具有取决于针移位速度的测量结果整合时间的光子针系统的制作方法

具有取决于针移位速度的测量结果整合时间的光子针系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于在身体(14)内引导仪器(12、100、100A、100B、112)的系统(10)。所述系统(10)记录图像，在所述图像中所述仪器(12、100、100A、100B、112)是能识别的，并且所述仪器(12、100、100A、100B、112)记录指示所述仪器(12、100、100A、100B、112)处的组织类型的信号。所述系统(10)基于来自所述仪器(12、100、100A、100B、112)的信号来确定所述组织类型。所述系统(10)显示作为所述身体(14)和所述仪器(12、100、100A、100B、112)的组合图像的图像以及在确定组织类型的位置处的所述组织类型的指示。本发明还涉及一种显示包括身体内的组织类型和仪器位置的图像的方法。本发明还涉及一种仪器和一种在数字处理器上运行的软件实施方法。
【专利说明】具有取决于针移位速度的测量结果整合时间的光子针系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在身体内引导仪器的系统。

【背景技术】
[0002]在执行涉及向身体内引入仪器的流程时，为执行该流程的人提供有关仪器的位置的视觉反馈是有利的。此外，执行该流程的人能够从有关在仪器处存在何种类型的组织的信息中获益。
[0003]针是基于流程前图像被放置到身体内的特定位置中的很多种设备或仪器之一。该图像是利用各种模态(成像技术)获得的，例如，磁共振成像、计算机断层摄影或诸如XperCT(TM)的图像重建。放置的一个目标在于通过小心地选择放置期间的针的路径而将对周围组织的损害最小化。
[0004]就X射线仪器引导而言，能够在例如荧光透视下允许对仪器引导的几乎实时的监视。光学针是被配置为提供组织反馈作为引导和信息的设备的例子之一。光学针向组织发送光学信号并进行接收。通过将这两种技术相组合，相对于身体的仪器末端位置以及该位置的组织信息的显示都是可能的。
[0005]为了使用光学信号获得组织信息，光谱必须被采集，并被处理，以建立组织信息。此外，该信息必须被发送至X射线控制台或者其他类型的成像设备，被链接至图像中的仪器位置并最终被显示。所有的这些步骤都需要时间量，并且可能造成所显示的数据不再是相对于实际位置的最新数据。尤其是在仪器相对快地推进时，组织信息可能滞后。
[0006]本发明的发明人已经认识到改进的系统和方法将是有益的，因而设计出了本发明。


【发明内容】

[0007]实现针对用户的改进的图像反馈将是有利的。还期望能够实现在移动期间显示组合的组织信息和仪器位置。总之，本发明优选以单一的方式或者任意组合的方式缓解、减轻或者消除上文提及的缺点中的一个或多个。具体而言，可以将提供解决现有技术的上述问题或者其他问题的方法视为本发明的目的。
[0008]为了解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中提出了一种用于在身体内引导仪器的引导系统，其包括:被配置用于形成所述身体内部的图像的医学成像设备；被配置为接收来自仪器的组织信号的组织类型确定设备，所述组织类型确定设备被配置为基于来自所述仪器的所述组织信号来确定指示组织类型的一组参数，所述组织类型确定设备能在两种模式中工作，即，使用第一准确度执行组织类型确定的第一模式和使用高于所述第一准确度的第二准确度执行组织类型确定的第二模式，所述引导系统被配置用于确定所述仪器的位置并存储位置的序列，所述引导系统被配置用于建立将所述身体内部的所述图像与指示在所述仪器的所记录位置处显示的组织类型的所述一组参数相组合的显示图像；以及被配置用于显示所述显示图像的显示设备。根据第一方面的系统在一幅图像中为用户提供了仪器位置和组织信息的视觉反馈。由于组织类型确定是繁琐的，通常存在组织类型信息被显示在距当前位置大距离的位置处的风险。
[0009]当前语境下的仪器可以是介入设备。所述仪器或介入设备可以包括用于将光子从光源引导至介入设备远端的出口位置的第一引导，所述光子能从所述出口位置发射，并且包括用于将光子从介入设备远端的入口位置引导至光学探测器的第二引导。
[0010]应当理解在一个具体实施例中，所述第一引导和所述第二引导可以是一个引导，例如，第一引导等同于第二引导。在另一具体实施例中，所述第一引导和所述第二引导是两个单独的引导。
[0011]介入设备是本领域公知的，其可以包括以下中的任一个:内窥镜、导管、活检针。将光纤集成到介入设备中允许检查组织样本的光学特性，并且可以允许将病变组织与正常组织鉴别开。在具体实施例中，提供了一种既适合漫反射谱测定法(DRS)又适合荧光谱测定法的介入设备。应当注意，介入设备应当适于荧光谱测定法的这一约束条件给介入设备带来了一些额外的限制。例如，用于荧光谱测定法的纤维自身一定不能产生过高的自发荧光，而且分别连接至源和探测器的纤维的纤维末端之间的间隔与DRS的同一距离相比可能更短。
