确定介入设备的形状的制作方法

1.本发明涉及监测介入设备的领域，并且特别涉及确定介入设备的当前形状。


背景技术：

2.医学专业人员观察到对使用诸如导管或导丝之类的介入设备在对象身上执行介入处置的需求日益增长，并且一直希望降低对对象的(意外)伤害的机会。
3.为了提高介入处置的有效性并最大限度地减少意外伤害，非常希望在介入流程期间获得关于介入设备的信息。特别地，已经证明关于介入设备的位置和形状的信息对帮助临床医生执行有效的介入处置很重要。
4.一种有助于确定患者体内的介入设备的形状的最新发展是光纤形状确定机构，例如，在sonja等人的“fiber optical shape sensing of flexible instruments for endovascular navigation”(international journal of computer assisted radiology and surgery 14.12，2019年，第2137-2145页)中描述的那些光纤形状确定机构。该技术通过监测在介入设备中形成的光纤内的应变来工作。通过监测由光纤中的光纤布拉格光栅反射的光的变化来监测这种应变。
5.光纤形状确定系统的一个缺点是：它需要对介入设备进行修改以结合这种形状感测技术，以及需要介入设备外部的额外部件(发光源)。
6.因此，希望提供一种改进的机构来用于例如在介入处置期间确定介入设备的形状，同时减少或最大程度地减少对介入设备的任何更改。


技术实现要素：

7.本发明由权利要求来限定。
8.根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于确定在对象体内的介入设备的形状的计算机实施的方法，其中，所述介入设备包括响应于电场或电磁场的电极。
9.所述计算机实施的方法包括：在输入接口处获得所述介入设备的所述电极对在所述对象体内感应出的交叉电场或电磁场的两个或更多个电响应；通过使用映射函数处理所获得的电响应以针对每个电响应预测所述介入设备的所述电极在多维坐标空间内的相应位置来获得所述电极的位置的序列；并且处理位置的所述序列以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。
10.本公开内容提供了一种用于确定(柔性)介入设备在对象的介入流程期间所呈现的形状的机制。介入设备包括(例如安装了)一个或多个电极，这一个或多个电极对在对象体内感应出的交叉电场和/或电磁场做出响应(例如具有不同的电压响应)。交叉电场有助于识别介入设备(的部分)的位置，因为适当的映射函数能够基于电极对交叉电场的响应来预测位置。这是因为电极的响应将取决于其在交叉电场的交叠内的位置而变化。
11.本发明依赖于跟踪介入设备的位置并使用被跟踪的位置来确定或预测介入设备的形状的构思。本公开内容认识到：介入设备的形状将由介入设备在解剖结构内的移动
(即，介入设备采取的路径)来定义。
12.合适的介入设备的示例包括导管、护套、导丝等。特别地，介入设备可以是细长的和/或柔性的介入设备，其形状随着其前进通过解剖腔体(例如，血管、肺的支气管等)而改变。在特定示例中，介入设备可以是适合于被建模为连续结构(例如能够被建模为单条连续线)的介入设备。
13.注意，所提出的方法可以在没有活体对象的情况下执行，例如使用计算机模拟数据和/或在尸体中执行。还要指出的是，即使使用活体对象来执行该方法，在获得电极的电响应与对象之间也没有直接的物理相互作用。而是，获得电响应是一个完全被动的流程步骤。即使当(例如迭代地)获得多个电响应时，获得电极响应的每个个体迭代都是被动的。因此，获得电响应的整个过程被认为是被动的。
14.所述电极的位置的所述序列优选地是按照在所述介入设备处(最初)获得或捕获每个电响应的时间进行排序的。该实施例认识到：介入设备的形状可以取决于介入设备到达每个位置的顺序(例如，介入设备如何移动通过对象)。这是因为介入设备的形状将基于其如何移动通过对象而改变。
15.有效地，能够将电极的位置日志记录为时间的函数(从而形成位置的序列)。这能够例如通过获得每个响应的时间戳来执行(时间戳指示第一次记录响应的时间)。这种方法有助于准确重建介入设备的形状，因为该形状必须被限制为能够随时间被映射到介入设备上的电极的(一个或多个)位置的形状。
16.所述介入设备的所述电极可以位于所述介入设备的尖端处。跟踪介入设备的尖端有助于更准确地识别介入设备需要如何适应在对象内的移动，即，介入设备的形状如何基于其位置或移动而改变(因为介入设备的尖端将引起或带领对介入设备的形状的任何改变)。
17.处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤任选地包括：处理位置的所述序列以确定所述介入设备遵循的路径；并且处理所确定的路径以预测所述介入设备的所述形状。该实施例认识到介入设备所采取的路径与介入设备的形状之间有明确联系。换句话说，认识到介入设备的形状将取决于介入设备在对象体内所采取的路径。
18.优选地，所述两个或更多个电响应包括最近获得的所述电极的电响应。因此，所确定的介入设备的形状可以反映介入设备的最近可用的形状。这将更加有助于临床医生执行涉及介入设备的临床过程。
19.处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤可以包括：获得定义所述介入设备的一个或多个特性的设备信息；并且处理位置的所述序列和所述设备信息以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。
