KR20060112244A - Display of catheter tip with beam direction for ultrasound system - Google Patents

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KR20060112244A
KR20060112244A KR1020060037641A KR20060037641A KR20060112244A KR 20060112244 A KR20060112244 A KR 20060112244A KR 1020060037641 A KR1020060037641 A KR 1020060037641A KR 20060037641 A KR20060037641 A KR 20060037641A KR 20060112244 A KR20060112244 A KR 20060112244A
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KR
South Korea
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catheter
ultrasound
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patient
target
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KR1020060037641A
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Inventor
안드레 클라우디오 알트만
아사프 고바리
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Abstract

A display of a catheter tip having a beam direction for an ultrasonic system is provided to reduce an operation time of a surgeon by using a three-dimensional ultrasonic image in performing a complex operation. A catheter(28) includes a position sensor and an ultrasonic imaging sensor. A positioning processor is connected to the catheter(28) to determine position information of a part of the catheter(28) based on an electrical signal transmitted by the position sensor. An image processor(42) is operationally connected to the catheter(28), the positioning processor, and a display unit(44). The position sensor transmits an electrical signal which represents position information of a part of the catheter(28) within a patient body. The ultrasonic imaging sensor transmits ultrasonic energy to an object within the patient body, and receives an ultrasonic reflective sound reflected from the object within the patient body. The image processor(42) displays a catheter icon on the display unit(44) in the same orientation as an orientation of the catheter(28) within the patient body based on the position information induced from the position sensor. The image processor(42) generates an ultrasonic image of the object based on the signal transmitted by the ultrasonic sensor. The image processor(42) displays the generated ultrasonic image in real-time on the display(44) in the same orientation as an orientation of the catheter(28) within the patient body based on the position information induced from the position sensor.

Description

초음파 시스템을 위한 빔 방향을 갖는 카테터 팁의 디스플레이{Display of catheter tip with beam direction for ultrasound system}Display of catheter tip with beam direction for ultrasound system

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심장 맵핑 및 이미징용 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a system for cardiac mapping and imaging in accordance with an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카테터의 개략도. 2 is a schematic diagram of a catheter in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 심장 맵핑 및 이미징 방법을 개략적으로 도시한 플로우 차트. 3 is a flow chart schematically illustrating a cardiac mapping and imaging method according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 심장 맵핑 및 이미징을 위한 방법을 도시한 도면.4-8 illustrate a method for cardiac mapping and imaging in accordance with an embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모델링된 심장 챔버를 도시한 도면. 9 and 10 illustrate modeled heart chambers in accordance with embodiments of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 미리-획득한 이미지를 갖는 기록된 초음파 이미지를 도시한 도면. 11 shows a recorded ultrasound image with a pre-acquired image according to an embodiment of the invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

20 : 시스템 24 : 심장20: system 24: heart

28 : 카테터 29 : 핸들28: catheter 29: handle

30 : 필드 생성 코일 32 : 포지션 센서30: field generation coil 32: position sensor

40 : 초음파 변환기 42 : 이미지 프로세서40: Ultrasound Converter 42: Image Processor

44 : 디스플레이 46 : 전극44 display 46 electrode

본 발명은 의료용 이미징 시스템에 관한 것이며, 특히 다중 초음파 이미지로부터 3-D 장기(organ) 모델을 구성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to medical imaging systems, and more particularly to systems and methods for constructing 3-D organ models from multiple ultrasound images.

심장 내막(즉, 심장의 내부 표면)을 3-D로 맵핑하는 방법은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 그 개시내용이 본 명세서에 참조로 합체되어 있는 미국특허 제5,738,096호는 심장의 맵을 구성하는 방법을 설명한다. 침습형 프로브는 심장 벽의 여러 지점들과 접촉한다. 침습형 프로브의 포지션이 각 지점에 대해 결정되고, 그 포지션들은 심장의 적어도 일부의 구조적인 맵을 형성하기 위해 조합된다. Methods of mapping the endocardium (ie, the inner surface of the heart) to 3-D are known in the art. For example, US Pat. No. 5,738,096, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method of constructing a map of the heart. Invasive probes contact various points on the heart wall. The position of the invasive probe is determined for each point, and the positions are combined to form a structural map of at least a portion of the heart.

상기 미국특허 제5,738,096호에 설명된 것 중 하나와 같은 몇몇 시스템들에서, 심장 표면상의 국부적인 전기적 활성도뿐만 아니라 부가적인 생리학적 특성들 또한 카테터(catheter)에 의해 획득된다. 대응하는 맵은 획득된 국부적인 정보를 통합한다. In some systems, such as one described in US Pat. No. 5,738,096, additional physiological properties as well as local electrical activity on the heart surface are also obtained by the catheter. The corresponding map incorporates the local information obtained.

몇몇 시스템은 포지션 감지를 통합하는 하이브리드 카테터를 이용한다. 예를 들어, 그 개시내용이 본 명세서에 참조로 합체되어 있는 미국특허 제6,690,963호는 침습형 의료 기구의 위치 및 배향을 결정하기 위한 위치결정 시스템을 설명한다. Some systems use hybrid catheter that incorporates position sensing. For example, US Pat. No. 6,690,963, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a positioning system for determining the position and orientation of an invasive medical device.

음파 변환기를 구비하는 카테터는 심장 내막의 비접촉식 이미징을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 그 개시내용이 본 명세서에 참조로 합체되어 있는 미국특허 제6,716,166호와 제6,773,402호는 신체 캐비티 특히, 심장의 3-D 맵핑 및 기하학적 재구성을 위한 시스템을 설명한다. 상기 시스템은 다수의 음파 변환기를 포함하는 심장 카테터를 이용한다. 변환기들은 캐비티의 표면으로부터 반사되고 상기 변환기들에 의해 다시 수신되는 초음파를 방출한다. 각 변환기들로부터 그 변환기에 대향하는 표면상의 지점이나 영역까지의 거리가 결정되고, 거리 측정치들은 표면의 3-D 형상을 재구성하기 위해 조합된다. 카테터는 또한 포지션 센서들을 포함하며, 상기 센서들은 심장내의 카테터의 위치 및 배향 좌표를 결정하는데 사용된다. Catheters with sonic transducers can be used for contactless imaging of the endocardium. For example, US Pat. Nos. 6,716,166 and 6,773,402, the disclosures of which are incorporated herein by reference, describe systems for 3-D mapping and geometric reconstruction of body cavities, particularly the heart. The system utilizes a cardiac catheter that includes a plurality of sonic transducers. The transducers emit ultrasonic waves reflected from the surface of the cavity and received back by the transducers. The distance from each transducer to a point or area on the surface opposite that transducer is determined, and the distance measurements are combined to reconstruct the 3-D shape of the surface. The catheter also includes position sensors, which are used to determine the position and orientation coordinates of the catheter in the heart.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,846,205호는 카테터를 포함하는 위상-어레이(phased-array) 초음파 변환기 조립체를 설명한다. 일 단부가 변환기 어레이 둘레에서 카테터에 장착되고, 상기 단부는 음파 윈도우를 형성하며, 상기 음파 윈도우는 이를 통과하는 초음파 에너지에 대해 본질적으로 비-포커싱적(non-focusing)이다. 음파 윈도우가 비-포커싱적이기 때문에, 발명자들은 이러한 윈도우의 방사상 외부 표면상에서는 비교적 작은 곡률반경이 사용될 수 있다고 주장한다. US Pat. No. 5,846,205, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a phased-array ultrasound transducer assembly comprising a catheter. One end is mounted to the catheter around the transducer array, the end forming an acoustic window, which is essentially non-focusing on the ultrasonic energy passing through it. Since the sonic windows are non-focusing, the inventors claim that a relatively small radius of curvature can be used on the radially outer surface of these windows.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,066,096호는 용적형 관강내(intraluminal) 초음파 이미징을 위한 이미징 프로브를 설명한다. 환자 신체내부에 배치되도록 구성된 상기 프로브는 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 신장형 본체를 포함한다. 초음파 변환기 위상 어레이는 신장형 본체의 원위 단부상에 위치되고 이에 연결된다. 초음파 변환기 위상 어레이는 신장형 본체의 원위 단부로부터 용적형 전진 스캐닝을 위한 초음파 에너지를 방출 및 수용하도록 위치된다. 초음파 변환기 위상 어레이는 초음파 변환기 요소에 의해 점유되는 다수의 사이트들(site)을 포함한다. 적어도 하나의 초음파 변환기 요소는 사이트들 중 적어도 하나에 존재하지 않으며, 그에 의해 간극(interstitial) 사이트를 형성한다. 툴(tool)이 간극 사이트에 위치된다. 특히, 상기 툴은 광섬유 리드, 석션(suction) 툴, 가이드 와이어, 전기생리학적 전극 또는 제거용 전극(ablation electrode)일 수 있다. US Pat. No. 6,066,096, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an imaging probe for volumetric intraluminal ultrasound imaging. The probe configured to be disposed within the patient body includes an elongated body having a proximal end and a distal end. The ultrasonic transducer phase array is located on and connected to the distal end of the elongate body. The ultrasonic transducer phased array is positioned to emit and receive ultrasonic energy for volumetric forward scanning from the distal end of the stretchable body. The ultrasonic transducer phase array includes a number of sites occupied by the ultrasonic transducer element. At least one ultrasonic transducer element is not present in at least one of the sites, thereby forming an interstitial site. A tool is located at the gap site. In particular, the tool may be an optical fiber lead, a suction tool, a guide wire, an electrophysiological electrode or an ablation electrode.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,059,731호는 측부-및-단부(side-and-end) 동시 관찰용 초음파 이미징 카테터 시스템을 설명한다. 상기 시스템은 적어도 하나의 측부 어레이 및 적어도 하나의 단부 어레이를 포함한다. 각각의 어레이는 적어도 하나의 초음파 변환기 요소의 열(row)을 구비한다. 상기 요소들은 단일 초음파 변환기로서 작동 가능하고, 상이한 장면을 생성하도록 단계적으로 나뉜다. US Pat. No. 6,059,731, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an ultrasound imaging catheter system for side-and-end simultaneous observation. The system includes at least one side array and at least one end array. Each array has a row of at least one ultrasonic transducer element. The elements are operable as a single ultrasonic transducer and are divided step by step to create different scenes.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,904,651호는 조직을 가시화하기 위한 이미징 요소를 수반하는 카테터 튜브를 설명한다. 카테터 튜브는 또한 이미징 요소로부터 떨어져 있는 주변 조직들에 접촉하기 위해 이미징 요소를 지나 연장하는 지지 구조물을 수반한다. 지지 요소는 이미징 요소를 안정화시키는 반면에, 상기 이미징 요소는 내부 신체 영역내의 조직을 가시화한다. 지지 구조물 은 또한 주변 조직과 접촉하기 위한 진단 또는 치료 부품을 수반한다. US Pat. No. 5,904,651, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a catheter tube carrying an imaging element for visualizing tissue. The catheter tube also carries a support structure that extends beyond the imaging element to contact surrounding tissues away from the imaging element. The support element stabilizes the imaging element, while the imaging element visualizes tissue in the interior body region. The support structure also involves a diagnostic or therapeutic component for contacting the surrounding tissue.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,876,345호는 2-D 이미징 또는 3-D 재구성을 위한 초음파 카테터를 설명한다. 초음파 카테터는 양호한 근거리 및 원거리 필드 해상도를 가지는 적어도 두 개의 초음파 어레이를 포함한다. 카테터에 의해 얻어진 이미지들을 해석하는 것을 돕기 위해, 카테터는 심장 챔버의 윤곽선을 제공한다.US Pat. No. 5,876,345, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an ultrasound catheter for 2-D imaging or 3-D reconstruction. The ultrasound catheter includes at least two ultrasound arrays with good near and far field resolutions. To help interpret the images obtained by the catheter, the catheter provides an outline of the heart chamber.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,228,032호는 초음파 변환기 요소의 카테터 장착형 위상의 선형 어레이를 위한 스티어링(steering) 메커니즘 및 스티어링 라인을 설명한다. US Pat. No. 6,228,032, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a steering mechanism and steering line for a linear array of catheter mounted phases of ultrasonic transducer elements.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,226,546호는 인체의 일부의 3-D 맵을 생성하기 위한 카테터 위치결정 시스템을 설명하며, 상기 시스템으로부터 카테터의 포지션이 결정될 수 있다. 다수의 음파 변환기는 예정된 위치에서 카테터 헤드의 주위에 배치된다. 음파 신호가 음원으로서 작용하는 음파 변환기에 의해 생성된다. 신호 처리 유닛은 음파 수신기로서 작용하는 음파 변환기에 의해 수신된 신호에 응답하는 3-D 맵을 생성한다. US Pat. No. 6,226,546, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a catheter positioning system for generating a 3-D map of a portion of the human body, from which the position of the catheter can be determined. Multiple sonic transducers are placed around the catheter head at a predetermined position. A sound wave signal is generated by a sound wave converter acting as a sound source. The signal processing unit generates a 3-D map responsive to the signal received by the sonic transducer acting as a sonic receiver.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,171,248호는 2-D 이미징 또는 3-D 재구성을 위한 초음파 프로브를 설명한다. 상기 특허는 적어도 두 개의 초음파 어레이를 포함하는 초음파 프로브를 설명한다. 상기 프로브는 3-D 이미지들의 구성 및 검사를 가능하게 한다. US Pat. No. 6,171,248, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an ultrasound probe for 2-D imaging or 3-D reconstruction. The patent describes an ultrasonic probe comprising at least two ultrasonic arrays. The probe enables the construction and inspection of 3-D images.

심장내 초음파 이미징을 이용하는 심장내 표면의 비접촉식 재구성을 위한 여 러 가지 방법이 본 기술 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 본 명세서에 참조로 그 개시내용이 합체된 국제특허공보 WO 00/19908호는 심장내 초음파 이미징을 위한 조정 가능한 변환기 어레이를 설명한다. 상기 어레이는 작동 개구(aperture)에 의해 소정 방향으로 스티어링되는 초음파 빔(beam)을 형성한다. 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,004,269호는 카테터에 통합된 초음파 장치에 기초한 음파 이미징 시스템을 설명한다. 초음파 장치는 초음파 이미지를 생성하기 위해 초음파 신호를 심장의 내부 구조물을 향해 배향시킨다. 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 국제특허공보 WO 99/05971호 및 WO 00/07501호는 심장 내막과 접촉하는 다른 카테터(예를 들어, 맵핑 또는 제거용 카테터)상에 초음파 변환기를 배치시키기 위해 기준 카테터상의 초음파 변환기의 사용을 설명한다. Several methods for contactless reconstruction of intracardiac surfaces using intracardiac ultrasound imaging are known in the art. For example, International Patent Publication WO 00/19908, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an adjustable transducer array for intracardiac ultrasound imaging. The array forms an ultrasonic beam that is steered in a predetermined direction by an operating aperture. US Pat. No. 6,004,269, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes an acoustic imaging system based on an ultrasonic device integrated into a catheter. The ultrasound device directs the ultrasound signal towards the internal structure of the heart to produce an ultrasound image. International Patent Publications WO 99/05971 and WO 00/07501, the disclosures of which are incorporated herein by reference, allow the placement of an ultrasonic transducer on another catheter (eg, a catheter for mapping or removal) in contact with the endocardium. The use of an ultrasound transducer on a reference catheter is described.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,848,969호는 심장내 초음파 이미징의 다른 예들이 나타나 있다. 이 공보는 팽창 가능한 이미징 구조물을 이용하여 내부 조직 영역을 가시화하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. US Pat. No. 5,848,969, the disclosure of which is incorporated herein by reference, shows other examples of intracardiac ultrasound imaging. This publication describes a method and system for visualizing internal tissue areas using inflatable imaging structures.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 국제특허공보 WO 99/55233호는 환자 심장의 3-D 표면을 묘사하는 방법을 설명한다. 환자 심장 집단(population)을 위한 원형(archetypal shape)으로서 제공하기 위해, 트레이닝 데이터를 이용한 3-D 메시 모델이 발전된다. 다수의 환자 심장의 초음파 이미지를 상이한 이미지 평면에서 취한다. 해부학적 위치들은 각 이미지에서 수동으로 식별된다. 미리 규정된 해부학적 위치와 관련하여, 메시 모델은 이미지들과 고정적으로 정렬된다. International patent publication WO 99/55233, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method for depicting a 3-D surface of a patient's heart. In order to serve as an archetypal shape for the patient heart population, a 3-D mesh model using training data is developed. Ultrasound images of multiple patient hearts are taken at different image planes. Anatomical positions are manually identified in each image. With respect to the predefined anatomical position, the mesh model is fixedly aligned with the images.

