经医学数字成像和通信网络在医疗装置之间的实时通信

摘要

本发明公开了一种方法，包括使用包括用于输送医学测量结果的消息的通信协议将数据请求从第一医疗装置发送到第二医疗装置。响应于该请求，在包括请求数据和伪有效载荷而不是医学测量结果的第二医疗装置中产生至少一条消息，并且使用通信协议将该至少一条消息从第二医疗装置发送到第一医疗装置。

说明书

技术领域

本发明整体涉及医疗装置，且具体地涉及用于在医疗装置之间通信的方法和系统。

背景技术

医学数字成像和通信(DICOM)是在医学成像中使用的标准。DICOM标准包括数据文件格式和用于在医疗装置之间传输医学成像数据的网络通信协议。DICOM被指定例如在由国家电气制造商协会(NEMA)在2011年公布的名称为“医学数字成像和通信(DICOM)”的标准中，所述标准以引用方式并入本文。

发明内容

本发明的实施例提供了一种方法，包括使用包括用于输送医学测量结果的消息的通信协议将数据请求从第一医疗装置发送到第二医疗装置。响应于该请求，在第二医疗装置中产生包括请求数据和伪有效载荷而不是医学测量结果的至少一条消息，并且使用通信协议将至少一条消息从第二医疗装置发送到第一医疗装置。

在一些实施例中，发送请求包括开启第一医疗装置与第二医疗装置之间的至少一个关联，并且发送至少一条消息包括在至少一个关联开启时响应于请求以多条消息发送数据。在其它实施例中，发送请求包括开启第一医疗装置与第二医疗装置之间的至少一个关联，并且发送至少一条消息包括在至少一个关联开启时以一个或多个突发发送数据。

在一些实施例中，通信协议包括医学数字成像和通信(DICOM)协议。在其它实施例中，第一医疗装置包括位置跟踪系统。在其它实施例中，第二医疗装置包括荧光透视成像系统。

在一些实施例中，医学测量结果包括图像，并且伪数据包括伪图像。在其它实施例中，第一医疗装置包括位置跟踪系统，第二医疗装置包括荧光透视成像系统，并且发送至少一条消息包括发送报告荧光透视成像系统的相应空间位置的一条或多条消息。

在一些实施例中，方法包括使用位置跟踪系统将报告的荧光透视成像系统的位置呈现给操作者，无需激活荧光透视成像系统。在其它实施例中，方法包括基于报告的位置来补偿由荧光透视成像系统对位置跟踪系统的磁场形成的失真。

根据本发明的实施例，还提供了包括第一医疗装置和第二医疗装置的系统。第一医疗装置被配置成使用包括用于输送医学测量结果的消息的通信协议发送数据请求。第二医疗装置被配置成响应于请求而产生包括请求数据和伪有效载荷而不是医学测量结果的至少一条消息，并且使用通信协议将至少一条消息发送到第一医疗装置。

结合附图，通过以下对实施例的详细说明，将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1是根据本发明实施例的体内探头跟踪和成像系统的示意性图解；

图2是根据本发明实施例的示意性地示出医疗通信系统的框图；以及

图3是根据本发明实施例示意性地示出用于评估荧光镜在医学规程期间的位置的方法的流程图。

具体实施方式

综述

医疗通信网络例如用于将成像装置(例如，荧光透视成像系统)与服务器、数据存储装置、扫描仪、打印机和其他网络外围设备连接。一些医疗通信网络使用上述医学数字成像和通信(DICOM)协议。在常规的DICOM操作中，经所述网络开启医疗装置之间的至少一个关联，发送请求数据，且然后关闭该关联。DICOM消息的有效载荷可包括各种各样的医学测量数据，诸如荧光透视图像或心电图。

本文所述的本发明实施例提供了用于在医疗装置之间通信的改善的方法和系统。本发明所公开的技术使用指定图像和其他非实时医学测量的传输的协议，诸如DICOM，以用于传输实时数据。

在一些实施例中，一个医疗装置将实时数据请求发送到第二医疗装置。响应于请求，第二医疗装置构造包括请求数据的DICOM消息。在旨在用于输送医学测量数据的消息的字段或标签中，第二装置插入小的伪有效载荷。所得的消息小且因此适用于实时消息传送。

