CN106170252A - 血管内成像中的位置感测 - Google Patents

Abstract

一种血管内成像系统可包含导管、位置传感器以及用于从该导管和该位置传感器接收信息的血管内成像引擎。该位置传感器可包含参照元件和可移动元件，该可移动元件可具有与该导管中的成像换能器的位置相关的可移动元件位置。可确定该可移动元件与参照元件之间的相对位置且该相对位置可对应于该换能器在患者的血管系统内的相对移动。该成像引擎可从该位置传感器接收位置信息且从该导管接收图像信息并使用该所接收的信息产生显示。由于可确定该换能器的相对移动，因此可确定若干组成像数据之间的空间关系，且可将来自多个换能器位置的图像数据组合成一个图像。

Description

血管内成像中的位置感测

技术领域

本披露涉及一种血管内成像系统以及一种操作该系统的方法。

背景技术

血管内成像通常用于识别血管的在诊断上重要的特性。举例来说，血管内成像系统可以被保健专业人员用来帮助识别并定位血管中的堵塞或损伤。常见的血管内成像系统包括血管内超声波(IVUS)系统以及光学相干断层扫描(OCT)系统。

血管内成像涉及基于所接收的电信号发射和/或接收能量且基于由各种血管内结构反射的信号发送返回电信号的一个或多个换能器。血管内成像通常用于产生图像。在某些实例中，具有高分辨率显示器的控制台能够实时地显示血管内图像。以这种方式，血管内成像可用于提供包含冠状动脉内腔的血管结构和内腔、冠状动脉壁形态以及冠状动脉壁的表面处或附近的装置(例如内支架)的体内可视化。血管内成像可用于使包含冠状动脉疾病的病变血管可视化。在某些实例中，一个或多个换能器可承载于血管内成像导管的远端附近。某些血管内成像系统涉及使血管内成像导管旋转(例如，机械地、通过相控阵列等)以实现360度可视化。

许多血管内成像系统被配置成用于执行平移操作，其中导管的成像部件在获取图像的同时平移穿过患者的血管。结果是具有纵向分量的360度图像。当执行平移操作时，至少准确地确定导管的成像部件的相对平移量以便准确地构造360度图像可为重要的。

在现有系统中，通常通过尝试使导管以特定速度平移达特定时间量来估计平移量。如果使导管的成像部件以特定速度平移达特定时间，那么可计算平移距离。然而，如果实际平移速度不同于所命令的速度或者无法可靠地测量或产生，那么在确定平移量时会发生不准确之处。不准确平移确定可在构造具有纵向分量的360度图像时导致误差。

发明内容

本披露中所论述的血管内成像系统的实施例可检测导管的换能器的实时位置，此可产生具有纵向分量的较准确血管内图像。许多血管内成像导管实施例包含在远端中的一个或多个换能器。位置传感器可包含参照元件和可移动元件，且该可移动元件的位置可与换能器的位置相关。在可移动元件的位置与换能器的位置彼此相关的情况下，可依据可移动元件相对于参照元件的位置的位置来确定换能器相对于参照元件的位置的位置。在许多实施例中，血管内成像引擎可基于这类位置信息且基于从换能器接收的图像信息而产生显示。血管内成像引擎可接收与数个可移动元件位置相关联的图像信息且可(例如，实时地)产生具有纵向分量的血管内图像。与每一组位置和图像信息相关联的独特可移动元件位置可与患者的血管系统内的独特换能器位置相关。

在各种实施例中，位置传感器可位于血管内成像系统中的不同地方。举例来说，参照元件和可移动元件可位于平移机构的部件上，这些部件使导管在患者的血管系统内平移(例如，自动地或手动地)。在另一实例中，参照部件可位于参照医疗部件(例如外科手术垫)中。在另一实例中，参照元件和可移动元件可位于导管的部件上。许多组合和配置是可能的且根据本文中提供的标的物来加以设想。

附图说明

图1是说明性血管内成像系统。

图2是说明性血管内成像系统的系统级方框图。

图3是某些血管内成像系统的说明性平移机构的系统级方框图。

图4A和图4B是某些血管内成像系统的说明性平移机构的透视图。

图5A和图5B是说明性血管内成像导管的第一伸缩部分和第二伸缩部分的侧视图。

图6是用于产生一个或多个显示的说明性方法的步骤流程图。

图7示出说明性纵向图像。

具体实施方式

以下详细说明在本质上是示例性的且并非旨在以任何方式对本发明的范围、适用性或配置进行限制。而是，以下说明提供用于实施本发明的实例的某些实用展示。对选定元件提供构造、材料、尺寸以及制造过程的若干实例，并且所有其他元件采用本发明领域的一般技术人员已知的那些。本领域的技术人员将认识到，许多提到的实例具有多种适合替代方案。

图1是可被配置成用于执行血管内成像的系统100的说明性实例。系统100可包含导管102、平移机构110和成像引擎112。导管102可包含近端104和被配置成插入到患者118的血管中的远端106。如所示出，患者118定位于手术台上，该手术台可包括外科手术垫119。在一个实例中，导管102可经由股动脉插入到患者118中且被导引到患者118内的所关注区。图1中的虚线表示导管102在患者118内的部分。

在某些实例中，导管102可包含在远端106内的换能器108，该换能器被配置成用于发射并接收基于波的能量且产生成像数据—例如，以使患者118内的所关注区成像。举例来说，在系统100是IVUS系统的情况下，换能器108可包括超声波换能器，该超声波换能器被配置成用于发射并接收超声波能量且产生超声波数据。在另一实例中，系统100可为OCT系统，且换能器108可包括被配置成用于发射并接收光且产生OCT数据的OCT换能器。导管102可被配置成用于产生图像信息且发射该图像信息以用于成像。

