用于醫(yī)療介入的體表反饋的制作方法
【專利摘要】一種用于提供感覺反饋的系統(tǒng)，包括衣物（106），所述衣物被配置為柔軟且貼身地貼合在受試者的一部分上。所述衣物包括設(shè)置于其中的一個或多個傳感器（104），以監(jiān)測所述受試者的活動或監(jiān)測所述受試者的感興趣點。解讀模塊（115）與所述傳感器耦合以接收傳感器信號，并解讀所述傳感器信號以確定是否滿足條件以向所述衣物提供反饋信號。反饋模態(tài)（108）被包含在所述衣物中，并且響應(yīng)于所述反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師。
【專利說明】用于醫(yī)療介入的體表反饋
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]相關(guān)申請為“MotionCompensation and Patient Feedback in Medical ImagingSystems”，PCT IB2011/051340，2011 年 3 月 29 日。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開涉及光學形狀感測，并且更特具體地涉及采用光學形狀感測和針對醫(yī)療應(yīng)用的感覺反饋的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0004]呼吸運動在任意胸部或腹部成像程序中都可能是個問題，這是因為，例如標準成像重建算法通常暗含地假設(shè)靜態(tài)掃描對象。因此，當成像程序所需的時間相當于或甚至長于呼吸周期時，運動能夠影響對較大體積的成像。圖像引導的介入程序能夠遭受介入期間的運動的影響，因為這能夠使在實況圖像中自動分配參考點變得困難。
[0005]用于監(jiān)測呼吸運動的設(shè)備(例如肺活量計或呼吸帶)可能僅獲得有關(guān)在采集期間的特定時間點處患者的呼吸運動狀態(tài)的粗略信息。隨著醫(yī)療成像模態(tài)日益增加的準確度以及新應(yīng)用(例如圖像引導的介入)的出現(xiàn)，對給定時間處呼吸循環(huán)的狀態(tài)以及身體輪廓和表面的形狀兩者的精確認知變得愈加重要。即使在圖像中考慮了呼吸，對于嘗試手術(shù)任務(wù)(例如插入針等)的醫(yī)師而言，這也可能不是充分的反饋。
[0006]使術(shù)前信息(例如患者特定解剖結(jié)構(gòu))在程序期間有效可用是圖像引導的介入中的富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。此外，在程序期間具有對特定交互(例如針插入)的直接、實時的反饋能夠輔助醫(yī)師做決策或輔助其動作的定時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的原理，一種用于提供感覺反饋的系統(tǒng)包括被配置為柔軟且貼身地貼合在受試者的一部分上的衣物。所述衣物包括設(shè)置于其中的一個或多個傳感器，以監(jiān)測所述受試者的活動和/或監(jiān)測所述受試者的感興趣點。解讀模塊與所述傳感器耦合，以接收傳感器信號，并解讀所述傳感器信號以確定是否滿足條件以向所述衣物提供反饋信號。反饋模態(tài)被包含在所述衣物中，并且響應(yīng)于所述反饋信息，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序器件輔助醫(yī)師。所述反饋模態(tài)可以響應(yīng)于來自所述衣物上的傳感器或來自其他地方(例如，在來自介入設(shè)備的其他裝置上，等)所見的傳感器的反饋信號。
[0008]提供感覺反饋的衣物包括被配置為貼合在受試者的至少一部分上的織物。一個或多個傳感器被包含在所述織物中，以執(zhí)行來自所述受試者的測量。反饋模態(tài)被包含在所述織物中，并且響應(yīng)于從測量結(jié)果導出的一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述織物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師。所述反饋模態(tài)可以響應(yīng)于來自所述衣物上的傳感器或來自其他地方(例如，在來自介入設(shè)備的其他裝置上，等)所見的傳感器的反饋信號。
[0009]一種用于提供感覺反饋的方法，包括:提供衣物、一個或多個傳感器以及反饋模態(tài)，所述衣物被配置為貼合在受試者的至少一部分上，所述一個或多個傳感器被包含在所述衣物中以執(zhí)行來自所述受試者的測量，所述反饋模態(tài)被包含在所述衣物中并且響應(yīng)于從測量結(jié)果導出的所述一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師；生成從所述測量結(jié)果導出的所述一個或多個反饋信號；并且根據(jù)所述反饋信號激活所述反饋模態(tài)，從而從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以輔助醫(yī)師。
[0010]本公開的這些以及其他目的、特征和優(yōu)點將從結(jié)合附圖閱讀的其說明例性實施例的以下詳細描述而變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本公開將參考以下附圖詳細提供對優(yōu)選的實施例的以下描述，其中:
[0012]圖1為框圖/流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明原理的，在程序期間采用來自患者的感覺反饋的說明性系統(tǒng)/方法；
[0013]圖2為示意圖，其示出了根據(jù)一個說明性實施例的用于生成感覺反饋的衣物；
[0014]圖3為示出了根據(jù)另一說明性實施例的衣物或歧管的圖；并且
[0015]圖4為流程圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的用于測量數(shù)據(jù)并生成來自衣物的感覺反饋的步驟。
【具體實施方式】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的原理，測量系統(tǒng)與方法提供了一種可適應(yīng)的且優(yōu)化的設(shè)置，該設(shè)置被配置為提供患者的狀態(tài)反饋。照明傳感器或其他反饋機構(gòu)(例如通過將傳感器包括在醫(yī)療背心或其他衣物中)與患者的體表相關(guān)聯(lián)，以為醫(yī)師提供所述患者的一種或多種身體狀態(tài)的視覺/聽覺反饋，并且還考慮了增強現(xiàn)實。增強現(xiàn)實涉及在目前程序期間采用的術(shù)前收集的數(shù)據(jù)的使用。在一個實施例中，術(shù)前收集的數(shù)據(jù)可以用于在程序期間直接在患者上指示感興趣點。在尤其有用的實施例中，采用形狀感測技術(shù)，以確定患者身體的形狀信息。可以使用裝配有形狀感測技術(shù)的衣物來收集形狀感測數(shù)據(jù)。
[0017]形狀信息能夠從多種系統(tǒng)導出。這些系統(tǒng)包括:光學形狀訊問技術(shù)(例如，光纖布拉格傳感器、瑞利散射、布里淵散射、基于光學強度的衰減)、用于裝置上的點的電磁(EM)定位的多線圈陣列、用于三維表面估計的激光掃描系統(tǒng)、以及用于基于攝像機(飛行時間或常規(guī)光學測量)或麥克風的形狀訊問的光學/聲學的標記/發(fā)射器陣列。諸如超聲的實時成像也可以用于形狀信息，但該途徑的臨床可行性取決于斷層攝影信息相對于執(zhí)行的成像的額外成本和臨床價值。
[0018]形狀感測衣物可以裝配有傳感器和/或反饋設(shè)備，以指示患者上的位置或患者的狀態(tài)或活動(例如呼吸周期、吞咽、肌肉抽搐等)。在尤其有用的實施例中，一個或多個形狀感測光纖用于具有電、熱或其他測量傳感器的衣物中。光纖與其他傳感器聯(lián)合工作，以向反饋設(shè)備(例如發(fā)光二極管或其他反饋機構(gòu))提供信號，以使用術(shù)前數(shù)據(jù)或當前測量的數(shù)據(jù)為醫(yī)師提供引導。[0019]應(yīng)理解，本發(fā)明將在醫(yī)療儀器方面進行描述；然而，本發(fā)明的教義要寬泛得多，并且可應(yīng)用于在跟蹤或分析復雜生物或機械系統(tǒng)中采用的任意儀器。具體而言，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于對生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤程序、在身體的所有區(qū)域(例如肺、胃腸道、排泄器官、血管等)中的程序。附圖中描繪的元件可以被實施為硬件與軟件的各種組合，并且提供可以被組合在單個元件或多個元件中的功能。
[0020]能夠通過使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與合適的軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件，來提供附圖中所示的各種元件的功能。當由處理器提供時，能夠由單個專用處理器、由單個共享處理器、或由多個個體處理器(其中的一些能夠是共享的)，來提供功能。此外，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用應(yīng)被解釋為專門指能夠運行軟件的硬件，并且能夠暗含地包括但不限于:數(shù)字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“ROM”)、隨機存取存儲器(“RAM”)、非易失性存儲設(shè)備等。
[0021]此外，本文中記載本發(fā)明的原理、方面和實施例以及其具體范例的所有陳述，均旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能兩者的等價物。另外，這樣的等價物旨在包括當前已知的等價物以及未來發(fā)展的等價物(即，開發(fā)的執(zhí)行相同功能的任意元件，而無論其結(jié)構(gòu))兩者。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本文中提出的框圖表示將本發(fā)明的原理具體化的說明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，將認識到，任意流程表、流程圖等均表示各種過程，所述各種過程可以基本上被表示在計算機可讀存儲介質(zhì)中并且由計算機或處理器如此執(zhí)行，而無論是否明確示出這樣的計算機或處理器。
[0022]此外，本發(fā)明的實施例能夠采取可從計算機可用或計算機可讀存儲介質(zhì)中訪問的計算機程序產(chǎn)品的形式，所述介質(zhì)提供用于由計算機或任意指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合計算機或任意指令執(zhí)行系統(tǒng)使用的程序代碼。出于這種描述的目的，計算機可用或計算機可讀存儲介質(zhì)能夠為任意這樣的裝置，所述裝置可以包括、存儲、通信、傳播或傳輸程序以由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用，或與所述指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用。介質(zhì)能夠為電子、磁、光學、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的范例包括半導體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移除計算機軟盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬磁盤以及光盤。光盤的當前范例包括壓縮盤-只讀存儲器(⑶-ROM)、壓縮盤-讀/ 寫(CD-R/W)和 DVD。
[0023]現(xiàn)在參考附圖，在附圖中相似的附圖標記表示相同或相似的元件，并首先參考圖1，說明性描繪了用于執(zhí)行醫(yī)療程序的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺112，可以從工作站或控制臺112監(jiān)督并管理程序。程序可以包括任意程序，其包括但不限于活組織檢查、消融、藥物的注射等。工作站112優(yōu)選地包括一個或多個處理器114以及用于存儲程序和應(yīng)用的存儲器116。應(yīng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個或多個工作站或系統(tǒng)中。
[0024]存儲器116可以存儲解讀模塊115，解讀模塊115被配置為解讀來自敏化柔性衣物106的電磁、光學、聲學等反饋信號。衣物106可以包括被嵌入其中的、具有已知幾何結(jié)構(gòu)或具有在使用之前初始化的幾何結(jié)構(gòu)的纖維傳感器、光學、聲學、電學或電磁標記或傳感器等。形狀訊問控制臺122測量感興趣表面上的標記/傳感器分布，并將有關(guān)校準/參考截面和測量截面的反饋供應(yīng)給解讀模塊115。在一個實施例中，形狀訊問模塊122向光纖發(fā)送光并從光纖接收光，或向傳感器104提供電能或信號。[0025]當傳感器104包括光學形狀感測纖維時，光纖傳感器104被以這樣的模式編織或以其他方式集成到衣物106中，所述模式允許下方的織物基底伸展同時導致織物中的整體纖維傳感器長度僅能夠最小地改變的事實(例如，嵌入在柔性膜內(nèi)的2D螺旋模式或2D正弦模式)。傳感器104的纖維被局部錨定在控制點處，以在受試者148的屈曲期間在纖維中提供應(yīng)變。幾個控制點能夠在相對于網(wǎng)狀物的所有自由度中約束纖維，例如在纖維末端，而其他控制點則能夠允許滑動自由度，使得纖維能夠相對于網(wǎng)狀物模式自由滑動，以隨著網(wǎng)狀物變形而適應(yīng)模式化結(jié)構(gòu)中的任意整體路徑長度變化。
[0026]解讀模塊115可以包括以下功能:接收來自多個設(shè)備或系統(tǒng)的多個輸入，以在醫(yī)療程序、診斷測試等期間解讀事件或動態(tài)發(fā)生。醫(yī)療成像設(shè)備Iio和/或跟蹤模塊117也可以被包括并且可以向解讀模塊115提供額外的反饋。解讀模塊115被配置為使用所述信號反饋(以及任意其他反饋)，以考慮與患者身體的動態(tài)變化相關(guān)的誤差或偏差。
[0027]在一個實施例中，受試者148或受試者148上的感興趣區(qū)域140被柔性衣物106覆蓋或約束。柔性衣物106可以包括織物或網(wǎng)狀物，所述織物或網(wǎng)狀物被配置為與受試者148或感興趣區(qū)域140的移動或屈曲一致地伸展。除傳感器104以外，衣物106還包括反饋模態(tài)或反饋機構(gòu)108。反饋機構(gòu)108可被配置為對由傳感器14 (或由其他外部數(shù)據(jù))收集的刺激作出反應(yīng)。在一個范例中，反饋機構(gòu)108包括燈，例如被集成到衣物106的織物中的發(fā)光二極管(LED) 109。LED 109分布在衣物106內(nèi)并遍及衣物106，以提供有關(guān)相對于所述患者出現(xiàn)的位置和/或事件的反饋。現(xiàn)在將說明性地描述LED109 (或其他反饋機構(gòu)108)的操作的一些非限制性范例。
[0028]在一個應(yīng)用中，執(zhí)行介入程序。例如，醫(yī)療設(shè)備102可以包括，例如針、導管、導絲、內(nèi)窺鏡、探頭、機械人、電極、過濾設(shè)備、氣囊設(shè)備或其他醫(yī)療部件等。設(shè)備102要被插入患者中。設(shè)備102具有其被配準到術(shù)前數(shù)據(jù)119 (例如，圖像數(shù)據(jù))的坐標系。隨著設(shè)備102被部署在患者內(nèi)部，在衣物106上照亮距設(shè)備102的頂端(其能夠由跟蹤設(shè)備107跟蹤)最近的LED109，以向醫(yī)師或在該環(huán)境中的任意其他人提供視覺反饋。一個或多個跟蹤設(shè)備或攝像機107可以被包含在設(shè)備102中，從而能夠提供跟蹤信息。跟蹤設(shè)備107可以包括電磁(EM)跟蹤器、光纖跟蹤、機械人定位系統(tǒng)、攝像機等。
[0029]在另一應(yīng)用中，呼吸、心跳和吞咽數(shù)據(jù)由衣物106中的傳感器104收集。由第一LED (例如在每個呼吸循環(huán)時照亮的白色LED)視覺指示患者的呼吸，由第二 LED (例如在每次心跳時照亮的紅色LED)指示患者的心跳，并且由第三LED (例如在每次吞咽時照亮的藍色LED)指示患者的吞咽。
[0030]在又另一應(yīng)用中，衣物106與術(shù)前數(shù)據(jù)119 (例如術(shù)前圖像)空間配準。在諸如活組織檢查的程序中，可以使用LED109指示圖像地標，以輔助定位恰當?shù)牟迦朦c，此外，可以由已點亮的多個或彩色的LED109在衣物上指示針的深度。
[0031]系統(tǒng)100能夠被配置為對患者的任意事件或移動敏感。傳感器104被配置為將位置、溫度、電場信息、形狀信息等傳遞回解讀模塊115。例如，衣物106可以被設(shè)置在患者(148)的中段上，使得在呼吸循環(huán)期間，傳感器104感測腹部或胸部的動態(tài)形狀改變?？梢允褂媒庾x模塊115解讀該信息，解讀模塊115計算衣物106中的各節(jié)點或位置之間的距離或距離的變化。網(wǎng)狀物變形之后可以用于在由成像設(shè)備110獲取的圖像中考慮呼吸，或者輔助在醫(yī)療程序(例如，在呼氣時插入設(shè)備等)期間的動作的定時或輔助需要補償動態(tài)變化的任意其他事件或動作的定時。
[0032]應(yīng)理解，衣物106可以被施加于受試者的解剖結(jié)構(gòu)的任意部分，以收集動態(tài)數(shù)據(jù)。例如，衣物106可以置于手臂、腿、腹部、胸、頸、頭部或其任意組合上。此外，衣物106可以被制成可調(diào)節(jié)的，以被配置用于不同大小的受試者、不同大小的附屬器官等。
[0033]衣物106可以在醫(yī)療成像期間用于輔助臨床醫(yī)師執(zhí)行程序。工作站112可以包括顯示器18，顯示器18用于使用成像系統(tǒng)110觀看受試者148的內(nèi)部圖像。成像系統(tǒng)110可以包括一個或多個成像模態(tài)，例如超聲、光聲、磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、熒光透視系統(tǒng)、計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)或其他系統(tǒng)。成像系統(tǒng)110可以被提供為收集實時術(shù)中成像數(shù)據(jù)。所述成像數(shù)據(jù)可以被顯示在顯示器118上。顯示器118可以允許用戶與工作站112以及其部件和功能進行交互。這由接口 120得以進一步促成，接口 120可以包括鍵盤、鼠標、控制桿或任意其他外周設(shè)備或控制器，以允許用戶與工作站112進行交互。
[0034]提供控制器模塊126或其他設(shè)備以調(diào)整信號并控制反饋機構(gòu)108。在一個范例中，控制器模塊126可以生成控制信號，以根據(jù)被編程的條件(反饋針對該條件是期望的)來控制各個控制器、傳感器、輻射源/束等。反饋響應(yīng)的方式也能夠被編程?？刂破?26接收來自解讀模塊115的數(shù)據(jù)，并向反饋機構(gòu)108發(fā)出命令或信號。解讀模塊115向控制器126動態(tài)提供從衣物106中的傳感器104收集并解讀的信息，以實時地向醫(yī)師繪制所述反饋，之后這可以用于施予藥物、制定決策等。
[0035]參考圖2，在一個實施例中，衣物106包括背心或歧管202。背心202是由網(wǎng)狀物或織物206形成的。在該實施例中，網(wǎng)狀物206或背心202連續(xù)地以高空間分辨率在時間和空間中測量體表形變(例如，形狀感測背心)。背心202優(yōu)選地為柔性的，其具有貼合受試者148的貼身性。在一個實施例中，感測纖維210被集成在背心202中，并且用于確定受試者148的胸部的形狀。感測纖維210還用于確定受試者148的動態(tài)幾何結(jié)構(gòu)變化和/或監(jiān)測受試者148的狀態(tài)。(一個或多個)感測纖維210可以包括被集成到背心202中的單個光纖，其繞受試者的身體螺旋，并因此傳遞幾何結(jié)構(gòu)的充分圖片，或者可以包括被集成到背心202中的多個纖維。
[0036]感測纖維210可以包括一個或多個光纖布拉格光柵(FBG),其為光纖中反射特定波長的光并透射所有其他波長的光的一段。這是通過在纖芯中增加折射率的周期性變化而得以實現(xiàn)的，這生成波長特異性的介質(zhì)鏡。FBG因此能夠被用作內(nèi)聯(lián)濾光器，以阻擋特定波長，或被用作波長特異性的反射器。
[0037]FBG操作背后的基本原理是在折射率發(fā)生改變的界面中的每個處的菲涅爾反射。針對特定波長，各個周期的反射光同相，使得針對反射存在相長干涉，并因此針對透射存在相消干涉。布拉格波長對應(yīng)變以及對溫度敏感。這意味著，F(xiàn)BG光柵能夠被用作光纖傳感器中的感測元件。在FBG傳感器中，導致布拉格波長的位移△ λ B，并且由于所施加的應(yīng)變(ε )以及溫度的變化(AT)造成的布拉格波長的相對位移Λ λΒ/λΒ大致由下式給出:
[0038]= Cs ￡+ CrAT
[0039]系數(shù)Cs被稱作應(yīng)變系數(shù)，并且其大小通常在0.SxlO-6/ μ ε左右或者絕對量為約Iprn/μ ε。系數(shù)CT描述傳感器的溫度靈敏度，并且由熱膨脹系數(shù)和熱光效應(yīng)構(gòu)成。其值在7x IO-67K (或為絕對量13pm/K)左右。
[0040]本技術(shù)的主要優(yōu)點之一在于，各個傳感器元件能夠被分布在纖維的長度上。包含具有沿被嵌入結(jié)構(gòu)中的纖維的長度的各種傳感器(計量器)的三個或更多個芯允許根據(jù)縱向位置評價所述結(jié)構(gòu)的曲率，并且因此允許待精確確定的這樣的結(jié)構(gòu)的三維形成。
[0041]作為對FBG的替代，能夠利用常規(guī)光纖中的固有背向散射。一種這樣的途徑是使用標準單模通信纖維中的瑞利散射。瑞利散射作為纖芯中折射率的隨機波動的結(jié)果而發(fā)生。這些隨機波動能夠被建模為沿光柵長度具有隨機變化的幅度和相位的布拉格光柵。通過在3個或更多個芯(其在單長度的多核纖維中延伸)中使用該效應(yīng)，感興趣表面的3D形狀和動力學將是可跟蹤的。
[0042]在一個實施例中，背心202可以包括在背心202內(nèi)的集成的照明布置220 (LED)和/或視覺顯示屏222。照明布置220可以包括被設(shè)置在表面上或被集成在背心202內(nèi)的LED224的一個或多個網(wǎng)格。LED224的網(wǎng)格可以包括跟蹤設(shè)備226或感測纖維210，或者與跟蹤設(shè)備226相關(guān)聯(lián)或與感測纖維210相關(guān)聯(lián)，使得能夠相對于受試者148定位每個LED224。圖2中所示的網(wǎng)格圖案為說明性且非限制性的，因為還預見到其他結(jié)構(gòu)。
[0043]一旦將背心202牢固定位在受試者148上，就可以采用初始化過程，以將背心202和/或LED224 (或顯示屏222)的位置與受試者148上的位置或參考相配準。如果采用增強現(xiàn)實，則在術(shù)前數(shù)據(jù)(例如圖像)與術(shù)中患者位置之間需要配準方案。這種配準可以采用已知的技術(shù)和方法。例如,可以將患者上和/或背心202中的基準標記與術(shù)前圖像中對應(yīng)點相配準。由形狀解讀模塊(模塊115)解讀來自背心202中的傳感器的信號，所述形狀解讀模塊生成信號，該信號由控制器126 (圖1)尋址到LED224的網(wǎng)格中的一個或多個位置。滿足被編程的條件的LED224被控制器126照亮，并向醫(yī)師或他人提供反饋。
[0044]為了橋接術(shù)前信息(具體而言，與關(guān)聯(lián)計劃一起由計算機斷層攝影(CT)或磁共振(MR)掃描提供的解剖結(jié)構(gòu)信息，例如體表上的針插入點)與手術(shù)室中的醫(yī)師的實況視圖之間的間隙，采用增強現(xiàn)實。這可能需要與一副特殊眼鏡一起安裝在醫(yī)師頭上的攝像機系統(tǒng)，所述眼鏡被設(shè)計為使得在通過該眼鏡觀看的同時，醫(yī)師能夠虛擬地將術(shù)前信息疊加在患者或感興趣區(qū)域上。該特征能夠被開啟或關(guān)閉。然而，缺點在于額外的攝像機系統(tǒng)和眼鏡尚未被醫(yī)師接受。根據(jù)一個實施例，相關(guān)術(shù)前信息(圖像)可以通過利用具有集成的燈或顯示屏222的背心202，而被直接顯示在體表上，背心202在整個程序期間由患者穿戴。
[0045]這種顯示屏222可以包括與背心202的織物集成的柔性顯示器。在該實施例中，術(shù)前圖像可以與患者配準并被顯示在屏幕222上?？梢愿鶕?jù)從傳感器接收的信息，在屏幕上生成儀器或疊加的表示，以經(jīng)由集成顯示器/燈部件整合視覺反饋。根據(jù)應(yīng)用，背心202的(一個或多個)視覺反饋特征可以獨立于形狀感測而被使用。
[0046]LED224提供視覺反饋，所述視覺反饋為經(jīng)由顏色、強度、相位/定時、方向等在空間和時間上編碼的信息的形式。根據(jù)應(yīng)用，這些LED224能夠被稀疏地或密集地分布。能夠基于對表面解剖結(jié)構(gòu)形變(其繼而反映相對于原始規(guī)劃路徑的器官和目標運動)的實時測量結(jié)果，提供信息以反映用于對儀器進行導航以通過進入端口的引導信息。其他感覺信息可以被提供給所述醫(yī)師，并且能夠采取在背心/歧管202的表面上空間調(diào)制的聲學或觸感/觸覺反饋的形式。
[0047]在一個實施例中，獲知外體表的形變對許多應(yīng)用都是很感興趣的。一種應(yīng)用包括呼吸運動補償，這對許多圖像引導的介入都是成問題的。另一種應(yīng)用為因在介入(例如，針插入)期間施加的力而造成的器官和組織的形變。所述背心，例如通過可視化，提供有效反饋。對形變測量的視覺反饋利用來自包括在服飾中的LED224或顯示屏222的照明。傳感器/反饋使能的服飾自身可以采取設(shè)置在患者上的手術(shù)簾或其他無菌歧管的形式。該部件根據(jù)所涉及的應(yīng)用和成本，本質(zhì)上可以為可重復使用的或一次性的。
[0048]該應(yīng)用的使用是將來自形狀感測纖維的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成LED信號。通過這樣做，醫(yī)師將具有直接視覺反饋，例如他在插入針時造成了多少形變，或者呼吸運動的高區(qū)域出現(xiàn)在哪里。
[0049]針對增強現(xiàn)實應(yīng)用，采集對患者的程序前掃描。在介入期間，患者穿戴具有包括的照明系統(tǒng)的形狀感測背心202?；趤碜孕螤罡袦y的測量結(jié)果，能夠計算術(shù)前數(shù)據(jù)與當前患者形變之間的外表面的連續(xù)映射。該映射還給出對內(nèi)部器官位置(加上推導的信息的位置，例如在規(guī)劃期間，作為感興趣區(qū)域或插入點)的估計。照明系統(tǒng)LED224和/或顯示屏222用于在介入或其他程序期間顯示有用信息，例如，以激活特定LED224來顯示插入點，或甚至使用LED224來顯示被映射在背心202的表面上的器官位置。不同顏色的LED224還能夠改進視覺反饋。形狀感測背心202允許對患者/器官形變的實時跟蹤。LED反饋能夠考慮例如呼吸運動、反對力(reactionary force)等。顯示屏222可以包括被集成在背心202中的較高分辨率的柔性顯示器，以用于顯示醫(yī)療(成像)數(shù)據(jù)。能夠根據(jù)背心202中的形變傳感器210的輸入或由其他傳感器采集的其他數(shù)據(jù)(例如針頂端的位置)來對醫(yī)療數(shù)據(jù)進行濾波或變換。顯示屏222和/或LED224可以指示醫(yī)療警報和/或在其中可能已出現(xiàn)并發(fā)癥的部位。根據(jù)背心202內(nèi)部或外部的其他傳感器，背心202可以用于顯示醫(yī)療狀況診斷。
[0050]參考圖3，衣物302能夠具有保持無菌性的進入端口 310，以允許由經(jīng)皮介入設(shè)備做出通過感測歧管的穿孔。針對要求維持無菌區(qū)的程序，衣物302能夠具有模塊化設(shè)計，其允許可重復使用且可滅菌的感測基質(zhì)312嵌入或匹配與患者148直接接觸的無菌一次性部分315。部分315包括與基質(zhì)312耦合或連接的表面或界面314。
[0051]代替背心或除背心之外，還可以采用另一種形式的服飾作為衣物302，例如一條褲子、胸罩、盔帽、襪子、手套等。所述服飾可以包括彈性的、Spandex?或其他形式的彈性服飾。衣物302 (或根據(jù)本發(fā)明原理的任意其他衣物)可以包括調(diào)節(jié)機構(gòu)304，以適應(yīng)性地調(diào)整大小從而貼身地貼合患者。調(diào)節(jié)機構(gòu)304可以包括鉤和環(huán)連接器、帶扣、松緊帶、拉鏈、按扣、粘合帶、充氣袖帶、吸引設(shè)備、或用于連接至體表和/或調(diào)節(jié)至某尺寸的任意其他設(shè)備。
[0052]參考圖4，根據(jù)說明性實施例說明性地示出了用于提供感覺反饋的方法。在方框402中，提供衣物，所述衣物被配置為貼合受試者的至少一部分上，例如臂、腿、胸等。一個或多個傳感器被包含在所述衣物中以執(zhí)行對所述受試者的測量。反饋模態(tài)被包含在所述衣物中，并且響應(yīng)于所述一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息以在程序期間輔助醫(yī)師，所述一個或多個反饋信號是從以下設(shè)備的測量結(jié)果導出的:所述一個或多個傳感器或其他設(shè)備。感覺信息可以包括光、聲、觸覺信息等。實施例可以包括一起采用的一種或多種類型的感覺信息。所述衣物可以包括被設(shè)置在其中的一個或多個形狀感測光纖。所述光纖可以被紡織到所述衣物的織物中，并且優(yōu)選地被附接于織物，使得屈曲所述織物給出纖維中的應(yīng)變。所述光纖可以被系到所述織物，粘到或以其他方式耦合到所述織物以允許屈曲，也約束受試者的該部分的運動。[0053]在方框404中，生成一個或多個反饋信號。所述反饋信號優(yōu)選地是從所述一個或多個傳感器的測量結(jié)果導出的。其他傳感器或設(shè)備也可以用于觸發(fā)反饋信號的生成。這些傳感器或設(shè)備可以包括監(jiān)測設(shè)備或者不必位于所述衣物上的存儲數(shù)據(jù)。在方框406中，解讀所述一個或多個傳感器的測量結(jié)果，以確定以下中的一個或多個:解剖結(jié)構(gòu)移動、解剖結(jié)構(gòu)功能、介入設(shè)備的位置等。
[0054]在方框408中，激活所述反饋模態(tài)，從而從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以輔助醫(yī)師。在方框410中，燈或其他設(shè)備可以選擇性地在陣列中照明，以指示，例如解剖結(jié)構(gòu)特征的位置、解剖結(jié)構(gòu)移動、術(shù)前數(shù)據(jù)、介入設(shè)備的位置等。在方框412中，顯示屏可以被照亮來繪制圖像，以指示解剖結(jié)構(gòu)特征的位置、解剖結(jié)構(gòu)移動、術(shù)前數(shù)據(jù)、介入設(shè)備的位置等。所述圖像可以包括術(shù)前圖像。
[0055]在方框414中，使用由所述衣物生成的感覺反饋，制定決策、執(zhí)行程序等。所述感覺反饋可以由醫(yī)師用于確定患者狀態(tài)、確定觸發(fā)事件、了解器官的邊界、獲得解剖結(jié)構(gòu)響應(yīng)
坐寸ο
[0056]在解讀權(quán)利要求書時，應(yīng)理解:
[0057]a)詞語“包括”不排除在給定權(quán)利要求中列出的那些以外的其他元件或動作；
[0058]b)元件前的量詞“一”或“一個”不排除多個這樣的元件的存在；
[0059]c)權(quán)利要求書中的任何附圖標記不限制其范圍；
[0060]d)幾個“器件”可以由相同的項目或者由硬件或軟件實施的結(jié)構(gòu)或功能來表示；以及
[0061]e)除非具體指示，不要求動作的特定順序。
[0062]已針對用于醫(yī)療介入的體表反饋的系統(tǒng)和方法描述了優(yōu)選的實施例(其旨在為說明性而非限制性的)，注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員在以上教義的啟示下，可以做出多種修改和變型。因此應(yīng)理解，可以對所公開的公開內(nèi)容的具體實施例做出在本文公開的實施例的范圍內(nèi)的改變，該范圍由權(quán)利要求書概括。已經(jīng)描述了這些由專利法要求的細節(jié)和特性，在權(quán)利要求書中闡述了由專利證書聲明并期望保護的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 衣物(106)，其被配置為柔軟且貼身地貼合在受試者的至少一部分上，所述衣物包括設(shè)置于其中的一個或多個傳感器(104)，以監(jiān)測所述受試者的活動和/或監(jiān)測所述受試者的感興趣點； 解讀模塊(115)，其與所述傳感器耦合以接收傳感器信號，并解讀所述傳感器信號以確定是否滿足條件以向所述衣物提供一個或多個反饋信號；以及 反饋模態(tài)(108)，其被包含在所述衣物中，并且響應(yīng)于所述一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器(104)包括形狀感測光纖，并且所述解讀模塊(115 )基于所述受試者的移動來提供所述一個或多個反饋信號。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括所述受試者的與所述衣物配準的術(shù)前內(nèi)部圖像(119)，所述解讀模塊(115)提供所述一個或多個反饋信號以基于所述術(shù)前圖像在所述衣物上指示一個或多個感興趣點。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述反饋模態(tài)(108)包括顯示屏(222)，所述顯示屏被配置為顯示與所述衣物配準的所述術(shù)前圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述反饋模態(tài)(108)包括燈(224)，所述燈被配置為根據(jù)所述一個或多個反饋信號進行照明。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述燈(224)被設(shè)置在陣列中，并且選擇性地被照亮，以指示介入設(shè)備的進展或位置。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述燈(224)被配置為根據(jù)以下中的至少一個進行照明:所述受試者的體表的移動，或根據(jù)身體功能。
