[发明专利]只使用2D荧光透视自动地确定3D导管位置和取向

说明书

相关申请

本申请要求于2011年9月8日提交的美国临时申请61/573,557和于2011年10月17日提交的美国临时申请61/627,728的权利，这些美国临时申请的全部内容以引用的方式合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及医疗成像系统，更具体地涉及在介入医疗程序期间使用的2D荧光透视系统。

背景技术

解剖标测系统提供感兴趣的心腔中的导航导管的三维位置，并且，在一些情形下，还可以被用来构造心腔的3D图。但是，获取和操作这些系统都非常昂贵。因此，这些系统仅仅在介入程序期间使用的少数实验室中可用，并且，这些系统中的一些可能需要特别设计的导管，例如，具有内置传感器的导管。

常规的荧光透视系统可在用于对导管和其它仪器成像和实时导航和用于在介入程序期间放置引线和支架的所有的成像的心脏介入实验室中使用。除了初始获取成本以外，这种系统几乎不需要持续的操作成本。此外，常规的荧光透视系统能够使任何类型的导管可视化。

图1A和1B示出在房颤消融程序期间从常规的荧光透视系统获得的图像的两个示例。在图1A和1B中示出标测和消融导管2、被安置在食道（在心脏后侧）内的食道探头3、多电极筐导管4和冠状静脉窦导管5。这些导管包括无线电波吸收材料，并且，相比于诸如肺6和心脏轮廓7的生物组织提供良好的图像对比度。X射线在肺中的衰减劣于心脏的衰减，因为，肺被填充有空气，并且，其密度小于正常解剖组织。尽管有在不同取向上的各种结构和导管的位置，但在这些图像中没有可辨的不同导管的深度（z轴）信息。

如图1A和1B所示，由常规系统产生的荧光透视图像具有不能提供3D图像数据的局限性。双平面荧光透视（来自两个不同方向的两个2D视图）可以被用来确定诸如导管的对象的相对位置。但是，它的用处由于成本和过度的辐射而受限，并且，介入实验室中只有1%至2%具有执行双平面荧光透视的能力。

图2示出用来获取2D荧光透视图像数据的常规荧光透视系统10。用于常规荧光透视的成像过程涉及将X射线束发送通过台子12上的患者（未示出）的X射线源11。通过致动控制板15上的脚踏板9来开始产生X射线，该控制板15被连接到（连接未示出）荧光透视系统10。X射线检测器13可以是平板检测器或图像增强器/摄像机组件，其接收透过患者的X射线并将X射线能量转换为图像。X射线源11和X射线检测器13被安装在C臂8的相对端上。在适当的时候，检测器13使用X射线检测层和光电子转换层（例如，光电二极管或电子收集层）来执行转换，该X射线检测层在被X射线刺激时产生光或释放电子，其中，与每一个图像元素（像素）中的X射线信号强度成比例的电荷信号被收集。然后，模拟数字转换产生数字图像。无论X射线检测器是什么样，然后，所得到的数字图像都被处理，可能被存储，并且被显示在屏幕14上。控制板以15示出。然后，可以在计算机显示器14上显示图像。

图3A示出用于荧光透视系统10的坐标系。z轴被限定为从X射线源11到X射线检测器13的中心。X射线（与荧光透视仪可互换地使用）台子12限定x轴和y轴。这三个轴用实线示出。这些轴的交点是在由轴x、y和z限定的3D空间的(0,0,0)处的中心，即，原点。由于C臂8能够移动，所以在C臂8被定向在如图2所示的垂直位置或PA位置（前后位置）时在此处限定z轴。

X射线源11包括阴极和阳极。电子与产生形成锥形束的X射线光子的阳极材料相互作用。该束由准直器叶片控制，以限制患者的辐射暴露。X射线光子沿直线传播，在精确的位置处在X射线检测器13上形成图像，该精确的位置表示X射线从源11的发射点到检测器13中的该位置（图像中的像素）的沿路中所有遇到的物质。该像素的强度由沿着该路径遇到的材料（组织、造影剂、介入工具）的类型和量限定。X射线束的衰减随着穿过的组织的原子数和密度而变。对于X射线图像分辨率的当前商用标准是约0.2mm x0.2mm。

由于荧光透视图像是投影，所以它们表示3D解剖结构的成像体积。基于X射线源11、患者解剖结构和检测器位置在z方向（平行于穿过中心O的中心射线）上的位置，根据精确的几何规则，将该体积转换为X射线检测器13上的2D投影图像。由于X射线源11离被成像的解剖结构的有限距离，所以X射线投影成像体现了固有的失真。结果，更靠近X射线源11的对象在检测到的图像中比更远离X射线源11的对象被放大得多，在不知道感兴趣对象沿着z轴的位置（或先验尺寸）的情况下无法解决这些模糊。