DE69929403T2

DE69929403T2 - Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Rekonstruktion von inneren Organen

Info

Publication number: DE69929403T2
Application number: DE69929403T
Authority: DE
Inventors: Daniel Reisfeld
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: CA2278380C; EP0974936A2; DE69929403D1; ATE315814T1; CA2278380A1; US20010009974A1; EP0974936B1; US6456867B2; US6226542B1; ES2255750T3; EP0974936A3; DK0974936T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kartierungssysteme und -verfahren und im Speziellen Verfahren zur Kartierung innerer Organe.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Herzkartierung wird eingesetzt, um aberrierende elektrische Leitungsbahnen und Ströme im Herzen sowie mechanische und andere Aspekte der Herzaktivität zu lokalisieren. Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Kartierung des Herzens beschrieben worden, beispielsweise in den US-Patentschriften 5,471,982 und 5,391,199 und in den PCT-Patentschriften WO94/06349, WO96/05768 und WO97/24981. Die US-Patentschrift 5,391,199 zum Beispiel beschreibt einen Katheter, der sowohl Elektroden zum Abtasten der elektrischen Herzaktivität als auch Miniaturspulen zum Ermitteln der Position des Katheters relativ zu einem extern angelegten Magnetfeld aufweist. Mit diesem Katheter kann ein Kardiologe innerhalb kurzer Zeit eine Menge von Abtastpunkten sammeln, indem er an einer Vielzahl von Orten die elektrische Aktivität sowie die räumlichen Koordinaten der Orte ermittelt.
Um dem Chirurgen die Sichtung der ermittelten Daten zu ermöglichen, wird eine Karte, bevorzugt eine dreidimensionale Karte (3D-Karte) produziert, welche die Abtastpunkte enthält. Die US-Patentschrift 5,391,199 schlägt vor, die Karte einem Bild des Herzens zu überlagern. Die Positionen der Orte werden bezüglich eines Referenzrahmens des Bildes ermittelt. Es ist jedoch weder immer erstrebenswert, ein Bild aufzunehmen, noch ist es im allgemeinen möglich, ein Bild aufzunehmen, in welchem die Positionen der Orte mit hinreichender Genauigkeit aufgefunden werden können.
Auf dem Fachgebiet sind diverse Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Hohlraums oder Volumens bekannt, welche die bekannten Positionskoordinaten einer Vielzahl von Orten auf der Oberfläche des Hohlraums oder Volumens nutzen. Einige dieser Verfahren verwenden Triangulation, wobei die Karte aus einer Vielzahl von Dreiecken ausgebildet wird, welche die Abtastpunkte verbinden. In einigen Fällen wird eine konvexe Hülle oder Alpha-Hülle der Punkte konstruiert, um das Netz auszubilden, und anschließend wird das konstruierte Netz dergestalt zusammengezogen, daß es auf die Abtastpunkte innerhalb der Hülle paßt. Triangulationsverfahren liefern keine glatte Oberfläche und erfordern daher zusätzliche Glättungsstufen.
Ein weiteres Verfahren, das vorgeschlagen wurde, ist das Ausbilden eines Grenzellipsoids, das die Abtastpunkte einschließt. Die Abtastpunkte werden auf das Ellipsoid projiziert, und die projizierten Punkte werden mit einem Triangulationsverfahren verbunden. Die Dreiecke werden anschließend mit den Abtastpunkten zurück an ihre ursprünglichen Orte verschoben, wodurch eine grobe, stückweise, lineare Näherung der abgetasteten Oberfläche ausgebildet wird. Dieses Verfahren kann jedoch nur Oberflächen von sternförmiger Gestalt rekonstruieren, d.h., eine gerade Linie, die ein Zentrum des rekonstruierten Netzes mit einem beliebigen Punkt auf der Oberfläche verbindet, schneidet die Oberfläche nicht. In den meisten Fällen weisen Herzkammern keine sternförmige Gestalt auf.
Außerdem benötigen auf dem Fachgebiet bekannte Rekonstruktionsverfahren eine vergleichsweise große Anzahl abgetasteter Orte, um eine brauchbare rekonstruierte Karte zu liefern. Diese Verfahren wurden zum Einsatz beispielsweise in Verbindung mit bildgebenden CT- und NMR-Systemen entwickelt, die große Punktanzahlen liefern, und arbeiten daher im allgemeinen nur bei großen Punktanzahlen korrekt. Im Gegensatz hierzu ist das Ermitteln der Daten an den Orten unter Verwendung eines invasiven Katheters ein zeitaufwendiger Vorgang, der so kurz wie möglich gehalten werden sollte, besonders, wenn an einem menschlichen Herzen gearbeitet wird. Rekonstruktionsverfahren, die eine große Anzahl ermittelter Orte benötigen, sind daher nicht geeignet.
US 5,601,084 betrifft die 3D-Modellierung und Visualisierung des Herzens und die Untersuchung von Gestalt und Gestaltänderungen in Bezug zur Wanddicke. Die Innen- und Außenoberflächen des Herzens werden aus Daten modelliert, die aus Ultraschallschichten oder durch MR-Tomographie gewonnen wurden, und es wird eine Mittenfläche ermittelt. Diese Mittenfläche wird auf das Herz des Patienten projiziert, um Herzparameter zu erhalten.
Hoppe et al., „Surface Reconstruction from Unorganised Points", Computer Graphics, Juli 1992, Seiten 71 bis 78 offenbart die Oberflächenrekonstruktion biologischer Formen aus nicht organisierten Punkten.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Erstellen einer Karte eines 3D-Volumens oder Hohlraums auf Grundlage der Positionen von Punkten auf einer Oberfläche des Volumens oder Hohlraums zu schaffen.
Es ist eine Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen einer Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzal von Abtastpunkten unabhängig von der Gestalt des Volumens zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein einfaches, schnelles Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzahl von Abtastpunkten zu schaffen, welches bevorzugt weniger Abtastpunkte benutzt, als bei den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren möglich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzahl von Abtastpunkten zu schaffen, welches keine Annahmen über topologische Beziehungen zwischen den Punkten trifft.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines sich in Bewegung befindenden Volumens zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzahl von Abtastpunkten zu schaffen, welches von der Abtastreihenfolge unabhängig ist.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Rekonstruieren einer 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzahl von Abtastpunkten zu schaffen, dergestalt, daß das Verfahren bei interaktiven Prozeduren benutzt werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe gemäß einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Rekonstruieren einer glatten 3D-Karte eines Volumens im menschlichen Körper aus einer Vielzahl von Abtastpunkten zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Rekonstruieren einer Karte eines Körperorgans, das ein Volumen aufweist, welches in den Ansprüchen 1 bis 15 dargestellt wird, und eine Vorrichtung zum Konstruieren einer Karte eines Körperorgan, das ein Volumen aufweist, aus den Koordinaten einer Vielzahl von ermittelten Abtastpunkten, die eine Konfiguration auf der Oberfläche des Volumens aufweisen, welche in den Ansprüchen 16 bis 18 dargestellt wird.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung rekonstruiert ein Prozessor aus einer Vielzahl von Abtastpunkten eines Volumens oder Hohlraums im Körper eines Patienten (im Folgenden als „das Volumen" bezeichnet), dessen Positionskoordinaten ermittelt wurden, eine 3D-Karte des Volumens. Im Unterschied zu Rekonstruktionsverfahren des Standes der Technik, bei welchen eine große Anzahl von Abtastpunkten benutzt werden, zielen die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Rekonstruktion einer Oberfläche auf Grundlage einer beschränkten Anzahl von Abtastpunkten ab. Die Anzahl der Abtastpunkte ist im allgemeinen kleiner als 200 Punkte und kann kleiner als 50 Punkte sein. Bevorzugt sind zehn bis zwanzig Abtastpunkte ausreichend, um eine vorläufige Rekonstruktion der Oberfläche mit zufriedenstellender Qualität durchzuführen.
In einem Rekonstruktionsraum in dem Volumen der Abtastpunkte wird eine initiale, im allgemeinen beliebige, geschlossene, gekrümmte 3D-Oberfläche definiert (die hier der Kürze halber auch als Kurve bezeichnet wird). Die geschlossene Kurve wird grob auf eine Gestalt eingestellt, die einer Rekonstruktion der Abtastpunkte ähnelt. Anschließend wird eine flexible Anpassungsstufe bevorzugt wiederholt ein- oder mehrmals ausgeführt, um die geschlossene Kurve dazu zu bringen, der Gestalt des tatsächlichen Volumens, das rekonstruiert wird, exakt zu ähneln. Bevorzugt wird die 3D-Oberfläche auf einem Bildschirmgerät oder einem anderen Schirm wiedergegeben, wo sie von einem Arzt oder einem anderen Benutzer der Karte betrachtet werden kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umgibt die initiale, geschlossene, gekrümmte Oberfläche im wesentlichen alle der Abtastpunkte oder liegt im wesentlichen innerhalb aller der Abtastpunkte. Jedoch sei angemerkt, daß jede beliebige Kurve in der Umgebung der Abtastpunkte geeignet ist. Bevorzugt umfaßt die geschlossene, gekrümmte 3D-Oberfläche ein Ellipsoid oder eine andere einfache, geschlossene Kurve. Alternativ dazu kann eine nicht geschlossene Kurve benutzt werden, beispielsweise wenn eine einzelne Wand anstelle des gesamten Volumens rekonstruiert werden soll.
Auf der Kurve wird ein Gitter von gewünschter Dichte definiert, und das Einstellen der Kurve wird durchgeführt, indem die Gitterpunkte eingestellt werden. Das Gitter teilt die gekrümmte Oberfläche bevorzugt dergestalt in Vierecke oder andere Polygone ein, daß das Gitter gleichmäßig Punkte auf der Kurve definiert, und bevorzugt ist die Gitterdichte hinreichend, daß im allgemeinen in jeder beliebigen Umgebung mehr Gitterpunkte als Abtastpunkte vorliegen. Ferner ist die Gitterdichte bevorzugt hinsichtlich eines erwünschten Kompromißes zwischen Rekonstruktionsgenauigkeit und Geschwindigkeit einstellbar.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zur Auswahl einer initialen, geschlossenen Kurve, die in engerer Beziehung zu dem rekonstruierten Volumen steht, externe Informationen benutzt, indem zum Beispiel wie oben beschrieben das Bild des Volumens benutzt wird. Somit kann die Rekonstruktionsprozedur in kürzerer Zeit eine exaktere Rekonstruktion liefern. Alternativ oder zusätzlich dazu ist eine Datenbank mit geschlossenen Kurven, die für verschiedene Volumina des Körpers geeignet sind, in einem Speicher abgelegt, und die zu verwendende Kurve wird gemäß der spezifischen Prozedur ausgewählt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Karte eines rekonstruierten Volumens in einem Patienten als Anfangskurve für anschließende Kartierungsprozeduren benutzt, die zu späteren Zeitpunkten an demselben Volumen durchgeführt werden.
Bevorzugt wird die Grobeinstellung der geschlossenen Kurve in einer einzigen Iteration durchgeführt, und zwar besonders bevorzugt, indem für jeden Gitterpunkt ein Einstellungspunkt berechnet und der Gitterpunkt um einen Bruchteil seiner Distanz zu dem Einstellungspunkt verschoben wird. Bevorzugt wird der Gitterpunkt um ca. 50 bis 80% der Distanz zwischen dem ursprünglichen Punkt und dem Einstellungspunkt verschoben, besonders bevorzugt um ca. 75%.
