Результат интеллектуальной деятельности: КАРТИРОВАНИЕ СОСУДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для картирования сосудов. В особенности, изобретение относится к способу для визуализации инструмента в анатомической части. Кроме того, изобретение относится к соответствующей системе и компьютерной программе.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

После того, как катетер вставляют в сердечно-сосудистую систему в месте доступа, его продвигают вдоль крупных сосудов в сосудистую структуру, для которой требуется лечение. Контрастное вещество вводят через катетер, и оборудование рентгенотелевидения записывает последовательность ангиографических изображений, которая показывает сосуды, когда они заполнены контрастным веществом. Сбор данных диагностических ангиограмм может повторяться с варьированием геометрии формирователя изображений. Планирование диагностики и вмешательства основано на таких диагностических ангиограммах.

Во время вмешательства гибкие, частично или полностью рентгеноконтрастные проволочные направители катетера продвигают в пораженные сосудистые структуры (например, стенозы в коронарных сосудах, нейроваскулярные аневризмы или артериовенозные врожденные пороки). Рентгеноскопическое наблюдение с низкой дозой облучения визуализирует проволочные направители катетера и обеспечивает возможность зрительно-моторной координации оператора при продвижении проволочного направителя катетера. После позиционирования, проволочный направитель катетера служит направляющей для доставки интервенционных приборов (например, баллонов для расширения сосудов и доставки стентов, съемных спиралей для коагуляции аневризмы). Доставка и размещение интервенционных приборов также контролируется рентгеноскопическим способом.

Может быть использована техника наложения ангиограммы на реальные изображения (упоминаемая как картирование). В таких процедурах сами сосудистые структуры не видны во время вмешательства, поскольку они не являются рентгеноконтрастными. Следовательно, навигация и точное позиционирование рентгеноконтрастного проволочного направителя и инвазивных приборов является кропотливой, затратной по времени процедурой, требующей дополнительных вливаний контрастного вещества для уточнения положения приборов относительно нужных сосудов. Из-за рассеянного излучения как пациент, так и медицинский персонал подвергаются рентгеновскому облучению во время сбора данных диагностических ангиограмм и инвазивной рентгеноскопии. Для уменьшения времени вмешательства и улучшения точности позиционирования желательна навигационная поддержка. Обычно статическая диагностическая ангиограмма, получаемая с такой же геометрией формирователя изображений, отображается вслед за реальной инвазивной рентгеноскопией. Для навигации проволочного направителя катетера и приборов внутри сосудов требуется субъективное визуальное слияние статической ангиограммы и реальной рентгеноскопии. Улучшенная контекстно-обогащенная визуализация может дать важную поддержку навигации. В качестве подхода предварительно обработанные ангиограммы могут накладываться на поток рентгеноскопических изображений так, чтобы сосуды и интервенционные приборы синхронно отображались на одном экране (сравните, например, с фиг.1).

Следовательно, навигационная система может помочь кардиологам, обеспечивая кардиологическую карту, отображаемую вслед за реальными рентгеноскопическими картинами или наложенную на них. В идеале упомянутая кардиологическая карта представляет сеть сосудов, получаемую во время ангиографии, с такой же сердечной фазой, как текущее реальное изображение, и регистрируется относительно дыхательных движений и движений пациента.

В документе WO 2004034329 A2 описан базовый способ реализации картирования сердца, опирающийся на выделение сердечного и дыхательного циклов и на согласование этих циклов между ангиографическими изображениями (в заполненном состоянии) и реальными изображениями.

Картирование является очень важной характеристикой, поскольку оно (надежно) обеспечивает точную локализацию интервенционного прибора относительно анатомической структуры сосудов (иначе невидимого в течение большей части времени PCI (перкутантного коронарного вмешательства)).

Картирование является даже более интересным в случае кардиального вмешательства, поскольку умозрительное совмещение, по-другому выполняемое кардиологом между ангиограммой (обычно одно выбранное изображение) и динамической рентгеноскопической последовательностью, является изнурительным и неточным процессом.

Однако улучшенная рентгеноскопическая последовательность, которая содержит маску картирования, возникающую из последовательности ангиограмм, имеет несколько серьезных недостатков.

Практически неосуществимо накладывать полную ангиограмму на рентгеноскопическое изображение, так как это создает фоновое смешивание и все виды нежелательных визуальных эффектов. Как следствие, на практике карта сердца выводится из ангиограммы посредством процесса сегментации, который выделяет маску, которая предположительно является хорошей сегментацией инжектированных коронарных сосудов. К сожалению такой процесс сегментации является сложным и часто (если не всегда) производит маску, которая является в высокой степени неоптимальной (неполные сосуды или чрезмерная сегментация, артефакты, временная нестабильность).

