專利名稱：利用可跟蹤的成像設(shè)備和成像工具進行分叉的檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及對內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)的檢測，具體而言涉及用于檢測諸如血管的分叉結(jié)構(gòu)并整合側(cè)支信息以引導(dǎo)介入工具和程序的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
腹主動脈瘤(AAA)是主動脈壁的弱化和凸起。這種狀況是美國65歲以上男性突然死亡的第三大原因，并且僅在美國就影響二至三百萬人。當前，相關(guān)聯(lián)的發(fā)病率和死亡率最低的處置選擇是腔內(nèi)修復(fù)術(shù)，其中在熒光透視引導(dǎo)下經(jīng)由導(dǎo)管遞送分叉的覆膜支架移植物至AAA腔內(nèi)。為了安全可靠地放置這樣的支架移植物，動脈瘤必須有足夠長的“頸”(從動脈瘤腔的末端到主動脈的最近的關(guān)鍵側(cè)支、例如到腎和髂內(nèi)主動脈的最近的關(guān)鍵側(cè)支的距離)，從而能夠可靠地植入支架移植物，而沒有阻塞到這些重要側(cè)支血管的血流的風(fēng)險。估計在超過30%的患者中，動脈瘤頸不夠長而無法安全可靠地放置標準支架移植物。然后，這些患者可能經(jīng)受外科手術(shù)(這可能增加風(fēng)險)或者接收定制的預(yù)先置孔的支架移植物(這非常昂貴并且可能花費多達6個月的時間進行制造，在該時間期間始終存在患者動脈瘤破裂的風(fēng)險)。原位支架移植物穿孔法(其中在正確位置給支架移植物穿孔以允許血流流向關(guān)鍵的側(cè)支動脈)是一種許諾為余下的30%患者帶來成本效益和立即的微創(chuàng)處置的方法。在這一程序中，支架移植物以標準方式進行放置，然后用針或切割球囊在正確的位置對其穿孔。找到穿孔部位和分支血管位置是困難的任務(wù)。在上述微創(chuàng)處置中或甚至對于諸如腫瘤學(xué)、心率失常和瓣膜修復(fù)的其他程序，使用諸如針和導(dǎo)管的細小設(shè)備。其他微創(chuàng)處置采用套管(sheath)狀設(shè)備以引入處置設(shè)備，例如在血管中展開支架。處置和監(jiān)測設(shè)備的大小是重要的，因為其通常受限于其路徑(血管等)并且與術(shù)后創(chuàng)傷直接相關(guān)。(導(dǎo)管和針的)直徑限制或(片材的)壁厚對外科程序的很多限制負責(zé)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本原則，公開了提供具有離散超聲換能器的超聲成像與熒光透視信息的組合的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。能夠以更高的精確度找到用于介入程序的重要內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如，血管分支)。一個優(yōu)勢減少了已有大小受限的設(shè)備的電子器件。在一個實施例中，微創(chuàng)設(shè)備組合了診斷、導(dǎo)航和處置可能性。系統(tǒng)、設(shè)備和方法包括介入設(shè)備，該介入設(shè)備包括被配置成生成指示受試者內(nèi)管腔的分支或分叉的存在的信號的一個或多個超聲換能器。定位系統(tǒng)被配置成跟蹤受試者中的介入設(shè)備。由處理器實施程序模塊以針對參照圖像比較介入設(shè)備的位置，并且根據(jù)該信號指示分支或分叉相對于該位置的存在。介入設(shè)備包括具有末梢的細長體，和安置在末梢中的定位設(shè)備，該定位設(shè)備用于在程序期間確定末梢的位置。超聲換能器被安置在細長體上或中，并且超聲換能器被配置成輸出指示管腔內(nèi)是否存在分支或分叉的信號，并且如果存在，通過由定位設(shè)備提供的末梢的位置確定分支或分叉的位置。用于確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分支或分叉的方法包括利用定位系統(tǒng)確定主管腔中的介入設(shè)備的位置；輸出來自該介入設(shè)備的超聲信號以構(gòu)建該管腔的超聲圖像；利用超聲信號確定分支或分叉相對于該介入設(shè)備的存在和位置；以及在參照圖像中指示分支或分叉。


