用于內(nèi)臟器官的實(shí)時(shí)機(jī)械功能評(píng)估的形狀感測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種用于功能器官評(píng)估的系統(tǒng)和方法包括具有光纖的啟用感測(cè)的柔性裝置（102），所述光纖被配置為在柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變。柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)（105），其被配置為允許在該長(zhǎng)度上與器官的內(nèi)壁接合。解讀模塊（115）被配置為在器官工作同時(shí)在器官的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段之間從光纖接收光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)，以量化與器官的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
【專利說(shuō)明】用于內(nèi)臟器官的實(shí)時(shí)機(jī)械功能評(píng)估的形狀感測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及形狀感測(cè)裝置，更具體而言，涉及用于具有微創(chuàng)性實(shí)時(shí)功能器官評(píng)估的介入過(guò)程的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在心導(dǎo)管室(CathLab)中執(zhí)行的介入過(guò)程通常包括通過(guò)手臂、腿部或頸部中的血管被插入的導(dǎo)管并且推動(dòng)所述導(dǎo)管進(jìn)入心臟。這種方法允許心臟工作時(shí)進(jìn)入心臟。能夠在無(wú)需停止心臟或要求高度侵入性的胸骨切開(kāi)術(shù)(將胸骨切開(kāi))、開(kāi)胸手術(shù)(切開(kāi)胸廓到達(dá)胸膜腔)等情況下執(zhí)行這些程序，并且因此，這些過(guò)程使心臟介入涉及的潛在創(chuàng)傷降到最小。諸如經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù)(PTCA)、射頻(RF)消融術(shù)、藥物遞送、心臟再同步治療(CRT)以及心肌活檢的許多介入過(guò)程是在X射線熒光透視引導(dǎo)下執(zhí)行的，X射線熒光透視引導(dǎo)需要通過(guò)導(dǎo)管將碘造影劑注入心血管系統(tǒng)，以暫時(shí)使心臟功能(例如血流和收縮模式)和血管位置可視化。由于其實(shí)時(shí)的性質(zhì)、較低的成本、沒(méi)有由有害輻射造成的組織損傷，研究已經(jīng)專注于超聲或經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖(TEE)引導(dǎo)的介入過(guò)程。
[0003]由于優(yōu)于心臟直視手術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(諸如，康復(fù)更快并且存活率更高)，微創(chuàng)心臟過(guò)程的數(shù)量正在增加。這些介入過(guò)程通常是在X射線熒光透視引導(dǎo)下執(zhí)行的，其給出介入手術(shù)者有關(guān)心臟解剖和功能的有限信息。盡管介入性X射線成像對(duì)醫(yī)生和患者具有潛在危害，由于可獲得的有限的軟組織對(duì)比度，介入性X射線成像僅提供有關(guān)解剖和功能的有限信息。出于這種原因，研究已經(jīng)專注于向介入性實(shí)驗(yàn)室中的臨床工作流程增加其他成像模態(tài)。例如，使用過(guò)程中超聲波允許機(jī)械功能評(píng)估，諸如，室壁運(yùn)動(dòng)和心輸出量。使用超聲的缺點(diǎn)包括限制視野、信噪比(SNR)低以及主觀技術(shù)，這些很容易造成超聲檢驗(yàn)師在掃描能力和圖像解讀方面的差異。由于跟蹤局限于一組非常稀疏的離散測(cè)量位置(通常不超過(guò)5個(gè)傳感器位置)，因此要提供導(dǎo)管的實(shí)時(shí)位置信息的電磁跟蹤技術(shù)在獲得心肌的運(yùn)動(dòng)和功能估計(jì)中會(huì)遭遇困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本原理，一種用于功能器官評(píng)估的系統(tǒng)和方法包括具有光纖的啟用感測(cè)柔性裝置，所述光纖被配置為在柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變。柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)，所述操縱機(jī)構(gòu)被配置為允許在所述長(zhǎng)度上與器官的內(nèi)壁接合。解讀模塊被配置為在器官工作時(shí)在器官的運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)階段之間從所述光纖接收光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)，以量化與器官的功能相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
