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用于预测可折叠植入物在 生物组织中的展开状态的设备和方法

阅读：874发布：2020-05-13

专利汇可以提供用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的设备，所述设备包括：接收单元，其被配置为接收预处置3D规划图像数据和处置图像数据，所述处置图像数据包括导管图像数据，所述导管图像数据包括标志图像数据；分割模块，其被配置为对所述预处置3D规划图像数据进行分割，以得到经分割的3D规划图像数据；搜索单元，其被配置为在所述处置图像数据内定位所述标志图像数据，以得到获知的标志位置和获知的标志取向；配准模块，其被配置为将所述经分割的3D规划图像数据配准到所述处置图像数据，以得到经配准的处置图像数据；以及模拟单元，其被配置为基于生物组织中的所述获知的标志位置和所述获知的标志取向来模拟可折叠植入物在所述生物组织中的展开状态，以得到被定位在生物组织中的模拟的展开的植入物。本发明在真实部署之前提供生物组织中的展开的植入物以及其与当前标志位置处的解剖放置域的相互作用的知识。，下面是用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的设备，所述设备(2)包括：
接收单元(20)；
分割模块(21)；
搜索单元(22)；
配准模块(23)；以及
模拟单元(24)；
其中，所述接收单元(20)被配置为接收预处置3D规划图像数据和处置图像数据，所述处置图像数据包括导管图像数据，所述导管图像数据包括标志图像数据；
其中，所述分割模块(21)被配置为对所述预处置3D规划图像数据进行分割，以得到经分割的3D规划图像数据；
其中，所述搜索单元(22)被配置为在所述处置图像数据内定位所述标志图像数据，以得到获知的标志位置和获知的标志取向；
其中，所述配准模块(23)被配置为将所述经分割的3D规划图像数据配准到所述处置图像数据，以得到经配准的处置图像数据；并且
其中，所述模拟单元(24)被配置为基于所述经配准的处置图像数据中的所述获知的标志位置和所述获知的标志取向来模拟所述可折叠植入物在所述生物组织中的展开状态，以得到被定位在所述生物组织中的模拟的展开的植入物。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备还包括：
反馈模块(25)；
其中，所述反馈模块(25)被配置为提供被定位在所述生物组织中的所述模拟的展开的植入物的视觉反馈。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的设备，其中，所述配准模块(23)通过专用的3D/3D或2D/3D模态间配准算法来实施。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述生物组织是心血管组织、外周血管组织、肾脏组织或肝脏组织中的一个。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述配准模块(23)被配置为使将所述预处置3D规划图像数据和所述处置图像数据中的类似模态的对应扫描的图像和对比度特征相关的成本函数最小化。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述分割模块(21)被配置为将分割应用于所述处置图像数据，以得到经分割的处置图像数据；
其中，所述配准模块(23)被配置为将经分割的预处置3D规划图像数据的输出与所述经分割的处置图像数据的输出进行配准。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述配准模块(23)被配置为基于自然标志的集合和/或人工标志的集合将所述经分割的3D规划图像数据配准到所述处置图像数据。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述分割单元(21)被配置为针对所述3D规划图像调整受形状约束的可变形模型，以便生成患者特异性个性化表面网格。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述模拟单元(24)被配置为通过对所述植入物与所述个性化表面网格之间的相互作用进行建模来执行所述模拟。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述模拟单元(24)被配置为提供表示由所述展开的植入物引起的可能并发症的一个或多个定量参数。
11.一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的系统，所述系统(1)包括：
导管(3)；以及
根据前述权利要求中的一项所述的设备(2)；
其中，所述导管包括：
至少一个标志(30)；以及
处于折叠状态的可折叠植入物(4)；
其中，所述导管(3)能插入在患者的血管系统中。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括：
图像采集设备(5)；
其中，所述图像采集设备(5)被配置为采集处置图像数据；并且
其中，所述图像采集设备(5)被配置为提供所述处置图像数据。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，所述可折叠植入物(4)是可折叠瓣膜植入物。
14.一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
a)利用接收单元接收(101)预处置3D规划图像数据；
b)利用所述接收单元接收(102)处置图像数据，所述处置图像数据包括具有标志图像数据的导管图像数据；
c)利用分割模块对所述预处置3D规划图像数据进行分割(103)，以得到经分割的3D规划图像数据；
d)利用搜索单元在所述处置图像数据内定位(104)所述标志图像数据，以得到获知的标志位置和获知的标志取向；以及
e)利用配准模块将所述经分割的3D规划图像数据配准(105)到所述处置图像数据，以得到经配准的处置图像数据；
f)利用模拟单元模拟(106)所述可折叠植入物相对于所述经配准的处置图像数据中的所述获知的标志位置和所述获知的标志取向的展开状态，以得到被定位在生物组织中的模拟的展开的植入物；并且
其中，步骤b)和c)能够以任何顺序被执行。
15.一种用于控制根据权利要求1至9中的一项所述的装置或根据权利要求11至13中的一项所述的系统的计算机程序单元，当由处理单元运行时，所述计算机程序单元适于执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
16.一种存储有根据权利要求15所述的程序单元的计算机可读介质。

