二維超聲扇的顯示的製作方法
2023-05-24 03:51:26
專利名稱：二維超聲扇的顯示的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及醫學成像系統，尤其涉及根據多個超聲圖像構造三維器官模型的方法和系統。
背景技術：
對心內膜(即，心臟的內表面)進行三維(3-D)構圖(mapping)的方法在現有技術中是已知的。例如，美國專利5,738,096描述了構造心臟圖的方法，其內容在此引用作為參考。使介入探頭與心臟壁上的多個位置接觸。為每個位置確定介入探頭的方位，且組合這些方位以形成心臟的至少部分的構造圖。
在一些系統中，例如上述美國專利5,738,096描述的系統中，導管也採集另外的生理特性以及心臟表面上的局部電活性。相對應的圖結合了所採集的局部信息。
一些系統使用結合了方位感測的混合導管。例如，美國專利6,690,963描述了用於確定介入醫療器械的位置和方向的定位系統，其內容在此引用作為參考。
具有聲換能器的導管可用於心內膜的非接觸成像。例如，美國專利6,716,166和6,773,402描述了對體腔(尤其是心臟)進行3-D構圖和幾何重建的系統，其內容在此引用作為參考。該系統使用包括多個聲換能器的心臟導管。換能器發射超聲波，超聲波從腔表面反射並再次被換能器接收。確定從每個換能器到與該換能器相對的表面上的點或區域的距離，將這些距離測量相結合以重建該表面的3-D形狀。該導管也包括方位傳感器，這些傳感器用於確定該導管在心臟內的位置和方向坐標。
美國專利5,846,205描述了包括導管的相控陣列超聲換能器組件，其內容在此引用作為參考。圍繞換能器陣列在導管上安裝端部，該端部定義一超聲窗口，該窗口對於穿過其的超聲能量基本不聚焦。因為該超聲窗口是不聚焦的，發明人要求這樣的權利可以在該窗口的徑向外表面上使用相對小的曲率半徑。
美國專利6,066,096描述了用於體積腔內超聲成像的成像探頭，其內容在此引用作為參考。構造成放置在患者體內的探頭包括具有近端和遠端的細長體。超聲換能器相控陣列連接到該細長體的遠端並定位在其上。超聲換能器陣列定位成發射和接收超聲能量，以用於從該細長體的遠端進行體積向前掃描。該超聲換能器陣列包括被超聲換能器元件佔據的多個位置。這些位置中的至少一個缺少至少一個超聲換能器元件，由此定義間隙位置。在間隙位置放置工具。該工具尤其可以是光纖引線、抽吸工具、引導線、電生理電極或消融電極。
美國專利6,059,731描述了側-端同時觀察的超聲成像導管系統，其內容在此引用作為參考。該系統包括至少一個側面陣列和至少一個端部陣列。每個陣列具有至少一行超聲換能器元件。這些元件可用作單個超聲換能器並且是相控的，以產生不同的視圖。
美國專利5,904,651描述了一種承載用於顯像組織的成像元件的導管管狀物，其內容在此引用作為參考。該導管管狀物還承載支撐結構，其延伸越過成像元件，用於接觸遠離成像元件的周圍組織。該支撐元件使成像元件穩定，同時該成像元件顯像內部體區域中的組織。該支撐結構也承載診斷或治療部件以接觸周圍組織。
美國專利5,876,345描述了用於二維(2-D)成像或3-D重建的超聲導管，其內容在此引用作為參考。該超聲導管包括具有良好遠、近場解析度的至少兩個超聲陣列。該導管提供心室的輪廓以輔助解釋由該導管獲得的圖像。
美國專利6,228,032描述了用於超聲換能器元件的導管安裝的、相控線性陣列的操縱機制和操縱線，其內容在此引用作為參考。
其內容在此引入作為此參考的美國專利6,226,546描述了一種用於產生人體部分的3-D圖的導管位置系統，由其可以確定導管的位置。在導管頭周圍的多個預定位置放置多個超聲換能器。通過用作源的超聲換能器產生聲學信號。信號處理單元響應於由用作聲接收器的超聲換能器接收到的信號產生3-D圖。
美國專利6,171,248描述了用於2-D成像或3-D重建的超聲探頭，其內容在此引用作為參考。該專利描述了包括至少兩個超聲陣列的超聲探頭。該探頭允許構造和檢查3-D圖像。
在現有技術中已知使用心內超聲成像對心內膜表面進行非接觸重建的幾種方法。例如，PCT專利公開WO 00/19908描述了用於心內超聲成像的可操縱換能器陣列，其內容在此引用作為參考。該陣列形成超聲束，其通過活動孔徑在期望方向上被操縱。
美國專利6,004,269描述了基於結合到導管中的超聲裝置的聲學成像系統，其內容在此引用作為參考。該超聲裝置將超聲信號引導向心臟內的內部結構，以產生超聲圖像。其內容在此引用作為參考的PCT專利公開WO 99/05971和WO 00/07501描述了在參考導管上使用超聲換能器，以在與心內膜接觸的其它導管(構圖或消融導管)上定位超聲換能器。
在美國專利5,848,969中描述了另一些心內超聲成像的例子，其公開在此引用作為參考。該公開描述了使用可擴張的成像結構顯像內部組織區域的系統和方法。
PCT專利申請WO 99/55233描述了描繪患者心臟的3-D表面的方法，其公開在此引入作為參考。使用訓練數據開發3-D網狀模型，以用作一組患者心臟的原型形狀。在不同圖像平面獲得患者心臟的多個超聲圖像。在每幅圖像中手動標識解剖學位置。根據預定解剖學位置將該網狀模型與這些圖像嚴格對準。
在歐洲專利申請EP 0961135中描述了使用超聲圖像的輪廓提取和3-D模擬的其它方法，其內容在此引用作為參考。作為另一個實例，PCT專利公開WO 98/46139描述了使用調製非線性構圖功能將都卜勒和B模式超聲圖像信號結合在單個圖像中的方法，其內容也在此引用作為參考。
美國專利5,797,849描述了使用3-D跟蹤和成像系統執行醫療過程的方法，其內容在此引用作為參考。將手術器械插入患者體內。當其移動通過身體結構時，跟蹤該手術器械的位置。顯示手術器械相對於其緊密相鄰的周圍環境的位置，以提高醫生精確定位手術器械的能力。
美國專利5,391,199描述了消融患者的器官或身體結構的部分的方法，其內容在此引用作為參考。該方法包括待構圖的器官或結構的透視圖像，以及使一個或多個導管前進到與該器官或結構相鄰的位置或該器官或結構內的位置。使用非離子化的場感測每個導管遠端的位置。在一個或多個導管的遠端，感測該器官或結構的局部信息，並且處理感測到的信息以產生一個或多個數據點。在該器官或結構的透視圖像上疊加這些數據點，以使該器官或結構的部分的消融變得容易。
一些醫學成像系統應用基於所採集的成像信息重建3-D模型的方法。例如，美國專利5,568,384描述了將3-D多模態圖像集合成為單個合成圖像的方法，其內容在此引用作為參考。從兩個或多個不同圖像中提取表面，並使用半自動分割技術匹配這些表面。
