用于改進(jìn)的導(dǎo)管識(shí)別的量化探頭檢測(cè)的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)和方法包括：形狀感測(cè)使能的設(shè)備(120)，其包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備(202)，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被耦合到至少一根光纖(122)；形狀感測(cè)模塊(132)，其被配置為接收來(lái)自在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的所述至少一根光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)以確定所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀；設(shè)備定位模塊(134)，其被配置為基于所述至少一根光纖與所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息；映射模塊(136)，其被配置為基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備(124)的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
【專利說(shuō)明】用于改進(jìn)的導(dǎo)管識(shí)別的量化探頭檢測(cè)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)器械并且更具體地涉及醫(yī)學(xué)應(yīng)用中用于改進(jìn)的醫(yī)學(xué)器械的識(shí)別的形狀感測(cè)光纖。

【背景技術(shù)】
[0002]高劑量率(HDR)短距離放射治療流程涉及在經(jīng)直腸超聲(TRUS)引導(dǎo)下對(duì)導(dǎo)管的經(jīng)會(huì)陰放置。隨后，手動(dòng)執(zhí)行使用TRUS圖像的導(dǎo)管識(shí)別。然而，這導(dǎo)致錯(cuò)誤的高的概率，這是因?yàn)榕c導(dǎo)管的可變的回聲反射性組合的超聲散斑使導(dǎo)管難以準(zhǔn)確且一致地被識(shí)別，從而導(dǎo)致處置規(guī)劃過程中的不準(zhǔn)確性。對(duì)導(dǎo)管映射的自動(dòng)化方法包括對(duì)被放置在導(dǎo)管中的傳感器或?qū)Ыz的電磁(EM)跟蹤。該方法要求EM參考系與TRUS參考系之間的一致的穩(wěn)定關(guān)系。然而，在臨床情況中，對(duì)在患者之內(nèi)的TRUS探頭進(jìn)行定位的過程包括對(duì)探頭進(jìn)行彎曲/偏轉(zhuǎn)，這可以導(dǎo)致EM參考系與TRUS參考系的配準(zhǔn)中的不一致性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本原理，一種系統(tǒng)包括:形狀感測(cè)使能的設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被耦合到至少一根光纖；形狀感測(cè)模塊，其被配置為接收來(lái)自在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的所述至少一根光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)以確定所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀；設(shè)備定位模塊，其被配置為基于所述至少一根光纖與所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息；映射模塊，其被配置為基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
[0004]一種系統(tǒng)包括:形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備，所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備被耦合到至少一根光纖；形狀感測(cè)模塊，其被配置為接收來(lái)自在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的所述至少一根光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)以確定所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備的形狀；設(shè)備定位模塊，其被配置為基于所述至少一根光纖中的每個(gè)與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備，所述一種或多種關(guān)系在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前被確定；映射模塊被配置為基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
[0005]一種方法包括:收集來(lái)自被布置在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀感測(cè)數(shù)據(jù)，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被耦合到至少一根光纖并且包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備；基于所述至少一根光纖與所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息；基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
[0006]根據(jù)要與附圖結(jié)合閱讀的本公開的圖示性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，本公開的這些和其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]本公開將參考以下附圖詳細(xì)地呈現(xiàn)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:
