專利名稱：醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃、位置和導(dǎo)航的介入工具的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種成像系統(tǒng)，具體涉及醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃、位置和導(dǎo)航的介入工具的方法和裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)診斷和成像系統(tǒng)存在于現(xiàn)代健康護(hù)理設(shè)施中。這樣的系統(tǒng)提供昂貴的工具，以用于鑒別、診斷和治療身體狀況，并且極大地減小了外科診斷介入的需要。在許多情況下，僅在主治內(nèi)科醫(yī)生和放射科醫(yī)生通過一個或多個成像醫(yī)療器械(modalities)用相關(guān)區(qū)域和組織的詳細(xì)的影像來補(bǔ)充傳統(tǒng)的檢查結(jié)果之后，就可以進(jìn)行最后的診斷和治療。
醫(yī)學(xué)診斷和治療也可以通過使用諸如充血性心力衰竭(CHF)介入的介入過程來執(zhí)行。據(jù)估計(jì)在美國和歐洲大約有6-7百萬人患有CHF。一些患有CHF的患者也經(jīng)歷左束支阻滯(LBBB)，其消極地影響心臟的電傳導(dǎo)系統(tǒng)。在患有CHF和LBBB的患者中，由延遲的心室的去極化導(dǎo)致延遲的左心室的射血，在出現(xiàn)LBBB時，心室的收縮是不對稱的，其導(dǎo)致左心室的無效收縮。已經(jīng)表明心臟再同步療法在改善患有CHF和LBBB的患者的癥狀中是有效的，在該療法中將右心室(RV)和左心室(LV)同步起搏(pace)。對于此狀況的一種目前的臨床治療是介入性雙側(cè)心室起搏，其涉及定位RV和右心房(RA)的導(dǎo)聯(lián)，在冠狀竇(CS)中定位鞘(sheath)，執(zhí)行CS血管造影以便為LV導(dǎo)聯(lián)的放置描繪適合的分支，在CS的后和側(cè)支中放置導(dǎo)聯(lián)以便LV起搏，并且將該起搏信號施加到RV和LV導(dǎo)聯(lián)以同步地起搏RV和LV以便同步。
介入性雙側(cè)心室起搏療法可能涉及冗長的過程，并且由于CS解剖學(xué)可能導(dǎo)致在CS中不成功的導(dǎo)聯(lián)放置，或者導(dǎo)聯(lián)本身可能從CS移出。在多數(shù)情況下，只有在介入的過程中才能識別這些情況，而導(dǎo)致放棄該過程或者計(jì)劃第二過程，其中使用手術(shù)切口，將LV導(dǎo)聯(lián)放置在心外膜。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，一種用于醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃的圖像系統(tǒng)，包括醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)，用于生成心臟影像數(shù)據(jù)體；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集心臟影像數(shù)據(jù)體；圖像生成系統(tǒng)，用于從心臟影像數(shù)據(jù)體生成可觀察的影像；數(shù)據(jù)庫，用于存儲來自所述數(shù)據(jù)采集和影像生成系統(tǒng)的信息；操作者接口系統(tǒng)，管理所述醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)、所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、所述圖像生成系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)庫；后處理系統(tǒng)，用于分析心臟影像數(shù)據(jù)體，并且顯示可觀察影像，以及響應(yīng)于所述操作者接口系統(tǒng)。所述操作者接口系統(tǒng)包括指令，用于使用心臟影像數(shù)據(jù)體和可觀察影像以用于雙心室起搏計(jì)劃、心房纖維顫動過程計(jì)劃、心房撲動過程計(jì)劃。
在另一個實(shí)施例中，一種用于醫(yī)學(xué)介入過程的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)端口，用于接收來自醫(yī)學(xué)介入過程的探測器信息；數(shù)據(jù)庫，存儲從介入過程計(jì)劃期間所采集的信息；存儲器，包括用于管理在數(shù)據(jù)端口接收的探測器信息和數(shù)據(jù)庫中所存儲的信息的指令；處理器，用于結(jié)合數(shù)據(jù)庫中所存儲的信息來分析數(shù)據(jù)端口處的信息；操作者接口系統(tǒng)，用于管理存儲器和處理器；顯示器，響應(yīng)于操作器接口，用于結(jié)合數(shù)據(jù)端口處的信息來可視化數(shù)據(jù)庫中的信息。
在另一個實(shí)施例中，一種用于生成影像以用于醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃的方法，包括用于從醫(yī)學(xué)掃描器采集心臟影像數(shù)據(jù)體；通過分割管理醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)體；處理心臟影像數(shù)據(jù)以用于觀察；觀察可觀察影像中的心臟影像數(shù)據(jù)；將幾何記號插入在解剖學(xué)標(biāo)記處的心臟影像數(shù)據(jù)體中以用于隨后的可視化、分析和配準(zhǔn)；響應(yīng)于解剖學(xué)標(biāo)記處的幾何記號選擇可觀察的參數(shù)；并且將可觀察影像、解剖學(xué)標(biāo)記或所測量的可觀察參數(shù)保存在影像數(shù)據(jù)庫中。
