CN110248585B - 在介入和外科手术中使用的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装置，其包括施加器，所述施加器具有近端、远端和在该近端与该远端之间延伸的内部通道；轴，该轴具有近端、远端和在该近端与该远端之间延伸的内部通道，该轴被配置成可滑动地容纳于该施加器的该内部通道内；导管，该导管被配置成定位于该轴的该内部通道内；导丝，该导丝定位于该导管内；连接器，该连接器被配置成附接至该施加器的该远端，啮合支气管镜并且可相对于该轴旋转；手柄，该手柄附接至该施加器的该近端，该手柄包括触发器，该触发器是可操作的以选择性地锁定或解锁该轴相对于该施加器的滑动运动；和不透辐射的材料，该不透辐射的材料附接至该装置的外部部分并且定位于预定图案中。

Description

在介入和外科手术中使用的装置及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请是国际(PCT)申请，涉及并要求保护2016年10月7日提交的标题为“在外科手术中使用的装置及其使用方法(DEVICE FOR USE IN SURGICAL PROCEDURES ANDMETHODS OF USE THEREOF)”的共有的共同未决美国临时专利申请号62/405,673的权益，该申请的内容通过引用将其全文并入本文。

技术领域

本发明涉及医学成像。更具体地，本发明涉及一种装置，其经配置以附接至支气管镜的远端，以在该装置定位于患者体内时能够进行该装置的导航，并且能够基于显示定位于患者体内的装置的二维医学图像来确定该装置的深度。本发明还涉及使用这种装置的方法。

背景技术

支气管镜是用于获得患者体内(例如，患者肺内)的体腔的图像的医疗装置。为了适当评估使用支气管镜获得的图像，必须了解该支气管镜的三维位置(即，包括该支气管镜在体内的深度)。

发明内容

在实施方案中，配置成附接至支气管镜的装置包括施加器、轴、导管、导丝、连接器、手柄和不透辐射的材料，该施加器具有近端、远端和从该近端延伸至该远端的内部通道，该轴具有近端、远端和从该近端延伸至该远端的内部通道，该轴被配置成可滑动地容纳于该施加器的该内部通道内，该导管被配置成定位于该轴的该内部通道内，该导丝定位于该导管内，该连接器被配置成附接至该施加器的远端、被配置成啮合支气管镜并且被配置成可相对于该轴旋转，该手柄附接至该施加器的近端，该手柄包含触发器，该触发器是可操作的以选择性地锁定或解锁该轴相对于该施加器的滑动运动，该不透辐射的材料附接至该装置的外部部分，该不透辐射的材料定位于预定图案中。

在实施方案中，该图案是不均匀的。在实施方案中，该图案包括具有在第一位置的第一密度和在第二位置的第二密度的不透辐射的材料，该第一密度与第二密度彼此不同。在实施方案中，该不透辐射的材料定位于(a)导管上，(b)导丝上，或(c)导管和导丝二者上。

在实施方案中，该施加器的近端包括鲁尔锁入口(luer lock entrance)。在实施方案中，该连接器包括连接至该施加器近端的鲁尔锁入口的鲁尔锁插头。

在实施方案中，该导丝为柔性、刚性、预先弯曲的和/或配置成待被弯曲的。在实施方案中，该导管包括拉线，其被配置成控制该导丝的曲率。在实施方案中，抓握手柄被配置成相对于该轴旋转。在实施方案中，该装置还包括聚四氟乙烯管，其定位于该轴内并且被配置成引导该导管的移动。

在实施方案中，一种医学成像方法包括提供支气管镜；该方法还包括提供配置成附接至支气管镜的装置，该装置包括施加器、轴、导管、导丝、连接器、手柄和不透辐射的材料，该施加器具有近端、远端和从该近端延伸至该远端的内部通道，该轴具有近端、远端和从该近端延伸至该远端的内部通道，该轴被配置成可滑动地容纳于该施加器的该内部通道内，该导管被配置成定位于该轴的该内部通道内，该导丝定位于该导管内，该连接器被配置成附接至该施加器的远端，被配置成啮合支气管镜并且被配置成可相对于该轴旋转，该手柄附接至该施加器的近端，该手柄包含触发器，该触发器是可操作的，以选择性地锁定或解锁该轴相对于该施加器的滑动运动，该不透辐射的材料附接至该装置的外部部分，该不透辐射的材料定位于预定图案中；该方法还包括将该装置附接至该支气管镜；该方法还包括将该支气管镜置于患者的身体的体腔内；该方法还包括获得患者的身体的至少一部分的至少一个医学图像，该至少一部分包括体腔；并且该方法还包括基于至少该预定图案和该至少一个医学图像确定该装置在体内的深度。

