CN101516266A - 用于显示医疗图像的系统、计算机程序的存储介质和方法 - Google Patents

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Abstract

一种医疗系统，包括显示监视器、可插入体腔内的导管、附接在导管上并适用于提供位置数据的至少一个传感器、适用于提供患者的图像数据的成像器以及计算机。计算机适用于进行如下步骤：包括接收位置数据和图像数据，至少使用位置数据来计算至少一个传感器的位置标志，至少使用该图像数据形成患者的图像再现，以及至少使用患者的图像再现和至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。一种存储介质，包括可通过数字计算机读取的程序，该程序指令数字计算机执行以上描述的步骤。一种用于观察导管在患者体内的位置的方法执行以上描述的步骤。

Description

用于显示医疗图像的系统、计算机程序的存储介质和方法
技术领域
本发明总体涉及医疗图像，并且特别是涉及一种用于显示图像的医疗系统、一种用于显示图像的计算机程序的存储介质以及一种用于显示图像的方法。
背景技术
医生通常采用具有长的柔性插入管的内窥镜(例如胃窥镜或结肠镜)接近和观察患者胃肠(GI)道内的组织。针对上部GI，医生会将胃窥镜插入已服用镇静剂的患者的口腔中，以便检查和治疗食道、胃和近侧十二指肠内的组织。针对下部GI，医生会将结肠镜插入穿过已服用镇静剂的患者的肛门来检查直肠和结肠。来自于插入管远端处的摄像机的图像被显示在监视器上以便医生使用。一些内窥镜的插入管中具有工作通道，该工作通道从手持件内的孔口延伸到插入管的远侧部分。医生会将医疗器械插入到工作通道中，以有助于诊断或治疗患者体内的组织。
公知的是成像器被用来获得患者的内部图像，该内部图像例如是超声波图像、X射线图像、计算机断层扫描(CT)图像、正电子发射(PET)图像、磁共振(MRI)图像、荧光透视图像等。在需要时，公知的是将这些图像与实体对准(register)，例如通过将标记物-传感器组件放置在患者身上，其中标记物在至少一些图像上可以看到，并且其中传感器是公知的位置检测系统的一部分，该位置检测系统例如是从Biosense-Webster得到的基于AC的系统，或者是从Ascension Technology Corporation得到的基于DC的系统。
科学家和工程师仍在继续寻找用于显示医疗图像的改进的医疗系统、计算机程序和方法。
发明内容
本发明的医疗系统的一种实施方式的第一种形式是一种医疗系统，该医疗系统包括显示监视器、导管、至少一个传感器、成像器以及计算机。该导管具有可插入患者体腔内的远端。所述至少一个传感器附接在导管上，并且适用于提供位置数据。该成像器适用于提供患者的图像数据。该计算机适用于接收位置数据和图像数据，以便至少使用该位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志，至少使用该图像数据来形成患者的图像再现，以及至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。
本发明的存储介质的实施方式的第一种形式是一种存储介质，该存储介质包括能够由数字计算机读取的程序，该程序指令数字计算机进行如下操作：从附接在导管上的至少一个传感器接收位置数据，该导管具有可插入患者体腔内的远端；从成像器接收患者的图像数据；至少使用该位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志；至少使用该图像数据形成患者的图像再现；以及至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。
本发明的方法的第一种形式是一种用于观察导管在患者体内的位置的方法，并且该方法包括：从附接在导管上的至少一个传感器接收位置数据，该导管具有可插入患者体腔内的远端；从成像器接收患者的图像数据；至少使用该位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志；至少使用该图像数据形成患者的图像再现；以及至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。