美國專利6,226,542描述了對體內器官進行3-D重建的方法，其內容在此引用作為參考。處理器根據其位置坐標已經確定的體積上的多個採樣點，重建患者體內的體積或腔的3-D圖。表面的重建基於有限數量的採樣點。
美國專利4,751,643和4,791,567描述了用於確定體內連接的結構的方法，其內容在此引用作為參考。表現出相同組織類型的3-D區域被類似地標記。使用標記信息，確定所有類似標記的連接的數據點。
一些系統使用基於通過成像採集到的信息分析和模擬身體組織和器官的圖像處理方法。Mclnerney和Terzopoulos在″DeformableModels in Medical Image AnalysisA Survey″(Medical Image Analysis，(1∶2)，1996年6月，第91-108頁)中描述了這樣一種技術，其內容在此引用作為參考。作者們描述了一種計算機輔助醫學圖像分析技術通過採用從圖像數據得到的(自底向上)約束條件和關於解剖結構的位置、尺寸和形狀的(自頂向下)現有知識，來分段、匹配和跟蹤解剖結構。
在Neubauer和Wegenkittl的″Analysis of Four-DimensionalCardiac Data Sets Using Skeleton-Based Segmentation″(the 11thInternational Conference in Central Europe on Computer Graphics，Visualization and Computer Vision，University of West Bohemia，Plzen，Czech Republic，February 2003)中描述了另一種分析技術，其內容在此引用作為參考。作者描述了一種計算機輔助方法，用於根據在心動周期的多個時間點拍攝的心臟CT(計算機斷層攝影)圖像序列對心臟的部分進行分段。
發明內容
在很多基於導管的診斷和治療應用中，心臟的三維圖像都是有用的。實時成像改善了醫生的表現，並且甚至使相對缺乏經驗的醫生也能夠更容易地執行複雜的外科過程。3-D成像也有助於減少一些外科過程所需要的時間。此外，3-D超聲圖像可用於計劃複雜的過程和導管操縱。
本發明的實施例提供了進行3-D心臟成像的改進的方法和系統。使用包括超聲換能器陣列和方位傳感器的探頭來對患者體內的目標器官或結構進行成像。在一個實施例中，該探頭包括插入患者心臟內的導管。該探頭採集目標器官的多個2-D超聲圖像並將它們發送到圖像處理器。對於每幅圖像，使用方位傳感器測量探頭的位置和方向坐標。
該系統的用戶-通常是醫生-檢查交互式顯示器上的圖像。用戶採用該顯示器在一個或多個圖像上手動標記(也稱為「加標記」)標識器官的特徵的感興趣輪廓。此外或作為替代，使用輪廓檢測軟體自動對所述輪廓加標記。圖像處理器在剩餘未標記的圖像中的至少一些中自動識別和重建相應的輪廓。然後，該圖像處理器基於多個超聲圖像和獲取每個圖像的對應探頭坐標構造3-D結構模型，使用所述輪廓來分割該模型中的3-D結構。
在一些實施例中，所述輪廓包括離散的點。使用方位傳感器信息和2-D超聲圖像屬性計算每個點的3-D坐標。所計算出的方位用於構造3-D模型。被醫生標記的輪廓可投影並顯示在該3-D模型上。
所公開的方法因此提供了交互式工具，用於進行內部身體器官的3-D圖像的用戶輔助重建。這些方法也提供了定義解剖學表面的方便、準確的方法，電活性圖(尤其在心臟成像應用中)或另一種圖或圖像將投影在所述解剖學表面上。
因此，根據本發明的實施例，提供了用於模擬解剖結構的方法，包括使用超聲傳感器在該超聲傳感器的相應多個空間位置採集解剖結構的多個超聲圖像；測量該多個空間位置中每一個處該超聲傳感器的位置和方向坐標；在所述超聲圖像的一個或多個中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；以及基於該感興趣輪廓和測得的位置和方向坐標，構造該解剖結構的三維(3-D)模型。
在所公開的實施例中，構造該3-D模型包括基於被標記的感興趣輪廓、在至少一些未被標記的超聲圖像中自動重建所述特徵。
在另一實施例中，該解剖結構包括心臟，且採集多個超聲圖像包括將包括超聲傳感器的導管插入第一心腔並在該心腔內的相應多個空間位置之間移動該導管。此外或作為替代，構造3-D模型包括構造位於第一心腔外的目標結構的3-D模型。
在又一實施例中，採集超聲圖像和測量位置和方向坐標包括使超聲圖像採集的定時和位置和方向坐標的測量相對於同步信號同步，該同步信號包括心電圖(ECG)信號、內部產生的同步信號和外部提供的同步信號之一。此外或作為替代，使所述定時和測量同步包括使組織特性、溫度和血流中至少一個的測量相對於該同步信號同步。
在又一實施例中，測量位置和方向坐標包括在與超聲傳感器相關聯的方位傳感器附近產生場、感測方位傳感器處的場、以及響應於所感測到的場計算超聲傳感器的位置和方向坐標。在一些實施例中，產生場包括產生磁場，且感測場包括感測在方位傳感器處產生的磁場。
在另一實施例中，測量位置和方向坐標包括使用與超聲傳感器相關聯的場發生器產生場、使用一個或多個接收傳感器感測該場、以及響應於所感測的場計算超聲傳感器的位置和方向坐標。在一些實施例中，產生場包括產生磁場，且感測場包括感測一個或多個接收傳感器處產生的磁場。
在一個實施例中，自動重建特徵包括接受手動輸入，該手動輸入包括至少認可、刪除、校正和修改自動重建的特徵的至少部分之一。
在另一實施例中，構造3-D模型包括產生解剖結構的目標結構的骨架模型和表面模型中的至少一個，並將該3-D模型顯示給用戶。此外或作為替代，產生表面模型包括在該表面模型上疊加電活性圖和參數圖中的至少一個。
在又一實施例中，構造3-D模型包括在該3-D模型上疊加從磁共振成像(MRI)系統、計算機斷層攝影(CT)系統和x射線成像系統中的一個或多個引入的信息。此外或作為替代，疊加信息包括將所引入的信息與該3-D模型的坐標系統對準。
在又一實施例中，構造3-D模型包括在該3-D模型中定義一個或多個感興趣區域，並將與該一個或多個感興趣區域對應的超聲圖像的部分投影到該3-D模型上。
在一個實施例中，採集多個超聲圖像包括使用包括超聲傳感器的體外超聲探頭並在所述相應的多個空間位置之間移動該探頭來掃描該解剖結構根據本發明的一個實施例，另外提供一種模擬解剖結構的方法，包括使用超聲傳感器在該超聲傳感器的一空間位置採集解剖結構的超聲圖像；在該空間位置測量該超聲傳感器的位置和方向坐標；在超聲圖像中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；以及基於所測得的位置和方向坐標在3-D空間中顯示感興趣輪廓和該超聲圖像的至少部分。
