CN115666402A - 带成像的自扩展支架系统 - Google Patents

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Abstract

在示例性的示例中，本文公开了通过在脉管内植入支架并使用血管内成像来确定和确保支架被适当地植入且产生期望和有效的结果来治疗脉管疾病的方法和系统。例如，一种系统可获得血管的光学形状感测数据和血管内成像数据。该系统可处理光学形状感测数据和血管内成像数据，以生成在紧接支架植入血管之前和之后的血管的三维模型和图像，并对之前和之后的图像进行精确比较，以确保支架被适当地植入并将产生或正在产生期望和有效的结果。精确的比较可以基于与支架放置在血管中的位置相关联的导出直径，该导出直径是基于生成的前三维模型和生成的后三维模型的。

Description

带成像的自扩展支架系统
相关申请的交叉引用
无。
技术领域
本文所述的系统和装置总体上涉及对血管进行治疗和成像。更具体地，本公开涉及通过在脉管内植入支架并使用血管内成像来确定和确保支架被适当地植入并产生期望和有效的结果以用于治疗脉管疾病的植入物、方法和系统。
背景技术
血管内超声(IVUS)成像在介入性心脏病学和外周血管介入中被广泛用作诊断工具，用于评估人体内患病的管(例如动脉或静脉)，以确定治疗的必要性、指导干预和/或评估其有效性。包括一个或多个超声换能器的IVUS装置被送入管中并被引导至待成像的区域。换能器发射超声能量，以形成关注的管的图像。超声波被由组织结构(例如管壁的各个层)、红细胞和其他关注特征引起的不连续部分反射。反射波的回波被换能器接收并传递到IVUS成像系统。成像系统处理接收到的超声回波，以产生放置该装置的管的截面图像。
目前通常使用的IVUS导管有两种类型：旋转式和固态式。对于典型的旋转式IVUS导管，单个超声换能器元件位于柔性驱动轴的末端处，该驱动轴在被插入关注的管内的塑料护套内旋转。换能器元件被定向使得超声波束的传播与该装置的轴线基本垂直。充满液体的护套保护管组织以免受旋转的换能器和驱动轴的影响，同时允许超声信号从换能器传播到组织中并返回。当驱动轴旋转时，换能器被周期性地用高压脉冲激发，以发射短脉冲超声。然后，同一换能器听取从各种组织结构反射回来的回波。IVUS成像系统从换能器的单次旋转期间发生的脉冲/获取周期序列中组合出管横截面的二维显示。
相比之下，固态IVUS导管带有超声扫描器组件，其包括围绕该装置的周边分布且与一组换能器控制电路相连的超声换能器阵列。换能器控制电路选择单个换能器或换能器的组合来发射超声脉冲和接收回波信号。通过逐步遍历一系列的发射器-接收器对，固态IVUS系统可以合成机械扫描的换能器元件的效果，但没有移动部件。由于没有旋转的机械元件，换能器阵列可以直接与血液和管组织接触，且管创伤的风险最低。此外，由于没有旋转元件，接口被简化。固态扫描器可以利用简单的电缆和标准的可拆卸电连接器直接连接到成像系统。
IVUS成像可在经皮冠状动脉介入(PCI)或外周血管介入之前、期间和/或之后使用。例如，IVUS成像可被用于诊断和治疗计划，以识别血管的病变部分，并确定待被定位在血管的病变部分内的支架的适当直径和长度。换句话说，血管和支架的直径和/或长度可以从血管内图像数据(例如，IVUS成像和/或光学相干断层扫描(OCT))中获得。
IVUS成像通常在支架植入前利用单独的血管内装置来进行。在进行IVUS成像后，将血管内装置从脉管中取出，然后插入支架输送装置以植入支架。如果临床医生希望在支架被植入后查看支架，临床医生必须先移除支架输出装置，然后再重新插入IVUS血管内装置。而且，即使在重新插入后，IVUS血管内装置也很难对在支架植入之前和之后的血管内的关注位置进行精确的比较，因为临床医生在试图进行这种比较时无法确定IVUS血管内装置是否处于准确的位置。此外，支架植入通常是由查看脉管的二维视图的临床医生进行的，从而进一步增加了进行前后比较的难度。因此，期望提供一种或多种系统和/或方法来解决这些和其他缺点。
发明内容
在至少一个示例性的示例中，提供了包括一个或多个处理器和存储指令的存储器的系统。当指令被一个或多个处理器执行时，该指令致使处理器产生在紧接支架植入之前和之后的血管的病变或狭窄部分的三维合成图像，以执行布放前和布放后图像的精确比较，确保支架被适当地植入并将产生或正在产生期望的和有效的结果，包括增加通过狭窄的且现在放置有支架的区域的血量。
在一示例中，一种支架输送系统包括：形状感测线，其被配置成产生代表受试者的脉管内的关注区域的形状感测数据；支架输送装置，其被设置在形状感测线上，其中支架输送装置包括支架和被设置在支架远侧的成像元件，其中成像元件被配置成产生代表关注区域的血管内超声成像数据；计算系统，其包括：一个或多个处理器；以及存储器，其存储指令，当该指令被一个或多个处理器执行时，该指令致使一个或多个处理器：接收对应于形状感测数据的多个第一信号；接收对应于血管内超声成像数据的多个第二信号；配准第一信号和第二信号；处理第一信号和第二信号以生成关注区域的布放前三维模型；基于布放前三维模型，确定关注区域的布放前尺寸特征；接收指示支架被布放的支架布放信号；在接收到支架布放信号后，接收与形状感测数据对应的多个第三信号；在接收到支架布放信号后，接收对应于血管内超声成像数据的多个第四信号；配准第三信号和第四信号；处理第三信号和第四信号以生成关注区域的布放后三维模型；基于布放后三维模型，确定关注区域的布放后尺寸特征；计算布放前尺寸特征和布放后尺寸特征的比较结果；以及向监视器提供该比较结果。
在另一示例中，如前段所述的支架输送系统，其中支架输送装置包括传感器，其中在护套在支架输送装置上缩回时传感器产生支架布放信号。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中初始尺寸特征和更新尺寸特征是基于导出直径的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中导出直径是基于关注区域的面积、体积或周长的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中导出直径是基于关注区域的面积的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中导出直径是基于关注区域的体积的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中导出直径是基于关注区域的周长的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中导出直径是基于关注区域的面积、体积和周长中的至少两个的。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中，该支架输送系统还包括荧光透视成像装置，以产生与关注区域相对应的荧光透视图像数据。
在另一示例中，如前面段落中的任一段所述的支架输送系统，其中存储器存储指令，当指令被一个或多个处理器执行时，该指令还致使一个或多个处理器将荧光透视图像数据与第一信号和第二信号配准，并将荧光透视图像数据与第一信号和第二信号一起处理以生成关注区域的布放前三维模型。
在另一示例中，一种系统包括：一个或多个处理器；以及存储指令的存储器，当指令被一个或多个处理器执行时，该指令致使一个或多个处理器：获得对应于受试者的脉管内的关注区域的形状感测数据的多个第一信号；获得对应于关注区域的血管内超声成像数据的多个第二信号；配准第一信号和第二信号；处理第一信号和第二信号，以生成关注区域的布放前三维合成图像；基于布放前三维合成图像，确定能够通过关注区域的初始血量；接收指示支架被布放在关注区域内的支架布放信号；在接收到支架布放信号后，接收对应于形状感测数据的多个第三信号；在接收到支架布放信号后，接收对应于血管内超声成像数据的多个第四信号；配准第三信号和第四信号；处理第三信号和第四信号，以生成关注区域的布放后三维合成图像；基于布放后三维模型，确定能够通过关注区域的更新血量；计算初始血量和更新血量的比较结果；并提供指示该比较结果的比较信号。
在另一示例中，一种非暂时性计算机可读介质，其存储有用于由并入系统的一个或多个处理器执行的指令，其中该指令被该一个或多个处理器执行致使该一个或多个处理器：获得血管的初始光学形状感测数据；获得血管的初始血管内成像数据；配准初始光学形状感测数据和初始血管内成像数据；根据初始光学形状感测数据和初始血管内成像数据生成初始三维模型；确定与初始三维模型的一部分相关联的初始导出直径；获得血管的后续血管内成像数据；配准初始光学形状感测数据和后续血管内成像数据；根据初始光学形状感测数据和后续血管内成像数据生成后续三维模型；确定与后续三维模型的一部分相关联的后续导出直径；以及向监视器提供代表初始导出直径和后续导出直径的比较结果的信号。
短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表述，其在运用中既是结合的又是分离的。例如，“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”中的每一个表述是指单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起或A、B和C一起。当上述表述中的A、B和C中的每一个指的是一个要素(例如X、Y和Z)或一类要素(例如X1-Xn、Y1-Ym和Z1-Zo)时，该短语意在指的是选自X、Y和Z的单个要素，或选自同一类别的要素的组合(例如X1和X2)或选自两个或更多个类别的要素的组合(例如，Y1和Zo)。