초음파 이미지들을 이용하는 윤곽 추출 및 3-D 모델링의 다른 방법들은 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 유럽특허 공보 EP 0961135호에 설명되어 있다. 다른 예로서, 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 국제특허공보 WO 98/46139호는 변조된 비선형 맵핑 함수를 이용하여 도플러(Doppler) 및 B-모드 초음파 이미지 신호들을 단일 이미지로 조합하는 방법을 설명한다. Other methods of contour extraction and 3-D modeling using ultrasound images are described in EP 0961135, the disclosure of which is incorporated herein by reference. As another example, WO 98/46139, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method of combining Doppler and B-mode ultrasound image signals into a single image using a modulated nonlinear mapping function. Explain.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,797,849호는 3-D 트랙킹 및 이미징 시스템을 이용하는 의료 과정을 실행하기 위한 방법을 설명한다. 수술 기구가 환자 몸에 삽입된다. 수술 기구의 포지션은 수술 기구가 신체 구조물을 통해 이동함에 따라 추적된다. 인접한 주변부에 대한 수술 기구의 위치는 외과의사가 수술 기구를 보다 정확하게 포지셔닝시킬 수 있도록 디스플레이된다. US Pat. No. 5,797,849, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method for performing a medical procedure using a 3-D tracking and imaging system. Surgical instruments are inserted into the patient's body. The position of the surgical instrument is tracked as the surgical instrument moves through the body structure. The position of the surgical instrument relative to the adjacent periphery is displayed to allow the surgeon to position the surgical instrument more accurately.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제5,391,199호는 환자의 신체 구조물 또는 기관의 일부를 제거하는 방법을 설명한다. 상기 방법은 맵핑되는 구조물 또는 기관의 사시도 이미지를 획득하는 단계와 하나 이상의 카테터를 기관 또는 구조물내에 또는 그에 인접한 사이트로 진행시키는 단계를 포함한다. 각 카테터 원위 팁(tip)의 위치는 비-이온화 필드를 이용하여 감지된다. 하나 이상의 카테터의 원위 팁에서, 기관 또는 구조물의 국부적인 정보가 감지되고, 감지된 정보는 하나 이상의 데이터 포인트를 생성하기 위해 처리된다. 데이터 포인트는 기관 또는 구조물의 사시도 이미지상에 중첩되어, 기관 또는 구조물의 일부를 제거하는 것을 돕는다. US Pat. No. 5,391,199, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method of removing a portion of a patient's body structure or organ. The method includes obtaining a perspective image of a structure or organ to be mapped and advancing one or more catheter to a site in or adjacent to the organ or structure. The location of each catheter distal tip is sensed using a non-ionizing field. At the distal tip of one or more catheter, local information of the trachea or structure is sensed and the sensed information is processed to generate one or more data points. The data points are superimposed on a perspective image of the trachea or structure to help remove portions of the trachea or structure.

몇몇 의료 이미징 시스템은 획득한 이미지 정보에 기초하여 3-D 모델을 재구성하는 방법을 적용한다. 예를 들어, 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국 특허 제5,568,384호는 3-D 다수방식(multimodality) 이미지 세트를 단일의 복합 이미지로 합성하기 위한 방법을 설명한다. 표면들은 둘 이상의 상이한 이미지들로부터 추출되고, 반자동 세분화 기술을 이용하여 매칭된다. Some medical imaging systems apply a method of reconstructing a 3-D model based on acquired image information. For example, US Pat. No. 5,568,384, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method for synthesizing a 3-D multimodality image set into a single composite image. Surfaces are extracted from two or more different images and matched using a semi-automatic segmentation technique.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제6,226,542호는 신체내 기관의 3-D 재구성을 위한 방법을 설명한다. 프로세서는 포지션 좌표가 결정된 체적상의 다수의 샘플링된 지점들로부터 환자 신체내의 캐비티 또는 체적의 3-D 맵을 재구성한다. 표면의 재구성은 제한된 수의 샘플링된 지점들을 기초로 한다. US Pat. No. 6,226,542, the disclosure of which is incorporated herein by reference, describes a method for 3-D reconstruction of organs in the body. The processor reconstructs a 3-D map of the cavity or volume within the patient's body from a number of sampled points on the volume for which position coordinates have been determined. Reconstruction of the surface is based on a limited number of sampled points.

본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된 미국특허 제4,751,643호와 제4,791,567호는 신체내의 연결 구조물들을 결정하는 방법을 설명한다. 동일한 조직 형태를 나타내는 3-D 영역들은 유사하게 라벨링된다. 라벨 정보를 이용하여, 유사한 라벨이 부여된 모든 연결 데이터 지점들이 결정된다.US Pat. Nos. 4,751,643 and 4,791,567, the disclosures of which are incorporated herein by reference, describe a method of determining connecting structures within a body. 3-D regions representing the same tissue morphology are similarly labeled. Using the label information, all connection data points with similar labels are determined.

몇몇 시스템은 이미징에 의해 획득된 정보에 기초하여 신체 조직 및 기관들을 분석하고 및 모델링하기 위한 이미지 처리 방법을 이용한다. 그러한 기술 중 하나는 본 명세서에 참조로 개시내용이 합체된, McInerney 및 Terzooulos가 Medical Image Analysis, (1:2)의 1996년 6월자 91-108면에 발표한 "Deformable Models in Medical Images Analysis: A Survey(의료용 영상 분석에서의 변형 가능한 모델; 개관)"에 설명되어 있다. 상기 저자들은 구조물의 위치, 크기 및 형상에 대한 (하향식) 선험(先驗)적 지식과 함께 이미지 데이터로부터 유도된 (상향식) 제약조건(constraints)을 이용함으로서, 해부학적 구조물들의 세그멘팅, 매칭 및 트 랙킹을 위한 컴퓨터 의료 이미지 분석 기술을 설명하고 있다. Some systems utilize image processing methods to analyze and model body tissues and organs based on the information obtained by imaging. One such technique is described in "Deformable Models in Medical Images Analysis: A," published by McInerney and Terzooulos on June 91, 108, Medical Image Analysis, (1: 2), the disclosure of which is incorporated herein by reference. Survey (Transformable Models in Medical Image Analysis; Overview) ". The authors use (bottom-up) constraints derived from image data with (bottom-down) prior knowledge of the position, size and shape of the structure, thereby segmenting, matching and Computer medical image analysis techniques for tracking are described.

본 명세서에 참조로 그 개시내용이 합체된, Neubauler 및 Wegentittl이 2003년 2월, 체코, 플젠에 소재하는 West Bohemia 대학의 제 11 회 International Conference in Central Europe on Computer Graphics, Visualization and Computer Vision에서 발표한 "Analysis of Four-Dimensional Cardiac Data Sets Using Skeleton-Based Segmentation"에는 다른 분석 기술이 설명된다. 상기 저자들은 심장 사이클에 걸친 다수의 지점에서 취한 일련의 심장 CT(컴퓨터 단층) 이미지들로부터 심장 부분들을 세그멘팅하기 위한 컴퓨터-보조 방법을 설명한다. Neubauler and Wegentittl, incorporated herein by reference, published the 11th International Conference in Central Europe on Computer Graphics, Visualization and Computer Vision of West Bohemia University, Plzen, Czech Republic, February 2003. Another analysis technique is described in "Analysis of Four-Dimensional Cardiac Data Sets Using Skeleton-Based Segmentation". The authors describe a computer-assisted method for segmenting heart parts from a series of cardiac CT (computed tomography) images taken at multiple points throughout the cardiac cycle.

심장의 3-D 이미지들은 많은 카테터-기초 진단 및 치료 용도로 유용하다. 실시간 이미징은 외과의사의 수행능력을 향상시키고, 비교적 숙달되지 못한 외과의사들도 복잡한 외과적 시술을 보다 용이하게 실시할 수 있게 한다. 3-D 이미징은 또한 몇몇 외과적 시술의 실시에 필요한 시간을 감소시키는 것을 돕는다. 또한, 3-D 초음파 이미지들은 복잡한 시술 및 카테터 조작을 계획하는데 이용될 수 있다. 3-D images of the heart are useful for many catheter-based diagnostic and therapeutic uses. Real-time imaging improves the surgeon's performance and makes it easier for even less-experienced surgeons to perform complex surgical procedures. 3-D imaging also helps to reduce the time needed to perform some surgical procedures. In addition, 3-D ultrasound images can be used to plan complex procedures and catheter manipulations.

본 발명의 실시예들은 3-D 심장 이미징의 실행을 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공한다. 초음파 변환기 어레이와 포지션 센서를 포함하는 프로브는 환자 신체내의 타겟 기관 및 구조물을 이미지화하는데 사용된다. 일 실시예에서, 프로브는 카테터를 포함하고, 상기 카테터는 환자의 심장내로 삽입된다. 프로브는 타겟 기관의 다수의 2-D 초음파 이미지를 획득하고 그 이미지들을 이미지 프로세서로 송신한다. 각 이미지에 대해서, 포지션 센서를 이용하여 프로브의 위치 및 배향 좌표가 측정된다. Embodiments of the present invention provide an improved method and system for performing 3-D cardiac imaging. Probes comprising an ultrasound transducer array and a position sensor are used to image target organs and structures within the patient's body. In one embodiment, the probe comprises a catheter, which is inserted into the heart of the patient. The probe acquires a plurality of 2-D ultrasound images of the target organ and transmits the images to the image processor. For each image, the position and orientation coordinates of the probe are measured using the position sensor.

통상적으로 외과의사인, 시스템의 사용자는 쌍방향 디스플레이상의 이미지를 검사한다. 사용자는 그 이미지들 중 하나 이상의 기관의 특징부들을 식별하는 관심 윤곽부에 수동으로 마킹("태깅(tagging)"이라고도 함)하기 위해 디스플레이를 이용한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 윤곽 탐지 소프트웨어를 이용하면 윤곽부들이 자동적으로 태깅된다. 이미지 프로세서는 태깅되지 않은 나머지 이미지들의 적어도 일부내의 대응 윤곽부들을 자동적으로 식별하고 재구성한다. 그 후에, 이미지 프로세서는 모델내의 3-D 구조물을 세그먼트하기 위해 윤곽부를 이용하여, 다수의 초음파 이미지에 기초한 3-D 구조 모델 및 각각의 이미지가 캡쳐된 대응하는 프로브 좌표들을 구성한다. A user of the system, typically a surgeon, examines the image on the interactive display. The user uses the display to manually mark (also referred to as "tagging") a contour of interest that identifies features of one or more organs of the images. Additionally or alternatively, contours are automatically tagged using contour detection software. The image processor automatically identifies and reconstructs corresponding contours in at least some of the remaining untagged images. The image processor then uses the contour to segment the 3-D structure in the model to construct a 3-D structural model based on the multiple ultrasound images and the corresponding probe coordinates for which each image was captured.

몇몇 실시예들에서, 윤곽은 단속적인 지점들을 포함한다. 각 지점의 3-D 좌표는 포지션 센서 정보 및 2-D 초음파 이미지 특성들을 이용하여 계산된다. 계산된 포지션들은 3-D 모델을 구성하기 위해 사용된다. 외과의사에 의해 태깅된 윤곽부들은 3-D 모델의 상부에 투영되고 디스플레이될 수 있다. In some embodiments, the contour includes intermittent points. The 3-D coordinates of each point are calculated using position sensor information and 2-D ultrasound image characteristics. The calculated positions are used to construct a 3-D model. The contours tagged by the surgeon can be projected and displayed on top of the 3-D model.

따라서, 개시된 방법들은 내부 신체 기관의 3-D 이미지들의 사용자-편의형 재구성을 위한 쌍방향 툴을 제공한다. 이러한 방법들은 또한 전기적 활성도 맵(특히, 심장 이미징 용도) 또는 다른 종류의 맵이나 이미지가 투영되는 해부학적 표면을 형성하는 편리하고 정확한 방식을 제공한다. Thus, the disclosed methods provide an interactive tool for user-friendly reconstruction of 3-D images of internal body organs. These methods also provide a convenient and accurate way to form an electrical activity map (particularly for cardiac imaging purposes) or an anatomical surface onto which other types of maps or images are projected.

그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 해부학적 구조물의 모델링 방법이 제공되며, 상기 방법은Therefore, a method of modeling an anatomical structure according to an embodiment of the present invention is provided, which method

초음파 센서의 다수의 공간 포지션들 각각에서 초음파 센서를 이용하여 해부학적 구조물의 다수의 초음파 이미지를 획득하는 단계와;Acquiring a plurality of ultrasound images of the anatomical structure using the ultrasound sensor at each of the plurality of spatial positions of the ultrasound sensor;

상기 다수의 공간 포지션들 각각에서 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 측정하는 단계와;Measuring a position and an orientation coordinate of an ultrasonic sensor at each of the plurality of spatial positions;

하나 이상의 초음파 이미지내에서 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하는 단계; 및Marking an outline of interest-contour representing features of the anatomical structure in the one or more ultrasound images; And

상기 관심-윤곽부와 측정된 위치 및 배향 좌표에 기초하여 해부학적 구조물의 3-차원(3-D) 모델을 구성하는 단계를 포함한다. Constructing a three-dimensional (3-D) model of the anatomical structure based on the interest-contour and the measured position and orientation coordinates.

개시된 실시예에서, 3-D 모델을 구성하는 단계는 마킹된 관심-윤곽부에 기초하여 마킹되지 않은 초음파 이미지의 적어도 일부의 특징부들을 자동적으로 재구성하는 단계를 포함한다. In the disclosed embodiment, constructing the 3-D model includes automatically reconstructing at least some features of the unmarked ultrasound image based on the marked interest-contours.

다른 실시예에서, 해부학적 구조물은 심장을 포함하고, 상기 다수의 초음파 이미지를 획득하는 단계는 초음파 센서를 포함하는 카테터를 제 1 심장 챔버내로 삽입하는 단계와, 상기 챔버내의 다수의 공간 포지션들 각각의 사이에서 상기 카테터를 이동시키는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 3-D 모델을 구성하는 단계는 상기 제 1 심장 챔버 외부에 배치된 타겟 구조물의 3-D 모델을 구성하는 단계를 포함한다. In another embodiment, the anatomical structure comprises a heart and acquiring the plurality of ultrasound images comprises inserting a catheter comprising an ultrasound sensor into the first heart chamber, each of the plurality of spatial positions within the chamber. Moving the catheter between. Additionally or alternatively, constructing a 3-D model includes constructing a 3-D model of a target structure disposed outside the first cardiac chamber.

또 다른 실시예에서, 초음파 이미지를 획득하는 단계와 위치 및 배향 좌표를 측정하는 단계는 초음파 이미지의 획득과 위치 및 배향 좌표 측정의 타이밍을 심전도(ECG) 신호, 내부에서 생성된 동기화(synchronization) 신호 및 외부에서 제공된 동기화 신호 중 하나를 포함하는 동기화 신호에 대해 동기화하는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 측정 및 타이밍의 동기화 단계는 조직 특성, 온도 및 혈류 중 적어도 하나의 측정을 상기 동기화 신호에 대해 동기화하는 단계를 포함한다. In another embodiment, the step of acquiring the ultrasound image and measuring the position and orientation coordinates is based on the timing of the acquisition of the ultrasound image and the measurement of the position and orientation coordinates. And synchronizing with respect to a synchronization signal including one of an externally provided synchronization signal. Additionally or alternatively, the step of synchronizing the measurement and the timing comprises synchronizing the measurement of at least one of tissue characteristics, temperature and blood flow to the synchronization signal.