说明书全文

用于预测可折叠植入物在 生物组织中的展开状态的设备和

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于预测可折叠植入物在生物组织(例如心血管组织、外周血管组织、肾脏组织或肝脏组织)中的展开状态的设备和方法。

背景技术

[0002] 瓣膜性心脏疾病通过植入人工心脏瓣膜来处置。面临高外科手术风险的若干瓣膜性心脏疾病能够通过经由血管系统插入人工心脏瓣膜来处置。插入可以例如通过经皮肺动脉瓣植入术(PPVI)或经导管主动脉瓣植入术(TAVI)来执行。TAVI已经快速地发展成普遍的介入选项，并且是用于处置主动脉狭窄的当前ECS/EACTS指导方针的一部分。TAVI越来越多地被认为与低风险患者相关，并且对于具有主动脉瓣疾病的大多数患者，具有发展成第一线处置的可能性。

[0003] 此外，经导管二尖瓣植入术(TMVI)目前在研究中，并且已经示出用于处置二尖瓣返流的有希望的结果。

[0004] 处置的规划通常基于3D心脏计算机断层摄影血管造影(CTA)数据。处置的规划还对应于用于生物假体(即瓣膜植入物)的选择和尺寸设计的决策点。在介入期间，卷曲的植入物经由引导导管沿着进入路线被递送，并且在经食道心脏超声(TEE)和/或荧光透视引导下被部署在着陆区处。植入物的准确放置对避免术后并发症和退化的处置结果是必不可少的。

[0005] 瓣膜疾病的经导管处置遭受若干并发症。它们中的许多与最终植入物选择、部署和放置直接或间接地有关。因此，放置结果需要关于多种条件和约束被优化。与那些中的每个的相关性有多精确地表明特定处置往往是强患者特异性的。

[0006] 在TAVI的透彻研究的情况下，例如，需要植入物稍微尺寸超过目标区域以避免在植入之后的瓣周漏。另一方面，如果植入物将太多应力施加于周围的组织，则这可能带来破裂的风险或导致心脏传导系统的机能障碍。后者与像希氏束的一些心脏结构比与其他更相关。这进而将约束强加于最佳放置位置，诸如进入左心室流出道(LVOT)的有限植入深度。最后，在部署之后的植入物几何结构需要空间上符合期望的着陆区中的解剖形态。这还可能涉及瓣膜区域中的不对称分布的钙化，这能够影响部署过程。此外，周围脉管(诸如冠状动脉或流出道)的覆盖或阻塞必须被考虑。

[0007] 其他瓣膜置换可能遭受类似的并发症。范例包括在PPVI之后的冠状动脉压迫或在TMVI之后的LVOT阻塞。

[0008] 虽然所有这些因素都能够在离线规划过程期间被考虑，但是往往有挑战的是在线(即在介入期间)处理它们中的全部。操作者(即临床医生)利用2D血管造影/荧光透视和/或TEE成像将卷曲的植入物导航到期望的着陆区。在那里，必须根据某一导管位置判断部署的植入物将如何展开到周围的解剖结构中并且所有重要的条件是否都将被匹配。

