專利名稱：用于把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到病人體內(nèi)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療系統(tǒng)，包括要被導(dǎo)入到病人體內(nèi)的醫(yī)療儀器以及用于使得所述醫(yī)療儀器可看見的裝置。本發(fā)明還涉及在所述系統(tǒng)中使用的方法。本發(fā)明例如找到它的應(yīng)用，用于在電生理學(xué)介入手術(shù)期間把導(dǎo)管導(dǎo)入到病人的心臟。
背景技術(shù)：
醫(yī)療儀器必須被導(dǎo)入到病人體內(nèi)的臨床應(yīng)用正變得非常普遍。值得注意地，對(duì)于用于治療心臟疾病的最小侵入方法的越來(lái)越大的興趣迫使開發(fā)允許醫(yī)生把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到心臟內(nèi)部或外部的預(yù)定的位置的方法和設(shè)備。在電生理學(xué)，例如必須把導(dǎo)管導(dǎo)入到心室或動(dòng)脈壁上的特定的位置，以便測(cè)量電脈沖或燒蝕壁組織。
美國(guó)專利6,587,709公開一種用于把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到病人體內(nèi)的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)通過(guò)使用超聲探頭采集實(shí)時(shí)3D圖像數(shù)據(jù)組。采集實(shí)時(shí)3D圖像數(shù)據(jù)組的優(yōu)點(diǎn)是得到深度信息。使用實(shí)時(shí)3D超聲圖像模式的優(yōu)點(diǎn)在于，周圍的解剖組織是可見的，這使得醫(yī)生易于導(dǎo)引醫(yī)療儀器。系統(tǒng)還包括定位裝置，用于定位在3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)的醫(yī)療儀器，它相對(duì)于所述超聲探頭定位在醫(yī)療儀器上安裝的三個(gè)超聲接收機(jī)，這樣的定位允許自動(dòng)選擇要被成像的平面，它包括醫(yī)療儀器的至少一個(gè)部分。所以，不必重新調(diào)節(jié)超聲探頭位置。
這樣的3D超聲數(shù)據(jù)組的第一個(gè)缺點(diǎn)在于，它具有窄的視域，它不覆蓋由導(dǎo)管引入和放置所涉及的病人身體的整個(gè)部分。所以為了在整個(gè)手術(shù)期間導(dǎo)入導(dǎo)管，超聲探頭必須移動(dòng)幾次。在每次位移時(shí)，需要在介入空間的參考范圍中定位超聲探頭的預(yù)操作步驟，因?yàn)閷?dǎo)管的位置是相對(duì)于超聲探頭的位置測(cè)量的。這樣的預(yù)先操作步驟可使得介入手術(shù)延遲和復(fù)雜化。
超聲成像模式的第二個(gè)缺點(diǎn)在于，它具有低分辨率。所以，采集的3D數(shù)據(jù)組不能給出導(dǎo)管和它的周圍物體的可接受的質(zhì)量的圖像。
超聲成像模式的第三個(gè)缺點(diǎn)在于，病人身體有其中胸部骨架阻擋超聲掃描的某些區(qū)域，以及不能輸出可利用的圖像。
發(fā)明概要所以，本發(fā)明的目的是提供用于把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到病人體內(nèi)的醫(yī)療系統(tǒng)，這在整個(gè)手術(shù)期間給出醫(yī)療儀器和它的周圍的解剖組織的改進(jìn)的可視性。
這是通過(guò)包括以下裝置的醫(yī)療系統(tǒng)達(dá)到的-要被導(dǎo)入到病人體內(nèi)的醫(yī)療儀器；-X射線采集裝置，用于采集所述醫(yī)療儀器的二維X射線圖像；-超聲采集裝置，用于使用超聲探頭采集所述醫(yī)療儀器的三維超聲數(shù)據(jù)組；-用于提供所述超聲探頭在所述X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的位置的裝置；-用于選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組中在所述醫(yī)療儀器周圍感興趣的區(qū)域的裝置，它規(guī)定在所述超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置；-用于通過(guò)使用超聲探頭的所述位置把在超聲采集裝置的所述參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置變換成在所述X射線采集裝置的所述參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第二位置；-用于生成和顯示所述醫(yī)療儀器的雙模表示，其中所述二維X射線圖像和被包括在所述感興趣區(qū)域中的三維超聲數(shù)據(jù)通過(guò)使用所述第二位置被組合。
通過(guò)本發(fā)明，提供了其中二維(2D)X射線數(shù)據(jù)和三維(3D)超聲數(shù)據(jù)被組合的雙模表示。二維X射線數(shù)據(jù)提供醫(yī)療儀器和骨結(jié)構(gòu)的良好的可視性和高分辨率。2D X射線數(shù)據(jù)也從大的視場(chǎng)獲益，這允許可看見由電生理學(xué)手術(shù)所關(guān)心的病人身體的整個(gè)區(qū)域。
3D超聲數(shù)據(jù)提供在醫(yī)療儀器周圍的軟組織和有時(shí)血管的良好的可視度。另外，3D超聲數(shù)據(jù)給出深度的指示，這是2D X射線圖像不能提供的，因?yàn)樗鯴射線圖像只按照X射線采集裝置的幾何關(guān)系提供所述醫(yī)療儀器的投影。這樣的幾何關(guān)系規(guī)定投影的線，沿該線積累由病人的暴露的組織對(duì)X射線的吸收。所以，醫(yī)療儀器的周圍部分的可視度通過(guò)2D X射線和3D超聲數(shù)據(jù)的組合被改進(jìn)。
為了提供這樣的組合，系統(tǒng)首先定位超聲探頭和在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的3D超聲數(shù)據(jù)組。X射線采集裝置的這樣的參考范圍假設(shè)是固定的。所以，假設(shè)超聲探頭不運(yùn)動(dòng)，可以導(dǎo)出在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的3D超聲數(shù)據(jù)組的任何點(diǎn)的位置。由于在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)X射線檢測(cè)器上2D X射線圖像的位置通過(guò)X射線采集裝置的幾何關(guān)系給出，在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的3D超聲數(shù)據(jù)組的定位允許利用2DX射線圖像來(lái)映射3D超聲數(shù)據(jù)組，即利用2D X射線圖像的點(diǎn)按照X射線采集裝置的幾何關(guān)系來(lái)映射3D超聲數(shù)據(jù)組的任何點(diǎn)的投影。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)還選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組中在醫(yī)療儀器周圍的感興趣區(qū)域以及提供在超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置。人工地或自動(dòng)地作出的這樣的選擇目標(biāo)是抑制阻擋醫(yī)療儀器的可視度的任何超聲數(shù)據(jù)。
用3D超聲采集裝置的參考范圍的坐標(biāo)表示的第一位置然后通過(guò)使用超聲探頭的定位被變換成X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)醫(yī)療儀器的第二位置。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)最后生成雙模表示，其中被包括在所述感興趣區(qū)域中的3D超聲數(shù)據(jù)通過(guò)使用在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)感興趣區(qū)域的所述第二位置被組合到2DX射線數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，根據(jù)2D X射線圖像生成雙模表示。在這個(gè)2D X射線圖像上，具有在3D超聲數(shù)據(jù)組的選擇的感興趣區(qū)域中的相應(yīng)點(diǎn)的點(diǎn)的所有的X射線強(qiáng)度值與超聲強(qiáng)度值相組合。
所述用于選擇感興趣區(qū)域的裝置預(yù)定規(guī)定其中包括所述醫(yī)療儀器的一部分的參考面。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，感興趣區(qū)域被包括在所述參考面，它例如包括與壁組織接觸并垂直于X射線采集裝置的取向的醫(yī)療儀器的末端。所以，用于生成雙模表示的裝置預(yù)定把2DX射線圖像與通過(guò)采樣在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)參考面坐標(biāo)上的3D超聲數(shù)據(jù)組而得到的2D超聲圖像相組合。本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它是非常簡(jiǎn)單的。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是阻擋醫(yī)療儀器和它的周圍部分的任何超聲數(shù)據(jù)被去除。
在替換例中，選擇裝置包括用于檢測(cè)3D超聲數(shù)據(jù)組的感興趣區(qū)域中醫(yī)療儀器的檢測(cè)裝置。這樣的檢測(cè)例如是通過(guò)使用圖像處理技術(shù)，例如用于增強(qiáng)和定閾值拉長(zhǎng)的形狀的濾波器而自動(dòng)得到的。在雙模表示中，屬于檢測(cè)到醫(yī)療儀器的2DX射線圖像的點(diǎn)的X射線強(qiáng)度有利地保持不變。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是雙模表示從由X射線采集裝置提供的醫(yī)療儀器的高分辨率獲益。
這種檢測(cè)的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它是基于圖像處理技術(shù)以及不需要任何特定的醫(yī)療儀器，如配備有有源定位器的醫(yī)療儀器?？紤]到醫(yī)療儀器對(duì)于每個(gè)新的病人必須改變，按照本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是允許不可忽略的花費(fèi)節(jié)省。
這種檢測(cè)的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它給出醫(yī)療儀器的末端的位置。這個(gè)位置，與雙模表示相組合，可有助于生成心臟壁的電驅(qū)動(dòng)圖。事實(shí)上，在這樣的手術(shù)中，醫(yī)療儀器是其末端配備有用于測(cè)量在心臟壁上的電脈沖的傳感器的導(dǎo)管。當(dāng)導(dǎo)管接觸到心臟壁時(shí)，用戶驅(qū)動(dòng)傳感器。在導(dǎo)管的當(dāng)前的位置處進(jìn)行電脈沖的測(cè)量。由按照本發(fā)明的系統(tǒng)提供的導(dǎo)管的位置提供在電驅(qū)動(dòng)圖上相應(yīng)于所述當(dāng)前的位置和所述電測(cè)量的點(diǎn)的位置。通過(guò)使得雙模表示成為可視的，用戶有可能估計(jì)在當(dāng)前的測(cè)量點(diǎn)與以前的測(cè)量點(diǎn)之間的距離。所以，按照本發(fā)明的系統(tǒng)易于實(shí)行心臟壁的快速、均勻和完全的映射。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，按照本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于分段3D超聲數(shù)據(jù)組中壁組織區(qū)域。所以，在2D X射線圖像中，僅僅屬于所述壁組織區(qū)域的點(diǎn)的X射線強(qiáng)度值與相應(yīng)的超聲強(qiáng)度值相組合。所以，雙模表示超過(guò)在心臟壁內(nèi)的X射線強(qiáng)度值和在心臟壁里面和外面的超聲強(qiáng)度值。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，雙模表示從可得到的最好信息局部獲益。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，感興趣區(qū)域是3D超聲數(shù)據(jù)組的3D子組，它或者位于沿X射線方向在參考面后面或者在參考面周圍形成切片。提供了被包括在所述選擇的感興趣區(qū)域中的3D超聲數(shù)據(jù)的體積呈現(xiàn)圖。通過(guò)組合2DX射線投影的點(diǎn)的強(qiáng)度值與在體積呈現(xiàn)圖上相應(yīng)的點(diǎn)的強(qiáng)度值，構(gòu)建雙模表示。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供周圍組織的立體圖。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集2D X射線圖像和3D超聲數(shù)據(jù)組。所以，可以在每個(gè)2D X射線圖像和3D超聲數(shù)據(jù)組中跟蹤醫(yī)療儀器。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，系統(tǒng)包括用于周期地觸發(fā)探頭定位裝置的控制裝置。事實(shí)上，超聲探頭在X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的位置可以通過(guò)病人的外部運(yùn)動(dòng)，如在臨床手術(shù)期間的呼吸運(yùn)動(dòng)而改變。所以，超聲探頭的位置必須定期更新。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，系統(tǒng)包括用于估計(jì)和補(bǔ)償在時(shí)間t采集的當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組相對(duì)于在時(shí)間t-1采集的以前的3D超聲數(shù)據(jù)組的運(yùn)動(dòng)的裝置。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是超聲探頭的小的位移可被校正而不用觸發(fā)探頭定位裝置，所以，不用中斷醫(yī)療儀器的實(shí)時(shí)可視度。
參照此后描述的實(shí)施例闡述和明白本發(fā)明的這些和其它方面。
附圖簡(jiǎn)述現(xiàn)在參照附圖作為例子更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是按照本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖，圖2是當(dāng)超聲探頭配備有有源定位器時(shí)用于定位超聲探頭在X射線參考范圍內(nèi)的位置的裝置的示意圖，圖3，4a，4b是當(dāng)探頭配備有包括射頻-透明的標(biāo)記的皮帶時(shí)用于定位超聲探頭在X射線參考范圍內(nèi)的位置的裝置的示意圖，圖5是按照本發(fā)明的用于定位醫(yī)療儀器和確定在3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)所述醫(yī)療儀器的面的裝置的示意圖，圖6是用于把超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)感興趣區(qū)域的第一位置變換成X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)感興趣區(qū)域的第二位置的裝置的示意圖，圖7是按照本發(fā)明第一實(shí)施例的用于生成雙模表示的示意圖，圖8是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的用于生成雙模表示的示意圖，圖9是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的用于生成雙模表示的示意圖，圖10是用于補(bǔ)償在當(dāng)前的時(shí)間采集的當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組與在以前的時(shí)間采集的以前的3D超聲數(shù)據(jù)組之間的運(yùn)動(dòng)的裝置的示意圖，圖11是按照本發(fā)明的方法的功能圖。
發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及用于把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到病人體內(nèi)的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)特別適配于把導(dǎo)管導(dǎo)入到心臟，以便診斷和治療心臟疾病，但它更一般地可被使用于把任何其它醫(yī)療儀器--例如針--導(dǎo)入到病人體內(nèi)。
圖1的示意圖顯示被安排在病人臺(tái)2上的病人1，他的象征性表示的心臟3通過(guò)被引入到身體的導(dǎo)管進(jìn)行治療。系統(tǒng)包括用于采集病人身體的2DX射線圖像的裝置5。所述X射線采集裝置包括聚焦的X射線源6和檢測(cè)器7。有利地，這些X射線采集裝置5是C臂系統(tǒng)，正如通常在Cathlab室中的情形。這樣的C臂系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠圍繞病人身體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便產(chǎn)生在已知的取向角度上病人的多個(gè)2DX射線圖像。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于從被放置在病人身體上和用固定裝置--例如皮帶10或立體排列臂--固定的超聲探頭9采集3D超聲數(shù)據(jù)組的裝置8。應(yīng)當(dāng)指出，2DX射線圖像和3D超聲數(shù)據(jù)組被實(shí)時(shí)采集，這使能當(dāng)醫(yī)療儀器被導(dǎo)入到病人體內(nèi)時(shí)實(shí)時(shí)看見醫(yī)療儀器。
X射線采集裝置5與坐標(biāo)(O，x，y，z)的參考范圍--這里被稱為X射線參考范圍--有關(guān)，其中聚焦的X射線源6和檢測(cè)器6的幾何關(guān)系是已知的。應(yīng)當(dāng)指出，X射線參考范圍(O，x，y，z)被限于X射線采集裝置的固定部分而不限于C臂。所以，C臂的取向可以在所述X射線參考范圍中被表示。然而，X射線采集裝置的幾何關(guān)系取決于C臂的特定的位置。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于定位超聲探頭9在X射線參考范圍內(nèi)(O，x，y，z)的位置的裝置11，用于選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組中醫(yī)療儀器周圍的感興趣區(qū)域和用于提供在超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)(O’，x’，y’，z’)的感興趣區(qū)域的第一位置Loc1的裝置12，用于把超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)(O’，x’，y’，z’)的感興趣區(qū)域的第一位置Loc1變換成X射線參考范圍內(nèi)(O，x，y，z)的感興趣區(qū)域的第二位置Loc2的裝置13，以及用于通過(guò)組合來(lái)自2DX射線圖像的數(shù)據(jù)與被包括在感興趣區(qū)域中和由第二位置Loc2定位的3D超聲數(shù)據(jù)，而生成雙模表示BI的裝置。雙模表示BI被顯示在屏幕15上。
參照?qǐng)D2，探頭定位裝置11在第一方法中是基于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的、被安排在超聲探頭9上的有源定位器16。所述有源定位器16，例如RF線圈，預(yù)定把RF信號(hào)發(fā)送到被放置在病人身體下、和例如被合并在表中的RF接收單元17。RF接收單元發(fā)送接收的信號(hào)到測(cè)量裝置18，用于測(cè)量超聲探頭9在已知的參考范圍，例如X射線采集裝置5的參考范圍(O，x，y，z)內(nèi)的位置。應(yīng)當(dāng)指出，有源定位器16必須是二維的，并且被這樣地放置在超聲探頭9，以使得可以計(jì)算超聲探頭的位置與取向的精確的測(cè)量值。應(yīng)當(dāng)指出，也可以使用基于引導(dǎo)的光定位器。這種第一方法的第一優(yōu)點(diǎn)在于它提供超聲探頭的精確的位置。第二優(yōu)點(diǎn)在于它被實(shí)時(shí)地執(zhí)行，所以可以在臨床手術(shù)期間被觸發(fā)。
在圖3所示的探頭定位裝置11的第二方法中，超聲探頭用配備有至少三個(gè)非排成一直線的相互關(guān)聯(lián)的射頻不透明的標(biāo)記M1，M2，和M3的皮帶10被固定在病人身體周圍。例如皮帶10包括有機(jī)玻璃板，其中固定了三個(gè)非排成一直線的相互關(guān)聯(lián)的射頻不透明的標(biāo)記。
三個(gè)標(biāo)記M1，M2，M3屬于同一個(gè)平面，所以，需要以C臂系統(tǒng)5的取向角度θ1采集的至少一個(gè)2DX射線投影2DXR1，以便確定超聲探頭在X射線參考范圍(O，x，y，z)內(nèi)的位置。然而，由于三個(gè)標(biāo)記是相互關(guān)聯(lián)的，和非排成一直線的，這意味著，它們形成堅(jiān)固的四元體，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，探頭的位置完全由X射線投影2DXR1規(guī)定。
參照?qǐng)D4a，我們考慮檢測(cè)器參考范圍(dO，dx，dy)。例如，如在第一2D X射線圖像2DXR1中三個(gè)標(biāo)記M1，M2，和M3的投影P1，P2，P3的坐標(biāo)(dx1，dy1)，(dx2，dy2)，(dx3，dy3)那樣的六個(gè)參數(shù)完全規(guī)定超聲探頭9在X射線參考范圍(O，x，y，z)中的位置。使用射頻不透明的標(biāo)記M1，M2，M3的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們以非常高的對(duì)比度出現(xiàn)在2D X射線投影，這易于實(shí)行它們的定位。這樣的定位可以人工地或自動(dòng)地得到。在人工的情形下，用戶可點(diǎn)擊在每個(gè)2D X射線圖像中的至少兩個(gè)射頻不透明的標(biāo)記。在自動(dòng)的情形下，例如像形態(tài)學(xué)的濾波器那樣的、本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的圖像處理技術(shù)可被使用于檢測(cè)在2D X射線投影中以高的對(duì)比度的斑點(diǎn)出現(xiàn)的、射頻不透明的標(biāo)記。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這樣的定位被實(shí)時(shí)地執(zhí)行，所以，沒有暗示任何近-介入步驟。然而，應(yīng)當(dāng)指出，在臨床手術(shù)期間事先不需要移位超聲探頭，因?yàn)橐坏┽t(yī)療儀器被導(dǎo)入到病人體內(nèi)要被探查的空腔，就預(yù)定使用超聲探頭。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它在X射線和超聲采集裝置的視場(chǎng)中沒有引入金屬物體。
在第二個(gè)方法的替換例中，第二個(gè)2DX射線圖像2DXR2以C臂系統(tǒng)5的第二取向角度θ2被采集，如圖4B所示。這個(gè)第二個(gè)X射線圖像允許確定三個(gè)標(biāo)記M1，M2和M3的一組新的投影P’1，P’2，P’3的坐標(biāo)(dx’1，dy’1)，(dx’2，dy’2)，(dx’3，dy’3)。應(yīng)當(dāng)指出，定位的點(diǎn)P1，P2，P3和P’1，P’2，P’3遵循外表約束條件例如這意味著，鏈接源聚焦點(diǎn)到P1的線L1作為包括P’1的、在第二X射線圖像2DXR2上的投影線L’1出現(xiàn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，P’1不必在整個(gè)圖像內(nèi)被搜索，而只要在投影線L’1上搜索。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它給出把點(diǎn)P1，P2，P3和P’1，P’2，P’3與正確的標(biāo)記M1，M2和M3相聯(lián)系的方法。
牽涉到兩個(gè)2D X射線圖像的、超聲探頭9的這樣的定位不是實(shí)時(shí)地執(zhí)行，所以，必須在臨床手術(shù)的近-介入步驟中被操作。采集兩個(gè)2DX射線圖像的優(yōu)點(diǎn)是定位的精度大大地提高。
一旦超聲探頭9被放置在X射線參考范圍(O，x，y，z)內(nèi)，就知道探頭的取向，所以可以得到3D超聲數(shù)據(jù)組22的位置，也稱為3D超聲圓錐。這是通過(guò)變換裝置13得到的，它從所述超聲探頭位置計(jì)算在X射線參考范圍中所述3D超聲數(shù)據(jù)組的一個(gè)點(diǎn)的位置。也可以按照X射線采集裝置的幾何關(guān)系得到所述點(diǎn)在檢測(cè)器上的投影。
參照?qǐng)D5，按照本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組21內(nèi)醫(yī)療儀器4周圍的感興趣區(qū)域35的裝置12。規(guī)定了包括醫(yī)療儀器的一部分的參考面。有利地，所述參考面被選擇為垂直于X射線采集裝置的取向的方向。通過(guò)剪取處在所述參考面后面的3D超聲數(shù)據(jù)子組或通過(guò)剪取在所述參考面周圍形成的切片而得到感興趣區(qū)域。這樣，在3D超聲數(shù)據(jù)組中會(huì)阻擋醫(yī)療儀器的可視度的結(jié)構(gòu)被去除。在第一個(gè)方法中，用戶互動(dòng)地選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組中的感興趣區(qū)域35。在第二個(gè)方法中，所述參考面的位置例如可以以等于3D數(shù)據(jù)組的深度的三分之一的預(yù)定的參考深度被預(yù)先規(guī)定。這個(gè)預(yù)定的參考面還可以旋轉(zhuǎn)，用于搜索3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)的視角圖，從這個(gè)視角醫(yī)療儀器是更加可見的。得到旋轉(zhuǎn)的參考面33。有利地，所述視角被加到C臂系統(tǒng)，以使得2D X射線圖像最佳化。
有利地，選擇裝置12包括用于檢測(cè)在3D超聲數(shù)據(jù)組21內(nèi)的醫(yī)療儀器4的裝置。應(yīng)當(dāng)指出，醫(yī)療儀器通常以高的對(duì)比度出現(xiàn)在3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)。它例如是電生理學(xué)導(dǎo)管的情形，該導(dǎo)管包括在它的末端處的金屬尖端。所述尖端是小的和薄的分段，它是非常易于生成回聲的以及在3D超聲數(shù)據(jù)組中留下特定的特征。所以，或者尖端末端被看作為點(diǎn)狀的界標(biāo)，或者整個(gè)末端被看作為拉長(zhǎng)的界標(biāo)。
因此，所述檢測(cè)裝置牽涉到本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的圖像處理技術(shù)，用于增強(qiáng)高對(duì)比度的斑點(diǎn)或在相對(duì)較均勻的背景中的拉長(zhǎng)的形狀。
檢測(cè)裝置允許用點(diǎn)EP1和法線取向 自動(dòng)規(guī)定參考面30，其中點(diǎn)EP1例如相應(yīng)于醫(yī)療儀器的檢測(cè)的末端，例如尖端31的末端，以及法線取向 相應(yīng)于X射線源6的已知的取向32。
在替換例中，參考面33由通過(guò)醫(yī)療儀器4的檢測(cè)給出的至少三個(gè)非排成一直線的點(diǎn)EP1，EP2，EP3被規(guī)定。規(guī)定了第二法線 ，它可以有利地用來(lái)重新取向X射線源6，以使得X射線采集相對(duì)于醫(yī)療儀器4的檢測(cè)位置最佳化。
參照?qǐng)D6，可以從X射線采集裝置的幾何關(guān)系的知識(shí)與由變換裝置13提供的、在X射線參考范圍(O，x，y，z)內(nèi)的超聲探頭9的第二位置的知識(shí)，計(jì)算在被包括在參考面30，33中的點(diǎn)與被包括在2D X射線圖像40上的點(diǎn)之間的映射。例如，點(diǎn)EP1按照投影線36被投影在2D X射線圖像40上的點(diǎn)P(EP1)。
按照本發(fā)明的生成和顯示裝置14預(yù)定生成醫(yī)療儀器的雙模表示，其中來(lái)自2D X射線圖像與3D超聲數(shù)據(jù)組的信息被組合。
優(yōu)選地，這樣的組合是X射線驅(qū)動(dòng)的，這意味著，它是根據(jù)2D X射線圖像40被制作的，如圖7所示。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，醫(yī)療儀器的感興趣區(qū)域被包括在參考面30，33。所以，被包含在感興趣區(qū)域中的超聲信息相應(yīng)于2D超聲圖41，它是通過(guò)采樣在參考面30，33上的3D超聲數(shù)據(jù)組而得到的。
雙模表示是這樣形成的圖像，以使得具有2D超聲圖41上相應(yīng)的點(diǎn)的2D X射線投影40的所有的點(diǎn)的強(qiáng)度值被組合。這樣的組合例如由2D X射線圖像40的點(diǎn)的第一強(qiáng)度值I1和2D超聲圖41上相應(yīng)的點(diǎn)的第二強(qiáng)度值I2的標(biāo)量函數(shù)f被規(guī)定。這樣的標(biāo)量函數(shù)f例如通過(guò)按以下方式實(shí)施本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的、α-混合技術(shù)而提供強(qiáng)度值II＝f(I1，I2)＝αI1+(1-α)I2如果α等于1，則雙模表示的強(qiáng)度值I等于第一X射線強(qiáng)度I1。相反，如果α等于零，則雙模表示的強(qiáng)度值I等于第二超聲強(qiáng)度I2，這意味著，2D X射線圖像的點(diǎn)的強(qiáng)度值用2D超聲圖像41的相應(yīng)的點(diǎn)的強(qiáng)度值替代。
