用于TEE探头的引导设备的制作方法

本发明涉及一种用于TEE探头的引导设备、医学成像系统、用于引导TEE探头的方法、用于控制这种设备的计算机程序元件以及具有已存储了这种计算机程序元件的计算机可读介质。

背景技术：

为了提供需要比由例如标准X射线成像提供的更多的软组织信息的医疗过程的监控，采用经食管超声心动图(TEE)信息。TEE成像作为超声成像的一种形式，能够同时示出介入设备及其周围解剖结构，并且提供在实况X射线图像中经常缺乏的解剖结构和功能的良好的细节。

通常，X射线荧光透视和TEE成像的组合被用来监控医疗过程。对此，US 2012/245458 A1公开了在2D荧光透视图像中探测和跟踪介入设备，并且转向TEE超声探头射束朝向该设备。超声探头在荧光透视图像中被配准，所述配准包括对探头相对于荧光透视的位置和取向的估计。WO 2014/087324 A1公开了一种超声平面的自动转向，以便总是在超声平面内呈现感兴趣的运动对象(例如，介入设备)。在这种效果中，处理单元被配置为使用从TEE探头到X射线源的第一线或向量和从TEE探头到介入设备的第二线或向量来计算超声图像平面。

然而，例如导管的介入设备由于它们的声学特性，在TEE图像中几乎不可见或者被绘制具有伪影。

技术实现要素：

因此，存在改善介入设备在TEE图像数据中的可见性的需要。

本发明的问题通过独立权利要求的主题来解决，其中，其他实施例并入从属权利要求中。应当注意，本发明以下描述的各方面适用于用于TEE探头的引导设备、适用于医学成像系统、适用于用于引导TEE探头的方法、适用于计算机程序元件并且适用于计算机可读介质。

根据本发明，提出一种用于TEE探头的引导设备。用于TEE探头的引导设备包括图像数据提供单元和处理单元。

图像数据提供单元被配置为提供示出介入设备和处于初始位置和取向的TEE探头的第一图像数据。在范例中，第一图像数据是荧光透视X射线图像数据。介入设备可以是导管。

所述处理单元被配置为确定第一图像数据中的介入设备的中心线。在范例中，基于单个X射线图像、双平面X射线图像和/或例如电磁跟踪或光学形状感测的替代3D跟踪技术在3D中确定介入设备的中心线。光学形状感测通过分析被耦合到光纤中的反射激光来测量被包装到单根导线内的几根扭曲光纤的3D形状。

所述处理单元还被配置为确定与中心线的切线正交的平面作为观察平面，因为介入设备的可见性强烈地取决于TEE探头相对于介入设备的取向。介入设备的均匀表面仅反射回波信号并且几乎不提供任何反向散射信号。因此，如果TEE信号传播向量与到介入设备的表面法线近似共线，介入设备仅在TEE图像中完全可见。结果是，与至少中心线段的切线正交的平面定义用于TEE探头的最优位置。最优意味着TEE信号传播向量与到介入设备的表面法线近似共线。换言之，考虑到介入设备的可见性，观察平面可以被定义为用于TEE探头的最优位置的平面。在范例中，处理单元被配置为基于介入设备的2D分割来确定观察平面。

所述处理单元被配置为计算TEE探头的成像平面和成像取向，大致定位在所述观察平面中。TEE探头的成像平面和成像取向可以被定义为TEE探头的当前位置和取向。考虑到介入设备的可见性，TEE探头的成像平面和成像取向将被布置为大致位于作为用于TEE探头的最优位置的平面的观察平面中。最优意味着TEE信号传播向量与到介入设备的表面法线近似共线。结果是，找到TEE探头的最优平面和取向，从而，成像取向意味着例如TEE探头的锥形或扇形成像视场的成像角度或打开角度。

在范例中，所述处理单元被配置为计算TEE探头的位置，从而使介入设备位于TEE探头的锥形或扇形成像场内。在范例中，所述处理单元被配置为计算TEE探头的位置，从而使介入设备位于TEE探头的锥形或扇形成像场的重心上。由此，介入设备在TEE图像数据中的可见性得到进一步改善。

所述处理单元还被配置为提供计算出的数据作为引导数据。在范例中，所述处理单元被配置为将计算出的数据发送给用户，作为如何针对优化的TEE视图改变TEE探头的位置和/或取向的指示。在范例中，基于示出TEE探头的位置和取向的提取出的中心线来计算和显示最优视图映射，对于所述TEE探头，TEE超声传播方向近似正交于导管表面，并且因此，预期导管的最优可见性。