Der Einstellungspunkt wird bevorzugt ermittelt, indem über im wesentlichen alle der Abtastpunkte eine gewichtete Summe gebildet wird. Bevorzugt stehen die Gewichte in umgekehrter Beziehung zu den Distanzen von dem eingestellten Gitterpunkt zu den Abtastpunkten, die hier und im Folgenden als Gitterdistanzen bezeichnet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedes Gewicht als der in eine festgelegte Potenz erhobene Kehrwert der Summe aus einer kleinen Konstanten plus der Gitterdistanz definiert, so daß Abtastpunkte, die sich nahe bei dem Gitter befinden, ein größeres Gewicht erhalten. Bevorzugt beträgt die Potenz ungefähr zwischen 4 und 9, ganz besonders bevorzugt 8. Die kleine Konstante ist bevorzugt kleiner als der Betrag der kleinsten Gitterdistanz und ist bevorzugt von der Größe der Genauigkeit bei der Ermittlung der Koordinaten der Abtastpunkte. Die kleine Konstante dient dazu, eine Division durch null zu vermeiden, wenn ein Gitterpunkt auf einem Abtastpunkt liegt.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten die Gewichte außerdem einen Faktor, der für die Punktdichte in der Umgebung des entsprechenden Punktes indikativ ist. Bevorzugt wird das Gewicht dergestalt mit einem für die Dichte indikativen Dichtewert zwischen null und eins multipliziert, daß isolierte Abtastpunkte die Summe in größerem Ausmaße beEinflußen als Abtastpunkte in einem dichten Bereich. Bevorzugt ist der Einfluß der Punkte somit im wesentlichen unabhängig von der Dichte der Punkte in ihrer Umgebung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der flexible Anpassungsschritt ausgeführt, indem jedem Abtastpunkt dergestalt ein entsprechender Gitterpunkt zugeordnet wird, daß jedem Abtastpunkt der ihm am nächsten liegenden Gitterpunkt zugeordnet ist. Für jeden der zugeordneten und nicht zugeordneten Gitterpunkte wird ein Verschiebungsvektor berechnet. Bevorzugt werden die Verschiebungsvektoren auf Grundlage von Vektoren von den zugeordneten Gitterpurkten zu ihren dazugehörigen Abtastpunkten berechnet. Ferner beeinflussen bevorzugt die Aufnahmepunkte den Wert des Verschiebungsvektors für einen gegebenen Punkt gemäß ihrer Nähe zu dem gegebenen Punkt. Außerdem ist die Funktion, anhand derer die Verschiebungsvektoren berechnet werden, bevorzugt glatt und weist keine komplizierten Rechenoperationen auf. Bevorzugt ist die Funktion eine gewichtete Summe der Vektoren von den zugeordneten Gitterpunkten zu ihren dazugehörigen Abtastpunkten. Die Gitterpunkte werden dann gemäß ihren dazugehörigen Verschiebungsvektoren verschoben.
Zusätzlich oder alternativ dazu werden die zugeordneten Gitterpunkte um einen Prozentsatz der Distanz zwischen ihnen und ihren entsprechenden Abtastpunkten in Richtung der entsprechenden Abtastpunkte verschoben. Diejenigen Gitterpunkte, die keinem Abtastpunkt zugeordnet sind, werden um eine Distanz verschoben, die durch Interpolation zwischen den Distanzen, um welche Punkte aus der Umgebung auf dem Gitter verschoben werden, ermittelt wird. Bevorzugt wird das sich ergebende Gitter unter Verwendung einer geeigneten Glättungstransformation geglättet.
Bevorzugt wird der Vorgang des Zuordnens und Verschiebens zweimal oder öfter wiederholt, um eine feinere Einstellung der geschlossenen Kurve zu ermöglichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer gemäß eines gewünschten Kompromißes zwischen Bildqualität und Geschwindigkeit einstellen, wie oft der flexible Anpassungsschritt wiederholt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu wird dem Benutzer zunächst eine Schnellrekonstruktion geliefert, und danach wird die Berechnung wiederholt, um eine feinere Rekonstruktion zu erhalten. Bevorzugt werden die Gewichte der bei der flexiblen Anpassungsstufe benutzten gewichteten Summe gemäß der Häufigkeit eingestellt, die das Anpassen durchgeführt werden soll. Alternativ oder zusätzlich dazu werden die Gewichte für jeden flexiblen Anpassungsschritt entsprechend dessen Stelle in der sequentiellen Abfolge der flexiblen Anpassungsschritte ermittelt.
Bevorzugt handelt es sich bei den für die Gewichte und/oder für die Interpolation benutzten Distanzen um euklidische geometrische Distanzen zwischen den Punkten. Die euklidische Distanz ist einfach zu berechnen und bewirkt, daß sich Punkte auf gegenüberliegenden Wänden des Volumens gegenseitig abstoßen, so daß sich die Wände nicht schneiden. Alternativ können andere Distanzen, wie etwa die Distanz entlang des ursprünglichen oder des eingestellten Gitters, benutzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der benutzten Distanz während des ersten flexiblen Anpassungsschritts um die Distanz entlang dem ursprünglichen Gitter, wohingegen nachfolgende flexible Anpassungsschritte die euklidische Distanz benutzen.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auf die rekonstruierte Oberfläche ein Glättungsvorgang angewendet, bevorzugt, indem eine zweidimensionale Faltung mit einem gaußartigen Kern angewendet wird. Der Glättungsvorgang sorgt für eine bessere Näherung der Oberfläche und vereinfacht die Durchführung von Berechnungen auf Basis der rekonstruierten Oberfläche. Jedoch führt die Anwendung der zweidimensionalen Faltung in gewissem Maße dazu, daß sich die Oberfläche zusammenzieht, weswegen bevorzugt eine affine Transformation an der geglätteten Oberfläche ausgeführt wird. Die affine Transformation wird bevorzugt anhand derjenigen Abtastpunkte ausgewählt, die außerhalb der rekonstruierten Oberfläche liegen. Die gewählte affine Transformation minimiert bevorzugt die mittlere quadratische Distanz zwischen den außerhalb liegenden Punkten und der Oberfläche.
Bevorzugt fällt bei Abschluß der Rekonstruktion jeder Abtastpunkt im wesentlichen mit einem Gitterpunkt zusammen. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine abschließende exakte Anpassungsstufe durchgeführt. Jedem Abtastpunkt wird ein nächstliegender Gitterpunkt zugeordnet, und der zugeordnete Gitterpunkt wird auf den Abtastpunkt verschoben. Die übrigen Gitterpunkte werden bevorzugt nicht verschoben. Im allgemeinen liegen in diesem Stadium die meisten der Abtastpunkte schon sehr nahe an der rekonstruierten Oberfläche, weswegen die Glattheit der Oberfläche im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Allerdings können einige Ausreißer-Abtastpunkte, d.h., Abtastpunkte, die nicht zu der Oberfläche gehören, wesentliche Änderungen an der Oberfläche bewirken. Bevorzugt kann der Benutzer festlegen, ob die Oberfläche auf Punkte verschoben werden soll, die von der Oberfläche um mehr als eine festgelegte Maximaldistanz entfernt sind. Alternativ oder zusätzlich dazu ist der gesamte exakte Anpassungsschritt optional und wird nur auf Anforderung eines Benutzers hin angewendet.
Alternativ oder zusätzlich dazu werden ferner die Gitterpunkte in eine feste Distanz zu den Abtastpunkten gebracht. Es kann erwünscht sein, eine solche feste Distanz beizubehalten, beispielsweise, wenn die Abtastkoordinaten von Orten in der Nähe einer distalen Spitze eines abtastenden Katheters stammen und nicht von Orten an der distalen Spitze selbst.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Daten bezüglich der Abtastpunkte aufgenommen, indem ein Katheter innerhalb des zu rekonstruierenden Volumens, beispielsweise innerhalb einer Herzkammer, positioniert wird. Der Katheter wird dergestalt positioniert, daß sich ein distales Ende des Katheters reihum in Kontakt mit jedem der Abtastpunkte befindet, und an einem distalen Ende des Katheters werden die Koordinaten dieser Punkte sowie optional Werte eines oder mehrerer physiologischer Parameter abgetastet. Bevorzugt umfaßt der Katheter einen Koordinatensensor in der Nähe seines distalen Endes, der Signale ausgibt, die für die Koordinaten der Katheterspitze indikativ sind. Bevorzugt ermittelt der Koordinatensensor die Position durch Versenden und Empfangen elektromagnetischer Wellen, wie dies z.B. in den PCT-Patentschriften GB93/01736, WO94/04938, WO97/24983 und WO96/05768 oder in der US-Patentschrift 5,391,199 beschrieben wird, deren Eigentümer der vorliegende Rechtsnachfolger ist, und die alle durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet werden.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befindet sich das rekonstruierte Volumen in Bewegung, beispielsweise aufgrund von Herzschlag. Bei solchen Ausführungsformen werden die Abtastpunkte bevorzugt mit einem am Herzen befestigten Referenzrahmen registriert. Bevorzugt ist im Herzen ein Referenzkatheter befestigt, und die Abtastpunkte werden zusammen mit der Position des Referenzkatheters ermittelt, der benutzt wird, um die Punkte zu registrieren, was zum Beispiel in der obenerwähnten US-Patentschrift 5,391,199 und der PCT-Patentschrift WO9G/05768 beschrieben wird.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird die Aufnahme der Erfassungspunkte mit einem spezifischen Zeitpunkt eines Zyklus synchronisiert, wenn zumindest ein Teil der Bewegung eine zyklische Bewegung ist, wie dies beim Herzen der Fall ist. Wenn das abgetastete Volumen das Herz ist, wird bevorzugt ein EKG-Signal empfangen und zum Synchronisieren der Aufnahme der Abtastpunkte benutzt. Zum Beispiel können die Abtastpunkte zum Zeitpunkt der Enddiastole aufgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu werden ferner die Koordinaten jedes einzelnen der Abtastpunkte zusammen mit einer Indikation für den Zeitpunkt relativ zu der zyklischen Bewegung, zu dem die Koordinaten erfaßt wurden, ermittelt. Bevorzugt umfaßt die Indikation die relative Zeit seit Beginn des Zyklus und die Frequenz der zyklischen Bewegung. Entsprechend der Frequenz und der relativen Zeit werden die ermittelten Koordinaten auf den Zeitpunkt der Enddiastole oder einen beliebigen anderen Punkt in der zyklischen Bewegung korrigiert.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für jeden Abtastpunkt eine Vielzahl von Koordinaten zu unterschiedlichen Zeitpunkten der zyklischen Bewegung ermittelt. Bei einigen dieser bevorzugten Ausführungsformen weist jeder Abtastpunkt zwei Koordinaten auf, welche die Bewegungsspanne des Punktes definieren. Bevorzugt werden die Vielzahl von Koordinaten, falls den Koordinaten verschiedener Punkte unterschiedliche Zyklusfrequenzen zugeordnet sind, dergestalt transformiert, daß sie einem Koordinatensatz in einer zyklischen Bewegung mit einer einheitlichen Frequenz entsprechen. Ferner werden die Koordinaten bevorzugt dergestalt bearbeitet, daß alle Beiträge aufgrund von anderen Bewegungen als der spezifischen zyklischen (Herz-)Bewegung, wie etwa von atmungsbedingten Bewegungen des Brustkorbs, herabgesetzt oder im wesentlichen eliminiert werden. Die Rekonstruktion wird für eine Vielzahl von Konfigurationen des Volumens zu unterschiedlichen Zeitpunkten der zyklischen Bewegung durchgeführt. Bevorzugt wird, wie oben beschrieben, eine erste Rekonstruktion ausgeführt, um eine Rekonstruktions-Ankeroberfläche auszubilden, und Rekonstruktionen von Oberflächen für andere Zeitpunkte des Zyklus werden relativ zu der Rekonstruktions-Ankeroberfläche durchgeführt.
Bevorzugt wird die Ankeroberfläche für jeden weiteren Zeitpunkt der zyklischen Bewegung entsprechend den Koordinaten der Abtastpunkte zu dem weiteren Zeitpunkt relativ zu den Koordinaten der Abtastpunkte der Ankeroberfläche eingestellt. Bevorzugt wird die Ankeroberfläche durch eine quadratische Transformation eingestellt, die einen mittleren quadratischen Fehler minimiert, welcher die Distanzen zwischen den Abtastpunkten des weiteren Zeitpunkts und der eingestellten Oberfläche darstellt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird anstelle der quadratischen Transformation eine affine Transformation benutzt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird ferner für Oberflächen mit vergleichsweise wenig Abtastpunkten eine einfache Transformation benutzt, wohingegen für Oberflächen mit einer vergleichsweise großen Anzahl von Abtastpunkten eine quadratische Transformation benutzt wird. Bei der einfachen Transformation kann es sich um eine affine Transformation, eine Skalierungs- und Rotationstransformation, eine Rotationstransformation oder jede andere geeignete Transformation handeln.