本公開的這些和其他目標、特征和優(yōu)勢將從下面參考附圖閱讀說明性實施例的詳細描述中變得明顯。參考以下附圖，本公開將詳細呈現(xiàn)優(yōu)選實施例的以下描述，其中:圖1是示出了根據(jù)一個實施例的用于定位管腔中的分支并且顯示該分支的開放狀態(tài)的說明性系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖；圖2是示出了根據(jù)一個說明性實施例的具有開放狀態(tài)和分支位置的指示器的實時更新的X射線的參照圖像；圖3是根據(jù)說明性實施例 的介入設(shè)備的透視圖，所述介入設(shè)備包括切割工具、定位設(shè)備和超聲換能器；圖4A和圖4B示出了根據(jù)一個說明性實施例的分別具有電磁位置跟蹤設(shè)備和超聲換能器的陣列的導(dǎo)管和套管的橫截面視圖；圖5A和圖5B示出了根據(jù)另一說明性實施例的分別具有光纖位置跟蹤設(shè)備和超聲換能器的陣列的導(dǎo)管和套管的橫截面視圖；圖6示出了根據(jù)又一說明性實施例的具有用于安裝超聲換能器和跟蹤設(shè)備的旋轉(zhuǎn)柱體的導(dǎo)管(或套管)的橫截面視圖；圖7A至圖7D示出了根據(jù)說明性實施例的其中一個或多個換能器與分支重疊的受試者內(nèi)的內(nèi)部事件，并且還示出了對應(yīng)于該事件的輸出顯示；圖8A至圖8C示出了根據(jù)一個說明性實施例的多個介入設(shè)備和支架位置的信號響應(yīng)；圖9是示出了根據(jù)說明性實施例的用于確定分支及其位置的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖；以及圖10是示出了根據(jù)一個實施例的用于執(zhí)行諸如AAA程序的程序的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖。
具體實施例方式本原則提供用于實施定位內(nèi)部器官并且對其進行操作的介入程序的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。在一個實施例中，將多個離散超聲換能器安置在微創(chuàng)設(shè)備上以輔助找回諸如血管分支的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，介入設(shè)備在熒光透視圖像或其他實時圖像中是可跟蹤的，并且該設(shè)備的位置能夠與預(yù)程序信息(例如，計算機斷層攝影(CT)圖像、磁共振圖像(MRI)等)配準。在一個實施例中，介入設(shè)備中可以包括有切割工具?？梢岳迷撉懈罟ぞ咴谧R別血管的側(cè)支位置的同時執(zhí)行支架移植物穿孔。切割工具允許醫(yī)師安全有效地創(chuàng)建穿孔，并且提供與當前可視化平臺的無縫整合。
沒有包含在微創(chuàng)設(shè)備中的局部成像模態(tài)何難找到諸如血管分支的結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，無需靜脈內(nèi)超聲水平(IVUS-水平)的可視化，盡管詳細的可視化是有益的。側(cè)支動脈的直徑可以約為2-3mm，因此0.2mm的分辨率(如用于組織特征化的IVUS所提供)是沒有必要的。但是，這樣的分辨率可用于更小的血管或其他器官。應(yīng)當理解，將在醫(yī)學(xué)儀器方面描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明的教導(dǎo)要廣泛的多并且能夠應(yīng)用于跟蹤或分析復(fù)雜生物或機械系統(tǒng)所采用的任何儀器中。具體而言，本原則能夠應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤程序，諸如肺部、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的所有區(qū)域中的程序。附圖中所示的元件可以以硬件和軟件的各種組合實施并且提供可以在單一元件或多個元件中組合的各功能。能夠通過使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與適當軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供附圖中所示的各種元件的功能。當由處理器提供時，能夠通過單一專用處理器，通過單一共享處理器，或通過多個個體處理器提供所述功能，多個個體處理器中的一些能夠被共享。此夕卜，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被理解為專門指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，而是能夠隱含包括但不限于數(shù)字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“ ROM”)、隨機存取存儲器(“ RAM”)、非易失性存儲器等。另外，本文記載了本發(fā)明的原則、方面和實施例以及其具體示例的所有聲明旨在包括其結(jié)構(gòu)和功能的等同物。