MXPA06009867A - Segmentacion y registro de imagenes multimodales utilizando datos fisiologicos. - Google Patents

Abstract

Se proveen sistemas y metodos para el registro de mapas con imagenes, que involucran la segmentacion de imagenes tridimensionales y el registro de imagenes con un mapa electro-anatomico que utiliza informacion fisiologica o funcional en los mapas y las imagenes en lugar de utilizar unicamente informacion de ubicacion, una aplicacion tipica de la presente invencion involucra el registro de una mapa electro-anatomico del corazon con una imagen previamente adquirida o tridimensional en tiempo real; las caracteristicas tales como cicatrizacion de tejido en el corazon, las cuales exhiben normalmente un voltaje inferior que el del tejido saludable en el mapa electro-anatomico, puede ser localizada y delineada de manera precisa en una imagen y mapa tridimensional.

Description

SEGMENTACIÓN Y REGISTRO DE IMÁGENES MULTIMODALES UTILIZANDO DATOS FISIOLÓGICOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la generación de imágenes anatómicas y la formación de mapas electro-anatómicos. Más particularmente, la presente invención se refiere al despliegue sincronizado de imágenes y mapas electro-anatómicos del corazón que son adquiridos mediante diferentes modalidades.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los métodos para mapeo geométrico tridimensional y la reconstrucción de la superficie endocardiaca son conocidas en la materia. Por ejemplo, la Patente de E.U.A. No. 5,738,096, cuya descripción está incorporada en la presente descripción como referencia, describe los métodos para realizar mapas del endocardio con base en la colocación de una sonda en contacto con ubicaciones múltiples sobre una pared del corazón y determinar las coordenadas de posición de la sonda en cada una de las ubicaciones. Las coordenadas de posición se combinan para formar un mapa de por lo menos una porción del corazón. Se sabe que los catéteres híbridos realizan la formación de imágenes de ultrasonido en conjunto con la detección de posición. Dichos dispositivos están descritos, por ejemplo, en las Solicitudes de Patente provisionales asignadas de forma común de E.U.A. Nos. 6,690,963; 6,716,166 y 6,773,402, las cuales están incorporadas en la presente descripción como referencia. Las aplicaciones médicas incluyen el mapeo tridimensional de una cavidad del cuerpo, así como también la medición del espesor de la pared de la cámara y la velocidad de la pared y el mapeo de la actividad eléctrica. En las aplicaciones médicas, es común adquirir mapas e imágenes de órganos corporales mediante diferentes modalidades, las cuales serán interpretadas en relación entre sí. Un ejemplo es la correlación de un mapa electro-anatómico del corazón y una imagen, tal como una imagen de ultrasonido tridimensional. Los sistemas de mapeo electrofisiológicos y físicos comerciales basados en la detección de posición de una sonda en el interior del cuerpo se encuentran disponibles actualmente. Entre ellos, el sistema CartoBiosense®, disponibles de Biosense Webster Inc., 3333 Diamond Canyon Road Diamond Bar, CA 91765, es un sistema para la asociación automática y mapeo de la actividad eléctrica local con la ubicación del catéter. Los métodos existentes para registrar imágenes anatómicas y mapas electro-anatómicas con imágenes tridimensionales adquiridas mediante una modalidad diferente, residen generalmente en los datos de ubicación. El catéter de mapeo se coloca en un número de ubicaciones conocidas en el órgano de interés, tal como el corazón, y registra las coordenadas de posición. Estas mismas ubicaciones están marcadas o de lo contrario, grabadas en la imagen tridimensional. Esta técnica, generalmente requiere que el operador del sistema se tome el tiempo de encontrar y marcar las ubicaciones deseadas para el propósito de registro, además de las acciones tomadas como parte del procedimiento de mapeo en sí mismo. La Patente de E.U.A. No. 5,568,384, emitida para Robb, et al., describe un método para sintetizar grupos de imágenes de modalidad múltiple tridimensionales en una imagen compuesta única con registro y congruencia precisos. Las superficies son extraídas inicialmente de dos o más imágenes diferentes para hacerse coincidir utilizando las técnicas de segmentación semi-automáticas. Estas superficies son representadas como contornos con características comunes para hacerse coincidir. Una transformación de distancia es realizada para una imagen de superficie, y una función de costo para el procedimiento de coincidencia, se desarrolla utilizando la imagen de distancia. La transformación geométrica incluye la traslación, rotación y escalado tridimensional, para acomodar las imágenes de posición, orientación y tamaño diferentes. El procedimiento de coincidencia involucra buscar de manera eficiente este espacio de parámetro múltiple y ajustar una superficie o superficies para encontrar el mejor ajuste entre ellas, lo cual minimiza la función de costo. El problema mínimo local es retomado utilizando un número grande de puntos de inicio. Un método de resolución múltiple de pirámide se emplea para acelerar tanto el cálculo de transformación de distancia como los procedimientos de reducción al mínimo de parámetros múltiples. La robustez en el manejo de ruido se logra utilizando umbrales múltiples incrustados en la búsqueda de resolución múltiple. El método puede registrar superficies tanto parcialmente traslapadas como fragmentadas.