从该系统的实施方式、该存储介质的实施方式以及本发明的方法的一种或多种形式中获得多种优点和优势。在一个实例中，该图像数据包括具有体腔的至少一部分的患者的内部图像数据，并包括患者的器官图像数据，其中对于位于导管的远侧末端处的单个传感器来说，叠加图像表示导管远侧末端在不同时刻的位置以及体腔和内部器官，使得医生在体腔内更好地灵活运动(articulate)和引导导管，从而识别体腔另一侧上的治疗部位。在另一实例中，多个隔开的传感器沿着导管的工作长度附接在导管上，使得导管的整个形状在叠加图像中可被看到，另外使得医生识别导管的一部分在该部分被推入体腔内时形成不希望的环套，这种不希望的环套有时在结肠镜检查的过程中出现。在另一实例中，所述至少一个传感器的位置标志显示表示了插入有导管的体腔的解剖形状。
附图说明
图1是本发明的医疗系统的实施方式的示意图，其中多个隔开的传感器沿着导管的工作长度附接在导管上；
图2是图1的医疗系统的显示监视器的屏幕显示的实例，表示了对准的叠加图像，该对准的叠加图像包括患者的图像再现，并包括多个传感器在导管已经插入患者体腔内时的特定时刻的位置标志，患者的图像再现表示了体腔以及内部身体器官；
图3是可选择的传感器-导管实施方式，其中单个传感器靠近导管的远侧末端附接在导管上；
图4是图1的医疗系统的显示监视器的屏幕显示的实例，表示了对准的叠加图像，该对准的叠加图像包括患者的躯干再现，并包括图2的可选择的传感器-导管实施方式的单个传感器在导管插入患者体腔内时的过程中的不同时刻计算的多个位置标志；
图5是本发明的方法的方框图，在一个实例中，本发明的方法被结合到图1的医疗系统的数字计算机的存储介质内所含的程序中。
具体实施方式
在详细说明本发明的系统实施方式、计算机程序步骤以及方法之前，应该注意到本发明的系统实施方式、计算机程序步骤以及方法的应用或使用不局限于附图和说明书中描述的部件的构造和配置以及步骤的细节。本发明的所述系统实施方式、计算机程序步骤、以及方法可被采用或结合到其它实施方式、计算机程序、方法、变型和改型中，并且可以多种方式实施或执行。另外，除非另外指明，出于便于读者来描述示例性实施方式和方法的目的，而不出于限制本发明的目的，选择了这里所采用的术语和表达方式。
还理解到随后描述的系统实施方式、计算机程序步骤、方法、实例等中的任何一个或多个可与其它的随后描述的系统实施方式、计算机程序步骤、方法、实例等中的任何一个或多个相结合。
本发明的医疗系统10的实施方式在图1-2中描述。图1-2的实施方式的第一种形式是用于医疗系统10的，该医疗系统10包括显示监视器12、导管14、至少一个传感器16、18、20、22和24、成像器26以及计算机28。导管14具有可插入到患者34的体腔32内的远端30。所述至少一个传感器16-24附接在导管14上，并适用于提供位置数据。成像器26适用于提供患者34的图像数据。计算机28适用于(直接或间接地)接收位置数据和图像数据，以便至少使用该位置数据来计算至少一个传感器16-24的位置标志36、38、40、42和44(例如通过小实心圆表示的位置)，至少使用该图像数据形成患者34的图像再现46并且至少使用患者34的图像再现46以及所述至少一个位置传感器16-24的位置标志36-44在显示监视器12上显示对准的叠加图像48。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种使用中，所述至少一个传感器16-24提供位置数据，成像器26提供图像数据，并且计算机28接收位置数据和图像数据，计算至少一个传感器16-24的位置标志36、38、40、42和44，形成患者34的图像再现46以及在显示监视器12上显示对准的叠加图像48。在第一种变型中，用于计算机28更新显示监视器12上显示的对准的叠加图像48的时间频率是对于计算机的用户输入。在第二种变型中，时间频率是固定数字。在第三种变型中，根据例如(但不局限于)导管14的速度的变量，通过计算机28确定时间频率。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种实施中，图像数据包括患者34的内部图像数据，该内部图像数据至少描述体腔32的一部分，并且图像再现46是患者34的内部图像再现50，该内部图像再现50至少包括体腔32的该部分。在一种变型中，内部图像数据描述患者34的不同于体腔32的多个内部器官52-56，并且患者34的内部图像再现50包括多个内部器官52-56。在相同或不同的变型中，内部图像再现50包括整个体腔32。在另一种实施中，如图4的可选择实施方式所示，图像再现46是患者34的躯干再现58。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种应用中，导管14具有工作长度，并且所述至少一个传感器16-24包括沿着导管14的工作长度附接在导管14上的多个隔开的传感器16-24。在一种变型中，传感器16-24的数量被选择成使得传感器之间的间距足够小，从而在显示监视器12上显示的位置标志36-44看似导管14的几乎连续的再现。
在另一种应用中，如图3-4的可选择的传感器-导管实施方式所示，所述至少一个传感器16’包括靠近导管14’的远端30布置的唯一一个传感器16’。在此应用过程中，计算机28适用于在显示监视器12上显示患者34的图像再现46的对准的叠加图像48’以及不同时刻计算的所述一个传感器16’的多个位置标志36’、36”和36”’。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种使用中，叠加图像48是三维操控图像，并且医疗系统10还包括计算机输入装置60，该计算机输入装置60可操作地连接到计算机28上，使得使用者操控显示监视器12上的三维操控图像。输入装置60的实例包括(没有限制)键盘和鼠标。在不同的使用过程中，如图4的可选择的实施方式所示，叠加图像48’是二维非操控图像。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种拓展中，计算机28适用于计算并在显示监视器12上显示(并且在一种使用中计算和显示)从位置数据和图像数据得出的至少一种数字关系62。在一个实例中，至少一种数字关系62包括导管14的远端30和沿着体腔32的特定点(例如食道端部)之间保留的单程(countdown)距离。在第一种变型中，特定点通过使用者由计算机28识别，例如(但不局限于)使用者在显示监视器12上的患者34的图像再现46上运动光标，并且在所感兴趣的显示点上点击。在第二种变型中，在(但不局限于)使用者从显示监视器28的触摸屏部分上显示的清单中触摸“食道端部”时，计算机28使用图案识别软件来识别例如食道端部的特定点。数字关系的其它实例包括与体腔或导管的弓形路径、导管插入长度以及任何相对特征部例如嘴到导管的远侧末端的点对点的关系和角度关系。附加实例是本领域的普通技术人员可以想到的。
导管的实例包括(但不限于)心血管导管、肺导管以及例如胃窥镜和结肠镜的插入管等内窥镜插入管。患者体腔的实例包括(但不限于)上部GI(胃肠)道、下部GI道以及血管通道。导管和/或体腔的其它实例是本领域的普通技术人员可以想到的。
位置传感器的实例包括(但不限于)从Biosense-Webster得到的基于AC的位置检测系统的位置传感器或者是从AscensionTechnology Corporation得到的基于DC的位置检测系统的位置传感器。注意到在这些实例中，“位置”包括六个自由度，使得计算位置包括计算位置传感器相对于参考坐标系统的三维平移和三维取向。这种位置传感器的操作的描述可在美国专利申请公开文本2006/0089624中找到。
来自于成像器的图像的实例包括(但不限于)超声波图像、X射线图像、计算机断层扫描(CT)图像、正电子发射(PET)图像、磁共振(MRI)图像和荧光透视图像等。从二维CT扫描和MRI扫描形成三维操控显示图像的计算机程序的实例是从美国密歇根州的Materialise of Ann Arbor得到的Mimics。
在图1-2的实施方式的第一种形式的一种描述中，BiosenseWebster位置检测系统的传送器(未示出)通过计算机28用于来自于Biosense Webster位置检测系统的任何传感器的位置数据的参考坐标系统。Biosense Webster位置检测系统的附接在导管14上的传感器16-24将附接在导管上的传感器16-24以及导管14的位置数据提供给计算机28。因此，导管14的位置数据(即附接在导管上的传感器16-24)与参考坐标系统相关。标记物-传感器组件(未示出)放置在患者34身上，其中在患者34的图像数据上标示的标记物部分可通过计算机28上运行的传统分段子程序来识别，并且用来将图像数据与实际标记物相关。标记物-传感器组件的传感器部分是Biosense Webster位置检测系统的另一传感器，并且将标记物-传感器组件的位置数据提供给计算机。因此，图像数据与标记物-传感器组件(的标记物部分)相关，并且标记物-传感器组件(的传感器部分)的位置与参考坐标系统相关。这将图像数据与参考坐标系统相关。由于导管14(即附接在导管上的传感器16-24)的位置数据以及患者34的图像数据都与相同的参考坐标系统相关，可以由本领域普通技术人员写出子程序，该子程序指令计算机形成导管14(即附接在导管上的传感器16-24)的位置标志和患者34的图像再现的对准的叠加图像，而没有繁琐试验。
