP内核、或任何其他这样的配置。
存储器164可以包括高速缓冲存储器(例如，处理器162的高速缓冲存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻式RAM(MRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存存储器、固态存储器设备、硬盘驱动器、固态驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器、或不同类型的存储器的组合。在实施例中，存储器164包括非瞬态计算机可读介质。存储器164可以存储指令166。指令166可以包括当被处理器162执行时使处理器162执行本文中参考图1A描述的操作的指令。指令166也可以代码。术语“指令”和“代码”应当被宽泛地解读为包括任何类型的(一个或多个)计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可以指的是一个或多个程序、例程、子例程、功能、流程等。术语“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或许多计算机可读语句。
通信模块168可以包括任何电子电路和/或逻辑电路，以促进处理器电路160、导管电极103、皮肤贴片电极105、场测量器101B或任何其他合适的系统部件之间的数据的直接或间接通信。在这方面，通信模块168可以是输入/输出(I/O)设备。在一些实例中，通信模块168促进处理器电路160和/或系统1(图1A)的各种元件之间的直接或间接通信。
图2是根据本公开的一些实施例的在使用承载处置电极103的导管10执行的消融处置流程期间的左心房的内壁50的平坦视图。特别地，图2示出了左心房的内壁50，其包括右上肺静脉和右下肺静脉以及左上肺静脉和左下肺静脉的肺静脉开口48或口。通过将电极103放置在组织上并在足以产生给定半径和深度的消融点52或病变的时间段内施加电压或电流来执行消融流程。然而，将理解，可以使用其他类型的消融或治疗，诸如射频消融、冷冻消融、热消融、超声消融(诸如高频超声消融)或任何其他合适类型的治疗。在这方面，导管10可以包括部件并且在结构上布置并配置为执行这些类型的治疗中的任何一种或任何其他合适类型的治疗。通过沿着消融线54A产生许多消融点52，其中，消融点52彼此足够靠近，可以产生电隔离壁以阻挡引起心律失常的电信号。例如，在一些实施例中，产生约60与约90个之间的消融点52以在组织区周围形成线54A或环。每个消融点52可以通过在约30秒和约90秒之间内消融组织以产生电隔离病变来形成。
尽管本文中通常关于针对心房纤颤的处置的心房壁的消融来描述消融，但是应当理解，根据需要改变的描述也适用于其他组织中的消融的规划；例如：神经组织、肿瘤组织(例如癌症)、其他异常生长组织(诸如疣)、皮肤组织、粘膜或其他组织。
为了充分阻断引起心律失常的不期望的电脉冲或信号，期望消融点52彼此足够靠近以产生闭环。然而，尽管对于医师来说可能看起来在消融流程时已经产生了足够的消融线54A，但是心脏的重塑能够使消融点52迁移并漂移分开，从而在消融线中产生能够导致心房纤颤恢复的间隙。
图3A和3B图示了消融点52由于心脏的重塑而相对于解剖标志和/或其他消融点的迁移。如上所述，即使在处置流程期间，诸如消融的处置也可以快速地导致心脏恢复到正常窦性心律(NSR)。当心脏恢复到NSR时，心脏的一些解剖特征(诸如心房)的尺寸可以收缩和/或经历其他几何变化。几何结构的变化被称为重塑。在一些实例中，在成功病变之后，一旦三次心跳，心房就可以重塑。一旦心脏已经重塑，消融点或处置位置(例如，消融点52，图2、3A)的标记位置就可能不再有效。在这方面，图3A图示了在心脏已经重塑之前心房壁上的消融点52a的布置。图3B图示了在心脏已经重塑之后消融点52b的布置。如图3B所示，消融点52的重新布置或迁移已经在消融点52之间产生间隙58，这可以允许诱发心律失常电路重新形成和逃逸。这些间隙可能由重塑心脏中的消融点52b的更松散的布置引起。
因此，常常需要在心脏已经重塑之后执行重做或重新研究流程来校正消融线。因为心脏可以快速重塑，因此即使在原始处置流程仍在进行中时，也可能需要重新研究。在其他实例中，可能需要在原始处置流程后数周、数月或数年进行重新研究。常规的重新研究流程可能涉及复杂的起搏过程，这能够是耗时且不精确的。本公开描述了使用非刚体变换来共配准解剖结构的第一图像或图(包括标记的处置位置)和解剖结构的第二流程后图像或图的设备、系统和相关联的方法。共配准用于将标记在第一图像上的处置位置映射到第二图像，以识别更可能允许诱发心律失常的电信号的逃逸的区。