根據本發明的一個實施例，也提供了一種用於模擬解剖結構的系統，包括探頭，包括超聲傳感器，其配置成在該探頭的相應多個空間位置採集解剖結構的多個超聲圖像；以及方位傳感器，其配置成在該多個空間位置的每一個處確定超聲傳感器的位置和方向坐標；交互式顯示器，其耦合成顯示超聲圖像並接收手動輸入，該手動輸入在這些超聲圖像的一個或多個中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；以及處理器，其耦合成接收超聲圖像和測得的位置和方向坐標、接受手動標記的感興趣輪廓並且基於該感興趣輪廓和測得的空間方位重建解剖結構的3-D模型。
根據本發明的實施例，進一步提供了用於模擬解剖結構的系統，包括探頭，其包括超聲傳感器，其配置成在該探頭的相應空間位置採集解剖結構的圖像，以及方位傳感器，其配置成確定超聲傳感器在該空間位置的位置和方向坐標；
處理器，其耦合成接收超聲圖像和測得的位置和方向坐標並基於測得的位置和方向坐標計算該超聲圖像的3-D位置；以及交互式顯示器，其耦合成接收手動輸入，該手動輸入在超聲圖像中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；並且基於計算出的該超聲圖像的3-D位置在3-D空間中顯示感興趣輪廓和該超聲圖像的至少部分。
根據本發明的實施例，還提供了用於模擬解剖結構的計算機軟體產品，該產品包括其中存儲了程序指令的計算機可讀介質，當被計算機讀取時，所述指令使計算機進行如下操作使用超聲傳感器在該超聲傳感器的相應的多個空間位置採集該解剖結構的多個超聲圖像；測量在該多個空間位置的每一個處該超聲傳感器的位置和方向坐標；接收手動輸入，該手動輸入在一個或多個所述超聲圖像中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；以及基於該感興趣輪廓和測得的位置和方向坐標構造該解剖結構的3-D模型。
根據本發明的一個實施例，還提供了用於模擬解剖結構的計算機軟體產品，該產品包括其中存儲了程序指令的計算機可讀介質，當被計算機讀取時，所述指令使計算機執行以下操作使用超聲傳感器在該超聲傳感器的相應空間位置採集該解剖結構的超聲圖像；測量在該空間位置處該超聲傳感器的位置和方向坐標；在該超聲圖像中標記涉及該解剖結構的特徵的感興趣輪廓；以及基於測得的位置和方向坐標在3-D空間中顯示感興趣輪廓和該超聲圖像的至少部分。
本發明還涉及用於對患者體內的目標進行成像的系統，其中該系統包括預先採集的圖像；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內的目標反射的超聲回波、以及發送與從患者體內的目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的所述部分的方位信息；可操作地連接到該導管和該定位處理器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像並為該目標的超聲圖像的任何像素確定方位信息，該圖像處理器將所述預先採集的圖像與該超聲圖像對準；以及顯示器，用於顯示對準的預採集圖像和超聲圖像。
本發明的另一實施例是用於對患者體內的目標進行成像的方法，其中該方法包括如下步驟提供該目標的預採集圖像；將包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管放入患者體內，並使用方位傳感器確定該導管在患者體內的部分的方位信息；使用超聲成像傳感器產生該目標的超聲圖像；確定該目標的超聲圖像的任何像素的方位信息並將預採集圖像與該超聲圖像對準；以及顯示對準的預採集圖像和超聲圖像。
根據本發明的另一實施例涉及用於成像患者體內目標的系統，其中該系統包括該目標的預採集圖像；該目標的電生理圖；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的該目標處發射超聲能量、接收從患者體內該目標反射的超聲回波並發送與從患者體內該目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的所述部分的方位信息；可操作地連接到該導管和該定位處理的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像並確定該目標的超聲圖像的任何像素的方位信息，該圖像處理器將預採集圖像和電生理圖與該超聲圖像對準；以及顯示器，用於顯示對準的預採集圖像、電生理圖和超聲圖像。
以及，本發明的另一實施例是用於成像患者體內目標的系統，其中該系統包括該目標的預採集圖像；導管，包括方位傳感器、超聲成像傳感器和至少一個電極，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，該超聲成像傳感器在患者體內的該目標處發射超聲能量、接收從患者體內該目標反射的超聲回波並發送與從患者體內該目標反射的超聲回波有關的信號，且該至少一個電極採集該目標的表面的電活性數據點；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的所述部分的方位信息；可操作地連接到該導管和該定位處理器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像，並確定該目標的超聲圖像的任何像素的方位信息和該目標的電活性數據點的方位信息，該圖像處理器基於該目標的電活性數據點和這些電活性數據點的方位信息產生該目標的電生理圖，並將預採集圖像和該電生理圖與該超聲圖像對準；以及顯示器，用於顯示對準的預採集圖像、電生理圖和超聲圖像。
此外，本發明還涉及成像患者體內目標的方法，其中該方法包括以下步驟提供該目標的預採集圖像；提供該目標的電生理圖；將包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管放入患者體內，並使用方位傳感器確定該導管在患者體內的部分的方位信息；使用超聲成像傳感器產生該目標的超聲圖像；確定該目標的超聲圖像的任何像素的方位信息並將預採集圖像和電生理圖與該超聲圖像對準；以及顯示對準的預採集圖像、電生理圖和超聲圖像。
