將3維圖像結合到介入過程中的方法和系統的製作方法

2023-10-22 22:48:42 1

專利名稱：將3維圖像結合到介入過程中的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及將三維圖像結合到介入過程(interventional procedure)中的 方法和系統。具體地，處理所獲取的二維或三維圖像數據集，並將其顯示為 介入過程期間的融合顯現(fusion visualization )。
背景技術：
涉及對病人最低限度侵入的介入過程日益流行。最低限度侵入的介入過 程的例子包括心臟瓣置換或修復、幹細胞治療、球嚢標稱設備的放置、腫瘤 治療、脊推麻醉過程和侵入關節治療。介入過程的其他例子包括推體成形術、 脊柱後凸成形術、脊髓造影術、骨活組織檢查、推間盤造影術、推間盤內電 熱治療和脊神經根(perpiradicular)治療。在這些介入過程中使用的醫學器械 通常包括導管、針和導絲(guidewire),它們經常被導入接受介入過程的病人 的器官腔或部分。通常使用能夠獲取二維圖像的醫學成像設備來監視這些介 入過程，並且醫生或技術人員可以使用獲取的二維圖像來監視正在使用的醫 學器械。所獲取的二維圖像的例子包括螢光鏡圖像、所計算的x射線斷層圖 像、磁共振圖像、超聲波和正電子發射跟蹤圖像。
儘管可以使用所獲取的二維圖像來監視醫學器械，但是在這些二維圖像 中經常不能適當顯示接受介入過程的病人的解剖體。因此，醫生或技術人員 不能監視醫學器械以及它們相對病人解剖體的位置。

發明內容
通過介紹，下面所述的實施例包括用於將三維圖像結合到介入過程中的 系統和方法。該系統可操作以獲取並顯示介入過程期間的圖像。該系統包括 醫學成像設備、監視設備、處理器和顯示設備。該醫學成像設備可以獲取接 受介入過程的病人的器官腔或部分的二維圖像。監視設備可以監視病人，並 可檢測病人位置或排列的變化。監視設備還可監視病人的器官腔。可以進一 步配置監視設備來監視介入過程中所使用的醫學器械。處理器與監視設備和醫學成像設備相耦接。處理器可以基於所獲取的二維圖像和三維圖像數據集
生成病人的器官腔或部分的3維/2維融合顯現。然後，顯示設備可以顯示3 維/2維融合顯現。
該方法涉及使用三維圖像數據集顯示介入過程。該方法包括獲取三維圖 像數據集和二維圖像。然後，將三維圖像數據集配準到二維圖像。然後，將 三維圖像數據集和二維圖像顯示為3維/2維融合顯現。可以將三維圖像數據 集顯示為與二維圖像的顯示相分離的單獨三維圖像。
本發明由下面的權利要求所限定，並且不應將本部分的任何內容當作對
點，並且稍後可以單獨或組合地提出實施例中的另外的方面和優點的權利要求。


參考下面附圖和描述，可以更好地理解該系統。不必按比例確定圖中的 部件，而是將重點放在圖示本發明的原理上。此外，圖中，同樣參考標記在 不同視圖中代表相應部件。
圖1是用於獲取圖像和顯示介入過程的系統的一個實施例的方框圖。
圖2是圖示三維圖像和二維圖像的融合顯現的方框圖。
圖3是用於顯示介入過程的方法的 一 個實施例的流程圖。
圖4是用於配準三維圖像數據集的方法的 一個實施例的流程圖。
圖5是用於進行介入過程的方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出系統102的一個實施例，該系統102用於在介入過程期間4吏用 被配準到二維圖像的三維圖像數據集的獲取和顯示。該系統102包括可以獲 取二維圖像106的醫學成像設備104。該系統102還包括與處理器112耦接 的監視設備110。在一個實施例中，處理器112接收二維圖像106和三維圖像 數據集108作為輸入。處理器112可操作以產生二維圖像106和三維圖像數 據集108的融合顯現114。然後，可以使用顯示設備116顯示3維/2維融合顯 現圖像114。顯示設備116還可接收三維圖像數據集108和二維圖像106作為 輸入，用於單獨顯示。
醫學成像設備104是可操作以生成二維圖像的醫學成像設備，該二維圖 像例如螢光鏡圖像、血管造影圖像、超聲波圖像、X-射線圖像、任何其他的 現在已知或以後開發的二維圖像獲取技術或其組合。例如，在一個實施例中，
醫學成像設備104是X射線成像設備，例如可以從賓夕法尼亞州馬爾文 (Malvem， Pennsylvania )西門子AG總部的西門子醫療公司得到的ARCADIS OrbicC臂成像設備。在另一實施例中，醫學成像設備104是手術顯微鏡，例 如可以從新澤西洲帕拉母斯Topcon美國公司總部得到的OMS-610手術顯微 鏡。在另一實施例中，醫學成像設備104是能夠產生螢光鏡圖像的成像設備， 例如也可以從西門子AG的西門子醫療公司得到的AXIOM IconosR200。醫學 成像設備104還可以是能夠產生血管造影圖像的成像設備，例如也可以從西 門子AG的西門子醫療公司得到的AXIOM Artis aTA。
通過醫學成像設備104獲取的二維圖像106可以是螢光鏡圖像、血管造 影圖像、X-射線圖像、超聲波圖像、任何其他二維醫學圖像或者其組合。例 如，可以使用計算的X射線斷層造影術(CT)、磁共振成像(MRI)、正電子 發射X射線層析照相術(PET)、單光子發射計算的X射線層析照相術 (SPECT)、任何其他現在已知或以後開發的二維圖像技術或者其組合獲取二 維圖像106。 二維圖像可以是經受介入過程的病人的器官腔或部分的掃描的 二維圖像。例如，二維圖像106可以是病人胸腔的X射線圖像。在另一實施 例中，二維圖像106可以是病人胃腸道的螢光鏡圖像。
三維圖像數據集108是表示被配準到由醫學成像設備104所產生的二維 圖像106的病人的器官腔或部分的數據集。使用包括術前技術、術間技術、 融合3維體積(volume)成像技術、任何其他現在已知或以後開發的技術者 其組合的三維技術，可以獲取三維圖像數據集108。術前技術的例子包括但 不限於計算的X射線斷層造影術(CT)、磁共振成像(MRI)、正電子發射X 射線層析照相術(PET)、單光子發射計算的X射線層析照相術(SPECT)、 超聲波或者其組合。術間技術的例子包括但不限於3維數字減影血管造影、3 維數字血管造影、旋轉血管造影，例如由西門子AG的西門子醫療公司開發 的DynaCT技術、3維超聲波或其組合。融合3維空間成像技術的例子包括但 不限於均由西門子AG的西門子醫療公司開發的PET/CT成像技術和 SPECT+CT成像技術。現在已知或以後開發的其他類型三維成像技術也是預 期的。
三維圖像數據集108被配準到二維圖像106。配準一般指為了達到兩個
圖像的理想匹配的空間改變(例如，變換、旋轉、按比例縮放、變形)或一 個圖像相對於另 一圖像的已知空間關係。配準技術包括但不限於基於醫學成 像設備的校準信息的配準、基於特徵的配準、基於斑點的配準、運動跟蹤、
基於強度的配準、隱含配準及其組合。由AmulfOppelt在 7kfe力'ca/ D/agnos""(2005)的第4章中闡述了另外的配準技術。
監視設備110監視系統102的介入過程。在一個實施例中，監視設備110 是定位在醫學成像設備104上的照相機，該照相機將病人器官腔或部分的實 時圖像提供給處理器112,用於在顯示設備116上顯示。在另一實施例中，監 視設備110為用於在病人器官腔或部分中定位醫學器械的器械定位設備。例 如，器械定位設備可以使用磁跟蹤來跟蹤醫學器械在病人器官腔或部分中的 位置。該器械定位設備可以將醫學器械在病人器官腔或部分內的坐標提供給 處理器112，用於稍後在顯示設備116上顯示。在這個例子中，三維圖像數據 集]08還可以被配準給器械定位設備。在另一實施例中，監視設備H0是磁 導航設備，該磁導航設備可操作以操縱正在病人器官腔或部分內使用的醫學 器械。磁導航設備可將醫學器械在病人器官腔或部分中的坐標提供給處理器 112,用於稍後在顯示設備116上顯示。在這個實施例中，三維圖像數據集108 還可被配準給器械導航設備。
處理器112是用於生成二維圖像106和三維圖像數據集108的融合顯現 的通用處理器、數位訊號處理器、圖形卡、圖形晶片、個人計算機、母板、 存儲器、緩衝器、掃描轉換器、濾波器、插入器、場可編程門陣列、專用集 成電路、模擬電路、數字電路、其組合或者任何其他現在已知或以後開發的 設備。處理器112包括用於呈現三維圖像數據集108的三維表示的軟體或硬 件，例如通過Alpha混合、最小強度投影、最大強度乘積、表面呈現或其他 現在已知或以後開發的呈現技術。處理器112還具有用於形成二維圖像106 與三維圖像數據集108融合的軟體。然後，由處理器112所產生的得到的3 維/2維融合顯現114被傳遞給顯示設備116。術語融合顯現一般指二維圖像 106和三維圖像數據集108以與它們當前配準相關的方式的顯示。融合顯現 技術包括但不限於基於強度的顯現、空間呈現技術、數字重構放射圖像、重 疊圖形初始、反投影、減影顯現或其組合。基於由監視設備110提供的醫學 器械的坐標，還可以配置處理器112以將由監視設備110監測的醫學測量值
結合在3維/2維融合顯現114中。基於由監視設備110提供的輸出，還可以 配置處理器112以更新醫學器械相對於三維圖像數據集108和二維圖像06 的4立置和方4立。
顯示設備116是監視器、CRT、 LCD、等離子體屏幕、平板、投影儀、 其他現在已知或以後開發的顯示設備。顯示設備116可操作以生成由處理器 112產生的3維/2維融合顯現114的圖像。顯示設備116還可操作以顯示三維 圖像數據集108的分離三維圖像和顯示由醫學成像設備104提供的二維圖像 106。還可以配置顯示設備116，以顯示由監視設備IIO監視的醫學器械。
系統102可進一步包括用戶輸入端，該用戶輸入端用於操縱醫學成像設 備104、監視設備IIO、處理器112、顯示設備116或其組合。用戶輸入端可 以是鍵盤、觸控螢幕、滑鼠、蹤跡球、觸摸板、撥號盤、旋鈕、滑動條、按鈕 或其組合、或其他現在已知或以後開發的用戶輸入設備。
圖2是圖示二維圖像106和三維圖像數據集108的3維/2維融合顯現1]4 的方框圖。將三維圖像數據集108配準到二維圖像106。處理器1]2接收三 維圖像數據集108和二維圖像106，以產生二維圖像106和三維圖像數據集 108的3維/2維融合顯現114。監視設備IIO還可將坐標提供給由三維圖像數 據集108和二維圖像106表示的器官腔中使用的醫學器械的處理器112。處 理器112使用來自監視設備110的坐標，將醫學器械的位置結合在3維/2維 融合顯現114中。可以進一步配置監視設備110,以在介入過程期間將坐標實 時提供給處理器112。可將進一步的二維圖像和三維圖像數據集提供給處理 器112，用於更新由處理器112所產生的3維/2維融合顯現114。
圖3是用於使用被配準到二維圖像106的三維圖像數據集108顯示介入 過程的方法的一個實施例的流程圖。如圖3所示，在進行介入過程(塊304 ) 之前，發生三維圖像數據集108到二維圖像106 (塊302 )的初始配準。
圖4是用於配準三維圖像數據集的方法的一個實施例的流程圖。如圖4 所示，在介入過程的準備中(塊402 )，醫生或技術人員可以首先獲取病人的 器官腔中或部分的三維圖像數據集108。在圖4所示的實施例中，使用術前 技術，獲取三維圖像數據集108。例如，可以使用計算機X射線斷層造影術、 磁共振成像、正電子發射X射線層析照相術、單光子發射計算的X射線層析 照相術或任何其他現在已知或以後開發的三維圖像數據集獲取技術，獲取三 維圖像數據集108。在另一實施例中，醫生或技術人員可以在介入過程期間
使用諸如3維數字減影血管造影、3維數字血管造影、DynaCT技術或任意其 他現在已知或用戶開發的術間技術或其組合的術間技術，獲取三維圖像數據 集108。
一旦已經獲取了三維圖像數據集108 (塊402)，然後，醫生或其他技術 人員可以確定醫學成像設備是否支持不同模式(modality )(塊404 )。例如， 醫學成像設備104可以支持多個醫學模式，例如CT、 MRI、 PET、 SPECT、 任意其他現在已知或以後開發的成像模式或者其組合。如果醫生或技術人員 確定醫學成像設備104僅有一種模式，比如CT，則醫生或技術人員將三維圖 像數據集108配準到醫學成像設備104的這一種模式(塊410 )。掃描設備的 空間關係確定掃描區域的空間關係。由於二維和三維圖像集對應於掃描區域， 因而從掃描設備的空間關係確定圖像集的空間關係。如果醫生或技術人員確 定醫學成像設備104支持多種模式，則醫生或技術人員基於由醫學成像設備 104所支持的多種模式中的一種或多種，繼續將三維圖像數據集108配準到 二維圖像106 (塊406)。在每個配準後，醫生或技術人員確定是否還有用於 醫學成像設備104的剩餘模式(塊408 )。如果還有剩餘模式，則醫生或技術 人員可以繼續將三維圖像數據集108配準到剩餘的一個或多個模式(塊406 )。 可替換地，或者除了將三維圖像數據集108配準到醫學成像設備104中的一 個或多個成像模式之外，可以將三維圖像數據集108配準到醫學成像設備104 的幾何形狀。
儘管圖4示出了基於醫學成像設備104中成像模式的三維圖像數據集108 的配準，但其他類型配準也是可行的。例如，使用基於圖像的配準技術，比 如剛性和仿射配準、基於幾何形狀的配準、顯現排列配準、基於特徵的配準、 基於界標的配準、非剛性配置、任何現在已知或以後開發的配準技術或其組 合，可以將三維圖像數據集108配準到二維圖像106。
醫生或技術人員確定監視設備110是否支持在介入過程期間使用的磁跟 蹤或磁導航(塊412 )。如果監視設備110不支持磁跟蹤和/或磁導航，則醫生 或技術人員繼續完成三維圖像數據集108到醫學成像設備104的配準(塊 416)。如果監視設備110支持磁跟蹤和/或磁導航，則醫生或技術人員基於磁 跟蹤和/或磁導航將三維圖像數據集108配準到監視設備110 (塊414 )。基於 磁跟蹤和/或磁導航將三維圖像數據集108配準到監視設備110 (塊414)還 可以包括將三維圖像數據集108配準到在介入過程中使用的醫學器械。可替
換地，將監視設備110配準到二維圖像。
醫生或技術人員繼續完成配準處理(塊416)。完成配準處理可以包括修
改三維圖像數據集108的配準、修改三維圖像數據集108或將三維圖像數據 集108保存在系統102的存儲器中。修改三維圖像數據集108的配準或修改 三維圖像數據集108可以包括對三維圖像數據集108進行添加、從三維圖像 數據集108中去除信息、對三維圖像數據集108進行編輯或其組合。
如圖3所示，在配準操作完成之後(塊302)，醫生或技術人員進行介入 過程(塊304)。圖5是使用被配準到二維圖像的三維圖像數據集進行介入過 程的方法的一個實施例的流程圖。在進行介入過程中，醫生或技術人員可以 首先在顯示設備116上顯示三維圖像數據集108的顯現(塊502 )。然後，醫 生或技術人員可決定修改三維圖像數據集108的顯現(塊504 )。如果醫生或 技術人員決定不修改三維圖像數據集108的顯現，則醫生或技術人員繼續在 接收介入過程的病人上方或附近定位醫學成像設備104 (塊508 )。如果醫生 或技術人員決定修改三維圖像數據集108的顯現，則醫生或技術人員修改三 維圖像數據集108的顯現(塊506 )。
在一個實施例中，醫生或技術人員通過在圖像處理工作站上編輯顯現來 修改三維圖像數據集108的顯現。在另一個實施例中，醫生或技術人員通過 改變用於顯示三維圖像數據集108中的顯現的傳輸函數來修改三維圖像數據 集108的顯現。在另一個實施例中，醫生或技術人員通過修剪所顯示的顯現 來修改三維圖像數據集108的顯現。修改三維圖像數據集118的顯現還可以 包括改變用於顯示三維圖像數據集108的顯現的體積呈現模式(mode)。在 另 一實施例中，醫生或技術人員通過在顯現中標記目標來修改三維圖像數據 集108的顯現，例如通過標記用於活組織檢查的膽管或特定胂瘤。使用上述 任意一種技術或其組合，醫生或技術人員可以修改三維圖像數據集108的顯 現。
在醫生或技術人員已經完成修改三維圖像數據集108的顯現(塊506 ) 或者決定不修改三維圖像數據集108的顯現(框504)之後，醫生或技術人 員將醫學成像設備104定位在接受介入過程的病人上方或附近，以獲得工作 投影(例如，二維圖像106)(塊508 )。在定位醫學成像設備104中，醫生或 技術人員可以變更醫學成像設備104的旋轉排列、醫學成像設備104的定向 排列、用於獲取二維圖像106的縮放因子、任何其他類似或等效的定位變更
或其組合。在一個實施例中，根據對醫學成像設備104做出的定位變更，基
於醫學成像設備104的幾何尺寸，處理器112將三維圖像數據集108配準到 二維圖像106。在另一實施例中，在定位醫學成像設備104之後，基於醫學 成像設備104的幾何尺寸，處理器112沒有將三維圖像數據集108配準到二 維圖像106,而是稍後使用基於圖像的配準。
在醫生或技術人員已經將醫學成像設備104定位在接受介入過程的病人 上方或附近之後，然後醫生或技術人員使用醫學成像設備104獲取病人器官 腔或部分的二維圖像106 (塊510)。在已經獲取二維圖像106之後(塊510), 處理器112產生二維圖像106和三維圖像數據集108的3維/2維融合顯現114, 然後在顯示設備116上顯示該3維/2維融合顯現114 (塊512 )。
在顯示設備116上顯示3維/2維融合顯現114的同時，醫生或技術人員 可以調整二維圖像106和從三維圖像數據集108中生成的三維圖像的混合。 例如，醫生或技術人員可能僅僅希望看到3維/2維融合顯現114的二維圖像 106。在這種情況下，醫生或技術人員可以調整混合，以便在顯示設備116上 僅顯示二維圖像106。在另一例子中，醫生可能希望在3維/2維融合顯現114 中僅看到三維圖像數據集108中的三維圖像。在這種情況下，醫生或技術人 員可以調整3維/2維融合顯現114的混合，以便僅僅顯示三維圖像數據集108 中的三維圖像。在可替換實施例中，顯示設備116顯示二維圖像106、三維 圖像數據集108中的三維圖像表示和由處理器112輸出的3維/2維融合顯現 114。
3維/2維融合顯現114可以是使用oc混合、彈性a混合、覆蓋了多平面重 構的體積呈現技術、覆蓋了最大強度投影的體積呈現技術、任何其他現在已 知或以後開發的融合顯現技術或其組合所生成的融合顯現。在一個實施例中， 通過顯示三維圖像數據集108的顯現，可以產生3維/2維融合顯現114,該 三維圖像數據集108的顯現是使用覆蓋了預先配準的二維圖像106的體積呈 現技術而呈現的。例如，可以使用體積呈現技術顯示三維圖像數據集108, 並且可以將二維圖像106顯示為覆蓋在所呈現的體積上的最大強度投影，該 所呈現的體積作為三維圖像數據集108中的平面。在這個例子中，處理器112 可操作以旋轉由顯示設備116顯示的3維/2維融合顯現，以便提供三維圖像 數據集108和二維圖像106的三維旋轉視圖。在另一實施例中，結合醫學器 械，顯示該3維/2維融合顯現114。例如，可以獲取二維圖像106作為最大
強度投影，使得醫學器械出現在二維圖像106中。在這個例子中，可以將該
3維/2維融合顯現114顯示為使用體積呈現技術所呈現的三維圖像數據集108 的顯現，並且可以顯示二維圖像106覆蓋在作為三維圖像數據集108的平面 的所呈現的體積上，以便醫學器械出現在3維/2維融合顯現114的顯示中。
在顯示3維/2維融合顯現114之後或同時(塊512),醫生或技術人朝向 介入過程的目標推進醫學器械(塊514)。醫生或技術人員使用的醫學器械可 以取決於介入過程的類型。例如，如果介入過程涉及腫瘤活組織檢查、支氣 管鏡或其他類似過程，則在介入過程中使用的醫學器械可以是針。在另一實 施例中，如果介入過程涉及慢性完全性梗塞、支架放置或其他類似介入過程， 則醫學器械可以是導管或導絲。
在醫生或技術人員將醫學器械移向介入過程的目標的同時，在顯示設備 116上顯示醫學器械相對於3維/2維融合顯現114的位置(塊516)。在一個 實施例中，監視設備110使用磁跟蹤。在這個實施例中，監視設備110將病 人器官腔或部分內的醫學器械的位置坐標傳送給處理器112。該處理器112 計算醫學器械相對於三維圖像數據集108、融合顯現114和/或二維圖像106 的位置。由此，處理器112可以將醫學器械的位置結合在3維/2維融合顯現 114中。在另一實施例中，監視設備IIO使用磁導航，這樣允許醫生或技術人 員在病人器官腔或部分內導航該醫學器械。在醫生或技術人員已經將三維圖 像數據集108配準到監視設備110的磁導航系統的情況下，監視設備110將 醫學器械在病人器官腔或部分內的位置坐標傳送給處理器112。處理器112 計算醫學器械相對於三維圖像數據集108、融合顯現114和/或二維圖像106 的位置。在這個實施例中，醫生或技術人員可以通過觀看結合在由顯示設備 116所顯示的3維/2維融合顯現114中的醫學器械，來控制醫學器械。
在醫學器械相對於3維/2維融合顯現114的位置的顯示(塊516)中， 醫生或技術人員還可調整醫學成像設備104的顯示模式，以更好地顯現醫學 器械。例如，醫學成像設備104可以支持減影模式，其允許處理器112從3 維/2維融合顯現114中濾去不想要的噪聲。通過使用醫學成像設備104的減 影模式，在與3維/2維融合顯現114中的二維圖像106和三維圖像數據集108 的三維圖像表示對照時，醫生或技術人員可更好地觀察醫學器械。醫學成像 設備104還可以支持其他瀏覽模式。
在將3維/2維融合顯現顯示在顯示設備116上(塊516)之後，醫生或
技術人員可以決定更新三維圖像數據集108到二維圖像106的配準(塊518 )。 如果病人在介入過程期間已經移動了，或者如果醫學成像設備104自最後獲 取二維圖像106時已經改變了掃描區域的位置或方位，則可發生更新三維圖 像數據集108到二維圖像106的配準。如果醫生或技術人員決定更新三維圖 像數據集108到二維圖像106的配準，則醫生或技術人員對處理器112發出 指令以更新三維圖像數據集108到二維圖像106的配準。基於由監視設備110 或醫學成像設備104所提供的輸出，處理器112自動更新三維圖像數據集108 到二維圖像106的配準也是可能的。在一個實施例中，配準的更新是基於運
(ECG)觸發、呼吸跟蹤和/或控制、在線配準、任何其他現在已知或以後開 發的運動修正技術或其組合。在一個實施例中，監視設備UO使用特徵跟蹤， 比如在接受介入過程的病人上的界標，來監視病人的移動。在這個實施例中， 處理器112使用由監視設備110提供的特徵跟蹤來更新三維圖像數據集108 到二維圖像106的配準。在另一實施例中，監視設備110使用ECG觸發來監 視接受介入過程的病人，並將ECG觸發作為輸入提供給處理器112,以更新 三維圖像數據集108到二維圖像106的配準。在另一實施例中，配準的更新 基於醫學成像設備104的位置或方位的改變。例如，在醫學成像設備104在 獲取第一個二維圖像和第二個二維圖像之間移動的情況下，可以基於醫學成 像設備104在獲取期之間的位置或方位的改變更新三維圖像數據集108的配 準。
在更新了三維圖像數據集108到二維圖像106的配準之後，醫生或技術 人員檢驗醫學器械相對於3維/2維融合顯現114的位置(塊522)。在一個實 施例中，醫生或技術人員使用監視設備110確定醫學器械在接受介入過程的 病人的器官腔或部分內的位置，然後將通過監視設備110所報告的醫學器械 的位置與在3維/2維融合顯現114中所顯示的位置相比較。例如，在監視設 備110使用磁跟蹤的情況下，醫生或技術人員可以使用監視設備110的磁跟 蹤特徵來確定醫學器械的位置。在另一例子中，在監視設備110使用磁導航 的情況下，醫生或技術人員可以使用監視設備110的磁導航特徵來確定醫學 器械的位置。在另一實施例中，醫生或技術人員使用醫學成像設備104檢驗 醫學器械相對於3維/2維融合顯現114的位置。例如，醫學成像設備104從 不同角度獲取多個二維圖像，然後將該多個二維圖像相互比較，以確認醫學
器械的位置。處理器112通過圖像處理來確定對準，或者醫生或技術人員輸 入指示正確對準的數據。在使用醫學成像設備104確認醫學器械的位置之後，
醫生或技術人員然後比較所確定的醫學器械的確定位置和由顯示設備116在 3維/2維融合顯現114中所顯示的其位置。在另一實施例中，醫生或技術人 員可以操縱由醫學成像設備106支持的瀏覽模式，以更好地顯現在接受介入 過程的病人的器官腔或部分中的醫學器械，比如在醫學成像設備106支持減 影瀏覽模式的情況下，檢驗醫學器械的位置。
在檢驗醫學器械相對於3維/2維融合顯現114的位置之後，根據用於改 變醫學器械的位置的設備，醫生或技術人員或處理器112更新三維圖像數據 集108到用於監視設備110的醫學成像設備104的配準(塊524)。例如，在 醫生或技術人員使用醫學成像設備104檢驗醫學器械的位置的情況下，基於 醫學成像設備104的幾何尺寸更新三維圖像數據集108到二維圖像106的配 準。在另一例子中，醫生或技術人員觸發三維圖像數據集108到監視設備110 的配準的更新。處理器112基於醫學成像設備104上的傳感器和/或來自監視 設備110的輸入來確定空間關係。
然後，醫生或技術人員確定介入過程是否完成(塊526 )。如果介入過程 沒有完成，則顯示設備16繼續顯示三維數據集108的顯現，或更新三維數據 集108(塊502 )。此後，醫生或技術人員繼續先前所述的動作，直至醫生或 技術人員確信完成了介入過程。如果醫生或技術人員確定完成了介入過程， 則醫生或技術人員檢驗介入過程的成功(塊528 )。例如，醫生或技術人員可 以使用諸如3維數字減影血管造影術、3維數字血管造影術、旋轉血管造影 術、任何現在已知或後面開發的三維成像技術或其組合等額三維成像技術檢 驗完成了介入過程。可替換地，在介入過程時，將實時或連續更新2維圖像 用於確認完成。
儘管已經參考三維圖像數據集描述了圖4-5，但是使用四維數據集也是 可能的，比如在三維圖像數據集具有時間或空間分量的情況下。具有時間分 量的三維圖像數據集的一個例子是心臟的三維圖像數據集，其中心臟在介入 過程期間在體積大小上發生改變。在這個例子中，具有時間分量的心臟的三 維圖像數據集變為四維圖像數據集。隨時間改變的三維圖像數據集的另 一例 子是肺的三維圖像數據集，肺也在介入過程期間在體積上發生改變。在這個 例子中，具有時間分量的肺的三維圖像數據集變為四維圖像數據集。在這兩
個例子中，可以將四維圖像數據集的心臟活動或呼吸活動配準到二維圖像106 或監視i殳備110中的；茲跟蹤和/或磁導航系統。
儘管已經描述了本發明的多個實施例，但是本領域技術人員應當清楚的 是，在本發明的範圍內更多的實施例和實現是可能的。因此，除根據所附的 權利要求及其等價物之外，本發明不受限制。
權利要求
1、一種使用被配準到二維圖像的三維圖像顯示介入過程的方法，該方法包括獲取表示器官腔的三維圖像數據集；將三維圖像數據集配準到醫學成像設備；使用所述醫學成像設備獲取介入過程的二維圖像；使用醫學器械進行介入過程；以及，使用三維圖像數據集和二維圖像的融合顯現，顯示介入過程期間醫學器械的至少一部分的表示。
2、 如權利要求l所述的方法，其中獲取表示器官腔的三維圖像數據集包 括在介入過程之前獲取所述三維圖像數據集。
3、 如權利要求l所述的方法，其中獲取表示器官腔的三維圖像數據集包 括使用術間技術進行獲取。
4、 如權利要求1所述的方法，其中獲取三維圖像數據集包括使用能夠獲 取三維圖像的X射線成像設備進行獲取。
5、 如權利要求1所述的方法，其中獲取二維圖像包括使用X射線成像 設備或手術顯微鏡進行獲取。
6、 如權利要求l所述的方法，還包括 使用器械定位設備或算法確定醫學器械的定位；以及 確定所述定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位置。
7、 如權利要求l所述的方法，還包括使用器械定位設備或算法確定醫學器械的定位；確定所述定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位置；以及使用基於所述位置的磁導航控制醫學器械。
8、 如權利要求l所述的方法，其中獲取二維圖像包括獲取螢光鏡圖像。
9、 如權利要求l一所述的方法，還包括動態更新三維圖像數據集到醫學成像設備的坐標系統的配準。
10、 如權利要求7所述的方法，其中動態更新三維圖像數據集到醫學成 像設備的配準包括作為心電圖的函數的動態更新。
11 、 一種使用被配準到二維圖像的三維圖像獲取並顯示介入過程的系統， 該系統包才舌醫學成像設備，可操作以獲取器官腔的二維圖像；監視設備，被配置用於監視在介入過程期間正對器官腔使用的醫學器械；處理器，可操作以獲取表示器官腔的三維圖像數據集，並且可操作以將 三維圖像數據集配準到二維圖像，所述二維圖像是醫學成像設備的掃描區域 的表示，所述處理器可操作以生成三維圖像數據集、二維圖像和作為監視設 備輸出函數的醫學器械的表示的融合顯現；以及顯示設備，可操作以顯示所述融合顯現。
