用于对生理特征的参考的分布式感测设备的制作方法
【专利摘要】一种分布式传感器和一种用于识别内部解剖标志(R)的方法，所述方法包括将分布式感测设备(212)插入(502)到身体的体积中并将所述分布式感测设备的长度的一部分延伸(504)到感兴趣区域以外。使用沿着所述分布式感测设备(212)的所述长度被定位的传感器(202)来测量(506)参数，并且基于相邻传感器之间的参数值差异来确定(510)转变区。使用所述转变区来指定(512)解剖标志的位置。
【专利说明】用于对生理特征的参考的分布式感测设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及医学设备，并且更具体地涉及医学应用中用于定位物理参考特征的形状感测光纤，能够根据所述物理参考特征来进行其他测量。
【背景技术】
[0002]在微创治疗中，需要图像引导来将诸如导管、针的介入工具和部署设备导航至身体中的正确位置并确保治疗被应用到正确的组织区域。设备能够使用诸如X射线、磁共振(MR)和超声(无源模式)的成像模态来可视化。另一方面，设备能够利用具体传感器来功能化，使得其能够被跟踪(有源模式)。
[0003]当前的定位技术确定设备在3D空间中相对于参考(例如，贴片)的位置，该参考通常在身体外部。然而，对于处置流程，操作员将更想要关于设备相对于真实解剖结构的位置的信息，该真实解剖结构可以是移动的。
[0004]监测这些设备在身体内部的位置的外部跟踪机构能够被用作在介入流程期间引导导航的辅助手段。存在许多追踪技术，并且每个具有其自身的优点和缺点。例如，电磁跟踪系统能够在设备的尖端被嵌入身体内部时定位设备的尖端。然而，金属在医学环境中可以干扰电磁场并降低测量的准确度。另一范例可以包括基于阻抗的跟踪系统，基于阻抗的跟踪系统通过测量跨身体组织的电势来定位身体内部的设备。身体中很大程度的组织异质性对该方法的准确度带来挑战。
[0005]基于超声的跟踪系统使用脉冲超声来对设备的位置进行三角测量。该系统要求没有声阻抗或材料密度的突然变化的流体环境使得关于声音和声波传播的速度的假设是准确的。例如在肺中，组织/空气边界可以带来问题。类似地，骨/组织边界也是有问题的。光学跟踪系统依赖于所跟踪的设备的视线，这极大地限制了该技术对部分在身体外部的刚性器械的可应用性。在常规跟踪系统中，通常仅跟踪接近导管的尖端的单个点或少量点。
[0006]解剖结构能够使用成像系统来可视化(成像)。或者，解剖结构能够通过使用被提供有跟踪传感器并沿着解剖结构移动的导管来重建(重建)。对3D解剖结构进行成像可以包括采用从预先记录的图像(例如，计算机断层摄影(CT)、MR等)或在造影剂注射之后的旋转血管造影获得的靶向解剖结构的3D解剖信息。或者，3D超声(例如，TEE (经食管超声)、ICE(心内超声)等)能够被用来可视化3D解剖结构。可以采用使用跟踪设备对3D结构的重建。在心脏电生理学流程中，跟踪技术常常被用于电解剖标测以重建心脏并且尤其是左心房的3D解剖结构以用于对心房纤颤的处置。存在若干标测技术并且其有助于确定导管相对于组织解剖结构的位置。(电解剖)标测系统仅示出间接表示而非真实解剖结构。这样的系统的准确度仅限于?1_2_。
【发明内容】
[0007]根据本原理，一种用于识别内部解剖标志的方法包括将分布式感测设备插入到身体的体积中并将所述分布式感测设备的长度的一部分延伸到感兴趣区域以外。使用沿着所述分布式感测设备的所述长度被定位的传感器来测量参数，并且基于相邻传感器之间的参数值差异来确定转变区。使用所述转变区来指定解剖标志的位置。
[0008]根据本原理，另一种用于识别内部解剖标志的方法包括:将分布式光纤感测设备插入到身体的体积中；将所述分布式感测设备的长度的至少一部分延伸到感兴趣区域以外使得所述分布式感测设备的所述长度包括在感兴趣点的不同侧上的传感器；使用沿着所述分布式感测设备的所述长度被定位的所述传感器来测量来自周围组织的一个或多个参数；确定在所述传感器之间出现梯度点的转变区以将所述梯度点与沿着所述长度的所述传感器的一个或多个位置相关联；并且将解剖标志的位置指定给离所述梯度点最近的传感器。
