[發明專利]使用光學形狀傳感器的體積映射

在審

• 申請號: 201380051791.4
• 申請日: 2013-09-20
• 公開（公告）號: CN104684471A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: K.I.特羅瓦托;R.陳;R.曼茲科;C.M-F.孔;B.拉馬錢德蘭;L.維拉德
• 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;A61B19/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李靜嵐;景軍平

技術領域

本發明一般涉及通過一個或多個醫用工具（例如氣囊、籃、形狀記憶管等）錨定在部分或完全有界的解剖體積內以感測解剖體積的邊界的一部分或整體的三維（“3D”）形狀的光學形狀傳感器。本發明特別涉及基于光學形狀傳感器的形狀感測能力以及（如果適用的話）該（多個）醫用工具的物理幾何形狀對有界解剖體積的一部分或整體的3D形狀進行映射。

背景技術

如本領域已知的，可利用成像系統來實施已知的成像模態（例如X射線、計算機斷層攝影、磁共振成像、超聲、正電子發射斷層攝影和單光子發射計算機斷層攝影）以用于生成患者的靶向器官（例如可能生癌的器官或異常工作的器官）的圖像。這些圖像可由醫師用于診斷患者和/或用于規劃和執行對器官的各種處置（例如圖像引導的手術、放射治療等）。為了促進對靶向器官的精確處置規劃，靶向器官可能需要被分割以用于圖像內的靶向器官的輪廓的識別和可視化。

然而，因為例如如果金屬掩蓋或干涉解剖則圖像可能難以閱讀，所以圖像內的靶向器官的輪廓的識別和可視化可能是不可能或易于出錯的。圖像分割通常要求經過高度訓練的醫師來在靶向器官的表面上選擇各個點以電子地畫出靶向器官的輪廓。這可能是耗時的并且易于出錯。更特別地，由于器官的差可視化，器官和內部流體之間的邊界的劃界可能是困難的。可使用對比劑材料來幫助突出顯示特定解剖體，盡管一些人對對比劑是敏感的。

替代地，可利用自動分割程序，例如由美國專利申請公開文本2008/0008369A1公開的邊界再參量化方法。然而，如通過上述公開文本認識到的，由于各種原因，靶向器官的邊界可能難以識別，該各種原因包括被斑點噪聲的存在掩蔽、由于被覆蓋的特征遮蔽在圖像中出現薄弱以及由不同灰度級的兩個區域或由于兩個不同紋理之間的邊沿或由于兩者的混合而形成的虛假邊沿。該復雜性導致基于圖像的自動分割算法的高失敗率。

發明內容

本發明的目的是提供一種映射方法來測量解剖體積（例如中空器官）的形狀并且可選地測量各個參數，該各個參數包括但不限于運動、應變、磁性、電壓、氣流、流體流動、溫度、壓力、生化狀態和涉及固有組織屬性或組織對外在因素的響應的任何其它特性。特別地，形狀/參數測量可隨著時間發生以由此產生解剖體積的四維（“4D”）信息。為此目的，本發明提供了一種通過（多個）醫用工具被有序地安置和錨定在部分或完全有界的體積內以映射該體積的邊界的一部分或整體的三維（“3D”）形狀的光學形狀傳感器。

本發明的一個形式是可部署在解剖體積內以用于映射解剖體積的邊界的一部分或整體的體積映射器械。該體積映射器械采用一個或多個醫用工具，其中每個醫用工具在用于將（多個）醫用工具有序地安置在解剖體積內的可部署結構配置與用于抵靠解剖體積的邊界錨定每個醫用工具的映射結構配置之間轉變。

（多個）醫用工具的示例包括但不限于（1）在泄氣的收縮狀態和充氣的膨脹狀態之間轉變的醫用氣囊，（2）包括用于在伸長形狀和球形形狀之間轉變醫用籃的形狀記憶材料的醫用籃，以及（3）包括用于在伸長形狀和螺旋形狀之間轉變醫用管的形狀記憶材料的醫用管。

體積映射器械進一步采用貼近到（多個）醫用工具的光學形狀傳感器，其中光學形狀傳感器在結構上被配置成響應于每個醫用工具在解剖體積內從可部署結構配置轉變到映射結構配置而生成指示解剖體積的邊界的一部分或整體的形狀的一個或多個編碼光學信號。

本發明的第二形式是采用上述體積映射器械并且進一步采用體積映射模塊來基于（多個）編碼光學信號映射解剖體積的邊界的該部分或整體的體積映射系統。

本發明的第三形式是用于利用上述體積映射系統的體積映射方法。體積映射方法包含將每個醫用工具有序地安置在解剖體積內并且抵靠解剖體積的邊界來錨定被安置在解剖體積內的每個醫用工具。體積方法還包含響應于每個醫用工具被抵靠解剖體積的邊界錨定，操作光學形狀傳感器以生成指示解剖體積的邊界的該部分或整體的形狀的一個或多個編碼光學信號，以及基于（多個）編碼光學信號來映射解剖體積的邊界的該部分或整體。

根據結合附圖閱讀的本發明的各個實施例的以下詳細描述，本發明的上述形式和其它形式以及本發明的各個特征和優點將變得更加清楚。詳細描述和附圖僅僅是說明本發明而非限制，本發明的范圍由所附權利要求及其等同形式來限定。

附圖說明

圖1圖示了根據本發明的體積映射系統的示例性實施例。

圖2A和2B圖示了根據本發明的具有分別處于泄氣狀態和充氣狀態的醫用氣囊的體積映射器械的示例性實施例。