使用概率體素繪圖的快速密集點(diǎn)云成像的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)、設(shè)備和方法包括感測(cè)使能的設(shè)備（104），所述感測(cè)使能的設(shè)備具有被配置為感測(cè)誘發(fā)的應(yīng)變的至少一條光纖（126）。解讀模塊（115）被配置為接收來(lái)自與一體積相互作用的所述至少一條光纖的信號(hào)，并解讀所述信號(hào)，以確定所述體積內(nèi)由所述至少一條光纖訪問(wèn)的位置。存儲(chǔ)設(shè)備（116）被配置為存儲(chǔ)所述體積中的被訪問(wèn)位置的歷史。
【專利說(shuō)明】使用概率體素繪圖的快速密集點(diǎn)云成像
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及繪制圖像，更具體而言涉及用于在評(píng)估內(nèi)部腔等的應(yīng)用中使用形狀感測(cè)光纖繪制體積的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在很多應(yīng)用中，經(jīng)常必須理解內(nèi)部腔的特征和幾何結(jié)構(gòu)。這一信息可能不容易通過(guò)成像模態(tài)獲得，而且可能不容易被數(shù)字化以用于軟件程序或分析工具。在很多種情況下，重要的是獲知內(nèi)部腔的幾何結(jié)構(gòu)或者能夠?qū)?nèi)部腔進(jìn)行數(shù)字繪制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明原理，一種系統(tǒng)、設(shè)備和方法包括感測(cè)使能的設(shè)備，所述感測(cè)使能的設(shè)備具有被配置為感測(cè)在所述設(shè)備內(nèi)誘發(fā)的應(yīng)變的至少一條光纖。解讀模塊被配置為接收來(lái)自與一體積相互作用的所述至少一條光纖的信號(hào)，并解讀所述信號(hào)，以確定所述體積內(nèi)由所述至少一條光纖訪問(wèn)的位置。存儲(chǔ)設(shè)備被配置為存儲(chǔ)所述體積中的被訪問(wèn)位置的歷史。
[0004]一種系統(tǒng)包括感測(cè)使能的設(shè)備，所述感測(cè)使能的設(shè)備具有被配置為感測(cè)在所述設(shè)備內(nèi)誘發(fā)的應(yīng)變的至少一條光纖?；谒饕捏w素坐標(biāo)查找表格存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在所述存儲(chǔ)器中，對(duì)應(yīng)于待繪制的體積中的位置的索引箱存儲(chǔ)可能性測(cè)度以作為所述至少一條光纖訪問(wèn)對(duì)應(yīng)位置的次數(shù)的歷史。解讀模塊被配置為接收來(lái)自與所述體積相互作用的所述至少一條光纖的信號(hào)，并解讀所述信號(hào)，以確定在所述體積內(nèi)所述至少一條光纖訪問(wèn)的位置。顯示器被配置為呈現(xiàn)所述體積中的被訪問(wèn)位置的繪圖。
[0005]一種用于繪制體積的方法包括:初始化對(duì)應(yīng)于體積中的位置的存儲(chǔ)位置；通過(guò)利用光纖形狀感測(cè)使能的設(shè)備探查所述體積來(lái)采集所述體積中的被訪問(wèn)位置的數(shù)據(jù)集；通過(guò)更新對(duì)應(yīng)于所述被訪問(wèn)位置的存儲(chǔ)位置來(lái)記錄所述光纖形狀感測(cè)設(shè)備的所述被訪問(wèn)位置；并且基于所述被訪問(wèn)位置繪制與所述體積相關(guān)的測(cè)度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]通過(guò)結(jié)合附圖閱讀的下文對(duì)本公開的說(shuō)明性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本公開的這些和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
[0007]本公開將參考下面的附圖詳細(xì)介紹下文對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，其中:
[0008]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示出了具有用于繪制體積的形狀感測(cè)使能系統(tǒng)的系統(tǒng)和工作站的框圖/流程圖；
[0009]圖2A是根據(jù)本發(fā)明原理的示出了用于繪制出盒子的實(shí)驗(yàn)設(shè)置的圖像；
[0010]圖2B是根據(jù)本發(fā)明原理的示出了圖1的實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的光纖設(shè)備訪問(wèn)的位置的跡線的圖像；