[0009]一种用于识别内部解剖标志的系统包括处理器以及被耦合到所述处理器的存储器。分布式感测设备能插入到身体的体积中并且包括分布在所述感测设备的长度上的多个传感器。感测与解读模块被存储在所述存储器中并且被配置为测量从在所述分布式感测设备的长度上的所述传感器收集的分布式感测数据使得当所述分布式感测设备被部署在所述身体中时，在一个或多个测得的参数上确定所述分布式感测数据中的梯度以将解剖标志识别为所述分布式感测数据的参考位置。
[0010]本公开的这些和其他目的、特征和优点将从结合附图阅读的对本公开的说明性实施例的以下详细描述中变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]本公开将参考以下附图详细地呈现对优选实施例的以下描述，其中:
[0012]图1是示出根据一个实施例的用于被采用以确定内部解剖标志的分布式感测的系统的框图/流程图；
[0013]图2A是示出根据一个说明性实施例的被设置在心脏的心房之间的分布式感测设备以及对应的氧饱和度的示意图；
[0014]图2B是示出根据一个说明性实施例的被设置在心脏的心房之间的分布式感测设备以及对应的压力的示意图；
[0015]图3示出描绘根据说明性实施例的用于分布式感测设备的不同传感器配置的图；
[0016]图4是描绘根据说明性实施例的示出血红蛋白与氧合血红蛋白之间的谱差异的吸收谱的图；
[0017]图5是示出根据一个说明性实施例的具有被定义为提供动态参考的两个参考点的分布式感测设备的示意图；
[0018]图6是示出根据一个说明性实施例的具有界限的分布式感测设备的图，所述界限用于绘制在图像中可见的设备；并且
[0019]图7是示出根据另一实施例的用于被采用以确定内部解剖标志的分布式感测的方法的框图/流程图。
【具体实施方式】
[0020]根据本原理，提供采用光纤形状感测与定位(FOSSL)技术来定位和跟踪内部解剖特征的系统与方法。FOSSL技术或光纤形状感测使光纤对应变和温度敏感。能够间接测量诸如流量、炎症、组织压力/肿胀、组织接触等的替代变量(例如在流量的情况下，使用指示剂稀释的温度梯度)。所述纤维当被嵌入脉管中时能够提供脉管系统的3D形状和动态以及流量信息以帮助检测身体内的解剖特征。
[0021]在一个实施例中，使用被插入到脉管或器官(例如，心脏的腔室)的腔内设置的形状感测光纤设备来执行流程。提供对(如从形状感测纤维获得的)所述脉管或所述器官的形状和流量信息的三维(3D)重建，这允许用于定位参考特征或解剖标志的计算。能够在形状感测坐标系与所述参考特征之间进行配准。解剖标志能够通过采用生理参数的转变来检测。生理参数可以包括，例如氧饱和度、CO2饱和度、压力、温度、pH、流率等。这些参数可以包括表明梯度的值，所述梯度优选为解剖标志(例如，经中隔、冠状动脉口、瓣平面等)上或患病区域(例如，动脉瘤、狭窄、肿瘤边缘等)处的陡峭梯度。
[0022]本实施例采用沿着细长设备的空间分布式感测来评估解剖标志的精确位置使得能够确定所述设备相对于真实解剖结构的位置。能够被测量的生理参数包括氧饱和度、CO2浓度、pH、压力、流量以及温度。例如，能够利用光纤传感器来测量血氧并且能够基于氧饱和度的经中隔差异来确定房中隔的精确位置。
[0023]当前的定位技术使用外部参考来确定设备在3D空间中的3D坐标，这限制了所述位置相对于靶向解剖结构的准确度。为了改进准确度，获知设备在内部相对于靶向解剖结构的精确位置将是有利的。通过利用基于分布式感测的设备来确定诸如中隔的解剖标志的位置，能够指定动态参考点(例如，解剖标志)。该参考能够被用来将(预先记录的)解剖结构数据与设备跟踪对齐并提高定位和标测的准确度并且将尤其对诸如心脏的移动结构有益。
[0024]应当理解，将根据用于执行治疗并且尤其是微创治疗或其他流程的医学设备来描述本发明；然而，本发明的教导更广泛得多，并且本发明可应用于任何内部流程。在一些实施例中，本原理被采用以跟踪或分析复杂的生物或机械系统。具体而言，本原理可应用于生物系统的内部跟踪流程，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管等的身体的所有区域中的流程。附图中描绘的元件可以在硬件与软件的各种组合中被实施，并且提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。