血管内成像系统100的平移机构110可与导管102接合并被配置成用于在拉回或其他平移操作期间使导管102在患者118内平移受控距离。在某些实施例中，平移机构110可充当与导管102的接口。平移机构110可使导管102的全部或部分平移穿过患者118的血管系统。举例来说，在其中该导管包括附接到换能器108(其装纳于护套内)的驱动电缆的实施例中，平移机构110可用于使该驱动电缆和换能器108平移穿过该护套，同时保持该护套固定。

成像引擎112可与换能器108和平移机构110通信。根据某些实例，成像引擎112可包括至少一个可编程处理器。在某些实例中，成像引擎112可包括计算机器，该计算机器包含被配置成用于接收来自系统用户116的命令和/或经由用户接口120显示从导管102获取的数据的一个或多个处理器。计算机器可包含用以接收来自系统用户116的输入且输出系统信息和/或从导管102接收的信号(例如，经再现图像)的计算机外围装置(例如，键盘、鼠标、电子显示器)。用户接口120可包含具有软件的传统PC或PC接口，该软件被配置成与血管内成像系统100的其他部件通信。在某些实施例中，用户接口120可包含被配置成用于显示系统信息和/或来自导管102的成像信号(例如，血管内图像)的显示器114。在某些实施例中，用户接口120包含触摸屏显示器，该触摸屏显示器可用于既接收来自系统用户116的命令又显示来自导管102的血管内成像数据。在某些实例中，成像引擎112可包含用于存储可由一个或多个处理器执行的指令或软件的存储器模块。

图2是包含位置传感器122的血管内成像系统100的实施例的系统级方框图。特定来说，图2的说明性系统100包括导管102、位置传感器122和血管内成像引擎112。导管102可包含换能器108且可与血管内成像引擎112通信。在某些实施例中，血管内成像引擎112与换能器108直接通信。在图2的实施例中，血管内成像引擎112包括显示器114、用户接口120、存储器/数据存储装置130以及处理器/控制器132。举例来说，可将这些部件集成到触摸屏显示器和/或计算机中。

在某些实施例中，在执行成像功能时，可使导管102或导管102内的换能器108在患者的血管系统内平移。在这类情况下，血管内成像引擎112可从在多个换能器位置处的换能器108接收图像信息。在某些实施例中，血管内成像引擎112可从多个换能器位置接收图像信息且构造包括来自多个换能器位置的至少一子集的图像信息的聚合纵向图像。为构造这类聚合图像，血管内成像引擎112至少检测从其接收图像信息的位置之间的相对关系可为有用的。因此，血管内成像系统100的某些实施例包含位置传感器122。

图2中所示出的位置传感器122可包含可移动元件126和参照元件124。举例来说，位置传感器122可包括电位计、编码器、线性可变差分变压器或其他适合位置传感器。这类位置传感器122可集成到血管内成像系统100中且被放置成与血管内成像引擎112通信。位置传感器122的可移动元件126可具有与换能器108的位置相关的可移动元件位置。换能器位置与可移动元件126的位置之间的相关性由图2中的虚线128表示。在血管内成像操作期间，位置传感器122的参照元件124可相对于换能器108的运动为大体上固定的。在这类实施例中，由于换能器位置与可移动元件位置之间的相关性，因此位置传感器122可被配置成用于确定换能器108相对于位置传感器122的参照元件124的相对运动。在某些实施例中，位置传感器122可确定换能器108相对于参照元件124的相对运动，位置传感器122可将该相对运动传递到血管内成像引擎112的其他部件。

如图2中所示出，位置传感器122可与血管内成像引擎112通信。在某些实施例中，血管内成像引擎112可被配置成用于从位置传感器122接收位置信息。位置信息可包括关于位置传感器122的可移动元件126相对于参照元件124的位置的信息。位置信息可包含从编码器接收的信息、来自电位计的电阻信息或其他电数据或者来自各种类别的位置传感器的任何其他信号或信息。在其中位置传感器122确定换能器108相对于参照元件124的相对运动的实施例中，位置传感器122可将该位置信息提供给血管内成像引擎112。在某些实施例中，位置传感器122可将关于可移动元件126及参照元件124的信息提供给血管内成像引擎112，且血管内成像引擎112可确定换能器108相对于参照元件124的相对运动。如所论述，可移动元件126的位置可与导管102的换能器108的位置相关。在某些实施例中，位置传感器122可将可移动元件126的位置与参照元件124的位置进行比较，解释可移动元件126的位置与换能器108的位置的相关程度，且确定换能器108相对于参照元件124的位置的位置。在这类实施例中，位置传感器122可将换能器108的位置提供给血管内成像引擎112。在某些实施例中，位置传感器122可仅将关于可移动元件126相对于参照元件124的位置的位置的信息发送到血管内成像引擎112。在某些这类实施例中，血管内成像引擎112可将可移动元件126的位置与参照元件124的位置进行比较，解释可移动元件126的位置与换能器108的位置的相关程度，且确定换能器108相对于参照元件124的位置的位置。

在某些实施例中，血管内成像引擎112可被配置成用于接收来自血管内成像导管102的图像信息和来自位置传感器122的位置信息两者。血管内成像引擎112可使特定图像信息与换能器108的相对位置相关联。血管内成像引擎112可被配置成用于基于图像信息和位置信息而产生显示。

血管内成像引擎112可接收并处理对应于被成像的血管内的多个纵向位置的图像信息和位置信息。在某些配置中，血管内成像引擎112可接收各自对应于第一可移动元件位置的第一组图像信息和第一组位置信息。血管内成像引擎可另外接收各自对应于第二可移动元件位置的第二组图像信息和第二组位置信息。一般来说，图像信息和位置信息可包括对应于任何数目个可移动元件位置的信息。在某些优选实施例中，血管内成像引擎112可针对换能器平移期间的数个位置实时地处理图像信息和位置信息以提供被成像的血管的实时成像。

