專利名稱：觀測在脈管系統(tǒng)中的導(dǎo)管的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觀測在身體體積中的儀器(特別地為在脈管系統(tǒng)中的 導(dǎo)管)的檢查設(shè)備、方法和記錄栽體。
背景技術(shù)：
在放射介入流程中，諸如導(dǎo)管之類的儀器在連續(xù)x射線觀測下被導(dǎo)航穿過患者身體。US 5 255 680描述了一種用于這種流程的檢查設(shè) 備，該檢查設(shè)備在射頻標(biāo)記的幫助下定位該導(dǎo)管末端的當(dāng)前位置且然 后以導(dǎo)管總是處于視場中的方式自動地安置該X射線設(shè)備。這種方法 的一個劣勢在于需要儀器上的額外標(biāo)記。此外，所產(chǎn)生的投影通常不 足以使導(dǎo)管穿過復(fù)雜的脈管幾何形狀的導(dǎo)航。發(fā)明內(nèi)容基于這種情形，本發(fā)明的一個目的在于提供便于觀測在身體體積 中的儀器的方法，具體而言導(dǎo)管在患者的脈管系統(tǒng)中導(dǎo)航的方法。這個目的通過如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備，如權(quán)利要求10所述 的方法以及如權(quán)利要求11所述的記錄載體來實現(xiàn)。優(yōu)選實施例揭示于 從屬權(quán)利要求中。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及用于觀測在身體體積中的儀 器的檢查設(shè)備。該儀器可(例如)為導(dǎo)管、導(dǎo)絲、活檢針或內(nèi)診鏡， 且該儀器可特別地在(人或動物)身體的脈管系統(tǒng)中移動。然而，本 發(fā)明并不限于醫(yī)學(xué)應(yīng)用。該檢查設(shè)備包括以下組件a)用于產(chǎn)生具有可調(diào)整投影幾何形狀的身體體積投影的成像裝 置。所述投影在下文中被稱作"當(dāng)前投影"，因為其通常表示在(醫(yī) 學(xué))檢查流程中的實時照片。然而， 一般而言，術(shù)語"當(dāng)前"不應(yīng)關(guān) 于產(chǎn)生投影的時間進行限制。成像裝置可優(yōu)選地為諸如CT掃描儀或C 形臂裝置(單平面或雙平面)的旋轉(zhuǎn)X射線裝置。可調(diào)整投影幾何形 狀可通常包括投影方向及(此外)視場形狀及/或源l象距(source-image-distance )。b)數(shù)據(jù)處理單元，其連接到成像裝置且其可為(例如)具有諸如 中央處理單元、存儲器、I/O介面及類似組件以及適當(dāng)軟件的常規(guī)電 腦。數(shù)據(jù)處理單元包括以下組件，其可通過專用硬件及/或軟件及/或數(shù) 據(jù)來實現(xiàn)bl)儀器在身體體積內(nèi)部的移動廊道的三維(3D)表示。移動廊 道包括儀器可(且應(yīng)當(dāng))移動到或其可(且應(yīng)當(dāng))駐留的所有空間位 置。移動廊道的典型實例為導(dǎo)管移動到目標(biāo)位置所經(jīng)過的患者的脈管 系統(tǒng)的部分。對于活體檢查，移動廊道為計劃的路徑，因為在此處并 不存在自然的移動廊道。3D移動廊道優(yōu)選地使用分段、路徑計劃或路 徑跟蹤算法或其組合從身體體積的三維重建(例如，CT、 MR或3DRX ) 形成。如果這個體積可與預(yù)介入3DRA體積重合(3D-3D重合)或與 介入圖像重合(2D-3D重合)，那么也可從CT或MRI體積來確定移 動廊道。b2 )用于確定該儀器相對于移動廊道的前述3D表示的當(dāng)前位置的 定位模塊，其中所述確定優(yōu)選地基于由成像裝置所產(chǎn)生的至少一個當(dāng) 前投影(因此，所確定的位置在下文中被稱作"當(dāng)前位置")。如果 成像裝置的實際投影幾何形狀和3D表示相對于成像裝置的相對位置 是已知的，那么當(dāng)前位置的確定通常為直接計算。用于這個步驟的適 當(dāng)方法可在文獻中查到(例如，對于雙平面圖像"3D Guide wire reconstruction from biplane image sequence for integrated display in 3D vasculature" ， IEEE Transactions on Medical Imaging, 第22巻，第 10期，第1252到1258頁，2003;對于單平面圖像Th. van Walsum、 S.A.M. Baert 、 W.J. Niessen : " Guide Wire Reconstruction and Visualization in 3DRA using Monoplane Fluoroscopic Imaging" ， IEEE Transactions on Medical Imaging, 2005)。