[0025]能够通过使用专用硬件以及能够运行与合适的软件相关联的软件的硬件来提供附图中示出的各种元件的功能。在由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器、或由多个单独的处理器(它们中的一些能够被共享)来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为唯一地指代能够运行软件的硬件，并且能够暗含地包括而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。
[0026]此外，本文记载本发明的原理、方面和实施例以及其具体范例的所有陈述，旨在涵盖其结构及功能的等价物。额外地，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及未来发展的等价物(即，无论其结构执行相同功能的所发展的任何元件)。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文呈现的框图表示实现本发明的原理的说明性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，将认识到，任何流程表、流程图等表示基本上可以被表示在计算机可读存储介质中并因此可以由计算机或处理器来运行的各种过程，而无论这样的计算机或处理器是否被明确不出。
[0027]此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从计算机可用或计算机可读存储介质存取，所述计算机可用或计算机可读存储介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或者与计算机或任何指令运行系统结合来使用的程序代码。出于该描述目的，计算机可用或计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通信、传播或运输用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备结合来使用的程序的任何装置。所述介质能够是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统(或者装置或设备)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、可移除计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(⑶-ROM)、压缩盘-读/写(⑶-R/W)、Blu-Ray?以及 DVD。
[0028]现在参考附图，其中类似的附图标记表示相同或相似的元件，并且首先参考图1，根据一个实施例说明性地示出用于使用形状感测使能设备来监测诸如血管的管腔的系统100。系统100可以包括工作站或控制台112，从工作站或控制台112监督和/或管理流程。工作站112优选包括一个或多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储感测与解读模块115，感测与解读模块115被配置为解读来自分布式感测设备或系统104的反馈信号，优选为光学信号。分布式感测设备104可以包括光纤形状感测与定位，所述光纤形状感测与定位测量设备104的整体尺寸与形状，从而得到例如导管、弓丨导线或采用光纤形状感测设备的其他设备的真实3维曲线。
[0029]光学感测模块115被配置为使用光学信号反馈(以及任何其他反馈，例如电磁(EM)跟踪)来重建与医学设备或器械102和/或其周围区相关联的变形、偏转和其他变化。感测模块115可以包括用于评价形状感测数据以提供感测设备或系统104的几何关系和状态的模型和统计方法。医学设备102可以包括导管、引导线、探头、内窥镜、机械手、电极、过滤设备、气囊设备或其他医学部件等。
