專利名稱：心臟成像系統和計劃手術的方法
有關申請的交叉參考本申請要求2003年7月1日提交的美國臨時申請No.60/484,012的權益，其內容已作為參考全部包括在本文內。
背景技術：
本發明公開的內容一般涉及心臟手術旁路系統，更具體地說，涉及心臟成像系統以及用于計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的方法。
據美國心臟協會統計，僅在美國，每年要進行超過500,000例冠狀動脈旁路移植(CABG)術。在冠狀動脈疾病中，將血液輸送到心肌中(即冠狀動脈)的動脈被病灶阻塞，這種病灶是由脂肪累積而成的。在CABG手術中，要使血液在阻塞動脈附近繞行，以便改進到達心臟的血流和氧。將健康的血管(例如左內乳動脈)從胸壁上分離，然后用作旁路繞開阻塞的區域。或者，利用腿部的一段靜脈也可作CABG。將血管/靜脈的一端縫到主動脈上(離開心臟的大動脈)，而另一端連接或”移植”到阻塞區域遠端(或越過阻塞區域、或阻塞區域遠側的)的冠狀動脈上。患者可同時作多條旁路。
利用心肺機的心肺旁路通常是在CABG過程中用來停止心臟的活動。雖然在許多情況下選擇CABG作治療(并且它是當今進行的最常見外科手術之一)，但這種手術，以及在CABG手術中所需的心肺旁路技術會引起數種潛在的并發癥。在新英格蘭醫學雜志發表的最新研究中，有53％的患者在作了CABG手術后出院時智力下降。除了住院時間長而且可能需要輸血外，有1-4％的患者會發生切口部位的胸骨傷口感染，其導致的死亡率大約為25％。而且，CABG手術會導致多達8％的患者會發生腎功能不良。
由于上述與CABG關聯的問題，在一些患者中已使用微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)手術作為另一種選擇，其中MIDCAB手術過程不需要依賴心肺機。在MIDCAB手術中，在患者胸部作一個10-12cm的切入口，然后使用數種不同的儀器在手術時穩定心臟。外科醫生隨后將移植血管連接到患病的冠狀動脈上，此時心臟不用人工支持一直在跳動。由于手術的性質，移植(血管連接)必需在外科醫生的直視下進行，且要被旁路的冠狀動脈必需直接位于切口(手術開口)之下。所以，這種手術目前僅在少量患者中，而且只是在已知僅有一條或兩條動脈需要旁路時才使用。
雖然在需要作CABG的患者中估計有超過30％的患者適合于作MIDCAB手術，但由于這個不為人知的因素，目前所述過程僅在10％的患者中進行。所以，顯然需要有改進的系統和方法使這種手術更為有效和更容易進行。
發明概述先有技術的上述和其它缺點和不足可以用為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)手術的方法加以克服或減輕。在示范性實施例中，所述方法包括從醫學成像系統獲得采集數據，并產生冠狀動脈以及一個或多個所關注心腔的3D模型。識別3D模型上一個或多個解剖界標，并將保存的3D模型視圖登錄到介入系統上。利用介入系統來顯像所述一個或多個已登錄的保存視圖。
在另一實施例中，為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的方法包括利用針對冠狀動脈和左心室的協議從醫學成像系統獲得采集數據。利用3D協議將采集數據分段，以便顯像冠狀動脈和左心室。產生患者的冠狀動脈和左心室的3D模型，并且識別3D模型上一個或多個解剖界標。將保存的3D模型視圖登錄到介入系統上，并利用介入系統來顯像一個或多個已登錄的保存視圖。從3D模型上識別與冠狀動脈和左心室關聯的定向和任何異常。