8.一種提供感覺反饋的 衣物，包括: 織物(206)，其被配置為貼合在受試者的至少一部分上； 一個或多個傳感器(104)，其被包含在所述織物中，以執(zhí)行來自所述受試者的測量； 反饋模態(tài)(108)，其被包含在所述織物中，并且響應(yīng)于從測量結(jié)果導出的一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述織物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師。
9.如權(quán)利要求8所述的衣物，其中，所述傳感器(104)包括形狀感測光纖，所述形狀感測光纖基于所述受試者的移動來提供所述一個或多個反饋信號。
10.如權(quán)利要求8所述的衣物，還包括所述受試者的與所述衣物配準的術(shù)前內(nèi)部圖像(119),其中，所述反饋模態(tài)(108)基于所述術(shù)前圖像在所述衣物上指示一個或多個感興趣點。
11.如權(quán)利要求10所述的衣物，其中，所述反饋模態(tài)(108)包括顯示屏(222)，所述顯示屏被配置為顯示與所述衣物配準的所述術(shù)前圖像。
12.如權(quán)利要求8所述的衣物，其中，所述反饋模態(tài)(108)包括燈(224)，所述燈被配置為根據(jù)所述一個或多個反饋信號進行照明。
13.如權(quán)利要求12所述的衣物，其中，所述燈(224)被設(shè)置在陣列中，并且選擇性地被照亮以指示介入設(shè)備的進展或位置。
14.如權(quán)利要求12所述的衣物，其中，所述燈(224)被配置為根據(jù)以下中的至少一個進行照明:所述受試者的體表的移動，或根據(jù)身體功能。
15.如權(quán)利要求8所述的衣物，還包括調(diào)節(jié)機構(gòu)(304)，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)被配置為允許對所述衣物的調(diào)節(jié)，以允許所述織物柔軟且貼身地附著至所述受試者。
16.如權(quán)利要求8所述的衣物，其中，所述織物包括可消毒且可重復使用的第一部分(312)，以及一次性的第二部分(315)。
17.如權(quán)利要求8所述的衣物，其中，所述第一部分(312)包括所述一個或多個傳感器以及所述反饋模態(tài)。
18.一種用于提供感覺反饋的方法，包括: 提供(402)衣物、一個或多個傳感器以及反饋模態(tài)，所述衣物被配置為貼合在受試者的至少一部分上，所述一個或多個傳感器被包含在所述衣物中以執(zhí)行來自所述受試者的測量，所述反饋模態(tài)被包含在所述衣物中并且響應(yīng)于從測量結(jié)果導出的所述一個或多個反饋信號，使得所述反饋模態(tài)從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息，以在程序期間輔助醫(yī)師； 生成(404)從所述測量結(jié)果導出的所述一個或多個反饋信號；并且 根據(jù)所述反饋信號激活(408)所述反饋模態(tài)，從而從所述衣物發(fā)射能量來提供感覺信息， 以輔助醫(yī)師。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，激活所述反饋模態(tài)以發(fā)射能量包括選擇性地照亮(410)陣列中的燈，以指示以下中的一個或多個:解剖結(jié)構(gòu)特征的位置、解剖結(jié)構(gòu)移動、術(shù)前數(shù)據(jù)或介入設(shè)備的位置。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，激活所述反饋模態(tài)以發(fā)射能量包括照亮(412)顯示屏以繪制圖像，以指示以下中的一個或多個:解剖結(jié)構(gòu)特征的位置、解剖結(jié)構(gòu)移動、術(shù)前數(shù)據(jù)或介入設(shè)備的位置。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述圖像包括術(shù)前圖像。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，生成所述一個或多個反饋信號包括解讀(406)所述一個或多個傳感器的測量結(jié)果，以確定以下中的一個或多個:解剖結(jié)構(gòu)移動、解剖結(jié)構(gòu)功能或介入設(shè)備的位置。
【文檔編號】A61B19/00GK103889259SQ201280051305
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】T·克林德, R·曼茨克, R·陳 申請人:皇家飛利浦有限公司