专利名称：用于管理介入肺脏病学的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗装置和方法，尤其涉及用于进行介入治疗的这些装置和方法。
背景技术：
介入肺脏病学属于肺部治疗领域，致力于使用支气管窥镜法、胸膜腔镜法和其他技术来治疗针对诸如与恶性肿瘤有关的气管支气管狭窄和胸腔积液之类的胸部病变。在治疗学上使用诸如硬质支气管窥镜重通术、球囊扩张术、激光支气管窥镜法、冷热疗法、电灸、短程治疗、光动力疗法、瓣膜置入法和支架置入法之类的多种技术用于气道狭窄的处理。
有必要采取仔细的预处理评估来确定气道阻挡源并且选择治疗方案。尽管支气管窥镜法被认为是诊断的黄金标准，但是在对疑似中央气道阻塞的病人的评估中，已经使用了诸如计算机X射线断层造影术(CT)之类的肺功能检查(PFT)和胸部成像技术。接下来的评估包括治疗成功率(即，重通率/切除率、可重复介入率)、并发症(即，支架移位、气道穿孔、瘘管)，临床症状(即，呼吸困难的缓解)以及诸如肺功能检查结果的临床成果的评估。
在各种病症的诊断中，常规上由内科医生使用听诊方法。内科医生会把听诊器放置在病人胸口或背部，并且监测患者的呼吸从而检测随发性(即，异常或者意想不到的)肺音。随发性肺音的确定和分类通常提供了有关肺部异常的重要信息。
在美国专利No.6,887,208中，Kushnir等人提供了用于记录和分析由呼吸道所产生的声音的系统和方法。记录了人体胸腔的多个位置处的呼吸道声音，并且所记录的声音被处理来产生呼吸道的图像。处理过程包括从所记录的信号确定从t1到t2的时间间隔内在胸腔的多个位置处的平均声能。这里使用的某一位置处的术语“声能”是指一个参数，该参数指示或者近似指示在该位置处的压力与肿块传播速度的乘积。该图像可用于分析呼吸道生理学并且检测病理状况。另外，时间间隔可以被分成多个子间隔，针对两个或者多个子间隔，确定了胸腔的多个位置处的平均声能。随后可以确定针对这些子间隔的每一个的图像，并且顺序地显示在监视器上。这就生成了示出了发生在该时间间隔内呼吸道中声能的动态变化的影像。
发明内容
在下面的说明书和权利要求书中，当两个详细描述的可计算或者可测量的变量彼此成比例时，这两个变量被认为是彼此等价。
在其第一方面，本发明提供了一种用于管理介入肺脏病学治疗的方法。如这里所使用的，术语“介入肺脏病学治疗”是指影响呼吸过程中呼吸道中空气流动的任何介入治疗。这些治疗包括例如球囊扩张术、激光支气管窥镜法、冷热疗法、电灸、短程治疗、光动力疗法、支架置入法和对肺部病变区域进行的辅助药物疗法。
根据本发明，传声器被附接到人体胸腔上多个位置处的体表。在执行介入肺脏病学治疗之前的一个或多个时间点，指示了呼吸道声音的信号被记录。分析这些信号从而产生指示了在执行该治疗前的人体呼吸道中的气流的一个或多个呼吸道图像。在进行介入治疗之后的一个或多个时间点，再次记录指示了呼吸道声音的信号。分析这些信号从而产生指示了在执行该治疗之后的人体呼吸道中的气流的一个或多个呼吸道图像。比较治疗前后所获得的图像从而确定气流中的变化是否可以作为介入结果出现。
本发明的系统包括N个换能器(传声器)，配置来附接到人体背部或者胸腔上的胸口的实质上平坦区域R。换能器典型是以矩阵形式被嵌入，使得这些换能器容易附接到人体皮肤。这种矩阵典型地可以采取易于把传声器附接到胸腔上的皮肤的内衣或者外衣形式。可以理解的是，可以使用不同的矩阵来适应不同尺寸、不同年龄、性别等等的人体。
本发明的系统还包括显示装置，用于将介入治疗之前所获得的至少一个图像和介入治疗之后所获得的至少一个图像同时显示，从而允许用户比较这些图像，并且确定在呼吸道气流的变化是否出现在该治疗之后。
在优选实施例中，执行治疗之前的第一时间间隔和执行治疗之后的新近时间间隔的每一个都被分成多个子间隔，并且针对每个子间隔产生一个图像。这就生成指示了治疗之前呼吸道气流的第一序列的图像和指示了治疗之后呼吸道气流的第二序列的图像。当在显示装置上顺次显示序列中的多个图像时，该序列被显示成该时间间隔内的呼吸道气流的影像。因此，在最优选实施例中，获得了介入治疗前后的呼吸道气流的影像，并且把两个影像同时显示在显示装置上。
区域R中的位置由在平坦区域R中定义的二维坐标系中的二维位置向量x＝(x1，x2)所指代。第i个换能器(i＝1到N)被固定在区域R中的位置xi处，并且生成信号，该信号在这里表示为P(xi，t)，指示了到达xi的身体的压力波。
根据本发明可以使用从P(xi，t)生成呼吸道图像的任何公知方法。在优选实施例中，如在Kushnir等人的美国专利No.6,887,208中所公开的，获得了呼吸道的图像。该专利公开了一种从信号P(xi，t)来计算在从t1至t2的时间间隔内区域R中多个位置x处的平均声能(这里表示为
并且从
生成肺部图像。
在本发明一实施例中，利用代数表达式 获得传声器之一的位置处从t1至t2的时间间隔内的平均声能，其中xi为传声器的位置。
在另一优选实施例中，例如使用式(1)获得传声器多个位置xi处从t1至t2的时间间隔内的平均声能
随后，通过利用任何公知的插值法来对
进行内插来计算其他位置x处的
在最优选实施例中，执行内插来利用代数表达式 获得区域R中位置x＝(x1，x2)处的平均声能
其中g(x，xi，σ)是满足 的内核函数， 近似等于1，(4) 其中是第i个传声器的位置，σ是可选择的参数。
例如，可使用内核函数 同样可以理解，根据本发明的系统可以是一种适当的程序化的计算机。类似的，本发明考虑一种由用于执行本发明的方法的计算机读取的计算机程序。本发明还考虑一种机器可读存储器，可行地包括可由用于执行本发明的方法的机器来执行的指令程序。
因此，在其第一方面，本发明提供了一种评估介入肺脏病学治疗的系统，包括 (a)N个换能器，每个换能器被配置来固定在人体呼吸道上的体表，第i个换能器固定在位置xi处，并且生成指示了位置xi处从i＝1到N的压力波的信号； (b)以及处理器，被配置来 (i)接收信号P(xi，t)； (ii)从在第一时间t1到第二时间t2的第一时间间隔内的信号P(xi，t)来生成指示了呼吸道的至少一部分中的气流的第一序列的一个或多个图像，其中从t1到t2的时间间隔发生在执行介入肺脏病学治疗之前； (iii)从在第三时间t3到第四时间t4的第二时间间隔内的信号P(xi，t)来生成指示了呼吸道的至少一部分中的气流的第二序列的一个或多个图像，其中从t3到t4的时间间隔发生在执行介入肺脏病学治疗之后； (iv)在显示装置上同时显示第一和第二序列的图像； (c)显示装置同时显示由处理器所生成的呼吸道的所述序列的图像。
在其第二方面，本发明提供了一种对人体的介入肺脏病学治疗进行评估的方法，包括步骤 (a)获得指示了在进行介入肺脏病学治疗之前人体呼吸道的至少一部分中的气流的第一序列的一个或多个图像； (b)获得指示了在进行介入肺脏病学治疗之后人体呼吸道的至少一部分中的气流的第二序列的一个或多个图像；以及 (c)比较第一和第二序列的图像来确定在介入肺脏病学治疗之后在呼吸道中气流的变化； 其中在以下处理中获得一个或多个图像，该处理包括 (i)在人体呼吸道上的体表上附接N个换能器，第i个换能器被固定在位置x； (ii)获得指示了位置xi处的压力波的信号P(xi，t)，其中i＝1到N； (iii)从所获得的信号P(xi，t)来生成图像。
在其第三方面，本发明提供了一种计算机程序，包括计算机程序代码装置，其在所述程序在计算机上运行时执行本发明的方法的全部步骤。
在其第四方面，本发明提供了一种计算机程序，包括计算机程序代码装置，其在所述程序在计算机上运行时执行本发明的方法的全部步骤，所述程序被实施在计算机可读介质上。