[0008]圖1是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的識(shí)別設(shè)備的位置的形狀感測(cè)系統(tǒng)的方框圖/流程圖；
[0009]圖2圖示性地描繪了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括光纖的示范性布置的探頭的剖視圖；
[0010]圖3圖示性地描繪了當(dāng)被定位在對(duì)象之內(nèi)時(shí)的探頭偏轉(zhuǎn)/彎曲的效果；并且
[0011]圖4是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于識(shí)別設(shè)備的位置的方法的方框圖/流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]根據(jù)本原理，提供了用于在HDR短距離放射治療流程期間識(shí)別導(dǎo)管的系統(tǒng)和方法。典型地，HDR短距離放射治療在經(jīng)直腸超聲(TRUS)的引導(dǎo)到下被執(zhí)行。然而，對(duì)TRUS探頭到對(duì)象中的插入引起探頭中的偏轉(zhuǎn)/彎曲。光纖形狀感測(cè)可以應(yīng)用于量化探頭中的偏轉(zhuǎn)/彎曲，以從而提供探頭的位置信息?；诒获詈系教筋^的光纖與TRUS成像陣列之間的空間關(guān)系，可以計(jì)算出TRUS成像陣列的位置信息。
[0013]可以使用例如光纖或電磁(EM)傳感器來(lái)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行映射?？梢詫?duì)TRUS成像陣列、光纖以及導(dǎo)管的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)?？梢曰赥RUS成像陣列的位置信息來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)管的經(jīng)映射的位置，從而表示考慮了 TRUS探頭偏轉(zhuǎn)/彎曲的真實(shí)導(dǎo)管位置。
[0014]有利地，本原理提供對(duì)導(dǎo)管和后裝治療機(jī)位置(以及因此的放射性源位置)的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)更新。提供實(shí)時(shí)源位置更新的能力可以減少處置規(guī)劃與遞送之間的斷開，所述斷開可以歸因于處置源與組織之間的不一致的空間關(guān)系而存在。在處置遞送期間的實(shí)時(shí)導(dǎo)管跟蹤還可以允許處置調(diào)整。
[0015]還應(yīng)當(dāng)理解，將從醫(yī)學(xué)器械的方面來(lái)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)廣泛得多，并且可應(yīng)用于任何光纖或成像器械。在一些實(shí)施例中，本原理用于跟蹤或分析復(fù)雜的生物系統(tǒng)或機(jī)械系統(tǒng)。具體地，本原理可應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤流程，諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的所有區(qū)中的流程。附圖中描繪的元件可以在硬件與軟件的各種組合中被實(shí)施，并且提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0016]能夠通過使用專用硬件以及能夠運(yùn)行與適當(dāng)?shù)能浖嚓P(guān)聯(lián)的軟件的硬件來(lái)提供附圖中示出的各種元件的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，所述功能能夠由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器或由多個(gè)個(gè)體處理器(它們中的一些能夠被共享)來(lái)提供。此外，對(duì)術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解釋為專指能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠隱含地包括而不限于數(shù)字信號(hào)處理器(“DSP”)硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(“ROM”)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(“RAM”)、非易失性存儲(chǔ)器等。
[0017]此外，本文記載本發(fā)明的原理、各方面和實(shí)施例以及其特定范例的所有陳述，旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能上的等價(jià)物。額外地，這樣的等價(jià)物旨在包括當(dāng)前已知的等價(jià)物以及未來(lái)發(fā)展的等價(jià)物(即，執(zhí)行相同功能的所發(fā)展的任何元件而無(wú)論其結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本文呈現(xiàn)的方框圖表示實(shí)施本發(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，應(yīng)當(dāng)理解，任何流程圖表、流程圖等表示基本上可以被表示在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中并且因此可以由計(jì)算機(jī)或處理器來(lái)運(yùn)行的各種過程，無(wú)論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確示出。
[0018]此外，本發(fā)明的實(shí)施例能夠采取計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可從計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存取，所述計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)提供用于由計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)合使用的程序代碼。出于本說(shuō)明書的目的，計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是可以包括、存儲(chǔ)、通信、傳播或輸送用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用的程序的任何裝置。所述介質(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)或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移動(dòng)計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、硬磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、壓縮盤-讀/寫(⑶-R/W)、Blu-Ray?以及 DVD。
[0019]現(xiàn)在參考附圖，在所述附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件，并且首先參考圖1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例圖示性地描繪了用于確定導(dǎo)管的定位信息的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)102，從所述工作站或控制臺(tái)102監(jiān)督和管理流程(例如，HDR短距離放射治療)。工作站102優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)處理器106以及用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器104。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)100的功能和部件可以被集成到一個(gè)或多個(gè)工作站或系統(tǒng)中。
[0020]工作站102可以包括用于查看的一個(gè)或多個(gè)顯示器108。顯示器108還可以準(zhǔn)許用戶與工作站102及其部件和功能進(jìn)行交互。通過用戶接口 110進(jìn)一步促進(jìn)所述交互，所述用戶接口 110可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿或任何其他外圍設(shè)備或控制設(shè)備，以準(zhǔn)許用戶與工作站102進(jìn)行交互。
[0021]盡管本原理將關(guān)于HDR短距離放射流程進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本原理廣泛得多，并且可應(yīng)用于利用在多個(gè)跟蹤系統(tǒng)之間進(jìn)行通信的成像系統(tǒng)的任何工作流程。例如，本原理可以應(yīng)用于創(chuàng)建柔性超聲陣列或其他成像設(shè)備，所述其他成像設(shè)備常規(guī)上需要是剛性的，以便具有已知的成像幾何結(jié)構(gòu)。具有光學(xué)形狀感測(cè)的跟蹤提供柔性成像設(shè)備的特定幾何結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)知識(shí)，這使得能夠接近難以利用常規(guī)、剛性設(shè)備進(jìn)行成像的區(qū)或結(jié)構(gòu)。在另一范例中，本原理可以應(yīng)用于管道設(shè)備，其中，管道可以使用超聲系統(tǒng)和內(nèi)窺鏡兩者被成像。也預(yù)期其他應(yīng)用。
[0022]存儲(chǔ)器104可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序130，所述計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序130包括形狀感測(cè)模塊132，所述形狀感測(cè)模塊132被配置為解讀來(lái)自形狀感測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)118的光學(xué)反饋信號(hào)。形狀感測(cè)模塊132被配置為使用光學(xué)信號(hào)反饋(以及任何其他反饋，例如電磁(EM)跟蹤)來(lái)重建與第一醫(yī)學(xué)設(shè)備或器械120相關(guān)聯(lián)的變形、偏轉(zhuǎn)以及其他變化。第一設(shè)備120優(yōu)選地包括(例如，經(jīng)直腸超聲(TRUS))探頭，但是也可以包括內(nèi)窺鏡、或其他成像部件等中的一個(gè)或多個(gè)。探頭120可以通過布線128被耦合到工作站102。布線128根據(jù)需要可以包括電氣連接、光纖連接、器械操作等。探頭120可以用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)或?qū)ο?16(例如，患者)。
[0023]形狀感測(cè)系統(tǒng)包括模塊132和形狀感測(cè)設(shè)備118，所述形狀感測(cè)設(shè)備118被安裝在探頭120上或被集成到探頭120中。形狀感測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)詢問器112，所述光學(xué)詢問器112提供選定的信號(hào)并接收光學(xué)響應(yīng)。光源114可以被提供為詢問器112的部分或被提供為用于向形狀感測(cè)設(shè)備118提供光信號(hào)的單獨(dú)的單元。形狀感測(cè)設(shè)備118包括一根或多根光纖122，所述一根或多根光纖122以一組或多組樣式被耦合到設(shè)備120。纖維122可以通過布線126被耦合到工作站102。所述布線根據(jù)需要可以包括光纖、電氣連接、其他器械操作等。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，纖維122被集成在探頭120的套管之內(nèi)。如果多根纖維122被利用，則每根纖維122可以以特定樣式被布置為圍繞探頭120的周圍或周邊，其中每根纖維122沿著探頭120的長(zhǎng)度延伸。
[0025]繼續(xù)參考圖1的同時(shí)參考一下圖2，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例圖示性地描繪了包括光纖的示范性布置的TRUS探頭200的剖視圖。由于探頭120的偏轉(zhuǎn)可以是非線性的，因此可以有利地使更加密集的纖維122被放置靠近探頭120的一個(gè)或多個(gè)成像陣列202，同時(shí)使稀疏分布的纖維122遠(yuǎn)離成像陣列202。也預(yù)期在探頭120之內(nèi)的纖維122的其他樣式。例如，在整個(gè)探頭120的剖面中的纖維122的分布可以提供若干優(yōu)點(diǎn):測(cè)量多根纖維122關(guān)于彼此的相對(duì)位置的能力；并且在與纖維122中的一根或多根的通信失敗的情況下提供測(cè)量冗余。然而，如果纖維122的位置改變，則纖維122與成像陣列202之間的空間關(guān)系可以也不再有效。
[0026]返回參考圖1，在另一實(shí)施例中，纖維122可以使用例如夾式附接件從外部被耦合到探頭120。將纖維122與探頭120進(jìn)行剛性配準(zhǔn)。盡管該實(shí)施例可以限制纖維122到探頭120的成像陣列的接近度，但是該實(shí)施例向操作者提供關(guān)于纖維122的放置的某些柔性。也預(yù)期被耦合在探頭120上或中的纖維122的其他布置。
[0027]具有纖維122的形狀感測(cè)118可以使用光纖傳輸/反射的任何機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施。例如，具有纖維122的形狀感測(cè)118可以使用以下中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)實(shí)施:波分復(fù)用分布式感測(cè)、時(shí)間波分復(fù)用分布式感測(cè)、干涉儀檢測(cè)、基于幅度的固有散射等。優(yōu)選地，具有纖維122的形狀感測(cè)118基于光纖布拉格光柵(FBG)原理；然而，也預(yù)期其他方法，例如，瑞利散射、拉曼散射或布里淵散射。FBG是光纖的反射具體波長(zhǎng)的光并透射所有其他波長(zhǎng)的光的短節(jié)段。這通過增加纖芯中的折射率的周期性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述周期性變化生成波長(zhǎng)特異性的介質(zhì)鏡。纖維布拉格光柵因此能夠被用作內(nèi)聯(lián)(inline)光學(xué)濾波器以阻擋特定波長(zhǎng)或者被用作波長(zhǎng)特異性的反射器。
[0028]纖維122在沿著其長(zhǎng)度的任何空間位置處的形狀取決于在纖維中發(fā)展的內(nèi)部應(yīng)變。布拉格波長(zhǎng)對(duì)該應(yīng)變是敏感的。形狀感測(cè)模塊132可以使用三個(gè)或更多個(gè)FBG (三根纖維122的組中，每根纖維122中一個(gè))中的應(yīng)變來(lái)計(jì)算纖維組中的局部彎曲。因此，累積出纖維的形狀。沿著纖維的FBG位置的先驗(yàn)知識(shí)能夠用于提供對(duì)纖維在所期望的參考系中的形狀和位置的估計(jì)。
[0029]計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序130可以包括設(shè)備定位模塊134，所述設(shè)備定位模塊134被配置為確定探頭120在插入到對(duì)象116中后的所述探頭120的成像陣列的原點(diǎn)。首先，在將探頭120定位在對(duì)象116之內(nèi)之前，設(shè)備定位模塊134可以計(jì)算纖維122與探頭120的成像陣列之間的變換。所述變換表示針對(duì)探頭120的非彎曲配置的纖維122與探頭120的成像陣列之間的空間關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，將空間關(guān)系定義在每根纖維122與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(例如，中心)之間，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示探頭120的一個(gè)或多個(gè)成像陣列。在另一實(shí)施例中，將纖維122劃分成多個(gè)部分并且將空間關(guān)系定義在每根纖維122的每個(gè)部分與探頭120的成像陣列中的每個(gè)的中心之間。也預(yù)期其他實(shí)施例?？臻g關(guān)系在整個(gè)流程中是恒定的。如果不是，則可以執(zhí)行重新校準(zhǔn)。
[0030]優(yōu)選地，在探頭120到對(duì)象116中的插入之前，在流程前校準(zhǔn)步驟中確定空間關(guān)系。例如，流程前校準(zhǔn)可以是間歇地(例如，每周一次、每月一次等)執(zhí)行的一次性校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)步驟允許相對(duì)于纖維122的坐標(biāo)系要被定義的探頭120的成像陣列的原點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，可以在流程內(nèi)調(diào)節(jié)先前的流程前校準(zhǔn)。
[0031]在探頭120已經(jīng)被定位并被穩(wěn)定在對(duì)象116之內(nèi)后，使用形狀感測(cè)模塊126來(lái)記錄纖維122中的每個(gè)的形狀和姿勢(shì)?；诶w維122與探頭120的成像陣列之間的所確定的空間關(guān)系，設(shè)備定位模塊134可以計(jì)算探頭120的成像陣列的原點(diǎn)。在共同的參考系(例如，探頭120的參考系)中的成像陣列的原點(diǎn)優(yōu)選地被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104中。
[0032]參考一下圖3，探頭300被定位在對(duì)象之內(nèi)。在將探頭120定位在對(duì)象116之內(nèi)之前，對(duì)于探頭的非彎曲配置304，對(duì)象116的目標(biāo)區(qū)302在沒有探頭偏轉(zhuǎn)/彎曲的情況下被成像306。然而，將探頭120定位在對(duì)象116中的過程引起彎曲/偏轉(zhuǎn)312。彎曲的探頭308對(duì)目標(biāo)區(qū)302進(jìn)行成像310。使用被耦合到探頭120的纖維122與探頭120的成像陣列202之間的空間關(guān)系，設(shè)備定位模塊134可以考慮彎曲/偏轉(zhuǎn)312以計(jì)算成像陣列的原點(diǎn)。