术语“一”或“一个”实体是指一个或多个该实体。因此，术语“一”(或“一个”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。还应注意，术语“包括”、“包含”和“具有”可以互换使用。
本文中使用的术语“手段(means)”应根据35U.S.C.第112(f)节给予最宽泛的可能的解释。因此，包含术语“手段”的权利要求应涵盖本文阐述的所有结构、材料或动作，及其所有等同方案。此外，结构、材料或动作及其等同方案应包括在发明内容、附图说明、具体实施方式、摘要和权利要求书中描述的所有内容。
应理解的是，在整个本公开中给出的每个最大数值限制被认为包括作为替代的每个和每一较低的数值限制，就好像这些较低的数值限制在本文中明确地写出一样。在整个本公开中给出的每个最小数值限制被认为包括作为替代的每个和每一较大的数值限制，就好像这些较大的数值限制在本文中明确地写出一样。在本公开中给出的每个数值范围被认为包括落入该较宽数值范围内的每个和每一较窄数值范围，就好像这些较窄数值范围均在本文中明确写出一样。
前述内容是本公开的简化的发明内容，以提供对本公开的一些方面的理解。发明内容是本公开及其各个方面、示例和配置的既不广泛也不详尽的概述。既不旨在标识本公开的关键或重要要素，也不旨在描绘本公开的范围，而是以简化的形式呈现本公开的所选构思，作为对下面给出的更详细描述的介绍。正如将理解的，本公开的其他方面、示例和配置可以单独地或组合地利用上面所述的或下面详细描述的一个或多个特征。
附图说明
附图被并入说明书中并形成说明书的一部分，以示出本公开的多个示例。这些附图与描述一起解释了本公开的原理。附图简单示出了如何制作和使用本公开的优选和替代性示例，并且不应被解释为将本公开仅限制于示出和描述的示例。如以下参考的附图所示，根据本公开的各方面、示例和配置的下面更详细的描述，其他特征和优点将变得明显。
图1是示出包括根据本公开的一示例的成像的支架输送系统的示例性框图。
图2是根据本公开的一示例的支架输送系统的支架输送装置和光学形状感测线的示例性纵向示意图。
图3是沿图2中的线A-A截取的支架输送装置的远侧部分和光学形状感测线的远侧部分的放大纵向侧视图，其支架被附接到支架输送装置的轴杆上。
图4是沿图2中的线A-A截取的支架输送装置的远侧部分和光学形状感测线的远侧部分的放大纵向侧视图，其中支架从支架输送装置的轴杆上分开。
图5是根据本公开的一示例的支架输送系统的支架输送装置和光学形状感测线的近侧部分和远侧部分的示例性横截面图。
图6A是根据本公开的一示例的具有狭窄部的血管的示例性局部横截面透视图。
图6B是根据本公开的一示例的具有邻近狭窄部放置且限制狭窄部的支架的血管的示例性局部横截面透视图。
图7-9是描述根据本公开的多个方面的对血管进行成像的方法的示例性流程图。
图10是被拼接到从光学形状感测线获得的图像上的示例性IVUS图像集。
应理解的是，附图不必按比例绘制。在一些情况下，可能会省略对理解本公开不必要的细节或使其他细节难以理解的细节。当然，应理解的是，本公开不必限于本文所示的特定示例。
具体实施方式
在详细解释本公开的任何示例之前，应当理解，本公开在其应用中不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的构造和部件布置的细节。本公开能够有其他示例并且能够以各种方式被实现或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应被视为限制性的。本文使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体旨在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项。
参考图1，绘示出示例性框图，其示出了能够输送和布放支架的系统100。用于布放支架(例如自扩展的支架)的系统100使用导航和成像技术来精确地测量管和/或管中的关注区域，并在支架植入前产生其三维图像或模型(例如，布放前三维图像或模型)，布放支架，并精确地测量管和/或管内的关注区域和/或支架，并在支架植入后产生其三维图像或模型(例如，布放后三维图像或模型)。导航可以以手动或机器人的方式进行。系统100可包括工作站或控制台105，临床医生从工作站或控制台105处执行、监督和/或管理支架输送操作。工作站105优选包括计算机系统，该计算机系统包括一个或多个处理器110和存储器115，该存储器用于存储程序和应用程序以执行本文公开的方法。