또 다른 실시예에서, 위치 및 배향 좌표를 측정하는 단계는 초음파 센서와 관련된 포지션 센서에 인접하여 필드(fields)를 생성하는 단계와, 포지션 센서에서 상기 필드를 감지하는 단계 및 상기 감지된 필드에 응답하여 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 계산하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필드를 생성하는 단계는 자기장 생성 단계를 포함하며, 상기 필드를 감지하는 단계는 생성된 자기장을 포지션 센서에서 감지하는 단계를 포함한다. In yet another embodiment, measuring position and orientation coordinates comprises generating fields adjacent to a position sensor associated with an ultrasonic sensor, sensing the field at a position sensor, and responding to the sensed field. Calculating the position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor. In some embodiments, generating the field includes generating a magnetic field, and sensing the field includes sensing the generated magnetic field at the position sensor.

다른 실시예에서, 위치 및 배향 좌표를 측정하는 단계는 초음파 센서와 관련된 필드 생성기를 이용하여 필드를 생성하는 단계와, 하나 이상의 수신 센서를 이용하여 필드를 감지하는 단계 및 상기 감지된 필드에 응답하여 상기 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 계산하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 필드를 생성하는 단계는 자기장 생성 단계를 포함하며, 상기 필드를 감지하는 단계는 생성된 자기장을 하나 이상의 수신 센서들에서 감지하는 단계를 포함한다. In another embodiment, measuring position and orientation coordinates comprises generating a field using a field generator associated with an ultrasonic sensor, sensing the field using one or more receiving sensors, and in response to the detected field. Calculating position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor. In some embodiments, generating the field includes generating a magnetic field, and sensing the field includes sensing the generated magnetic field at one or more receiving sensors.

일 실시예에서, 특징부를 자동적으로 재구성하는 단계는 자동적으로 재구성된 특징부들 중 적어도 일부를 승인, 삭제, 교정 및 변경하는 것 중 적어도 하나를 포함하는 수동 입력 허용 단계를 포함한다. In one embodiment, automatically reconfiguring the features includes allowing manual input including at least one of approving, deleting, correcting, and changing at least some of the automatically reconfigured features.

다른 실시예에서, 3-D 모델을 구성하는 단계는 해부학적 구조물의 타겟 구조 물의 표면 모델 및 골격(skeleton) 모델 중 적어도 하나를 생성하는 단계와, 3-D 모델을 사용자에게 디스플레이하는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 표면 모델을 생성하는 단계는 파라메트릭(parametric) 맵 및 전기적 활성도 맵 중 적어도 하나를 표면 모델에 중첩시키는 단계를 포함한다. In another embodiment, constructing the 3-D model includes generating at least one of a surface model and a skeleton model of the target structure of the anatomical structure, and displaying the 3-D model to the user. do. Additionally or alternatively, generating the surface model includes superimposing at least one of a parametric map and an electrical activity map on the surface model.

또 다른 실시예에서, 3-D 모델을 구성하는 단계는 자기 공명 단층 촬영(MRI) 시스템, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 시스템 및 x-레이 이미징 시스템 중 하나 이상으로부터 입수된 정보를 3-D 모델에 중첩시키는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상기 정보를 중첩시키는 단계는 입수된 정보를 3-D 모델의 좌표 시스템에 기록하는 단계를 포함한다. In yet another embodiment, constructing the 3-D model comprises incorporating information obtained from one or more of a magnetic resonance tomography (MRI) system, a computed tomography (CT) system, and an x-ray imaging system into the 3-D model. Overlapping. Additionally or alternatively, the step of superimposing the information includes recording the obtained information in the coordinate system of the 3-D model.

또 다른 실시예에서, 3-D 모델을 구성하는 단계는 3-D 모델내에서 하나 이상의 관심 영역을 형성하는 단계와, 상기 하나 이상의 관심 영역에 대응하는 초음파 이미지 부분들을 3-D 모델상에 투영하는 단계를 포함한다. In yet another embodiment, constructing the 3-D model comprises forming one or more regions of interest within the 3-D model, and projecting ultrasound image portions corresponding to the one or more regions of interest onto the 3-D model. It includes a step.

일 실시예에서, 상기 다수의 초음파 이미지 획득 단계는 초음파 센서를 포함하는 체외 초음파 프로브를 이용하여 해부학적 구조물을 스캐닝하는 단계와, 다수의 공간 포지션들 사이에서 상기 프로브를 이동시키는 단계를 포함한다. In one embodiment, the step of acquiring the plurality of ultrasound images includes scanning the anatomical structure using an in vitro ultrasound probe including an ultrasound sensor, and moving the probe between the plurality of spatial positions.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 해부학적 구조물을 모델링하기 위한 방법이 부가적으로 제공되며, 상기 방법은According to one embodiment of the invention, there is additionally provided a method for modeling anatomical structures, said method comprising

초음파 센서의 공간 포지션에서 초음파 센서를 이용하여 해부학적 구조물의 초음파 이미지를 획득하는 단계와;Acquiring an ultrasound image of the anatomical structure using the ultrasound sensor in a spatial position of the ultrasound sensor;

상기 공간 포지션에서 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 측정하는 단계와;Measuring the position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor at the spatial position;

초음파 이미지의 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하는 단계; 및Marking a contour of interest-outlining features of the anatomical structure of the ultrasound image; And

상기 측정된 위치 및 배향 좌표에 기초하여 상기 관심-윤곽부 및 초음파 이미지의 적어도 일부를 3-D 공간내에 디스플레이하는 단계를 포함한다. Displaying at least a portion of the ROI-contour and ultrasound image in 3-D space based on the measured position and orientation coordinates.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 해부학적 구조물을 모델링하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은In addition, according to an embodiment of the present invention, there is provided a system for modeling anatomical structures, said system

프로브로서, 상기 프로브의 다수 공간 포지션들 각각에서 해부학적 구조물의 다수의 초음파 이미지를 획득하도록 구성된 초음파 센서와, 상기 다수의 공간 포지션들 각각에서 상기 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 결정하도록 구성된 포지션 센서를 포함하는 프로브와;A probe, comprising: an ultrasonic sensor configured to obtain a plurality of ultrasound images of an anatomical structure at each of the plurality of spatial positions of the probe, and a position sensor configured to determine the position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor at each of the plurality of spatial positions A probe comprising a;

상기 초음파 이미지들을 디스플레이하고 하나 이상의 초음파 이미지의 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하는 수동 입력을 수신하도록 결합된 쌍방향 디스플레이; 및An interactive display coupled to receive the manual input to display the ultrasound images and to mark an area of interest-contour representing features of the anatomical structure of the one or more ultrasound images; And

수동으로 마킹된 관심-윤곽부를 수용하기 위해 그리고 상기 측정된 공간 포지션들 및 관심-윤곽부에 기초하여 상기 해부학적 구조물의 3-D 모델을 구성하기 위해, 상기 초음파 이미지들 및 상기 측정된 위치 및 배향 좌표들을 수신하도록 결합된 프로세서를 포함한다. The ultrasound images and the measured position and to accommodate a manually marked interest-contour and construct a 3-D model of the anatomical structure based on the measured spatial positions and the interest-contour A processor coupled to receive orientation coordinates.

본 발명의 실시예에 따르면, 해부학적 구조물을 모델링하기 위한 시스템이 부가로 제공되며, 상기 시스템은According to an embodiment of the invention, there is further provided a system for modeling anatomical structures, said system comprising

프로브와; A probe;

상기 초음파 이미지와 상기 측정된 위치 및 배향 좌표를 수신하고 상기 측정된 위치 및 배향 좌표에 기초하여 상기 초음파 이미지의 3-D 포지션을 계산하도록 결합된 프로세서; 및A processor coupled to receive the ultrasound image and the measured position and orientation coordinates and calculate a 3-D position of the ultrasound image based on the measured position and orientation coordinates; And

초음파 이미지내의 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하는 수동 입력을 수신하고, 상기 초음파 이미지의 계산된 3-D 포지션에 기초하여 상기 관심-윤곽부 및 초음파 이미지의 적어도 일부를 3-D 공간내에 디스플레이하도록 커플링된 쌍방향 디스플레이를 포함하며, Receive a manual input that marks a contour of interest-indicative of the features of the anatomical structure within the ultrasound image, and based on the calculated 3-D position of the ultrasound image, 3- An interactive display coupled to display in D space,

상기 포지션 센서는 상기 프로브 각각의 공간 포지션에서 해부학적 구조물의 이미지를 획득하도록 구성된 초음파 센서와 상기 공간 포지션에서 상기 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 결정하도록 구성된다. The position sensor is configured to determine an ultrasonic sensor configured to acquire an image of the anatomical structure at the spatial position of each of the probes and to determine the position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor at the spatial position.

본 발명의 실시예에 따르면, 해부학적 구조물의 모델링을 위한 컴퓨터 소프트웨어 제품이 부가적으로 제공되며, 상기 제품은 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함하고, 상기 매체내에는 프로그램 명령들이 저장되며, 상기 명령들은 컴퓨터가 판독했을 때 그 컴퓨터가 초음파 센서의 다수의 공간 포지션들 각각에서 초음파 센서를 이용하여 해부학적 구조물의 다수의 초음파 이미지들을 획득하게 하고, 상기 다수의 공간 포지션들 각각에서 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 측정하게 하며, 하나 이상의 초음파 이미지내의 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하는 수동 입력을 수용하게 하며, 상기 관심-윤곽부와 측정된 위치 및 배향 좌표에 기초하여 해부학적 구조물의 3-D 모델을 구성하게 한다. According to an embodiment of the invention, there is additionally provided a computer software product for modeling anatomical structures, the product comprising a computer-readable medium, in which program instructions are stored, the instructions being When the computer reads it causes the computer to acquire a plurality of ultrasound images of the anatomical structure using the ultrasound sensor in each of the plurality of spatial positions of the ultrasonic sensor, and the position and orientation of the ultrasonic sensor in each of the plurality of spatial positions. Allow to measure coordinates, accept manual input marking interest-contours representing features of anatomical structures in one or more ultrasound images, and based on the interest-contours and measured position and orientation coordinates Let's construct a 3-D model of.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 해부학적 구조물의 모델링을 위한 컴퓨터 소프트웨어 제품이 제공되며, 상기 제품은 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함하며, 상기 매체내에는 프로그램 명령들이 저장되며, 상기 명령들은 컴퓨터가 판독했을 때 그 컴퓨터가 초음파 센서 각각의 공간 포지션에서 초음파 센서를 이용하여 해부학적 구조물의 초음파 이미지를 획득하게 하고, 상기 공간 포지션에서 초음파 센서의 위치 및 배향 좌표를 측정하게 하며, 초음파 이미지내의 해부학적 구조물의 특징부들을 나타내는 관심-윤곽부를 마킹하게 하며, 상기 측정된 위치 및 배향 좌표에 기초하여 관심-윤곽부 및 초음파 이미지의 적어도 일부를 3-D 공간내에 디스플레이하게 한다. According to an embodiment of the invention, there is also provided a computer software product for modeling anatomical structures, the product comprising a computer-readable medium, in which program instructions are stored, the instructions being computer The computer causes the computer to acquire an ultrasound image of the anatomical structure using an ultrasonic sensor at each spatial position of the ultrasonic sensor, measure the position and orientation coordinates of the ultrasonic sensor at the spatial position, and anatomy in the ultrasound image. Mark the ROI-contours representing features of the enemy structure and display at least a portion of the ROI-contours and ultrasound images in 3-D space based on the measured position and orientation coordinates.

본 발명은 또한 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은The invention also relates to a system for imaging a target in a patient's body, the system comprising

미리-획득한 이미지와;A pre-acquired image;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와; A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

상기 카테터와 포지셔닝 프로세서에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서; 및An image processor operatively coupled to the catheter and positioning processor; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지와 초음파 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함하며, A display for displaying the recorded pre-acquired image and ultrasound image,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신 체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향(echo)을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고, The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, and the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body and echoes an echo reflected from the target in the patient's body. Receive a signal, and transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 상기 타겟의 초음파 이미지를 생성하고, 상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하며, 상기 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지를 기록한다. The image processor generates an ultrasound image of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, determines position information for any pixel of the ultrasound image of the target, and obtains the pre-acquisition along with the ultrasound image. Record one image.

본 발명에 따른 다른 실시예는 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은Another embodiment according to the invention relates to a method for imaging a target in a patient's body, the method comprising

타겟의 미리-획득한 이미지를 제공하는 단계와;Providing a pre-acquired image of the target;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터를 환자의 신체내에 배치하고, 상기 포지션 센서를 이용하여 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하는 단계와;Disposing a catheter including a position sensor and an ultrasonic imaging sensor in the patient's body, and determining position information of a portion of the catheter in the patient's body using the position sensor;

상기 초음파 이미징 센서를 이용하여 타겟의 초음파 이미지를 생성하는 단계와;Generating an ultrasound image of a target using the ultrasound imaging sensor;

상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하고, 상기 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지를 기록하는 단계; 및Determining position information for any pixel of an ultrasound image of the target, and recording the pre-acquired image along with the ultrasound image; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지와 초음파 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다. Displaying the recorded pre-acquired image and the ultrasound image.

본 발명에 따른 다른 실시예는 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 시스 템에 관한 것으로서, 상기 시스템은Another embodiment according to the invention relates to a system for imaging a target in a patient's body, wherein the system is

타겟의 미리-획득한 이미지와;A pre-acquired image of the target;

타겟의 전기생리학적 맵과;An electrophysiological map of the target;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

상기 카테터와 포지셔닝 프로세서에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서; 및An image processor operatively coupled to the catheter and positioning processor; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지, 전기생리학적 맵 및 초음파 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함하며,A display for displaying the recorded pre-acquired image, electrophysiological map and ultrasound image,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향(echo)을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, and the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body and transmits an ultrasound echo reflected from the target in the patient's body. Receive and transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 상기 타겟의 초음파 이미지를 생성하고, 상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하며, 상기 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지와 전기생리학적 맵을 기록한다. The image processor generates an ultrasound image of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, determines position information for any pixel of the ultrasound image of the target, and obtains the pre-acquisition along with the ultrasound image. Record an image and an electrophysiological map.

본 발명에 따른 부가적인 실시예는 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은An additional embodiment according to the invention relates to a system for imaging a target in a patient's body, the system comprising

타겟의 미리-획득한 이미지와;A pre-acquired image of the target;

포지션 센서, 초음파 이미징 센서 및 적어도 하나의 전극을 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor, an ultrasonic imaging sensor, and at least one electrode;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

상기 카테터와 포지셔닝 프로세서에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서; 및An image processor operatively coupled to the catheter and positioning processor; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지, 전기생리학적 맵 및 초음파 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함하며, A display for displaying the recorded pre-acquired image, electrophysiological map and ultrasound image,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하며, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 타겟 표면의 전기적 활성도 데이터-포인트를 획득하고, The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal associated with ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body, wherein the at least one electrode acquires electrical activity data-points of the target surface,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 상기 타겟의 초음파 이미지를 생성하고, 상기 타겟의 전기적 활성도 데이터-포인트 및 상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하며, 상기 타겟의 전기적 활성도 데이터-포인트 및 상기 전기적 활성도 데이터-포인트에 대한 포지션 정보에 기초하여 타겟의 전기생리학적 맵을 생성하고, 상기 미리-획득한 이미지와 상기 전기생리학적 맵을 초음파 이미지와 함께 기록한다.The image processor generates an ultrasound image of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, determines the electrical activity data-point of the target and position information for any pixel of the ultrasound image of the target, Generate an electrophysiological map of the target based on the electrical activity data-point of the target and the position information on the electrical activity data-point, and record the pre-acquired image and the electrophysiological map together with the ultrasound image do.