[0005]一種用于功能性心臟評(píng)估的工作站包括處理器、存儲(chǔ)器和啟用感測(cè)柔性裝置，所述存儲(chǔ)器被耦合到所述處理器，所述啟用感測(cè)柔性裝置具有至少一個(gè)光纖，所述光纖被配置為在柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變。操縱機(jī)構(gòu)被集成到所述柔性裝置中，并且被配置為允許所述柔性裝置在所述長(zhǎng)度上與心臟的壁和/或血管接合。解讀模塊被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且被配置為在心臟工作時(shí)在心臟的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段之間從所述至少一個(gè)光纖接收反饋信號(hào)?；谒稣T發(fā)的應(yīng)變，解讀模塊生成數(shù)據(jù)，以量化與心臟的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。顯示器被配置為生成圖像，以輔助執(zhí)行對(duì)工作的心臟的流程。
[0006]一種方法包括:將啟用感測(cè)柔性裝置插入功能器官的腔室或脈管中，所述啟用感測(cè)柔性裝置具有至少一個(gè)光纖，所述至少一個(gè)光纖配置為在柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變；操控所述柔性裝置，以在所述長(zhǎng)度上與器官的邊界接合；在器官工作時(shí)，在器官的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段內(nèi)，從所述至少一個(gè)光纖接收反饋信號(hào)；以及，解讀所述反饋信號(hào)，以量化與所述器官的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
[0007]通過(guò)其圖示性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本公開(kāi)的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，要結(jié)合附圖閱讀詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]本公開(kāi)將參考以下附圖詳細(xì)給出優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，附圖中:
[0009]圖1是示出了根據(jù)本原理的用于評(píng)估功能性器官的系統(tǒng)/方法的方框/流程圖；
[0010]圖2A是示出了根據(jù)范例性過(guò)程在舒張末期(ED)位置處對(duì)心臟的左心室的形狀感測(cè)的示意圖；
[0011]圖2B是示出 了根據(jù)范例性過(guò)程在收縮末期(ES)位置處對(duì)心臟的左心室的形狀感測(cè)的示意圖；
[0012]圖2C示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的彼此覆蓋的圖2A和2B的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管的理論位置，其示出了心動(dòng)周期期間的心肌的運(yùn)動(dòng)；
[0013]圖2D示出了量化針對(duì)圖2C中的左心室的舒張末期和收縮末期之間的位移的箭頭；以及
[0014]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖示性實(shí)施例的用于評(píng)估功能器官的步驟的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)本原理，邊界的連續(xù)空間和時(shí)間測(cè)量允許對(duì)心臟進(jìn)行實(shí)時(shí)機(jī)械功能評(píng)估以及對(duì)心臟介入流程(諸如，心臟再同步治療(CRT))是否成功的檢驗(yàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，包括啟用光學(xué)形狀感測(cè)的柔性裝置(例如導(dǎo)管、引導(dǎo)線、引線等)，以執(zhí)行心臟或其他器官的連續(xù)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)和功能評(píng)估。根據(jù)本原理，實(shí)施例能夠提供信息，諸如，通過(guò)直接詢問(wèn)運(yùn)動(dòng)提供機(jī)械非同步性或其他現(xiàn)象，通過(guò)從介入過(guò)程期間測(cè)量的運(yùn)動(dòng)特性導(dǎo)出的間接估計(jì)的心肌生存性和心輸出量。除了離散的光學(xué)傳感器之外，本原理沿已知三維(3D)路徑提供對(duì)分布參數(shù)的空間和時(shí)間連續(xù)感測(cè)。該信息是優(yōu)化臨床結(jié)果所需的。例如，在起搏優(yōu)化介入期間，利用這種連續(xù)信息，關(guān)于心臟起搏規(guī)程的直接機(jī)械反饋將是可能的，這有助于在心臟中正確放置引線。
[0016]在特別有用的實(shí)施例中，本文提供的系統(tǒng)和方法允許在心導(dǎo)管插入過(guò)程期間，通過(guò)沿導(dǎo)管或其他裝置的長(zhǎng)度增加光學(xué)形狀感測(cè)進(jìn)行對(duì)心臟的實(shí)時(shí)機(jī)械功能評(píng)估。在整個(gè)心搏周期內(nèi)沿心肌的內(nèi)壁定位導(dǎo)管的遠(yuǎn)端部分的同時(shí)，實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)。這樣允許在三個(gè)維度中沿腔室的壁迅速詢問(wèn)運(yùn)動(dòng)(收縮和松弛)，允許在線“實(shí)況”計(jì)算心容積、射血分?jǐn)?shù)和心輸出量以及檢測(cè)運(yùn)動(dòng)模式。心臟的這種實(shí)時(shí)功能信息能夠用于檢驗(yàn)針對(duì)CRT或其他過(guò)程的起搏器引線植入的成功程度。[0017]除了介入式心臟過(guò)程和心臟的術(shù)中功能性評(píng)估之外，本原理可以用于驗(yàn)證器官的功能性成像、在活動(dòng)器官內(nèi)進(jìn)行曲線或線性測(cè)量、提供用于放置處置裝置(例如起搏器引線等)的適用性研究以及其他應(yīng)用。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，將在醫(yī)療儀器方面來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬得多，并且適用于跟蹤或分析復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)中采用的任何儀器。具體而言，本原理適用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤流程、身體的所有區(qū)域(例如肺、胃腸道、排泄器官、血管沖的過(guò)程等。附圖中描繪的元件可以在硬件和軟件的各種組合中實(shí)現(xiàn)，并且提供可以在單個(gè)元件或多個(gè)元件中組合的功能。
[0019]通過(guò)使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與適當(dāng)硬件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件提供附圖中所示的各種元件的功能。在由處理器提供功能時(shí)，能夠由單個(gè)專用處理器、單個(gè)共享處理器或多個(gè)個(gè)體處理器(其中一些能夠是共享的)提供功能。此外，術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解讀為僅僅指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且會(huì)隱含地包括，但不限于數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性存儲(chǔ)器等。
[0020]此外，本文中提到本發(fā)明原理、方面和實(shí)施例以及其具體范例的所有陳述意在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能的等效方案。此外，這樣的等效方案意在包括當(dāng)前已知的等效方案以及將來(lái)開(kāi)發(fā)的等效方案(即，不論結(jié)構(gòu)如何，開(kāi)發(fā)成執(zhí)行相同功能的任何元件)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將要認(rèn)識(shí)到，這里給出的方框圖表示體現(xiàn)本發(fā)明的原理的圖示性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，將認(rèn)識(shí)到，任何流程表、流程圖等表示各種過(guò)程，這些過(guò)程基本可以在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中表示，并由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行，無(wú)論是否明確示出了這樣的計(jì)算機(jī)或處理器。
[0021]此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以采取可從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述存儲(chǔ)介質(zhì)提供程序代碼，供計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合其使用。為了本說(shuō)明書(shū)的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是可以包括、存儲(chǔ)、發(fā)送、傳播或傳送程序的任何設(shè)備，程序供指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或結(jié)合其使用。介質(zhì)能夠是電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或設(shè)備或裝置)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移除計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前范例包括高密度磁盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、高密度磁盤-讀/寫(xiě)(CD-R/W)和DVD。
[0022]現(xiàn)在參考附圖，其中，類似數(shù)字表示相同或類似元件，并且初始參考圖1，圖示性地描繪了用于執(zhí)行醫(yī)療過(guò)程的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)112，從所述工作站或控制臺(tái)112監(jiān)督并管理過(guò)程。過(guò)程可以包括任何流程，包括但不限于心血管過(guò)程、脈管過(guò)程、支氣管流程等。工作站112優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)處理器114和用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器116。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個(gè)或多個(gè)工作站或系統(tǒng)中。
[0023]存儲(chǔ)器116可 以存儲(chǔ)光學(xué)感測(cè)和解讀模塊115，所述光學(xué)感測(cè)和解讀模塊115被配置為解讀來(lái)自形狀感測(cè)裝置104的光學(xué)反饋信號(hào)。光學(xué)感測(cè)模塊115被配置為使用光學(xué)反饋信號(hào)(和任何其他反饋，例如電磁(EM))，以重建失真、偏轉(zhuǎn)和與醫(yī)療裝置102和/或其周圍區(qū)域相關(guān)聯(lián)的其他變化。醫(yī)療裝置102優(yōu)選地包括細(xì)長(zhǎng)裝置，并且可以包括，例如導(dǎo)管、弓丨導(dǎo)線、引線、內(nèi)窺鏡、探頭、機(jī)器人、電極、過(guò)濾裝置、氣囊裝置或其他醫(yī)療部件等。在特別有用的實(shí)施例中，裝置102包括被配置用于介入式心臟過(guò)程的導(dǎo)管、引導(dǎo)線或引線。
[0024] 工作站112可以包括顯示器118，如果采用成像系統(tǒng)110，所述顯示器118用于觀看對(duì)象的內(nèi)部圖像。成像系統(tǒng)Iio可以包括，例如磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、熒光透視系統(tǒng)、計(jì)算斷層攝影(CT)系統(tǒng)等。顯示器118還可以允許用戶與工作站112及其部件和功能交互。這進(jìn)一步由接口 120促成，所述接口 120可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿或任何其他外圍設(shè)備或控件，以允許用戶與工作站112交互。
[0025]控制器126可以被包括在軟件模塊中，或者可以包括用于控制和/或操控裝置102的人工控件?？刂破?26可以控制操縱機(jī)構(gòu)105，所述操縱機(jī)構(gòu)105被集成到柔性裝置102中，并且被配置為允許柔性裝置102與器官的壁和/或脈管接合。操縱機(jī)構(gòu)105可以包括導(dǎo)向或引導(dǎo)裝置102所需的線、導(dǎo)向裝置、壓力等。如本文將要描述的，這些機(jī)構(gòu)和控制器126還用于在腔室等的邊界處放置裝置102。
[0026]工作站112包括光源106，以向光纖提供光。采用光學(xué)詢問(wèn)單元108來(lái)檢測(cè)從所有纖維返回的光。這允許確定應(yīng)變或其他參數(shù)，這將用于解讀介入式裝置102的形狀、取向等。將采用光學(xué)信號(hào)作為反饋，以對(duì)訪問(wèn)誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)并校準(zhǔn)裝置102或系統(tǒng)100。
[0027]形狀感測(cè)裝置104包括一個(gè)或多個(gè)纖維，所述一個(gè)或多個(gè)纖維被配置為利用其幾何結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)和校正/校準(zhǔn)裝置102的形狀。光學(xué)詢問(wèn)單元/模塊108與光學(xué)感測(cè)模塊