[0012]在根据本发明的另一实施例中，出口位置和入口位置是空间分离的，并且被空间取向使得在将介入设备的远端放置为与相关联样本毗邻时所述入口位置不会与从所述出口位置发射的弹道光子相交。应当理解，至少从实践的角度，所述入口位置不与从所述出口位置发射的弹道光子相交。对于所有的实践目的而言，命中入口位置的弹道光子的数量非零，但可忽略不计。
[0013]所述系统提供了至少两个计算准确度水平，从而在仪器移动大距离的时段内降低准确度，由此降低计算时间。可以通过不同的方式定义准确度水平。一种方式是确定信号中的噪声水平，其中，低准确度水平允许高噪声水平，并且高准确度水平只允许较低的噪声水平。在高准确度模式中，能够定义低准确度模式中的噪声水平的10%到80%的相对阈值，例如，20%到50%的相对阈值，例如，30%至Ij 40%，例如，10%至Ij 20%，例如，20%到30%,例如，30%到40%，例如，40%到50%，例如，50%到60%，例如，60%至Ij 70%，例如，70%到80%或者任何其他适当值。在其他实施例中，能够根据用于由光学信号的谱确定参数的迭代的数量来定义准确度水平，如在下文的相关实施例中讨论的。
[0014]在任何流程期间，准确地知道针末端的位置是很重要的，但是可能无法获得相对于图像的正确引导。例如，就CT引导的活检而言，由于要考虑患者的辐射暴露，限制了所采集的图像的数量。如果由于缺乏精确信息而瞄准了不正确的组织，那么将存在发生错误诊断或者需要重复流程的风险，这涉及对患者的额外风险以及提高的成本。
[0015]一种相对于流程前图像跟踪针末端的位置的方法是将(一个或多个)标记放到所述针的处于患者体外的部分上并借助各种各样的传感器对所述标记进行实时跟踪；在给定针几何结构的估计的情况下，之后能够将计算出的针末端位置实时地映射至流程前图像。例如，能够使用两个或更多成像摄像机利用可视标记执行对针的光学跟踪。或者，电磁(EM)导航能够借助放置到针上的小型EM线圈标记被执行并由处于针外部的一组传感器进行跟足示O
[0016]尽管所述末端的位置和取向很重要，但是有关仪器前面的组织的实时信息对于操作所述仪器的人而言也重要。
[0017]有利地，所述引导系统还可以包括用于确定仪器的当前速度的仪器速度分析器，如果仪器的当前速度超过速度阈值，那么所述组织类型确定设备在第一模式中工作，如果仪器的当前速度低于速度阈值，那么所述组织类型确定设备在第二模式中工作。通过提供移动速度的自动检测，减轻了用户必须选择准确度水平的负担。例如，在由不希望在流程期间与系统进行交互的人操作所述仪器时，这一点能够是有用的。
[0018]有利地，所述速度阈值处于0.5mm/s到100mm/s的范围中，例如，lmm/s到20mm/s，例如，1.5mm/s 到 5mm/s,例如，2mm/s 到 3mm/s,例如，0.5mm/s 到 lmm/s,例如，1mm/s 到
1.5mm/s,例如，1.5mm/s 到 2mm/s,例如，2mm/s 到 3mm/s,例如，3mm/s 到 5mm/s,例如，5mm/s到 10mm/s，例如，10mm/s 到 15mm/s，例如，15mm/s 到 25mm/s，例如，25mm/s 到 50mm/s，例如，大约为lmm/s。操作人员可以在流程之前或者流程期间手动选择所述阈值。
[0019]有利地，所述引导系统还可以包括用于向组织类型确定设备提供组织类型确定模式信号的输入设备，所述组织类型确定模式信号指示组织类型确定设备以第一模式或第二模式工作。在用户希望完全控制所述系统的工作的情况下，提供输入设备使得用户能够随时手动设置准确度水平将是有利的。
[0020]如所提到的，所述医学成像设备包括X射线设备。这是提供容易采纳的图像的一种常用的医学成像设备，并且对这样的仪器进行操作的人将对这样的图像进行解读。
[0021]有利地，所述组织类型确定设备是光学控制台，所述光学控制台获得光谱并对所述光谱进行处理，以确定指示组织类型的所述一组参数。使用光学信号确定组织参数是一种无创的组织检查方法。在使用光学信号的情况下还避免了对组织的损害。
[0022]所述引导系统还可以包括用于向用户传达所述组织类型确定设备是以第一模式工作还是以第二模式工作的模式指示器。通过向用户提供有关应用哪一当前模式的信息，增加了用户的认知基础，并使其认识到所显示的信息具有给定质量或确定性。
[0023]在实施例中，所述引导系统可以包括被布置用于接收与指示组织类型的所述一组参数以及仪器的位置的序列相关的信号的处理器，所述处理器被布置用于建立所述显示图像。所述处理器可以是适于运行用于执行文中描述的过程的不同部分的计算和确定的方法的软件实施的数字处理器。
[0024]所述组织类型确定设备可以是光学控制台，并且所述引导系统可以被布置以从所述光学控制台获得漫反射谱和/或荧光谱测定谱和/或拉曼谱。应当将光广义解释为电磁辐射，其包括的波长间隔包括可见光、紫外线(UV)、近红外线(NIR)、红外线(IR)、X射线。应当将光学一词理解为与光相关。
[0025]应当将光谱理解为与光的多个波长相关的信息，例如，对于光的多个波长而言的给定强度参数、吸收参数、散射参数或透射参数。连续谱表示谱信息，但是还应当理解，与离散波长处的光相关的信息也可以表不光谱。
[0026]应当将谱仪理解为是本领域常用的。应当理解，谱仪包括用于选择波长的器件，例如，透射滤波器或光栅。或者，可以使用波长特异性的光源，例如，发光二极管或激光器，或者可以使用波长特异性的光探测器。谱过滤可以发生在系统中的不同位置，例如，其可以发生在第二光源和介入设备之间，其可以发生在介入设备中，或者其可以发生在介入设备和光探测器之间。
[0027]在实施例中，指示组织类型的所述一组参数的确定包括将数据拟合至数学模型，并且执行诸如PCA或偏最小二乘判别分析的多变量统计分析。多变量分析是本领域公知的，并且应当将其理解为包括主成分分析(PCA)和最小二乘判别分析。
[0028]本发明的第二方面涉及一种显示包括身体内的组织类型和仪器位置的图像的方法，所述方法包括以下步骤:每次在时间Ti处记录所述身体内部的图像的序列；确定所述身体内部的每幅图像中的仪器位置；确定在时间Tt处仪器的末端处的组织参数以及基于在接近Tt的时间Ti处的仪器位置来确定估计的仪器位置，其中，在第一工作模式中以第一计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，并且在第二工作模式中以第二计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，所述第二准确度高于所述第一准确度；以及在显示单元上显示作为身体内部的当前图像与时间Tt处的仪器的末端处的组织参数的表示的组合的图像。
[0029]通过记录身体内部的图像的系列或序列，可以将这些图像显示给用户，使得用户可以对身体内部的仪器位置进行视觉检查。这允许用户识别出仪器在身体内的位置。所述方法确定了每幅图像中仪器在身体内的位置。在时间Ti处记录这些图像。图像之间的间隔可以是恒定的或者具有变化。用户通常对显示最新的图像最感兴趣。使用所述方法确定了组织参数。这一确定所用的时间可能比图像之间的间隔长。由此，在显示最新的图像时，可能无法得到所述组织信息，因而所述方法在适当的位置中显示最为新近的可用组织信息。所述方法包括利用取决于工作模式的特定准确度来确定所述组织参数。与第二模式中相t匕，在第一模式中将在更短的时间内获得组织参数，虽然其准确度较低。在特定情况下，这一较低的准确度是可接受的。
[0030]根据第二方面的方法在操作第一方面中定义的系统中是有利的。所述方法提供了一种确保以适当的水平执行组织类型参数的确定，从而在相对快地移动仪器的时段中减少计算时间的方式。
[0031]所述方法可以包括，在使用第一计算准确度的情况下，用于确定组织参数的算法包括迭代的第一数量，并且在使用第二计算准确度时，用于确定组织参数的算法包括迭代的第二数量，其中，迭代的所述第一数量低于迭代的所述第二数量。
[0032]在实施例中，指示组织类型的所述一组参数的确定包括执行诸如PCA或偏最小二乘判别分析的多变量统计分析。
[0033]本发明的第三方面涉及一种在用于在身体内引导仪器的系统中使用的仪器，所述仪器包括光学探头，
[0034]用于引导仪器的所述系统包括:被配置用于形成身体内部的图像的医学成像设备；被配置为接收来自仪器的组织信号的组织类型确定设备，所述组织类型确定设备被配置为基于来自仪器的组织信号来确定指示组织类型的一组参数，所述组织类型确定设备能在两种模式中工作，即，使用第一准确度执行组织类型确定的第一模式和使用高于第一准确度的第二准确度执行组织类型确定的第二模式，所述引导系统被配置用于确定仪器的位置并存储位置的序列，所述引导系统被配置为建立将身体内部的图像与指示在仪器的所记录位置处显示的组织类型的所述一组参数相组合的显示图像；以及被配置用于显示所述显示图像的显示设备。所述仪器是有利的，因为其为用户提供了能探测到并且能在屏幕上看到的设备，同时向相关联系统提供了用于组织类型确定的信号，从而为用户提供了既关于仪器位置又关于组织参数的对于用户而言重要的信息。
[0035]根据第二方面的方法可以通过软件实施，并且可以用于控制根据第一方面的系统。可以将其表达为在数字处理器上运行的软件实施方法，所述软件实施方法包括显示包括身体内的组织类型和仪器位置的图像，所述软件实施方法包括以下步骤:每次在时间Ti处记录身体内部的图像的序列；确定身体内部的每幅图像中的仪器位置；确定在时间Tt处仪器的末端处的组织参数以及基于在接近Tt的时间Ti处的仪器位置来确定估计的仪器位置，其中，在第一工作模式中以第一计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，并且在第二工作模式中以第二计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，所述第二准确度高于所述第一准确度；在显示单元上显示作为身体内部的当前图像与时间Tt处的仪器的末端处的组织参数的表示的组合的图像。可以将所述软件提供到载体上，载体例如为⑶ROM、DVD、记忆棒、硬盘驱动器，或者所述软件可供从服务器等下载。