또한, 본 발명은 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 방법에 관한 것으로서, 그 방법은The present invention also relates to a method for imaging a target in a patient's body, the method of

타겟의 미리-획득한 이미지를 제공하는 단계와;Providing a pre-acquired image of the target;

타겟의 전기생리학적 맵을 제공하는 단계와;Providing an electrophysiological map of the target;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터를 환자의 신체내에 배치하고 상기 포지션 센서를 이용하여 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하는 단계와;Positioning a catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor in the patient's body and determining position information of a portion of the catheter in the patient's body using the position sensor;

상기 초음파 이미징 센서를 이용하여 타겟의 초음파 이미지를 생성하는 단계ㅇ와;Generating an ultrasound image of a target using the ultrasound imaging sensor;

상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하고 상기 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지 및 전기생리학적 맵을 기록하는 단계; 및Determining position information for any pixel of an ultrasound image of the target and recording the pre-acquired image and an electrophysiological map along with the ultrasound image; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지, 전기생리학적 맵 및 초음파 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다. Displaying the recorded pre-acquired image, electrophysiological map and ultrasound image.

본 발명에 따른 다른 실시예는 환자 신체내의 타겟을 이미징하는 방법으로서, 상기 방법은Another embodiment according to the invention is a method of imaging a target in a patient's body, the method comprising

타겟의 미리-획득한 이미지를 제공하는 단계와;Providing a pre-acquired image of the target;

포지션 센서, 초음파 이미징 센서 및 적어도 하나의 전극을 포함하는 카테터를 환자의 신체내에 배치하고 상기 포지션 센서를 이용하여 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하는 단계와;Positioning a catheter comprising a position sensor, an ultrasonic imaging sensor, and at least one electrode in the body of the patient and using the position sensor to determine position information of a portion of the catheter in the patient's body;

상기 적어도 하나의 전극을 이용하여 상기 타겟 표면의 전기적 활성도 데이터-포인트를 획득하는 단계와;Acquiring an electrical activity data-point of the target surface using the at least one electrode;

상기 초음파 이미징 센서를 이용하여 타겟의 초음파 이미지를 생성하는 단계와;Generating an ultrasound image of a target using the ultrasound imaging sensor;

상기 타겟 표면의 전기적 활성도 데이터-포인트에 대한 포지션 정보를 결정하고, 상기 전기적 활성도 데이터-포인트 및 상기 전기적 활성도 데이터-포인트에 대한 포지션 정보에 기초하여 상기 타겟의 전기생리학적 맵을 생성하는 단계와; Determining position information for an electrical activity data-point of the target surface, and generating an electrophysiological map of the target based on the electrical activity data-point and position information for the electrical activity data-point;

상기 타겟의 초음파 이미지의 임의의 픽셀에 대한 포지션 정보를 결정하고, 상기 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지 및 전기생리학적 맵을 기록하는 단계; 및Determining position information for any pixel of an ultrasound image of the target, and recording the pre-acquired image and an electrophysiological map along with the ultrasound image; And

상기 기록된 미리-획득한 이미지, 전기생리학적 맵 및 초음파 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함한다. Displaying the recorded pre-acquired image, electrophysiological map and ultrasound image.

또한, 본 발명은 환자의 신체를 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은The present invention also relates to a medical imaging system for imaging a body of a patient, wherein the system is

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분 의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

디스플레이; 및display; And

상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서를 포함하며, An image processor operatively coupled to the catheter, positioning processor and display,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 상기 타겟의 초음파 이미지를 생성하고, 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 상기 생성된 초음파 이미지를 디스플레이상에 실시간으로 나타낸다.The image processor generates an ultrasound image of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, and generates the ultrasound image in the same orientation as the orientation of a portion of the catheter in the patient's body based on position information derived from the position sensor. The displayed ultrasound image on a display in real time.

또한, 본 발명은 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은The present invention also relates to a medical imaging system for imaging a target in a patient's body, the system comprising

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

디스플레이; 및display; And

상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서를 포함하며,An image processor operatively coupled to the catheter, positioning processor and display,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 상기 타겟의 다수의 2-D 초음파 이미지를 생성하고, 상기 다수의 2-D 초음파 이미지를 이용하여 3-D 모델을 재구성하며 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 상기 디스플레이상의 상기 3-D 모델상에 2-D 초음파 이미지를 실시간으로 나타낸다.The image processor generates a plurality of 2-D ultrasound images of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, reconstructs a 3-D model using the plurality of 2-D ultrasound images, and positions the position sensor. Based on the position information derived from the 2-D ultrasound image is displayed in real time on the 3-D model on the display in the same orientation as the orientation of the catheter portion in the patient's body.

또한, 본 발명은 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은The present invention also relates to a medical imaging system for imaging a target in a patient's body, the system comprising

미리-획득한 이미지와;A pre-acquired image;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

디스플레이; 및display; And

상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서를 포함하며,An image processor operatively coupled to the catheter, positioning processor and display,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 초음파 이미지와 함께 상기 미리-획득한 이미지를 기록하고 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 상기 디스플레이상의 상기 3-D 모델상에 초음파 이미지를 실시간으로 나타낸다.The image processor records the pre-obtained image together with the ultrasound image transmitted by the ultrasound sensor and displays the display in the same orientation as the orientation of the catheter portion within the patient's body based on the position information derived from the position sensor. An ultrasound image is displayed in real time on the 3-D model of the image.

본 발명의 다른 실시예는 환자 신체내의 타겟을 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은Another embodiment of the invention is directed to a medical imaging system for imaging a target in a patient's body, the system comprising

미리-획득한 이미지와;A pre-acquired image;

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

디스플레이; 및display; And

상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서를 포함하며,An image processor operatively coupled to the catheter, positioning processor and display,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고, The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 타겟의 적어도 하나의 2-D 초음파 이미지를 생성하고, 상기 적어도 하나의 2-D 초음파 이미지를 이용하여 3-D 모델을 재구성하며, 상기 3-D 모델과 함께 미리-획득한 이미지를 기록하고 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 상기 디스플레이상의 상기 기록된 미리-획득한 이미지와 3-D 모델상에 2-D 초음파 이미지를 실시간으로 나타낸다.The image processor generates at least one 2-D ultrasound image of a target based on the signal transmitted by the ultrasonic sensor, reconstructs a 3-D model using the at least one 2-D ultrasound image, and Record the pre-acquired image with the 3-D model and the recorded pre-acquired image on the display in the same orientation as the orientation of the catheter portion within the patient's body based on the position information derived from the position sensor; Display 2-D ultrasound images in real time on a 3-D model.

또한, 본 발명의 다른 실시예는 환자 신체를 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은In addition, another embodiment of the present invention relates to a medical imaging system for imaging a patient body, the system is

포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;A catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor;

상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor;

디스플레이; 및display; And

상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서로서를 포함하며,An image processor operatively coupled to the catheter, positioning processor and display,

상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body,

상기 이미지 프로세서는 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 카테터 아이콘을 상기 디스플레이상에 디스플레이하고, 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 타겟의 초음파 이미지를 또한 생성하고, 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 상기 디스플레이상에 상기 생성된 초음파 이미지를 실시간으로 나타낸다. 상기 카테터 아이콘은 카테터의 초음파 센서로부터 환자 신체내의 타겟에서 송신된 초음파 에너지를 특정 방향으로 향하게 하는데 이용된다. The image processor displays a catheter icon on the display in the same orientation as the orientation of a portion of the catheter in the patient's body based on position information derived from the position sensor, and targets the target based on a signal transmitted by the ultrasonic sensor. And generate an ultrasound image of the generated ultrasound image on the display in the same orientation as the orientation of a portion of the catheter in the patient's body based on the position information derived from the position sensor. The catheter icon is used to direct ultrasound energy transmitted from a catheter's ultrasound sensor to a target in the patient's body in a specific direction.

첨부도면과 함께 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명을 참조하면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. The invention will be better understood with reference to the following description of embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환자의 심장(24)을 이미징 및 맵핑하기 위한 시스템(20)을 도시한 도면이다. 상기 시스템은 외과의사에 의해 정맥 또는 동 맥을 통해 심장의 챔버내로 삽입되는 카테터(28)를 포함한다. 통상적으로, 카테터(28)는 외과의사가 카테터를 조작하기 위한 핸들(29)을 포함한다. 핸들상의 적절한 제어부는 외과의사가 원하는 바에 따라 카테터의 원위 단부를 스티어링, 위치 설정 및 배향할 수 있게 한다. 1 illustrates a system 20 for imaging and mapping a patient's heart 24 in accordance with an embodiment of the present invention. The system includes a catheter 28 that is inserted by a surgeon into a chamber of the heart via a vein or a vein. Typically, catheter 28 includes a handle 29 for a surgeon to manipulate the catheter. Appropriate controls on the handle allow the surgeon to steer, position and orient the distal end of the catheter as desired.

시스템(20)은 카테터(28)의 위치 및 배향 좌표를 측정하는 포지셔닝 서브-시스템(sub-system)을 포함한다. (본 특허 출원을 통해, "위치"라는 용어는 카테터의 공간 좌표를 나타내고, "배향"이라는 용어는 각도 좌표를 나타낸다. "포지션"이라는 용어는 위치와 배향 좌표 양자를 포함하는 카테터의 전체 포지션 정보를 나타낸다.)System 20 includes a positioning sub-system that measures the position and orientation coordinates of catheter 28. (Through this patent application, the term "position" refers to the spatial coordinates of the catheter, and the term "orientation" refers to the angular coordinates. The term "position" refers to the overall position information of the catheter, including both position and orientation coordinates. Is displayed.)

일 실시예에서, 포지셔닝 서브-시스템은 카테터(28)의 포지션 및 배향을 결정하는 자기(磁氣) 포지션 트랙킹 시스템을 포함한다. 상기 포지셔닝 서브-시스템은 미리 정해진 인접 작동 체적내에 자기장을 생성하고, 카테터에서 이러한 자기장을 감지한다. 통상적으로, 포지셔닝 서브-시스템은 환자에 대해 외부의 알려진 고정 포지션에 배치되는 필드 생성 코일(30)과 같은 외부 방사체(radiator) 세트를 포함한다. 코일(30)은 심장(24)에 인접하여 필드, 통상적으로 전자기장을 생성한다. 생성된 필드는 카테터(28) 내부의 포지션 센서(32)에 의해 감지된다. In one embodiment, the positioning sub-system includes a magnetic position tracking system that determines the position and orientation of the catheter 28. The positioning sub-system generates a magnetic field within a predetermined adjacent working volume and senses this magnetic field in the catheter. Typically, the positioning sub-system includes an external radiator set, such as a field generating coil 30, placed in a known fixed position external to the patient. Coil 30 generates a field, typically an electromagnetic field, adjacent to heart 24. The generated field is sensed by the position sensor 32 inside the catheter 28.

다른 실시예에서, 카테터내의 코일과 같은 방사체는 전자기장을 생성하며, 그러한 전자기장은 환자 신체 외부의 센서들에 의해 수신된다. In another embodiment, the emitter, such as a coil in the catheter, generates an electromagnetic field, which is received by sensors external to the patient's body.

포지션 센서는 감지된 필드에 응답하여, 카테터를 통해 연장하는 케이블(33)을 경유하여 포지션-관련 전기적적 신호를 콘솔(34)로 전송한다. 대안적으로, 포 지션 센서는 무선 링크를 통해 콘솔에 신호를 전송할 수 있다. 상기 콘솔은 포지션 센서(32)에 의해 전송된 신호에 기초하여 카테터(28)의 위치 및 배향을 계산하는 포지셔닝 프로세서(36)를 포함한다. 통상적으로, 포지셔닝 프로세서(36)는 카테터(28)로부터의 신호를 수신, 증폭, 필터링, 디지털화 및 다른 처리를 한다. The position sensor, in response to the sensed field, transmits a position-related electrical signal to the console 34 via a cable 33 extending through the catheter. Alternatively, the position sensor may send a signal to the console via a wireless link. The console includes a positioning processor 36 that calculates the position and orientation of the catheter 28 based on the signal transmitted by the position sensor 32. Positioning processor 36 typically receives, amplifies, filters, digitizes, and otherwise processes signals from catheter 28.

이러한 목적을 위해 사용될 수 있는 몇몇 포지션 트랙킹 시스템은 예를 들면, 그 개시내용이 본 명세서에 참조로 합체된 미국특허 제6,690,963호, 제6,618,612호 및 제6,332,089호와, 미국특허출원 공보 제2002/0065455 A1호, 제2004/0147920 A1호 및 제2004/0068178 A1호에 설명된다. 도 1 에 도시된 포지셔닝 서브-시스템은 자기장을 이용하지만, 하기에 설명되는 방법들은 전자기장, 음파 또는 초음파 측정에 기초하는 시스템과 같은 임의의 다른 적절한 포지셔닝 서브-시스템을 이용하여 실시될 수 있을 것이다. Some position tracking systems that can be used for this purpose are described, for example, in US Pat. Nos. 6,690,963, 6,618,612 and 6,332,089, the disclosures of which are incorporated herein by reference, and US Patent Application Publication 2002/0065455 A1, 2004/0147920 A1 and 2004/0068178 A1. Although the positioning sub-system shown in FIG. 1 uses a magnetic field, the methods described below may be practiced using any other suitable positioning sub-system, such as a system based on electromagnetic, acoustic or ultrasonic measurements.

하기에 설명되고 논증되는 바와 같이, 상기 시스템(20)은 외과의사가 다양한 맵핑 및 이미징 과정을 수행할 수 있게 한다. 이러한 과정의 예를 들면 다음과 같다:As described and argued below, the system 20 allows the surgeon to perform various mapping and imaging procedures. An example of this process is as follows:

- 실시간 또는 비실시간(NRT) 2-D 초음파 이미지의 디스플레이(도 4 및 도 6 참조).Display of real-time or non-real-time (NRT) 2-D ultrasound images (see FIGS. 4 and 6).

- 2-D 초음파 이미지에 기초하여 환자 신체내의 타겟 구조물의 3-D 모델 재구성(도 4 내지 도 10 참조).3-D model reconstruction of the target structure within the patient's body based on the 2-D ultrasound image (see FIGS. 4-10).

- 전기생리학적 정보 맵 또는 전기해부학적 맵과 같은 파라메트릭 맵을 재구성된 3-D 모델에 기록, 중첩 및 디스플레이(도 8 참조).Record, overlay and display parametric maps, such as electrophysiological information maps or electroanatomical maps, in a reconstructed 3-D model (see FIG. 8).

- 외부 시스템으로부터 획득된 3-D 이미지를 재구성된 3-D 모델상에 기록, 중첩 및 디스플레이. Recording, superimposing and displaying 3-D images obtained from external systems on a reconstructed 3-D model.

- 2-D 초음파 이미지를 외부 시스템으로부터 획득된 3-D 이미지에 기록 및 디스플레이(도 11 참조).Recording and displaying 2-D ultrasound images in 3-D images obtained from an external system (see FIG. 11).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카테터(28)의 원위 단부를 도시한 개략도이다. 카테터는 초음파 이미징 센서를 포함한다. 통상적으로, 초음파 센서는 초음파 변환기(40) 어레이를 포함한다. 일 실시예에서, 변환기들은 압전 변환기이다. 초음파 변환기들은 윈도우(41) 내부에 또는 이에 인접하여 배치되며, 상기 윈도우는 카테터의 벽 또는 본체내의 개구부를 형성한다. 2 is a schematic diagram showing the distal end of a catheter 28 in accordance with an embodiment of the present invention. The catheter includes an ultrasonic imaging sensor. Typically, the ultrasonic sensor includes an array of ultrasonic transducers 40. In one embodiment, the transducers are piezoelectric transducers. Ultrasonic transducers are disposed within or adjacent the window 41, which forms an opening in the wall or body of the catheter.