如本文中其他地方所论述，在某些实施例中，可移动元件位置与换能器108的位置相关。因此，对应于第一可移动元件位置以及第二可移动元件位置的第一组图像和位置信息以及第二组图像和位置信息也可对应于第一换能器位置以及第二换能器位置。换能器108可在患者的血管系统内平移到各种位置，同时可移动元件126可相应地相对于参照元件124移动。换能器108可以若干种方式平移穿过患者的血管系统。在某些实施例中，导管102平移穿过患者的血管系统。举例来说，换能器108可在导管102内、在护套内平移。在某些实施例中，血管内成像系统可包含被配置成用于平移导管102和/或导管102内的换能器108的平移机构。

某些平移机构可包含被配置成用于接合导管102的至少一部分的接口元件以及被配置成用于接合并平移该接口元件的平移元件。图3是示出血管内成像系统100的实施例中的说明性平移机构110的系统级方框图。图3中所示出的系统100包括具有换能器108的导管102。系统100可进一步包含被配置成用于从导管102接收图像信息且产生显示的血管内成像引擎112。在某些实施例中，系统100包含具有参照元件124和可移动元件126的位置传感器，该位置传感器通常如本披露中其他地方所描述而配置。位置传感器可将位置数据提供给血管内成像引擎112，该位置数据可由引擎112用于产生该显示。

在某些实施例中，系统100可包含平移机构110。平移机构110可包含平移元件142和接口元件140。在某些实施例中，平移元件142被配置成用于平移接口元件140。接口元件140与平移元件之间的平移可通过并入到平移机构110中的电机158实现。在某些实施例中，接口元件140与平移元件142之间的平移可由用户手动地执行。平移机构110可包含用以使平移变平滑的阻尼机构160。

接口元件140可提供与导管102的机械和/或电接口。在某些实施例中，接口元件140可包括被配置成用于使换能器108旋转的旋转机构162。可完成换能器108的旋转以便执行成像功能。接口元件140可与血管内成像引擎112通信。血管内成像引擎112可将信号提供给接口元件140以致使该接口元件经由旋转机构162使换能器108旋转。在某些实施例中，接口元件140提供血管内成像引擎112与导管102和/或换能器108之间的通信接口。可经由导管102与接口元件140之间的电接口将来自血管内成像引擎112的信号发送到换能器108。

如本披露中其他地方所描述，可测量位置传感器的可移动元件126与参照元件142的相对移动。在某些实施例中，位置传感器122可集成到平移机构110中。举例来说，位置传感器122的参照元件124可紧固到平移机构110的平移元件142，而位置传感器122的可移动元件126可紧固到平移机构110的接口元件140，或反之亦然。

因此，在某些实施例中，位置传感器122可提供关于平移机构110的接口元件140与平移元件142之间的相对位置的信息。在某些这类实施例中，如果平移机构110的平移元件142相对于患者为固定的且接口元件140紧固到换能器108，那么位置传感器122可提供关于换能器108在患者内的相对位置的信息。血管内成像引擎112可从平移机构110接收数据。这类数据可包含由换能器108产生、经由接口元件140发送到血管内成像引擎112的图像信息，和/或经由平移机构110中的位置传感器122发送到血管内成像引擎12的位置信息。

平移机构110可包括用以实现接口元件140相对于平移元件142的平移的电机158。电机158可为伺服电机、步进电机、线性感应电机或其他适合电机。在某些实施例中，血管内成像引擎112可与电机158通信。可在电机158与引擎112之间直接建立通信。在某些实施例中，可经由平移机构110建立该通信。血管内成像引擎112可经由用户接口接收用以实现接口元件140经由电机158的平移的命令。

在某些实施例中，通过电机进行的平移可通过存储于与血管内成像引擎112通信的存储器130中的命令而自动化。也就是说，平移机构110可被机动化以实现自动平移。通过电机进行的自动平移可通过任何数目个事件(包含但不限于由用户进行的提示、预编程操作序列等等)起始。在自动平移期间，电机可使接口元件140相对于平移元件142平移达预定距离。如本文中其他地方所描述，可依据位置传感器122确定接口元件140与平移元件142之间的相对位置。因此，在某些实施例中，血管内成像引擎112可与位置传感器122和平移机构110通信以便致动换能器108的预定平移。在某些实施例中，可在不具有平移机构110的离散平移元件142和/或接口元件140的情况下将电机158直接紧固到导管102或换能器108以便实现该导管或换能器的移动。

举例来说，用户可手动地平移导管102的部分和/或换能器108或者平移机构110的一部分(例如接口元件140)。某些操作者宁愿用手动平移而不用自动平移。在某些实例中，操作者重视具有手动地将换能器108移动到特定位置以便更详细地检视特定所关注区的灵活性。在涉及换能器的手动平移的许多实例中，测量而非预测换能器108的位置可为重要的。

在某些实施例中，平移机构110可包含被配置成用于防止换能器108的突然运动的阻尼机构。阻尼机构可通过基于弹簧的机构、液压机构或其他适合阻尼机构而使换能器108的平移变平滑。防止换能器108和/或导管102的突然或急动运动可改进由系统产生的图像的质量且防止部件在患者的身体内的不期望突然运动。