[0030]设备102上的感测设备104可以包括以一组模式或多组模式被耦合到设备102的一个或多个光纤126。感测设备104与光学询问器108相连接，光学询问器108提供选择的信号并接收光学响应。所述光纤使用光学询问系统108来接收并反射光学信号，光学询问系统108包括或被I禹合到光源106。光源106可以被提供为询问器108的一部分或者被提供为用于向感测设备104提供光信号的独立单元。光纤126通过线缆127连接到工作站112。线缆127根据需要可以包括光纤、电气连接、其他仪器等。
[0031]具有光纤的感测系统104可以是基于光纤布拉格光栅传感器的。光纤布拉格光栅(FBG)是光纤中反射特定波长的光并透射所有其他波长的光的短节段。这通过增加纤芯中的折射率的周期性变化来实现，所述周期性变化生成波长特异性介质镜。纤维布拉格光栅因此能够被用作内置(inline)滤光器以阻挡特定波长或者被用作波长特异性反射器。
[0032]光纤布拉格光栅的操作背后的基本原理是在折射率发生变化的界面的每个处的菲涅尔反射。对于一些波长，各个周期的反射光同相使得存在用于反射的相长干涉并且因此存在用于透射的相消干涉。布拉格波长对应变以及温度敏感。这意味着布拉格光栅能够被用作光纤传感器中的感测元件。在FBG传感器中，被测变量(例如，应变)引起布拉格波长的变化。
[0033]该技术的一个优点在于，各个传感器元件能够被分布在纤维的长度上。将三个或更多个芯与沿着被嵌入结构中的纤维的长度的各个传感器(量规)合并允许精确地确定这样的机构的三维形式，通常具有优于1_的准确度。沿着纤维的长度，在各个位置处，能够定位大量FBG传感器(例如，3个或更多个纤维感测芯)。根据每个FBG的应变测量结果，能够推出在该位置处的结构的曲率。根据大量测得的位置，确定总体三维形式。
[0034]作为对光纤布拉格光栅的备选，能够利用常规光纤中固有的反向散射。一个这样的方法是使用标准单模通信纤维中的瑞利散射。瑞利散射由于纤芯中折射率的随机波动而发生。这些随机波动能够被建模为具有沿着光栅长度随机变化的幅值和相位的布拉格光栅。通过在多芯纤维的单个长度内穿行的三个或更多个芯中使用该效应，能够追踪感兴趣表面的3D形状和动态。
[0035]设备102可以被插入到体积131中，体积131例如为诸如血管的管腔或诸如心脏的器官。光学感测系统104被采用作为跟踪系统使得以分布式方式采用节点(例如，FBG传感器)以在解剖结构的给定距离上监测参数。以这种方式，分布式传感器能够检测根据距离的参数的差异。采用利用分布式传感器的跟踪来寻找真实解剖参考133。该参考133通过评估在形状感测设备104的远端部分处的一个或多个生理参数(例如，压力、血氧、温度等)的梯度的位置来指定，并且参考133能够随着解剖结构的移动而移动。
[0036]成像系统110可以被采用于在流程期间对对象或体积131的原位成像。成像系统110可以包括荧光透视系统、计算机断层摄影(CT)系统、超声系统等。成像系统110可以与设备102(例如，血管内超声(IVUS)等)合并或者可以在外部被采用于体积131。成像系统110也可以被采用于收集并处理术前图像以标测出对象中的感兴趣区以创建用于与形状感测空间配准的图像体积。应当理解，来自成像设备110的数据可以是有用的，但是对于执行根据本原理的标测而言并非必须的。成像设备110可以提供关于在身体内存在空腔或其他感兴趣区的地方的参考位置，但是可以不提供期望的所有信息，或者提供对空间的数字化再现，或者能够解析空间的所有内部特征。
[0037]参考图2A和图2B，说明性地描绘就氧饱和度(图2A)和压力曲线(图2B)而言的右心房220与左心房222之间的经中隔差异。分布式感测设备212可以包括具有光纤感测系统的导管等，但是也可以采用其他医学设备和感测系统。分布式感测设备212具有沿着其长度分布的多个传感器202。在该范例中，心脏200被示出具有描绘的左心房222和右心房220。氧饱和度和血压在两个心房220与222之间存在房中隔差异，并且所述房中隔差异提供其间的至少氧饱和度和血压的陡峭梯度。其他参数也可以被采用于确定梯度差异跨度和解剖标志。例如，在图2A中，右心房220可以具有在约65%至约80%之间的氧饱和度并且在这个情况下在框205中被示出为约70%。而左心房222可以具有在约97%至约100%之间的氧饱和度并且在这个情况下在框207中被示出为约100%。在图2B中，在心房220与222之间出现跨中隔(经中隔)的显著压力差异，在说明性绘图224与226中示出。使用这些数据，能够基于与解剖结构相关的生理参数的陡峭转变来确定解剖标志(例如，中隔)的精确位置。该位置之后能够被用作动态参考点，所述动态参考点能够与(预先记录的)解剖数据相联系并且使得能够进行准确的定位和标测，如以下将更详细地描述的。
