使用纳米材料的实时医疗装置可视化的制作方法

使用纳米材料的实时医疗装置可视化的制作方法
【专利摘要】一种医疗装置和用于定位所述装置的方法包括具有长度尺寸和表面（102）的结构。体积（106）与所述表面相关联，并沿所述长度尺寸的一部分延伸。将纳米材料（108）结合到所述体积中，并且所述纳米材料（108）被配置为对激发信号做出响应，从而所述激发信号生成来自所述纳米材料的响应，以实现所述结构在研究对象内的定位。
【专利说明】使用纳米材料的实时医疗装置可视化
【技术领域】
[0001]本公开涉及医学图像可见度，更具体而言，涉及用于提高医学图像中的装置可见度的系统和方法。【背景技术】
[0002]导管或针的可视化在很多医疗介入过程中都很重要。对于导管可视化的现有标准包括利用造影染剂的X-射线成像(荧光透视)。由于电离辐射和染剂本身的毒性，这样的过程是侵入性的。诸如超声或磁共振成像(MRI)的常规成像技术无法提供导管材料的清晰对比度。安装在导管上的用于导管可视化的电磁跟踪传感器由于电磁场的畸变而缺乏准确性。此外，准确的导管可视化是具有挑战性的，因为，一般而言，由不可控的依赖于角度的镜面反射来表征导管。

【发明内容】

[0003]根据本原理，一种医疗装置和用于定位所述装置的方法包括具有长度尺寸和表面的结构。体积与所述表面相关联，并沿所述长度尺寸的至少一部分延伸。在所述体积内结合纳米材料，并将其配置为对至少一个激发信号做出响应，从而所述激发信号生成来自所述纳米材料的响应，以实现所述结构在研究对象内的定位。
[0004]一种用于定位医疗装置的系统包括具有结合于其内的纳米材料的医疗装置，所述纳米材料被配置为对至少一个激发信号做出响应。激发源被配置为生成所述至少一个激发信号，从而生成来自所述纳米材料的响应发射。传感器被配置为接收所述响应发射。图像处理模块被配置为使用所述响应发射在医学图像中绘制所述医疗装置。
[0005]一种用于定位医疗装置的方法包括:提供具有结合于其内的纳米材料的医疗装置，所述纳米材料被配置为对至少一个激发信号做出响应；使用所述至少一个激发信号来激发所述纳米材料，以生成来自所述纳米材料的响应发射；感测所述响应发射；以及处理所述响应发射，从而相对于医学图像定位所述医疗装置。
[0006]另一种用于生成医疗装置的图像的方法包括:使用针对所述纳米材料的第一电磁激发频率来激发包含在医疗装置中的纳米材料，以获得第一可成像响应，所述第一可成像响应相对于周围材料是能够探测的；使用针对所述纳米材料的第二电磁激发频率来激发包含在所述医疗装置中的所述纳米材料，以获得包括与所述第一可成像响应的可认知差异的第二可成像响应，所述第二可成像响应相对于周围材料是能够探测的；以及从所述第二可成像响应中减去所述第一可成像响应，从而提供相对于研究对象的所述医疗装置的图像。
[0007]通过以下结合附图阅读的对本公开的示范性实施例的详细描述，本公开的这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]参考以下附图，本公开将详细介绍优选实施例的以下描述，其中:[0009]图1是根据一个实施例的具有含有纳米材料的固体层或涂层的医疗装置的局部横截面视图；
[0010]图2是根据另一实施例的具有含有处于悬浮液中的纳米材料的形成了环形腔的管的医疗装置的局部横截面视图；
[0011]图3是根据另一实施例的具有含有处于悬浮液中的纳米材料的纵向管的医疗装置的局部横截面视图；
[0012]图4是示出了根据一个示范性实施例的用于对医疗装置成像的系统的方框/流程图；
[0013]图5是示出了根据另一示范性实施例的用于对医疗装置定位和成像的方法的方框/流程图；以及
[0014]图6是示出了根据示范性实施例的用于构造和使用医疗装置的另一方法的方框/流程图。
【具体实施方式】
[0015]根据本原理，提供了修改医疗装置以使其具有处于装置表面上或者嵌入到装置表面内的额外材料层的系统、装置和方法。在一个实施例中，采用纳米材料。可以将所述纳米材料选择为对特定波长具有吸收特性。在医疗过程等期间，向感兴趣区域提供电磁场。响应于该电磁场，所述纳米材料由入射电磁波的冲击生成声波标记，之后采用声波探测器探测所述声波标记。