[0011]圖2C是根據(jù)本發(fā)明原理的示出了圖1的實(shí)驗(yàn)設(shè)置中的光纖設(shè)備訪問(wèn)的位置的跡線的另一圖像；[0012]圖3是根據(jù)另一說(shuō)明性實(shí)施例的示出了用于收集和采用感測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)以繪制出體積的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖；并且
[0013]圖4是根據(jù)另一說(shuō)明性實(shí)施例的示出了具有分離的且縱向的段的說(shuō)明性形狀感測(cè)構(gòu)造的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0014]根據(jù)本發(fā)明原理，提供了采用光纖形狀感測(cè)和定位技術(shù)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的形狀重建的系統(tǒng)和方法?？梢酝ㄟ^(guò)利用光纖形狀感測(cè)使能儀器(例如，實(shí)施介入程序時(shí)的導(dǎo)管等)“描畫”感興趣結(jié)構(gòu)來(lái)檢索準(zhǔn)確的形狀數(shù)據(jù)。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，能夠使用光纖形狀感測(cè)和定位技術(shù)采集超密點(diǎn)云形式的形狀數(shù)據(jù)?？紤]到光纖形狀感測(cè)和定位技術(shù)的高數(shù)據(jù)率以及解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜拓?fù)湫?，基于點(diǎn)的網(wǎng)格處理算法可能是不合適的。
[0016]采用了一種系統(tǒng)，其允許使用基于索引的查找機(jī)制將超密點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射至體素?cái)?shù)據(jù)集。使用例如標(biāo)準(zhǔn)的圖像處理技術(shù)(例如，降噪、孔填充、區(qū)域生長(zhǎng)、分割、網(wǎng)格化)對(duì)體素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，和/或使用體積繪制技術(shù)使體素?cái)?shù)據(jù)可視化。體素?cái)?shù)據(jù)集能夠表示概率圖，其中，每一體素指示所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備(例如，醫(yī)療設(shè)備)在時(shí)間和空間上出現(xiàn)的概率。所述系統(tǒng)還允許對(duì)形狀以及諸如室或腔的被詢問(wèn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行即時(shí)可視化。
[0017]優(yōu)選采用基于光纖的形狀感測(cè)，以使用光纖的固有反向散射性質(zhì)。所涉及的原理通過(guò)使用特征瑞利反向散射模式或其他反射特征對(duì)光纖中的分布式應(yīng)變測(cè)量進(jìn)行利用。將光纖應(yīng)變感測(cè)設(shè)備安裝或集成到醫(yī)療儀器或其他探測(cè)設(shè)備，使得所述光纖感測(cè)設(shè)備能夠繪制空間體積。在一個(gè)實(shí)施例中，由參考坐標(biāo)系定義空間。之后由感測(cè)設(shè)備占據(jù)該空間，所述感測(cè)設(shè)備通過(guò)其存在來(lái)感測(cè)該空間內(nèi)的空隙以及其邊界。能夠采用這種信息計(jì)算該空間的特征、該空間的尺寸等。
[0018]在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，系統(tǒng)執(zhí)行分布式光纖感測(cè)，以對(duì)空間或體積進(jìn)行數(shù)字重建。采用應(yīng)變測(cè)量解析沿所述感測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)度的位置，以確定沿所述感測(cè)設(shè)備的有可被占據(jù)的自由空間的具體位置。將所述感測(cè)設(shè)備在所述空間內(nèi)移動(dòng)，以檢測(cè)所述空間的邊界。隨著數(shù)據(jù)隨時(shí)間的被采集，由累積的數(shù)據(jù)定義三維體積。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，雖然將依據(jù)醫(yī)療儀器描述本發(fā)明；然而本發(fā)明的教義的范圍要寬得多，其適用于其他儀器。在一些實(shí)施例中，在復(fù)雜生物或機(jī)械系統(tǒng)(例如，管道系統(tǒng)等)的跟蹤或分析中采用本發(fā)明原理。例如，可以使用本發(fā)明原理繪制出建筑墻體或者發(fā)動(dòng)機(jī)組內(nèi)的腔。具體而言，本發(fā)明原理適用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤或繪制程序，即身體內(nèi)的所有區(qū)域(例如，肺、胃腸道、排泄器官、血管等沖的程序。在附圖中描繪的元件可以通過(guò)硬件和軟件的各種組合來(lái)實(shí)施，并可以提供可以組合到單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。