20.该实施例认识到：特性(例如，初始形状、结构、柔性、材料性质、(一个或多个)取向等)影响介入设备在其移动通过对象时所采取的形状和/或路径。通过考虑一个或多个这样的特性，能够实现对介入设备的形状的更准确的确定。
21.优选地，所述设备信息包括响应于所述介入设备的柔性的信息。例如定义最大弯曲半径等的柔性提供了关于介入设备的可能形状范围的重要信息，即，提供了关于介入设备的可能形状的边界或限制。通过考虑这样的特性，能够实现对介入设备的形状的更准确的预测。
22.所述计算机实施的方法还可以包括在输出显示器处显示所述介入设备的所述形状的视觉表示的步骤。显示介入设备的形状为用户提供了有用的临床信息，以帮助用户执行对在对象体内的介入设备的操纵的技术任务。特别地，(通过监测介入设备的形状所实现的)连续的人机交互提供了帮助执行研究解剖腔体的技术任务的临床信息。
23.优选地，通过控制连接到输出显示器的输出接口或其他用户接口处的信号来执行该步骤。
24.在一些示例中，位置的所述序列中的每个位置是所述介入设备相对于解剖腔体的解剖模型的位置。特别地，每个位置可以在定义解剖腔体的解剖模型的同一坐标系中。
25.任选地，处理位置的所述序列以确定所述介入设备的形状的步骤包括：获得所述解剖腔体的所述解剖模型；并且处理位置的所述序列和所述解剖模型以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。
26.还认识到介入设备的形状将受到介入设备被放置到的解剖腔体的边界的限制。例如，如果被定位在血管中，则能够假定介入设备不会延伸到血管的边界之外(或者可以仅延伸可预测的量——例如考虑到血管的推动或变形)。
27.通过使用解剖模型(以及通过定义介入设备关于解剖模型的位置)，能够对介入设备的可能形状设置额外的约束、限制或边界。
28.所述计算机实施的方法还可以包括在输出显示器处显示所述解剖腔体的所述解剖模型和所述介入设备的视觉表示的步骤，其中，对所述介入设备的显示至少基于所确定的所述介入设备的形状。
29.还提出了一种识别介入设备关于对象的医学图像的位置的计算机实施的方法。所述计算机实施的方法包括：获得所述对象的所述医学图像；通过执行任何先前描述的计算机实施的方法来确定在对象体内的介入设备的所述形状；并且处理所述医学图像和所预测的形状以识别所述介入设备关于所述医学图像的相对位置。
30.还提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码单元，所述计算机程序代码单元当在具有处理系统的计算设备上被运行时使所述处理系统执行根据本文描述的任何方法的所有步骤。
31.类似地，还提出了一种计算机可读(存储)介质，所述计算机可读(存储)介质包括指令，所述指令在由计算机或处理系统运行时使所述计算机或处理系统执行本文描述的任何方法(的步骤)。还提出了一种其上存储有前述计算机程序(产品)的计算机可读数据载体。还提出了一种承载前述计算机程序(产品)的数据载体信号。
32.还提出了一种用于确定在对象体内的介入设备的形状的处理系统，其中，所述介入设备包括响应于电场或电磁场的电极。
33.所述处理系统被配置为：在输入接口处获得所述介入设备的所述电极对在所述对象体内感应出的交叉电场或电磁场的两个或更多个电响应；通过使用映射函数处理所获得的电响应以针对每个电响应预测所述介入设备的所述电极在多维坐标空间内的相应位置来获得所述电极的位置的序列；并且处理位置的所述序列以预测在所述对象体内的所述介入设备的形状。
34.优选地，所述电极的位置的所述序列是按照获得每个电响应的时间进行排序的。在一些示例中，介入设备的电极可以位于介入设备的尖端处。
35.在一些示例中，所述处理系统可以被配置为在输出显示器处显示解剖腔体的解剖模型和介入设备的视觉表示，其中，对介入设备的显示至少基于所确定的介入设备的形状。处理系统可以包括用于与输出显示器通信(例如提供输出信号)的输出接口，该输出信号用于控制或定义输出显示器的操作。
36.处理系统可以从介入设备和/或(例如存储介入设备的(一个或多个)电极的响应的)存储器获得两个或更多个电响应。
37.还提出了一种包括处理系统的处理布置设备。所述处理布置设备可以包括输出显示器。在一些示例中，处理布置设备可以包括介入设备。在一些示例中，处理布置设备可以包括存储器。
38.参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。
附图说明
39.为了更好地理解本发明并且更清楚地示出如何将本发明付诸实践，现在将仅通过示例的方式参考附图，在附图中：
40.图1图示了被定位在对象身上的一组外部电极的位置；
41.图2图示了用于定义由外部电极生成的电场的方向的坐标系；
42.图3图示了生成映射函数和解剖模型的处理布置设备；
43.图4图示了根据点云来重建解剖模型的方法；
44.图5是图示一种方法的流程图；
45.图6图示了用于确定介入设备的形状的场景；
46.图7是图示另一种方法的流程图；
47.图8图示了处理系统；并且
48.图9图示了处理布置设备。
具体实施方式
49.将参考附图描述本发明。
50.应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是其仅用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、所附权利要求和附图，本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的且并没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中，相同的附图标记用于指示相同或相似的部分。
51.本发明提供了一种用于确定介入设备的形状的机制。当将介入设备在解剖腔体内移动时，使用映射函数来预测安装在介入设备上的电极的位置，从而形成预测位置的序列。然后处理预测位置的序列以预测介入设备的形状。
52.所公开的构思基于这样的认识：介入设备在解剖腔体内的形状取决于介入设备在解剖腔体内采取的路径(该路径由预测位置的序列表示)。处理位置的序列因此有助于确定介入设备的结构和形状。
53.可以在任何合适的介入设备跟踪系统中采用使用介入设备的电响应来预测电极
在解剖腔体内的位置的实施例。例如，实施例可以用于介电成像系统。
54.出于上下文理解的目的，将在下文中描述在对象体内感应出电场的原理和目的。本领域技术人员将理解这种方法如何适于感应出电磁场。
55.图1图示了被定位在对象190(即，个体，例如，人或动物)身上的一组外部电极的位置。外部电极是被定位在对象外部的电极，其与能被定位在对象内部的内部电极形成对比。
56.所图示的这组外部电极包括第一外部电极101、第二外部电极102、第三外部电极103、第四外部电极104、第五外部电极105和第六外部电极106。所图示的这组电极还包括参比电极107，参比电极107能够作为用于定义对象中的电场活动的基础/背景水平的“接地”。
57.控制被提供给每个外部电极的电信号，从而定义电极之间的交叉电场。特别地，第一外部电极101和第二外部电极102形成第一对外部电极(“外部电极对”)，并且能够控制被提供给第一外部电极对的信号以在其间感应出第一电场。第三外部电极103和第四外部电极104形成第二对外部电极，并且能够控制被提供给第二外部电极对的信号以在其间感应出第二电场。第五外部电极105和第六外部电极106形成第三对外部电极，并且能够控制被提供给第三外部电极对的信号以在其间感应出第三电场。
58.提供给每个外部电极(特别是每对电极)的电信号能够控制交叉电场的频率和/或幅值/强度。电场生成器(图1中未图示)可以控制被供应给电极的电信号。
59.交叉电场能够用于跟踪或识别被定位在交叉电场(的交叠)内的任何电极的位置。特别地，电极对每个电场的响应将随着电场内位置的改变(例如随着距电场的源/汇的距离的改变)而改变。电极对交叉电场的响应能够被映射或关联到电场内的特定位置。
60.换句话说，能够处理内部电极对交叉电场的电响应(其能够被替代地标记为“测量结果”)以确定内部电极(例如因此还有包括内部电极的任何介入设备)在对象的解剖腔体内的相对位置。
61.特别地，每个电场可以被控制为具有特定的/不同的频率。通过评估电极对电场的特定频率的响应，这有助于确定电极关于每个电场的相对位置。能够使用该信息来有效地识别或预测电极关于由电场定义的坐标系的位置。
62.例如，如果仅希望有两个交叉电场(例如用于执行二维跟踪过程)，则可以删掉外部电极对中的一个。
63.图2示意性地图示了用于定义由外部电极生成的电场的方向的坐标系。该坐标系定义了三个主平面210、220、230。例如，当每个电场的方向都平行于相应的主平面210、220、230时，交叉电场可以被最优地定位。
64.交叉电场(例如，使用图1所示的这组电极生成的电场)的目的是促进识别电极(或电极组)关于坐标系(例如，图2所示的坐标系)的位置。
65.出于上下文理解的目的，下文描述了如何跟踪内部电极关于交叉电场(即，在对象内)的位置以及任选地如何进一步利用该信息来例如构建对象的解剖腔体的解剖模型的更完整的示例。
66.图3概念性地图示了用于生成映射函数以预测电极在对象305的解剖腔体301(例如，血管、胃肠道、心脏系统等)内的位置的处理布置设备300。处理布置设备300还可以生成对象体内的解剖腔体的解剖模型。
67.特别地，处理布置设备300可以被配置为使用介电成像过程来生成(解剖腔体(例
如，血管和/或腔室)的)解剖模型。
68.处理布置设备300包括示例性电场生成布置设备310和处理系统390。处理系统390可以包含映射函数生成器390a(即，“处理器”)和/或介电成像处理器390b，但是它们也可以替代地被定位在处理系统390外部。
69.电场生成布置设备310包括被定位在对象305外部的一组外部电极321、322、323、324、325、327(例如作为被提供在对象的皮肤上的电极贴片)。这组外部电极310可以包括关于彼此成角度(例如，彼此正交)的多个电极对，使得由电极对生成的任何电场关于彼此成角度。这些电极对可以包括第一电极对(由第一外部电极321和第二外部电极322形成)、第二电极对(由第三外部电极323和第四外部电极324形成)和第三电极对(由第五外部电极325和第六外部电极(不可见)形成)。可以删掉这些电极对中的一个或多个。这组外部电极还可以包括参比电极327。外部电极能够以类似于图1所示的那组外部电极的方式进行放置。
70.电场生成布置设备310还包括电场生成器330，电场生成器330适于控制被供应给每个外部电极的电信号(例如，电压和/或电流)(的特性)。在一些示例中，这可以形成处理系统390的部分。
71.电场生成布置设备310被配置为使用外部电极来生成多个(这里：三个)交叉(体内)电场。这是通过适当控制被提供给每个外部电极的电信号来执行的。
72.特别地，可以适当控制每个电极对以在每个电极对之间感应出电场。因此，在有三个电极对的情况下，可以生成三个电场。优选地，控制每个生成的电场的频率而使其不同，从而有助于更容易地识别交叉电场内的电极定位的相对位置。
73.所生成的电场能够用于定义或建立被定位在交叉电场内的(内部)电极的相对位置。特别地，如前面所解释的，内部电极对电场的(电)响应随着内部电极在对象周围的相对位置的移动而发生改变。这至少部分是因为感应电场分布由于被询问组织的不同介电性质和吸收率(与电导率有关)而固有地不均匀。交叉电场的原理因此有助于使用处理系统390来跟踪内部电极的相对位置，该处理系统390(例如通过将电极的(电)响应映射到对象体内的相对位置或者使用合适的映射/传递函数(例如，下面描述的“v2r函数”)来确定电极的相(一个或多个)对位置)监测任何内部电极对交叉电场的响应。
74.作为进一步的解释，为了提高对构思的理解的目的，如果控制交叉电场而使其具有彼此不同的频率，则内部电极对每个频率的响应可以用于确定对应电场的每个源/汇之间的相对距离。该原理能够用于有效地三角测量交叉电场内的内部电极的相对位置。
75.例如，如果有三个外部电极对，它们被定位为发射彼此成角度(例如，接近正交)的不同频率的电场(e1、e2、e3)，则内部电极(识别这三个频率中的每个频率下的电压(例如，电极与参比电极之间的电压，或电极与生成电场的电极之间的电压))的电压响应(v1、v2、v3)将取决于解剖腔体内的位置而不同。
76.技术人员将意识到：确定内部电极331、332、333的位置也有助于确定安装电极的介入设备325的位置、取向和/或角度。特别地，介入设备上的电极的位置关系可以是已知的/预定的，并且用于导出介入设备的取向(例如定义介入设备所沿的轴)。
77.内部电极的其他形式的响应(例如，阻抗响应或电容响应，它们例如指示内部电极与外部电极之间的阻抗/电容变化)对技术人员来说是显而易见的。
78.电场生成器330可以被配置为控制使用这组外部电极生成的电场，以在30-100khz的频率范围内操作。该频率范围对于确保穿透对象特别有用，同时提供了在人体组织中衰减而不会对组织造成显著损伤/伤害的频率范围。参比电极充当电极进行的所有测量的电参比，例如作为内部电极的响应的参比。
79.被安装在单个介入设备上的两个或更多个内部电极的响应能够用于构建(和更新)映射函数，该映射函数用于将内部电极的响应映射到解剖腔体内(例如在某个欧几里德空间内)的预测位置。
80.下文描述了用于使用映射函数生成器390a来生成或构建映射函数(“v2r函数”)的示例性过程。
81.如前面所提到的，映射函数生成器利用在解剖腔体内定位和移动的多个内部电极331、332、333(例如，被定位在要插入解剖腔体的介入设备335上的电极)。内部电极中的每个内部电极之间的空间关系(例如，距离)可以是预定的和/或已知的。
82.映射函数生成器390a被配置为从/向内部电极331、332、333接收(并且任选地(例如在输入接口391处)提供)信号以确定内部电极对交叉电场的响应。
83.然后，针对介入设备335的不同位置和/或取向，迭代地记录内部电极331、332、333的响应(例如，对由外部电极从外部施加的电场的响应)，即，当将介入设备在腔体301内移动时，从每个内部电极获得“测量结果”。映射函数生成器然后能够重复地定义/更新和应用映射函数或传递函数(“v2r函数”)(其将每个记录的响应变换到欧几里德坐标(r空间))，同时确保维持内部电极和/或介入设备335的已知性质和/或空间关系(例如，电极间距和电重量长度)以及一组其他约束。例如，通过将已知的电极间距离作为参考，映射/传递函数能够有效地学习和线性化所测量的响应与三维实际位置之间的失真关系。仅作为示例，如果内部电极具有与先前测量的响应相匹配的响应，则能够确定与由其他内部电极测量的响应的相对距离并将其用于改善映射/传递函数。
84.换句话说，映射/传递函数有效地确定或预测每个电极在欧几里德和/或多维空间或坐标系(“r空间”)中的相对/预测位置。以这种方式，当将内部电极在解剖腔体内移动时，能够建立和更新r空间点云(已知的欧几里德坐标)。然后迭代地分析该r空间点云，以便迭代地更新映射函数以符合内部电极和/或介入设备的已知性质(例如，内部电极的空间关系)。
85.欧洲专利申请ep 0775466 a2、ep 3568068 a1和ep 3607879 a1公开了用于生成映射函数的过程的另一描述和/或实施例。
86.一个或多个内部电极的预测位置也可以用于构建解剖腔体(即，介入设备能够在其中移动的腔体)的解剖模型。该过程被称为介电成像过程，并且可以由介电成像处理器390b执行。
87.广义来讲，介电成像处理器390b可以通过处理r空间点云来构建对象体内的解剖腔体395(例如，腔室、脉管或空隙)的解剖模型。特别地，通过使用更新的r空间点云(例如，在构建映射函数期间产生的r空间点云)，重建算法生成解剖腔体(的研究部分)的解剖模型。例如，解剖模型可以是对解剖腔体(的已知边界)进行描绘或建模的3d表面。
88.在图4中概念性地图示了根据点云来重建解剖模型的过程，其展示了将r空间点云410(“点云”)变换成解剖模型420的过程450。在所图示的示例中，这是通过根据点云数据创
建(3d)表面来执行的，其方法对于本领域技术人员来说是显而易见的。
89.例如，能够使用表面重建方法将点云转换成多边形网格或三角形网格模型(或其他表面模型)。berger、matthew等人“a survey of surface reconstruction from point clouds”(computer graphics forum，第26卷，第1期，2017年)讨论了各种合适的方法，并且另外的机制对于技术人员来说将是显而易见的。
90.以这种方式，“全局场”测量结果(即，由外部电极对内部电极生成的电场效果)能够用于生成解剖腔体的粗略解剖模型。
91.返回参考图3，能够通过监测内部电极331、332、333对局部电场(例如，由其他内部电极生成的场)的响应来执行对解剖模型的边界和特征的更精确的识别。因此，在一些实施例中，介电成像处理器390b还可以控制内部电极331、332、333以生成电场(其能够被其他内部电极检测到)。内部电极对局部电场的响应能够被称为“局部场测量结果”，而内部电极对外部感应电场的响应能够被称为“全局场测量结果”。
92.例如，局部电场(在两个内部电极331、332、333之间感应出的电场)的变化能够指示在两个内部电极之间存在还是不存在组织。因此，内部电极对局部电场的响应能够用于识别存在还是不存在组织，从而有助于调谐或更新解剖模型。
93.在一些示例中，能够执行对全局场测量结果的额外处理(即，内部电极对由外部电极感应出的电场的响应)以提高解剖模型的边界和特征的精确度。
94.例如，能够识别电场响应中具有固有明显陡峭梯度的区域。已经认识到：这样的区域指示解剖腔体的边界和/或其他信息(例如，进入或离开心室的血管引流以及心室的瓣膜)。因此，系统能够对这些特征进行唯一地识别和成像，甚至不用介入设备335物理地访问这些特征。
95.组合的全局场测量结果和局部场测量结果实现了对不一致性和异常值、电极屏蔽/覆盖水平(例如通过测量位置相互关系)、起搏(饱和)以及生理漂移的复杂检测和有效处理。例如，能够使用随时间的移动窗口来检测漂移并对其进行连续校正，由此内部电极位置在整个流程中保持准确，使得系统对漂移具有适应力。
96.上面提供的对介电成像过程的描述仅仅是示例，并且技术人员将能够容易地适当修改所描述的过程。
97.技术人员将意识到：所导出的映射/传递函数(“v2r函数”)也能够用于跟踪一个或多个内部电极关于构建的解剖模型的位置。这可以有助于解剖模型和安装有内部电极331、332、333的介入设备335关于解剖模型的当前定位/位置的指示符的生成和显示。当然，可以在输出显示器399处生成和提供任何生成的解剖模型和/或确定的位置的视觉表示。
98.处理系统390包括输入接口391，输入接口391用于接收响应于内部电极对由电场生成布置设备生成的电场的电响应的信号。处理系统390还可以包括输出接口392，输出接口392用于提供用于控制输出显示器399的信号。
99.本发明提出利用跟踪介入设备335的位置的能力，以便计算或确定介入设备的形状。特别地，本发明提出利用这样的认识：在解剖腔体内操纵的介入设备的形状取决于介入设备的位置，更具体地取决于介入设备采取的路径。
100.虽然已经描述了使用交叉电场的示例性系统，但是技术人员将容易理解这样的系统如何适应交叉电磁场。
101.出于本发明的目的，介入设备被认为是细长且柔性的介入设备，其能够通过对象的解剖腔体而被插入。合适的介入设备的示例包括导管、护套、导丝等。当介入设备移动通过解剖腔体时(例如当其移动通过血管、胃肠道等时)，介入设备的形状将会改变。这是因为这些血管的边界限制了介入设备的可允许形状。
102.特别地，介入设备的形状能够被建模为延伸通过解剖腔体的线。本发明提出跟踪被安装在介入设备上的电极的位置，以便确定介入设备所处的线并因此定义介入设备的形状。
103.图5是图示根据实施例的方法500的流程图。该方法由处理系统(例如，参考图3描述的处理系统390)执行。
104.方法500包括步骤510：在(处理系统的)输入接口处获得介入设备的电极对在对象体内感应出的交叉电场或电磁场的两个或更多个电响应。所述电响应可以直接从介入设备本身获得(例如，如图3所示)，或者从存储介入设备的记录的电响应的存储器获得。
105.在一些示例中，两个或更多个电响应可以包括多达最大数量的电响应。在特定示例中，两个或更多个电响应可以仅包括最近可用的电响应，例如，x个最近的电响应，其中，x是预定数量。优选地，两个或更多个电响应至少包括最近可用的电响应。
106.方法500然后执行针对每个响应预测位置的步骤520。这是通过使用映射函数(例如，先前描述的映射函数)将电响应变换到多维坐标系统内(即，多维坐标空间中)的位置来执行的。换句话说，位置可以是多维坐标空间中的坐标。多维坐标空间由电场定义，并且表示对象的体积或面积。
107.步骤520生成电极的位置的序列。位置的所述序列可以是按照最初从介入设备获得/捕获电响应的时间进行排序的。这可以例如通过使用记录捕获电响应的时间的时间戳来确定。在另一示例中，这些位置可以通过彼此的接近度进行排序。
108.在一些示例中，方法500可以包括获得映射函数529的步骤528。映射函数可以例如从存储器和/或映射函数生成器(例如，图3的映射函数生成器590a)获得。
109.方法500可以包括处理位置的序列以预测在对象体内的介入设备的形状的步骤530。
110.步骤530基于这样的认识：通过被安装在介入设备上的电极的位置的序列来反映介入设备的形状。特别地，介入设备的形状取决于介入设备如何在解剖腔体内移动，使得(安装在介入设备上的)电极的位置指示介入设备的形状。
111.换句话说，介入设备的形状遵循介入设备从一个预测位置到另一个预测位置所发生的移动或所采取的路径(例如，可能的路径可能受到介入设备和/或其被放置的解剖腔体的特性的限制)。
112.在特别优选的示例中，步骤530包括使用电极的预测位置的时间排序的序列，以便预测介入设备的形状。换句话说，优选地，序列525包括按照电极处于预测位置的时间(即，从介入设备采集到对应响应的顺序)进行排序的预测位置的序列。
113.这种方法认识到介入设备到达特定位置的顺序会影响介入设备的形状。特别地，介入设备的形状在逻辑上必须是能够在不同时间点将电极放置在介入设备的识别位置中的形状。
114.仅作为示例，在简单的实施例中，可以通过将介入设备的形状定义为穿过序列525
中设定的电极的(例如，x个最近的，其中，x是预定数量)预测位置的直线、曲线或其他细长结构来计算介入设备的形状。因此，介入设备的形状可以有效地由介入设备在特定位置处放置电极所采取的路径来定义。
115.平滑化可以应用于直线或曲线，以例如提供介入设备的更逼真的形状。平滑化帮助改善介入设备的整体形状的外观，同时保持介入设备的尖端位置(即，介入设备的电极的最后已知位置)的准确性。这为介入设备的操作者提供了直观的形状，同时为介入设备的正确操作和操纵保留了重要信息。
116.在更复杂的示例中，可以从用于定义介入设备的形状的序列中删掉或移除电极的预测位置中的一个或多个预测位置。例如，如果电极在(时间排序的)序列中的两个其他预测位置之间的预测位置(例如根据一些预定参数或约束)意味着介入设备一定发生了不自然的弯曲，则可以删掉该预测位置——例如因为这可能指示错误的测量结果或(更可能)介入设备的形状变化(例如由于介入设备的缩回)。
117.在一些优选的另外的示例中，不可以从用于定义介入式设备的形状的序列中删掉(即，不能删掉)最新的(即，最近捕获的)预测位置。
118.在一些示例中，步骤530包括确定介入设备所采取的路径的步骤531和基于所确定的路径来预测介入设备的形状的步骤532。能够通过识别被安装在介入设备上的电极的最新位置来确定路径。该实施例认识到介入设备所采取的路径定义了介入设备的形状。
119.在简单的示例中，介入设备的形状可以被定义为匹配介入设备的路径。在更复杂但更准确的示例中，介入设备的形状可以被定义为除了以下情况之外匹配介入设备的路径：路径自身折回，经历超出介入设备的弯曲能力的弯曲(例如当介入设备先探索一条通道并随后退回时)和/或超出解剖腔体的边界。
120.为了有助于排除或删掉用于定义介入设备的形状的序列中的预测位置中的一个或多个预测位置，方法500可以包括步骤540和/或步骤550。
121.步骤540包括获得定义介入设备的一个或多个特性的设备信息545，例如，定义介入设备的柔性和/或最大弯曲半径的信息。该设备信息能够用于决定预测位置之间的移动(对于介入设备)是否合理，例如，不需要在预测位置之间退回或撤回介入设备。因此，设备信息可以包括定义或指示介入设备的最大合理/可能弯曲的任何特性。
122.设备信息545可以从任何合适的系统(例如，存储器)获得，也可以从用户接口处的用户输入获得。
123.步骤550包括获得解剖腔体的解剖模型555。解剖腔体的边界(其由模型来预测)将定义对介入设备能够采取的路径的约束(即，提供对介入设备的可能形状的约束)。解剖模型被定义在与预测位置相同的坐标空间中。
124.解剖模型555可以从任何合适的系统(例如，存储器)获得，也可以从介电成像处理器390b(图3)获得。其他合适的系统包括根据其他医学图像(例如根据3d/2d x射线/超声/mr图像)生成解剖模型的系统。在一些示例中，基于在一幅或多幅其他医学图像中包含的信息来调整/调节使用介电成像过程生成的解剖模型。
125.因此，介入设备和(解剖腔体的)解剖模型的一个或多个特性对介入设备的可能形状提供了约束。
126.在一些示例中，这两种约束能够用于确定或预测是否需要介入设备中的不可能或
不合理弯曲以使介入设备的形状包括所有识别的位置(介入设备不存在于解剖腔体外部——解剖腔体的边界由解剖模型指示)。如果识别出不可能/不合理的弯曲，则可以从用于计算介入设备形状的序列中删掉导致这种不可能/不合理弯曲的预测位置。
127.特别地，所排除的预测位置可以是在时间上位于两个其他预测位置之间的预测位置，这两个其他预测位置与该预测位置一起会创建不可能/不合理弯曲。
128.在一些示例中，设备信息包括介入设备的取向和/或角度。因此，一个或多个特性可以包括介入设备的取向和/或角度。先前已经描述了如何基于被安装在介入设备上的两个或更多个电极的响应来确定介入设备的取向。
129.介入设备的取向能够帮助预测介入设备的形状。
130.在一些示例中，设备信息可以包括介入设备在位置的序列的每个预测位置处的取向和/或角度。该实施例有助于改善对介入设备的形状的预测，因为它能够用于提高介入设备在不同位置之间移动的方向(其定义了介入设备的形状)的预测准确度。例如，能够预测到：当介入设备从一个位置移动到另一个位置时，介入设备最初将在介入设备被定向的方向上移动。这种理解能够用于改善对介入设备的形状的预测。
131.图6概念性地图示了在工作示例中确定介入设备635的形状的原理。这里，介入设备是通过血管而插入的导管。
132.特别地，图6提供了多个图表(a)至(e)，它们展示了针对不同的预测位置的序列的介入设备的预测形状。使用本文描述的方法来确定预测形状。
133.安装在介入设备上的(单个)电极位于介入设备的尖端(即，介入设备的引导尖端)。对于电极来说，这是一个特别有利的位置，因为它与介入设备所遵循的路径或轨迹更紧密地对齐。
134.对于每个图表，电极的预测位置被存储为预测位置的序列，该序列是按照时间的函数(最初获得用于预测位置的响应的时间)进行排序的。能够形成序列的可能位置在图中被图示为位置t1至t13，t1表示最早获得的响应，而t13表示最晚获得的响应。不同的图表表示由位置t1至t13的不同组合(例如，子集)(但是它们仍然是按照时间进行排序的)形成的序列所构建的形状。
135.图表(a)图示了第一种场景，其中，使用仅由位置t1至t4形成的序列来确定形状(例如，在t4是最新获得的预测位置的场景中)。介入设备的形状被配置为包围或覆盖所有预测位置t1至t4，因为不需要(根据介入设备的设备信息确定的)介入设备的不合理/不可能弯曲来覆盖预测位置。
136.图表(b)图示了第二种场景，其中，使用仅由位置t1至t6形成的序列来确定形状(例如，在t6是最新获得的预测位置的场景中)。介入设备的形状还被配置为包围或覆盖所有预测位置t1至t6，因为不需要(根据介入设备的(设备信息的)特性确定的)介入设备的不合理/不可能弯曲来覆盖预测位置。
137.图表(c)图示了第三种场景，其中，使用仅由位置t1至t10形成的序列来确定形状。在这种场景中，为了基于介入设备的已知参数或特性在位置t5、t6和t7之间建立联系并且为了将介入设备保持在解剖腔体的边界(例如，如解剖模型所指示的解剖腔体的边界)内，介入设备将存在不可接受/不合理/不可能弯曲。这表明(从形状构造过程中)应当删掉这些位置中的一个或多个位置以避免这种不可接受的弯曲。特别地，位置t6不包括在形状构造
中。
138.图表(d)图示了第四种场景，其中，使用仅由位置t1至t12形成的序列来确定形状。介入设备的构造类似于图表(c)的方法，但是稍微进一步扩展以考虑额外位置t11和t12。
139.图表(e)图示了第五种场景，其中，使用由所有位置t1至t13形成的序列来确定形状。位置t13指示介入设备已经缩回到t13的位置。这能够通过以下知识推断出：穿过t11、t12和t13的线将在介入设备中引入不可接受/不合理弯曲，这意味着应当删掉导致不可接受/不合理弯曲的位置。因此，能够通过删掉位置t10、t11和t12(所有这些位置都将导致这种不可接受的弯曲到达t13)来构建介入设备的形状。
140.从前面的示例可以明显看出，可以通过(例如在多维坐标空间中)定义一条线来确定介入设备的形状，这条线顺序地连接位置的序列的预测位置，但是任选地，如果将预测位置中的一个或多个预测位置与其邻居相连接会违反由在介入设备的设备信息中包含的一个或多个特性(例如，最大弯曲半径和/或柔性)和/或解剖模型(其定义了解剖腔体的边界，从而识别介入设备能够存在的位置和介入设备不存在的位置)所设置的约束，则从(用于定义形状的)位置的序列中删掉这一个或多个预测位置。
141.回到图5，方法500还可以包括显示介入设备的形状的步骤560。特别地，步骤560可以包括提供对介入设备的视觉表示，该视觉表示的形状基于所确定的介入设备的形状。
142.特别地，步骤560可以包括在处理系统的输出接口处提供输出信号，该输出信号(如果被提供给输出显示器的话)将控制输出显示器以显示所确定的介入设备的形状。
143.步骤560还可以包括显示(例如在步骤550中获得的)解剖模型的视觉表示。所显示的介入设备的形状可以覆盖所显示的解剖模型，使得能够理解介入设备关于(由解剖模型表示的)解剖腔体的相对形状和位置。这能够通过基于所确定的用于生成形状的位置(这些位置与解剖模型处于相同的坐标系中)对所显示的形状进行定位和定尺寸以覆盖解剖模型的表示来实现。
144.在一些示例中，介入设备的形状的视觉表示还可以包括介入设备的已知特性或特征。例如，如果介入设备包括球囊导管，则介入设备的视觉表示可以提供在预测位置处的球囊导管的视觉表示，该预测位置指示最新获得或确定的介入设备的位置(即，在介入设备的尖端处的位置)。作为另一示例，如果介入设备的直径或外部形状是已知的，则介入设备的视觉表示可以被相应地配置。
145.图7图示了根据本发明的另外的实施例的方法700。方法700是用于识别介入设备关于对象的医学图像的位置的计算机实施的方法。
146.方法700包括获得对象的医学图像的步骤710。医学图像可以是对象的包含解剖腔体(介入设备被放置在其中)的任何合适的医学图像。医学图像的合适示例包括x射线图像、ct图像、超声图像或mr图像。医学图像可以是2d图像或(例如根据多幅2d医学图像构建的)3d图像。在一些示例中，医学图像可以是从介电成像过程生成的图像(例如，参考图3和图4描述的图像)。
147.医学图像可以从任何合适的系统(例如，存储器)获得，也可以从图像生成器(例如，x射线扫描器、ct扫描器或mri机器)获得。
148.方法700还执行先前参考图5和图6描述的用于确定在对象体内的介入设备的形状的过程500。
149.该方法然后执行处理医学图像和预测形状以识别介入设备关于医学图像的相对位置的步骤720。医学图像中的解剖腔体的形状将因患者而异。
150.本公开内容认识到：对于任何给定的对象，介入设备存在(近乎)唯一的可能位置，使得所确定的介入设备的形状与医学图像中的解剖腔体的形状相匹配。例如，血管(例如，血管通路)可以具有近乎唯一的形状，使得只可能将具有特定形状的介入设备定位在血管内的特定位置处。另一示例是提供支气管通路的肺气道或胃肠系统中的管道结构。
151.因此，能够处理医学图像以识别表示(具有确定形状的介入设备能够被定位在其中的)解剖腔体的部分。这种方法有助于将(根据介入设备上的电极的预测位置导出的)介入设备的形状与医学图像进行配准。
152.在一些示例中，该方法还可以包括将解剖模型和医学图像配准在一起的步骤730。如果解剖模型和介入形状是关于同一坐标系定义的，则所述配准能够实现，使得介入形状和医学图像关于彼此的配准也有助于解剖模型与医学图像的配准。
153.方法700可以包括(例如在所确定的位置处用覆盖医学图像的介入设备的形状的视觉表示)显示(经共配准的)医学图像和介入设备的形状的步骤740。这可以通过控制被提供给处理系统的输出接口的信号来执行。
154.图8是根据本公开内容的实施例的处理系统390的示意图。处理系统390被配置为执行根据实施例的方法(例如，参考图5描述的方法500)。
155.处理系统390也可以被配置为生成映射函数和/或执行介电成像过程(例如，先前参考图3和图4描述的那些过程)。
156.如图所示，处理系统390可以包括(数据)处理器860、存储器864和通信模块868。这些元件可以彼此直接或间接通信，例如经由一条或多条总线进行通信。
157.处理器860可以包括中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)、asic、控制器、fpga、另一硬件设备、固件设备或其任意组合，它们被配置为执行本文描述的操作。处理器860也可以被实施为计算设备的组合，例如，dsp与微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp核的结合，或者任何其他这样的配置。在一些实施例中，处理器是分布式处理系统，例如由一组分布式处理器形成。