另 外，這種等同物旨在包括當前已知的等同物以及將來開發(fā)的等同物(即，任何開發(fā)出執(zhí)行相同功能的元件，而不管結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會到，本文所呈現(xiàn)的框圖表示體現(xiàn)出本發(fā)明原則的說明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，應(yīng)領(lǐng)會到，任何流程圖表、流程圖和類似物表示可以基本上在計算機可讀存儲介質(zhì)中呈現(xiàn)并且由計算機或處理器如此執(zhí)行的各種過程，無論是否顯性示出這樣的計算機或處理器。另外，本發(fā)明的實施例能夠采取計算機程序產(chǎn)品的形式，該計算機程序產(chǎn)品可從提供由計算機或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與其一起使用的計算機可用或計算機可讀存儲介質(zhì)訪問。出于說明目的，計算機可用或計算機可讀存儲介質(zhì)能夠是可包括、存儲、溝通、傳播或運輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其一起使用的任何裝置。該介質(zhì)能夠是電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外，或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)，或者是傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的示例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移除計算機軟盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的當前示例包括致密盤-只讀存儲器(⑶-ROM)、致密盤-讀 / 寫(CD-R/W)和 DVD?，F(xiàn)在參照附圖，其中相同數(shù)值表示相同或相似元件，首先參照圖1，根據(jù)一個實施例說明性示出了定位/可視化系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括定位系統(tǒng)102，該定位系統(tǒng)102能夠?qū)Τ暢上裨O(shè)備106的末梢104進行定位(識別其位置)。定位系統(tǒng)102可以包括電磁(EM)跟蹤、磁共振(MR)定位、光纖布拉格光柵(FBG)跟蹤、X射線圖像的直接圖像處理等中的一個或多個。可以包括針、導(dǎo)管或其他介入設(shè)備的所述設(shè)備106包括末梢104，能夠利用一個或多個定位系統(tǒng)102實時高精度地定位末梢104。設(shè)備106可包括其他工具和設(shè)備，例如切割工具或球囊128、發(fā)光體(light)、照相機等。系統(tǒng)100可以包括工作站112。工作站112可以包括計算機處理器114、顯示器115、用戶接口 116 (例如，鼠標、鍵盤等)、超聲或其他類型掃描器118 (其可以耦接至設(shè)備116)以及用于存儲數(shù)據(jù)和軟件的存儲器120。存儲器120可以存儲利用諸如CT、MRI或其他成像設(shè)備的成像設(shè)備154取得的術(shù)前圖像150和受試者152的繪圖體積(map volume)。軟件可以包括被配置成確定執(zhí)行特定程序所需的結(jié)構(gòu)特征的存在與否的模塊122。在一個實施例中，模塊122確定側(cè)支動脈的位置/定位，例如利用來自設(shè)備106的末梢104處至少一個超聲成像單元108的低分辨率超聲成像確定側(cè)支動脈的位置/定位，所述低分辨率超聲成像能夠檢測在程序期間血管壁上是否存在洞(例如，動脈開口)。在備選實施例中，提供超聲換能器的陣列以定位側(cè)支動脈的位置/定位。優(yōu)選地，模塊122連同顯示器115上的圖像工作。參照圖像130可以利用取自受試者152的實時圖像生成或可以包括術(shù)前圖像150?？梢岳肵射線機器或源132取得該實時圖像。通過定位系統(tǒng)102來定位設(shè)備106并且實時顯示其位置(例如，末梢104)。模塊122可以在顯示器115上指示在程序期間發(fā)現(xiàn)的分叉和其他結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，模塊122中包括可視化系統(tǒng)124，這允許側(cè)支的位置被重疊在熒光顯示屏上。在血管內(nèi)修復(fù)程序期間，通過該重疊的圖像的屬性指示側(cè)支是否被支架移植物覆蓋。在一個實施例中，此屬性可以包括用于重疊的側(cè)支圖像的顏色指示器。以一種顏色示出被支架移植物所覆蓋的側(cè)支，而用另一種顏色示出保持開放的側(cè)支(具有連續(xù)血流)。在另一個實施例中，除了視覺指示器或取代視覺指示器，利用揚聲器117給出聲學(xué)反饋以指示側(cè)支的血流狀態(tài)。