在一些实施例中，第二医疗装置以消息序列发送请求数据来响应单个请求。在整个序列期间保持两个医疗装置之间的关联开启，而不是关闭和重新开启每条消息的关联。此特征还减少消息传送开销并降低延迟，且因此改善实时性能。

在一个示例实施例中，第一医疗装置包括磁位置跟踪系统，并且第二医疗装置包括荧光透视成像系统。在该实施例中，荧光透视成像系统将一串消息发送到磁位置跟踪系统，所述一串消息实时报告荧光透视成像系统的空间位置。例如，磁位置跟踪系统可无需照射患者而使用该实时数据来适当地定位荧光透视成像系统，和/或补偿由荧光透视系统对磁位置跟踪系统的磁场形成的金属干涉作用。

本文所述方法和系统允许医疗装置使用非实时协议诸如DICOM彼此实时通信。这些技术可以与传统的基于DICOM的系统或网络一起使用，其中对DICOM基础设施(例如，医疗装置中的DICOM驱动器和通信软件)很少修改或不修改。

系统描述

图1是根据本发明实施例的体内跟踪和成像系统10的示意性图解。体内探头诸如导管15连接至控制台30中的也被称为导管跟踪系统(CTS)20的位置跟踪系统，并且经由皮肤插入躺在手术台或轮床19上的患者的活体17中。导管15包括在远侧末端24处的磁传感器线圈22，该磁传感器线圈被导航到患者的器官诸如心脏28中。

在如图1示出的一些实施例中，CTS 20包括产生穿过患者身体的磁场的一个或多个磁场发生器26。该磁场在导管磁传感器线圈22中感应电信号。场发生器26，也被称为定位板或发射器定位板，可位于患者下方。在导管磁传感器线圈22中感应的电信号被CTS 20用来跟踪并定位传感器22在患者17体内的位置，并且因此跟踪并定位导管远侧末端在患者17体内的位置。所跟踪的导管远侧末端的位置通常在输出显示监视器50上显示给操作者70。

在其它实施例中，可以使用基于阻抗测量的非磁导管跟踪。在这种情况下，CTS 20被配置成驱动并测量设置在导管15主体上的远侧末端24附近的一个或多个电极之间的多个电流以及一个或多个皮肤贴片电极(本图中未示出)之间的多个电流。CTS 20使用所测量的电流来计算多个阻抗，该多个阻抗用于定位导管15的远侧末端24在患者身体17中的位置。

在一些治疗和诊断医学规程中，CTS 20在控制台30中与成像系统诸如荧光透视成像系统(FIS)40一起使用。如图1所示，身体中的心脏或任何其他合适的感兴趣区域的荧光镜图像由连接至FIS 40的荧光镜42采集。

荧光镜42安装在患者17上方并且在C形臂机架44上围绕患者旋转。操作者70可以在显示器50上观察到心脏的荧光镜图像。显示器50可包括分别用于FIS 40和CTS 20的独立显示器，或用于FIS 40和CTS 20两者的共同显示器。在图1中示出的磁跟踪和三维(3D)标测系统20的例子为CARTO和CARTO3系统(Biosense Webster，Diamond Bar，California)。

图1中所示的系统构造是示例性构造，其仅是为了视觉清晰而示出。系统10的任何合适的构造均可被使用并实现。

在一些实施例中，FIS 40和CTS 20使用上述DICOM协议彼此通信。虽然本文所述的实施例主要涉及DICOM，但是本发明所公开的技术可以与任何其他合适的通信协议一起使用。

DICOM是公认的，用于为医疗装置提供通信的协议，例如用于发送医学测量数据以便进行存储或显示。如稍后详细描述的，DICOM数据项或消息包括医学测量数据诸如图像或心电图。此外，DICOM数据项可包括其他数据诸如患者的个人数据和其他系统参数或元数据。除此之外或作为另外一种选择，本发明所公开的技术可以用于进行任何其他合适的医疗装置或系统之间的实时通信。

示例使用情况

本发明所公开的技术的一个示例使用情况涉及当定位荧光镜42时最小化患者的照射。常规地，操作者70通常需要器官中目标区域的荧光镜图像。在手术的准备中，操作者将通过试误法迭代地相对于患者定位荧光镜42。在此过程中，定位荧光镜42，通过向患者施加辐射来采集图像，并且分析所采集的图像来评估是否获得了具有期望取向的图像。如果未获得，则重新定位荧光镜42并采集另一个图像。此过程使患者经受不必要的高剂量或高辐射。

在本发明的一些实施例中，FIS 40将一串DICOM消息发送到CTS20，该串DICOM消息报告荧光镜42相对于患者的实时位置。使用此实时信息，CTS 20能够向操作者70指示荧光镜42的取向，而不必照射患者。仅当荧光镜被适当地定位时，由FIS 40发起照射。因此，患者照射被减小到最少。

另一个示例使用情况涉及补偿由荧光镜42对CTS 20的磁场形成的金属失真。通常，CTS 20对患者身体施加外部磁场(例如，使用磁源26)以便在导管15的远侧末端24处的传感器22中感应电信号。在传感器中感应的电信号由CTS 20用来识别导管在体内的位置。然而，荧光镜42通常包括大的金属主体。该金属主体可使得所施加的由CTS的磁源26生成的磁场失真，导致在导管跟踪期间所测量的导管在患者体内的位置出现错误。

在本发明的一些实施例中，FIS 40将一串DICOM消息发送到CTS20，该串DICOM消息报告荧光镜42相对于患者的实时位置。使用已知的荧光镜42的实时位置，CTS 20能够补偿由荧光镜导致的场失真。因此，CTS能够准确地跟踪导管22的位置，甚至在大的金属荧光镜的存在下。

使用DICOM协议经网络在医疗装置之间通信

图2是根据本发明实施例的示意性地示出医疗通信系统200的框图。在此示例中(该示例可以用于实现图1的系统10)，CTS 20和FIS 40经网络210彼此通信。导管跟踪系统(CTS)20包括执行CTS的各种处理任务的CTS处理器220和经数据总线270将CTS 20连接至网络210的CTS接口230。荧光透视成像系统(FIS)40包括执行FIS的各种处理任务的FIS处理器240和经数据总线260将FIS 40连接至网络210的FIS接口250。

FIS处理器240和/或CTS处理器220可例如用于将相应的FIS和CTS坐标系配准到共同坐标系(例如，主体坐标系(BCS))。除此之外或作为另外一种选择，FIS处理器240和CTS处理器220可用于经网络210建立与一个或多个医疗装置的网络关联。

FIS 40和/或CTS 20的一些元件可在硬件中实现，例如，在一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)中实现。除此之外或作为另外一种选择，FIS 40和/或CTS 20的一些元件可以使用软件或使用硬件和软件元件的组合实现。在一些实施例中，FIS处理器240和/或CTS处理器220包括通用计算机，该通用计算机在软件中编程来执行本文所述功能。软件可以电子形式经网络下载到计算机，例如作为另外一种选择或除此之外，软件可以被提供和/或存储在非临时性有形介质，诸如磁性存储器、光学存储器或电子存储器。

图2所示的系统构造为示例性构造，其仅是为了概念清晰而示出。可使用任何合适的通信协议，使得医疗装置中的两个或更多经网络210通信。另选地，可以使用任何其他合适的系统构造来执行本文所述实施例的功能。可使用任何合适的成像系统，并且该任何合适的成像系统不限于FIS20。

DICOM数据项

DICOM消息或数据项使用如上述DICOM标准文档中描述的标准化格式。术语“消息”和“数据项”在本文互换使用。每条消息包括一个或多个数据字段，每个字段带有唯一属性或标签例如，标签可包括患者信息或成像系统的特定位置属性。每条消息还包括用于输送医学测量数据诸如图像或心电图的字段或标签。

在下面的表I中示出了DICOM数据项的示例，其中各列表示为标签、属性名称、VR(值表示)和值(例如，实际数据)。在表I中示出的DICOM数据项的选择仅为了概念清晰而不是限制本发明实施例。

表I示出从DICOM标准文档中引用的许多可能的DICOM标签中选择的仅仅与本发明的实施例相关的标签。还应当指出的是表I中的最后一列表示值具有由特定标签限定的参数的值。然而在表I中，表示值的列中的标签说明(在括号中)仅为了参考而给出，而不是针对每个医疗会话发生变化的标签参数的实际值。