[0038]再次参考图1，感测设备104收集与体积(例如，血管或器官)131中的位置相关的数据。这可以包括对由于血液流动的运动和由于血液流动的温度波动等的监测。能够在一段时间内监测和/或累积跨边界或其他物理特征产生的变化或波动来建立解剖参考133。感测模块115中的统计方法可以间接地计算血管或器官131中的梯度。感测设备104具有其自身的坐标系138，坐标系138能够被配准到解剖结构的术前或实时图像的坐标系152。这些坐标系138和152能够被配准使得来自感测设备104的数据反馈能够限定解剖特征或标志133。
[0039]在一个范例中，可以采用由配准模块136或结合配准模块136执行的配准方法来将来自设备104的感测纤维126的信息配准到术前或实时图像142上。在这个情况下，将纤维坐标系138配准到图像的坐标系152。也预见对其他图像的配准。
[0040]在流程期间，装备有感测设备104的设备102被插入到患者中的解剖标志133处或附近，例如被插入诸如血管的管腔或诸如心脏的器官中。以分布式方式在感测设备104的长度上收集位置和参数数据。优选地以具有传感器节点的方式来设置感测设备104，所述传感器节点跨过边界，在所述边界处存在并且能够测量测得参数的梯度。使用感测设备104来记录动态变化。可以使用温度差异、血管运动、血管硬度、氧或二氧化碳饱和度、压力差异等来间接测量动态变化。
[0041]工作站112包括用于观察体积131 (患者)的内部图像(例如，实时图像或术前图像)的显示器118。显示器118可以允许用户与工作站112及其部件和功能或系统100内的任何其他元件进行交互。通过接口 120进一步方便所述交互，接口 120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉设备或任何其他外围设备或控制设备，以允许用户得到来自工作站112的反馈以及与工作站112进行交互。系统100也可以包括其他设备和工具或者可以与其他设备和工具一起被采用。
[0042]参考图3，根据本原理描绘示出用于部署分布式感测设备212的三个说明性范例的图，分布式感测设备212可以包括装备有光纤感测系统的导管。设备212可以包括具有沿着其长度分布的多个传感器202的光纤感测设备。将根据心脏的中隔204来描述用于在沿着设备212的不同部位处感测生理量度以确定解剖标志的三个不同范例。所述三个范例包括实例A，实例A具有被连接到用于读出的单个检测器208的多个传感器202。实例A需要采用多路复用，因为采用单个线路来承载来自传感器202的信号。注意，传感器202跨过中隔204被定位的边界使得传感器202被定位在边界的两侧上。
[0043]在实例B中，每个传感器202分别被连接到单独的检测器208。传感器202同样跨过中隔204被定位的边界使得传感器202被定位在边界的两侧上。在实例C中，一个传感器202被连接到一个检测器208，并且通过跨边界移动传感器202，能够通过取得一段时间内的读数来确定解剖标志(中隔204)的位置。
[0044]在实例A、B和C中，传感器202沿着细长设备212测量参数或感测生理量度以评估解剖标志204的精确位置使得能够确定设备212相对于真实解剖结构的位置。能够被测量的生理参数可以包括，例如氧饱和度、CO2浓度、pH、压力、流量、温度等。
[0045]在优选实施例中，分布式感测采用设备212中的光学形状感测，并且采用分布式光纤传感器202 (例如，FBG)。作为另一个范例，能够通过在沿着被集成在设备212中的纤维的许多点(例如，传感器位置)上应用漫反射谱测定来执行对血氧的分布式检测。例如，能够通过局部地使光透射通过纤维周围的包层或者通过采用使用不同波长的干涉测量方法在单个纤维中实施分布式感测(实例A)。在这种情况下，光从纤维发出并且被周围组织反射。(由(一个或多个)检测器208)检测由于反射光或吸收光(例如，吸收谱)而引起的变化以确定参数差异。例如，对血氧的光学检测基于以下事实，即血红蛋白(Hb)的吸收曲线在氧结合后发生变化。在将转变检测为绝对值或者使用生理参数沿着设备212的动态来检测转变后，能够评估解剖标志(中隔204)的精确位置。
