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CN111374766B - 用于准确的球囊计算和可视化的系统和方法 - Google Patents

用于准确的球囊计算和可视化的系统和方法 Download PDF

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CN111374766B CN201911377942.0A CN201911377942A CN111374766B CN 111374766 B CN111374766 B CN 111374766B CN 201911377942 A CN201911377942 A CN 201911377942A CN 111374766 B CN111374766 B CN 111374766B
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B.科恩
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Abstract

本发明题为“准确的球囊计算和可视化”。本发明提供一种系统，所述系统包括球囊导管、显示器和处理器，所述球囊导管具有轴、装配在所述轴的远侧端部处的可膨胀球囊和设置在所述可膨胀球囊上的多个电极，所述处理器被配置成接收指示在3D空间中的所述多个电极的相应电极位置的信号，基于所接收的信号来计算所述多个电极的所述相应电极位置，从由所述电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的所述电极位置的虚拟平面，将虚拟圆拟合到在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置，以及基于在3D空间中所拟合的虚拟圆的位置和取向来将所述球囊导管的3D表示呈现给所述显示器。

Description

用于准确的球囊计算和可视化的系统和方法
技术领域
本发明整体涉及计算活体内的探头位置，并且具体地涉及改善位置测量。
背景技术
在许多医学规程中需要跟踪体内探头诸如插入管、导管和植入物的位置。例如，美国专利申请公布2014/0095105描述了一种校正和/或缩放基于电流的坐标系的算法，其可包括确定一个或多个全局变换或插值函数和/或一个或多个局部变换函数。全局和局部变换函数可通过计算一个全局度量张量和多个局部度量张量来确定。度量张量可基于预定和测量的导管上紧密间隔的传感器之间的距离来计算。
Markowitz等人的美国专利公布2009/0264738描述了使用可操作为识别并保存标测器械的多个位置的系统，对患者的一定体积的身体部分进行标测。该标测器械可包括可感测电压的一个或多个电极，该电压可在感测或测量时与电极的三维位置相关。因此，可基于对多个点的感测来确定体积的标测图，而无需使用其它成像装置。然后可相对于标测数据对植入式医疗装置进行导航。
Jenkins等人的美国专利公布2010/0317962描述了一种MRI-兼容导管，该导管包括具有相对的远端部分和近端部分的细长柔性轴。柄部附接到近端部分并且包括与轴远端部分连通的致动器，该致动器被配置成铰接该轴远端部分。轴的远端部分可包括消融顶端并包括与电连接到MRI扫描器的消融顶端相邻定位的至少一个RF跟踪线圈。该至少一个RF跟踪线圈电连接到在至少一个RF跟踪线圈暴露至MRI环境时减小耦合的电路。每个RF跟踪线圈为1至10线匝螺线管线圈并具有沿导管的纵向的介于约0.25mm和约4mm之间的长度。
授予Peszynski等人的美国专利6,592,520描述了用于血管内成像的超声系统和方法。该超声系统包括具有超声换能器阵列、发射波束形成器、接收波束形成器和图像生成器的血管内导管。血管内导管具有细长主体，该细长主体被制作成用于插入血管中并连接至导管柄部。导管包括定位于可操纵的引导护套内部的导管芯，两者均具有近侧部分和远侧部分。导管包括连接至定位装置的关节运动区域，用于将换能器阵列定位成关于检查的组织区域具有选择的取向。在换能器阵列的每个取向上，发射波束形成器和接收波束形成器在检查的组织区域的成像虚拟平面上获取超声数据。导管芯连接至旋转装置，该旋转装置被构造并被布置成旋转或在一定角度范围内振荡在多个成像虚拟平面上获取超声数据的换能器阵列。图像生成器被构造成基于获取的超声数据来形成选择的组织图像。
发明内容
通过本文提供的公开，我们通过允许医师更准确地观察设置在医疗探头上的实际电极的位置以进行导航以及直接控制人体器官虚拟3D环境所示的各种实际电极，从而推进了电生理技术领域。
因此，根据本公开的一个实施方案，提供了一种系统，该系统包括球囊导管、显示器和处理器，该球囊导管具有轴、装配在轴的远侧端部处的可膨胀球囊和设置在可膨胀球囊上的多个电极，该处理器被配置成接收指示在三维(3D)空间中的多个电极的相应电极位置的信号，基于接收的信号来计算多个电极的相应电极位置，从由电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的电极位置的虚拟平面，基于在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置来将圆拟合到点，以及基于在3D空间中拟合的虚拟圆的位置和取向来将球囊导管的3D表示呈现给显示器。
根据本公开的一个实施方案，该处理器还被配置成根据从在电极位置中选择的三个电极位置的不同相应组计算多个虚拟平面。
根据本公开的一个实施方案，该处理器还被配置成如果电极位置中的一个电极位置被设置成具有与电极位置中的另一个电极位置的给定接近度，则从多个虚拟平面的计算中以及从虚拟平面的选择中移除所述一个电极位置。
另外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成如果用于多个虚拟平面的计算和虚拟平面的选择中的电极位置中的至少两个在给定接近度内，则合并所述至少两个电极位置。
此外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成如果电极位置中的一个电极位置具有小于给定值的相关联电信号，则从多个虚拟平面的计算中以及从虚拟平面的选择中移除所述一个电极位置。
另外，根据本公开的一个实施方案，来自所述多个虚拟平面的若干虚拟平面在给定容限内各自包括最大数量的电极位置，该处理器被配置成针对若干虚拟平面中的每一个虚拟平面计算在所述一个虚拟平面的给定容限内的电极位置与所述一个虚拟平面的接近度分数，并且选择若干虚拟平面中具有最高接近度分数的一个作为选择的虚拟平面。
此外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。
另外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成使用最小二乘拟合方法根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。
此外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成将在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置投射到新的虚拟平面上，并且将圆拟合到投射的电极位置。
另外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成在垂直于新的虚拟平面的方向上投射电极位置。
此外，根据本公开的一个实施方案，该处理器被配置成根据基于磁的位置跟踪或基于阻抗的位置跟踪中的至少一者的接收信号来计算多个电极的相应电极位置。
根据本公开的另一个实施方案，还提供一种方法，包括接收指示在三维(3D)空间中的多个电极的相应电极位置的信号，基于接收的信号来计算多个电极的相应电极位置，从由电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的电极位置的虚拟平面，基于在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置来将圆拟合到点，以及基于在3D空间中拟合的虚拟圆的位置和取向来将球囊导管的3D表示呈现给显示器。
另外，根据本公开的一个实施方案，该方法包括根据从在电极位置中选择的三个电极位置的不同相应组计算多个虚拟平面。
此外，根据本公开的实施方案，该方法包括如果电极位置中的一个电极位置被设置成具有与电极位置中的另一个电极位置的给定接近度，则从多个虚拟平面的计算中以及从虚拟平面的选择中移除所述一个电极位置。
另外，根据本公开的实施方案，该方法包括如果用于多个虚拟平面的计算和虚拟平面的选择中的电极位置中的至少两个在给定接近度内，则合并所述至少两个电极位置。
此外，根据本公开的实施方案，该方法包括如果电极位置中的一个电极位置具有小于给定值的相关联电信号，则从多个虚拟平面的计算中以及从虚拟平面的选择中移除所述一个电极位置。
另外，根据本公开的实施方案，来自所述多个虚拟平面的若干虚拟平面在给定容限内各自包括最大数量的电极位置，该方法还包括针对若干虚拟平面中的每一个虚拟平面计算在所述一个虚拟平面的给定容限内的电极位置与所述一个虚拟平面的接近度分数，并且选择若干虚拟平面中具有最高接近度分数的一个作为选择的虚拟平面。
此外，根据本公开的实施方案，该方法包括根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。
另外，根据本公开的实施方案，计算新的虚拟平面包括使用最小二乘拟合方法根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。
此外，根据本公开的实施方案，该方法包括将在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置投射到新的虚拟平面上，其中该拟合包括将圆拟合到投射的电极位置。
另外，根据本公开的实施方案，该投射包括在垂直于新的虚拟平面的方向上投射电极位置。
此外，根据本公开的实施方案，计算相应电极位置包括使用基于磁的位置跟踪或基于阻抗的位置跟踪中的至少一者来计算相应位置。
根据本公开的另一个实施例，还提供一种软件产品，包括其中存储有程序指令的非暂态计算机可读介质，当这些指令在由中央处理单元(CPU)读取时，使得该CPU接收指示在三维(3D)空间中的多个电极的相应电极位置的信号，基于接收的信号来计算多个电极的相应电极位置，从由电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的电极位置的虚拟平面，将圆拟合到在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置，以及基于在3D空间中拟合的虚拟圆的位置和取向来显示球囊导管的3D表示。
附图说明
根据以下详细说明结合附图将理解本发明，其中：
图1为根据本发明的一个实施方案的基于导管的位置跟踪和消融系统的示意性图解说明图；
图2为用于图1的系统中的球囊导管的示意性图解说明图；
图3为位于图2的球囊导管上的各种基准点的示意性图解说明图；
图4A和图4B为位于图2的球囊导管上的各种基准点的另选示意性图解说明图；
图5为包括图1的系统的操作方法中的示例性步骤的流程图；并且
图6A和图6B为心脏腔室内部的球囊导管的3D呈现图像的示意图，医护人员可看到这些图像，以便导航到心脏中期望的组织位置(或任何身体组织)。
具体实施方式
概述
应结合附图来阅读下面的具体实施方式，其中不同附图中相同元件的编号相同。附图(未必按比例绘制)示出所选择的实施方案，并不旨在限制本发明的范围。详细描述以举例的方式而非限制性方式示出本发明的原理。此描述将明确地使得本领域技术人员能够制备和使用本发明，并且描述了本发明的若干实施方案、适应型式、变型形式、替代形式和用途，包括目前据信是实施本发明的最佳方式。
如本文所用，针对任何数值或范围的术语“约”或“大约”指示允许部件或元件的集合实现如本文所述的其预期要达到的目的的合适的尺寸容限。更具体地，“约”或“大约”可指列举值的值±10％的范围，例如“约90％”可指81％至99％的值范围。另外，如本文所用，术语“患者”、“宿主”、“用户”和“受检者”是指任何人或动物受检者，并不旨在将系统或方法局限于人使用，但本主题发明在人类患者中的使用代表优选的实施方案。同样，术语“近侧”是指更靠近操作者的位置，而“远侧”是指更远离操作者或医师的位置。最后，术语“虚拟”是指特定对象或抽象几何指示标识的计算机生成的表示。
为了正确显示心脏内球囊导管的图像，必须准确知道球囊的位置和取向。假定球囊实际上是球体，可通过找到球囊上的电极中的每一个的位置并且找到围绕球囊的拟合的虚拟圆的中心和半径来找到球囊的位置和取向。可使用任何合适的位置测量系统找到位置。然而，各个电极位置中的每一个都是有噪声的，因此即使在导管位置稳定的情况下，甚至在电极位置的过滤和降噪之后，图像似乎也会由于噪声而移动。然后执行医疗手术的医师可能会对导管的当前位置有疑问，可减慢医疗手术并且/或导致严重的不良后果。
本发明的实施方案提高了球囊的位置和取向的计算准确度，从而降低了球囊的呈现图像中的噪声。使用适当的定位系统，接收指示设置在虚拟三维(3D)空间中的球囊上的电极的相应电极位置的信号。可根据接收的信号来计算电极位置。虽然任何给定的电极都具有3D形式，但是该电极可由概念性的点位置表示。
作为准备步骤，例如由于故障电极造成的可能的伪电极位置，可被移除或合并，以用于下文所述的分析的延续中，这是因为识别出的“伪”电极位置可给分析造成不当的权重。
可由从计算的电极位置中选择的三个电极位置的不同组合来限定3D空间中的不同虚拟平面。可分析虚拟平面中的每一个以计算在虚拟平面的给定容限内的电极位置的数量。容限可定义为相对于虚拟平面的给定距离(例如，±3mm或相同的绝对值)或相对于虚拟平面中心的给定角位移(例如，±25度或相同的绝对值)。然后选择包括最大数量的电极位置的虚拟平面作为包括最佳限定球囊赤道的圆的虚拟平面。
以举例的方式，针对十个电极位置，可存在120种三个电极位置的不同集合，因此在3D空间中可存在120个可能的虚拟平面。考虑了120个可能的虚拟平面中的每一个的剩余七个电极位置，并且假定在3D虚拟平面给定容限内具有最高数量的电极位置的3D虚拟平面是包括最佳限定球囊赤道的圆的虚拟平面。
如果存在多于一个的包括最大数量的电极位置的虚拟平面，则可随机或基于衡量虚拟平面与在虚拟平面给定容限内的电极位置之间的接近度的接近度分数来选择(在虚拟平面的给定容限内具有最大数量的电极位置的)虚拟平面中的一个。
然后选择的虚拟平面可用作计算球囊的位置和取向的基础。在一些实施方案中，使用诸如最小二乘拟合算法的拟合算法根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。然后将在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置投射到新的虚拟平面上。在一些实施方案中，可将电极位置投射到选择的虚拟平面上。
然后系统可将虚拟圆拟合到投射的电极位置。虚拟圆在3D空间中具有中心位置、半径和取向，从而提供球囊赤道在3D空间中的位置和取向。
球囊导管可使用图形处理单元(GPU)基于任何合适的方法来成像，例如但不限于使用Zar等人的美国专利公布2018/0182157中所述的成像方法，该专利公布以引用方式并入本文。具体地，Zar等人的参考文献的第31至48段描述了在电解剖标测图上呈现二次曲面。二次曲面的示例包括球体、椭圆体、圆柱体、圆锥体、双曲抛物面、抛物面以及双曲面。成像可包括使用可膨胀球囊的样条的机械数据，可假定可膨胀球囊的样条之间存在材料，并且组合各种二次曲面来形成球囊导管的图像。可使用基于机械数据以及圆的位置和取向的其它成像方法来对球囊导管成像。
系统描述
以引用方式并入本文的文献将被视作本申请的整体部分，不同的是，就任何术语在这些并入文献中以与本说明书中明确或隐含地作出的定义矛盾的方式定义而言，应仅考虑本说明书中的定义。
现在参考图1，其为根据本发明的实施方案的基于导管的位置跟踪和消融系统20的示意性图解说明图。另外参考图2，其为根据本发明的实施方案的球囊导管40的示意性图解说明图。
位置跟踪和消融系统20用于确定球囊导管40的位置，如在图1的插图25中以及在图2中更详细地所见。球囊导管40包括轴22和装配在轴22的远侧端部处的可膨胀球囊45。通常，球囊导管40用于治疗性处理，诸如例如在左心房处空间消融心脏组织。
位置跟踪和消融系统20可基于装配在轴22上的位于可膨胀球囊45的任一侧上的感测电极52(近侧电极52a和远侧电极52b)和紧靠近侧电极52a近侧装配的磁传感器50来确定球囊导管40的轴22的位置和取向。近侧电极52a、远侧电极52b和磁传感器50通过穿过轴22的导线连接到控制台24中的各种驱动电路。在一些实施方案中，可省略远侧电极52b。
轴22限定纵向轴线51。轴线51上的中心点58(其为可膨胀球囊45的球体形状的原点)限定可膨胀球囊45的标称位置。多个消融电极55沿圆周设置在可膨胀球囊45上，且与感测电极52a和52b相比占据大面积。可将射频功率提供给消融电极55以消融心脏组织。
通常，所设置的消融电极55沿着可膨胀球囊45的赤道均匀分布，其中赤道垂直于轴22的远侧端部的纵向轴线51而大致对准。
图2所示的例证完全是为了概念清晰而选择的。感测电极52和消融电极55的其它配置也是可能的。附加功能可包括在磁传感器50中。为清晰起见，省略了与本发明所公开的实施方案无关的元件，诸如冲洗口。
如图1所示，医师30通过使用靠近球囊导管40的近侧端部的操纵器32操纵轴22和/或护套23的挠曲来将导管导航到患者28的心脏26中的目标位置。球囊导管40在可膨胀球囊45收缩期间穿过护套23而被插入，并且仅在球囊导管40从护套23回缩之后，可膨胀球囊45才膨胀并恢复其预期的功能形状。通过将球囊导管40包括在收缩配置中，护套23还用于使在其到目标位置的途径上的血管创伤最小化。
控制台24包括处理器41(通常为通用计算机)以及用于在表面电极49中生成信号和/或接收来自该表面电极的信号的合适的前端和接口电路44，该表面电极通过穿过缆线39的导线附接到患者28的胸部和背部。
控制台24还包括磁感应子系统。将患者28放置在由包括磁场发生器线圈42的垫生成的磁场中，该磁场发生器线圈由设置在控制台24中的单元43驱动。由线圈42生成的磁场在磁传感器50中生成方向信号，该方向信号然后作为对应的电输入提供给处理器41。
在一些实施方案中，处理器41使用从感测电极52、磁传感器50和消融电极55接收的位置信号来估计球囊导管40在器官诸如心腔内的位置。在一些实施方案中，处理器41将从电极52、55接收的位置信号与先前获取的磁定位-校准位置信号相关，以估计球囊导管40在心腔内的位置。感测电极52a和52b(在本文中合称为“52”)和消融电极55的位置坐标可由处理器41基于(除了其它输入以外)电极52、55与表面电极49之间的测量的阻抗或电流分布的比例来确定。控制台24驱动显示器27，该显示器示出心脏26内的导管位置的远侧端部。
使用电流分布测量结果和/或外部磁场的位置感测的方法在各种医疗应用中实现，例如，在由Biosense Webster Inc.(Irvine,California)生产的系统中实现，并且详细地描述于美国专利5,391,199、6,690,963、6,484,118、6,239,724、6,618,612、6,332,089、7,756,576、7,869,865和7,848,787、PCT专利公布WO 96/05768、以及美国专利申请公布2002/0065455A1、2003/0120150A1和2004/0068178A1中，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。
3系统应用基于有功电流定位(ACL)阻抗的位置跟踪方法。在一些实施方案中，处理器41使用上述ACL方法来估计感测电极52和消融电极55的位置。在一些实施方案中，从电极52、55接收的信号与矩阵相关，该矩阵将感测电极52、55测量的阻抗(或其它电值)映射到先前从磁定位-校准位置信号中获取的位置。
在一些实施方案中，为了可视化不包括磁传感器的导管，处理器41可应用基于电信号的方法，该方法被称为独立电流定位(ICL)方法。在ICL方法中，处理器41计算球囊导管40的体积的每个体素的局部缩放因子。使用带具有已知空间关系的多个电极的导管(诸如套索形导管)来确定该因子。然而，虽然产生准确的局部缩放(例如，超过几毫米)，但是ICL被认为在应用于尺寸约为几厘米的球囊导管时是不太准确的。由消融电极55产生的位置信号被认为通常太粗略而不能单独使用(例如，由于消融电极面积较大，位置信号分散于空间各处)。基于电流分布比例来计算位置的ICL方法可具有误差，并且可因基于电流的ICL空间的非线性性质而产生球囊导管40的失真形状。在一些实施方案中，处理器41可基于套索形导管的电极之间的已知较小缩放距离以及基于较大的缩放距离(其自身基于可膨胀球囊45的端部处的感测电极52之间的已知距离)来应用本发明所公开的ICL方法以将球囊导管形状缩放成正确的形状。
在许多情况下，使用ICL、ACL和/或磁定位方法可能不够准确，无法确定可膨胀球囊45的无噪音的精确位置和取向。因此，我们设计了技术解决方案来克服现有系统的可能的缺点。
为简单和清晰起见，图1仅示出了与本发明所公开的技术有关的元件。系统20通常包括附加模块和元件，该附加模块和元件与本发明所公开的技术不直接相关，并且因此该附加模块和元件从图1和对应的描述中被有意地省略。
现在参考图3，其为根据本发明的实施方案的图2的球囊导管40上的各种基准点的示意性图解说明图。可例如在为存储在处理器41中的电解剖标测图限定的坐标系中呈现基准点的位置，系统20将球囊40的空间中的位置与该基准点的位置相关。
图3示出了实际近侧电极52a位于虚拟位置62a处，而实际远侧电极52b位于虚拟位置62b处。实际物理磁传感器50位于虚拟位置60a处，而如上所述，传感器50能够指示与轴22的方向平行(即，与轴线51平行)的虚拟方向60b。尽管实际消融电极55的面积很大，但电极55在空间中的一致且有用的通用表示是可能的，该通用表示为嵌入垂直于轴线51的虚拟平面中的虚拟圆64(形成可膨胀球囊45的赤道)上的虚拟电极位置65的形式。换句话讲，当球囊完全膨胀时，虚拟电极位置65应理想地位于虚拟圆64上，该虚拟圆具有可膨胀球囊45的最大横向直径(图2)。可膨胀球囊45的标称位置理想地由中心点58限定，该中心点也为圆64的中心。假定虚拟电极位置65提供实际物理消融电极55的位置的准确且有意义的数据，则虚拟电极位置65和它们限定的虚拟圆64可用于计算可膨胀球囊45的位置和取向。然而，各个电极位置中的每一个通常都是有噪声的(如上所述)，因此位置65通常不会便利地位于虚拟圆64上。
现在参考图4A和图4B，这两幅图为图2的球囊导管40上的各种基准点的另选的示意性图解说明图。图4A和图4B示出虚拟电极位置65实际上是有噪声的，并且可位于朝向中心点58的虚拟圆64的内部和/或远离中心点58的圆外部，和/或沿纵向轴线51在一个方向上(箭头67)和/或沿纵向轴线51在另一方向上位于虚拟圆64的任一侧。
图4A还示出虚拟电极位置65-10不像其它虚拟电极位置65那样均匀地间隔开，并且可指示与虚拟电极位置65-10相关联的消融电极55被烧毁或虚拟电极位置65-10为伪电极位置。因此，虚拟电极位置65-10可能无法可靠地用于计算虚拟圆64的位置和取向。
图4B还显示电极位置65-8、65-9、65-10一起紧密间隔开，因此这些电极位置可能无法可靠地用于计算虚拟圆64的位置和取向。在一些实施方案中，可从计算虚拟圆64的计算中移除电极位置65-8、65-9、65-10。在其它实施方案中，可取电极位置65-8、65-9、65-10的平均值以提供平均电极位置，用于计算虚拟圆64的计算中。
现在参考图5，该图是一系列示例性指令步骤的流程图形式的算法100，这些指令步骤使本领域的技术人员能够编写计算机代码以将通用计算机或CPU转化为专用处理器单元41，以执行用于图1的系统20的操作方法。处理器41通常由熟练的程序员以软件代码的形式编程，以执行本文所述的算法。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非临时性有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。参考图1和图2以及图5的算法100，处理器41被配置成或被编程用于接收(步骤102)指示在三维(3D)空间中的多个电极55的相应虚拟电极位置65(图3至图4)的信号。在优选的实施方案中，步骤102通常在球囊膨化或膨胀之后开始。
处理器41被配置成或被编程用于基于接收的信号来计算(步骤104)所述多个电极55的相应虚拟电极位置65。如上文参考图1至图2所述，可基于任何合适的位置跟踪方法使用任何合适的位置跟踪系统来计算虚拟电极位置65，例如但不限于使用基于磁的位置跟踪和/或基于阻抗的位置跟踪(诸如ICL或ACL)。
作为准备步骤，例如由于故障电极(例如烧毁的电极)造成的可能的伪虚拟电极位置65，可被移除或合并，以用于下文所述的分析的延续中。识别出的“伪”电极位置可给分析造成不当的权重。
因此，在一些实施方案中，处理器41被配置成或被编程用于如果一个(或多个)电极位置65被设置成具有与电极位置65中的另一个电极位置的给定接近度，则从(下文所述的)多个虚拟平面的计算和从(下文所述的)虚拟平面的选择中移除(步骤106)所述一个(或多个)电极位置65。图4A中所示的示例示出虚拟电极位置65-10在虚拟电极位置65-9的给定接近度内。该给定接近度的示例性范围为0mm至7mm。然而，给定接近度可能取决于各种因素，包括可膨胀球囊45的尺寸、消融电极55的数量、虚拟电极位置65的采样频率和/或所需的准确度。
类似地，在一些实施方案中，处理器41可被配置成如果虚拟电极位置65中的两个或更多个(例如，电极位置65-8、65-9、65-10)在给定接近度内，则合并(步骤108)所述两个或更多个虚拟电极位置65，以用于多个虚拟平面的计算和虚拟平面的选择中。使得所有位于其中可合并虚拟电极位置65被合并的给定接近度的示例性范围为0mm至7mm。然而，给定接近度可能取决于各种因素，包括可膨胀球囊45的尺寸、消融电极55的数量、虚拟电极位置65的采样频率和/或所需的准确度。当合并虚拟电极位置65时，合并的虚拟电极位置65的平均位置可用于下文所述的多个虚拟平面的计算和虚拟平面的选择。
在一些实施方案中，处理器41被编程用于如果虚拟电极位置65具有小于可能指示故障(例如，烧毁的)电极65的给定值的相关联电信号，则从多个虚拟平面的计算中以及从虚拟平面的选择中移除该虚拟电极位置65。给定值可在任何合适的范围内，例如，小于从其它消融电极55测量的平均电信号的30％至70％。
可由从计算的电极位置65中选择的三个电极位置的不同组合来限定3D空间中的不同虚拟平面。可分析虚拟平面中的每一个以计算在虚拟平面的给定容限内的电极位置的数量。容限可定义为相对于虚拟平面的给定距离(例如，±3mm或相同值的绝对值)或相对于虚拟平面中心的给定角位移(例如，±25度或相同值的绝对值)。可根据虚拟电极位置65的平均位置或基于轴22上的已知或期望的位置60a、62a和/或62b(图3)来计算或估计虚拟平面的中心。
因此，处理器41可被配置成根据从电极位置65选择的三个虚拟电极位置65的不同相应组计算(步骤110)多个虚拟平面(未示出)。然后处理器41可针对每个虚拟平面计算在该虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65的数量。然后处理器41还可针对每个虚拟平面计算在该虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65的接近度分数。可基于任何合适的接近度值来计算接近度分数，例如但不限于将虚拟电极位置65与虚拟平面的距离平方或均方根接近度方法。
虽然详细描述的实施方案使用三个虚拟电极位置65的组来限定虚拟平面，但是虚拟平面也可由四个或更多个电极的组来限定。
处理器41被配置成或被编程用于从由电极位置65的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择(步骤112)在给定容限内包括最大数量的虚拟电极位置65的虚拟平面。
如果存在多于一个在给定容限内包括最大数量的虚拟电极位置65的“最大”虚拟平面，则处理器41可被配置成选择具有最高接近度分数的“最大”虚拟平面中的一个作为选择的虚拟平面。在一些实施方案中，处理器41可被配置成随机地选择“最大”虚拟平面中的一个。
以举例的方式，针对十个虚拟电极位置65，可存在120种三个电极位置65的不同集合，因此在3D空间中可存在120个可能的虚拟平面。考虑了120个可能的虚拟平面中的每一个的剩余七个虚拟电极位置65，并且假定在3D虚拟平面的给定容限内具有最高数量的虚拟电极位置65的3D虚拟平面是包括最佳限定可膨胀球囊45赤道的虚拟圆64的虚拟平面。
然后选择的虚拟平面可用作计算可膨胀球囊45的位置和取向的基础。在一些实施方案中，处理器41被配置成或被编程用于根据在选择的虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65计算(步骤114)新的虚拟平面。在一些实施方案中，处理器41被配置成或被编程用于使用最小二乘拟合方法或任何其它合适的虚拟平面拟合算法根据在选择的虚拟平面的给定容限内的电极位置计算新的虚拟平面。计算新的虚拟平面可提供更准确的结果，这是因为计算使用在选择的虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65(而不是在给定容限之外的虚拟电极位置65)。
在计算新的虚拟平面的实施方案中，处理器41可被配置成将在选择的虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65投射(步骤116)到新的虚拟平面上。在一些实施方案中，处理器41被配置成或被编程用于在垂直于新的虚拟平面的方向上投射虚拟电极位置65。
在其它实施方案中，步骤114和步骤116的步骤由处理器41将在选择的虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65投射到选择的虚拟平面上替代。
处理器41被配置成或被编程用于基于在选择的虚拟平面的给定容限内的虚拟电极位置65来将虚拟圆(该虚拟圆通常对应于由于电极位置65的准确度而出现计算偏差的虚拟圆64)拟合(步骤118)到点。在一些实施方案中，处理器41被配置成或被编程用于将圆拟合到投射的电极位置(被投射到选择的虚拟平面上或被投射到新的虚拟平面上)。拟合的虚拟圆在3D空间中具有中心位置、半径和取向，从而提供可膨胀球囊45赤道在3D空间中的位置和取向。
处理器41被配置成或被编程用于基于在3D空间中的拟合的虚拟圆的位置和取向来将球囊导管40的虚拟3D表示呈现(步骤120)给显示器27。现在如下文参考图6A和图6B更详细地描述球囊导管40的3D表示的呈现。
现在参考图6A和图6B，这两幅图为在显示器27上的心脏26的腔室内的球囊导管40的相应3D呈现图像的示意图。球囊导管40可使用图形处理单元(GPU)基于任何合适的方法来成像，例如但不限于使用Zar等人的美国专利公布2018/0182157中所述的成像方法。具体地，Zar等人的参考文献的第31至48段描述了在电解剖标测图上呈现二次曲面。二次曲面的示例包括球体、椭圆体、圆柱体、圆锥体、双曲抛物面、抛物面以及双曲面。成像可包括使用可膨胀球囊45的样条的机械数据，可假定可膨胀球囊45的样条之间存在材料，并且组合各种二次曲面来形成球囊导管的图像。可使用基于机械数据以及圆的位置和取向的其它成像方法来对球囊导管40成像。
为清晰起见，在独立实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征部，也可在单个实施方案中组合提供。相反地，为简明起见，本发明的各种特征部在单个实施方案的上下文中进行描述，也可单独地或以任何合适的子组合形式提供。
上述实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不受上文具体示出和描述的内容的限制。相反，本发明的范围包括上述各种特征部的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述说明时应当想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。

Claims (19)

1.一种显示可扩展医疗探头的表示的系统，包括：
球囊导管，所述球囊导管具有轴、装配在所述轴的远侧端部处的可膨胀球囊和设置在所述可膨胀球囊上的多个电极；
显示器；以及
处理器，所述处理器被配置成：
接收指示三维3D空间中所述多个电极的相应电极位置的信号；
基于所接收的信号来计算所述多个电极的所述相应电极位置；
从由所述电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的所述电极位置的虚拟平面；
根据在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置计算新的虚拟平面；
将在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置投射到所述新的虚拟平面上；
将圆拟合到所投射的电极位置；以及
基于在所述3D空间中的所拟合的虚拟圆的位置和取向来将所述球囊导管的3D表示呈现给所述显示器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成根据从所述电极位置中选择的三个电极位置的不同相应组计算所述多个虚拟平面。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成如果所述电极位置中的一个电极位置被设置成具有与所述电极位置中的另一个电极位置的给定接近度，则从所述多个虚拟平面的所述计算中以及从所述虚拟平面的所述选择中移除所述一个电极位置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成如果用于所述多个虚拟平面的所述计算和所述虚拟平面的所述选择中的所述电极位置中的至少两个在给定接近度内，则合并所述至少两个电极位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成如果所述电极位置中的一个电极位置具有小于给定值的相关联电信号，则从所述多个虚拟平面的所述计算中以及从所述虚拟平面的所述选择中移除所述一个电极位置。