[0016]在尤为有用的实施例中，可以采用的纳米材料包括例如碳纳米管、纳米棒或纳米球。在其他实施例中，可以采用图像相减法，其中，使用处于两个频率上的电磁辐射，以更好地推断处于患者体内的医疗装置的位置。
[0017]应当理解，虽然将在医疗仪器方面描述本发明；但是，本发明的教导范围要宽得多，其适用于在跟踪或分析复杂生物学或机械系统中采用的任何仪器。具体而言，本原理适用于生物学系统的内部跟踪过程，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管等身体的所有区域中的过程。附图中描绘的，尤其是图4中描绘的元件可以通过硬件和软件各种组合来实现，并且提供可以在单个元件或多个元件中结合的功能。
[0018]通过使用专用硬件以及能够与适当的软件联合来执行软件的硬件，能够提供在附图中所示的各种元件的功能。在由处理器提供所述功能时，可以通过单个专用处理器、单个共享处理器或者多个独立处理器提供所述功能，其中，能够共享所述多个处理器中的一些处理器。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专门指能够执行软件的硬件，并且其能够隐含地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“ ROM”)、随机存取存储器(“ RAM”)、非易失性存储器等。
[0019]此外，本文中所有详述本发明的原理、方面和实施例的陈述及其具体范例都旨在均包含其结构和功能的等价物。此外，旨在使这样的等价物既包括当前已知的等价物，又包括未来开发的等价物(即，所开发出的执行相同的功能的元件，而不管其结构如何)。因而，例如，本领域技术人员将认识到，在本文中提出的方框图表示体现本发明的原理的示范性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，应当认识到，任何流程表、流程图等均表示实质上可以在计算机可读存储介质中表示并且因此由计算机或处理器执行的各种过程，而不管是否明确示出了这样的计算机或处理器。
[0020]此外，本发明的实施例可以采取从提供程序代码的计算机可用或计算机可读的存储介质可访问的计算机程序产品的形式，提供以供计算机或者任何指令执行系统使用或者与之结合使用的程序编码。就本说明书的目的而言，计算机可用或计算机可读的存储介质能够是可以包括、存储、交换、传播或发送程序的任何设备，所述程序供指令执行系统、设备或装置使用或者与之结合使用。所述介质能够是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或者设备或装置)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体或固态存储器、磁带、可拆卸计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。当前的光盘的范例包括紧凑磁盘一只读存储器(CD-ROM)、紧凑磁盘一读/写(CD-R/W)和DVD。
[0021]现在参考附图，其中，相同的附图标记表示相同或类似的元件，并且初始参考图1，根据一个实施例，示范性地描绘了医疗装置100的一部分的横截面视图。装置100可以包括例如导管、导丝、内窥镜、探头、机器人、电极、过滤器装置、球囊装置、针或其他医疗部件等。装置100包括可以形成腔104的装置表面或壁102。在装置壁或表面102的外侧上形成材料层或体积106。层106包括有助于医疗装置100在医学图像中的可视化的成分。
[0022]在一个实施例中，层106包括在层106中和/或层106上具有悬浮的纳米材料108的聚合物材料。所述聚合物材料可以包括塑料、环氧树脂、粘合剂、树脂、涂料等。可以将纳米材料悬浮液模制到或者以其他方式结合到固体基质中，之后将其形成装置壁102的表面或者淀积在所述装置壁102的表面上。可以采用PVA基质、琼脂糖凝胶、其他聚合物凝胶或者采用硅树脂制造具有悬浮的纳米颗粒的固体基质。