En el documento, A review of cardiac image registration methods, Timo Mákelá, et al., IEEE transactions on medical imaging, Vol. 21 , No. 9, p. 1011 , septiembre del 2002, se revisa el estado actual de los métodos de registro de imágenes cardiacas. El registro de las imágenes cardiacas se observa por ser un problema particularmente complejo para el registro de imágenes debido a que el corazón es un órgano móvil no rígido dentro de un cuerpo en movimiento, y tiene una señal anatómica localizada de manera relativamente poco precisa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con las modalidades descritas de la presente invención, los sistemas y métodos alternativos se proveen para el registro de mapas con imágenes, que incluyen la segmentación de imágenes tridimensionales y el registro de dichas imágenes con un mapa anatómico que utiliza información fisiológica o funcional en el mapa, combinada con puntos de ubicación específicos. En el contexto clínico, los médicos con frecuencia integran mentalmente la información de imágenes a partir de diversas modalidades. El registro, con base en programas de cómputo que utilizan datos fisiológicos de acuerdo con la presente invención, que ofrecen una precisión mejorada y son más rápidos. En una modalidad de la presente invención, los valores de voltaje en un mapa electro-anatómico son identificados con características en una imagen previamente adquirida o tridimensional de tiempo real que son conocidos para generar dichos valores. Por ejemplo, el tejido cicatrizado en el corazón, normalmente exhibe un voltaje menor que el tejido saludable en un mapa electro-anatómico. Una cicatriz que es señalada como un área de voltaje bajo en un mapa electro-anatómico puede ser registrada con una estructura correspondiente que es delineada en una imagen tridimensional. En otra modalidad de la presente invención, se pueden utilizar otras mediciones potenciales eléctricas para la segmentación de una imagen. Por ejemplo, las ubicaciones y formas de válvulas en el corazón pueden ser delineadas sobre la base de las diferencias en los potenciales eléctricos entre las válvulas y el endocardio circundante. También se pueden utilizar otras características eléctricas en la segmentación y registro. Por ejemplo, el movimiento de un catéter de mapeo desde el atrio al ventrículo se puede identificar por la desaparición de la onda P en el electrocardiograma local a medida que el catéter ingresa al ventrículo. Como otra aplicación, que utiliza los sistemas de ubicación basados en la impedancia, en los cuales se mide la impedancia eléctrica entre un catéter de mapeo y un electrodo de superficie corporal, la ubicación de las venas pulmonares puede ser identificada mediante el incremento en la impedancia a medida que el catéter se mueve del atrio izquierdo al interior de las venas. Todavía en otra modalidad de la presente invención, si un paciente porta un "chaleco" de electrodos de superficie corporal durante la generación de imágenes tomográficas calculadas (CT) del tórax, los electrodos aparecerán en la imagen CT. Las mediciones ECG que serán realizadas utilizando los electrodos proveen un modelo eléctrico que puede ser proyectado al interior de la superficie corporal. Los mapas electro-anatómicos del corazón producen de la misma manera un modelo eléctrico del corazón que pueden ser proyectados hacia fuera de la superficie corporal. Los dos modelos eléctricos pueden ser registrados entre sí, con el objeto de registrar el mapa electro-anatómico del corazón con la imagen CT. La presente invención provee un método para formar un mapa de una estructura en un cuerpo de un sujeto, el cual se realiza capturando una imagen tridimensional de la estructura, generando un mapa tridimensional de la estructura que tiene información funcional relacionada con la estructura medida en puntos múltiples, registrar la imagen con el mapa mediante la identificación automática de por lo menos una de las características funcionales en el mapa con por lo menos una correspondiente de las características anatómicas en la imagen y desplegar la información funcional del mapa en registro con la imagen. Un aspecto del método incluye insertar una sonda dentro de una estructura, que incluye un sensor de posición para determinar la información de posición y orientación de la sonda. En otro aspecto del método, la generación de un modelo funcional comprende generar un modelo eléctrico poniendo en contacto la sonda con puntos de contacto múltiples en la estructura y utilizar el sensor de posición de la sonda para obtener la información de posición y orientación asociada con cada uno de los puntos de contacto. De acuerdo con otro aspecto del método, la estructura incluye un corazón, y en donde la información funcional incluye una característica del electrocardiograma local tomado en cada uno de los puntos de contacto.