Bevorzugt umfaßt das Einstellen der Oberfläche für die weiteren Zeitpunkte nach der Transformation einen oder mehrere, bevorzugt zwei, flexible Anpassungsschritte und/oder eine exakte Anpassungsstufe.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird die Rekonstruktion für jeden der weiteren Zeitpunkte separat ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich dazu wird ferner eine erste Rekonstruktion der Oberflächen für die weiteren Zeitpunkte relativ zu der Ankeroberfläche ausgeführt, und anschließend wird für jeden Zeitpunkt unabhängig eine exaktere Rekonstruktion ausgeführt.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird zum Ausführen der oben beschriebenen Rekonstruktionsstufen dedizierte Graphikhardware benutzt, die zum Manipulieren von Polygonen ausgelegt ist.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bei jedem Abtastpunkt ein oder mehrere physiologische Parameter aufgenommen. Die physiologischen Parameter für das Herz können zum Beispiel ein Maß der elektrischen Herzaktivität und/oder jede andere Art lokaler Informationen mit Bezug auf das Herz umfassen, wie in der PCT-Patentschrift WO97/24981 beschrieben, deren Eigentümer ebenfalls der vorliegende Rechtsnachfolger ist, und die ferner durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Bei dem einen oder den mehreren physiologischen Parametern kann es sich um Skalare oder um Vektoren handeln, und sie können zum Beispiel eine Spannung, eine Temperatur, einen Druck oder jeden anderen erwünschten Wert umfassen.
Bevorzugt werden für jeden der Gitterpunkte Werte des physiologischen Parameters auf Basis einer Interpolation des Parameterwerts an Abtastpunkten in der Umgebung ermittelt, nachdem das Volumen auf Basis der Koordinaten rekonstruiert wurde. Bevorzugt wird die Interpolation des physikalischen Parameters auf eine Weise durchgeführt, die proportional zu der verbundenen Interpolation der Koordinaten ist. Alternativ dazu werden die physiologischen Parameter gemäß der geometrischen Distanz zwischen den Punkten auf dem Gitter interpoliert. Alternativ oder zusätzlich dazu werden die physiologischen Parameter auf eine Weise interpoliert, die dem vorstehend beschriebenen flexiblen Anpassungsschritt ähnlich ist.
Die rekonstruierte Oberfläche kann in Bewegung angezeigt werden, und/oder ein Arzt kann die Anzeige eines spezifischen Zeitpunkts des Zyklus anfordern. Bevorzugt wird der physiologische Parameter auf Basis einer festgelegten Farbskala auf der rekonstruierten Oberfläche angezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zuverlässigkeit der Rekonstruktion von Regionen der rekonstruierten Oberfläche auf der angezeigten Oberfläche indiziert. Bevorzugt werden Regionen, die unterhalb einer vom Benutzer definierten Schwelle liegen, semitransparent angezeigt, wobei bekannte Verfahren wie etwa α-Blending benutzt werden. Bevorzugt wird die Zuverlässigkeit bei jedem Gitterpunkt entsprechend dessen Nähe zu den Abtastpunkten ermittelt. Diejenigen Punkte auf dem Gitter, die mehr als eine festgelegte Distanz vom nächsten Abtastpunkt entfernt sind, sind weniger zuverlässig.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zusammen mit den Abtastpunkten aufgenommene Bilder, wie etwa Linksventrikulogramme und Durchleuchtungsbilder, benutzt, um die Geschwindigkeit und/oder Exaktheit der Rekonstruktion zu verbessern. Bevorzugt führt der Prozessor eine Objekterkennungsprozedur an dem Bild aus, um die Gestalt der für die Konstruktion des initialen Gitters der Rekonstruktion zu verwendenden, geschlossenen, gekrümmten 3D-Oberfläche zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich dazu wird das Bild von dem Arzt benutzt, um Bereiche auszuwählen, in denen es ganz besonders wünschenswert ist, Abtastpunkte zu erhalten.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Arzt Punkte, Linien oder Bereiche auf dem Gitter definieren, die fest bleiben müssen und nicht eingestellt werden dürfen. Alternativ oder zusätzlich dazu können einige Punkte als innere Punkte aufgenommen werden, die nicht auf der Karte sein sollen, da sie nicht auf einer Oberfläche des Volumens liegen. Die Rekonstruktionsprozedur wird dementsprechend dergestalt durchgeführt, daß die geschlossene Kurve nicht zu nahe an die inneren Punkte verschoben wird.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Rekonstruktionsoberfläche benutzt, um eine exakte Schätzung des Volumens des Hohlraums zu ermitteln. Die Oberfläche wird durch die Gitterpunkte in Vierecke unterteilt, und jedes Viereck wird weiter in zwei Dreiecke unterteilt. Auf Basis dieser Dreiecke wird das von der Oberfläche definierte Volumen abgeschätzt. Alternativ dazu wird das Volumen unter Verwendung einer volumetrischen Darstellung berechnet.
Andere Meßungen, wie etwa geodätische Oberflächenmeßungen auf der Oberfläche, können ebenfalls unter Verwendung der rekonstruierten Oberfläche ausgeführt werden.
Es sei angemerkt, daß einige der oben beschriebenen Stufen von einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ignoriert werden können, um Verarbeitungszeit zu sparen und die Rekonstruktionsprozedur zu beschleunigen.
Es wird somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Rekonstruieren einer Karte eines Volumens mit folgenden Schritten geschaffen: Ermitteln von Koordinaten einer Vielzahl von Orten auf einer Oberfläche des Volumens, die eine Konfiguration aufweisen; Erzeugen eines Gitters aus Punkten, die eine Rekonstruktionsoberfläche im dreidimensionalen Raum in der Nähe der ermittelten Orte definieren; für jeden Punkt auf dem Gitter, Definieren eines dazugehörigen Vektors, der von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Gitter und einem oder mehreren der Orte abhängig ist; und Einstellen der Rekonstruktionsoberfläche, indem im wesentlichen jeder Punkt auf dem Gitter eingehend auf den dazugehörigen Vektor verschoben wird, so daß die Rekonstruktionsoberfläche dergestalt deformiert wird, daß sie der Konfiguration der Oberfläche ähnelt.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren das Anzeigen der Rekonstruktionsoberfläche.
Bevorzugt umfaßt das Erzeugen des Gitters das Erzeugen eines Gitters dergestalt, daß die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen alle der ermittelten Orte umgibt oder im wesentlichen innerhalb aller der ermittelten Orte liegt.
Bevorzugt umfaßt das Erzeugen des Gitters ein Definieren eines Ellipsoids.
Bevorzugt wird die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen unabhängig von jeglicher Annahme bezüglich einer Topologie des Volumens definiert und eingestellt.
Ferner wird die Rekonstruktionsoberfläche bevorzugt im wesentlichen ohne Bezugnahme auf irgendeinen Punkt innerhalb des Volumens definiert und eingestellt.
Alternativ oder zusätzlich dazu umfaßt das Erzeugen des Gitters das Aufnehmen eines Bildes des Volumens und das Definieren der Rekonstruktionsoberfläche dergestalt, daß sie dem Bild des Volumens ähnelt.
Alternativ oder zusätzlich dazu umfaßt das Erzeugen des Gitters ferner ein Auswählen eines Gitters gemäß mindestens einer Eigenschaft des Volumens aus einer Speicherbibliothek.
Bevorzugt umfaßt das Einstellen der Oberfläche eine Grobeinstellungsstufe und eine flexible Anpassungsstufe.
Bevorzugt umfaßt die Grobeinstellungsstufe, daß jeder Punkt auf dem Gitter in Richtung eines dazugehörigen gewichteten Schwerpunktes der ermittelten Orte verschoben wird, wobei Orte, die näher an dem Punkt auf dem Gitter angeordnet sind, ein größeres Gewicht erhalten.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben jedes Punkts in der Grobeinstellungsstufe für jeden der Punkte auf dem Gitter ein Definieren eines dazugehörigen Grobeinstellungsvektors, der eine gewichtete Summe von Vektoren von dem Punkt zu jedem der ermittelten Orte umfaßt, und das Verschieben der Punkte um eine Distanz, die jeweils proportional zu dem dazugehörigen Vektor ist.
Bevorzugt umfaßt das Definieren eines Grobeinstellungsvektors für jeden der summierten Vektoren ein Berechnen eines Gewichtes, das im allgemeinen umgekehrt proportional zu einem in eine festgelegte Potenz erhobenen Betrag des summierten Vektors ist.
Bevorzugt umfaßt das Gewicht den Kehrwert einer in eine Potenz zwischen 4 und 10 erhobenen Summe aus einer Konstanten und dem Betrag des Vektors. Bevorzugt ist die Konstante kleiner als eine Genauigkeit der Ortsermittlung.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben jedes Punkts ein Verschieben jedes Punktes in Richtung eines dazugehörigen Zielpunktes um eine Distanz von zwischen 50 und 90% der Distanz zwischen dem Punkt und dem Zielpunkt.
Bevorzugt umfaßt die flexible Anpassungsstufe ein Auswählen eines Gitterpunkts, der jeweils jedem der ermittelten Orte zugeordnet wird. Bevorzugt umfaßt das Auswählen des Gitterpunktes für jeden ermittelten Ort das Ermitteln eines diesem im wesentlichen am nächsten liegenden Punktes auf dem Gitter.
Ferner umfaßt die flexible Anpassungsstufe bevorzugt ein Verschieben der ausgewählten Gitterpunkte in Richtung ihrer dazugehörigen ermittelten Orte.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben der ausgewählten Gitterpunkte ein Verschieben der Gitterpunkte im wesentlichen auf ihre dazugehörigen, ermittelten Orte.
Bevorzugt umfaßt die flexible Anpassungsstufe ein Verschieben von Gitterpunkten, die nicht ausgewählt wurden, um einen Betrag, der von den Verschiebungen der Gitterpunkte in der Umgebung abhängig ist.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben der Gitterpunkte, die nicht ausgewählt wurden, ein Verschieben der Gitterpunkte um einen Betrag, der im wesentlichen nur von den Verschiebungen der ausgewählten Gitterpunkte in der Umgebung abhängig ist.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben der Gitterpunkte ein Berechnen einer Verschiebung eines Gitterpunkts, der nicht ausgewählt wurde, auf Basis der Verschiebungen der ausgewählten Gitterpunkte in der Umgebung und der Distanzen von diesen Gitterpunkten in der Umgebung.
Bevorzugt umfaßt das Verschieben des Gitterpunkts ein Interpolieren zwischen den Verschiebungen der Gitterpunkte in der Umgebung.
Bevorzugt umfassen die Distanzen geometrische Distanzen. Alternativ oder zusätzlich dazu umfassen die Distanzen eine Länge der Rekonstruktionsoberfläche zwischen den Gitterpunkten.
Bevorzugt umfaßt die flexible Anpassungsstufe ein Definieren einer Verschiebungsfunktion, die eine gewichtete Summe von Vektoren umfaßt, wobei jeder Vektor einen Ort und seinen zugeordneten Punkt verbindet.
Bevorzugt umfaßt die flexible Anpassungsstufe ein Verschieben der Gitterpunkte gemäß der Verschiebungsfunktion, um die Oberfläche zu glätten.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten ein Positionieren einer Katheterspitze an der Vielzahl von Orten.
Bevorzugt umfaßt das Positionieren der Katheterspitze ein Positionieren des Katheters an einer Vielzahl von Orten in einer Herzkammer.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten ein Positionieren einer Katheterspitze an der Vielzahl von Orten.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten ein Senden und Empfangen nichtionisierender Wellen.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten ein Positionieren einer Vorrichtung an der Vielzahl von Orten, die Signale erzeugt, welche für die Position der Vorrichtung indikativ sind.
Bevorzugt generiert die Vorrichtung Signale, die indikativ für die sechs Freiheitsgrade (Ort und Orientierung) der Vorrichtung sind.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten ein Empfangen der Koordinaten von einer externen Quelle.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren das Aufnehmen eines Signals, das für einen Wert einer physiologischen Aktivität an im wesentlichen jeder der Vielzahl von Orten indikativ ist.