在实施方案中，该医学图像是X射线。

附图说明

图1示出了示例性方法的流程图。

图2A示出了不透辐射的材料沿示例性装置的长度的密度的图。

图2B示出了图2A装置的荧光图像中的灰度强度的图。

图2C示出了图2A装置的荧光图像中的灰度强度的图，其中该装置被部分遮挡。

图2D示出了成像装置的灰度强度与不透辐射的材料的密度之间的关联。

图2E示出了示例性装置的绘制图，其包括如定位于患者肺中且被部分遮挡的不透辐射的材料的图案。

图2F示出了示例性装置上的不透辐射的材料的第一示例性图案的图表。

图2G示出了示例性装置的绘制图，其包括如定位于患者肺中且被部分遮挡的不透辐射的材料的图案，该装置具有如图2A中所示密度的不透辐射的材料。

图2H示出了沿示例性装置的长度具有不同尺寸和不同间隔的不透辐射的材料的示例性环。

图2I示出了示例性装置上不透辐射的材料的第二示例性图案的图表。

图3A示出了包括施加器(applicator)、导管和导丝的示例性装置，该装置被分解示出。

图3B示出了位于延伸位置的图3A的施加器。

图3C示出了位于收缩位置的图3A的施加器。

图4A示出了图3A的装置，该装置被组装示出。

图4B示出了图4A的装置，该装置以导丝延伸的方式示出。

图5示出了图3A中所示的施加器的分解视图。

图6A示出了图3A的施加器，该施加器的触发器以解锁位置示出。

图6B示出了图3A的施加器，该施加器的触发器以锁定位置示出。

图7A示出了图6A中所示施加器的部分截面图。

图7B示出了图6B中所示施加器的部分截面图。

图8A示出了图3A的施加器的一部分，该施加器是从与图3A中所示相反的方向查看。

图8B示出了图3A的施加器的部分截面图。

图9A示出了图4A的示例性组装装置，该装置的施加器以延伸位置且靠近脱离的连接器部分的方式示出。

图9B示出了图4A的示例性组装装置，该轴的远端部分以靠近可移除连接器部分的方式示出。

图10示出了图3A的示例性施加器的示例性轴的分解视图。

图11A示出了图3A的示例性施加器的示例性丝线抽取按钮的截面图。

图11B示出了图11A的示例性丝线抽取按钮的分解视图。

图12示出了图3A的示例性施加器的护套鲁尔锁(sheath luer lock)入口。

图13A示出了示例性鲁尔锁插头，其被配置成啮合图3A的施加器的示例性连接器。

图13B示出了图13A的示例性鲁尔锁插头，其啮合图3A的施加器的示例性连接器。

具体实施方式

将参考附图进一步解释本发明，其中在若干个视图中相同结构用相同编号表示。所示附图不一定是按比例绘制的，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。此外，可放大一些特征以显示特定组件的细节。

这些附图构成本说明书的一部分，它们包括本发明的说明性实施方案并且说明了本发明的各个目标和特征。此外，这些附图不一定是按比例绘制的，可放大一些特征以显示特定组件的细节。另外，这些附图中显示的任何测量结果、规格等旨在是说明性的，而非限制性的。因此，不应将本文所公开的具体结构和功能细节视为限制性的，而仅视为用于教授本领域技术人员不同地利用本发明的代表性基础。

在已公开的那些益处和改进中，本发明的其他目标和优点将通过结合附图从以下说明中变得显而易见。本文中公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅是本发明的说明，本发明可以以多种形式体现。另外，结合本发明的各个实施方案给出的每一个实施例旨在是说明性的，而非限制性的。

在整个说明书和权利要求书中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语采用与本文明确相关的含义。如本文所用的词组“在一个实施方案中”和“在一些实施方案中”不一定指一个或多个相同实施方案，但其可以指一个或多个相同实施方案。此外，如本文所用的词组“在另一实施方案中”和“在一些其他实施方案中”不一定指不同实施方案，但其可以指不同实施方案。因此，如下文所述，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本发明的各个实施方案可方便地组合。