6.根据权利要求1所述的系统，其中来自所述多个虚拟平面的若干虚拟平面在所述给定容限内各自包括所述最大数量的所述电极位置，所述处理器被配置成：针对所述若干虚拟平面中的每一个虚拟平面计算在所述一个虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置与所述一个虚拟平面的接近度分数；以及选择所述若干虚拟平面中具有最高接近度分数的一个作为所选择的虚拟平面。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成使用最小二乘拟合方法根据在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置计算所述新的虚拟平面。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成在垂直于所述新的虚拟平面的方向上投射所述电极位置。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置成根据基于磁的位置跟踪或基于阻抗的位置跟踪中的至少一者的所接收的信号来计算所述多个电极的所述相应电极位置。
10.一种显示可扩展医疗探头的表示的计算机实现方法，所述医疗探头包括具有轴的球囊导管，所述轴具有装配在所述轴的远侧端部处的可膨胀球囊和设置在所述可膨胀球囊上的多个电极，所述方法包括以下步骤：
接收指示三维3D空间中所述多个电极的相应电极位置的信号；
基于所接收的信号来计算所述多个电极的所述相应电极位置；
从由所述电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的所述电极位置的虚拟平面；
根据在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置计算新的虚拟平面；
将在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置投射到所述新的虚拟平面上；
将圆拟合到所投射的电极位置；以及
基于在所述3D空间中的所拟合的虚拟圆的位置和取向来显示所述球囊导管的3D表示。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括根据从所述电极位置中选择的三个电极位置的不同相应组计算所述多个虚拟平面。
12.根据权利要求10所述的方法，还包括如果所述电极位置中的一个电极位置被设置成具有与所述电极位置中的另一个电极位置的给定接近度，则从所述多个虚拟平面的所述计算中以及从所述虚拟平面的所述选择中移除所述一个电极位置。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括如果用于所述多个虚拟平面的所述计算和所述虚拟平面的所述选择中的所述电极位置中的至少两个在给定接近度内，则合并所述至少两个电极位置。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括如果所述电极位置中的一个电极位置具有小于给定值的相关联电信号，则从所述多个虚拟平面的所述计算中以及从所述虚拟平面的所述选择中移除所述一个电极位置。
15.根据权利要求10所述的方法，其中来自所述多个虚拟平面的若干虚拟平面在所述给定容限内各自包括所述最大数量的所述电极位置，所述方法还包括针对所述若干虚拟平面中的每一个虚拟平面计算在所述一个虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置与所述一个虚拟平面的接近度分数；以及选择所述若干虚拟平面中具有最高接近度分数的一个作为所选择的虚拟平面。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述计算所述新的虚拟平面包括使用最小二乘拟合方法根据在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置计算所述新的虚拟平面。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述投射包括在垂直于所述新的虚拟平面的方向上投射所述电极位置。
18.根据权利要求10所述的方法，其中计算所述相应电极位置包括使用基于磁的位置跟踪或基于阻抗的位置跟踪中的至少一者来计算所述相应电极位置。
19.一种软件产品，包括其中存储程序指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在被中央处理单元CPU读取时，致使所述CPU：
接收指示设置在三维3D空间中的医疗探头的多个电极的相应电极位置的信号；
基于所接收的信号来计算所述多个电极的所述相应电极位置；
从由所述电极位置的不同相应组限定的多个虚拟平面中选择在给定容限内包括最大数量的所述医疗探头的所述电极位置的虚拟平面；
根据在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置计算新的虚拟平面；
将在所选择的虚拟平面的所述给定容限内的所述电极位置投射到所述新的虚拟平面上；
将圆拟合到所投射的电极位置；以及
基于在所述3D空间中的所拟合的虚拟圆的位置和取向来显示所述医疗探头的3D表示，
其中所述医疗探头包括具有轴的球囊导管，所述轴具有装配在所述轴的远侧端部处的可膨胀球囊和设置在所述可膨胀球囊上的多个电极。
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