揚聲器117能夠根據(jù)(一個或多個)側(cè)支中的血流的量和方向提供聲調(diào)。優(yōu)選地，可聽聲音基于多普勒效應(yīng)。利用換能器108的超聲流量計的流量狀況是非常有利的，因為血流將大量流向或遠離換能器108，因而頻移能夠很大。模塊122利用定位系統(tǒng)102解釋設(shè)備106和設(shè)備106所攜帶的其他儀器或用具的位置。模塊122同樣包括利用設(shè)備106的超聲能力(108)得到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細節(jié)圖像。這兩者與術(shù)前圖像(例如熒光透視圖像、CT圖像、MRI圖像等)結(jié)合以指示例如支架移植物或類似物的位置的相對位置。指示器(例如顏`色)基于由模塊122所監(jiān)測的狀況。當支架移植物被刺孔并且血流恢復(fù)(例如重疊的圖像的顏色改變)時實時更新信息。根據(jù)本發(fā)明的原則，向醫(yī)師提供將實時顯示血管覆蓋狀態(tài)的工具以允許醫(yī)師確定哪個側(cè)支需要處置，以及該側(cè)支位于哪里。這增加進行支架移植物穿孔的效率和功效，并且降低患者并發(fā)癥的風(fēng)險。以這樣的方式顯示血管開放性信息，即，其與標準可視化系統(tǒng)無縫隙混合(即無需另外的顯示)。此外，系統(tǒng)100不干擾當前臨床工作流程，因為該開放性信息被準確地顯示在圖像上醫(yī)師在支架移植物穿孔期間通常關(guān)注的定位(即在血管內(nèi)的設(shè)備末梢104的實時圖像上)。參照圖2并且繼續(xù)參照圖1，顯示圖像202說明性地示出了如何在熒光顯示器203上整合超聲成像信息以利用可視化系統(tǒng)124指示側(cè)支血管的開放性。在此實施例中，以第一顏色(例如紅色)指示支架移植物204所覆蓋的側(cè)支220、222，而以第二顏色(例如綠色)示出保持開放(帶有連續(xù)血流)的側(cè)支225。在圖2中，由影線記號指示紅色而綠色沒有。應(yīng)當理解，可以利用紋理、陰影或其他視覺效果替換顏色。另外，可以向醫(yī)師提供可聽反饋以指示側(cè)支的開放性。醫(yī)師能夠利用標準技術(shù)遞送支架移植物204，然后快速地“拉回”設(shè)備106，從而使得模塊122可以采用定位系統(tǒng)102和超聲設(shè)備108以確定哪個側(cè)支動脈被支架移植物所覆蓋，以及哪個側(cè)支動脈保持開放。此信息自動顯示在熒光顯示器203上。
在一個實施例中，設(shè)備106同樣能夠輔助處置計劃，因為一些血管需要優(yōu)先處置(例如，腎動脈)，而其他血管無需穿孔(例如腸系膜下血管)。設(shè)備106可裝備有切割工具210(在此情況中帶有針末梢的引導(dǎo)線)，切割工具210然后能夠用于在正確位置對支架移植物204穿孔。此切割工具210既能夠獨立于設(shè)備106，又能夠如圖3所示被整合其中?？梢陨善渌麍D像以向醫(yī)師提供額外的信息。能夠以簡單的方式(同樣在熒光顯示屏203上)顯示來自旁視成像的血管的橫截面視圖232以指示分支開口、設(shè)備106位置、切割器210位置，等。應(yīng)當理解，可采用的支架包括用于分支血管的開口。通過支架移植物的成像可以在放置分支的支架移植物(其中支架移植物具有已經(jīng)內(nèi)建在設(shè)備中的側(cè)支支架)中是有用的。對醫(yī)師的一個挑戰(zhàn)是快速穿過弓I導(dǎo)線并且在設(shè)備能夠被完全展開之前以最小的造影劑使用穿過側(cè)支支架并進入側(cè)血管。整合在展開設(shè)備中的成像能夠提供相對于側(cè)支的側(cè)血管的位置的實時反饋，因而輔助引導(dǎo)線的引入?；谠O(shè)備的成像同樣對放置預(yù)穿孔的支架移植物(類似于分支的支架移植物，只是在側(cè)支的位置具有洞)是有用的。如同之前，挑戰(zhàn)在于快速穿過弓I導(dǎo)線并且在設(shè)備能夠被完全展開之前以最小造影劑穿過這些空洞并進入相關(guān)的側(cè)血管。如本文所述，旁視成像提供非常有用的工具，以看穿支架并且透過該支架移植物的洞識別側(cè)血管并且精確地、快速地將引導(dǎo)線插入到這些側(cè)血管中。利用本原則將極大地有益于這些應(yīng)用。其他將獲益的應(yīng)用可以包括例如動脈瘤“頸”非常短并且當需要沿動脈或其他血管放置多個重疊的支架時放置必須非常精確的情況。 參照圖3，示出了具有整合的成像(例如超聲換能器元件302)和切割工具210的設(shè)備106的說明性示例。元件302可包括環(huán)形旁視元件，該環(huán)形旁視元件提供有成本效益的用于側(cè)支血管定位和切割工具放置的低分辨率超聲成像。設(shè)備106可包括具有穿刺(Brockenbrough)針或切割球囊作為切割工具210的可伸縮、可導(dǎo)向的引導(dǎo)線。