熒光鏡圖像的實時模擬的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明一般涉及醫學成像，并且特別是涉及用于在醫學規程期間實時模擬熒光鏡圖像的方法和系統。
【背景技術】
[0002]實時(RT)成像，諸如熒光鏡圖像，常常用于微創醫學規程中，有時結合各種三維(3D)成像模式。若干技術處理RT圖像與患者器官的3D模型和3D標測圖的對準。例如，美國專利申請公布2010/0022874，其公開內容以引用方式并入本文，描述了包括存儲器、定位器、處理器和顯示器的圖像引導的導航系統。存儲器存儲多個CT圖像和軟件程序。定位器能夠給外科手術區域指示方向，并且定位器指示的方向被定義為第一方向。處理器電連接到存儲器和定位器。通過處理器執行軟件程序，從多個CT圖像中獲得對應于第一方向的至少一個對應圖像。至少一個對應圖像包括至少一個模擬熒光鏡圖像。顯示器能夠示出至少一個對應圖像。
[0003]美國專利8，515，527，其公開內容以引用方式并入本文，描述了用于將心臟解剖區域和跟蹤系統的3D模型與干涉熒光鏡系統的投影圖像對準的方法和裝置。
[0004]美國專利7，327，872，其公開內容以引用方式并入本文，描述了用于將3D模型與解剖區域的投影圖像對準的方法和系統。在患者解剖區域處采用導管的第一模式的第一圖像采集系統被配置成使用熒光鏡透視檢查來產生解剖區域的第一圖像，所述第一圖像包括一組熒光鏡透視檢查投影圖像。第二不同模式的第二圖像采集系統被配置成生成解剖區域的3D模型。解剖參考系統為第一圖像采集系統和第二圖像采集系統所共用。處理電路被配置成處理可執行指令，所述可執行指令用于響應于共用參考系統和與所述第一圖像采集系統以及所述第二圖像采集系統兩者中的導管相關聯的可識別參數，將3D模型與熒光鏡圖像對準。
【發明內容】
[0005]本文所述的本發明的實施例提供了包括以下的方法:將熒光鏡成像系統的第一坐標系和磁性位置跟蹤系統的第二坐標系對準。使用磁性位置跟蹤系統計算患者的器官的三維(3D)標測圖。使用對準的第一坐標系和第二坐標系計算在第二坐標系中熒光鏡成像系統的視場(FOV)。基于3D標測圖和所計算的F0V，創建模擬通過熒光鏡成像系統將生成的熒光鏡圖像的二維(2D)圖像，并且顯示模擬熒光鏡圖像的2D圖像。
[0006]在一些實施例中，該方法包括創建2D圖像而無需通過熒光鏡成像系統施加輻射。在其它實施例中，該方法包括在不同的顯示窗口中顯示2D圖像和3D標測圖。在其它實施例中，該方法包括在用于顯示3D標測圖的顯示窗口的子窗口中顯示2D圖像。
[0007]在一個實施例中，該方法包括辨別在3D標測圖中器官的解剖特征結構，并且基于所計算的FOV在2D圖像中模擬解剖特征結構的投影。在另一個實施例中，該方法包括辨別在3D標測圖中的醫療探頭，并且在2D圖像中顯示醫療探頭。在一個實施例中，計算3D標測圖包括將使用除了磁性位置跟蹤之外的成像模式采集的一個或多個對象導入到3D標測圖中。
[0008]根據本發明的實施例，本文另外提供了包括存儲器和處理器的系統。存儲器被配置成存儲患者的器官的三維(3D)標測圖，所述三維(3D)標測圖是通過磁性位置跟蹤系統產生的。處理器被配置成將熒光鏡成像系統的第一坐標系和磁性位置跟蹤系統的第二坐標系對準、使用磁性位置跟蹤系統計算3D標測圖、使用對準的第一坐標系和第二坐標系計算在第二坐標系中熒光鏡成像系統的視場(FOV)、基于3D標測圖和所計算的FOV創建模擬通過熒光鏡成像系統將生成的熒光鏡圖像的二維(2D)圖像，以及顯示模擬熒光鏡圖像的2D圖像。