Todavía en otro aspecto del método, la característica es una onda P que incluye identificar ubicaciones atriales de los puntos de contacto cuando la onda P está presente e identifica las ubicaciones ventriculares de los puntos de contacto cuando la onda P está ausente. De acuerdo con un aspecto del método, la información funcional incluye magnitudes de voltajes eléctricos en los puntos de contacto. Un aspecto adicional del método incluye identificar una cicatriz del miocardio en un corazón que delinea un área del corazón, en donde los puntos de contacto en el área tienen voltajes más bajos que los puntos de contacto que están ubicados fuera del área. Un aspecto adicional del método incluye identificar una válvula del corazón delineando un área del corazón, en donde los puntos de contacto tienen voltajes que difieren de los voltajes de los puntos de contacto que están localizados fuera del área. De acuerdo con un aspecto adicional del método, la información funcional incluye impedancia entre una superficie del cuerpo y aquellos puntos de contacto respectivos. De acuerdo con todavía otro aspecto del método, la imagen es una imagen tomográfica computarizada de un tórax del cuerpo que incluye una representación de un corazón del mismo. Un aspecto adicional del método incluye colocar una pluralidad de electrodos de superficie sobre el tórax del sujeto y generar un modelo eléctrico externo realizando un electrocardiograma utilizando electrodos de superficie, en donde el registro de la imagen y el mapa comprenden los pasos adicionales de proyectar el modelo eléctrico hacia fuera a la representación del corazón y proyectando el modelo eléctrico externo hacia adentro en la representación del corazón para colocar el modelo eléctrico externo en registro con el modelo eléctrico y con la representación del corazón. De acuerdo con todavía otro aspecto del método, la imagen es una imagen de ultrasonido. De acuerdo con todavía otro aspecto del método, la información funcional es temperatura, índice de flujo de un fluido en la estructura, una propiedad química o una actividad mecánica de la estructura. La presente invención provee un aparato para formar mapas de una estructura en un cuerpo de un sujeto, que incluye un dispositivo para la formación de imágenes para capturar una imagen tridimensional de la estructura y un procesador enlazado al dispositivo de formación de imágenes en donde el procesador puede operar para generar un mapa funcional tridimensional de la estructura que contiene información funcional relacionada con la estructura medida en puntos múltiples de la estructura. El procesador puede operar para registrar la imagen con el mapa, identificando en forma automática por lo menos una de las características funcionales en el mapa con una de las características correspondientes de las características anatómicas en la imagen. El aparato incluye un dispositivo de despliegue enlazado al procesador para desplegar la información funcional del mapa en registro con la imagen.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión de la presente invención, se hará referencia a la descripción detallada de la invención, a modo de ejemplo, la cual se leerá en conjunto con los dibujos siguientes, en donde los elementos similares reciben números de referencia similares, y en donde: La Figura 1 , es una ilustración de un sistema para representar en imágenes y realizar un mapa del corazón de un paciente de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 2, ilustra en forma esquemática una modalidad del extremo distal de un catéter utilizando en el sistema mostrado en la Figura 1 , de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La Figura 3, es una representación geométrica simplificada de una imagen del corazón, la cual ha sido preparada para registro con otra imagen de diagnóstico colocada de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 4, es una vista explotada esquemática de una imagen de diagnóstico del corazón, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; La Figura 5, es una representación simplificada de una mapa electro-anatómico de un corazón, una imagen anatómica tridimensional correspondiente y una imagen compuesta en la cual una porción del mapa electro-anatómico se muestra en registro con la imagen anatómica, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención; y La Figura 6, es una representación simplificada de un mapa electro-anatómico de un corazón, una imagen anatómica tridimensional correspondiente, y una imagen compuesta en la cual una porción del mapa electro-anatómico se muestra en registro con la imagen anatómica, de acuerdo con una modalidad alternativa de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la siguiente descripción, se establecen numerosos detalles específicos con el objeto de proveer una comprensión profunda de la presente invención. Sin embargo, será evidente para un experto en la materia que la presente invención puede ser practicada sin esos detalles específicos. En otros casos, los circuitos bien conocidos, la lógica de control y los detalles de las instrucciones de programas de cómputo para los algoritmos convencionales y procedimientos no se han mostrado con detalle con el objeto de no obscurecer la presente invención de forma innecesaria. El código de programación de software, el cual representa los aspectos de la presente invención, se mantiene típicamente en almacenamiento permanente, tal como un medio legible por computadora. En un ambiente de servidor de cliente, dicho código de programación de software puede ser almacenado por un cliente o un servidor. El código de programación de software puede ser representado en cualquiera de una variedad de medios conocidos para utilizarse con un sistema de procesamiento de datos. Esto incluye, aunque no está limitado a, dispositivos de almacenamiento magnéticos y ópticos tales como disquetes, cinta magnética, discos compactos (CD's), discos de video digital (DVD's) y señales de instrucción de computadora representadas en un medio de transmisión con o sin una onda portadora a partir de la cual, las señales son moduladas. Por ejemplo, el medio de transmisión puede incluir una red de comunicaciones, tal como la Internet. Además, aunque la presente invención puede ser representada en software de cómputo, las funciones necesarias para implementar la presente invención pueden, de manera alternativa, ser representadas en parte o en su totalidad utilizando componentes de hardware, tales como circuitos integrados de aplicación específica u otro hardware, o alguna combinación de componentes de hardware y software.