执行这些实施例的主要挑战是找到以解剖学上有意义的方式将点从一幅图像带到另一幅图像的变换，而不管心脏的重塑。也就是说，配准应当将第一图像中的某个解剖学指定的点配准到第二图像中的解剖学上对应的点。解剖学上对应的点是第二图像中的相同的特定解剖学指定的点。例如，配准应当将第一图像中的血池中的点配准到第二图像中的血池中的点，将第一图像的壁处的点配准到第二图像的壁处的点，将第一图像中的给定标志中的点配准到第二图像中的相同标志中的点等。标志的示例可以包括：卵圆窝(FO)、肺静脉中的任何一个或其口、腔静脉中的任何一个、任何心脏瓣膜等。
图4是图示根据本公开的实施例的用于电解剖图像的共配准的方法的流程图。将理解，方法400的一个或更多个步骤可以使用图1A-1B中所示的系统1或系统1的部件(包括控制器处理系统20、EM场测量器10、导管11、皮肤贴片电极5和任何其他合适的部件)来执行。在步骤410中，系统接收诸如心脏的解剖结构的第一电解剖图像。可以使用定位在患者的解剖结构内的导管上的多个电极来获得电解剖图像，以测量由放置在患者皮肤上的多个贴片电极感应的电场。如上所述，导管可以包括2、3、4、5或更多个电极。基于在电极中两个或更多个处测量的电压和电极之间的已知间距，系统将测量的电压和/或电信号转换成解剖结构的几何测量结果(例如，距离测量结果)。导管围绕解剖结构的内部移动并且移动到其中的各种特征，以获得被系统用于产生电解剖图像的电解剖数据或测量结果。
例如，在一个实施例中，解剖结构包括左心房，并且导管被移动到左心房及其周边位置和特征内的各个位置，诸如左心房附件、左上肺静脉和左下肺静脉、右上肺静脉和右下肺静脉和/或二尖瓣。在一些实施例中，直接从导管的电极接收电解剖图像或图像数据。在其他实施例中，从存储器部件接收电解剖图像。例如，在一些实施例中，在获得第一电解剖图像之后的几周或几个月，在共配准中使用第一电解剖图像。
在步骤420中，系统100接收与第一电解剖图像相关联并指示解剖结构上的处置位置的处置位置数据。在这方面，在诸如消融的处置流程期间，导管上的两个或更多个电极可以在处置电极正执行消融时获得电解剖图像数据或定位数据。在第一电解剖图像上标记导管或处置位置相对于第一电解剖图像的所确定的位置。在一些实施例中，处置位置数据指示笛卡尔坐标系、欧几里德坐标系、极坐标系、或其他合适的坐标系中的处置位置(例如，消融点、消融线)。在一些实施例中，处置位置数据指示相对于导管轨迹的处置位置，如下面进一步描述的。在一些实施例中，相对于一个或多个解剖标志(例如肺静脉口)标记处置位置。
在步骤430中，系统100接收在处置之后的解剖结构的第二电解剖图像。在一些实例中，解剖结构的第二电解剖图像可以表示在经历由处置流程促成的重塑之后的心脏。在这方面，在一些实例中，第二电解剖图像中所示的心脏可以在几何上不同于第一电解剖图像中所示的心脏，诸如通过体积、解剖标志的相对位置、壁尺寸等。然而，在一些方面中，心脏中的一个或多个解剖标志或特征可以保持基本不变，诸如肺静脉口或开口的尺寸、上肺静脉和下肺静脉之间的相对间距等。
在一些实施例中，在处置流程之后不久或期间接收第二电解剖图像。在一些实施例中，在处置流程之后的几天、几周或几个月接收第二电解剖图像。在一些实施例中，使用相同的系统获得第一和第二电解剖图像。在其他实施例中，使用不同的系统获得第一和第二电解剖图像。
在步骤440中，系统确定第一电解剖图像和第二电解剖图像之间的非刚体变换。非刚体变换可以包括除了缩放、平移、旋转、压缩或扩展之外的变换。在这方面，如上所述，心脏的重塑可能导致心脏的一些特征(诸如心房壁或心房的体积)变得更大或更小，而其他特征保持基本不变，或更不受重塑影响。因此，变换可以允许将第一电解剖图像中的各个点映射到第二电解剖图像中的表示心脏的重塑的位置上。
例如，在一些实施例中，变换基于将概率分配给一幅图像(例如，原始心脏的图像)中的点与另一图像(例如，重塑心脏的图像)中的每个点之间的任何对应性的概率对应性模型。概率可以被分配为使得一幅图像中彼此靠近的点具有与对应于另一图像中彼此远离的点相比对应于另一图像中彼此靠近的点更大的概率。用于分配概率的这种条件在本文中可以被称为相干性条件。相干性条件可以促进两幅图像中的点之间的对应性的解剖学意义，因为给定标志的点通常比其他标志的点更靠近彼此，并且这通常对于两幅图像中的每幅也为真。
在应用相干性条件的一种方式中，可以通过最小化取决于一幅图像中的点之间的差异和另一图像中的对应点之间的距离的总和的成本函数来找到概率。额外地或备选地，概率模型可以将更高概率分配给使点从一幅图像移动到另一图像的距离最小化的变换(例如，假设两幅图像的原点在相同点处)。在本公开的一些实施例中，概率模型使从一幅图像中的点通向另一图像中的对应点的轨迹之间的相干性最大化，例如相干点漂移模型。在一些实施例中，点可以是图像的点。
在一些实施例中，基于由安装在导管的刚体部分上的多个电极获取的电测量结果(例如，电压和/或阻抗测量结果)来生成每幅图像。在这样的实施例中，每幅图像的点在组中互连，例如，如果图像是用承载四个电极的导管采集的，则图像由点的四元组构成，其中，组中(例如，四元组中)的点之间的距离对应于电极之间的距离。在一些这样的实施例中，变换被生成为关于采集电读数的电极之间的已知距离。关于已知距离的条件在本文中被称为局部缩放条件。例如，可以使变换优选其中一幅图像中的组内的点之间的距离与另一图像中的对应组内的点之间的距离相同的对应性模型。类似地，在一些实施例中，可以使变换优选其中一幅图像中的组内的点之间的距离之间的比与另一图像中的对应组内的点之间的距离之间的比相同的对应性模型。
在本公开的一些实施例中，相干性约束被添加到对分配给传感器的相对位置(例如，电极位置)的约束。例如：假设一幅图像中的附近区域处的两个点对应于在一些度量下也在附近的点。在一些实施例中，属于相同组的点可以被称为占用姐妹位置的姐妹点，并且姐妹位置之间的距离可以被称为姐妹距离。相干性准则可以被设置为要求姐妹距离跨图像平滑地改变。例如，当姐妹距离的空间分布可分解为具有不同空间频率的分量时，可以获得用于找到生成姐妹距离的平滑变化的变换的算法。然后，该算法可以惩罚生成高频分量的姐妹距离分布的变换，并且可以最小化总惩罚(通过减少高频分量对姐妹距离分布的贡献)，以便找到相干变换。例如，可以为每个分量设置惩罚，并且惩罚可以随着分量的频率增加而增加。以这种方式，仅包括低频分量的分布将几乎不会被惩罚，并且包括非常高频率的分量的那些分布将被严重惩罚。可以应用最小化流程来最小化惩罚，以找到导致平滑变化的姐妹距离(即，主要具有小频率分量)的变换，其是相干性准则的示例。
在一些实施例中，可以通过优化一整幅图像到另一幅的变换来找到配准变换。在其他实施例中，可以通过优化第一图像(或点云)的仅选定点到第二图像(或点云)中的选定点的变换来找到配准变换。
在图5A、5B和6中示出了方法400的电解剖成像和变换的示例。图5A示出了左心房的第一电解剖图像，其包括到肺静脉48a-d的开口和心房壁50a。在心房壁50a上的各个位置处示出了多个参考点61a、62a、63a、64a、65a。图5B示出了在心脏已经作为处置流程的结果而重塑之后左心房的第二电解剖图像。在这方面，心房壁50b的尺寸和形状以及点61b、62b、63b、64b、65b的相对位置已经改变。然而，一些特征(诸如肺静脉开口48a-d的尺寸和/或形状、以及上肺静脉开口66a和下肺静脉开口66b之间的相对间距)在第一和第二电解剖图像之间是相似的或基本上不变的。例如，肺静脉开口48a和48b的尺寸以及它们之间的相对位置/距离可以在两幅图像之间保持基本恒定。然而，肺静脉开口48a和48c之间的距离68a、68b在两幅图像之间可以不同。因此，心脏的重塑已经导致组织的非刚体或非均匀迁移。在这方面，在一些实施例中，某些解剖标志附近的点(诸如点61a、62a和64a)可以在图像之间呈现更少的移动，而心房壁上的其他点(诸如63a和65a)可以在图像之间呈现更大的移动，以反映心脏的非均匀变化的几何结构。
如上所述，图5A和5B中所图示的映射和配准可以被用于产生示出由解剖结构的重塑引起的处置位置(例如，消融点)的重新布置的经更新的电解剖图像或图。图6示出了左心房的重建的电解剖图像，具有从第一电解剖图像映射到第二电解剖图像上的消融点。图6中所示的图像可以是在系统100的显示设备上示出的用户接口的部分。与图2所示的位置相比，消融点52的位置已经由于心脏的重塑而移动，使得间隙58已经在一些消融点之间产生。通过使用上述变换映射消融点52，可以显示并识别间隙58，使得医师可以更容易地规划并执行重做流程来填充间隙58，从而帮助心脏恢复到NSR。具有图6中所示的映射处置位置的重建图像可以与导管或处置设备的指示器一起示出，以在重做处置流程期间引导操作者。
本公开预期确定并应用上面讨论的变换的若干特定过程和算法。在这方面，图7至图18图示了用于在电解剖图像的共配准中使用的非刚体变换的各种方法和途径。
图7是图示用于使用第一和第二图像中的所识别的公共标志来共配准第一和第二图像的方法500的流程图。如在方法400中，在一些实施例中，方法500中的图像可以包括心脏的电解剖图像。在步骤510中，系统接收解剖结构的第一电解剖图像，其可以包括心脏的特征，诸如左心房。在步骤520中，系统接收在第一图像中标记或以其他方式与第一图像相关联的处置位置数据。处置位置数据指示在第一图像中应用消融的消融线和/或点(例如，消融点)。在步骤530中，系统接收在处置的至少部分已经应用之后的第二图像。如上所述，当与第一图像相比时，第二图像中的解剖结构可以作为重塑的结果而呈现不同的几何特征。在步骤540中，在第一和第二图像中识别公共解剖标志。在一些实施例中，在处置流程之前或期间，首先在第一图像中识别标志。然后在第二图像中识别相同的标志以确定变换。例如，参考图5A和5B，用户可以在第一图像中识别一个或多个肺静脉开口48的位置，并且在第二图像中识别相同的肺静脉开口的位置。
