具有组合的超声和光学成像装置的成像探头制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种通过高分辨率成像(包括高频超声和/或光学相干断层成像)对哺乳动物组织和结构进行成像的成像探头。使用高分辨率成像的成像探头结构使用组合的高频超声(IVUS)以及光学成像方法例如光学相干断层(OCT)，并且对扫描关注区域期间从超声图像信号和光学图像信号获得的图像进行精确的联合配准。

【技术实现步骤摘要】
具有组合的超声和光学成像装置的成像探头本申请是申请人桑尼布鲁克健康科学中心的申请日为2008年1月21日、专利技术名称为“具有组合的超声和光学成像装置的成像探头”、申请号为201410333307.3的中国专利申请的分案申请，而申请号为201410333307.3的中国专利申请是申请人桑尼布鲁克健康科学中心的申请日为2008年1月21日、国家申请号为200880009104.1(国际申请号为PCT/CA2008/000089)、专利技术名称为“具有组合的超声和光学成像装置的成像探头”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本专利申请涉及2007年1月19日用英语提交的、专利技术名称为“IMAGINGPROBE(成像探头)”的美国临时专利申请No.60/881,169并且要求其优先权，该申请通过引用而被整体结合在此。
本专利技术基本上涉及使用组合的高频超声(IVUS)以及光学成像方法例如光学相干断层(OCT)、通过高分辨率成像对哺乳动物组织和结构进行成像的领域，并且涉及对扫描关注区域期间从超声图像信号和光学图像信号中获得的图像进行精确的联合配准。
技术介绍
人体内部(或者对于不局限于内部的皮肤或者眼科应用)的高分辨率成像用于多种目的，包括以下任何一种：i)评定组织结构和解剖结构及组分；ii)设计和/或引导人体局部区域上的介入；以及iii)评定改变局部区域的结构、组成或者其它特性的介入的结果。这种特定情况下的高分辨率成像指的是高频超声和光学成像方法。对于本专利技术，高频超声一般指的是频率大于3MHz的成像，并且更典型地指的是9至100MHz范围之内。高频超声对于血管内和心脏内处置是非常有用的。对于这些应用，超声传感器被结合到可被插入到人体内的导管或其它装置中。作为示例，高频超声的两个尤其重要的实施方式是用于对血管进行成像的血管内超声(IVUS)和用于对心腔进行成像的心脏内超声心动描记法(ICE)。ICE和IVUS都是最低程度地损害，并且包括将一个或多个超声传感器放置在血管或心腔内从而获取这些结构的高质量图像。基于在医疗领域中使用的光纤技术的光学成像方法包括光学相干断层成像、血管镜法、近红外光谱法、Raman光谱法以及荧光光谱法。这些方法一般需要使用一根或多根光纤，用于沿着成像位置与成像检测器之间的轴传送光能。光学相干断层成像是超声的光学模拟，并且提供了1-30微米量级的成像分辨率，但是在大多情况下不像超声那样深入地穿入到组织里。光纤还可被用于向治疗操作(例如组织的激光烧蚀以及光力学治疗)传送能量。与本专利技术有关的其它成像形式包括血管镜、内窥镜以及其它类似的成像机构，其基于光的往回反射通过探头并且来获取图像，从而对病人体内位置进行成像。高分辨率成像装置已经以多种形式实施，用于评定哺乳动物解剖结构的多个不同区域，包括胃肠系统、心血管系统(包括冠状、外围以及神经脉管系统)、皮肤、眼睛(包括视网膜)、泌尿生殖系统、乳房组织、肝组织以及其它。作为示例，使用高频超声或者光学相干断层成像的心血管系统成像已经发展用于评定动脉斑块的结构和组成。高分辨率成像已被用于测量脉管或斑块形状、流经患病动脉的血流以及动脉斑块上的介入效果(例如通过粥样斑块切除术、血管成形术和/或支架术)。还尝试使用高分辨率成像来识别还没有引起临床症状但是破裂或侵蚀及引起剧烈心肌梗塞的风险却在增大的血管损坏。这些所谓的“易损斑块”是重点关注区域，因为处理这种斑块以提前应对不利临床事件的前景在构想上是有吸引力的。慢性完全闭塞病变是血管损害的一种特定子集，其中脉管的全部内腔在大约一个月时间内被堵塞(根据损害部的血管造影)。大多数血管内成像形式是“侧向观察”并且需要一条用于使血管内成像装置穿过损害部的通道。为了对慢性完全闭塞病变进行成像，高分辨率成像方法如果能适于“前方观察”而不是“侧向观察”配置的话则会更加有用。这些高分辨率成像装置中的一些依赖于使用旋转轴将转矩传送到探头远端附近的成像装置。这些旋转轴通常是长的、细的以及柔性的，从而使得它们可以被运送穿过解剖学导管，例如脉管系统、生殖泌尿道、呼吸道以及其它这类人体空腔。理想地，当连续转矩在特定方向上施加到线缆时，转矩线缆逐渐形成其近端和远端的旋转度之间具有密切关系的特性。这样通过使转矩线缆远端处(人体内)的旋转角度成为转矩线缆近端处(人体外)的旋转角度的合理近似，从而能够使得超声导管的设计简单化。转矩线缆或轴在发生成像位置处的旋转可以不同于在转矩线缆或轴的近端处发生的旋转。当柔性轴至少部分地被运送穿过弯曲通道时，由于成像轴的旋转部件与静止部件之间的惯性和摩擦，尤其出现这种情况。如果旋转速度随时间改变的话，旋转轴近端与远端的旋转速度彼此相等的假设也不太可能是有效的。不清楚成像探头在成像光束被导向组织处的点上的真正角速度的不利结果导致了不均匀旋转失真(NURD)。NURD会导致图像的显著失真，并且伴随着图像几何形状精度的降低。通过提供更加精确的信息用于图像重建，对远端旋转轴或连接到旋转轴的成像组件的真实旋转速度的更加精确估计的知晓能够有助于克服这种失真。当多于一种成像形式实施在成像探头上时(例如组合的超声及光学成像)，旋转速度的更好估计还有助于提高图像联合配准的精确性。尽管使用多于一种形式的成像技术(例如超声及光学技术)已经证明在用于高分辨率成像的医学应用中是有价值的，但是它们通常不会串联地使用。如下面相关技术概要中所述，存在多种设计用于光学和超声技术的组合。然而，这些设计中的局限性妨碍了它们的认可程度。即，结合光学和超声技术的设计使超声和光学成像机构出现偏差，例如Maschke在美国专利7289842中描述的，导致了获取到不配准的超声及光学信号。对来自这两种成像装置的数据的配准需要成像机构的移动并且容易产生配准误差，这是由于：(i)不均匀旋转失真(NURD)，(ii)使用两种成像装置在同一位置的连续成像之间发生的物体运动，(iii)被成像物体的可变性，以及(iv)精确跟踪成像装置位置的难度。所有这些影响导致了不精确的联合配准，由此限制了来自这两种成像装置的数据获取的有用性。相关技术概述Yock(美国专利No.4794931)描述了一种用于血管内超声的、基于导管的系统，用于提供血管内结构的高分辨率成像。该系统包括外套，在该外套内在长的力矩线缆远端附近具有超声传感器。当马达旋转力矩线缆和超声传感器组件时，可以生成解剖结构(例如血管)的2D横截面图像。与超声传感器的旋转运动相结合的导管或者力矩线缆以及超声传感器的线性平移允许沿着导管长度获取一系列的2D图像。Milo等人(美国专利No.5,429,136)和Lenker等人(美国专利No.6,110,121以及6,592,526)描述了往复及振动装置，用于扫描导管端部的圆周或纵向方向上的超声成像束。往复或振动装置消除了使用诸如集电环的机构来向探头提供电连接的需要，该探头在特定方向上旋转数周，例如超过一个或两个旋转。类似地，光学成像的某些实施可以通过往复或振动装置来避免使用光学旋转接头。Liang等人(美国专利5,606,975和5,651,366)描述了一种前方观察式血管内超声的实施装置，其中超声被导向反射镜，该反射镜导致超声束与脉管系统内前进的旋转转矩线缆的纵向轴线成一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示联合配准的图像的方法，所述方法包括以下步骤：从成像探头获取第一图像和第二图像，所述成像探头构造成根据两种或更多种成像形式获取图像，其中所述第一图像和所述第二图像彼此联合配准；以及显示包括所述第一图像的一部分和所述第二图像的一部分的动态图像，用于识别所述第一图像和所述第二图像中的特征。

【技术特征摘要】
2007.01.19 US 60/881,1691.一种显示联合配准的图像的方法，所述方法包括以下步骤：从成像探头获取第一图像和第二图像，所述成像探头构造成根据两种或更多种成像形式获取图像，其中所述第一图像和所述第二图像彼此联合配准；以及显示包括所述第一图像的一部分和所述第二图像的一部分的动态图像，用于识别所述第一图像和所述第二图像中的特征。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述动态图像通过将所述第一图像和所述第二图像分成多个扇段以及显示所述动态图像使得限定所述扇段的边界随时间旋转而形成。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一图像的所述一部分和所述第二图像的所述一部分根据来自用户的输入而确定。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一图像的要显示的部分通过识别所述第二图像中的闭合轮廓或识别所述第二图像中的两个闭合轮廓之间的空间的用户输入来限定。5.一种显示联合配准的图像的方法，所述方法包括以下步骤：从成像探头获取第一图像和第二图像，所述成像探头构造成根据两种或更多种成像形式获取图像，其中所述第一图像和所述第二图像彼此联合配准；在与分开的层相同的位置显示所述第一图像和所述第二图像；以及通过改变在前面的层的透明度或者通过改变层的显示次序而显示动态图像。6.一种基于存在于联合配准的第一图像中的特征显示第二图像的方法，所述方法包括以下步骤：从成像探头获取第一图像和第二图像，所述成像探头构造成根据两种或更多种成像形式获取图像，其中所述第一图像根据第一成像形式获取，所述第二图像根据第二成像形式获取，并且其中，所述第一图像和所述第二图像联合配准；识别所述第一图像中的关注特征；在所述第二图像上叠加与所述关注特征相关联的信息。7.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述关注特征相关联的信息包括位置、形状、信号特性或组成。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二图像包括三维图像数据，并且其中，所述关注特征包括表面和空间中的一个。9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，识别所述第二图像中的关注特征的步骤包括接收来自用户的输入，所述输入识别所述关注特征的位置。10.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，识别所述第二图像中的关注特征的步骤通过半自动识别来执行。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述关注特征的半自动识别包括从用户接收图像处理算法的起始点和图像处理算法产生的结果的改善。12.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，识别所述第二图像中的关注特征的步骤包括处理所述第二图像以自动地识别所述关注特征。13.根据权利要求12所述的方法，其中，处理所述第二图像的步骤包括确定所述第二图像中的边界位置。14.根据权利要求12所述的方法，其中，处理所述第二图像的步骤包括执行图案识别算法以识别所述第二图像中的特征。15.根据权利要求12所述的方法，其中，处理所述第二图像的步骤包括识别所述第二图像中的一个或多个组织类型。...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩·考特尼，奈杰尔·罗伯特·芒西，阿曼迪普·辛格·辛德，杨晓东，弗朗西斯·斯图尔特·福斯特，
申请(专利权)人：桑尼布鲁克健康科学中心，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA