對介入工具的探測和跟蹤制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及微創(chuàng)Ｘ射線引導(dǎo)介入，特別涉及一種用于改進電生理學(xué)程序中所使用的介入工具的可見性和支持對這些工具的自動探測和跟蹤的圖像處理和繪制系統(tǒng)以及方法。根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)，這是通過以下步驟實現(xiàn)的：計算操作前采集的３Ｄ體素體積的２Ｄ投影圖像數(shù)據(jù)與操作中記錄的２Ｄ熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的３Ｄ體素體積顯示患者的身體組織中的特定感興趣解剖區(qū)域或病理異常（例如顱內(nèi)動脈狹窄、腦動脈瘤、肺或冠狀動脈分支、胃癌或瘤等），所述操作中記錄的２Ｄ熒光圖像顯示所述患者的身體內(nèi)部的前述對象，其中，所述３Ｄ體素體積已經(jīng)在基于圖像采集程序的計算機斷層攝影、磁共振成像或３Ｄ旋轉(zhuǎn)血管造影的范圍內(nèi)生成，且所述２Ｄ熒光圖像已經(jīng)與２Ｄ投影圖像數(shù)據(jù)共同配準。在配準所投影的３Ｄ數(shù)據(jù)和每個所述Ｘ射線圖像后，對２Ｄ投影圖像數(shù)據(jù)和２Ｄ熒光圖像的比較——基于所得到的差異圖像——允許去除公共圖案并因此增強被插入到病理組織區(qū)域內(nèi)的介入器械、血管段或患者身體內(nèi)的任何其他感興趣區(qū)域的可見性。本發(fā)明專利技術(shù)也使得探測和跟蹤這些器械的自動圖像處理方法更容易和更魯棒。一旦針對給定視圖完成了２Ｄ－３Ｄ配準，用于生成所述熒光圖像的Ｘ射線系統(tǒng)的系統(tǒng)幾何形狀的所有變化可以被應(yīng)用于配準矩陣。因此，要求保護的所述方法的使用并不局限于整個程序中的同一Ｘ射線視圖。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及微創(chuàng)X射線引導(dǎo)介入，特別涉及一種用于改進電生理學(xué)程序中所使用 的介入工具的可見性和支持對這些工具的自動探測和跟蹤的圖像處理和繪制系統(tǒng)以及方 法。根據(jù)本專利技術(shù)，這是通過計算共同配準的X射線圖像與操作前采集的3D體素體積的2D 投影圖像數(shù)據(jù)之間的差異并且利用這些差異增強介入工具的對比度和可見性來實現(xiàn)的。
技術(shù)介紹
諸如動脈硬化癥、高血壓和缺血等的心血管疾病(CVD)在大多數(shù)發(fā)達國家仍然是 主要的死亡原因，這是因為它們導(dǎo)致心臟和血管的永久傷害，這可能導(dǎo)致慢性心力衰竭、心 絞痛或心肌梗塞(心臟病發(fā)作)。對于顯示出心血管疾病癥狀的患者，通常在心導(dǎo)管插入實 驗室通過介入心臟病學(xué)來執(zhí)行初步診斷和治療。此處心導(dǎo)管插入的意思是將小管(導(dǎo)管) 通過動脈和/或靜脈插入到心臟。為了用實時X射線成像可視化冠狀動脈和心臟腔室，通 過導(dǎo)管注入造影劑。該造影劑必須對X射線是不透明的且在其流入冠狀動脈系統(tǒng)或心臟腔 室內(nèi)時提供良好的圖像對比度。這一程序產(chǎn)生被稱為血管造影片的圖像，其為診斷心血管 疾病的標準。在最近三十年，X射線引導(dǎo)介入心臟病學(xué)在人口統(tǒng)計學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟因素的促進下 已經(jīng)顯著發(fā)展。根據(jù)美國心臟協(xié)會(AHA)，從1979年到2003年在美國介入心臟病學(xué)程序的 數(shù)量增長了 470%。新型基于導(dǎo)管的介入工具(例如球囊導(dǎo)管和支架)允許醫(yī)師處理更多 的情況和更復(fù)雜的患者案例。由于這些新型微創(chuàng)圖像引導(dǎo)程序具有積極的患者成果并且比 心內(nèi)直視手術(shù)的成本更低，政府和私人支付者積極地鼓勵醫(yī)師使用這些程序來治療患者。現(xiàn)今，基于X射線的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)代表當前的護理標準并且為心臟病學(xué)中的診 斷和治療程序提供成像模態(tài)。它們被應(yīng)用于生成對冠狀動脈中的血流阻塞的實時圖像。當 阻塞被識別時，實時X射線成像被用于引導(dǎo)球囊尖端的導(dǎo)管插入到阻塞點以便通過血管成 形術(shù)(其意味著通過球囊擴張動脈中的受限流區(qū)域)和支架放置(亦即，通過擴張支撐結(jié) 構(gòu)來保持新擴大的動脈打開)來進行治療。具有冠心病的患者的治療目標是緩解心絞痛癥 狀并通過采用重新打開冠狀動脈的技術(shù)和設(shè)備來降低死亡或心肌梗塞的風(fēng)險。上述心導(dǎo)管插入系統(tǒng)實際上能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)管插入實驗室中的所有微創(chuàng)程序。當前開 發(fā)的系統(tǒng)均具有相同的基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)并使用投射X射線束穿過患者并且到達大面積探測 器上的點X射線源，該大面積探測器被用于將所生成的熒光圖像轉(zhuǎn)換成電信號以便顯示在 監(jiān)視器上。由此，獲得患者的射線攝影圖像。常規(guī)采用的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)通常執(zhí)行兩種不同類型的實時X射線成像診斷血管 造影和介入成像。診斷血管造影是利用高輻射照射執(zhí)行的，以便產(chǎn)生高質(zhì)量圖像。這一診 斷(電影(cine))模式產(chǎn)生注入的造影劑流經(jīng)冠狀動脈的圖像，以診斷冠狀動脈的初始狀 況、確定所需要的介入并且在介入之后重新評估冠狀動脈。介入成像是利用產(chǎn)生較低質(zhì)量 圖像的受控輻射照射執(zhí)行的。由此這一介入(熒光(fluoro))模式提供患者解剖結(jié)構(gòu)的實 時成像以引導(dǎo)介入，并在將設(shè)備插入到解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)時被使用。該介入模式被用于大約90%的程序成像時間。雖然心血管疾病主要影響患者的血流，心臟電生理學(xué)(EP)——介入心臟病學(xué)的特 殊領(lǐng)域一涉及研究心臟的電學(xué)異常。醫(yī)師利用心臟內(nèi)導(dǎo)管來在X射線熒光透視弓I導(dǎo)下定 位并治愈患者心律的電學(xué)功能紊亂。心臟中的先天問題或病變組織可能影響導(dǎo)致包括心房 纖顫(AF)的不規(guī)則心跳的電導(dǎo)。在這種疾病中，心臟的兩個上部腔室——心房——不能有 效跳動，且血液不能被完全泵送出它們，因此血液可能淤積和凝結(jié)。如果部分凝結(jié)塊離開心 臟，它可能會導(dǎo)致中風(fēng)或肺部栓塞。為了治療心房纖顫，可以用射頻能量消融組織的某些區(qū) 域，從而治愈異常電導(dǎo)并永久恢復(fù)正常心率。更準確地說，心臟組織被映射以找到具有異常 電活動的區(qū)域并且通過心臟電生理學(xué)進行消融以殺死某些區(qū)域的病理 組織。這一程序通常 被稱為“映射并清除(mapping and zapping)”。定位并消融適當組織區(qū)域的程序是極其冗 長的。患者可能在心導(dǎo)管插入實驗室中花費三到六個小時，其可能包括高達90分鐘的純成 像時間。患者接收高達30，000胸片(chest)X射線當量的巨大量X射線，且實施這些程序 的電生理學(xué)家通常還接收相當大劑量的散射輻射。電生理學(xué)診斷和治療并不需要將造影劑 注入冠狀動脈以產(chǎn)生詳細的血管造影片并因此需要稍微低點的成像能力。長的程序時間產(chǎn) 生高的輻射照射降低值。另一個重要的EP程序是放置起搏器以用于心臟再同步治療(CRT)，在此期間起搏 器引線必須被放置在冠狀靜脈中。電生理學(xué)家需要特殊的訓(xùn)練來完全了解解剖結(jié)構(gòu)和到所 有感興趣部位的接入路徑并且需要一些實踐來選擇正確的設(shè)備和操縱它們到達目標。可以用3D成像設(shè)備(CT、MRI)或通過正好在介入開始時局部注入造影劑來記錄患 者的解剖結(jié)構(gòu)(對于心房纖顫為左心房(LA)和肺靜脈(PV)的孔，而對于CRT為冠狀靜脈 和竇)，但是醫(yī)師必須執(zhí)行心理配準以在這一信息不再可見的活體熒光圖像中進行導(dǎo)航。對于AF程序，當測量電勢時了解導(dǎo)管的準確位置是找到導(dǎo)致纖顫來源(異位病 灶、重返回路)的關(guān)鍵。