标签具有在如先前引用的DICOM标准文档中列出的表示。例如，标签(0008，0060)在DICOM标准中被定义为在医学规程中使用的成像设备的形式或类型。形式的示例是“XA＝X-射线血管造影”。患者数据是由一组(0010，xxxx)格式的标签给定的，其中xxxx是根据DICOM标准的任何4个数字表示。

相似地，用于荧光透视成像系统的具体标签是由(0018，xxxx)格式的标签组给定的。可以在此标签组内发现荧光镜位置数据。例如，标签(0018，1111)是“源到患者的距离”或源到患者的荧光镜距离。标签(0018，1510)是“定位器主要角度”或C形臂的荧光镜右前斜位(RAO)/左前斜位(LAO)角度。在(0028，xxxx)格式的标签组中限定图像像素数据属性，并且在标签(7FE0，0010)中给定像素数据。

表示VR的列是值表示或根据如DICOM标准中所述的标签在特定标签中描述的数据的类型。针对表I中所示的标签，CS表示代码字符串，PN表示患者姓名，AS表示年龄字符串，DS表示十进制字符串，US表示无符号整型，并且OW表示其他字串。

DICOM通信协议通常基于传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。通常，在连接至网络的两个或多个医疗装置之间开启至少一个网络关联。DICOM数据项或消息在被连接至网络的医疗装置请求时经网络传输。在数据消息被传输之后，关闭网络关联。

使用伪有效载荷减小DICOM消息大小

在本发明所公开的实施例中，第一医疗装置使用诸如DICOM的通信协议向第二医疗装置发送数据请求。响应于该请求，第二医疗装置被配置成产生带有请求数据和伪有效载荷的至少一条消息。插入伪有效载荷，而不是医学测量(例如，不是荧光镜图像)，以便减小数据项的总体大小并允许实时通信。然后根据通信协议将消息发送到第一医疗装置。

在示例性实施例中，第一医疗装置与第二医疗装置之间的至少一个网络关联在启动医疗会话时被开启，并且仅在终止医疗会话时被关闭。虽然关联是开启的，但由于FIS 40创建DICOM数据项，DICOM通信协议用于实时地将荧光镜位置传输到CTS 20。实时荧光镜位置数据被用于例如校正由金属荧光镜42对CTS 20中的源26产生的磁场形成的失真，或用于在FIS 40对患者17施加辐射之前协助操作者70评估荧光镜图像在CTS 20中的取向。

如果DICOM数据项将要承载如表I中所示的标签(7FE0，0010)中的常规荧光镜图像文件，则DICOM数据项将非常大。将此大的DICOM数据项从FIS 40传输到CTS 20(其中荧光镜位置与图像像素数据捆绑在一起)将使数据消息过久地用于经网络实时更新荧光镜42的位置。例如，当像素数据表示单个荧光镜图像时，大小通常为大约2-2.5MB。在一些情况下，常规的DICOM数据项包括被捆绑在带有标签(7FE0，0010)的字段中的数据项中的在不同取向的多个荧光镜图像。

表I-DICOM数据项实例

在本发明的实施例中，FIS处理器240被配置成将伪有效载荷插入数据项中，而不是实际医学测量，以便减小数据项的大小。例如，伪有效载荷可包括伪图像，该伪图像以1×1像素的大小插入到DICOM数据字段(例如，表I中的标签(7FE0，0010))。相对于具有2-2.5MB的典型大小的荧光镜图像，伪1x1像素具有仅2字节的大小。通过使用此方法，DICOM数据项的大小被显著地减小。因此，荧光镜位置数据现在可以经网络210从FIS 40实时传输到CTS 20。

为了进一步根据本发明的实施例使用DICOM协议专用术语来描述荧光镜位置的传输，CTS 20经网络210开启与FIS 40的第一关联。CTS 20发送C_MOVE DICOM命令。该C_MOVE DICOM命令包括已被FIS 40已知的一组标签(例如，SOP_INSTANCE_UID(0008，0018)、SERIES_INSTANCE_UID(0020，000E)、PATIENT_ID(0010，0020))，该组标签指示FIS发送数据。

被捆绑在C_MOVE命令中的标签的值字段中的是唯一标识符(UID)。UID规定CTS 20是否正在请求规则的荧光镜图像(例如，无需带有伪有效载荷的文件大小减小)或实时荧光镜机架位置数据(例如，带有伪有效载荷)或任何其他合适的数据。当CTS 20经网络210将C_MOVE命令发送到FIS 40时，FIS处理器240从UID识别数据是否将经网络210被发送到CTS 20，这需要减小带有伪有效载荷的文件大小。

