点云的动态特征丰富的解剖重建的制作方法
【专利说明】点云的动态特征丰富的解剖重建 【背景技术】 技术领域[0001]
[0002] 本发明涉及医学成像。更具体地，本发明涉及由相对稀疏数据来重建解剖结构。
[0003] 相关领域的说明
[0004] 如今，例如当心脏组织的区域异常地将电信号传导至相邻组织时，发生诸如心房 纤颤等心律失常的情况下，常规进行医用导管插入术，这会干扰正常的心动周期并导致心 律不齐。用于治疗心律失常的手术包括通过手术来扰乱造成心律失常的信号源，以及扰乱 用于此类信号的传导途径。通过经由导管施加能量例如射频能量来选择性地消融心脏组 织，有时可以终止或更改不利电信号从心脏的一部分传播到另一部分。消融方法通过形成 不传导的消融灶来破坏无用的电通路。希望在这类手术中向操作者方便地示出心脏解剖结 构。
[0005] 例如，左心房是复杂的三维结构，尽管所有左心房具有相同的基础形状，但是所述 壁具有因人而异的尺寸。左心房可分成多个子结构，例如肺静脉、僧帽瓣或二尖瓣和隔膜， 它们在概念上易于识别。所述子结构通常也因人而异，但对于整个左心房，每个子结构具有 相同的基本形状。此外，不论子结构的形状的个体差异如何，给定的子结构与心脏的其他子 结构具有相同的关系。
【发明内容】
[0006] 稀疏数据的集合被称为"点云"，通常与坐标系相关，并可在医疗导管术期间由成 像系统产生。本文所公开了用于由点云，例如由心脏或其一部分得到的点云进行解剖结构 的特征丰富的三维重建的方法和系统。点云可相对稀疏。
[0007] 当使用点云来重建心脏的三维模型时，存在重建的适当分辨率的问题。低分辨率 提供粗略的重建，但与低密度点云工作良好。高分辨率提供特征更加丰富的重建，但是当施 加于低密度点云（孔和未连接的浮动元件）时更容易出现错误。这可以通过为重建的独立 区域手动设置独立的分辨率来克服。然而，该手动方法是不舒服的并且花费一定的时间。一 种自动方法是优选的。
[0008] 根据本发明的实施例，提供了一种心脏三维重建的方法，该方法包括将探头插入 活体受检者的心脏中，该探头具有标测电极，促使该标测电极与心脏的多个感兴趣的区域 中的组织建立接触关系，从感兴趣的区域中的相应位置采集电数据，将所述电数据的位置 表不为点云，由点云来重建心脏模型，将一组滤波器施加至该模型以产生过滤后的体积，分 割该过滤后的体积以限定心脏的组分，并报告该分割的过滤后的体积，其中至少一个上述 步骤应在计算机硬件或非暂态计算机可读存储介质中体现的计算机软件中实施。
[0009] 在该方法的一个方面，使用点云的各部分迭代地执行重建模型和施加一组滤波 器，直到满足停止条件。该停止条件可包括以下之一：未能实现在预先确定数量的迭代中过 滤后的体积的越来越高的分辨率、预设的时间间隔截止以及预先确定数量的迭代的完成。
[0010] 根据该方法的另一个方面，施加一组滤波器包括在其逐次迭代中施加该组滤波器 的相应子组。
[0011] 根据该方法的另一个方面，该子组是随机选择的。
[0012] 根据该方法的另一个方面，该子组是根据搜索策略选择的。
[0013] 根据该方法的另一个方面，施加一组滤波器包括确定该过滤后的体积具有超过施 加一组滤波器的先前迭代的过滤后体积的分辨率，并响应于所述确定，将该过滤后的体积 用作重建模型以及施加一组滤波器的后续迭代的输入。
[0014] 该方法的另一个方面包括在分割该过滤后的体积后如下实施：存储该分割的过滤 后的体积的相应实例并将分割的过滤后的体积的实例组合成复合体积，然后显示该复合体 积。
[0015] 根据本发明的实施例，还提供一种用于实施上述方法的装置。 【附图说明】
[0016] 为了更好地理解本发明，就本发明的详细说明以举例的方式做出参考。该详细说 明应结合以下附图来阅读，其中类似的元件用类似的附图标号来表示，并且其中：
[0017]图1是用于将导管插入活体受检者的心脏中的系统的图示，该系统根据本发明的 一个实施例构造和操作；
[0018] 图2是根据本发明的一个实施例得自相应位置的心脏数据的稀疏点云的示意图；
[0019] 图3是根据本发明的一个实施例用于由点云进行三维解剖重建的方法的流程图； 并且
[0020] 图4根据本发明的一个实施例示出有点云进行体积重建的步骤的系列图。 【具体实施方式】
[0021] 为了能够全面理解本发明的各种原理，在以下说明中陈述了许多具体细节。然而 对于本领域的技术人员将显而易见的是，并非所有这些细节始终都是实施本发明所必需 的。在这种情况下，为了不使一般概念不必要地模糊，未详细示出众所周知的电路、控制逻 辑器、以及用于常规算法和进程的计算机程序指令细节。