Generalidades del sistema Volviendo ahora a los dibujos, inicialmente se hará referencia a la Figura 1 , la cual es una ilustración de un sistema 20 para representar en imágenes y realizar mapas de un corazón 24 de un paciente, y la cual es adecuada para realizar procedimientos de diagnóstico o terapéuticos que involucran al corazón 24, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El sistema comprende un catéter 28, el cual se inserta en forma percutánea por un médico en una cámara o estructura vascular del corazón. El catéter 28 comprende normalmente una manija 29 para que un médico pueda operar el catéter. Los controles adecuados en la manija permiten al médico guiar, colocar y orientar el extremo distal del catéter según se desee. El sistema 20 comprende un subsistema de colocación que mide las coordenadas de ubicación y orientación del catéter 28. En la totalidad de esta solicitud de patente, el término "ubicación" se refiere a las coordenadas espaciales del catéter, y el término "orientación" se refiere a sus coordenadas o rotación angular. El término "posición" se refiere a la información de posición completa del catéter, que comprende las coordenadas tanto de ubicación como de orientación. En una modalidad, el subsistema de posicionamiento comprende un sistema de rastreo de posición magnética que determina la posición y orientación del catéter 28. El subsistema de posicionamiento genera campos magnéticos en un volumen de trabajo previamente definido en su cercanía y detecta estos campos en el catéter. El subsistema de posicionamiento, comprende normalmente un grupo de radiadores externos, tales como bobinas de generación de campo 30, las cuales están localizadas en posiciones fijas, conocidas externas al paciente. Las bobinas 30 generan campos, normalmente campos electromagnéticos, en la cercanía del corazón 24. En una modalidad alternativa, un radiador en el catéter, tal como una bobina, genera campos magnéticos, los cuales son recibidos por los sensores (no mostrados) fuera del cuerpo del paciente. El sensor de posicionamiento transmite, en respuesta a los campos detectados, las señales eléctricas relacionadas con la posición a través de los cables 33 que pasan a través del catéter a una consola 34. De manera alternativa, el sensor de posición puede transmitir señales a la consola sobre un enlace inalámbrico. La consola comprende un procesador de posicionamiento 36 que calcula la ubicación y orientación del catéter 28 con base en las señales enviadas por un sensor de posicionamiento 32. El procesador de posicionamiento 36, recibe, amplifica, filtra, digitaliza y de otra manera procesa normalmente las señales del catéter 28. Algunos sistemas de rastreo de posición que pueden utilizarse para este propósito, están descritos, por ejemplo, en las Patentes de E.U.A. Nos. 6,690,963; 6,618,612 y 6,332,089 y las Solicitudes de Publicaciones de Patente de E.U.A. 2002/0065455 A1 , 2004/0147920 A1 , y 2004/0068178 A1 , cuyas descripciones están incorporadas en la presente descripción como referencia. Aunque el subsistema de posicionamiento mostrado en la Figura 1 utiliza los campos magnéticos, los métodos descritos más adelante pueden ser implementados utilizando cualquier otro subsistema de posicionamiento adecuado, tal como los subsistemas basados en mediciones acústicas o ultrasónicas, campos electromagnéticos. De manera alternativa, el sistema 20 puede ser comprendido como el Carto-Biosense® Navigation Systems, disponible de Biosense Webster, Inc., 3333 Diamond Canyon Road, Diamond Bar, CA 91765, modificado de forma adecuada para ejecutar los procedimientos descritos en la presente a continuación. Por ejemplo, el sistema 20 se puede adaptar, con los cambios debidos, para emplear los catéteres descritos en las Patentes de E.U.A. Nos. 6,716,166 y 6,773,402 citadas anteriormente, con el objeto de adquirir imágenes de ultrasonido para desplegar casi en tiempo real las imágenes de ultrasonido en forma simultánea con una imagen o representación de la posición de un catéter de despliegue en la misma sesión o sesiones diferentes y en muchas combinaciones diferentes. Cuando se utiliza para insertar dispositivos e implantes de terapia, el catéter 28 se provee con un cable guía flexible, el cual es alimentado en un sitio deseado. Los puertos de acceso, tales como un puerto lateral (no mostrados) pueden proveerse de forma opcional para acomodar los requerimientos para desplegar dispositivos de implantes y terapia. Haciendo referencia ahora a la Figura 2, la cual ilustra en forma esquemática una modalidad del extremo distal del catéter 28 (Figura 1 ), de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Los campos generados por las bobinas generadoras de campo 30 (Figura 1 ) son detectados por el sensor de posición 32 en el interior del catéter 28. El catéter 28 comprende un sensor de formación de imágenes ultrasónicas. El sensor ultrasónico comprende normalmente un grupo de transductores 40. En una modalidad, los transductores son transductores piezoeléctricos. Los transductores ultrasónicos están colocados en o adyacentes a una ventana 41 , la cual define una abertura dentro del cuerpo o pared del catéter. El catéter 28, normalmente tiene por lo menos un lumen 37, el cual puede admitir un cable guía y un tubo guía para ayudar al despliegue de un dispositivo terapéutico. Los transductores 40 operan como un conjunto de elementos de fase, que transmiten en forma conjunta un rayo de ultrasonido desde la abertura del conjunto de elementos a través de la ventana 23. Aunque los transductores se muestran dispuestos en una configuración de conjunto de elementos lineal, se pueden utilizar otras configuraciones de conjunto de elementos, tales como configuraciones convexas o circulares. En una modalidad, el conjunto de elementos transmite una ráfaga corta de energía de ultrasonido y entonces cambia a un modo de recepción para recibir las señales de ultrasonido reflejadas desde el tejido circundante. Normalmente, los transductores 40 son conducidos en forma individual de una manera controlada con el objeto de guiar el rayo de ultrasonido a una dirección deseada. Mediante el cronometraje adecuado de los transductores, el rayo de ultrasonido producido puede proporcionar un frente de onda curva en forma concéntrica, para enfocar el rayo a una distancia determinada desde el conjunto de elementos del transductor. Por consiguiente, el sistema 20 (Figura 1 ) utiliza el conjunto de elementos del transductor como un conjunto de elementos en fase e implementa el mecanismo de exploración digital de transmisión/recepción que permite guiar y enfocar el rayo de ultrasonido, de tal manera que se producen imágenes de ultrasonido tridimensionales. En una modalidad, el sensor ultrasónico comprende entre dieciséis y sesenta y cuatro transductores 40, preferentemente entre cuarenta y ocho y sesenta y cuatro transductores. Normalmente, los transductores generan la energía de ultrasonido en una frecuencia central dentro del intervalo de 5 a 10 MHz, con una profundidad de penetración típica de 14 cm. La profundidad de penetración normalmente se encuentra dentro del intervalo desde varios milímetros hasta aproximadamente 16 centímetros, y depende de las características del sensor ultrasónico, las características del tejido circundante y la frecuencia de operación. En las modalidades alternativas, se pueden utilizar otros intervalos de frecuencia y profundidades de penetración adecuados. Después de recibir los ecos de ultrasonido reflejados, las señales eléctricas con base en las señales acústicas reflejadas o ecos son enviados por los transductores 40 a través de los cables 33, a través del catéter 28 a un procesador de imagen 42 (Figura 1 ) en la consola 34, la cual los transforma en imágenes bidimensionales, de ultrasonidos normalmente con forma de sector. El procesador de imagen 42 normalmente calcula o determina la información de posición y orientación, despliega imágenes de ultrasonido en tiempo real, realiza las reconstrucciones de imagen o volumen tridimensionales y otras funciones, las cuales se describirán con mayor detalle más adelante. En algunas modalidades, el procesador de imagen utiliza las imágenes de ultrasonido y la información de posición para producir un modelo tridimensional de una estructura objetivo del corazón del paciente. El modelo tridimensional se presenta al médico como una proyección bidimensional en el despliegue 44. En algunas modalidades, el extremo distal del catéter comprende también por lo menos un electrodo 46 para realizar funciones de diagnóstico, funciones terapéuticas o ambas, tales como formación de imágenes electrofisíológicas y ablación de radio frecuencia (RF). En una modalidad, el electrodo 46 se utilizó para detectar los potenciales eléctricos locales. Los potenciales eléctricos medidos por el electrodo 46 se pueden utilizar en la formación de imágenes de la actividad eléctrica local en los puntos de contacto de la superficie del endocardio. Cuando el electrodo 46 se pone en contacto o proximidad con un punto en la superficie interior del corazón 24 (Figura 1 ), éste mide el potencial eléctrico local en ese punto. Los potenciales medidos son convertidos en señales eléctricas y se envían a través del catéter al procesador de imágenes para desplegarse como un mapa que refleja los datos funcionales o la actividad en cada punto de contacto. En otras modalidades, los potenciales eléctricos locales se obtienen de otro catéter que comprende electrodos adecuados y un sensor de posición, todos ellos conectados a la consola 34. En algunas aplicaciones, el electrodo 46 puede utilizarse para determinar cuando el catéter está en contacto con una válvula, debido a que los potenciales eléctricos son más débiles de los del miocardio. Aunque se muestra el electrodo 46 como un electrodo de anillo único, el catéter puede comprender cualquier número de electrodos en cualquier forma. Por ejemplo, el catéter puede comprender dos o más electrodos de anillos, una pluralidad o un conjunto de elementos de electrodos de punto, un electrodo de punta o cualquier combinación de estos tipos de electrodos para realizar las funciones de diagnóstico y terapéuticas señaladas con anterioridad. El sensor de posición 32, normalmente está localizado dentro del extremo distal del catéter 28, adyacente al electrodo 46 y los transductores 40. Normalmente, las compensaciones de posición y orientación mutuas entre el sensor de posición 32, el electrodo 46 y los transductores 40 del sensor ultrasónico son constantes. Estas compensaciones normalmente son utilizadas mediante el procesador de posicionamiento 36 para derivar las coordenadas del sensor ultrasónico y del electrodo 46, debido a la posición medida del sensor de posición 32.

