使用光学形状传感器的体积映射制造技术

一种可部署于部分或完全封闭的解剖体积内的体积映射器械（20）采用一个或多个医用工具（40），该一个或每个医用工具（40）在用于将一个或每个医用工具（40）有序地安置在解剖体积内的可部署结构配置与用于抵靠解剖体积的边界锚定一个或每个医用工具（40）的映射结构配置之间转变。体积映射器械（20）还采用贴近到（多个）医用工具（40）的光学形状传感器（30），以响应于一个或每个医用工具（40）在所述解剖体积内从可部署结构配置转变到映射结构配置而生成指示解剖体积的边界的形状的一个或多个编码光学信号。基于（多个）编码光学信号，利用体积映射模块（51）来映射解剖体积的边界的一部分或整体。

Volume mapping using optical shape sensors

A volume mapping instrument (20) that can be deployed in a partially or completely enclosed anatomical volume employs one or more medical tools (40), one or each of which is configured in a deployable structure for orderly placement of one or each medical tool (40) within the anatomical volume and for depending on the anatomical volume. The boundary anchors the transformation between the mapping structure configurations of one or each medical tool (40). The volume mapping apparatus (20) also employs an optical shape sensor (30) close to (a plurality) of medical tools (40) to generate one or more braids indicating the shape of the boundary of the anatomical volume in response to the transition from a deployable structure configuration to a mapping structure configuration within the anatomical volume of one or each medical tool (40). Code optical signal. Based on (multiple) encoded optical signals, a volume mapping module (51) is used to map a portion or a whole of the boundary of the anatomical volume.