超聲采集裝置提供提供聚焦到醫(yī)療儀器上的3D傳輸數(shù)據(jù)組。通過(guò)本發(fā)明，X射線和超聲強(qiáng)度值的組合具有提高醫(yī)療儀器周圍的組織的可視度的優(yōu)點(diǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，由X射線源7給出的醫(yī)療儀器在檢測(cè)器7上的投影具有良好的質(zhì)量，以及從高分辨率和對(duì)比度獲益。當(dāng)3D超聲數(shù)據(jù)組的感興趣區(qū)域內(nèi)醫(yī)療儀器的檢測(cè)已由檢測(cè)裝置做成可得到時(shí)，可以從醫(yī)療儀器在X射線參考范圍(O，x，y，z)內(nèi)的位置得出在2D X射線投影40內(nèi)--也就是在檢測(cè)器參考范圍(dO，dx，dy)內(nèi)--醫(yī)療儀器4的投影的位置。這個(gè)位置例如是相應(yīng)于2D超聲圖41內(nèi)的點(diǎn)42的組的X射線投影的點(diǎn)的組43。
有利地，屬于所檢測(cè)的醫(yī)療儀器的2D X射線投影40的點(diǎn)的強(qiáng)度值被給出為雙模表示的相應(yīng)的點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是保持由X射線采集裝置提供的醫(yī)療儀器的良好的可視度和分辨率。
在圖8所示的、本發(fā)明的第二實(shí)施例中，按照本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于分段壁組織區(qū)域--例如在醫(yī)療儀器4附近的心內(nèi)壁--的裝置。這是通過(guò)諸如強(qiáng)度值定閾值那樣的圖像處理技術(shù)達(dá)到的，因?yàn)橄裥募∧菢拥谋诮M織在超聲圖像中比起血液呈現(xiàn)得更亮。
另一個(gè)可能性是例如通過(guò)使用有源輪廓技術(shù)(也稱為“蛇行(snake)”)來(lái)檢測(cè)邊界。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的、這種技術(shù)首先包含規(guī)定初始輪廓，以及第二，在內(nèi)部和外部力的影響下使得所述初始輪廓演進(jìn)。得到最后的輪廓46。有可能區(qū)分位于輪廓46里面的點(diǎn)與位于輪廓46外面的點(diǎn)，僅僅把2D超聲圖41的相應(yīng)的點(diǎn)的強(qiáng)度值給予外部的點(diǎn)。這個(gè)第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是從在醫(yī)療儀器4的較大的周圍部分中的X射線信息獲益。
在圖9所示的、本發(fā)明的第三實(shí)施例中，按照本發(fā)明的系統(tǒng)還包括用于生成規(guī)定的感興趣區(qū)域35的體積呈現(xiàn)圖像51的裝置。在本例中，感興趣區(qū)域35是切片50。體積呈現(xiàn)圖像51是通過(guò)按照一個(gè)方向--例如，如圓柱體52所示的，X射線采集裝置的取向的方向--積分3D超聲數(shù)據(jù)而得到的。所述體積呈現(xiàn)圖像51代替2D超聲圖41而被使用，并與2D X射線圖像40相組合，用于以前面描述的相同的方式生成雙模表示53。這個(gè)第三方法的優(yōu)點(diǎn)是提供醫(yī)療儀器4附近的透視圖，例如它們是心臟。
應(yīng)當(dāng)指出，生成裝置14可以根據(jù)3D超聲數(shù)據(jù)組反向生成雙模表示和用超聲信息替代X射線信息。然而，它是不太有利的，因?yàn)樵谶@種情形下，雙模表示具有被減小為3D超聲采集裝置之一的圖像場(chǎng)。
系統(tǒng)預(yù)定提供實(shí)時(shí)2D X射線圖像和實(shí)時(shí)3D超聲數(shù)據(jù)組。雖然探頭的定位已在近-介入步驟中被執(zhí)行，但當(dāng)發(fā)生病人運(yùn)動(dòng)時(shí)，特別是如果必須補(bǔ)償呼吸運(yùn)動(dòng)，可能必須更新這樣的位置。事實(shí)上，病人運(yùn)動(dòng)可造成X射線參考范圍內(nèi)超聲探頭的位置的改變，所以，在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，系統(tǒng)包括控制裝置，用于周期地觸發(fā)用于定位X射線330T內(nèi)超聲探頭的裝置。這樣的觸發(fā)可以當(dāng)用戶判斷這是必要時(shí)人工地執(zhí)行，或按常規(guī)的時(shí)間間隔自動(dòng)地執(zhí)行，對(duì)于采集的每個(gè)新的2D X射線圖像或3D超聲數(shù)據(jù)組，重新觸發(fā)這個(gè)探頭定位。應(yīng)當(dāng)指出，在這種情形下，探頭定位必須實(shí)時(shí)執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)映射2D X射線數(shù)據(jù)與3D超聲數(shù)據(jù)時(shí)，它避免任何的誤差積累。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，系統(tǒng)包括用于補(bǔ)償在兩個(gè)接連的探頭位置之間的時(shí)間間隔內(nèi)超聲探頭相對(duì)于病人心臟的任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。這些運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置預(yù)定補(bǔ)償在當(dāng)前的時(shí)間t0+t采集的當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0+t)與在以前的時(shí)間t0采集的以前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0)之間的運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)超聲數(shù)據(jù)組相應(yīng)于心跳周期的同一個(gè)階段。