158.存储器864可以包括高速缓冲存储器(例如，处理器860的高速缓冲存储器)、随机存取存储器(ram)、磁阻ram(mram)、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪速存储器、固态存储设备、硬盘驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器或者不同类型的存储器的组合。在一个实施例中，存储器864包括非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以存储指令。例如，存储器864或非瞬态计算机可读介质可以具有记录在其上的程序代码，所述程序代码包括用于使处理系统390或处理系统390的一个或多个部件(特别是处理器860)执行本文描述的操作的指令。例如，处理系统390能够运行方法500的操作和/或用于生成映射函数和/或执行介电成像过程的方法(例如，参考图3和图4所描述的方法)。
159.指令866也可以被称为代码或程序代码。术语“指令”和“代码”应当被广义地解读为包括任何类型的(一个或多个)计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可以指一个或多个程序、例程、子程序、函数、过程等。“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或多个计算机可读语句。其上记录有代码的存储器864可以被称为计算机程序产品。
160.通信模块868能够包括任何电子电路和/或逻辑电路，从而有助于处理系统390、穿透设备和/或用户接口(或其他额外设备)之间的直接或间接数据通信。在这方面，通信模块868能够是输入/输出(i/o)设备。在一些实例中，通信模块868有助于处理系统390和/或处理布置设备(图9)的各种元件之间的直接或间接通信。
161.图9图示了根据本发明的实施例的处理布置设备900，其图示了一些任选的元件。处理布置设备900包括处理系统390，其可以如前所述地实施。
162.处理布置设备还可以包括输出显示器399。处理系统可以被配置为控制输出显示器以显示所确定的介入设备的形状的视觉表示，并且任选地显示解剖模型。这种控制可以使用处理系统390的输出接口392来执行。可以关于解剖模型定位所确定的形状的视觉表示，以例如指示在由解剖模型表示的解剖腔体内的介入设备的预测形状。
163.处理系统390可以适于例如在输入接口391处从存储器910和/或介入设备335获得介入设备的一个或多个电极的响应。处理布置设备900在适当情况下可以包括存储器和/或介入设备335。
164.存储器910还可以提供介入设备的设备信息(但是这些设备信息也可以从另一来源(例如，用户接口或外部服务器)获得，例如能够通过诸如互联网或lan连接之类的通信信道来连接)和/或解剖模型，如果这是由单独的处理器生成的话(但是解剖模型可以从另一来源(例如，单独的处理器)获得，或者由处理系统390本身生成)。
165.应当理解，所公开的方法优选是计算机实施的方法。正因如此，还提出了计算机程序的构思，所述计算机程序包括计算机程序代码，当所述程序在诸如计算机或一组分布式处理器之类的处理系统上运行时，所述计算机程序代码用于实施任何描述的方法。
166.处理系统或计算机可以运行根据实施例的计算机程序的不同部分、代码行或代码块以执行本文描述的任何方法。在一些替代实施方式中，在(一个或多个)框图或(一幅或多幅)流程图中标注的功能可以不按照图中标注的顺序发生。例如，相继示出的两个框实际上可以基本上同时运行，或者这些框有时可以以相反的顺序运行，具体取决于所涉及的功能。
167.本公开内容提出了一种计算机程序(产品)，所述计算机程序(产品)包括指令，当所述程序由计算机或处理系统运行时，所述指令使所述计算机或处理系统执行本文描述的任何方法(的步骤)。计算机程序(产品)可以被存储在非瞬态计算机可读介质上。
168.类似地，还提出了一种计算机可读(存储)介质，所述计算机可读(存储)介质包括指令，所述指令在由计算机或处理系统运行时使所述计算机或处理系统执行本文描述的任何方法(的步骤)。还提出了一种其上存储有前述计算机程序(产品)的计算机可读数据载体。还提出了一种承载有前述计算机程序(产品)的数据载体信号。
169.本领域技术人员将能够容易地开发出用于执行本文描述的任何方法的处理系统。因此，流程图的每个步骤可以表示由处理系统执行的不同动作，并且可以由处理系统的相应模块执行。
170.根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，词语“一”或“一个”并不排除多个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
171.单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。计算机程序
可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统进行分布。
172.如果在权利要求书或说明书中使用了术语“适于”，则应当注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。在权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制范围。