[0036]总之，可以通过在本发明范围之内可能的任何方式组合并耦合本发明的各方面。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将从下文所述实施例变得显而易见并将参考下文所述实施例得以阐述。

【专利附图】

【附图说明】
[0037]将参考附图，仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中:
[0038]图1示意性地示出了根据本发明的系统，
[0039]图2和图3示意性地示出了仪器正在接近组织边界的状态，
[0040]图4是根据本发明的方法的步骤的示意图，
[0041]图5和图6是用于组织的光学检查的系统的示意图。

【具体实施方式】
[0042]在图示了用于在身体14内引导仪器12的引导系统10的图1中对本发明的实施例给出了图示。引导系统10包括被配置用于形成身体14内部的图像的医学成像设备18。引导系统10包括被配置为接收来自仪器12的组织信号的组织类型确定设备16。组织类型确定设备16被配置为基于来自仪器12的组织信号来确定指示组织类型的一组参数。组织类型确定设备16能在两个模式中工作，即，使用第一准确度执行组织类型确定的第一模式和使用高于第一准确度的第二准确度执行组织类型确定的第二模式。引导系统10被配置用于确定仪器12的位置并存储位置的序列。引导系统10被配置用于建立将身体14内部的图像与指示在仪器的所记录位置处显示的组织类型的所述一组参数相组合的显示图像。引导系统10包括被配置用于显示所述显示图像的显示设备22。引导系统10包括适于或者被配置为执行图像处理步骤的图像处理设备20。
[0043]所述系统记录来自不同传感器和探测器的数据。之后，将这一数据用于两个目的，即，向用户的实时显示和以后的分析。对于实时显示而言，需要尽可能快地显示经处理地数据。在仪器12不发生快速移动时，有更多的处理数据的时间，并因此能够实现更高的准确度。这是可能的，因为使用仪器12的人正在缓慢地移动仪器或者尽可能地保持住仪器。
[0044]仪器12可以是手持的或者是由引导系统支撑的，或者可以是机械手等的部分或附接至机械手等。
[0045]仪器12包括向组织发送光学信号并接收返回信号的光学部件。将返回信号传输至组织类型确定设备16。
[0046]本发明提出了使用光学控制台作为组织类型确定设备，所述光学控制台对仪器12加以控制并对接收到的测量结果进行处理。所述光学控制台在至少两个不同的模式中工作:(1)以降低的准确度提供光学信号的谱分析的快速处理的快速但较不准确的模式，以及(2)速度慢但准确的处理模式。在仪器前进时，在光学控制台中采用第一工作模式，并在仪器基本上处于同一位置的更为稳定的阶段期间，在光学控制台中采用第二模式。
[0047]可以根据在成像设备20/18的图像中检测到的仪器12的移动来确定工作模式。如果移动速度超过特定阈值，那么选择第一工作模式，否则选择第二模式。或者，一直使光学控制台在第一模式(快速模式)中工作，除非提出了使之切换至第二模式的信号。其可以是由用户提供的信号。不同的用户可以具有不同的对自主性水平的偏好。
[0048]所述成像设备优选是能够记录身体14内部的图像的X射线设备。所述针跟踪设备能够例如为如 Racad1, J.M.、D.Babic 等人(2007)的 “Live3D Guidance in theIntervent1nal Rad1logy Suite”(Am.J.Roentgenol.189 (6):W357-364)中所述的。所述光学控制台和介入探头例如为如R.Nachab6等人的“Estimat1n of b1logicalchromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VISwavelength range to includelOOOto 1600nm” (B1medical Optics EXpress 18(2010),第1432页)中所述的。
[0049]在下文中讨论了两种不同的确定组织参数的方式。可以按照单独或者组合的方式使用所述方法。也可以联系本发明使用对组织进行光学检查的其他方法。
[0050]图5示出了一种装置的示意图，所述装置包括谱仪102和介入设备112，谱仪102包括光源104和光探测器106，其中，介入设备112具有一个或多个弓I导，例如，诸如光波导的光学元件，其能够将来自光源104的光引导至介入设备的远端，从而在介入设备的远端发射光，此外其还能够将光从介入设备的远端引导回光探测器106。所述光导能够使光进入相关联组织样本116，并且所述光导还能够使光从相关联组织样本射出，从而被收集并且被引至光探测器。因而所述装置使得能够获得表示相关联组织样本116的光谱的测量数据。光探测器106可以由处理器110控制，以采集测量数据。所述处理器可以访问数据库114。在具体实施例中，所述装置还被布置为访问数据库114，其中，所述数据库包括表示光谱的预定数据，例如，表示诸如胶原蛋白和/或弹性蛋白的生物分子的光谱，例如，不同生色团的多种光谱。其可以使得处理器能够更好地确定第一参数、失真参数和第二参数中的任何一个。