確定儀器相對于移動廊道 的3D表示的當(dāng)前位置可替代地基于(導(dǎo)管)導(dǎo)航技術(shù)，例如，關(guān)于使用測量儀器的三維位置的射頻標(biāo)記。b3)用于使成像裝置采取相對于儀器當(dāng)前位置的最優(yōu)投影幾何形 狀的轉(zhuǎn)向模塊。"最優(yōu)投影幾何形狀"的定義通常基于用戶預(yù)定的標(biāo) 準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)的實例結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述。最優(yōu)投影幾 何形狀的確定可特別地考慮移動廊道在儀器附近的路線。上文所述的檢查設(shè)備具有提供儀器在身體體積中實時投影(其自 動地具有最優(yōu)投影幾何形狀)的優(yōu)勢。因此，與僅從恒定方向產(chǎn)生投 影及/或需要手動調(diào)適投影幾何形狀的常規(guī)裝置相比，該儀器的導(dǎo)航可 更快且在更好的目視控制下進行。根據(jù)本發(fā)明的進一步發(fā)展，該檢查設(shè)備包括用于將造影劑注射到 患者脈管系統(tǒng)內(nèi)的注射裝置。所述注射裝置可(例如)包括具有用于 造影劑的受控傳遞的自動泵的注射器。注射造影劑的可能性允許產(chǎn)生以較高對比度顯示脈管的血管造影(angiographic)投影。數(shù)據(jù)處理單元優(yōu)選地也包括重建模塊用以從身體體積的不同方位 投影來重建身體體積的3D模型，其中儀器的移動廊道可從所述體積來 確定、跟蹤或計劃。雖然所述3D模型在原則上可來源于任何適當(dāng)源(例 如，MRI)，但其優(yōu)選地使用檢查設(shè)備的成像裝置產(chǎn)生。重建模塊可 采用各種已知重建算法中的任一算法來從投影確定3D模型，例如，代 數(shù)重建技術(shù)(ART)或最大概似法(ML)。從重建的3D模型確定移 動廊道可手動進行或利用(脈管)分段或路徑追蹤的各種已知算法中 的任一種算法來進行。已提到可利用不同的用戶定義標(biāo)準(zhǔn)來確定最優(yōu)投影幾何形狀。根 據(jù)優(yōu)選實施例，確定最優(yōu)投影方向使得其至少近似垂直于其中儀器當(dāng) 前所在或之后(意即，在下一前向移動之后)將在的廊道區(qū)段的路線。 在脈管介入中，這個廊道區(qū)段對應(yīng)于其中導(dǎo)管末端所駐留的脈管區(qū) 段。然后，從垂直于其軸線的方向使這個區(qū)段投影將保證在無透視縮 減的最優(yōu)表示。在前述實施例的進一步發(fā)展中，選擇最優(yōu)投影方向偏離相對于廊 道區(qū)段(準(zhǔn)確地)垂直的方向到使在所得投影圖像中所述廊道區(qū)段與 其他廊道區(qū)段分開的量。如果導(dǎo)管的當(dāng)前脈管區(qū)段(例如)被其他脈 管遮蔽，那么投影方向可從垂直方向改變以容許在減小遮蔽情況下更 好的視圖。數(shù)據(jù)處理單元可進一步包括用于(自動地或與來自用戶的輸入交 互地)確定從給定開始位置引導(dǎo)到給定目標(biāo)位置所經(jīng)過的移動廊道的 路徑的模塊。在導(dǎo)管介入中，開始位置可(例如)通過將導(dǎo)管引入到 患者體內(nèi)的插入操作得到，而目標(biāo)位置為應(yīng)被治療或診斷的缺陷。在前述實施例的進一步發(fā)展中，數(shù)據(jù)處理單元額外地包括模擬模 塊用以預(yù)先計算相對于經(jīng)過移動廊道的整個確定路徑或這個路徑的至