【技术实现步骤摘要】
使用光学形状传感器的体积映射
本专利技术一般涉及通过一个或多个医用工具（例如气囊、篮、形状记忆管等）锚定在部分或完全有界的解剖体积内以感测解剖体积的边界的一部分或整体的三维（“3D”）形状的光学形状传感器。本专利技术特别涉及基于光学形状传感器的形状感测能力以及（如果适用的话）该（多个）医用工具的物理几何形状对有界解剖体积的一部分或整体的3D形状进行映射。
技术介绍
如本领域已知的，可利用成像系统来实施已知的成像模态（例如X射线、计算机断层摄影、磁共振成像、超声、正电子发射断层摄影和单光子发射计算机断层摄影）以用于生成患者的靶向器官（例如可能生癌的器官或异常工作的器官）的图像。这些图像可由医师用于诊断患者和/或用于规划和执行对器官的各种处置（例如图像引导的手术、放射治疗等）。为了促进对靶向器官的精确处置规划，靶向器官可能需要被分割以用于图像内的靶向器官的轮廓的识别和可视化。然而，因为例如如果金属掩盖或干涉解剖则图像可能难以阅读，所以图像内的靶向器官的轮廓的识别和可视化可能是不可能或易于出错的。图像分割通常要求经过高度训练的医师来在靶向器官的表面上选择各个点以电子地画出靶向器官的轮廓。这可能是耗时的并且易于出错。更特别地，由于器官的差可视化，器官和内部流体之间的边界的划界可能是困难的。可使用对比剂材料来帮助突出显示特定解剖体，尽管一些人对对比剂是敏感的。替代地，可利用自动分割程序，例如由美国专利申请公开文本2008/0008369A1公开的边界再参量化方法。然而，如通过上述公开文本认识到的，由于各种原因，靶向器官的边界可能难以识别，该各种原因包括被斑点噪声的存在掩蔽、由于被覆盖的特征遮蔽在图像中出现薄弱以及由不同灰度级的两个区域或由于两个不同纹理之间的边沿或由于两者的混合而形成的虚假边沿。该复杂性导致基于图像的自动分割算法的高失败率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种映射方法来测量解剖体积（例如中空器官）的形状并且可选地测量各个参数，该各个参数包括但不限于运动、应变、磁性、电压、气流、流体流动、温度、压力、生化状态和涉及固有组织属性或组织对外在因素的响应的任何其它特性。特别地，形状/参数测量可随着时间发生以由此产生解剖体积的四维（“4D”）信息。为此目的，本专利技术提供了一种通过（多个）医用工具被有序地安置和锚定在部分或完全有界的体积内以映射该体积的边界的一部分或整体的三维（“3D”）形状的光学形状传感器。本专利技术的一个形式是可部署在解剖体积内以用于映射解剖体积的边界的一部分或整体的体积映射器械。该体积映射器械采用一个或多个医用工具，其中一个或每个医用工具在用于将（多个）医用工具有序地安置在解剖体积内的可部署结构配置与用于抵靠解剖体积的边界锚定一个或每个医用工具的映射结构配置之间转变。（多个）医用工具的示例包括但不限于（1）在泄气的收缩状态和充气的膨胀状态之间转变的医用气囊，（2）包括用于在伸长形状和球形形状之间转变医用篮的形状记忆材料的医用篮，以及（3）包括用于在伸长形状和螺旋形状之间转变医用管的形状记忆材料的医用管。体积映射器械进一步采用贴近到（多个）医用工具的光学形状传感器，其中光学形状传感器在结构上被配置成响应于一个或每个医用工具在解剖体积内从可部署结构配置转变到映射结构配置而生成指示解剖体积的边界的一部分或整体的形状的一个或多个编码光学信号。本专利技术的第二形式是采用上述体积映射器械并且进一步采用体积映射模块来基于（多个）编码光学信号映射解剖体积的边界的该部分或整体的体积映射系统。本专利技术的第三形式是用于利用上述体积映射系统的体积映射方法。体积映射方法包含将一个或每个医用工具有序地安置在解剖体积内并且抵靠解剖体积的边界来锚定被安置在解剖体积内的一个或每个医用工具。体积方法还包含响应于一个或每个医用工具被抵靠解剖体积的边界锚定，操作光学形状传感器以生成指示解剖体积的边界的该部分或整体的形状的一个或多个编码光学信号，以及基于（多个）编码光学信号来映射解剖体积的边界的该部分或整体。根据结合附图阅读的本专利技术的各个实施例的以下详细描述，本专利技术的上述形式和其它形式以及本专利技术的各个特征和优点将变得更加清楚。详细描述和附图仅仅是说明本专利技术而非限制，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同形式来限定。附图说明图1图示了根据本专利技术的体积映射系统的示例性实施例。图2A和2B图示了根据本专利技术的具有分别处于泄气状态和充气状态的医用气囊的体积映射器械的示例性实施例。图3图示了贴近到图2A和2B中示出的医用气囊的光纤的螺线配置的第一示例性实施例。图4图示了贴近到图2A和2B中示出的医用气囊的光纤的螺线配置的第二示例性实施例。图5A和5B图示了根据本专利技术的具有分别拥有伸长形状和球形形状的医用篮的体积映射器械的示例性实施例。图6A和6B图示了根据本专利技术的具有分别拥有伸长形状和螺旋形状的医用管的体积映射器械的示例性实施例。图7图示了根据本专利技术的体积映射方法的示例性实施例。图8A和8B图示了根据图7中所示的流程图的解剖体积的映射的第一示例性执行。图9图示了根据图7中所示的流程图的解剖体积的映射的第二示例性执行。具体实施方式图1图示了采用一个或多个光学形状传感器30和一个或多个医用工具40的本专利技术的体积映射器械20。通常，为了映射部分或完全封闭的解剖体积的目的，通过（多个）医用工具40将每个光学形状传感器30有序地安置和锚定在有界解剖体积内以映射解剖体积的边界的一部分或整体的三维（“3D”）形状并且可选地测量各个参数，该各个参数包括但不限于运动、应变、磁性、电压、气流、流体流动、温度、压力、生化状态和涉及固有组织属性或组织对外在因素的响应的任何其它特性。解剖体积的示例包括但不限于由心脏、肺、膀胱、胃、肠、子宫和结肠构成的如图1中所示的患者10的中空器官11。特别地，为了本专利技术的目的，本文将光学形状传感器30广义地定义为在结构上被配置用于凭借经由形变光学传感器阵列31的连续内部光学反射来传输光的任何物品，并且本文将阵列31的每个形变光学传感器广义地定义为在结构上被配置用于反射特定波长的光同时透过所有其它波长的光由此反射波长可根据施加到光学形状传感器30的外部激励而偏移的任何物品。光学形状传感器30的示例包括但不限于，并入沿着如本领域已知的光纤的长度集成的光纤布拉格光栅阵列的柔性光学透明玻璃或塑料光纤，以及在沿着如本领域已知的光纤的长度发生的其光学折射率方面具有自然随机变化（例如瑞利散射）的柔性光学透明玻璃或塑料光纤。尽管为了清楚，针对每个光纤30仅示出三（3）个传感器31，但是在实际光纤30中将采用如本领域普通技术人员将认识到的相对于光纤30的长度较小版本的众多传感器31。实际上，每个光学形状传感器30可采用以促进光学形状传感器30的3D弯曲感测的任何布置的一个或多个形变光学传感器阵列。例如，在单个光纤实施例中，光学形状传感器30是具有如由光学形状传感器30的3D弯曲感测所需要的以120°间隔布置的三（3）个光纤布拉格光栅阵列或具有如由光学形状传感器30的3D弯曲感测所需要的以60°间隔布置的六（6）个光纤布拉格光栅阵列的单个光纤。在每种情况下，可以采用附加的光纤布拉格光栅阵列作为该布置内的中心光纤布拉格光栅阵列。还通过示例，在多光纤实施例中，光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可部署于封闭解剖体积内以用于映射所述解剖体积的边界的至少一部分的体积映射器械（20），所述体积映射器械（20）包括：至少一个医用工具（40），一个或每个医用工具（40）在用于将所述一个或每个医用工具（40）有序地安置在所述解剖体积内的可部署结构配置与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定所述一个或每个医用工具（40）的映射结构配置之间转变；以及贴近到所述一个或每个医用工具（40）的光学形状传感器（30），所述光学形状传感器（30）在结构上被配置成响应于所述一个或每个医用工具（40）在所述解剖体积内从所述可部署结构配置转变到所述映射结构配置，而生成指示所述解剖体积的边界的所述至少一部分的形状的至少一个编码光学信号。