根據本發明的另一個實施例是成像患者體內目標的方法，其中該方法包括以下步驟提供該目標的預採集圖像；將包括方位傳感器、超聲成像傳感器和至少一個電極的導管放入患者體內，並使用方位傳感器確定在患者體內的導管的部分的方位信息；使用該至少一個電極採集該目標表面的電活性數據點；使用超聲成像傳感器產生該目標的超聲圖像；確定該目標表面的電活性數據點的方位信息，並基於這些電活性數據點和這些電活性數據點的方位信息產生該目標的電生理圖；確定該目標的超聲圖像的任何像素的方位信息，並將預採集圖像和該電生理圖與超聲圖像對準；以及顯示對準的預採集圖像、電生理圖和超聲圖像。
此外，本發明還涉及用於成像患者身體的醫學成像系統，其中該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的所述部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上實時描繪所產生的超聲圖像。
此外，本發明還涉及用於成像患者體內目標的醫學成像系統，其中該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的多個二維超聲圖像，並使用該多個二維超聲圖像重建三維模型，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上在該三維模型上描繪實時的二維超聲圖像。
此外，本發明還涉及成像患者體內目標的醫學成像系統，其中該系統包括預採集的圖像；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；以及可操作地連接到導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器將預採集圖像與由超聲傳感器發送的超聲圖像對準，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上實時地在顯示器上在該三維模型上描繪該超聲圖像。
本發明的一個備選實施例是用於成像患者體內目標的醫學成像系統，其中該系統包括預採集的圖像；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；以及可操作地連接到導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生至少一幅該目標的二維超聲圖像，使用該至少一幅二維超聲圖像重建三維模型，將預採集圖像與該三維模型對準，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上、在顯示器上在對準的預採集圖像和三維模型上描繪實時的二維超聲圖像。
此外，本發明的一個備選實施例是用於成像患者身體的醫學成像系統，其中該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於從方位傳感器得到的信息、在與患者體內導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上顯示導管圖標，該圖像處理器也基於由超聲傳感器發送的信號產生目標的超聲圖像，基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上實時描繪所產生的超聲圖像。該導管圖標用於在特定方向上指引在患者體內目標處從導管的超聲傳感器發射的超聲能量。
從結合附圖對其實施例進行的詳細描述中，本發明將能夠被更充分地理解。
在附圖中圖1是根據本發明的實施例用於心臟構圖和成像的系統的示意性圖示說明；圖2是根據本發明實施例的導管的示意性圖示說明；圖3是示意性說明根據本發明實施例的心臟構圖和成像的方法的流程圖；圖4-8是視覺驗證根據本發明實施例的心臟構圖和成像的方法的圖像；圖9和10是視覺驗證根據本發明實施例模擬的心腔的圖像；以及圖11是視覺驗證根據本發明實施例與預採集圖像對準的超聲圖像的圖像。
具體實施例方式
系統描述圖1是根據本發明實施例的用於成像和構圖患者心臟24的系統20的示意性圖示說明。該系統包括導管28，其由醫生通過靜脈或動脈插入心室。導管28通常包括把手29，供醫生操縱導管。對把手的適當控制使醫生能夠按需要操縱、定位或定嚮導管的遠端。
系統20包括測量導管28的位置和方向坐標的定位子系統。(貫穿該專利申請，術語「位置」指導管的空間坐標，術語「方向」指其角坐標。術語「方位」指導管的全部方位信息，包括位置和方向坐標二者)。
在一個實施例中，該定位子系統包括確定導管28的方位和方向的磁方位跟蹤系統。該定位子系統在其附近的預定工作體積中產生磁場並在導管處感測這些場。該定位子系統通常包括一組外部輻射器，例如場發生線圈30，其位於患者外部的固定、已知位置。線圈30在心臟24附近產生通常為電磁場的場。所產生的場由導管28內的方位傳感器32感測。
在一個備選實施例中，導管中的輻射器(例如線圈)產生電磁場，該電磁場由患者體外的傳感器接收。
方位傳感器響應於所感測的場將與方位有關的電信號通過穿過導管的電纜33發送到控制臺34。或者，方位傳感器通過無線鏈路將信號發送到控制臺。該控制臺包括定位處理器36，該處理器基於方位傳感器32發送的信號計算導管28的位置和方向。定位處理器36通常接收、放大、過濾、數位化或以其它方式處理來自導管28的信號。
例如在美國專利6,690,963、6,618,612和6,332,089，和美國專利申請公開2002/0065455A1、2004/0147920A1和2004/0068178A1中描述了可用於此目的的一些方位跟蹤系統，它們的內容在此應用作為參考。儘管圖1所示的定位子系統使用磁場，但是下面描述的方法可以使用任何適合的定位子系統來實現，例如基於電磁場、聲學或超聲測量的系統。
如下面將要解釋和證明的，系統20使醫生能夠執行各種構圖和成像過程。這些過程包括例如如下操作●實時或接近實時(NRT)顯示2-D超聲圖像(見下面的圖4和圖6)。
●基於2-D超聲圖像重建患者體內目標結構的3-D模型(見下面的圖4-10)。
●在所重建的3-D模型上對準、疊加和顯示參數圖，例如電生理信息圖或電解剖圖(見下面的圖8)。
●在所重建的3-D模型上對準、疊加和顯示從外部系統採集的3-D圖像。
●在從外部系統採集的3-D圖像上對準和顯示2-D超聲圖像(見下面的圖11)。
圖2是根據本發明實施例的導管28的遠端的示意性圖示說明。該導管包括超聲成像傳感器。該超聲傳感器通常包括超聲換能器40的陣列。在一個實施例中，這些超聲換能器是壓電換能器。這些超聲換能器放置在窗口41內或與其相鄰，該窗口定義導管體或壁內的開口。