本发明的存储介质64的实施方式的第一种形式是包括可由数字计算机28读取的程序的存储介质64，该程序指令数字计算机28执行步骤a)-e)。步骤a)包括从附接在导管14上的至少一个传感器16-24(直接或间接地)接收位置数据，导管14具有可插入患者34的体腔32内的远端30。步骤b)包括从成像器26(直接或间接地)接收患者34的图像数据。步骤c)包括至少使用该位置数据来计算所述至少一个传感器16-24的位置标志36-44。步骤d)包括至少使用该图像数据形成患者34的图像再现46。步骤e)包括至少使用该患者34的图像再现46和至少一个位置传感器16-24的位置标志36-44在显示监视器12上显示对准的叠加图像48。
注意到医疗系统10的前面描述的第一种形式的实施、应用等同样适用于存储介质64的实施方式的第一种形式。存储介质的实例包括(但不限于)计算机的临时存储器和计算机的永久存储器，例如RAM、硬盘驱动器、CD等。
本发明的方法用于观察导管14在患者34体内的位置。该方法的第一种形式在图5中表示，并且包括与前面描述的步骤a)-e)相同的步骤a)-步骤e)。步骤a)在图5的方框66中被标示为“从传感器接收位置数据”。步骤b)在图5的方框68中被标示为“从成像器接收图像数据”。步骤c)在图5的方框70中被标示为“计算传感器的位置标志”。步骤d)在图5的方框72中被标示为“形成患者的图像再现”。步骤e)在图5的方框74中被标示为“在显示监视器上显示对准的叠加图像”。
注意到医疗系统10的前面描述的第一种形式的实施、应用等同样适用于该方法的第一种形式。
从本发明的系统的实施方式、存储介质的实施方式以及方法的一种或多种形式获得多种优点和优势。在一个实例中，图像数据包括患者的内部图像数据，该内部图像数据至少包括体腔的一部分，并且图像数据包括患者的器官图像数据，其中对于导管远侧末端处的单个传感器来说，叠加图像表示导管远侧末端在不同时刻的位置以及体腔和内部器官，使得医生在体腔内更好灵活运动和引导导管，从而识别体腔另一侧上的治疗部位。在另一实例中，多个隔开的传感器沿着导管的工作长度附接在导管上，使得导管的整个形状在叠加图像中可被看到，另外使得医生识别导管的一部分在该部分被推入体腔中时形成不希望的环套，这种不希望的环套有时在结肠镜检查的过程中出现。在另一实例中，所述至少一个传感器的位置标志的显示表示了插入有导管的体腔的解剖形状。
虽然通过实施方式、包含可由数字计算机读取的程序的存储介质和方法的多种形式及其实施、应用等描述了本发明，但本申请人不打算将所附权利要求书的精神和范围限制或局限于这些细节。本领域的普通技术人员将得出多种其它的变型、变化和替代，而不偏离本发明的范围。将理解到以上描述通过实例提供，并且本领域的普通技术人员将得出其它变型，而不偏离所附权利要求书的范围和精神。

Claims (20)

1.一种医疗系统，包括：
a)显示监视器；
b)导管，该导管具有能够插入患者体腔内的远端；
c)至少一个传感器，所述至少一个传感器附接在所述导管上，并能够提供位置数据；
d)成像器，该成像器能够提供该患者的图像数据；以及
e)计算机，该计算机能够接收所述位置数据和图像数据，以便至少使用所述位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志，至少使用该图像数据形成该患者的图像再现，以及至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在所述显示监视器上显示对准的叠加图像。
2.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述图像数据包括该患者的内部图像数据，所述内部图像数据至少描述体腔的一部分，并且所述图像再现是该患者的内部图像再现，该患者的内部图像再现至少包括体腔的所述部分。