Bevorzugt umfaßt das Aufnehmen des Signals ein Aufnehmen eines Signals, das für einen Wert der elektrischen Aktivität an dem Ort indikativ ist.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren ein Abschätzen eines Werts der physiologischen Aktivität an den eingestellten Gitterpunkten.
Bevorzugt umfaßt das Abschätzen des Werts der physiologischen Aktivität ein Abschätzen auf Basis eines aufgenommenen Werts der physikalischen Aktivität an einem Ort in einer Umgebung der eingestellten Gitterpunkte.
Bevorzugt umfaßt das Abschätzen auf Basis des aufgenommenen Werts ein auf die Deformation der Rekonstruktionsoberfläche eingehendes Interpolieren des Werts.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln von Koordinaten einer Vielzahl von Orten ein Ermitteln von Koordinaten von weniger als 200 Orten, besonders bevorzugt von weniger als 50 Orten und ganz besonders bevorzugt von weniger als 20 Orten.
Bevorzugt befindet sich das Volumen in Bewegung, und das Ermitteln der Koordinaten umfaßt ein Ermitteln eines auf die Bewegung eingehenden Korrekturfaktors.
Bevorzugt umfaßt die Bewegung eine zyklische Bewegung, und das Ermitteln des Korrekturfaktors umfaßt ein Ermitteln eines auf eine Zyklusfrequenz der Bewegung eingehenden Faktors.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln des Faktors ein Ausfiltern von Bewegungen, deren Frequenz sich wesentlich von der Zyklusfrequenz unterscheidet.
Bevorzugt umfaßt die Bewegung eine zyklische Bewegung, und das Ermitteln der Koordinaten umfaßt ein Ermitteln der Koordinaten bei einer festgelegten Phase der zyklischen Bewegung.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln der Koordinaten bei der festgelegten Phase ein Ermitteln der Koordinaten zu einer Vielzahl von Zeitpunkten und ein Einstellen der Koordinaten relativ zu der zyklischen Bewegung.
Bevorzugt umfaßt das Einstellen der Koordinaten für im wesentlichen jede Koordinatenermittlung ein Ermitteln einer Frequenz der zyklischen Bewegung zusammen mit den Koordinaten.
Bevorzugt werden das Erzeugen des Gitters und das Einstellen der Rekonstruktionsoberfläche separat bezüglich der bei jeder Phase der zyklischen Bewegung ermittelten Koordinaten ausgeführt.
Alternativ oder zusätzlich dazu werden das Erzeugen und das Einstellen für die Koordinaten einer Vielzahl von Phasen der zyklischen Bewegung durchgeführt, um eine Bewegungskarte des Volumens auszubilden.
Bevorzugt werden das Erzeugen des Gitters und das Einstellen der Rekonstruktionsoberfläche für eine erste Gruppe aus Koordinaten, die bei einer ersten Phase der zyklischen Bewegung ermittelt wurden, ausgeführt, und die rekonstruierte Oberfläche der ersten Gruppe wird dergestalt eingestellt, daß sie eine rekonstruierte Oberfläche bei einer oder mehreren zusätzlichen Phasen ausbildet.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren ein Glätten der rekonstruierten Oberfläche.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren ein Anwenden einer affinen Transformation auf die rekonstruierte Oberfläche.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren eine abschließende Stufe, bei der jedem ermittelten Ort ein dazugehöriger Gitterpunkt zugeordnet wird und die zugeordneten Gitterpunkte auf die ermittelten Orte verschoben werden, wohingegen nicht zugeordnete Gitterpunkte im wesentlichen nicht verschoben werden.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren ein Abschätzen eines auf die rekonstruierte Oberfläche eingehenden Volumenmaßes.
Bevorzugt umfaßt das Abschätzen des Volumenmaßes ein Auswählen eines beliebigen Punkts innerhalb des Gitters und das Berechnen der Volumina von Tetraedern, die von dem beliebigen Punkt und Gruppen aus je drei Punkten auf dem Gitter, welche die gesamte Gitteroberfläche abdecken, definiert werden.
Ferner wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Rekonstruieren einer Karte eines Volumens aus Koordinaten einer Vielzahl ermittelter, eine Konfiguration aufweisender Orte auf einer Oberfläche des Volumens geschaffen, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Prozessor, der die Koordinaten empfängt und ein Gitter aus Punkten erzeugt, die eine Rekonstruktionsoberfläche im dreidimensionalen Raum in der Nähe der ermittelten Orte definieren, und der für jeden der Punkte auf dem Gitter einen dazugehörigen Vektor definiert, der von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Gitter und einem oder mehreren der Orte abhängig ist, und der die Rekonstruktionsoberfläche einstellt, indem jeder der Punkte auf dem Gitter eingehend auf den dazugehörigen Vektor verschoben wird, so daß die Rekonstruktionsoberfläche dergestalt deformiert wird, daß sie der Konfiguration der Oberfläche des Volumens ähnelt.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen Bildschirm zum Anzeigen der eingestellten Oberfläche.
Bevorzugt analysiert der Prozessor die eingestellte Oberfläche, um eine Eigenschaft des Volumens zu ermitteln.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen Speicher zur Ablage der eingestellten Oberfläche.
Bevorzugt umgibt das Gitter im wesentlichen alle der ermittelten Orte.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung eine bildgebende Vorrichtung zum Aufnehmen eines Bildes des Volumens, und der Prozessor definiert das Gitter anfangs dergestalt, daß es dem Bild des Volumens ähnelt.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung eine Speicherbibliothek, die eine Vielzahl geschlossener Kurven enthält, und der Prozessor definiert das Gitter anfangs, indem er entsprechend mindestens einer Eigenschaft des Volumens eine geschlossene Kurve aus der Speicherbibliothek auswählt.
Bevorzugt erzeugt und definiert der Prozessor die Rekonstruktionsoberfläche im wesentlichen unabhängig von jeglicher Annahme bezüglich einer Topologie des Volumens.
Bevorzugt erzeugt und definiert der Prozessor die Rekonstruktionsoberfläche bevorzugt im wesentlichen ohne Bezugnahme auf irgendeinen Punkt innerhalb des Volumens.
Bevorzugt bildet der Prozessor das eingestellte Gitter in zwei Stufen aus: einer Grobeinstellungsstufe und einer flexiblen Anpassungsstufe.
Bevorzugt verschiebt der Prozessor in der Grobeinstellungsstufe jeden Punkt auf dem Gitter in Richtung eines dazugehörigen gewichteten Schwerpunktes der ermittelten Orte, wobei Orte, die näher an dem Punkt auf dem Gitter angeordnet sind, ein größeres Gewicht erhalten.
Bevorzugt berechnet der Prozessor den Schwerpunkt unter Verwendung eines Gewichts, das für jeden Ort im wesentlichen proportional zum Kehrwert der in eine Potenz zwischen 4 und 10 erhobenen Summe aus einer kleinen Konstanten und der Distanz zwischen dem Punkt und dem Ort ist.
Bevorzugt ist die Konstante kleiner als eine Genauigkeit der Ortsbestimmung.
Bevorzugt wählt der Prozessor bei der flexiblen Anpassungsstufe für jeden der ermittelten Orte einen dazugehörigen Gitterpunkt aus, der diesem zugeordnet wird.
Bevorzugt umfaßt der für jeden ermittelten Ort ausgewählte Gitterpunkt einen Punkt auf dem Gitter, der dem jeweiligen Ort am nächsten liegt.
Bevorzugt verschiebt der Prozessor bei der flexiblen Anpassungsstufe die ausgewählten Gitterpunkte in Richtung ihrer dazugehörigen, zugeordneten Orte.
Bevorzugt verschiebt der Prozessor die ausgewählten Gitterpunkte auf die zugeordneten Orte.
Bevorzugt verschiebt der Prozessor Gitterpunkte, die nicht ausgewählt wurden, um einen Betrag, der von den Verschiebungen der Gitterpunkte in der Umgebung abhängig ist.
Bevorzugt ist der Betrag der Verschiebung der Gitterpunkte, die nicht ausgewählt wurden, von den Verschiebungen der Gitterpunkte in der Umgebung abhängig.
Bevorzugt wird der Betrag der Verschiebung jedes der nicht ausgewählten Gitterpunkte von dem Prozessor auf Basis der Distanzen von den ausgewählten Gitterpunkten in der Umgebung zu dem nicht ausgewählten Gitterpunkt berechnet.
Bevorzugt wird der Betrag der Verschiebung der nicht zugeordneten Gitterpunkte vom Prozessor auf Basis einer Interpolation der Verschiebungen der ausgewählten Gitterpunkte in der Umgebung berechnet.
Bevorzugt umfassen die Distanzen geometrische Distanzen.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung eine Sonde, die in Kontakt mit der Oberfläche gebracht wird, um die Orte darauf zu ermitteln.
Ferner umfaßt die Sonde bevorzugt einen Positionssensor, der die Position einer Spitze der Sonde indiziert.
Bevorzugt umfaßt der Sensor mindestens eine Spule.
Bevorzugt erzeugt der Sensor Signale, die indikativ für die Position und die Orientierung des Sensors sind.
Alternativ oder zusätzlich dazu umfaßt die Sonde einen Funktionsabschnitt zum Aufnehmen eines Werts einer physiologischen Aktivität an der Vielzahl von Orten.
Bevorzugt umfaßt der Funktionsabschnitt eine Elektrode.
Bevorzugt schätzt der Prozessor einen Wert der physiologischen Aktivität an den eingestellten Gitterpunkten ab.
Bevorzugt schätzt der Prozessor den Wert der physiologischen Aktivität auf Basis der aufgenommenen Werte der physikalischen Aktivität an Punkten in der Umgebung der eingestellten Gitterpunkte ab.
Bevorzugt schätzt der Prozessor den Wert durch eine auf die Deformation der Rekonstruktionsoberfläche eingehende Interpolation der aufgenommenen Werte ab.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen Referenzkatheter zum Registrieren der ermittelten Orte relativ zu einem dem Volumen zugeordneten Referenzrahmen.
Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung einen EKG-Monitor zum Ansteuern der Sonde im Betrieb, wodurch die Punkte bei fester Phase einer zyklischen Bewegung des Volumens ermittelt werden.
Es wird ferner ein Verfahren zum Anzeigen von Werten eines über eine Oberfläche hinweg schwankenden Parameters offenbart, welches folgende Schritte umfaßt: Ermitteln eines Werts des Parameters bei jedem aus der Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche und Wiedergeben eines Bildes der Oberfläche auf einer Anzeige mittels in verschiedenen Bereichen der Oberfläche unterschiedlicher Transparenzgrade, die in jedem der Bereiche auf den Wert des Parameters an einem oder mehreren Punkten in dem Bereich eingehen.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln des Wertes ein Abtasten einer Vielzahl von Punkten und das Erstellen einer darauf eingehenden Karte der Oberfläche, und das Wiedergeben des Bildes umfaßt das Wiedergeben einer graphischen Darstellung der Karte.
Bevorzugt umfaßt das Erstellen der Karte ein Erstellen einer dreidimensionalen Karte.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln des Werts ein Ermitteln eines Zuverlässigkeitsmaßes der Karte in jedem der Bereiche.
Bevorzugt umfaßt das Wiedergeben des Bildes das Wiedergeben eines oder mehrerer der Bereiche mit einem im Vergleich zu einem oder mehreren anderen Bereichen niedrigen Zuverlässigkeitsmaß mit einem vergleichsweise höheren Transparenzgrad.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln des Zuverlässigkeitsmaßes ein Ermitteln einer Dichte der Abtastpunkte.
Bevorzugt umfaßt das Wiedergeben des Bildes ein Definieren einer Farbskala und ein Anzeigen einer dem Wert zugeordneten Farbe an jedem aus der Vielzahl von Punkten.
Bevorzugt umfaßt die Vielzahl von Punkten Abtastpunkte und interpolierte Punkte, und das Ermitteln des Zuverlässigkeitsmaßes umfaßt ein Zuordnen eines hohen Zuverlässigkeitsmaßes zu den Abtastpunkten.