存储器115可存储光学感测模块120和OSS处理模块125。光学感测模块120可被配置成解释来自一个或多个光学形状感测(“OSS”)装置或线300的光学反馈信号，并产生血管内光学形状感测数据。光学感测模块120也可被配置成使用光学信号反馈(和任何其他反馈，例如电磁(EM)跟踪)来重建与医疗装置或器械相关的变形、偏转和其他变化，该医疗装置或器械通过布放装置或系统，例如支架布放装置200。OSS处理模块125可被配置成基于血管内光学形状感测数据，生成整个关注区域上的多个位置中的每一个处的三维(3D)OSS图像，并将该OSS图像输出到监视器(例如，显示装置和/或其他类型的用户界面装置)150以描绘管和/或管的关注区域的3D图像。
支架布放装置200可包括管体或主体210，作为导丝的OSS线300穿过该管体或主体。OSS线300包括一根或多根光纤，光纤又与工作站105连接。OSS线300和光纤被用来提供可布放部件(例如支架)的可视化表示。虽然在支架方面进行描述，但本原理也可适用于其他可植入物。
在一个示例中，OSS线300的光纤被集成在OSS线300内或穿过OSS线300。OSS线300可被用于进行物理测量。测量值可被用于规划或放置支架。如图2和图3所示，支架输送装置200被放置在OSS线300上。因此，支架输送装置200的手柄205与OSS线300相联接。如下文将详细讨论的，支架输送装置200相对于OSS线300的定位和/或位置(包括支架215的定位和/或相对位置)被登记在登记模块140中。也就是说，OSS线300、支架输送装置200和支架215的相对定位和/或位置在登记模块140被配准。因此，支架输送装置200和支架215的任何移动都相对于OSS线300被跟踪。
虽然本原理可应用于与支架结合使用的任何介入性导丝，但本公开采用OSS线300作为导丝。因此，OSS线300作为支架输送装置200的“输送导轨”，且OSS线300沿着支架输送装置200内的专用导丝管腔穿过。由于OSS线300在物理上位于支架输送装置200内，OSS线的重建形状代表了支架输送装置200的形状。然而，OSS线300可以在支架输送装置200内自由旋转和平移，因此，可以知道支架输送装置200和/或支架215的精确位置和取向。
OSS线300可包括位于一个或多个光纤中的光纤布拉格光栅传感器。光纤布拉格光栅(FBG)是一短段光纤，其反射特定波长的光并传输所有其他波长的光。这是通过在纤芯中加入折射率的周期性变化来实现的，这产生了特定波长的电镜。因此，光纤布拉格光栅可被用作内联光学过滤器，以阻止一些波长，或作为特定波长的反射器。
光纤布拉格光栅的操作背后的基本原理是在折射率变化的每个界面处的菲涅尔反射。对于一些波长，各个时段的反射光是同相位的，使得反射时存在相长干涉，且因此传输时存在相消干涉。布拉格波长对应变和温度敏感。这意味着布拉格光栅可被用作光纤传感器的感测元件。在FBG传感器中，应变导致布拉格波长的移动。
这种技术的一个优点是，各种传感器元件可被分布在光纤的长度上。沿着嵌置在结构中的光纤的长度，将三个或更多个纤芯与各种传感器(量器)结合在一起，允许精确地确定这种结构的三维形式，通常具有优于1mm的准确度。沿着光纤的长度，在各个位置处，可以设置众多的FBG传感器(例如，3个或更多个光纤感测纤芯)。从每个FBG的应变测量值中，可以推断出在该位置处的该结构的曲率。从众多的测量位置中，可以确定总的三维形式。
作为光纤布拉格光栅的替代，可以利用常规光纤中固有的反向散射。一种此类方法是利用标准单模通信光纤中的瑞利散射。瑞利散射是由于纤芯中折射率的随机波动而发生的。这些随机波动可以被建模为布拉格光栅，其振幅和相位沿光栅长度随机变化。通过在单一长度的多芯光纤内延伸的三个或更多个纤芯中使用这种效应，可以跟踪关注表面的3D形状和动态。
应理解的是，光学形状感测可以以多种方式进行，并不限于FBG或瑞利散射技术。例如，其他技术可包括蚀刻到光纤中的通道、采用量子点进行反射、采用多个单独的光纤(例如3个或更多个)而不是单个多芯光纤或其他光学形状感测技术。
利用在工作站105的存储器115中的登记模块140对OSS线300进行登记。再次参考图1，登记模块140被配置成将OSS线300登记到支架输送装置200、附加成像系统160、脉管内的物理结构(例如，狭窄部等)、其他图像等。对于形状识别登记，可以采用独特的形状或形状模板，以从光纤获得位置和取向信息。如果光纤采取预定义的和不可改变的路径，该路径的曲率和形状信息可被用于识别将被存储在存储器115中的对光纤转变来说是独特的图像(即图像145)，因为OSS处理模块125可被配置成基于血管内光学形状感测数据，生成在整个关注区域的多个位置中的每一个处的多个3D OSS图像，其可被用于后续的验证和比较。