[0023]纳米材料108可以包括具有取决于入射波长或类似成分的光学特性的单壁或多壁碳纳米管、金属纳米棒、纳米球、纳米笼(nanocage)、量子点。可以选择在所定义的波长上具有特定的吸收或散射峰值的纳米材料108。在过程期间，向感兴趣区域提供电磁场。由于入射电磁波与不同于患者体内的周围组织的纳米材料108的相互作用，层106的纳米材料108生成电磁或声波标记。探`测方法可以从体外或者使用内窥镜接收器等来使用光声学、光学反向散射成像、热声学。可以应用的电磁辐射的范例可以包括使用具有定义的波长的红外场。在本范例中，可以采用具有5.9的长宽比的金纳米棒层，以及具有1000nm的波长的入射辐射。通过这种方式，纳米棒受到激发并提供可见的和/或可测量的响应，能够采用所述响应准确地定位患者体内的装置100。
[0024]诸如金属纳米球、纳米棒、碳纳米管等的纳米材料108的电磁波吸收谱取决于所述材料的几何结构。诸如激子、声子和等离子体振子的准粒子的表现及其与入射波的相互作用也对吸收谱具有极大的影响。对纳米材料108的诸如掺杂或者合金化的其他修改也可能对其吸收谱造成显著影响。
[0025]例如，由金属纳米颗粒对电磁波的吸收的物理来源在于由电磁场诱发的导带电子的相干振荡。这些共振被称为表面等离子体振子。局部的表面等离子体振子共振取决于粒子的物理尺寸、周围介质的介电常数以及纳米结构的形状。
[0026]碳纳米管(CNT)包括具有被称为石墨烯(graphene)的排布在平面薄板内的碳原子被辊压成管状结构的结构。CNT能够被划分为单壁或多壁。单壁CNT的尺寸可以具有大约Inm的直径以及几百纳米到微米的长度。CNT具有卓越的电、热和机械特性。CNT对电磁辐射的吸收受到其几何结构的支配，具体而言，受到其直径和手性(螺旋)的支配，还受到周围介质的介电特性的支配。
[0027]CNT的吸收谱能够通过其带隙特性得到很好地描述。CNT是直接带隙材料，并且其光谱长时间以来一直归因于价带和导带中的能态之间的跃迁，其导致了所述吸收谱的常见的范霍夫共振(van Hove resonances)。然而,其他现象,尤其是在这些准一维系统中的激子(电子一空穴对)的表现，显著地主导了其光吸收特性。
[0028]CNT具有对应于激子状态跃迁的明确定义的吸收峰值。此外，能够使用掺杂显著地调谐CNT的共振峰值。能够有利地将CNT的吸收特性用于成像。例如，CNT吸收近红外波长上的辐射，在所述波长上通过组织的固有吸收是最低的。因而，能够采用CNT作为有效的光声造影剂。
[0029]对于碳纳米管(CNT)而言，π等离子体振子共振随着纳米管直径而变化，根据经
验将纳米管直径确定为 其中，Επ是能量，并且，d是纳米管直径。
[0030]纳米材料108的另一种形式包括纳米球。例如，纳米球可以包括金。这样的材料的吸收谱也取决于诸如尺寸和长宽比的几何结构，以及等离子体振子(自由电子气密度的振荡)的表现。具有数十纳米的直径的金纳米球在大约550nm上出现吸收峰值。随着尺寸的增大，峰值光学吸收朝向可见光谱的红端移动。
[0031]对于单元素金属纳米球而言，金属纳米球的峰值吸收波长微弱地依赖于尺寸，其中，具有随着尺寸增大而进行红移的总趋势。例如，就具有22nm和99nm的尺寸的金纳米球而言，峰值吸收波长分别为520nm和575nm。
[0032]决定球形纳米颗粒的吸收峰值的另一更强的因素是为了形成合金而增加另一种金属。金一银合金纳米颗粒的峰值吸收`谱随着金摩尔分数的降低而蓝移(波长降低)。例如，在金摩尔分数接近零时，峰值谱发生在大约400nm上，对于0.5的摩尔分数，其升高到450nm,对于0.80的摩尔分数,其进一步升高到500nm。因而,能够通过纳米球的尺寸以及合金化来调整纳米球，以生成特定的峰值吸收谱。
[0033]对于合金纳米球而言，能够使用合金的形成来获得针对既定峰值波长的更广泛的选择多样性。对于18nm的金一银合金纳米球而言，能够使用下述等式来确定峰值波长:入最大=130xAu+390，其中，λ β大是以nm为单位的峰值吸收波长，并且，xAu是金的摩尔分数。
[0034]纳米材料108的另一种形式包括纳米棒。与纳米球相比，例如金纳米棒(即，圆柱形金纳米颗粒)的峰值吸收波长只是微弱地依赖于其直径，相反所述峰值吸收波长随着所述纳米棒的长宽比的增大而急剧增大。例如，具有5.9和3.7的平均长宽比的纳米棒分别在1000nm和785nm上出现峰值光学吸收。