图4A示出接合导管102且紧固到平移元件142的接口元件140。在某些实施例中，接口元件140可被配置成用于相对于平移元件142平移。在操作期间，接口元件140可在附接点156处紧固到导管102且(举例来说)经由轨道150而相对于平移元件142平移。平移元件142可被固持为相对于患者静止，使得在接口元件140相对于平移元件142平移时，接口元件140接合导管102的一部分且使换能器108平移穿过患者的血管系统。在某些实施例中，平移元件142限定接口元件140相对于其的平移。举例来说，可通过控制件146实现平移。

图4B示出说明性平移元件142。平移元件142可包含用于用户观察以及操纵平移机构和/或血管内成像系统的设置和动作的显示器144和控制件146。在某些实施例中，控制件146允许用户控制血管内成像系统的操作。举例来说，在各种实施例当中，用户可执行成像功能、使换能器108和/或导管102平移、使换能器108旋转或执行可由用户经由控制件146起始的任何其他用户功能。

参照图4A至图4B，显示器144可显示与血管内成像系统有关的信息。显示器144可显示例如以下各项的信息：导管102和/或换能器的相对位置、位置传感器的参照元件与可移动元件的相对位置、运动发生的速度或任何其他相关系统参数。在某些实施例中，显示器144可呈现图形用户接口(GUI)以帮助用户经由控制件146操作系统。因此，在各种实施例当中，用户可(举例来说)使用血管内成像引擎上的用户接口或平移机构上的控制件146和显示器144来致使电机使换能器在患者的血管系统内平移。如所描述，在某些实施例中，用户可在不使用电机的情况下手动地使换能器平移穿过患者的血管系统。

平移元件142可包含可被配置成与接口元件140配合的支架148和平移地耦合到支架148的基座149。在某些实施例中，支架148可沿着轨道150相对于基座149平移。在某些这类实施例中，当导管102耦合到接口元件140且接口元件140与支架148配合时，平移元件142可通过使支架148沿着轨道150平移而使由导管102承载的换能器以所希望的方式平移。图4B的支架148被示出在两个可能位置中—以实线示出的远端位置154和以幻影示出的近端位置152。在许多实施例中，平移元件142可在拉回操作中使支架148从远端位置154平移到近端位置152。应了解，在某些血管内成像操作中，平移元件142可被配置成沿着轨道150在任一方向上在远端位置154与近端位置152之间平移和/或在其间的任何地方停止。

根据某些实施例，平移元件142的支架148和基座149以及接口元件140可用于支撑位置传感器122的参照元件124和可移动元件126。举例来说，在某些实施例(例如图4A和图4B中所示出的实施例)中，参照元件124可紧固到平移元件142的基座149上的一点，而可移动元件126可紧固到平移元件142的支架148。在这类实施例中，位置传感器122可确定支架148与基座149之间的相对位置和移动。接口元件140可紧固到导管102和支架148，使得使支架148沿着轨道150平移致使换能器在患者内平移。如果基座149相对于患者为静止的，那么支架148与基座149之间的相对运动对应于换能器在患者内的相对运动。在某些实施例中，可移动元件126可替代地紧固到接口元件140。类似地，接口元件140与基座149之间的相对移动可对应于换能器在患者内的相对运动。将了解，将可移动元件126紧固到基座149且将参照元件124紧固到支架148或接口元件140产生可移动元件126与参照元件124之间的与先前所描述实施例相同的相对运动且可类似地被使用。

举例来说，在某些实施例中，参照元件124可定位于沿着基座149的任何地方，包含在轨道150中或该轨道周围。同样，可移动元件126可定位于沿着支架148的任何地方，包含用于将支架148沿着轨道150紧固到基座149的附接特征。在某些实施例中，参照元件124和可移动元件126经定位使得当支架148处于沿着轨道150的最近近端位置中时，该参照元件和该可移动元件最靠近在一起。替代地，在某些实施例中，当支架148处于沿着轨道150的最远端位置中时，参照元件124和可移动元件126最靠近在一起。如所解释，可移动元件126可类似地定位于接口元件140上且可类似地操作。在某些实例中，可移动元件126定位于接口元件140的底部侧上以便尽可能靠近于基座149且因此尽可能靠近于该基座支撑的参照元件124。

在某些情况下，平移元件142包含凹槽143，导管102的锚定部分103可紧固到该凹槽中。在某些这类实施例中，接口元件140的平移致使导管102内的换能器在导管护套内平移，而锚定部分103致使导管的其余部分保持固定。因此，举例来说，参照元件124可定位于平移元件142的基座149中的凹槽143上或该凹槽附近或者定位于导管102的锚定部分103上或该锚定部分附近，而可移动元件126可定位于平移元件142的相对于这类部件平移的任何部分(例如支架148、接口元件140或导管102自身的平移部分)上。举例来说，在某些实施例中，可移动元件126可安置于导管102与接口元件140之间的附接点156处或该附接点附近。将了解，对于位置传感器122的参照元件124和可移动元件126的各种这类位置组合是可能的且在本发明的范围内。

在某些实施例中，导管102可包括被配置成相对于彼此伸缩以便促进换能器108的运动的第一伸缩部分和第二伸缩部分。举例来说，伸缩部分可结合导管102的锚定部分(图4A至图4B中的103)以及平移元件(图4A至图4B中的142)中的凹槽(图4A至图4B中的143)使用以促进导管102的一部分和换能器108相对于导管102的静止部分(例如，图4A至图4B的锚定部103)的移动。图5A和图5B是作为可用于血管内成像系统中的血管内成像导管102的部分的第一伸缩部分164和第二伸缩部分166的说明性配置。图5A示出作为血管内成像导管102的部分的第一伸缩部分164和第二伸缩部分166。将了解，尽管在所展示实施例中展示为导管102的部分，但在某些系统中，伸缩部分可在导管外部。在图5A中所示出的实例中，第一伸缩部分164凹入到第二伸缩部分166内的开口中。第一伸缩部分164和第二伸缩部分166可以可滑动方式耦合以允许其之间的相对移动。

图5B示出图5A的血管内成像导管102的第一伸缩部分164和第二伸缩部分166，其中第一伸缩部分164从第二伸缩部分166延伸。在许多实施例中，第一伸缩部分164和第二伸缩部分166可被配置成在图5A和图5B中所示出的配置之间自由过渡。也就是说，第一伸缩部分164和第二伸缩部分166可相对于彼此“伸缩”。在某些实施例中，第一伸缩部分164和第二伸缩部分166中的一者可固定到血管内成像系统的相对于患者保持静止的部件(举例来说，图4A至图4B中所示出的平移机构110的平移元件142)。

在某些实施例中，换能器108可耦合到第一伸缩部分164和第二伸缩部分166中的一者而不耦合到另一者。在这类布置中，未耦合到换能器108的伸缩部分可保持固定，而另一伸缩部分相对于该伸缩部分移动，借此致使换能器108相对于静止伸缩部分运动。因此，第一伸缩部分164和第二伸缩部分166的伸缩运动可促进换能器108的运动。在说明性实施例中，换能器108耦合到第一伸缩部分164，而第二伸缩部分166固定到系统100的静止部件。在致动换能器108的运动(手动平移、机动化平移等)时，第一伸缩部分164可在第二伸缩部分166内平移。在某些实施例中，换能器108可耦合到第二伸缩部分166，而第一伸缩部分164固定到系统100的静止部件。在致动换能器108的运动(手动平移、机动化平移等)时，第二伸缩部分166可在第一伸缩部分164的外侧上平移。在各种配置中，换能器108可经由驱动电缆耦合到第一伸缩部分164或第二伸缩部分166。替代地，在某些系统中，第一伸缩部分164或第二伸缩部分166可为驱动电缆自身的一部分。

在某些实施例中，导管102的第一伸缩部分164与第二伸缩部分166的相对移动可与换能器108在患者的血管系统内的运动相关。因此，位置传感器122的可移动元件126和参照元件124中的每一者可耦合到第一伸缩部分164和第二伸缩部分166中的一者。在图5A至图5B的实施例中，可移动元件126可耦合到第一伸缩部分164，而参照元件124可耦合到第二伸缩部分166。在这种配置中，如果第一伸缩部分164耦合到换能器108且第二伸缩部分166被固定为相对于患者静止，那么位置传感器122的可移动元件126与参照元件124之间的相对运动对应于第一伸缩部分164与第二伸缩部分166相对于彼此的相对移动且最终对应于换能器108在患者内的相对移动。在某些实施例中，可移动元件126可耦合到第二伸缩部分166，而参照元件124可耦合到第一伸缩部分164。在这种配置中，如果第二伸缩部分166耦合到换能器108且第一伸缩部分164被固定为相对于患者静止，那么位置传感器122的可移动元件126与参照元件124之间的相对运动对应于第一伸缩部分164与第二伸缩部分166以及换能器108在患者内的相对移动。

除安置于平移机构或导管伸缩部分上之外，位置传感器的部件还可位于血管内成像系统中的任何数目个适合位置中。在某些实施例中，如果可移动元件和参照元件中的一者以某一方式(例如，经由平移机构的接口元件或第一伸缩部分)耦合到换能器使得其位置与换能器位置相关，而可移动元件和参照元件中的另一者相对于患者固定(例如，经由平移机构的平移元件或伸缩部分)，那么位置传感器的可移动元件与参照元件之间的相对运动可对应于换能器在患者内的相对运动。根据某些配置，可移动元件可位于换能器和/或驱动电缆上或者该换能器和/或该驱动电缆附近，而参照元件可安置于导管护套上，换能器和驱动电缆平移穿过该导管护套。

在某些实施例中，位置传感器的可移动元件或参照元件中的一者或两者可安置于参照医疗部件中。参照图1，在某些实施例中，参照医疗部件可包括外科手术垫119。在某些配置中，参照元件可安置于相对于患者保持大体上静止的参照医疗部件中，而可移动元件可耦合到血管内成像系统100的具有对应于换能器108的位置的位置的任何部件。举例来说，参照元件可安置于患者118下方的外科手术垫119中，而可移动元件可耦合到相关伸缩部分、平移机构110的接口元件、导管驱动电缆或换能器108中的任一者。在任何这类配置中，位置传感器的参照元件与可移动元件之间的相对运动可对应于换能器108与患者118之间的相对运动。

已描述关于位置传感器的数个系统配置。也设想所描述配置的各种组合。举例来说，在某些实施例中，位置传感器的可移动元件可耦合到伸缩部分，该伸缩部分又可耦合到换能器108，而参照元件耦合到被固持为相对于患者118静止的数个部件中的任一者(例如外科手术垫119、互补伸缩部分、平移机构的基座或任何其他这类物体)。一般来说，可移动元件可耦合到通常与换能器108一起平移的任何部件，而参照元件可耦合到相对于患者118保持静止的任何部件。在数个这类示例性实施例中，可移动元件与参照元件的相对位置最终对应于换能器108在患者的血管系统中的相对位置。根据某些实施例的血管内成像系统可包括被配置成用于从位置传感器接收位置信息以及从导管接收图像信息的血管内成像引擎112。血管内成像引擎112可基于图像信息和位置信息产生显示。

例如所描述的血管内成像系统的血管内成像系统可用于基于图像和位置信息产生一个或多个显示。图6是概述其中可产生一个或多个显示的方法的步骤流程图。在导管被系统操作者插入到患者中之后，例如本文中所描述的血管内成像引擎的血管内成像引擎可接收用以执行血管内成像功能的命令(200)。该命令可包含成像功能的参数和调度。用户可命令血管内成像引擎执行该成像功能。该用户可手动地编程用于成像功能的所希望的参数。