Bevorzugt umfaßt das Ermitteln des Zuverlässigkeitsmaßes ein Zuordnen von Zuverlässigkeitsmaßen zu den interpolierten Punkten entsprechend deren dazugehörigen Distanzen zu einem nächstgelegenen Abtastpunkt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon zusammen mit den Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Herzkartierungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 einen Kartierungskatheter innerhalb eines Herzens eines Patienten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abtasten von Punkten und zum Rekonstruieren von Karten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
4 ein Flussdiagramm, das eine Rekonstruktionsprozedur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
5A bis 5E vereinfachte, zweidimensionale Graphen, welche die Rekonstruktion einer Karte aus Abtastpunkten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen,
6 eine schematische Abbildung eines angezeigten, rekonstruierten Herzvolumens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 veranschaulicht ein Volumenabschätzverfahren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
8 veranschaulicht eine Rekonstruktionsprozedur gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Kartierungssystem 18 zum Kartieren eines Volumens in dem Körper eines Patienten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 18 weist eine spitz zulaufende Sonde auf, bevorzugt einen Katheter 20, der in den menschlichen Körper eingeführt werden kam. Ein distales Ende 22 des Katheters 20 weist neben einer distalen Spitze 26 einen Funktionsabschnitt 24 zum Durchführen diagnostischer und/oder therapeutischer Funktionen auf. Der Funktionsabschnitt 24 weist bevorzugt (in der Figur nicht gezeigte) Elektroden zum Durchführen elektrophysiologischer Meßungen auf, wie z.B. in der US-Patenschrift 5,391,199 oder in der PCT-Patentschrift WO97/24983 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Funktionsabschnitt 24 weitere Diagnosevorrichtungen zum Aufzeichnen von Parameterwerten an Punkten innerhalb des Körpers aufweisen. Derartige Vorrichtungen können umfassen: einen chemischen Sensor, einen Temperatursensor, einen Drucksensor und/oder jeden anderen gewünschten Sensor. Der Funktionsabschnitt 24 kann für jeden Punkt einen einzelnen Wert des Parameters oder alternativ dazu eine Vielzahl von Werten, die von der Zeit ihrer Aufnahme abhängig sind, ermitteln. Der Funktionsabschritt 24 kann außerdem eine therapeutische Vorrichtung wie auf dem Fachgebiet bekannt aufweisen.
Das distale Ende 22 des Katheters 20 weist ferner eine Vorrichtung 28 auf, die Signale erzeugt, welche benutzt werden, um die Position und bevorzugt auch die Orientierung des Katheters im Körper zu ermitteln. Die Vorrichtung 28 ist bevorzugt neben dem Funktionsabschnitt 24 in fester Relation zu der Spitze 26 angeordnet. Die Vorrichtung 28 umfaßt bevorzugt drei nicht konzentrische Spulen, wie in der PCT-Patentschrift WO96/05768 beschrieben. Diese Vorrichtung läßt das kontinuierliche Erzeugen von sechs Dimensionen aus Positions- und Orientierungsinformationen bezüglich eines extern angelegten Magnetfelds zu. Alternativ dazu umfaßt die Vorrichtung 28 andere Positions- und/oder Koordinatensensoren, wie in der US-Patenschrift 5,391,199, der US-Patentschrift 5,443,489 und der PCT-Patentschrift WO94/04938 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich dazu wird die Spitze 26 mit einem Marker markiert, dessen Position von außerhalb des Körpers ermittelt werden kam, zum Beispiel einem röntgenstrahlenundurchlässigen Marker zur Verwendung mit einem Durchleuchtungsgerät.
Der Katheter 20 weist bevorzugt einen Griff 30 mit Bedienelementen 32 auf, die von einem Chirurgen benutzt werden, um das distale Ende 22 des Katheters in eine gewünschte Richtung zu steuern, um es wie gewünscht zu positionieren und/oder auszurichten. Der Katheter 20 umfaßt bevorzugt im distalen Ende 22 einen Steuermechanismus wie auf dem Fachgebiet bekannt, wodurch das Repositionieren der Spitze 26 erleichtert wird.
Der Katheter 20 wird über ein Verlängerungskabel 21 an eine Konsole 34 gekoppelt, die den Benutzer die Funktionen des Katheters 20 beobachten und regeln läßt. Die Konsole 34 weist bevorzugt einen Computer 36, eine Tastatur 38, typischerweise in dem Computer angeordnete Signalverarbeitungsschaltungen 40 und eine Anzeige 42 auf. Gemeinhin empfangen, verstärken, filtern und digitalisieren Signalverarbeitungsschaltungen 40 Signale vom Katheter 20 einschließlich Signalen, die von der Vorrichtung zum Erzeugen von Positionssignalen 28 erzeugt werden, woraufhin diese digitalisierten Signale vom Computer 36 empfangen und benutzt werden, um die Position und Orientierung des Katheters zu berechnen. Alternativ dazu können geeignete Schaltungen auch dem Katheter selbst zugewiesen werden, so daß die Schaltungen 40 Signale empfangen, die bereits verstärkt, gefiltert und/oder digitalisiert sind. Bevorzugt weist der Computer 36 einen Speicher zum Speichern von Positionen und ermittelten Parametern der Punkte auf. Der Computer 36 weist außerdem bevorzugt dedizierte Graphikhardware zur Manipulation von Polygonen auf, die das Durchführen der hier und im Folgenden beschriebenen Rekonstruktionsstufen unter Verwendung schneller Computergraphiktechniken ermöglicht.
Bevorzugt weist das System 18 außerdem einen angekoppelten EKG-Monitor 73 auf, der Signale von einer oder mehreren Körperoberflächenelektronen 52 empfängt und die Signale an den Computer 3G übermittelt. Alternativ dazu kann die EKG-Überwachungsfunktion von den Schaltungen 40 ausgeführt werden.
2 zeigt einen distalen Abschnitt eines Kartierungskatheters 20 innerhalb eines Herzens 70 eines Patienten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Katheter 20 wird in das Herz 70 eingeführt, und die Spitze 26 wird mit einer Vielzahl von Orten in Kontakt gebracht, wie zum Beispiel mit den Orten 75 und 77 auf einer Innenoberfläche 72 des Herzens 70. Die Oberfläche 72 begrenzt das zu rekonstruierende Volumen, und die abzutastenden Orte sind Orte auf dieser Oberfläche. An jedem aus der Vielzahl von Orten ermittelt die Vorrichtung 28 die Koordinaten der Spitze 26, bevorzugt zusammen mit von dem Funktionsabschnitt 24 ermittelten physiologischen Informationen. Die ermittelten Koordinaten und optional die physiologischen Informationen bilden zusammen einen lokalen Datenpunkt. Die lokalen Datenpunkte von einer Vielzahl von Orten werden benutzt, um eine Karte des Herzens 70 oder eines Abschnitts des Herzens zu produzieren.
Mindestens ein Referenzkatheter 78 wird bevorzugt in das Herz 70 eingeführt und an einer relativ zu dem Herzen festen Position platziert. Durch Vergleichen der Positionen der Katheter 20 und 78 wird die Position der Spitze 26 unabhängig von Herzbewegungen relativ zum Herzen exakt ermittelt. Alternativ dazu kann jedes andere geeignete Verfahren benutzt werden, um Bewegungen des Herzens 70 zu kompensieren.
Bevorzugt werden die Koordinaten der Spitze 26 an der Vielzahl von Orten zu einem gemeinsamen Zeitpunkt im Herzzyklus ermittelt, bevorzugt zum Zeitpunkt der Enddiastole. Alternativ oder zusätzlich dazu wird jede ermittelte Position zusammen mit einem bevorzugt zu einem festgelegten Zeitpunkt relativen Zeitpunkt in dem Herzzyklus und zusammen mit einer Indikation der aktuellen Herzfrequenz aufgezeichnet. Der relative Zeitpunkt und die Zyklusfrequenz werden benutzt, um die Bewegung des Herzens korrigierend zu berücksichtigen. Somit ist es möglich, die Positionen einer großen Anzahl von Punkten einfach innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls zu ermitteln.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird ferner an jedem Ort die Position der Spitze 26 zu zwei oder mehreren Zeitpunkten im Herzzyklus bestimmt, so daß für jeden Ort mehrere Positionen innerhalb eines Bereichs ermittelt werden. Somit kann eine geometrische Karte von Orten eine Vielzahl von „Schnappschüssen" des Herzens 70 umfassen, wobei jeder Schnappschuß einer unterschiedlichen Phase des Herzzyklus zugeordnet ist. Der Herzzyklus wird bevorzugt unter Verwendung eines EKG-Monitors 73 aus vom Funktionsabschnitt 24 gelieferten physiologischen Messwerten oder aus den Bewegungen des Referenzkatheters 78 ermittelt. Bevorzugt wird jede Position zum Ermittlungszeitpunkt zusammen mit der Herzfrequenz ermittelt. Bevorzugt wird eine Frequenz- und Phasenverschiebungstransformation auf die Vielzahl von Positionen an jedem der Orte angewendet, um die Positionen in einen Zustand zu bringen, als ob sie zu gemeinsamen Zeitpunkten bezüglich einer gemeinsamen, festgelegten Herzfrequenz ermittelt worden seien.
Bevorzugt erfüllt die auf die Positionen angewendete Transformation auch den Zweck, die Auswirkungen etwaiger Herzbewegungen, die nicht auf den Herzzyklus zurückzuführen sind, insbesondere atmungsbedingter Brustkorbbewegungen oder anderer Bewegungen des Patienten, herabzusetzen oder zu eliminieren. Diese Auswirkungen werden eliminiert, indem eine zyklische Trajektorie der jedem Ort zugeordneten Punkte definiert wird und anschließend die Trajektorien-Frequenzen von Bewegungen mit anderen Frequenzen als den der Herzfrequenz zugeordneten Frequenzen ausgefiltert werden. Bevorzugt werden alle Frequenzen ausgefiltert, deren entsprechende Wellenlängen keine glatten Teiler der aus dem EKG ermittelten Herzzykluslänge sind. Das Ergebnis ist für jeden Ort eine modifizierte Trajektorie einschließlich eines korrigierten enddiastolischen Punkts, die dann benutzt wird, um die Karte des Herzens wie nachstehend beschrieben zu rekonstruieren.
Bevorzugt wird an jedem Ort, an den die Spitze 26 positioniert wird, überprüft, daß sich der Katheter 20 in Kontakt mit der Oberfläche befindet, wobei eine beliebige geeignete Methode, zum Beispiel wie in der PCT-Patentschrift WO97/24931 beschrieben, benutzt wird.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Prozeß des Abtastens von Punkten und des Rekonstruierens einer Karte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie oben beschrieben wird der Katheter 20 in Kontakt mit der Oberfläche 72 des Herzens 70 gebracht, und vom Katheter werden Signale empfangen, die einen lokalen Datenpunkt bilden, der kennzeichnend für den Ort an der Spitze 26 ist. Der lokale Datenpunkt umfaßt bevorzugt Koordinaten des Punktes zu einer Vielzahl von Zeitpunkten und einen oder mehrere dem Punkt zugeordnete Werte mindestens eines physiologischen Parameters. Bevorzugt umfaßt der lokale Datenpunkt, wie oben erwähnt, für jede ermittelte Koordinate eine Indikation für die Herzfrequenz und den Zeitpunkt im Herzzyklus. Die Parameterwerte können spezifischen Zeitpunkten zugeordnet oder allgemein dem Punkt zugeordnet werden.
Bevorzugt wird der Kontakt zwischen der Spitze 26 und der Oberfläche 72 überprüft, und der Punkt wird der Karte nur dann hinzugefügt, wenn zwischen der Spitze und der Oberfläche hinreichender Kontakt vorliegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Punkte, für die kein korrekter Kontakt vorliegt, einer Datenbank mit inneren Punkten hinzugefügt. Diese Punkte liegen innerhalb der rekonstruierten Oberfläche und indizieren Bereiche auf der Karte, die nicht Teil der rekonstruierten Oberfläche sind. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Benutzer Abtastpunkte angeben, die nicht als Teil der rekonstruierten Oberfläche benutzt werden sollen, beispielsweise weil sie außergewöhnlich weit außerhalb des Bereichs der anderen Abtast punkte liegen. Die Spitze 26 wird dann an einen weiteren Ort auf der Oberfläche 72 bewegt, und bezüglich des zusätzlichen Punkts werden auf die gleiche Weise Daten ermittelt. Diese Prozedur wird entweder eine festgelegte Zeit lang oder, bis Daten für eine zum Herstellen der Karte hinreichende Anzahl von Punkten ermittelt worden sind, für eine Vielzahl von Abtastpunkten wiederholt. Bevorzugt zählt der Computer 36 die Anzahl von Abtastpunkten und vergleicht die Anzahl von Punkten mit einer festgelegten benötigten Minimalanzahl von Punkten. Bevorzugt liegt die festgelegte Anzahl von Punkten zwischen ungefähr zehn und zwanzig Punkten für schnelle Prozeduren und beträgt für längere Prozeduren bis zu 100 Punkte. Alternativ oder zusätzlich dazu teilt der Arzt dem Computer 36 mit, wann eine hinreichende Anzahl von Punkten abgetastet worden sind.
