经隔膜穿刺引导心脏修复的制作方法
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背景技术：
二尖瓣是心脏中的瓣膜，其调节心脏的两个功能部件之间的血流，即，从左心房到左心室的血流。图1a示出了用于提供背景的心脏功能的方面的简化系统表示。在图1a中，血液通过瓣膜从左心房流到左心室，并且然后流到主动脉，并且还通过瓣膜从右心房流到右心室，并且然后流到肺动脉。左心房和右心房被心房内隔膜隔开。图1a中的简化系统表示并未反映实际心脏的某些方面，例如其中的元件是生物的部分，并且可能会持续不断地相对彼此扩展、收缩和移动，或者还有左心房和右心房仅通过心房内隔膜分开而不是开放空间。图1f图示了图1a所图示的心脏的部分的更真实的俯视图，包括当从之上查看时视觉上封闭在左心房la内的二尖瓣mv，以及从之上查看时视觉上封闭在右心房内的三尖瓣tv。
图1b图示了二尖瓣的侧视图，在该侧视图上叠加了三维坐标系。在图1b中，轴102对应于回波平面，其示出了包括ivc和svc的la和ra的上/下(头/脚)视图。轴104示出了在人体的背景下心脏的前部和后部方面。上面提到的回波视图通常在经隔膜穿刺的引导期间使用。在4腔室视图中，二尖瓣之上的经隔膜穿刺位置的高度是从轴106或沿着轴106测量的。
当二尖瓣受损时，经隔膜穿刺(tsp)是在修复或更换二尖瓣的流程中使用的重要任务。二尖瓣受损的效应的示例是二尖瓣返流，其是当本应仅从左心房流向左心室的血液在左心室收缩时通过二尖瓣向后漏出时。二尖瓣返流可以通过例如将二尖瓣小叶中分离的组织接合(拉在一起)并利用夹子将小叶保持在一起来解决。tsp涉及穿刺心房内隔膜并通过左心房操纵到二尖瓣的受损组织。如果距二尖瓣太近或太远穿刺心房内隔膜，tsp能够是次优的，并且这继而能够转化为导航和放置夹子的困难。在图1e中，可以估计tsp和轴106之间的距离。在图1b的背景下，当将夹子导航到受损组织时，并发症的可能性能够随着tsp和轴106之间的距离的增加或减小而增加。
图1c和图1d图示了使用分别已知为双腔(bicaval)视图和垂直截面视图的若干二维(2d)实时视图的tsp引导的已知方法。在图1c和图1d中，以这些超声视图在两个平面上引导tsp，其聚焦于心房内隔膜，而不是二尖瓣。左心房被指定为la，右心房被指定为ra，主动脉被指定为ao，并且“隆起(tenting)”的标签示出了心房内隔膜由针从右心房ra推向左心房la之处。实际上，在流程期间，介入医师可以切换到如图1e中的4腔室视图，以估计tsp在由图1e中的双向箭头指示的二尖瓣接合平面上的高度。图1e中的4腔室视图常常被用于通过测量二尖瓣中的小叶组织要被拉到一起的位置(二尖瓣接合)与预期tsp位置之间的高度来使二尖瓣与tsp相关。夹子的位置不一定在组织的受损部，因为夹子可以放置在另一个位置。此外，尽管本文中可能涉及“受损”组织，但也能够是组织未受损坏，例如当瓣膜由于周围组织太大而没有正确关闭时。
然而，根据解剖结构，如图1e中的4腔室视图和如图1c中的双腔视图可能不总是切穿心房内隔膜上的完全相同的位置。此外，甚至当如图1e中的4腔室视图切穿二尖瓣时，4腔室视图仅可视化二尖瓣接合平面的一个点。如图1e中的2d超声平面(4腔室视图)和二尖瓣接合平面之间的角度可能不垂直，这能够导致tsp位置相对于二尖瓣接合平面的不正确大估计，并且导致高度的不正确估计值。
因此，当执行用于二尖瓣修复的tsp时的主要问题是二尖瓣中的设备着陆区和心房内隔膜上的tsp位置的不连续可视化。二尖瓣修复通常需要tsp，其具有在二尖瓣接合平面之上的特定的高度，并且具有由mv三角区所跨越的相对于轴的特定的角度，或者具有至少最小高度和至多具最大高度和/或至少具有由mv三角区跨越的相对于轴的最小的角度。由于在图1c和图1d中不存在二尖瓣，当查看图1c和图1d时，与二尖瓣上的实际着陆区没有关系。为了测量tsp和二尖瓣接合平面之间的高度，需要建立图1e中的不同的4腔室超声视图，有时跟随有另一超声视图，并且通常跟随有对经隔膜导管/针进行纠正操纵。该过程能够非常麻烦、费时且不直观。
如上所述，很难使用仅2d超声视图捕获二尖瓣接合平面的3d取向和位置。科罗拉多大学进行的初步研究将基于3d的测量结果与导管经由tsp穿过心房内隔膜后测量的2d超声高度进行比较。图1g图示了比较左侧的来自2d超声的高度和右侧的3d方法的高度的初步研究结果。如图1e所示，在4腔室视图中估计2d高度。基于放置在3d超声体积内的二尖瓣接合平面上的标记估计3d高度。如可以看到的，对于第二和第六研究对象，2d和3d高度估计之间的差异在视觉上显著，并且在流程期间注意到tsp太低，需要进行校正操纵。这能够指示2d超声方法的缺陷。即，对于图1g中的患者2和患者6，来自2d超声的高度估计不足与3d测量结果的两个最大高度差异相关，这建议对使用仅2d超声视图的当前tsp引导方法的改进的需要。
技术实现要素：
根据代表性实施例，用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的穿刺部位的控制器包括存储指令的存储器和执行指令的处理器。当由处理器执行时，指令使控制器执行过程。该过程包括接收心脏的图像数据。心脏包括二尖瓣和心房内隔膜，并且二尖瓣包括二尖瓣环。该过程还包括定义平行于二尖瓣环的经修改的二尖瓣环平面，其描述了小叶缺陷的平面以及垂直于二尖瓣环平面的法向向量。该过程还包括定义与心房内隔膜相交的偏移平面。偏移平面平行于二尖瓣环平面并且位于与二尖瓣环平面偏移一偏移量的距离处。基于图像数据显示心脏的影像。该过程还包括识别并显示心房内隔膜上的位于下边界平面之上和上边界平面之下的安全区。下边界平面定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之下偏移第一指定距离，并且上边界平面定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之上偏移第二指定距离。
