用于內(nèi)臟器官的實時機(jī)械功能評估的形狀感測裝置制造方法
【專利摘要】一種用于功能器官評估的系統(tǒng)和方法包括具有光纖的啟用感測的柔性裝置（102），所述光纖被配置為在柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變。柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)（105），其被配置為允許在該長度上與器官的內(nèi)壁接合。解讀模塊（115）被配置為在器官工作同時在器官的運動的至少兩個階段之間從光纖接收光學(xué)信號，并且解讀所述光學(xué)信號，以量化與器官的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
【專利說明】用于內(nèi)臟器官的實時機(jī)械功能評估的形狀感測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及形狀感測裝置，更具體而言，涉及用于具有微創(chuàng)性實時功能器官評估的介入過程的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在心導(dǎo)管室(CathLab)中執(zhí)行的介入過程通常包括通過手臂、腿部或頸部中的血管被插入的導(dǎo)管并且推動所述導(dǎo)管進(jìn)入心臟。這種方法允許心臟工作時進(jìn)入心臟。能夠在無需停止心臟或要求高度侵入性的胸骨切開術(shù)(將胸骨切開)、開胸手術(shù)(切開胸廓到達(dá)胸膜腔)等情況下執(zhí)行這些程序，并且因此，這些過程使心臟介入涉及的潛在創(chuàng)傷降到最小。諸如經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形術(shù)(PTCA)、射頻(RF)消融術(shù)、藥物遞送、心臟再同步治療(CRT)以及心肌活檢的許多介入過程是在X射線熒光透視引導(dǎo)下執(zhí)行的，X射線熒光透視引導(dǎo)需要通過導(dǎo)管將碘造影劑注入心血管系統(tǒng)，以暫時使心臟功能(例如血流和收縮模式)和血管位置可視化。由于其實時的性質(zhì)、較低的成本、沒有由有害輻射造成的組織損傷，研究已經(jīng)專注于超聲或經(jīng)食管超聲心動圖(TEE)引導(dǎo)的介入過程。
[0003]由于優(yōu)于心臟直視手術(shù)的優(yōu)點(諸如，康復(fù)更快并且存活率更高)，微創(chuàng)心臟過程的數(shù)量正在增加。這些介入過程通常是在X射線熒光透視引導(dǎo)下執(zhí)行的，其給出介入手術(shù)者有關(guān)心臟解剖和功能的有限信息。盡管介入性X射線成像對醫(yī)生和患者具有潛在危害，由于可獲得的有限的軟組織對比度，介入性X射線成像僅提供有關(guān)解剖和功能的有限信息。出于這種原因，研究已經(jīng)專注于向介入性實驗室中的臨床工作流程增加其他成像模態(tài)。例如，使用過程中超聲波允許機(jī)械功能評估，諸如，室壁運動和心輸出量。使用超聲的缺點包括限制視野、信噪比(SNR)低以及主觀技術(shù)，這些很容易造成超聲檢驗師在掃描能力和圖像解讀方面的差異。由于跟蹤局限于一組非常稀疏的離散測量位置(通常不超過5個傳感器位置)，因此要提供導(dǎo)管的實時位置信息的電磁跟蹤技術(shù)在獲得心肌的運動和功能估計中會遭遇困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本原理，一種用于功能器官評估的系統(tǒng)和方法包括具有光纖的啟用感測柔性裝置，所述光纖被配置為在柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變。柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)，所述操縱機(jī)構(gòu)被配置為允許在所述長度上與器官的內(nèi)壁接合。解讀模塊被配置為在器官工作時在器官的運動的兩個階段之間從所述光纖接收光學(xué)信號，并且解讀所述光學(xué)信號，以量化與器官的功能相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
[0005]一種用于功能性心臟評估的工作站包括處理器、存儲器和啟用感測柔性裝置，所述存儲器被耦合到所述處理器，所述啟用感測柔性裝置具有至少一個光纖，所述光纖被配置為在柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變。操縱機(jī)構(gòu)被集成到所述柔性裝置中，并且被配置為允許所述柔性裝置在所述長度上與心臟的壁和/或血管接合。解讀模塊被存儲在所述存儲器中，并且被配置為在心臟工作時在心臟的運動的至少兩個階段之間從所述至少一個光纖接收反饋信號?；谒稣T發(fā)的應(yīng)變，解讀模塊生成數(shù)據(jù)，以量化與心臟的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。顯示器被配置為生成圖像，以輔助執(zhí)行對工作的心臟的流程。
[0006]一種方法包括:將啟用感測柔性裝置插入功能器官的腔室或脈管中，所述啟用感測柔性裝置具有至少一個光纖，所述至少一個光纖配置為在柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變；操控所述柔性裝置，以在所述長度上與器官的邊界接合；在器官工作時，在器官的運動的至少兩個階段內(nèi)，從所述至少一個光纖接收反饋信號；以及，解讀所述反饋信號，以量化與所述器官的工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
[0007]通過其圖示性實施例的以下詳細(xì)描述，本公開的這些和其他目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，要結(jié)合附圖閱讀詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]本公開將參考以下附圖詳細(xì)給出優(yōu)選實施例的以下描述，附圖中:
[0009]圖1是示出了根據(jù)本原理的用于評估功能性器官的系統(tǒng)/方法的方框/流程圖；
[0010]圖2A是示出了根據(jù)范例性過程在舒張末期(ED)位置處對心臟的左心室的形狀感測的示意圖；
[0011]圖2B是示出 了根據(jù)范例性過程在收縮末期(ES)位置處對心臟的左心室的形狀感測的示意圖；
[0012]圖2C示出了根據(jù)一個實施例的彼此覆蓋的圖2A和2B的一個或多個導(dǎo)管的理論位置，其示出了心動周期期間的心肌的運動；
[0013]圖2D示出了量化針對圖2C中的左心室的舒張末期和收縮末期之間的位移的箭頭；以及
[0014]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的圖示性實施例的用于評估功能器官的步驟的流程圖。【具體實施方式】
[0015]根據(jù)本原理，邊界的連續(xù)空間和時間測量允許對心臟進(jìn)行實時機(jī)械功能評估以及對心臟介入流程(諸如，心臟再同步治療(CRT))是否成功的檢驗。在一個實施例中，包括啟用光學(xué)形狀感測的柔性裝置(例如導(dǎo)管、引導(dǎo)線、引線等)，以執(zhí)行心臟或其他器官的連續(xù)實時運動和功能評估。根據(jù)本原理，實施例能夠提供信息，諸如，通過直接詢問運動提供機(jī)械非同步性或其他現(xiàn)象，通過從介入過程期間測量的運動特性導(dǎo)出的間接估計的心肌生存性和心輸出量。除了離散的光學(xué)傳感器之外，本原理沿已知三維(3D)路徑提供對分布參數(shù)的空間和時間連續(xù)感測。該信息是優(yōu)化臨床結(jié)果所需的。例如，在起搏優(yōu)化介入期間，利用這種連續(xù)信息，關(guān)于心臟起搏規(guī)程的直接機(jī)械反饋將是可能的，這有助于在心臟中正確放置引線。
[0016]在特別有用的實施例中，本文提供的系統(tǒng)和方法允許在心導(dǎo)管插入過程期間，通過沿導(dǎo)管或其他裝置的長度增加光學(xué)形狀感測進(jìn)行對心臟的實時機(jī)械功能評估。在整個心搏周期內(nèi)沿心肌的內(nèi)壁定位導(dǎo)管的遠(yuǎn)端部分的同時，實時地采集數(shù)據(jù)。這樣允許在三個維度中沿腔室的壁迅速詢問運動(收縮和松弛)，允許在線“實況”計算心容積、射血分?jǐn)?shù)和心輸出量以及檢測運動模式。心臟的這種實時功能信息能夠用于檢驗針對CRT或其他過程的起搏器引線植入的成功程度。[0017]除了介入式心臟過程和心臟的術(shù)中功能性評估之外，本原理可以用于驗證器官的功能性成像、在活動器官內(nèi)進(jìn)行曲線或線性測量、提供用于放置處置裝置(例如起搏器引線等)的適用性研究以及其他應(yīng)用。
[0018]應(yīng)當(dāng)理解，將在醫(yī)療儀器方面來描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬得多，并且適用于跟蹤或分析復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)中采用的任何儀器。具體而言，本原理適用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤流程、身體的所有區(qū)域(例如肺、胃腸道、排泄器官、血管沖的過程等。附圖中描繪的元件可以在硬件和軟件的各種組合中實現(xiàn)，并且提供可以在單個元件或多個元件中組合的功能。
[0019]通過使用專用硬件以及能夠執(zhí)行與適當(dāng)硬件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件提供附圖中所示的各種元件的功能。在由處理器提供功能時，能夠由單個專用處理器、單個共享處理器或多個個體處理器(其中一些能夠是共享的)提供功能。此外，術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解讀為僅僅指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且會隱含地包括，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(jī)存取存儲器(“RAM”)、非易失性存儲器等。
[0020]此外，本文中提到本發(fā)明原理、方面和實施例以及其具體范例的所有陳述意在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能的等效方案。此外，這樣的等效方案意在包括當(dāng)前已知的等效方案以及將來開發(fā)的等效方案(即，不論結(jié)構(gòu)如何，開發(fā)成執(zhí)行相同功能的任何元件)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將要認(rèn)識到，這里給出的方框圖表示體現(xiàn)本發(fā)明的原理的圖示性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，將認(rèn)識到，任何流程表、流程圖等表示各種過程，這些過程基本可以在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中表示，并由計算機(jī)或處理器執(zhí)行，無論是否明確示出了這樣的計算機(jī)或處理器。
[0021]此外，本發(fā)明的實施例可以采取可從計算機(jī)可用或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)訪問的計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述存儲介質(zhì)提供程序代碼，供計算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或結(jié)合其使用。為了本說明書的目的，計算機(jī)可用或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)能夠是可以包括、存儲、發(fā)送、傳播或傳送程序的任何設(shè)備，程序供指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或結(jié)合其使用。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)(或設(shè)備或裝置)或傳播介質(zhì)。計算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移除計算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前范例包括高密度磁盤-只讀存儲器(CD-ROM)、高密度磁盤-讀/寫(CD-R/W)和DVD。
[0022]現(xiàn)在參考附圖，其中，類似數(shù)字表示相同或類似元件，并且初始參考圖1，圖示性地描繪了用于執(zhí)行醫(yī)療過程的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺112，從所述工作站或控制臺112監(jiān)督并管理過程。過程可以包括任何流程，包括但不限于心血管過程、脈管過程、支氣管流程等。工作站112優(yōu)選地包括一個或多個處理器114和用于存儲程序和應(yīng)用的存儲器116。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個或多個工作站或系統(tǒng)中。
[0023]存儲器116可 以存儲光學(xué)感測和解讀模塊115，所述光學(xué)感測和解讀模塊115被配置為解讀來自形狀感測裝置104的光學(xué)反饋信號。光學(xué)感測模塊115被配置為使用光學(xué)反饋信號(和任何其他反饋，例如電磁(EM))，以重建失真、偏轉(zhuǎn)和與醫(yī)療裝置102和/或其周圍區(qū)域相關(guān)聯(lián)的其他變化。醫(yī)療裝置102優(yōu)選地包括細(xì)長裝置，并且可以包括，例如導(dǎo)管、弓丨導(dǎo)線、引線、內(nèi)窺鏡、探頭、機(jī)器人、電極、過濾裝置、氣囊裝置或其他醫(yī)療部件等。在特別有用的實施例中，裝置102包括被配置用于介入式心臟過程的導(dǎo)管、引導(dǎo)線或引線。
[0024] 工作站112可以包括顯示器118，如果采用成像系統(tǒng)110，所述顯示器118用于觀看對象的內(nèi)部圖像。成像系統(tǒng)Iio可以包括，例如磁共振成像(MRI)系統(tǒng)、熒光透視系統(tǒng)、計算斷層攝影(CT)系統(tǒng)等。顯示器118還可以允許用戶與工作站112及其部件和功能交互。這進(jìn)一步由接口 120促成，所述接口 120可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿或任何其他外圍設(shè)備或控件，以允許用戶與工作站112交互。
[0025]控制器126可以被包括在軟件模塊中，或者可以包括用于控制和/或操控裝置102的人工控件。控制器126可以控制操縱機(jī)構(gòu)105，所述操縱機(jī)構(gòu)105被集成到柔性裝置102中，并且被配置為允許柔性裝置102與器官的壁和/或脈管接合。操縱機(jī)構(gòu)105可以包括導(dǎo)向或引導(dǎo)裝置102所需的線、導(dǎo)向裝置、壓力等。如本文將要描述的，這些機(jī)構(gòu)和控制器126還用于在腔室等的邊界處放置裝置102。
[0026]工作站112包括光源106，以向光纖提供光。采用光學(xué)詢問單元108來檢測從所有纖維返回的光。這允許確定應(yīng)變或其他參數(shù)，這將用于解讀介入式裝置102的形狀、取向等。將采用光學(xué)信號作為反饋，以對訪問誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)并校準(zhǔn)裝置102或系統(tǒng)100。
[0027]形狀感測裝置104包括一個或多個纖維，所述一個或多個纖維被配置為利用其幾何結(jié)構(gòu)來檢測和校正/校準(zhǔn)裝置102的形狀。光學(xué)詢問單元/模塊108與光學(xué)感測模塊
115(例如，形狀確定程序)一起工作，以允許跟蹤儀器或裝置102。利用纖維光學(xué)進(jìn)行形狀感測可以是基于光纖布拉格光柵傳感器的。光纖布拉格光柵(FBG)是一小段光纖,其反射特定波長的光并透射所有其他光。這是通過在纖芯中增加折射率的周期性變化來實現(xiàn)的，這生成波長特異性介電反射鏡。因此，纖維布拉格光柵能夠用作內(nèi)聯(lián)的光學(xué)濾波器，以阻擋某些波長，或作為波長特異性反射體。纖維布拉格光柵的工作背后的原理是折射率變化的每個界面處的菲涅耳反射(Fresnel reflection)。對于一些波長而言,各個周期的反射光彼此同相，從而反射存在相長干涉，并且因此透射存在相消干涉。布拉格波長對于應(yīng)變和溫度是敏感的。布拉格光柵能夠用作光纖光學(xué)傳感器中的感測元件。
[0028]這項技術(shù)主要優(yōu)點之一是各種傳感器元件能夠被分布在纖維的長度上。沿著被嵌入結(jié)構(gòu)中的纖維的長度將三個或更多芯與各種傳感器(量規(guī))結(jié)合，允許精確確定這種結(jié)構(gòu)的三維形式。沿著纖維的長度，在各個位置，定位多個FBG傳感器(例如，三個或更多纖維感測芯)。從每個FBG的應(yīng)變測量結(jié)果中，能夠推斷該位置處的結(jié)構(gòu)的曲率。從多個測量到的位置中，確定總的三維形式。
[0029]作為光纖布拉格光柵的替代，能夠利用光纖中的固有反向散射。一種這樣的方法是使用標(biāo)準(zhǔn)單模通信纖維中的瑞利散射。瑞利散射和/或布里淵散射是由于纖芯中折射率的隨機(jī)波動發(fā)生的。這些隨機(jī)波動能夠被建模為沿光柵長度具有幅度和相位的隨機(jī)變化的布拉格光柵。通過使用在多芯纖維的單一長度內(nèi)延伸的三個或更多纖芯中的這種效應(yīng)，可以跟蹤感興趣的表面的3D形狀和動力學(xué)行為。使用散射允許在光纖的整個長度上進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。根據(jù)本原理，可以采用FBG，但如本文將要描述的，對于心臟過程而言，瑞利散射或布里淵散射是優(yōu)選的。
[0030]在特別有用的實施例中，采用裝置102來發(fā)現(xiàn)或觀察靶。靶可以包括功能器官，諸如心臟、肺等。在過程期間，收集來自形狀感測裝置104的形狀感測數(shù)據(jù)，并與手術(shù)前的成像數(shù)據(jù)或先前收集的形狀感測數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，以理解靶的實時功能。形狀感測數(shù)據(jù)可以包括來自心搏和/或呼吸的運動數(shù)據(jù)，并且可以執(zhí)行分析以解讀它。
[0031]在一個實施例中，具有形狀感測裝置104 (具有瑞利、FBG和/或布里淵散射能力)的裝置102，允許沿著已知的3D路徑迅速檢測心臟內(nèi)的腔室形變，并且隨后估計心容積和機(jī)械功能。模塊115采用動態(tài)形狀感測數(shù)據(jù)，以基于統(tǒng)計模型/訓(xùn)練庫122來計算心臟參數(shù)，并在介入期間在顯示器118上呈現(xiàn)參數(shù)。模塊115解讀形狀感測數(shù)據(jù)，以基于形狀感測機(jī)械功能數(shù)據(jù)和其他手術(shù)前或手術(shù)中數(shù)據(jù)建議用于起搏器植入的靶部位。模塊115還能夠?qū)⑿呐K的機(jī)械功能映射到由于病理學(xué)組織變形圖案導(dǎo)致的疤痕位置。
[0032]可以提供成像系統(tǒng)110，以收集對象148的手術(shù)前成像數(shù)據(jù)或?qū)崟r手術(shù)中成像數(shù)據(jù)?？梢栽谌魏瘟鞒讨?，在另一設(shè)施、位置等處執(zhí)行手術(shù)前成像。3D圖像111可以被存儲在存儲器116中，并且用于模塊115的輸出，以使形狀感測裝置104的放置可視化，并進(jìn)一步將處置區(qū)域、針對CRT的線放置位置、沒有疤痕組織的區(qū)域或與醫(yī)療過程和感興趣器官一致的其他參數(shù)或計算特征指示作為覆蓋圖。
[0033]因此，系統(tǒng)100能夠為臨床醫(yī)生提供關(guān)于心肌表面的有價值信息(例如，心肌邊界的位置)，無需進(jìn)行X射線成像或造影劑注射，在其他技術(shù)中將是需要的，諸如根據(jù)沿系繩的長度的函數(shù)讀取離散(點)讀數(shù)的離散測量技術(shù)。本系統(tǒng)100采用被集成到柔性儀器102(諸如導(dǎo)管、引導(dǎo)線、壓力線或電極引線)中的光學(xué)形狀感測光纖104，以在三個維度中提供連續(xù)
時空信息。
[0034]在過程期 間，使用標(biāo)準(zhǔn)策略，諸如用于電生理學(xué)介入的標(biāo)準(zhǔn)策略(其中使導(dǎo)管/線102形成循環(huán)，使其圍繞心外膜或心內(nèi)膜邊界)，跟蹤形狀的柔性儀器102被定位與心臟140(或其他器官)的壁相鄰。利用由若干個跟蹤形狀的柔性儀器(102)同時探查或利用單一跟蹤儀器連續(xù)探查，以查詢心臟腔室內(nèi)不同的切割平面，重復(fù)該過程，允許劃分心肌和腔室之間的邊界，當(dāng)前在常規(guī)X射線熒光透視/血管電影造影引導(dǎo)期間不注射造影劑不能確定所述邊界。
[0035]此外，啟用形狀感測的柔性儀器102可以將輪廓/邊界數(shù)據(jù)以及運動測量結(jié)果饋送到圖像處理模塊142中，以進(jìn)行配準(zhǔn)、分割、重建或定量，以使算法自動化，否則將需要以基于成像數(shù)據(jù)的視覺解讀而手動定義的種子輪廓的形式進(jìn)行臨床輸入。在這種情況下，柔性儀器102提供輸入種子測量結(jié)果和動作，在某種意義上，似乎它是人-計算接口裝置(例如，鼠標(biāo))。
[0036]參考圖2A-圖2D，根據(jù)范例性過程圖示性地示出了心臟腔室的形狀感測。圖2A示出了舒張末期(ED)位置時左心室(LV) 200的圖。形狀感測導(dǎo)管202被插入并被定位為與心肌內(nèi)表面210相鄰。圖2B示出了收縮末期(ES)位置時的LV200以及與內(nèi)邊界210相鄰的導(dǎo)管202’。圖2C示出了一個或多個導(dǎo)管202 (202’)的理論位置，一個覆蓋在另一個上方，示出了心搏周期期間心肌的運動。內(nèi)導(dǎo)管位置被指定為202’，以指示圖像來自圖2B。圖2D示出了對LV200的舒張末期和收縮末期之間的位移進(jìn)行量化的箭頭212。可以采用該技術(shù)來估計LV200的不同區(qū)域正在經(jīng)歷的運動以及運動之間的任何關(guān)系。
[0037]柔性儀器(例如導(dǎo)管102、202、202’ )的運動的基于形狀感測的實時跟蹤能夠用于推導(dǎo)與柔性儀器接觸的心肌段的運動特性。能夠從若干個相繼心搏周期中建立三維(3D)運動模型，在相繼心搏周期之間操縱儀器202，以詢問在多個不同切割平面中的心臟的運動行為。
[0038]能夠通過檢測心肌中增加或減小運動的區(qū)域來進(jìn)一步擴(kuò)展所述系統(tǒng)的范圍。這允許系統(tǒng)在手術(shù)中檢測或檢驗缺血區(qū)域(疤痕組織)，如有必要，更新或校正起搏器引線植入、心肌活檢、酒精消融或其他靶向治療的部位。
[0039]啟用形狀感測的導(dǎo)管202能夠“U”或“V”的幾何形狀預(yù)先成形，或者可以采用氣囊或其他偏置裝置，以接觸器官表面。在心臟工作同時，啟用形狀感測的導(dǎo)管202被放置為與心臟或其他器官的壁相鄰。導(dǎo)管202中的內(nèi)部機(jī)構(gòu)(例如，導(dǎo)向或剛度控制)允許控制與心肌組織的緊密接觸。確定相對心壁的運動模式之間的關(guān)系或相關(guān)性(或缺乏關(guān)系或相關(guān)性)允許系統(tǒng)100給出實時非同步信息，所述實時非同步信息可以用于選擇、驗證或丟棄例如CRT中引線放置的潛在部位。
[0040]在圖2A-圖2D中所示的范例中，描繪了對收縮末期和舒張末期容積的估計。然而，可以以相同的方式確定其他參數(shù)，例如射血分?jǐn)?shù)、心容積和輸出等，其均提供心臟的實時功能信息。在與左心室(LV)的內(nèi)壁相鄰定位時，形狀感測纖維給出來自定義的切割平面或觀察點的腔室的邊界和形狀。使用來自標(biāo)準(zhǔn)切割平面或前景的測量結(jié)果，系統(tǒng)能夠?qū)С鲅刂L軸和短軸的長度，并且繼而估計心臟功能或感興趣參數(shù)。使用形狀感測技術(shù)，更具體而言，使用瑞利或布里淵反向散射(盡管也可以采用FBG技術(shù))，能夠?qū)崿F(xiàn)在導(dǎo)管202的連續(xù)段上的數(shù)據(jù)。這意味著不存在盲點或離散數(shù)據(jù)收集點。在連續(xù)時間尺度上在導(dǎo)管202上的整個長度上收集數(shù)據(jù)。這提供更完整的數(shù)據(jù)集，獲得更好的醫(yī)療評估、更好的醫(yī)療決策和即時反饋。
[0041]可以使用模型或其他機(jī)制，諸如公式、軟件分析工具等，通過采用例如模塊115(圖1)，解讀從功能心臟收集的數(shù)據(jù)。作為范例，為了描述如何使用這樣的測量結(jié)果導(dǎo)出容積，考慮以下內(nèi)容。能夠使用已知的Simpson規(guī)則計算容積,其中，針對每個圓形切片計算面積，并且這是針對整個長軸長度(L，其中h=L/3)進(jìn)行積分的，以找到容積。備選地，可以采用已知的修正Simpson規(guī)則，其中在三個不同水平處(即，二尖瓣(Al)、乳頭肌(A2)、心尖(A3)處)計算圓形面積，并且如以下方程計算容積(V)。
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 啟用感測的柔性裝置(102)，具有至少一個光纖，所述至少一個光纖被配置為在所述柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變，所述柔性裝置包括操縱機(jī)構(gòu)(105)，所述操縱機(jī)構(gòu)被配置為允許在所述長度上與器官的壁接合；以及 解讀模塊(115)，其被配置為在所述器官工作同時在所述器官的運動的至少兩個階段之間接 收來自所述至少一個光纖的光學(xué)信號，并且解讀所述光學(xué)信號，以量化與所述器官的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述器官包括心臟，并且所述壁包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述運動的至少兩個階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，啟用感測的柔性裝置(102)包括柔性細(xì)長儀器，并且在三個維度中提供連續(xù)時空信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參數(shù)包括對心容積、機(jī)械功能、運動特性、射血分?jǐn)?shù)和/或心輸出量的估計中的一個或多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括顯示器(118)，其中，所述解讀模塊(115)被配置為基于形狀感測機(jī)械功能數(shù)據(jù)來建議用于起搏器植入的靶部位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述啟用感測的柔性裝置(102)包括切割平面中的氣囊、U形配置或V形配置中的至少一個，以測量所述器官的相對壁上的位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述長度上連續(xù)感測的所述誘發(fā)的應(yīng)變包括在所述長度上測量的反向散射。
10.一種用于功能性心臟評估的工作站，包括: 處理器(114)； 存儲器(116)，其被耦合到所述處理器； 啟用感測的柔性裝置(102)，其具有至少一個光纖，所述至少一個光纖被配置為在所述柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變； 操縱機(jī)構(gòu)(105)，其被集成到所述柔性裝置中，并且被配置為允許所述柔性裝置在所述長度上與心臟的壁和/或血管接合； 解讀模塊(115)，其被存儲在所述存儲器中，并且被配置為在所述心臟工作同時在所述心臟的運動的至少兩個階段之間接收來自所述至少一個光纖的反饋信號，基于所述誘發(fā)的應(yīng)變，所述解讀模塊生成數(shù)據(jù)，以量化與所述心臟的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)；以及 顯示器(118)，其被配置為生成圖像，以輔助對所述工作的心臟執(zhí)行過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述器官包括所述心臟，并且所述壁和/或血管包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工作站，其中，所述運動的至少兩個階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，啟用感測的柔性裝置(102)包括柔性細(xì)長儀器，并且在三個維度中提供連續(xù)時空信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述參數(shù)包括心容積、機(jī)械功能、運動特性、射血分?jǐn)?shù)和/或心輸出量的估計中的一個或多個。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，所述解讀模塊(115)被配置為基于形狀感測機(jī)械功能數(shù)據(jù)來建議用于起搏器植入的靶部位。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的工作站，其中，所述解讀模塊(115)將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
17.根據(jù)權(quán) 利要求10所述的工作站，其中，所述啟用感測的柔性裝置(102)包括氣囊，或在切割平面中被成形為U形或V形配置，以測量所述器官的相對壁上的位移。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工作站，其中，在所述長度上連續(xù)感測的所述誘發(fā)的應(yīng)變包括所述長度上測量的反向散射。
19.一種方法,包括: 將啟用感測的柔性裝置插入(300)工作器官的腔室或脈管中，所述啟用感測的柔性裝置具有至少一個光纖，所述至少一個光纖被配置為在所述柔性裝置的長度上連續(xù)感測誘發(fā)的應(yīng)變； 操控(304)所述柔性裝置，以在所述長度上與所述器官的邊界接合； 在所述器官工作同時，在所述器官的運動的至少兩個階段內(nèi)接收(306)來自所述至少一個光纖的反饋信號；以及 解讀(310)所述反饋信號，以量化與所述器官的所述工作相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述器官包括所述心臟，并且所述邊界包括心內(nèi)膜或心外膜邊界。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述運動的至少兩個階段包括所述心臟的舒張和收縮位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述啟用感測的柔性裝置包括柔性細(xì)長儀器，并且在三個維度中提供連續(xù)時空信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，解讀(310)所述光學(xué)信號以量化參數(shù)包括估計(312)心容積、確定機(jī)械功能、確定運動特性、確定射血分?jǐn)?shù)和/或確定心輸出量中的一個或多個。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基于形狀感測機(jī)械功能數(shù)據(jù)來建議(314)用于起搏器植入的靶部位。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，建議靶部位包括將所述機(jī)械功能數(shù)據(jù)映射(318)到由病理學(xué)組織變形模式導(dǎo)致的疤痕位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將所述啟用感測的柔性裝置形成(302)為切割平面中的U、V或氣囊形配置，以測量所述器官的相對壁上的位移。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，接收光學(xué)信號包括在所述長度上接收(308)連續(xù)反向散射光，以提供所述長度上的連續(xù)數(shù)據(jù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述運動的至少兩個階段包括兩個血管位置。
【文檔編號】A61B5/11GK103957792SQ201280051306
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】B·拉馬錢德蘭, R·陳, R·曼茨克 申請人:皇家飛利浦有限公司