[0035]例如，对于单元素金属纳米棒而言，由于金的生物学相容性，因此，可以选择金作为范例性材料。可以通过下述等式给出金属纳米棒的峰值吸收波长:λ=33.34 emR_46.31 em+472.31，其中，λ最大是以nm为单位的峰值波长，em是周围介质的介电常数，并且，R是被定义为棒的长度除以宽度的长宽比。因而，吸收的峰值波长随着长宽比以及介质的介电常数而线性地变化。可以选择使优选的峰值波长处于例如650nm到1200nm的红外区域中的人体组织的光学窗口内。如果周围介质具有已知的介电常数(例如，ε m=3)，则能够在上述方程中代入这一值，以确定峰值波长作为长宽比R的函数。介质的介电常数是长宽比的函数，并且能够将其建模成单调递减函数。[0036]对于合金纳米棒而言，光学特性作为合金成分和长度的函数而变化。存在包括纵向模式和横向模式在内的多重共振。作为一个范例，由于针对既定长度而言，这些峰值作为合金成分的函数而变化，因此，横向模式能够用于成像。峰值横向模式波长Um)作为金摩尔分数xAu的函数而变化:λ最大=149 xAu+360。
[0037]由于这些波长作为棒长(或者针对固定尺寸等价地作为长宽比)的函数而变化，纵向模式也能够用于差分成像。对于金的65%的摩尔分数而言，峰值纵向波长从123nm的长度下的716nm红移至328nm的长度下的1467nm。
[0038]除了出现谱共振之外，纳米材料108还具有固有地不同于生物组织的光学特性，其通过诸如光学相干断层成像的成像模态提供了造影机制。在这样的情况下，采用纳米材料108作为散射造影剂。
[0039]纳米材料108提供了多种方法和材料来调谐其电磁波吸收特性。这些特性能够有利地用于医疗成像应用中，以提供图像对比度和不透明度。例如，由于大部分生物组织在近红外波长中具有低固有吸收，因而纳米材料能够在例如血液中提供光学造影剂。此外，纳米材料108的吸收特性还可以导致光声效应，能够使用成像超声扫描仪探测所述效应。
[0040] 参考图2，根据另一示范性实施例示出了另一医疗装置200。装置200可以采取与装置100相同的形式。装置200包括围绕装置壁205的一部分或者整个装置壁205的同心管202。同心管202在装置壁205和管202之间形成环形腔206。利用纳米材料悬浮液208中的纳米材料108填充环形腔206。腔206内的悬浮液208的流体可以包括水、盐溶液或其他生物相容性材料。可以使用循环/搅动装置210使纳米材料悬浮液产生循环，从而避免纳米材料108沉淀。所述循环/搅动装置210可以包括外部泵、振动装置、通过使铁磁颗粒混合而进行混合的电磁搅拌装置等当中的一个或多个。应当理解，所述循环/搅动装置210可以位于装置200处或者位于所述装置200上，或者可以在过程期间位于患者外部。
[0041]在另一实施例中，作为环形腔206的替代或者除了环形腔206之外，可以利用纳米悬浮液208填充装置200的内腔212。
[0042]参考图3，根据另一示范性实施例示出了另一医疗装置300。装置300包括贯穿医疗装置300的长度或者其长度的部分一个或多个管302。所述一个或多个管302也可以环绕所述装置(例如，以线圈式、螺旋式或其他构造)。管302携带纳米材料悬浮液208。
[0043]可以使用循环/搅动装置210使纳米材料悬浮液208产生循环，从而避免纳米材料108沉淀。所述循环/搅动装置210可以包括外部泵、振动装置、通过使铁磁颗粒混合而进行混合的电磁搅拌装置等当中的一个或多个。应当理解，所述循环/搅动装置210可以位于装置300处或者位于所述装置300上，或者可以在过程期间位于患者外部。
