CN112996445A - 用于管腔内超声成像的速度确定以及相关联的设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种管腔内超声成像系统，包括处理器电路，所述处理器电路与管腔内超声成像导管通信，并且被配置为接收当所述管腔内超声成像导管被移动通过患者的身体管腔时通过所述管腔内超声成像导管获得的多幅管腔内超声图像。所述处理器电路还被配置为基于所述多幅图像与图像之间的已知时间间隔来确定所述成像导管的纵向平移速度，并且显示基于所述纵向平移速度的速度指示符。

Description

用于管腔内超声成像的速度确定以及相关联的设备、系统和 方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月26日提交的美国临时专利申请US 62/751185的权益，通过引用将其整体并入本文。
技术领域
本文中描述的主题涉及用于医学成像的系统。具体地，所公开的系统提供了便于外周血管内超声或IVUS图像在拉回流程期间的采集和显示的速度指示符。该系统具有用于血管疾病的诊断和处置的具体的但非排他的实用性。
背景技术
外周血管流程(诸如外周静脉(下腔静脉–IVC、髂、股静脉)中的血管形成术和支架置入、IVC过滤器取回、EVAR和FEVAR(并且在腹部特征上的类似物)斑块切除和血栓切除是其中使用IVUS的程序。不同的疾病或医学程序产生针对成像传感器具有不同尺寸、结构、密度、含水量和可达性的物理特征。例如，深静脉血栓形成(DVT)产生血细胞的凝块，而血栓后综合征(PTS)产生脉管中的具有与脉管壁本身类似的成分的网状物或其他残留结构影响，并且因此难以与脉管壁区分开。支架是可以被放置在脉管或管腔中以保持脉管或管腔打开到特定直径的致密(例如，金属)对象。当在脉管或管腔外的解剖结构冲击脉管或管腔从而使它收缩时发生挤压。
在一些情况下，管腔内成像利用包括一个或多个超声换能器的IVUS设备来执行。IVUS设备可以被传送脉管并且被引导到要被成像的区域。换能器发射超声能量，并且接收从脉管反射的超声回波。超声回波被处理以创建感兴趣脉管的图像。感兴趣脉管的图像可以包括脉管中的一个或多个病变或阻塞。支架可以被放置在脉管内以处置这些阻塞，并且管腔内成像可以被执行以观察支架在脉管内的放置。其他类型的处置包括血栓切除、消融、血管形成术、药物等。
在典型的管腔内成像流程(例如，IVUS拉回)期间，管腔内成像探头(例如，用于外周血管介入的IVUS导管，诸如Philips Volcano：PV0.014，PV0.018，PV0.035)被临床医师手动地拉动或推动。导管能够被附接到拉回设备或滑动件，其以预定的速度移动导管。然而，许多医师不喜欢拉回设备，因为这需要必须附接导管的额外步骤，并且因此许多人发现更容易手动地移动导管。特别地，在相控阵列设备的情况下，根本不需要连接到拉回设备(因此医师甚至更喜欢手动地移动导管)，而旋转IVUS设备需要被连接到拉回设备，拉回设备也旋转驱动线缆以便进行成像。因此，对于许多应用，拉回速度的稳定性取决于医师的对系统的经验，并且必须小心以符合高分辨率、高细节、低失真、低噪声图像的速度(即，纵向平移速度)移动探头。太快或太慢的拉回速度可能使图像质量退化或失真，并且即使短暂的暂停或方向反转也能够导致令人困惑的数据。更不专业的用户因此捕获一致的高质量图像有困难。
被包括在说明书的背景章节中的信息(包括本文中应用的任何参考和其任何描述或讨论)出于技术参考目的而被包括，并不被认为是通过其界定本公开的范围的主题。
发明内容
公开了一种用于在需要一致探头移动速度的IVUS拉回或其他管腔内流程期间计算、显示和维持血管内成像探头的速度的系统。例如，本公开描述了用于在IVUS血管内流程期间确定血管内探头的移动速度的系统、设备和方法。根据本公开的至少一个实施例，提供了一种用于基于IVUS图像本身的内容来确定拉回速度并且关于期望的速度范围将速度作为导航信息显示给临床医师的系统。这在其中目标范围内的一致探头速度(例如，拉回速度)是期望的手动控制的血管内流程期间是特别有用的。使用IVUS图像本身确定拉回速度不同于通过在外部捕获的图像(例如，荧光透视图像)中跟踪导管的位置来确定速度，并且在许多情况下，需要更少的步骤和更少的装备。该系统在下文中被称为拉回速度管理系统。
本文中公开的拉回速度管理系统具有用于管腔内超声成像流程的具体的但非排他的实用性。所述拉回速度管理系统包括管腔内超声成像系统，包括：处理器电路，其被配置为与管腔内超声成像导管通信，其中，所述处理器电路被配置为：接收当所述管腔内超声成像导管被移动通过患者的身体管腔时通过所述管腔内超声成像导管获得的多个管腔内超声图像；基于所述多个管腔内超声图像和多个管腔内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述管腔内超声成像导管的纵向平移速度；并且向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、装置和被记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，均被配置为执行所述方法的动作。一个或多个计算机的系统能够被配置为借助于具有被安装在所系统上的在操作时引起所述系统执行动作的软件、固件、硬件或其组合来执行具体的操作或动作。一个或多个计算机程序能够被配置为借助于包括当被数据处理装置执行时引起所述装置执行动作的指令来执行具体的操作或动作。
实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。所述系统其中所述处理器电路被配置为：基于当所述管腔内超声成像导管被移动通过所述身体管腔时获得的另外的管腔内超声图像更新所述纵向平移速度；并且动态地修改所述屏幕显示中的所述速度指示符，使得所述速度指示符指示基于所述另外的管腔内超声图像的所述纵向平移速度。所述系统其中所述处理器电路还被配置为经由所述屏幕显示输出所述多个管腔内超声图像中的管腔内超声图像，其中，所述管腔内超声图像邻近所述速度指示符。所述系统其中确定所述纵向平移速度包括：识别所述多个管腔内超声图像中的一个或多个中的解剖特征或标志；并且确定所述解剖特征或标志在所述多个管腔内超声图像中的所述一个或多个内的变化。所述系统其中所述处理器电路被配置为在不在管腔外图像中跟踪所述管腔内超声成像导管的位置的情况下确定所述纵向平移速度。所述系统其中所述速度指示符包括：表示纵向平移速度的范围的形状；以及被定位在所述形状内并且表示所确定的纵向平移速度的标记。所述系统其中所述速度指示符包括：识别针对所述纵向平移速度的理想范围内的所述形状的区域，其中，所述区域从表示最小理想平移速度的第一部分延伸到表示最大理想平移速度的相对的第二部分。所述系统其中所述处理器电路被配置为：进行以下中的至少一项：基于所述纵向平移速度来确定所述身体管腔的长度估计；或基于所述纵向平移速度和所述多个管腔内超声图像中的所述身体管腔的面积来确定所述身体管腔的体积估计；并且经由所述屏幕显示输出所述长度估计或所述体积估计中的至少一个。所述系统其中所述屏幕显示还包括所述身体管腔的程式化图形(stylized diagram)。所述系统其中所述屏幕显示还包括所述管腔内超声成像导管在所述程式化图形内的位置。所述系统其中所述屏幕显示还包括指示所述管腔内超声成像导管的过去位置的轨迹。所述系统其中所述轨迹在所述屏幕显示中被颜色编码以指示所述管腔内超声成像导管的过去纵向平移速度。所述系统还包括：所述管腔内超声成像导管。所描述的技术的实施方式可以包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的计算机软件。
一个总体方面包括一种管腔内超声成像方法，包括：在与管腔内超声成像导管通信的处理器电路处接收当所述管腔内超声成像导管被移动通过患者的身体管腔时通过所述管腔内超声成像导管获得的多个管腔内超声图像；利用所述处理器电路基于所述多个管腔内超声图像和多个管腔内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述管腔内超声成像导管的纵向平移速度；并且向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、装置和被记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，均被配置为执行所述方法的动作。
一个总体方面包括一种用于在外周脉管系统中使用的血管内超声成像系统，所述系统包括：血管内超声成像导管，其被配置为当所述血管内超声成像导管被移动通过患者的外周血管时获得多个血管内超声图像；处理器电路，其配置用于与所述血管内超声成像导管通信，其中，所述处理器电路被配置为：接收通过所述血管内超声成像导管获得的所述多个血管内超声图像；基于所述多个血管内超声图像和多个血管内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述血管内超声成像导管通过所述外周血管的纵向平移速度；并且向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。该方面的其他实施例包括对应的计算机系统、装置和被记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，均被配置为执行所述方法的动作。