Eine Karte des Herzens 70 oder eines Volumens innerhalb des Herzens wird wie nachstehend beschrieben rekonstruiert, und der Arzt entscheidet, ob die Mappe genügend Einzelheiten enthält und exakt zu sein scheint. Falls die Karte nicht zufriedenstellend ist, werden weitere Punkte aufgenommen, und die Karte wird dementsprechend aktualisiert oder erneut rekonstruiert. Die rekonstruierte Karte wird danach zur Analyse der Funktion des Herzens 70 benutzt, und der Arzt kann sich dementsprechend für eine benötigte Behandlung entscheiden.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Rekonstruktionsprozedur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Rekonstruktion wird anfangs für zu einem Ankerzeitpunkt (t₀) des Herzzyklus, wie etwa Enddiastole, ermittelte Positionen durchgeführt. Bei einer ersten Stufe der initialen Rekonstruktion wird ein Gitter konstruiert, das die Abtastpunkte einschließt. Danach wird eine Modellverformungsstufe auf das Gitter angewandt, wobei das Gitter grob auf die von den Abtastpunkten definierte Gestalt eingestellt wird. Anschließend wird eine bevorzugt iterative Stufe des flexiblen Anpassens ausgeführt, bei welcher die Gitterpunkte entsprechend den Koordinaten der Abtastpunkte feineingestellt werden. Bevorzugt wird eine abschließende Einstellung auf das Gitter angewendet, welche Glätten, eine affine Transformation und/oder eine exakte Anpassungsstufe enthält, die das Gitter dazu bringt, im wesentlichen alle der Abtastpunkte zu enthalten. Die den Abtastpunkten zugeordneten Parameterwerte werden bevorzugt auf alle Gitterpunkte interpoliert, und anschließend wird das Gitter angezeigt. Nachstehend wird diese Prozedur anhand der folgenden Figuren eingehender beschrieben.
5A bis 5E sind vereinfachte, zweidimensionale Graphen, die für einen einzelnen Zeitpunkt die Rekonstruktionsprozedur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Im Sinne der Übersichtlichkeit der Darstellung beziehen sich die Figuren und die folgende Beschreibung auf ein vereinfachtes zweidimensionales Beispiel. Dem Fachmann ist die Verallgemeinerung der vorliegend veranschaulichen Prinzipien auf die 3D-Rekonstruktion klar. Die Punkte S_i sind Abtastpunkte auf der Oberfläche des zu rekonstruierenden Volumens, deren Koordinaten während des oben beschriebenen Abtastprozeßes gewonnen wurden.
Wie in 5A gezeigt ist, wird bei der ersten Stufe ein initiales Gitter 90 in einer Umgebung der Abtastpunkte definiert, welches die Abtastpunkte bevorzugt einschließt. Alternativ dazu kann das Gitter 90 innerhalb der Abtastpunkte liegen oder zwischen den Punkten durchgehen. Bevorzugt umfaßt das Gitter 90 eine Anzahl von Punkten, die wesentlich größer ist als die Anzahl der Abtastpunkte. Die Dichte der Punkte ist bevorzugt hinreichend, um eine Karte mit einer für alle benötigten medizinischen Prozeduren ausreichenden Genauigkeit zu produzieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Arzt gemäß einem gewünschten Kompromiß zwischen Rekonstruktionsgeschwindigkeit und Genauigkeit die Dichte von Punkten auf dem Gitter einstellen. Bevorzugt weist das Gitter 90 eine ellipsoide Gestalt oder eine andere einfache, geschlossene Gestalt auf.
Alternativ oder zusätzlich dazu weist das Gitter 90 eine Gestalt auf, die auf bekannten Eigenschaften des Volumens basiert, auf dessen Oberfläche sich die Abtastpunkte befinden, zum Beispiel eine Gestalt, die durch Verarbeitung eines Linksventrikulogramms oder eines anderen Durchleuchtungs- oder Ultraschallbilds des Herzens ermittelt wurde. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Computer 36 eine Datenbank mit initialen Gittern, welche häufig abgetasteten Volumina entsprechen. Der Arzt zeigt, bevorzugt über eine Tastatur 33, an, welches Volumen abgetastet wird, und das initiale Gitter 90 wird dementsprechend ausgewählt. Das gewählte Gitter kann anfangs unter Verwendung eines beliebigen, auf dem Fachgebiet bekannten Verfahrens, wie zum Beispiel in Paul J. Best und Neil D. McKay, „A method for registration of 3-D shapes", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2): 239–258, Februar 1992 beschrieben, an den Abtastpunkten ausgerichtet werden. Das initiale Gitter kann alternativ dazu mittels geometrischen Hashens oder Ausrichtens, wie zum Beispiel bei Haim J. Wolfson, „Model-based object recognition by geometric hashing" in O. Faugeras, ed. Computer Vision-ECCV90 (First European Conference on Computer Vision, Antibes, Frankreich, 23. bis 27. April 1990), Springer, Berlin, 1990, 526–536 oder bei P. Huttenlocher und S. Ullman, „Recognizing solid objects by alignment with an image", International Journal of Computer Vision, 5: 195–212, 1990 beschrieben, aus der Gitterbibliothek ausgewählt werden. Nach dem initialen Ausrichten fährt das Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt wie in 4 gezeigt und nachstehend näher beschrieben fort.
Wie in 5B gezeigt, wird das Gitter 90 in ein Gitter 92 aus Punkten G' transformiert, bei welchem es sich um eine Grobeinstellung in Richtung der Struktur des abgetasteten Volumens handelt. Für jeden Punkt G_j auf dem Gitter 90 wird ein Einstellungsvektor V →_j konstruiert, und der Punkt G_j wird durch einen entsprechenden Punkt G_j' auf dem Gitter 92 ersetzt, der gegenüber dem Punkt G_j auf Gitter 90 um V →_j verschoben ist. Der Einstellungsvektor V →_j ist bevorzugt eine gewichtete Summe von Vektoren V →_ji von G_j zu den Abtastpunkten S_i, wie in 5A gezeigt. Bevorzugt sind die Gewichte der Vektoren V →_ji in der Summe stark umgekehrt abhängig vom Betrag der Vektoren. Bevorzugt hängen die Gewichte umgekehrt von dem in eine Potenz (k) erhobenen Betrag ab, wobei k bevorzugt zwischen 4 und 10 liegt und ganz besonders bevorzugt zwischen 6 und 8 beträgt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Einstellungsvektoren V →_j gemäß Gleichung (1) berechnet:
In Gleichung (1) ist Epsilon ein kleiner Skalar, der bevorzugt kleiner als der Betrag des kleinsten von null verschiedenen Vektors und bevorzugt von der Größe der Genauigkeit bei der Ermittlung der Abtastpunkte ist, zum Beispiel 10^–6. Epsilon wird benutzt, um eine Division durch null zu vermeiden, wenn der Gitterpunkt auf einem Abtastpunkt liegt und daher der Betrag des Vektors gleich null ist. C_j ist ein konstanter Faktor zwischen 0,1 und 1, bevorzugt zwischen 0,5 und 0,9 und ganz besonders bevorzugt ungefähr gleich 0,75, der eingestellt wird, um festzulegen, wie nahe die Punkte G_j' bei der Grobeinstellung den Punkten S_i kommen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt der Einfluß eines Abtastpunkts S_i auf den Gitterpunkt G_j nicht nur, wie oben in Gleichung (1) gezeigt, die Distanz zwischen dem Abtastpunkt S_i und G_j, sondern auch die Dichte der Abtastpunkte S in der Umgebung von S_i. Folglich wird der Gewichtungsfaktor
der auf jeden Abtastpunkt angewendet wird, mit einem Dichtewert δ_i multipliziert, der bevorzugt Werte zwischen 0 und 1 annimmt. Bevorzugt ist δ_i wie in Gleichung (2) definiert:
Je mehr Punkte es in der Umgebung von S gibt, desto kleiner wird der Wert δ, und desto weniger Einfluß hat jeder einzelne Punkt. Bevorzugt ist die Summe der Einflüsse einer Vielzahl von Punkten in einer nahen Umgebung gleich dem Einfluß eines einzelnen isolierten Punkts, der bevorzugt einen Dichtewert δ von ungefähr 1 aufweist.
5C illustriert einen ersten Teil eines flexiblen Anpassungsschritts, wobei jedem Abtastpunkt S_i ein Gitterpunkt G_j des grobeingestellten Gitters 92 zugeordnet wird. Die zugeordneten Gitterpunkte werden in Richtung ihrer dazugehörigen Abtastpunkte verschoben, während der Rest der G'-Punkte auf dem grobeingestellten Gitter entsprechend der Interpolation aus den Verschiebungen benachbarter Punkte auf dem Gitter 92 verschoben wird, wie nachstehend näher beschrieben wird. Bevorzugt wird jedem Abtastpunkt S_i der nächstliegende Gitterpunkt zugeordnet. Zum Beispiel ist der zu S₁ nächstliegende Gitterpunkt G₁', weswegen diese Punkte einander zugeordnet werden. Bevorzugt erstellt der Computer 36 eine Speicherliste, in welcher diese Punktepaare aufgeführt werden. Im Sinne einer klaren Erläuterung sind die zugeordneten Punkte in 5C durch gestrichelte Ovale 96 markiert.
Bevorzugt wird eine Transformationsfunktion f erzeugt, welche die zugeordneten Gitterpunkte in Richtung ihrer dazugehörigen Abtastpunkte verschiebt. Die nicht zugeordneten Gitterpunkte werden ebenfalls gemäß dieser Funktion f verschoben. Die Funktion f läßt sich bevorzugt leicht berechnen und transformiert das Gitter in eine glatte Form. Bevorzugt ist die Funktion f eine gewichtete Summe der Distanzen zwischen den zugeordneten Paaren aus Abtast- und Gitterpunkten, so daß Paare aus zugeordneten Punkten in der Nähe des Gitterpunkts seine Verschiebung mehr beEinflußen als Paare aus zugeordneten Punkten, die weit von dem Gitterpunkt entfernt sind. Die Funktion lautet bevorzugt wie unten in Gleichung (3) angegeben, wobei w_i(G_j), bevorzugt wie in Gleichung (4) definiert, von den Distanzen zwischen dem Gitterpunkt G_j und den zugeordneten Gitterpunkten G_i abhängt. Alternativ dazu hängt w_i(G_j) wie in Gleichung (1) von der Distanz zwischen dem Gitterpunkt G_j und den Abtastpunkten S_i ab. Bei der flexiblen Anpassungsstufe ist k bevorzugt kleiner als das Potenzgesetz der Grobeinstellungsstufe, um eine glatte Gitteroberfläche zu erzeugen. Bevorzugt liegt k in der flexiblen Anpassungsstufe zwischen 2 und 6 und beträgt ganz besonders bevorzugt 4.
Bevorzugt ist k eine gerade Zahl, um die Berechnungen zu vereinfachten. Obwohl die nachstehenden Gleichungen der Einfachheit halber in skalarer Notation angegeben sind, versteht es sich, daß S_i, G_i und f(G_j) wie in der obigen Gleichung (1) Vektorgrößen sind:
Die Konstante C legt fest, wie nahe die zugeordneten Gitterpunkte an ihre zugeordneten Abtastpunkte heranverschoben werden. Für sehr kleine Werte von C werden die zugeordneten Gitterpunkte G_i im wesentlichen auf die Abtastpunkte S_i verschoben. Bevorzugt liegt C zwischen 0,3 und 0,7 und besonders bevorzugt um 0,5.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird C entsprechend der Anzahl von Malen verändert, die die flexible Anpassung ausgeführt werden soll. Alternativ oder zusätzlich dazu ist ferner C bei dem ersten flexiblen Anpassungsschritt vergleichsweise groß und wird bei den folgenden flexiblen Anpassungsschritten allmählich herabgesetzt.