[0020]能夠通過(guò)使用專用硬件以及與適當(dāng)?shù)能浖Y(jié)合的能夠執(zhí)行軟件的硬件來(lái)提供附圖所示的各種元件的功能。當(dāng)由處理器提供時(shí)，能夠由單個(gè)專用處理器、單個(gè)共享處理器或者多個(gè)獨(dú)立處理器(其中一些能夠被共享)提供所述功能。此外，不應(yīng)將術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”的明確使用解釋為排他性地指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，而是其能夠隱含地包括但不限于數(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。[0021]此外，文中詳述本發(fā)明的原理、方面和實(shí)施例以及其具體范例的所有陳述都旨在包含其結(jié)構(gòu)等價(jià)物和功能等價(jià)物兩者。此外，這樣的等價(jià)物旨在包括當(dāng)前已知的等價(jià)物和未來(lái)開發(fā)的等價(jià)物(即，所開發(fā)出的執(zhí)行相同功能的元件，而不管其結(jié)構(gòu)如何)。因而，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，文中呈現(xiàn)的框圖表示體現(xiàn)本發(fā)明原理的說(shuō)明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念圖。類似地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，流程表、流程圖等表示實(shí)質(zhì)上可以在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中表示，因而可由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行的各種過(guò)程，而不管是否明確示出了這樣的計(jì)算機(jī)或處理器。
[0022]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)品可由提供程序代碼的計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)訪問(wèn)，以由計(jì)算機(jī)或者任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或者與計(jì)算機(jī)或者任何指令執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)合使用。就本說(shuō)明書的目的而言，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)能夠是任何可以包括、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或者與指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用的程序的裝置。所述介質(zhì)能夠是電子、磁、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、可移除計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、剛性磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤一只讀存儲(chǔ)器(⑶-ROM)、壓縮盤一讀 / 寫(CD-R/W)、Blu-Ray? 和 DVD。
[0023]現(xiàn)在參考附圖，其中，類似的附圖標(biāo)記表示相同或類似的元件，首先參考圖1，說(shuō)明性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于繪制體積的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以與針對(duì)采用光纖形狀感測(cè)的介入和手術(shù)程序的所有應(yīng)用結(jié)合使用并且適用于針對(duì)采用光纖形狀感測(cè)的介入和手術(shù)程序的所有應(yīng)用。此外，可以將本發(fā)明原理應(yīng)用于機(jī)械系統(tǒng)，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)組中繪制出的汽缸，搜索古物中的腔、建筑設(shè)置中的空間等?？梢圆捎脩?yīng)變的分布式光纖感測(cè)重建腔的形狀和/或特征，和/或?qū)?nèi)表面或外表面進(jìn)行重建或數(shù)字化。通過(guò)在一形狀的區(qū)域上采用光纖，形狀特征的數(shù)據(jù)云能夠被學(xué)習(xí)到，并被用于對(duì)所述形狀進(jìn)行數(shù)字化。