[0009] 这在植入物不能在部署之后被重新定位(即如果部署是不可逆的)、进一步的导航在部分部署的植入物的情况下变得非常困难、或如果必要的话则重新定位是不方便且耗时的过程的情况下是特别重要的。当判断所有条件是否在部署之后得到充分满足时，进一步的困难出现。

发明内容

[0010] 因此，可以存在对在部署之前获知植入物的位置的需要。

[0011] 相应地，一种设备可以被提供用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态，所述设备包括：接收单元；分割模块；搜索单元；配准模块；以及模拟单元；其中，所述接收单元被配置为接收预处置3D规划图像数据和处置图像数据，所述处置图像数据包括导管图像数据，所述导管图像数据包括标志图像数据；其中，所述分割模块被配置为对所述预处置3D规划图像数据进行分割，以得到经分割的3D规划图像数据；其中，所述搜索单元被配置为在所述处置图像数据内定位所述标志图像数据，以得到获知的标志位置和获知的标志取向，以得到经配准的处置图像数据；并且其中，所述配准模块被配置为将所述经分割的3D规划图像数据配准到所述处置图像数据；其中，所述模拟单元被配置为在所述处置图像数据中的所述获知的标志位置和所述获知的标志取向处模拟展开的植入物，以得到被定位在生物组织中的模拟的展开的植入物。

[0012] 所述用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的设备经由所述接收单元接收预处置3D规划图像数据。该数据包括患者的心脏或另一血管系统在介入之前的3D图像。为了进一步处理，所述分割模块将所述3D规划图像数据分割成经分割的3D规划图像数据。此外，所述接收单元在介入期间(即在植入物的植入过程期间)接收处置图像数据。所述处置图像数据包括导管图像数据，其中，所述导管图像数据包括标志图像数据。

[0013] 所述搜索单元在包括导管图像数据的处置图像数据中搜索标志。因此，所述设备利用搜索单元定位标志，并且进一步确定标志的取向。配准模块能够进一步将经分割的3D规划图像数据配准到处置图像数据。这意味着从处置图像数据导出的标志的位置和取向被映射到经分割的3D规划图像数据。标志和标志取向可以被示出在经分割的3D规划图像数据中并且进一步被示出在3D规划图像数据中。通过获知标志在3D规划图像数据中的位置和取向，该设备在靠近标志布置的植入物的部署之前提供标志的位置和导管取向。通过获知标志的位置和取向，处于折叠状态的可折叠植入物的位置和取向也被获知。利用这种知识，处于展开状态的可折叠植入物的位置和取向可以被预测。这在真实部署之前提供处于展开状态的可折叠植入物以及其与当前标志位置处的解剖放置域的相互作用的知识。可折叠植入物的展开状态的预测因此提供处于展开状态的可折叠植入物在生物组织中的位置和取向以及植入物的尺寸的预测。处于展开状态的可折叠植入物的尺寸确定植入物施加在生物组织上的力。模拟单元还模拟可折叠植入物靠近标志的展开。模拟允许操作者确定处于展开状态的可折叠植入物如何在预处置3D心脏规划图像数据中被布置在生物组织中。这意味着设备在植入物的真实部署之前的处置期间(即当可折叠植入物仍然处于折叠状态时)模拟可折叠植入物在生物组织中的导管位置处的展开状态。这可以例如在导管进入生物组织中的穿透过程期间针对每个导管位置来执行。操作者能够针对当前初始位置模拟放置结果而无需实际上真实地执行它。这改善了对于植入物在生物组织中的定位的预测准确性。

[0014] 备选地或另外，标志位置和取向可以被直接提供在3D规划图像数据中。在这种情况下，植入物放置程序能够被提前规划，而无需使用实况处置图像数据。由此可见，在该实施例中，可以不需要搜索单元和配准单元。