除非上下文另有明确规定，否则术语“基于”并非排他性的，并且允许基于未描述的其他因素。另外，在整个说明书中，“一个”、“一种”和“所述”的含义包括复数指代物。“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

如本文所用，术语“不透辐射的”是指一种材料，其特征在于，电磁辐射(包括但不限于X射线)不能穿过这种材料。

在一些实施方案中，本发明是一种装置，其包含：

施加器；

轴；

导管；

导丝；

连接器；

手柄；

触发器；

鲁尔锁插头；和

不透辐射的材料；

其中该施加器具有从该施加器近端至远端的内开放通道，

其中该施加器的内开放通道具有足够尺寸以容纳该轴；

其中该轴具有足够尺寸以容纳该导管和该导丝，

其中该导管和该导丝被配置成具有抽取按钮，该抽取按钮允许该导丝从该导管伸出，

其中该导管和该导丝被配置成具有预先弯曲的远尖端，

其中该导管近端被配置成具有鲁尔锁入口，

其中该导丝被配置成连接或脱离该导管，

其中该轴被配置成允许在该施加器内部和外部移位，

其中该轴远端被配置成允许该轴旋转，

其中该轴远端被配置成连接或脱离该连接器，

其中该施加器的远端附接至该连接器，

其中该连接器被配置成附接至支气管镜，

其中该连接器被配置成连接或脱离该支气管镜，

其中该连接器被配置成包括鲁尔锁插头，

其中该施加器的近端附接至该手柄，

其中该手柄包含开关，该开关被配置成锁定和解锁该手柄，

其中该手柄被配置成从打开位置旋转至关闭位置，

其中该轴被配置成与该手柄一起旋转，并且

其中该不透辐射的材料附接至该装置的外部部分。

在一些实施方案中，该不透辐射的材料以某种图案分散。

在一些实施方案中，该图案是不均匀的。

在一些实施方案中，该分散图案在该装置的外部部分上包含不透辐射的材料的多个沉积密度。

在一些实施方案中，这些沉积密度的第一沉积密度与这些沉积密度的第二沉积密度不同。

在一些实施方案中，该图案包含至少一个形状。

在一些实施方案中，该至少一个形状可以是环。

在一些实施方案中，该环可以是完整的环。

在一些实施方案中，该环可以使间断环。

在一些实施方案中，该图案处于关于该施加器的纵向构造。

在一些实施方案中，该抓握手柄相对于该轴自由旋转。在一些实施方案中，该抓握手柄相对于该轴的旋转受限。在一些实施方案中，该抓握手柄选择性地相对于该轴自由旋转或相对于该轴的旋转受限。在一些实施方案中，该抓握手柄相对于该轴的选择性自由旋转或限制旋转与该轴的纵向运动的限制无关。