[0044]参考图4，其示范性描绘了一种用于执行医疗过程的系统400。系统400可以包括工作站或控制台412，通过所述工作站或控制台412对过程进行监督和管理。工作站412优选地包括一个或多个处理器414以及用于存储程序和应用的存储器416。存储器416可以存储装置感测模块415，其被配置为解读来自医疗装置402 (403)的纳米层或悬浮液404(405)的电磁和/或声反馈信号。感测模块415被配置为使用所述信号反馈(以及任何其他反馈)来提供位置或者在医学图像中描绘所述医疗装置402 (或403)。例如，医疗装置402(403)可以包括导管、导丝、内窥镜、探头、机器人、电极、过滤器装置、球囊装置、针或其他医疗部件等。工作站412可以包括用于使用成像系统410查看研究对象的内部图像的显示器418。成像装置410可以包括诸如光学相干断层成像、共焦显微镜、光声学等成像模态。例如，成像系统410还可以包括磁共振成像(MRI)系统、荧光透视系统、计算机断层成像(CT)系统、超声系统或者其他可以查看激发的纳米材料的系统。显示器418还可以允许用户与工作站412及其部件和功能进行交互。这一交互还可以通过接口 420得到进一步的促进，所述接口可以包括键盘、鼠标、操纵杆或任何其他允许用户与工作站412进行交互的外围设备或控件。
[0045]工作站412包括一个或多个能量或激发源406，以提供在预定波长上的激发能。或者，可以将一个或多个激发源406结合到所述装置403 (或402)内，由此，不需要从身体/研究对象448外部的源提供入射辐射。选择激发波长，并且调谐纳米材料，以对这些波长敏感。可以在所述过程现场或在所述过程之前执行这一操作。能量源406可以提供具有红外、X-射线、可见光等形式的电磁能。相应地调整纳米材料的吸收谱，以提供对所述激发的可测量的响应。采用传感器单元408来探测从纳米材料404 (405)回传的电磁能或声能。其允许确定将用于解读装置402的形状和/或取向的能量发射。将采用所述信号作为反馈，以进行调整或者以其他方式执行所述医疗过程。传感器单元408可以包括光探测器、超声传感器(探头)或者其他一个或多个传感器装置。
[0046]如果所述纳米材料处于悬浮液中，那么可以采用循环或搅动装置422混合或搅动所述悬浮液，从而避免纳米材料(404、405)沉淀。可以提供成像系统410，以采集实时的手术中的成像数据。可以在显示器上显示所述成像数据，并且感测模块415可以计算实时图像内的能量发射位置。能够显示医疗装置402的数字绘制(使用来自纳米材料404的反馈)，从而相对于所述实时图像揭示装置402的位置。可以通过图像处理模块417生成所述数字绘制。在一个实施例中,成像系统410包括超声系统，并且来自纳米材料404的发射本质上是声发射。通过这种方式，能够同时显示解剖学图像和装置图像。
[0047]在另一有用的实施例中，介入应用包括在研究对象448内使用两个医疗装置。例如，一个装置402可以包括被放置在一个点上的引导导管，并且另一装置403可以包括用于沿所述导管的长度在固定/不同的点上执行消融或活检的针。装置402包括纳米材料404，并且装置403包括纳米材料405。在本范例中，纳米材料404和405是具有不同的峰值吸收波长的两种不同类型的纳米材料。采用纳米材料404对引导导管进行成像，并且采用纳米材料405对所述针进行成像。
[0048]在过程期间， 通过第一波长激发纳米材料404，并且通过不同的波长激发纳米材料405。通过这种方式，采用纳米材料404来确定导管的位置，同时使用所述针上的纳米材料405相对于所述导管准确地定位所述针。
[0049]在另一示范性实施例中，使用所结合的纳米材料404，采用图像相减法更好地推断装置402的位置。由于纳米材料404的吸收谱是先验已知的，组织成分的吸收谱也是已知的，因而可以选择两个频率，对于这两个频率而言，吸收系数与组织的吸收系数相似，同时确保纳米材料404在这两个频率上的吸收是不同的。首先将患者或研究对象448暴露于第一频率下，这引起纳米材料404的第一响应(发射)，并将其记录在第一图像中。之后，将患者暴露于第二频率下，这引起纳米材料404的不同的第二响应(发射)，并将其记录在第二图像中。之后，图像处理模块417从第一图像中减去第二图像，以产生唯一与纳米材料404有关的信息，并且产生医疗装置402的位置。[0050]能够将这一方法连同描述的先前实施例中的任意以及所有实施例一起使用，以推断装置402、403等(例如，导管、针等)的位置。对于纳米材料404、405的成像而言，电磁辐射的入射波长取决于纳米材料及其几何结构。例如，具有5.9和3.7的平均长宽比的金纳米棒分别在1000和785nm上出现峰值光学吸收。成像装置410提供能够显示的来自纳米材料404、405的对比度。