[0046]参考图4，Hb和HbO2的说明性吸收谱示出吸收距离(μ A，单位为mm O对波长(nm)的明显差异。尤其在约700nm处出现显著差异。这使得生理与解剖边界能够被区分并因此由于梯度或差异被定位。
[0047]再次参考图2A和图2B，继续以房中隔204举例，可以通过在导管212的远端部分处的离散数量的传感器202处测量氧饱和度(图2A)或压力梯度(图2B)来确定房中隔204的精确位置。由被放置在右心房220中的传感器202测量的值与被放置在左心房222中的传感器202测量的值有很大不同(例如，饱和度在右心房220中为?70%而在左心房222中为?100% )。能够通过评估在装备有分布式感测系统的导管212上，针对血氧的测得的值示出陡峭转变的位置来确定房中隔204的精确位置。设备上的该具体位置之后被指定为参考R。
[0048]在图2B中，右心房220中的压力差异与在左心房222中测得的值有很大不同，如分别在框224和226中所描绘的。能够通过评估在装备有分布式感测系统的导管212上，针对压力的测得的值示出陡峭转变或差异的位置来确定房中隔204的精确位置。设备上的该具体位置之后被指定为参考R或者可以被采用以进一步证实在不同时间或使用不同测试测得的参考R的结果。
[0049]在远端部分具有分布式传感器202的导管212被采用以测量生理参数(氧饱和度/压力)以用于对房中隔的位置(参考R)的评估。使用分布式感测，参考R的位置非常接近左心房222，与将被常规系统采用的身体外部的参考点不同。内部参考点R提供离感兴趣点更近更真实的参考点。一旦确定了参考R，则可以确定设备212的其他点。例如，导管212的远端尖端230到参考R的距离可以被确定并且可以被采用以相对于参考R标测出设备212设置于其中的区域。
[0050]基于分布式感测来确定参考点R具有若干优点并且可以包括以下中的至少一个。参考R是相对于感兴趣的解剖结构(例如，左心房)而被确定的，并且因此比外部参考更准确。参考点R的位置能够实时地被更新并且因此对解剖结构的移动(例如，心脏跳动)或患者移动不敏感。如通过分布式感测测得的参考点R能够被用来突出显示在成像模态上不可见或难以看见的解剖/功能标志的位置，例如，当导管212在左心房中时难以利用X射线成像看到房中隔。在针对心脏消融流程的一个范例中，要将经中隔针放置为与第二中隔孔(中隔)接触以用于穿刺。在对第二中隔孔的穿刺之后，消融导管被引导通过穿刺开口并被靶向左心房中的肺静脉。房中隔(第二中隔孔)的位置通常在X射线上不可见。然而，根据本原理，能够使用分布式感测在图像中限定位置并指示位置，来在图像上可视化房中隔的位置。
[0051]参考点R能够被用来改进与预先记录的3D解剖数据的重叠图像配准，例如能够利用如通过引导线上的分布式感测测得的参考点R来进行来自预先记录的3D数据的冠状动脉的口或孔之间的对齐(即，将预先记录的3D信息与实时设备位置信息相联系)。如果基于解剖标志已知光学形状感测(OSS)设备的至少两个位置，则动态参考点能够被用作对分布式感测设备的3D重建的输入。例如，图6示出动态参考的范例。
[0052]参考图5，光学形状感测(OSS)设备302被插入到患者的身体304中并且在该范例中被插入到心脏306中。设备302跨左心房310与右心房312之间的中隔308。如所描述的，在中隔308处确定参考Rl以提供第一参考点。设备302在到身体304中的进入点314 (例如腹股沟)的位置能够被确定为R2。能够通过测量从身体304外部到身体304内部的温度降来确定R2。因为已知设备302上的两个点Rl和R2并且已知设备302的形状，所以能够重建设备302的精确3D取向。