为了理解本发明并且了解本发明在实际中是如何实现的，将仅以非限定示例方式参考附图来描述优选实施例，其中 图1示出了用于管理根据本发明一实施例的介入肺脏病学的系统； 图2示出了实现管理根据本发明一实施例的介入肺脏病学的方法的流程图； 图3a示出了人体的呼吸道的图像，其中肿瘤阻止了右侧主支气管，限制了空气向右肺的流入，而图3b示出了进行右侧主支气管中的支架置入后的同一人体的呼吸道的图像； 图4a示出了人体的呼吸道的图像，其中肿瘤阻止了右侧主支气管，限制了空气向右肺的流入，而图4b示出了进行右侧主支气管的激光切除术后的同一人体的呼吸道的图像；以及 图5a示出了人体的呼吸道的图像，其中异物阻止了左侧主支气管，限制了空气向左肺的流入，而图5b示出了进行异物去除之后的同一人体的呼吸道的图像。
具体实施例方式 图1示出了用于实现和评估根据本发明一实施例的肺部介入治疗的由100表示的系统。将N个声换能器105(示出了四个)施加到人体110的胸或背部皮肤的平坦区域。可以采用本领域任何公知的方式(例如，使用粘合剂、抽吸器或者紧固带)把换能器105施加到被测者身上。每个换能器105产生指示了到达换能器的压力波的模拟电压信号115。该模拟信号115由多通道模数转换器120进行数字化处理。数字数据信号P(xi，t)125表示t时刻第i个换能器(i＝1到N)的位置xi处的压力波。数据信号125被输入到存储器130。输入到存储器130的数据由被配置来处理数据信号125的处理器135进行评估。通过对具有肺部声音范围以外频率的分量(例如，由于人体运动所引起的振动)进行滤波可以对信号125进行去噪。也可以对每个信号125进行带通滤波，从而仅对相关范围内的信号分量进行分析。
使用输入装置(诸如计算机键盘140或者鼠标145)来输入与检查有关的相关信息(诸如人体110的个人详情)。还可以使用输入装置140来输入第一时间对t1和t2的值，其中从t1到t2的时间间隔发生在执行介入治疗之前。处理器135对从t1到t2的信号P(xi，t)进行分析，从而生成指示了在介入治疗之前在人体呼吸道中气流的一个或多个图像137。在优选实施例中，在包括至少一个信号P(xi，t)的计算中，分析包括确定在区域R中至少一个位置x处在从t1到t2的时间间隔内的平均声能
还可以使用输入装置140来输入第二时间对t3到t4，其中从t3到t4的时间间隔发生在进行介入治疗之后。随后处理器135对从t3到t4的信号P(xi，t)进行分析，从而在执行介入治疗之后生成指示在人体呼吸道中的气流的一个或多个图像139。在介入治疗之前和之后所生成的呼吸道的图像137和139被同时显示在显示装置150(诸如，监视屏)上。
在另一优选实施例中，从t1到t2的时间间隔和从t3到t4的时间间隔被分成多个子间隔，并且从信号P(xi，t)生成每个子间隔的图像。这生成了介入治疗之前和之后同时显示在显示装置150上的呼吸道气流的影像。
图2示出了用于管理根据本发明的方法的一实施例的肺部介入治疗的流程图。在步骤200，利用输入装置140或145把时间值t1和t2输入到处理器135，其中从t1到t2的时间间隔发生在执行肺部介入治疗之前。在步骤205，从位于肺上区域R中预定位置xi(i＝1到N)处所放置的N个换能器得到在从t1到t2的时间间隔上的信号P(xi，t)。在步骤210，针对从t1到t2的时间间隔的一个或多个子间隔，计算位于区域R中多个位置x处的人体正在呼吸时的平均声能。在步骤215，从指示了执行介入治疗之前在人体呼吸道中气流的平均声能来生成肺部的第一序列的一个或者多个图像。在步骤230，利用输入装置140或145把时间值t3和t4输入处理器135，其中从t3到t4的时间间隔发生在执行肺部介入治疗之后。在步骤235，从位于区域R中位置xi(i＝1到N)处所放置的N个换能器得到信号P(xi，t)。在步骤240，针对从t3到t4的时间间隔的一个或多个子间隔，计算位于区域R中多个位置x处的一个或者多个子间隔的平均声能。在步骤245，从指示执行介入治疗之后的在人体呼吸道中气流的平均声能来生成肺部的第二序列的图像。在步骤250，在显示装置150上同时显示第一和第二序列的图像。在步骤255，比较第一和第二序列的图像，并且评估介入治疗的效果。