在又一實施例中，為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的方法包括利用針對冠狀動脈和左心室的協議從心臟計算機斷層攝影(CT)成像系統獲得采集數據。利用3D協議將采集數據分段，以便顯像冠狀動脈和左心室，包括冠狀動脈的內部視圖。產生患者的冠狀動脈和左心室的3D模型，并且識別3D模型上一個或多個解剖界標。將保存的3D模型視圖登錄到X線透視系統上，并利用X線透視系統來顯像一個或多個已登錄的保存視圖。從3D模型上識別與冠狀動脈和左心室關聯的定向和任何異常。
在又一實施例中，用于為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的系統包括醫學成像系統，用于產生采集數據；以及圖像產生子系統，用于接收采集數據并產生患者的冠狀動脈和左心室的一個或多個圖像。操作員控制臺配置成能識別一個或多個所述產生的圖像上的一個或多個解剖界標，且工作站包括后處理軟件，用于將保存的3D模型視圖登錄到介入系統上。介入系統配置成顯像一個或多個登錄的保存的視圖、量化關注的心臟點的距離和位置信息并根據關注的心臟點的量化距離和位置信息識別MIDCAB的切口位置和路徑。
附圖簡要說明參閱示范性的附圖，附圖中類似元件的編號相同
圖1是按照本發明實施例的適用于計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的醫學成像系統，例如計算機斷層攝影(CT)系統的示意圖；圖2是按照本發明又一實施例的用于計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的方法流程圖；圖3是胸部和心臟的示范性CT圖像，可以在該圖像上測量用于MIDCAB計劃的距離和角度；以及圖4是心臟CT圖像，示出由于心肌梗塞而壞死的左心室(LV)。
發明的詳細說明本文公開的是心臟成像系統和計劃微創直接冠狀動脈旁路手術(MIDCAB)的方法，使醫生(例如電生理學家，心臟病專家，外科醫生)能在事先計劃手術過程需采取的步驟。有了更詳細的3D和導航(內部)視圖，利用諸如CT、磁共振成像或超聲等成像方式可以獲得冠狀動脈和左心室(LV)的幾何表示。醫生可以識別作為MIDCAB目標的冠狀動脈中阻塞的定向、大小、異常以及程度。利用這種信息，可以采取更精確的MIDCAB步驟，可以在最適當的部位做切口，可以有更多的目標區域，而且同時可以有較小的切口。
雖然以下所示示范性實施例是就計算機斷層攝影(CT)成像系統進行說明的，但應理解，關于計劃MIDCAB，業界已知的其它成像系統(例如，磁共振、超聲、3DX線透視檢查)也可考慮。
現參閱圖1，圖中示出支持心臟成像的示范性計算機斷層攝影(CT)系統100的總圖。還應當理解，心臟CT系統100僅是作為舉例示出，因為業界已知的其它成像系統(例如，磁共振、超聲、3DX線透視檢查)也可用于本發明的實施例中。系統100的掃描器部分102包括EKG監控器104，監控器104將R峰值點通過掃描器接口板108輸出到掃描器106中。掃描器接口板108的適用實例是臺架接口板，可用來將EKG系統連接到掃描器上。由掃描器部分102定義的心臟CT子系統利用EKG門控的采集或圖像重構能力，在心臟舒張期以及多個收縮期和舒張早期作心臟(更具體的說是冠狀動脈和左心室)無運動成像。
數據從掃描器部分102輸出到子系統110，子系統110包括進行數據采集、數據控制和圖像產生的軟件。此外，從掃描器106輸出的數據(包括R峰值時間戳)存儲在采集數據庫112中。采集是按照一個或多個采集協議進行的，這些采集協議已優化，用于在心臟舒張期和多個收縮期及舒張早期將心臟成像，具體地說，將冠狀動脈和左心室成像。圖像產生是通過以下步驟進行的把一個或多個優化3D的協議用于CT圖像數據集的自動圖像分段，以便識別冠狀動脈的定向、大小以及任何變異。3D協議還優化成產生冠狀動脈的導航(內部)視圖，以評估其中病灶的大小和程度。