[0024]對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用而言，醫(yī)療儀器102可以配備有形狀感測(cè)設(shè)備104?？梢詫⑨t(yī)療設(shè)備102上的形狀感測(cè)設(shè)備104插入到體積131 (例如，身體內(nèi)的腔)中。從形狀感測(cè)設(shè)備104的被照射光纖接收到的光的反射性質(zhì)指示應(yīng)變測(cè)量結(jié)果，所述應(yīng)變測(cè)量結(jié)果可以被解讀以定義形狀感測(cè)設(shè)備104的空間。形狀感測(cè)設(shè)備104的形狀被設(shè)置在坐標(biāo)系138中，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)在所述空間中相對(duì)于彼此的定義。
[0025]系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺(tái)112，從工作站或控制臺(tái)112對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)督和/或管理。工作站112優(yōu)選包括一個(gè)和多個(gè)處理器114以及用于存儲(chǔ)程序和應(yīng)用的存儲(chǔ)器116。存儲(chǔ)器116可以存儲(chǔ)光學(xué)感測(cè)和解讀模塊115，光學(xué)感測(cè)和解讀模塊115被配置為解讀來(lái)自形狀感測(cè)設(shè)備或系統(tǒng)104的光學(xué)反饋信號(hào)。光學(xué)感測(cè)模塊115可以被配置為使用光學(xué)信號(hào)反饋(以及任何其他反饋，例如，電磁(EM)跟蹤等)重建形變、撓曲以及與醫(yī)療設(shè)備或儀器102和/或其周圍區(qū)域相關(guān)的其他變化。醫(yī)療設(shè)備102可以包括導(dǎo)管、導(dǎo)絲、探頭、內(nèi)窺鏡、機(jī)器人、電極、過(guò)濾設(shè)備、氣囊設(shè)備或其他醫(yī)療部件等。應(yīng)當(dāng)理解，可以與醫(yī)療設(shè)備102儀器一起或者獨(dú)立于醫(yī)療設(shè)備102采用形狀感測(cè)設(shè)備104。
[0026]所述感測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)詢問(wèn)器108，光學(xué)詢問(wèn)器108提供選定信號(hào)并接收光學(xué)響應(yīng)。光源106可以被提供為詢問(wèn)器108的部分，或者提供為用于向感測(cè)設(shè)備104提供光信號(hào)的單獨(dú)單兀。感測(cè)設(shè)備104包括一條或多條光纖126, —條或多條光纖126可以按照一個(gè)或多個(gè)設(shè)定模式耦合至設(shè)備102。光學(xué)纖維126通過(guò)線纜127連接至工作站112。線纜127可以根據(jù)需要包括光纖、電連接、其他儀器設(shè)備等。
[0027]具有光纖的感測(cè)設(shè)備104可以基于光纖布拉格光柵傳感器。光纖布拉格光柵(FBG)是光纖的一短段，該段反射特定波長(zhǎng)的光并使所有其他光透射。這是通過(guò)向纖芯增加折射率的周期性變化而實(shí)現(xiàn)的，這生成波長(zhǎng)特異性的介質(zhì)反射鏡。因此，能夠?qū)⒐饫w布拉格光柵用作內(nèi)聯(lián)(inline)光濾波器以阻擋特定波長(zhǎng)，或者用作具有波長(zhǎng)特異性的反射器。
[0028]光纖布拉格光柵的操作背后的基本原理是折射率發(fā)生變化的每一界面處的菲涅耳反射。對(duì)于一些波長(zhǎng)而言，各種階段的反射光同相，使得針對(duì)反射存在相長(zhǎng)干涉，繼而針對(duì)透射存在相消干涉。布拉格波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)變以及溫度敏感。這意味著能夠?qū)⒉祭窆鈻庞米鞴饫w傳感器中的感測(cè)元件。在FBG傳感器中，被測(cè)對(duì)象(例如，溫度或應(yīng)變)引起布拉格波長(zhǎng)的移位。
[0029]這種技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以使各種傳感器元件分布到光纖的長(zhǎng)度上。沿嵌入到結(jié)構(gòu)中的光纖的長(zhǎng)度使兩個(gè)或更多的芯與各種傳感器(測(cè)量?jī)x器)結(jié)合允許準(zhǔn)確地確定這樣的結(jié)構(gòu)的三維形式，準(zhǔn)確度通常高于1mm。沿所述光纖的長(zhǎng)度能夠?qū)⒋罅康腇BG傳感器(例如，3個(gè)或更多的感測(cè)纖芯)定位于各種位置上。能夠通過(guò)每一 FBG的應(yīng)變測(cè)量推斷出所述結(jié)構(gòu)在該位置上的曲率。通過(guò)大量的測(cè)得位置，能夠確定總的三維形式，并且能夠確定溫度差異。
[0030]作為光纖布拉格光柵的替代，能夠利用常規(guī)光纖中的固有反向散射。一個(gè)這樣的方案是使用標(biāo)準(zhǔn)單模通信光纖中的瑞利散射。瑞利散射是由于纖芯中的折射率的隨機(jī)波動(dòng)而發(fā)生的。能夠?qū)⑦@些隨機(jī)波動(dòng)模型化為幅度和相位沿光柵長(zhǎng)度隨機(jī)變化的布拉格光柵。通過(guò)使用在多芯光纖的單一長(zhǎng)度內(nèi)延伸的兩個(gè)或三個(gè)纖芯中的這種效應(yīng)，能夠跟蹤感興趣表面的3D形狀、溫度和動(dòng)態(tài)。也可以采用其他反射/散射現(xiàn)象。
[0031]可以在程序期間采用成像系統(tǒng)110對(duì)受試者或體積131就地成像。成像系統(tǒng)110可以包括熒光透視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)、超聲系統(tǒng)等。成像系統(tǒng)110可以與設(shè)備102 (例如，靜脈內(nèi)超聲(IVUS)等)結(jié)合，或者可以用在體積131的外部。成像系統(tǒng)110可以用于收集和處理術(shù)前圖像(例如，圖像體積130)，以繪制出受試者中的感興趣區(qū)域，從而建立用于與形狀感測(cè)空間配準(zhǔn)的圖像體積。應(yīng)當(dāng)理解，來(lái)自成像設(shè)備110的數(shù)據(jù)可以是有幫助的，但是其并不是執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明原理的繪制所必需的。成像設(shè)備110可以提供有關(guān)于腔或其他感興趣區(qū)域在體內(nèi)的存在位置的參考位置，但是其可能無(wú)法提供所期望的所有信息或提供所述空間的數(shù)字化繪制，或者不能解析所述空間的所有內(nèi)部特征。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，工作站112包括圖像生成模塊148，圖像生成模塊148被配置為接收來(lái)自形狀感測(cè)設(shè)備104的反饋，并記錄有關(guān)感測(cè)設(shè)備104在體積131內(nèi)已到過(guò)的位置的累積位置數(shù)據(jù)。能夠在顯示設(shè)備118上顯示形狀感測(cè)設(shè)備104在空間或體積131內(nèi)的歷史的圖像134。工作站112包括用于查看受試者(患者)或體積131的內(nèi)部圖像的顯示器118，并且可以包括圖像134作為感測(cè)設(shè)備104訪問(wèn)的位置的歷史的疊加或者其他繪制。顯示器118還可以允許用戶與工作站112及其部件和功能或者系統(tǒng)100內(nèi)的任何其他元件交互。這可以由接口 120進(jìn)一步促進(jìn)，所述接口可以包括鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、觸摸設(shè)備或允許與工作站112進(jìn)行用戶交互的任何其他外圍或控制裝置。
[0033]在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)100包括用于在不采用任何其他成像或跟蹤方案或者不依賴于任何外部技術(shù)或用戶觀測(cè)/干預(yù)的情況下計(jì)算形狀感測(cè)設(shè)備104在體積131內(nèi)的歷史的方法或程序136。系統(tǒng)100動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)計(jì)算形狀感測(cè)設(shè)備104的點(diǎn)并且獲知沿感測(cè)設(shè)備104在空間131內(nèi)的長(zhǎng)度的所有點(diǎn)的坐標(biāo)位置。通過(guò)定義參考位置并之后確定與該位置的距離而針對(duì)形狀感測(cè)設(shè)備104建立坐標(biāo)系138?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式完成這一操作，包括但不限于建立形狀感測(cè)設(shè)備的初始位置作為參考，采用圖像體積130以及將形狀感測(cè)空間與圖像體積130配準(zhǔn)等。
[0034]可以將形狀感測(cè)設(shè)備104在體積131內(nèi)的歷史存儲(chǔ)到基于索引的體素坐標(biāo)查找表格142中，該表格存儲(chǔ)形狀感測(cè)設(shè)備104的訪問(wèn)的信息或頻率。查找表格142包括與體積131中的位置相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)位置或箱。每當(dāng)形狀感測(cè)使能的設(shè)備104進(jìn)入一個(gè)位置，查找表格142就在該對(duì)應(yīng)的箱中增加。可以通過(guò)多種方式解讀或使用分箱的數(shù)據(jù)。例如，解讀模塊115可以包括機(jī)器學(xué)習(xí)方法146或者其他程序或方法，以基于形狀感測(cè)設(shè)備104的存儲(chǔ)信息或歷史識(shí)別出體積?？梢允褂媒庾x模塊115隨時(shí)間對(duì)歷史進(jìn)行分析，以計(jì)算出(例如，由于運(yùn)動(dòng)、心跳、呼吸等的)體積的形變或者導(dǎo)出的隨時(shí)間的測(cè)度(例如，增長(zhǎng)率、膨脹等)解讀模塊115也可以采用日期計(jì)算出所述體積的數(shù)字模型132?？梢詫⑦@一模型132用于其他分析或研究。