[0015] 替代地，例如，可以提供被配置为允许操作者或医师与3D规划图像数据交互并且手动地或以(半)自动方式选择标志位置和取向的用户接口。例如，用户能够将导管模型导航通过3D规划数据，并且选择当前的导管位置和取向作为要在模拟中使用的标志位置和取向。因此，该设备能够在实际介入之前的训练阶段中用来检查植入物在生物组织中的若干不同的可能放置位置。

[0016] 优选地，生物组织是心血管组织。然而，本发明还适用于包括可折叠植入物能够被插入的一个或多个腔的其他类型的组织，诸如肾脏组织、外周血管组织、肾脏组织或肝脏组织。

[0017] 根据又一范例，所述设备还包括：反馈模块；其中，所述反馈模块被配置为提供被定位在所述生物组织中的所述模拟的展开的植入物的视觉反馈。

[0018] 反馈模块因此直接提供视觉和定量反馈，使得操作者能够判断模拟的结果是否将满足需求或是否需要植入物的位置的调整(即标志位置和标志取向)。

[0019] 在一范例中，所述配准模块通过专用的3D/3D或2D/3D模态间配准算法来实施。

[0020] 在配准模块的第一示范性实施例中，类似的模态被使用，像例如CTA作为预处置3D规划图像数据以及例如荧光透视作为处置图像数据，所述配准模块被配置为使将所述预处置3D规划图像数据和所述处置图像数据中的对应扫描的图像和对比度特征相关的成本函数最小化。

[0021] 在配准模块的第二示范性实施例中，所述配准模块获取经分割的3D规划图像数据，例如CTA。此外，所述分割模块将分割应用于通过例如TEE采集的处置图像数据，以得到经分割的处置图像数据。然后，所述配准模块被配置为将所述经分割的预处置3D规划图像数据的输出和所述经分割的处置图像数据的输出进行配准。

[0022] 在第二示范性实施例的第一范例中，配准可以使用图像数据的逐体素体积位掩码标记以及它所属的分割段来执行。

[0023] 在第二示范性实施例的第二范例中，配准可以利用进一步处理的经分割的3D规划图像数据来执行，即不是在图像数据水平上而是在分割输出水平上执行，这可以通过例如确定根据经分割的3D规划图像数据和处置图像数据确定的解剖结构的3D表面网格来执行。在生成相关结构的表面或轮廓网格(3D或2D)之后，数据是模态独立的但是患者特异性的，并且能够在这种更抽象水平上进行配准。

[0024] 在第二示范性实施例的第三范例中，3D规划图像数据和处置图像数据中的表面网格被生成。3D规划图像数据和处置图像数据的分割基于表面网格来执行。即3D规划图像数据和处置图像数据的表面网格可以被转换成体积位掩码。

[0025] 在配准模块的第三示范性实施例中，基于自然标志的集合和/或人工标志的集合的手动或自动配准能够被使用。这些能够从图像数据或备选地使用分割输出(例如网格上的标签，诸如主动脉瓣最底点)来获得。前者能够涉及解剖标志，而后者能够包括任何种类的植入的基准。

[0026] 在一范例中，所述分割模块被配置为对所述处置图像数据进行分割，以得到经分割的处置图像数据。

[0027] 在一范例中，处置图像数据可以是2D图像数据。在另一范例中，处置数据可以是3D图像数据。处置数据在患者的处置期间(即在植入过程期间)被采集。在处置期间，导管可以被插入到患者的血管系统中。导管可以包括标志。靠近标志，可折叠植入物可以被展开，即植入物从折叠状态被转变成展开状态。

[0028] 根据本发明，还有一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的系统包括：导管；以及根据前述权利要求中的一项所述的设备；其中，所述导管包括：标志；以及处于折叠状态的可折叠植入物；其中，所述导管能插入在患者的血管系统或泌尿系统中。

[0029] 根据一范例，所述系统还包括：图像采集设备；其中，所述图像采集设备被配置为采集处置图像数据；并且其中，所述图像采集设备被配置为提供所述处置图像数据。

[0030] 根据一范例，所述可折叠植入物可以是可折叠心脏瓣膜植入物。

[0031] 在另一范例中，所述可折叠植入物可以是支架，特别是腹主动脉瘤(AAA)支架。支架可以被植入在患者的心血管系统的血管中。具体地，AAA支架可以被植入在患者的主动脉中。