少一部分的最優(yōu)投影幾何形狀。這個計算可將其他的最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)考慮在內(nèi)，例如，成像裝置(例如，c形臂)的必要移動的減小。然后，在介入期間，預(yù)先計算的最優(yōu)投影幾何形狀可簡單地根據(jù)儀器的當(dāng)前 位置從存儲器再調(diào)用。優(yōu)選地，模擬模塊也允許所計算的虛擬流程在熒光屏上表示。c形臂可(例如)結(jié)合在該體積上的相應(yīng)的投影視圖遵循計劃的路徑在熒光屏上呈現(xiàn)。然后，醫(yī)師可決定所計劃的流程是 否可行且根據(jù)需要對其進行手動校正。本發(fā)明進一步涉及觀測在身體體積中的儀器的方法，該方法包括以下步驟確定儀器在身體體積內(nèi)的移動廊道的三維表示。該表示可特別地 從身體體積不同方位投影而重建的身體體積的3D模型得到(例如，跟蹤、分段或手動確定)。產(chǎn)生身體體積的至少一個當(dāng)前投影。所述投影可(例如)通過旋轉(zhuǎn)X射線裝置產(chǎn)生。在雙平面系統(tǒng)中，對于每一時間點，可得到兩個當(dāng)前投影。確定儀器相對于該3D表示的當(dāng)前位置，其中該確定優(yōu)選地基于當(dāng) 前投影。確定相對于儀器當(dāng)前位置的最優(yōu)投影幾何形狀。 該方法的額外步驟可特別地為產(chǎn)生具有確定最優(yōu)投影幾何形狀的 身體體積的新投影。該方法以一般形式包括可利用上述類型檢查設(shè)備執(zhí)行的步驟。因 此，關(guān)于該方法的細節(jié)、優(yōu)勢和改進的更多信息，請參考前文的描述。最后，本發(fā)明包括記錄載體，例如，軟盤、硬盤或光盤(CD)， 在記錄載體上可儲存用于觀測在身體體積中的儀器的電腦程序，其中 所述程序適合于執(zhí)行前述類型的方法。將參考下文所述^實施例^行闡述。
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在下文中，在單張附圖的幫助下以舉例說明的方式描述本發(fā)明， 所述附圖示意顯示根據(jù)本發(fā)明的檢查設(shè)備。
具體實施方式
無論為脈管或非脈管，當(dāng)今放射介入流程的主要部分是基于血管內(nèi)裝置穿過人脈管或中空解剖結(jié)構(gòu)的實時x射線引導(dǎo)。當(dāng)特別地提到 脈管介入時，介入目標(biāo)為通過非侵入動脈內(nèi)或靜脈內(nèi)方法成功修復(fù)脈 管病理。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，介入放射學(xué)家應(yīng)該有可供其支配的適當(dāng)脈管機器(angio machine)，這種脈管機器能夠產(chǎn)生脈管解剖的實時 脈管圖像。然而，在用于介入引導(dǎo)時，即使當(dāng)今最先進的脈管機器也 具有多種缺點。尖端科技脈管機器的最不方便的缺點中的一個缺點為 其2D投影圖像性質(zhì)，其并不允許對脈管相互關(guān)系有增進的理解。盡管近來發(fā)展的基于所謂旋轉(zhuǎn)血管造影方法的3D脈管重建技術(shù) 解決了某些2D投影的缺點，但仍存在需要進一步改進的未解決的問 題。因此，單平面與雙平面脈管系統(tǒng)皆從一個或兩個入射提供靜態(tài)或 動態(tài)成像。當(dāng)需要時，C形臂幾何形狀可移動到另一入射以從不同投 影角度來了解脈管樹與病理。在多個脈管疊置與復(fù)雜脈管解剖的情況 下，C形臂應(yīng)被頻繁地移動到不同的入射以遵循彎曲的脈管路線。這 被認為是費力耗時的且提供并非最優(yōu)的脈管投影(人不能夠垂直于脈 管軸線安置C形臂或至少安置C形臂至最優(yōu)投影)。雙平面脈管系統(tǒng) 提供來自兩個渠道的同時顯示，其給出相當(dāng)于單平面脈管機兩倍的信 息，但是同樣為兩個非最優(yōu)脈管投影。本發(fā)明試圖利用將旋轉(zhuǎn)X射線裝置的方位與儀器的位置相結(jié)合的 方法來克服上述問題。這種方法在下文中關(guān)于導(dǎo)管介入更詳細地描 述。在圖中所示的檢查設(shè)備10包括旋轉(zhuǎn)X射線裝置20和與其連接的 數(shù)據(jù)處理單元30。旋轉(zhuǎn)X射線裝置特別地為C形臂系統(tǒng)20，該C形 臂系統(tǒng)20具有通過可旋轉(zhuǎn)C形臂22連接的X射線源21與X射線探 測器23 ?；颊?1躺于在C形臂系統(tǒng)20的旋轉(zhuǎn)中心的患者檢查床42 上。因此，成像裝置可從各個投影方向d產(chǎn)生患者41的X射線投影。該圖進一步說明經(jīng)過患者41的脈管系統(tǒng)前進到應(yīng)被治療或診斷的 目標(biāo)位置的導(dǎo)管43。導(dǎo)管43連接到注射裝置44，可通過該注射裝置 44注射一次注射劑量的造影劑用于脈管的造影成像(contrasted imaging)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)30 (工作站)雙向連接到旋轉(zhuǎn)X射線裝置20且包括若干邏輯模塊，這些邏輯模塊通常通過硬件、軟件和數(shù)據(jù)的組合來實 現(xiàn)。