导管运动轨迹可视化的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2019年4月3日提交的美国临时专利申请62/828,925的权益，该临时专利申请以引用方式并入本文。

本发明整体涉及医学成像，具体地讲，涉及生成并呈现跟踪治疗导管在消融规程期间的位置的体腔三维表示。

背景技术：

一些医疗规程诸如消融身体器官(例如心脏)中的组织通过将医疗探针插入该器官来执行。医疗探针包括消融电极，消融电极可递送射频(rf)能量以消融与该电极接触的组织，以便提供治疗结果。在另选的构型中，医疗探针可递送不同的能量源，诸如激光、超声或低温冷却，以便提供治疗结果。

授予lambert等人的美国专利申请2012/0209260描述了一种基于rf消融期间所测的接触力来预测心房壁电重连的方法。该方法包括呈现迹线，该迹线示出了消融期间消融灶的形成顺序。

授予yan等人的美国专利申请2013/0281839描述了一种在三维超声规程期间使导管可视化的方法。该方法包括使用所示出的几何约束，该几何约束将六自由度(“dof”)导管跟踪问题[x,y,z,a,b,c](其中xyz为平移，并且a、b和c为旋转)减轻为关于[r,a,b,c]的四dof问题(其中r为沿着与导管末端相关联的迹线的平移)。

授予olson等人的美国专利申请2010/0256558描述了一种用于操纵导管的机器人系统。该系统包括用户界面，该用户界面使用户能够选择目标点，该目标点可用于识别预期或已完成治疗递送的消融点、半自动步进式导管移动的参考点、用于完全自动化移动的终点、或可能对相对移动没有任何影响的相对标记物或虚拟电生理传感器。

授予carlson等人的美国专利申请2008/0255505描述了一种用于控制机器人导管系统的用户界面。用户界面向操作者呈现在三维(3d)空间内或相对于三维(3d)空间的导管，诸如体腔或器官，例如患者心脏的腔室。操作者可使用鼠标来点击体腔中的点，并且用户界面将可用于引导机器人导管的迹线投射到3d空间中。

技术实现要素：

根据本发明的实施方案，提供了一种用于监测医疗规程的方法，包括：对与活体受检者体内的腔体中的组织接触的探针施加能量，以便消融该组织；在施加能量的同时，通过处理器接收来自探针中的位置传感器的信号，其指示了探针在腔体中的位置；处理该信号，以便获得对应于所述探针在施加能量期间的时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点；以及在施加能量的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，并且在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹。

在一个实施方案中，腔体包括心脏的腔室。

在一些实施方案中，该方法还包括渲染具有包围了视觉指示的表面的边界球体。

在第一实施方案中，边界球体包括最小边界球体。

在第二实施方案中，该方法还包括计算3d位置坐标点的加权平均值，并且渲染边界球体包括在对应于3d位置坐标点的加权平均值的3d表示中，将边界球体居中于某图形位置处。

在第三实施方案中，该方法另外包括，在时间序列期间计数3d位置坐标点中的每个坐标点的相应实例数量，并且渲染边界球体包括在对应于具有最高实例数量的3d位置点的3d表示中，将边界球体居中于某图形位置处。

在另一实施方案中，视觉指示和视觉轨迹包括连续线，该连续线横穿3d表示中对应于坐标点序列的图形位置。

在另外的实施方案中，视觉轨迹包括连接每个视觉指示连续对的线段。

在再一实施方案中，该方法还包括，在时间序列期间计数3d位置坐标点中的每个坐标点的相应实例数量，并且叠加每个给定视觉指示包括基于给定视觉指示的相应实例数量，使用颜色来渲染给定视觉指示。

在补充实施方案中，该方法另外包括指定阈值数量，并且其中在检测到3d位置坐标点的数量超过阈值数量时，叠加视觉指示包括对显示器渲染出对应于最新3d坐标点的阈值数量的视觉指示。

在另一实施方案中，该方法还包括指定阈值时间段，并且其中在时间序列超过阈值时间段时，叠加视觉指示包括对显示器渲染出对应于最新阈值时间段期间的3d坐标点的视觉指示。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于监测医疗规程的医疗设备，该医疗设备包括：探针；消融模块，其被配置成对与活体受检者体内的腔体中的组织接触的探针施加能量，以便消融该组织；显示器；以及处理器，其被配置成在消融模块施加能量的同时接收来自探针中的位置传感器的信号，该信号指示了探针在腔体中的位置，处理该信号，以便获得对应于所述探针在施加能量期间的时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点，以及在消融模块施加能量的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，并且在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹。