3.如权利要求2所述的医疗系统，其特征在于，所述内部图像数据描述该患者的不同于体腔的多个内部器官，并且该患者的内部图像再现包括多个内部器官。
4.如权利要求3所述的医疗系统，其特征在于，该患者的内部图像再现包括整个体腔。
5.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述图像再现是该患者的躯干再现。
6.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述导管具有工作长度，所述至少一个传感器包括沿着所述导管的工作长度附接在该导管上的多个隔开的传感器。
7.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述至少一个传感器包括靠近所述导管的远端布置的唯一一个传感器，所述计算机能够在所述显示监视器上显示患者的图像再现和在不同时刻计算的所述一个传感器的多个位置标志的对准的叠加图像。
8.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述叠加图像是三维操控图像，并且所述医疗系统还包括计算机输入装置，该计算机输入装置能够操作地连接到所述计算机上，使得使用者操纵在所述显示监视器上的所述三维操控图像。
9.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述叠加图像是二维非操控图像。
10.如权利要求1所述的医疗系统，其特征在于，所述计算机能够计算并在所述显示监视器上显示从所述位置数据和图像数据得出的至少一种数字关系。
11.一种存储介质，该存储介质包括能够通过数字计算机读取的程序，该程序指令数字计算机进行如下操作：
a)从附接在导管上的至少一个传感器接收位置数据，该导管具有能够插入患者体腔内的远端；
b)从成像器接收该患者的图像数据；
c)至少使用所述位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志；
d)至少使用所述图像数据形成该患者的图像再现；以及
e)至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。
12.如权利要求11所述的存储介质，其特征在于，所述图像再现是该患者的躯干再现。
13.如权利要求11所述的存储介质，其特征在于，所述图像数据包括该患者的内部图像数据，所述内部图像数据至少描述体腔的一部分，所述图像再现是该患者的内部图像再现，该患者的内部图像再现至少包括体腔的所述部分。
14.如权利要求13所述的存储介质，其特征在于，所述内部图像数据描述该患者的不同于体腔的多个内部器官，该患者的内部图像再现包括多个内部器官。
15.如权利要求13所述的存储介质，其特征在于，该患者的内部图像再现包括整个体腔。
16.如权利要求11所述的存储介质，其特征在于，所述至少一个传感器包括靠近导管的远端布置的唯一一个传感器，所述程序指令数字计算机在所述显示监视器上显示患者的图像再现和在不同时刻计算的所述一个传感器的多个位置标志的对准的叠加图像。
17.如权利要求11所述的存储介质，其特征在于，所述导管具有工作长度，所述至少一个传感器包括沿着所述导管的工作长度附接在该导管上的多个隔开的传感器。
18.一种观察导管在患者体内的位置的方法，该方法包括：
a)从附接在导管上的至少一个传感器接收位置数据，该导管具有能够插入患者体腔内的远端；
b)从成像器接收该患者的图像数据；
c)至少使用所述位置数据来计算所述至少一个传感器的位置标志；
d)至少使用所述图像数据形成该患者的图像再现；以及
e)至少使用该患者的图像再现和所述至少一个位置传感器的位置标志在显示监视器上显示对准的叠加图像。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述图像再现是躯干再现。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述图像数据包括该患者的内部图像数据，所述内部图像数据至少包括体腔的一部分，所述图像再现是该患者的内部图像再现，该患者的内部图像再现至少包括体腔的所述部分。
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