[0051]在不出具体实施例中，还有第二光源108。在这一实施例中，第一光源104是适于漫反射谱测定法(DRS)的灯，并且第二光源108是适于荧光谱测定法的激光器。在备选实施例中，可以只有单个光源，例如，单个灯，可以将所述单个灯与可切换滤波器组合使用，所述可切换滤波器作用在于限制所发射的频率的范围，并由此收窄带宽，并由此获得执行荧光谱测定法的适当带宽。
[0052]图6示出了介入设备112的实施例的透视图，该介入设备包括第一引导219、第二引导221、第三引导223和第四引导225。该图示出了处于第一引导的远端上的出口位置219和处于第二引导的远端上的入口位置221。类似地，还示出了处于第三引导的远端上的出口位置223和处于第四引导的远端上的入口位置225。该图不是按比例绘制的。可以将第一引导、第二引导、第三引导和第四引导理解为光导，例如，诸如光波导的光纤。此外，还指示了第一引导218上的出口位置219与第二引导220上的入口位置221之间的距离dl。还示出了第三引导222上的出口位置223与第四引导224上的入口位置225之间的距离d2。注意，在具体实施例中，可以对介入设备进行结构设计，从而针对漫反射谱测定法优化dl。在另一具体实施例中，可以对介入设备进行结构设计，从而针对荧光谱测定优化d2。
[0053]在具体的实施例中，提供了诸如介入设备112的光学探头，其是具有能够连接至诸如谱仪102的光学控制台的光纤218、220、222、224的针。所述光学控制台含有光源104，光源104使得光能够经由所述光纤之一被提供到所述光学探头的远端。散射光由另一纤维收集，并被朝向探测器106引导。所述光学控制台还含有激光源108，激光源108具有低于450nm的波长，以便在组织样本中诱发自发荧光。由处理器110使用专用算法对诸如第一和/或第二组测量数据的所获得的数据进行处理。例如，通过起着源的作用的至少一条纤维将光从远端末端耦出，并使波长在例如500nm-1600nm之间扫掠，或者使用宽带光源。通过在空间上与所述源相隔例如距离dl的至少一条其他纤维来测量对应的依赖于波长的反射，距离dl至少为0.5mm,例如,至少为Imm,例如,至少为2mm,例如,至少为5mm。“探测”纤维处测得的反射光的量是由所探查的结构(例如，组织样本)的吸收和散射特性确定的。能够由这一信号推断诸如血液、水、脂肪、胶原蛋白、胆汁、β胡萝卜素的生色团的浓度，还能够推断血液氧合以及散射参数。通过紧密靠近激励纤维的纤维来测量自发荧光，例如，该纤维处于与激励纤维的距离d2以内，距离d2小于5mm，例如，小于2mm，例如，小于1mm，例如，小于0.5mm,例如，小于0.25mm。针对散射和吸收对测得的自发荧光进行校正，从而获得估计的本征荧光。能够由此测量诸如NADH、FAD、胶原蛋白和弹性蛋白的荧光团的浓度。
[0054]在具体实施例中，所述装置包括具有嵌入遮光器的卤素宽带光源形式的光源104、具有四条引导的介入设备112以及能够分辨跨过一定波长跨度的光的光探测器106，所述波长跨度例如基本上处于波长谱的可见和红外区域中，例如，从400nm到1700nm。所述装置还可以包括排除波长低于465nm的光的滤波器，可以将该滤波器安装到光探测器106的前面，从而在漫反射谱测定期间排除光探测器处的二阶光。介入设备112具有连接至光源的第一引导和连接至光探测器106的第二引导。第一(发射)引导218上的出口位置219与第二(收集)引导220上的出口位置221之间的中心到中心间隔dl可以处于毫米范围中，例如，至少为Imm,例如,至少为2_，例如，2.48mm?所有的引导都可以是芯直径处于微米范围中的低OH纤维，例如，芯直径为200微米。有时又称为VIS-NIR纤维的含有低OH的纤维通常适合光谱的可见(VIS)和近红外(NIR)部分。
[0055]在备选实施例中，应用多个光探测器，例如，能够分辨不同波长区域中的光的两个光探测器，例如，不同波长区域中的光基本上分别处于波长谱的可见和红外区域中，例如，分别为从400nm到IlOOnm以及从800nm到1700nm。
[0056]在具体实施例中，使用漫反射谱测定法获得表示光谱的第一组测量数据，并使用荧光谱测定法获得表示光谱的第二组测量数据。能够设想其他光学方法，例如，荧光谱测定测量、采用多条光纤的漫射光学断层摄影、差分路径长度谱测定法或拉曼谱测定法。
[0057]所述光学控制台优选允许改变荧光激励波长。能够利用被切换或被复用(例如，频率调制)的多个源或者利用可调谐源实现这一目的。在不同的激励波长处测量不同的荧光发射谱将提供潜在与区分胶原蛋白和弹性蛋白(以及额外的不同类型的胶原蛋白)相关的信息。
[0058]也能够利用双光子荧光激励。相对于单光子激励而言，其可以具有更深的穿透深度的好处。利用双光子荧光测量探查的体积与针对红外中的漫反射测量探查的体积更加类似。