根据本发明的一个实施方案，另外提供了一种与消融模块结合操作的计算机软件产品，消融模块被配置成对与活体受检者体内的腔体中的组织接触的探针施加能量，以便消融该组织，该产品包括存储了程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机读取时，使计算机在消融模块施加能量的同时接收来自探针中的位置传感器的信号，该信号指示了探针在腔体中的位置，处理该信号，以便获得对应于所述探针在施加能量期间的时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点，以及在消融模块施加能量的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，并且在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于监测医疗规程的方法，包括：通过处理器接收来自探针中的位置传感器的信号，该探针与活体受检者体内的腔体中的组织接触，该信号指示了探针在腔体中的位置；处理该信号，以便获得对应于所述探针在时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点；以及在探针与组织接触的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹；以及对显示器渲染出具有包围了多个视觉指示的表面的边界球体。

在一些实施方案中，边界球体包括最小边界球体。

在一个实施方案中，该方法也包括计算3d位置坐标点的加权平均值，并且渲染边界球体包括在对应于3d位置坐标点的加权平均值的3d表示中，将边界球体居中于某图形位置处。

在另一实施方案中，该方法另外包括，在时间序列期间计数3d位置坐标点中的每个坐标点的相应实例数量，并且渲染边界球体包括在对应于具有最高实例数量的3d位置点的3d表示中，将边界球体居中于某图形位置处。

根据本发明的一个实施方案，还提供了一种用于监测医疗规程的医疗设备，其包括探针、显示器和处理器，处理器被配置成能够接收来自探针中的位置传感器的信号，该探针与活体受检者体内的腔体中的组织接触，该信号指示了探针在腔体中的位置；处理该信号，以便获得对应于所述探针在时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点；以及在探针与组织接触的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹；以及对显示器渲染出具有包围了多个视觉指示的表面的边界球体。

根据本发明的一个实施方案，另外提供了一种与探针结合操作的计算机软件产品，探针与活体受检者体内的腔体中的组织接触，该产品包括存储了程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由计算机读取时，使计算机接收来自探针中的位置传感器的信号，该信号指示了探针在腔体中的位置，处理该信号，以便获得对应于所述探针在时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点，以及在探针与组织接触的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，在该3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹，以及对显示器渲染出具有包围了多个视觉指示的表面的边界球体。

附图说明

本文参照附图，仅以举例的方式描述本公开，其中：

图1为根据本发明的示例性实施方案的医疗系统的示意性图解，该医疗系统包括控制台和医疗探针，该医疗探针具有附连到其远侧端部的治疗电极；

图2为示意性地示出了一种根据本发明的示例性实施方案的方法的流程图，该方法用于呈现在医疗规程期间跟踪治疗电极的运动的三维(3d)表示；

图3为根据本发明的示例性实施方案的医疗探针的远侧端部在心腔内的示意性图解；并且

图4a和图4b为根据本发明的示例性实施方案的3d表示的示意性图解；

具体实施方式

当使用包括治疗电极的医疗探针来治疗体腔中的组织时，可能难以维持治疗电极的稳定性。例如，当在心脏消融规程期间使用消融导管来消融心内组织的特定区域时，心脏的移动可使得在心脏移动的同时难以使消融导管保持稳定(例如，由于心动周期而引起的运动)。在具有短持续时间的高功率消融期间，这可能尤其如此。除此之外或另选地，消融导管的远侧端部对心内组织所施加的力量不足可导致远侧端部在规程期间滑动。

本发明的示例性实施方案提供了一种系统和多种方法，用于通过在规程期间跟踪医疗探针(例如，消融导管)的运动来监测医疗规程(例如，心脏消融术)。如下文所述，对与活体受检者体内的腔体中的组织接触的探针施加能量，以便消融组织，并且在施加能量的同时，处理器接收来自探针中的位置传感器的信号，该信号指示了探针在腔体中的位置。处理该信号，以便获得对应于所述探针在施加能量期间的时间序列处的位置的三维(3d)位置坐标点。最后，在施加能量的同时，对显示器渲染出体腔的3d表示，并且在3d表示上叠加对应于时间序列处的3d位置坐标点的视觉指示、连同根据该序列而连接所述坐标点的线性轨迹。