【技术特征摘要】
2012.10.02 US 61/7087681.一种可部署于封闭解剖体积内以用于映射所述解剖体积的边界的至少一部分的体积映射器械（20），所述体积映射器械（20）包括：至少一个医用工具（40），一个或每个医用工具（40）在用于将所述一个或每个医用工具（40）有序地安置在所述解剖体积内的可部署结构配置与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定所述一个或每个医用工具（40）的映射结构配置之间转变；以及贴近到所述一个或每个医用工具（40）的光学形状传感器（30），所述光学形状传感器（30）在结构上被配置成响应于所述一个或每个医用工具（40）在所述解剖体积内从所述可部署结构配置转变到所述映射结构配置，而生成指示所述解剖体积的边界的所述至少一部分的形状的至少一个编码光学信号。2.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中所述光学形状传感器（30）在结构上被进一步配置成测量运动、应变、气流、流体流动、磁性、电压、温度、压力和生化状态中的至少一个。3.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中将所述光学形状传感器（30）贴近到所述一个或每个医用工具（40）包括所述光学形状传感器（30）横贯跨越所述一个或每个医用工具（40）以及所述光学形状传感器（30）延伸通过所述一个或每个医用工具（40）中的至少一种。4.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中所述至少一个医用工具（40）包括至少一个医用气囊（41），一个或每个医用气囊（41）在用于将所述一个或每个医用气囊（41）有序地安置在所述解剖体积内的泄气状态与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定所述一个或每个医用气囊（41）的充气状态之间转变。5.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中所述至少一个医用工具（40）是至少一个医用篮（42），一个或每个医用篮（42）包括形状记忆材料并且在用于将所述一个或每个医用篮（42）有序地安置在所述解剖体积内的伸长形状与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定所述一个或每个医用气囊（41）的球形形状之间转变。6.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中所述至少一个医用工具（40）是至少一个医用管（43），一个或每个医用管（43）包括形状记忆材料并且在用于将所述一个或每个医用管（43）有序地安置在所述解剖体积内的伸长形状与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定所述一个或每个医用管（43）的螺旋形状之间转变。7.根据权利要求1所述的体积映射器械（20），其中所述光学形状传感器（30）包括至少一个光纤，每个光纤在结构上被配置成响应于所述一个或每个医用工具（40）在所述解剖体积内从所述可部署结构配置转变到所述映射结构配置，而生成指示所述解剖体积的边界的所述至少一部分的形状的所述至少一个编码光学信号中的一个。8.一种用于映射封闭解剖体积的边界的至少一部分的体积映射系统，所述体积映射系统包括：可部署于解剖体积内的体积映射器械（20），所述体积映射器械（20）包括至少一个医用工具（40），一个或每个医用工具（40）在用于将所述一个或每个医用工具（40）有序地安置在所述解剖体积内的可部署结构配置与用于抵靠所述解剖体积的所述边界锚定...

【专利技术属性】
技术研发人员：KI特罗瓦托，R陈，R曼兹科，CMF孔，B拉马钱德兰，L维拉德，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL