CN103458785A

CN103458785A - 利用导电球囊导管的解剖学显像

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Publication number: CN103458785A
Application number: CN2012800173349A
Authority: CN
Inventors: 额翰·H·刚达伊; 劳伦斯·J·格兰斯; 邱容海
Original assignee: SANOVAS LLC
Current assignee: Pisano gas intellectual property limited liability company
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN103717255B; JP5798237B2; EP2693942A1; US20120259238A1; WO2012139102A1; CN103717255A; EP2694151A4; US9968300B2; CA2831962C; US9687196B2; US20120259193A1; JP5795680B2; EP2694151A1; EP2693942A4; CA2831962A1; JP2014522252A; CA2831961A1; WO2012154358A1; JP2014516293A; CN103458785B

Abstract

用于提供腔体内部的三维绘制图的球囊导管，导管系统包括控制器、连接着控制器的导管和放置在导管上的球囊。所述球囊包括网状物，其具有沿球囊纵向延伸并周向围绕球囊的元件。所述网状物的各元件具有随着元件的变形而变化的电学特性。所述控制器通过测量可变的电学特性而产生对腔体内表面的三维绘制图，该三维绘制图能够旋转至不同的视角。

Description

利用导电球囊导管的解剖学显像

技术领域

本发明涉及用于显像和测量体腔内部的系统和方法，更具体地，涉及利用球囊导管（balloon catheter）通过测量体腔内充涨的球囊的电学特性的体腔显像和测量。

背景技术

球囊导管被用于多种医疗过程。例如，公知的是将球囊导管插入通道中以使通道扩张，例如像在用于治疗肺癌和通道堵塞会发生的其他情况时的介入性支气管镜检查那样。因此，球囊导管常规上是与多种内窥镜和用于扩张的柔性与刚性的气管镜一起使用，作为一种阻塞来止血，并且作为干扰固定装置使仪器保持在位，以及防止这些仪器在回流压下后退。

使用球囊导管将体腔内所不期望的生物材料去除也是公知的。例如，可充涨的球囊导管可以用作介入工具，用于在诸如肺学、心脏学、泌尿科学、妇科、胃肠病学、神经病学、耳鼻喉学和普通外科的介入性医疗的多种应用中切除和清除不必要的材料，例如植入腔内梗阻、肿块和血管内闭塞。在Karakoca的第EP1913882号欧洲专利申请中公开了这种装置的一个例子。这种装置使用具有硬化表面的球囊导管，将其插入体腔中。在插入装置后，使球囊充涨，使球囊在腔中前后移动以使得其硬化表面切除不期望的生物材料。例如，通过拔出球囊，可将残骸清除。

在Gunday的美国专利申请公开号No.2010/0121270（第270号申请）中，其发明名称为“切除器球囊系统”，并作为参考引入本文。该申请在Karakoca的基础上提供了多处改进，涉及具有纹路表面的球囊导管，其以最小限度的伤害，以脉冲方式下刮掉目标材料。该第270号申请公开了一种球囊系统，其能够提供生理学反馈来确定内腔直径。这是通过其一个实施例来实现的，该实施例提供了“能够确定输出至球囊的流体的压力的传感器和能够确定输出至球囊的流体流量的传感器”。最后，第270号申请公开了这样的内容“通过使用多个独立的可充涨囊状物或窦，人们将能够更具选择性和更精确地测量内腔直径”。

然而，第270号申请仅教导了通过测量压力来测量内腔直径并据此调节用于切除的球囊导管的脉动的方式。虽然该方法在以最小创伤程度切除目标材料方面是非常有效的（例如与球囊导管的脉动相关联的压力测量），但如果能够使用球囊导管来提供精确的腔体内部表面的绘制图则将是非常有利的。因此，如第270号申请中所教导的那样使流体脉动进入球囊导管以用于切除、并同时带有相关控制系统用于控制泵的脉动在这种应用中是不需要的。

已知有多种用于显像内部结构的成像系统，它们包括例如磁共振成像（MRI）、核磁共振成像（NMRI），或核共振断层（MRT）和轴向计算层析技术（CAT）或有时简称为计算层析（CT）扫描。这些方法在显像内部结构上是非常有效的，但购买和使用这些仪器的成本是相对较高的。

在矫形术领域中，即使不是不可能的话，在关节表面间评估空间动力学也通常是非常困难的，尤其是对在它们的整个移动范围中的相反于彼此的关节表面的平移而言。特别是在关节成形术过程中，通常，弄清楚关节表面的几何形状和关节内的空间来完善解剖修复和关节动力学是有利的。

在骨头髓腔扩孔内使用导电球囊导管也是很有利的。整形外科的创伤科学在实时显像和测量骨内表面上已经努力很长时间。无法映射骨的解剖学成为外科医生在关节成形术（例如臀部更换、大腿和髋臼的移植）中的能够进行合适的测量和植入的阻碍。它也阻碍了外科医生评估骨折移位和合适地为骨折管理系统（胫骨杆和镀覆系统）的尺寸和将其植入的能力。

内腔的成像也是已知的，例如，其公开在美国专利No.7,654,997(Makower等人)中。然而，虽然Makower等人使用了导管装置，但需要使用外部传感器（其与球囊分开）来成像并提供腔体的三维视图。（见其第40栏第64行至第41栏第24行；以及图7D-7E）。这种装置是笨重且难以操作的，并且对于相对较小的腔（例如血管内的测量）而言是不实用的。

美国专利No.5,752,522（Murphy）公开了一种用于确定体腔截面尺寸（例如血管直径）的仪器（摘要）。然而，虽然Murphy公开了一种包括具有带导体带的导管的设计，其导体带电阻随着球囊的圆周而变化（第9列,第13-15行），但Murphy仅限于公开了“导体带”。它没有提供腔体内部的三维视图，而仅仅是提供了腔体的截面的周边轮廓（见图7）。

因此，期望存在一种低成本并且可靠的用于测量和绘制体内结构的系统和方法。还期望提供一种用于显像和测量体内结构的系统和方法，它在测量结构过程中并不需要从内部结构中切除材料。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于显像和测量人体内部结构的球囊导管系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种用于产生体内结构和/或体内结构之间的空间的三维图像的球囊导管系统和方法。

本发明的还一个目的是提供用于有效显像非常小的腔（例如血管内的测量）的内部结构的球囊导管系统和方法。

本发明的另一目的是提供一种用于有效显像和测量在非常小的腔体（例如关节间的测量；腔内(Intra-cavital)测量）内的内部结构之间和/或之内的空间的球囊导管系统和方法。

本发明的还一个目的是提供一种用于显像内部结构的球囊导管系统和方法，其能够提供简单、低成本和可靠的传感器，该传感器可以产生具有鲁棒性并且能够以高性价比方式处理的信号格式的信号。

本发明的还一个目的是提供一种用于显像体腔中内部结构的系统和方法，而不切除内部结构。

在一个有利的实施例中，通过提供附着在球囊导管上的导电网状物可实现上述这些和其他的目的。球囊导管可被插入腔体中以测量和提供腔体内部的三维图像。随着对球囊导体充涨使其符合腔体内表面区域，导电网状物也基于腔体的内表面区域伸展。这种导电网状物的伸展（在相对于腔体的横和纵的方向上）将会引起附着在球囊导体上的网状物的电学特性（例如阻抗或电阻）的改变。然后可利用这些电学特性上的改变，产生腔体内部结构的三维绘制图（three-dimensional rendering）。

需要理解的是，精确的阻抗测量是广泛应用并且成本效率高的。例如，为了用相对低的产本成本得到高的测量精确率，可利用具有误差校正的离散傅里叶变换（DFT）信号处理技术进行阻抗测量。可有效的使用软件来控制信号处理过程和误差校正。

附着在球囊导管表面上的网状物可例如包括纤维网。可以预计到的是，网状物可以附着在球囊导管的外表面或者内表面上。在两种构型中，球囊将膨胀以与腔体内表面的形状相符。

纤维网可以包括合成弹力纤维、聚氨酯、复合弹簧或其他合适的材料，并将在其中包括可根据网状物的拉伸或位移而变化的电学特性的电线（或串）。在一个例子中，当待测量的电学特性是阻抗时，随着网状物的每个部分向外拉伸以扩张到待由导管球囊测量的腔的内表面，网状物的各部分的阻抗将会改变（例如网状物的拉伸越大，阻抗的变化越大）。在该方式中，因为网状物包括沿球囊导管纵向延伸和周向地包围球囊导管的部分，因此装置能够随着系统测得网状物的每个分段的阻抗而提供出腔体内部的完整三维视图。此外，由于并不需要除球囊导管自身以外的附加测量装置，所以该装置尤其可以很好地适用于相对小的腔体（例如血管内的）。

还需注意的是，在另一个实施例中，网状物可包括射频不透性材料。这样，当插入腔体并且球囊导管膨胀时，可通过成像仪器产生膨胀后的球囊导管的外部视图（例如，射频不透性材料将会清晰地显示在外部扫描上，该外部扫描提供了导管球囊的当前构型的详细视图）。可以预见，对网状物的电测量和对具有射频不透性材料的网状物的成像均能够用于提供腔体内部的高分辨率的三维绘制图或成像。

对于本申请，以下术语和定义是适用的：

本文所使用的术语“数据”，其意思是标记、信号、标识、符号、域、符号集、表象和其他任何代表信息的物理形式，无论这些信息是永久的或临时的，也无论它们是可见的、可听的、声学的、电的、磁的、电磁的或其它表达方式。用于代表一种物理形式的预定信息的术语“数据”也应被认为是包括任何和所有以不同物理形式或多个物理形式的对同样的预定信息的表示。

这里所使用的术语“网络”包括所有种类的网络和互联网络，包括互联网，并且不仅限于任何特定的网络或网间网。

术语“第一”和“第二”用来将一个元件、组、数据、目标或事物与其它的区分开，而并不用来代表按时间表示的相对位置或设置。

这里所使用的术语“耦接”、“耦接至”、“与......耦接”、“连接”、“连接至”、“与......连接”均意味着两个或更多装置、器具、文档、程序、媒介、部件、网络、系统、子系统，和/或工具之间的关系，它们之间构成以下方式中的任何一个或多个：（a）直接的连接或间接地通过一个或多个其他装置、器具、文档、程序、媒介、部件、网络、系统、亚系统，和/或工具的连接；（b）直接的通信关系或间接地通过一个或多个其他装置、器具、文档、程序、媒介、部件、网络、系统、亚系统，和/或工具的通讯关系；和/或（c）一种功能关系，其中任何一个或多个装置、器具、文档、程序、媒介、部件、网络、系统、亚系统、工具的运行都整体或部分地依赖于它们中的其他任何一个或多个。

这里所使用的术语“过程”和“处理”均意味着一种行为或一些列行为，包括例如但不仅限于，连续或不连续的、同步或不同步的、数据的方向、数据的改变、格式化和/或数据的转化、数据的标记或注解、测量比较和/或数据的回看，并且可以包括或不包括程序。

在一个有利的实施方式中，提供了一种用于提供腔体内部的三维图像的成像系统，其包括球囊导管和附着在球囊导管上的网状物，该网状物具有沿球囊导管纵向延伸并周向地包围球囊导管的元件。该成像系统还包括与球囊导管耦接的控制器，用于控制球囊导管的膨胀。该成像系统设置成使得网状物的各元件均具有至少一种随元件的拉伸而变化的电学特性，得当元件包括长度（L）时，所测得的电学特性将会不同于当元件包括大于长度（L）的长度（L1）时的电学特性。该成像系统进一步设置成使得控制器测量来自各元件的至少一种电学特性，并利用测量得到的电学特性来产生腔体内表面的三维绘制图。

在另一个有利的实施方式中，提供了一种用于提供腔体内部的三维图像的成像系统，其包括球囊导管和附着在球囊导管上的网状物。网状物设有沿球囊导管纵向延伸和周向包围球囊导管的元件。该系统还包括与球囊导管耦接的控制器，其用于控制球囊导管的膨胀。该系统设置成，网状物的各元件均具有至少一种随元件的变形而变化的电学特性，这使得当元件包括长度（L）时，所测得的电学特性将会不同于当元件包括大于长度（L）的长度（L1）时的电学特性。最终，该系统设置成使得控制器确定来自各元件的至少一种电学特性，并利用测得的电学特性来产生腔体内表面的三维绘制图。

在另一个有利的实施方式中，提供了一种用于提供腔体内部的三维图像的方法，其包括将网状物附着在球囊导管上的步骤，其中网状物具有沿球囊导管纵向延伸并周向包围球囊导管的元件，以及将控制器耦接至球囊导管的步骤。该方法还包括利用控制器来控制球囊导管的膨胀，以及测量当元件变形时元件的电学特性的改变，当元件包括长度（L）时，所测得的电学特性将会不同于当元件包括大于长度（L）的长度（L1）时的电学特性。该方法还包括确定来自各元件的至少一种电学特性，并利用测得的电学特性来产生腔体内表面的三维绘制图。

通过借助以下的附图和相关的详细说明，本发明的其他目的和其特殊的特征和优势将会变得更加明显。

附图说明

图1是本发明一个有利的实施方式的框图。

图2是根据图1的包括有网状物的球囊导管的视图。

图3A和图3B是图2的球囊导管的视图，该球囊被插入在腔体中用于提供腔体的三维绘制图。

图4是与图1中的系统关联使用的网状物的示意图。

图5是根据图1中的实施例的球囊和模块的视图。

图6是根据图5的实施例的插入管内的模块的视图。

图7是根据图1的网状物构造的一个实施例的视图。

图8是根据图6中的实施例的集成电路的框图。

图9是根据图1中实施例的方法的流程图。

图10是图9的流程图的继续部分。

具体实施方式

现在参考附图。图1是用于产生体腔150（图3A和图3B）内部的三维图像的系统100的一个有利实施例的框图。

该系统100包括控制器102，其可以包括任何类型的在现有技术中已知的控制器。该控制器用于对通过导管118而与其连接的球囊104的充涨与收缩进行控制。导管118包括与控制器102通信的电线130。控制器102耦接在一个或多个输入装置106上。输入装置106基本上可以包括任何类型的接口设备，其包括（例如但不限于）：键盘、鼠标、触摸屏或触摸板、声控输入装置等。可以理解的是，输入装置106既可以是有线式也可以是无线式的，其在图1中使用虚线和无线传输信号标记而表示出。可以预计的是，该输入装置可以包括移动无线装置。

显示器108与控制器耦接。该显示器可以展现出球囊导管104处于充涨状态下的可视绘制图，该绘制图可被储存在存储装置110中。计算机112（例如个人电脑）也在图中示出，其可通过网络连接114与控制器102耦接。需要注意的是，计算机112,112’,112’’可包括单个计算机或计算机网络（例如多个医院计算机和相关的存储装置等），或者是远程计算机（例如在医生办公室内或异地）。在这些计算机中，由球囊导管104的变形而产生的绘制图可被显示并存储在存储器116,116’,116’’中。

绘制图（rendering）是腔体容积的三维绘制图。在一个实施例中，使用者可以借助输入装置来旋转显示出的三维绘制图以得到不同视角。这使得例如内科医生可以得到极为精准的腔体内部视图。有可能会需要先绘制出腔体内部，然后从腔体中切除材料，之后再产生切除后的腔体的第二次绘制图。该步骤可在多个步骤中执行。然而，由于系统提供了自由旋转绘制图的能力，这使得使用者能够几乎以任何视角和放大率来观察腔体的容积表面。

现在参考图2，其更详细地示出了球囊104通过导管118连接至控制器102。导管118可包括例如聚乙烯材料，并具有0.5mm-2mm的外径和大约1.2-3米的长度。导管通常是柔性的，这样使得它可以插入腔体内，并可以自由地跟随腔体的路线而不会损伤腔体（例如，它可以自由地弯曲以跟随腔体的路线，并且在轴向上不可压缩以便于它能够插入腔体内）。一个例子是细长体腔可被插入在患者的大腿内的股动脉中，导管可被插入其中而前进至患者的心脏。

导管118还可包括在导管远端处的具有大约5-10mm长度的可弯曲部分120，其可以用作安全端。这是一个有利的特征，因为当导管穿过体腔的可进入开口时，它将会弯曲而不会刺穿腔的壁。

球囊104可包括顺应性材料，例如乳胶、Chronoprene、yulex、硅、聚氨酯、C-Flex，或任何其他合适的材料。球囊104通常设置在导管118的远端122附近，或设置在其他沿着导管118预设的距离处的期望的位置。球囊104可以为不同的长度和直径，其可以被选择以适应装置所使用到的特定应用中。通常，这种球囊104的长度选自5mm,10mm,15mm,20mm,30mm,50mm或更大。这种球囊104的直径也通常选自2.5mm,5mm,10mm,15mm,20mm,30mm,50mm或更大。这种可用球囊的尺寸的可变化性使得球囊104能被使用在各种直径和尺寸的体腔内。例如可以应用在关节（例如膝盖）或器官（例如膀胱）中，或在大或小的支气管分支、鼻窦和血管中，它们具有不同的几何尺寸和/或待处理的肿块和组织类型。控制器102（其可以包括泵124，图1）在约1/2大气压至约6大气压的范围供应流体（例如空气等），以便能够使球囊104膨胀为2.5mml至50mml的最大尺寸。可以理解的是，用于膨胀球囊的压力将取决于具体应用。例如，绘制骨腔内部要比绘制血管或动脉需要更高的膨胀压力。而当绘制软组织时，膨胀压力将会更低，从而避免软组织的变形。

在一些有利的实施例中，球囊104可包括成像标识126’，例如位于球囊104上的射频不透性材料或环。这种标识可被选择并合适地放置，以反射各种成像模式（例如，X射线）的相关波，使得允许使用这种模式来提供数据，从而使系统能够产生腔体内部的三维绘制图。需要理解的是，必须拍摄并组合多个来自不同视图的X射线图，才能产生三维绘制图。

球囊可被附着在球囊表面128（外面或里面）的（或可以与球囊一体）纤维网126覆盖。在某些有利的实施例中，表面128包括约为0.2mm厚的有纹理的表面，它是与球囊104一体的部分，并且在球囊模制过程期间就被包括在内。在这些情况中，表面128被制作成与球囊材料一体形成。而细的纤维网126在某些实施例中包括合成弹力纤维、聚氨酯、复合弹簧，或其它合适的材料。

现在参考图3A和3B，其中示出了球囊104和导管118被插入腔体150内并膨胀至腔体150的内表面152。提供网状物126,126’是为了在球囊104拉伸后，使网状物126,126’被拉伸至符合腔体150的内表面。当网状物126’包括射频不透性材料或环时，一旦在插入并膨胀后，成像装置就可被用于产生腔体内部的三维绘制图。例如，如果成像装置是X射线装置，射频不透性材料将反射X射线的波长以产生腔体内表面的三维视图。

当网状物126包括具有可变电学特性（例如阻抗或电阻）时，网状物126膨胀后，该可变的电学特性将根据网状物126拉伸以符合内表面152的程度而变化。结果，如图3A和3B所示，网状物将在某些位置（纵向和周向上）拉伸更多而在其他位置拉伸较少。控制器102将监控网状物126中的电学特性的改变，并将产生绘制出腔体150内表面的图像154，该图像的产生是基于所测得的网状物126的电学特性的改变而实现的。

还需理解的是，也可以使用一个成像装置（图中未示出）来产生膨胀的球囊104的图像，其可单独使用或与由改变的电学特性产生的数据联合使用，以产生腔体150的内表面152的三维绘制图。

图4示出了由弹性导电材料（弹性导电丝）制成的网状物，其处于充涨的兼容性球囊上。网状物126的电阻随着它的拉伸而改变。因此，拉伸的材料长度是其电阻的函数。该函数可以是线性的、指数性的、对数性的，或其他的。电阻和特定的变形之后引起的电阻的变化是基于材料的组成的，也包括其中加入导电纤维（例如铁）的量。该可重复的函数是预先已知的。

图中示出的导电材料的各行是在球囊104的周向上行进的，而各列则是在球囊104上横向行进。

在图4中示出了多个电阻，其被记为Rn。这些电阻在图中被表示为一个个的方框，其代表着导电材料的各个分段，等效于已知的电阻。这些电阻是根据它们之间连接的节点156来标识的。每个分段的电阻值是导电材料段的拉伸量（亦即是分段的长度）的函数。

每个节点（例如由圆点来代表）是导电材料可以相交的交结点158（图7）。在充涨的球囊104（例如图3A、3B和图5）上，节点156是当球囊充涨时导电材料彼此接触并在行与列之间产生闭合回路的唯一的位置。

弹性导电丝：

弹性导电丝可以来自各种来源，并以不同方式制备，包括用导电材料（聚合物或金属）涂覆弹性丝或将金属颗粒加入弹性体中。在两种情况下，电导率或丝的单位长度的电阻是拉伸量的函数。电阻值可通过下列公式来计算：

R=f(Δl)公式1

该函数可以是线性的、指数性的、对数性的等等，但该函数是已知的。只要给定丝的分段的电阻值，就可以确定出特定的分段的长度。例如，可以预计到的是，可以在存储器110,116,116’,116’’中存储包括各个电阻测量结果及相对应的长度的查找表。一旦特定分段的电阻被确定出，实际电阻值可被用来从查找表中确定分段的长度。可选地，也可在每次测量电阻时计算出长度。在克里斯多夫·兹赛等人在10年9月29日（9/29/10）发表的名为“编织电子纺织品：用于衣服中的健康监控的可启用技术（WovenElectronic Textiles：An Enabling Technology for Health-care Monitoring inClothing）”一文中可看到产生弹性导电丝的方法的一个例子。

用导电丝形成球囊的套网：

有许多技术可用来利用导电丝制造网状物126，这些技术与纺织制造中所使用的技术相似，包括经线、纬线的圆编或纬编以及平织产生电阻器网。在采用平织技术时，丝线的两个水平端可以被捻合并被带向垂直的顶端和底端。图7中，所形成的XY矩阵的各端被标记为XX’和YY’。

集成电路

现在参考图4和图8，弹性导电丝的各端部160连接至集成电路162的管脚。集成电路162的每个管脚均是三态的，以使得其能被驱动成：1）高：管脚被驱动至高压（即5V），源电流；2）低：管脚被驱动至低电压（即0V/接地），漏电流；或3）高阻抗：管脚的输入阻抗处于非常高的值，没有源或漏电流）。

图4示出了多个集成电路162。这些集成电路162可包括多路复用器（一个或多个）和多路解复用器（一个或多个），它们可通过串行数据输入170、串行数据输出172、时钟174、电源176和接地178连接至计算机112,112’,112’’。

集成电路162被做成非常小的封装以适于安装在导管的管（图5和图6）中。可以预见到的是，在一个有利的实施例中，弹性导电丝可以用导电胶与一个或多个集成电路162连接或耦接。

时序控制器164通过在近端连接着集成电路162的串行通信线路166、168从计算机112,112’,112’’接收指令。时序控制器164为驱动器166和扫描器167提供时序信息。

基于接收到的数据，驱动器166被启动，并且驱动信号（高）被施加在I/O管脚上，然后所有其他管脚被扫描，并输入至模数（A/D）转换器168。

A/D转换器168的数字输出被输入至串行器170，并按照串行方式传送至计算机112,112’,112’’。

用于扫描网状物上的电阻器网络的算法：

用软件控制驱动器166，可以依次激活单一的一个弹性导电丝的线路，而同时使所有其他线路保持为高阻抗状态。在一个实施例中，每个正交的线路能够被扫描，并且测量到的电压然后可以被转换成数字数值。

需要注意的是，虽然各个功能与方法都是按照步骤顺序来描述和说明的，但该顺序在这里仅仅被提供作为对一个优选实施例的阐释。并不一定必需要按照图中所示的特定顺序来执行这些功能。还可以预见到的是，这些步骤中的任意一些是可以相对其他步骤中的任何一些进行移动和/或组合的。另外，还可以预计的是，可根据具体应用来使用这里描述的功能的全部或任何部分，以获得有利的效果。

例如，当列1被驱动时，对于行R的等效电路是：

R(12,RR)+R(23,RR)+R(34,RR)+...+R(C-1C-1,RR)

(式1)

当列1被驱动时，对于行R-1的等效电路是：

R(11,R R-1)+R(12,R-1R-1)+R(23,R-1R-1)+...+R(C-1C,R-1R-1)

(式2)

以此类推。

当列2被驱动时，对于行R的等效电路是：

R(23,RR)+R(34,RR)+............+R(C-1C-1,RR)

(式3)

当列2被驱动时，对于行R-1的等效电路是：

R(22,R R-1)+R(23,R-1R-1)+..........+R(C-1C,R-1R-1)

(式4)

以此类推。

电阻值R(12,RR)将是式1与2之间的差。类似地，R(12,R-1R-1)+R(11,RR-1)将是式3与4之间的差。

当利用第二套水平ICs完成扫描后，R(12,R-1R-1)+R(11,R R-1)被解析出来，并且每个电阻值也被知道（图4）。

需要理解的是，有多种不同的方法可用来扫描网状物上的电阻网以确定或近似得出各分段的电阻。一些这样的方法包括：基尔霍夫定律的使用、段的消除、转换矩阵、格林函数阻距等。

表面的映射

下列符号被用于表面映射

(x,y,t):时刻t的(x,y)网格

R(x,y,t):时刻t测得的电阻器的值

G(x,y,t):时刻t在网格内测得的四个R值

Diff(x,y,t):时刻t与t-1之间的G值的差

T(x,y,t):从G(x,y,t)导出的变换矩阵

T’(x,y,t):从T得到的经误差校正的变换矩阵

G’(x,y,t):从T’(x,y,t-1)得到的投影G值

E(x,y,t):时刻t的G与G’之间的差值。

用R(<x-1x>,<y,y>)来表示测量得到的位于<x-1,y>点和<x,y>点之间的电阻值。

用G(x,y)来表示在<x-1,y-1>点、<x-1,y>点、<x,y-1>点和<x,y>点之间测得的四个电阻器的值。

G(x,y)={R(<x-1,x-1>,<y-1,y>),R(<x-1,x>,<y-1,y-1>),R(<x-1,x>,<y,y>),R(<x,x>,<y-1,y>)}

(式5)

用G(x,y,t)来表示时刻t测得的G(x,y)。用Diff(x,y,t)表示G(x,y,t)和G(x,y,t-1)之间的电阻器值的差。

Diff(x,y,t)=SQRT((G(x,y,t)-G(x,y,t-1))**2)

(式6)

用T(x,y,t)来表示G(x,y,t)和G(x,y,t-1)之间的5x5转换矩阵。

G(x,y,t)=G(x,y,t-1)*T(x,y,t)

(式7)

G(x,y,t)和G(x,y,t-1)都是已知值。

INVERSE(G(x,y,t-1))*G(x,y,t)=INVERSE(G(x,y,t-1))*G(x,y,t-1)*T(x,y,t)

(式8)

INVERSE(G(x,y,t-1))*G(x,y,t)=I*T(x,y,t)

(式9)

T(x,y,t)=INVERSE(G(x,y,t-1))*G(x,y,t)

(式10)

表面映射算法

1.在t=t0时，

a.保存所有对于[x=1...m]和[y=1...n]的G(x,y,t0)

2.从t=t1至tn

a.对于每个G(x,y,t)

i.计算Diff(x,y,t);

ii.保存最小Diff(x,y,t)值的x和y的位置到X和Y；

iii.利用简单值分解（SVD）算法或从下式解得T(x,yt)：

G(x-2,y-2,t)G(x-1,y-2,t)G(x,y-2,t)G(x+1,y-2,t)G(x+2,y-2,t)

G(x-2,y-1,t)G(x-1,y-1,t)G(x,y-2,t)G(x+1,y-2,t)G(x+2,y-2,t)

G(x-2,y,t)G(x-1,y,t)G(x,y,t)G(x+1,y,t)G(x+2,y,t)

G(x-2,y+1,t)G(x-1,y+1,t)G(x,y+1,t)G(x+1,y+1,t)G(x+2,y+1,t)

G(x-2,y+2,t)G(x-1,y+2,t)G(x,y+2,t)G(x+1,y+2,t)G(x+2,y+2,t)

iv.如果(t>t1)

1.利用T’(x,y,t-1)计算投影的G’(x,y,t)；

2.计算G(xy,t)与G’(x,y,t)的差值E(x,y,t);

3.利用最小二乘模型拟合法(LSM)算法来拟合出[x-9...x+9,y-9...y+9]网状物网格之内的E(x,y,t)

3.在t=t3至tn时

a.利用G(x,y,t-1)和T’(x,y,t-1)和E(x,y,t-1)按照以下公式在视见区中绘制出3D表面：

G(x,y,t)=G(x,y,t-1)*T’(x,y,t-1)+E(x,y,t-1)

该式用于从不同的视角产生绘制图。

连接至导电丝的柔性电子电路和方法：

有多种方法可以用来制作适于与织物、丝线和胎面（tread）接口的柔性的电子器件184（包括集成电路162）。在美国专利No.6,493,933.中公开了一种这样的方法。