[0051]参考图5，其示出了根据一个示范性实施例的一种用于对纳米材料成像的方法。在方框502中，选择对电磁辐射的预定波长(或频率)具有响应的纳米材料成分并对其进行调谐。如文中所描述的，所述调谐可以包括材料类型(例如，纳米球、纳米管CNT等)、材料选择(例如,金、石墨等)、几何结构选择(例如尺寸和形状)、掺杂浓度等。在方框503中，将纳米材料的成分结合到一个或多个医疗装置或仪器内。所述纳米材料可以包括具有相同的吸收谱的材料，或者可以包括具有不同的吸收谱的材料。在一个实施例中，所述不同的纳米材料中的每一个可以与不同的装置唯一地相关联，或者同一装置可以包括响应于不同的波长/频率的纳米材料。在方框504中，在医疗过程期间，将一个或多个医疗装置引入到患者(例如，哺乳动物)中。
[0052]在方框506中，选择性地应用对应于一个或多个类型的纳米材料的激发频率的电磁频率，以激发所述纳米材料。在方框508中，从来自纳米材料的响应发射中采集图像信息。所述发射响应于至少一个电磁激发频率。所述图像信息可以用于在患者的解剖/医学图像中定位一个或多个医疗装置。
[0053]在方框510中，在另一实施例中，针对一个或多个装置，可以获得对于多个电磁激发频率的图像信息。在本范例中，所述装置包括具有两个截然不同的激发频率的纳米材料。优选地，归因于纳米材料的第二频率响应与第一频率相比存在可识别的不同，而且这些响应不同于周围区域。例如，所述第一响应、第二响应等应当不同于周围组织的响应，而且对于所有的激发频率而言，组织响应基本上是相同的。
[0054]在方框512中，将所述第 一图像和第二图像相减，从而获得所述装置的纳米材料所特有的图像信息。这样就识别了所述医疗装置在患者中的位置。采用这样的信息来推断例如导管、针等的位置。尽管可以采用任何可用的图像处理技术，所述相减可以包括简单的像素值相减。
[0055]在方框514中，所述一个或多个装置的位置可以叠加在其他医疗图像上，从而为技术人员或医生提供有用的定位工具，用于识别装置位置并实施所述过程。这样的过程可以包括例如使用导管、观测仪、针等实施的介入过程，诸如，心脏导管插入术、导管探测、消融过程中的跟踪和定位、用于组织活检过程的引导的针可视化、在微创手术中的其他仪器(内窥镜)的可视化等。
[0056]参考图6，根据另一尤其有用的实施例，示范性地描绘了另一用于构建和使用具有所需特性的导管的方法。在方框602，选择感兴趣的组织在其上具有最低的吸收的位置处的波长(例如，入射波长上的人体组织特性)。对于人体组织而言，650nm-1200nm是所需的(这包括700nm-900nm的近红外(IR)窗口，其中，光在组织中具有其最大的穿透深度)。如果医疗装置(例如，导管和针)处于体表或体外，那么可以选择其他波长。
[0057]在方框604中，识别出在这些波长和频率上具有最佳吸收的纳米材料。对颗粒尺寸、形状等进行选择。对这些纳米材料进行额外的筛选，以获得最佳的生物相容性。可以如上文所描述的，对纳米材料进行选择。
[0058]在方框606中，通过在医疗装置的表面上涂覆、分层放置(等)纳米材料或者根据文中所公开的一个和多个实施例形成所述装置，来构造所述医疗装置(例如，导管)。可以在所述装置的外部提供用于激发所述颗粒的电磁辐射源，或者可以将所述电磁辐射源结合到导管设计中(因此，不需要从在过程期间采用所述装置的身体的外部的源提供入射辐射)。可以采用高功率红外(IR)发光二极管(LED)，以提供所述激发。
[0059]在方框608中，由于装置的入射辐射而由所述纳米材料生成的光声信号或其他反馈则能够通过超声探头和身体表面上的其他传感器进行跟踪。
[0060]在解释所附的权利要求的过程中，应当理解:
[0061]a) “包括” 一词不排除存在给定权利要求中列出的那些元件或动作之外的其他元件或动作；
[0062]b)元件前面的“一”或“一个”一词不排除存在多个这样的元件；
[0063]c)权利要求中的任何附图标记都不限制其范围；