在一些实施例中，由操作者经由用户输入设备识别标志。例如，操作者可以使用鼠标、操纵杆、键盘、轨迹球或触摸屏设备中的一个或多个来识别显示器上所示的第一图像中的标志的位置。在一些实施例中，用于识别标志的用户输入可以包括选择标志上或附近的一个或多个点。在一些实施例中，用户输入可以包括围绕标志的周边进行追踪。在一些实施例中，用户输入可以包括将表示标志的形状或轮廓的形状或对象叠加和/或重新定尺寸在图像的显示上。
在步骤550中，系统基于所识别的解剖标志来配准第一和第二图像。在一些实施例中，步骤550包括确定第一图像与第二图像之间的变换，其使用第一和第二图像的公共识别标志作为输入。例如，变换可以包括对准或共配准与公共识别标志相关联的第一和第二图像的点或区，并且使用上述一种或多种非刚体变换技术来变换图像的剩余点或区。在步骤560中，基于公共解剖标志和变换将消融线和/或点映射到第二图像。
图8-11图示了根据本公开的一些实施例的心脏的电解剖图像的各种界面和视图。在一些实施例中，图8-11中所示的视图可以用于使用电解剖图像来识别标志、规划处置和引导处置。图8A示出了左心房的电解剖图像的透视图，其包括右上肺静脉和右下肺静脉(RSPV、ISPV)、左上肺静脉和左下肺静脉(LSPV、LIPV)、左心室流入(LF流入)和左动脉附件(LAA)。特别地，图8A是左心房的透视图，并且包括向用户指示视图相对于患者解剖结构的取向的取向指示器615。图8B是图8A中所示的电解剖图像的局部剖视图，其中，内心房壁630被揭示以示出左上肺静脉和左下肺静脉的开口，其是AF处置规划可能特别感兴趣的位置。图8B还示出了叠加在内心房壁630上的消融线640。在这方面，消融线640可以表示在处置之前、期间或之后并且在心脏已经作为消融处置的结果而重塑之前在第一电解剖图像上标记或指示的消融线。在其他实施例中，消融线640可以表示被映射到在心脏重塑之后获得的第二电解剖图像上的消融线。其他视图对于处置规划和引导也可以是有利的。例如，图9示出了左心房的内壁的平坦全景图，其示出了上腔静脉和下腔静脉、卵圆窝(FO)、三尖瓣(TV)、科赫三角、托达罗肌腱、冠状窦(CS)、冠状窦瓣膜(ThV)和下腔静脉瓣膜(ER)的开口。图10是左心房的类似平坦全景图，其示出了右上肺静脉和右下肺静脉(RSPV、ISPV)、左上肺静脉和左下肺静脉(LSPV、LIPV)、左心耳(LAA)和二尖瓣(MV)的开口。图11示出了左心房的特征的外部三维透视图，其中，消融线650、660叠加在图像的对应部分上。在这方面，图11可以表示具有标记的处置位置的第一电解剖图像、或示出第二电解剖图像上的消融线的变换或共配准位置的共配准电解剖图像。将理解，图8-11中识别的标志中的任何可以用于根据方法500确定变换。此外，图8-11中识别的标志中的任何可以被靶向用于如上所述的处置。
图12是图示用于使用在产生第一和第二图像时使用的公共导管轨迹来共配准第一和第二图像的方法的流程图。特别地，导管轨迹可以被描述为由包括多个电极的感测导管在获得用于生成相应的电解剖图像的电解剖数据时行进的路径。在一些实施例中，感测导管可以被推进到远侧位置，并且缓慢地向近侧拉动穿过导管轨迹(即拉回)。在一些实例中，操作者可以使用或选择相同或相似的导管轨迹来生成第一和第二图像。因此，在沿着第一和第二图像之间的相同或相似导管轨迹的相同或相似位置处获得的电解剖数据测量结果之间的对应性可以用于确定第一图像到第二图像的变换，从而将标记在第一图像上的处置位置(例如，消融线)映射到第二图像。
类似于方法400和500，在步骤710中，系统接收解剖结构的第一图像。如上所述，第一图像可以已经通过使用感测导管沿着导管轨迹获得电解剖数据或测量结果而被采集。因此，在一些实施例中，电解剖图像数据点与沿着感测导管的导管轨迹的位置相关联，或与感测导管的一个或多个电极的位置相关联，在该位置处获得特定的电解剖图像数据点。(一个或多个)导管和/或电极的对应位置可以与电解剖数据点一起保存到存储器。在步骤720中，系统还接收相对于第一图像指示消融线或点的位置或解剖结构上的其他处置位置的处置位置数据。在步骤730中，系统接收解剖结构的第二图像。还可以已经通过使用相同的导管或不同的导管沿着导管轨迹获得电解剖数据或测量结果来采集第二图像，使得第二图像的电解剖图像数据点也与导管轨迹相关联。在步骤740中，在第一和第二图像中识别公共导管轨迹，以找到第一和第二图像的数据点之间的对应性。例如，在一些实施例中，执行成像流程的(一个或多个)医师可以沿着患者心脏中的预定轨迹引导导管，并且当导管沿着这些轨迹中的每个轨迹行进时标记(例如，通过用户接口40)，因此存在每个轨迹的开始和结束以及沿着轨迹访问的所有点的记录。预定轨迹可以在心脏解剖结构方面被明确定义。例如，在处置左心房时，预定轨迹可以包括四个轨迹，每个轨迹从进入左心房的点(例如，卵圆窝)到肺静脉之一。例如，如果患者的解剖结构包括更少或更多的肺静脉，则这些轨迹的数量可以不同于四个。第五轨迹可以从进入点去到二尖瓣。轨迹的额外示例可以包括从进入点到明确定义的标志(诸如左心耳和二尖瓣孔)的轨迹。下面参考图13-16进一步描述示例性轨迹。
在步骤750中，将非刚体变换应用于第一电解剖图像数据，特别是处置位置数据，以将最初标记在第一电解剖图像上的处置位置映射到第二电解剖图像。在步骤760中，系统的显示设备或与系统通信的显示设备显示映射到第二电解剖图像上以指示应当执行额外消融点或线的区的处置位置。
图13-16图示了多个导管轨迹，其可以用于获得电解剖图像，并且基于导管轨迹共配准电解剖图像，如关于方法700所描述的。特别地，图13示意性地表示根据本公开的一些实施例的一些预定导管轨迹205、210、215通过心脏200的右心室202A、右心房202、上腔静脉203和下腔静脉204的区域的路线。还指示了左心房201。如上所述，导管轨迹可以被描述为在导管正获得电解剖数据时导管的电极在心脏腔室和/或血池内的移动的路径。医师可以使用特征在于解剖结构的特定特征或区域(诸如静脉口、瓣膜、心房或其他区域)的多个预定导管轨迹中的任一个。特别地，路径可以由与解剖结构的特征或区域相关联的预定开始点和停止点定义。导管轨迹可以被很明确定义或理解为使得它们可以在处置流程之前、期间或之后的不同时间由医师重复。如上面关于方法700所描述的，通过重复相同的导管轨迹以生成不同的电解剖图像，可以基于公共导管轨迹来共配准不同的电解剖图像。
导管轨迹205、210、215包括导管探头11可以如何移动通过心脏的心房腔室以便将重塑心脏的图像快速配准到原始心脏的图像的示例。粗略地，轨迹也对应于在拉回之前的导管配置(具有包括三个电极3的探头11的导管9的示例被示出为处于准备沿着轨迹205拉回的位置)，因为拉回是在沿着导管的长度向后的方向上。例如，由于自由导管端部的振荡、导管机械性质的效应等，对应性不是完美的。
轨迹205包括从导管位置的拉回，其中导管9经由右心房(RA)202从下腔静脉(IVC)204延伸至上腔静脉(SVC)203。因此，轨迹205是通过顺序SVC-RA-IVC。任选地，轨迹205表示初始拉回轨迹，例如，与经由下腔静脉到达心脏的导管一起使用的轨迹。该轨迹提供了广泛的采样点基础的潜在优点，其中，相对少需要操纵，潜在地增加了在两幅图像之间找到明确匹配的可能性。
轨迹210从导管顶端略微弯曲的位置开始并被推进，使得其容纳在右心耳(RAA)中。因此，轨迹210延伸通过顺序RAA-RA-IVC。
轨迹215从导管从右心房经过以进入右心室(RV)202A的位置开始，弯曲通过它，并且最终到达以进入主肺动脉(MPA)。右心室中的弯曲特别地提供了潜在有用的标志。
现在参考图14，其示意性地表示根据本公开的一些实施例的通过主动脉的区域的预定导管轨迹的路线。
导管轨迹260是导管探头11可以如何移动通过主动脉的部分以便在两幅图像之间快速配准的示例。粗略地，轨迹260还对应于在拉回之前的导管配置(未单独示出)。例如，由于自由导管端部的振荡、导管机械性质的影响等，对应性不是完美的。
轨迹260包括从导管位置的拉回，其中，导管9从主动脉瓣250向后延伸通过升主动脉252、横主动脉弓254、胸主动脉256和腹主动脉258。该轨迹提供了对应于横主动脉弓254的弯曲的形式的明确定义的标志的潜在优点。任选地，轨迹260至少部分地被定义为特征轨迹，其中，主动脉弓的特征弯曲被用作标志。
现在参考图15和16，其示意性地表示根据本公开的一些实施例的到左心房201的区域的预定导管轨迹。图15以三维方式表示左心房201的半透明内腔表面。图16表示展开并从其内侧观察的相同内腔表面，例如，如2017年1月12日提交的美国临时专利申请US 62/445368和2018年1月12日提交的国际专利申请PCT/IB2018/050201中所描述的，这两个专利申请的全部内容并入本文。
在一些实施例中，导管任选地从经中隔交叉点270(例如，卵圆窝)进入左心房。这提供了将经中隔交叉点270连接到左心房的不同标志的若干轨迹中的每个的一端。特别地：
·轨迹281通向右上肺静脉272B。
·轨迹282通向右下肺静脉272A。
·轨迹283通向左上肺静脉271A。
·轨迹284通向左下肺静脉271B。由于展开的伪影，轨迹283和284在图16中表现为在其自身上双回。
·轨迹285通向二尖瓣274。
图中还指示了二尖瓣孔275和左心耳273的位置。这些特征还可以额外地和/或备选地用作预定轨迹的标志。
在一些实施例中，仅选择对应于这些轨迹之一的图像点以在配准中使用。在一些实施例中，选择这些轨迹中的两个或更多个轨迹的图像点以在配准中使用。如上所述，在一些实施例中，配准不是在图像点之间而是在点云点之间。在一些实施例中，为选定点找到的配准还用于配准其他非选定点。
在一些实施例中，配准变换不仅基于选定点，而且选定点被给予比非选定点更大的权重。在一些实施例中，变换被用于仅变换病变的点，使得原始心脏中的病变被配准到重塑心脏的图像(并示出在其上)。在一些实施例中，医师可以使用重塑心脏中的病变的位置作为用于找到重塑心脏中的间隙的线索，例如，通过首先在图像上所示的间隙附近起搏。在一些实施例中，医师可以基于重塑心脏的图像上所示的病变的位置来闭合重塑心脏中的病变之间的间隙，例如，通过消融重塑心脏的图像上所示的间隙。医师可以基于他的来自重塑心脏的图像与配准的结果之间的相似性的印象来确定使用配准的病变的方式。为了阐明这一点，在一些实施例中，可以向医师供应三幅图像：在消融流程中获取的第一图像、在重做流程中获取的第二图像、以及第三图像，所述第三图像是第一图像到第二图像的配准的结果。尽管第三图像在一些拟合准则(例如，通过给予相干性条件、局部缩放条件、选定点等的权重来确定)下是两幅图像之间的最佳拟合，但是它与它们中的任一个不相同，特别是与第二图像不相同。在一些实施例中，可以向医师提供叠加在第二图像上的第三图像的显示，因此他可以在视觉上判断配准的准确性。在一些实施例中，指示第二和第三图像之间的拟合质量的值可以归因于配准，并且医师可以在决定他使用什么进行配准时考虑该值。在一些实施例中，该值可以是被最小化以获得第三图像的成本函数的数值、和/或基于该数值的尺寸的拟合质量的口头指示。
图17是图示用于共配准解剖结构的第一和第二三维点云图像的方法800的流程图。三维点云图像可以包括在特定坐标系(例如，笛卡尔坐标系、测地坐标系、极坐标系等)内定义的数据点的集合。点云图像可以部分地由点的数目和分布、点密度和其他特性来表征。在步骤810中，系统接收解剖结构的第一3D点云图像，其中，使用导管上的多个电极获得点云图像，如上所述。在步骤820中，系统接收与第一点云图像相关联的处置位置数据。例如，处置位置数据可以指示点云中的哪些点与处置位置(例如，消融点)相关联，或处置位置数据可以定义指示处置位置的新的或额外的数据点。在步骤830中，系统接收例如在解剖结构已经作为处置的结果而重塑之后的解剖结构的第二3D点云图像。将理解，在一些实施例中，第一图像包括点云图像，或基于点云，而第二图像不是点云图像，并且反之亦然。在步骤840中，系统识别第一和第二图像中的共同解剖标志。如上文所解释的，识别可以包括从用户接口或输入设备接收指示相应图像中的标志的位置的输入。在一些实施例中，输入可以由用户利用键盘、鼠标、轨迹球、触摸屏显示器、操纵杆或任何其他合适的输入设备提交。
在步骤850中，系统基于所识别的解剖标志配准第一和第二3D点云图像。在一些实施例中，配准是在该点云的点与另一图像的点之间。当从点云重建两个图像时，配准可以是在一个点云的点到另一个点云的点之间。
在一些实施例中，未被包括在点云中的图像的点不被配准。
在一些实施例中，点之间的距离可以是欧氏距离。备选地，点之间的距离可以是测地距离。在一些实施例中，每幅图像的点可以形成点云，并且使用自然点间距离将一幅图像的点变换到另一图像的点。在一些实施例中，图像中的两个点之间的自然距离可以被定义为仅通过点云在两个点之间行进的最短路径的长度。仅行进通过云的路径在本文中被称为云内路径。在一些实施例中，云可以在其包括不同分段的意义上被分割；例如，中心分段(例如，左心房)连接到多个周边分段(例如，肺静脉)中的每个。周边分段可以仅通过从一个分段进入中心分段并从其回到另一个分段的路径互连。在这样的实施例中，两个周边分段可以具有在欧氏意义上在附近的点，但是它们之间的自然距离很长，因为它们之间的每一个云内路径经由中心分段行进。在这样的实施例中，使用自然距离测量相干性(或对一幅图像中的点之间的距离与另一图像中的对应点之间的距离之间的关系的其他约束)可以保留点云的分割，使得两幅图像的分割用作配准中的线索。
将一个分割的点云配准到另一个类似分割的点云的分割保留方法的示例可以包括以下步骤：将每个云中的每个点分配给云中的分段；并且将每个点变换到分割的云中的位置，要求将分配给第一云中的相同的分段的点变换到另一云中的对应分段，并且将分配给第一云中的不同分段的点变换到另一云中的不同分段。
在一些实施例中，可以通过最小化变换的高空间频率分量来实现分割保留变换。例如，变换可以可分解为空间频率分量，并且成本函数可以将高成本分配给高频分量，使得所获得的变换具有高空间频率的相对小的分量或没有高空间频率的分量。
在步骤860中，作为配准第一和第二点云图像的结果，可以将处置位置(例如，消融线)配准到第二点云图像，以便示出由重塑的解剖结构中的移动产生的经更新位置。在步骤870中，基于第二图像生成3D图像，其中，映射的处置位置的指示叠加在3D图像上。
如上所述，即使在消融流程完成之前，心脏重塑也可以快速发生。因此，在一些实例中，可以有益的是检测心脏的节律在处置流程期间何时已经改变，并且确定重塑是否已经作为结果而发生。通过监测心脏的节律和几何结构，可以补偿心脏的处置中重塑，并且可以相应地调节处置计划以增加处置流程的质量。图18是图示用于在处置流程期间基于检测到心律变化来共配准解剖结构的第一和第二三维电解剖图像的方法900的流程图。
在步骤910中，系统例如在消融流程之前接收心脏的第一3D图像。在步骤920中，消融流程开始。在步骤930中，系统检测心脏的节律变化。例如，心脏的节律可以从心律失常或AF节律改变为正常窦性节律(NSR)。在一些实施例中，系统可以通过使用导管上的电极获得电生理(EP)数据来检测节律的变化。在其他实施例中，其他检测方法耦合到系统，诸如外部身体贴片电极或ECG监测器。在步骤940中，响应于检测到心律的变化，获得心脏的第二3D图像。在步骤950中，在第一和第二3D图像中识别公共解剖学标志以用于确定两幅图像之间的变换。在步骤950中，系统使用基于公共识别标志的所确定的变换来配准第一和第二3D图像。将理解，在一些实施例中，在步骤960中实现的配准是基于公共导管轨迹或基于由本公开所预期的其他参数来执行的。
本领域技术人员将认识到能够以各种方式修改上述装置、系统和方法。因此，本领域普通技术人员将意识到，由本公开涵盖的实施例不限于上述具体示例性实施例。在这一点上，尽管已经示出且描述了说明性实施例，但是在前述公开中预期宽范围的修改、改变和替代。将理解，能够对上述内容进行这种改变，而不脱离本公开的范围。因此，适当的是广义地且以符合本公开的方式解释随附权利要求。

Claims (19)

1.一种用于将电解剖图像进行共配准的系统，包括：
用户显示器；以及
处理器电路，其与所述用户显示器通信并且被配置为：
接收解剖结构的第一电解剖图像，所述第一电解剖图像是基于使用被定位在导管上的两个或更多个电极获得的电解剖数据生成的；
接收指示关于所述第一电解剖图像的处置位置的处置位置数据，所述处置位置数据基于使用被定位在所述导管上的所述两个或更多个电极获得的所述电解剖数据；
接收在所述解剖结构已经重塑之后的所述解剖结构的第二电解剖图像；
确定将所述第一电解剖图像变换为重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像的非刚体变换；
将所述非刚体变换应用于所述处置位置数据，以将所述处置位置映射到所述重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像；并且
在所述用户显示器上显示被映射到所述第二电解剖图像的所述处置位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为基于所述导管上的所述两个或更多个电极之间的已知距离来确定所述非刚体变换。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为基于概率对应性模型来确定所述非刚体变换，所述概率对应性模型分配所述第一电解剖图像中的第一点与所述第二电解剖图像中的第二点之间的对应性概率，并且其中，所述概率对应性模型包括相干性条件，在所述相干性条件下，更大的对应性概率被分配给在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像中识别的相同解剖标志附近的点。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
识别所述第一电解剖图像中的标志；
识别所述第二电解剖图像中的所述标志；并且
基于在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中识别的所述标志来确定所述非刚体变换。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括与所述处理器电路通信的用户输入设备，其中，所述处理器电路被配置为：
从所述用户输入设备接收指示所述标志在所述第一电解剖图像中的位置的第一输入；
从所述用户输入设备接收指示所述标志在所述第二电解剖图像中的位置的第二输入；并且
基于接收到的第一输入和第二输入来确定所述非刚体变换。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
关于所述第一电解剖图像将第一多个电解剖数据点与第一导管轨迹进行关联；
关于所述第二电解剖图像将第二多个电解剖数据点与第二导管轨迹进行关联，其中，所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹对准；并且
基于所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹之间的对应性来确定所述非刚体变换。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括与所述处理器电路通信的用户输入设备，其中，所述处理器电路被配置为：
从所述用户输入设备接收指示所述导管在沿着所述第一导管轨迹行进时的位置的第一多个输入；
从所述用户输入设备接收指示所述导管在沿着所述第二导管轨迹行进时的位置的第二多个输入；并且
基于所述第一多个输入和所述第二多个输入来确定所述非刚体变换。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一电解剖图像包括所述解剖结构的第一三维点云图像，其中，所述第二电解剖图像包括所述解剖结构的第二三维点云图像，并且其中，所述处理器电路被配置为：
通过将所述第一点云图像的点配准到所述第二点云图像的对应点来确定所述变换；并且
基于所述第一云图像与所述第二云图像的配准点来生成经重建的三维图像。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为基于自然点间距离来确定所述变换。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为将所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像分割成多个分段。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
将所述第一点云图像的所述点分配给分段；
将所述第二点云图像的所述对应点分配给相同的分段；并且
确定所述变换，使得所述第一点云图像中的所述点被变换到所述第二点云图像中的所述相同的分段。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
检测所述解剖结构中的生理节律改变，其中，所述第二电解剖图像表示呈现改变的生理节律的所述解剖结构。
13.一种用于将电解剖图像进行共配准的方法，包括：
在与用户显示器通信的处理器电路处接收解剖结构的第一电解剖图像，所述第一电解剖图像是基于使用被定位在导管上的两个或更多个电极获得的电解剖数据生成的；
在所述处理器电路处接收指示关于所述第一电解剖图像的处置位置的处置位置数据，所述处置位置数据基于使用被定位在所述导管上的所述两个或更多个电极获得的所述电解剖数据；
在所述处理器电路处接收在所述解剖结构已经重塑之后的所述解剖结构的第二电解剖图像；
确定将所述第一电解剖图像变换为重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像的非刚体变换；
将所述非刚体变换应用于所述处置位置数据，以将所述处置位置映射到所述重塑的解剖结构的所述第二电解剖图像；并且
在所述用户显示器上显示被映射到所述第二电解剖图像的所述处置位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述非刚体变换包括基于所述导管上的所述两个或更多个电极之间的已知距离来确定所述非刚体变换。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述非刚体变换包括基于概率对应性模型来确定所述非刚体变换，所述概率对应性模型分配所述第一电解剖图像中的第一点与所述第二电解剖图像中的第二点之间的对应性概率，并且其中，所述概率对应性模型包括相干性条件，在所述相干性条件下，更大的对应性概率被分配给在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中的每幅电解剖图像中识别的相同解剖标志附近的点。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括：
识别所述第一电解剖图像中的标志；
识别所述第二电解剖图像中的所述标志；并且
基于在所述第一电解剖图像和所述第二电解剖图像中识别的所述标志来确定所述非刚体变换。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
关于所述第一电解剖图像将第一多个电解剖数据点与第一导管轨迹进行关联；
关于所述第二电解剖图像将第二多个电解剖数据点与第二导管轨迹进行关联，其中，所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹对准；并且
基于所述第一导管轨迹与所述第二导管轨迹之间的对应性来确定所述非刚体变换。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，接收所述第一电解剖图像包括接收所述解剖结构的第一三维点云图像，其中，接收所述第二电解剖图像包括接收所述解剖结构的第二三维点云图像，并且其中，所述方法还包括：
通过将所述第一点云图像的点配准到所述第二点云图像的对应点来确定所述变换；并且
基于所述第一云图像与所述第二云图像的配准点来生成经重建的三维图像。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括：
检测所述解剖结构中的生理节律改变，其中，所述第二电解剖图像表示呈现改变的生理节律的所述解剖结构。
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