示例 利用本发明的系统和方法来执行肺部介入治疗。
图3a示出了指示了肺部中气流的人体右肺302和左肺304的图像300，这是采用Kushnir等人在美国专利6,887,208中公开的方法用上式(2)，(3)和(4)(其中σ＝36)所获得的。图像300是以mid-inspirum方式获得的。肿瘤阻止了右侧主支气管，限制了空气向右肺302的流入。看得出左肺304的气流并未被阻止。图3b示出了以mid-inspirum方式获得的同一人体的肺部302和304的图像306，这是采用相同的方法在进行右侧主支气管中的支架置入后获得的。图3a中的图像300与图3b中的图像306的比较示出了进行支架置入后，流入到右肺302中的空气明显增加。
图4a示出了指示了肺部中气流的人体左肺402和右肺404的图像400，这是采用Kushnir等人在美国专利6,887,208中公开的方法利用上式(2)，(4)和(4)(其中σ＝36)所获得的。图像400是以mid-inspirum方式获得的。肿瘤阻止了右侧主支气管，限制了空气向右肺404的流入。看得出左肺402的气流并未被阻止。图4b示出了以mid-inspirum方式获得的同一人体的肺部402和404的图像406，这是采用相同的方法在进行右侧主支气管的激光切除后获得的。图4a中的图像400与图4b中的图像406的比较示出了进行激光切除后，流入到右肺404中的空气明显增加。
图5a示出了指示了肺部中气流的人体左肺502和右肺504的图像500，这是采用Kushnir等人在美国专利6,887,208中公开的方法利用上式(2)，(5)和(4)(其中σ＝36)所获得的。图像500是以mid-inspirum方式获得的。异物阻止了左侧主支气管，限制了空气向左肺502的流入。看得出右肺504的气流并未被阻止。图5b示出了以mid-inspirum方式获得的同一人体的肺部502和504的图像506，这是采用相同的方法在从左侧主支气管将异物去除后获得的。图5a中的图像500与图5b中的图像506的比较示出了异物去除后，流入到左肺502中的空气明显增加。
权利要求
1.一种用于评估介入肺脏病学治疗的系统，包括
(a)N个换能器，每个换能器被配置来固定在人体呼吸道上的体表上，第i个换能器被固定在位置xi处并且生成指示了位置xi处的压力波的信号P(xi，t)，其中i＝1到N；
(b)以及处理器，被配置来
(i)接收信号P(xi，t)；
(ii)从在第一时间t1到第二时间t2的第一时间间隔内的信号P(xi，t)来生成指示了呼吸道的至少一部分中的气流的第一序列的一个或多个图像，其中从t1到t2的时间间隔发生在执行介入肺脏病学治疗之前；
(iii)从在第三时间t3到第四时间t4的第二时间间隔内的信号P(xi，t)来生成指示了呼吸道的至少一部分中的气流的第二序列的一个或多个图像，其中从t3到t4的时间间隔发生在执行介入肺脏病学治疗之后；
(iv)在显示装置上同时显示第一和第二序列的图像；
(c)显示装置同时显示由处理器所生成的呼吸道的所述序列的图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器被配置用一种包含在
的一个或多个子间隔内多个位置x处计算平均声能
的算法来生成一个或多个图像，
是用涉及多个信号中的至少一个信号的算法计算出来的。
3.根据权利要求2的系统，其中利用下面的代数表达式
来确定换能器的位置xi处的从tk1到tk2的时间子间隔内的平均声能
4.根据权利要求2或3所述的系统，其中采用下面的算法来确定一个或多个位置x处的函数
该算法包括
(a)确定换能器的多个位置xi处从tk1到tk2的时间子间隔内的平均声能
以及
