确定介入设备的形状的制作方法

本发明涉及监测介入设备的领域，并且特别涉及确定介入设备的当前形状。

背景技术：

1、医学专业人员观察到对使用诸如导管或导丝之类的介入设备在对象身上执行介入处置的需求日益增长，并且一直希望降低对对象的(意外)伤害的机会。

2、为了提高介入处置的有效性并最大限度地减少意外伤害，非常希望在介入流程期间获得关于介入设备的信息。特别地，已经证明关于介入设备的位置和形状的信息对帮助临床医生执行有效的介入处置很重要。

3、一种有助于确定患者体内的介入设备的形状的最新发展是光纤形状确定机构，例如，在sonja等人的“fiber optical shape sensing of flexible instruments forendovascular navigation”(international journal of computer assisted radiologyand surgery 14.12，2019年，第2137-2145页)中描述的那些光纤形状确定机构。该技术通过监测在介入设备中形成的光纤内的应变来工作。通过监测由光纤中的光纤布拉格光栅反射的光的变化来监测这种应变。

4、光纤形状确定系统的一个缺点是：它需要对介入设备进行修改以结合这种形状感测技术，以及需要介入设备外部的额外部件(发光源)。

5、因此，希望提供一种改进的机构来用于例如在介入处置期间确定介入设备的形状，同时减少或最大程度地减少对介入设备的任何更改。

技术实现思路

1、本发明由权利要求来限定。

2、根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于确定在对象体内的介入设备的形状的计算机实施的方法，其中，所述介入设备包括响应于电场或电磁场的电极。

3、所述计算机实施的方法包括：在输入接口处获得所述介入设备的所述电极对在所述对象体内感应出的交叉电场或电磁场的两个或更多个电响应；通过使用映射函数处理所获得的电响应以针对每个电响应预测所述介入设备的所述电极在多维坐标空间内的相应位置来获得所述电极的位置的序列；并且处理位置的所述序列以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。

4、本公开内容提供了一种用于确定(柔性)介入设备在对象的介入流程期间所呈现的形状的机制。介入设备包括(例如安装了)一个或多个电极，这一个或多个电极对在对象体内感应出的交叉电场和/或电磁场做出响应(例如具有不同的电压响应)。交叉电场有助于识别介入设备(的部分)的位置，因为适当的映射函数能够基于电极对交叉电场的响应来预测位置。这是因为电极的响应将取决于其在交叉电场的交叠内的位置而变化。

5、本发明依赖于跟踪介入设备的位置并使用被跟踪的位置来确定或预测介入设备的形状的构思。本公开内容认识到：介入设备的形状将由介入设备在解剖结构内的移动(即，介入设备采取的路径)来定义。

6、合适的介入设备的示例包括导管、护套、导丝等。特别地，介入设备可以是细长的和/或柔性的介入设备，其形状随着其前进通过解剖腔体(例如，血管、肺的支气管等)而改变。在特定示例中，介入设备可以是适合于被建模为连续结构(例如能够被建模为单条连续线)的介入设备。

7、注意，所提出的方法可以在没有活体对象的情况下执行，例如使用计算机模拟数据和/或在尸体中执行。还要指出的是，即使使用活体对象来执行该方法，在获得电极的电响应与对象之间也没有直接的物理相互作用。而是，获得电响应是一个完全被动的流程步骤。即使当(例如迭代地)获得多个电响应时，获得电极响应的每个个体迭代都是被动的。因此，获得电响应的整个过程被认为是被动的。

8、所述电极的位置的所述序列优选地是按照在所述介入设备处(最初)获得或捕获每个电响应的时间进行排序的。该实施例认识到：介入设备的形状可以取决于介入设备到达每个位置的顺序(例如，介入设备如何移动通过对象)。这是因为介入设备的形状将基于其如何移动通过对象而改变。

9、有效地，能够将电极的位置日志记录为时间的函数(从而形成位置的序列)。这能够例如通过获得每个响应的时间戳来执行(时间戳指示第一次记录响应的时间)。这种方法有助于准确重建介入设备的形状，因为该形状必须被限制为能够随时间被映射到介入设备上的电极的(一个或多个)位置的形状。

10、所述介入设备的所述电极可以位于所述介入设备的尖端处。跟踪介入设备的尖端有助于更准确地识别介入设备需要如何适应在对象内的移动，即，介入设备的形状如何基于其位置或移动而改变(因为介入设备的尖端将引起或带领对介入设备的形状的任何改变)。

11、处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤任选地包括：处理位置的所述序列以确定所述介入设备遵循的路径；并且处理所确定的路径以预测所述介入设备的所述形状。该实施例认识到介入设备所采取的路径与介入设备的形状之间有明确联系。换句话说，认识到介入设备的形状将取决于介入设备在对象体内所采取的路径。

12、优选地，所述两个或更多个电响应包括最近获得的所述电极的电响应。因此，所确定的介入设备的形状可以反映介入设备的最近可用的形状。这将更加有助于临床医生执行涉及介入设备的临床过程。

13、处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤可以包括：获得定义所述介入设备的一个或多个特性的设备信息；并且处理位置的所述序列和所述设备信息以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。

14、该实施例认识到：特性(例如，初始形状、结构、柔性、材料性质、(一个或多个)取向等)影响介入设备在其移动通过对象时所采取的形状和/或路径。通过考虑一个或多个这样的特性，能够实现对介入设备的形状的更准确的确定。

15、优选地，所述设备信息包括响应于所述介入设备的柔性的信息。例如定义最大弯曲半径等的柔性提供了关于介入设备的可能形状范围的重要信息，即，提供了关于介入设备的可能形状的边界或限制。通过考虑这样的特性，能够实现对介入设备的形状的更准确的预测。

16、所述计算机实施的方法还可以包括在输出显示器处显示所述介入设备的所述形状的视觉表示的步骤。显示介入设备的形状为用户提供了有用的临床信息，以帮助用户执行对在对象体内的介入设备的操纵的技术任务。特别地，(通过监测介入设备的形状所实现的)连续的人机交互提供了帮助执行研究解剖腔体的技术任务的临床信息。

17、优选地，通过控制连接到输出显示器的输出接口或其他用户接口处的信号来执行该步骤。

18、在一些示例中，位置的所述序列中的每个位置是所述介入设备相对于解剖腔体的解剖模型的位置。特别地，每个位置可以在定义解剖腔体的解剖模型的同一坐标系中。

19、任选地，处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤包括：获得所述解剖腔体的所述解剖模型；并且处理位置的所述序列和所述解剖模型以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。

20、还认识到介入设备的形状将受到介入设备被放置到的解剖腔体的边界的限制。例如，如果被定位在血管中，则能够假定介入设备不会延伸到血管的边界之外(或者可以仅延伸可预测的量——例如考虑到血管的推动或变形)。

21、通过使用解剖模型(以及通过定义介入设备关于解剖模型的位置)，能够对介入设备的可能形状设置额外的约束、限制或边界。

22、所述计算机实施的方法还可以包括在输出显示器处显示所述解剖腔体的所述解剖模型和所述介入设备的视觉表示的步骤，其中，对所述介入设备的显示至少基于所确定的所述介入设备的形状。

23、还提出了一种识别介入设备关于对象的医学图像的位置的计算机实施的方法。所述计算机实施的方法包括：获得所述对象的所述医学图像；通过执行任何先前描述的计算机实施的方法来确定在对象体内的介入设备的所述形状；并且处理所述医学图像和所预测的形状以识别所述介入设备关于所述医学图像的相对位置。

24、还提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码单元，所述计算机程序代码单元当在具有处理系统的计算设备上被运行时使所述处理系统执行根据本文描述的任何方法的所有步骤。

25、类似地，还提出了一种计算机可读(存储)介质，所述计算机可读(存储)介质包括指令，所述指令在由计算机或处理系统运行时使所述计算机或处理系统执行本文描述的任何方法(的步骤)。还提出了一种其上存储有前述计算机程序(产品)的计算机可读数据载体。还提出了一种承载前述计算机程序(产品)的数据载体信号。

26、还提出了一种用于确定在对象体内的介入设备的形状的处理系统，其中，所述介入设备包括响应于电场或电磁场的电极。

27、所述处理系统被配置为：在输入接口处获得所述介入设备的所述电极对在所述对象体内感应出的交叉电场或电磁场的两个或更多个电响应；通过使用映射函数处理所获得的电响应以针对每个电响应预测所述介入设备的所述电极在多维坐标空间内的相应位置来获得所述电极的位置的序列；并且处理位置的所述序列以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。

28、优选地，所述电极的位置的所述序列是按照获得每个电响应的时间进行排序的。在一些示例中，介入设备的电极可以位于介入设备的尖端处。

29、在一些示例中，所述处理系统可以被配置为在输出显示器处显示解剖腔体的解剖模型和介入设备的视觉表示，其中，对介入设备的显示至少基于所确定的介入设备的形状。处理系统可以包括用于与输出显示器通信(例如提供输出信号)的输出接口，该输出信号用于控制或定义输出显示器的操作。

30、处理系统可以从介入设备和/或(例如存储介入设备的(一个或多个)电极的响应的)存储器获得两个或更多个电响应。

31、还提出了一种包括处理系统的处理布置设备。所述处理布置设备可以包括输出显示器。在一些示例中，处理布置设备可以包括介入设备。在一些示例中，处理布置设备可以包括存储器。

32、参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。