熒光鏡圖像的實(shí)時(shí)模擬的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及醫(yī)學(xué)成像，并且特別是涉及用于在醫(yī)學(xué)規(guī)程期間實(shí)時(shí)模擬熒光鏡圖像的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)時(shí)(RT)成像，諸如熒光鏡圖像，常常用于微創(chuàng)醫(yī)學(xué)規(guī)程中，有時(shí)結(jié)合各種三維(3D)成像模式。若干技術(shù)處理RT圖像與患者器官的3D模型和3D標(biāo)測圖的對準(zhǔn)。例如，美國專利申請公布2010/0022874，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文，描述了包括存儲(chǔ)器、定位器、處理器和顯示器的圖像引導(dǎo)的導(dǎo)航系統(tǒng)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)多個(gè)CT圖像和軟件程序。定位器能夠給外科手術(shù)區(qū)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(chǔ)器和定位器。通過處理器執(zhí)行軟件程序，從多個(gè)CT圖像中獲得對應(yīng)于第一方向的至少一個(gè)對應(yīng)圖像。至少一個(gè)對應(yīng)圖像包括至少一個(gè)模擬熒光鏡圖像。顯示器能夠示出至少一個(gè)對應(yīng)圖像。
[0003]美國專利8，515，527，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文，描述了用于將心臟解剖區(qū)域和跟蹤系統(tǒng)的3D模型與干涉熒光鏡系統(tǒng)的投影圖像對準(zhǔn)的方法和裝置。
[0004]美國專利7，327，872，其公開內(nèi)容以引用方式并入本文，描述了用于將3D模型與解剖區(qū)域的投影圖像對準(zhǔn)的方法和系統(tǒng)。在患者解剖區(qū)域處采用導(dǎo)管的第一模式的第一圖像采集系統(tǒng)被配置成使用熒光鏡透視檢查來產(chǎn)生解剖區(qū)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(tǒng)被配置成生成解剖區(qū)域的3D模型。解剖參考系統(tǒng)為第一圖像采集系統(tǒng)和第二圖像采集系統(tǒng)所共用。處理電路被配置成處理可執(zhí)行指令，所述可執(zhí)行指令用于響應(yīng)于共用參考系統(tǒng)和與所述第一圖像采集系統(tǒng)以及所述第二圖像采集系統(tǒng)兩者中的導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的可識(shí)別參數(shù)，將3D模型與熒光鏡圖像對準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了包括以下的方法:將熒光鏡成像系統(tǒng)的第一坐標(biāo)系和磁性位置跟蹤系統(tǒng)的第二坐標(biāo)系對準(zhǔn)。使用磁性位置跟蹤系統(tǒng)計(jì)算患者的器官的三維(3D)標(biāo)測圖。使用對準(zhǔn)的第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系計(jì)算在第二坐標(biāo)系中熒光鏡成像系統(tǒng)的視場(FOV)?；?D標(biāo)測圖和所計(jì)算的F0V，創(chuàng)建模擬通過熒光鏡成像系統(tǒng)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(shí)施例中，該方法包括創(chuàng)建2D圖像而無需通過熒光鏡成像系統(tǒng)施加輻射。在其它實(shí)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(biāo)測圖。在其它實(shí)施例中，該方法包括在用于顯示3D標(biāo)測圖的顯示窗口的子窗口中顯示2D圖像。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括辨別在3D標(biāo)測圖中器官的解剖特征結(jié)構(gòu)，并且基于所計(jì)算的FOV在2D圖像中模擬解剖特征結(jié)構(gòu)的投影。在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括辨別在3D標(biāo)測圖中的醫(yī)療探頭，并且在2D圖像中顯示醫(yī)療探頭。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算3D標(biāo)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(gè)或多個(gè)對象導(dǎo)入到3D標(biāo)測圖中。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本文另外提供了包括存儲(chǔ)器和處理器的系統(tǒng)。存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)患者的器官的三維(3D)標(biāo)測圖，所述三維(3D)標(biāo)測圖是通過磁性位置跟蹤系統(tǒng)產(chǎn)生的。處理器被配置成將熒光鏡成像系統(tǒng)的第一坐標(biāo)系和磁性位置跟蹤系統(tǒng)的第二坐標(biāo)系對準(zhǔn)、使用磁性位置跟蹤系統(tǒng)計(jì)算3D標(biāo)測圖、使用對準(zhǔn)的第一坐標(biāo)系和第二坐標(biāo)系計(jì)算在第二坐標(biāo)系中熒光鏡成像系統(tǒng)的視場(FOV)、基于3D標(biāo)測圖和所計(jì)算的FOV創(chuàng)建模擬通過熒光鏡成像系統(tǒng)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(jié)合附圖的本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更全面地理解本發(fā)明，在附圖中:
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熒光鏡成像系統(tǒng)和磁性位置跟蹤系統(tǒng)的示意性圖解；以及
[0011]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示意性地示出用于創(chuàng)建模擬二維(2D)熒光鏡圖像的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]綜述
[0013]微創(chuàng)醫(yī)學(xué)規(guī)程常常使用成像能力，諸如磁性位置跟蹤標(biāo)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(tǒng)，其用于使用磁場位置跟蹤使在患者心臟中的導(dǎo)管可視化。在一些情況下，存在對與磁性位置跟蹤標(biāo)測圖平行的相同位置的實(shí)時(shí)(RT)熒光鏡圖像的需要。然而，熒光鏡成像使患者和醫(yī)務(wù)人員暴露于X射線輻射的潛在危險(xiǎn)性劑量。在實(shí)踐中，熒光鏡系統(tǒng)的視場(FOV)常常是狹窄的，并且當(dāng)試圖將熒光鏡系統(tǒng)定位以將患者體內(nèi)的期望位置成像時(shí)，有相當(dāng)一部分X射線輻射被施加。
[0014]本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例提供用于共同操作熒光鏡系統(tǒng)和磁性位置跟蹤系統(tǒng)的改善的方法和系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，磁性位置跟蹤系統(tǒng)的處理器將熒光鏡系統(tǒng)的坐標(biāo)系和磁性位置跟蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系對準(zhǔn)，并且計(jì)算在磁性位置跟蹤系統(tǒng)的坐標(biāo)系中熒光鏡系統(tǒng)的F0V。使用該信息，如果熒光鏡成像系統(tǒng)在該點(diǎn)處被激活，那么處理器創(chuàng)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(tǒng)的所計(jì)算的3D標(biāo)測圖，并且完全不起源于熒光鏡成像系統(tǒng)。在本專利申請的上下文中并在權(quán)利要求書中，術(shù)語“3D標(biāo)測圖”是指使用磁性位置跟蹤系統(tǒng)和可能地導(dǎo)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(jì)算機(jī)化斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)或任何其它合適的成像技術(shù)。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(jié)構(gòu)、在器官中或器官周圍的醫(yī)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(chǎn)生2D圖像和/或可出現(xiàn)在2D圖像中。
[0016]即使2D圖像不通過熒光鏡成像系統(tǒng)產(chǎn)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(tǒng)觀察的相同的F0V。因此，醫(yī)師可以具有顯得像熒光鏡成像但不涉及照射患者的實(shí)時(shí)顯示。
[0017]本發(fā)明所公開的技術(shù)可協(xié)助醫(yī)師將熒光鏡系統(tǒng)FOV定位在目標(biāo)位置中，而無需使患者和醫(yī)務(wù)人員暴露于X射線輻射，并且以高速和高準(zhǔn)確度將熒光鏡系統(tǒng)FOV準(zhǔn)確定位在目標(biāo)上。熒光鏡系統(tǒng)通常僅在其FOV正確定位后激活。
[0018]系統(tǒng)說曰月
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在微創(chuàng)心臟規(guī)程期間的熒光鏡成像系統(tǒng)22和磁性位置跟蹤系統(tǒng)20的示意性圖解。熒光鏡成像系統(tǒng)22經(jīng)由接口 56連接至磁性位置跟蹤系統(tǒng)20。系統(tǒng)20包括控制臺(tái)26和導(dǎo)管24，導(dǎo)管24具有如圖1的插件32中所示的遠(yuǎn)側(cè)端部34。
[0020]心臟病專家42 (或任何其它用戶)引導(dǎo)在患者心臟28中的導(dǎo)管24，直到遠(yuǎn)側(cè)端部34到達(dá)在該器官中的期望位置，并且然后心臟病專家42使用遠(yuǎn)側(cè)端部34執(zhí)行醫(yī)學(xué)規(guī)程。在其它實(shí)施例中，本發(fā)明所公開的技術(shù)可以與在任何其它器官中執(zhí)行的規(guī)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(guān)的醫(yī)師或被授權(quán)的技術(shù)人員)可以操作系統(tǒng)。
[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(chǎn)的CART0?系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，并且詳細(xì)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(nèi)容全文以引用方式并入本文。
[0022]控制臺(tái)26包括處理器58、驅(qū)動(dòng)電路60，和到系統(tǒng)22的接口 56、輸入設(shè)備46和顯示器40。驅(qū)動(dòng)電路60驅(qū)動(dòng)布置在患者30軀干下方的已知位置處的磁場發(fā)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(shè)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(shí)施例中，顯示器40包括兩個(gè)窗口，如圖1的插件37中所示。3D CARTO標(biāo)測圖38窗口顯示在遠(yuǎn)側(cè)端部34的位置處的器官的3D磁性位置跟蹤標(biāo)測圖。模擬2D熒光鏡圖像39窗口顯示在系統(tǒng)22的位置處的模擬的2D熒光鏡圖像。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，模擬的2D熒光鏡圖像是基于3D磁性位置跟蹤標(biāo)測圖而不是基于系統(tǒng)22的參數(shù)創(chuàng)建的，如本文下面詳細(xì)所述。
[0025]在圖1的示例中呈現(xiàn)導(dǎo)管24。然而，一旦對準(zhǔn)系統(tǒng)20和系統(tǒng)22，導(dǎo)管的存在就不是強(qiáng)制的。對準(zhǔn)可以例如使用特殊的對準(zhǔn)夾具來執(zhí)行，并且可以在導(dǎo)管插入到患者體內(nèi)之前或之后完成。在一個(gè)實(shí)施例中，如果導(dǎo)管定位在覆蓋的框架區(qū)域內(nèi)，那么其出現(xiàn)在標(biāo)測圖38和圖像39中。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，心臟病專家42可決定從圖像39中排除導(dǎo)管24或任何其它對象，因?yàn)閳D像39是模擬圖像。此類決定也可以通過系統(tǒng)自動(dòng)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?？梢允境龌螂[藏的對象可包括例如附接件、標(biāo)測圖、導(dǎo)管和/或?qū)氲姆侄螆D像等等。
[0027]圖1中所示的系統(tǒng)20的構(gòu)造是純粹為了概念清楚而選擇的示例構(gòu)造。在另選的實(shí)施例中，任何其它合適的構(gòu)造可以用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)20的某些元件可以使用硬件諸如使用一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它設(shè)備類型來實(shí)現(xiàn)。除此之外或另選地，系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)。
[0028]處理器58通常包括通用計(jì)算機(jī)，該通用計(jì)算機(jī)以軟件編程以執(zhí)行本文描述的功能。軟件可以電子形式經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下載到計(jì)算機(jī)，例如，另選地或除此之外，或者軟件可以被提供和/或存儲(chǔ)在非臨時(shí)性有形介質(zhì)上，諸如磁性存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)器或電子存儲(chǔ)器。
[0029]模擬2D熒光鏡圖像的創(chuàng)建
[0030]在圖1中呈現(xiàn)的示例中，系統(tǒng)20的處理器58在顯示器40上顯示包括遠(yuǎn)側(cè)端部34的患者心臟28的3D標(biāo)測圖，從而心臟病專家42知道相對于在心臟28中相關(guān)區(qū)域的遠(yuǎn)側(cè)端部34的精確位置。在微創(chuàng)醫(yī)學(xué)規(guī)程期間，心臟病專家42可需要在鄰近遠(yuǎn)側(cè)端部34的位置處的熒光鏡圖像。本文所述的實(shí)施例當(dāng)采集3D熒光鏡圖像時(shí)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(tǒng)22限定期望區(qū)域以指出期望位置，并且然后激活系統(tǒng)22以照射X射線以便定位熒光鏡系統(tǒng)從而將心臟28的期望區(qū)域成像。通常，系統(tǒng)22的視場(FOV)常常是狹窄的，并且實(shí)際上不可覆蓋心臟28的期望區(qū)域。在此類情況下，心臟病專家42必須重新定位系統(tǒng)22并重新照射X射線以到達(dá)期望位置。該處理使患者和醫(yī)務(wù)人員暴露于過量的X射線輻射。
[0032]在一些實(shí)施例中，呈現(xiàn)