当第一关联开启时，FIS 40然后开启与CTS 20的第二关联，并且开始发送C_STORE消息。C_STORE DICOM命令(例如，消息)包括带有对CTS 20的请求数据的一组标签。当C_MOVE UID包括对于机架44的实时位置的请求时，FIS处理器240将伪1x1像素图像捆绑到适当的C_STORE标签字段中。FIS 40然后将关于C_STORE DICOM消息中机架44的任何取向变化(诸如X-射线源(例如，荧光镜42)到图像-增强器距离(SID)的变化)、随表19移动或旋转的几何形状信息等的更新发送到CTS 20。

当CTS 20不再需要来自FIS40的实时消息时，CTS 20关闭或取消与FIS 40的第一关联(例如，针对C_MOVE)。响应于此，FIS 40自动关闭第二关联(例如，C_STORE)。因此FIS 40和CTS 20之间的所有通信均被终止。

在上述实施例中，FIS 40与CTS 20之间的第一关联和第二关联在医疗会话的持续时间内保持开启。FIS 40周期性地将荧光镜位置更新发送到CTS 20。然而在另选的实施例中，CTS 20可请求FIS 40以突发模式操作。在突发模式中，随着机架位置变化或响应于在周期性间隔内需要但不必要的一些其他事件，FIS 40经网络210传输荧光镜位置的更新。由于关联保持开启，因此CTS处理器220被配置成当被CTS 20接收时使用机架位置的更新。

图3是根据本发明的实施例示意性地示出用于评估荧光镜在医疗规程期间的位置的方法的流程图。图3的流程图中描述的实施例是关于CTS 20和FIS 40以突发模式通信，其中在关联开启时，FIS 40以一个或多个突发发送C_STORE标签。

在配准步骤300中，荧光透视成像系统(FIS)40和导管跟踪系统(CTS)20被配准到共同坐标系中。在开启步骤310中，CTS 20经网络210开启与FIS 40的DICOM关联。在此DICOM关联中，其中CTS请求来自FIS的移动操作，CTS用作服务类使用者(SCU)并且FIS用作服务类提供者(SCP)。在请求步骤320中，CTS 20发送对于荧光镜42在FIS 40中的位置的C_MOVE请求(例如，其中适当的UID指示C_MOVE值字段中的实时数据)。

在第二开启步骤325中，FIS 40开启与CTS 20的关联。在此DICOM关联中，其中FIS向CTS发送数据如同客户端向服务器端发送数据，FIS用作SCU并且CTS用作SCP。在构造步骤330中，FIS 40(例如，FIS处理器240)用FIS位置信息和伪1×1像素图像构造DICOM消息。在发送步骤340中，处理器240使用接口250经网络210发送DICOM C_STORE消息。

在提取步骤350中，CTS 20(例如，CTS处理器220)经接口230接收DICOM消息，从该消息提取荧光镜42的位置并且在显示器50上的三维心脏标测图上将该位置显示给操作者70。

在决定步骤360中，CTS处理器220评估荧光镜42是否在正确位置。如果不在，则在移动步骤370中(手动地或自动地)移动荧光镜42，并且在构造步骤330中构造更新的DICOM C_STORE消息。这样(例如，在突发模式下)，FIS不需要对于每个位置报告的独立请求。FIS可发送多条C_STORE消息序列来响应C_MOVE请求，每条包括荧光镜的相应位置来响应单个请求。

如果荧光镜42在正确位置，则FIS 40中的荧光镜42在激活步骤380中被激活以便采集荧光镜图像。在关闭步骤390中，所有关联随后均被关闭。(例如，在医疗会话结束时)。

虽然本文所述的实施例主要解决荧光透视成像，但本文所述的方法和系统也可以用于经网络通信的其他成像设备，并且大体用于在任何其他合适种类的医疗装置之间通信。

因此应意识到，上述实施例均以举例方式举出，并且本发明不受上文特别显示和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明时可能想到且未在现有技术范围内公开的变化形式和修改形式。以引用方式并入本专利申请的文献将视为本专利申请的整体部分，但是，如果这些并入的文献中定义任何术语的方式与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应只考虑本说明书中的定义。