변환기(40)들은 윈도우(41)를 통해 어레이 구멍으로부터 초음파 빔을 서로 협력하여 송신하는 위상 어레이로서 작동한다. (선형 어레이 형태로 정렬된 변환기들이 도시되었지만, 원형 또는 볼록 형태와 같은 다른 어레이 형태들도 사용될 수 있을 것이다.) 일 실시예에서, 어레이는 초음파 에너지의 쇼트 버스트(short burst)를 전송하고, 그 후에 주변 조직으로부터 반사된 초음파 신호를 수신하기 위한 수신 모드로 전환된다. 통상적으로, 변환기(40)는 초음파 빔을 소정 방향으로 스티어링(조향)하기 위해 제어된 방식으로 개별적으로 구동된다. 변환기의 타이밍을 적절히 조정함으로써 생성된 초음파 빔에는 변환기 어레이로부터 주어진 거리에서 빔을 포커싱하기 위해, 동심적으로 만곡된 파동 프론트(front)가 주어질 수 있다. 따라서, 시스템(20)은 2-D 초음파 이미지를 생성하기 위해 위상 어레이로서 변환기 어레이를 이용하며, 초음파 빔의 스티어링 및 포커싱을 가능하게 하는 송신 /수신 스캐닝 메커니즘을 실시한다. The transducers 40 operate as phased arrays that transmit the ultrasound beams cooperatively with one another through the window 41 from the array aperture. (Although transducers arranged in a linear array form are shown, other array forms, such as circular or convex, may also be used.) In one embodiment, the array transmits a short burst of ultrasonic energy, and It is then switched to the reception mode for receiving the ultrasonic signal reflected from the surrounding tissue. Typically, the transducers 40 are individually driven in a controlled manner to steer (steer) the ultrasound beam in a predetermined direction. The ultrasonic beam generated by appropriately adjusting the timing of the transducer can be given a concentrically curved wave front to focus the beam at a given distance from the transducer array. Thus, system 20 uses a transducer array as a phased array to generate a 2-D ultrasound image, and implements a transmit / receive scanning mechanism that enables steering and focusing of the ultrasound beam.

일 실시예에서, 초음파 센서는 16개 내지 64개의 변환기(40), 바람직하게는 48개 내지 64개의 변환기들을 포함한다. 통상적으로, 변환기들은 14cm의 통상적인 침투 깊이를 갖는 5-10 MHz 범위의 중심 주파수에서 초음파 에너지를 생성한다. 통상적으로, 침투 깊이는 몇 밀리미터 내지 약 16 센티미터의 범위이며, 이는 초음파 센서 특성, 주변 조직의 특성 및 작동 주파수에 따라 결정된다. 다른 실시예에서, 다른 적절한 주파수 범위 및 침투 깊이가 사용될 수 있다. In one embodiment, the ultrasonic sensor comprises 16 to 64 transducers 40, preferably 48 to 64 transducers. Typically, transducers generate ultrasonic energy at a center frequency in the range of 5-10 MHz with a typical penetration depth of 14 cm. Typically, the penetration depth ranges from a few millimeters to about 16 centimeters, which is dependent on the ultrasonic sensor characteristics, the characteristics of the surrounding tissue and the operating frequency. In other embodiments, other suitable frequency ranges and penetration depths may be used.

반사된 초음파 반향(echo)을 수신한 후에, 반사된 반향에 기초하는 전기적 신호는 변환기(40)에 의해 케이블(33)을 따라 카테터(28)를 통해 콘솔(34)내의 이미지 프로세서(42)로 전송되며, 상기 콘솔은 상기 전기적 신호들을 2-D, 통상적으로 섹터-형상의 초음파 이미지로 변환시킨다. 통상적으로, 이미지 프로세서(42)는 포지션 및 배향 정보를 계산 또는 결정하고, 실시간 초음파 이미지를 디스플레이하며, 3-D 이미지 또는 체적 재구성을 실시하고, 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같은 다른 기능들을 수행한다. After receiving the reflected ultrasonic echo, the electrical signal based on the reflected echo is transmitted by the transducer 40 along the cable 33 via the catheter 28 to the image processor 42 in the console 34. Transmitted, the console converts the electrical signals into 2-D, typically sector-shaped, ultrasound images. Typically, image processor 42 calculates or determines position and orientation information, displays real-time ultrasound images, performs 3-D images or volumetric reconstructions, and performs other functions as described in more detail below. .

몇몇 실시예들에서, 이미지 프로세서는 환자 심장의 타겟 구조물의 3-D 모델을 생성하기 위해 초음파 이미지 및 포지션 정보를 이용한다. 3-D 모델은 디스플레이(44)의 2-D 프로젝션으로서 외과의사에게 보여진다. In some embodiments, the image processor uses the ultrasound image and position information to generate a 3-D model of the target structure of the patient's heart. The 3-D model is shown to the surgeon as a 2-D projection of the display 44.

몇몇 실시예들에서, 카테터의 원위 단부는 또한 전기생리학적 맵핑 및/또는 무선 주파수(RF) 절제(ablation)와 같은 진단 및/또는 치료 기능을 수행하기 위한 적어도 하나의 전극(46)을 포함한다. 일 실시예에서, 전극(46)은 국부적인 전위를 감지하는데 사용된다. 전극(46)에 의해 측정된 전위는 심장 내막상의 국부적인 전기적 활성도를 맵핑하는데 사용될 수 있다. 전극(46)이 심장의 내부 표면상의 한 지점에 인접하거나 접촉할 때, 그 전극은 그 지점의 국부적인 전위를 측정한다. 측정된 전위는 전기적 신호로 변환되고, 카테터를 통해 디스플레이를 위한 이미지 프로세서로 전송된다. 다른 실시예에서, 국부적인 전위는 콘솔(34)에 모두 연결된 적절한 전극들 및 포지션 센서를 포함하는 다른 카테터로부터 획득된다. In some embodiments, the distal end of the catheter also includes at least one electrode 46 for performing diagnostic and / or therapeutic functions, such as electrophysiological mapping and / or radio frequency (RF) ablation. . In one embodiment, electrode 46 is used to sense localized potential. The potential measured by electrode 46 can be used to map local electrical activity on the endocardium. When electrode 46 is adjacent to or in contact with a point on the inner surface of the heart, the electrode measures the local potential at that point. The measured potential is converted into an electrical signal and sent via a catheter to an image processor for display. In another embodiment, the local potential is obtained from another catheter that includes a position sensor and appropriate electrodes all connected to console 34.

다른 실시예에서, 전극(46)은 다양한 조직 특성, 온도 및/또는 혈류와 같은 상이한 파라미터들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 전극(46)이 단일 링 전극으로 도시되었지만, 카테터는 어떠한 형태로든 임의의 개체수의 전극(46)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 카테터는 둘 이상의 링 전극, 다수의 지점 전극 또는 지점 전극 어레이, 팁 전극 또는 상술한 진단 및/또는 치료 기능의 수행을 위한 이들 형태의 전극들의 조합을 포함할 수 있다. In other embodiments, electrode 46 may be used to measure different parameters such as various tissue properties, temperature and / or blood flow. Although electrode 46 is shown as a single ring electrode, the catheter may include any number of electrodes 46 in any form. For example, the catheter may comprise two or more ring electrodes, a plurality of point electrodes or point electrode arrays, a tip electrode or a combination of these types of electrodes for performing the diagnostic and / or therapeutic functions described above.

통상적으로, 포지션 센서(32)는 전극(46)과 변환기들(40)에 인접한 카테터(28)의 원위 단부내에 배치된다. 통상적으로, 초음파 센서의 변환기(40), 위치 센서(32) 및 전극(46) 사이의 위치 및 배향 오프셋들은 일정하다. 통상적으로, 이들 오프셋은 포지션 센서(32)의 측정된 포지션이 주어진 경우, 초음파 센서 및 전극(46)의 좌표들을 유도하기 위해 프로세서들(36)을 포지셔닝함으로써 사용된다. 다른 실시예에서, 카테터(28)는 둘 이상의 포지션 센서(32)를 포함하며, 각 포지션 센서는 전극(46)과 변환기들(40)에 대해 일정한 포지션 및 배향 오프셋을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 오프셋들(또는 등가의 교정 파라미터들)은 미리-교정되고, 포지 셔닝 프로세서(36)에 저장된다. 대안적으로, 오프셋들은 카테터(28)의 핸들(29)내에 내장된 메모리 장치(예를 들어, 전기적으로-프로그램 가능한 읽기 전용 메모리, 또는 EPROM)에 저장될 수 있다. Typically, position sensor 32 is disposed within the distal end of catheter 28 adjacent to electrode 46 and transducers 40. Typically, the position and orientation offsets between the transducer 40 of the ultrasonic sensor, the position sensor 32 and the electrode 46 are constant. Typically these offsets are used by positioning the processors 36 to derive the coordinates of the ultrasonic sensor and electrode 46, given the measured position of the position sensor 32. In another embodiment, catheter 28 includes two or more position sensors 32, each position sensor having a constant position and orientation offset relative to electrode 46 and transducers 40. In some embodiments, the offsets (or equivalent calibration parameters) are pre-calibrated and stored in positioning processor 36. Alternatively, the offsets may be stored in a memory device (eg, electrically-programmable read-only memory, or EPROM) embedded within the handle 29 of the catheter 28.

통상적으로, 포지션 센서(32)는 상기 미국특허 제6,690,963호에 설명된 바와 같이, 3개의 비-동심적 코일(도시 생략)을 포함한다. 대안적으로, 임의의 수의 동심적 또는 비-동심적 코일을 포함하는 센서들, 홀-효과(Hall-effect) 센서들 및/또는 자기-저항 센서와 같은 임의의 다른 적절한 위치 센서 배열이 이용될 수 있다. Typically, position sensor 32 includes three non-concentric coils (not shown), as described in US Pat. No. 6,690,963. Alternatively, any other suitable position sensor arrangement may be used, such as sensors including any number of concentric or non-concentric coils, Hall-effect sensors and / or magnetoresistive sensors. Can be.

통상적으로, 초음파 이미지 및 위치 측정치들 양자는 신체-표면 심전도(ECG) 신호 또는 심장내 심전도에 대해 신호 및 이미지 캡쳐를 게이팅함으로써(gating), 심장 사이클과 동기화된다. (일 실시예에서, ECG 신호는 전극(46)에 의해 생성될 수 있다.) 심장의 주기적인 수축 및 이완중에 심장의 특성은 형상 및 위치를 변화시키기 때문에, 전체적인 이미징 프로세싱은 통상적으로 이러한 주기에 대한 특정 타이밍으로 실행된다. 몇몇 실시예에서, 다양한 조직 특성에 대한 측정치, 온도 및 혈류에 대한 측정치와 같이 카테터에 의해 얻어지는 부가적인 측정치들이 또한 심전도(ECG)에 동기화된다. 또한, 이러한 측정치들은 포지션 센서(32)에 의해 얻어진 대응 지점 측정치와 결합된다. 통상적으로, 부가적인 측정치들은 하기에 설명되는 바와 같이, 재구성된 3-D 모델상에 중첩된다. Typically, both the ultrasound image and the position measurements are synchronized with the cardiac cycle by gating the signal and image capture against the body-surface electrocardiogram (ECG) signal or the intracardiac electrocardiogram. (In one embodiment, the ECG signal may be generated by electrode 46.) During cardiac periodic contraction and relaxation, the characteristics of the heart change shape and position, so overall imaging processing is typically performed at this period. Run at a specific timing. In some embodiments, additional measurements obtained by the catheter, such as measurements for various tissue characteristics, measurements of temperature and blood flow, are also synchronized to the ECG. These measurements are also combined with corresponding point measurements obtained by position sensor 32. Typically, additional measurements are superimposed on the reconstructed 3-D model, as described below.

몇몇 실시예에서, 지점 측정치와 및 초음파 이미지의 획득은 시스템(20)에 의해 생성된 내부-생성 신호에 동기화된다. 예를 들어, 동기화 메커니즘은 특정 신호에 의해 유발된 초음파 이미지에 간섭을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 이러 한 예에서, 이미지 획득 및 위치 측정의 타이밍은 이미지들이 간섭 없이 얻어지도록, 간섭 신호에 대한 특정 오프셋으로 고정된다. 오프셋은 종종 간섭이 없는 이미지 획득을 유지하기 위해 조정될 수 있다. 대안적으로, 측정 및 획득은 외부에서 공급되는 동기화 신호에 동기화될 수 있다.In some embodiments, the point measurements and the acquisition of the ultrasound image are synchronized to the internally-generated signals generated by the system 20. For example, a synchronization mechanism can be used to prevent interference in the ultrasound image caused by a particular signal. In this example, the timing of image acquisition and position measurement is fixed at a specific offset to the interfering signal so that the images are obtained without interference. The offset can often be adjusted to maintain image acquisition without interference. Alternatively, the measurement and acquisition may be synchronized to an externally supplied synchronization signal.

일 실시예에서, 시스템(20)은 초음파 변환기(40)를 구동하는 초음파 구동부(도시 생략)를 포함한다. 이러한 목적에 사용될 수 있는 적절한 초음파 구동부의 일례는 Analogic Corp.(미국, 매사츄세츠주, 피바디에 소재)이 생산하는 AN2300TM 초음파 시스템이다. 이러한 실시예에서, 초음파 구동부는 이미지 프로세서(42)의 기능들 중 몇몇 즉, 초음파 센서를 구동하고 2-D 초음파 이미지를 생성하는 기능을 수행한다. 초음파 구동부는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 B-mode, M-mode, CW Doppler 및 color flow Doppler와 같은 상이한 이미징 모드들을 지원할 수 있다. In one embodiment, the system 20 includes an ultrasonic driver (not shown) that drives the ultrasonic transducer 40. One example of a suitable ultrasonic drive that can be used for this purpose is the AN2300 ultrasonic system produced by Analogic Corp. (Pibodi, Mass., USA). In this embodiment, the ultrasonic driver performs some of the functions of the image processor 42, namely, driving the ultrasonic sensor and generating a 2-D ultrasonic image. The ultrasonic driver can support different imaging modes such as B-mode, M-mode, CW Doppler and color flow Doppler as known in the art.

통상적으로, 포지셔닝 및 이미지 프로세서는 하기에 설명되는 기능들을 수행하도록 소프트웨어로 프로그램되는 범용적인 목적의 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크를 통해 전자적 형태의 컴퓨터로 다운로드될 수 있고, 예를 들면 또는 대안적으로 소프트웨어는 CD-ROM과 같은 유형의 매체를 통해 컴퓨터로 제공될 수 있다. 포지셔닝 및 이미지 프로세서는 별개의 컴퓨터들 또는 단일 컴퓨터를 사용하여 구현될 수 있거나, 또는 시스템(20)의 다른 컴퓨팅 기능들과 통합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 포지셔닝 및 이미지 프로세싱 기능들 중 적어도 일부는 전용 하드웨어를 사용하여 실행될 수 있다. Typically, the positioning and image processor may be implemented using a general purpose computer programmed in software to perform the functions described below. The software may be downloaded to a computer in electronic form via a network, for example or alternatively the software may be provided to the computer via a tangible medium such as a CD-ROM. The positioning and image processor may be implemented using separate computers or a single computer, or may be integrated with other computing functions of the system 20. Additionally or alternatively, at least some of the positioning and image processing functions may be executed using dedicated hardware.

3-D 이미징 방법3-D imaging method

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심장 맵핑 및 이미징 방법을 개략적으로 도시한 플로우 차트이다. 원칙적으로, 개시된 방법은 카테터의 상이한 위치에서 획득한 다수의 2-D 초음파 이미지를 타겟 구조물의 단일 3-D 모델에 결합시킨다. 본 특허출원의 명세서 및 청구범위에서, "타겟 구조물" 또는 "타겟"은 심장의 챔버 전체 또는 일부를 나타낼 수 있고, 또는 특정 벽, 표면, 혈관 또는 기타 해부학적 특징부를 나타낼 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들이 특히 심장 주변 및 내부의 구조물들을 나타내지만, 본 발명의 원리는 골격, 근육 및 다른 기관과 해부학적 구조물의 이미징에 유사하게 적용, 준용될 수 있다. 3 is a flow chart schematically illustrating a cardiac mapping and imaging method according to an embodiment of the present invention. In principle, the disclosed method combines multiple 2-D ultrasound images obtained at different locations of the catheter into a single 3-D model of the target structure. In the specification and claims of this patent application, the "target structure" or "target" may refer to all or part of the chamber of the heart or may represent a particular wall, surface, blood vessel or other anatomical feature. Although the embodiments disclosed herein specifically represent structures around and inside the heart, the principles of the present invention can be similarly applied and applied to the imaging of skeletal, muscle and other organs and anatomical structures.

