用于心内超声心动图下激光瓣叶切除术的导航和程序引导的系统和设备的制作方法

该大体上涉及血管内手术，更具体地说，涉及在心内超声心动图下使用激光能量装置执行切除术时成像、图像引导导航和识别心脏解剖结构的系统和设备。

背景技术：

1、机器学习(ml)应用的用途变得越来越普遍，其在各种手术阶段的适用性也得到了认可；随着ml应用的进步，潜在的新应用变得可行，诸如在手术程序中用不同的术中数据输入(诸如视频和器械类型)进行解剖学识别，以协助医疗提供者进行手术程序的用途。

2、结构性心脏病(shd)是介入放射学(其是介入心脏病学的一个相对较新的分专业)领域发展最快的领域之一。使用ml应用可以在这一分专业领域发挥作用，从而提高心脏病变(诸如在瓣膜疾病领域)的治疗标准。

3、瓣膜内植入修复术(valve-in-valve repair)已被认为是一种可接受的治疗方法，用于已经接受过先前的生物假体植入物的患者，以防止未来出现瓣膜失效，并降低诸如冠状动脉阻塞的并发症的风险。从成像和装置植入的角度来看，治疗标准已转变为在导管实验室环境中完全通过介入x射线荧光透视来执行这些手术(程序)。随着这些手术的数量不断增加和重新介入变得必要，与重新介入相关联的潜在风险的影响成为一个问题。在手术期间，仅靠介入x射线不足以监测可能会导致潜在的致命后果的不良事件，诸如心包积液。此外，成像的一个关键的必要组成部分是瓣膜解剖结构，尤其是瓣叶的实时可视化。这种成像目前只能通过某种形式的实时超声成像来完成。在结构性心脏手术中，通常使用经食道(tee)超声实时成像，但由于不再需要全身麻醉，目前正在努力放弃这种做法。经胸超声(tte)也有使用，但要找到正确的视角可能具有挑战性，而且高度依赖于患者的解剖结构和操作者的技能。心内超声心动图(ice)有可能提供实时超声引导，并克服传统超声心动图所面临的挑战。

4、然而，目前使用的医疗器械利用切割机制，当在血管内实施以成功利用ice进行该手术时存在一定的缺点。需要一种更新的方法来提高患者和超声成像非传统用户(即介入放射医师)的安全的用户体验。心动周期和心律会产生各种类型的运动，这些运动会影响装置及其产生的图像的稳定性。对于需要准确和精确操纵治疗装置的手术来说，在视野(视场)中提供尽可能多的稳定性是重要的。此外，对于超声波的非传统用户来说，超声波和x射线成像的相关引导和反馈可有助于减轻认知负担。

5、期望的是实现用于稳定ice探针的系统、用于提供导航引导和与关键解剖标志物相关的装置轨迹的方法，以及成功分析切除装置与其预定目标(瓣膜瓣叶)的交互作用的方法。

6、下面的公开内容提供了这些技术改进，并解决了相关问题。

技术实现思路

1、本
技术实现要素：
被提供用于以简化形式描述选定概念，该选定概念将在具体实施方式中进一步描述。本发明内容无意确认所要求保护的主题的关键或基本特征，也无意用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。

2、各种实施例描述了用于稳定ice探针，提供导航引导和与关键解剖标志物相关的装置轨迹，以及分析切除装置与预定目标(瓣膜瓣叶)的交互作用的设备和系统。

3、一种用于心内手术的设备，该设备包括：

4、处理器装置，该处理器装置被配置为在体内超声探头定位在心脏解剖结构内以捕捉心脏解剖结构的目标解剖结构视图时，提供关于体内超声探头的位置的位置反馈。该处理器装置被配置为基于超声探头在解剖结构内的参考位置生成位置反馈，其中参考位置包括心内超声探针使用超声视野在该位置捕捉到目标解剖结构的期望视图的位置；并且所述设备包括与处理器装置通信耦合的输出端，处理器装置还被配置为基于位置反馈在输出端提供反馈信号。

5、该设备可以包括用户界面，该用户界面被配置为接收反馈信号并向用户提供位置反馈的指示。位置反馈还可以基于体内超声探头在心脏解剖结构内的当前位置。处理器装置可以具有用于接收当前位置数据和/或参考位置或处理器装置使用的任何其他数据的输入端。

6、参考位置可以包括心内超声探针捕捉到目标解剖结构和在心内手术期间使用的体内工具的期望视图的位置。

7、处理器装置还可以被配置为还基于目标解剖结构的结构特征以及视野和期望视图中的一个或多个来生成位置反馈。例如，从特定角度显示目标解剖结构的特定视图(如具有所有瓣叶和瓣环的瓣膜)。可以实施建模以从当前视图中识别出预定视图，并据此定义期望视图。

8、处理器装置还可以被配置为：预测参考位置周围的虚拟体积形式的安全区域，安全区域涵盖超声探头在心脏手术期间能够位于其中、同时提供期望视图中可接受的一个期望视图的位置；以及可选地，确定当前位置是否与安全区域发生偏差。安全区域可以是以参考位置为中心的球形区域。

9、处理器装置可以被配置为确定代表通过体内超声探头获得的体内目标的当前视图与目标解剖结构的预定视图之间的相似性(相似程度)的相似性度量，并基于相似性度量将当前视图确定为期望视图，从而将参考位置确定为与对应的当前视图相关的当前位置。

10、处理器装置还可以被配置为：基于相似性度量超过预定值来确定参考位置，相似性度量代表体内超声探头在某一位置捕捉的目标解剖结构(可选地是体内工具)的视图与目标解剖结构(可选地是体内工具)的预定视图的相似性。相似性度量可以是置信度分数，也可以是指示相似程度的其他分数。预定视图可以是根据特定心内手术操作规程定义的视图。

11、处理器装置可以被配置为基于本文定义的相似性度量确定本文定义的安全区域，其中安全区域的体积随着相似性度量的增大而增大。

12、安全区域的体积还基于一组位置容差确定，这组位置容差被定义为在不丢失目标解剖结构的期望视图的情况下容纳体内超声探头的运动范围。

13、处理器装置还可以被配置为：接收成像装置的图像；生成安全区域的表示，以用于与图像叠加；以及基于图像和安全区域的表示生成位置反馈。图像可以是x射线图像，诸如2d x射线图像。因此，位置反馈中可以包括与安全区域表示叠加的x射线图像。反馈可以显示给用户。

14、处理器装置还可以被配置为：在心内手术期间生成位置反馈，该位置反馈包括以下一项或多项：安全区域的表示；当前位置与安全区域的偏差；将体内ice探头重新定位到安全区域内的指示以及重新获取参考位置的指示。

15、处理器装置还可以被配置为：应用配准算法，以确定体内超声探针在心脏解剖结构内的三维定向(方位，取向)。

16、本公开提供了一种在心内手术期间使用的计算机实现方法，该方法包括以下步骤：在体内超声探头定位在心脏解剖结构内以捕捉心脏解剖结构的目标解剖结构时，提供关于体内超声探头的位置的位置反馈；使用模型，基于超声探头在解剖结构内的参考位置生成位置反馈，其中参考位置包括心内超声探针使用超声视野在该位置捕捉到期望视图的位置，该期望视图包括在心内手术期间待治疗的目标解剖结构；以及基于位置反馈提供反馈信号。

17、本公开还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读代码，当在计算机上运行时，可使本文定义的处理器装置或设备执行本文描述的任何一种方法的步骤。

18、本公开还提供了(计算机实现的)方法，其步骤与前面在本文中定义的处理器装置被配置为执行的那些步骤相对应。

19、一种用于在心内手术期间将位于心内超声心动图(ice)探针的远端的探头稳定在血管腔中的设备，该设备包括可充气球囊装置，该可充气球囊装置在血管腔内部署时可围绕探头设置；可充气球囊具有第一状态，用于在心内手术期间将可充气球囊与探头一起插入血管腔中，可充气球囊装置具有第二状态，用于将探头稳定在管腔内，其中，该设备被配置为使得可充气球囊在与探头一起部署在血管腔中时能够被充气，以使其从第一状态变为第二状态，从而使可充气球囊对探头的一部分和探头周围的血管腔壁的至少一部分施加压缩力，从而提供所述稳定。该设备可以具有沿着细长轴延伸的管腔，球囊附接在该细长轴上，该管腔是中空的并且被提供用于给球囊充气和放气。

20、可充气球囊可以包括位于其远端的第一开口和位于其近端的第二开口，以及连接第一开口和第二开口的管腔，该管腔被配置为容纳探头的至少一部分。这样，血流就不会受到严重阻碍，而且由于对血压干扰较小，稳定性也会提高。

21、可充气球囊的直径可以被设计成约为血管腔的直径，例如其在充气状态下的直径约为腔静脉管腔的直径。

22、球囊装置的可充气球囊可以包括顺应性材料。当可充气球囊处于第二状态时，这可以防止或减少血管腔的过度拉伸。

23、可充气球囊装置可以是闭塞球囊类型的装置。因此，可以采用简单的已知球囊。

24、可充气球囊可以被设计为在第二状态下成形为使得：当在第二状态下部署在血管腔中时，用于血液流动的通道从球囊的近端延伸到远端。

25、该装置还可以包括ice探针。

26、可充气球囊装置在处于第二状态时可以被配置为通过ice探头对血管腔的压缩力来减少或防止探头在血管腔中的移动。

27、该设备可以被配置为稳定探头，从而获得对探头运动的减少或防止，其中运动由选自由血管腔中的血流或血压、心脏运动和用户交互作用组成的组的一个或多个动作引起。

28、该设备可以被配置为使得，响应于球囊装置将探头稳定在血管腔中，激光导管可由单个用户用于执行心内手术的消融。

29、在又一个示例性实施例中，提供了一种辅助瓣膜切除手术的系统。该系统包括：神经网络(nn)模型，用于检测和预测瓣膜切除手术中的三维标志物，以用于进行正确定位，其中nn模型基于在先前内窥镜手术中生成的一组超声解剖图像的半监督训练的nn；以及处理器装置，该处理器装置被配置为通过处理瓣膜切除手术中瓣叶横截面视图的一组图像来实施nn模型，以监测抓取机构对瓣叶的抓取操作，并基于抓取操作期间瓣叶插入图像与nn模型中包含的瓣叶横截面视图的图像比较，在抓取操作期间提供对正确的瓣叶插入的确认。

30、在至少一个示例性实施例中，所提供的系统包括带有处理器装置的系统，该处理器装置被配置为实施nn模型，以在抓取操作期间跟踪瓣叶的运动，用于比较瓣叶运动的各个方面，从而确定正确的瓣叶插入。

31、在至少一个示例性实施例中，所提供的系统包括带有处理器装置的ml系统，该处理器装置被配置为实施nn模型，以比较抓取前的瓣叶运动与抓取后的瓣叶运动，从而确定正确的瓣叶插入。

32、在至少一个示例性实施例中，所提供的系统包括带有处理器装置的ml系统，该处理器装置被配置为实施nn模型，以估计抓取前的运动与抓取后的运动，从而确定正确的瓣叶插入。

33、在又一个示例性实施例中，提供了一种计算机实现的方法来辅助瓣膜切除手术。该方法利用了本文在前面的第0027至0030段中定义的神经网络。

34、与本文定义的任何计算机实现的方法相对应，本公开定义了计算机程序产品，其包括计算机可读代码，当在计算机上运行时实施本文定义的方法。该代码可以存储在非临时计算机可读介质上。

35、此外，结合附图和前面的背景，该系统和方法的其他期望特征和特性将从后面的具体实施方式和所附权利要求中变得显而易见。