12、 如權利要求11所述的系統，其中在介入過程之前獲取表示器官腔的 三維圖像數據集。
13、 如權利要求11所述的系統，其中在介入過程期間獲取表示器官腔的 三維圖像數據集。
14、 如權利要求11所述的系統，其中醫學成像設備是X射線成像設備或 手術顯微鏡。
15、 如權利要求11所述的系統，其中監視設備進一步被配置用於使用器 械定位設備來確定醫學器械的定位，所述器械定位設備使用磁跟蹤，以及所 述處理器還可操作以確定所述定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位置。
16、 如權利要求11所述的系統，還包括磁導航設備，所述磁導航設備可 操作以基於醫學器械的定位和該定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位 置來控制醫學器械，其中監視設備被進一步配置以確定醫學器械的定位；以及 所述處理器還可操作以確定所述定位相對於三維圖像數據集和二維圖像 的位置。
17、 如權利要求11所述的系統，其中所述二維圖像是螢光鏡圖像。
18、 如權利要求11所述的系統，其中所述處理器還可操作以動態更新三 維圖像數據集到醫學成像設備的坐標系統的配準。
19、 如權利要求18所述的系統，其中所述處理器基於心電圖的輸出動態 更新三維圖像數據集到醫學成像設備的配準。
20、 一種計算機可讀介質，具有進行一種方法的計算機可執行指令，所 述方法包括獲取表示器官腔的三維圖像數據集；將三維圖像數據集配準到醫學成像設備；使用所述醫學成像設備獲取介入過程的二維圖像；使用醫學器械對器官腔進行介入過程；以及，使用三維圖像數據集和二維圖像的融合顯現，顯示介入過程期間醫學器 械的至少一部分的表示。
21、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，其中獲取表示器官腔的三維 圖像數據集包括在介入過程之前獲取所述三維圖像數據集。
22、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，其中獲取表示器官腔的三維 圖像數據集包括使用術間技術進行獲取。
23、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，其中醫學成像設備是X射 線成像設備或手術顯微鏡。
24、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，還包括用於使用器械定位設 備確定醫學器械定位和確定該定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位置 的計算機可執行指令。
25、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，還包括用於使用器械定位設 備確定醫學器械定位、確定該定位相對於三維圖像數據集和二維圖像的位置 以及基於所述位置使用磁導航來控制醫學器械的計算機可執行指令。
26、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，其中獲取二維圖像包括獲取 螢光鏡圖像。
27、 如權利要求20所述的計算機可讀介質，還包括用於動態更新三維圖 像數據集到醫學成像設備的坐標系統的配準的計算機可執行指令。
28、 如權利要求27所述的計算機可讀介質，其中動態更新三維圖像數據 集到醫學成像設備的配準包括作為心電圖的函數的動態更新。
全文摘要
三維圖像數據集用於協助介入過程的顯現。該三維圖像數據集被配準到由醫學成像設備所獲取的二維圖像。顯示設備可顯示該三維圖像數據集和二維圖像的融合顯現。監視設備可以監視在介入過程中使用的醫學器械的行進。處理器可以將醫學器械的位置結合在由顯示設備顯示的融合顯現中。
文檔編號A61B19/00GK101190149SQ20071030514
公開日2008年6月4日 申請日期2007年10月8日 優先權日2006年10月5日
發明者簡·博斯, 諾伯特·拉恩, 麥可·馬希克, 馬庫斯·菲斯特 申請人:西門子公司