設(shè)備106可包括在導(dǎo)管體308上的套管或蓋子306,導(dǎo)管體308可包括(一個或多個)穿孔307以分配造影劑或提供其他功能。定位設(shè)備(例如406)被安置在導(dǎo)管體308內(nèi)。靜脈內(nèi)超聲(I VUS )通常是高分辨率旁視成像模態(tài)，其提供血管內(nèi)容和血管壁組織的橫截面視圖。這樣的分辨率可對一些實施例有益，但是，為了提供側(cè)支血管位置的信息，原則上只需要低分辨率成像(醫(yī)師僅需知道側(cè)支血管“是否存在”)。(見附圖2的圖像230)再次參照圖2，不同于IVUS，僅需低分辨率圖像。圖像230向醫(yī)師提供血管232的橫截面剖面，例如沿設(shè)備106位于其中的動脈長度的實時位置處的動脈。圖像230同樣指示由分段的切口 224指示的側(cè)支血管的口。分段226指示已經(jīng)檢測到側(cè)支血管但是其剛好位于該元件302的環(huán)形孔的成像平面之外(圖3)。在圖像230中還示出了切割工具210的圖像，以輔助將切割工具210定位鄰近該側(cè)支口的支架移植物上。參照圖4A和4B，設(shè)備106的另一實施例裝備有超聲換能器404的陣列402。在圖4A和4B中，設(shè)備106的兩種不同實施例包括閉端導(dǎo)管(圖4A)和開端套管(圖4B)。每個設(shè)備106包括被布置在陣列402中的多個離散超聲換能器404和一個或多個EM跟蹤線圈406。換能器404的數(shù)量和/或線圈406的數(shù)量可以根據(jù)需求或期望改變。設(shè)備106(例如導(dǎo)管/套管)優(yōu)選包括用于介入(支架穿孔、切割工具、消融、造影劑注射等)的工作通道、壓力傳感器、溫度和電信號傳感器、消融電極等。
參照圖5A和5B，設(shè)備106的另一實施例還裝備有超聲換能器404的陣列502。在圖5A和5B中，設(shè)備106的兩種不同實施例包括閉端導(dǎo)管(圖5A)和開端套管(圖5B)。每個設(shè)備106包括被布置在陣列502中的多個離散超聲換能器404和一個或多個纖維跟蹤傳感器/纖維506。該纖維跟蹤傳感器可以包括光纖布拉格光柵或類似物。換能器404的數(shù)量和/或傳感器/纖維506的數(shù)量可以根據(jù)需求或期望改變。設(shè)備106 (例如導(dǎo)管/套管)優(yōu)選包括用于介入(支架穿孔、切割工具、消融、造影劑注射等)的工作通道、壓力傳感器、溫度和電信號傳感器、消融電極等。參照圖6，設(shè)備106的又一實施例還裝備有被安置在旋轉(zhuǎn)的環(huán)形圓柱體610上或中的超聲換能器404的陣列602。在此實施例中，設(shè)備106包括具有離散超聲換能器404和EM跟蹤線圈612的導(dǎo)管。換能器404以與導(dǎo)管共軸的方式被安置在環(huán)形圓柱體610上，并且能夠相對于導(dǎo)管體614旋轉(zhuǎn)。可以利用線或者利用位于設(shè)備的末端部分處的電機或伺服機(servo)提供旋轉(zhuǎn)。以這種方式，導(dǎo)管的平移(或任何其他運動)能夠與具有超聲換能器404的環(huán)形圓柱體610的旋轉(zhuǎn)相組合。環(huán)形圓柱體610能夠被放置在導(dǎo)管的外側(cè)，或在導(dǎo)管體614內(nèi)的腔616的內(nèi)部。腔616能夠是開放的或閉合的。在腔616閉合的情況中，在環(huán)形圓柱體610上的超聲換能器404與外部介質(zhì)(例如支架放置過程中的血液、心臟消融中的組織等)之間的聲學(xué)接觸由鹽溶液調(diào)解，該鹽溶液能夠經(jīng)由導(dǎo)管體614中的灌溉管路分配。能夠通過例如聚甲基戊烯、尼龍彈性體(Pebax)或類似物的聲學(xué)透明塑料使腔616閉合。EM跟蹤線圈612或其他定位設(shè)備(例如FBG等)能夠被整合在環(huán)形圓柱體610中以提供旋轉(zhuǎn)。以這種方式，能夠跟蹤換能器404的位置，這可包括導(dǎo)管/套管移動和環(huán)形圓柱體610的旋轉(zhuǎn)的組合。同樣能夠?qū)⑾嗤瑯?gòu)造應(yīng)用于套管結(jié)構(gòu)。換能器404的數(shù)量和跟蹤線圈的數(shù)量可以變化。圖6的導(dǎo)管或套管優(yōu)選包括用于介入(支架穿孔、切割工具、消融、造影劑注射等)的工作通道、壓力傳感器、溫度和電信號傳感器、消融電極。參照圖7A至7D，如何可以采用被布置在陣列中的換能器404確定分支管腔的存在和位置的說明性例證。圖7A至7D說明性地示出了找到主管腔的側(cè)支的技術(shù)。為簡化解釋在平面中制定該配置 。背景702示出了主管腔的內(nèi)表面并且圓環(huán)704示出了沿偏離主管腔的分支管腔的視圖。超聲換能器404被放置在設(shè)備106 (例如，導(dǎo)管、套管等)的圓周上。圖7A至7D包括兩欄。第一欄706模擬受試者內(nèi)正發(fā)生的情況而第二欄708示出了響應(yīng)于第一欄706中的發(fā)生的圖形顯不。在欄706中，描述了包括換能器404的設(shè)備106相對于動脈的管腔的運動的連續(xù)圖像。在欄708中，在屏幕上為醫(yī)師顯示對應(yīng)的情況以支持何時開始支架移植物穿孔的決定。黑色框710表示這些離散換能器404在分支管腔704的區(qū)域內(nèi)。淺色框712表示這些離散換能器404在分支管腔704的區(qū)域外。優(yōu)選地，設(shè)備106包括定位，例如，采用EM、FBG或其他跟蹤。以這種方式，能夠配準利用超聲技術(shù)找到的動脈的位置并且信息重疊在熒光透視圖像、或術(shù)前CT或MRI圖像上。根據(jù)從換能器404接收的信息可以采用可聽反饋，例如可以為與側(cè)支配準的換能器的不同數(shù)量提供不同聲音，等。另外，可以可聽地提供側(cè)支的血流速率和方向。如圖所示，當設(shè)備106經(jīng)過欄706中的分支管腔704時，在分支管腔706的開口上或中的換能器404改變顏色、紋理，或其他視覺效果以指示該管腔706的存在和位置。注意，換能器404的數(shù)量能夠變化。由超聲換能器404接收的信息對于不同位置而不同。例如，在腹主動脈瘤(AAA)支架放置中，期望在支架的主動脈的區(qū)域(支架位于主動脈壁上)、動脈瘤的有支架的頸的區(qū)域，以及例如腎動脈或髂動脈的側(cè)支被支架阻塞的區(qū)域之間有明顯的區(qū)別。參照圖8A至SC，在離散超聲換能器404的信號中示出了信號響應(yīng)區(qū)別的說明。例如，在圖8A中，信號對支架的主動脈的區(qū)域(支架位于主動脈壁上)進行成像。信號802表示主動脈的支架和前壁，并且信號804表示主動脈的后壁。還示出了血液806的信號和主動脈808外的結(jié)構(gòu)的信號。在圖SB中，信號對動脈瘤的有支架的頸的區(qū)域進行成像。示出了支架810的信號、主動脈的后面812的信號和主動脈的前面814的信號。在圖8C中，不出了對例如腎動脈或骼動脈的側(cè)支被支架阻塞的區(qū)域進行成像的信號816。由圖1中的模塊122解釋這些信號以在顯示器(I 15，圖1)上指示換能器404相對于內(nèi)部管腔結(jié)構(gòu)或分支的位置，從而在程序期間輔助醫(yī)師。當通過向其上安置有離散超聲圖像的設(shè)備106施加運動獲取圖像時，通過利用來自離散換能器404的A線超聲信號或最終個體換能器的M型圖像，能夠構(gòu)建2D或3D超聲圖像。設(shè)備106的位置在手術(shù)期間已知，并且設(shè)備106的運動被記錄并用于基于來自離散換能器404的信息構(gòu)建2D和/或3D超聲圖像。參照圖9，示出了用于構(gòu)建超聲圖像的系統(tǒng)/方法900。系統(tǒng)/方法900在AAA支架放置應(yīng)用或其他應(yīng)用中找到諸如側(cè)支的結(jié)構(gòu)。將配置有一個或多個超聲換能器的設(shè)備移動到受試者內(nèi)的位置。在框904中，利用定位系統(tǒng)獲得設(shè)備的位置，該定位系統(tǒng)可包括EM跟蹤、FBG跟蹤等的一個或多個。在框906中，激活所述設(shè)備的超聲換能器并且感測這些換能器的信號以構(gòu)建圖像或提供可聽反饋。例如，所述設(shè)備可采用低分辨率變換或采用換能器陣列，如上所述。圖9說明性地示出了用于五個換能器(404)中的每個的超聲信號I至
5。有利地采用換能器之間的位置關(guān)系以更加精確地識別相對于分支管腔的位置。在框908中，計算內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)以構(gòu)建2D或3D超聲圖像。在框910中，確定特征，例如，是否找到側(cè)支？如果是，在框912中，在例如X射線圖像、CT圖像或MRI圖像的圖像中配準側(cè)支及其大小。另外，可以通過超聲換能器監(jiān)測血流，并且可以提供指示側(cè)支的流率和方向的可聽聲調(diào)。如果沒有找到側(cè)支，在框914中移動所述設(shè)備。所述設(shè)備的運動能夠是規(guī)則或不規(guī)則的平移和旋轉(zhuǎn)的任何組合。注意，此技術(shù)可用于諸如基于導(dǎo)管的程序的其他應(yīng)用，例如找到冠狀動脈、支氣管分支等。參照圖10，說明性地示出了用于AAA支架放置程序的說明性系統(tǒng)/方法1000。此系統(tǒng)/方法1000同樣可用于類似的程序。在框1002中，執(zhí)行受試者的程序前繪制。這可包括MR1、CT或用于提供該程序的內(nèi)部區(qū)域的繪制體積的其他成像技術(shù)。在框1004中，執(zhí)行X射線成像，以提供該區(qū)域的實時圖像?？勺⑸湓煊皠┮蕴峁﹥?nèi)部結(jié)構(gòu)的額外的分辨率。在框1006中，執(zhí)行X射線和(一個或多個)程序前圖像的重疊或配準。在框1008中，將設(shè)備(例如具有超聲換能器、切割工具和支架的導(dǎo)管)插入受試者中。設(shè)備106包括諸如支架、移植物等的一個或多個器具。在框1010中，利用圖9中所述的系統(tǒng)/方法900識別結(jié)構(gòu)。在框1012中，由于識別出分支管腔，因此可能并且執(zhí)行在體穿孔。在框1014中相對于先前識別(框1010中)的側(cè)支放置支架。在框1016中，利用模塊122和可視化系統(tǒng)124核查側(cè)支障礙物。應(yīng)當理解，在圖9和10中所描述的各步驟可根據(jù)執(zhí)行程序的需要調(diào)換其次序、 包括額外的步驟或進行重復(fù)。
有能夠用于利用離散換能器的超聲成像技術(shù)和設(shè)備的運動跟蹤的各種實施例。這些技術(shù)能夠用于基于由離散超聲換能器收集的信息生成2D和3D超聲圖像，并且利用例如EM或FBG跟蹤考慮包括換能器的設(shè)備的運動路徑。本實施例能夠應(yīng)用于(腹部或胸腔動脈瘤的)支架移植物穿孔的處置計劃，并且同樣能夠應(yīng)用于其中側(cè)支血管的開放性重要的重疊，例如冠狀動脈支架放置、經(jīng)股主動脈瓣置換等。解釋權(quán)利要求書時，應(yīng)當理解:a)詞“包括”不排除存在給定權(quán)利要求中所列出的元件或動作外的其他元件或動作；b)元件前的詞“一”不排除存在多個這樣的元件；c)權(quán)利要求中任何附圖標記不限定其范圍；d)若干“器件”可表示為相同項或硬件或軟件執(zhí)行的結(jié)構(gòu)或功能；以及e)除非明確地指示，并不要求動作的明確順序。

已經(jīng)利用可跟蹤成像設(shè)備和成像工具檢測分叉描述了系統(tǒng)、設(shè)備和方法的優(yōu)選實施例(其旨在說明性的而不是限制性的)，應(yīng)當注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠按照上述教導(dǎo)制作出變型和替代物。因此，應(yīng)當理解，能夠?qū)λ_的本公開的具體實施例做出改變，只要這些改變落在權(quán)利要求書概述的本文公開的實施例的范圍內(nèi)。因而，已經(jīng)描述了專利法所要求的細節(jié)和具體要求，權(quán)利要求書給出了所要求保護的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 介入設(shè)備(106)，其包括被配置成生成指示受試者內(nèi)管腔的分支或分叉的存在的信號的一個或多個超聲換能器(108)； 定位系統(tǒng)(102)，其被配置成跟蹤所述受試者中的所述介入設(shè)備；以及程序模塊(122)，其由處理器實施以針對參照圖像(130)比較所述介入設(shè)備的位置并根據(jù)所述信號指示所述分支或分叉相對于所述位置的存在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述介入設(shè)備(106)包括導(dǎo)管和套管中的一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)管和所述套管中的所述一個包括旋轉(zhuǎn)部分(610)，所述旋轉(zhuǎn)部分包括安置在所述旋轉(zhuǎn)部分上的至少一個所述超聲換能器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述一個或多個超聲換能器(108)包括超聲換能器的陣列(402)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，換能器的所述陣列(402)包括空間關(guān)系從而使得當所述介入設(shè)備(106)上的所述換能器與所述分支或分叉重疊時生成不同的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述不同的信號被顯示在所述參照圖像(130)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述介入設(shè)備(106)包括至少一個超聲換能器，所述至少一個超聲換能器具有指示所述分支或分叉相對于所述位置位于的位置的分辨率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參照圖像(130)包括實時圖像和術(shù)前存儲的圖像中的一幅或多幅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述程序模塊(122)被配置成根據(jù)所放置的應(yīng)用視覺地指示每個分支或分叉在所述參照圖像中的開放狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述介入設(shè)備包括切割工具(128)。
