[发明专利]3D超声和计算机断层摄影结合用于引导介入医疗规程

说明书

在本发明中，提供了用于获得患者解剖结构的融合图像的成像系统和方法，该融合图像用作导航3D路线图以将介入设备引导到该解剖结构中。该融合图像将介入规程期间拍摄的荧光透视图像与术前CTA图像实时融合，使得操作员可以在该荧光透视图像中看到该解剖结构而无需注射造影剂。为了校正由于在该规程期间插入介入设备而造成的该解剖结构相对于该术前CTA图像的变形，在所述设备插入之后获得3D超声图像。然后利用该3D超声图像来校正该术前CTA图像并提供该患者的当前血管解剖结构。将该更新的CTA图像与术中荧光图像融合，以提供与变形的解剖结构匹配的精确3D路线图图像。

技术领域

本发明整体涉及在医疗规程中跟踪或递送医疗器械，且具体地涉及跟踪和递送医疗器械以适应在医疗规程期间造成的患者解剖结构的变形的系统和方法。

背景技术

图像引导手术是一种正在发展的技术，其允许外科医生在由图像引导的同时以微创方式执行介入或手术，所述图像可以是“真实”图像或虚拟图像。例如，在腹腔镜手术中，通过在患者皮肤中形成的小切口插入小型摄像机。该摄像机为操作员提供了解剖结构的“真实”图像。其他类型的图像引导手术(诸如血管内手术)，其中利用通过导管插入的，导航到患者动脉中的设备来治疗病变，是“图像引导的”，因为使用低剂量X射线图像(也称为“荧光透视图像”)来引导导管和设备穿过患者解剖结构。荧光透视图像是“真实”图像，而不是虚拟图像，因为它是使用真实X射线获得的并显示了患者的真实解剖结构。然后，还存在使用了“虚拟”图像的情况，这是用于以已知方式形成解剖结构的虚拟图像的真实图像的组合。使用“真实”图像和“虚拟”图像两者进行的图像引导手术的一个示例是微创脊柱手术，其中使用在该手术期间获取的“真实”荧光透视图像来引导设备插入椎骨中，同时还使用术前CT或锥束CT(CBCT)图像结合手术导航系统来使设备在患者的3D解剖结构中的位置可视化。由于设备在CT或CBCT图像中的位置的显示并不是在手术期间执行直接图像采集的结果，因为手术室中无CT，而是由预先存在的真实图像和由手术导航系统提供的信息的组合引起的，因此将CT或CBCT图像中的设备位置的显示描述为“虚拟”图像。

无论在其形成中利用了哪些特定图像，图像引导手术都允许外科医生减小进入患者体内的入口或切口的尺寸，这可以使患者的疼痛和创伤最小化并导致住院时间更短。图像引导规程的示例包括腹腔镜手术、胸腔镜手术、内窥镜手术等。医学成像系统的类型(例如，放射成像系统、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层摄影(PET)、超声(US)、X射线血管造影机等)可用于为医疗规程提供静态图像引导辅助。上述成像系统可以提供二维或三维图像，该二维或三维图像可以被显示以向外科医生或临床医生提供说明性地图以引导工具(例如，导管)穿过患者身体的感兴趣区域。

在临床实践中，与传统的开放式手术规程相比，微创经皮心脏和血管介入正变得越来越普遍。此类微创经皮心脏和血管介入具有患者恢复时间短以及使规程更快且风险更低的优点。在此类微创心脏和血管介入中，将诸如支架或支架移植物的设备经由导管通过血管递送到患者体内。导管在患者的血管内的导航是具有挑战性的。为了辅助导航，通常使用X射线荧光透视来使导管在该规程期间可视化。然而，该成像模态不能很好地捕获患者的软组织结构。

具体地，在一种示例性类型的心脏和血管介入规程(即，血管内动脉瘤修复(EVAR)规程)期间，操作员在荧光透视引导下在主动脉中插入和部署内移植物。为了完成这项任务，操作员显然需要看到这些设备，这很容易使用荧光透视来实现，但他/她还需要了解设备相对血管解剖结构的位置，这更具挑战性。

由于在荧光透视下动脉不是自发可见的，因此必须获取注射造影剂后拍摄的X射线序列来使动脉可视化。然而，造影剂的使用具有多个显著缺点。首先，造影剂需要很长时间才能变得有效，而在患者体内具有有限的有效时间，然后才能要求额外的造影剂。其次，造影剂量较大时(诸如多个X射线序列所需)可能会给患者带来某些不利影响，包括由于造影剂注射的量而造成患者肾病潜在发展。第三，由于采取了多个X射线序列，X射线序列的数量增加必然导致对患者和工作人员的总X射线暴露增加。