換能器40作為相控陣列工作，共同通過窗口23從陣列孔發射超聲束。(儘管所示的換能器排列成線性陣列結構，但也可以採用其它陣列結構，例如圓形或凸面結構)。在一個實施例中，該陣列發射短脈衝超聲能量，並隨後切換到接收模式以接收從周圍組織反射的超聲信號。通常，以受控方式單獨驅動換能器40，以便在所需方向上操縱超聲束。通過換能器的適當定時，所產生的超聲束能夠得到中心彎曲的波前，以便將該超聲束聚焦在與換能器陣列相距給定距離的位置。因此，系統20使用該換能器陣列作為相控陣列，且實施使超聲束能夠被操縱和聚焦的發射/接收掃描機制，以便產生2-D超聲圖像。
在一個實施例中，超聲傳感器包括16-64個換能器40，優選48-64個換能器。通常，這些換能器產生中心頻率為5-10MHz的超聲能量，通常穿透深度為14cm。穿透深度通常從幾毫米到約16釐米，且取決於超聲傳感器特性、周圍組織特性和工作頻率。在一個備選實施例中，可使用其它適當頻率範圍和穿透深度。
在接收到反射的超聲回波之後，換能器40將基於反射回波的電信號經由穿過導管28的電纜33發送到控制臺34中的圖像處理器42，該處理器將這些信號轉換成2-D(通常是扇形)超聲圖像。圖像處理器42通常計算或確定方位和方向信息、顯示實時超聲圖像、執行3-D圖像或體積重建和其它功能，這些都將在下面更詳細地描述。
在一些實施例中，圖像處理器使用這些超聲圖像和方位信息，產生患者心臟的目標結構的3-D模型。該3-D模型作為顯示器44上的2-D投影呈現給醫生。
在一些實施例中，導管的遠端也包括至少一個電極46，用於執行診斷和/或治療功能，例如電生理構圖和/或射頻(RF)消融。在一個實施例中，電極46用於感測局部電勢。由電極46測得的電勢可用於對心內膜表面上的局部電活性進行構圖。當電極46與心臟內表面上的點接觸或與其接近時，其測量該點處的局部電勢。所測得的電勢被轉換成電信號並通過導管發送到圖像處理器以用於顯示。在其它實施例中，從包括均連接到控制臺34的適當電極和方位傳感器的另一導管獲得局部電勢。
在備選實施例中，電極46可用於測量不同的參數，例如各種組織特性、溫度和/或血流。儘管電極46示為單個環電極，但是導管可包括任何數量的任何形式的電極46。例如，導管可包括兩個或更多環電極、多個點電極或點電極陣列、尖端電極或這些類型的電極的任意組合，用於執行上述診斷和/或治療功能。
方位傳感器32通常位於導管28的遠端內，與電極46和換能器40相鄰。通常，方位傳感器32、電極46和超聲傳感器的換能器40之間的相互方位和方向偏移是恆定的。通常，定位處理器36使用這些偏移得到給定方位傳感器32的測得方位下超聲傳感器和電極46的坐標。在另一實施例中，導管28包括兩個或更多個方位傳感器32，每一個相對於電極46和換能器40具有恆定的方位和方向偏移。在一些實施例中，預先校準這些偏移(或等效校準參數)並將其存儲在定位處理器36中。或者，可以將這些偏移存儲到安裝在導管28的把手29中的存儲裝置(例如，電可編程只讀存儲器，即EPROM)中。
方位傳感器32通常包括三個非同中心線圈(未示出)，例如在上述美國專利6,690,963中所描述的。或者，可以使用任何其它適當的方位傳感器結構，例如包括任何數量的同中心或非同中心線圈的傳感器、Hall效應傳感器和/或磁阻傳感器。
通常，通過選通信號和與體表心電圖(ECG)信號或心內心電圖相關的圖像獲取，使超聲圖像和方位測量都與心動周期同步。(在一個實施例中，ECG信號可由電極46產生。)由於心臟特徵在心臟的周期性縮放過程中改變它們的形狀和方位，所以整個成像過程通常以相對於該周期的特定定時進行。在一些實施例中，由導管進行的另外的測量，例如各種組織特徵的測量、溫度和血流測量，也與心電圖(EGC)信號同步。這些測量也與由方位傳感器32進行的對應方位測量相關聯。這些另外的測量通常被疊加在重建的3-D模型上，下面將解釋這一點。
在一些實施例中，使方位測量和超聲圖像的採集與由系統20產生的內部發生信號同步。例如，該同步機制可用於避免某一信號對超聲圖像的幹擾。在該實例中，圖像採集的定時和方位測量設定成相對於該幹擾信號有特定偏差，以便無幹擾地採集圖像。可以不時地調整該偏差以保持無幹擾的圖像採集。或者，可使測量和採集與外部提供的同步信號同步。
在一個實施例中，系統20包括驅動超聲換能器40的超聲驅動器(未示出)。可用於該目的的適當的超聲驅動器的一個例子是AnalogicCorp.(Peabody，Massachusetts)生產的AN2300TM超聲系統。在該實施例中，超聲驅動器執行圖像處理器42的一些功能，驅動超聲傳感器並產生2-D超聲圖像。該超聲驅動器可支持不同的成像模式，例如B-模式、M-模式、CW都卜勒和彩色都卜勒(color flow Doppler)，這些都是現有技術中已知的。
通常，定位處理器和圖像處理器使用通用計算機實現，其編程在軟體中以執行此處描述的功能。例如，該軟體可以電子形式通過網絡下載到計算機，或者其可選擇在有形介質(例如CD-ROM)上提供到計算機。定位處理器和圖像處理器可使用分開的計算機實現，或使用單個計算機實現，或可以與系統20的其它計算功能集成。此外或作為替代，定位和圖像處理功能中的至少一些可以使用專用硬體執行。
3-D成像方法圖3是示意性說明根據本發明實施例的心臟構圖和成像的方法的流程圖。原則上，所公開的方法將在導管的不同方位採集的多個2-D超聲圖像組合成目標結構的單個3-D模型。在本專利申請的上下文中，術語「目標結構」或「目標」可指整個或部分心室，或指特定的壁、表面、血管或其它解剖結構。儘管此處描述的實施例特指心臟內及心臟周圍的結構，但是加以必要的變更，本發明的原理可類似地應用於骨骼、肌肉或其它器官和解剖結構的成像。
該方法從超聲掃描步驟50開始，在該步驟採集目標結構的一系列2-D超聲圖像。通常，醫生通過適當的血管將導管28插入心腔，例如右心房，然後通過在腔內的不同位置之間移動該導管來掃描目標結構。目標結構可包括導管所在的腔的全部或部分，或者，除此之外或作為替代，不同的心腔(例如左心房)、或動脈結構(例如大動脈)。在每個導管方位，圖像處理器採集並產生2-D超聲圖像，例如下面的圖4中所示的圖像。
定位子系統並行地測量和計算導管的方位。計算出的方位與相應的超聲圖像一起存儲。通常，導管的每個方位以坐標形式表示，例如六維坐標(X、Y、Z軸位置，和縱傾(pitch)、橫傾(yaw)和橫擺(roll)角方向)。