[0009]從以下結合附圖的本發明實施例的詳細說明，將更全面地理解本發明，在附圖中:
【附圖說明】
[0010]圖1是根據本發明的實施例的熒光鏡成像系統和磁性位置跟蹤系統的示意性圖解；以及
[0011]圖2是根據本發明的實施例示意性地示出用于創建模擬二維(2D)熒光鏡圖像的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]綜述
[0013]微創醫學規程常常使用成像能力，諸如磁性位置跟蹤標測圖。例如，B1sense-Webster有限公司(加利福尼亞州鉆石吧)提供了 CART0?系統，其用于使用磁場位置跟蹤使在患者心臟中的導管可視化。在一些情況下，存在對與磁性位置跟蹤標測圖平行的相同位置的實時(RT)熒光鏡圖像的需要。然而，熒光鏡成像使患者和醫務人員暴露于X射線輻射的潛在危險性劑量。在實踐中，熒光鏡系統的視場(FOV)常常是狹窄的，并且當試圖將熒光鏡系統定位以將患者體內的期望位置成像時，有相當一部分X射線輻射被施加。
[0014]本文所述的本發明的實施例提供用于共同操作熒光鏡系統和磁性位置跟蹤系統的改善的方法和系統。在一些實施例中，磁性位置跟蹤系統的處理器將熒光鏡系統的坐標系和磁性位置跟蹤系統的坐標系對準，并且計算在磁性位置跟蹤系統的坐標系中熒光鏡系統的F0V。使用該信息，如果熒光鏡成像系統在該點處被激活，那么處理器創建模擬將生成的熒光鏡圖像的二維(2D)圖像。
[0015]2D圖像基于磁性位置跟蹤系統的所計算的3D標測圖，并且完全不起源于熒光鏡成像系統。在本專利申請的上下文中并在權利要求書中，術語“3D標測圖”是指使用磁性位置跟蹤系統和可能地導入的分段對象獲得的3D模型，所述分段對象來自附加的成像模式，諸如計算機化斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)或任何其它合適的成像技術。此類模型可包括各種對象，諸如成像器官的形成輪廓和解剖特征結構、在器官中或器官周圍的醫療探頭或器械，和/或任何其它合適的對象。3D模型的任何此類對象可以用于產生2D圖像和/或可出現在2D圖像中。
[0016]即使2D圖像不通過熒光鏡成像系統產生，2D圖像在視覺上與熒光鏡圖像類似，并且如果它是活性的，那么涵蓋將通過熒光鏡成像系統觀察的相同的F0V。因此，醫師可以具有顯得像熒光鏡成像但不涉及照射患者的實時顯示。
[0017]本發明所公開的技術可協助醫師將熒光鏡系統FOV定位在目標位置中，而無需使患者和醫務人員暴露于X射線輻射，并且以高速和高準確度將熒光鏡系統FOV準確定位在目標上。熒光鏡系統通常僅在其FOV正確定位后激活。
[0018]系統說曰月
[0019]圖1是根據本發明的實施例在微創心臟規程期間的熒光鏡成像系統22和磁性位置跟蹤系統20的示意性圖解。熒光鏡成像系統22經由接口 56連接至磁性位置跟蹤系統20。系統20包括控制臺26和導管24，導管24具有如圖1的插件32中所示的遠側端部34。
[0020]心臟病專家42 (或任何其它用戶)引導在患者心臟28中的導管24，直到遠側端部34到達在該器官中的期望位置，并且然后心臟病專家42使用遠側端部34執行醫學規程。在其它實施例中，本發明所公開的技術可以與在任何其它器官中執行的規程一起使用，并且代替心臟病專家42，任何合適的用戶(諸如相關的醫師或被授權的技術人員)可以操作系統。
[0021]該位置跟蹤的方法是在例如由B1sense Webster有限公司(加利福尼亞州鉆石吧)生產的CART0?系統中實現的，并且詳細地描述于美國專利5，391，199、6，690，963、6，484，118、6，239，724、6，618，612 和 6，332，089、PCT 專利公布 WO 96/05768，以及美國專利申請公布 2002/0065455 AU2003/0120150 Al 和 2004/0068178 Al 中，這些專利的公開內容全文以引用方式并入本文。
[0022]控制臺26包括處理器58、驅動電路60，和到系統22的接口 56、輸入設備46和顯示器40。驅動電路60驅動布置在患者30軀干下方的已知位置處的磁場發生器36。在需要熒光鏡圖像的情況下，心臟病專家42使用輸入設備46和在顯示器40上的合適的圖形用戶界面(GUI)以請求在患者心28中的熒光鏡圖像。
[0023]在一些實施例中，顯示器40包括兩個窗口，如圖1的插件37中所示。3D CARTO標測圖38窗口顯示在遠側端部34的位置處的器官的3D磁性位置跟蹤標測圖。模擬2D熒光鏡圖像39窗口顯示在系統22的位置處的模擬的2D熒光鏡圖像。
[0024]在一個實施例中，模擬的2D熒光鏡圖像是基于3D磁性位置跟蹤標測圖而不是基于系統22的參數創建的，如本文下面詳細所述。
[0025]在圖1的示例中呈現導管24。然而，一旦對準系統20和系統22，導管的存在就不是強制的。對準可以例如使用特殊的對準夾具來執行，并且可以在導管插入到患者體內之前或之后完成。在一個實施例中，如果導管定位在覆蓋的框架區域內，那么其出現在標測圖38和圖像39中。
[0026]在另一個實施例中，心臟病專家42可決定從圖像39中排除導管24或任何其它對象，因為圖像39是模擬圖像。此類決定也可以通過系統自動取得。換句話講，處理器58可過濾在模擬2D圖像中顯示的對象。可以示出或隱藏的對象可包括例如附接件、標測圖、導管和/或導入的分段圖像等等。
[0027]圖1中所示的系統20的構造是純粹為了概念清楚而選擇的示例構造。在另選的實施例中，任何其它合適的構造可以用于實現系統。系統20的某些元件可以使用硬件諸如使用一個或多個專用集成電路(ASIC)或現場可編程門陣列(FPGA)或其它設備類型來實現。除此之外或另選地，系統20的某些元件可以使用軟件或使用硬件元件和軟件元件的組合來實現。
[0028]處理器58通常包括通用計算機，該通用計算機以軟件編程以執行本文描述的功能。軟件可以電子形式經網絡下載到計算機，例如，另選地或除此之外，或者軟件可以被提供和/或存儲在非臨時性有形介質上，諸如磁性存儲器、光學存儲器或電子存儲器。
[0029]模擬2D熒光鏡圖像的創建
[0030]在圖1中呈現的示例中，系統20的處理器58在顯示器40上顯示包括遠側端部34的患者心臟28的3D標測圖，從而心臟病專家42知道相對于在心臟28中相關區域的遠側端部34的精確位置。在微創醫學規程期間，心臟病專家42可需要在鄰近遠側端部34的位置處的熒光鏡圖像。本文所述的實施例當采集3D熒光鏡圖像時滿足對X射線照射最小化的需要。
[0031]按照慣例，在需要熒光鏡圖像的情況下，心臟病專家42通過定位系統22限定期望區域以指出期望位置，并且然后激活系統22以照射X射線以便定位熒光鏡系統從而將心臟28的期望區域成像。通常，系統22的視場(FOV)常常是狹窄的，并且實際上不可覆蓋心臟28的期望區域。在此類情況下，心臟病專家42必須重新定位系統22并重新照射X射線以到達期望位置。該處理使患者和醫務人員暴露于過量的X射線輻射。
[0032]在一些實施例中，呈現