11.一種介入設(shè)備，包括: 細長體(308)，其具有末梢； 定位設(shè)備(406)，其被安置在所述末梢中用以在程序期間確定所述末梢的位置；以及超聲換能器(302)，其被安置在所述細長體上或中，并且所述超聲換能器被配置成輸出指示管腔內(nèi)是否存在分支或分叉的信號，并且，如果存在，通過由所述定位設(shè)備提供的所述末梢的位置來確定所述分支或分叉的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述介入設(shè)備(106)包括導(dǎo)管和套管中的一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述導(dǎo)管和所述套管中的所述一個包括旋轉(zhuǎn)部分(610)，所述旋轉(zhuǎn)部分包括安置在所述旋轉(zhuǎn)部分上的至少一個超聲換能器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述超聲換能器(302)包括超聲換能器的陣列(402)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，換能器的所述陣列(402)包括空間關(guān)系從而使得當所述介入設(shè)備上的所述換能器與所述分支或分叉重疊時生成不同的信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述不同的信號被顯示在參照圖像(130)中以更加精確地識別所述分支或分叉的所述位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述細長體(308)包括切割工具(210)。
18.一種用于確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分支或分叉的方法，包括: 利用定位系統(tǒng)確定(904)主管腔中的介入設(shè)備的位置； 輸出(906)來自所述介入設(shè)備的超聲信號以構(gòu)建所述管腔的超聲圖像； 利用超聲信號確定(908)分支或分叉相對于所述介入設(shè)備的存在和位置；以及 在參照圖像中指示(912 )所述分支或分叉。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括在所述主管腔中放置(1008)器具并且在所述參照圖像中實時指示任何分支或分叉的開放狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，指示(912)包括: 在所述參照圖像中實時指示任何分支或分叉的開放狀態(tài)；以及 生成第一效果，從而使得如果流體流動，為該分支或分叉生成所述第一效果，并且如果由于所述器具而阻塞流體，生成第二效果。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 利用所述介入設(shè)備的所述位置和從所述超聲信號生成的超聲圖像在分支或分叉之間將支架定位(1008)在所述主管腔中；以及 利用集成在所述介入設(shè)備上的切割工具將所述 管腔進行穿孔(1012)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述超聲換能器包括超聲換能器的陣列(402),并且輸出(906)超聲信號還包括為定位于分支或分叉上的換能器輸出不同的信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述參照圖像包括X射線圖像，并且所述方法還包括實時更新所述X射線圖像和所述開放狀態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括將術(shù)前圖像與所述參照圖像進行配準(1006)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述術(shù)前圖像包括X射線圖像、計算機斷層攝影圖像和磁共振圖像中的一幅或多幅。
全文摘要
一種系統(tǒng)、設(shè)備和方法包括介入設(shè)備(106)，所述介入設(shè)備包括被配置成生成指示受試者內(nèi)管腔的分支或分叉的存在的信號的一個或多個超聲換能器(108)。定位系統(tǒng)(102)被配置成跟蹤所述受試者中的所述介入設(shè)備。程序模塊(122)由處理器執(zhí)行以針對參照圖像(130)比較所述介入設(shè)備的位置并根據(jù)所述信號指示所述分支或分叉相對于所述位置的存在。
文檔編號A61B19/00GK103118601SQ201180046470
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者S·德拉迪, M·E·巴利, N·H·巴克, D·巴比克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司