在一些實施例中，導管使用電極46進行另外的測量。所測量的參數，例如局部電勢，可選擇疊加在目標結構的重建3-D模型上或作為附加的層顯示在其上，這將在下面解釋。
在獲得該組超聲圖像後，圖像處理器在手動標記步驟52向醫生顯示這些圖像中的一個或多個。或者，步驟52可以與步驟50交叉。圖像中的灰度級使得醫生能夠識別例如心腔壁、血管和瓣膜的結構。醫生檢查超聲圖像並識別代表目標結構的壁或邊界的感興趣輪廓。醫生通常通過使用指點裝置45(例如跟蹤球)對它們「加標記」，來在顯示器44上標記這些輪廓。(在下面的圖5中示出了示例性的加標記的2-D圖像。)指點裝置或者可包括滑鼠、觸控螢幕或連接到顯示器44的手寫板、或其它任何適當的輸入裝置。顯示器44和指點裝置45的組合是交互式顯示器的一個實例，即呈現圖像並允許用戶在圖像上標記的裝置，在圖像上標記的方式使計算機能夠在圖像中定位這些標記。對於本領域的技術人員，其它類型的交互式顯示器是顯而易見的。
醫生可以以這種方式在該組的一個或幾個圖像上對輪廓加標記。醫生也可以對各種解剖標誌或偽影加標記，這些都與所討論的醫學過程有關。醫生可類似地識別「不能靠近」的區域，在隨後的治療過程(例如，消融)中不應當接觸或進入這些區域。
在一些實施例中，以半自動方式對感興趣輪廓加標記。例如，圖像處理器可運行適當的輪廓檢測軟體。在該實施例中，軟體自動檢測和標記一個或多個2-D圖像中的輪廓。然後，醫生使用交互式顯示器查看並編輯自動檢測的輪廓。
在自動標記步驟54，圖像處理器可使用被標記的輪廓在剩餘的未標記超聲圖像中自動重建所述輪廓。(在一些實施例中，醫生可在步驟52標記所有2-D超聲圖像。在這種情況下，省略步驟54。)圖像處理器描繪醫生標記的結構，並在剩餘的超聲圖像中重建它們。該識別和重建過程可使用任何適當的圖像處理方法，包括邊緣檢測法、相關法、運動檢測法和本領域中已知的其它方法。圖像處理器也可使用與每幅圖像相關的導管的方位坐標，來使圖像之間的輪廓位置相關聯。此外或者作為替代，可以以用戶輔助的方式實施步驟54，其中醫生查看並校正由圖像處理器執行的自動輪廓重建。步驟54的輸出是一組標記有感興趣輪廓的2-D超聲圖像。
隨後在3-D坐標分配步驟56，圖像處理器向在該組圖像中識別的感興趣輪廓分配3-D坐標。儘管在步驟52醫生在2-D圖像上做標記，但是根據在步驟50與這些圖像一起存儲的方位信息已知這些圖像的平面在3-D空間中的位置和方向。因此，圖像處理器能夠確定2-D圖像中每個像素或任何像素的3-D坐標，尤其是與所標記的輪廓相對應的那些。當指定這些坐標時，圖像處理器通常使用存儲的校準數據，該校準數據包括方位傳感器和超聲傳感器之間的方位和方向偏移，如上所述。
在一些實施例中，感興趣輪廓包括離散的點。在這些實施例中，定位處理器向每個這種離散點指定3-D坐標。此外，定位處理器向表面的離散點或諸如心室的(由表面限定的)體積的離散點指定3-D坐標。因此，可以使用輪廓、離散點、表面或體積執行預採集圖像與一個或多個2-D超聲圖像或超聲圖像的3-D模型的對準。
在一些實施例中，圖像處理器顯示在3-D空間中適當取向的2-D超聲圖像中的一個或多個。(見例如下面的圖6。)感興趣輪廓可選擇標記在該取向的2-D圖像上。
在3-D重建步驟58，圖像處理器產生目標結構的3-D骨架模型。圖像處理器在3-D空間中排列一些或全部2-D圖像中的被標記輪廓，以形成該骨架模型。(見下面的圖7中所示的示例性骨架模型。)在一些實施例中，圖像處理器使用「絲網(wire-mesh)」型處理以在該骨架模型上產生表面並產生目標結構的立體3-D形狀。圖像處理器將感興趣輪廓投影在所產生的3-D模型上。該模型通常在顯示器44上呈現給醫生。(見下面圖8-10中的示例性3-D模型。)
如上所述，在一些實施例中，系統20支持目標結構表面上局部電勢的測量。在該測量中，由導管28採集的每個電活性數據點包括由電極46測得的電勢或活化時間值以及由定位子系統測得的導管的對應方位坐標，以(由圖像處理器)創建或產生電生理圖。在疊加步驟60，圖像處理器將電活性數據點與3-D模型的坐標系統對準，並將其疊加在該模型上。步驟60在該方法中是可選的，並且僅在系統20支持這種類型的測量且醫生選擇使用該特徵時才執行。通常在電極46接觸或非常靠近目標結構的壁時測量這些電活性數據點。因此，這些數據點通常疊加在該結構的3-D模型上。
或者，可以產生和顯示單獨的3-D電活性圖(通常稱為電解剖圖)。例如，可通過由Biosense Webster，Inc.(Diamond Bar，California)生產和銷售的CARTOTM導航和構圖系統來產生適當的電解剖圖。電勢值可以使用例如色標或任何其它適當的顯像方法來表示。在一些實施例中，圖像處理器可內插或外插測得的電勢值並顯示全色圖，該全色圖描繪目標結構的壁上的電勢分布。如此處所定義的，術語「電生理圖」是指電活性數據點圖或電解剖圖。
如上所述，從其它成像應用引入的信息可以與3-D模型對準併疊加在該模型上供顯示之用。例如，可以使預採集的計算機斷層攝影(CT)、磁共振成像(MRI)或x射線信息與基於超聲的3-D模型對準，並與該3-D模型和/或2-D超聲圖像一起顯示在顯示器44上。(見下面圖11所示的2-D圖像和預採集CT圖像的示例性疊加。)此外或作為替代，如果在上述步驟50進行另外的參數測量，這些測量結果可以與3-D模型對準並作為附加的層顯示(也稱為「參數圖」)。
當實施所公開的方法時，可以修改步驟50-60的順序，且可以以交互方式重複這些步驟。例如，醫生可採集第一系列2-D圖像並手動標記它們。然後醫生返回並採集另外的圖像，使用在第一系列圖像中標記的輪廓使系統自動標記這些圖像。醫生然後產生全3-D模型並對其進行檢查。如果該模型在一些區域不夠準確，則醫生可決定採集另外一組圖像，以改進該3-D模型。此外或作為替代，醫生在檢查圖像或3-D模型之後可決定改變一個或多個圖像的手動標記，或推翻自動標記過程。為了達到高質量的目標結構3-D模型，醫生可遵循應用步驟50-60的其它順序。此外或作為替代，例如可以在機器人控制下自動執行這些步驟中的一些。
在一些實施例中，2-D超聲圖像的特徵可選擇性地作為3-D模型的部分顯示。例如，可以丟棄或在所顯示的模型中隱藏位於由感興趣輪廓定義的體積之外的特徵。此外或作為替代，可僅顯示骨架結構或絲網模型。可使用其它適當的標準來過濾待顯示的信息。例如，如上所述的一個或多個2-D圖像中標記的「不能靠近的」區域可以在3-D模型中適當地畫出或突出。