(b)通过对已确定的
进行内插来确定至少一个位置x处的平均声能
5.根据权利要求4所述的系统，其中利用下面的代数表达式
来确定换能器的多个位置xi处从tk1到tk2的时间间隔内的平均声能
6.根据权利要求4或5所述的系统，其中利用下面的代数表达式
通过对已确定的
进行内插获得至少一个位置x处的平均声能，
其中g(x，xi，σ)是满足
的内核函数，
近似等于1。(4)
7.根据前述一个或多个权利要求所述的系统，其中第一序列的图像和第二序列的图像的至少之一是指示了呼吸道的至少一部分中的气流的影像。
8.一种用于对人体的介入肺脏病学治疗进行评估的方法，包括步骤
(a)获得指示了在进行介入肺脏病学治疗之前人体呼吸道的至少一部分中的气流的第一序列的一个或多个图像；
(b)获得指示了在进行介入肺脏病学治疗之后人体呼吸道的至少一部分中的气流的第二序列的一个或多个图像；以及
(c)比较第一和第二序列的图像来确定在介入肺脏病学治疗之后在呼吸道中气流的变化；
其中在以下处理中获得一个或多个图像，该处理包括
(i)在人体呼吸道上的体表上附接N个换能器，第i个换能器被固定在位置x处；
(ii)获得指示了位置xi处的压力波的信号P(xi，t)，其中i＝1到N；
(iii)从所获得的信号P(xi，t)来生成图像。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括步骤计算从第一时间t1到第二时间t2的时间间隔内多个位置x处的平均声能
其中
是用涉及信号P(xi，t)中的至少一个信号的算法确定的，以及根据
生成呼吸道的图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中利用下面的代数表达式
来计算换能器的位置xi处从t1到t2的时间间隔内的平均声能
11.根据权利要求9所述的方法，其中采用下面的算法来确定一个或多个位置x处的函数
该算法包括
(c)确定换能器的多个位置xi处从t1到t2的时间间隔内的平均声能
以及
(d)通过对已确定的
进行内插来确定至少一个位置x处的平均声能
12.根据权利要求11所述的方法，其中利用下面的代数表达式
来计算换能器的多个位置xi处从t1到t2的时间间隔内的平均声能
13.根据权利要求12所述的方法，其中利用下面的代数表达式
通过对已确定的
进行内插确定至少一个位置x处的平均声能，
其中g(x，xi，σ)是满足
的内核函数，
近似等于1。(4)
14.根据权利要求13所述的方法，其中g(x，xi，σ)是内核函数
15.根据权利要求8到14中任一所述的方法，其中第一序列的图像和第二序列的图像的至少之一是指示了呼吸道的至少一部分中的气流的影像。
16.根据权利要求8到15中任一所述的方法，还包括步骤在显示装置上同时显示第一序列的图像和第二序列的图像。
17.一种计算机程序，其包括计算机程序代码装置，用于在所述程序在计算机上运行时执行权利要求8到16中任一的全部步骤。
18.一种根据权利要求17所述的计算机程序，其被实施在计算机可读介质上。
全文摘要
本发明提供了一种对介入肺脏病学治疗进行评估的方法和系统。在人体呼吸道上的体表固定多个声换能器，该声换能器生成指示了换能器处的压力波的信号。处理器接收该信号，并且从该信号生成指示了在执行介入肺脏病学治疗之前在呼吸道至少一部分中的气流的图像。随后从该信号生成指示了在执行介入肺脏病学治疗之后在呼吸道至少一部分中的气流的第二图像。在显示装置上同时显示第一和第二序列的图像。随后在显示器上显示第一和第二图像。
文档编号A61B5/08GK101330873SQ200680043377
公开日2008年12月24日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月20日
发明者伊加尔·库什尼尔, 阿隆·库什尼尔, 梅厄·博特博尔 申请人:迪普布雷兹有限公司