根据另一代表性实施例，一种用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的最佳穿刺部位的方法包括接收心脏的图像数据。心脏包括诸如二尖瓣或另一个瓣膜的故障部分和诸如心房内隔膜的屏障。通过屏障的进入点要被识别以进入故障部分。可以测量的可测量平面穿过可测量部分或沿着可测量部分行进，并具有法向向量。该方法包括由执行存储在存储器中的指令的处理器识别通过或沿着可测量部分的可测量平面。该方法还包括识别与屏障相交的偏移平面，其中，该偏移平面平行于可测量平面并且位于与可测量平面偏移预定偏移量的距离处。基于图像数据将心脏的影像显示在显示器上。该方法还包括显示安全区内的屏障上的最佳穿刺部位点(或区)。安全区是屏障上位于下边界平面之上和上边界平面之下的区域。下边界平面定位为平行于偏移平面并在偏移平面之下偏移安全距离，并且上边界平面定位为平行于偏移平面并在偏移平面之上偏移安全距离。
根据另一代表性实施例，一种用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的穿刺部位的系统包括控制器、医学成像系统和显示器。控制器包括存储指令的存储器和执行指令的处理器。医学成像系统生成心脏的图像数据。心脏包括二尖瓣和心房内隔膜，并且二尖瓣包括二尖瓣环。显示器由控制器控制以基于图像数据显示心脏的图像。当由处理器执行时，指令使控制器执行包括以下的过程：从医学成像系统接收心脏的图像数据，并定义沿着二尖瓣环的二尖瓣环平面和垂直于二尖瓣环平面的法向向量。该过程还包括定义与心房内隔膜相交的偏移平面。偏移平面平行于二尖瓣环平面并且位于与二尖瓣环平面偏移一偏移量的距离处。心脏的图像显示在显示器上。该过程还包括识别并在显示器上显示心房内隔膜上位于下边界平面之上和上边界平面之下的安全区。下边界平面定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之下偏移第一指定距离，并且上边界平面定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之上偏移第二指定距离。
附图说明
在上面的概述中，在该描述中，在下面的权利要求中并且在附图中，参考用于二尖瓣引导修复或替换的经隔膜穿刺引导的特定特征(包括方法步骤)。应理解，本公开考虑这样的特定特征的所有可能组合。例如，在特定方面或实施例或特定权利要求的背景下公开特定特征的情况下，该特征也可以在可能的范围内与其他特定方面和实施例组合和/或在其他特定方面和实施例的背景下使用，并且更一般地在本文描述的(一个或多个)发明中使用。
当与附图一起阅读时，根据以下详细描述最好地理解代表性实施例。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，尺寸可以任意增加或减小。在适用和实用的任何地方，相似附图标记指代相似元件。
图1a图示了心脏功能的已知方面的简化系统表示，以提供本文描述的背景。
图1b图示了二尖瓣的侧视图，在其上叠加了三维坐标系。
图1c图示了用于tsp引导的已知方法中的2d双腔超声视图。
图1d图示了用于tsp引导的已知方法中的2d垂直截面超声视图。
图1e图示了用于在tsp引导的已知方法中用于估计tsp在二尖瓣接合平面之上的高度的4腔室视图。
图1f图示了心脏的俯视图。
图1g图示了基于2d超声的tsp的估计高度与基于3d方法的相同tsp的测量高度的比较。
图2图示了根据代表性实施例的心脏的表示，具有在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
图3图示了根据代表性实施例的用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的方法。
图4a图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的投影视图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
图4b图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的侧视图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
图4c图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的另一投影视图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
图5图示了根据代表性实施例的左心房的侧视图，其中，在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示在安全区内显示的最佳穿刺位置，所述安全区由上边界平面和下边界平面描绘。
图6图示了根据代表性实施例的用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的系统。
图7图示了根据另一代表性实施例的通用计算机系统，在其上可以实施用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的方法。
当在本文中参考包括两个或多个定义的步骤的方法时，可以以任何顺序或同时执行定义的步骤(除非背景排除该可能性时)，并且该方法可以包括可以在定义步骤中的任何之前、在定义步骤中的两个之间或在所有定义步骤之后执行的一个或多个其他步骤(除非背景排除了这种可能性时)。
在本文中使用术语“至少”后跟数字以指代从该数字开始的范围的开始(取决于定义的变量，该范围可以是具有上限或没有上限的范围)。例如，“至少1”意指1或大于1。在本文中使用术语“至多”后跟数字以指代以该数字结尾的范围的结尾(取决于定义的变量，其可以是具有1或0作为其下限的范围或无下限的范围)。例如，“至多4”意指4或小于4，而“至多40％”意指40％或小于40％。在该描述中，当范围被给定为“(第一数字)至(第二数字)”或“(第一数字)-(第二数字)”时，这意指其下限为第一数字且其上限为第二数字的范围。例如，25至100mm意指其下限为25mm并且其上限为100mm的范围。