這些模塊在下文中描述。數(shù)據(jù)處理單元30的重建模塊31適合于接收在注射造影劑期間由X 射線裝置20所產(chǎn)生一系列的不同方位的血管造影投影……。另外， 其適合于在已知算法(例如，ART、 ML)的幫助下從這些投影PiA…… 重建脈管系統(tǒng)的三維模型。三維脈管重建用于確定將被插導(dǎo)管的脈管 (入口點)和將被治療的病理(目標(biāo)點)。兩個點均可與自動脈管分 析軟件(3DRA功能)連接，該自動脈管分析軟件可追蹤導(dǎo)管即將遵循 的"移動廊道"的路徑或表示M。模塊32接收利用X射線裝置20的當(dāng)前投影幾何形狀所產(chǎn)生的"當(dāng) 前"(或"在線"、"實時")投影P (或在雙平面系統(tǒng)情況下的兩個 投影)。這個當(dāng)前投影P顯示導(dǎo)管43的投影圖像43'，而在不注射造 影劑的情況下， 一般看不到脈管。定位模塊33確定導(dǎo)管或其末端在當(dāng)前投影P中的位置并使這個 2D位置與3D表示M重合(register)，即，其在該3D表示中找到對 應(yīng)于導(dǎo)管投影圖像43'的位置43"。該重合可(例如)基于體積投影 P!a，……與當(dāng)前投影P已知的投影幾何形狀(假設(shè)患者41同時并未 移動)。導(dǎo)管一到達3D重建體積內(nèi)部的入口點即發(fā)生導(dǎo)管末端的自動 確定。末端將突出顯示且向后投射到3D空間內(nèi)。在下一步驟中，轉(zhuǎn)向模塊34確定用于導(dǎo)管末端(或整個導(dǎo)管或任 何其他相關(guān)的導(dǎo)管區(qū)段)的當(dāng)前位置的最優(yōu)投影方向d。pt。最優(yōu)投影方 向d。pt通常垂直于在導(dǎo)管末端的脈管軸線(或在之后將進入的該末端前 部的脈管區(qū)段的軸線)以便在無縮減(foreshortening)的情況下映射 所述脈管區(qū)段。轉(zhuǎn)向模塊34作為命令發(fā)送所確定的最優(yōu)投影方向d申到X射線裝 置20，然后，X射線裝置20旋轉(zhuǎn)以采取該方向。之后。由X射線裝置 20所產(chǎn)生的下一實時投影圖像將從最優(yōu)焦點(focus)顯示導(dǎo)管與周圍 脈管。因此，將通過以C形臂總是垂直于預(yù)定路徑來安置自身的方式 的自動C形臂移動來追隨導(dǎo)管末端的位置。當(dāng)多個脈管彼此重疊時，C 形臂可略微偏離理想路徑以適當(dāng)?shù)厥顾懻摰拿}管可見。根據(jù)上文所述流程的變型，數(shù)據(jù)處理單元30包括模擬模塊(其可 (例如)集成為模塊31)，所述模擬模塊預(yù)先確定并儲存對于整個移
動廊道M(或至少對于導(dǎo)管43的整個計劃路徑)最優(yōu)的投影幾何形狀。 之后，這些幾何形狀可考慮與整個導(dǎo)管軌跡相關(guān)的"全局"標(biāo)準(zhǔn)，例 如，在整個流程期間相關(guān)聯(lián)C形臂移動的減小。然后，在介入期間， 模塊34僅需要根據(jù)導(dǎo)管當(dāng)前位置43"再調(diào)用預(yù)定投影幾何形狀。數(shù)據(jù)處理單元30進一步連接到監(jiān)視器35,可在監(jiān)視器35上顯示 圖^f象，例如，重建的3D體積，3D移動廊道M、當(dāng)前投影P、移動廊 道與當(dāng)前投影的重合組合或利用相關(guān)聯(lián)C形臂配置的模擬介入和模擬 (最優(yōu))投影視圖。最后指出的是，在本申請案中，術(shù)語"包括"并不排除其他元件 或步驟的存在，"一，，或者"一個"并不排除多個，且單個處理器或 其他單元可實現(xiàn)若干構(gòu)件的功能。本發(fā)明在于每個新穎特有性能和特 有性能的每個組合。另外，在權(quán)利要求書中的參考符號不應(yīng)被認為限 制權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于觀測在身體體積中的儀器(43)的檢查設(shè)備(10)，其包括a)成像裝置(20)，其用于產(chǎn)生具有可調(diào)整投影幾何形狀(d)的所述身體體積的當(dāng)前投影(p)；b)數(shù)據(jù)處理單元(30)，其連接到所述成像裝置(20)且包括以下組件b1)所述儀器(43)在所述身體體積內(nèi)的移動廊道的3D表示(M)；b2)定位模塊(33)，其用于確定所述儀器(43)相對于所述3D表示的當(dāng)前位置(43″)，其中所述當(dāng)前位置優(yōu)選地從至少一個當(dāng)前投影(P)確定；b3)轉(zhuǎn)向模塊(34)，其使所述成像裝置(20)采取相對于所述儀器(43)的所述當(dāng)前位置的最優(yōu)投影幾何形狀(dopt)。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述儀器為 導(dǎo)管(43)、導(dǎo)絲、活檢針或內(nèi)診鏡。
3. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述成像裝 置包括旋轉(zhuǎn)的X射線裝置，優(yōu)選地為C形臂裝置(20)。
4. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于其包括注射 裝置(14)，所述注射裝置(14)用于將造影劑注射至患者(41)的 脈管系統(tǒng)內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處 理單元(30)包括重建模塊(31)，所述重建模塊(31)用于從所述 身體體積的不同方位的投影(P^，……)來重建所述身體體積的3D 模型且用于從所述模型確定所述儀器(43)的所述移動廊道的所述表示。
6. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述最優(yōu)投 影方向(d。pt)至少近似垂直于所述儀器(43)當(dāng)前所在或之后將在的 所述廊道區(qū)段。
7. 如權(quán)利要求6所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述最優(yōu)投 影方向(dnpt)偏離所述垂直方向，使得在所述投影圖像中，所述儀器(43)當(dāng)前所在或之后將在的所述廊道區(qū)段與其他廊道區(qū)段分開。
8. 如權(quán)利要求1所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理單元(30)包括用于確定從開始位置引導(dǎo)到目標(biāo)位置并經(jīng)過所述移 動廊道的路徑。
9. 如權(quán)利要求8所述的檢查設(shè)備(10)，其特征在于所述數(shù)據(jù)處 理單元(30)包括模擬模塊，用于計算相對于經(jīng)過所述移動廊道的所 述確定路徑的至少 一部分的所述最優(yōu)投影幾何形狀。
10. —種觀測在身體體積中的儀器(43)的方法，其包括 確定所述儀器(43 )在所述身體體積內(nèi)的移動廊道的3D表示(M ); 產(chǎn)生所述身體體積的至少一個當(dāng)前投影(P);確定所述儀器(43 )相對于所述3D表示(M )的當(dāng)前位置()， 優(yōu)選地從所述當(dāng)前投影(P)確定；確定相對于所述儀器(43)的所述當(dāng)前位置的最優(yōu)投影幾何形狀 (dopt)。
11. 一種記錄載體，在所述記錄載體上儲存用于觀測在身體體積中 的儀器(43)的電腦程序，所述程序適合于執(zhí)行如權(quán)利要求9所述的 方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于觀測在脈管系統(tǒng)中的導(dǎo)管(43)的方法與檢查設(shè)備(10)。首先，脈管系統(tǒng)的3D模型在注射造影劑期間在由C形臂系統(tǒng)(20)所產(chǎn)生的不同方位的X射線投影(P₁^A，……)的幫助下重建。之后，從該3D模型確定該導(dǎo)管(43)的移動廊道(M)。在檢查流程期間，產(chǎn)生當(dāng)前投影(P)，其顯示可與該重建的3D模型及/或該移動廊道(M)重合的該導(dǎo)管的圖像(43′)?；谠搶?dǎo)管在該脈管幾何形狀的該3D模型或該移動廊道(M)中已知的當(dāng)前位置(43″)，可由該C形臂系統(tǒng)(20)確定并采取下一將要產(chǎn)生投影的最優(yōu)投影方向(d_opt)。
文檔編號A61B6/00GK101150986SQ200680010353
公開日2008年3月26日 申請日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月29日
發(fā)明者D·巴比克, R·J·F·霍曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司