En otra modalidad, el catéter 28 comprende dos o más sensores de posición 46 y los transductores 40. En algunas modalidades, las compensaciones (o parámetros de calibración equivalente) son calibrados previamente y almacenados en el procesador de posicionamiento 36. De manera alternativa, las compensaciones pueden ser almacenadas en un dispositivo de memoria (tal como una memoria de solo lectura que se puede programar en forma eléctrica o EPROM) ajustado en la manija 29 (Figura 1 ) del catéter 28. El sensor de posición 32, comprende normalmente tres bobinas no concéntricas (no mostradas), tal como se describió en la Patente de E.U.A. No. 6,690,963, citada anteriormente. De manera alternativa, se puede utilizar cualquier otra configuración de sensor de posición adecuada, tal como los sensores que comprenden cualquier número de bobinas concéntricas o no concéntricas, sensores de efecto de Hall o sensores magneto-resistivos. Normalmente, las mediciones tanto de imágenes de ultrasonido como de posición son sincronizadas con el ciclo del corazón, la señal de activación periódica y la captura de imágenes en relación con una señal de electrocardiograma de la superficie corporal (ECG) o electrocardiograma ¡ntra-cardiaca. (En una modalidad, la señal ECG se puede producir mediante el electrodo 46.) Debido a que las características del corazón cambian de forma y posición durante la contracción y relajación periódica del corazón, el procedimiento de formación de imágenes completo se realiza en su totalidad a un cronometraje particular con respecto a este periodo. En algunas modalidades, las mediciones adyacentes tomadas por el catéter, tales como las mediciones de diversas características del tejido, mediciones de temperatura y flujo sanguíneo, también son sincronizadas con la señal del electrocardiograma (ECG). Estas mediciones también están asociadas con las mediciones de posición correspondientes tomadas por el sensor de posición 32. Las mediciones adicionales normalmente que son cubiertas en el modelo tridimensional reconstruido, como se explicará más adelante. En algunas modalidades, las mediciones de posición y la adquisición de las imágenes de ultrasonido son sincronizadas con una señal generada internamente producida por el sistema 20. Por ejemplo, el mecanismo de sincronización se puede utilizar para evitar la interferencia en las imágenes de ultrasonido provocadas por una señal determinada. En este ejemplo, el cronometraje de adquisición de imagen y medición de posición es establece para una compensación particular con respecto a la señal que interfiere, de tal manera que las imágenes son adquiridas sin interferencia. La compensación puede ser ajustada ocasionalmente para mantener la adquisición de imagen libre de interferencia. De manera alternativa, la medición y adquisición puede ser sincronizada para una señal de sincronización suministrada en forma externa. En una modalidad, el sistema 20 comprende un controlador de ultrasonido 39 que controla los transductores de ultrasonido 40. Un ejemplo de un controlador de ultrasonido adecuado, el cual se puede utilizar para este propósito es un sistema de ultrasonido AN2300™ producido por Analogic Corporation, 8 Centennial Drive, Peabody, MA 01960. En esta modalidad, el controlador de ultrasonido realiza algunas de las funciones del procesador de imagen 42, que controla el sensor ultrasónico y produce las imágenes de ultrasonido bidimensionales. El controlador de ultrasonido puede soportar diferentes modos de formación de imágenes, tal como el modo B, modo M, Doppler CW y Doppler de flujo de color, como se conocen en la materia. Normalmente, los procesadores de procesamiento de imágenes están implementados utilizando una computadora de propósito general, la cual es programada en el software para realizar las funciones descritas en la presente descripción. El software puede ser descargado a la computadora en forma electrónica, sobre una red, por ejemplo, o puede ser suministrado de forma alternativa a la computadora en un medio tangible, tal como un CD-ROM. El procesador de posicionamiento y el procesador de imagen pueden ser implementados utilizando computadoras separadas o utilizando una computadora única o se puede integrar con otras funciones de cómputo del sistema 20. Adicíonalmente o de manera alternativa, por lo menos algunas de las funciones de posicionamiento y procesamiento de imágenes se pueden realizar utilizando hardware dedicado.