[0033]返回參考圖1，計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序130可以包括映射模塊136，所述映射模塊136被配置為在處置規(guī)劃之前對(duì)在對(duì)象116之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)第二醫(yī)學(xué)設(shè)備或器械124的位置進(jìn)行映射。第二設(shè)備124優(yōu)選地包括導(dǎo)管，但是也可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè):探頭、導(dǎo)絲、內(nèi)窺鏡、機(jī)器人、電極、過濾設(shè)備、氣囊設(shè)備或其他部件等。導(dǎo)管124可以被定位在對(duì)象116之內(nèi)以用于例如HDR短距離放射治療。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，映射模塊136被配置為執(zhí)行基于EM的路徑映射以識(shí)別在對(duì)象116之內(nèi)的導(dǎo)管124的位置。在實(shí)施例中，基于EM的路徑映射可以使用EM跟蹤的導(dǎo)絲來(lái)執(zhí)行，所述EM跟蹤的導(dǎo)絲能夠被插入到導(dǎo)管124中并且能夠從導(dǎo)管124縮回。跟蹤器的空間信息可以在該過程期間被記錄。也預(yù)期基于EM的路徑映射的其他實(shí)施例。將EM系統(tǒng)、纖維118以及探頭120的成像陣列的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)。在另一實(shí)施例中，映射模塊136可以被配置為執(zhí)行光學(xué)形狀感測(cè)以識(shí)別在對(duì)象116之內(nèi)的導(dǎo)管124的位置。將(在導(dǎo)管124和探頭120兩者中使用的)纖維122的參考系與探頭120的成像陣列進(jìn)行配準(zhǔn)。也預(yù)期對(duì)在對(duì)象116之內(nèi)的導(dǎo)管124進(jìn)行映射的其他實(shí)施例。
[0035]映射模塊136可以基于由設(shè)備定位模塊134確定的探頭120的成像陣列的原點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)管124的位置信息。所調(diào)節(jié)的導(dǎo)管124的位置表示考慮了探頭120的偏轉(zhuǎn)/彎曲而確定的真實(shí)導(dǎo)管124的位置。
[0036]映射模塊136還可以被配置為在諸如處置遞送的流程期間執(zhí)行實(shí)時(shí)導(dǎo)管124跟蹤。如果使用纖維122來(lái)跟蹤導(dǎo)管124的形狀和姿勢(shì)，則能夠基于所計(jì)算的探頭120在那時(shí)刻的偏轉(zhuǎn)/彎曲來(lái)確定并調(diào)節(jié)導(dǎo)管124的形狀的實(shí)時(shí)變化。還能夠記錄在導(dǎo)管124之內(nèi)的后裝治療機(jī)設(shè)備的每個(gè)增量位置，以提供對(duì)放射性源的位置的實(shí)時(shí)估計(jì)。有利地，通過獲知放射性源的所規(guī)劃的位置，能夠?qū)μ幹糜?jì)劃做出實(shí)時(shí)調(diào)整。
[0037]計(jì)算機(jī)實(shí)施的程序130還可以包括規(guī)劃模塊138。所述規(guī)劃模塊可以涉及一個(gè)或多個(gè)顯示器108和/或用戶接口 110。在一個(gè)實(shí)施例中，規(guī)劃模塊138可以被配置為例如在例如HDR短距離放射治療流程中提供對(duì)導(dǎo)管124的規(guī)劃前映射。探頭120的成像陣列的位置的知識(shí)允許對(duì)導(dǎo)管位置的估計(jì)結(jié)果的改進(jìn)的準(zhǔn)確度，所述導(dǎo)管位置用于制定初始處置計(jì)劃以指定用于目標(biāo)區(qū)和/或周圍的風(fēng)險(xiǎn)器官(OAR)的適當(dāng)?shù)膭┝克健?br> [0038]在另一實(shí)施例中，規(guī)劃模塊138可以提供使用導(dǎo)管124和后裝治療機(jī)位置的實(shí)時(shí)更新的自適應(yīng)處置規(guī)劃。在導(dǎo)管124(相對(duì)于對(duì)象116的目標(biāo)區(qū))運(yùn)動(dòng)的情況下，初始處置計(jì)劃可以被修正以考慮運(yùn)動(dòng)。例如，如果所估計(jì)的由目標(biāo)接收的劑量少于在例如目標(biāo)的后部區(qū)域中所規(guī)劃的劑量，則靠近目標(biāo)的后部區(qū)域的導(dǎo)管中的源的停留位置和停留時(shí)間能夠相應(yīng)地被調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償在該區(qū)域中的減少的劑量。也預(yù)期對(duì)處置計(jì)劃的其他修正。
[0039]現(xiàn)在參考圖4，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例圖示性地描繪示出用于確定導(dǎo)管的定位信息的方法的方框圖。在方框402中，收集來(lái)自形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀感測(cè)數(shù)據(jù)。形狀感測(cè)使能的設(shè)備優(yōu)選地包括超聲探頭，但是也可以包括內(nèi)窺鏡或其他成像部件等。形狀感測(cè)使能的設(shè)備可以被布置在諸如血管結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等的結(jié)構(gòu)之內(nèi)。
[0040]一個(gè)或多個(gè)光纖優(yōu)選地以一組或多組樣式被耦合到形狀感測(cè)使能的設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，在方框404中，可以將光纖集成或嵌入形狀感測(cè)使能的設(shè)備之內(nèi)。例如，光纖可以被布置使得將更加密集的光纖被定位在靠近形狀感測(cè)使能的設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備(例如，成像陣列)中，同時(shí)稀疏分布的光纖遠(yuǎn)離成像設(shè)備。在另一范例中，光纖可以是在整個(gè)形狀感測(cè)使能的設(shè)備的剖面中的分布。在又另一實(shí)施例中，在方框406中，光纖可以使用例如夾式附接件從外部被耦合到形狀感測(cè)使能的設(shè)備。也預(yù)期將光纖定位在形狀感測(cè)使能的設(shè)備中或?qū)⒐饫w定位為圍繞形狀感測(cè)使能的設(shè)備的其他樣式。
[0041]在方框408中，基于纖維與一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的空間關(guān)系來(lái)確定形狀感測(cè)使能的設(shè)備的成像設(shè)備的位置信息。首先，在形狀感測(cè)使能的設(shè)備被布置在結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，確定纖維與形狀感測(cè)使能的設(shè)備的成像設(shè)備之間的變換。所述變換表示纖維與成像設(shè)備之間的空間關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，在方框410中，將空間關(guān)系定義在每根纖維與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)(例如，中心)之間，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示形狀感測(cè)使能的設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。在另一實(shí)施例中，在方框412中，將纖維劃分成多個(gè)部分，并且將空間關(guān)系定義在每根纖維的每個(gè)部分與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示形狀感測(cè)使能的設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。也預(yù)期其他實(shí)施例?？臻g關(guān)系在整個(gè)流程中是恒定的。如果不是，則可以執(zhí)行重新校準(zhǔn)。
[0042]優(yōu)選地，在形狀感測(cè)使能的設(shè)備被布置在結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，在流程前校準(zhǔn)步驟中確定空間關(guān)系。例如，流程前校準(zhǔn)可以是間歇地(例如，每周一次、每月一次等)執(zhí)行的一次性校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)步驟允許相對(duì)于纖維的坐標(biāo)系要被定義的形狀感測(cè)使能的設(shè)備的成像設(shè)備的原點(diǎn)。
[0043]在形狀感測(cè)使能的設(shè)備已經(jīng)被定位在結(jié)構(gòu)之內(nèi)后，記錄纖維的形狀和姿勢(shì)?；诶w維與一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的空間關(guān)系，可以確定形狀感測(cè)使能的設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息。
[0044]在方框414中，基于成像設(shè)備的位置信息將光纖、成像設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。目標(biāo)設(shè)備優(yōu)選地包括導(dǎo)管，但是也可以包括探頭、內(nèi)窺鏡、導(dǎo)絲等。使用映射系統(tǒng)來(lái)對(duì)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行映射。在一個(gè)實(shí)施例中，映射系統(tǒng)包括基于EM的映射系統(tǒng)?？梢允褂肊M跟蹤的導(dǎo)絲來(lái)執(zhí)行基于EM的映射。也預(yù)期基于EM的映射的其他方法。在另一實(shí)施例中，映射系統(tǒng)包括光學(xué)形狀感測(cè)系統(tǒng)。也預(yù)期映射系統(tǒng)的其他實(shí)施方式。
[0045]使用成像設(shè)備的位置來(lái)調(diào)節(jié)(使用映射系統(tǒng)的)目標(biāo)設(shè)備的所映射的位置。目標(biāo)設(shè)備的所調(diào)節(jié)的位置表示通過考慮形狀感測(cè)使能的設(shè)備的偏轉(zhuǎn)/彎曲而確定的真實(shí)位置。
[0046]在方框416中，創(chuàng)建或修正處置計(jì)劃。如果使用光纖來(lái)跟蹤目標(biāo)設(shè)備，則能夠確定目標(biāo)設(shè)備的形狀的實(shí)時(shí)變化并且能夠調(diào)節(jié)處置計(jì)劃。在一個(gè)實(shí)施例中，可以記錄在形狀感測(cè)使能的設(shè)備之內(nèi)的后裝治療機(jī)的位置，以提供對(duì)被定位在形狀感測(cè)使能的設(shè)備中的(例如，放射性)源的位置的實(shí)時(shí)估計(jì)。在獲知放射性源的所規(guī)劃的位置的情況下，能夠?qū)μ幹糜?jì)劃做出實(shí)時(shí)調(diào)整。例如，如果所估計(jì)的由目標(biāo)接收的劑量少于在例如目標(biāo)的后部區(qū)域中所規(guī)劃的劑量，則靠近目標(biāo)的后部區(qū)域的目標(biāo)設(shè)備中的源的停留位置和停留時(shí)間能夠相應(yīng)地被調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償在該區(qū)域中減少的劑量。也預(yù)期對(duì)處置計(jì)劃的其他修正。
[0047]在另一實(shí)施例中，可以發(fā)展處置計(jì)劃。形狀感測(cè)使能的設(shè)備的成像設(shè)備的位置的知識(shí)引起對(duì)目標(biāo)設(shè)備的位置的估計(jì)結(jié)果的改進(jìn)的準(zhǔn)確度。目標(biāo)設(shè)備的準(zhǔn)確定位在對(duì)初始處置計(jì)劃的創(chuàng)建中可以是重要的。
[0048]在解釋權(quán)利要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解:
[0049]a) “包括” 一詞不排除存在給定權(quán)利要求中列出的元件或動(dòng)作之外的其他元件或動(dòng)作；
[0050]b)元件前的“一”或“一個(gè)”一詞不排除存在多個(gè)這樣的元件；
[0051]c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不限制其范圍；
[0052]d)若干“器件”可以由相同的項(xiàng)目或硬件或?qū)嵤┙Y(jié)構(gòu)或功能的軟件來(lái)表示；以及
[0053]e)并不要求動(dòng)作的具體順序，除非具體指示。
