[发明专利]对介入工具的探测和跟踪

说明书

技术领域

本发明涉及微创X射线引导介入，特别涉及一种用于改进电生理学程 序中所使用的介入工具的可见性和支持对这些工具的自动探测和跟踪的图 像处理和绘制系统以及方法。根据本发明，这是通过计算共同配准的X射 线图像与操作前采集的3D体素体积的2D投影图像数据之间的差异并且利 用这些差异增强介入工具的对比度和可见性来实现的。

背景技术

诸如动脉硬化症、高血压和缺血等的心血管疾病(CVD)在大多数发 达国家仍然是主要的死亡原因，这是因为它们导致心脏和血管的永久伤害， 这可能导致慢性心力衰竭、心绞痛或心肌梗塞(心脏病发作)。对于显示出 心血管疾病症状的患者，通常在心导管插入实验室通过介入心脏病学来执 行初步诊断和治疗。此处心导管插入的意思是将小管(导管)通过动脉和/ 或静脉插入到心脏。为了用实时X射线成像可视化冠状动脉和心脏腔室， 通过导管注入造影剂。该造影剂必须对X射线是不透明的且在其流入冠状 动脉系统或心脏腔室内时提供良好的图像对比度。这一程序产生被称为血 管造影片的图像，其为诊断心血管疾病的标准。

在最近三十年，X射线引导介入心脏病学在人口统计学、技术和经济 因素的促进下已经显著发展。根据美国心脏协会(AHA)，从1979年到2003 年在美国介入心脏病学程序的数量增长了470％。新型基于导管的介入工具 (例如球囊导管和支架)允许医师处理更多的情况和更复杂的患者案例。 由于这些新型微创图像引导程序具有积极的患者成果并且比心内直视手术 的成本更低，政府和私人支付者积极地鼓励医师使用这些程序来治疗患者。

现今，基于X射线的心导管插入系统代表当前的护理标准并且为心脏 病学中的诊断和治疗程序提供成像模态。它们被应用于生成对冠状动脉中 的血流阻塞的实时图像。当阻塞被识别时，实时X射线成像被用于引导球 囊尖端的导管插入到阻塞点以便通过血管成形术(其意味着通过球囊扩张 动脉中的受限流区域)和支架放置(亦即，通过扩张支撑结构来保持新扩 大的动脉打开)来进行治疗。具有冠心病的患者的治疗目标是缓解心绞痛 症状并通过采用重新打开冠状动脉的技术和设备来降低死亡或心肌梗塞的 风险。

上述心导管插入系统实际上能够实现导管插入实验室中的所有微创程 序。当前开发的系统均具有相同的基础体系结构并使用投射X射线束穿过 患者并且到达大面积探测器上的点X射线源，该大面积探测器被用于将所 生成的荧光图像转换成电信号以便显示在监视器上。由此，获得患者的射 线摄影图像。

常规采用的心导管插入系统通常执行两种不同类型的实时X射线成 像：诊断血管造影和介入成像。诊断血管造影是利用高辐射照射执行的， 以便产生高质量图像。这一诊断(电影(cine))模式产生注入的造影剂流 经冠状动脉的图像，以诊断冠状动脉的初始状况、确定所需要的介入并且 在介入之后重新评估冠状动脉。介入成像是利用产生较低质量图像的受控 辐射照射执行的。由此这一介入(荧光(fluoro))模式提供患者解剖结构 的实时成像以引导介入，并在将设备插入到解剖结构内时被使用。该介入 模式被用于大约90％的程序成像时间。

虽然心血管疾病主要影响患者的血流，心脏电生理学(EP)——介入 心脏病学的特殊领域——涉及研究心脏的电学异常。医师利用心脏内导管 来在X射线荧光透视引导下定位并治愈患者心律的电学功能紊乱。心脏中 的先天问题或病变组织可能影响导致包括心房纤颤(AF)的不规则心跳的 电导。在这种疾病中，心脏的两个上部腔室——心房——不能有效跳动， 且血液不能被完全泵送出它们，因此血液可能淤积和凝结。如果部分凝结 块离开心脏，它可能会导致中风或肺部栓塞。为了治疗心房纤颤，可以用 射频能量消融组织的某些区域，从而治愈异常电导并永久恢复正常心率。 更准确地说，心脏组织被映射以找到具有异常电活动的区域并且通过心脏 电生理学进行消融以杀死某些区域的病理组织。这一程序通常被称为“映 射并清除(mappingandzapping)”。定位并消融适当组织区域的程序是极其 冗长的。患者可能在心导管插入实验室中花费三到六个小时，其可能包括 高达90分钟的纯成像时间。患者接收高达30,000胸片(chest)X射线当 量的巨大量X射线，且实施这些程序的电生理学家通常还接收相当大剂量 的散射辐射。电生理学诊断和治疗并不需要将造影剂注入冠状动脉以产生 详细的血管造影片并因此需要稍微低点的成像能力。长的程序时间产生高 的辐射照射降低值。