Formación de imágenes anatómicas bidimensionales Haciendo i referencia nuevamente a la Figura 1 , las imágenes de activación periódica del corazón se crean, por ejemplo, ultrasonido, SPECT, imágenes y están correlacionadas con los datos de ubicación del catéter 28. Las imágenes de activación periódica pueden ser registradas con otra imagen, o con la posición del mismo catéter o un catéter diferente utilizado para el despliegue de un dispositivo terapéutico en el seno coronario. Las técnicas de registro adecuadas están descritas en la Patente de E.U.A. No. 6,650,927, de beneficiario común con la presente, e incorporadas en la presente como referencia. La técnica se describe de forma breve. Ahora se hace referencia a la Figura 3, la cual es una representación geométrica simplificada de una imagen 54 del corazón, la cual ha sido preparada para el registro con otra imagen de diagnóstico de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. Los detalles de la preparación de la imagen 54 se describe con detalla adicional más adelante. Una superficie 56 corresponde aproximadamente a la superficie del corazón. Un sistema de coordenadas está definido, en el cual, cada punto 58 en la superficie 56 es representado por una distancia R desde un vértice 60 y un ángulo a relativo a una dirección de descarga 62 (es decir, ventralmente y caudad en relación con el sujeto 26 (Figura 1 ). Con el objeto de registrar otra estructura con la imagen 54, un eje 4 y el vértice 60 son identificados en la imagen 54 y se alinean con las posiciones correspondientes, las acotaciones o marcas fidedignas de la estructura a ser registrada, utilizando la información de ubicación provistas por los sensores en el catéter 28 (Figura 1 ). Esto, preferentemente es automático aunque adícionalmente o de manera alternativa, se puede realizar o ser asistido por un operador. La escala de la estructura a ser registrada se ajusta de tal manera que sus dimensiones coinciden con aquellas de la imagen 54 de manera tan cercana como es posible. Ahora se hace referencia a la Figura 4, la cual es una vista explotada esquemática de una imagen de diagnóstico 66 del corazón 24 (Figura 1 ), de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. La vista es generada utilizando una técnica de traducción de centro de tiro. La imagen 66 comprende una pila de cortes paralelos 68, los cuales son perpendiculares al eje 64. Los cortes normalmente son tomados a un incremento de corte fijo a lo largo del eje 64. Cada corte muestra una sección 70.

Formación de imágenes anatómicas tridimensionales Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1 , la formación de imágenes tridimensional descrita en la Solicitud asignada de forma común No. 11/115,002 presentada el 26 de abril, titulada three-dimensional cardiac imaging using ultrasound contour reconstruction, la cual está incorporada en la presente descripción como referencia. Una breve descripción del método facilitará la comprensión de la presente invención. Esencialmente, el método descrito combina imágenes de ultrasonido bidimensionales múltiples, adquiridos en diferentes posiciones del catéter 28 como se describió anteriormente, en un modelo tridimensional único de la estructura objetivo. Normalmente, el médico inserta el catéter 28 a través de un vaso sanguíneo adecuado en una cámara del corazón, y entonces explora digitalmente la estructura objetivo moviendo el catéter entre diferentes posiciones en el interior de la cámara. En cada posición del catéter, el procesador de imagen 42 adquiere y produce una imagen de ultrasonido bidimensional. Haciendo referencia ahora a la Figura 1 , durante el despliegue de un dispositivo terapéutico o implemento, el subsistema de posicionamiento del sistema 20 mide y calcula la posición actual del catéter 28. La posición calculada se almacena junto con el corte o cortes 68 correspondientes (Figura 3). Normalmente, cada posición del catéter 28 está representada en forma coordinada, tal como una coordenada de seis dimensiones (posiciones de los ejes X, Y, Z, y orientaciones angulares de pendiente, dirección y giro). El procesador de imagen 42, asigna en forma subsiguiente las coordenadas tridimensionales a los contornos de interés, identificados en el grupo de imágenes. La ubicación y orientación de los planos de estas imágenes en espacio tridimensional son conocidas en virtud de la información de posición, almacenada junto con las imágenes. Por consiguiente, el procesador de imágenes tiene la capacidad de determinar las coordenadas tridimensionales de cualquier pixel en las imágenes bidimensionales. Cuando se asignan las coordenadas, el procesador de imagen, normalmente utiliza los datos de calibración almacenados que comprenden compensaciones de posición y orientación entre el sensor de posición y el sensor ultrasónico, como se describió anteriormente. De manera alternativa, el sistema 20 (Figura 1) puede utilizarse para el despliegue tridimensional y la proyección de imágenes de ultrasonido bidimensionales, sin reconstruir un modelo tridimensional. Por ejemplo, el médico puede adquirir una imagen de ultrasonido bidimensional. Los contornos de interés en esta imagen pueden ser etiquetados utilizando los procedimientos que se describen a continuación. El sistema 20 puede entonces orientar y proyectar la imagen de ultrasonido en el espacio tridimensional. Durante un procedimiento médico, el sistema puede rastrear y desplegar en forma continua la posición tridimensional del catéter que realiza el procedimiento médico, el cual puede ser diferente del catéter que adquirió la imagen sobre la cual, el catéter que está realizando ahora el procedimiento médico que está siendo registrado.

Técnicas de formación de imágenes funcionales Ahora se hace referencia a la Figura 5, la cual muestra un mapa electro-anatómico 72 de un corazón, una imagen anatómica tridimensional correspondiente 74 y una imagen compuesta 75, en la cual una porción replicada de una porción del mapa electro-anatómico 72 está en registro con la imagen anatómica 74, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. Las imágenes son adquiridas y reconstruidas como se describió anteriormente. Un rastreo ECG de referencia 76 se muestra en la porción inferior de la figura. El mapa electro-anatómico 72 describe un área 78 de voltaje relativamente bajo. Un área de interés 80 es delineada en la imagen anatómica 74, la cual es consistente con una cicatriz del miocardio. El tejido cicatrizado en el corazón afecta la función del miocardio en que ésta exhibe normalmente un voltaje más bajo que el tejido saludable en un mapa electro-anatómico, como está indicado por el área 78. La imagen compuesta es formada registrando el área 80 con el área 78.