[0054]已經(jīng)描述了用于改進(jìn)的導(dǎo)管識(shí)別的量化探頭偏轉(zhuǎn)的優(yōu)選實(shí)施例(其旨在圖示而非限制)，應(yīng)當(dāng)注意，按照以上教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出修改和變型。因此，應(yīng)當(dāng)理解，在本公開的具體實(shí)施例中可以做出改變，公開的所述改變?cè)谌鐧?quán)利要求書概括的在本文中公開的實(shí)施例的范圍之內(nèi)。因此，已經(jīng)描述了由專利法要求的詳情和特征，在權(quán)利要求書中闡述了由專利證書權(quán)利要求和期望保護(hù)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 形狀感測(cè)使能的設(shè)備(120)，其包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備(202)，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被親合到至少一根光纖(122)； 形狀感測(cè)模塊(132)，其被配置為接收來(lái)自在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的所述至少一根光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)以確定所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀； 設(shè)備定位模塊(134)，其被配置為基于所述至少一根光纖與所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息；以及 映射模塊(136)，其被配置為基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備(124)的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備(120)通過以下中的至少一個(gè)被耦合到所述至少一根光纖:將所述至少一根光纖嵌入所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備中以及將所述至少一根光纖從外部附接到所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一根光纖(122)被分布在整個(gè)所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的剖面中。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一根光纖(122)被布置為圍繞所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的周邊。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述設(shè)備定位模塊(134)還被配置為在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，確定所述至少一根光纖中的每根與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的所述一種或多種關(guān)系，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述設(shè)備定位模塊(134)還被配置為在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，確定所述至少一根光纖中的每根的每個(gè)部分與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的所述一種或多種關(guān)系，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括規(guī)劃模塊(138)，所述規(guī)劃模塊被配置為根據(jù)所述目標(biāo)設(shè)備的所調(diào)節(jié)的位置來(lái)調(diào)整或創(chuàng)建處置計(jì)劃。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述映射系統(tǒng)包括電磁跟蹤系統(tǒng)和形狀感測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備(120)包括探頭和內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)設(shè)備(124)包括探頭、導(dǎo)管、導(dǎo)絲以及內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)是體腔。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)用于創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)柔性的成像陣列。
13.一種系統(tǒng)，包括: 形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備(120)，其包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備(202)，所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備被耦合到至少一根光纖(122); 形狀感測(cè)模塊(132)，其被配置為接收來(lái)自在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的所述至少一根光纖的光學(xué)信號(hào)，并且解讀所述光學(xué)信號(hào)以確定所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備的形狀； 設(shè)備定位模塊(134)，其被配置為基于所述至少一根光纖中的每根與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備，所述一種或多種關(guān)系在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前被確定；以及 映射模塊(136)，其被配置為基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備(124)的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備(120)通過以下中的至少一個(gè)被耦合到所述至少一根光纖:將所述至少一根光纖嵌入所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備中以及將所述至少一根光纖從外部附接到所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括規(guī)劃模塊(138)，所述規(guī)劃模塊被配置為根據(jù)所述目標(biāo)設(shè)備的所調(diào)節(jié)的位置來(lái)調(diào)整或創(chuàng)建處置計(jì)劃。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述映射系統(tǒng)包括電磁跟蹤系統(tǒng)和形狀感測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測(cè)使能的醫(yī)學(xué)設(shè)備(120)包括探頭和內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