提供了本发明内容以引入以简化形式的概念的选择，将在以下具体实施方式中进一步详细描述这些概念。本发明内容既不旨在确定所要求的主题的主要特征或者基本特征，也不旨在限制所要求的主题的范围。在本公开的各种实施例的以下书面描述中提供了对如在权利要求书中定义的拉回速度管理系统的特征、细节、功用和优势的更广泛的介绍，并且在附图中示出了该更广泛的介绍。
附图说明
本公开的图示性实施例将会参考附图进行描述，其中：
图1是根据本公开的方面的管腔内成像系统的图解性示意图。
图2图示了人体中的血管(例如，动脉和静脉)。
图3图示了包含压迫的血管。
图4图示了包含压迫并且具有在其内部被扩展以恢复流动的支架的血管。
图5示出了根据本公开的至少一个实施例的在成像导管在下腔静脉或腹腔静脉中的拉回流程开始时候的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图6示出了根据本公开的至少一个实施例的在成像导管在下腔静脉中的拉回流程期间的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图7图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管的末端处的换能器阵列已经被移动到右髂总静脉内之后的示范性虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图8图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管的末端处的换能器阵列已经被移动到右外髂静脉内之后的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图9图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管的末端处的换能器阵列已经被移动到右股总静脉内之后的示范性虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图10图示了示出由拉回速度管理系统遵循的方法的流程图。
图11A图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回流程开始时候的虚拟静脉造影照片的屏幕显示。
图11B图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回流程期间的实况视图的屏幕显示。
图12图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回期间(例如，在IVUS数据的记录期间)的屏幕显示。
图13图示了与将IVUS成像导管导航到脉管系统内的建议位置(例如，压迫或阻塞)相关联的屏幕显示。
图14图示了在IVUS成像导管已经被带到脉管系统中的建议的压迫之后的屏幕显示。
图15图示了在自动边界切换键被用户打开的情况下的屏幕显示。
图16a-16c提供了向用户提供关于IVUS导管的拉回速率的反馈的速度指示符520的各种范例。
图17图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回期间(例如，在IVUS数据的记录期间)的屏幕显示。
图18图示了根据本公开的至少一个实施例的在IVUS拉回的更晚阶段期间的范例屏幕显示。
图19图示了根据本公开的至少一个实施例的在IVUS拉回结束或即将结束时候的范例屏幕显示。
图20a图示了具有脉管壁的脉管的断层摄影管腔内图像。
图20b图示了沿着拉回比图20a中的图像更远的具有脉管壁的脉管的断层摄影管腔内图像。
图20c图示了沿着拉回比图20a中的图像更远的具有脉管壁的脉管的断层摄影管腔内图像。
图21a图示了具有脉管壁的脉管的断层摄影管腔内图像。
图21b图示了沿着拉回比图20a中的图像更远的具有脉管壁的脉管的断层摄影管腔内图像。
图22是根据本公开的实施例的处理器电路的示意图。
具体实施方式
本公开总体涉及医学成像，包括使用管腔内成像设备的与患者的身体管腔相关联的成像。例如，本公开描述了用于在IVUS拉回流程或其他血管内流程期间确定血管内探头的移动速度的系统、设备和方法。根据本公开的至少一个实施例，提供了一种用于基于IVUS图像本身确定拉回速度并且关于期望的速度范围将速度作为导航信息显示给临床医师的系统。这在其中目标范围内的一致探头速度(例如，拉回速度)是期望的手动控制的血管内流程期间是特别有用的。使用IVUS图像本身确定拉回速度不同于通过在管腔外图像(例如，荧光透视图像)中跟踪导管位置来确定速度，并且在许多情况下，需要更少的步骤和更少的装备。该系统在下文中被称为拉回速度管理系统。
本文中描述的设备、系统和方法能够包括2018年10月26日提交的美国临时申请US62/750983(代理人案卷号2018PF01112-44755.2000PV01)、2018年10月26日提交的美国临时申请US 62/751268(代理人案卷号2018PF01160-44755.1997PV01)、2018年10月26日提交的美国临时申请US 62/751289(代理人案卷号2018PF01159-44755、1998PV01)、2018年10月26日提交的美国临时申请US 62/750996(代理人案卷号2018PF01145-44755.1999PV01)、2018年10月26日提交的美国临时申请US 62/751167(代理人案卷号2018PF01115-44755.2000PV01)和2018年10月26日提交的美国临时申请US 62/751185(代理人案卷号2018PF01116-44755.2001PV01)中描述的一个或多个特征，其中的每个通过引用整体并入，如同在本文中被充分阐述。
本文中描述的设备、系统和方法还能够包括2018年3月14日提交的美国临时申请US 62/642847(代理人案卷号2017PF02103)(和于2019年3月12日根据其提交的非临时申请US 16/351175)、2018年7月30提交的美国临时申请US 62/712009(代理人案卷号2017PF02296)、2018年7月30提交的美国临时申请US 62/711927(代理人案卷号2017PF02101)和2018年3月15日提交的美国临时申请US 62/643366(代理人案卷号2017PF02365)(和于2019年3月15日根据其提交的非临时申请US 16/354970)中描述的一个或多个特征，其中的每个通过引用整体并入，如同在本文中被充分阐述。
本文中描述的设备、系统和方法还能够包括在2018年8月31日提交并且标题为“Intravascular Device Movement Speed Guidance and associated Devices、Systems、and Methods”的美国临时申请US 62/725867(代理人案卷号2018PF00195)和2019年8月15日提交的US 16/542001(代理人案卷号2018P00195US01)中描述的一个或多个特征，其中的每个以引用方式被完全并入，如同在本文中被充分阐述。
本公开充分地帮助临床医师感测、控制并维持血管内成像探头或管腔内成像探头在患者的脉管或管腔内被拉动或推动的速度，通过在管腔内医学成像流程期间提供关于探头的移动速度的视觉、符号字母数字和感官信息。速度信息可以包括表、拨盘、条形指示符、数字和符号显示器。被实施在与医学成像传感器(例如，管腔内超声传感器)通信的医学成像控制台(例如，管腔内成像控制台)上，本文中公开的拉回速度管理系统提供了时间节省和捕获的图像的质量和一致性方面的改善两者。这种改善的成像工作流将不规律且不一致的成像过程转变成更受控且可重复的过程。这例如在没有对于临床医师针对可接受拉回速度的窄范围内的一致拉回进行训练的通常例程需要的情况下发生。这种非常规方法改善了医学成像控制台和传感器的运行，通过允许更一致的图像从缺少基于硬件的速度控制的现有系统捕获。
拉回速度管理系统可以被实施为一组逻辑分支和数学运算，其输出是在显示器上可观察的，并且通过在接受来自键盘、鼠标或触摸屏接口的用户输入并且与一个或多个医学成像传感器(例如，管腔内超声传感器)通信的处理器上执行的控制过程来操作。在这方面，控制过程响应于由用户在成像流程开始的时候进行的不同输入或选择而执行某些特定操作，并且也可以响应于由用户在程序期间进行的输入。处理器、显示器、传感器和用户输入系统的某些结构、功能和操作在本领域中是已知的，而其他在本文中被列举以具体地实现本公开的新颖性特征或方面。
各种类型的管腔内成像系统在诊断和处置疾病时使用。例如，血管内超声(IVUS)成像被用作用于可视化患者的身体内的脉管的诊断工具。这可以帮助评价人体内的病变或受压迫脉管(诸如动脉或静脉)，以确定对于处置的需要，优化处置，和/或评价处置的有效性(例如，通过在处置之前和之后的脉管的成像)。
在一些情况下，管腔内成像利用包括一个或多个超声换能器的IVUS设备来执行。IVUS设备可以被传送进脉管并且被引导到要被成像的区域。换能器发射超声能量，并且接收从脉管反射的超声回波。超声回波被处理以创建感兴趣脉管的图像。感兴趣脉管的图像可以包括脉管中的一个或多个病变或阻塞。支架可以被放置在脉管内以处置这些阻塞，并且管腔内成像可以被执行以观察支架在脉管内的放置。其他类型的处置包括血栓切除、消融、血管形成术、药物等。