[0035]形狀感測(cè)設(shè)備104能夠提供對(duì)空間131的準(zhǔn)確的形狀重建。例如1.5m系纜/光纖的四維(3D+時(shí)間)形狀能夠說(shuō)明性地以例如大約20Hz的幀速率被重建(每50ms提供30000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所述數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)沿光纖以?50微米的增量隔開)。這一采集和重建過(guò)程導(dǎo)致了例如大約lOMbyte/s或者大體80Mbit/s的數(shù)據(jù)率，這些數(shù)據(jù)需要例如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他連接被傳送，并被處理和可視化。準(zhǔn)確的形狀數(shù)據(jù)允許對(duì)感興趣解剖結(jié)構(gòu)(例如，空間131的壁)進(jìn)行“描畫”或繪制。數(shù)據(jù)率和存儲(chǔ)是說(shuō)明性的并且是系統(tǒng)相關(guān)的。
[0036]參考圖2A-2C，說(shuō)明性地示出了利用密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的概率體素圖進(jìn)行體積繪制的說(shuō)明性范例，所述密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)是使用光纖形狀感測(cè)和定位采集的。在圖2A中，使用形狀感測(cè)使能導(dǎo)管204對(duì)盒202進(jìn)行了詢問(wèn)。盒202表示封閉體積。針對(duì)感測(cè)設(shè)備204的位置采集數(shù)據(jù)。在圖2B和2C中顯示了所述數(shù)據(jù)。為了使數(shù)據(jù)在圖2B和圖2C中可視化，在由虛線206勾勒出的盒202內(nèi)操縱形狀感測(cè)設(shè)備204。在圖2B和2C中很好地表示了盒202的形狀。所述數(shù)據(jù)通過(guò)高信號(hào)跡線(較亮的線)示出了感測(cè)設(shè)備204停留時(shí)間較長(zhǎng)的位置，例如，在能夠進(jìn)入盒202的有形孔處。而感測(cè)設(shè)備204短時(shí)段占據(jù)所述空間的區(qū)域?yàn)榈托盘?hào)跡線(較暗的線)。圖2B和2C中的數(shù)據(jù)示出了雜散線210，其可能是由于形狀感測(cè)設(shè)備204的重建限制中的假信號(hào)導(dǎo)致的，并可以被濾除。
[0037]能夠使用形狀感測(cè)技術(shù)容易地采集(一個(gè)或多個(gè))超密點(diǎn)云212的形式的形狀數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以采用基于點(diǎn)的網(wǎng)格處理算法(例如，凸包)，但是考慮光纖感測(cè)的高數(shù)據(jù)率以及諸如具有分支結(jié)構(gòu)的心血管腔的很難由標(biāo)準(zhǔn)凸包算法定義的解剖結(jié)構(gòu)(例如，左心房和肺靜脈)的復(fù)雜拓?fù)湫?，其他建模系統(tǒng)可能更合適。這些建模系統(tǒng)可以利用數(shù)據(jù)點(diǎn)云對(duì)體積建模，以供進(jìn)一步的分析或成像。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用基于索引的查找機(jī)制將超密數(shù)據(jù)點(diǎn)云212映射到體素?cái)?shù)據(jù)集。所述體素?cái)?shù)據(jù)集能夠使用圖象處理技術(shù)(例如，去噪、孔填充、區(qū)域生長(zhǎng)、分割、網(wǎng)格化)被處理，和/或使用體繪制技術(shù)被可視化。所述體素?cái)?shù)據(jù)集實(shí)質(zhì)上表示一種概率圖，其中，每一體素指示醫(yī)療設(shè)備(例如，形狀感測(cè)使能的設(shè)備)在時(shí)間和空間上出現(xiàn)的概率。所述系統(tǒng)允許對(duì)形狀以及諸如腔室的被詢問(wèn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行即時(shí)可視化。
[0039]參考圖3，說(shuō)明性地示出了一種用于使用光纖形狀感測(cè)數(shù)據(jù)生成概率圖的系統(tǒng)/方法。在方框302中，考慮諸如導(dǎo)管的形狀感測(cè)使能的設(shè)備，用戶需要定義視場(chǎng)(FOV)的位置和尺寸。就1.5m光纖而言，F(xiàn)OV最大能夠?yàn)?例如)3X3X 3m3。假設(shè)形狀感測(cè)系統(tǒng)在Im的光纖長(zhǎng)度上具有大約1_的精細(xì)準(zhǔn)確度，則可能想要將用于體積裝箱的體素尺寸設(shè)置為例如2mm。由此將產(chǎn)生需要大約13Gbyte存儲(chǔ)(使用4byte數(shù)據(jù)類型)的(1500)3個(gè)體素的體積尺寸。然而，在實(shí)際中，感興趣解剖結(jié)構(gòu)最有可能是小得多的體積，例如，大約為300_3，這將產(chǎn)生大約13Mbyte的存儲(chǔ)要求。一旦分配了系統(tǒng)存儲(chǔ)器，就在方框304中在每一箱位置上利用零值對(duì)所述存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化。體素體積像素將表示被訪問(wèn)空間的概率圖或多維直方圖。