[0032] 根据本发明，还有一种用于预测可折叠植入物在生物组织中的展开状态的位置的方法包括以下步骤：a)利用接收单元接收预处置3D规划图像数据和处置图像数据，所述处置图像数据包括标志图像数据；b)利用所述接收单元接收处置图像数据，所述处置图像数据包括标志图像数据；c)利用分割模块对所述预处置3D规划图像数据进行分割，以得到经分割的3D规划图像数据；d)利用搜索单元在所述经分割的处置图像数据内定位所述标志图像数据，以得到获知的标志位置和获知的标志取向，以得到处置图像数据；以及e)利用配准模块将所述经分割的3D规划图像数据配准到采集的经分割的处置图像数据；f)利用模拟单元来模拟相对于所述处置图像数据中的所述获知的标志位置和所述获知的标志取向的展开的植入物，以得到被定位在生物组织中的处于展开状态的可折叠植入物；并且其中，步骤b)和c)可以以任何顺序被执行。

[0033] 根据本发明，还有一种用于控制根据上面的描述的装置的计算机程序单元，当由处理单元运行时，所述计算机程序单元适于执行根据上面的描述的方法的步骤。

[0034] 根据本发明，还有一种计算机可读介质存储有根据上面的描述的程序单元。

[0035] 所述系统、方法、计算机程序和计算机可读介质中的每个均包括与在本文中借助于设备描述的优点类似的优点。

[0036] 参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。

[0037] 本领域技术人员将意识到，可以以任何被认为是有用的方式来将上面提到的本发明的选项、实施方式和/或方面中的两个或更多个进行组合。附图说明

[0038] 本发明的示范性实施例将在下文中参考以下附图来进行描述：

[0039] 图1示出了用于预测展开的植入物在心血管组织中的位置的系统的示意图。

[0040] 图2示出了具有可折叠植入物的导管的示意图。

[0041] 图3示出了用于预测展开的植入物在患者的心血管组织中的位置的设备的示意图。

[0042] 图4示出了具有模拟的展开的植入物的图像数据的示意图。

[0043] 图5示出了用于预测展开的植入物在心血管组织中的位置的方法的示意性流程图。

具体实施方式

[0044] 现在将参考随附的附图更详细地描述特定实施例。在以下描述中，相似的附图参考标记被用于相似的元件，甚至被用在不同的附图中。提供了在描述中定义的项目(诸如详细的构造和元件)以辅助全面理解示范实施例。而且，不详细描述公知的功能或构造，因为它们将以不必要的细节使实施例含糊不清。此外，当在元件列表前面时，诸如“至少一个”的表达修饰元件的整个列表，而不是修饰列表中的个体元件。

[0045] 本描述将参考心血管组织中的展开的植入物进行。然而，如上面提到的，本文中描述的原理可以适用于其他生物组织，诸如外周血管组织、肾脏组织或肝脏组织。

[0046] 在进一步描述成像系统和设备之前，参考图5进一步详细地描述了方法的范例。

[0047] 图5示出了用于预测展开的植入物在心血管组织中的位置的方法100。

[0048] 在步骤101中，利用接收单元接收预处置3D规划图像数据。预处置3D规划图像数据可以在处置图像数据之前被接收。在以下范例中，描述了心脏瓣膜植入物在患者的心脏中的植入。然而，另外的可折叠植入物在心血管系统的另外的位置上的植入是类似的。

[0049] 预处置3D规划图像数据可以是患者的心脏和/或另外的血管系统在外科手术之前的3D计算机断层摄影血管造影数据。

[0050] 在步骤110中，可折叠心脏瓣膜植入物作为可折叠植入物被提供在导管中。导管可以被布置在患者的血管系统中。这限定了患者的处置。

[0051] 在步骤108中，在患者的处置期间利用图像采集设备采集处置图像数据。图像采集可以由图像采集设备来执行。

[0052] 采集的处置图像数据可以在步骤109中由图像采集设备来提供。

[0053] 在步骤102中，利用接收单元接收处置图像数据。处置图像数据包括具有标志图像数据的导管图像数据。标志可以是例如导管尖端。在这种情况下，导管被示为具有导管尖端。这意味着靠近导管尖端的区域、包含处于折叠状态的可折叠植入物的区域也可以被示出。