[0059]为了执行对仪器前面的组织的光学分析，必须执行三个步骤。在第一步骤中执行谱测定测量。将光，即光学信号发送至仪器的远端，在该处光与组织相互作用，并将再次抵达仪器的光导的光引导至谱仪。谱仪将所述信号变换为谱。所有的这些元件在快速测量方式中并且在针对准确的高信噪比水平的Is到2s中占用大约0.2s的时间量。在第二步骤中，将测得的谱转换为组织参数。这一步骤根据拟合的准确度能够从快速模式中的0.2s到准确模式中的Is至3s。在第三步骤中，将光学信息发送至成像设备20，在成像设备20中，所述数据被链接至仪器末端的位置，并被显示到图像中。
[0060]作为提取生理参数的替代，也能够在第一模式中执行特征提取。这意味着，并不通过物理模型对所述谱进行拟合，而是使算法基于特定波长处的或者若干离散波长带处的谱中的变化。
[0061]在优选实施例中，对“快速模式”中的光学分析进行优化，从而在仪器快速前进期间实现精细引导，提供有关选定组织参数的主要变化的反馈，为操作人员提供用于决策何时切换至“准确模式”中的固定测量的基础，参考图2。例如，在仪器(100)快速前进(110)期间，能够将在快速模式中获得的光谱转换成简单的二值信号(200)，例如:到达组织边界，是/否，从而允许将仪器朝向在X射线图像引导下不可见的组织边界(120)精细地引导。其可以包括肿瘤/正常组织的边界、消融/未消融组织的边界或者血管壁的边界。
[0062]一旦到达了组织边界，提供给操作人员的反馈就能够包括声学和/或光学信号(200)，其中，可以将光学信号链接到图像显示22。
[0063]在另一实施例中，在仪器位于固定位置时能够使用光学控制台的，即组织类型确定设备的不同工作模式，由此监测由于身体内的移动导致的仪器末端相对于目标位置的小的位移。例如，参考图3，在肺或心脏附近的经皮介入期间，由于呼吸或心搏导致的组织移动(310)能够使仪器(100A)相对于目标(300)发生位移，尤其是在目标尺寸小时，例如，在目标是只有几毫米大小的病灶时。
[0064]能够相应地选择组织类型确定设备的工作模式(“快速”或“准确”或其他模式)，以确保组织鉴别的期望准确度与目标处的移动速度之间的最佳平衡。例如，由光学分析获得的信号允许基于组织信息来验证仪器(100A)在目标处的位置。其使得医师能够在需要的情况下精细地调整位置(100B)。利用快速光学反馈精细调整仪器位置的可能性对于在身体内的受到运动影响的位置处实施活检能够尤为有用。
[0065]一种实现高准确度模式和低准确度模式的方式是使用非常短的测量时间，但是之后对最后的X次测量进行加权平均。所述加权将确保最新近的测量(在最接近当前仪器末端位置处执行的测量)比沿迹线的较远处实施的测量具有更高的比重。在使用这种方法的情况下，如果更慢地移动所述仪器就自动取得更高的准确度，外加获得测量结果的几乎连续的线。因而，高准确度按钮能够通过在更多的测量上求平均而改善结果。而且能够自动采取所述求平均。例如，在血液含量低的组织中，信噪比非常高，因而就不需要在富含血液的组织中所需的那么多的测量结果上求平均。
[0066]为了针对“较低准确度模式”和“高准确度模式”之间的切换做出决定，能够使用下述方法:
[0067]-来自成像模态的信息(例如，通过在图像中对所述仪器进行跟踪，能够确定插入速度，并且在其低于特定值时，使用第二模式等)
[0068]-医生的决策
[0069]-来自光谱的信息
[0070]此外，这一决策能够基于其他参数，例如，基于来自另一测量模态的信息，另一测量模态例如是电磁跟踪、基于例如光纤布拉格光栅的光学形状感测。FBG是一段较长的光纤，其反射特定的相对窄的波长范围中的光，并透射其他范围中的光。对特定的窄波长范围中的光的反射是通过按照特定间隔向纤芯折射率增加周期性变化而实现的，这建立了波长特异性的介质镜。在FBG的另一实施例中，所述变化可以沿纤维的整个长度推进。使用具有PercuNav的iU22xMATRIX超声系统是利用电磁跟踪的系统的例子。
[0071]此外，能够提供在仪器插入期间通过其对光纤进行引导的小型摄像机。所述摄像机能够经由纤维的移动来检测仪器移动，还能够在纤维上添加小的条纹，从而更易于移动检测。
[0072]另一实施例是所述仪器配备有加速度计。所述系统根据加速度的预定阈值从一个模式切换至另一模式。
[0073]此外，所述引导系统还能够包括用于确定仪器的当前速度的仪器速度分析器，如果仪器的当前速度超过速度阈值，那么所述组织类型确定设备在第一模式中工作，如果仪器的当前速度低于速度阈值，那么所述组织类型确定设备在第二模式中工作。其可以是从两幅或更多幅图像中提取仪器速度的图像处理设备。就速度阈值而言，当前在位置方面需要Imm到2mm的分辨率。在慢速模式中，或者在高准确度模式中，测量时间和分析用时大约I秒。那么能够将所述阈值选择为〈lmm/s，对于这种情况，能够使用精确模式。所述阈值能够根据用户设定的要求处于0.5mm/s到100mm/S的范围中。最有可能地，当前优选的阈值处于lmm/s到20mm/s的范围中。所述阈值可以是用户经由系统的输入设备设定的，由此允许使用所述系统的人根据个人偏好在更高的程度上控制所述系统的工作。
[0074]而且要考虑到，未来，计算机的速度将提高，并且探测器也将变得更加灵敏，使得在未来,慢速可能从现在的Is下降至0.5s。