在一些实施例中，拉回速度管理系统包括在外周脉管系统中的IVUS拉回或其他血管内成像流程期间为临床医师提供引导的屏幕显示。屏幕显示在绝对方面并且关于针对最佳图像采集的最小和最大期望速度提供导管或成像探头在脉管内的速度的实时反馈。
能够控制速度对获得适当的超声图像质量是至关重要的，使得用户能够解读图像来遵从诊断(例如，病变的长度和严重性)并确认处置选择(例如，球囊和支架直径和长度)。拉回速度的控制对确保图像识别和图像解读算法的适当运行也是必要的。过高的拉回速度可能导致解剖结构的一些部分在成像过程期间被跳过，使得它们根本不出现在图像集中，因此使数据集难以解读。
目前，对于外周导管，由医师统筹查看荧光透视图像并考虑IVUS图像序列上的标记或通过在他们自己的经验上在身体标志或其他解剖特征的解读位置上进行计数来估计长度。保持稳定的拉回速度将实现更准确的长度估计，这例如对确定支架和球囊部署区域是重要的。因此，系统可以在绝对方面或相对于期望或参考速度、速率、或速度或其范围测量速度、速率或速度。此外，估计长度也会导致从自动管腔面积测量和长度(例如，测量的长度乘以逝去的施加，或速度随着时间的积分)导出的自动脉管体积测量(面积乘以长度)。实际上，测量处置前体积和处置后体积可以为医师提供在处置期间从脉管移除的物质(和凝块)的绝对测量，因此可能成为用于处置成功的定量指标。
为了在达到并维持恒定速度方面(例如，当执行拉回时)引导医师，‘速度指示符’被包括在IVUS屏幕上，如在下面的图像中描述的。该速度指示符向IVUS操作者示出导管在脉管内的实际速度(即，纵向平移速度)，并且在流程的‘记录’阶段期间被自动地激活。在一些实施例中，系统不仅向操作者报告速度本身，而且报告速度是否在确保足够拉回记录的适当范围内。系统然后通过多种不同的可见提示建议正确的速度范围。例如，太快/慢的速度能够通过颜色编码来建议(参见例如图8和9)。这可以包含速度的数字测量和报告、或将在拉回期间达到并保持的正确速度范围通信给用户的多种不同方式(参见例如图12、13和16)。
由于这种恒定速度，能够导出拉回长度的粗略估计，这对于医师在拉回和测量复查之后正确决定支架长度或可能(从自动面积测量和长度估计)处置前-后的导出脉管体积作为用于处置成功的指示是极其有价值的。
本公开例如适于Philips Volcano的外周导管IVUS PV0.014、PV0.018、PV0.035、Pioneer Plus IVUS引导的再进入导管和在外周区域中使用的其中速度控制可以被使用并且有益于处置递送的其他产品。当结合IVUS使用时，这些可以包括但不限于血栓切除设备(参见Genesis–在IGT内的AD中)和斑块切除设备(例如，Phoenix Turbo功率激光斑块切除)。
这些描述仅被提供用于示范性目的，并不应当被认为限制拉回速度管理系统的范围。某些特征可以在不脱离所要求的主题的精神的情况下被添加、移除或修改。
出于有助于理解本公开的原理的目的，现在将参照附图中所示的实施例，并且将使用具体的语言来描述上述实施例。然而，应理解的是，并不旨在限制本公开的范围。对所描述的设备、系统和方法的任何变更和进一步修改以及本公开的原理的任何另外的应用被完全预期并且包括在本公开中，如本公开所涉及的领域中的技术人员通常会设想到的那样。具体而言，完全预期关于一个实施例描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开的其他实施例描述的特征、部件和/或步骤组合。然而，为简洁起见，将不单独地描述这些组合的许多重复。
图1是根据本公开的方面的包含拉回速度管理系统管腔内成像系统100的图解性示意图。管腔内成像系统100能够是血管内超声(IVUS)成像系统在一些实施例中。管腔内成像系统100可以包括管腔内设备102、患者接口模块(PIM)104、控制台或处理系统106、监视器108和外部成像系统132，外部成像系统132可以包括血管造影、超声、X射线、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、或其他成像技术、设备和方法。管腔内设备102被定尺寸并且被成形、和/或要不然在结构上被布置为被定位在患者的身体管腔内。例如，在各种实施例中，管腔内设备102能够是导管、导丝、引导导管、压力丝和/或流量丝。在一些情况下，系统100可以包括额外的元件，和/或可以在没有图1中图示的元件中的一个或多个的情况下被实施。例如，系统100可以省略外部超声成像系统132。
管腔内成像系统100(或血管内成像系统)能够是适合于在患者的管腔或脉管系统中使用的任何类型的成像系统。在一些实施例中，管腔内成像系统100是管腔内超声(IVUS)成像系统。在其他实施例中，管腔内成像系统100可以包括被配置用于前视管腔内超声(FL-IVUS)成像、管腔内光声(IVPA)成像、心脏内超声心动描记术(ICE)、经食道超声心动描记术(TEE)和/或其他合适的成像模态的系统。
应理解，系统100和/或设备102能够被配置为获得任何合适的管腔内成像数据。在一些实施例中，设备102可以包括任何合适的成像模态(诸如光学成像、光学相干断层摄影(OCT)等)的成像部件。在一些实施例中，设备102可以包括任何合适的非成像部件，包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、光纤、反射器、反射镜、棱镜、消融元件、射频(RF)电极、导体或其组合。一般来说，设备102能够包括获得与管腔120相关联的管腔内成像数据的成像元件。设备102可以被定尺寸并成形(和/或配置)用于插入到患者的脉管或管腔120内。
系统100可以被部署在具有控制室的导管实验室中。处理系统106可以位于控制室中。任选地，处理系统106可以位于其他地方，诸如在导管实验室本身中。导管实验室可以包括无菌区域，而其相关联的控制室可以是或可以不是无菌的，这取决于要被执行的流程和/或健康护理设施。导管实验室和控制室可以用来执行任何数量的医学成像流程，诸如血管造影、荧光透视、CT、IVUS、虚拟组织学成像(VH)、前视IVUS(FL-IVUS)、管腔内光声(IVPA)成像、血流储备分数(FFR)确定、冠脉血流储备(CFR)确定、光学相干断层摄影(OCT)、计算机断层摄影、心内心回波描记(ICE)、后视ICE(FLICE)、管腔内内膜硬度图(palpography)、经食道超声、荧光透视和其他医学成像模态、或其组合。在一些实施例中，设备102可以从远程位置(诸如控制室)进行控制，使得不需要操作者紧邻患者。
管腔内设备102、PIM 104、监视器108和外部成像系统132可以被直接地或间接地通信性地耦合到处理系统106。这些元件可以经由有线连接(诸如标准铜链路或光纤链路)和/或经由使用IEEE802.11Wi-Fi标准、UltraWide-Band(UWB)标准、无线FireWire、无线USB或另一高速无线联网标准的无线连接被通信性地耦合到医学处理系统106。处理系统106可以被通信性地耦合到一个或多个数据网络，例如，基于TCP/IP的局域网络(LAN)。在其他实施例中，可以使用不同的协议，诸如同步光网络(SONET)。在一些情况下，处理系统106可以被通信性地耦合到宽域网络(WAN)。处理系统106可以利用网络连接性来访问各种资源。例如，处理系统106可以经由网络连接与医学数字成像和通信(DICOM)系统、影像存档及通信系统(PACS)和/或医院信息系统通信。
超声成像管腔内设备102以高水平从换能器阵列124发射超声能量，该换能器阵列被包括在扫描器组件110中，该扫描器组件被安装在管腔内设备102的远侧端部附近。超声能量被包围扫描器组件110的介质(诸如管腔120)中的组织结构反射，并且超声回波信号由换能器阵列124接收。扫描器组件110生成表示超声回波的(一个或多个)电信号。扫描器组件110能够包括一个或多个信号超声换能器和/或处于任何合适配置的换能器阵列124(诸如平面阵列、曲面阵列、圆周阵列、环形阵列等)。例如，在一些情况下，扫描器组件110能够是一维阵列或二维阵列。在一些情况下，扫描器组件110能够是旋转超声设备。扫描器组件110的有效区域可以包括可以被均匀地和/或独立控制和激活的一个或多个换能器材料和/或超声元件的一个或多个段(例如，一个或多个行、一个或多个列、和/或一个或多个取向)。扫描器组件110的有效区域可以以各种基本或复杂几何形状被图案化或结构化。扫描器组件110可以沿侧视取向(例如，垂直和/或正交于管腔内设备102的纵向轴线发射的超声能量)和/或前视取向(例如，平行于和/或沿着纵向轴线发射的超声能量)被设置。在一些情况下，扫描器组件110在结构上被布置为在近端或远端方向上以相对于纵向轴线的倾斜角发射/或接收超声能量。在一些实施例中，超声能量发射可以通过扫描器组件110的一个或多个换能器元件的选择性触发而被电子转向。
扫描器组件110的(一个或多个)超声换能器能够是压电式微加工超声换能器(PMUT)、电容式微加工超声换能器(CMUT)、单晶体、锆钛酸铅(PZT)、PZT复合物、其他适合的换能器类型、和/或其组合。在一个实施例中，超声换能器阵列124能够包括在1个声学元件和1000个声学元件之间的任何合适数量的个体换能器元件或声学元件，包括诸如2个声学元件、4个声学元件、36个声学元件、64个声学元件、128个声学元件、500个声学元件812个声学元件的值和/或更大和更小的其他值。