在另一實(shí)施例中，一種用于在醫(yī)學(xué)介入過程中使用心臟影像數(shù)據(jù)體的方法，包括從影像數(shù)據(jù)庫中檢索過程計(jì)劃影像；觀察過程計(jì)劃影像；在介入過程中將探測器施加到患者血管內(nèi)；標(biāo)識從介入過程所探測的血管的標(biāo)記；將介入過程的坐標(biāo)系和過程計(jì)劃影像的坐標(biāo)系配準(zhǔn)；并且響應(yīng)于所施加的探測器的位置顯示過程計(jì)劃影像，以對所探測到的血管執(zhí)行實(shí)時血管跟蹤過程。
在另一實(shí)施例中，一種用于在醫(yī)學(xué)介入過程中使用心臟影像數(shù)據(jù)體的方法，包括檢索至少三個不同的心臟房室的坐標(biāo)，并且將這三個不同的坐標(biāo)與在介入系統(tǒng)中所使用的相同的坐標(biāo)對準(zhǔn)，使得介入系統(tǒng)上的心臟房室的方位與在成像時的原始方位類似。以這種方式，介入系統(tǒng)使用預(yù)存的3D影像來實(shí)時地引導(dǎo)，諸如，例如導(dǎo)管那樣的介入工具。
在另一實(shí)施例中，配置放射透視或其他介入系統(tǒng)，使得當(dāng)在心臟房室的3D空間中導(dǎo)航介入工具，諸如，例如映射消融導(dǎo)管時，實(shí)時地對其定位和跟蹤。


現(xiàn)在參照作為示例性實(shí)施例的附圖，其中相同的部件標(biāo)號相同。
圖1描繪用于醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃的成像系統(tǒng)的概括性示意圖。
圖2描繪實(shí)現(xiàn)使用圖1的影像系統(tǒng)的本發(fā)明的實(shí)施例的過程的概括性流程圖；圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、對于動脈和靜脈階段對比增強(qiáng)研究自動建立冠狀竇的血管跟蹤的動態(tài)分割閾值的過程370的流程圖。
圖4描繪用于在介入過程中使用本發(fā)明的實(shí)施例的方法和裝置的過程的流程圖；圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所生成的來源于右心房內(nèi)部的冠狀竇的可進(jìn)入式視圖；圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所生成的冠狀竇和卷曲動脈的交叉處附近冠狀竇內(nèi)部的可進(jìn)入式視圖；和圖7是用于在定位和導(dǎo)航心臟房室中的映射和消融導(dǎo)管的過程中使用本發(fā)明的實(shí)施例的方法和裝置的過程的流程圖。
附圖標(biāo)記


具體實(shí)施方式
這里參照附圖1-3，通過例證而不是限制來給出本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述。
圖1描繪在諸如，例如雙側(cè)心室過程計(jì)劃、心房纖維顫動過程計(jì)劃或者心房撲動過程計(jì)劃之類醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃中使用的成像系統(tǒng)100的概括性示意圖。成像系統(tǒng)100包括醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110，用于生成，諸如，例如右心房和冠狀竇的影像數(shù)據(jù)之類的心臟影像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)120，用于從醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110采集心臟影像數(shù)據(jù)；采集數(shù)據(jù)庫130，用于存儲來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)120的心臟影像數(shù)據(jù)；影像生成系統(tǒng)140，用于從存儲在采集數(shù)據(jù)庫130的心臟影像數(shù)據(jù)生成可視影像；影像數(shù)據(jù)庫150，用于存儲來自影像生成系統(tǒng)140的可視影像；操作者接口系統(tǒng)160，用于管理醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110和心臟影像數(shù)據(jù)以及可以組合成一個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫130、150中的心臟影像數(shù)據(jù)和可視影像，和后處理系統(tǒng)180，用于分析和顯示數(shù)據(jù)庫150中的可視影像并且對操作者接口系統(tǒng)160作出響應(yīng)。后處理系統(tǒng)180中的后處理軟件包括指令，并因此適合于分析數(shù)據(jù)和顯示影像，從而將后處理系統(tǒng)180從通用的后處理器轉(zhuǎn)換成專用的后處理器。在此將能夠被轉(zhuǎn)換成可視影像的所掃描的數(shù)據(jù)稱為影像數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)通信鏈路210、212、216、218和數(shù)據(jù)庫通信鏈路220、222為系統(tǒng)110、120、140、160、180和數(shù)據(jù)庫130、150之間的信號通信提供手段。通信鏈路210-222可以是硬連線的(hardwired)或者無線的。操作者接口系統(tǒng)160可以是單獨(dú)的輸入/輸出終端或包括使用各種計(jì)算機(jī)語言的指令的計(jì)算機(jī)，各種計(jì)算機(jī)語言用在各種計(jì)算機(jī)平臺上，諸如、例如基于DOSTM的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、基于APPLETM的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、基于WindowsTM的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、基于HTML的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。
操作者接口系統(tǒng)160包括處理器170、諸如，例如微處理器，用于管理醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110，用于管理數(shù)據(jù)采集和影像生成系統(tǒng)120、140，用于處理和管理采集和影像數(shù)據(jù)庫130、150中的信息，并且用于管理后處理系統(tǒng)180處的后處理。操作者接口系統(tǒng)160也包括存儲器200，其包括與心臟雙側(cè)心室起搏計(jì)劃過程相關(guān)的特定指令；用戶輸入部件，諸如，例如鍵盤162；用戶輸出部件，諸如，例如顯示器164、166。顯示器164可以適合于檢查處方(exam prescription)，顯示器166可以適合于可視化?；蛘撸梢詫@示器164、166集成為一個顯示器。檢查處方包括這樣的輸入?yún)?shù)如掃描或掃描定義的區(qū)域、數(shù)據(jù)采集控制、掃描器影像控制等。如以下所討論的那樣，操作者接口系統(tǒng)160也可以用在實(shí)際介入過程中以顯示介入過程計(jì)劃影像和介入過程實(shí)時影像二者。在實(shí)際的醫(yī)學(xué)介入過程中，數(shù)據(jù)端口205從，諸如，例如導(dǎo)管(catheter)，的醫(yī)學(xué)探測器接受信息，從而允許在實(shí)際介入過程中實(shí)時地分析介入過程計(jì)劃數(shù)據(jù)。
醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110包括心電圖(EKG)監(jiān)視器112，其通過接口板116將通常描繪心臟周期的開始的R-峰情況114輸入進(jìn)掃描器118。接口板116實(shí)現(xiàn)掃描器數(shù)據(jù)和EKG監(jiān)視數(shù)據(jù)之間的同步。或者，接口板116可以用來將EKG監(jiān)視器112耦合至掃描器118。接口板116的一個示例為Gantry接口板。示例性的掃描器118是具有支持心臟成像的心臟計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)系統(tǒng)，然而，所示出的掃描器118僅用于示例性目的；也可以使用本領(lǐng)域中已知的其它成像系統(tǒng)。其它成像系統(tǒng)的示例包括但不限于X-射線系統(tǒng)(包括傳統(tǒng)的和數(shù)字或數(shù)字化的成像系統(tǒng))、磁共振(MR)系統(tǒng)、正電子發(fā)射斷層成像(PET)系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、核醫(yī)療系統(tǒng)和3D放射透視系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)掃描系統(tǒng)110也包括EKG門控采集或影像重建135能力，以便對一般處于其心臟舒張階段的不動的心臟進(jìn)行成像。醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)110還包括電路，用于采集影像數(shù)據(jù)并用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的形式，然后對其進(jìn)行處理以創(chuàng)建患者體內(nèi)感興趣的特征的重建影像。影像數(shù)據(jù)采集和處理電路往往被稱為“掃描器”，而不管成像系統(tǒng)的類型如何，因?yàn)槟承┪锢砘螂娮訏呙柰l(fā)生在成像過程中。在成像系統(tǒng)之間，由于不同系統(tǒng)的不同的物理和數(shù)據(jù)處理要求而導(dǎo)致系統(tǒng)的特殊部件和相關(guān)電路極大不同。然而，應(yīng)該理解不管特定成像系統(tǒng)的選擇如何都可以應(yīng)用本發(fā)明。例如，盡管以上已經(jīng)描述了EKG門控?cái)?shù)據(jù)集(dataset)，但是其不限于EKG門控?cái)?shù)據(jù)集，因?yàn)槠淇梢赃m用于，例如具有另一個成像醫(yī)療器械的呼吸門控?cái)?shù)據(jù)集。
將數(shù)據(jù)從掃描器118輸出到子系統(tǒng)230，子系統(tǒng)230包括在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)120中執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，并在影像生成系統(tǒng)140中執(zhí)行影像生成的軟件。數(shù)據(jù)控制或者由操作者接口系統(tǒng)160提供，或者通過通信鏈路212在子系統(tǒng)230中提供。將從掃描器118輸出的包括R-峰情況114的數(shù)據(jù)存儲在采集數(shù)據(jù)庫130中。根據(jù)一個或多個對于將心臟成像、尤其對于將右心房和/或冠性竇成像而言最優(yōu)化的采集協(xié)議，來執(zhí)行系統(tǒng)120中的數(shù)據(jù)采集。使用一個或多個對于CT影像數(shù)據(jù)集的自動影像分割而言最優(yōu)化的3D協(xié)議，來執(zhí)行系統(tǒng)140中的影像生成，從而提供右心房和/或冠性竇的內(nèi)表面的影像。