상기 방법은 초음파 스캐닝 단계 50에서 타겟 구조물에 대한 일련의 2-D 초음파 이미지를 획득함으로써 시작된다. 통상적으로, 외과의사들은 적절한 혈관을 통해 우심방과 같은 심장의 챔버내로 카테터(28)를 삽입하고, 그 후에 챔버 내부의 상이한 포지션들 사이에서 카테터를 이동시킴으로써 타겟 구조물을 스캔한다. 타겟 구조물은 카테터가 위치되는 챔버의 일부 또는 전부를 포함할 수 있으며, 또는 부가적으로 또는 대안적으로, 좌심방과 같은 상이한 챔버나 대동맥과 같은 혈관 구조물을 포함할 수 있다. 각각의 카테터 포지션에서, 이미지 프로세서는 도 4에 도시된 이미지와 같은 2-D 초음파 이미지를 획득하고 생성한다. The method begins by acquiring a series of 2-D ultrasound images of the target structure in ultrasound scanning step 50. Typically, surgeons scan the target structure by inserting the catheter 28 through the appropriate blood vessel into the chamber of the heart, such as the right atrium, and then moving the catheter between different positions within the chamber. The target structure may comprise part or all of the chamber in which the catheter is located, or additionally or alternatively, may comprise different chambers, such as the left atrium or vascular structures, such as the aorta. In each catheter position, the image processor acquires and generates a 2-D ultrasound image, such as the image shown in FIG. 4.

동시에, 포지셔닝 서브-시스템은 카테터의 포지션을 측정하고 계산한다. 계산된 포지션은 대응하는 초음파 이미지와 함께 저장된다. 통상적으로, 카테터 각각의 위치는 6-차원 좌표(X, Y, Z 축선 포지션과 피치, 요(yaw) 및 롤(roll) 각도 배향)와 같은 좌표 형태로 표시된다. At the same time, the positioning sub-system measures and calculates the position of the catheter. The calculated position is stored with the corresponding ultrasound image. Typically, the location of each catheter is represented in the form of coordinates such as six-dimensional coordinates (X, Y, Z axis position and pitch, yaw and roll angular orientation).

몇몇 실시예들에서, 카테터는 전극(46)을 이용해서 부가적인 측정을 실시한다. 국부적인 전위와 같은 측정된 파라미터들은 하기에 설명되는 바와 같이, 타겟 구조물의 재구성된 3-D 모델상에서 부가적인 층으로 선택적으로 중첩 및 디스플레이된다. In some embodiments, the catheter makes additional measurements using electrode 46. Measured parameters, such as local potentials, are optionally superimposed and displayed in additional layers on the reconstructed 3-D model of the target structure, as described below.

초음파 이미지 세트를 획득한 후에, 이미지 프로세서는 수동 태깅 단계 52에서, 하나 이상의 이러한 이미지들을 외과의사에게 디스플레이한다. 대안적으로, 단계 52는 단계 50에 삽입될 수 있다. 이미지내의 그레이 레벨은 외과의사가 심장 챔버의 벽, 혈관 및 밸브와 같은 구조물들을 식별할 수 있게 한다. 외과의사는 초음파 이미지들을 검사하고, 타겟 구조물의 경계선 또는 벽을 나타내는 관심-윤곽부를 식별한다. 통상적으로, 트랙-볼(track-ball)과 같은 포인팅 장치(45)를 이용하여 윤곽을 "태깅"함으로써, 외과의사는 디스플레이(44)상의 윤곽을 마킹한다. (예시적으로 태깅된 2-D 이미지가 도 5에 도시되어 있다.) 대안적으로, 포인팅 장치는 마우스, 터치 스크린 또는 디스플레이(44)에 결합된 태블릿(tablet) 또는 임의의 다른 적절한 입력 장치를 포함할 수 있다. 디스플레이(44)와 포인팅 장치(45)의 조합은 쌍방향 디스플레이의 예이며 즉, 이미지를 표시하고, 컴퓨터가 마크를 이미지내에 위치시킬 수 있도록 사용자가 이미지상에 마크하는 것을 허용하는 수단의 예이다. 다른 형태의 쌍방향 디스플레이는 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백하게 이해될 것이다. After obtaining the ultrasound image set, the image processor displays one or more such images to the surgeon in manual tagging step 52. Alternatively, step 52 may be inserted in step 50. The gray level in the image allows the surgeon to identify structures such as walls, blood vessels and valves of the heart chamber. The surgeon examines the ultrasound images and identifies the region of interest-contour that represents the boundary or wall of the target structure. Typically, the surgeon marks the contour on the display 44 by "taging" the contour using a pointing device 45, such as a track-ball. (An exemplary tagged 2-D image is shown in FIG. 5.) Alternatively, the pointing device may be a tablet, tablet or any other suitable input device coupled to a mouse, touch screen or display 44. It may include. The combination of display 44 and pointing device 45 is an example of an interactive display, i.e. an example of a means of displaying an image and allowing a user to mark on the image so that the computer can place the mark within the image. Other forms of interactive display will be apparent to those skilled in the art.

외과의사는 이러한 방식으로 세트로부터 하나 또는 여러 이미지상의 윤곽을 태깅할 수 있다. 외과의사는 또한 의문이 있는 의료 과정과 관련하여 여러 가지 해부학적 경계표식 또는 인공물(artifact)을 태깅할 수 있다. 유사하게, 외과의사는 절제와 같은 후속 치료 과정 중에 터치하거나 진입하지 말아야 할 "접근 금지" 영역을 식별할 수 있다. The surgeon can tag contours on one or several images from the set in this manner. Surgeons may also tag various anatomical landmarks or artifacts in connection with questionable medical procedures. Similarly, the surgeon may identify a “no access” area that should not be touched or entered during subsequent treatment procedures such as ablation.

몇몇 실시예들에서, 관심-윤곽부는 반자동 방식으로 태깅된다. 예를 들어, 이미지 프로세서는 적절한 윤곽 탐지 소프트웨어를 실행할 수 있다. 이러한 실시예에서, 소프트웨어는 하나 이상의 2-D 이미지내의 윤곽을 자동적으로 탐지하고 마킹한다. 그 후에, 외과의사는 쌍방향 디스플레이를 이용하여 자동적으로 탐지된 윤곽을 검토하고 편집한다. In some embodiments, the interest-contour is tagged in a semi-automatic manner. For example, the image processor may run appropriate contour detection software. In this embodiment, the software automatically detects and marks contours in one or more 2-D images. The surgeon then uses the interactive display to review and edit the automatically detected contours.

이미지 프로세서는 자동 태깅 단계 54에서, 태깅되지 않은 나머지 초음파 이미지내의 윤곽들을 자동적으로 재구성하기 위해 태깅된 윤곽들을 이용할 수 있다. (몇몇 실시예에서, 외과의사는 단계 52에서 모든 2-D 초음파 이미지를 태깅할 수 있다. 이 경우, 단계 54는 생략된다.) 이미지 프로세서는 외과의사에 의해 태깅된 구조물을 추적하고, 그 구조물들을 나머지 초음파 이미지내에서 재구성한다. 이러한 식별 및 재구성 공정은 에지(edge) 탐지 방법, 상관(correlation) 방법, 모션 탐지 방법 및 본 기술 분야에 공지된 다른 방법을 포함하는 임의의 적절한 이미지 프로세싱 방법을 이용할 수 있다. 또한, 각 이미지와 관련된 카테터의 포지션 좌표는 이미지들 간에 윤곽 위치들을 상호연관시키는데 이미지 프로세서에 의해 이용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 단계 54는 사용자-지원 방식으로 실시될 수 있으며, 이는 외과의사가 이미지 프로세서에 의해 실행된 자동 윤곽 재구 성을 검토하고 교정할 수 있다. 단계 54의 출력은 관심-윤곽부가 태깅된 2-D 초음파 이미지 세트이다. The image processor may use the tagged contours to automatically reconstruct the contours in the remaining untagged ultrasound images, in an automatic tagging step 54. (In some embodiments, the surgeon may tag all 2-D ultrasound images in step 52. In this case, step 54 is omitted.) The image processor tracks the structures tagged by the surgeon and removes the structures. Reconstruct in the remaining ultrasound images. This identification and reconstruction process may use any suitable image processing method, including edge detection methods, correlation methods, motion detection methods, and other methods known in the art. In addition, the position coordinates of the catheter associated with each image may be used by the image processor to correlate contour positions between the images. Additionally or alternatively, step 54 may be performed in a user-assisted manner, which allows the surgeon to review and correct the automatic contour reconstruction performed by the image processor. The output of step 54 is a set of 2-D ultrasound images tagged with interest-contours.

이어서, 이미지 프로세서는 3-D 좌표 할당 단계 56에서 3-D 좌표를 이미지 세트내의 식별된 관심-윤곽부에 할당한다. 단계 52에서 외과의사가 2-D 이미지상에 태그를 마킹하지만, 3-D 공간내에서의 이러한 이미지 평면들의 위치 및 배향은 단계 50에서 이미지와 함께 저장된 포지션 정보를 이용하여 확인할 수 있다. 그러므로, 이미지 프로세서는 2-D 이미지내의 특히, 태깅된 윤곽에 대응하는 2-D 이미지내의 각 픽셀 또는 임의 픽셀에 대한 3-D 좌표를 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 좌표를 할당할 때, 이미지 프로세서는 위치 센서와 초음파 센서 사이의 포지션 및 배향 오프셋을 포함하는 저장된 교정 데이터를 통상적으로 이용한다. The image processor then assigns the 3-D coordinates to the identified interest-contours in the image set in 3-D coordinate assignment step 56. While the surgeon marks the tag on the 2-D image in step 52, the position and orientation of these image planes in the 3-D space can be confirmed using the position information stored with the image in step 50. Therefore, the image processor can determine the 3-D coordinates for each pixel or any pixel in the 2-D image, in particular, corresponding to the tagged contour in the 2-D image. As mentioned above, when assigning coordinates, the image processor typically uses stored calibration data, including the position and orientation offset between the position sensor and the ultrasonic sensor.

몇몇 실시예들에서, 관심-윤곽부는 단속적인 지점들을 포함한다. 이러한 실시예들에서, 포지셔닝 프로세서는 3-D 좌표를 각각의 단속적인 포인트에 할당한다. 부가적으로, 포지셔닝 프로세서는 3-D 좌표를 심장의 챔버와 같은 표면 또는 (표면에 의해 형성되는) 체적의 단속적인 지점들에 할당한다. 따라서, 미리-획득한 이미지를 하나 이상의 2-D 초음파 이미지들 또는 초음파 이미지의 3-D 모델에 기록하는 작업은 윤곽, 단속적인 지점들, 표면 또는 체적을 이용하여 수행할 수 있다. In some embodiments, the interest-contour includes intermittent points. In such embodiments, the positioning processor assigns 3-D coordinates to each intermittent point. In addition, the positioning processor assigns 3-D coordinates to intermittent points of the volume (formed by the surface) or surface, such as the chamber of the heart. Thus, the recording of the pre-acquired image into one or more 2-D ultrasound images or a 3-D model of the ultrasound image may be performed using contours, intermittent points, surfaces or volumes.

몇몇 실시예에서, 이미지 프로세서는 3-D 공간에서 적절히 배향된 하나 이상의 2-D 초음파 이미지들을 디스플레이한다(예를 들어, 도 6 참조). 관심-윤곽부는 배향된 2-D 이미지상에 선택적으로 마킹될 수 있다. In some embodiments, the image processor displays one or more 2-D ultrasound images properly oriented in 3-D space (see, eg, FIG. 6). Interest-contours can be selectively marked on the oriented 2-D image.

이미지 프로세서는 3-D 재구성 단계 58에서 타겟 구조물의 3-D 골격 모델을 생성한다. 이미지 프로세서는 골격 모델을 형성하기 위해 2-D 이미지의 일부 또는 전부로부터 태깅된 윤곽들을 3-D 공간내에 정렬시킨다. (하기 도 7 에 도시된 예시적인 골격 모델 참조) 몇몇 실시예에서, 이미지 프로세서는 골격 모델상에 표면을 형성하고 또 타겟 구조물의 중실(solid) 3-D 형상을 생성하기 위해 "철망(wire-mesh)" 형태의 공정을 이용한다. 이미지 프로세서는 관심-윤곽부를 생성된 3-D 모델상에 투영한다. 통상적으로, 상기 모델은 디스플레이(44)상에 외과의사에게 가시적으로 보여진다. (도 8 내지 도 10에 도시된 예시적인 3-D 모델 참조)The image processor generates a 3-D skeletal model of the target structure in 3-D reconstruction step 58. The image processor aligns the tagged contours in 3-D space from some or all of the 2-D images to form a skeletal model. (See the exemplary skeletal model shown in FIG. 7 below.) In some embodiments, the image processor is configured to form a surface on the skeletal model and to generate a solid 3-D shape of the target structure. mesh "" process. The image processor projects the interest-contour on the generated 3-D model. Typically, the model is visible to the surgeon on the display 44. (See example 3-D model shown in FIGS. 8-10).

상술한 바와 같이, 몇몇 실시예에서 시스템(20)은 타겟 구조물 표면상의 국부적인 전위 측정을 지원한다. 이러한 측정에서, 카테터(28)에 의해 획득된 각 전기적 활성도 데이터-포인트는 전극(46)에 의해 측정된 전위 또는 활성도 시간 값과, (이미지 프로세서에 의한) 전기생리학적 맵의 생성 또는 제작을 위해 서브-시스템을 포지셔닝함으로써 측정되는 카테터의 대응하는 포지션 좌표를 포함한다. 이미지 프로세서는 중첩 단계 60에서, 3-D 모델의 좌표 시스템과 함께 전기적 활성도 데이터-포인트를 기록하고, 그 데이터 포인트를 모델상에 중첩시킨다. 단계 60은 본 발명의 방법에서 선택적인 것이며, 시스템(20)이 이러한 형태의 측정을 지원하고 외과의사가 이러한 특성을 이용하기 위해 선택한 경우에만 실행된다. 전기적 활성도 데이터 포인트들은 통상적으로 전극(46)이 타겟 구조물의 벽과 접촉하거나 그 벽에 인접하였을 때에 측정된다. 그러므로, 데이터-포인트들은 통상적으로 구조물의 3-D 모델상에 중첩된다. As noted above, in some embodiments system 20 supports local potential measurements on the target structure surface. In this measurement, each electrical activity data-point obtained by catheter 28 is used to generate or fabricate an electrophysiological map (by image processor) and a potential or activity time value measured by electrode 46. And the corresponding position coordinates of the catheter measured by positioning the sub-system. The image processor records the electrical activity data-points with the coordinate system of the 3-D model in superposition step 60 and superimposes the data points on the model. Step 60 is optional in the method of the present invention and is performed only if the system 20 supports this type of measurement and the surgeon chooses to use this property. Electrical activity data points are typically measured when electrode 46 is in contact with or adjacent the wall of the target structure. Therefore, data-points are typically superimposed on the 3-D model of the structure.