[0040]在方框306中，將形狀感測(cè)設(shè)備引入至待繪制的體積。通過(guò)隨機(jī)的方式將所述形狀感測(cè)設(shè)備契合到所述體積中，但是也可以采用模式化的契合方法。目標(biāo)是優(yōu)選在短時(shí)間內(nèi)使所述形狀感測(cè)設(shè)備盡可能多地覆蓋所述體積。在一些實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)以較高的頻率掃過(guò)所述體積的邊界，以輔助界定所述體積或者其中包含的對(duì)象/特征。
[0041]在方框307中，能夠使用自動(dòng)化的或者用戶交互方法來(lái)選擇將用于體素化過(guò)程的感興趣光纖段或子段。這可以包括選擇用于數(shù)據(jù)收集的子區(qū)域或者采用多個(gè)感測(cè)段并選擇用于數(shù)據(jù)收集的一組段。所述光纖感測(cè)設(shè)備可以包括多個(gè)同軸設(shè)置的段或者縱向段，以更有效率地掃過(guò)所述體積。例如，這能夠用于確保僅針對(duì)落在整個(gè)工作體積內(nèi)的感興趣子區(qū)域中光纖段的全部或部分生成體素測(cè)量結(jié)果。子區(qū)域能夠由用戶選擇或者能夠從體積繪制內(nèi)自動(dòng)指定。子區(qū)域也能夠通過(guò)程序前成像數(shù)據(jù)的其他可視化、“實(shí)況”程序中圖像被定義，或者從類似研究(所述研究允許在介入期間對(duì)光纖形狀感測(cè)配置進(jìn)行專家系統(tǒng)指導(dǎo))被定義。
[0042]在方框308中，可以使用基于索引的體素坐標(biāo)查找將來(lái)自形狀感測(cè)系統(tǒng)的形狀感
測(cè)數(shù)據(jù)幀映射到體積，例如:
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 感測(cè)使能的設(shè)備(104)，其具有被配置為感測(cè)在所述設(shè)備內(nèi)誘發(fā)的應(yīng)變的至少一條光纖(126)； 解讀模塊(115)，其被配置為接收來(lái)自與一體積相互作用的所述至少一條光纖的信號(hào)，并解讀所述信號(hào)，以確定所述體積內(nèi)由所述至少一條光纖訪問(wèn)的位置；以及 存儲(chǔ)設(shè)備(116)，其被配置為存儲(chǔ)所述體積中的被訪問(wèn)位置的歷史。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述存儲(chǔ)設(shè)備(116)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于所述體積中的位置的箱，并且所述歷史包括對(duì)應(yīng)位置的訪問(wèn)次數(shù)的計(jì)數(shù)。
3.根據(jù)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(104)被包含在醫(yī)療設(shè)備(102)中，并且所述體積包括體內(nèi)的內(nèi)部腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)包括機(jī)器學(xué)習(xí)方法(146)，所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法用于基于存儲(chǔ)的信息來(lái)識(shí)別所述體積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述感測(cè)使能的設(shè)備(104)包括選擇性使能的段(402、404)，使得所述段的一部分被使能以繪制出所述體積。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述歷史包括所述體積的形變信息，并且所述解讀模塊(115)被配置為計(jì)算所述體積的形變或者隨時(shí)間的導(dǎo)出的測(cè)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)被配置為計(jì)算所述體積的數(shù)字模型(132)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述歷史包括使用基于索引的體素坐標(biāo)查找表格(142)。