图5和图6示出了一种方法，它将这种电子器件184模制在管180的内部，并使得柔性的连接引线182延伸至管180之外。

然后，在给球囊104装上套网之前和之后，将管180的各端部186插入导管的管中。

值得注意的是，内部安装有集成的电子电路184的模制结构188具有孔洞190，其可以使得球囊膨胀介质能从中穿过。

这些柔性的连接引线182会随着球囊104的充涨和收缩而扩张和缩小。

可以采用多种方法将所期望的弹性丝元件（网状物126）附着在引线182上，这些方法包括缝合、粘合（导电的）、机械耦接（折叠、挤压等）或其组合。

图9和图10是示出了通过测量电阻器的值来产生腔体的三维绘制图的方法的流程图。在步骤200中，系统以G(x,y,t)的形式测量电阻器的值，并且前进到步骤202来确定是否t=t0。如果t=t0，则系统会将所有测得的电阻器的值204保存在存储器206中。如果t≠t0，系统会在步骤208中确定是否t>t1。如果t≠t1，则系统会在步骤210中通过G(x,y,t)和G(x,y,t-1)计算出DIFF(x,y,t)，并在步骤212中将最小的DIFF值的<x,y>保存在存储器206中。然后，系统继续运行以在步骤214中从G(x,y,t)解得T(x,y,t)，其中[x=x-2tox+2]并且[y=y-2toy+2]，该T(x,y,t)也被保存在内存206中。

在步骤208中，如果t>t1，则系统前进至步骤216来确定是否t>t2。通过参考图9和图10可以额外地看到，系统将交替地从步骤214到步骤216进行以确定是否t>t2。

如果在步骤216中t≤t2，则系统会在步骤218中利用T’(x,y,t-1)计算出投影的G’(x,y,t)，其也会保存在存储器206中。然后，系统前进到步骤220以计算G(x,y,t)与G’(x,y,t)的差值E(x,y,t)。之后，系统在步骤222中利用最小二乘模型拟合法（LSM）算法以在[x-9...x+9,y-9...y+9]的网状物网格的网状物窗口内拟合出E(x,y,t)，并返回步骤210以从G(x,y,t)和G(x,y,t-1)计算出DIFF(x,y,t)。

在步骤216中如果t>t2，则系统会在步骤224中利用G(x,y,t-1)、T’(x,y,t-1)和E(x,y,t-1)在视见区上依据G(x,y,t)=G(x,y,t-1)*T’(x,y,t-1)+E(x,y,t-1)而绘制出3D表面，然后将其发送到显示器226。

尽管本发明是参照部件、特征和其类似物的特定设置来描述的，这些并不会排除所有可能的设置或特征，实际上，多种其他的修改和变体对本领域技术人员来说是可以确定的。

Claims

1.用于提供腔体内部的三维图像的成像系统，包括：

球囊导管；

附着在所述球囊导管上的网状物，所述网状物具有沿所述球囊导管纵向延伸并周向围绕球囊导管的元件；

与所述球囊导管耦接的控制器，其用于控制所述球囊导管的膨胀；

其中，所述网状物的各元件均具有至少一种能够随着元件的变形而变化的电学特性，当所述元件包括长度（L）时，所测得的电学特性将会不同于当所述元件包括大于长度（L）的长度（L1）时的电学特性；

其中，所述控制器确定来自各所述元件的所述至少一种电学特性，并利用所测得的电学特性来产生对腔体的内表面的三维绘制图。

2.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，各元件包括射频不透性的材料。

3.根据权利要求1所述的球囊导管，还包括与所述控制器耦接的显示器。

4.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述三维绘制图被保存在可由所述控制器访问的存储装置中。

5.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述存储装置可拆卸地与所述控制器耦接。

6.根据权利要求1所述的球囊导管，还包括与所述控制器耦接的计算机。

7.根据权利要求6所述的球囊导管，其中，所述计算机通过网络连接与所述控制器耦接。

8.根据权利要求7所述的球囊导管，其中，所述三维绘制图被保存在可由所述计算机访问的存储装置中。

9.根据权利要求8所述的球囊导管，其中，所述存储装置可拆卸地与所述计算机耦接。

10.根据权利要求1所述的球囊导管，还包括与所述控制器耦接的输入装置，其用于为所述球囊导管提供输入指令。

11.根据权利要求10所述的球囊导管，其中，所述输入装置选自包括以下装置的群组：键盘、鼠标、触摸板、触摸屏控制器、声控控制器以及这些装置的组合。

12.根据权利要求10所述的球囊导管，其中，所述输入装置是无线装置。

13.根据权利要求10所述的球囊导管，其中，所述输入装置允许使用者将三维绘制图旋转至不同视角。

14.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述球囊导管在其远端处包括可弯曲部。

15.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述球囊由选自包括以下材料的群组之中的材料组成：乳胶、Chronoprene、yulex、硅、聚氨酯、C-Flex以及这些材料的组合。