PIM 104将接收到的回波信号传送至处理系统106，在此超声图像(包括流动信息)被重建并显示在监视器108上。控制台或处理系统106可包括处理器和存储器。处理系统106可操作以便于本文所述的管腔内成像系统100的特征。例如，处理器可执行存储在非瞬态有形计算机可读介质上的计算机可读指令。
PIM 104便于处理系统106与包括在管腔内设备102中的扫描器组件110之间的信号的通信。该通信可以包括为管腔内设备102内的(一个或多个)集成电路控制器芯片提供命令，选择换能器阵列124上的(一个或多个)具体元件用于发射和接收，为(一个或多个)集成电路控制器芯片提供发射触发信号以激活发射器电路来生成电脉冲以激励选定的换能器阵列元件，和/或和/或接受放大的回波信号，该放大的回波信号是经由放大器从选定的换能器阵列元件接收的，该放大器被包括在(一个或多个)集成电路控制器芯片上。在一些实施例中，PIM 104在将数据转送至处理单元106之前进行回波数据的初步处理。在这类实施例的范例中，PIM 104执行数据的放大、滤波和/或聚合。在一个实施例中，PIM 104还供应高压和低压DC电力以支持包括扫描器组件110内的电路的管腔内设备102的操作。
处理系统106通过PIM 104从扫描器组件110接收回波数据，并且处理数据以重建在包围扫描器组件110的介质中的组织结构的图像。一般来说，设备102能够在患者的任何合适的解剖结构和/或身体管腔内使用。处理系统106输出图像数据，使得脉管或管腔120的图像(诸如管腔120的横截面IVUS图像)显示在监视器108上。管腔120可以表示自然的和人工的流体填充或流体包围的结构。管腔120可以在患者的身体内。管腔120可以是血管，诸如患者的血管系统的动脉或静脉，该血管系统包括心脏血管系统、外周血管系统、神经血管系统、肾脏血管系统和/或身体内的任何其他适合的管腔。例如，设备102可用来检查任何数量的解剖学位置和组织类型，包括但不限于：器官，其包括肝脏、心脏、肾脏、胆囊、胰腺、肺；管；肠；神经系统结构，其包括脑、硬膜囊、脊髓和外周神经；泌尿道；以及血液内的瓣膜、心脏的腔室或其他部分，和/或身体的其他系统。除了自然结构之外，设备102可用来检查人造结构，诸如但不限于心脏瓣膜、支架、分流器、过滤器和其他设备。
控制器或处理系统106可以包括具有与存储器和/或其他合适的有形计算机可读存储介质通信的一个或多个处理器的处理电路。控制器或处理系统106可以被配置为执行本公开的一个或多个方面。在一些实施例中，处理系统106和监视器108是单独的部件。在其他实施例中，处理系统106和监视器108被集成在单个部件中。例如，系统100能够包括触摸屏设备，其包括具有触摸屏显示器和处理器的外壳。系统100能够包括用于用户选择监视器108上示出的选项的任何合适的输入设备，诸如触敏垫或触摸屏显示器、键盘/鼠标、控制杆、按钮等。处理系统106、监视器108、输入设备和/或其组合能够被称为系统100的控制器。控制器能够与设备102、PIM 104、处理系统106、监视器108、输入设备和/或系统100的其他部件通信。
在一些实施例中，管腔内设备102包括类似于传统的固态IVUS导管(诸如可从火山公司获得的
Figure BDA0003039119830000141
导管和美国专利US 7846101中所公开的那些，在此通过引用将其整体并入)的一些特征。例如，管腔内设备102可以包括在管腔内设备102的远侧端部附近的扫描器组件110和沿着管腔内设备102的纵向主体延伸的传输线束112。线缆或传输线束112可包括多个导体，包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个导体。
传输线束112终止于设备管腔内102的近侧末端处的PIM连接器114。PIM连接器114将传输线束112电气地耦合到PIM 104，并且将管腔内设备102物理地耦合到PIM 104。在一个实施例中，管腔内设备102还包括导丝出口端口116。因此，在一些情况下，管腔内设备102是快速交换导管。导丝出口端口116允许导丝118朝着远侧端部插入，以便引导管腔内设备102穿过管腔120。
监视器108可以是显示设备，诸如计算机监视器或其他类型的屏幕。监视器108可以用来将可选择提示、指令和成像数据的可视化显示给用户。在一些实施例中，监视器108可以用来将流程特异性工作流提供给用户以完成管腔内成像流程。该工作流可以包括执行支架前计划以确定管腔的状态和支架的可能性，以及支架后检查以确定已经被定位在管腔中的支架的状况。工作流可以以图5-7中示出的显示或可视化中的任一种的方式被呈现给用户。
外部成像系统132能够被配置为获得患者的身体(包括脉管120)的X射线、放射成像、血管造影/静脉造影(例如，利用对比剂)和/或荧光透视(例如，没有对比剂)图像。外部成像系统132还可以被配置为获得患者的身体(包括脉管120)的计算机断层摄影图像。外部成像系统132可以包括被配置为当被定位在身体外部时获得患者的身体(包括脉管120)的超声图像的外部超声探头。在一些实施例中，系统100包括获得患者的身体(包括脉管120)的其他成像模态系统(例如，MRI)。处理系统106能够利用患者的身体的图像结合通过管腔内设备102获得的管腔内图像。
图2图示了人体中的血管(例如，动脉和静脉)。例如，标记了人体的静脉。本公开的方面能够涉及外周脉管系统，例如，躯干和腿部中的静脉。
阻塞能够发生在动脉和静脉中。阻塞能够大致表示例如以对患者的健康有害的方式导致对通过管腔(例如，动脉或静脉)的流体流的限制的任何阻塞或其他结构布置。例如，阻塞使管腔变窄，使得管腔的横截面面积和/或用于流体流过管腔的可用空间减小。在解剖结构是血管的情况下，阻塞可以是由于(例如，来自外部脉管的)压迫、斑块累积(包括但不限于斑块组分，诸如纤维质、纤维脂质(纤维脂肪)、坏死核、钙化(致密钙)、血液和/或血栓的不同阶段(急性、亚急性、慢性等))的变窄的结果。在一些实例下，阻塞能够被称为血栓、狭窄和/或病变。一般来说，阻塞的成分将会取决于正被评估的解剖结构的类型。解剖结构的更健康部分可以具有一致的或对称的轮廓(例如，具有圆形横截面轮廓的圆柱形轮廓)。阻塞不会具有一致的或对称的轮廓。因此，解剖结构的具有阻塞的病变或受压迫部分将会具有不对称和/或要不然不规则的轮廓。解剖结构能够具有一个阻塞或多个阻塞。
阻塞的累积(例如，血栓、深静脉血栓形成或DVT、慢性完全阻塞或CTO等)是外周脉管系统(例如，躯干、腹部、腹股沟、腿部)中的静脉的横截面面积会减小的一种方式。接触静脉的其他解剖结构也能够减小其横截面面积，由此限制通过其中的血流。例如，躯干、腹部、腹股沟、腿部中的动脉或韧带能够压在静脉上，这改变静脉的形状并且减小其横截面面积。由与其他解剖结构接触引起的横截面面积的这种减小能够被称为压迫，因为静脉的壁由于与动脉或韧带的接触而被压迫。
图3图示了包含压迫330的血管300。压迫330发生在脉管壁310外部，并且可以限制血液320的流动。压迫可以由血管300外部的其他解剖结构引起，包括但不限于肌腱、韧带或相邻的管腔。
图4图示了包含压迫330并且具有在其内部被扩展以恢复流动的支架440的血管300。支架440移位并抑制压迫330，向外推动脉管壁310，因此减少对于血液320的流动限制。用于减轻阻塞的其他处置选项可以包括但不限于血栓切除、消融、血管形成术和药物。然而，在绝大多数情况下可能高度希望获得受影响区域的准确且及时的血管内图像、以及受影响区域在处置之前、期间或之后的位置、取向、长度和体积的准确且详细的了解。
图5-9和10-21(是3-19)图示了示范性屏幕显示或图形用户接口(GUI)。屏幕显示能够被示出在拉回速度管理系统100的显示器上，例如，控制台、手推车、床边控制器、移动设备(例如，智能手机、平板电脑、个人数字助手或PDA)、膝上型计算机、台式计算机等的显示器上。显示器能够是触摸屏显示器。显示器能够与具有处理电路(例如，一个或多个处理器和存储器)的计算机通信。处理电路能够生成并输出显示数据以引起显示器示出图5-9和10-21的屏幕显示。计算机、处理电路和/或处理器也能够与用户在其上提供输入的用户接口通信。输入能够屏幕显示上的项目的选择。在一些实例下，用户接口能够是触摸屏显示器。用户接口能够是键盘、鼠标、具有按钮、控制杆的控制器等。
图5-9图示了在外周脉管系统中的IVUS拉回期间提供用户指导的屏幕显示。屏幕显示可以突出脉管系统的节段，对节段进行标记并颜色编码，并且自动地提供每个节段内的参考和压迫度量(例如，管腔横截面面积、直径)。另外，屏幕显示为用户提供关于拉回速度的实时反馈，因为期望速度范围内的一致拉回速度对于清楚血管内图像(例如，IVUS图像)的生成是必要的。GUI还能够通过提供调整对比度、增益、焦点和/或其他图像设置的能力而提供图像质量改善。图像质量也能够基于向用户提供反馈以达到正确拉回速度从而获得足够量的高质量IVUS数据而被改善。
如图所示，图5-9的屏幕显示包括管腔内超声设备(例如，IVUS导管)被定位在其中的外周脉管系统(例如，下腔静脉、腹腔静脉、肾静脉、左和右髂总静脉、左和右股总静脉等)的图形表示。图形表示能够是脉管系统和/或X射线/CT/MRI图像的图示或动画。例如，图形表示能够是路线图图像。图形表示能够由获得的IVUS图像形成。图形表示图示了脉管系统的纵向程度，并且能够被称为纵向显示或图像纵向显示(ILD)。