18.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)設(shè)備(124)包括探頭、導(dǎo)管、導(dǎo)絲以及內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述結(jié)構(gòu)是體腔。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)用于創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)柔性的成像陣列。
21.—種方法，包括: 收集(402)來(lái)自被布置在結(jié)構(gòu)之內(nèi)的形狀感測(cè)使能的設(shè)備的形狀感測(cè)數(shù)據(jù)，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被耦合到至少一根光纖并且包括一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備； 基于所述至少一根光纖與所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備之間的一種或多種關(guān)系來(lái)確定(408)所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備的位置信息；以及 基于所述位置信息將所述至少一根光纖、所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備以及目標(biāo)設(shè)備的映射系統(tǒng)的參考系進(jìn)行配準(zhǔn)(414)，以提供所述目標(biāo)設(shè)備的經(jīng)調(diào)節(jié)的位置。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備通過以下中的至少一個(gè)被耦合到所述至少一根光纖:將所述至少一根光纖嵌入(404)在所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備中以及將所述至少一根光纖從外部附接(406)到所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述至少一根光纖被分布在整個(gè)所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的剖面中。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述至少一根光纖被布置為圍繞所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備的周邊。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，確定(408)還包括在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，確定(410)所述至少一根光纖中的每根與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的所述一種或多種關(guān)系，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，確定(408)還包括在將所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備放置在所述結(jié)構(gòu)之內(nèi)之前，確定(412)所述至少一根光纖中的每根的每個(gè)部分與一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間的所述一種或多種關(guān)系，所述一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)每個(gè)表示所述一個(gè)或多個(gè)成像設(shè)備。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括根據(jù)所述目標(biāo)設(shè)備的所調(diào)節(jié)的位置來(lái)調(diào)節(jié)(416)處置計(jì)劃。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述映射系統(tǒng)包括電磁跟蹤系統(tǒng)和形狀感測(cè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備包括探頭和內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述目標(biāo)設(shè)備包括探頭、導(dǎo)管、導(dǎo)絲以及內(nèi)窺鏡中的一個(gè)或多個(gè)。
31.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)是體腔。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述方法用于創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)柔性的成像陣列。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK104519803SQ201380041499
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月4日
【發(fā)明者】S·巴拉特, C·M-f·孔, J·克呂克爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司