通过在规程期间提供线性轨迹，实施本发明的示例性实施方案的系统可向医疗专业人员提供关于所执行的医疗规程的有效性的宝贵实时反馈，因为线性轨迹的长度与规程期间探针的移动量成正比。

系统描述

图1为根据本发明的示例性实施方案的医疗系统20的示意性图解，该系统包括医疗探针22和控制台24。医疗系统20可以基于例如由biosensewebsterinc.(33technologydrive,irvine,ca92618usa)生产的系统。在下文所述的示例性实施方案中，医疗探针22包括可用于进行诊断或治疗处理的心内导管，诸如用于消融患者28的心脏26中的组织。另选地，医疗探针22可以必要的变更用于心脏或其它身体器官中的其它治疗和/或诊断目的。

探针22包括插入管30和联接到插入管的近侧端部的柄部32。通过操纵柄部32，医疗专业人员34可以将探针22插入患者28的体腔中。例如，医疗专业人员34可通过患者28的血管系统插入探针22，使得探针22的远侧端部36进入心脏26的腔室并且在一个或多个期望位置处接合心内组织。

控制台24通过缆线38连接到体表电极，该体表电极通常包括附连到患者28的粘合剂皮肤贴片40。在图1所示的构型中，系统20使用基于阻抗的位置感测来确定远侧端部36的位置。

为了实施基于阻抗的位置感测，控制台24包括处理器42，该处理器与电流跟踪模块44结合，基于在粘合剂皮肤贴片40与包括附连到远侧端部36的电极的位置电极46之间所测的阻抗和/或电流，来确定远侧端部36在心脏26内部的位置坐标。

如上所述，结合了电流跟踪模块44，处理器42可基于在粘合剂皮肤贴片40与位置电极46之间所测的阻抗和/或电流，来确定远侧端部36在心脏26内部的位置坐标。这种确定通常在已经执行了将阻抗或电流与远侧端部已知位置相关联的校准过程之后。

处理器42可包括通常被配置成现场可编程门阵列(fpga)的实时降噪电路48，之后是模数(a/d)信号转换集成电路50。处理器可编程为执行本文所公开的一种或多种算法，一种或多种算法中的每种算法包括下文所述的步骤。处理器使用电路系统48和电路50、以及本文所述的图1中的模块的功能，以便执行一种或多种算法。

图1所示的医疗系统使用基于阻抗的位置传感器，该位置传感器包括粘合剂皮肤贴片40和电极46，用以测量远侧端部36的位置，但是可使用其它位置跟踪技术(例如，使用基于磁的传感器的技术)。基于阻抗的位置跟踪技术在例如美国专利5,983,126、6,456,864和5,944,022中有所描述，该专利的公开内容以引用方式并入本文。使用包括磁场传感器的位置传感器的磁位置跟踪技术在例如美国专利5,391,199、5,443,489、6,788,967、6,690,963、5,558,091、6,172,499和6,177,792中有所描述，它们的公开内容以引用方式并入本文。上文所述的位置感测的方法在上述系统中实现，并且在上文引用的专利中详细描述。

控制台24也包括输入/输出(i/o)通信接口52，其使得控制台能够从位置电极46和粘合剂皮肤贴片40传递信号，以及/或者将信号传递给位置电极46和粘合剂皮肤贴片40。基于从位置电极46和粘合剂皮肤贴片40接收的信号，处理器42可生成示出了远侧端部36在患者身体中的位置的标测图54。在规程期间，处理器42可在显示器56上将标测图54呈现给医疗专业人员34，并且将表示标测图的数据存储在存储器58中。存储器58可包括任何合适的易失性存储器和/或非易失性存储器，诸如随机存取存储器、固态磁盘或硬盘驱动器。

在一些示例性实施方案中，医疗专业人员34可使用一个或多个输入装置60来操纵标测图54。在另选的示例性实施方案中，显示器56可包括触摸屏，该触摸屏可被配置成除了呈现标测图54之外，还接受来自医疗专业人员34的输入。

在图1所示的构型中，探针22包括可包括消融电极的治疗电极62，并且控制台24包括消融模块64。在一些示例性实施方案中，治疗电极62附连到探针22的远侧末端66，并且可包括覆盖了远侧末端的金。消融模块64也可被配置成监测并控制消融参数，诸如传送至消融电极62的消融功率(例如，射频能量)的水平和持续时间。在一些示例性实施方案中，治疗电极62可被配置成对心脏26中的组织施加信号，以及/或者测量在心脏中某一位置处的某种生理特性(例如，局部表面电势)。

虽然图1中的构型示出了包括位置电极46和治疗电极62的探针22，但其中单个电极(例如，电极62)既用于位置感测也用于消融的构型被视为处于本发明的精神和范围内。

虽然医疗专业人员34使用探针22在患者28的体腔(例如，心脏26)内执行医疗规程，但处理器42可将治疗电极62相对于图形数据68的位置存储到存储器58中。在本发明的示例性实施方案中，处理器42使用图形数据68来生成3d表示70，并且在医疗规程期间在显示器56上呈现该3d表示，如下文参考图2和图4的描述中所述。

如上所述，图1使用基于阻抗的位置感测来确定远侧端部36的位置和取向。在一些示例性实施方案中，该位置和取向可包括三维坐标系72中的位置坐标，该三维坐标系包括x轴74、y轴76和z轴78。

位置跟踪和轨迹可视化

根据本发明的示例性实施方案，图2为算法的流程图，该算法示意性地示出了一种用于生成并呈现跟踪了治疗电极62在医疗规程期间的运动的3d表示70的方法，并且图3是医疗规程期间远侧端部36在心脏26的腔室内部的示意性图解。

图4a和图4b(统称为图4)为根据本发明的示例性实施方案的3d表示70的示意性图解。在一些示例性实施方案中，如图4a所示，3d表示70包括在医疗规程期间对应于治疗电极62的相应探针位置112的多个视觉指示120。

在指定步骤80中，处理器42选择显示阈值。如下文所述，处理器42对显示器56渲染出表示了治疗电极62在医疗规程期间的位置的3d表示70。为了选择显示阈值，处理器42可检索存储器58中的显示阈值，或接收来自一个或多个输入装置60的指示了显示阈值的信号。

在一个示例性实施方案中，显示阈值可包括特定位置数量(例如，8、10或12)。在该示例性实施方案中，处理器42可呈现3d表示70，该表示包括治疗电极62在医疗规程期间的最新位置的具体数量。在另一示例性实施方案中，显示阈值可包括指定时间段(例如，4、6或8秒)。在该示例性实施方案中，处理器42可呈现3d表示70，该表示呈现了治疗电极62在最新指定时间段内于医疗规程期间的位置。

在第一渲染步骤82中，处理器42对显示器56渲染出3d表示70，并且在识别步骤84中，医疗专业人员34在标测图上识别出用于进行治疗的心内组织110的区域(图3)。在一些示例性实施方案中，3d表示70包括患者28体内的给定体腔(例如，心脏26)的3d表示，并且可基于预先获取的给定体腔的3d图像。

在定位步骤86中，医疗专业人员34操纵柄部32以便定位远侧端部，使得治疗电极62接合(即，接触)所识别的心内组织110的区域，并且在治疗步骤88中，医疗专业人员34开始医疗规程。如上文所述，可使用本发明的示例性实施方案来执行的医疗规程的示例包括但不限于将消融能量递送至心内组织110，或测量心内组织中的某种生理特性(例如，局部表面电势)。为了将消融能量递送至心内组织110，消融模块64将能量施加到与心内组织接触的治疗电极62。

虽然流程图中的步骤描述了治疗心脏26中的心内组织110，但治疗患者28体内任何体腔中的任何组织被视为处于本发明的精神和范围内。

在接收步骤90中，处理器42从粘合剂皮肤贴片40接收指示了心脏26中的电极46的给定探针位置112的位置信号，并且在步骤92中，处理器处理所接收的信号，以便获得治疗电极62的对应于指示位置的3d位置坐标点(即，在3d坐标系72中)。

在第一比较步骤94中，如果尚未达到显示阈值，则在叠加步骤96中，处理器42在3d表示70上叠加对应于给定体腔中的治疗电极的探针位置的视觉指示120。如上所述，显示阈值可包括特定数量的位置或特定的时间段。

在第二决定步骤98中，如果在步骤92中获得的3d位置坐标是在医疗规程期间获得的第一3d位置坐标(即，在步骤90中开始的位置坐标)，则该方法从步骤90继续。然而，如果所获得的3d位置坐标不是第一获得位置坐标，则在第二渲染步骤100中，处理器42对显示器56渲染出线性轨迹，该线性轨迹将所叠加的视觉指示120与处理器42叠加到3d表示70上最新的前一视觉指示相连。

在图4a所示的示例中，线性轨迹包括线段124的序列，在3d表示70上的相应3d表示位置122处，这些线段连接视觉指示120连续对，这些位置对应于治疗电极62在规程期间的探针位置112。例如，如果3d表示70包括第一、第二、第三和第四视觉指示120序列，则视觉指示连续对包括第一和第二视觉指示、第二和第三视觉指示、以及第三和第四视觉指示。

在图4b所示的示例中，线性轨迹包括单条连续线140，该连续线横穿3d表示70在规程期间对应于治疗电极62的探针位置112的图形位置122。

在第三渲染步骤102中，处理器42对显示器56渲染出包括包围了当前所渲染的视觉指示120的表面128的边界球体126。在一个示例性实施方案中，边界球体126可包括最小边界球体，最小边界球体可被定义为在所有可能的边界球体126之中半径最小的边界球体。

在一个示例性实施方案中，处理器42可将球体126的中心130计算为3d表示70上的对应于治疗电极62在规程期间访问最多的探针位置112的给定图形位置122。在一些示例性实施方案中，处理器可通过以下方式识别出治疗电极62在规程期间访问最多的探针位置112：在医疗规程期间计数3d位置坐标点中的每个坐标点的相应实例数量，并且识别出具有最高实例数量的给定探针位置112。

在另一示例性实施方案中，处理器42可通过以下方式将球体126的中心130计算为3d表示70上对应于给定位置的给定图形位置122：计算治疗电极62在规程期间的探针位置112的加权平均值(即，基于位置和时间)，并且将该球体居中于对应于所计算出的加权平均值的图形位置处。

在另外的示例性实施方案中，处理器42可在医疗规程期间计算每个探针位置的相应实例数量，并且按照对应于次数的颜色来呈现每个给定视觉指示120，该次数为治疗电极定位于对应于给定视觉指示的探针位置处的次数。例如：

·如果治疗电极定位于给定位置不足一秒，处理器42可将给定指示120呈现为黄色。

·如果治疗电极定位于给定位置介于一秒和两秒之间，处理器42可将给定指示120呈现为绿色。

·如果治疗电极定位于给定位置超过两秒，处理器42可将给定指示120呈现为红色。

在第三比较步骤104中，如果医疗专业人员34已完成医疗规程(即，使用治疗电极62)，则该方法结束。然而，如果医疗规程未完成，则该方法从步骤90继续。

返回步骤94，如果已达到显示阈值，则在移除步骤106中，处理器42从显示器56上的3d表示70之中移除最旧的视觉指示，并且该方法从步骤96继续。

在第一实施例中，如果显示阈值包括八个位置，则在处理器42于规程期间获得第九3d位置坐标点时，处理器检测到已达到显示阈值，并且从3d表示70中移除对应于规程期间获得的第一位置坐标点的视觉指示，并且将对应于规程期间获得的第九位置坐标点的新视觉指示120添加到3d表示中。

在第二实施例中，如果显示阈值包括十秒，则在处理器42在规程第十一秒期间获得位置坐标点时，处理器检测到已达到显示阈值，并且从3d表示70中移除对应于规程第一秒期间获得的位置坐标点的视觉指示，并且将对应于规程第十一秒期间获得的位置坐标点的新视觉指示120添加到3d表示中。

当在医疗规程期间重复步骤90-106时，处理器42在规程期间的时间序列处接收位置信号，并且处理器42在3d表示70中所渲染的线段呈现了根据该序列的对应于探针位置112的线性轨迹。如上所述，线性轨迹可包括线段124或连续线140。

虽然上文提供的步骤描述了在医疗规程中实时捕捉位置数据并呈现3d表示70，但在稍后使用图形数据68来生成并呈现3d表示70被视为处于本发明的精神和范围内。例如，在完成医疗规程之前，医疗专业人员34可通过使控制台以五秒“窗口”(即时间段)序列呈现3d表示70，来查看该规程。因此，如果医疗规程包括30秒消融，则处理器42可呈现六个3d表示70的序列，这些表示跟踪了电极62在每个五秒时段期间的位置。

应当理解，上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时应当想到所述变型和修改，并且所述变型和修改并未在现有技术中公开。