[0053]参考图6，根据本原理示出另一分布式感测设备400的说明性实施例。同样，确定内部参考点的范例将采用左心房(LA)与右心房(RA)之间的房中隔402。也可以通过采用界限404在荧光透视图像中观察如由分布式感测设备400检测的房中隔402的位置。沿着设备400的界限404可以包括不透射线材料，例如金属或着墨的造影染料。界限404优选地在传感器406之间被隔开。在一个实施例中，界限404包括围绕设备400形成的金属环并且能够被可视化在X射线图像上。
[0054]在图6的范例中，传感器406被标记a-z，并且界限或环404被标记l_n。中隔402落在传感器b与c之间的3号环上。传感器a和b测量在一个水平上的氧饱和度，而剩余的传感器c-z测量提供显著转变(中隔位置)的第二水平。因为金属环(界限404)是不透射线的，所以所述环能够在X射线图像中被看到并且视觉指示解剖标志位置并且能够被采用以与其他成像模态(例如，术前图像)的图像配准。标志410可以被放置在X射线图像中的中隔位置上。代替描述的界限或者除了描述的界限之外，其他界限404也可以被采用。界限404可以包括不同形状、位置、材料等。例如，在磁共振成像(MRI)中，除了金属环以外的界限404能够被用于可视化解剖标志在MR图像上的位置，例如线圈可以被采用。
[0055]除了对诸如中隔、冠状动脉口、瓣平面的解剖标志的评估之外，还可以通过分布式感测来评估功能标志。所述功能标志可以包括，例如动脉瘤、狭窄、肿瘤边缘等。用于利用分布式感测来确定解剖/功能标志的潜在应用可以包括，例如确定标志的大体位置、图像与感测数据配准、可视化难以看到或不可见的标志、(例如，用于支架部署、肿瘤消融等的)靶向治疗递送以及其他应用。
[0056]参考图7，根据说明性实施例示出用于识别内部解剖标志的方法。在框502中，将分布式感测设备插入到身体的体积中。所述分布式感测设备可以包括光纤形状感测设备，并且其传感器可以包括沿着光纤形状感测设备的长度设置的光纤传感器。所述体积可以包括循环系统的管腔或器官中的至少一个，但是也可以采用其他解剖特征。
[0057]在框504中，将分布式感测设备的长度的至少一部分延伸到感兴趣区域以外(可疑边界或标志)。在框506中，使用沿着分布式感测设备的长度被定位的传感器来测量一个或多个参数。所述参数可以包括测量氧饱和度、压力、流量、pH、二氧化碳饱和度、温度等中的一个或多个。在框508中，测量一个或多个参数可以包括测量光纤形状感测设备的周围组织的光吸收/反射谱。
[0058]在框510中，基于相邻传感器之间的至少一个参数值差异(例如，基于梯度或明确/突然变化)来确定转变区。在框511中，可以使用在转变区处指定的解剖标志的位置和至少一个其他参考点来动态参考分布式感测设备的位置。
[0059]在框512中，使用转变区来指定解剖标志的位置。所述解剖标志可以包括房中隔、冠状动脉口、瓣平面或其他解剖特征。所述解剖标志可以包括功能标志，例如动脉瘤、狭窄、肿瘤边缘等。在框514中，分布式感测设备可以包括在图像中可见的界限。可以使用界限在图像中指定解剖标志的位置。所述图像可以包括实时图像或术前图像。在框518中，可以基于离转变区最近的传感器的位置来指定解剖标志的位置。在框520中，可以采用解剖标志的位置来将解剖标志与图像进行配准。在框522中，当需要时继续流程。
[0060]在解读权利要求书时，应当理解:
[0061]a)词语“包括”不排除除了在给定的权利要求中列出的元件或动作以外的其他元件或动作的存在；
[0062]b)元件前面的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在；
[0063]c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；
[0064]d)若干“单元”可以由相同项或者硬件或软件实施的结构或功能来表示；并且
[0065]e)除非明确地指出，否则并不旨在要求动作的具体顺序。
[0066]已经描述了针对使用分布式感测对生理特征的参考的优选实施例(其旨在为说明性的而非限制性的)，应当指出，本领域技术人员能够鉴于以上教导而作出修改和变型。因此应当理解，可以在所公开的本公开的特定实施例中做出变化，所述变化在如权利要求书所概括的本文所公开的实施例的范围内。因而已经描述了专利法所要求的细节和特性，由专利证书所主张并期望保护的内容在权利要求书中得以阐述。
【权利要求】