[0054] 在进一步的实施例中，标志可以是靠近处于折叠状态的可折叠植入物的导管的任何区域。而且，可折叠植入物本身可以用作标志。

[0055] 在步骤103中，可以通过分割模块将预处置3D规划图像数据分割成经分割的3D规划图像数据。对预处置3D规划图像数据的分割提供了预处置3D规划图像数据的三维分割段。那些三维分割段用于经分割的3D规划图像数据。那些分割段代表所描绘的心血管组织中的某些定位和位置。

[0056] 在一范例中，分割可以涉及针对3D规划图像调整受形状约束的可变形模型。那些模型可以对应于心血管组织的一般模型，该一般模型可以适应于不同的成像模态以针对特定患者对表面网格进行个性化。这种个性化网格将充当用于随后放置模拟的域。

[0057] 步骤102和103可以以任何顺序被执行。在上面描述的实施例中，处置图像数据在对预处置3D规划图像数据进行分割之前被接收。

[0058] 在备选实施例中，预处置3D规划图像数据可以在处置图像数据的接收之前被分割。

[0059] 在步骤104中，通过搜索单元在处置图像数据内定位标志图像数据。该步骤提供了关于标志在处置图像数据中的位置和取向的信息。然后获知导管位置和导管取向。

[0060] 在步骤105中，通过配准模块将经分割的3D规划图像数据配准到处置图像数据。这意味着预处置3D规划图像数据的分割段与处置图像数据有关，使得在处置图像数据中确定的获知的标志位置和获知的标志取向与经分割的3D规划图像数据中的对应分割段有关。因此，利用该步骤，标志的位置和取向可以被满足于心血管组织的三维图像，其中，所述标志具有正确的取向和位置。

[0061] 在步骤106中，基于获知的标志位置和获知的标志取向，利用模拟单元来模拟可折叠植入物靠近标志的展开。在一范例中，展开的植入物的模型与在3D规划数据的分割期间获得的个性化表面网格相互作用，该网格表示围绕标志位置的心血管组织。

[0062] 步骤103(分割)、105(配准)和106(模拟)中的每个可以部分地或完全地基于一个或多个基于手工或机器学习的算法(例如但不限于决策树、关联规则、人工神经网络、贝叶斯网络)，以便生成本文中描述的得到的输出或结果。换言之，经分割的3D规划图像数据、经配准的处置图像数据和被定位在生物组织中的模拟的展开的植入物分别可以借助于一个或多个基于手工或机器学习的算法被生成、确定、产生或计算。

[0063] 结果是被定位在心血管组织中的处于展开状态的模拟的可折叠植入物。操作者然后可以看见植入物的展开过程可以如何影响植入物的部署。模拟因此递送处于展开状态的可折叠植入物在心血管组织中的标志位置处的最终状态。因此，在可折叠植入物在心血管组织中的实际部署之前，操作者可以模拟植入物是否被正确地放置、以及植入物对在规划的位置处的周围心血管组织的影响是否不伤害患者。

[0064] 在一范例中，模拟可以提供表示由展开的植入物引起的可能并发症的一个或多个定量参数。例如，相关的参数可以包括由展开的设备引起的在周围组织上的应力分布、解剖变形和设备变形、到相关解剖标志的距离、植入深度、或被展开的设备阻塞的关键结构的指示。

[0065] 步骤107利用反馈模块提供被定位在心血管组织中的模拟的可折叠植入物的视觉反馈。反馈模块可以是操作者可以在其上看见在心血管组织中处于展开状态的模拟的可折叠植入物的监视器设备。操作者可以评价处于展开状态的可折叠植入物对心血管组织的影响。例如，通过模拟提供的表示一个或多个相关定量参数的视觉反馈可以被叠加到规划的计算机断层摄影血管造影数据上，并且利用导管位置和部署的设备估计随时间被更新。这可以为操作者的视觉检查提供实时反馈。