Die in den Gleichungen (2), (3) und (4) benutzte Definition der Distanz ist bevorzugt die euklidische Distanz in R³, weil sie einfach zu berechnen ist und bewirkt, daß Punkte auf entgegengesetzten Wänden des rekonstruierten Volumens einander abstoßen.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Gitterpunkte, denen ein Abtastpunkt zugeordnet ist, um einen Anteil der Distanz zwischen ihnen und ihren zugeordneten Abtastpunkten in Richtung ihrer zugeordneten Abtastpunkte verschoben. Bevor zugt werden die Punkte um einen Prozentsatz der Distanz zwischen dem zugeordneten Paar verschoben. Zum Beispiel werden die Punkte in 5C um ca. 2/3 der Distanz verschoben. Alternativ dazu werden die Punkte um einen beliebigen anderen Betrag verschoben, der von der Distanz zwischen dem zugeordneten Paar abhängig ist.
Wie in 5D gezeigt ist, werden daraufhin diejenigen Gitterpunkte G'_k, die keinen Abtastpunkten S_i zugeordnet sind, gemäß einem Verschiebungsvektor V →_k verschoben, der von den Verschiebungen der den Punkt umgebenden Gitterpunkte G'_i abhängig ist. Bevorzugt werden die nicht zugeordneten Punkte G'_k um eine Distanz verschoben, die eine lineare Interpolation der Verschiebungen der Punkte G'_i aus der Umgebung ist. Bevorzugt wird die Distanz zwischen den Gitterpunkten als geometrische Distanz zwischen den Punkten, wie sie auf dem derzeit eingestellten Gitter vorliegen, ermittelt. Zum Beispiel ist die geometrische Distanz zwischen G'₁₅ und G'₁₆ mit X₂ bezeichnet und kann anhand der Koordinaten der beiden Punkte berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich dazu handelt es sich bei der benutzten Distanz um die Gitterdistanz X₂ entlang dem aktuellen eingestellten Gitter, die Gitterdistanz L₂ entlang dem ursprünglichen Gitter oder die geometrische Distanz L₂ auf dem ursprünglichen Gitter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich während des ersten flexiblen Anpassungsschritts bei der benutzten Distanz um die Gitterdistanz – entweder 1₂ oder X₂ –, während bei nachfolgenden flexiblen Anpassungsschritten die geometrische Distanz X₂ benutzt wird.
Zum Beispiel wird, wie in 5D gezeigt, der Punkt G'₁₅ um eine Distanz verschoben, die von einem Vektor definiert wird, bei dem es sich um eine gewichtete Summe der Vektoren V→V→'₁₄ und V →'₁₆ der Gitterpunkte G'₁₄ bzw. G'₁₆ handelt. Bevorzugt lautet V →'₁₅ wie unten in Gleichung (5) beschrieben, wobei d₁ ein ausgewählter Typ der Distanz zwischen G₁₅ und G₁₄ ist und X₁, X₁, l₁ oder jede andere geeignete Definition der Distanz umfassen kann. Ebenso ist d₂ ein ausgewählter Typ der Distanz zwischen G₁₅ und G₁₆ und kann X₂, X₂, l₂ oder jede andere Definition der Distanz umfassen. Bevorzugt werden bei dem ersten flexiblen Anpassungsschritt, der in 5D veranschaulicht wird, d₁ und d₂ als X₁ bzw. X₂ genommen.
Zwar veranschaulicht Gleichung (5) eine lineare Interpolation erster Ordnung, doch es versteht sich, daß ebenso Interpolationen höherer Ordnungen und nichtlineare Interpolationsverfahren benutzt werden können.
Bevorzugt werden die flexiblen Anpassungsschritte während der flexiblen Anpassungsstufe einige Male (N₀-mal, wie in 4 gezeigt) wiederholt. Jedes Mal werden den Abtastpunkten Gitterpunkte zugeordnet, und die zugeordneten und nicht zugeordneten Gitterpunkte werden dementsprechend verschoben.
Die Grobeinstellung und die flexible Anpassung neigen dazu, das Gitter ungleichmäßig werden zu lassen. Daher wird das Gitter während einer abschließenden Einstellungsstufe bevorzugt geglättet, beispielsweise, indem eine Zweidimensionale Faltung mit einem gaußartigen Kern angewendet wird. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kern um einen gaußschen 3 × 3-Kern, der mehrmals auf das Gitter angewendet wird, bevorzugt zwischen fünf- und zehnmal. Alternativ dazu kann ein größerer Kern benutzt werden, der dann weniger oft auf das Gitter angewendet werden kann, ganz besonders bevorzugt nur einmal. Jedoch führt die Zweidimensionale Faltung im allgemeinen dazu, daß sich die Oberfläche zusammenzieht, weswegen eine einfache Transformation, bevorzugt eine affine Transformation, auf das Gitter angewendet wird, um das Zusammenziehen wieder auszugleichen und die Anpassung des Gitters an die Abtastpunkte zu verbessern. Als affine Transformation wird bevorzugt diejenige Transformation gewählt, die die mittlere quadratische Distanz zwischen Abtastpunkten außerhalb des Gitters und der durch das Gitter definierten Oberfläche minimiert. Diese Wahl für die Transformation führt dazu, daß im wesentlichen alle Abtastpunkte auf oder innerhalb der von dem Gitter definierten Oberfläche liegen. Diese Wahl befindet sich in Übereinstimmung mit der anatomischen Struktur des Herzens, bei der Ausreißer, d.h. Punkte, die nicht auf der abgetasteten Oberfläche liegen, im allgemeinen innerhalb der abgetasteten Oberflächen liegen, d.h. in einer Herzkammer statt auf der Myokardwand. Somit wird das rekonstruierte Gitter korrekt rekonstruiert, indem Ausreißer ignoriert werden, die andernfalls das Gitter fälschlich verformen können.
Am Ende der abschließenden Einstellungsstufe kann der Benutzer optional eine exakte Anpassungsstufe anfordern, bei welcher die Gitteroberfläche dergestalt deformiert wird, daß sie im wesentlichen alle Abtastpunkte enthält. Bevorzugt wird für jeden Abtastpunkt, der sich infolge der vorausgehenden Stufen nicht auf der Gitteroberfläche befindet, ein nächstliegender Gitterpunkt ausgewählt und auf die Position des Abtastpunktes verschoben. Die übrigen Gitterpunkte werden bevorzugt nicht verschoben. Bevorzugt werden bei dieser Stufe innere Punkte, die um mehr als eine gewisse Distanz von der Gitteroberfläche entfernt sind, nicht verschoben, sondern als Ausreißer betrachtet. Es sei angemerkt, daß infolge der oben beschriebenen affinen Transformation außerhalb liegende Punkte im allgemeinen keine Distanz zu der Gitteroberfläche mehr aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird ein letzter flexibler Anpassungsschritt durchgeführt, wobei die zugeordneten Gitterpunkte auf die Abtastpunkte verschoben werden, wie in 5E gezeigt. Die gekrümmte Linie 100 in 5E stellt die endgültige Gitterkonfiguration dar und umfaßt eine exakte Näherung des abgetasteten Volumens.
Alternativ oder zusätzlich dazu wird das flexible Anpassen in einem Schritt ausgeführt, und die zugeordneten Punkte aus dem Grobeinstellungsgitter werden unmittelbar auf die Abtastpunkte verschoben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung produziert der Computer 3G zunächst eine ungefähre Karte, wobei die flexible Anpassung in einem Schritt durchgeführt wird. Anhand der ungefähren Karte entscheidet der Arzt, ob weitere Abtastpunkte benötigt werden. Sobald der Arzt entscheidet, daß keine weiteren Punkte benötigt werden, rekonstruiert der Computer 36 eine exaktere Karte, wobei die flexible Anpassung mehrmals durchgeführt wird. In der Zwischenzeit kann der Arzt die ungefähre Karte benutzen, um Zeit zu sparen. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird die erste rekonstruierte Karte mit einer vergleichsweise niedrigen Punktdichte auf dem Gitter produziert, wohingegen spätere Rekonstruktionen ein dichteres Gitter benutzen.
Es wird nochmals auf 4 verwiesen. Wenn die Abtastpunkte Daten von mehr als einem Zeitpunkt aufweisen, wird bevorzugt das rekonstruierte Gitter des Ankerzeitpunktes (hier und im Folgenden als das Ankergitter bezeichnet) benutzt, um schnell das Gitter für andere Zeitpunkte t_i zu rekonstruieren. Für jeden der anderen Zeitpunkte wird eine einfache Transformation an dem Ankergitter ausgeführt, um das Gitter an die Form der Abtastpunkte zur Zeit t_i anzunähern. Bei der einfachen Transformation handelt es sich bevorzugt um eine quadratische Transformation oder eine affine Transformation. Alternativ umfaßt die Transformation eine Rotations- und/oder Skalierungstransformation. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Transformation entsprechend der Anzahl von Abtastpunkten ausgewählt. Bevorzugt wird eine quadratische Transformation angewendet, wenn eine vergleichsweise große Zahl von Abtastpunkten vorliegt, wohingegen für weniger Abtastpunkte einfachere Transformationen eingesetzt werden.
Die flexible Anpassung wird dann bevorzugt ein oder mehrere Male (N_T) durchgeführt, bevorzugt weniger oft, als bei der Rekonstruktion des Ankergitters notwendig war (N_T > N₀), ganz besonders bevorzugt zweimal. Dann werden bevorzugt abschließende Einstellungen auf das Gitter angewendet, und das resultierende Gitter zur Zeit t_i kann angezeigt werden. Der Parameterwert kann für die Zeit t_i auch separat interpoliert werden, im wesentlichen wie oben mit Bezug auf das Ankergitter beschrieben. Wenn die Rekonstruktion für alle Zeitpunkte abgeschlossen ist, können die rekonstruierten Gitter in einer Abfolge als Funktion der Zeit oder auf jede andere Weise angezeigt werden. Bevorzugt fährt der Rekonstruktionsprozeß fort, während das Ankergitter angezeigt wird, so daß ein Arzt die rekonstruierten Daten ohne Verzögerung benutzen kann.
Wie vorstehend angemerkt, umfaßt jeder Datenpunkt bevorzugt mindestens einen physiologischen Parameter, wie etwa einen Indikator für die elektrische Aktivität im Herzen, der unter Verwendung des Funktionsabschnitts 24 des Katheters 20 gemessen wurde. Nachdem die Karte wie oben beschrieben konstruiert wurde, wird denjenigen Punkten G₁, G'₄, G'₇ etc. auf dem Gitter, die Abtastpunkten S₁, S₂, S₆ etc. zugeordnet wurden, jeweils der physiologische Parameterwert ihres dazugehörigen Abtastpunktes zugeordnet. Die nicht zugeordneten Gitterpunkte erhalten ihre Parameterwerte mittels Interpolation zwischen den Werten der Parameter von benachbarten, zugeordneten Gitterpunkten auf eine Weise ähnlich der oben beschriebenen. Alternativ oder zusätzlich dazu erhalten die nicht zugeordneten Gitterpunkte Parameterwerte auf eine Weise, die ähnlich ist zu der Art, in der sie bei der flexiblen Anpassung ihre Koordinaten erhielten.
Alternativ oder zusätzlich dazu erhalten ferner die nicht zugeordneten Gitterpunkte Parameterwerte unter Verwendung eines ZOH-Ausfüllverfahrens (Haltefunktion nullter Ordnung). Beginnend mit den Abtastpunkten erhalten alle Gitterpunkte in der Umgebung denselben Parameterwert wie der Abtastpunkt, welcher nach außen hin ausgebreitet wird, bis ein Gitterpunkt mit einem unterschiedlichen Parameterwert angetroffen wird. Anschließend wird bevorzugt ein gaußscher GlättungsProzeß auf die Parameterwerte angewendet. Somit erhalten alle Gitterpunkte ihre Parameterwerte in einem sehr einfachen Verfahren, im wesentlichen ohne dabei an visueller Klarheit einzubüßen.