换言之且范例性地，所述引导设备基于TEE探头相对于介入设备的取向和位置的基于图像的优化自动向操作者呈现最优TEE探头姿态。因此，引导设备有助于将TEE探头引导到另一取向和/或位置，以提供具有用于复杂介入中的改善的导航的介入设备的改善的可见性的TEE图像数据。此外，所有相关信息能够以单个视图被示出，其中信息被共同配准。

TEE探头的最佳视图、位置和/或取向可以被配准并叠加至第一图像数据，作为操作者如何适应或向何处移动TEE探头的指示，或者可以通过其它装置被发送给介入工作人员。在范例中，所述处理单元被配置为将TEE探头的成像位置和/或取向与第一图像数据进行组合，并且所述引导设备还包括显示单元，以显示所述组合。

所述引导设备还可以包括控制单元，所述控制单元被配置为提供用于移动机构的信号，以将TEE探头从初始位置和取向移动到成像位置和/或取向。在范例中，TEE探头的取向的改变仅包括TEE探头的取向的电子调整，这意味着在不移动探头的情况下，以电子方式调整其测量平面。移动和电子调整的组合可以给出甚至更好的结果。

在范例中，所述处理单元被配置为排除TEE探头的不适合的位置作为成像位置。因此，最优视图、位置和/或取向的计算可以通过例如食道的分割或模型来约束，其排除TEE探头的不能达到的位置。

根据本发明，还提供一种医学成像系统。医学成像系统包括图像数据采集设备、TEE探头、用于TEE探头的引导设备和显示单元。图像数据采集设备被配置为采集要由引导设备的图像数据提供单元提供的第一图像数据。所述TEE探头被配置为提供第二图像数据，并且所述显示单元被配置为提供引导数据。

根据本发明，还提出一种用于引导TEE探头的方法。所述方法包括以下步骤，但不一定按照此顺序：

a)提供示出介入设备和处于初始位置和取向的TEE探头的第一图像数据，

b)确定在第一图像数据中的介入设备的中心线，

c)确定与中心线的切线正交的平面作为观察平面，

d)计算至少TEE探头的成像平面和成像取向，以大致定位在所述观察平面中，并且

e)提供计算出的数据作为引导数据。

在范例中，不仅计算成像平面和成像取向，还计算TEE探头的位置，从而使介入设备位于例如TEE探头的锥形或扇形成像场内，或者优选地位于成像场的中心或重心上。

在范例中，计算出的数据被发送给用户，作为如何针对优化的TEE视图改变TEE探头的位置和/或取向的指示。在范例中，TEE探头的成像位置和/或取向与第一图像数据进行组合并且也被发送给用户。

在范例中，移动机构在不移动TEE探头的情况下，通过取向的电子调整将TEE探头从初始位置和取向移动到成像位置和/或取向和/或改变TEE探头的取向。

根据本发明，还提出一种计算机程序元件，其中，所述计算机程序元件包括程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序在控制引导设备的计算机上运行时，令如在独立设备权利要求中所定义的引导设备执行如在独立方法权利要求中所定义的用于引导TEE探头的方法的步骤。

应当理解，根据独立权利要求的用于TEE探头的引导设备、医学成像系统、用于引导TEE探头的方法、用于控制所述设备的计算机程序元件以及已经存储了这种计算机程序元件的计算机可读介质具有类似的和/或相同的优选实施例，特别是如在从属权利要求中所定义的。还应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与相应独立权利要求的任何组合。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐明。

附图说明

在下文中将参考附图对本发明的范例性实施例进行描述：

图1示出了根据本发明的医学成像系统的范例的示意图。

图2示出了示出介入设备和TEE探头的两幅X射线图像的示意图。

图3示出了用于引导TEE探头的方法的范例的基本步骤。

具体实施方式

图1示意性和范例性地示出了根据本发明的医学成像系统1的实施例。医学成像系统1包括图像数据采集设备30、TEE换能器或探头20、用于TEE探头20的引导设备10和显示单元13。

图像数据采集设备30采集第一图像数据，TEE探头20提供第二图像数据，并且显示单元13提供将在下文中解释的引导数据。第一图像数据是X射线荧光透视图像数据。

用于TEE探头20的引导设备10包括图像数据提供单元11和处理单元12。图像数据提供单元11提供图像数据采集设备30的第一图像数据。第一图像数据示出介入设备40和处于初始位置和取向的TEE探头20。介入设备40是导管。图像数据提供单元11与图像数据采集设备30和处理单元12相连接。

处理单元12还与图像数据提供单元11、TEE探头20、显示单元13和控制单元14相连接。处理单元12确定在第一图像数据中的介入设备40的中心线。可以基于单幅X射线图像、双平面X射线图像和/或类似物在3D中确定中心线。

