实时患者图像覆盖显示和装置导航系统及方法与流程

公开的示例性实施例大体上涉及介入放射过程，且更具体地涉及在这些过程期间显示图像。

背景技术：

介入放射大体上使用医学成像技术，例如计算机断层摄影、磁共振、X射线以及用于诊断和治疗功能的荧光透视。

作为一些介入放射过程的部分，可将导管引导到身体内的部位以进行测量、取回样本或执行治疗行为，例如血管成形术、切除、栓塞或其他治疗行为。导管大体上是细管，将其引导通过患者的解剖结构，例如通过动脉或静脉系统。

美国专利第7050845号公开了一种用于在患者的视频图像之上投射射线透视图像的系统。相机附接到带有跟踪装置的显示器的后部。当显示器保持在患者之上时，相机提供患者的区域外部的视频显示图像，同时将相同区域的射线透视图像投射到视频显示器上。使射线透视图像与视频显示图像配准以创建重叠的两个图像的1:1显示。

美国专利第7978825号公开了一种解剖标记，其用于更有效地将荧光透视图像定向到患者的身体位置。该标记包括左侧和右侧指示物以及前-后指示物和后-后指示物。

在导管插入过程期间，医生大体站直，并且患者解剖结构的显示图像以及其他信息直接提供在前方，通常在眼睛水平。然而，在这个位置，医生必须将在前方的显示器上看到的他或她的移动转换成不同的平面中的实际移动。为了看到医生的手、导管导航、解剖结构的扫描视图和患者，医生必须在向下看患者和向前看显示器之间重复地改变位置。

向医生提供在相同视场中和在相同视觉平面中观察他们的手、导管位置、患者解剖结构和患者的能力将是有利的。

技术实现要素：

在至少一个实施例中，一种介入放射系统包括用于产生患者的解剖结构和解剖结构内的导管的图像的成像系统，以及可操作成使图像与患者解剖结构接近且对准地显示为到患者上的投射的显示系统。

显示系统可操作成使图像从患者解剖结构偏移地显示。

显示系统可操作成使图像在患者解剖结构之上显示。

介入放射系统可包括用于将图像投射到患者上的一个或多个投射器。

介入放射系统可包括用于使图像接近患者解剖结构投射的一个或多个投射器。

介入放射系统可包括紧密地定位在患者解剖结构上方的基底，图像投射到其上。

介入放射系统可包括用于将导管位置指示物投射在图像中的至少一个位置指示物投射器。

显示系统可包括监视器。

显示系统的监视器可包括柔性显示器。

显示系统可包括头戴式显示组件。

在另一公开的实施例中，一种介入放射方法包括使用成像系统产生患者的解剖结构和解剖结构内的导管的图像，以及使图像与患者解剖结构接近且对准地显示为到患者上的投射。

介入放射方法可包括使图像从患者解剖结构偏移地显示。

介入放射方法可包括使图像在患者解剖结构之上显示。

介入放射方法可包括将图像投射到患者上。

介入放射方法可包括使图像接近患者解剖结构投射。

介入放射方法可包括将图像投射到紧密地定位在患者解剖结构上方的基底上。

介入放射方法可包括将导管位置指示物投射在图像中。

介入放射方法可包括将图像显示在紧密地定位在患者解剖结构上方的监视器上。

介入放射方法其中的监视器包括柔性显示器。

介入放射方法可包括使用头戴式显示组件来显示图像。

所公开的实施例中的一些针对一种介入放射系统，其包括用于产生患者的解剖结构和解剖结构内的导管的图像的成像系统，远离成像的患者解剖结构、可操作成显示图像和额外信息的第一显示系统，以及可操作成使图像与患者解剖结构接近且对准地显示为到患者上的投射的第二显示系统。

第二显示系统可为可操作成使图像在患者上且从患者解剖结构偏移地显示。

第二显示系统可为可操作成使图像在患者上且在患者解剖结构之上显示。

介入放射系统可包括用于使图像与患者解剖结构接近且对准地投射的一个或多个投射器。

介入放射系统可包括紧密地定位在患者上方的基底，图像投射到其上。

第二显示系统可包括监视器。

第二显示系统的监视器可包括柔性显示器。

介入放射系统的第二显示系统可包括头戴式显示组件。

附图说明

当结合附图阅读时，所公开的实施例的前述和其他方面在以下详细描述中变得更加明显，其中：

图1示出了根据所公开的实施例的导管插入系统的示图；

图2示出了示例性控制系统的框图；

图3A-3D示出了根据所公开的实施例的不同的投射器支架；

图4示出了根据所公开的实施例的示例性导管的部分；

图5示出了根据所公开的实施例的图示患者内的导管的图像的示例；

图6和图7示出了带有备选显示系统的导管插入系统的示图；

图8A和8B示出了头戴式显示系统的示图。

具体实施方式

图1示出了介入放射系统100的示图。该系统大体上包括成像系统105、控制系统110、第一显示系统115和用于将图像165投射到患者140上的第二显示系统120。成像系统可包括辐射源125和辐射检测器130。源125和检测器130可共同安装在台架135上。在一些实施例中，源125和检测器130可独立地安装在单独的定位组件上，定位组件可为共同或独立受控的。源125可使辐射（例如X射线）穿过患者140朝向检测器130投射，并且检测器130可将图像数据提供至控制系统110。可将患者140定位在可移动床145（也称作躺椅）中。台架135、源125、检测器130和可移动床145可由控制系统110操作。虽然公开的实施例是在X射线成像系统的背景下描述的，但应当理解的是，成像系统105可包括以其任何组合的心内超声系统或心电图或电生理记录系统中的一个或多个。

示例性控制系统110的示意框图在图2中示出。控制系统110大体上包括存储在至少一个计算机可读介质上的计算机可读程序代码205，用于实现和执行本文描述的过程步骤。计算机可读介质可为控制系统110的存储器210。在备选方面，计算机可读程序代码可存储在控制系统110外部或远离控制系统110的存储器中。存储器210可包括磁介质、半导体介质、光学介质或可由计算机读取和执行的任何介质。

控制系统110还可包括用于执行计算机可读程序代码205的处理器215。在至少一个方面，控制系统110可包括一个或多个输入或输出装置，其包括控制接口220，控制接口提供用于控制介入放射系统100的一个或多个装置且与其交换信息的双向信号。例如，控制接口220可向成像系统105提供控制信号，包括用于源125的控制信号225、用于检测器130的控制信号230以及用于台架135的控制信号235。控制接口可进一步向用于定位患者140的可移动床145提供控制信号240。

控制系统110可控制台架135的位置、由源125产生的辐射的频率和量、检测器130的灵敏度以及患者140的位置，以便促进导管插入过程。可将来自检测器130的信号发送到控制系统110以用于处理。其他控制信号可包括来自患者的信号，例如，呼吸信号270或心电图信号275。

控制系统110可包括图像处理器245，其用于处理信号以产生患者140的扫描区域的实时2D或3D图像的输出250。可将实时2D或3D图像的输出250发送至第一显示系统115以供观察。第一显示系统115大体上远离成像的患者解剖结构定位（例如在上方且远离其），并且可包括具有合适分辨率和尺寸的一个或多个监视器145，用于向医生显示各种患者视图和患者信息。

控制系统110还可包括用户接口255，用户接口255向用户控制台150提供控制信号260以允许医生提供用于控制介入放射系统100的构件的输入。

根据所公开的实施例，介入放射系统100进一步包括用于在导管插入过程期间提供实时图像的第二显示系统120。图像可为彩色、单色或彩色和单色的组合。在至少一个实施例中，第二显示系统120包括一个或多个投射器155。如图3A中所示，投射器155可安装在检测器130周围或其上，并且可从如图2中所示的图像处理器245的信号265接收图像数据。如图3B中所示，投射器155可备选地安装在台架135上、在如图3C中所示的子台架305上或者可选地在如图3D中所示的单独的支架310上。只要投射器155可定位成将图像165投射到患者140上，投射器155可安装在任何合适的结构上。图像165可直接在患者的躯干之上或上方提供导管和患者解剖结构(导管穿过其操纵)的2D或3D视图。因此，向医生呈现导管和患者解剖结构的视图，其与患者对准且与医生的移动对准。在一些实施例中，投射器155可构造成以全息图的形式将图像投射到患者140上或附近。投射器155还可安装在二轴或三轴万向架315上，以使来自投射器155的图像165能够移位到患者140上的期望位置。在一些实施例中，投射器155中的至少一个可用于将位置指示物投射在图像165内。

图4示出了根据公开的实施例的示例性导管405的部分。导管405可具有一个或多个内腔410，并且还可包括一个或多个射线透不过或不透射线的标记415，其由例如薄壁金属管制成以用于成像期间的可见性。

图5示出了图示患者140内的导管405的图像165的示例。第二显示系统120可在偏移模式或叠加模式中提供与患者解剖结构对准或者具有与患者解剖结构相同的定向的导管和解剖结构的图像165。在偏移模式中，图像165可投射到与患者解剖结构对准或者具有与患者解剖结构相同的定向但在一个或多个方向上从患者140中的导管405的实际位置偏移的患者140解剖结构上。这在检测器130可阻挡医生对导管插入区域的观察的过程期间可为有利的。在叠加模式中，图像165可与患者解剖结构对准并且可直接投射到患者之上，使得随着导管405前进通过患者140的身体，患者解剖结构的图像中的特征垂直投射到患者中的实际特征之上。例如，图像165可与导管405中的一个或多个不透射线的标记415对准，并且可在导管移动时沿着身体140跟随不透射线的标记415。

如上所述，投射器155中的至少一个可用于将位置指示物投射在图像165内。图5还示出了示例性位置指示物505。在该示例中，位置指示物505示出了导管405的末梢的位置，然而，位置指示物可示出导管的轮廓、一个或多个不透射线的标记的位置或导管的任何其它方面。位置指示物505可为投射到图像165上的光束，例如激光束或任何合适的光束，并且可具有任何合适的颜色。

可使用呼吸信号270和心电图仪信号275中的一个或多个来处理图像165，以提供不受患者的移动或与患者的呼吸或心脏活动相关联的移动影响的稳定图像。

图6示出了介入放射系统100的示图，其中图像投射到患者140之上的基底170上。基底170可在导管插入过程期间位于盖布之上或之下，并且可提供用于图像165的屏幕。基底170可构造为薄的、坚硬的、重量轻的、平坦材料中的一者或多者。在一些实施例中，基底可为透明的，而在其他实施例中，基底可为不透明的，例如泡沫板或任何合适的材料。基底170可在不接触患者的情况下安装，或者可另外安装成不受患者移动的影响。在成像系统105是X射线成像系统的实施例中，基底170可为射线半透明或透明的并且不受来自源130的辐射的影响。

图7示出介入放射系统100的示图，其中在另一个实施例中，第二显示系统120包括安装在患者140之上的监视器175。在一些实施例中，监视器175可具有刚性结构，而在其他实施例中，监视器175可实施为柔性或可卷轴式显示器，其可为轻量的并且在一些情况下符合患者的轮廓。例如，监视器175可包括分层到可弯曲基底上的显示电路，例如沉积在薄膜塑料聚合物基底上的有机发光二极管或有源矩阵有机发光二极管。监视器175可由图像处理器245的信号265驱动，并且可包括利用以下一个或多个的视频显示器：电致发光、等离子体、液晶、表面传导、场发射和纳米管器件或者不会不利地影响成像系统105且不受成像系统105不利影响的任何其他合适的显示技术的。

图8A示出了介入放射系统100的示图，其中在另一个实施例中，第二显示系统120包括可由医生佩戴的头戴式显示组件810。如图8B所示，头戴式显示组件810可包括安装在支承结构820上的一个或多个显示器815，其在佩戴在头部上时，将显示器815定位在佩戴者眼睛的前方。显示器815可为阴极射线管、液晶显示器、发光二极管、有机发光二极管或投射显示器或用于呈现由第二显示系统120提供的信息的任何其它合适的显示器，并且可由图像处理器245的信号265驱动。显示器815可提供从信号265得到的图像，并且在一些实施例中，可将图像叠加在真实世界视图之上，例如作为增强现实视图。类似于上述的其他显示技术，显示器815可提供导管和患者解剖结构(导管穿过其操纵)的2D、3D或全息图。在一些实施例中，头戴式显示组件810可为虚拟现实头戴件。

可能需要校准来维持第二显示系统120与患者解剖结构之间的配准，以补偿例如患者移动、导管移动以及患者解剖结构中的变化。可移动床145的位置和台架135的位置可由控制系统分别使用控制信号240和235监测，并且可用作配准过程的部分。参考图3A-3D，相机320可安装在检测器130、台架135、子台架305、支架310或向相机320提供图像165的视图的任何合适结构上。相机320可通过控制信号280（图2）向控制系统提供图像165的显示。控制系统110然后可关联来自相机320的图像、来自检测器130的图像数据、可移动床145的位置和台架135的位置，以相对于患者140调整图像165的位置。可使用呼吸信号270和心电图仪信号275中的一个或多个来进一步调整配准。如图1中所示，对成像系统105和相机320两者都可见的解剖上不透射线的标记180可应用于患者140以便增强配准。

应该注意的是，第二显示系统120可在第一显示系统115失效的情况下大体上提供补充的备用显示。

所公开的实施例向医生有利地提供人为因素改善。所公开的第二显示系统向医生提供了在相同的视场中观察导管位置、患者解剖结构和患者的能力。医生还能够在与患者解剖结构相同的视觉平面中观察和感受导管，而之前医生需要察看定位在上方且基本上直前方的显示器。所公开的实施例可减轻医生的疲劳并且在一个视场中提供医生的手、导管导航和解剖结构的视图。

当结合附图阅读时，鉴于前面的描述，各种修改和改变对于相关领域的技术人员来说可变得显而易见。然而，所公开的实施例的教导的所有这样和类似的修改仍将落入所公开的实施例的范围内。

此外，可使用示例性实施例的一些特征以使优点突出而无需相应使用其他特征。因此，前面的描述应该认为仅仅是对所公开的实施例的原理的说明，并且不是对其的限制。