具体实施方式
在下面的详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施例，以便提供对根据本教导的实施例的透彻理解。可以省略已知系统、设备、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免使代表性实施例的描述不清楚。然而，在本领域普通技术人员的能力范围内的系统、设备、材料和方法在本教导的范围内，并且可以根据代表性实施例来使用。应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在进行限制。所定义的术语是对在本教导的技术领域中通常理解和接受的定义术语的技术和科学含义的补充。
将理解，尽管可以在本文中使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件或部件与另一元件或部件。因此，在不脱离发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在进行限制。如说明书和所附权利要求书中所使用的，术语“一”、“一个”和“该”的单数形式旨在包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。此外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语指定存在陈述特征、元件和/或部件，但是不排除存在或增加一个或更多其他特征、元件、部件和/或其组。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。
除非另有说明，否则当说元件或部件“连接到”、“耦合”或“邻近”另一个元件或部件时，将理解，该元件或部件可以直接连接或耦合到另一元件或部件，或者可以存在中间元件或部件。即，这些和类似术语涵盖可以采用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当元件或部件被说“直接连接”到另一元件或部件时，这仅涵盖两个元件或部件彼此连接而没有任何中间或中介元件或部件的情况。
因此，鉴于前述内容，本公开通过其各个方面、实施例和/或特定特征或子部件中的一个或多个，旨在带来以下具体指出的优点中的一个或多个。为了解释而非限制的目的，阐述了公开特性细节的示例实施例，以便提供对根据本教导的实施例的透彻理解。然而，与本文中公开的具体细节背离的与本公开一致的其他实施例仍在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对公知的装置和方法的描述，以免模糊示例实施例的描述。这样的方法和装置在本公开的范围内。
图2图示了根据代表性实施例的具有针对心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示的心脏的表示。
在图2中，心脏的元件由线性形状表示，其几乎总是与任何特定心脏中的结构的形状不同。类似地，图2中的心脏的元件之间的相对尺寸和间隔是为了便于向观察者和读者呈现，并且在尺寸和间距方面不应被视为表示任何特定心脏。
图2中的心脏的相关元件包括心房内隔膜ias、包括二尖瓣环mva的二尖瓣mv，以及右心房ra和左心房la。通过二尖瓣mv的长轴a表示二尖瓣的轴，血液从左心房流过二尖瓣的轴到下面的左心室。mva平面基于在二尖瓣环的表面上识别的三个或更多点，并且垂直于该mva平面的法向向量被描绘为n。偏移平面平行于mva平面并以高度h间隔开。下边界平面平行于偏移平面，并在其间以垂直距离y1间隔开。上边界平面平行于偏移平面，并在其间以垂直距离y2间隔开。在上边界与下边界之间，在心房内隔膜ias上识别安全区。可以通过安全区内的点、圆形区域或另一区域在安全区内确定最佳穿刺位置。将关于下面所描述的其他图参考图2中的几何表示。
在图2中，示出了3d坐标系，以包括宽度方向x、高度方向y和深度方向z。就用于心脏修复的经隔膜穿刺引导能够涉及医学成像系统(例如超声系统和x射线系统)而言，医学图像可以被分配2d或3d坐标。可以在称为配准的过程中将来自本文所述的不同医学成像系统的坐标系调节到彼此，使得在3d坐标系中为不同图像集中的相似位置分配相同的坐标。作为结果，以诸如宽度、高度和深度的几何术语来参考特征将被理解为隐含地反映对于以此类术语描述的任何特征而言共同的3d坐标系。
本公开的实施例包括生成和显示与心脏有关并且特别是与二尖瓣和心房内隔膜有关的成像数据。该成像数据可以是用于可视化二尖瓣和周围组织的3d数据集，例如通过3d经食道超声心动图(tee)。该数据集也可以是描述具有小叶、瓣环和小叶接合的详细二尖瓣装置的多边形网格。术前计算机断层摄影(ct)和磁共振成像(mri)图像也可以用于生成本文所述的模型和区，并且这些继而也可以进行配准和交叠。可用于执行此类配准和交叠的工具是来自philipsofeindhoven,netherlands的heartnavigator。
图3图示了根据代表性实施例的用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的方法。
图3描述了一种用于引导通过屏障的穿刺的方法，并且主要参考通过心房内隔膜的经隔膜穿刺。然而，该屏障不限于心房内隔膜。此外，图3将处置位置描述为二尖瓣。然而，也可以利用本文描述的教导来访问和处置心脏的其他故障部分。因此，图3更一般地描述了一种用于显示针对心脏修复的屏障(例如心房内隔膜)的最佳穿刺部位的方法。该方法包括接收心脏的图像数据。心脏包括故障部分，例如二尖瓣或另一瓣膜，以及屏障，例如心房内隔膜。通过屏障的进入点要被识别以进入故障部分。可以测量的可测量平面穿过可测量部分或沿着可测量部分行进，并具有法向向量。该方法包括由执行存储在存储器中的指令的处理器识别通过或沿着可测量部分的可测量平面。该方法还包括识别与屏障相交的偏移平面，其中，该偏移平面平行于可测量平面并且被定位于与可测量平面偏移预定偏移量的距离处。心脏的影像基于图像数据显示在显示器上。该方法还包括显示安全区内的屏障上的最佳穿刺部位点(或区域)。安全区是屏障上位于下边界平面之上和上边界平面之下的区域。下边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之下偏移安全距离，而上边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之上偏移安全距离。
在图3中，该过程在s310通过识别感兴趣心脏结构(例如二尖瓣)上的目标位置而开始。目标位置可以是接合的位置。二尖瓣的接合的位置可以是例如要用夹子处置的位置，并且可以是例如二尖瓣环上的组织位置。在如本文所述的涉及心脏的医学介入中，取决于被测量的小叶缺陷，可以获得在二尖瓣环之下或之上的测量结果。
在s315处，在二尖瓣的目标位置上的共面点被设置。例如，共面点可以由用户基于从下面参考图6描述的第一医学成像系统610和/或第二医学成像系统640返回的图像数据在视觉上检查图像来设置和确认。备选地，可以通过由以下关于图6描述的图像分析计算机620和/或基站630执行的自动图像分析来设置共面点。
在s320处，图3中的过程包括基于在s315处识别的共面点生成、投影和显示二尖瓣平面。例如，二尖瓣平面可以在包括心脏的三维坐标系中生成，该心脏包括二尖瓣。二尖瓣平面可以被投影以识别与其他感兴趣几何区域的相交，诸如图2中的心房内隔膜ias和左心房la。当故障部分是二尖瓣以外的心脏的部分时，生成、投影和显示的平面基于故障部分的目标位置上的共面点而对应于故障部分。如应当清楚的，二尖瓣是故障部分的示例，但是可以测量诸如不同瓣膜的另一部分上的点，并将其用于识别通过或沿着故障部分的可测量平面。因此，尽管图3指定故障部分是二尖瓣，但图3的特征同样适用于偶尔出现故障的心脏的其他部分，例如其他瓣膜。
在s325处，图3中的过程包括生成、投影和显示平行于二尖瓣平面的偏移平面。偏移平面的偏移可以基于预定偏移距离，该预定偏移距离适用于用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的所有对象。备选地，偏移平面的偏移可以动态地基于每个患者，使得仅基于对任何特定患者的生理学的分析来确定偏移，例如，基于包括心房内隔膜ias和二尖瓣mv的患者心脏的状况。偏移还可以基于患者的人口统计特性(例如年龄、性别、身高、体重等)动态生成。偏移也可以基于用于介入的选定的设备来动态生成。选定的设备可以与解剖结构的特性相关，但是也可以基于其他因子来选择，例如可用性、报销和医师偏好。
在s330处，图3中的方法包括生成、投影和显示平行于偏移平面的上边界平面和下边界平面。上边界平面和下边界平面可以相对于偏移平面偏移预定的或动态确定的距离。此外，这样的偏移距离可以相同或可以不同。当偏移平面要恰好在上边界平面和下边界平面之间时，偏移距离可以相同。
在s335处，图3中的过程包括在上边界平面和下边界平面之间的心房内隔膜上识别并显示安全区。安全区可以被投影为投影到心房内隔膜上的上边界平面和下边界平面之间的区域。安全区在显示设备上的显示可以诸如通过颜色和/或亮度来突出显示。因此，基于距偏移平面的第一指定距离和第二指定距离来识别和显示安全区，并且第一指定距离和第二指定距离定义了这样的水平：在其期间，心房内隔膜的穿刺被确定为与心房内隔膜的其他区域相比安全或相对安全。
在s340处，图3中的过程包括识别和显示安全区内的最佳穿刺部位。最佳穿刺部位在显示设备上的显示可以例如通过颜色和/或亮度来突出显示，并且可以是单点、比安全区小的面积、与安全区不同的形状、与安全区不同的颜色和/或亮度、或突出显示安全区内的最佳穿刺部位的其他方式。
在包括针对图3描述的特征中的一些或全部的一个或多个实施例中，一种用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的最佳穿刺部位的方法可以包括接收心脏的图像数据。心脏包括二尖瓣和心房内隔膜，并且二尖瓣包括二尖瓣环。这些实施例中的方法可以包括通过识别瓣环上的三个或更多共面点来识别沿着二尖瓣环的二尖瓣环平面。二尖瓣环平面具有法向向量。可以识别偏移平面。偏移平面平行于二尖瓣环平面并且位于与二尖瓣环平面偏移预定偏移量的距离处。偏移平面与心房内隔膜相交。心脏的图像数据可以与安全区内的心房内隔膜上的最佳穿刺部位点一起显示。安全区是心房内隔膜上位于下边界平面之上和上边界平面之下的区域。下边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之下偏移安全距离，并且上边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之上偏移安全距离。
在上面紧接描述的一个或多个实施例的子集中，一种方法可以包括识别二尖瓣的轴102。长轴102具有轴向方向。可以识别出穿过轴102并且平行于法向向量的长轴平面。长轴平面与偏移平面相交。心房内隔膜上的最佳穿刺部位点可以被识别并显示在长轴平面和偏移平面的相交处。
在示例中，超声或其他成像模式可以用于获得在医学介入期间实况捕获的心脏的实况图像数据，诸如使用稍后关于图6描述的第二医学成像系统640。心脏的先前的三维图像数据可能先前已经被捕获，诸如使用稍后关于图6描述的第一医学成像系统610。例如由稍后关于图6描述的基站630或图像分析计算机620执行的过程可以包括将在医疗介入期间实况捕获的心脏的实况图像数据与先前捕获的心脏的先前三维图像数据进行共配准，以生成图像数据。在其他实施例中，共配准的两组图像数据可以是实况图像数据，例如在公共设置中通过超声成像和x射线成像捕获的三维图像数据。
本文所述的介入始终将“夹子”参考为用于处置故障二尖瓣的工具。然而，本文描述的教导不一定限于夹子、二尖瓣甚至tsp。例如，可以基于本文描述的教导来执行其他类型的工具通过隔膜或类似屏障的导航。作为示例，所谓的瓣环成形术设备，例如cardiobandtm是另一类型的工具，其可以在基于本文所述的原理优化的位置处通过屏障导航，并且瓣环成形术设备仅是可以导航的设备的另一示例。本文的教导扩展到导航用于介入中的放置的其他类型的设备和工具。此外，使用本文的教导通过屏障导航的工具的预期目的不限于用于瓣膜修复的工具。在实施例中，用于瓣膜更换的工具也可以是使用本文的教导导航通过屏障的工具。