[0064]d)可以由同一项或硬件或软件实现的结构或功能表示若干个“模块”；并且
[0065]e)不要求具备任何特定的动作序列，除非另行明确说明。
[0066]已经描述了针对使用纳米材料实现实时的医疗装置可视化的系统和方法的优选实施例(其旨在说明而非限制)，应当指出，本领域技术人员根据上述教导能够做出修改和变化。因此应当理解，可以在所披露的公开的特定实施例中做出改变，这些改变在如所附权利要求书概述的所公开实施例的 范围之内。这样描述完专利法要求的细节和特性之后，在所附权利要求中阐述专利证书主张并希望保护的内容。
【权利要求】
1.一种医疗装置，包括: 具有长度尺寸和表面(102)的结构； 与所述表面相关联并且沿所述长度尺寸的至少一部分延伸的体积(106);以及 纳米材料(108)，其结合到所述体积中并且被配置为对至少一个激发信号做出响应，从而所述激发信号生成来自所述纳米材料的响应，以实现所述结构在研究对象内的定位。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括针、导管或观测仪中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述纳米材料(108)包括纳米球、纳米棒、纳米管、纳米笼或量子点中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述体积(106)包括在所述表面上形成的固体层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述体积包括相对于所述表面形成环形腔(206)的管(202)，所述环形腔包括悬浮液(208)中的所述纳米材料。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括与所述悬浮液(208)连通的搅动机构(210)，以避免所述纳米材料沉淀。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述体积包括沿所述表面纵向形成的管(302)，所述管包括悬浮液中的所述纳米材料。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括与所述悬浮液连通的搅动机构(210)，以避免所述纳米材料沉淀。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个激发信号包括电磁信号，并且响应包括声响应和/或电磁响应中的一个。
10.一种用于定位医疗装置的系统，包括， 医疗装置(402)，其包括结合于其内的纳米材料(404)，所述纳米材料被配置为对至少一个激发信号做出响应； 激发源(406)，其被配置为生成至少一个激发信号，从而生成来自所述纳米材料的响应发射； 传感器(408)，其被配置为接收所述响应发射；以及 图像处理模块(417)，其被配置为使用所述响应发射在医学图像中绘制所述医疗装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述医疗装置(402)包括针、导管或观测仪中的至少一个。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述纳米材料(404)包括纳米球、纳米棒、纳米管、纳米笼或量子点中的至少一个。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，将所述纳米材料结合到在所述医疗装置上形成的固体层(106)中。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述医疗装置包括相对于所述医疗装置的装置壁形成环形腔的管(202)，所述环形腔包括悬浮液中的所述纳米材料。
15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述医疗装置包括沿所述医疗装置的装置壁纵向形成的管(302)，所述管包括悬浮液中的所述纳米材料。