圖像數據流114被發送到操作員控制臺116。在操作員控制臺116中由軟件用來檢查處方和顯像的數據以及來自圖像數據流114的數據一起被存儲在圖像數據庫118中。向檢查處方和顯像過程的操作員提供顯示屏幕120。可以將圖像數據歸檔、顯示在膠片上或通過網絡122發送到工作站124，供分析和審查，包括3D后處理。工作站124中所示的后處理軟件包括一個或多個優化的3D協議和來自CT圖像數據集自動圖像分段的短軸協議，用于LV解剖、收縮期LV壁的活動(即LV收縮力)、心外膜脂肪位置、活組織位置、血管及其分支以及定向。
后處理軟件的3D協議和短軸協議使軟件能提供LV視圖，包括血管、分支以及LV的慢動作電影(cine)，特別是LV的后外側壁或其它區域。這些特殊的視圖和錄像(電影)剪輯可以存儲為3D再現心室文檔126和LV短軸圖像128，供醫生用于介入計劃和手術。后處理軟件還提供胸壁和心室表面的詳細3D模型130的輸出。3D模型130(可以通過彩色編碼、作輪廓、電影視圖等實現)可以在與工作站124關聯的顯示屏132上觀看，并且可以配置成包括在關注的標記處插入到容積中的幾何標志，使胸壁和LV顯像為半透明狀，具有不透明的幾何標記。
此外，3D模型130可以用數種格式中的任一種格式輸出，包括但不限于絲網幾何模型、一組輪廓、二進制圖像的分段容積以及使用放射療法(RT)DICOM(醫學中的數字成像和通信)標準的DICOM對象和類似對象。業界已知的其它格式也可用于存儲和輸出3D模型130。
現參閱圖2，圖中示出按照本發明又一實施例的用于MIDCAB計劃的方法流程圖200。在框202開始，使用最好對心臟的冠狀動脈和LV區優化的協議在心臟CT系統上初步獲取大量數據。從大量的患者數據中收集一連續序列的連貫圖像，其中用較快的掃描器使掃描時間較短，以及使CT掃描與ECG(心電圖)信號上的QRS(峰)同步，可減少像心臟這種跳動器官中的運動偽影(例如模糊、陰影、條紋)。用短采集時間收集大量數據的能力就可以重構具有更精確解剖界標表示的圖像，使它們更易于理解。
在框204，使用為MIDCAB優化的3D協議和短軸協議，利用后處理軟件將所述圖像數據集分段。可以采用自動或半自動過程，適合即可，有或沒有來自操作員的隊列都可。此項工作可以在短軸重組的心臟圖像上對每個相位和斷層位置進行以獲得移動輪廓，或在多相位、長軸重組的心臟圖像上進行。
然后，如框206所示，使用3D表面和/或容積再現來顯像冠狀動脈和心室，以創建它們的3D模型，這些3D模型提供冠狀動脈和心室的某些量化特性，例如輪廓、位置、定向、大小、冠狀動脈和心室的尺寸，并且還提供心室創傷組織的功能和區域。如框208所示，識別作為MIDCAB的目標的冠狀動脈中病灶的定向、大小和程度。使用這種方式，對血管的大小和輪廓以及病灶的大小和程度進行測量和確定，如框210所示。
例如，圖3示出胸部和心臟以及它們之間空間關系的示范性CT圖像。準確的距離和角度可以用3D測量，用于計劃MIDCAB，此外，這種信息還可用來產生厚度圖表或曲線以及3D幾何顯像，供快速分析之用。這種信息對于識別和隔離穿過胸壁的最佳通路有重要作用。
再參閱圖2，方法200進到框212，即，識別胸壁、冠狀動脈和心室上的解剖界標。在框214，將清晰的幾何標志在關注的標記處插入到容積中，其中標志可以用3D表面和/或容積再現以透明方式顯像以免使圖像模糊。這種視圖的實例示于圖4，圖中示出由于心肌梗塞而壞死的LV。將具體圖像(例如Dicom圖像，錄像剪輯，膠片等)根據需要存儲起來供以后在進行MIDCAB時參考。如圖2的框216所示，存儲的圖像然后被輸出并登錄到介入系統的計算機工作站上。在登錄的圖像被輸入之后，所述圖像可以由醫生在介入系統上觀察，如框218所示。
除了登錄標志外，介入系統的工作站還可配置成登錄具體MIDCAB手術所用的儀器，如框220所示。最后，在框222，進行實際的MIDCAB手術。
應理解，通過使用可用的若干種計算機輔助檢測、定位和顯像等方法中的一種或多種，可以采用自動技術來進行上述任一步驟。這些步驟可以包括例如缺陷的量化分析；局部收縮力輪廓(LV壁活動)；以及用相同強度水平的連續性來識別血管。此外，當手術和關注的器官已確定時，這些方法可以或者是完全自動的或者是部分與用戶的輸入交互。