Modalidades alternativas En otra modalidad de la presente invención, los potenciales eléctricos pueden utilizarse para la segmentación de una imagen. Por ejemplo, las ubicaciones y formas de las válvulas en el corazón pueden ser delineadas con base en las diferencias en los potenciales eléctricos entre las válvulas y el endocardio circundante. Ahora se hace referencia a la Figura 6, la cual muestra un mapa electro-anatómico 82 de un corazón, una imagen anatómica tridimensional adquirida en forma consecuente correspondiente 84, y una imagen compuesta 90 en la cual, una porción replicada del mapa electro-anatómico 82 está en registro con la imagen anatómica 84, de acuerdo con una modalidad descrita de la presente invención. En la imagen anatómica 84, las ubicaciones dé la válvula mitral y la válvula aórtica pueden ser determinadas por el operador, con base en la apariencia morfológica del corazón. En el mapa electro-anatómico 82, las áreas 86, 88 de actividad eléctrica relativamente baja indican que las válvulas mitral y aórtica, respectivamente. Después de que las porciones relevantes del mapa electro-anatómico 82 incluyen las áreas 86, 88, están en registro con las áreas identificadas por el operador de la imagen anatómica 84, la imagen compuesta resultante 90 del corazón completo se hace disponible para el operador casi en tiempo real. Otras características eléctricas también se pueden utilizar en la segmentación y el registro. Por ejemplo, el movimiento de un catéter para formar mapas desde el atrio al ventrículo se pueden identificar mediante la desaparición de la onda P en el electrocardiograma local, a medida que el catéter ingresa al ventrículo. Como otro ejemplo, en sistemas de ubicación basados en la impedancia, en los cuales se mide la impedancia eléctrica entre el catéter para formar mapas y un electrodo de superficie corporal, la ubicación de las venas pulmonares puede ser identificada mediante un incremento en la impedancia a medida que el catéter se mueve desde el atrio izquierdo dentro de las venas. En una modalidad de la invención, el software NOGA™, disponible de Biosense-Webster, se emplea para el registro. El software emplea un filtro para detectar la onda P en un EKG bipolar, y por consiguiente, puede distinguir puntos que están en el anillo fibroso de las válvulas en la zona basal, desde puntos que están claramente en el atrio. El algoritmo utilizado de manera esencial define el complejo QRS de la superficie corporal, y esta ubicación de onda P, y entonces busca una deflexión en el intervalo de tiempo en la ventana bipolar. Los dos parámetros previamente definidos deben cumplir: (a) el voltaje pico a pico de la deflexión debe encontrarse dentro del rango de 0 a 0.5 mV. (2) La proporción de la deflexión a la magnitud del complejo QRS debe estar dentro del intervalo del 0 al 100%. En general, se considera que un voltaje de pico a pico de 0.1 mV ya existente excede el nivel de ruido y representa una señal de deflexión verdadera. Una proporción del 25% parece ser suficiente. Si el primer o segundo parámetros se incrementan pocos puntos cumplirán el criterio y lo más seguro es que los puntos básales se pierdan. Por otra parte, la disminución de los parámetros tienen como resultado que se borren los puntos válidos (falso positivo incrementado). En un mapa ventricular izquierdo típico el algoritmo normalmente detecta de 3 a 19 puntos, los cuales casi siempre son de hecho las ubicaciones básales. Todavía en otra modalidad de la presente invención, si un paciente porta un "chaleco" de electrodos de superficie corporal durante una representación en imágenes topográfica computada (CT) del tórax, los electrodos aparecerán en la imagen CT. Las mediciones ECG que son realizadas utilizando los electrodos, proporcionan un modelo eléctrico que puede ser proyectado hacia el interior de la superficie corporal. Los mapas electro-anatómicos del corazón, de manera similar producen un modelo eléctrico del corazón que puede ser proyectado hacia fuera hacia la superficie corporal. Los dos modelos eléctricos pueden ser registrados entre sí con el objeto de registrar el mapa electro-anatómico del corazón con la imagen CT. El algoritmo de registro utiliza información tanto de ubicación como de actividad eléctrica. Otros datos fisiológicos que pueden ser representados en mapas y utilizados en el registro de la imagen y segmentación incluyen temperatura, índice de flujo sanguíneo, propiedades químicas y actividad mecánica. Por ejemplo, las áreas de flujo de velocidad alta detectadas por los catéteres de ultrasonido, están descritas, por ejemplo, en las Patentes de E.U.A. citadas anteriormente Nos. 6,716,166 y 6,773,402 en una imagen Doppler, se pueden identificar y registrar con estrechamientos en los vasos sanguíneos observados en una imagen anatómica tridimensional. Como otro ejemplo, un sensor químico puede ser utilizado para identificar áreas del corazón con niveles NADPH bajos, que indican isquemia. Dichas áreas pueden ser registradas con las áreas isquémicas correspondientes observadas en las imágenes obtenidas utilizando espectroscopia de resonancia magnética. La técnica descrita en el artículo Quantitative measurements of cardiac phosphorous metabolites in coronary artery disease by 31 P magnetic resonance spectroscopy, Takahiro Yabe et al., circulation, 1995; 92: páginas 15 a 23, es adecuada para desplegar dichas áreas.

Los expertos en la materia apreciarán que la presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado y descrito en forma particular anteriormente. En su lugar, el alcance de la presente invención incluye tanto combinaciones como sub-combinaciones de las diversas características descritas anteriormente en la presente descripción, así como también las variaciones y modificaciones de las mismas que no se encuentran en la técnica anterior, lo cual podría ocurrírsele a los expertos en la materia a partir de la lectura de la descripción anterior.

Claims (22)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para elaborar un mapa de una estructura en un cuerpo de un sujeto, caracterizado porque comprende los pasos de: capturar una imagen tridimensional de dicha estructura, teniendo dicha estructura características anatómicas que aparecen en dicha imagen; generar un modelo funcional que comprende un mapa tridimensional de dicha estructura que comprende información funcional que se refiere a dicha estructura medida en puntos múltiples sobre dicha estructura, exhibiendo dicho mapa las características funcionales de dicha estructura; registrar dicha imagen con dicho mapa identificando en forma automática por lo menos una de dichas características funcionales con por lo menos una correspondiente de dichas características anatómicas en dicha imagen; y desplegar dicha información funcional a partir de dicho mapa en registro con dicha imagen.