Другие недостатки относятся к рентгеноскопии. Навигационное изображение (последовательность рентгеноскопических изображений в реальном времени) является очень шумным и содержит сильное дыхательное движение.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает локально накладывать изображение интервенционного прибора, как его видно в последовательности рентгеноскопических изображений, на выбранное контрастно-усиленное изображение соответствующего цикла, вместо наложения маски, сегментированной в контрастно-усиленном изображении, на рентгеноскопические изображения.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ и устройство, устраняющие или частично уменьшающие вышеупомянутые недостатки.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить лучшую визуализацию инструмента в анатомической части.

Указанная цель достигается предметом изобретения каждого из соответственных независимых пунктов. В соответственных зависимых пунктах обсуждаются дополнительные варианты осуществления.

В основном, решение задачи достигается посредством способа визуализации инструмента в анатомической части, содержащего этапы приема контрастно-усиленного изображения анатомической части; приема рентгеноскопического изображения, включающего в себя инструмент в анатомической части; определения области рентгеноскопического изображения, причем в данную область включен, по меньшей мере, участок инструмента; и объединения рентгеноскопического изображения определенной области с контрастно-усиленным изображением.

Следует отметить, что анатомической частью, в которую может быть введен инструмент, может быть кровеносный сосуд, сердечная камера или аневризма.

Из-за того, что изображения, используемые для целей навигации, могут представлять собой контрастно-усиленные изображения, как например, ангиограммы или атриограммы или вентрикулограммы, качество изображения во время навигации становится таковым, как во время формирования контрастно-усиленного изображения, которое может быть намного лучше, чем качество рентгеноскопического изображения.

Только из-за лучшего заполнения, например, сердечный цикл ангиограммы может быть выбран для упомянутого процесса, теперь дыхательное движение может быть уменьшено до одинарного сердечного цикла. Если пациента просят задержать дыхание (даже относительно), то дыхательное движение приблизительно в течение 1 секунды (=1 сердечный цикл), виртуально может быть уменьшено до нуля.

Из-за того, что не требуется сегментации сосудов, например, в ангиограмме, поскольку область смежная к прибору, как видно на рентгеноскопическом изображении, накладывается на ангиограмму, которая естественно содержит сосуды в оптимальном состоянии введения, никакие сбои сегментации не могут ухудшить окончательный результат.

Согласно другому варианту осуществления способ может дополнительно содержать этап обнаружения, по меньшей мере, участка инструмента на рентгеноскопическом изображении, причем участок инструмента может быть участком наконечника инструмента.

Следовательно, вместо навигации в сфере рентгеноскопии, возможно, но не вполне, усиленная маской сосудов навигация может происходить в сфере ангиограмм, виртуально свободная от шума и дыхательного движения, и с оптимальным видом сосудов, но с дополнительным локальным наложением интервенционного прибора (а именно, проволочного наконечника).

Следует отметить, что представляющий интерес участок инструмента может быть обнаружен на рентгеноскопическом изображении вручную или посредством автоматических процедур, использующих подходящее программное обеспечение обработки изображений. Основываясь на таком обнаружении, область, окружающая участок инструмента, также может быть определена вручную, например посредством ввода, или может быть определена автоматически согласно предварительно определенной процедуре или алгоритмам программного обеспечения. Должно быть понятно, что определение области может выполняться автоматически после того, как участок инструмента обнаружен вручную, или область может быть определена вручную после того, как система обнаружила аспекты в рентгеноскопическом изображении, включающие инструмент, и предположила некий участок, например, посредством его выделения яркостью.

Согласно другому варианту осуществления получают множество контрастно-усиленных изображений, при этом идентифицируется циклическое движение структур в контрастно-усиленных изображениях, получают множество рентгеноскопических изображений, при этом идентифицируется циклическое движение структур на рентгеноскопических изображениях, и объединяют выбранное рентгеноскопическое изображение идентифицированной области с контрастно-усиленным изображением соответствующего цикла движения.

Тем самым может быть обеспечено то преимущество, что из последовательности изображений легко может быть выбрано подходящее контрастно-усиленное изображение, которое может иметь соответствующий цикл движения, в качестве текущего реального рентгеноскопического изображения.