首先，估計(jì)鏈接當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0+t)的點(diǎn)與以前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0)的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)向量以及按照計(jì)算的運(yùn)動(dòng)向量移位當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0+t)的點(diǎn)。所以，得到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?D超聲數(shù)據(jù)組MC(3DUS(t0+t))，它預(yù)期為更接近于以前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0)。在第一個(gè)方法中，有利地使用在視頻壓縮領(lǐng)域中技術(shù)人員熟知的塊-匹配技術(shù)。參照?qǐng)D10，圖上為了簡(jiǎn)單起見顯示在2D情形下塊匹配的原理，當(dāng)前的和以前的3D超聲數(shù)據(jù)組3DUS(t0+t)和3DUS(t0)被劃分成塊，例如，具有8×8×8點(diǎn)，以及對(duì)于當(dāng)前的3D超聲數(shù)據(jù)組的每個(gè)塊Bn1，執(zhí)行以前的3D超聲數(shù)據(jù)組的塊Bn0的搜索，這導(dǎo)致最大相關(guān)值。得到運(yùn)動(dòng)向量MV→=Bn1Bn0→.]]>所以，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置預(yù)定在當(dāng)前的超聲圖像上補(bǔ)償在時(shí)間t0與時(shí)間t0+t之間發(fā)生的小的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)在兩個(gè)3D超聲數(shù)據(jù)組之間存在小的差別時(shí)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是有效的。本發(fā)明的第五實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是提供用于補(bǔ)償由于探頭相對(duì)于要探查的空腔，例如心臟，的小的運(yùn)動(dòng)造成的定位誤差的解決方案，這是與實(shí)時(shí)觀看兼容的。這個(gè)解決方案在不能實(shí)時(shí)執(zhí)行探頭定位時(shí)，例如在牽涉到由C臂提供的幾個(gè)角度視圖時(shí)，是特別有利的。在這種情形下，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償裝置可以有利地在兩個(gè)接連的探頭定位的同時(shí)被使用。
應(yīng)當(dāng)指出，按照本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)于電生理學(xué)手術(shù)是特別有利的，它包含生成用于診斷心臟疾病的心臟壁的電的驅(qū)動(dòng)圖或燒蝕被認(rèn)為是異常的壁組織的區(qū)域。事實(shí)上，通過(guò)提供實(shí)時(shí)觀看手術(shù)區(qū)域的大的視場(chǎng)，其中醫(yī)療儀器、骨結(jié)構(gòu)和周圍的壁組織是同時(shí)可看見的，按照本發(fā)明的系統(tǒng)易于生成電的驅(qū)動(dòng)圖。
本發(fā)明還涉及把醫(yī)療儀器4導(dǎo)入到病人體內(nèi)的方法。參照?qǐng)D11，這樣的方法包括以下步驟-通過(guò)使用X射線采集系統(tǒng)采集60所述醫(yī)療儀器的二維X射線圖像，-通過(guò)使用所述探頭采集61a所述醫(yī)療儀器的三維超聲數(shù)據(jù)組，-定位62在所述X射線采集系統(tǒng)的參考范圍內(nèi)所述超聲探頭，-選擇63在所述3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)所述醫(yī)療儀器的感興趣區(qū)域和提供超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置，-把3D超聲數(shù)據(jù)組的所述參考范圍內(nèi)的所述第一位置變換64成X射線采集系統(tǒng)的所述參考范圍內(nèi)的第二X射線位置，-生成65和顯示所述醫(yī)療儀器的雙模表示，其中被包括在所述感興趣區(qū)域中的2D X射線圖像和3D超聲數(shù)據(jù)通過(guò)使用第二位置被組合。
此前的附圖和它們的說(shuō)明是顯示而不是限制本發(fā)明。將會(huì)看到，有許多屬于所附權(quán)利要求的范圍的替換例。在這方面，作出以下結(jié)束的附注有許多藉助于硬件或軟件或二者實(shí)施功能的方法。因此，雖然附圖顯示不同的功能作為不同的塊，但這決不排除單個(gè)硬件或軟件項(xiàng)目實(shí)行幾個(gè)功能，也不排除單個(gè)功能由硬件或軟件或二者的組件來(lái)實(shí)行。
權(quán)利要求中的任何標(biāo)號(hào)不應(yīng)當(dāng)看作為限制權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括”和它的配對(duì)物的使用不排除除權(quán)利要求中闡述的以外的單元或步驟的存在。單元或步驟前面的冠詞“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的單元或步驟的存在。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括-要被導(dǎo)入到病人體內(nèi)的醫(yī)療儀器，-X射線采集裝置，用于采集所述醫(yī)療儀器的二維X射線圖像，-超聲采集裝置，用于使用超聲探頭采集所述醫(yī)療儀器的三維超聲數(shù)據(jù)組，-用于提供所述超聲探頭在所述X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)的位置的裝置，-用于選擇在3D超聲數(shù)據(jù)組中在所述醫(yī)療儀器周圍感興趣的區(qū)域的裝置，其規(guī)定在所述超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置，-用于通過(guò)使用超聲探頭的所述位置把在超聲采集裝置的所述參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置變換成在所述X射線采集裝置的所述參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第二位置的裝置，-用于生成和顯示所述醫(yī)療儀器的雙模表示的裝置，其中所述二維X射線圖像和被包括在所述感興趣區(qū)域中的三維超聲數(shù)據(jù)通過(guò)使用所述第二位置被組合。