[0075]图4示意性地示出了显示包括身体内的组织类型和仪器位置的图像的方法44的步骤。方法44包括每次在时间Ti处记录身体内部的图像的序列的步骤。方法44包括确定身体内部的每幅图像中的仪器位置的步骤。方法44包括确定在时间Tt处仪器的末端处的组织参数以及基于在接近Tt的时间Ti处的仪器位置来确定估计的仪器位置的步骤。方法44包括这样的步骤，其中，在第一工作模式中以第一计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，并且在第二工作模式中以第二计算准确度执行仪器的末端处的组织参数的确定，所述第二计算准确度高于所述第一计算准确度。方法44包括在显示单元上显示作为身体内部的当前图像与时间Tt处的仪器的末端处的组织参数的表示的组合的图像。
[0076]如已经提到过的，计算准确度的调整允许在移动期间更新组织参数，从而在任何给定时间处为用户提供最佳的可能信息。
[0077]尽管已在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但要将这种说明和描述视为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。通过研究附图、说明书以及权利要求书，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的各种变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且量词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中记载的若干项目的功能。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被储存/分布在合适的介质上，所述介质例如是与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学储存介质或固态介质，但计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或是其他有线或无线的远程通信系统。权利要求书中的任何附图标记均不得被解释为对范围的限制。
【权利要求】
1.一种用于在身体(14)内引导仪器(12、100、100A、100B、112)的引导系统(10)，所述引导系统(10)包括: 医学成像设备(18)，其被配置用于形成所述身体(14)内部的图像， 组织类型确定设备(16、102)，其被配置为接收来自仪器(12、100、100A、100B、112)的组织信号，所述组织类型确定设备(16、102)被配置为基于来自所述仪器(12、100、100A、.100BU12)的所述组织信号来确定指示组织类型的一组参数， 所述组织类型确定设备(16、102)能在两个模式中工作，即，使用第一准确度来执行组织类型确定的第一模式以及使用比所述第一准确度更高的第二准确度来执行组织类型确定的第二模式， 所述引导系统(10)被配置用于确定所述仪器(12、100、100A、100B、112)的位置并存储位置的序列， 所述引导系统(10)被配置用于建立将所述身体内部的所述图像与指示在所述仪器(12、100、100A、100B、112)的所记录位置处显示的组织类型的所述一组参数相组合的显示图像，以及 显示设备(22)，其被配置用于显示所述显示图像。
2.根据权利要求1所述的引导系统(10)，还包括: 仪器速度分析器，其用于确定所述仪器(12、100、100A、100B、112)的当前速度，如果所述仪器(12、100、100A、100B、112)的所述当前速度超过速度阈值，那么所述组织类型确定设备在所述第一模式中工作，如果所述仪器的所述当前速度低于速度阈值，那么所述组织类型确定设备在所述第二模式中工作。
3.根据权利要求2所述的引导系统(10)，其中，所述速度阈值处于0.5mm/s到20mm/s的范围中，例如，约为lmm/s。
4.根据权利要求1所述的引导系统(10)，还包括: 输入设备，其用于向所述组织类型确定设备提供组织类型确定模式信号，所述组织类型确定模式信号指示所述组织类型确定设备以所述第一模式或所述第二模式工作。
5.根据权利要求1所述的引导系统(10)，其中，所述医学成像设备(18)包括X射线设备。
6.根据权利要求1所述的引导系统(10)，其中，所述组织类型确定设备是光学控制台，所述光学控制台获得光谱并对所述光谱进行处理，以确定指示组织类型的所述一组参数。
7.根据权利要求1所述的引导系统(10)，还包括模式指示器(200)，所述模式指示器用于向用户传达所述组织类型确定设备(16、102)以所述第一模式工作还是以所述第二模式工作。
8.根据权利要求1所述的引导系统，其中，所述引导系统(10)包括处理器，所述处理器被布置用于接收与指示组织类型的所述一组参数以及所述仪器(12、100、100A、100B、112)的位置的所述序列相关的信号，所述处理器被布置用于建立所述显示图像。