图4a图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的投影图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
在图4a中，基于二尖瓣接合平面420来定义tsp位置410。二尖瓣接合平面420可以以预定义距离
图4b图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的侧视图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
在图4b中，在下边界平面456和上边界平面455之间定义了最佳穿刺区。示出了mv连合轴461，其从二尖瓣接合面在下边界平面456和上边界平面455的方向上投影。安全区可以是投射到用于心房内隔膜的左心房多边形网格上的最佳穿刺区。图4b示出了在几乎垂直于二尖瓣平面的x射线投影处在下边界平面456和上边界平面455之间的穿刺区。
图4c图示了根据代表性实施例的左心房和二尖瓣的另一投影图，在其中叠加了在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示的几何表示。
在图4c中，示出了隔膜穿刺针499，其接合在下边界平面456和上边界平面455之间。
图5图示了根据代表性实施例的左心房的侧视图，在用于心脏修复的经隔膜穿刺引导中生成和显示安全区内显示的最佳穿刺位置，其由上边界平面和下边界平面描绘。
在图5中，左心房模型上的两条线指示最佳穿刺区。最佳穿刺区可以是使用诸如来自philipsofeindhoven,netherlands的echonavigator的研究设备识别的保留区。
图6图示了根据代表性实施例的用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的系统。
图6中的系统可用于介入以修复二尖瓣。然而，心脏的其他故障部分也可以利用本文所述的教导进行修复。此外，针对二尖瓣或另一故障部分的方法不限于tsp，因为当从进入点到二尖瓣或另一故障部分的高度相关时，可以基于二尖瓣或另一个故障部分的测量结果来优化不同的进入点。在其他实施例中，三尖瓣或另一心脏瓣膜是基于本文所述的教导修复的故障部分，该教导涉及具有相同或相似高度要求的方法。
在图6中，用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的系统包括第一医学成像系统610、图像分析计算机620、基站630和第二医学成像系统640。第一医学成像系统610的示例是x射线系统，该x射线系统包括执行荧光透视成像的x射线机器。第二医学成像系统640的示例是用于获得经食道超声心动图(tee)多普勒超声影像的tee多普勒超声装置。
在图6中，可以单独使用第二医学成像系统640或使用第二医学成像系统640和第一医学成像系统610两者实时地执行产生心脏的图像数据的成像。第二医学成像系统640将成像数据提供给基站630，并且由基站630和/或图像分析计算机620进行的处理实现本文所述的功能。
在图6中，基站630包括显示器632。该显示器可以用于显示心脏的影像以及本文所述的各种几何特征，以用于经隔膜穿刺引导以进行心脏修复。当在本文中使用术语“显示器”时，该术语应该被解释为包括一类特征，例如“显示设备”或“显示单元”。如本文中使用术语“显示器”、“显示设备”或“显示单元”中的任何一样，这些术语涵盖输出设备或适于显示图像或数据的用户接口。显示器可以输出视觉、音频和/或触觉数据。显示器的示例包括但不限于：计算机监测器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(crt)、存储管、双稳态显示器、电子纸、向量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(vf)、发光二极管(led)显示器、电致发光显示器(eld)、等离子显示面板(pdp)、液晶显示器(lcd)、有机发光二极管显示器(oled)、投影仪和头戴式显示器。
如稍后关于图7所解释的，图6中的元件中的任何可以包括具有存储指令的存储器和执行指令以便实施本文描述的过程的处理器的组合的控制器。在实施例中，这样的控制器可以由基站630实施。术语“控制器”广泛地涵盖用于控制如本公开中随后描述的本公开的各种发明原理的应用的专用主板或专用集成电路的所有结构配置，如本公开的领域中理解的以及如本公开的示例中描述的。控制器的结构配置可以包括但不限于(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、(一个或多个)应用程序模块、(一个或多个)外围设备控制器、(一个或多个)插槽和(一个或多个)端口。控制器可以容纳在工作站内或链接到工作站。“工作站”的示例包括但不限于以独立计算系统、服务器系统的客户端计算机、台式机或平板电脑形式的一个或多个计算设备、显示器/监测器以及一个或多个输入设备(例如键盘、操纵杆和鼠标)的组件。此外，本文中的术语“控制器”的描述性标签促进了本文所描述和要求保护的控制器之间的区别，而不指定或暗示对术语“控制器”的任何额外限制。
此外，尽管图6示出了联网在一起的部件，但是两个这样的部件可以集成到单个系统中。例如，图像分析计算机120可以与第一医学成像系统610或基站630集成。也就是说，在实施例中，归因于图像分析计算机620的功能可以由包括第一医学成像系统610的系统或包括基站630的系统来实施(例如，执行)。另一方面，图6中所示的四个联网的部件还可以在空间上分布，例如通过分布在不同的房间或不同的建筑物中，在这种情况下，可以经由数据连接连接四个联网部件。在又一实施例中，图6中的四个部件中的一个或多个部件未经由数据连接连接到其他元件，而是手动地以输入或输出提供，例如通过记忆棒或其他形式的存储器。在又一实施例中，可以基于图6中的元件的功能但在图6所示的系统外部执行本文描述的功能。