血管内成像引擎可在血管内成像导管中起始所命令的成像功能(202)。此可包含与导管介接、将控制信号和/或电力发送到导管、使导管和/或导管内的换能器旋转或者用于执行成像功能的任何其他起始过程。在某些实施例中，可经由用户接口手动地起始任何单一起始过程或起始过程的组合。

在起始成像功能(202)之后，血管内成像引擎可基于所执行的成像功能从导管接收图像信息(204)。该图像信息可呈电信号或来自导管和/或换能器的其他信号的形式。血管内成像引擎可另外从位置传感器接收位置信息(206)。如所描述，该位置信息可包括关于参照元件与可移动元件的相对位置的信息，该相对位置可对应于换能器在患者内的相对位置。

在接收图像信息和位置信息之后，血管内成像引擎可基于所接收的信息产生显示(208)。显示可呈现于显示器上，其中该显示可被系统用户观看。所产生的显示可包含(举例来说)对应于患者内的单一换能器位置的纵向图像和/或横截面图像。在某些系统中，所产生的显示可由血管内成像引擎实时地产生且作为实况图像示出于显示器上。在某些实施例中，所产生的显示可包括由用户触发的患者的血管系统的横截面的单一快照，其中图像和位置信息是在单一时间处针对单一换能器位置捕获的。在某些实施例中，各种所产生的显示为可能的。在某些系统中，用户可选择使用哪种显示模式(例如，实时、快照等)。

基于所接收的命令(例如，步骤(200))和存储器，血管内成像引擎可确定是否将获取更多信息(210)。在某些实施例中，用户可决定是否将获取更多信息。如果是，那么血管内成像引擎可起始换能器在患者内的平移(212)。举例来说，在某些系统中，由用户选择的选定显示模式(例如实时显示或快照显示)可用于确定是否将获取更多信息(210)。在某些实施例中，血管内成像系统包括平移机构。该平移机构可被配置成用于经由电机和/或手动操作进行自动化平移。在某些这类实施例中，成像引擎可与平移机构介接且直接经由电机起始平移(212)。血管内成像系统的某些实施例被配置成用于手动平移换能器。在这类实施例中，血管内成像引擎可提示用户来平移换能器。在已将换能器平移之后，可再次起始成像功能(202)且重复该过程。一旦确定将不再获取额外信息(210)，便可将所产生的显示、图像和/或位置信息保存于存储器中(214)。在某些实施例中，用户可手动地将信息保存到存储器。在各种实施例中，如果完成了利用导管的所有操作，那么可手动地或自动地将该导管从患者抽出(214)。

接收图像信息(204)以及接收位置信息(206)可涉及从位置传感器的可移动元件的任何数目个不同位置接收任何数目组图像和位置信息。在某些实施例中，接收图像信息(204)以及接收位置信息(206)可包含接收对应于位置传感器的可移动元件的第一位置的第一组图像和位置信息以及对应于位置传感器的可移动元件的第二位置的第二组图像和位置信息，使得第一位置与第二位置彼此不同。

在某些实施例中，由于位置传感器的可移动元件的位置与换能器在患者的血管系统中的位置相关，因此所接收的若干组图像和位置信息可对应于换能器的不同位置。在某些实施例中，在针对其而接收图像和位置信息的可移动元件位置中的任一者处，图像与位置信息可如已在共同换能器位置处接收而彼此相关联。每一组图像信息可对应于从患者的血管系统内的独特位置产生的图像信息。这些组位置信息可提供关于独特位置之间的空间关系的细节。此可允许来自多个可移动元件位置的图像与位置信息的组合以及经组合图像的构造。

在某些实施例中，借助执行拉回操作(例如，一直跨越患者的血管中的所关注区域)而从一系列换能器位置接收图像和位置信息。拉回可包括将导管插入到患者的血管系统中且在将换能器穿过患者收回的同时执行成像功能，借此获取对应于多个换能器位置的图像和位置信息。拉回可由电机执行且可由用户经由血管内成像引擎的用户接口起始。可执行预定拉回操作，其中电机以预定方式将换能器拉回。在某些实施例中，用户可手动地控制电机的操作并控制拉回操作。可作为存储于存储器中的成像调度的部分而自动地执行电机控制的拉回。自动化拉回可包含被配置成用于将位置信息从位置传感器提供到血管内成像引擎的反馈元件，且血管内成像引擎可基于位置信息控制电机。在某些配置中，可完全手动地执行拉回，其中在执行成像功能时，用户手动地使换能器在患者内平移。拉回成像操作的执行可产生多组位置和对应图像信息，其中这些组位置信息之间的相对空间关系是已知的。

可将来自多个可移动元件位置(即，换能器位置)的图像与位置信息组合以产生三维体积的图像信息。在针对所接收的每一组位置和图像信息的相对换能器位置已知时，每一组图像信息可以正确序列且以适当空间分离来布置。在某些实施例中，由血管内成像引擎接收的单一组图像数据包括接近换能器的患者的血管系统的横截面图像。单一组位置信息可包含换能器在患者的血管系统内的相对纵向位置。从第二位置接收的第二组图像和位置信息可包括第二横截面图像，以及在拍摄图像时的换能器的相对纵向位置。可由第一组位置信息和第二组位置信息确定第一换能器位置与第二换能器位置之间的相对关系。因此，第一组图像信息和第二组图像信息可表示在相隔已知距离的纵向位置处拍摄的横截面图像。可将横截面沿着纵向轴线组合且适当间隔开以形成两组信息的三维表示。

一般来说，可以这种方式组合任何数目组图像和位置信息(即，独特横截面)以建立换能器的周围环境(例如患者的血管系统)的三维表示。这类表示可称为纵向图像。图7示出如可由血管内成像系统的实施例构造的示例性纵向图像。举例来说，图7示出例如可示出于图1的显示器114上的显示220。再次参照图7，显示220可包含被配置成用于显示对应于特定换能器位置的一组图像信息222的横截面图像224。显示220可包含被配置成用于示出一系列若干组纵向布置的图像信息的纵向图像226，每一组图像信息来自特定换能器108位置且根据相关联位置信息布置。纵向图像226可使得纵向轴线表示换能器在患者的身体中的平移方向。因此，沿着纵向图像226的水平轴线的每一数据点可具有与其相关联的对应横截面图像225。尽管图7示出表示换能器运动的轴线是水平轴线，但将了解，这类特性可替代地描述垂直轴线或任何其他定向，且在某些实施例中可通常为纵向轴线。在某些实施例中，纵向图像226基本上是彼此上下堆叠且根据其相对位置布置的多个横截面图像的侧视图。在某些实施例中，横截面图像中的每一者可包含少量的纵向信息，该纵向信息可用于填充从其接收图像信息的换能器位置之间的间隙。

如图7中所示出的显示220可包含图像数据228。图像数据228可包含关于横截面图像224、纵向226图像226、被成像的患者、其他系统信息等的各种信息片段。在某些实例中，图像数据228可包含患者姓名、患者身份证号、时间和日期、帧号和/或图像信息获取参数(例如成像频率)。在各种实施例中，图像数据228可统一显示于显示220上的单一位置中或可跨越各种位置显示。在图7的实例中，图像数据228位于多个位置中。在某些实施例中，在不断地执行一个或多个成像功能时，显示220可包含实时显示。显示220可包含用于将命令和控制功能提供给用户的用户接口230。

在某些实施例中，图7中所示出的显示220是血管内成像引擎的部分。显示220可包括用于用户输入和操纵的触摸屏。在某些实施例中，用户可关于所产生的显示220执行各种功能。在某些实例中，用户可操纵显示220的亮度和/或对比度、将快照保存到存储器、起始成像功能(例如拉回操作)、终止成像功能等等。在纵向图像226的情况下，在某些实施例中，用户可选择沿着纵向图像226中的纵向轴线的一点，针对该点而显示对应换能器位置的相关联横截面图像224。

再次参照图1，使用血管内成像系统100的方法包含将导管102的远端106(包含换能器108)插入到患者118的血管系统中。用户116可经由血管内成像引擎112的用户接口120起始成像操作，其中换能器108将图像信息提供给血管内成像引擎112。系统100可包含位置传感器，该位置传感器包含参照元件和可移动元件且被配置使得参照元件相对于患者为固定的且可移动元件位置与换能器108的位置相关。因此，血管内成像引擎112可从位置传感器接收位置信息。血管内成像引擎112可基于所接收的位置和图像信息产生显示。

用户116可起始换能器108在患者118内的平移，从而导致血管内成像引擎112接收关于可移动元件126且因此换能器108的多个位置的图像和位置信息。血管内成像引擎112可接收这种信息且将该信息组合成聚合图像(例如图7的纵向图像226)。再次参照图1，用户116可经由血管内成像引擎112操纵或保存显示。在某些实施例中，用户可选择纵向图像的一部分，从该部分显示对应横截面图像。

本发明的各种方面可体现于非暂时性计算机可读媒体中。非暂时性计算机可读媒体可包括可执行指令，这些可执行指令用于致使处理器从位于血管内成像导管102的远端106附近的换能器108接收图像信息以及从位置传感器接收位置信息。位置传感器可包括可移动元件和参照元件且位置信息可包括可移动元件位置，该可移动元件位置表示可移动元件的相对于参照元件且与换能器位置相关的位置。非暂时性计算机可读媒体可进一步含有用以致使处理器基于所接收的图像信息和位置信息产生显示的可执行指令。在某些实施例中，非暂时性计算机可读媒体可体现于血管内成像引擎112中。在某些实施例中，非暂时性计算机可读媒体可包括用于致使处理器执行本文中所论述的任何方法的可执行指令。

应了解，可将关于本发明的特定实施例所描述的部件组合以形成额外实施例。嵌入或编码于计算机可读存储媒体中的指令可致使可编程处理器或其他处理器遵循所规定的指令。计算机可读存储媒体可包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光学媒体或其他计算机可读媒体。

已描述了各种实例。这些和其他实例在以下权利要求书的范围内。

Claims (36)

1.一种血管内系统，该血管内系统包括：

(a)一个血管内成像导管，该血管内成像导管包含一个近端和一个远端以及位于该远端附近的一个换能器位置中的一个换能器；

(b)一个位置传感器，该位置传感器包含一个可移动元件和一个参照元件，该可移动元件具有与该换能器位置相关的一个可移动元件位置，该位置传感器被配置成用于测量相对于该参照元件的一个位置的该可移动元件位置；

(c)一个血管内成像引擎，该血管内成像引擎耦合到该血管内成像导管，该血管内成像引擎被配置成用于从该血管内成像导管接收图像信息且从该位置传感器接收位置信息并基于该图像信息和该位置信息产生一个显示。