[0022] 本发明的多个方面可在软件编程代码中体现，所述软件编程代码通常被保持在永 久性存储器诸如计算机可读介质中。在客户端/服务器环境中，此类软件编程代码可存储 在客户端或服务器上。软件编程代码可在与数据处理系统一起使用的多种已知非暂态介质 诸如软盘、硬盘驱动器、电子介质或CD-ROM中的任一者上体现。所述代码可分布于此类介 质上，或者可经某种类型的网络从一个计算机系统的存储器或存储装置向其它计算机系统 上的存储装置分发给使用者，以便供此类其它系统的使用者使用。
[0023] 现在转到附图，首先参见图1，其为用于在活体受检者的心脏12上执行诊断和治 疗手术的系统10的图示，该系统根据本发明的实施例来构造和操作。该系统包括导管14， 由操作者16将该导管14经由皮肤穿过患者的血管系统插入心脏12的腔室或血管结构中。 操作者16(通常为医师）将导管的远侧末端18在消融目标位点处与心脏壁接触。任选地， 随后可按照美国专利6, 226, 542和6, 301，496以及共同转让的美国专利6, 892, 091中所公 开的方法生成电激活图，这些公开内容均以引用方式并入本文中。一种体现系统10的元件 的商品是商品名CARTO? 3 系统，购自BiosenseWebster，Inc. (3333DiamondCanyon Road，DiamondBar，CA91765)。该系统可由本领域的技术人员进行修改以体现本文所述的 本发明的原理。
[0024] 可通过施加热能对例如通过评价所述电活动图而被确定为异常的区域进行消融， 例如通过将射频电流通过导管中的金属线传导至远侧末端18处的一个或多个电极，这些 电极将射频能量施加至心肌导管。能量被吸收在组织中，从而将组织加热到一定点的温度 (通常约50°C)，在该温度下组织会永久性失去其电兴奋性。当手术成功后，在心脏组织中 产生非传导性的消融灶，这些消融灶可破坏导致心律失常的异常电通路。本发明的原理可 应用于不同的心腔室以治疗多种不同的心律失常。
[0025] 导管14通常包括柄部20,在柄部上具有合适的控制器以使操作者16能够按消融 手术所需对导管的远侧端部进行操纵、定位和定向。为了协助操作者16,导管14的远侧部 分包含向位于控制台24中的处理器22提供信号的位置传感器（未示出）。
[0026] 可使消融能量和电信号经由缆线34穿过位于远侧末端18处或附近的一个或多个 消融电极32,在心脏12和控制台24之间来回传送。可通过缆线34和电极32将起搏信号 和其它控制信号从控制台24传送至心脏12。同样连接至控制台24的感测电极33设置在 消融电极32之间并且连接至缆线34。
[0027] 接线35将控制台24与体表电极30和定位子系统的其它部件连接在一起。电 极32和体表电极30可用于在消融位点处测量组织阻抗，如授予Govari等人的美国专利 7, 536, 218中所提出，该专利以引用方式并入本文。温度传感器诸如电热偶31可安装在消 融电极32上或附近，并任选地或安装在感测电极33附近。
[0028] 控制台24通常包括一个或多个消融功率发生器25。导管14可适于利用任何已知 的消融技术将消融能量例如射频能量、超声能量和激光产生的光能传导至心脏。在共同转 让的美国专利6, 814, 733、6, 997, 924和7,156, 816中公开了此类方法，这些专利以引用方 式并入本文。
[0029] 处理器22作为系统10中的定位子系统的元件起作用，其测量导管14的位置和取 向坐标。处理器22具有另外的图像处理功能，其将在下文另外详细描述。
[0030] 在一个实施例中，定位子系统包括磁定位跟踪构造，该磁定位跟踪构造利用磁场 生成线圈28,通过以预定的工作空间生成磁场并感测位于导管处的这些磁场，来确定导管 14的位置和取向。所述定位子系统可采用阻抗测量，例如以引用方式并入本文的美国专利 7, 756, 576以及上述美国专利7, 536, 218中所提出。
[0031] 如上所述，导管14联接到控制台24,该控制台使得操作者16能够观察并调控导 管14的功能。控制台24包括处理器，优选地为具有适当信号处理电路的计算机。所述处 理器被联接以驱动监视器29。信号处理电路通常接收、放大、过滤并数字化来自导管14的 信号，这些信号包括由上述传感器和位于导管14中的远端的多个位置感测电极（未示出） 所生成的信号。控制台24和定位系统接收并使用数字化信号以计算导管14的位置和取向 以及分析来自电极的电信号。
[0032] 通常，系统10包括其它元件，但为了简洁起见未在图中示出这些元件。例如，系统 10可包括心电图（ECG)监视器，其被联接以接收来自一个或多个体表电极的信号以向控制 台24提供ECG同步信号。如上所述，系统10通常还包括基准位