还显示了IVUS导管的图形表示，包括被定位在脉管系统内的柔性细长构件和在柔性细长构件的远侧部分处的换能器阵列。IVUS导管在脉管系统内的部分从图5-9在成像拉回期间改变。如图5中示出的，IVUS导管以被定位在下或腹腔静脉内的换能器阵列开始。在拉回期间，换能器阵列在脉管系统内纵向地移动，通过右髂静脉(例如，图7)，到达右股静脉(例如，图9)。换能器的位置可以例如通过IVUS图像与外部图像(例如，荧光透视图像)的共同配准来确定，或可以基于识别换能器在脉管系统的哪个阶段中的用户输入来估计。
图5示出了根据本公开的至少一个实施例的在成像导管510在下腔静脉或腹腔静脉530中的拉回流程开始时候的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片500的屏幕显示。提供了速度指示符520来提供关于拉回速度的导航信息和引导。拉回速度影响在沿着脉管系统的长度的位置处收集的成像数据量并且因此那些位置处的IVUS图像的图像质量。速度指示符520内的不同颜色、阴影、文本、数值等能够使用户警惕在拉回期间是否加快(变快)、减慢(变慢)和/或维持速度。例如，在图5-9中示出了具有数值的速度计。速度计的全部或一部分能够被着色以引导用户。例如，在图5、6和7中，速度计上的绿色突出指示用户的拉回速度是适当的，并且应当被维持。
还可见的是左和右髂总静脉(CIV)540左和右外髂静脉(EIV)550、左和右股总静脉(CFV)560以及左和右股静脉(F)570。
图6示出了根据本公开的至少一个实施例的在成像导管510在下腔静脉中的拉回流程期间的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片500的屏幕显示。在该范例中，虚拟静脉造影照片500现在包括邻近脉管系统的文本标签634(“IVC”)以将下腔静脉530识别为当前被导管510占据的脉管系统节段，对应于虚拟静脉造影照片500的突出节段。例如，标签能够是对应脉管系统节段的名称的缩写或完全形式。
屏幕显示还邻近脉管系统节段530自动地提供与脉管系统节段530相关联的统计学上代表性参考值636。参考值可以是例如基于文献的对于健康脉管的预期值。参考值可以是针对具体患者的对于健康脉管的值。例如，参考值可以是管腔横截面面积的数值。图6中示出的数值仅仅是示范性的，并不一定反映与特定解剖结构相关联的值。在该范例中，下腔静脉或腹腔静脉530已经在虚拟静脉造影照片500中被着色、画阴影和/或突出，诸如以第一颜色(例如，蓝色)。用于IVC节段的颜色能够不同于与其他脉管系统节段相关联的颜色，以指示它是拉回的开始。节段的颜色还能够指示从获得的IVUS数据确定没有压迫度量，或压迫度量等于或近似等于参考测量。
在该范例中，速度指示符520可以被着色为绿色，以指示拉回速度在期望范围内。
图7图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管510的末端处的换能器阵列124已经被移动到右髂总静脉540内之后的示范性虚拟静脉造影照片500的屏幕显示。邻近脉管系统提供文本标签744(“CIV”)以将被换能器阵列占据的节段识别为右髂总静脉540。如果在该范例中导管在患者的左腿中而非右腿中，那么虚拟静脉造影照片500的左腿上的CIV540将被标记，并且虚拟静脉造影照片500的右腿上的CIV 540将是空白的。
在该范例中，当换能器阵列124在脉管系统内移动时，与CIV节段540相关联的参考值746和压迫值748被自动地提供在屏幕显示上。例如，压迫值748可以是具体患者的管腔横截面面积的数值或％压迫值。在这方面，压迫值基于获得的IVUS数据被自动地计算，并且然后邻近虚拟静脉造影照片500被输出到屏幕显示。在该范例中，CIV节段540基于参考值与压迫值之间的比较被着色。还可见的是标记CIV节段540的边界的两个位置指示符710和720。当拉回继续并且导管510被向下(即，在该范例中远侧地或朝向患者的脚)撤回通过脉管系统，换能器阵列124最终将穿过位置指示符720，并且换能器阵列124将不再在CIV节段540中。
在该范例中，速度指示符520可以被着色为绿色，以指示拉回速度在期望范围内。
图8图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管510的末端处的换能器阵列124已经被移动到右外髂静脉550内之后的示范性动画路线图或虚拟静脉造影照片500的屏幕显示。邻近脉管系统提供文本标签854(“EIV”)以将被换能器阵列124占据的节段识别为外髂静脉。与EIV节段相关联的参考值856和压迫值858被自动地提供和/或计算。EIV节段550基于参考值856与压迫值858之间的比较与IVC和CIV节段530和540不同地被着色。例如，当压迫值等于或大于参考值的50％时，EIV节段能够以第三颜色(例如，红色)被着色以指示压迫的量可能对患者有害。
图8还图示了指示拉回速度太高的速度计520。在这方面，速度计的更大比例被着色(例如相比于图5-7)以示出更高的拉回速度。在该范例中，速度计520被着色为红色以向拉回速度应当被减慢的实时反馈。还可见的现在标记EIV节段550的近侧和远侧边界的位置标记710和720。
图9图示了根据本公开的至少一个实施例的在导管510的末端处的换能器阵列124已经被移动到右股总静脉560内之后的示范性虚拟静脉造影照片500的屏幕显示。当换能器阵列经过它们时，脉管系统节段已经在虚拟静脉造影照片500上被顺序地突出。邻近脉管系统提供文本标签964(“CFV”)以将被换能器阵列占据的节段识别为股总静脉560。与EIV节段相关联的参考值966和压迫值968被自动地提供和/或计算。CFV节段560基于参考值与压迫值之间的比较与IVC、CIV和EIV节段不同地被着色。例如，当压迫值大于参考值的50％时，节段560能够以第四颜色(例如，黄色)被着色以指示压迫的量不对患者有害。
还可见的是现在标记右CFV节段560的近侧和远侧边界的位置指示符710和720。在该范例中，右股静脉570也被标记(“F”)，但是不显示参考值、压迫值或颜色，因为换能器阵列515还未被拉回到右F节段570内。
在该范例中，速度指示符520可以被着色为绿色，以指示拉回速度在期望的范围内。
图10图示了示出由拉回速度管理系统遵循的方法1000的流程图。在步骤1001中，用户将初始化数据(如果有的话)录入到系统内。这样的数据可以包括但不限于关于程序类型、疾病类型、进入患者的脉管系统的进入点、行进的方向或要被研究的肢体或其他身体部分的信息。在步骤1002中，临床医师将导管102的成像探头或超声换能器阵列124移动就位，例如，被推进通过脉管或管腔到达拉回流程能够开始的点。在一些实施例中，这由临床医师在没有来自系统的帮助的情况下完成。在其他实施例中，系统可以向临床医师提供指令。在步骤1003中，临床医师或其他用户向系统指示记录过程能够开始。这可以例如通过激活触摸屏上的“记录”按钮来完成。临床医师然后开始移动导管(例如，通过向后拉动导管通过感兴趣脉管系统)，并且系统捕获足够量的初始帧(例如，至少两个初始帧)以开始执行速度计算。在步骤1004中，在处理器106上操作的系统使用图像分析和机器学习或模式识别算法来观察IVUS图像在过去若干个帧(例如，过去10或100个帧)内的帧间变化(诸如脉管渐缩速率、分支脉管的经过、以及正调查的区域的其他解剖标志和解剖特征)而测量导管的拉回速度。基于普通人、人口统计学组或具体患者的代表性解剖结构的尺寸，帧率(即，相继捕获的图像之间的已知时间间隔)能够用来实时或几乎实时地推断成像探头的纵向平移速度或拉回速度。在一个范例中，理想的拉回速度在2mm/sec和5mm/sec之间。如果到目前为止还未收集足够的帧来产生速度计算，则不计算速度。
在步骤1005中，方法1000在监视器108上显示拉回速度的表示(例如，速度指示符520，例如图5-9中示出的)，如果可获得的话。系统另外可以向用户显示指示拉回速度太高或太低(即，它应当是被增加或还是被减小使得它落在用于捕获清楚图像(例如，IVUS图像)的指定最佳范围内)的警报。在步骤1006中，下一图像被成像导管102捕获，并且在步骤107中，方法的执行返回到步骤1004，其中，新采集的图像现在是用来确定拉回速度的增长的数据集的一部分。执行继续如图所示的那样在1004和1007之间循环，直至被用户中断(例如，通过激活STOP或EXIT控制)。
边界检测、图像处理、图像分析和/或模式识别的范例包括D.GeoffreyVince.Barry D.Kuban和Anuja Nair作为发明人的2001年3月13日发布的标题为“VASCULARPLAQUE CHARACTERIZATION”的美国专利US6200268,Jon D.Klingensmith，D.GeoffreyVince和Raj Shekhar作为发明人的2002年4月30日发布的标题为“INTRAVASCULARULTRASONIC ANALYSIS USING ACTIVE CONTOUR METHOD AND SYSTEM”的美国专利US6381350，Anuja Nair，D.Geoffrey Vince，Jon D.Klingensmith和Barry D.Kuban作为发明人的2006年7月11日发布的标题为“SYSTEM AND METHOD OF CHARACTERIZING VASCULARTISSUE”的美国专利US 7074188，D.Geoffrey Vince，Anuja Nair和Jon D.Klingensmith作为发明人的2007年2月13日发布的标题为“NON-INVASIVE TISSUE CHARACTERIZATIONSYSTEM AND METHOD”的美国专利US 7175597，Jon D.Klingensmith，Anuja Nair，BarryD.Kuban和D.Geoffrey Vince作为发明人的2007年5月8日发布的标题为“SYSTEM ANDMETHOD FOR VASCULAR BORDER DETECTION”的美国专利US 7215802，Jon D.Klingensmith，D.Geoffrey Vince.Anuja Nair和Barry D.Kuban作为发明人的2008年4月15日发布的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR IDENTIFYING A VASCULAR BORDER”的美国专利US 7359554和Jon D.Klingensmith,Anuja Nair,Barry D.Kuban和D.Geoffrey Vince作为发明人的2008年12月9日发布的标题为“SYSTEM AND METHOD FOR VASCULAR BORDER DETECTION”的美国专利US 7463759，其教导通过引用整体并入本文。
图11-12图示了在外周脉管系统中的IVUS拉回期间和之后提供用户指导的屏幕显示。屏幕显示提供：基于动脉信息的自动标签、基于图像分析的自动标签、在一侧的书签缩略图、路线图视图(动画)、节段绘制、纵向和压迫指示符、所有相关部分上的自动标签、用户选定的进入点、图像调整和拉回速度指示符。
图11A图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回流程开始时候的虚拟静脉造影照片的屏幕显示1100。如通过开始指示符1110示出的，显示在虚拟静脉造影照片500中的脉管系统的图形视图上指示用户他或她在解剖结构上哪里开始拉回。该信息用作到IVUS拉回静脉造影照片系统的输入，以当IVUS换能器阵列124经过它们时帮助自动地识别不同的静脉节段530、540、550、560和570，并且经由图像识别自动地推断换能器阵列124通过不同静脉阶段的拉回速度。
图11B图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回流程期间的实况视图的屏幕显示1100。虚拟静脉造影照片500(充当实况视图1100中的路线图)提供环绕换能器阵列124的解剖结构的纵向视图，并且自动地示出换能器阵列124被定位于身体内何处。在一些实施例中，代替或除了虚拟静脉造影照片500，共同配准的X-射线、CAT扫描或荧光透视图像可以被用作路线图。例如，在美国专利US 7930014和美国专利US 8298147中描述了共同配准的方面，其整体内容通过引用在此并入。屏幕显示1100还包括实况断层摄影IVUS图像1010。另外，屏幕显示1100包括图像设置控制1120(例如，增益、视场等)。
图12图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回期间(例如，在IVUS数据的记录期间)的屏幕显示1100。当前帧指示符1215示出了导管510的换能器阵列124当前被开视频位于脉管系统的动画路线图或虚拟静脉造影照片500上的何处。还提供了标签预设1220(例如，脉管系统节段缩写，诸如CIV、EIV、CFV等)。IVUS帧基于图像分析被自动地标记。在该范例中，换能器阵列的当前位置已经被识别为外髂静脉550，并且因此EIV标签预设1220被突出或照亮。拉回速度指示符520向临床医师或其他用户提供用于稳定拉回速度的引导。拉回速度指示符520能够是基于速度被填充的一系列方框(例如，更多的方框指示更快的速度，更少的方框指示更慢的速度)。断层摄影IVUS图像1010示出了当前帧，并且自动标签1240能够使用图像分析被生成，其中，标签预设关于当前帧指示符1215进行描述，例如，通过脉管系统节段缩写。当用户按压书签选项和/或标签预设选项时，书签缩略图1250出现。还包括示出例如换能器阵列的移动的取向或方向的方向指示符1260。前(A)、后(P)、内(M)、外(L)和/或其他合适的方向标签能够被使用。方向指示符能够包括基于移动的方向而移动的指南针箭头。IVUS图像1010内的感兴趣解剖结构1270(例如，压迫或血栓)能够被着色、画阴影和/或突出显示。
图13-15图示了在外周脉管系统之间的IVUS拉回期间提供用户指导的屏幕显示。屏幕显示有利地支持医师或用户导航到感兴趣区域。屏幕显示提供：建议的压迫区域、导航支持、前后取向、按需的自动边界检测和显示、在到达目的地之后的自动边界检测和显示(例如，期望的感兴趣区域和拉回速度指示)。图13-15能够被显示为在实况IVUS期间的导航的一部分。
图13图示了与将IVUS成像导管102导航到脉管系统内的建议位置(例如，压迫或阻塞)相关联的屏幕显示1300。屏幕显示能够包括对图像设置(例如，滤波器)1310(例如，标记为“G1”、“G2”、“G3”等)的选择。滤波器能够是用于显示断层摄影IVUS图像的预设图像设置(例如，灰度、对比度、增益、焦点和/或其他图像设置)。在该范例中，第一图像设置1310(“G1”)已经被选择。
在屏幕显示的中上部分中示出了脉管1360的实况断层摄影IVUS图像1010。为IVUS图像提供方向标记1320(在该范例中，“A”用于前并且“P”用于后)以提供关于IVUS图像1010的取向信息。屏幕显示的右侧还包括解剖平面指示符1330以提供关于IVUS图像和/或导管当前位于哪里、它正沿什么方向移动等的另外信息。在屏幕显示的中下部分中显示了脉管系统的路线图图像500(例如，血管造影图像、静脉造影图像或虚拟静脉造影照片)。在路线图图像中示出了指示导管的当前位置(例如，换能器阵列124的位置)的标记1340(例如，闪烁圆圈或在它周围具有放射状线条的圆圈)。在一些实施例中，该位置从由成像导管102捕获的图像自动地确定。在其他实施例中，该位置通过由外部成像系统132捕获的外部图像的图像分析来确定。在路线图图像500上还示出了指示建议的要被评估的压迫位置的标记1370(例如，奖章形状，表示目的地或最终线)。标记1340和1370允许用户视觉地评估导管相距建议的目标区域的距离。在该范例中，自动边界切换键1350被提供在屏幕显示1300的右上角处。
速度指示符520(诸如速度计)也被提供在屏幕显示的左侧以示出拉回速度。速度指示符520可以类似于汽车速度计，例如，通过包括指示当前移动速率的箭头或指针。速度计520的区域(例如，象限)能够被突出、着色或画阴影，从而指示期望的速度。速度指示符520还能够提取当前速度和/或建议的速度的数值。
图14图示了在IVUS成像导管102已经被带到脉管系统中的建议的压迫之后的屏幕显示1300。在这方面，屏幕显示向用户提供导管102(例如，换能器阵列124)处于感兴趣区域的反馈。例如，着色的、突出显示的和/或画阴影的边界1410(例如，被着色为橙色)可以被提供在脉管1360的断层摄影IVUS图像1010周围以指示IVUS图像1010具有感兴趣区域。能够为路线图图像500上的当前位置标记1340(和/或为标记周围的放射状线条)提供颜色、突出显示和/或阴影，诸如橙色颜色，指示IVUS导管换能器阵列124的当前位置处于感兴趣区域。在这方面，图13中的当前位置标记1340的颜色(和/或标记1340周围的放射状线条或其他强调)与图14中的当前位置标记的颜色(和/或标记周围的放射状线条或其他强调，例如，红色)不同(例如，黑色)。这是因为图13中的当前位置标记示出了IVUS导管与感兴趣区域(通过图13中的奖章形状的标记指示)间隔开，而在图14中IVUS换能器阵列124处于感兴趣区域。
图14中还可见的是图像设置1310、方向标记1320、解剖平面指示物1330、自动边界切换键1350和速度指示符520。
图15图示了在自动边界切换键1350被用户打开的情况下的屏幕显示1300。处理系统106能够执行(一种或多种)算法来执行图像分析，诸如以自动地确定断层摄影IVUS图像1010中的管腔1360的边界。测量显示1550示出了自动计算的管腔横截面面积和/或管腔直径，其中的任一者或两者能够基于管腔的经确定的边界来计算。一个或多个计算的测量1550能够例如邻近IVUS图像被显示在屏幕显示的右侧。方向标记1320(例如，标记A和P或前和后方面)能够根据需要被重新取向以提供关于IVUS图像1010的取向信息。例如，相比于图13和14中的IVUS图像的顶部和底部，方向标记1320在图15中被提供在IVUS图像的左和右侧。图15中示出的速度指示符520能够包括在该表上的两个箭头520a和520b。例如，一个箭头能够指示当前拉回速度，而另一个箭头能够指示建议的拉回速度。箭头520a和520b能够通过着色、阴影、突出显示、类型等被视觉地区分。
图15中还可见的是路线图图像500、图像设置1310、解剖平面指示物1330、位置标记1340和阴影边界1410。