대안적으로, 별개의 3-D 전기적 활성도 맵(종종 전기해부학적 맵이라고 한 다)이 생성되고 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, (미국, 캘리포니아 다이아몬드 바에 소재하는) Biosense Webster, Inc. 가 제조 및 판매하는 CARTOTM 네비게이션 및 맵핑 시스템에 의해 적절한 전기해부학적 맵이 생성될 수 있다. 전위 값은 컬러 스케일 예를 들어, 또는 임의의 다른 적절한 가시화 방법을 사용하여 나타낼 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이미지 프로세서는 측정된 전위 값을 포함 또는 외삽(extrapolate)할 수 있고, 타겟 구조물의 벽들을 교차하여 전위 분포를 설명하는 총 천연색 맵을 디스플레이 할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 "전기생리학적 맵"은 전기적 활성도 데이터-포인트 또는 전기해부학적 맵을 의미한다. Alternatively, separate 3-D electrical activity maps (often referred to as electroanatomical maps) can be generated and displayed. For example, Biosense Webster, Inc., located in Diamond Bar, California, USA. Appropriate electroanatomical maps can be generated by the CARTO navigation and mapping system manufactured and sold. The potential value can be represented using a color scale, for example, or any other suitable visualization method. In some embodiments, the image processor may include or extrapolate the measured potential values and display a total color map describing the potential distribution across the walls of the target structure. As used herein, the term “electrophysiological map” means an electrical activity data-point or electroanatomical map.

상술한 바와 같이, 다른 이미징 장치로부터 입수된 정보는 3-D 모델과 함께 기록되고 디스플레이를 위해 모델상에 중첩된다. 예를 들어, 미리-획득한 컴퓨터 단층(CT), 자기 공명 단층 촬영(MRI) 또는 x-레이 정보가 3-D 초음파-베이스 모델과 함께 기록되고, 3-D 모델 및/또는 2-D 초음파 이미지와 함께 디스플레이(44)상에 디스플레이된다(도 11에 도시된 2-D 이미지 및 미리-획득한 CT 이미지의 예시적인 중첩 참조).As mentioned above, information obtained from other imaging devices is recorded with the 3-D model and superimposed on the model for display. For example, pre-acquired computed tomography (CT), magnetic resonance tomography (MRI) or x-ray information is recorded with the 3-D ultrasound-base model, the 3-D model and / or the 2-D ultrasound The image is displayed on display 44 together with the image (see example superimposition of the 2-D image and the pre-acquired CT image shown in FIG. 11).

부가적으로 또는 대안적으로, 부가적인 파라메트릭 측정치가 단계 50에서 이루어진다면, 이러한 측정치들은 3-D 모델과 함께 기록될 수 있고 부가적인 층(종종 "파라메트릭 맵"이라고 한다)으로 디스플레이될 수 있다. Additionally or alternatively, if additional parametric measurements are made in step 50, these measurements can be recorded with the 3-D model and displayed in additional layers (often referred to as "parametric maps"). have.

개시된 방법을 실시할 때, 단계 50 내지 60의 순서는 변경될 수 있고, 단계들은 쌍방향 방식으로 반복될 수 있다. 예를 들어, 외과의사는 제 1 순서의 2-D 이미지를 획득하고, 이미지들을 수동적으로 태깅할 수 있다. 그 후에, 외과의사는 뒤로 돌아가서 부가적인 이미지를 획득할 수 있고, 제 1 순서 이미지내의 태깅된 윤곽을 이용하여, 시스템이 그 이미지들을 자동적으로 태깅하게 하게 할 수 있다. 그 후에, 외과의사는 전체 3-D 모델을 생성하고 그 모델을 검사할 수 있다. 모델이 몇몇 영역에서 충분히 정확하지 않다면, 외과의사는 3-D 모델을 정교하게 하기 위해 부가적인 이미지 세트를 획득하도록 결정할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이미지 또는 3-D 모델의 검사 후에, 외과의사는 하나 이상의 이미지의 수동 태깅을 변경하거나, 또는 자동화 태깅 공정을 무시할 것을 결정할 수 있다. 타겟 구조물의 고품질 3-D 모델을 얻기 위해, 외과의사는 단계 50 내지 60을 적용하는 다른 순서를 또한 적용할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이러한 단계들 중 일부는 예를 들어, 로봇 제어하에서 자동적으로 실행될 수 있다.When carrying out the disclosed method, the order of steps 50 to 60 can be changed and the steps can be repeated in an interactive manner. For example, the surgeon may acquire a 2-D image of the first order and manually tag the images. Thereafter, the surgeon can go back and acquire additional images and use the tagged contours in the first order image to cause the system to tag those images automatically. The surgeon can then generate a full 3-D model and examine the model. If the model is not accurate enough in some areas, the surgeon may decide to obtain an additional set of images to refine the 3-D model. Additionally or alternatively, after examination of the image or 3-D model, the surgeon may decide to change the manual tagging of one or more images, or to ignore the automated tagging process. In order to obtain a high quality 3-D model of the target structure, the surgeon may also apply another order of applying steps 50 to 60. Additionally or alternatively, some of these steps may be executed automatically, for example, under robot control.

몇몇 실시예에서, 2-D 초음파 이미지로부터의 특징부들이 3-D 모델의 일부로서 선택적으로 디스플레이된다. 예를 들어, 관심-윤곽부에 의해 형성된 체적 외부에 배치되는 특징부들은 디스플레이 모델로부터 폐기되거나 은폐될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 골격 모델 또는 철망식 모델만이 디스플레이될 수 있다. 다른 적절한 기준이 디스플레이될 정보를 필터링하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같은 하나 이상의 2-D 이미지내에 마킹된 "접근 금지" 영역은 3-D 모델내에서 적절하게 표시(drawn)될 수 있고 하이라이트될 수 있다. In some embodiments, features from the 2-D ultrasound image are selectively displayed as part of the 3-D model. For example, features placed outside the volume defined by the interest-contour may be discarded or hidden from the display model. Additionally or alternatively, only skeletal models or wire mesh models can be displayed. Other suitable criteria can be used to filter the information to be displayed. For example, a "no access" region marked in one or more 2-D images as described above may be properly drawn and highlighted in the 3-D model.

몇몇 실시예에서, 시스템(20)은 실시간 또는 거의 실시간의 이미징 시스템으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 외과의사는 의료 시술의 시작 전의 예비적인 단 계로서 상술한 방법을 이용하여 타겟 구조물의 3-D 모델을 재구성할 수 있다. 외과의사는 3-D 모델상에 디스플레이되는 임의의 소정 해부학적 경계표식 또는 관심 특징부를 태깅할 수 있다. 시술 중에, 시스템(20)은 모델 및 태깅된 윤곽에 대한 카테터의 3-D 포지션을 연속적으로 추적 및 디스플레이할 수 있다. 의료 시술의 실행에 사용되는 카테터는 3-D 모델의 생성에 사용된 것과 동일한 카테터일 수 있으며, 또는 적절한 포지션 센서가 장착된 다른 카테터일 수 있다. In some embodiments, system 20 may be used as an imaging system in real time or near real time. For example, the surgeon may reconstruct the 3-D model of the target structure using the method described above as a preliminary step before the start of the medical procedure. The surgeon can tag any desired anatomical landmark or feature of interest displayed on the 3-D model. During the procedure, the system 20 can continuously track and display the 3-D position of the catheter relative to the model and tagged contours. The catheter used to perform the medical procedure may be the same catheter used to generate the 3-D model, or may be another catheter equipped with an appropriate position sensor.

심장 이미징의 예Example of cardiac imaging

도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 상술한 3-D 이미징 방법을 가시적으로 나타내는 도면이다. 도면들은 발명자들이 실행한 심장 이미징 시스템에 의해 생성된 초음파 이미지들로부터 생성된다. 이미지들은 상기 도 2에 도시된 카테터와 유사한 카테터를 이용하여 돼지의 심장을 이미지화하는 실시간 실험중에 생성된다. 4 to 8 are views showing visually the above-described 3-D imaging method according to an embodiment of the present invention. The figures are generated from ultrasound images generated by the cardiac imaging system performed by the inventors. Images are generated during a real-time experiment of imaging the heart of a pig using a catheter similar to the catheter shown in FIG. 2 above.

도 4는 카테터(28)의 특정 포지션에서 초음파 변환기에 의해 획득된 2-D 초음파 이미지를 도시한다. 상기 이미지는 두 개의 구별되는 심장 특징부(80, 82)를 도시한다. 상기 도 3의 방법의 초음파 스캐닝 단계 50에 따라, 이러한 형태의 다수의 초음파 이미지가 카테터의 상이한 위치에서 획득된다. 4 shows a 2-D ultrasound image obtained by an ultrasound transducer at a particular position of catheter 28. The image shows two distinct cardiac features 80, 82. In accordance with the ultrasonic scanning step 50 of the method of FIG. 3, multiple ultrasound images of this type are obtained at different locations of the catheter.

도 5 는 윤곽부(84, 86)로 마킹된 특징부(80, 82)를 갖는 도 4의 초음파 이미지를 도시한다. 도 4는 우심방에 위치된 카테터를 이용하여 취한 것이다. 이러한 2-D 이미지에서, 특징부(80)는 승모판(mitral valve)을 나타내고, 특징부(82)는 대동맥판(aortic valve)을 나타낸다. 상기 도 3의 방법의 수동 태깅 단계 52에 따 라, 윤곽부들은 사용자에 의해 수동으로 태깅된다. 윤곽부(84, 86)는 3-D 대상 체적내의 해부학적 구조물을 마킹하고, 외과의사가 시술중에 이러한 구조물을 식별하는 것을 돕는다. 5 shows the ultrasound image of FIG. 4 with features 80 and 82 marked with contours 84 and 86. 4 is taken using a catheter located in the right atrium. In this 2-D image, feature 80 represents a mitral valve and feature 82 represents an aortic valve. According to manual tagging step 52 of the method of FIG. 3, the contours are manually tagged by the user. Contours 84 and 86 mark anatomical structures in the 3-D object volume and help the surgeon identify these structures during the procedure.

도 6은 3-D 공간내에 배향되고 투영된 2-D 초음파 이미지(85)를 도시한다. 상기 도면은 이미지 프로세서(42)에 의해 생성되고 시스템(20)의 디스플레이(44)상에 디스플레이될 수 있는 바와 같은 예시적인 분할-스크린 디스플레이를 도시한다. "원료(raw)" 2-D 이미지는 도면 우측에 별도의 윈도우내에 디스플레이된다. 6 shows a 2-D ultrasound image 85 oriented and projected in 3-D space. The figure shows an exemplary split-screen display as generated by the image processor 42 and that can be displayed on the display 44 of the system 20. The "raw" 2-D image is displayed in a separate window on the right side of the figure.

포지션 센서(32)의 포지션 측정에 따라, 도면의 중심에 등측적인 디스플레이는 3-D 공간내에서 이미지의 평면(85)을 배향하고 투영함으로써 생성된 투영된 이미지(87)를 도시한다. 통상적으로 이미지화된 해부학적 구조물(본 예의 경우에는 심장)의 형상을 가지는 배향 아이콘(81)은 카테터(28)가 환자 신체내에서 이동함에 따라, 실시간으로 투영된 이미지(87)와 동일 배향으로 디스플레이된다. 아이콘(81)은 외과의사가 투영된 이미지의 3-D 배향을 이해하는 것을 돕는다. According to the position measurement of the position sensor 32, an isometric display in the center of the figure shows the projected image 87 generated by orienting and projecting the plane 85 of the image in 3-D space. Orientation icons 81, typically having the shape of an imaged anatomical structure (heart in this example), are displayed in the same orientation as the projected image 87 in real time as the catheter 28 moves within the patient's body. do. The icon 81 helps the surgeon understand the 3-D orientation of the projected image.

빔 아이콘(83)은 초음파 빔에 의해 스캐닝된 영역을 마킹하기 위해 투영된 2-D 이미지(87)와 관련하여 사용된다. 그와 같이, 아이콘(83)은 카테터(28)가 환자 신체내에서 이동함에 따라 실시간으로 투영되는 이미지(87)와 동일한 평면(동일한 배향)내에 배향되고 디스플레이된다. 아이콘(83)은 웹-형(web-like) 또는 팬-형(fan-like) 선형 그림(depiction), 바람직하게는 적색과 같은 색채를 포함할 수 있다. 대안적으로, 아이콘(83)은 이미지(87)를 생성하기 위해 빔에 의해 스캐닝된 영역의 둘레를 마킹하는 채색된 라인, 또는 초음파 빔의 포지션 및 배향을 가시화 하기 위한 임의의 다른 적절한 수단을 포함할 수 있다. 도 6의 예에서, 아이콘(83)은 초음파 빔에 의해 형성된 각도 섹터를 나타내는 두 개의 직선을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 카테터(28)의 원위 단부의 위치 및 포지션을 마킹하는 부가적인 아이콘(99)이 또한 디스플레이된다. 예를 들어, 카테터(28)의 원위 단부는 외과의사 또는 시스템(20)의 사용자가 2-D 초음파 이미지 또는 팬(87)을 배향시키기 위해 또는 2-D 이미지를 3-D 이미지나 프레임상에 중첩시키기 위해 임의의 다른 이미지 프로세싱이 사용되는지에 관계없이 카테터(28)에 의해 캡쳐된 초음파 이미지의 위치 및 배향을 이해할 수 있도록 하는 카테터 팁 아이콘(99)으로 디스플레이된다. 시스템(20)의 사용자 또는 외과의사는 또한 초음파 빔이 소정의 방향 및/또는 배향되도록 하기 위해 아이콘(99)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 카테터 팁 아이콘(99)은 초음파 빔의 방향을 보다 정확하게 평가하는 것을 돕기 위해 심장내의 공지된 경계표식에 인접하여 카테터(28)의 팁을 포지셔닝하는데 이용될 수 있다. Beam icon 83 is used in connection with the projected 2-D image 87 to mark the area scanned by the ultrasound beam. As such, the icon 83 is oriented and displayed in the same plane (same orientation) as the image 87 projected in real time as the catheter 28 moves in the patient's body. The icon 83 may comprise a web-like or fan-like linear representation, preferably a color such as red. Alternatively, the icon 83 includes colored lines marking the perimeter of the area scanned by the beam to produce the image 87, or any other suitable means for visualizing the position and orientation of the ultrasound beam. can do. In the example of FIG. 6, icon 83 includes two straight lines representing the angular sector formed by the ultrasound beam. In some embodiments, additional icons 99 are also displayed that mark the position and position of the distal end of the catheter 28. For example, the distal end of catheter 28 may be used by a surgeon or user of system 20 to orient a 2-D ultrasound image or pan 87 or to display a 2-D image on a 3-D image or frame. Regardless of whether any other image processing is used to superimpose, it is displayed with a catheter tip icon 99 that makes it possible to understand the position and orientation of the ultrasound image captured by the catheter 28. The user or surgeon of the system 20 may also use the icon 99 to direct the ultrasound beam in the desired direction and / or orientation. For example, the catheter tip icon 99 can be used to position the tip of the catheter 28 adjacent to a known landmark in the heart to help more accurately assess the direction of the ultrasound beam.

통상적으로, 투영된 이미지(87)는 작업대상(working) 체적부의 경계선들을 마킹하는 정육면체 내부에 디스플레이된다. 통상적으로, 작업대상 체적부는 도 1에 도시된 포지셔닝 서브-시스템의 필드 방사 코일(30)의 좌표 시스템을 참조한다. 일 실시예에서, 정육면체의 각 측면(즉, 작업대상 체적부의 특징적인 치수(chracteristic dimension))는 약 12cm이다. 대안적으로, 임의의 다른 적절한 크기나 형상은 통상적으로 초음파 빔의 조직 침투 능력에 따라, 작업대상 체적부를 위해 선택될 수 있다. Typically, the projected image 87 is displayed inside a cube marking the boundaries of the working volume. Typically, the workpiece volume refers to the coordinate system of the field radiating coil 30 of the positioning sub-system shown in FIG. 1. In one embodiment, each side of the cube (ie, the characteristic dimension of the workpiece volume) is about 12 cm. Alternatively, any other suitable size or shape may be selected for the workpiece volume, typically depending on the tissue penetrating ability of the ultrasound beam.

