[發明專利]利用光學形狀感測的動態約束

有效

• 申請號: 201280028201.1
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103607949A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: R·曼茨克;G·W·T·霍夫特;R·陳;A·E·德雅爾丹
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: A61B5/107
• 分類號: A61B5/107;G02B6/02;A61B5/11;A61N5/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文;蹇煒

此申請要求先前于2011年6月10日提交并且通過引用并入于此的臨時申請號61/495862的優先權。

技術領域

此公開內容涉及光學形狀感測，并且更特別地涉及將光學形狀感測約束施加于用于醫療應用的空間設置的傳感器陣列的系統和方法。

背景技術

典型地使用數值方法來探討對于諸如電阻抗斷層攝影（EIT）、漫射光學斷層攝影（DOT）、體表電位標測（body?surface?potential?mapping，BSPM）等的非線性和不適定（ill-posed）問題的解，該數值方法利用關于與感興趣的未知參數相關的測量的現有知識。范例包括用于正向計算的有限元建模和用于獲得唯一和穩定反解（inverse?solution）的正則化非線性求解器。工業和醫療成像中遇到的典型的情景基本上對于時間不變情況是三維的且對于動態觀察是四維的。

為了得出有意義的反演解（inversion?solution），知道實驗裝備的源/探測器幾何結構以及感興趣的對象/體積的三維（3D）形狀是重要的。在DOT的情況下，輸入信號隨距源的距離指數衰減。適于對象的幾何結構的測量裝備相對于用于普通使用的剛性的過大的測量裝備是優選的。在EIT的情況下，需要電極與組織接觸并且需要在測量幾何結構內考慮（account?for）歸因于患者的移動的動態，患者的移動諸如是呼吸運動。圖像重建的精確度取決于3D形狀如何及時改變。

當前，并入到反問題的解中的附加現有知識的范例包括來自用于非侵入電-解剖標測/體表面電位標測（BSPM）、EIT和DOT的磁共振（MR）或計算機斷層攝影（CT）的成像數據。然而，典型地在在前時間點處獲取這些數據集并且這些數據集不反映用于利用非接觸標測/EIT/DOT的斷層攝影反演的測量獲取期間存在于感興趣的結構內的動態。

使用線性加速器機器經由二維束投遞外部束放射療法（XRT）。XRT主要包括從數個方向（經常是前或后，以及兩側）投遞至患者的單個輻射束。在稱為仿真器的專門校準的診斷x射線機器上對處置進行計劃或仿真，因為仿真器再現線性加速器動作，并且將它們與輻射束的通常良好建立的布置進行比較以實現期望的計劃。仿真的目的是對待處置的體積精確地進行瞄準和定域。XRT從計劃和實行期間器官變形的知識獲益。

能夠從各種系統推導形狀信息。這些包括：光學形狀詢問系統（例如，光纖布拉格傳感器、瑞利散射、布里淵散射、基于光學強度的漸弱）、用于裝置上的點的電磁（EM）定域的多線圈陣列、用于三維表面估計的激光掃描系統以及用于基于相機（飛行時間或常規光學測量）或麥克風的形狀詢問的光學/聲學標記/發射器陣列。諸如超聲的實時成像也可以用于形狀信息，但是該途徑的臨床可用性取決于附加成本和與執行的成像相關的斷層攝影信息的臨床價值。

發明內容

根據本原理，一種用于測量受試者的動態移動的系統、設備和方法，包括：網狀結構，被配置為柔性地且貼身地（snuggly）裝配在所述受試者的至少部分之上。所述網狀結構包括設置于其中的一個或多個形狀感測光纖，以及第二測量形態，所述第二測量形態包括并入于其中的傳感器或探測器，使得所述一個或多個形狀感測光纖監視受試者上的所述傳感器或探測器的移動。重建模塊耦合至所述形狀感測光纖，以接收反饋信號并基于所述反饋信號來解釋所述傳感器或探測器的形狀和位置的動態改變。所述重建模塊考慮所述動態改變以改善所述受試者上的醫療活動。

一種用于測量受試者的動態移動的設備，包括：網狀結構，被配置為裝配在所述受試者的至少部分之上。一個或多個形狀感測光纖包括在所述網狀結構內。第二測量形態包括并入到所述網狀結構中的多個傳感器，使得結合所述第二形態來采用所述一個或多個形狀感測光纖，以從所述受試者的皮膚的表面直接執行測量。調整機構被配置為容許所述網狀結構和所述一個或多個形狀感測光纖的調整，以容許所述網狀結構至所述受試者的所述部分的柔性和貼身的聯接。

一種用于測量受試者的動態移動的方法，包括：提供網狀結構，所述網狀結構被配置為柔性地且貼身地裝配在所述受試者的至少部分之上，所述網狀結構包括設置于其中的一個或多個形狀感測光纖和另一感測技術的傳感器；以及通過采用從所述一個或多個形狀感測光纖接收的反饋信號來監視所述傳感器的移動和位置，并基于所述反饋信號來解釋所述傳感器的所述移動和位置的動態改變，來重建所述受試者的所述部分的形狀；以及考慮測得的所述動態改變以改善所述受試者上的醫療活動。