115(例如，形狀確定程序)一起工作，以允許跟蹤儀器或裝置102。利用纖維光學(xué)進(jìn)行形狀感測(cè)可以是基于光纖布拉格光柵傳感器的。光纖布拉格光柵(FBG)是一小段光纖,其反射特定波長(zhǎng)的光并透射所有其他光。這是通過(guò)在纖芯中增加折射率的周期性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這生成波長(zhǎng)特異性介電反射鏡。因此，纖維布拉格光柵能夠用作內(nèi)聯(lián)的光學(xué)濾波器，以阻擋某些波長(zhǎng)，或作為波長(zhǎng)特異性反射體。纖維布拉格光柵的工作背后的原理是折射率變化的每個(gè)界面處的菲涅耳反射(Fresnel reflection)。對(duì)于一些波長(zhǎng)而言,各個(gè)周期的反射光彼此同相，從而反射存在相長(zhǎng)干涉，并且因此透射存在相消干涉。布拉格波長(zhǎng)對(duì)于應(yīng)變和溫度是敏感的。布拉格光柵能夠用作光纖光學(xué)傳感器中的感測(cè)元件。
[0028]這項(xiàng)技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)之一是各種傳感器元件能夠被分布在纖維的長(zhǎng)度上。沿著被嵌入結(jié)構(gòu)中的纖維的長(zhǎng)度將三個(gè)或更多芯與各種傳感器(量規(guī))結(jié)合，允許精確確定這種結(jié)構(gòu)的三維形式。沿著纖維的長(zhǎng)度，在各個(gè)位置，定位多個(gè)FBG傳感器(例如，三個(gè)或更多纖維感測(cè)芯)。從每個(gè)FBG的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果中，能夠推斷該位置處的結(jié)構(gòu)的曲率。從多個(gè)測(cè)量到的位置中，確定總的三維形式。
[0029]作為光纖布拉格光柵的替代，能夠利用光纖中的固有反向散射。一種這樣的方法是使用標(biāo)準(zhǔn)單模通信纖維中的瑞利散射。瑞利散射和/或布里淵散射是由于纖芯中折射率的隨機(jī)波動(dòng)發(fā)生的。這些隨機(jī)波動(dòng)能夠被建模為沿光柵長(zhǎng)度具有幅度和相位的隨機(jī)變化的布拉格光柵。通過(guò)使用在多芯纖維的單一長(zhǎng)度內(nèi)延伸的三個(gè)或更多纖芯中的這種效應(yīng)，可以跟蹤感興趣的表面的3D形狀和動(dòng)力學(xué)行為。使用散射允許在光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。根據(jù)本原理，可以采用FBG，但如本文將要描述的，對(duì)于心臟過(guò)程而言，瑞利散射或布里淵散射是優(yōu)選的。
[0030]在特別有用的實(shí)施例中，采用裝置102來(lái)發(fā)現(xiàn)或觀察靶。靶可以包括功能器官，諸如心臟、肺等。在過(guò)程期間，收集來(lái)自形狀感測(cè)裝置104的形狀感測(cè)數(shù)據(jù)，并與手術(shù)前的成像數(shù)據(jù)或先前收集的形狀感測(cè)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，以理解靶的實(shí)時(shí)功能。形狀感測(cè)數(shù)據(jù)可以包括來(lái)自心搏和/或呼吸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并且可以執(zhí)行分析以解讀它。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，具有形狀感測(cè)裝置104 (具有瑞利、FBG和/或布里淵散射能力)的裝置102，允許沿著已知的3D路徑迅速檢測(cè)心臟內(nèi)的腔室形變，并且隨后估計(jì)心容積和機(jī)械功能。模塊115采用動(dòng)態(tài)形狀感測(cè)數(shù)據(jù)，以基于統(tǒng)計(jì)模型/訓(xùn)練庫(kù)122來(lái)計(jì)算心臟參數(shù)，并在介入期間在顯示器118上呈現(xiàn)參數(shù)。模塊115解讀形狀感測(cè)數(shù)據(jù)，以基于形狀感測(cè)機(jī)械功能數(shù)據(jù)和其他手術(shù)前或手術(shù)中數(shù)據(jù)建議用于起搏器植入的靶部位。模塊115還能夠?qū)⑿呐K的機(jī)械功能映射到由于病理學(xué)組織變形圖案導(dǎo)致的疤痕位置。
[0032]可以提供成像系統(tǒng)110，以收集對(duì)象148的手術(shù)前成像數(shù)據(jù)或?qū)崟r(shí)手術(shù)中成像數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏瘟鞒讨?，在另一設(shè)施、位置等處執(zhí)行手術(shù)前成像。3D圖像111可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器116中，并且用于模塊115的輸出，以使形狀感測(cè)裝置104的放置可視化，并進(jìn)一步將處置區(qū)域、針對(duì)CRT的線放置位置、沒(méi)有疤痕組織的區(qū)域或與醫(yī)療過(guò)程和感興趣器官一致的其他參數(shù)或計(jì)算特征指示作為覆蓋圖。
[0033]因此，系統(tǒng)100能夠?yàn)榕R床醫(yī)生提供關(guān)于心肌表面的有價(jià)值信息(例如，心肌邊界的位置)，無(wú)需進(jìn)行X射線成像或造影劑注射，在其他技術(shù)中將是需要的，諸如根據(jù)沿系繩的長(zhǎng)度的函數(shù)讀取離散(點(diǎn))讀數(shù)的離散測(cè)量技術(shù)。本系統(tǒng)100采用被集成到柔性儀器102(諸如導(dǎo)管、引導(dǎo)線、壓力線或電極引線)中的光學(xué)形狀感測(cè)光纖104，以在三個(gè)維度中提供連續(xù)