在一些实施方案中，该导丝是弯曲的。

在一些实施方案中，该导管是弯曲的。

在一些实施方案中，该导管具有拉线，其允许操纵该导管的远端的曲率。

在一些实施方案中，该轴包括允许控制该手柄旋转的机构。

在一些实施方案中，该装置包括锁定机构，该锁定机构被配置成选择性地锁定或解锁该导管沿该装置纵轴的移动，同时允许该导管绕该纵轴旋转。

在一些实施方案中，该轴包括凹槽，该凹槽允许该导管沿该轴的侧面插入。

在一些实施方案中，该装置包括位于该轴内部的聚四氟乙烯管，以保持导管并引导该轴外部的导管。

在一些实施方案中，可根据需要从该导管抽取该导丝，以控制该装置的远尖端的有效曲率。在一些实施方案中，该装置包括操纵器，该操纵器被配置成控制该导丝的运动。

在一些实施方案中，该导丝可从该导管脱离。

在一些实施方案中，该导管可从该手柄脱离。

在一些实施方案中，该手柄被配置成在不需要首先从该装置抽取该导管和/或该导丝的情况下从该连接器脱离。

在一些实施方案中，该连接器被配置成在不需要首先从该装置抽取该导管和/或该导丝的情况下允许该装置从支气管镜脱离。

在一些实施方案中，该连接器包括鲁尔锁插头，该鲁尔锁插头被配置成定位于该连接器中，以允许滑动尖端或鲁尔锁注射器的连接。

在一些实施方案中，该导管包括鲁尔锁入口，该鲁尔锁入口被配置成定位于该导管中，以允许滑动尖端或鲁尔锁注射器(syringe)的连接。

在一些实施方案中，该导管可在没有该导丝的情况下使用。

在一些实施方案中，该手柄具有配置成提供数据存储和用于非接触式通信的组件。在一些实施方案中，该装置存储可以以非接触方式(例如，通过射频识别或近场通信技术)读取的独特标识符。在一些实施方案中，该手柄包括电子装置，该电子装置具有通用计算、数据存储和无线通信能力。在一些实施方案中，独特标识符存储于该手柄中。在一些实施方案中，该手柄独特标识符包括可通过条形码读取器读取的独特条形码。在一些实施方案中，该条形码被印在手柄上。在一些实施方案中，该条形码被印在手柄包装上。在一些实施方案中，该条形码被包含在产品标签中。

在一些实施方案中，不透辐射的材料包括但不限于包括钡、碘或其任何组合的材料。在一些实施方案中，两种或更多种不透辐射的材料相互结合使用。

图3A示出了示例性装置1的元件。在一些实施方案中，装置1包括施加器10、导管11和导丝12。在一些实施方案中，施加器10包括抓握手柄13，其允许使用者将抓握手柄13从关闭(收缩)位置拉动、推动或旋转至打开(延伸)位置。在一些实施方案中，施加器10包括施加器轴16，该施加器轴允许抓握手柄13沿施加器轴16(即，沿纵轴)滑动，同时避免施加器轴16与抓握手柄13之间的相对旋转。在一些实施方案中，施加器轴16包括被配置成容纳导管11的内部通路。因此，在一些实施方案中，抓握手柄13的旋转引起施加器轴16与其一起旋转。在一些实施方案中，抓握手柄13相对于轴16的旋转可被选择性地锁定或解锁，使得在解锁时抓握手柄13可相对于轴16自由旋转。在一些实施方案中，施加器10包括连接器元件15，其使得施加器10能连接至任何商业上使用的支气管镜。在一些实施方案中，连接器元件15包括永久连接至轴16的连接器部分40。在一些实施方案中，连接器部分40被配置成将装置1连接至商业上使用的支气管镜。在一些实施方案中，通过在一个方向上手动旋转旋轴环(swivel ring)43，以使旋轴环43朝向连接器联轴节(connector coupling)44移动并按压该连接器联轴节来抵靠在支气管镜上，从而将连接器部分40连接至支气管镜。在一些实施方案中，为使装置1从该支气管镜脱离，在另一方向上手动旋转旋轴环43，由此使旋轴环43远离连接器联轴节44移动，并通过该支气管镜上的连接器联轴节44释放压力。

在一些实施方案中，连接器元件15包括可从轴16脱离的连接器部分41，以及可从轴16脱离的连接器部分42。在一些实施方案中，连接器部分41和连接器部分42可通过位于轴16的远端32的卡扣45连接至轴16。在一些实施方案中，连接器部分41可通过在支气管镜的入口端口上滑动连接器部分41而连接至市售支气管镜。在一些实施方案中，连接器部分41包括连接器滑块(connector slider)47，该连接器滑块被配置成在该支气管镜的入口端口上滑动，并由此将连接器部分41锁定至该支气管镜。在一些实施方案中，连接器部分41包括释放按钮48，该释放按钮是可操作的以从该支气管镜释放连接器部分41。在一些实施方案中，连接器部分42包括连接器卡环(connector clasp)46。在一些实施方案中，连接器部分42可通过使连接器卡环46关闭以抵靠在该支气管镜的入口端口而连接至市售支气管镜。在一些实施方案中，连接器部分42可通过打开连接器卡环46而从市售支气管镜移除。在一些实施方案中，连接器部分41和连接器部分42可在不存在施加器10的情况下连接至支气管镜。

在一些实施方案中，抓握手柄13包括触发器14，该触发器被配置成将抓握手柄13锁定在沿其打开和关闭位置之间的其行程(例如，沿施加器轴16)的任何位置。在一些实施方案中，轴16的远端被配置成用作旋轴，从而允许轴16和抓握手柄13沿纵轴相对于连接器元件15旋转至任何所需角度。

图3B示出了位于其打开(延伸)位置的图3A的装置1。连接器元件15从抓握手柄13向远端延伸。图3C示出了位于其关闭(收缩)位置的图3B的装置1。连接器元件15位于最靠近抓握手柄13的位置。图4A示出了图3A的装置1，其经配置使得导管11和导丝12都连接至抓握手柄13。图4B示出了图4A的装置1，但其导丝12被延伸。在一些实施方案中，装置1包括导丝抽取按钮33，其被配置成允许导丝12延伸。在一些实施方案中，如图4B中所示，导丝12是柔性的并且可根据需要来定位。