[0066] 根据图1，用于预测可折叠植入物在心血管组织中的展开状态的系统1包括用于预测可折叠植入物在心血管组织中的展开状态的设备2、导管3和图像采集设备5。

[0067] 图像采集设备5在利用导管3对患者的处置期间采集处置图像数据。图像采集设备5可以是2D血管造影/荧光透视设备。在一备选方案中，图像采集设备5的实施例可以是TEE成像设备。外科医生可以使用图像采集设备5来将导管3导航通过患者的血管系统。

[0068] 患者6可以被定位在支撑设备7上。导管3可以被引入到患者的腿部区域中的患者的血管系统中。图像采集设备5采集患者的心血管组织的处置图像数据，并且还可以提供患者6的另外的身体部分的图像以将导管3导航通过患者6的血管系统。

[0069] 在图2中进一步示出了导管3。导管3包括标志30和主要区段31。标志可以例如是导管尖端。在另外的实施例中，标志可以是靠近处于折叠状态的可折叠植入物的导管的任何区域。而且，可折叠植入物本身可以用作标志。

[0070] 可折叠植入物4靠近标志30被布置在导管3的主要区段31处。可折叠植入物4处于折叠状态。在折叠状态下，可折叠植入物基本上包括与导管3相同的直径。可折叠植入物4可以被展开在患者的心血管组织中。如果可折叠植入物4被展开，则它处于展开状态。

[0071] 现在参考图3，描述了用于预测可折叠植入物在心血管组织中的展开状态的设备2。

[0072] 用于预测展开的植入物在组织中的位置的设备2包括接收单元20、分割模块21、搜索单元22、配准模块23、模拟单元24和反馈模块25。

[0073] 接收单元20接收可以由图像采集设备5提供的处置图像数据。此外，接收单元20可以接收预处置3D规划图像数据。

[0074] 此外，采集的处置图像数据可以从图像采集设备5被发送到设备2。接收单元20然后接收处置图像数据。

[0075] 分割模块21可以对预处置3D规划图像数据进行分割。分割模块21因此提供经分割的3D规划图像数据。经分割的3D规划图像数据的分割段限定预处置3D规划图像数据的区域。如在上面描述的，例如，分割模块21可以实施基于针对3D规划图像数据调整的受形状约束的可变形模型的分割算法。

[0076] 通过搜索单元22来搜索处置图像数据，其中，搜索单元22在处置图像数据内定位标志图像数据。搜索单元22还确定定位的标志图像数据的标志位置和标志取向。因此，搜索单元22提供被插入到患者6中的导管3的获知的标志位置和获知的标志取向。

[0077] 通过配准模块23将获知的标志位置和获知的标志取向配准到经分割的3D规划图像数据。配准模块23因此将来自处置数据的获知的标志位置和获知的标志取向与预处置3D规划图像数据相关。

[0078] 在导管3在患者的血管系统中的传送期间，图像采集设备5可以提供针对导管3在患者的血管系统中的多个位置的处置图像数据。这也适用于患者的心血管组织。

[0079] 模拟单元24可以基于获知的标志位置和获知的标志取向来模拟可折叠植入物在心血管组织中的展开。模拟单元24考虑心血管组织中的获知的标志取向和获知的标志位置以模拟展开的植入物在心血管组织中的放置。

[0080] 在一范例中，模拟单元24使用与从分割模块21获得的解剖信息(例如表面网格)相互作用的模型。通过模拟单元24的模拟从预处置3D规划图像数据中的获知的导管位置开始，并且考虑到当前情况来评估植入物将如何适配到周围的解剖结构中。评估可以例如利用模拟整体生物物理相互作用的有限元方法(FEM)来执行。在另一范例中，评估可以利用更简单的质量弹簧模型或可变形表面模型来执行。后两者可能在在线情况下是有利的，因为它们暂时是不太昂贵的。它们对应于真实相互作用过程的启发式近似。这特别适用于承载某些性质并基于内部能量项和外部能量项的最小化展开到放置域中或影响放置域的表面模型。