還應當理解，通過使用上述方法和系統實施例，MIDCAB的計劃得以改進，即，所產生和登錄的成像信息能使介入手術具有適當的定制步驟。選擇了適當的步驟后，手術本身的持續時間可以縮短，而且還消除了任何不必要的手術過程。更具體地說，冠狀動脈和LV的詳細3D幾何和軸向視圖提高了MIDCAB手術的精確性。識別壞死心肌(如果有的話)使醫生在進行手術之前能避開這些區域而預先確定切口的準確位置。
因此，上述計劃過程減少了進行MIDCAB所需的時間。而且，識別適當的位置提高了治療的功效并能降低并發癥的風險。在手術完成之后，數據可以用CD-ROM、軟盤、硬盤驅動器或用于此目的的任何其它介質等形式提交、讀出和處理，和在采集或傳輸階段一樣。所以，計算機和介質也成為用于本發明目的的裝置。
雖然已結合具體實施例對本發明作了說明，但是本專業的技術人員應理解，在不背離本發明范圍的前提下可以進行各種改動，且其元件可用等效物替代。此外，在不背離本發明基本范圍的前提下可以對本發明的內容進行許多修改動來適應特定的情況和材料。所以，本發明不應限于作為實現本發明所考慮的最佳模式而公開的具體實施例，而是本發明應包括屬于所附權利要求書范圍內的全部實施例。
權利要求
1.一種用于為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)的方法(200)，所述方法(200)包括從醫學成像系統獲得采集數據(202)；產生所述患者的冠狀動脈以及一個或多個所關注的心腔的3D模型(130)(206)；在所述3D模型(130)上識別一個或多個解剖界標(208)；將所述3D模型(130)的保存視圖登錄到介入系統上(220)；以及用所述介入系統顯像一個或多個所述登錄的保存視圖(222)。
2.如權利要求1所述的方法(200)，其中還包括從所述3D模型(130)識別所述冠狀動脈和心室的定向、大小和尺寸(208)。
3.如權利要求1所述的方法(200)，其中所述獲得采集數據的步驟是利用針對成像冠狀動脈和心室的協議實現的。
4.如權利要求3所述的方法(200)，其中還包括利用后處理軟件來處理所述采集數據，以便產生所述冠狀動脈和心室的內部視圖。
5.如權利要求4所述的方法(200)，其中所述3D模型(130)和所述內部視圖是通過與所述介入系統關聯的顯示屏幕(120，132)來顯像的。
6.如權利要求1所述的方法(200)，其中還包括在所述介入系統上登錄MIDCAB儀器(220)。
7.如權利要求1所述的方法(200)，其中還包括測量需要MIDCAB的所述冠狀動脈中病灶的大小、程度和數量。
8.如權利要求1所述的方法(200)，其中對所述獲得采集數據的步驟實行EKG門控(202)。
9.一種用于為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)的方法(200)，所述方法(200)包括利用針對冠狀動脈和左心室的協議從醫學成像系統獲得采集數據(202)；利用3D協議將所述采集數據分段，以便顯像所述冠狀動脈和左心室(204)；產生所述患者的冠狀動脈和左心室的3D模型(130)(206)；識別所述3D模型(130)上的一個或多個解剖界標(208)；將保存的所述3D模型(130)的視圖登錄到介入系統上(220)；利用所述介入系統顯像一個或多個所述登錄的保存的視圖；以及從所述3D模型(130)識別與所述冠狀動脈和所述左心室關聯的定向和任何異常。
10.如權利要求9所述的方法(200)，其中還包括利用后處理軟件來處理所述采集數據，以便產生所述冠狀動脈和心室的內部視圖(206)。
11.如權利要求10所述的方法(200)，其中通過與所述介入系統關聯的顯示屏幕(120，132)來顯像所述3D模型(130)和所述內部視圖。
12.如權利要求9所述的方法(200)，其中對所述獲得采集數據實行EKG門控。