图5示出了施加器10的分解视图。抓握手柄13分为两个侧面部分13A和13B。螺钉28被配置成将两个侧面部分13A和13B相互连接。施加器10包括触发器14、杆17、铰链19和弹簧27，它们将在下文中参考图6A和图6B而被详细描述。施加器10还包括被配置成容纳导管11的入口管21。

图6A示出了装置1，其中触发器14位于其解锁位置，其中允许轴16相对于抓握手柄13移动。图6B示出了装置10，其中触发器14位于其锁定位置，其中允许轴16相对于抓握手柄10移动。图7A示出了装置1的截面图，其中触发器14位于其解锁位置。图7B示出了装置10的截面图，其中触发器14位于其锁定位置。装置1包括与铰链19可枢转地啮合的锁定杆17。轴16具有开槽部分20。触发器14具有成角表面18，该成角表面被配置成在触发器14位于其锁定位置时啮合锁定杆17，并且在触发器14位于其解锁位置时脱离锁定杆17。在触发器14的成角表面18啮合锁定杆17(例如，如图7B中所示)时，锁定杆17绕铰链(hinge)19枢转至某个位置，使得锁定杆17啮合轴16的开槽部分20，由此阻止轴16相对于抓握手柄13轴向运动。相反，在触发器14的成角表面18脱离锁定杆17(例如，如图7A中所示)时，锁定杆绕铰链19枢转至某个位置，使得锁定杆17不啮合轴16的开槽部分20，由此允许轴16相对于抓握手柄13轴向移动。

图8A示出了在面向抓握手柄13的远端的方向上抓握手柄13的透视图。抓握手柄13包括入口端口22，该入口端口允许将导管11插入施加器10中。图8B示出了抓握手柄13的一部分的截面图。抓握手柄13包括入口管21，该入口管从入口端口22延伸至轴16的内部通路，并且被配置成允许导管11穿过。

图9A和图9B示出了沿轴16的开口24，该开口允许入口管21从其延伸位置(即，如图3B中所示)滑动至其关闭位置(即，如图3C中所示)。在一些实施方案中，为了防止导管11和导丝12由于连接至装置1的支气管镜中的摩擦而屈曲和从轴16伸出，将聚四氟乙烯(“PTFE”，如由DuPont以商品名TEFLON出售的材料)管23定位于轴16内部以用作柔性屏障。在一些实施方案中，将PTFE管23定位于轴16周围而不是轴16内部。在一些实施方案中，不使用PTFE管23，而是使用可耐受屈曲力的弹簧、可伸缩材料或其他柔性材料。图9A示出了位于延伸位置的PTFE管23。图9B示出了位于压缩位置的PTFE管23。在一些实施方案中，PTFE管23在PTFE管23的远端连接至连接器元件15，并且在PTFE管23的近端连接至入口管21。如图9B中所示，在连接器元件15靠近抓握手柄13定位时，PTFE管23被压缩。

图10示出了轴16的分解视图。在一些实施方案中，轴16包括旋轴机构。在一些实施方案中，PTFE管23定位于轴16内以用作柔性屏障。在一些实施方案中，轴远端32可相对于轴16自由旋转。在一些实施方案中，该旋轴结构还包括两个垫圈29和30以及两个o形环31，其提供对旋转的控制。在一些实施方案中，轴远端32被配置成附接至连接器15。

图11A和图11B分别示出了丝线抽取按钮33的截面图和分解视图。在一些实施方案中，导丝抽取按钮33按压抵靠在弹簧35上，该弹簧使导丝抽取按钮33偏移至某个位置，在该位置中导丝抽取按钮33限制导丝12的移动。在一些实施方案中，丝线抽取按钮33可移除地耦合至护套鲁尔锁入口34，该护套鲁尔锁入口被配置成允许连接至注射器。在一些实施方案中，可移除丝线抽取按钮33以暴露护套鲁尔锁入口34。图12示出了施加器10的近端部分，其中暴露了护套鲁尔锁入口34。

图13A示出了鲁尔锁插头36，其可连接至连接器部分41或连接器部分42以允许注射器连接至连接器15。图13B示出了连接至连接器15的鲁尔锁插头36。

在一些实施方案中，本发明涉及装置上不透辐射的图案，其中不透辐射的图案可由使用者(例如，医生等)可视化并用于例如通过将该装置各部分与所观察到的不透辐射的材料的密度相关联，来鉴定在x射线图像上可见的该装置的具体部分。在一些实施方案中，该不透辐射的材料定位于装置1的导管11上。在一些实施方案中，该不透辐射的材料定位于装置1的导丝12上。在一些实施方案中，该不透辐射的材料定位于装置1的导管11和导丝12二者上，它们在装置1上合作产生不透辐射的材料的组合“有效”图案。

在一些实施方案中，本发明的装置1具有定位于图案中的不透辐射的材料，该图案可被观察到(例如，但不限于使用该装置的X射线图像)，其中该图案已通过沿该装置施加可变量的不透辐射的材料制造。在一些实施方案中，尽管被图像上的其他不透辐射的物体部分遮挡，但沿该装置的不透辐射的材料密度的函数(function)与x射线图像中的灰度强度的函数之间的相关性允许在荧光图像上检测到该装置的具体部分。在一些实施方案中，该装置中不透辐射的材料的较高密度导致通过X射线图像可视化的较低灰度强度，反之亦然。图2A示出了沿装置的实施方案的长度的不透辐射的材料密度(Y轴)的图，所述材料密度(Y轴)针对该装置的长度(X轴)所绘制。图2B示出了装置的一维灰度水平(Y轴)，其中材料密度如图2A中所示，如通过荧光镜沿该装置的长度(X轴)所成像。图2A和图2B共同示出了不透辐射的材料的密度与灰度图像函数相关联。

图2C示出了从支气管镜伸出的部分装置的一维灰度水平(Y轴)(与示出了该装置的完整图像的图2B相比)，其通过荧光镜沿该装置的长度(X轴)成像。沿X轴的位置x2与x3之间的零值说明了在此间隔中阻断X射线辐射的遮挡。图2D示出了在部分成像的装置(即，如图2C中所示)与该不透辐射的材料的密度(即，如图2A中所示)之间的相关函数的绝对值。图2D中的峰位置可用于计算图2C中的像素与图2A中的三维模型坐标之间的转换。图2E示出了X射线图像的图示，其显示如定位于患者胸内的支气管镜241和具有不透辐射的材料的装置242(例如，装置1)。在位置243，装置242被ECG贴片遮挡。

在一些实施方案中，该不透辐射的材料沿装置1以某个图案布置。在一些实施方案中，该图案包括在该装置周围延伸的不同尺寸的环。在一些实施方案中，该图案包括沿该装置不规则间隔的环。图2F示出了表格，其显示由不透辐射的材料的环组成的第一图案，这些环以不同间隔彼此定位并且具有不同长度。图2I示出了表格，其显示由不透辐射的材料的环组成的第二图案，这些环以不同间隔彼此定位并且具有不同长度。本领域技术人员将明了，图2F和图2I所示的具体图案仅是示例性的，并且可能存在其他图案。

图2G示出了X射线图像的图示，其显示支气管镜261和具有如图2A中所示图案化的不透辐射的材料的装置262(例如，装置1)。图2H示出了含有可变尺寸的环的不透辐射的材料的图案，这些环沿装置(例如，装置1)的外部部分以变化间隔置于多个位置。

在非限制性实施例中，当不透辐射的材料的图案的一部分可见时，使用者可计算成像图案与密度函数之间的一维转换(例如，相关性)。该装置的辐射不透明度与灰度水平之间的关系可用于此目的。在另一非限制性实施例中，使用者可使用模板匹配方法，该方法搜索该图像中装置的可见区段的灰度水平与该装置的不透辐射的密度分布之间的最高相关性。这种方法对装置后方或上方的物体关于从X射线管至图像增强器的投射方向造成的遮挡和噪音是稳健的。在一些实施方案中，图2D示出了如图2C中所示装置的部分图像与如图2A中所示装置的不透辐射的材料密度的图案之间的示例性相关函数。例如，图2A中在点x0的密度函数与图2C中在点x1的像素灰度水平之间的转换对应于图2D中所示相关函数中在点x4的峰位置。因此，虽然图2C所示的装置部分可见并且在点x2与x3之间的区域中被部分遮挡，但可以在该图像上进行装置定位(localization)并将如图2D所示的可见装置的每一像素与如图2A所示的装置的已知模型相关联。

在一些实施方案中，独特的不透辐射的图案是通过将可变尺寸的不透辐射的环在沿该装置的经度方向轴的具体位置处附接至该装置来制造，如图2H所示。独特的不透辐射的图案帮助使用者估算成像装置的像素与预先设计的用于制造的装置模型之间的变换函数。这个变换函数可通过寻找满足装置上的不同标记物尺寸和位置施加的约束的函数来估算。对x射线图像上的若干标记物的遮挡稳健的这种设计的非限制性实施例提供于图2F中。

在一些实施方案中，可分析通过定位于患者体内的装置1(即，其包括不透辐射的材料)获得的患者身体的至少一部分的医学图像(例如，X射线图像)，以基于对该不透辐射的材料的定位的了解来确定装置1在体内的深度。在一些实施方案中，本发明涉及在这种情形中恢复三维深度信息的方法，其中由于作为输入的二维图像(如X射线图像或视频影像序列)的遮挡和噪音，一些标记物可能无法借助于例如图2A中所示的装置上的独特图案而被检测到。该输入图像或视频图像序列的遮挡和噪音可能是由于医疗装置、高密度组织(如肋骨)、患者起搏器(patient pace maker)、ECG电缆等的遮挡导致的，如图2E所示。

图1示出了用于确定示例性装置(例如，图3A的装置1)的深度的方法的流程图。该方法接收该不透辐射的材料沿该装置的密度模型(101)(例如，图2A中显示的信息)和显示定位于患者体内的装置的荧光图像数据(102)作为输入。该模型与该图像像素之间的变换函数(104)使用模板匹配方法(103)来计算。在一些实施方案中，参考图2A至图2D、如上文所述来执行该模板匹配方法。该变换函数(transformation function)用于深度信息恢复(105)。

在一些实施方案中，该装置的深度可由单一图像基于对具体不透辐射的图案的物理尺寸的先备知识来计算。例如，给出在手术中图像中鉴定和定位的两点之间的已知物理距离，可确定这两点之间的相对深度。在一些实施方案中，用于确定相对深度的这种技术如国际专利申请公开号WO/2015/101948中所述来实施，其内容通过引用以其全文并入本文。更特定地，在一些实施方案中，具有已知长度“L3”并且定位于患者体内的三维空间中的装置(例如，装置1)或其一部分(例如，图2H中显示的两个条纹之间的部分)投射至成像平面中以产生包括这种装置的投射图像。在该二维成像平面中所观察到(即，所投射的)的相同装置(或装置部分)的长度为“L2”。如国际专利申请公开号WO/2015/101948的图12中所示，该装置(或装置部分)在空间中的角α可通过解析方程L2＝L3cosα来确定。随后可通过计算D＝L3sinα来确定两端之间的相对深度D。

在一些实施方案中，该装置的深度可使用国际专利申请公开号WO/2017/153839中所述的方法来计算，其内容通过引用以其全文并入本文。在一些实施方案中，这种确定根据以下方法来进行。在一些实施方案中，该装置是通过手术中装置来成像并投射至成像平面。在一些实施方案中，将该装置上两个不透辐射的区域“F”与“G”(例如，图2H中所示两个条纹)之间的预定距离“m”视为输入。在一些实施方案中，点“F”来自两个可能的3D位置A和B的投射，这两个位置具有彼此不同的深度。在一些实施方案中，点“G”来自两个可能的深度位置C和D的投射，这两个位置具有彼此不同的深度，并且其中C对应于A，而D对应于B。在一些实施方案中，测量了背投射位置对(back-projected location pair)AC与BD之间的3D距离。在一些实施方案中，将AC与BD的3D距离与距离“m”相比较，并且基于最佳拟合来选择点A和C或点B和D。在一些实施方案中，该深度是对应于所选位置对的深度。

在一些实施方案中，深度恢复可使用已知患者解剖学与姿态估计方法的组合来进行。在一些实施方案中，可将对独特的不透辐射的图案的了解与对患者解剖学支气管树的了解(例如，如从手术前图像提取)以及对成像装置相对于患者的当前姿态的了解(例如，允许将来自手术前图像的3D信息投射至从该成像装置获取的当前图像的视点)组合。由于仪器位于离散解剖学空间内，可使用当前姿态估计信息来限定可能的解决方案。此外，仪器位置与支气管树上的可能的解剖学位置之间的匹配可通过解决关于以下参数的优化问题来恢复：工具的解剖学位置的假设、姿态估计和可能的3d解剖学变化。在一些实施方案中，这种方法更详细地描述于国际专利申请公开号WO2015/101948中。

在一些实施方案中，深度估计可通过以下方式从两个或更多个图像的序列来进行：(a)例如通过根据视觉相似性进行跟踪或匹配来寻找视图之间的对应点；(b)使用例如夹具、人类解剖学或任何其他姿态估计算法(例如，国际专利申请公开号WO/2017/153839中所述的那些算法)寻找姿态相对差异；以及(c)使用本领域中已知的方法(例如，三角剖分、基于立体对应点的技术、非立体对应轮廓法、表面绘制技术等)重构来自多个具有已知姿态的图像的匹配点的三维信息。

在一些实施方案中，与典型方法相比，该装置提供在体腔(例如但不限于，支气管气道)内增加的可操作性。在一些实施方案中，该装置如在图3A至图13B中所示的非限制性实施例中所见。在一些实施方案中，示例性装置允许在用一只手操纵时增加准确性，并且支持来自另一只手的标准诊断和治疗装置的入口。在一些实施方案中，该导丝是预先弯曲的。在一些实施方案中，该导管是预先弯曲的。在一些实施方案中，该导丝和该导管都是预先弯曲的。在一些实施方案中，该导丝是直的。在一些实施方案中，该导管是直的。在一些实施方案中，该导丝和该导管都是直的。在一些实施方案中，该导丝被配置成根据需要弯曲。在一些实施方案中，该导管被配置成根据需要弯曲。在一些实施方案中，该导丝和该导管都被配置成根据需要弯曲。在一些实施方案中，该导丝被配置成伸出而超过该导管尖端，同时为该装置增加额外的弯曲。这个特征允许在肺内操纵期间增加装置可操作性。

在一些实施方案中，包括不透辐射的材料的装置包括内窥镜、支气管内工具和/或机器臂。

虽然已描述了本发明的多个实施方案，但应理解，这些实施方案仅是说明性的而非限制性的，并且许多修改对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。此外，各个步骤可以任何所需顺序实施(并且可增加任何所需步骤和/或可取消任何所需步骤)。

Claims (12)

1.一种配置成附接至支气管镜的装置，所述装置包括：

施加器，其具有近端、远端和从所述近端延伸至所述远端的内部通道；

轴，其具有近端、远端和从所述近端延伸至所述远端的内部通道，所述轴被配置成能够滑动地容纳于所述施加器的所述内部通道内；

导管，其被配置成定位于所述轴的所述内部通道内；

导丝，其定位于所述导管内；

连接器，其被配置成附接至所述施加器的所述远端，被配置成啮合支气管镜，并且被配置成相对于所述轴能够旋转；

手柄，其附接至所述施加器的所述近端，所述手柄包含触发器，所述触发器能够操作成选择性地锁定或解锁所述轴相对于所述施加器的滑动运动；和

不透辐射的材料，其附接至所述装置的外部部分，所述不透辐射的材料定位于预定图案中。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述图案是不均匀的。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述图案包括所述不透辐射的材料，所述不透辐射的材料具有在第一位置的第一密度和在第二位置的第二密度，所述第一密度和所述第二密度彼此不同。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述不透辐射的材料定位于(a)所述导管上、(b)所述导丝上、或(c)所述导管和所述导丝二者上。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述施加器的所述近端包括鲁尔锁入口。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述连接器包括鲁尔锁插头，所述鲁尔锁插头连接至所述施加器的所述近端的所述鲁尔锁入口。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述导丝是柔性、刚性、预先弯曲的和/或配置成待被弯曲的。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述导管包括拉线，所述拉线被配置成控制所述导丝的曲率。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述抓握手柄被配置成相对于所述轴旋转。

10.如权利要求1所述的装置，其进一步包含聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管定位于所述轴内并且被配置成引导所述导管的移动。

11.在支气管镜被置于患者的身体的体腔内后，其中根据权利要求1-10所述的装置被附接至所述支气管镜，一种用于确定所述装置在所述身体内的深度的方法，包括：

获得所述患者的所述身体的至少一部分的至少一个医学图像，所述至少一部分包括所述体腔；和

基于至少所述预定图案和所述至少一个医学图像确定所述装置在所述身体内的所述深度。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述医学图像是X射线图像。

Images