在一些實施例中，系統20可用作實時或近實時成像系統。例如，作為醫療過程開始之前的準備步驟，醫生可使用上述方法重建目標結構的3-D模型。醫生可標記顯示在該3-D模型上的任何所需的解剖標誌或感興趣特徵。在該過程期間，系統20可連續跟蹤和顯示導管相對於該模型和所標記的輪廓的3-D方位。用於執行醫學過程的導管可以與用於產生3-D模型的導管是相同的，或者是安裝有適當的方位傳感器的不同的導管。
心臟成像實例圖4-8是根據本發明實施例視覺證明上述3-D成像方法的圖像。這些附圖從發明人實現的心臟成像系統產生的超聲圖像產生。這些圖像在真實生命實驗過程中產生，該實驗使用與上述圖2相似的導管對豬的心臟進行成像。
圖4示出了在導管28的特定方位處由超聲換能器採集的2-D超聲圖像。該圖像示出了心臟的兩個不同的特徵80和82。根據上述圖3的方法的超聲掃描步驟50，在導管的不同方位採集多個這種形式的超聲圖像。
圖5示出了圖4的超聲圖像，其中特徵80和82分別用輪廓84和86標記。圖4是在導管位於右心房的情況下採集的。在該2-D超聲圖像中，特徵80代表二尖瓣，特徵82代表主動脈瓣。根據上述圖3的方法的手動標記步驟52，這些輪廓由用戶手動標記。輪廓84和86標記3-D工作體積中的解剖結構，並在該過程期間輔助醫生識別這些結構。
圖6示出了在3-D空間中取向和投影的2-D超聲圖像85。該附圖示出了示例性多畫面顯示，這可由圖像處理器42產生並顯示在系統20的顯示器44上。「原始的」2-D圖像顯示在該圖右手側上的單獨窗口中。
該圖中央處的等體積顯示(isometric dispaly)示出了根據方位傳感器32的方位測量、通過在3-D空間中取向和投影圖像85的平面而產生的投影圖像87。當導管28在患者體內移動時，通常具有所成像的解剖結構(在該實例中是心臟)的形狀的方向圖標81在與投影圖像87相同的方向上實時顯示。圖標81幫助醫生理解投影圖像的3-D方向。
束圖標83與投影2-D圖像87相關聯地使用，以標記由超聲束掃描的區域。因此，當導管28在患者體內移動時，圖標83在與投影圖像87相同的平面內(相同的方向)實時取向和顯示。圖標83可包括網狀或扇狀線性描述，優選是有顏色的，例如紅色。或者，圖標83可包括有色線或任何其它適當的顯像超聲束的位置和方向的裝置，所述有色線標記由產生圖像87的超聲束掃描的區域的周界。在圖6的實例中，圖標83包括表示由超聲束限定的角扇區的兩條直線。在一些實施例中，也顯示標記導管28的遠端的位置和方位的另一圖標99。例如，導管28的遠端顯示為導管尖端圖標99，其允許醫生或系統20的用戶理解導管28所採集的超聲圖像的位置和方向，而不管是否採用任何其它圖像處理來定向2-D超聲圖像或扇區87，或將2-D圖像疊加在3-D圖像或框上。醫生或系統20的用戶可使用圖標99來在所需方向和/或取向上瞄準或引導超聲束。例如，導管尖端圖標99可用於將導管28的尖端定位成與心臟的已知標誌相鄰，以便有利於更加準確地估計超聲束的方向。
投影圖像87通常在標記工作體積的邊界的立方體內顯示。該工作體積通常稱為上面圖1所示的定位子系統的場輻射線圈30的坐標系。在一個實施例中，該立方體的每一條邊(即該工作體積的特徵尺寸)測量值約為12cm。或者，也可為該工作體積選擇任何其它適當的尺寸和形狀，這通常取決於超聲束的組織穿透能力。
在該附圖的底部的信號顯示91示出了ECG信號，如上所述測量與該信號同步。
當系統20實時工作時，投影圖像的和圖標83的方位和方向隨著導管28的移動而改變。在一些實施例中，醫生可使用交互式顯示器改變觀察角度、放大和縮小以及以其它方式操縱所顯示的圖像。此處描述的用戶界面圖作為示例性配置顯示。可以使用任何其它合適的用戶界面。
在一些實施例中，系統20和相關的用戶界面可用於2-D超聲圖像的3-D顯示和投影，而不重建3-D模型。例如，醫生可採集單個2-D超聲圖像並在該圖像上標記感興趣輪廓。然後系統20可以與投影圖像87的表示相似的方式在3-D空間中取向和投影該超聲圖像。如果需要，在醫學過程期間，該系統可連續跟蹤和顯示執行該過程的導管(其可不同於採集圖像87的導管)相對於投影超聲圖像和所標記的輪廓的3-D方位。
圖7示出了目標結構的骨架模型，在該實例中包括右心室，其根據上面圖3的方法的3-D重建步驟58由圖像處理器產生。在產生該骨架模型之前，圖像處理器根據自動標記步驟54在未標記的超聲圖像中描繪和重建輪廓84和86。圖7示出了投影到3-D空間上的原始輪廓84和86。輪廓88由圖像處理器根據醫生標記的其它輪廓自動重建。
圖8示出了由圖像處理器產生的右心室的立體3-D模型。輪廓88中的一些疊加在該立體模型上。此外，在該圖中也能看到示出左心室的輪廓89。根據上面的圖3方法的疊加步驟60，右心室的表面與電極46測量的電活性圖90疊加。該電活性圖使用不同的顏色(在圖8中示為不同陰影圖案)表示不同的電勢值。
圖9和圖10是根據本發明實施例視覺驗證所模擬的左心房的圖像。在這兩幅圖中，心房示為立體模型92。由醫生標記的輪廓94標出了卵圓窩的位置。輪廓96標出了用於構造立體模型92的另外的感興趣輪廓。在圖10中，2-D超聲圖像98與模型92的坐標系統對準並與該模型一起顯示。
圖11是根據本發明實施例視覺驗證與預採集圖像100對準的超聲圖像102的圖像。在該實例中，預採集CT圖像與3-D模型的坐標系統對準。該預採集圖像和2-D超聲圖像一起顯示在顯示器44上。
儘管上述實施例特別涉及使用介入探頭(例如心臟導管)的超聲成像，但本發明的原理也可應用於使用安裝有定位傳感器的外部或內部超聲探頭(例如經胸探頭)重建器官的3-D模型。此外或作為替代，如上所述，所公開的方法可應用於除心臟之外的器官的3-D建模。進一步，此外或作為替代，可將其它診斷或治療信息(例如組織厚度和消融溫度)以與上述電活性疊加相似的方式疊加在3-D模型上。該3-D模型也可與其它診斷或外科過程結合使用，例如消融導管。該3-D模型也可與其它過程結合使用，例如房隔膜缺陷閉合(atrial septaldefect closing)、脊柱外科、尤其是侵害程度最低的過程。
可以理解，上述實施例是以舉例的方式引用的，本發明不限於上面已經特別示出和描述的內容。本發明的範圍包括上述各種特徵的組合和子組合，及其變體和修改，通過閱讀前面的描述本領域的技術人員將能夠想到這些現有技術中未公開的內容。
權利要求
1.一種用於成像患者身體的醫學成像系統，該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到該導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上實時描繪所產生的超聲圖像。
