熒光鏡圖像的實(shí)時模擬的制作方法
【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)時模擬熒光鏡圖像的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)時(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)。存儲器存儲多個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器和定位器。通過處理器執(zhí)行軟件程序，從多個CT圖像中獲得對應(yīng)于第一方向的至少一個對應(yīng)圖像。至少一個對應(yīng)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(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。在一個實(shí)施例中，計算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或多個對象導(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器和處理器的系統(tǒng)。存儲器被配置成存儲患者的器官的三維(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(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，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26包括處理器58、驅(qū)動電路60，和到系統(tǒng)22的接口 56、輸入設(shè)備46和顯示器40。驅(qū)動電路60驅(qū)動布置在患者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或多個專用集成電路(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通常包括通用計算機(jī)，該通用計算機(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/或存儲在非臨時性有形介質(zhì)上，諸如磁性存儲器、光學(xué)存儲器或電子存儲器。
[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)