Somit wird eine 3D-Karte rekonstruiert, die sowohl die geometrische Gestalt der Herzkammer als auch lokale elektrische Parameter oder andere physiologische Parameter als Funktion der Position im Herzen zeigt. Die lokalen Parameter können die Aktionsstromamplitude, die Aktivierungszeit, die Richtung und/oder Amplitude des elektrischen Leitungsvektors oder andere Parameter umfassen und können unter Verwendung von Pseudofarbe oder einem anderen auf dem Fachgebiet bekanten Mittel zur graphischen Realisierung angezeigt werden. Bevorzugt wird dem Parameter eine festgelegte Farbskala zugeordnet, die eine erste Farbe, z.B. blau, für hohe Werte des Parameters und eine zweite Farbe, z.B. rot, für niedrige Werte des Parameters einstellt.
6 ist eine schematische Abbildung eines angezeigten rekonstruierten Herzvolumens 130 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Abtastpunkten 134 werden benutzt, um eine Oberfläche 132 des Volumens 130 zu rekonstruieren. Ein (nicht gezeigtes) Gitter wird wie oben beschrieben eingestellt, um die Oberfläche 132 auszubilden. Bevorzugt enthält jeder Punkt auf dem Gitter einen Zuverlässigkeitswert, der für die Exaktheit der Ermittlung indikativ ist. Ferner ist der Zuverlässigkeitswert bevorzugt eine Funktion der Distanz von dem Gitterpunkt zum nächstliegenden Abtastpunkt auf der Oberfläche 132 und/oder einer Dichte der Abtastpunkte 134 in einer Umgebung des Gitterpunkts. Bereiche auf der Oberfläche 132, die von weniger zuverlässigen Gitterpunkten abgedeckt werden, wie etwa ein Bereich 140, werden bevorzugt semitransparent dargestellt, bevorzugt unter Verwendung von ☇-Blending. Wegen der Transparenz werden Punkte 136 auf einer Innenoberfläche des Volumens 130 angezeigt, die durch das Volumen 130 sichtbar werden. Bevorzugt kann der Benutzer die festgelegte Distanz und/oder Abtastdichte definieren, durch welche weniger zuverlässige Punkte definiert werden. Alternativ oder zusätzlich dazu werden zusammen mit einer mehrstufigen Zuverlässigkeitsskala unterschiedliche Grade an Semitransparenz benutzt.
7 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zur Volumenabschätzung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einigen Fällen ist es wünschenswert, das von einer oder mehreren rekonstruierten Oberflächen umgebene Volumen abzuschätzen, beispielsweise, um die Volumina einer Herzkammer zu verschiedenen Zeitpunkten des Herzzyklus zu vergleichen. In 7 wird die rekonstruierte Gitteroberfläche der Übersichtlichkeit halber durch eine Kugel 150 dargestellt. Die Oberfläche der Kugel 150 wird von den Gitterpunkten in Vierecke unterteilt, und diese Vierecke werden zur Abschätzung des Volumens benutzt. Ein beliebiger Punkt O in einer Umgebung der Oberfläche, bevorzugt innerhalb des Volumens, ganz besonders bevorzugt nahe am Schwerpunkt der Kugel 150, wird ausgewählt, wodurch für jedes Viereck auf der Oberfläche der Kugel 150 eine Pyramide 152 definiert wird. Eine Abschätzung der Summe der Volumina der Pyramiden 152 stellt das Volumen der Kugel 150 exakt dar.
Bevorzugt wird jedes Viereck in zwei Dreiecke unterteilt, und das Volumen wird abgeschätzt, indem die Volumina von Tetraedern summiert werden, die durch diese Dreiecke als Grundflächen und den Eckpunkt O als Scheitelpunkt definiert werden. Seien A_m, B_m, C_m die Eckpunkte des m-ten Dreiecks, welche im Uhrzeigersinn angeordnet sind, so daß die Normalen der Dreiecke von der Oberfläche der Kugel 150 nach außen zeigen. Das Volumen V der Kugel 150 wird aus Gleichung (6) ermittelt:
8 veranschaulicht eine Rekonstruktionsprozedur gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform liegen die Abtastpunkte bekanntermaßen auf einer einzigen, offenen Oberfläche, statt ein 3D-Volumen zu umgeben, und daher kann das Anfangsgitter anstelle einer geschlossenen Kurve eine offene Ebene umfassen. Der Katheter 20 wird mit einer Vielzahl von Orten auf einer Innenwand 76 des Herzens 70 in Kontakt gebracht, und die Koordinaten dieser Orte werden ermittelt und ergeben die Abtastpunkte 120. Bevorzugt gibt ein Arzt der Konsole 34 die Richtung an, aus welcher der Katheter 20 die Oberfläche 76 berührt. Der Computer 36 erzeugt dementsprechend ein Anfangsgitter 122, das eine Vielzahl von Gitterpunkten 124 dergestalt umfaßt, daß alle Gitterpunkte bevorzugt auf einer Seite der Abtastpunkte liegen. Die Einstellungsprozedur wird im wesentlichen wie oben beschrieben durchgeführt und überführt die Gitterpunkte 124 in eine der Oberfläche 76 maximal ähnliche Konfiguration.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Einstellungsprozedur Schritt für Schritt auf der Anzeige 42 durchgeführt werden, so daß der Arzt die Prozedur nötigenfalls unterbrechen und steuern kann.
Es sei angemerkt, daß die obige Beschreibung zwar davon ausgeht, daß die Daten bezüglich der Abtastpunkte von dem System aufgenommen werden, welches die Rekonstruktion durchführt, doch kann die Rekonstruktionsprozedur auch mit Punkten durchgeführt werden, die aus einer beliebigen Quelle gewonnen wurden, wie etwa von einem anderen Computer, einer Bibliotheksdatenbank oder einem bildgebenden System. Außerdem wurden bevorzugte Ausführungsformen hier zwar in Bezug auf die Kartierung des Herzens beschrieben, doch es versteht sich, daß die Grundsätze und Verfahren der vorliegenden Erfindung ebenso auf die 3D-Rekonstruktion anderer physiologischer Strukturen und Hohlräume und ebenso auf Gebiete der 3D-Bildrekonstruktion außerhalb der Medizin angewendet werden können.
Es versteht sich somit, daß die oben geschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Sinne eines Beispiels angeführt wurden und der volle Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt wird.

Claims

Verfahren zum Konstruieren einer Karte eines Körperorgans, das ein Volumen aufweist, mit folgenden Schritten: Ermitteln der Koordinaten einer Vielzahl von Abtastpunkten (S_i), die eine Konfiguration auf der Oberfläche des Volumens aufweisen, Erzeugen eines initialen Gitters aus Punkten (90), die eine Rekonstruktionsoberfläche im dreidimensionalen Raum in der Nähe der ermittelten Abtastpunkte (S_i) definieren, für jeden Punkt auf dem Gitter, Definieren eines dazugehörigen Vektors, der von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Gitter und einem oder mehreren der Abtastpunkte (S_i) abhängt, und Einstellen der Rekonstruktionsoberfläche, indem im Wesentlichen jeder Punkt auf dem Gitter in die Richtung des dazugehörigen Vektors verschoben wird, so dass die Rekonstruktionsoberfläche dergestalt deformiert wird, dass sie der Konfiguration der Oberfläche ähnelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Gitters folgende Schritte aufweist: Aufnehmen eines Bildes des Volumens und Auswählen der Rekonstruktionsoberfläche derart, dass sie der Oberfläche des Volumens auf dem aufgenommenen Bild ähnelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Oberfläche eine Grobeinstellungsstufe und eine flexible Anpassungsstufe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Grobeinstellungsstufe umfasst, dass jeder Punkt auf dem Gitter in Richtung eines dazugehörigen gewichteten Schwerpunktes der ermittelten Orte verschoben wird, wobei Abtastpunkte (S_i), die näher an dem Punkt auf dem Gitter angeordnet sind, ein größeres Gewicht bekommen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verschieben jedes Punktes folgende Schritte umfasst: für jeden der Punkte auf dem Gitter, Definieren eines dazugehörigen Grobeinstellungsvektors, der eine gewichtete Summe von Vektoren umfasst, die von dem Punkt zu jedem der ermittelten Abtastpunkte (S_i) zeigen, und Verschieben der Punkte über eine Distanz, die jeweils proportional zu dem dazugehörigen Vektor ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die flexible Anpassungsstufe ein Auswählen eines Gitterpunktes umfasst, der jeweils jedem der ermittelten Abtastpunkte (S_i) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch G, wobei die flexible Anpassungsstufe ein Verschieben der ausgewählten Gitterpunkte in Richtung ihrer dazugehörigen ermittelten Abtastpunkte (S_i) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die flexible Anpassungsstufe ein Definieren einer Verschiebungsfunktion umfasst, die eine gewichtete Summe von Vektoren umfasst, wobei jeder Vektor einen Abtastpunkt (S_i) und seinen zugeordneten Punkt verbindet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die flexible Anpassungsstufe ein Verschieben der Gitterpunkte gemäß der Verschiebungsfunktion umfasst, um die Oberfläche zu glätten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Koordinaten ein Positionieren einer Katheterspitze an der Vielzahl von Abtastpunkten (S_i) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Positionieren der Katheterspitze ein Positionieren des Katheters an einer Vielzahl von Orten in einer Herzkammer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ein Aufnehmen eines Signals an im Wesentlichen jedem der Vielzahl von Abtastpunkten (S_i) umfasst, wobei das Signal indikativ für einen Wert einer physiologischen Aktivität ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich das Volumen in Bewegung befindet und wobei das Ermitteln der Koordinaten ein Ermitteln eines auf die Bewegung eingehenden Korrekturfaktors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Bewegung eine zyklische Bewegung umfasst und wobei das Ermitteln des Korrekturfaktors ein Ermitteln eines auf eine Zyklusfrequenz der Bewegung eingehenden Faktors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches umfasst, dass ein auf die rekonstruierte Fläche eingehendes Volumenmaß abgeschätzt wird, indem ein Punkt innerhalb des Gitters gewählt wird und die Volumina von Tetraedern berechnet werden, die von dem gewählten Punkt und Gruppen aus je drei Punkten auf dem Gitter, welche die gesamte Gitteroberfläche abdecken, definiert werden.
Vorrichtung zum Konstruieren einer Karte eines Körperorgans, das ein Volumen aufweist, aus den Koordinaten einer Vielzahl von ermittelten Abtastpunkten (S_i), die eine Konfiguration auf der Oberfläche des Volumens aufweisen, umfassend: einen Prozessor, der die Koordinaten empfängt und ein initiales Gitter aus Punkten (90) erzeugt, die eine Rekonstruktionsoberfläche im dreidimensionalen Raum in der Nähe der ermittelten Abtastpunkte (S_i) definieren, und der für jeden der Punkte auf dem Gitter einen dazugehörigen Vektor definiert, der von einer Verschiebung zwischen einem oder mehreren der Punkte auf dem Gitter und einem oder mehreren der Abtastpunkte (S_i) abhängt, und der die Rekonstruktionsoberfläche einstellt, indem jeder der Punkte auf dem Gitter in die Richtung des dazugehörigen Vektors verschoben wird, so dass die Rekonstruktionsoberfläche dergestalt deformiert wird, dass sie der Konfiguration der Oberfläche des Volumens ähnelt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, welche eine Sonde aufweist, die mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, um die Abtastpunkte (S_i) auf dieser zu ermitteln, und wobei die Sonde einen Funktionsabschnitt aufweist, um einen Wert einer physiologischen Aktivität an der Vielzahl von Abtastpunkten (S_i) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, welche eine Sonde aufweist, die mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, um die Abtastpunkte (S_i) auf dieser zu ermitteln, und wobei die Vorrichtung ferner einen Referenzkatheter aufweist, um die ermittelten Abtastpunkte (S_i) relativ zu einem Referenzrahmen, der dem Volumen zugeordnet ist, zu registrieren.