將來自影像生成系統(tǒng)140的影像數(shù)據(jù)通過鏈路212傳送至操作者接口系統(tǒng)160。將在操作者接口系統(tǒng)160處由軟件所使用的用于檢查處方和可視化的影像數(shù)據(jù)存儲在影像數(shù)據(jù)庫150中?？梢詫⒂跋駭?shù)據(jù)存檔167，放到膠片168上或者通過網(wǎng)絡(luò)169發(fā)送至后處理系統(tǒng)180以用于分析和回顧(review)，包括3D后處理。后處理系統(tǒng)180可以不是單獨(dú)的系統(tǒng)，因?yàn)楹筇幚砜梢钥蛇x地在例如操作者接口系統(tǒng)(160)上執(zhí)行。在后處理系統(tǒng)180中所使用的后處理軟件執(zhí)行心臟影像體數(shù)據(jù)的分割，以便提取相關(guān)子結(jié)構(gòu)，諸如右心房和冠狀竇血管，從而定義子體或子結(jié)構(gòu)的3D模型。后處理軟件也提供3D透視圖(rendering)，包括可進(jìn)入的(或?qū)Ш絻x)視圖，即，從右心房和冠狀竇內(nèi)側(cè)的可視化?？梢詫⑦@些特殊的視圖保存在3D透視圖文件182中，可以將這些結(jié)構(gòu)或子結(jié)構(gòu)的幾何模型保存成被保存在影像數(shù)據(jù)庫150中的3D模型文件184，并且或者在介入過程的醫(yī)學(xué)計(jì)劃中或者在介入過程自身中由操作者接口系統(tǒng)160的操作者來觀察，諸如在3D-放射透視法過程中與投影影像相結(jié)合，其或者被稱為介入影像。在冠狀竇的情況下，可以將內(nèi)側(cè)血管表面清楚地以3D透視圖182和3D模型184來定義。3D模型184可以包括解剖學(xué)的或者幾何學(xué)的標(biāo)記(landmark)，諸如，例如右心房、冠狀竇或者冠狀竇瓣，其可以用于3D模型184與在介入過程中在操作者接口系統(tǒng)160上所觀察的各個解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)系的3D配準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)3D模型184在隨后的介入過程中，諸如，與在3D放射透視法過程中的投影影像共同使用。與在介入過程中所觀察到的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)的坐標(biāo)系被稱為介入坐標(biāo)系?？梢砸詭追N格式之一輸出3D模型184，幾種格式為線框幾何模型、實(shí)體幾何模型、與每個影像切片相關(guān)聯(lián)的一組輪廓線、二進(jìn)制影像的被分割的體、游程編碼的二進(jìn)制分割掩膜(其中分割掩膜代表感興趣體素的位置)、或者使用放射療法(RT)對象標(biāo)準(zhǔn)或類似的對象的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像對象。也可以使用本領(lǐng)域中已知的其它格式來存儲和輸出3D模型184。另外，操作者可以在顯示器186上觀察3D透視圖和模型182、184。3D透視圖可以包含3D照相機(jī)信息(例如，3D位置、視角和觀察(view-up)矢量)，其指定在相同的方位介入系統(tǒng)如何可以提供3D模型。在另一個實(shí)施例中，操作者接口系統(tǒng)160可能包含后處理器系統(tǒng)180的功能。還在另一個實(shí)施例中，可以將顯示器186與顯示器164和166集成在一起。
后處理系統(tǒng)180的軟件包括用于執(zhí)行血管跟蹤的分析方法，其為操作者接口系統(tǒng)160的用戶提供分析和觀察冠狀竇的各種參數(shù)或其它感興趣的血管的能力，其包括血管或血管部分的直徑和管道長度、血管顯著的分支、血管的曲率度(彎曲度)和血管中的阻塞度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的執(zhí)行血管跟蹤的能力在不向患者體內(nèi)物理地放入分析性探測器的情況下為操作者提供在雙側(cè)心室起搏計(jì)劃過程中執(zhí)行分析性檢查的能力。后處理軟件也使用已知的3D模型操作技術(shù)，諸如旋轉(zhuǎn)和等比例觀察，以便使操作者可以在不同的平面中可見例如CS或其分支的3D模型，不同的平面諸如橫截面視圖(其中平面垂直于位于血管中心線的方向矢量)和縱剖面視圖(其中平面平行于并且包括血管的一部分)。后處理軟件也提供CS的“彎曲的(warped)”視圖，其包括彎曲的重組視圖(其中將血管跟蹤信息投影到單個視圖上)和“內(nèi)腔視圖”(其中將血管拉直并顯示在一個平面上以用于測量/分析的目的)。血管跟蹤后處理軟件也包括將幾何記號放置在CS的中心線上并沿著血管的中心線通過血管執(zhí)行矢量跟蹤的能力。
后處理軟件也包括在血管跟蹤分割中自動調(diào)整所使用的動態(tài)分割閾值的算法，以便可以跟蹤冠狀竇以用于動脈和靜脈階段對比增強(qiáng)研究。因?yàn)橛捎谘簩τ跋衩芏鹊挠绊懰?，對于來自動脈階段數(shù)據(jù)采集的影像來說冠狀竇中體素的密度較低，所以必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整分割閾值以便獲得正確的分割成像。在分割之前并且根據(jù)對于動脈或靜脈階段的研究建立影像亮度。如以下參照圖3所討論的那樣，后處理軟件在動脈或靜脈階段的研究的不同的影像對比之間自動進(jìn)行區(qū)分的能力被稱為對比增強(qiáng)分割分析。
現(xiàn)在參照圖2，流程圖描繪示例性過程300，由此將在心臟CT上產(chǎn)生的影像數(shù)據(jù)用于醫(yī)學(xué)介入計(jì)劃，更具體而言用于雙側(cè)心室起搏計(jì)劃。可以將示例性過程300與影像系統(tǒng)100的使用結(jié)合起來運(yùn)用。
過程300在步驟305開始，其中使用對于右心房和/或冠狀竇而言最優(yōu)化的協(xié)議在心臟CT掃描器118上采集數(shù)據(jù)體(volume of data)?？梢允褂玫膮f(xié)議的示例為血管成像協(xié)議，其使用具有門控重建的螺旋掃描采集技術(shù)。在示例性實(shí)施例中，由血管成像協(xié)議所使用的參數(shù)可以包括使用單或多扇面心臟重建的具有0.275螺旋螺距因數(shù)的0.5秒Gantry周期。在多切片CT掃描器上，參數(shù)也可以包括120千伏特、250毫安培和1.25毫米的影像厚度。通過組合許多所掃描數(shù)據(jù)的順序的時間切片來完成數(shù)據(jù)體的產(chǎn)生。
在步驟310，影像數(shù)據(jù)集的管理通過使用后處理軟件來分割數(shù)據(jù)而完成，后處理軟件包括被設(shè)計(jì)用來提取與右心房和/或冠狀竇的內(nèi)表面相關(guān)的數(shù)據(jù)的3D協(xié)議。來自數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)的分割指數(shù)據(jù)集的特定部分的提取，數(shù)據(jù)集的特定部分涉及感興趣的解剖學(xué)標(biāo)記，諸如，例如，右心房、冠狀竇或外部解剖記號(例如，患者體外的記號)。參照圖1所討論的通過操作者接口系統(tǒng)160來自操作者的輸入提供關(guān)于是否應(yīng)當(dāng)根據(jù)右心房或冠狀竇算法來管理數(shù)據(jù)集的必要信息。在示例性實(shí)施例中，后處理軟件功能可以包括血管跟蹤分析和影像亮度閾值選擇。在步驟310的數(shù)據(jù)管理過程可以從操作者要求一個或多個隊(duì)列，在其時間內(nèi)，操作者可以經(jīng)過該過程。這些隊(duì)列一般包括，例如，在CS的初始端和在CS的每個分支的末梢段處沉積(deposite)一些以方便血管跟蹤。3D協(xié)議包括所掃描的主體的默認(rèn)視圖和可以對影像數(shù)據(jù)執(zhí)行的默認(rèn)處理步驟，從而為3D分割、可視化、分析和輸出提供自動過程。自動過程的使用在處理器接口系統(tǒng)160處進(jìn)行管理，其中操作者選擇將遵循的適合的自動過程，例如，是否要分析右心房或冠狀竇。
在步驟315，對用于觀察的影像數(shù)據(jù)執(zhí)行處理并且創(chuàng)建3D模型。
在步驟320，使用多平面體重組(MPVR)、最大密度投影(MIP)、3D表面渲染，或可以包括可進(jìn)入的視圖(即，從內(nèi)部觀察)的體素渲染(VR)，來觀察或可視化右心房和/或冠狀竇。各種3D軟件包可用于心臟體分析和心臟影像質(zhì)量分析。
在步驟325，操作者將一個幾何記號，諸如，例如球面，插入解剖學(xué)標(biāo)記處的體中以用于隨后的可視化和分析。一次可以插入和可視化多個幾何記號和幾何標(biāo)記。幾何標(biāo)記可以以與解剖學(xué)標(biāo)記，例如冠狀竇，的內(nèi)表面不同的顏色方案可視化?；蛘?，可以將幾何記號插入到幾何標(biāo)記處的體中，并以透明的方式將冠狀竇可視化，而以不透明的方式觀察幾何標(biāo)記。而且，不同的幾何記號可以用來標(biāo)識不同的解剖學(xué)標(biāo)記，從而允許以不同程度的透明度來表現(xiàn)多個體。例如，可以以透明的方式表現(xiàn)心臟的模型，并可以以不透明的方式表現(xiàn)CS，從而允許在整個心臟的環(huán)境下觀察CS。諸如先前參照步驟315所描述的那樣的體表現(xiàn)工具可以用來執(zhí)行該步驟。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，操作者將執(zhí)行可視化和標(biāo)記標(biāo)識過程。
在步驟330中，操作者通過選擇與在步驟325插入的解剖學(xué)標(biāo)記相關(guān)的幾何記號選擇將要測量和觀察的可觀察到的參數(shù)，諸如，例如冠狀竇的直徑、冠狀竇的管道長度、冠狀竇的顯著的分支的觀察、冠狀竇曲率(彎曲的程度)的量化和冠狀竇中阻塞、狹窄的程度的量化，由此，后處理軟件然后計(jì)算所選擇的參數(shù)并提供測量和觀察的顯示。對于該分析的適合的3D透視圖包括彎曲重組和內(nèi)腔觀察。
在步驟335，保存在醫(yī)學(xué)介入計(jì)劃過程中所要求的用于視覺參考的特定3D模型或透視圖(3D視圖)。這樣的3D視圖可以包括可觀察到的心臟影像、解剖學(xué)標(biāo)記或所測量的可觀察到的參數(shù)。可以將3D視圖以包括工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像影像的多種方式保存在膠片上或多媒體格式中。這些3D視圖也可以與放射透視系統(tǒng)上的投影影像相混合。放射透視系統(tǒng)可以包括將X射線管放置在對于患者來講精確的方位上，并且將探測器放置在患者的另一側(cè)以便得到實(shí)時的X射線影像。合適的方位基于在后處理分析過程中確定的3D視角，在后處理分析中視角方位信息在3D透視圖或在3D模型自身中指定。放射透視系統(tǒng)是在過程中引導(dǎo)導(dǎo)管的一種方式的示例。
在步驟340，使用選擇的格式輸出右心房和/或冠狀竇的3D模型至影像數(shù)據(jù)庫。可能的格式包括線框幾何模型；固體幾何模型；與每個影像切片相關(guān)聯(lián)的一系列輪廓；二進(jìn)制影像的被分割的體；游程編碼的二進(jìn)制分割掩膜；和諸如在放射療法醫(yī)學(xué)數(shù)字成像工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下使用的放射療法醫(yī)學(xué)數(shù)字成像對象那樣的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像對象。在示例性實(shí)施例中，將二進(jìn)制影像中所有不相關(guān)的數(shù)據(jù)設(shè)置為0，并且二進(jìn)制影像的被分割的體僅包括非0信息。體素的值對應(yīng)于CT衰減，以Hounsfield單位所表示的組織的密度彌補(bǔ)(make up)二進(jìn)制影像被分割的體。在另一個實(shí)施例中，二進(jìn)制分割掩膜指定在原始體自身中所有相關(guān)體素的位置。
在步驟345中，將已經(jīng)輸出的3D模型輸入到操作者接口系統(tǒng)中。
在步驟350中，以在步驟325中的所標(biāo)識的相應(yīng)的標(biāo)記將3D模型184配準(zhǔn)?？梢允褂脛傂?rigid)或非剛性的配準(zhǔn)技術(shù)在操作者接口系統(tǒng)的坐標(biāo)系中將3D模型184配準(zhǔn)。剛性的配準(zhǔn)技術(shù)一般要求在至少三個解剖學(xué)標(biāo)記處的標(biāo)識，而非剛性的配準(zhǔn)技術(shù)可以要求超過三個解剖學(xué)標(biāo)記的標(biāo)識。使用嚴(yán)格配準(zhǔn)，可以在介入過程中將3D模型184轉(zhuǎn)換或旋轉(zhuǎn)，以與由介入系統(tǒng)所成像或標(biāo)識的已定位的標(biāo)記相匹配?？梢允褂酶郊拥臉?biāo)記以便計(jì)算最佳擬合(在均方差的意義上)的轉(zhuǎn)換。也可以使用用于血管跟蹤的中心線，例如在CS的口附近，以方便在介入系統(tǒng)坐標(biāo)系中3D模型的配準(zhǔn)。使用不嚴(yán)格配準(zhǔn)，3D模型184可以被伸展和被彎曲。
在步驟355中，通過操作者接口系統(tǒng)將模型進(jìn)一步可視化并且將所選擇的可觀察到的參數(shù)映射到模型上。以上所描述的示例性實(shí)施例指一個3D模型。然而，這可以擴(kuò)展到由心臟成像系統(tǒng)輸出并被輸入進(jìn)操作者接口系統(tǒng)中的任何數(shù)目的3D模型。
現(xiàn)在參照圖3，其根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，描繪了對于動脈和靜脈階段對比增強(qiáng)研究而言自動建立冠狀竇的血管跟蹤的動態(tài)分割閾值的過程370的流程圖。圖3的算法包括在后處理系統(tǒng)180的后處理軟件中。
過程370在步驟375處開始，其中從影像數(shù)據(jù)庫150接收原始的過程計(jì)劃CT體數(shù)據(jù)(心臟影像數(shù)據(jù)體)。在步驟380，或者由比較性測量、影像首部信息或者由用戶輸入來確定是否在回顧動脈或靜脈階段對比研究。
如果在回顧靜脈階段對比研究，那么過程邏輯前進(jìn)到步驟385，其中首先對數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波以去除心臟房室血液池。在步驟390，對于血管跟蹤點(diǎn)，諸如，例如在CS的源的點(diǎn)或一個或多個末梢點(diǎn)，提示用戶。在步驟395，后處理軟件使用這里所討論的血管跟蹤方法對CS執(zhí)行血管跟蹤過程。在步驟400，使用例如彎曲重組、內(nèi)腔視圖或?qū)Ш揭晥D將所跟蹤的CS可視化。在步驟405，選擇性地恢復(fù)先前在步驟385中去除的右心房以用于進(jìn)一步可視化和分析。在步驟410，對血管和血管段進(jìn)行測量，并按照需要輸出模型數(shù)據(jù)。
如果在步驟380中，正在檢查動脈階段對比研究，過程邏輯前進(jìn)到步驟415，其中例如由用戶輸入來確定是否執(zhí)行高質(zhì)量跟蹤。如果沒有高質(zhì)量跟蹤將要被執(zhí)行，過程邏輯前進(jìn)到步驟420，其中選擇用于CS跟蹤的低密度閾值。在步驟420后，過程邏輯前進(jìn)到步驟385的塊，并且如以上討論的那樣繼續(xù)。
如果在步驟415，確定將執(zhí)行高質(zhì)量跟蹤，那么過程邏輯前進(jìn)到步驟425，其中首先對數(shù)據(jù)體進(jìn)行濾波以去除心臟房室血液池。在步驟430，對于冠狀動脈的血管跟蹤點(diǎn)，諸如，例如在左側(cè)主動脈的源的點(diǎn)或選擇性地在LAD和LCx的一個或多個末梢的點(diǎn)，提示用戶。在步驟435，后處理軟件使用這里所討論的血管跟蹤方法對冠狀動脈執(zhí)行血管跟蹤過程。在步驟440，從體中去除高密度冠狀動脈。在步驟440，處理邏輯前進(jìn)到步驟390的塊，并且如上所討論的那樣繼續(xù)。
如以上所討論并且在圖4的流程圖450中概括示出的，可以將在介入計(jì)劃過程中所獲得的患者的心臟影像數(shù)據(jù)體在對患者的介入過程中檢索、顯示并使用。在介入過程中，將探測器，諸如導(dǎo)管，插入患者的冠狀竇，并且用來控制冠狀竇模型的血管跟蹤。為了完成該實(shí)時血管跟蹤，首先，從影像數(shù)據(jù)庫檢索460來自介入計(jì)劃過程計(jì)劃的心臟影像數(shù)據(jù)體，然后將其分段(例如以顯示冠狀竇)并顯示470。接下來，將導(dǎo)管插入480到患者的冠狀竇，然后標(biāo)識490來自介入過程的標(biāo)記，諸如冠狀竇的初始，從而允許該兩個坐標(biāo)系的配準(zhǔn)500(即，介入過程計(jì)劃和介入過程坐標(biāo)系)。配準(zhǔn)500包括中心線配準(zhǔn)，其中可以將血管，諸如，例如CS，的中心線用作幾何標(biāo)記。在配準(zhǔn)后，可以響應(yīng)于所應(yīng)用的探測器的位置來顯示510過程計(jì)劃影像(例如，冠狀竇的進(jìn)入視圖)，從而允許冠狀竇的實(shí)時血管跟蹤。在實(shí)時血管跟蹤介入過程中，使用可進(jìn)入的視圖、導(dǎo)航視圖、體渲染視圖或這里所討論的任何其他視圖，也可以顯示導(dǎo)管的點(diǎn)的位置和過程計(jì)劃影像，從而方便通過血管(例如，冠狀竇)的實(shí)時導(dǎo)航。將包括當(dāng)前導(dǎo)管位置的3D影像的投影投射到在相同視角的3D放射透視法影像上，并與之相結(jié)合。
圖7描繪在心臟房室的3D空間中的映射消融導(dǎo)管的定位和導(dǎo)航的方法和系統(tǒng)的流程圖600。在步驟610開始，使用對于心臟房室最優(yōu)化的協(xié)議從心臟CT系統(tǒng)采集大量數(shù)據(jù)。在下一步驟620中，利用使用被設(shè)計(jì)用來提取感興趣的區(qū)域和房室的3D協(xié)議的后處理軟件分割影像數(shù)據(jù)集。將獲得的數(shù)據(jù)和影像存儲在存儲介質(zhì)上，以便將這些數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)端位置并在將來使用。在記錄影像的過程中，將多個參考點(diǎn)記錄在所存儲的影像上，以便如上所述這些參考點(diǎn)的坐標(biāo)可以用來配準(zhǔn)所存儲的影像。一般，盡管可以考慮其他數(shù)量，但是該方法包括存儲至少三個參考點(diǎn)。也可以獲得心臟內(nèi)的視圖(從內(nèi)部的視圖)。
在下一步驟630中，將所存儲的心臟房室的3D模型傳遞到放射透視系統(tǒng)或另一個介入系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)工作站。傳遞的方式包括線框(wireframe)模型、Dicom對象或二者。介入系統(tǒng)將所存儲的3D影像的坐標(biāo)系與正在被檢查的患者對準(zhǔn)，以便所傳遞的影像方位與在實(shí)時成像的過程中的相同。
如下一步640所示，然后將介入系統(tǒng)配置成定位和導(dǎo)航映射消融導(dǎo)管。如在該步驟中所表明，也可以通過心臟房室的導(dǎo)航圖看到導(dǎo)管的位置。應(yīng)該注意，盡管將消融導(dǎo)管圖示為被定位和被導(dǎo)航，但是可以考慮任何介入工具，包括例如雙側(cè)心室導(dǎo)聯(lián)。
現(xiàn)在參照圖5和6，分別示出來自RA內(nèi)的CS 240的原始的導(dǎo)航圖和CS和卷曲動脈(the circumflex)的交點(diǎn)附近的CS 240內(nèi)的導(dǎo)航圖。圖5和6只表示在血管跟蹤分析過程中創(chuàng)建的多個影像的兩種情形，并且都是以下面的方式根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例生成的。使用圖1的成像系統(tǒng)100，使用以下討論的采集協(xié)議通過醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)110采集305心臟影像數(shù)據(jù)體。然后對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割310以提取出CS 240，然后對其進(jìn)行處理315以用于3D模型創(chuàng)建和觀察。按照圖3的過程完成CS 240的血管跟蹤，圖3描繪取決于正在被分析的是靜脈階段還是動脈階段對比增強(qiáng)研究的適合的血管跟蹤所必需的步驟。在圖5和6中所描繪的兩幅結(jié)果得到的血管跟蹤影像為操作者和內(nèi)科醫(yī)生提供能夠觀察患者實(shí)際心臟解剖學(xué)的醫(yī)學(xué)工具，以在心臟過程計(jì)劃期間使用。
采集協(xié)議參照圖5和6，在4/8/16/32+檢測器行多切片掃描器上使用心臟螺旋式采集連同回顧式EKG-門控重建。對于75％的心臟階段位置的被分割的重建，將示例性掃描器參數(shù)設(shè)置在120Kv、350mA、0.5秒旋轉(zhuǎn)周期、0.3螺旋螺距因數(shù)、1.25或0.625mm切片厚度。掃描方位主要從心臟的底部朝著頂部以便在采集中盡早地采集到更多的關(guān)鍵數(shù)據(jù)(例如，考慮患者運(yùn)動、呼吸)。在心臟螺旋掃描之前，執(zhí)行定時推注采集以確定最佳準(zhǔn)備延遲(在對比注射的開始和心臟螺旋掃描的開始之間的時間)。跟隨心臟影像的掃描和重建，并且其中在影像中可以觀察到運(yùn)動的人造物，通過全心臟周期規(guī)定多階段重建。當(dāng)患者在掃描過程中經(jīng)歷心律失常時，在大約45％處選擇階段位置。在仍可以觀察到運(yùn)動的人造物的地方可以使用多扇面重建。使用多階段后處理3D觀察器可以方便多扇面重建過程的選擇。選擇最適合的影像組(例如，最佳階段、最佳重建類型)，然后按照用于研究中的解剖學(xué)標(biāo)記(例如，右心房、冠狀竇)的特定3D協(xié)議所定義的那樣執(zhí)行后處理分割。
或者，兩種其他的選擇可用于采集。首先，可以使用前瞻式門控電影采集，或者其次，可以使用具有心臟門控螺旋掃描的不嚴(yán)格的心臟門控重建技術(shù)(例如使用+/-10％的階段位置容限)，以便螺旋螺距比標(biāo)準(zhǔn)心臟采集的螺旋螺距大。兩種可選的方法都考慮到對患者的少輻射劑量，但是由于例如心律失常可能影響影像質(zhì)量。
盡管根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例雙側(cè)心室起搏計(jì)劃，但是在實(shí)際介入過程之前可以計(jì)劃出介入雙側(cè)心室起搏療法，并且在計(jì)劃過程中獲得的影像可以在實(shí)際介入過程中使用。通過在介入之前為介入者提供CS解剖學(xué)的知識，可以識別適合于特定患者的適合的介入過程，從而提高介入過程的功效。
在介入過程中，3D模型也可以用于左心室(LV)導(dǎo)聯(lián)放置。一旦CS的3D模型已經(jīng)在介入系統(tǒng)坐標(biāo)中被配準(zhǔn)，那么在放置過程中該系統(tǒng)可以使用模型的3D和可進(jìn)入(導(dǎo)航器似的)視圖以及LV導(dǎo)聯(lián)過程的實(shí)時位置，來提供LV導(dǎo)聯(lián)到CS的適合的分支的導(dǎo)航。在實(shí)時導(dǎo)航過程，響應(yīng)于在介入過程中正在操縱的探測器或?qū)Ч芏^察血管跟蹤圖像，在圖5和6中所描繪的兩種情況。應(yīng)該理解本發(fā)明不限于CS的分析，但是也適合于其他心臟影像數(shù)據(jù)體。而且，由于可以想象其他解剖學(xué)的非心臟數(shù)據(jù)集，所以本發(fā)明不限于心臟房室。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化并且等同物可以替代其部件。此外，在不偏離本發(fā)明的教學(xué)的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改以使特定的情況和材料適于本發(fā)明的教學(xué)。所以，旨在本發(fā)明不限于如所認(rèn)為的用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式所公開的特殊實(shí)施例，但是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于醫(yī)學(xué)介入過程計(jì)劃的成像系統(tǒng)，包括醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)(110)，用于生成心臟影像數(shù)據(jù)體；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(120)，用于采集心臟影像數(shù)據(jù)體；圖像生成系統(tǒng)(140)，用于從心臟影像數(shù)據(jù)體生成至少一個可觀察的影像；數(shù)據(jù)庫，用于存儲來自所述數(shù)據(jù)采集和影像生成系統(tǒng)(140)的信息；操作者接口系統(tǒng)(160)，管理所述醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)(110)、所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(120)、所述圖像生成系統(tǒng)(140)和所述數(shù)據(jù)庫的至少其中之一；后處理系統(tǒng)(180)，用于分析心臟影像數(shù)據(jù)體，并且顯示至少一個可觀察影像，以及響應(yīng)于所述操作者接口系統(tǒng)(160)；并且其中所述操作者接口系統(tǒng)(160)包括指令，用于將心臟影像數(shù)據(jù)體和至少一個可觀察影像用在雙心室起搏計(jì)劃、心房纖維顫動計(jì)劃、心房撲動計(jì)劃過程和介入工具的定位和導(dǎo)航的至少其中之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像系統(tǒng)(100)，其中，所述醫(yī)學(xué)掃描器系統(tǒng)(110)包括CT系統(tǒng)、MR系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、3D放射透視系統(tǒng)和PET系統(tǒng)的至少其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像系統(tǒng)(100)，其中，所述數(shù)據(jù)庫包括存儲器，用于存儲右心房、左心房、左心室和冠狀竇的至少其中之一的影像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像系統(tǒng)(100)，其中，所述數(shù)據(jù)庫包括存儲器，用于存儲右心房和冠狀竇的至少其中之一的至少一個可觀察的影像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像系統(tǒng)(100)，其中，所述操作者接口系統(tǒng)(160)包括指令，用于分割心臟影像數(shù)據(jù)體以用于觀察右心房、左心房、左心室和冠狀竇的至少其中之一。
6.一種用于在心臟房室內(nèi)的醫(yī)學(xué)介入過程的系統(tǒng)，包括成像系統(tǒng)(100)，用于獲得心臟房室的影像數(shù)據(jù)，并且用于從影像數(shù)據(jù)創(chuàng)建(610)心臟房室的3D模型；和介入系統(tǒng)，用于將3D模型和心臟房室的實(shí)時影像配準(zhǔn)(620)，并且用于顯示(470)3D模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，還包括介入工具，用于醫(yī)學(xué)介入過程，該工具在醫(yī)學(xué)介入系統(tǒng)上被顯示(510)，并且通過配準(zhǔn)的3D模型實(shí)時地被導(dǎo)航(640)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，還包括存儲介質(zhì)，用于存儲3D模型，并且其中介入系統(tǒng)接收所存儲的3D模型以用于配準(zhǔn)3D模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，圖像系統(tǒng)(100)是CT系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，介入工具是映射消融導(dǎo)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，介入系統(tǒng)是放射透視系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于心臟房室內(nèi)的醫(yī)學(xué)介入過程的系統(tǒng)和方法，具有成像系統(tǒng)，用于獲得心臟房室的影像數(shù)據(jù)并根據(jù)該影像數(shù)據(jù)創(chuàng)建3D模型；介入系統(tǒng)，用于將3D模型與心臟房室的實(shí)時影像配準(zhǔn)并顯示該3D模型；和介入工具，放置在心臟房室內(nèi)，在介入系統(tǒng)上被顯示，并且通過所配準(zhǔn)的3D模型實(shí)時地被導(dǎo)航。優(yōu)選地，該方法和系統(tǒng)也包括存儲介質(zhì)，用于存儲3D模型，并且其中介入系統(tǒng)接收所存儲的3D模型以與心臟房室的實(shí)時影像配準(zhǔn)。
文檔編號G06T15/00GK1748646SQ200510091469
公開日2006年3月22日 申請日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者梅利莎·瓦斯, 杰斯珀·S·斯拉 申請人:通用電氣公司, 杰斯珀·S·斯拉