图16a-16d提供了向用户提供关于IVUS导管102的拉回速率的反馈的速度指示符520的各种范例。能够邻近或接近路线图图像500提供速度指示符520。图16a图示了在12点钟位置处具有零值的圆形速度计520。更大的速度能够沿顺时针方向指示。表520上的箭头或指针520a指示当前速度。圆形表的楔形和/或扇形区域被着色、突出显示和/或画阴影以示出理想速度范围1620，理想速度范围1620包括最小理想速度、最大理想速度和最小与最大理想速度支架的速度范围。在这方面，比理想速度范围1620更慢的速度和比理想速度范围1620更快的速度会导致IVUS数据的不适当收集，其能够损害IVUS图像质量。图16b图示了矩形的条状速度计520。零位置在表的左边缘处，其中，增加的值向右侧指示。当前速度通过具有三角形基部和从三角形跨表横向地延伸的臂的标记520a来指示。理想速度范围1620在表中通过被着色、突出显示和/或画阴影的部分来指示。图16c图示了三角形速度计520。零位置在表520的左边缘处，其中，增加的值向右侧指示。表520的高度向由随着增加的速度值而增加。理想速度范围1620在表中通过被着色、突出显示和/或画阴影的部分来指示。图16d示出了另外类型的速度指示符520，其中，圆形指示符与速度成比例的增长和收缩，并且环形阴影面积指示期望的速度范围。如果圆形指示符的边界落在阴影环内，那么速度在期望的范围内。如果圆形指示符的边界落在环的“孔”内，那么速度太低，并且如果它们落在环的外边缘之外，那么速度太高。太高或太低的速度另外可以通过颜色变化来指示。
代替或除了上面描述的那些，可以使用其他类型的速度指示符，包括图形、示意图、字母数字、语音、听觉音调和触知或触觉速度指示符。图16a-16c中还可见路线图图像500，包括导管102和换能器阵列124的表示、以及指示换能器阵列或传感器头部124在拉回期间的过去位置的颜色编码的轨迹1610。在一个范例中，轨迹1610的颜色指示拉回速度是太慢(例如，红色)、太快(例如，黄色)、还是在理想范围1620内(例如，绿色)。
图17图示了根据本公开的至少一个实施例的在拉回期间(例如，在IVUS数据的记录期间)的屏幕显示1700。在屏幕显示的左侧示出了脉管系统的路线图图像、共同配准的外部图像或虚拟静脉造影照片500。已经从其收集IVUS数据的脉管系统1720的部分1710被突出显示、着色和/或画阴影。例如，拉回已经发生的区域1710中的脉管边界被加粗，而脉管1720的其他区域被更轻地示出。加粗实线1710能够被用于脉管边界，而加粗虚线1124能够在穿过分支脉管时被使用。当拉回进行时，越来越多的脉管1720被视觉地强调1710。在这方面，在拉回期间建立脉管系统1720的图500。在路线图图像500上标记脉管系统的前(ANT)和后(POST)部分1730和1740，其中，拉回随着换能器阵列124从前部分1730被纵向地移动到后部分1740而发生。沿着显示的底部，示出了水平ILD 1020。ILD 1020由拉回期间的IVUS数据形成。如图所示，ILD 1020也在在拉回期间被建立，其中，随着拉回进行，越来越多的IVUS图像帧1010被添加到ILD 1020。在路线图图像500上标记脉管系统1720的前(ANT)和后(POST)部分1730和1740。指南针1260被提供在屏幕显示1700的中间。例如，前方向(ANT)能够总是在顶部上(例如，12点钟位置)。指南针箭头1260能够在拉回期间基于换能器阵列在脉管系统1720内的移动的取向或方向而改变方向。
拉回速度指示符520被提供在屏幕显示的右上角处。拉回速度指示符520能够利用数值显示手动拉回的速度。指示符也能够包括速度是太快、太慢还是正确的图形表示(例如，符号)。例如，检查标记能够指示拉回速度是正确的。
图18图示了根据本公开的至少一个实施例的在IVUS拉回的更晚阶段期间的范例屏幕显示1700。如屏幕显示1700的左侧的虚拟静脉造影照片500上示出的，相比于图17，脉管系统1720的更大长度已经被突出(1710、1124)，指示已经从脉管系统1720的更大长度获得IVUS数据。类似地，ILD 1020的更大长度已经利用获得的IVUS图像帧1010被填充。当计算机或处理器不确定换能器阵列124在脉管系统内正移动或被取向的方向时或当方向/取向正被重新计算时，指南针1260的方向标签(ANT)或指南针1260的箭头能够闪烁。
图19图示了根据本公开的至少一个实施例的在IVUS拉回结束或即将结束时候的范例屏幕显示1700。如屏幕显示1700的左侧处的虚拟静脉造影照片500上示出的，正调查的脉管系统1720的所有或几乎所有长度都已经被突出显示(1710、1124)，指示已经从几乎整个长度获得IVUS数据1010。类似地，ILD 1020的所有或几乎所有长度都已经利用获得的IVUS图像帧1010被填充。
屏幕显示1700的右上角上的拉回速度指示符520示出了拉回速度太高。例如，数字速度值的符号(例如，感叹号)和/或着色(例如，红色)能够用来向用户指示拉回速度应当被减慢。
图20a图示了具有脉管壁310的脉管300的断层摄影管腔内图像(例如，IVUS图像)2000。
图20b图示了沿着拉回比图20a中的图像更远(如通过更大帧数2020b示出)的具有脉管壁310的脉管300的断层摄影管腔内图像(例如，IVUS图像)2000。在该图像中，分支脉管2010开始从脉管300分离出来。
图20c图示了沿着拉回比图20a中的图像更远(如通过更大帧数2020c示出)的具有脉管壁310的脉管300的断层摄影管腔内图像(例如，IVUS图像)2000。在该图像中，分支脉管2010已经与脉管300完全分开。由于帧率是已知的(例如，12fps或30fps)，分支脉管2010或其他解剖标志的经过能够与针对普通人身体、针对代表性人口统计学组的参考解剖结构或已知患者解剖结构的物理尺寸相关联。因此，解剖标志从一个帧到下一个(并且尤其在多个帧内)的变化速率能够用来推断管腔内探头102通过脉管300的速度。
图21a图示了具有脉管壁310的脉管300的断层摄影管腔内图像(例如，IVUS图像)2000。直径测量2010a示出了脉管的宽度，能够根据脉管的宽度来确定横截面面积。
图21b图示了沿着拉回比图20a中的图像更远(如通过更大帧数2020b示出)的具有脉管壁310的脉管300的断层摄影管腔内图像(例如，IVUS图像)2000。在该图像中，脉管直径和横截面面积是更小的。管腔内成像系统100的帧率然后能够与针对普通人身体、代表性人口统计学组或已知患者解剖结构中的目标脉管的已知脉管渐缩速率相关联。因此，脉管直径或面积从一个帧到下一个(并且尤其在多个帧内)的变化速率能够用来推断管腔内探头102通过脉管300的速度。
在IVUS拉回期间，用户跨脉管腔拉动(或推动)导管以能够捕获IVUS图像。目前，用于外周血管介入的许多IVUS导管(例如，来自Philips Volcano的PV0.014，PV0.018和PV0.035导管)仅支持相控阵列技术，没有对拉回关于速度的控制。为了能够在进行拉回时引导医师达到并维持恒定速度，在IVUS屏幕上包括‘速度指示符’，如例如图6、7、9、11、13、14和16-19中示出的。速度指示符向IVUS操作者示出其在脉管内的实际速度。速度指示符能够在记录阶段期间(例如，在用户选择记录按钮以存储IVUS数据之后，诸如在拉回开始的时候)被激活。当速度未在确保足够拉回记录的正确范围内时，速度指示符传送给操作者，并且建议正确的速度范围。如图8、9、13、15和19中示出的，太快/慢的速度能够通过颜色编码来建议。速度指示符和颜色编码能够遍及整个脉管引导医师执行稳定的拉回。速度指示符能够提供速度的度量或考虑将在拉回期间达到并保持的正确速度范围通信给用户的任何方式。预期了当进行拉回时用于速度指示符的不同表示(例如，如图16a中的具有指示当前移动速率和期望速度的象限的像汽车中的速度指示符，和/或如图16b中的通过颜色和正方形条的速度指示符)。由于这种恒定速度，能够导出拉回长度的粗略估计，这对于医师在拉回和测量复查之后正确决定支架长度是极其有价值的。
图22是根据本公开的实施例的处理器电路2250的示意图。处理器电路2250可以被实施在超声成像系统100或其他设备或工作站(例如，第三方工作站、网络路由器等)中或在实施该方法所必要的云处理器或其他远程处理单元上。如图所示，处理器电路2250可以包括处理器2260、存储器2264和通信模块2268。这些元件可以例如经由一个或多个总线与彼此直接或间接地通信。
处理器2260可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC、控制器、或通用计算设备、精简指令集计算(RISC)设备、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他相关的逻辑设备(包括机械和量子计算机)的任何组合。处理器2260也可以包括被配置为执行本文中描述的操作的另一硬件设备、固件设备或其任何组合。处理器2260也可以被实施计算计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核心或或任何其他这样的配置。