時(shí)空信息。
[0034]在過(guò)程期 間，使用標(biāo)準(zhǔn)策略，諸如用于電生理學(xué)介入的標(biāo)準(zhǔn)策略(其中使導(dǎo)管/線102形成循環(huán)，使其圍繞心外膜或心內(nèi)膜邊界)，跟蹤形狀的柔性儀器102被定位與心臟140(或其他器官)的壁相鄰。利用由若干個(gè)跟蹤形狀的柔性儀器(102)同時(shí)探查或利用單一跟蹤儀器連續(xù)探查，以查詢心臟腔室內(nèi)不同的切割平面，重復(fù)該過(guò)程，允許劃分心肌和腔室之間的邊界，當(dāng)前在常規(guī)X射線熒光透視/血管電影造影引導(dǎo)期間不注射造影劑不能確定所述邊界。
[0035]此外，啟用形狀感測(cè)的柔性儀器102可以將輪廓/邊界數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)測(cè)量結(jié)果饋送到圖像處理模塊142中，以進(jìn)行配準(zhǔn)、分割、重建或定量，以使算法自動(dòng)化，否則將需要以基于成像數(shù)據(jù)的視覺(jué)解讀而手動(dòng)定義的種子輪廓的形式進(jìn)行臨床輸入。在這種情況下，柔性儀器102提供輸入種子測(cè)量結(jié)果和動(dòng)作，在某種意義上，似乎它是人-計(jì)算接口裝置(例如，鼠標(biāo))。
[0036]參考圖2A-圖2D，根據(jù)范例性過(guò)程圖示性地示出了心臟腔室的形狀感測(cè)。圖2A示出了舒張末期(ED)位置時(shí)左心室(LV) 200的圖。形狀感測(cè)導(dǎo)管202被插入并被定位為與心肌內(nèi)表面210相鄰。圖2B示出了收縮末期(ES)位置時(shí)的LV200以及與內(nèi)邊界210相鄰的導(dǎo)管202’。圖2C示出了一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管202 (202’)的理論位置，一個(gè)覆蓋在另一個(gè)上方，示出了心搏周期期間心肌的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)導(dǎo)管位置被指定為202’，以指示圖像來(lái)自圖2B。圖2D示出了對(duì)LV200的舒張末期和收縮末期之間的位移進(jìn)行量化的箭頭212?？梢圆捎迷摷夹g(shù)來(lái)估計(jì)LV200的不同區(qū)域正在經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)之間的任何關(guān)系。
[0037]柔性儀器(例如導(dǎo)管102、202、202’ )的運(yùn)動(dòng)的基于形狀感測(cè)的實(shí)時(shí)跟蹤能夠用于推導(dǎo)與柔性儀器接觸的心肌段的運(yùn)動(dòng)特性。能夠從若干個(gè)相繼心搏周期中建立三維(3D)運(yùn)動(dòng)模型，在相繼心搏周期之間操縱儀器202，以詢問(wèn)在多個(gè)不同切割平面中的心臟的運(yùn)動(dòng)行為。
[0038]能夠通過(guò)檢測(cè)心肌中增加或減小運(yùn)動(dòng)的區(qū)域來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展所述系統(tǒng)的范圍。這允許系統(tǒng)在手術(shù)中檢測(cè)或檢驗(yàn)缺血區(qū)域(疤痕組織)，如有必要，更新或校正起搏器引線植入、心肌活檢、酒精消融或其他靶向治療的部位。
[0039]啟用形狀感測(cè)的導(dǎo)管202能夠“U”或“V”的幾何形狀預(yù)先成形，或者可以采用氣囊或其他偏置裝置，以接觸器官表面。在心臟工作同時(shí)，啟用形狀感測(cè)的導(dǎo)管202被放置為與心臟或其他器官的壁相鄰。導(dǎo)管202中的內(nèi)部機(jī)構(gòu)(例如，導(dǎo)向或剛度控制)允許控制與心肌組織的緊密接觸。確定相對(duì)心壁的運(yùn)動(dòng)模式之間的關(guān)系或相關(guān)性(或缺乏關(guān)系或相關(guān)性)允許系統(tǒng)100給出實(shí)時(shí)非同步信息，所述實(shí)時(shí)非同步信息可以用于選擇、驗(yàn)證或丟棄例如CRT中引線放置的潛在部位。
[0040]在圖2A-圖2D中所示的范例中，描繪了對(duì)收縮末期和舒張末期容積的估計(jì)。然而，可以以相同的方式確定其他參數(shù)，例如射血分?jǐn)?shù)、心容積和輸出等，其均提供心臟的實(shí)時(shí)功能信息。在與左心室(LV)的內(nèi)壁相鄰定位時(shí)，形狀感測(cè)纖維給出來(lái)自定義的切割平面或觀察點(diǎn)的腔室的邊界和形狀。使用來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)切割平面或前景的測(cè)量結(jié)果，系統(tǒng)能夠?qū)С鲅刂L(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度，并且繼而估計(jì)心臟功能或感興趣參數(shù)。使用形狀感測(cè)技術(shù)，更具體而言，使用瑞利或布里淵反向散射(盡管也可以采用FBG技術(shù))，能夠?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)管202的連續(xù)段上的數(shù)據(jù)。這意味著不存在盲點(diǎn)或離散數(shù)據(jù)收集點(diǎn)。在連續(xù)時(shí)間尺度上在導(dǎo)管202上的整個(gè)長(zhǎng)度上收集數(shù)據(jù)。這提供更完整的數(shù)據(jù)集，獲得更好的醫(yī)療評(píng)估、更好的醫(yī)療決策和即時(shí)反饋。
[0041]可以使用模型或其他機(jī)制，諸如公式、軟件分析工具等，通過(guò)采用例如模塊115(圖1)，解讀從功能心臟收集的數(shù)據(jù)。作為范例，為了描述如何使用這樣的測(cè)量結(jié)果導(dǎo)出容積，考慮以下內(nèi)容。能夠使用已知的Simpson規(guī)則計(jì)算容積,其中，針對(duì)每個(gè)圓形切片計(jì)算面積，并且這是針對(duì)整個(gè)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度(L，其中h=L/3)進(jìn)行積分的，以找到容積。備選地，可以采用已知的修正Simpson規(guī)則，其中在三個(gè)不同水平處(即，二尖瓣(Al)、乳頭肌(A2)、心尖(A3)處)計(jì)算圓形面積，并且如以下方程計(jì)算容積(V)。
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 啟用感測(cè)的柔性裝置(102)，具有至少一個(gè)光纖，所述至少一個(gè)光纖被配置為在所述柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變，所述柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)(105)，所述操縱機(jī)構(gòu)被配置為允許在所述長(zhǎng)度上與器官的壁接合；以及 解讀模塊(115)，其被配置為在所述器官工作同時(shí)在所述器官的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段之間接 收來(lái)自所述至少一個(gè)光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)，以量化與所述器官的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述器官包括心臟，并且所述壁包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，啟用感測(cè)的柔性裝置(102)包括柔性細(xì)長(zhǎng)儀器，并且在三個(gè)維度中提供連續(xù)時(shí)空信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)包括對(duì)心容積、機(jī)械功能、運(yùn)動(dòng)特性、射血分?jǐn)?shù)和/或心輸出量的估計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括顯示器(118)，其中，所述解讀模塊(115)被配置為基于形狀感測(cè)機(jī)械功能數(shù)據(jù)來(lái)建議用于起搏器植入的靶部位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述啟用感測(cè)的柔性裝置(102)包括切割平面中的氣囊、U形配置或V形配置中的至少一個(gè)，以測(cè)量所述器官的相對(duì)壁上的位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)的所述誘發(fā)的應(yīng)變包括在所述長(zhǎng)度上測(cè)量的反向散射。
10.一種用于功能性心臟評(píng)估的工作站，包括: 處理器(114)； 存儲(chǔ)器(116)，其被耦合到所述處理器； 啟用感測(cè)的柔性裝置(102)，其具有至少一個(gè)光纖，所述至少一個(gè)光纖被配置為在所述柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變； 操縱機(jī)構(gòu)(105)，其被集成到所述柔性裝置中，并且被配置為允許所述柔性裝置在所述長(zhǎng)度上與心臟的壁和/或血管接合； 解讀模塊(115)，其被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并且被配置為在所述心臟工作同時(shí)在所述心臟的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段之間接收來(lái)自所述至少一個(gè)光纖的反饋信號(hào)，基于所述誘發(fā)的應(yīng)變，所述解讀模塊生成數(shù)據(jù)，以量化與所述心臟的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)；以及 顯示器(118)，其被配置為生成圖像，以輔助對(duì)所述工作的心臟執(zhí)行過(guò)程。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述器官包括所述心臟，并且所述壁和/或血管包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工作站，其中，所述運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，啟用感測(cè)的柔性裝置(102)包括柔性細(xì)長(zhǎng)儀器，并且在三個(gè)維度中提供連續(xù)時(shí)空信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述參數(shù)包括心容積、機(jī)械功能、運(yùn)動(dòng)特性、射血分?jǐn)?shù)和/或心輸出量的估計(jì)中的一個(gè)或多個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述解讀模塊(115)被配置為基于形狀感測(cè)機(jī)械功能數(shù)據(jù)來(lái)建議用于起搏器植入的靶部位。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工作站，其中，所述解讀模塊(115)將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
17.根據(jù)權(quán) 利要求10所述的工作站，其中，所述啟用感測(cè)的柔性裝置(102)包括氣囊，或在切割平面中被成形為U形或V形配置，以測(cè)量所述器官的相對(duì)壁上的位移。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，在所述長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)的所述誘發(fā)的應(yīng)變包括所述長(zhǎng)度上測(cè)量的反向散射。
19.一種方法,包括: 將啟用感測(cè)的柔性裝置插入(300)工作器官的腔室或脈管中，所述啟用感測(cè)的柔性裝置具有至少一個(gè)光纖，所述至少一個(gè)光纖被配置為在所述柔性裝置的長(zhǎng)度上連續(xù)感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變； 操控(304)所述柔性裝置，以在所述長(zhǎng)度上與所述器官的邊界接合； 在所述器官工作同時(shí)，在所述器官的運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段內(nèi)接收(306)來(lái)自所述至少一個(gè)光纖的反饋信號(hào)；以及 解讀(310)所述反饋信號(hào)，以量化與所述器官的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述器官包括所述心臟，并且所述邊界包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述啟用感測(cè)的柔性裝置包括柔性細(xì)長(zhǎng)儀器，并且在三個(gè)維度中提供連續(xù)時(shí)空信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，解讀(310)所述光學(xué)信號(hào)以量化參數(shù)包括估計(jì)(312)心容積、確定機(jī)械功能、確定運(yùn)動(dòng)特性、確定射血分?jǐn)?shù)和/或確定心輸出量中的一個(gè)或多個(gè)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于形狀感測(cè)機(jī)械功能數(shù)據(jù)來(lái)建議(314)用于起搏器植入的靶部位。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，建議靶部位包括將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射(318)到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將所述啟用感測(cè)的柔性裝置形成(302)為切割平面中的U、V或氣囊形配置，以測(cè)量所述器官的相對(duì)壁上的位移。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，接收光學(xué)信號(hào)包括在所述長(zhǎng)度上接收(308)連續(xù)反向散射光，以提供所述長(zhǎng)度上的連續(xù)數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述運(yùn)動(dòng)的至少兩個(gè)階段包括兩個(gè)血管位置。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK103957792SQ201280051306
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】B·拉馬錢德蘭, R·陳, R·曼茨克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司