16.根据权利要求10所述的系统，还包括与包括所述纳米材料的悬浮液连通的搅动机构(422)，所述搅动机构用以避免所述纳米材料沉淀。
17.根据权利要求10所述的系统，其中，所述至少一个激发信号包括电磁信号，并且响应包括声响应和/或电磁响应中的一个。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，将所述声响应绘制在超声图像中。
19.一种用于定位医疗装置的方法，包括: 提供具有结合于其内的纳米材料的医疗装置(100)，所述纳米材料被配置为对至少一个激发信号做出响应； 使用所述至少一个激发信号激发(506)所述纳米材料，以生成来自所述纳米材料的响应发射； 感测(508)所述响应发射；以及 处理(514)所述响应发射，从而相对于医学图像定位所述医疗装置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述医疗装置(100)包括针、导管和观测仪中的至少一个。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述纳米材料包括纳米球、纳米棒、纳米管、纳米笼或量子点中的至少一个。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，提供具有结合于其内的纳米材料的医疗装置包括将所述纳米材料结合到在所述医疗装置上形成的固体层(106);相对于所述医疗装置的装置壁形成的环形腔(206)中的悬浮液；或者沿所述医疗装置的装置壁纵向形成的管(302)中的悬浮液中的至少一个中。
23.根据权利要求19所述的方法，还包括搅动(422)在所述医疗装置中结合的作为包含所述纳米材料的悬浮液的纳米材料，以避免所述纳米材料沉淀。
24.根据权利要求19所述的方法，还包括调谐(502)所述纳米材料的吸收特性，以提供响应于所述至少一个激发信号的吸收谱。
25.根据权利要求19所述的方法，其中，处理(514)包括在所述医学图像中数字式地生成所述医疗装置的图像。
26.一种用于生成医疗装置的图像的方法，包括: 使用对所述纳米材料的第一电磁激发频率激发(506)在医疗装置中包含的纳米材料，以获得第一可成像响应，所述第一可成像响应相对于周围材料是能够探测的； 采用对所述纳米材料的第二电磁激发频率激发(510)在所述医疗装置中包含的所述纳米材料，以获得包括与所述第一可成像响应的可认知差异的第二可成像响应，所述第二可成像响应相对于周围材料是能够探测的； 从所述第二可成像响应中减去(512)所述第一可成像响应，以提供相对于研究对象的所述医疗装置的图像。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述医疗装置包括针、导管或观测仪中的至少一个。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述纳米材料包括纳米球、纳米棒、纳米管、纳米笼或量子点中的至少一个。
29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述医疗装置具有通过在所述医疗装置上形成的固体层(106);相对于所述医疗装置的装置壁形成的环形腔(206)中的悬浮液；或者沿所述医疗装置的装置壁纵向形成的管(302)中的悬浮液中的至少一个结合的纳米材料。
30.根据权利要求26所述的方法，还包括搅动(422)所述医疗装置中结合的作为包含所述纳米材料的悬浮液的纳米材料，以避免所述纳米材料沉淀。
31.根据权利要求26所述的方法，还包括调谐(502)所述纳米材料的吸收特性，以提供响应于所述激发频率的吸收谱。
32.根据权利要求26所述的方法，还包括在医学图像中数字式地生成(514)所述医疗装置的图像。
【文档编号】A61B19/00GK103491894SQ201280018869
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月16日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】S·卡玛拉卡兰, B·I·拉朱 申请人:皇家飞利浦有限公司