2.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中所述用于選擇感興趣區(qū)域的裝置預(yù)定規(guī)定其中包括所述醫(yī)療儀器的一部分的參考面。
3.如在權(quán)利要求2中要求的系統(tǒng)，其中所述感興趣區(qū)域是通過(guò)采樣在所述參考面上的所述3D超聲數(shù)據(jù)組而得到的2D超聲圖像。
4.如在權(quán)利要求2中要求的系統(tǒng)，其中所述感興趣區(qū)域是通過(guò)剪取處在所述參考面后面的3D超聲數(shù)據(jù)子組或通過(guò)剪取在所述參考面周圍形成的切片而得到的。
5.如在權(quán)利要求4中要求的系統(tǒng)，其中所述生成裝置預(yù)定生成在所述3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)的所述感興趣區(qū)域的體積呈現(xiàn)視圖。
6.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中所述探頭定位裝置預(yù)定定位被安排在所述超聲探頭上的有源定位器。
7.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中所述超聲探頭配備有至少三個(gè)非排成一直線的相互關(guān)聯(lián)的對(duì)射頻不透明的標(biāo)記以及所述定位裝置預(yù)定定位在所述參考范圍內(nèi)具有第一取向角度的至少第一2D X射線圖像上的所述標(biāo)記。
8.如在權(quán)利要求7中要求的系統(tǒng)，其中所述定位裝置預(yù)定定位在所述參考范圍內(nèi)具有第二取向角度的第二2D X射線圖像上的所述標(biāo)記。
9.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中所述選擇裝置包括檢測(cè)3D超聲數(shù)據(jù)組的所述感興趣區(qū)域內(nèi)的所述醫(yī)療儀器的裝置，以及所述生成裝置預(yù)定給予在所述雙模表示中檢測(cè)的醫(yī)療儀器的點(diǎn)以在2D X射線圖像上的相應(yīng)的點(diǎn)的X射線強(qiáng)度值。
10.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，包括用于分段在3D超聲數(shù)據(jù)組中壁組織區(qū)域的裝置，以及所述生成裝置預(yù)定給予屬于所述壁組織區(qū)域的點(diǎn)以相應(yīng)于所述感興趣區(qū)域的點(diǎn)的超聲強(qiáng)度值。
11.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中X射線采集裝置預(yù)定提供實(shí)時(shí)二維X射線圖像，以及超聲采集裝置提供實(shí)時(shí)三維超聲數(shù)據(jù)組。
12.如在權(quán)利要求11中要求的系統(tǒng)，包括用于周期地觸發(fā)探頭定位裝置的控制裝置。
13.如在權(quán)利要求11中要求的系統(tǒng)，包括用于補(bǔ)償在當(dāng)前的時(shí)間采集的當(dāng)前的三維超聲數(shù)據(jù)組與在以前的時(shí)間采集的以前的三維超聲數(shù)據(jù)組之間的運(yùn)動(dòng)的裝置。
14.一種把醫(yī)療儀器導(dǎo)入到病人體內(nèi)的方法，包括以下步驟-通過(guò)使用X射線采集系統(tǒng)采集所述醫(yī)療儀器的二維X射線圖像，-通過(guò)使用所述超聲探頭和超聲采集系統(tǒng)采集所述醫(yī)療儀器的三維超聲數(shù)據(jù)組，-定位在所述X射線采集系統(tǒng)的參考范圍內(nèi)所述超聲探頭，-選擇在所述3D超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)所述醫(yī)療儀器的感興趣區(qū)域，它規(guī)定所述超聲采集系統(tǒng)的參考范圍內(nèi)所述感興趣區(qū)域的第一位置，-把所述超聲采集系統(tǒng)的所述參考范圍內(nèi)的所述第一位置變換成X射線采集系統(tǒng)的所述參考范圍內(nèi)的第二X射線位置，-生成和顯示所述醫(yī)療儀器的雙模表示，其中被包括在所述感興趣區(qū)域中的二維X射線圖像和三維超聲數(shù)據(jù)通過(guò)使用所述第二位置被組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療系統(tǒng)，包括要被導(dǎo)入到病人體內(nèi)的醫(yī)療儀器；用于采集所述醫(yī)療儀器的二維X射線圖像的裝置；用于通過(guò)使用超聲探頭采集所述醫(yī)療儀器的三維超聲數(shù)據(jù)組的裝置；用于在所述X射線采集裝置的參考范圍內(nèi)定位所述超聲探頭的裝置；用于選擇在三維超聲數(shù)據(jù)組內(nèi)在所述醫(yī)療儀器周圍的感興趣的區(qū)域的裝置，它規(guī)定在超聲采集裝置的參考范圍內(nèi)所述感興趣的區(qū)域的第一位置；用于把第一位置變換成在X射線采集裝置的所述參考范圍內(nèi)的第二位置；以及用于通過(guò)組合所述二維X射線圖像和被包括在所述感興趣區(qū)域中的三維超聲數(shù)據(jù)而生成所述醫(yī)療儀器檢測(cè)的雙模表示的裝置。
文檔編號(hào)A61B6/12GK1897878SQ200480038283
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
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