2.如权利要求1所述的血管内系统，其中该图像信息和该位置信息包括：

对应于第一可移动元件位置的第一组图像信息和位置信息，以及

对应于不同于该第一可移动元件位置的第二可移动元件位置的第二组图像信息和位置信息。

3.如权利要求1所述的血管内系统，其中该血管内成像导管包括一个IVUS成像导管。

4.如权利要求3所述的血管内系统，其中该显示包括一个纵向图像。

5.如权利要求1所述的血管内系统，该血管内系统进一步包括(d)一个平移机构，该平移机构被配置成用于引起该血管内成像导管的换能器的平移。

6.如权利要求5所述的血管内系统，其中该位置传感器的该可移动元件和该参照元件两者均在该平移机构上。

7.如权利要求5所述的血管内系统，该血管内系统进一步包括(e)一个旋转机构，该旋转机构被配置成与该血管内成像导管的近端介接且使该血管内成像导管旋转，其中该旋转机构被配置成接合该平移机构且通过该平移机构平移。

8.如权利要求5所述的血管内系统，其中该平移机构被机动化以实现自动平移。

9.如权利要求5所述的血管内系统，其中该平移机构包含一个阻尼机构，该阻尼机构被配置成用于促进该血管内成像导管的换能器的平滑平移。

10.如权利要求1所述的血管内系统，其中该血管内成像导管包括第一伸缩部分和第二伸缩部分，该第一伸缩部分和该第二伸缩部分被配置成相对于彼此伸缩以便促进该血管内成像导管的换能器的运动，该位置传感器的可移动元件在该第一伸缩部分上，且该位置传感器的参照元件在该第二伸缩部分上。

11.如权利要求1所述的血管内系统，其中该位置传感器包括一个电位计。

12.如权利要求1所述的血管内系统，其中该位置传感器包括一个编码器。

13.如权利要求1所述的血管内系统，其中该位置传感器的该可移动元件或该参照元件中的一者位于一个参照医疗部件中。

14.如权利要求13所述的血管内系统，其中该参照医疗部件包括一个外科手术垫。

15.一种用于操作一个血管内成像系统的方法，该血管内成像系统包含：(i)一个导管，该导管具有一个近端、一个远端和位于该远端附近的一个换能器；以及(ii)一个位置传感器，该位置传感器包含一个可移动元件和一个参照元件，该方法包括：

(a)基于利用一个患者的血管中的该导管执行的一个成像功能而从该导管接收图像信息；

(b)从该位置传感器接收位置信息，该位置信息包括相对于一个参照元件位置的一个可移动元件位置，该可移动元件位置与该导管的换能器的一个位置相关；以及

(c)基于该图像信息和该位置信息产生一个显示。

16.如权利要求15所述的方法，其中这些接收该图像信息和该位置信息的步骤包括：

接收对应于第一可移动元件位置的第一组图像信息和位置信息，以及

接收对应于不同于该第一可移动元件位置的第二可移动元件位置的第二组图像信息和位置信息。

17.如权利要求15所述的方法，其中该成像功能包括IVUS成像。

18.如权利要求17所述的方法，其中产生该显示包括产生该患者的血管的一个纵向图像。

19.如权利要求15所述的方法，其中该血管内成像系统进一步包含(iii)一个平移机构，该平移机构平移该换能器，且其中该位置传感器的该可移动元件和该参照元件两者均在该平移机构上。

20.如权利要求19所述的方法，其中该平移机构被机动化以实现自动平移。

21.如权利要求19所述的方法，其中该平移机构包含一个阻尼机构，该阻尼机构被配置成用于促进该换能器的平滑平移。

22.如权利要求19所述的方法，其中手动地使该换能器在该患者的血管内平移。

23.如权利要求15所述的方法，其中接收位置信息包括从一个电位计接收信息。

24.如权利要求15所述的方法，其中接收位置信息包括从一个编码器接收信息。

25.如权利要求15所述的方法，其中该血管内成像系统的导管包含第一伸缩部分和第二伸缩部分，该第一伸缩部分和该第二伸缩部分被配置成相对于彼此伸缩以便促进该换能器的运动，且其中该位置传感器的可移动元件在该第一伸缩部分上，且该位置传感器的参照元件在该第二伸缩部分上。

26.如权利要求15所述的方法，其中该血管内成像系统的位置传感器包括一个电位计。

27.如权利要求15所述的方法，其中该血管内成像系统的位置传感器包括一个编码器。

28.如权利要求15所述的方法，其中该位置传感器的该可移动元件或该参照元件中的一者位于一个参照医疗部件中。

29.如权利要求28所述的方法，其中该参照医疗部件是一个外科手术垫。

30.一种非暂时性计算机可读媒体，该非暂时性计算机可读媒体包括用于致使一个可编程处理器进行以下操作的可执行指令：

(a)从一个血管内成像导管的一个换能器接收图像信息，该换能器位于该血管内成像导管的一个远端附近；

(b)从一个位置传感器接收位置信息，该位置传感器包含一个可移动元件和一个参照元件，该位置信息包括相对于一个参照元件位置的一个可移动元件位置，该可移动元件位置与该导管的换能器的一个位置相关；以及

(c)基于该所接收的图像信息和该所接收的位置信息产生一个显示。

31.如权利要求30所述的非暂时性计算机可读媒体，其中产生该显示是基于来自至少两个换能器位置的该所接收的图像信息和该所接收的位置信息。

32.如权利要求31所述的非暂时性计算机可读媒体，其中该显示包括一个纵向图像。

33.如权利要求31所述的非暂时性计算机可读媒体，其中从该血管内成像导管的该换能器接收图像信息包括从一个IVUS导管的一个超声换能器接收图像信息。

34.如权利要求33所述的非暂时性计算机可读媒体，其中该位置传感器定位于具有一个电机的一个平移机构上；且该非暂时性计算机可读媒体进一步包括用于致使该可编程处理器(d)致动该电机以平移该换能器的可执行指令。

35.如权利要求30所述的非暂时性计算机可读媒体，其中接收位置信息包括从一个电位计接收位置信息。

36.如权利要求30所述的非暂时性计算机可读媒体，其中接收位置信息包括从一个编码器接收位置信息。