存储器2264可以包括高速缓存存储器(例如，处理器2260的高速缓存存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻式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)、闪存存储器、固态存储器设备、硬盘驱动器、固态驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器、或不同类型的存储器的组合。在一个实施例中，存储器2264包括非瞬态计算机可读介质。存储器2264可以存储指令2266。指令2266可以包括当被处理器2260执行时引起处理器2260执行本文中描述的操作的指令。指令2266也可以代码。术语“指令”和“代码”应当被宽泛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”可以指的是一个或多个程序、例程、子例程、功能、过程等。术语“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或许多计算机可读语句。
通信模块2268能够包括促进数据在处理器电路2250与其他处理器或设备之间的直接或间接通信的任何电子电路和/或逻辑电路。在这方面，通信模块2268能够是输入/输出(I/O)设备。在一些实例下，通信模块2268促进处理器电路2250和/或超声成像系统100的各种元件之间的直接或间接通信。通信模块2268可以通过许多方法或协议与处理器电路2250通信。串行通信协议可以包括但不限于USSPI、I2C、RS-232、RS-485、CAN、Ethernet、ARINC429、MODBUS、MIL-STD-1553或任何其他合适的方法或协议。并行协议包括但不限于ISA、ATA、SCSI、PCI、IEEE-488、IEEE-2284和其他合适的协议。在适当的情况下，串行和并行通信可以通过UART、USART或其他适当的子系统来桥接。
外部通信(包括但不限于软件更新、固件更新、处理器与中央服务器之间的预设共享或从超声设备的读取)可以使用任何合适的有线或无线通信技术来实现，诸如电缆接口(诸如USB、微USB、Lightning或FireWire接口)、Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee、Li-Fi或蜂窝数据连接(诸如2G/GSM、3G/UMTS、4G/LTE/WiMax或5G)。例如，蓝牙低功耗(BLE)无线电能够用来建立与云服务的连接性、用于数据的传输和用于软件补丁的接收。控制器可以被配置为与远程服务器或本地设备(诸如笔记本电脑、平板电脑或手持设备)通信，或可以包括能够示出状态变量和其他信息的显示器。信息也可以被转移在物理介质(诸如USB闪存驱动器或记忆棒)上。
对上面描述的范例和实施例的多种变型是可能的。例如，拉回速度管理系统可以用于除了所描述的那些之外的身体内的解剖系统中，或可以被用来对除了所描述的那些之外的其他疾病类型、对象类型或程序类型进行成像。本文中公开的技术可以被应用于多种类型的管腔内成像传感器，不论是目前存在还是以后开发的。
因此，包括组成本文中描述的技术的实施例的逻辑操作被各种地称为操作、步骤、对象、元件、部件或模块。此外，应当理解，逻辑操作可以以任何顺序被执行，除非另有明确声明，或者特定顺序是由权利要求的语言固有地必需的。所有方向引用(例如，上、下、内、外、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶、底、上方、下方、竖直、水平、顺时针和逆时针)仅用于识别目的，以帮助读者理解所要求的主题，并不产生限制，特别是对于拉回速度管理系统的位置、取向或使用。连接引用(例如附接、联接、连接和联结)应当宽泛地解释，可以包括元件的连接之间的中间构件以及元件之间的相对运动，除非另外指明。因此，连接参考不一定意味着两个元件直接连接和彼此为固定关系。术语“或”应当被解读为意味着“和/或”而非“排他性或”。除非在权利要求中另外提及，规定的值应当被解读为仅是图示性的而不应当被认为进行限制。
上述说明、范例和数据提供了如在权利要求书中定义的拉回速度管理系统的示范性实施例的结构和用途的完整的描述。虽然在上面已经使用一定程度的特殊性或者参照一个或者多个单独的实施例来描述了所要求的主题的各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离所要求的主题的精神或者范围的情况下，对公开的实施例做出许多变型。预期其他实施例。其旨在包括在上述描述中并且在附图中示出的所有物质将被解释为仅说明特定实施例而不是限制性的。可以做出细节变化或者结构变化，但不脱离如在以下权利要求书中定义的本主题的基本要素。

Claims (15)

1.一种管腔内超声成像系统，包括：
处理器电路，其被配置为与管腔内超声成像导管通信，其中，所述处理器电路被配置为：
接收当所述管腔内超声成像导管被移动通过患者的身体管腔时通过所述管腔内超声成像导管获得的多个管腔内超声图像；
基于所述多个管腔内超声图像和多个管腔内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述管腔内超声成像导管的纵向平移速度；并且
向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
基于当所述管腔内超声成像导管被移动通过所述身体管腔时获得的另外的管腔内超声图像来更新所述纵向平移速度；并且
动态地修改所述屏幕显示中的所述速度指示符，使得所述速度指示符指示基于所述另外的管腔内超声图像的所述纵向平移速度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路还被配置为经由所述屏幕显示来输出所述多个管腔内超声图像中的管腔内超声图像，其中，所述管腔内超声图像邻近所述速度指示符。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路确定所述纵向平移速度包括：
识别所述多个管腔内超声图像中的一个或多个中的解剖特征或标志；并且
确定所述解剖特征或标志在所述多个管腔内超声图像中的所述一个或多个上的变化。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为在不跟踪所述管腔内超声成像导管在管腔外图像中的位置的情况下确定所述纵向平移速度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述速度指示符包括：
表示纵向平移速度的范围的形状；以及
位于所述形状内并表示所确定的纵向平移速度的标记。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述速度指示符包括：
所述形状中识别所述纵向平移速度的理想范围的的区域，其中，所述区域从表示最小理想平移速度的第一部分延伸到表示最大理想平移速度的相对的第二部分。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器电路被配置为：
进行以下中的至少一项：
基于所述纵向平移速度来确定对所述身体管腔的长度估计；或者
基于所述纵向平移速度和所述多个管腔内超声图像中的所述身体管腔的面积来确定对所述身体管腔的体积估计；并且
经由所述屏幕显示输出所述长度估计或所述体积估计中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述屏幕显示还包括所述身体管腔的程式化图形。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述屏幕显示还包括所述管腔内超声成像导管在所述程式化图形内的位置。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述屏幕显示还包括指示所述管腔内超声成像导管的过去位置的轨迹。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述轨迹在所述屏幕显示中被颜色编码以指示所述管腔内超声成像导管的过去的纵向平移速度。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括：
所述管腔内超声成像导管。
14.一种管腔内超声成像方法，包括：
在与管腔内超声成像导管通信的处理器电路处接收当所述管腔内超声成像导管被移动通过患者的身体管腔时通过所述管腔内超声成像导管获得的多个管腔内超声图像；
利用所述处理器电路基于所述多个管腔内超声图像和多个管腔内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述管腔内超声成像导管的纵向平移速度；并且
向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。
15.一种用于在外周脉管系统中使用的血管内超声成像系统，所述系统包括：
血管内超声成像导管，其被配置为当所述血管内超声成像导管被移动通过患者的外周血管时获得多个血管内超声图像；
处理器电路，其被配置用于与所述血管内超声成像导管通信，其中，所述处理器电路被配置为：
接收通过所述血管内超声成像导管获得的所述多个血管内超声图像；
基于所述多个血管内超声图像和多个血管内超声图像中的每个之间的已知时间间隔来确定所述血管内超声成像导管通过所述外周血管的纵向平移速度；并且
向与所述处理器电路通信的显示器输出包括基于所述纵向平移速度的速度指示符的屏幕显示。
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