16.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述网状物包括网格，并且随所述网状物的变形而变化的所述电学特性是电阻或阻抗。

17.根据权利要求16所述的球囊导管，其中，所述网格形成为行与列，并且测量的电学特性是加载在选定的列、行或其组合上的电压。

18.根据权利要求17所述的球囊导管，其中，所述行与列在节点处彼此相交，各个节点之间的电阻或阻抗的变化被用来确定在各个节点之间的一点处的变形。

19.根据权利要求17所述的球囊导管，还包括具有与所述网格的所述行和列的端部连接的管脚的集成电路，其用于驱动通过所述各个列、行及其组合的电压。

20.根据权利要求19所述的球囊导管，其中，所述集成电路的所述管脚可被驱动至高压状态、低压状态或高阻抗状态。

21.根据权利要求19所述的球囊导管，其中，所述集成电路被模制成管，该管被接附在所述导管上。

22.根据权利要求21所述的球囊导管，其中，所述集成电路包括柔性的连接引线，其从所述管延伸穿出，并连接至所述网格的所述行与列的端部。

23.根据权利要求21所述的球囊导管，其中，所述集成电路包括孔洞，以使得球囊膨胀介质可从其中通过。

24.根据权利要求19所述的球囊导管，其中，所述集成电路包括定时控制器和用于驱动电压的驱动器。

25.根据权利要求24所述的球囊导管，其中，所述集成电路还包括模数转换器和串行器，其用于将所测得的电学特性转换为待传送至所述控制器的数字数值。

26.根据权利要求16所述的球囊导管，其中，所述电阻或阻抗的变化通过R=?(Δl)来计算。

27.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述网状物附着在所述球囊导管的外表面上。

28.根据权利要求1所述的球囊导管，其中，所述控制器由选自包括以下装置的群组之中的输入装置来控制：键盘、鼠标、触摸屏、触摸板、声控控制输入装置及其组合。

29.根据权利要求28所述的球囊导管，其中，使用者可使用所述输入装置来为所述三维绘制图增补数据。

30.用于提供腔体内部的三维图像的方法，包括以下步骤：

将控制器连接至球囊导管，所述球囊导管具有网状物，所述网状物具有沿所述球囊导管纵向延伸并周向围绕球囊导管的元件；

用控制器控制所述球囊导管的膨胀；

测量当所述元件变形时其电学特性的变化，当所述元件包括长度（L）时，测得的电学特性将会不同于当所述元件包括大于长度（L）的长度（L1）时的电学特性；

确定来自各所述元件的至少一种电学特性，并利用所测得的电学特性来产生腔体内表面的三维绘制图。

31.根据权利要求30所述的方法，还包括在显示器上显示出所述三维绘制图的步骤。

32.根据权利要求30所述的方法，还包括将所述三维绘制图存储在可由所述控制器访问的存储装置中的步骤。

33.根据权利要求30所述的方法，还包括通过输入装置向控制器输入指令来控制所述球囊导管的步骤。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述输入装置选自包括以下装置的群组：键盘、鼠标、触摸板、触摸屏控制器、声控控制器及其组合。

35.根据权利要求33所述的方法，还包括将所述三维绘制图旋转至不同视角的步骤。

36.根据权利要求30所述的方法，其中，所述网状物以网格的形式形成，并且随所述网状物的变形而变化的所述电学特性的是电阻或阻抗。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述网格形成为行与列，并且所述方法还包括在选定的行、列或其组合上加载电压的步骤。

38.根据权利要求37所述的方法，还包括将所述网格的所述行与列的端部连接至集成电路的管脚并驱动经过各行、列及其组合的电压的步骤。

39.根据权利要求38所述的方法，还包括择一地将所述集成电路的管脚驱动为高压状态、低压状态或高阻抗状态之一的步骤。

40.根据权利要求38所述的方法，还包括将所述集成电路模制成管并将所述管接附在所述导管上的步骤。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述集成电路包括柔性的连接引线，并且所述方法还包括将所述柔性连接引线从述管延伸穿出、并将所述引线连接至所述网格的所述行和列的所述端部的步骤。

42.根据权利要求38所述的方法，还包括用设于集成电路中的定时控制器产生定时信号和用驱动器驱动电压的步骤。

43.根据权利要求42所述的方法，还包括以下步骤：

利用模数转换器将所测得的电学特性转换为数字信号；

利用串行器使数字信号串行化；以及

将串行化的信号传送至控制器。

44.根据权利要求36所述的方法，其中，所述电阻或阻抗的变化通过R=f(Δl)来计算。

45.根据权利要求30所述的方法，还包括将所述网状物附着于所述球囊导管的外表面的步骤。

46.根据权利要求30所述的方法，还包括用输入装置控制所述控制器的步骤，其中所述输入装置选自由以下装置构成的群组之中：键盘、鼠标、触摸屏、触摸板、声控控制输入装置及其组合。

47.根据权利要求30所述的方法，还包括为所述三维绘制图增补数据的步骤。