13.如權利要求9所述的方法(200)，其中還包括在所述介入系統上登錄MIDCAB儀器。
14.如權利要求9所述的方法(200)，其中還包括測量需要MIDCAB的所述冠狀動脈中病灶的大小、程度和數量。
15.如權利要求9所述的方法(200)，其中所述醫學成像系統是計算機斷層攝影系統(100)、磁共振成像系統和超聲系統中的一種。
16.一種用于為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)的方法(200)，所述方法(200)包括利用針對冠狀動脈和左心室的協議從心臟計算機斷層攝影(CT)系統獲得采集數據(202)；利用3D協議將所述采集數據分段，以便顯像所述冠狀動脈和左心室(204)；產生所述患者的冠狀動脈和左心室的3D模型(130)(206)；識別所述3D模型(130)上的一個或多個解剖界標(208)；將所述3D模型(130)的保存視圖登錄到X線透視系統上(220)；利用所述X線透視系統顯像一個或多個所述登錄的保存視圖；以及從所述3D模型(130)識別與所述冠狀動脈和所述左心室關聯的定向和任何異常。
17.如權利要求16所述的方法(200)，其中還包括利用后處理軟件來處理所述采集數據，以便產生所述冠狀動脈和心室的內部視圖。
18.如權利要求17所述的方法(200)，其中通過與所述X線透視系統關聯的顯示屏幕(120，132)來顯像所述3D模型(130)和所述浸入式視圖。
19.如權利要求16所述的方法(200)，其中對所述獲得采集數據實行EKG門控。
20.如權利要求16所述的方法(200)，其中還包括在所述介入系統上登錄MIDCAB儀器。
21.如權利要求20所述的方法(200)，其中還包括測量需要MIDCAB的所述冠狀動脈中病灶的大小、程度和數量。
22.一種用于為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)的系統，所述系統包括醫學成像系統，用于產生采集數據；圖像產生子系統(110)，用于接收所述采集數據并產生所述患者的冠狀動脈和左心室的一個或多個圖像；操作員控制臺(116)，用于識別所述一個或多個圖像上的一個或多個解剖界標；工作站(124)，它包括后處理軟件，用于將保存的所述3D模型(130)的視圖登錄到介入系統上；以及其中所述介入系統配置成利用該介入系統來顯像一個或多個所述登錄的保存的視圖、量化關注的心臟點的距離和位置信息和根據所述關注的心臟點的所述量化距離和位置信息識別MIDCAB的切口位置和路徑。
23.如權利要求22所述的系統，其中利用針對將冠狀動脈和左心室成像的協議構造所述圖像產生子系統(110)。
24.如權利要求23所述的系統，其中所述后處理軟件還配置成處理所述采集數據，以便產生所述冠狀動脈和心室的內部視圖。
25.如權利要求24所述的系統，其中還包括與所述介入系統關聯的顯示屏幕(120，132)，所述顯示屏幕(120，132)用于顯像所述3D模型(130)和所述內部視圖。
26.如權利要求22所述的系統，其中所述介入系統配置成利用該介入系統來登錄MIDCAB儀器。
27.如權利要求22所述的系統，其中對所述圖像產生子系統(110)實行EKG門控。
全文摘要
為患者計劃微創直接冠狀動脈旁路(MIDCAB)的方法(200)包括從醫學成像系統獲得采集數據，并產生冠狀動脈以及一個或多個所關注的心腔的3D模型(130)。在3D模型(130)上標識一個或多個解剖標記，并將保存的3D模型(130)的視圖登錄到介入系統上。利用介入系統來顯像一個或多個已登錄的保存視圖。
文檔編號A61B17/00GK1842298SQ200480024608
公開日2006年10月4日 申請日期2004年6月30日 優先權日2003年7月1日
發明者D·R·奧克倫德, J·斯拉, L·洛奈, M·瓦斯 申請人:通用電氣公司