2.根據權利要求1的系統，其中當導管在患者體內移動時，以與導管的所述部分相同的方向在顯示器上實時描繪所述超聲圖像的方向。
3.根據權利要求2的系統，進一步包含使用束圖標在與導管的所述部分相同的方向上實時地描繪所述超聲圖像的方向。
4.根據權利要求3的系統，其中該束圖標在顯示器上被描繪成有顏色的。
5.根據權利要求4的系統，其中該束圖標為網狀描述。
6.根據權利要求4的系統，其中該束圖標為扇狀描述。
7.根據權利要求3的系統，進一步包含在與顯示器上描繪的超聲圖像相同的方向上在顯示器上描繪的方向圖標。
8.根據權利要求7的系統，其中該方向圖標包含使用所述導管成像的目標的形狀。
9.根據權利要求8的系統，其中該目標包括解剖結構。
10.根據權利要求2的系統，其中該超聲圖像為二維圖像。
11.一種用於成像患者體內目標的醫學成像系統，該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示患者體內該導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到該導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的多個二維超聲圖像，並使用該多個二維超聲圖像重建三維模型，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上在顯示器上在該三維模型上描繪實時的二維超聲圖像。
12.根據權利要求11的系統，其中當導管在患者體內移動時，以與導管的所述部分相同的方向實時地在顯示器上描繪所述實時二維超聲圖像的方向。
13.根據權利要求12的系統，進一步包含使用束圖標在與該導管的所述部分相同的方向上實時地描繪所述實時二維超聲圖像的方向。
14.根據權利要求13的系統，其中該束圖標在顯示器上被描繪成有色的。
15.根據權利要求14的系統，其中該束圖標為網狀描述。
16.根據權利要求14的系統，其中該束圖標為扇狀描述。
17.根據權利要求13的系統，進一步包括在與顯示器上描繪的所述實時二維超聲圖像相同的方向上在顯示器上描繪的方向圖標。
18.根據權利要求17的系統，其中該方向圖標包括使用所述導管成像的目標的形狀。
19.根據權利要求18的系統，其中該目標包括解剖結構。
20.一種用於成像患者體內目標的醫學成像系統，該系統包括預採集的圖像；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到該導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器將預採集圖像與由超聲傳感器發送的超聲圖像對準，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上實時地在顯示器上在該三維模型上描繪該超聲圖像。
21.根據權利要求20的系統，進一步包含使用束圖標在與導管的該部分相同的方向上實時地描繪該超聲圖像的方向。
22.根據權利要求21的系統，其中該束圖標在顯示器上被描繪成有色的。
23.根據權利要求22的系統，其中該束圖標為網狀描述。
24.根據權利要求22的系統，其中該束圖標為扇狀描述。
25.根據權利要求21的系統，進一步包括在與顯示器上描繪的所述超聲圖像相同的方向上在顯示器上描繪的方向圖標。
26.根據權利要求25的系統，其中該方向圖標包括使用所述導管成像的目標的形狀。
27.根據權利要求26的系統，其中該目標包括解剖結構。
28.根據權利要求21的系統，其中該超聲圖像為二維圖像。
29.一種用於成像患者體內目標的醫學成像系統，該系統包括預採集的圖像；包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，該方位傳感器發送表示在患者體內的導管的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號；可操作地連接到該導管的定位處理器，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息；顯示器；以及可操作地連接到該導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器，該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生至少一幅該目標的二維超聲圖像，使用該至少一幅二維超聲圖像重建三維模型，將預採集圖像與該三維模型對準，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內的導管的所述部分的方向相同的方向上、在顯示器上在對準的預採集圖像和三維模型上描繪實時的二維超聲圖像。
30.根據權利要求29的系統，進一步包括使用束圖標在與導管的該部分相同的方向上實時地描繪該實時二維超聲圖像的方向。
31.根據權利要求30的系統，其中該束圖標在顯示器上被描繪成有色的。
32.根據權利要求31的系統，其中該束圖標為網狀描述。
33.根據權利要求31的系統，其中該束圖標為扇狀描述。
34.根據權利要求30的系統，進一步包括在與顯示器上描繪的所述實時二維超聲圖像相同的方向上在顯示器上描繪的方向圖標。
35.根據權利要求34的系統，其中該方向圖標包括使用所述導管成像的目標的形狀。
36.根據權利要求35的系統，其中該目標包括解剖結構。
全文摘要
用於成像患者身體的醫學成像系統，該系統包括包括方位傳感器和超聲成像傳感器的導管，其中該方位傳感器發送表示該導管在患者體內的部分的方位信息的電信號，且該超聲成像傳感器在患者體內的目標處發射超聲能量、接收從患者體內目標反射的超聲回波、並發送與從患者體內目標反射的超聲回波有關的信號。定位處理器可操作地連接到該導管，用於基於由方位傳感器發送的電信號確定導管的該部分的方位信息。該系統還包含顯示器以及可操作地連接到該導管、定位處理器和顯示器的圖像處理器。該圖像處理器基於由超聲傳感器發送的信號產生該目標的超聲圖像，並基於從方位傳感器得到的方位信息、在與患者體內導管的部分的方向相同的方向上在顯示器上實時描繪所產生的超聲圖像。
文檔編號G01S5/18GK1853575SQ20061007708
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月26日 優先權日2005年4月26日
發明者A·C·阿爾特曼, A·戈瓦裡 申請人:韋伯斯特生物官能公司