更重要的是對消融部位進行解剖映射以便執(zhí)行期望的消融圖案，諸 如肺靜脈隔離或左心房中的頂線消融。現(xiàn)今，實際上所有當前可用的常規(guī)基于X射線的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)——諸如 Philips Medical、Siemens Medical、GE Medical 和 Toshiba Medical 開發(fā)和銷售的那 些——使用相同的基礎(chǔ)成像技術(shù)，其在過去40年并沒有發(fā)生重大的改變。在幾十年內(nèi)對單 獨部件的逐漸改進已使系統(tǒng)性能最優(yōu)化為接近理論限制。然而，當前系統(tǒng)仍然表現(xiàn)出低圖 像質(zhì)量和高輻射照射的顯著問題。因此這些關(guān)鍵問題涉及成像、輻射損害和操作問題。心導(dǎo)管插入實驗室中最困難的成像任務(wù)是對大的患者進行成像或以陡視角對患 者進行成像。利用常規(guī)系統(tǒng)，接近患者的大面積探測器導(dǎo)致比圖像輻射更多的散射輻射到 達探測器，這嚴重降低圖像質(zhì)量。因此，醫(yī)師經(jīng)常在介入過程中使用高輻射診斷(電影)模 式以獲得更好質(zhì)量的圖像。此外，最佳圖像質(zhì)量僅在短時間段內(nèi)是可能的。常規(guī)心導(dǎo)管插入系統(tǒng)僅可能在X 射線管到達其最大溫度且自動停止之前在診斷(電影)模式運行大約20秒。在X射線源 冷卻下來之前可能需要幾分鐘并且可以再繼續(xù)成像。除此以外，重疊的解剖結(jié)構(gòu)可能抑制觀察和導(dǎo)航。常規(guī)心導(dǎo)管插入系統(tǒng)產(chǎn)生不具 有深度信息地顯示對象的射線攝影圖像。從這些平的圖像中辨識3D解剖結(jié)構(gòu)是困難的。另 夕卜，圖像雜斑和肋骨或脊柱對心臟的陰影經(jīng)常降低圖像清晰度。常規(guī)基于X射線的心導(dǎo)管插入系統(tǒng)經(jīng)常面對的其他問題是患者和介入操作者被 照射過量的輻射。常規(guī)系統(tǒng)在介入(熒光)模式下使患者照射每分鐘200至500胸片X射 線當量。通過在長介入程序中高達60分鐘的成像時間，患者在每個程序被照射12，000至 30，000胸片X射線當量。這種延長的照射可能導(dǎo)致對患者的輻射皮膚燒傷并增加介入操作 者和導(dǎo)管插入實驗室工作人員患癌癥的風(fēng)險。在某些電生理學(xué)程序中由于單個解剖區(qū)域的 長期照射而導(dǎo)致輻射照射風(fēng)險特別嚴重。針對醫(yī)師的預(yù)防性措施包括使用沉重和麻煩的環(huán) 繞鉛防護板和防護衣、甲狀腺防護物和護目鏡。 此外，到患者的接入可能被X射線探測器遮蔽。常規(guī)心導(dǎo)管插本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于改進要被應(yīng)用在微創(chuàng)Ｘ射線引導(dǎo)介入的范圍內(nèi)的介入工具的可見性和支持對所述介入工具的自動探測和跟蹤的方法，所述方法包括以下步驟：計算（Ｓ６）操作前采集的３Ｄ體素體積的２Ｄ投影圖像數(shù)據(jù)與操作中記錄的２Ｄ熒光圖像之間的差異，所述操作前采集的３Ｄ體素體積顯示要被檢查的患者的身體組織中或所述患者的脈管系統(tǒng)的血管段中的解剖結(jié)構(gòu)或感興趣區(qū)域、病理異常、起搏器和／或其他醫(yī)學(xué)移植體，所述操作中記錄的２Ｄ熒光圖像顯示前述對象以及已經(jīng)被引入到所述患者的身體內(nèi)部的介入工具，其中，所述２Ｄ熒光圖像已經(jīng)與所述２Ｄ投影圖像數(shù)據(jù)共同配準（Ｓ４），以及利用基于所述計算步驟生成的所得到的差異圖像通過去除對插入到所述組織區(qū)域或所述血管段內(nèi)的介入工具的可見性有害的公共圖案來增強（Ｓ７ａ，ｂ）所述介入工具的對比度和可見性，所述圖案包含在所述操作前采集的３Ｄ體素體積的所述２Ｄ投影圖像中和所述操作中記錄的２Ｄ熒光圖像中。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：NF維蘭，CAM皮卡爾，NPB戈金，
申請(專利權(quán))人：皇家飛利浦電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：NL[荷蘭]