1.一种用于识别内部解剖标志的系统，包括: 处理器(114)； 存储器(116)，其被耦合到所述处理器； 分布式感测设备(104)，其能插入身体的体积中并且包括在所述感测设备的长度上分布的多个传感器；以及 感测与解读模块(115)，其被存储在所述存储器中并且被配置为测量从在所述分布式感测设备的长度上的所述传感器收集的分布式感测数据使得当所述分布式感测设备被部署在所述身体中时，通过一个或多个测得的参数来确定所述分布式感测数据中的梯度以将解剖标志识别为针对所述分布式感测数据的参考位置。
2.如权利要求1中所述的系统，其中，所述体积(131)包括循环系统的管腔或器官中的至少一个。
3.如权利要求2中所述的系统，其中，所述一个或多个参数包括氧饱和度、压力、流量、二氧化碳饱和度以及温度中的一个或多个。
4.如权利要求1中所述的系统，其中，所述解剖标志(133)包括房中隔、冠状动脉口和瓣平面中的一个。
5.如权利要求1中所述的系统，其中，所述解剖标志(133)包括功能标志。
6.如权利要求5中所述的系统，其中，所述功能标志(133)包括动脉瘤、狭窄和肿瘤边缘中的一个。
7.如权利要求1中所述的系统，其中，所述一个或多个参数包括分布式形状感测设备的周围组织的光谱。
8.如权利要求1中所述的系统，其中，所述分布式感测设备(104)包括在图像中可见的界限(404)。
9.如权利要求1中所述的系统，其中，分布式形状感测设备(104)包括分布式光纤形状感测设备。
10.一种用于识别内部解剖标志的方法，包括: 将分布式感测设备插入(502)到身体的体积中； 将所述分布式感测设备的长度的至少一部分延伸(504)到感兴趣区域以外； 使用沿着所述分布式感测设备的所述长度被定位的传感器来测量(506) —个或多个参数； 基于相邻传感器之间的至少一个参数值差异来确定(510)转变区；并且 使用所述转变区来指定(512)解剖标志的位置。
11.如权利要求10中所述的方法，其中，所述体积包括循环系统的管腔或器官中的至少一个，并且其中，测量(506) —个或多个参数包括测量氧饱和度、压力、流量、二氧化碳饱和度以及温度中的一个或多个。
12.如权利要求10中所述的方法，其中，所述解剖标志包括房中隔、冠状动脉口和瓣平面中的一个，其中，所述解剖标志包括功能标志，并且其中，所述功能标志包括动脉瘤、狭窄和肿瘤边缘中的一个。
13.如权利要求10中所述的方法，其中，所述分布式感测设备包括光纤形状感测设备并且所述传感器包括沿着所述光纤形状感测设备的所述长度设置的光纤传感器，其中，测量一个或多个参数包括测量(508)所述光纤形状感测设备的周围组织的光谱，并且其中，所述分布式感测设备包括在图像中可见的界限，并且指定解剖标志的位置的所述步骤包括使用界限在所述图像中指定(514)所述位置。
14.如权利要求10中所述的方法，还包括采用(520)所述解剖标志的所述位置以将所述解剖标志与图像进行配准，其中，确定转变区包括使用在所述转变区处指定的所述解剖标志的所述位置和至少一个其他参考点来动态参考(516)所述分布式感测设备的位置，并且其中，使用所述转变区来指定解剖标志的所述位置包括基于离所述转变区最近的传感器的位置来指定(518)所述位置。
15.—种用于识别内部解剖标志的方法，包括: 将分布式光纤感测设备插入(502)到身体的体积中； 将所述分布式感测设备的长度的至少一部分延伸(504)到感兴趣区域以外使得所述分布式感测设备的所述长度包括在感兴趣点的不同侧上的传感器； 使用沿着所述分布式感测设备的所述长度被定位的所述传感器测量(506)来自周围组织的一个或多个参数； 确定(510)在所述传感器之间出现梯度点的转变区以将所述梯度点与沿着所述长度的所述传感器的一个或多个位置相关联；并且 将解剖标志的位置指定(512)给离所述梯度点最近的传感器。
【文档编号】A61B5/145GK104349715SQ201380030156
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年5月28日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】G·A·哈克斯, M·B·范德马克, G·W·T·霍夫特 申请人:皇家飞利浦有限公司