图6中的第一医学成像系统610、图像分析计算机620、基站630和第二医学成像系统640中的任一个可以包括下面关于图7描述的通用计算机系统的一些或全部元件和功能。例如，基站630可以包括用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的穿刺部位的控制器，并且该控制器可以包括存储指令的存储器和执行指令的处理器。备选地，图像分析计算机620可以包括用于显示针对心脏修复的心房内隔膜的穿刺部位的控制器，并且该控制器可以包括存储指令的存储器和执行指令的处理器。
在以上任一示例中，当由处理器执行时，指令使控制器执行过程，并且该过程可以包括接收心脏的图像数据，其中，心脏包括二尖瓣和心房内隔膜，并且二尖瓣包括二尖瓣环。当然，除了接收图像数据之外或作为接收图像数据的备选，由基站630和/或图像分析计算机620实施的控制器中的处理器可以例如基于从第二医学成像系统640接收的信号和/或从第一医学成像系统610接收的信号来生成图像数据。
当基站630和/或图像分析计算机620的控制器执行指令时实施的过程还包括定义沿着二尖瓣环的二尖瓣环平面和垂直于二尖瓣环平面的法向向量。二尖瓣环是附接于二尖瓣小叶的纤维环，并用作小叶组织的插入部位。二尖瓣环可以被视为顶部的左心房与之下的心室之间的解剖学连接。在图2中，二尖瓣环由mva指定，并被提供在左心房la的大部分之下。二尖瓣环平面沿着二尖瓣环。例如，可以基于在二尖瓣环的图像中识别出的二尖瓣环上的三个或更多个点来定义二尖瓣环平面。在图2中，法向向量被示出为垂直于二尖瓣环平面的向上并且指定为n的箭头。
当基站630和/或图像分析计算机620的控制器执行指令时实施的过程还包括定义与心房内隔膜相交的偏移平面，其中，该偏移平面平行于二尖瓣环平面并且被定位于与二尖瓣环平面偏移一偏移量的距离处。在图2中，偏移平面被示出为以高度h在二尖瓣环平面之上。
当基站630和/或图像分析计算机620的控制器执行指令时实施的过程还包括基于图像数据显示心脏的影像。在图2中，心脏本身可以被完全表示并且至少包括被指定ias的心房内隔膜、包括二尖瓣环mva的二尖瓣mv、右心房ra和左心房ra。
当基站630或图像分析计算机620的控制器执行指令时所实施的过程还包括识别并显示位于下边界平面之上和上边界平面之下的心房内隔膜内的安全区。下边界平面被定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之下偏移第一指定距离，并且上边界平面被定位为平行于偏移平面并且在偏移平面之上偏移第二指定距离。在图2中，安全区在心房内隔膜ias中指定，并且在偏移平面之上由上边界以指定量y2和在偏移平面之下由下边界以指定量y1来定义。此外，二尖瓣mv的长轴被指定为a，并且用作二尖瓣mv在从左心房到下面的左心室的流动方向上的轴。
在使用图6中的一个或多个特征的一个或多个实施例中，控制器显示针对心脏修复的心房内隔膜的最佳穿刺部位。控制器包括存储指令的存储器和执行指令的处理器。当由处理器执行时，指令使控制器执行包括接收心脏的图像数据的过程。心脏包括二尖瓣和心房内隔膜，并且二尖瓣包括二尖瓣环。当处理器执行指令时执行的过程还可以包括定义沿着二尖瓣环的二尖瓣环平面。二尖瓣环平面具有法向向量。可以定义偏移平面。偏移平面平行于二尖瓣环平面并且位于与二尖瓣环平面偏移预定偏移量的距离处。偏移平面与心房内隔膜相交。心脏的图像数据可以与安全区内的心房内隔膜上的最佳穿刺点一起显示。安全区是心房内隔膜上位于下边界平面之上和上边界平面之下的区域。下边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之下偏移安全距离，并且上边界平面被定位为平行于偏移平面并在偏移平面之上偏移安全距离。
根据上述实施例的另一子集，当由处理器执行时，指令还使控制器执行包括识别二尖瓣的轴102的过程。长轴102具有轴向方向。还识别出穿过轴102并且平行于法向向量的长轴平面。长轴平面与偏移平面相交。最佳穿刺部位点显示在心房内隔膜上，在轴102平面和偏移平面的相交处。
图7图示了根据另一代表性实施例的通用计算机系统，在其上可以实施用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的方法。
计算机系统700可以包括一组指令，其可以被执行以使计算机系统700执行本文公开的方法或基于计算机的功能中的任何一个或多个。计算机系统700可以作为独立设备操作，或者可以例如使用网络701连接到其他计算机系统或外围设备。
在联网部署中，计算机系统700可以在服务器-客户端用户网络环境中以服务器的容量或作为客户端用户计算机操作，或者作为对等(或者分布式)网络环境中的对等计算机系统操作。计算机系统700还可实施为或并入到各种设备中，例如第一医学成像系统610、图像分析计算机620、基站630、第二医学成像系统640、固定计算机、移动计算机、个人计算机(pc)、膝上型计算机、平板计算机或能够执行一组指令(顺序的或其他方式)的任何其他机器，其指定了要由该机器执行的动作。计算机系统700可以并入为设备或者在设备中，所述特定设备继而在包括额外的设备的集成系统中。在实施例中，计算机系统700可以使用提供声音、视频和/或数据通信的电子设备来实施。此外，尽管以单数图示了计算机系统700，但术语“系统”还应被采取为包括个体或联合执行一组或多组指令以执行一个或多个计算机功能的系统或子系统的任何集合。
如图7图示的，计算机系统700包括处理器710。用于计算机系统700的处理器是有形的和非瞬态的。如本文所使用的，术语“非瞬态”不应被解释为状态的永恒特性，而是被解释为将持续时段的状态的特性。术语“非瞬态”明确地否定了稍纵即逝的特性，例如载波或信号的特性或在任何时间仅在任何地方瞬态存在的其他形式。处理器是制品和/或机器部件。用于计算机系统700的处理器被配置为执行软件指令以执行如本文的各种实施例中描述的功能。用于计算机系统700的处理器可以是通用处理器，或者可以是专用集成电路(asic)的一部分。用于计算机系统700的处理器还可以是微处理器、微计算机、处理器芯片、控制器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、状态机或可编程逻辑器件。用于计算机系统700的处理器也可以是逻辑电路，包括诸如现场可编程门阵列(fpga)的可编程门阵列(pga)，或包括离散门和/或晶体管逻辑的另一类型的电路。用于计算机系统700的处理器可以是中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)或两者。此外，本文描述的任何处理器可包括多个处理器、并行处理器或两者。多个处理器可以包括在单个设备或多个设备中，或者耦合到单个设备或多个设备。
如本文中所使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应该被解释为可能包含一个以上的处理器或处理核心。处理器可以例如是多核处理器。处理器还可以指单个计算机系统内或分布在多个计算机系统中间的处理器的集合。术语“计算设备”也应该解释为可能指的是每个包括一个或多个处理器的计算设备的集合或网络。许多程序具有由可以在相同计算设备内或者甚至可以分布在多个计算设备上的多个处理器执行的指令。
此外，计算机系统700包括主存储器720和静态存储器730，其中，存储器可以经由总线708彼此通信。本文描述的存储器是可以存储数据和可执行指令的有形存储介质，并且在指令存储在其中的时间期间是非瞬态的。如本文所使用的，术语“非瞬态”不应被解释为状态的永恒特性，而是被解释为将持续时段的状态的特性。术语“非瞬态”明确地否定了稍纵即逝的特性，例如载波或信号的特性或在任何时间仅在任何地方瞬态存在的其他形式。本文描述的存储器是制品和/或机器部件。本文描述的存储器是计算机可读介质，计算机可以从其读取数据和可执行指令。本文描述的存储器可以是随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存、电可编程只读存储器(eprom)、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁带、光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用磁盘(dvd)、软盘、蓝光光盘或本领域已知的任何其他形式的存储介质。存储器可以是易失性的或非易失性的、安全的和/或加密的、不安全的和/或未加密的。
“存储器”是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是处理器可直接访问的任何存储器。计算机存储器的示例包括但不限于ram存储器、寄存器和寄存器文件。对“计算机存储器”或“存储器”的引用应解释为可能是多个存储器。存储器例如可以是相同计算机系统内的多个存储器。存储器也可以是分布在多个计算机系统或计算设备中间的多个存储器。
如图所示，计算机系统700还可以包括视频显示单元750，例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)、平板显示器、固态显示器或阴极射线管(crt)。此外，计算机系统800可以包括输入设备760，诸如键盘/虚拟键盘或触敏输入屏幕或具有语音识别的语音输入，以及光标控制设备770，诸如鼠标或触敏输入屏幕或垫。计算机系统700还可以包括磁盘驱动器单元780、信号生成设备790、例如扬声器或遥控器，以及网络接口设备740。
在实施例中，如图7中所描绘的，磁盘驱动单元780可以包括计算机可读介质782，其中，可以嵌入一组或多组指令784，例如，软件。可以从计算机可读介质782读取指令组784。此外，指令784在由处理器执行时可以用于执行如本文所描述的方法和过程中的一个或多个。在实施例中，指令784可在由计算机系统700执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器720、静态存储器730和/或处理器710内。
在备选实施例中，可以构造专用硬件实施方式，诸如专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列和其他硬件组件，以实施本文描述的方法中的一个或多个。本文描述的一个或多个实施例可以使用两个或更多个特定互连硬件模块或设备利用可以在模块之间和通过模块通信的相关控制和数据信号来实施功能。因此，本公开涵盖软件、固件和硬件实施方式。本申请中的任何内容都不应被解释为仅仅利用软件而不利用诸如有形非瞬态处理器和/或存储器的硬件实施或可实施。
根据本公开的各种实施例，可以使用执行软件程序的硬件计算机系统来实施本文描述的方法。此外，在示例性的非限制性实施例中，实施方式可以包括分布式处理、部件/对象分布式处理和并行处理。可以构造虚拟计算机系统处理以实施如本文描述的方法或功能中的一个或多个，并且本文描述的处理器可以用于支持虚拟处理环境。
本公开预期一种计算机可读介质782，其包括指令784或响应于传播的信号而接收和执行指令784；使得连接到网络701的设备可以通过网络701传递语音、视频或数据。此外，可以经由网络接口设备740通过网络701发送或接收指令784。
计算机系统700可以由第二医学成像系统640使用或与第二医学成像系统640结合使用，以便如本文所述监测患者的生理。计算机系统700可以从用于初始监测患者的生理的初始传感器组接收、下载、收集或以其他方式获得原始传感器数据。然后，计算机系统700可以实施本文所述的过程，以识别传感器的最佳(例如，最小)布置以监测患者。传感器的最佳布置由患者的生理状况决定，如基于来自初始传感器组的原始传感器数据确定的。当初始传感器组收集原始传感器数据时，例如在临床环境中，计算机系统700可以用于实况执行过程。作为示例，计算机系统700可以在由技术人员和医学专业人员使用的膝上型计算机或台式计算机上实施。
在实施例中，本文描述的控制器可以包括多于或少于图7中所示的计算机系统700的所有元件的组合。例如，控制器可以包括处理器710以及主存储器720和/或静态存储器730。控制器可以完全或部分地执行本文描述的过程。例如，控制器可以在包括基站630和图像分析计算机620的系统中实施，或者在至少实施本文归因于基站630和图像分析计算机620的功能的系统中实施。这样一来，控制器可以执行包括例如定义二尖瓣环和/或接合平面中的任何或全部的过程。这可以通过以这样的方式设置切片在图像体积(例如，tee)中的位置和取向来实现：切片与二尖瓣环平面共面并且沿着其法线将其移动到二尖瓣接合平面。此外，从多边形网格派生的描述二尖瓣环和/或二尖瓣接合平面的点集可以用于平面计算。
在实施例中，估计的tsp区可以交叠在诸如tee、x射线、多边形网格或类似机制的实时影像上。这可以使用基于软件套件进行操作的介入工具来执行。
本公开的实施例包括估计二尖瓣环平面、二尖瓣小叶接合和/或二尖瓣小叶缺陷的方法。这可以通过以下来直接实现：对图像体积或多边形网格切片并找到二尖瓣环平面并将该平面沿其法线移动到二尖瓣小叶接合或缺损，从而产生描述平面取向的法向向量(n)和描述二尖瓣小叶接合或缺损的位置的点(p)。此外，在二尖瓣环平面上共面放置的点集和描述源自多边形网格或任何其他形式的二尖瓣小叶接合或缺陷的点(集)可以用于计算二尖瓣环/接合面。应用于二尖瓣环点集的主成分分析可以用于估计数据中主要变化的向量。具有最小变化(最小特征值)的向量将与二尖瓣环平面的法线平行。然后，该法向向量和二尖瓣接合或缺陷给出接合的平面。
本公开的实施例包括将最佳穿刺部位/区域可视化和/或显示到心房内隔膜上的方法。这可以通过将预定义穿刺高度与二尖瓣平面法线组合并将该点沿二尖瓣的轴102投影到多边形网格的心房内隔膜上来实现。这些度量和安全范围还可以基于患者解剖结构和/或基于额外或备选因子(包括本文中其他地方所述的其他因子)从递送装置导出。此外，由于解剖学和设备限制，tsp可能不总是在指定的位置可能。因此，安全穿刺区域可以示出为在二尖瓣之上具有足够的高度，而不是单个点。如本文所述，这种域被描述为安全区，并且可以基于预定准则和患者生理学的动态分析来生成和显示。当在定义安全区的平面之间的区域中穿刺时，可以实现最佳tsp。
在另一实施例中，例如在图4b中，可以显示以最佳tsp点为中心的椭圆形的“热”图，以指示偏离二尖瓣轴的任何穿刺。此外，对心腔建模的多边形网格可以用于可视化最佳穿刺区。
本公开的教导解决了背景技术中描述的问题。因此，用于心脏修复的经隔膜穿刺引导使得能够对经由tsp进行的穿刺进行最佳引导，这继而可以增加安全性并提供更好的结果，从而为受损和/或故障二尖瓣提供补救措施。
尽管已经参考若干示例性实施例描述了用于心脏修复的经隔膜穿刺引导，但是应理解，已经使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。如当前陈述和修改的，可以在所附权利要求的范围内进行改变，而在其方面中不脱离用于心脏修复的经隔膜穿刺引导的范围和精神。尽管已经参考特定的手段、材料和实施例描述了用于心脏修复的经隔膜穿刺引导，但是用于心脏修复的经隔膜穿刺引导并不旨在限于所公开的细节；相反，用于心脏修复的经隔膜穿刺引导扩展到例如在所附权利要求的范围之内的所有功能等效结构、方法和用途。
例如，本文描述的教导主要涉及tsp和二尖瓣修复之间的关系。然而，由于tsp现在或将来可用于其他目的，因此本文所述的教导可以被用作识别最佳tsp位置或安全区的基础，甚至用于远离二尖瓣的修复。类似地，可以利用本文描述的教导以使用与本文描述的那些相同或相似的医学成像模式来识别安全区，以优化在心房内隔膜外部的其他类型的穿刺。
本文描述的代表性实施例的图示旨在提供对各种实施例的结构的一般理解。这些图示不旨在用作本文描述的本公开的所有元件和特征的完整描述。在阅读本公开后，许多其他实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。其他实施例可以被利用并从本公开中导出，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。此外，图示仅仅是代表性的，并且可能未按比例绘制。图示中的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开和附图应被视为说明性的而非限制性的。
本文仅仅出于方便通过术语“发明”个体地和/或共同地在本文中提及本公开的一个或多个实施例，而不旨在将本申请的范围自愿地限制于任何特定发明或发明构思。此外，尽管本文已说明和描述了特定实施例，但应意识到，经设计以实现相同或类似目的的任何后续布置可替代所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有后续修改或变化。在查看本说明书之后，上述实施例以及本文未具体描述的其他实施例的组合对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
本公开的摘要被提供为符合37c.f.r.§1.72(b)并且被提交有以下理解，即其不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前面的具体实施方式中，各种特征可以组合在一起或在单个实施例中描述，以用于简单化本公开的目的。本公开内容不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题可以涉及少于任何所公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求被并入具体实施方式中，每个权利要求自身作为定义单独要求保护的主题。
所公开的实施例的先前描述被提供为使本领域的技术人员能够实践本公开中所描述的概念。这样一来，以上公开的主题要被认为是说明性的而非限制性的，并且权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这样的修改、增强和其他实施例。因此，在法律允许的最大范围内，本公开的范围要由权利要求及其等价方案的最宽泛的可允许解释来确定，并且不应受前述详细描述的约束或限制。
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