Результат способа, то есть полученные объединенные изображения, могут отображаться на подходящем устройстве, например, на мониторе.

Способ согласно настоящему изобретению успешно может быть использован посредством системы формирования изображений для PCI (перкутантного коронарного вмешательства) в лабораториях катетера для лечения сердечных стенозов.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения обеспечивается система для картирования сосудов, содержащая устройство для генерации контрастно-усиленного изображения, устройство для генерации рентгеноскопического изображения, устройство обработки для обработки рентгеноскопического изображения и для объединения обработанного рентгеноскопического изображения с контрастно-усиленным изображением.

Устройство обработки системы может быть выполнено с возможностью обнаружения участка инструмента на рентгеноскопическом изображении, и может дополнительно быть выполнено с возможностью определения области рентгеноскопического изображения, которая включает в себя обнаруженный участок инструмента.

Следует отметить, что инструментом мог бы быть, с одной стороны, гибкий или жесткий катетер или проволочный наконечник или электрод, и с другой стороны, также биопсийный прибор, канюля или троакар. Это также может быть эндопротез, такой как стент, окклюдер (например, окклюдер открытого овального окна), искусственный клапан.

Кроме того, устройство обработки может быть выполнено с возможностью объединения рентгеноскопического изображения определенной области с контрастно-усиленным изображением.

Согласно другому варианту осуществления устройство обработки системы выполнено с возможностью идентификации циклического движения в серии контрастно-усиленных изображений и идентификации циклического движения в серии рентгеноскопических изображений, причем устройство обработки дополнительно выполнено с возможностью объединения выбранного обработанного рентгеноскопического изображения с контрастно-усиленным изображением соответствующего цикла движения. Это может быть достигнуто посредством способа, основанного на множестве изображений или посредством использования внешних систем, не связанных с формированием изображения, таких как сигнал ЭКГ (электрокардиограммы, ECG).

Система может дополнительно содержать монитор для отображения объединенных изображений.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечивается компьютерная программа для картирования сосудов, которая при выполнении на устройстве обработки системы согласно настоящему изобретению предписывает системе выполнять способ согласно настоящему изобретению. Следовательно, способ согласно настоящему изобретению может быть выполнен по существу автоматически или, по меньшей мере, преимущественно автоматически. Следовательно, компьютерная программа может содержать наборы инструкций для сбора и, по меньшей мере, временного сохранения, по меньшей мере, одного контрастно-усиленного изображения, генерируемого соответствующей системой; наборы инструкций для сбора и, по меньшей мере, временного сохранения, по меньшей мере, одного реального рентгеноскопического изображения, также генерируемого соответствующей системой; наборы инструкций для идентификации участка инструмента, показанного на рентгеноскопическом изображении и наборы инструкций для объединения, по меньшей мере, области рентгеноскопического изображения с контрастно-усиленным изображением.

Дополнительно, компьютерная программа может содержать наборы инструкций для загрузки данных из базы данных, включающей в себя ранее записанную информацию об изображениях, или может содержать наборы инструкций для получения информации от пользователя.

Такая компьютерная программа предпочтительно загружается в оперативную память процессора данных. Таким образом, процессор данных оборудуется для выполнения способа согласно настоящему изобретению. Дополнительно, изобретение относится к машиночитаемому носителю информации, такому как постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), на котором может храниться программа. Однако компьютерная программа также может быть представлена по сети, такой как Всемирная паутина, и может загружаться в оперативную память процессора данных из такой сети.

Следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы, относящиеся к способу, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы, относящиеся к устройству. Однако специалист может сделать вывод из вышеприведенного и последующего описания о том, что, если не объявляется иначе, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу объекта изобретения, любая комбинация признаков, относящихся к различным объектам изобретения, также считается раскрытой в этой заявке.

Аспекты, заданные выше и далее, признаки и достоинства настоящего изобретения также могут быть выведены из примеров вариантов осуществления, которые будут описаны здесь далее, и поясняются со ссылкой на примеры вариантов осуществления, также показанных на фигурах, но которыми настоящее изобретение не ограничивается.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - изображение, обеспеченное способом, известным в уровне техники,

фиг.2 изображает блок-схему последовательности операций способа согласно настоящему изобретению,

фиг.3 изображает пример системы согласно настоящему изобретению,

фиг.4 показывает пример рентгеноскопического изображения,

фиг.5 - изображение, обеспеченное способом согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.1 изображает типичный результат, полученный с помощью классического метода картирования сердца, в котором ранее записанное ангиографическое изображение накладывается на реальное рентгеноскопическое изображение, включающее в себя участок 220 инструмента.

Блок-схема последовательности операций, показанная на фиг.2, иллюстрирует принцип картирования сосудов согласно настоящему изобретению, содержащий следующие этапы. Должно быть понятно, что этапы, описанные в отношении способа, представляют собой основные этапы, причем эти основные этапы могут быть дифференцированы или разделены на несколько подэтапов. Кроме того, также могли бы быть подэтапы между этими основными этапами. Следовательно, подэтап упоминается только, если этап важен для понимания принципов способа согласно настоящему изобретению.

На этапе S1 генерируется ангиографическое изображение или множество изображений. Как упоминалось ранее, изображение или изображения, сгенерированные на этапе S1, также могут представлять собой контрастно-усиленные изображения, такие как ангиограммы или вентрикулограммы.

На этапе S2 (следующем за этапом S1), достигается использование любых способов, основанных на обработке изображения или также применяющих ЭКГ сигналы, применяемых к рассматриваемой последовательности ангиограмм; идентификация ангиографических кадров, составляющих полный сердечный цикл в состоянии оптимально введенного контрастного вещества (CA). На этом этапе обычно могут применяться методы компенсации или корреляции движения.

На этапе S3 генерируется, по меньшей мере, одно ангиографическое изображение. Обычно генерируется серия реальных рентгеноскопических изображений.

На этапе S4 (следующем за этапом S3), обнаружение инструмента применяется к текущему рентгеноскопическому изображению (в реальном масштабе времени). Оно нацелено на обнаружение интервенционного инструмента (обычно проволочного наконечника). Методы обработки изображения, использующие гребенчатые фильтры и отслеживание во времени, являются типичными подходами, используемыми для такой задачи. Выход этого этапа представляет собой просто локализацию инструмента, или некоторых точек инструмента (таких как самый кончик проволоки), или участка инструмента. Это также может быть маркер стента или пара маркеров.

На этапе S5 (использующем данные этапов S2, S3 и возможно S4) при использовании ЭКГ сигналов и/или методов обработки изображения можно определить, какому из выбранных ангиографических изображений соответствует текущее рентгеноскопическое изображение, имеющее такой же сердечный цикл, и через какое выполнять геометрическое преобразование (обычно, чтобы компенсировать дыхательное движение, достаточно параллельного переноса). Также возможно использовать выход этапа обнаружения прибора, чтобы помочь в достижении этой задачи совмещения (поскольку прибор на рентгеноскопическом изображении вероятно принадлежит заполненному сосуду на соответствующем ангиографическом изображении). Выходом этого этапа является индекс ангиографического кадра и согласование параметров геометрического преобразования.

На этапе S6 (следующем за этапом S4 и использующем данные этапа S3) создается маска инструмента. Из локализации инструмента, достигнутой на этапе S4, просто создать маску, содержащую инструмент или, по меньшей мере, участок инструмента. На этом этапе достаточно поверхностной сегментации. Для этой задачи могут применяться гребенчатые фильтры, локальное выращивание, методы морфологии. Выходом является маска инструмента, которая может быть растянута так, чтобы явно содержать целевой инструмент, даже если это влечет за собой поверхностную сегментацию. Маска окружает некую область рентгеноскопического изображения, которое включает в себя инструмент.

На этапе S7 (следующем за этапом S5) ангиографический кадр, который лучше соответствует текущему рентгеноскопическому изображению (такой же сердечный цикл), найденному на этапе S5, просто выбирается из выделенного цикла движения в ангиографических изображениях.

На этапе S8 (основанном за этапах S5 и S6) маска инструмента, созданная на этапе S6, может затем быть просто зарегистрирована через применение геометрического преобразования, вычисленного на предыдущем этапе.

На этапе S9 (основанном за этапах S7 и S8) выбранный ангиографический кадр смешивается или объединяется с зарегистрированной маской инструмента. Это просто приводит к смешиванию уровней серого обоих источников с возможными значениями прозрачности для удаления некоторых маловероятных пикселей из маски. Другими словами, область или часть рентгеноскопического изображения, которая находится внутри маски и таким образом находится в непосредственной окрестности инструмента, объединяется с полным ангиографическим изображением, причем ангиографическое изображение обеспечивает общее представление, а область рентгеноскопического изображения обеспечивает подробную информацию о местоположении инструмента.

На этапе S10 результат отображается, например, на мониторе. Конечно, в такой схеме этапы S4, S6, S8 могут неоднократно применяться к нескольким приборам, представленным в изображении (например, несколько проволочных наконечников в сложных перкутантных коронарных вмешательствах), и все результирующие зарегистрированные маски (по одной на каждый обнаруженный прибор) могли бы объединяться в ангиограмму на этапе 9.

Фиг.3 изображает иллюстративную систему согласно настоящему изобретению, причем система включает в себя консоль 100 для инструмента 200, который может вводиться в тело пациента 300. Кроме того, рентгеновская установка 400 располагается относительно пациента так, чтобы могло генерироваться рентгеноскопическое изображение области тела, в которой расположен участок 220 наконечника катетера 200. Наконец, обеспечивается модуль 600 обработки, который может управлять генерацией рентгеноскопического изображения посредством рентгеновской установки 400, а также при необходимости управлять функциями катетера 200.

Здесь контроллер 100 может включать в себя модуль 110, посредством которого может доставляться контрастное вещество, так чтобы, например, можно было генерировать ангиографическое изображение или серию ангиографических изображений. С другой стороны, посредством модуля 110 могут вводиться лекарственные препараты. Дополнительно консоль 100 может содержать устройство 120, посредством которого может контролироваться, например, ориентация участка 220 наконечника катетера 200, или могут контролироваться специальные функции катетера, как например, применение лазера или установка протеза, такого, как стент, или введение и надувание баллона. Следует отметить, что консоль 100 может включать в себя также больше двух модулей или устройств в зависимости от назначенного лечения.

Рентгеновская установка 400 включает в себя источник 420 рентгеновского излучения и детектор 440 рентгеновского излучения, причем оба, как источник 420 рентгеновского излучения, так и детектор 440 рентгеновского излучения, расположены на С-образном кронштейне 430, чтобы гарантировать правильную ориентацию обоих друг относительно друга. Пациент 300 может помещаться на столе 460.

Модуль 600 обработки включает в себя прежде всего модуль 620 управления и дополнительно монитор 610, причем на упомянутом мониторе может отображаться выход информации относительно текущего местоположения, например, наконечника инструмента.

Модуль 600 обработки может дополнительно содержать устройство обработки или оперативную память, в которой может храниться и/или выполняться компьютерная программа для выполнения картирования сосудов согласно настоящему изобретению.

Фиг.4 показывает пример рентгеноскопического изображения, подобного сгенерированному на этапе S3 вышеописанного способа. На этапе S4 может быть обнаружен участок 220 инструмента, причем на этапе S6 создается маска 500, которая окружает обнаруженный участок 220. Следует отметить, что маска может иметь любую форму, как например, иллюстративный овал, показанный на фиг.4. Маска также может быть круглой или прямоугольной или может иметь форму обнаруженного участка 220, но увеличенную так, чтобы участок 220 инструмента вместе с окружающей областью в окрестности этого участка помещались внутри маски.

Фиг.5 изображает действительные результаты, произведенные посредством картирования сосудов согласно настоящему изобретению. Другими словами, фиг.5 показывает ангиографическое изображение, в которое вводится только область, идентифицированная маской 500, в виде наложения. По сравнению с фиг.1, можно ясно видеть усиление видимости, которое можно ожидать от такого метода. То, что фигуры не показывают, так это дыхательное движение, которое метод картирования сосудов позволяет компенсировать.

Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и вышеупомянутом описании, такие иллюстрации и описания должны считаться иллюстративными и не ограничивающими, изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления.

Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами при осуществлении на практике заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и пунктов формулы изобретения. В этих пунктах слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и единственное число элементов не исключает наличия множества элементов. Единственный процессор или другой модуль может выполнять функции нескольких объектов, упоминаемых в пунктах формулы изобретения.

Тот простой факт, что упоминаются некоторые меры, и взаимно различимые зависимые пункты не показывают, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Компьютерная программа может сохраняться/распределяться на подходящем носителе таком, как оптический носитель или твердотельный носитель, поставляемые вместе с другими аппаратными средствами или как их часть, но также могут распределяться в других формах, как например, через интернет или другие проводные или беспроводные системы связи. Любые обозначения номера позиции в пунктах формулы изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем притязаний.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ:

100 консоль

110 модуль

120 устройство

200 инструмент

220 участок наконечника инструмента

300 пациент

400 рентгеновская установка

420 источник рентгеновского излучения

430 С-образный кронштейн

440 детектор рентгеновского излучения

460 стол

500 маска

600 модуль обработки

610 монитор

620 управляющее устройство