用于血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)模擬的形狀感測(cè)超聲探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及醫(yī)學(xué)儀器，并且更具體地涉及與超聲探頭一起使用以計(jì)算在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)的形狀感測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)是在冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管插入術(shù)中用于測(cè)量跨冠狀動(dòng)脈狹窄(變窄，通常是由于動(dòng)脈粥樣硬化)的壓力差，以確定狹窄阻礙氧氣遞送至心臟肌肉(心肌缺血)的可能性的技術(shù)。在冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管插入術(shù)期間，使用鞘管和導(dǎo)絲來(lái)插入導(dǎo)管。FFR使用在線(xiàn)的端部上的小傳感器(通常是換能器)來(lái)測(cè)量壓力、溫度和流量，以確定病變的精確嚴(yán)重性。當(dāng)前臨床實(shí)踐是使用壓力線(xiàn)來(lái)在潛在狹窄之前和之后測(cè)量壓力。備選地，壓力線(xiàn)的拉回能夠被執(zhí)行，并且沿血管記錄壓力。盡管壓力線(xiàn)準(zhǔn)許測(cè)量壓力，但是它的插入也可能引起流量模式中的扭曲，從而導(dǎo)致不正確的測(cè)量。
[0003]作為非侵入性的備選，基于容積計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)血管造影(CTA)圖像的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)模擬正變得越來(lái)越重要。然而，針對(duì)FFR模擬的一個(gè)關(guān)鍵的部分是對(duì)模擬然后在其上被計(jì)算的底層血管幾何結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確知曉。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本原理，一種醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，包括:醫(yī)學(xué)儀器，其被配置用于介入部署；以及形狀感測(cè)系統(tǒng)，其被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中，并且被配置為測(cè)量在所述介入部署期間的所述醫(yī)學(xué)儀器的形狀。成像設(shè)備被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中，并且被配置為對(duì)所述成像設(shè)備被部署在其中的腔進(jìn)行成像。配準(zhǔn)模塊被配置為將在特定時(shí)間處的所述醫(yī)學(xué)儀器的所述形狀和所述腔的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以在考慮運(yùn)動(dòng)的情況下重建所述腔的三維幾何結(jié)構(gòu)。
[0005]一種用于針對(duì)血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)模擬跟蹤腔運(yùn)動(dòng)的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，包括:醫(yī)學(xué)儀器，其被配置用于介入部署；以及形狀感測(cè)系統(tǒng)，其被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中，并且被配置為測(cè)量在所述介入部署期間的所述醫(yī)學(xué)儀器的形狀。成像設(shè)備被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中，并且被配置為對(duì)所述成像設(shè)備被部署在其中的腔進(jìn)行成像。處理器被包括，并且存儲(chǔ)器被耦合到所述處理器。所述存儲(chǔ)器包括配準(zhǔn)模塊，所述配準(zhǔn)模塊被配置為將在特定時(shí)間處的所述醫(yī)學(xué)儀器的所述形狀和所述腔的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供融合的數(shù)據(jù)，所述融合的數(shù)據(jù)在考慮所述腔的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)重建幾何結(jié)構(gòu)。FFR模擬模塊被配置為基于所述融合的數(shù)據(jù)計(jì)算在所述腔中的流量特性。
[0006]—種用于跟蹤腔運(yùn)動(dòng)的方法，包括:提供醫(yī)學(xué)儀器，其具有被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中的形狀感測(cè)系統(tǒng)的，和被安裝在所述醫(yī)學(xué)儀器上或所述醫(yī)學(xué)儀器中的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備；在介入部署期間同時(shí)地測(cè)量所述醫(yī)學(xué)儀器的形狀以及使用所述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備來(lái)測(cè)量腔的圖像；并且將所述醫(yī)學(xué)儀器的所述形狀融合到在對(duì)應(yīng)的時(shí)間處的所述腔的所述圖像，以在考慮運(yùn)動(dòng)的情況下重建所述腔的三維幾何結(jié)構(gòu)。
[0007]本公開(kāi)的這些及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)結(jié)合附圖閱讀的說(shuō)明性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述而變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]本公開(kāi)將參考以下附圖詳細(xì)呈現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:
[0009]圖1是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括形狀感測(cè)系統(tǒng)和成像探頭或設(shè)備的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的方框/流程圖；
[0010]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出了針對(duì)三個(gè)時(shí)間戳記的超聲圖像的形狀感測(cè)軌跡和用于計(jì)算流量特性的參考位置的圖；
[0011]圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的由靜脈內(nèi)超聲探頭收集的血管圖像的橫截面的圖示；
[0012]圖4是根據(jù)本原理的用于執(zhí)行血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)測(cè)量的說(shuō)明性醫(yī)學(xué)儀器的側(cè)視圖；并且
[0013]圖5是示出了根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的用于確定運(yùn)動(dòng)中的腔的三維幾何結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)(FFR)是在冠狀動(dòng)脈導(dǎo)管插入術(shù)中用于測(cè)量跨例如冠狀動(dòng)脈狹窄的壓力差的技術(shù)。壓力線(xiàn)通常在侵入性流程中用于測(cè)量狹窄、潛在狹窄或感興趣區(qū)之前和之后的壓力差。根據(jù)本原理，通過(guò)將形狀感測(cè)的成像探頭(例如，血管內(nèi)超聲(IVUS)探頭或光學(xué)相干斷層攝影(0CT)成像設(shè)備)用于血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)模擬，來(lái)采用備選。在IVUS (或0CT)收集腔直徑和血管壁的連續(xù)測(cè)量結(jié)果時(shí)，甚至在存在心臟跳動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)的情況下，形狀感測(cè)準(zhǔn)許對(duì)血管的三維重建。該信息能夠被用于生成血管的準(zhǔn)確三維甚至四維模型(空間和時(shí)間)，作為用于使用例如計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的FFR計(jì)算的輸入。
[0015]形狀感測(cè)血管內(nèi)超聲(IVUS)探頭使用具有被附接到導(dǎo)管的遠(yuǎn)端的小型化超聲探頭的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的導(dǎo)管，來(lái)測(cè)量血管的腔和壁兩者。盡管IVUS準(zhǔn)許連續(xù)測(cè)量結(jié)果的收集，但是整個(gè)血管幾何結(jié)構(gòu)的重建是困難的，尤其是在心臟跳動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)的情況下，這能夠引起從其中獲得測(cè)量結(jié)果的位置的不確定性。
[0016]這些問(wèn)題能夠通過(guò)測(cè)量IVUS導(dǎo)管的形狀來(lái)克服。這能夠由被附接至IVUS導(dǎo)管的形狀感測(cè)系統(tǒng)(例如，多個(gè)傳感器的光學(xué)形狀感測(cè)或電磁跟蹤)來(lái)實(shí)現(xiàn)。知曉了 IVUS探頭的形狀以及從IVUS獲得的血管腔和壁的測(cè)量結(jié)果兩者，能夠重建血管幾何結(jié)構(gòu)。一旦該信息可用，其能夠成為隨后的FFR模擬的開(kāi)始點(diǎn)。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解，將依據(jù)醫(yī)學(xué)儀器來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)要更廣泛得多，并且，可應(yīng)用于任何儀器。在一些實(shí)施例中，本原理被采用在跟蹤或分析復(fù)雜的生物或機(jī)械系統(tǒng)中。具體而言，本原理可應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部追蹤流程，在諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的所有區(qū)中的流程。附圖中描繪的元件能夠被實(shí)施在硬件與軟件的各種組合中，并且提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0018]能夠通過(guò)使用專(zhuān)用硬件以及能夠運(yùn)行與合適的軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來(lái)提供附圖中示出的各種元件的功能。在由處理器提供時(shí)，所述功能能夠由單個(gè)專(zhuān)用處理器、由單個(gè)共享處理器、或由多個(gè)個(gè)體處理器(它們中的一些能夠被共享)來(lái)提供。此外，術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解釋為唯一地指代能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠暗含地包括而不限于數(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)設(shè)備等。
[0019]此外，在本文中的記載本發(fā)明的原理、方面和實(shí)施例的所有陳述，以及其具體范例，旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能等價(jià)物。此外，這樣的等價(jià)物旨在包括當(dāng)前已知的等價(jià)物和未來(lái)發(fā)展的等價(jià)物(即，無(wú)論其結(jié)構(gòu)執(zhí)行相同功能的所發(fā)展的任何元件)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文呈現(xiàn)的框圖表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理的說(shuō)明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類(lèi)似地，將認(rèn)識(shí)到，任何流程表、流程圖等表示基本上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中并因此由計(jì)算機(jī)或處理器來(lái)運(yùn)行的各種過(guò)程，而無(wú)論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確示出。
[0020]此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存取，所述計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)合來(lái)使用的程序代碼。出于該描述目的，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)、通信、傳播或運(yùn)輸用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其結(jié)合來(lái)使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)能夠是電子的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、紅外的或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或者裝置或設(shè)備)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)