[发明专利]使用光学形状传感器的体积映射

说明书

技术领域

本发明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。本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明提供了一种通过（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。

本发明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。

本发明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。

本发明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每个医用工具。体积方法还包含响应于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发明的各个实施例的以下详细描述，本发明的上述形式和其它形式以及本发明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发明而非限制，本发明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图示了根据本发明的体积映射系统的示例性实施例。

图2A和2B图示了根据本发明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。