2.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente el paso de insertar una sonda dentro de dicha estructura, teniendo dicha sonda un sensor de posición para determinar la información de posición y orientación de dicha sonda.

3.- El método de conformidad con la Reivindicación 2, caracterizado además porque dicho paso de generar un modelo funcional comprende generar un modelo eléctrico poniendo en contacto dicha sonda con puntos de contacto múltiples sobre dicha estructura y utilizando dicho sensor de posición de dicha sonda para obtener información de posición y orientación asociada con cada uno de dichos puntos de contacto.

4.- El método de conformidad con la Reivindicación 3, caracterizado además porque dicha estructura comprende un corazón, y en donde dicha información funcional comprende una característica de un electrocardiograma local tomado en cada uno de dichos puntos de contacto.

5.- El método de conformidad con la Reivindicación 4, caracterizado además porque dicha característica es una onda P, que comprende adicionalmente los pasos de identificar las ubicaciones atriales de dichos puntos de contacto cuando la onda P está presente e identificar ubicaciones ventriculares de dichos puntos de contacto cuando dicha onda P está ausente.

6.- El método de conformidad con la Reivindicación 3, caracterizado además porque dicha información funcional comprende magnitudes de voltajes eléctricos en dichos puntos de contacto.

7.- El método de conformidad con la Reivindicación 6, caracterizado además porque dicha estructura comprende un corazón, que comprende adicionalmente el paso de identificar una cicatriz en el miocardio en dicho corazón delineando un área de dicho corazón, en donde dichos puntos de contacto en dicha área tienen voltajes inferiores que dichos puntos de contacto que están localizados fuera de dicha área.

8.- El método de conformidad con la Reivindicación 6, caracterizado además porque dicha estructura comprende un corazón, que comprende adicionalmente el paso de identificar una válvula de dicho corazón delineando un área de dicho corazón, en donde dichos puntos de contacto tienen voltajes que difieren de los voltajes de otros puntos de contacto que están localizados fuera de dicha área.

9.- El método de conformidad con la Reivindicación 3, caracterizado además porque dicha información funcional comprende impedancias entre una superficie de dicho cuerpo y aquellas respectivas de dichos puntos de contacto.

10.- El método de conformidad con la Reivindicación 3, caracterizado además porque dicha imagen es una imagen topográfica computada de un tórax de dicho cuerpo que incluye una representación de un corazón del mismo.

11.- El método de conformidad con la Reivindicación 10, caracterizado además porque comprende adicionalmente los pasos de: colocar una pluralidad de electrodos de superficie sobre dicho tórax; y generar un modelo eléctrico externo realizando un electrocardiograma utilizando dichos electrodos de superficie, en donde dicho paso de registro comprende adicionalmente los pasos de proyectar dicho modelo eléctrico hacia fuera sobre dicha representación de dicho corazón y proyectar dicho modelo eléctrico externo al interior sobre dicha representación de dicho corazón para colocar dicho modelo eléctrico externo en registro con dicho modelo eléctrico y con dicha representación de dicho corazón.

12.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha imagen es una imagen de ultrasonido.

13.- El método de conformidad con la Reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha información funcional es temperatura, índice de flujo de un fluido en dicha estructura, una propiedad química o actividad mecánica de dicha estructura.

14.- Un aparato para elaborar mapas de una estructura en un cuerpo de un sujeto, caracterizado porque comprende: un dispositivo para formar imágenes para capturar una imagen tridimensional de dicha estructura, teniendo dicha estructura características anatómicas que aparecen en dicha imagen; un procesador enlazado a dicho dispositivo para formar imágenes, siendo operativo dicho procesador para generar un modelo funcional que comprende un mapa tridimensional de dicha estructura que comprende información funcional que se relaciona con dicha estructura medida en puntos múltiples sobre dicha estructura, exhibiendo dicho mapa características funcionales de dicha estructura, siendo dicho procesador operativo para registrar dicha imagen con dicho mapa identificando en forma automática por lo menos una de dichas características funcionales con por lo menos una correspondiente de dichas características anatómicas en dicha imagen; y un dispositivo de despliegue enlazado a dicho procesador para desplegar dicha información funcional a partir de dicho mapa en registro con dicha imagen.

15.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 14, caracterizado además porque comprende adicionaimente una sonda enlazada a dicho procesador y adaptada para insertarse dentro de dicha estructura, teniendo dicha sonda un sensor de posición para determinar la información de posición y orientación de dicha sonda.

16.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 15, caracterizado además porque dicho modelo funcional comprende un modelo eléctrico cuando dicha sonda está puesta en contacto con puntos de contacto múltiples sobre dicha estructura, y de manera sensible para dicho sensor de posición de dicha sonda, dicho procesador se puede operar para obtener información de posición y orientación asociada con cada uno de dichos puntos de contacto.

17.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 16, caracterizado además porque dicha estructura comprende un corazón, y en donde dicha información funcional comprende una característica de un electrocardiograma local tomado en dichos puntos de contacto.

18.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 16, caracterizado además porque dicha información funcional comprende magnitudes de voltajes eléctricos en dichos puntos de contacto.

19.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 16, caracterizado además porque dicha información funcional comprende impedancias entre una superficie de dicho cuerpo y aquellos respectivos de dichos puntos de contacto.

20.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 16, caracterizado además porque dicha imagen es una imagen tomográfica computada de un tórax de dicho cuerpo que incluye una representación de un corazón del mismo.

21.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 14, caracterizado además porque dicha imagen es una imagen de ultrasonido.

22.- El aparato de conformidad con la Reivindicación 14, caracterizado además porque dicha información funcional es temperatura, índice de flujo de un fluido en dicha estructura, una propiedad química o actividad mecánica de dicha estructura.