도면 하단의 신호 디스플레이(91)는 ECG 신호를 도시하며, 상술한 바와 같이 그 ECG 신호에 대해 여러 측정치들이 동기화된다. The signal display 91 at the bottom of the figure shows an ECG signal, in which several measurements are synchronized for that ECG signal.

시스템(20)이 실시간으로 작동할 때, 아이콘(83) 및 투영된 이미지의 포지션 및 배향은 카테터(28)의 이동과 함께 변한다. 몇몇 실시예에서, 외과의사는 쌍방향 디스플레이를 이용하여 디스플레이된 이미지에 대한 관찰 각도를 변경할 수 있고, 줌인 및 줌아웃을 할 수 있으며, 기타 다른 조작을 할 수 있다. 본 명세서에 기재된 사용자 인터페이스 특징들은 예시적인 형상으로 도시된다. 임의의 다른 적절한 사용자 인터페이스가 사용될 수 있다. As the system 20 operates in real time, the position and orientation of the icon 83 and the projected image changes with the movement of the catheter 28. In some embodiments, the surgeon can use an interactive display to change the viewing angle for the displayed image, zoom in and zoom out, and perform other manipulations. The user interface features described herein are shown in an exemplary form. Any other suitable user interface can be used.

몇몇 실시예에서, 시스템(20) 및 관련 사용자 인터페이스는 3-D 모델의 재구성 없이, 2-D 초음파 이미지의 투영 및 3-D 디스플레이를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 외과의사는 단일 2-D 초음파 이미지를 획득하고 그 이미지상에 관심-윤곽부를 태깅할 수 있다. 그 후에, 시스템(20)은 투영된 이미지(87)의 표시와 유사한 방식으로 상기 초음파 이미지를 3-D 공간내에 배향 및 투영할 수 있다. 필요시에, 의료 시술 중에 시스템은 투영된 초음파 이미지와 태깅된 윤곽에 대한 시술을 수행하는 카테터(이미지(87)를 획득하는 카테터와 상이할 수 있다)의 3-D 위치를 연속적으로 트랙킹하고 디스플레이할 수 있다.In some embodiments, system 20 and associated user interface may be used for projection and 2-D display of 2-D ultrasound images, without reconstruction of the 3-D model. For example, the surgeon may acquire a single 2-D ultrasound image and tag the interest-contours on that image. Thereafter, the system 20 can orient and project the ultrasound image in 3-D space in a manner similar to the representation of the projected image 87. If necessary, during the medical procedure, the system continuously tracks and displays the 3-D position of the catheter (which may be different from the catheter acquiring image 87) performing the procedure on the projected ultrasound image and the tagged contour. can do.

도 7은 타겟 구조물의 골격 모델을 도시하며, 이 예는 상기 도 3의 방법의 3-D 재구성 단계 58에 따라 이미지 프로세서에 의해 생성된 우심실을 포함한다. 골격 구조물의 생성 전에, 자동 태깅 단계 54에 따르면 이미지 프로세서는 태깅되지 않은 초음파 이미지내의 윤곽부(84, 86)를 추적하고 재구성한다. 도 7은 3-D 공간내로 투영된 원래의 윤곽부(84, 86)를 도시한다. 윤곽부(88)는 이미지 프로세 서에 의해 외과의사가 태깅한 다른 윤곽부로부터 자동적으로 재구성된다. FIG. 7 shows a skeletal model of the target structure, this example comprising a right ventricle generated by an image processor according to 3-D reconstruction step 58 of the method of FIG. 3 above. Prior to generation of the skeletal structure, according to the automatic tagging step 54, the image processor tracks and reconstructs the contours 84 and 86 in the untagged ultrasound image. 7 shows original contours 84, 86 projected into 3-D space. Contours 88 are automatically reconstructed from other contours tagged by the surgeon by the image processor.

도 8은 이미지 프로세서에 의해 생성된 우심실의 3-D 모델을 도시한다. 윤곽부(88)의 일부가 중실 모델상에 중첩된다. 또한, 좌심실을 나타내는 윤곽부(89)가 도면에 도시될 수 있다. 우심실의 표면은 상기 도 3 의 방법의 중첩 단계 60에 따라 전극(46)에 의해 측정됨으로써, 전기적 활성도 맵(90)과 중첩된다. 상기 맵은 상이한 색채(도 8의 상이한 음영 패턴으로 도시됨)를 이용하여 상이한 전위 값을 나타낸다.8 shows a 3-D model of the right ventricle generated by the image processor. Part of the contour 88 is superimposed on the solid model. In addition, an outline 89 representing the left ventricle may be shown in the figure. The surface of the right ventricle is measured by the electrode 46 according to the overlapping step 60 of the method of FIG. 3 above, thereby overlapping the electrical activity map 90. The map represents different potential values using different colors (shown in different shaded patterns in FIG. 8).

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 모델링된 좌심방을 가시적으로 나타내는 이미지이다. 양 도면에서, 심방은 중실 모델(92)로 도시된다. 외과의사에 의해 태깅된 윤곽부(94)는 난원와(fossa ovalis)의 위치를 마킹한다. 윤곽부(96)는 중실 모델(92)을 구성하기 위해 사용된 부가적인 관심-윤곽부를 마킹한다. 도 10에서, 2-D 초음파 이미지(98)는 모델(92)의 좌표 시스템과 함께 기록되고 모델과 함께 디스플레이된다. 9 and 10 are images visually showing the left atrium modeled according to the embodiment of the present invention. In both figures, the atria are shown in solid model 92. The contour 94 tagged by the surgeon marks the location of the fossa ovalis. Contour 96 marks the additional interest-contour used to construct solid model 92. In FIG. 10, the 2-D ultrasound image 98 is recorded with the coordinate system of the model 92 and displayed with the model.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 미리-획득한 이미지(100)와 함께 기록된 초음파 이미지(102)를 가시적으로 나타낸다. 이러한 예에서, 미리-획득한 CT 이미지는 3-D 모델의 좌표 시스템과 함께 기록된다. 미리-획득한 이미지와 2-D 초음파 이미지는 디스플레이(44)상에 함께 디스플레이된다. 11 visually illustrates an ultrasound image 102 recorded with a pre-acquired image 100 in accordance with an embodiment of the present invention. In this example, the pre-acquired CT image is recorded with the coordinate system of the 3-D model. The pre-acquired image and the 2-D ultrasound image are displayed together on the display 44.

상술한 실시예들은 구체적으로 심장 카테터와 같은 침습형 프로브를 이용하는 초음파 이미징에 관한 것이지만, 본 발명의 원리는 또한 포지셔닝 센서와 함께 장착된 내부 또는 외부 초음파 프로브(예를 들어, 흉부 횡단(trans-thoracic) 프로 브)를 이용하여 기관의 3-D 모델을 재구성하는데 적용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 상술한 바와 같이 개시된 방법은 심장 이외의 기관의 3-D 모델링을 위해서 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 조직 두께 및 절개 온도와 같은 다른 진단 및 치료 정보는 상술한 전기적 활성도 중첩 방식으로 3-D 모델상에 중첩될 수 있다. 3-D 모델은 절제용 카테터와 같이 다른 진단이나 수술 과정과 관련하여 사용될 수 있다. 3-D 모델은 또한 심방중격결손증 폐쇄 시술, 척추 수술 및 특정 최소-침습형 시술과 같은 다른 시술과 관련하여 사용될 수 있다. While the embodiments described above specifically relate to ultrasound imaging using invasive probes such as cardiac catheter, the principles of the present invention also relate to internal or external ultrasound probes (eg, trans-thoracic) mounted with a positioning sensor. Probe) can be used to reconstruct a 3-D model of an organ. Additionally or alternatively, the disclosed method as described above can be used for 3-D modeling of organs other than the heart. Additionally or alternatively, other diagnostic and treatment information, such as tissue thickness and incision temperature, can be superimposed on the 3-D model in the manner of electrical activity overlap described above. The 3-D model can be used in conjunction with other diagnostic or surgical procedures such as resection catheters. The 3-D model can also be used in connection with other procedures such as atrial septal defect closure, spinal surgery and certain minimally invasive procedures.

따라서, 상술한 실시예들은 예를 든 것이며, 본 발명은 본 명세서에 설명하고 도시한 특정한 범위로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 본 명세서에 설명된 여러 특징들의 조합 및 서브-조합을 포함할 것이며, 본 기술 분야의 숙련자가 이상의 설명으로부터 이해할 수 있고 종래 기술에는 개시되지 않은 개량 실시예들 및 변형 실시예들도 포함할 것이다. Accordingly, it is to be understood that the above-described embodiments are illustrative and that the invention is not limited to the specific scope described and illustrated herein. Rather, the scope of the present invention will include combinations and sub-combinations of the various features described herein, and embodiments and modifications of the embodiments which will be understood by those skilled in the art and not disclosed in the prior art. Examples will also be included.

환자의 신체를 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템은 포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터를 포함하며, 상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신한다. 포지셔닝 프로세서는 상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결 정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된다. 상기 시스템은 또한 디스플레이와 상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결되는 이미지 프로세서를 포함한다. 상기 이미지 프로세서는 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 카테터 아이콘을 상기 디스플레이상에 디스플레이한다. 상기 이미지 프로세서는 또한 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 타겟의 초음파 이미지를 생성하고, 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 생성된 초음파 이미지를 상기 디스플레이상에 실시간으로 나타낸다. A medical imaging system for imaging a patient's body includes a catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor, the position sensor transmitting an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, wherein the ultrasonic imaging sensor Transmits ultrasonic energy to a target in the patient's body, receives ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body, and transmits a signal related to ultrasonic echo reflected from the target in the patient's body. A positioning processor is operatively coupled to the catheter to determine positional information of a portion of the catheter based on the electrical signal transmitted by the position sensor. The system also includes a display and the catheter, positioning processor and an image processor operatively coupled to the display. The image processor displays a catheter icon on the display in the same orientation as that of a portion of the catheter in the patient's body based on position information derived from the position sensor. The image processor also generates an ultrasound image of the target based on the signal transmitted by the ultrasound sensor, and is generated in the same orientation as the orientation of the catheter portion within the patient body based on the position information derived from the position sensor. An ultrasound image is shown in real time on the display.

Claims (13)

환자의 신체를 이미징하기 위한 의료용 이미징 시스템으로서,A medical imaging system for imaging a patient's body, 상기 시스템은 포지션 센서와 초음파 이미징 센서를 포함하는 카테터와;The system includes a catheter comprising a position sensor and an ultrasonic imaging sensor; 상기 포지션 센서에 의해 송신되는 전기적 신호에 기초하여 카테터 일 부분의 포지션 정보를 결정하기 위해 상기 카테터에 작동적으로 연결된 포지셔닝 프로세서와;A positioning processor operatively coupled to the catheter for determining position information of the catheter portion based on the electrical signal transmitted by the position sensor; 디스플레이; 및display; And 상기 카테터, 포지셔닝 프로세서 및 디스플레이에 작동적으로 연결된 이미지 프로세서를 포함하며,An image processor operatively connected to the catheter, positioning processor and display, 상기 포지션 센서는 환자 신체내의 카테터 일 부분의 포지션 정보를 나타내는 전기적 신호를 송신하며, 상기 초음파 이미징 센서는 초음파 에너지를 환자 신체내의 타겟에 송신하고, 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향을 수신하며, 상기 환자 신체내의 타겟으로부터 반사된 초음파 반향과 관련된 신호를 송신하고,The position sensor transmits an electrical signal representing position information of a portion of the catheter in the patient's body, the ultrasound imaging sensor transmits ultrasound energy to a target in the patient's body, receives ultrasound echo reflected from the target in the patient's body, Transmit a signal related to ultrasonic echo reflected from a target in the patient's body, 상기 이미지 프로세서는 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향으로 카테터 아이콘을 상기 디스플레이상에 디스플레이하고, 또한 상기 초음파 센서에 의해 송신된 신호에 기초하여 타겟의 초음파 이미지를 생성하고 상기 포지션 센서로부터 유도된 포지션 정보에 기초하여 상기 환자 신체내의 카테터 일 부분의 배향과 동일한 배향 으로 상기 디스플레이상에 상기 생성된 초음파 이미지를 실시간으로 나타내는 의료용 이미징 시스템.The image processor displays a catheter icon on the display in the same orientation as the orientation of a portion of the catheter in the patient's body based on position information derived from the position sensor, and also based on the signal transmitted by the ultrasonic sensor. A medical imaging system for generating an ultrasound image of a target and presenting the generated ultrasound image on the display in real time in the same orientation as the orientation of a portion of the catheter in the patient's body based on position information derived from the position sensor. 제 1 항에 있어서, 상기 카테터 아이콘은 카테터의 초음파 센서로부터 환자 신체내의 타겟에 송신된 초음파 에너지를 특정 방향(direction)으로 돌리기 위해 이용되는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 1, wherein the catheter icon is used to direct ultrasound energy transmitted from the catheter's ultrasound sensor to a target in the patient's body in a specific direction. 제 1 항에 있어서, 상기 카테터 아이콘은 카테터의 초음파 센서로부터 환자 신체내의 타겟에 송신된 초음파 에너지를 특정 배향(orientation)으로 돌리기 위해 이용되는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 1, wherein the catheter icon is used to direct ultrasound energy transmitted from the catheter's ultrasound sensor to a target in the patient's body in a specific orientation. 제 2 항에 있어서, 상기 카테터 아이콘은 또한 카테터의 초음파 센서로부터 환자 신체내의 타겟에 송신된 초음파 에너지를 특정 배향으로 돌리기 위해 이용되는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 2, wherein the catheter icon is also used to direct ultrasound energy transmitted from the catheter's ultrasound sensor to a target in the patient's body in a particular orientation. 제 2 항에 있어서, 상기 초음파 이미지의 배향은 상기 카테터가 환자의 신체내에서 이동됨에 따라 카테터 일 부분과 동일한 배향으로 디스플레이상에 실시간으로 나타내는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 2, wherein the orientation of the ultrasound image is shown on a display in real time in the same orientation as the catheter portion as the catheter is moved within the body of the patient. 제 5 항에 있어서, 상기 초음파 이미지의 배향을 상기 카테터 일 부분과 동 일한 배향으로 실시간으로 나타내기 위해 비임 아이콘의 이용을 부가로 포함하는 의료용 이미징 시스템.6. The medical imaging system of claim 5, further comprising the use of a beam icon to represent the orientation of the ultrasound image in real time in the same orientation as the catheter portion. 제 6 항에 있어서, 상기 비임 아이콘은 상기 디스플레이상에 채색 상태로 나타내는 의료용 이미징 시스템.7. The medical imaging system of claim 6, wherein the beam icon is shown colored on the display. 제 7 항에 있어서, 상기 비임 아이콘은 웹-형(web-like) 그림인 의료용 이미징 시스템.8. The medical imaging system of claim 7, wherein the beam icon is a web-like picture. 제 7 항에 있어서, 상기 비임 아이콘은 팬-형(fan-like) 그림인 의료용 이미징 시스템.8. The medical imaging system of claim 7, wherein the beam icon is a fan-like picture. 제 2 항에 있어서, 상기 디스플레이상에 나타난 상기 초음파 이미지와 동일한 배향으로 상기 디스플레이상에 나타난 배향 아이콘을 부가로 포함하는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 2, further comprising an orientation icon appearing on the display in the same orientation as the ultrasound image shown on the display. 제 10 항에 있어서, 상기 배향 아이콘은 카테터와 함께 이미지화된 타겟의 형상을 포함하는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 10, wherein the orientation icon comprises a shape of a target imaged with the catheter. 제 11 항에 있어서, 상기 타겟은 해부학적 구조물을 포함하는 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 11, wherein the target comprises an anatomical structure. 제 2 항에 있어서, 상기 초음파 이미지는 2-차원적 이미지인 의료용 이미징 시스템.The medical imaging system of claim 2, wherein the ultrasound image is a two-dimensional image.
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