[0081] 分割模块21、配准模块23、模拟单元24中的每个可以部分地或完全地基于一个或多个基于手工或机器学习的算法(例如但不限于决策树、关联规则、人工神经网络、贝叶斯网络)，以便生成本文中描述的得到的输出或结果。换言之，经分割的3D规划图像数据、经配准的处置图像数据和被定位在生物组织中的模拟的展开的植入物分别可以借助于一个或多个基于手工或机器学习的算法被生成、确定、产生或计算。

[0082] 心血管组织中的模拟的展开的植入物已经是能够由操作者在反馈模块25的帮助下进行评估的确定的模拟位置。反馈模块25是操作者与设备2之间的接口。此外，反馈模块25可以在监视器设备8上提供反馈信息，以提供视觉反馈。操作者可以从监视器设备8提取反馈信息，并且决定由设备2提供的模拟是否适合患者的医学状况。

[0083] 操作者可以评价处于展开状态并且在心血管组织中的模拟的植入物位置。反馈模块可以例如通过模拟单元24来可视化在模拟中获得的一个或多个定量参数，诸如周围组织上的应力分布、解剖和设备信息、到相关解剖标志的距离、植入深度或对处置并发症特定的其他度量。

[0084] 结果的视觉反馈可以被叠加到规划的计算机断层摄影血管造影数据上，并且利用导管位置和部署设备估计随时间被更新。这可以为操作者的视觉检查提供实时反馈。该视觉反馈可以通过相关定量度量的显示来实现，相关定量度量诸如但不限于植入深度、组织应力和变形、关键结构的阻塞等。

[0085] 图4示出了来自模拟的图像数据的范例图像。图像包括具有心脏瓣膜121和左主室120的心脏12的图像。左主室120的现有心脏瓣膜应当由植入物4置换。置换可以是功能置换，即植入物4被布置在现有心脏瓣膜的顶部上。导管3传送通过主动脉122。标志30在左主室120中。图3的图像示出了模拟的植入物4的两个位置。第一位置以虚线来示出。在该模拟中，模拟的植入物4的位置远在左主室120之外。操作者因此决定进一步将导管3传送到左主室120中内。新的模拟然后提供在第二位置中的实线植入物。

[0086] 如果可折叠植入物是应当被定位在血管中的支架，则与在上面描述的类似的程序被执行。导管3然后通过血管系统被传送到血管的位置。预处置3D规划图像数据然后从植入物在血管中的指定位置获取。此外，模拟利用对血管的建模来执行。

[0087] 在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序10或计算机程序单元，其特征在于适于在适当系统上运行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。

[0088] 因此，计算机程序单元10因此可以被存储在计算单元或处理单元上，所述计算单元或处理单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上面描述的装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或适于执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器9的工作存储器中。因此，数据处理器9可以被装备为执行本发明的方法100。

[0089] 本发明的该示范性实施例涵盖从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

[0090] 此外，计算机程序单元10可以能够提供履行如上面描述的方法100的示范性实施例的流程的所有必要步骤。

[0091] 根据本发明的又一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质11，诸如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有被存储在其上的由前述章节描述的计算机程序单元10。计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是所述计算机程序也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线通信系统分布。

[0092] 然而，计算机程序也可以被提供在如万维网的网络上并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的又一示范性实施例，提供一种用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前面描述的实施例中的一个的方法。

[0093] 如上所述，计算单元(例如控制器)实施控制方法。控制器能够利用软件和/或硬件以多种方式实施，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个范例，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所需的功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的范例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

[0094] 在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，存储介质诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以利用一个或多个程序来编码，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上运行时以所需的功能来执行。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可传输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中。尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

[0095] 必须注意，参考不同主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下描述中获悉，除属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被视为由本申请所公开。然而，能够组合所有特征，从而提供超过特征的简单加和的协同效果。

[0096] 尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应当被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、说明书和从属权利要求，在实践请求保护的本发明时，能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。

[0097] 在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

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