9.一種系統(tǒng),包括: 感測(cè)使能的設(shè)備(104)，其具有被配置為感測(cè)在所述設(shè)備中誘發(fā)的應(yīng)變的至少一條光纖(126)； 基于索引的體素坐標(biāo)查找表格(142)，其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(116)中，在所述存儲(chǔ)器中，對(duì)應(yīng)于待繪制的體積中的位置的索引箱存儲(chǔ)可能性測(cè)度以作為對(duì)應(yīng)位置由所述至少一條光纖訪問(wèn)的次數(shù)的歷史； 解讀模塊(115)，其被配置為接收來(lái)自與所述體積相互作用的所述至少一條光纖的信號(hào)，并解讀所述信號(hào)，以確定所述體積內(nèi)由所述至少一條光纖訪問(wèn)的位置；以及 顯示器(118)，其被配置為呈現(xiàn)所述體積中的被訪問(wèn)位置的繪圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備(104)被包含在醫(yī)療設(shè)備(102 )中，并且所述體積包括體內(nèi)的內(nèi)部腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)包括機(jī)器學(xué)習(xí)方法(146)，所述機(jī)器學(xué)習(xí)方法用于基于存儲(chǔ)的信息或?qū)С龅亩慷攘縼?lái)識(shí)別所述體積。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述感測(cè)使能的設(shè)備(104)包括選擇性使能的段(402、404)，使得所述段的一部分被使能以繪制出所述體積。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述歷史包括所述體積的形變信息，并且所述解讀模塊(115)被配置為計(jì)算所述體積的形變或者其他隨時(shí)間的導(dǎo)出的測(cè)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述解讀模塊(115)被配置為計(jì)算所述體積的數(shù)字模型(132)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示器(118)被配置為呈現(xiàn)根據(jù)可能性繪圖計(jì)算的導(dǎo)出的定量測(cè)度的繪圖。
16.一種用于繪制體積的方法，包括: 初始化(304)對(duì)應(yīng)于體積中的位置的存儲(chǔ)位置； 通過(guò)利用光纖形狀感測(cè)使能的設(shè)備探查所述體積來(lái)采集(306 )所述體積中的被訪問(wèn)位置的數(shù)據(jù)集； 通過(guò)更新對(duì)應(yīng)于所述被訪問(wèn)位置的存儲(chǔ)位置來(lái)記錄(310)所述光纖形狀感測(cè)設(shè)備的所述被訪問(wèn)位置；并且 基于所述被訪問(wèn)位置繪制(312)與所述體積相關(guān)的測(cè)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，記錄(310)所述被訪問(wèn)位置包括將被訪問(wèn)位置計(jì)數(shù)存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)于所述體積中的位置的索引箱中。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述形狀感測(cè)使能的設(shè)備被包含在醫(yī)療設(shè)備中，并且所述體積包括體內(nèi)的內(nèi)部腔。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法基于所述被訪問(wèn)位置來(lái)識(shí)另Ij (320)所述體積。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括將所述感測(cè)使能的設(shè)備的段選擇性使能(307)以繪制出所述體積。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，更新對(duì)應(yīng)于所述被訪問(wèn)位置的存儲(chǔ)位置包括存儲(chǔ)(318)所述體積的形變信息，以計(jì)算所述體積隨時(shí)間的移動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，繪制所述體積包括計(jì)算(316)所述體積的數(shù)字模型。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，基于所述被訪問(wèn)位置來(lái)繪制(312)與所述體積相關(guān)的測(cè)度包括繪制計(jì)算的區(qū)域統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或其他測(cè)度。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK103765159SQ201280041978
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月2日
【發(fā)明者】R·曼茨克, B·拉馬錢德蘭, R·陳 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司