在图2a和2b中示出TEE探头20、介入设备40和与介入设备40的中心线的切线正交的平面41。处理单元12确定与中心线的切线正交的平面41作为观察平面。处理单元12基于介入设备40的2D分割来确定观察平面。与中心线的切线正交的平面41定义用于TEE探头20的最优位置，因为TEE信号传播向量则与介入设备40的表面法线近似共线。

处理单元12计算TEE探头20的成像平面和成像取向，大致定位在所述观察平面中。因此，找到TEE探头20的最优平面和取向，从而，成像取向意味着例如TEE探头20的锥形成像视场的成像角度或打开角度。最优意味着TEE信号传播向量则与到介入设备的表面法线近似共线。处理单元还可以计算TEE探头20的位置，从而使介入设备40位于TEE探头20的锥形成像场内。处理单元还可以计算TEE探头20的位置，从而使介入设备40位于TEE探头20的锥形成像场的重心上。

处理单元12提供计算出的数据作为指导数据，并将其发送给用户，作为如何针对优化的TEE视图改变TEE探头20的位置和/或取向的指示。此外，最优视图映射也被计算并被显示在显示单元13上。TEE探头20的最佳视图、位置和/或取向被叠加到第一图像数据上，作为操作者如何调整或向何处移动TEE探头20的指示。

TEE探头20之后能够被移动到最优的TEE探头20姿态。因此，引导设备10还包括控制单元14来提供用于移动机构15的信号，以将TEE探头20从初始位置和取向移动到成像位置和/或取向。控制单元14因此被连接至移动机构15。

TEE探头20的取向的改变还能够包括仅电子调整TEE探头20的取向，这意味着在不移动TEE探头20的情况下电子调节其测量平面。

由此，引导设备10基于TEE探头20相对于介入设备40的取向和位置的基于图像的优化自动向操作者呈现最优的TEE探头20姿态。结果是，引导设备10有助于将TEE探头20引导到另一取向和/或位置，以提供具有用于在复杂医学介入中的改善的导航的介入设备40的改善的可见性的TEE图像数据。

图2a示出了X射线图像的图画，所述图画示出了作为介入设备40的导管和处于其初始位置和取向并且其初始的两个锥形视场42彼此正交的TEE探头20。

图2b示出了相同X射线图像的另一图画，但TEE探头20的最优成像位置现在被配准并被叠加在X射线图像上作为覆盖层43，以帮助操作者将TEE探头20移动至最优成像位置，以获得介入设备40的最优图像数据。图2b还示出了也叠加在X射线图像上的TEE探头20的最优锥形视场44。图2b还示出了对应于与导管的中心线的切线正交的平面41的线，从而，该平面也是TEE探头20的最优观察平面，因为TEE信号传播向量则与到导管的表面法线近似共线。最优观察平面的子集能够通过2D导管分割和中心线提取来获得，其提供最优观察平面与探测器平面的相交线。

图3示出了用于引导TEE探头20的方法的范例的基本步骤。所述方法包括以下步骤，但不一定按照此顺序：

-在第一步骤S1中，提供示出介入设备40和处于初始位置和取向的TEE探头20的第一图像数据，

-在第二步骤S2中，确定在第一图像数据中的介入设备40的中心线，

-在第三步骤S3中，确定与中心线的切线正交的平面41作为观察平面，

-在第四步骤S4中，确定至少计算TEE探头20的成像平面和成像取向，大致定位在所述观察平面中，以及

-在第五步骤S5中，确定提供计算出的数据作为引导数据。

不仅计算成像平面和成像取向，而且计算TEE探头20的位置，从而使介入设备40位于TEE探头的锥形成像场内，或者优选地位于成像场的中心或重心上。计算出的数据被发送给用户，作为如何针对优化的TEE视图改变TEE探头20的位置和/或取向的指示。TEE探头20的成像位置和/或取向与第一图像数据进行组合，并且被发送给用户。移动机构15在不移动TEE探头20的情况下通过取向的电子调整将TEE探头20从初始位置和取向移动到成像位置和/或取向和/或改变TEE探头20的取向。

在本发明的另一范例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，适于在适当的系统上运行根据前面的实施例之一所述的方法的方法的步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发对以上描述的方法的步骤的执行。此外，所述计算单元可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被下载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器因此可以被配备为执行本发明的方法。

本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序以及借助于将现有的程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，其中，所述计算机程序单元由前面部分描述。

计算机程序可以存储和/或分布在与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的诸如光学存储介质或固态介质的适当的介质上，但是计算机程序也可以以其他的形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线的远程通信系统。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并且能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于被下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据先前描述的本发明的实施例之一所述的方法。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体地，一些实施例参考方法类型权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以下和以下的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为被本申请所公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单相加的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他的元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何参考标记不应被解释为对范围的限制。