9.根据权利要求1所述的引导系统(10)，其中，所述组织类型确定设备(16、102)是光学控制台，并且其中，所述引导系统(10)被布置以从所述光学控制台获得漫反射谱测定谱和/或荧光谱测定谱。
10.根据权利要求1所述的引导系统(10)，其中，指示组织类型的所述一组参数的所述确定包括: 执行诸如PCA或偏最小二乘判别分析的多变量统计分析。
11.一种用于显示包括身体内的组织类型和仪器位置的图像的方法，所述方法包括以下步骤: 每次在时间Ti处记录(46)所述身体内部的图像的序列， 确定(48)所述身体内部的每幅图像中的仪器(12、100、100A、100B、112)位置， 确定(50)在时间Tt处所述仪器的末端处的组织参数，并且基于在接近Tt的时间Ti处的仪器(12、100、100A、100B、112)位置来确定(50)估计(52)的仪器(12、100、100A、100B、.112)位置， 其中，在第一工作模式中以第一计算准确度执行所述仪器(12、100、100A、100B、112)的末端处的组织参数的所述确定(50)，并且在第二工作模式中以第二计算准确度执行所述仪器(12、100、100A、100B、112)的末端处的组织参数的所述确定，所述第二计算准确度高于所述第一计算准确度，以及 在显示单元(22)上显示(54)作为身体内部的当前图像与时间Tt处的所述仪器(12、.100、100A、100B、112)的所述末端处的组织参数的表示的组合的图像。
12.根据权利要求11所述的方法(44)，其中，在使用所述第一计算准确度时，用于确定组织参数的算法包括迭代的第一数量，并且在使用所述第二计算准确度时，用于确定组织参数的算法包括迭代的第二数量，其中，迭代的所述第一数量低于迭代的所述第二数量。
13.根据权利要求11所述的方法(44)，其中，指示组织类型的所述一组参数的所述确定包括: 执行诸如PCA或偏最小二乘判别分析的多变量统计分析。
14.一种仪器(12、100、100A、100B、112)，在用于在身体内引导所述仪器(12、100、.100A、100B、112)的系统(10)中使用， 所述仪器(12、100、100A、100B、112)包括光学探头， 用于引导所述仪器(12、100、100A、100B、112)的所述系统(10)包括: 医学成像设备，其被配置用于形成所述身体内部的图像， 组织类型确定设备(16、102)，其被配置为接收来自所述仪器(12、100、100A、100B、.112)的组织信号，所述组织类型确定设备被配置为基于来自所述仪器(12、100、100A、.100BU12)的所述组织信号来确定指示组织类型的一组参数， 所述组织类型确定设备能在两个模式中工作，即，使用第一准确度执行组织类型确定的第一模式和使用高于所述第一准确度的第二准确度执行组织类型确定的第二模式， 所述引导系统(10)被配置用于确定所述仪器(12、100、100A、100B、112)的位置并存储位置的序列， 所述引导系统(10)被配置用于建立将所述身体(14)内部的所述图像与指示在所述仪器(12、100、100A、100B、112)的所记录位置处显示的组织类型的所述一组参数相组合的显示图像，以及 显示设备(22)，其被配置用于显示所述显示图像。
15.一种用于在数字处理器上运行的软件实施方法(44)，所述软件实施方法(44)包括显示包括身体(14)内的组织类型和仪器(12、100、100A、100B、112)位置的图像，所述软件实施方法包括以下步骤: 每次在时间Ti处记录(46)所述身体(14)内部的图像的序列， 确定(48)所述身体(14)内部的每幅图像中的仪器(12、100、100A、100B、112)位置，确定(50)在时间Tt处所述仪器(12、100、100A、100B、112)的末端处的组织参数，并且基于在接近Tt的时间Ti处的仪器(12、100、100A、100B、112)位置来确定(50)估计(52)的仪器(12、100、100A、100B、112)位置， 其中，在第一工作模式中以第一计算准确度执行所述仪器(12、100、100A、100B、112)的末端处的组织参数的所述确定，并且在第二工作模式中以第二计算准确度执行所述仪器(12、100、100A、100B、112)的末端处的组织参数的所述确定，所述第二计算准确度高于所述第一计算准确度，以及 在显示单元(22)上显示(54)作为身体内部的当前图像与时间Tt处的所述仪器(12、.100、100A、100B、112)的所述末端处的组织参数的表示的组合的图像。
【文档编号】A61B5/00GK104244861SQ201380016077
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月11日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】B·H·W·亨德里克斯, C·赖克, R·纳沙贝, J·J·L·霍里克斯, A·T·M·H·范基尔索普, R·J·F·霍曼, N·J·努尔德霍尔克, M·米勒, J·克勒韦尔, M·范德沃尔特 申请人:皇家飞利浦有限公司