图像处理模块135被配置成结合3D OSS图像145和OSS线300的位置数据，以便在显示器150上联合或单独显示。OSS位置数据和图像数据(来自术前或术中图像145)可被登记并联合显示，以协助放置支架(或其他可植入装置)。成像系统160可包括荧光透视系统(x射线)，用于收集关于器械位置或解剖特征的实时可视化信息。利用成像装置160收集的图像145可以与来自OSS线300的OSS数据一起登记。
通过使用OSS线和/或支架布放装置200的一部分，例如手柄205，以及支架215的位置(或至少是移植物上的相关标记)，可以简化导航。然后，可以使用登记的术前(如CT)图像进行导航，以用于引导。为了将光学形状感测的使用引入介入手术，首先需要将光纤整合到一个或多个被用于介入术的装置/系统中。通过将光学形状感测集成到在支架布放期间使用的OSS线300中，并根据本原理将支架215和支架布放装置200登记到OSS线300上，系统100可被用于任何类型的支架和/或布放系统，且对支架或布放机构的设计的影响有限。
工作站105可包括用于查看受试者(患者)400的内部图像的显示器150，该内部图像可包括图像145(术前或术中图像)或作为叠加图或其他渲染的OSS数据，它们与在手术中采用的一个或多个部件中的OSS线300一起登记。显示器150也可以允许用户与工作站105及其部件和功能(例如，触摸屏、图形用户界面等)，或系统100内的任何其他元件进行交互。这由接口155进一步促进，该接口155可包括键盘、鼠标、操纵杆、触觉装置或任何其他外设或控件，以允许来自工作站105的用户反馈和与工作站105的交互。
支架布放中的一个步骤是定位x射线可见(不透射线)的标记。当支架215通过支架输送装置200在OSS线300上被推进到血管405中关注的大致位置时，这些标记被初始地定位。如果支架215可以半布放，那么标记将被重新使用，以微调支架215的位置。在三维解剖结构中放置三维支架215是具有挑战性的，且通常是在二维成像指导下通过x射线荧光透视来进行。因此，放置支架215的操作时间会变得非常长。本公开的装置、系统和方法潜在地减少了操作时间并立即确认支架植入的有效性。
参考图2，布放装置200可包括一个或多个控件或稳定的手柄205，根据设计，它们被用来执行多个任务，例如，在引入到受试者的脉管期间缩回覆盖支架215的外护套240，推进承载支架215的轴杆210，调整OSS线300或任何其他有用的功能，这取决于支架布放装置200的设计及其需要执行的功能。参考图3，绘示出沿图2中的线A-A截取的支架布放装置200的远侧部分和OSS线300的远侧部分的放大纵向侧视图，其中支架215被附接到支架布放装置200的轴杆210上，至少部分原因是外护套240将自布放的支架215保持在收缩的配置中。参考图4，外护套240已经相对于自布放的支架215和轴杆210向近侧缩回(或者轴杆210和自布放的支架215已经向外护套240的远侧延伸)，使得自布放的支架215能够径向地扩展到扩展配置。继续参考图3，外护套240包括位于其远端处的传感器270，支架输送装置200的轴杆210包括传感器275。当外护套240相对于自布放的支架215和/或轴杆210向近侧缩回时(或轴杆210和自布放的支架215向外护套240的远侧延伸时)，传感器270、275重叠，并且一个或两个传感器向工作站105发送信号，其中传感器信号指示支架215已经被布放在受试者400的脉管内。
支架布放装置200的配置使得一个手柄205可以以在轴向和扭转上刚性的方式连接到支架215。这允许支架215在手术中的重新定向，但也可以重新用于保持OSS线300和支架布放装置200之间的登记。这可以通过几种不同的方式来实现。
根据本公开的示例，描述了一种方法和系统，以使用血管内成像(例如，通过使用IVUS和/或OCT成像系统)来确定、识别和/或导出管直径测量值(例如，真实/导出直径的测量值)，该测量值被用于管和支架的确定尺寸操作和/或手术。示例性的IVUS系统在美国专利第7,930,014号(2006年1月11日提交，名称为“VASCULAR IMAGE CO-REGISTRATION”)、美国专利申请第14/594,599号(2015年1月12日提交，名称为“DETECTING ENDOLEAKSASSOCIATED WITH ANEURYSM REPAIR”)和美国专利申请第14/798,218号(2015年7月13日提交，名称为“DEVICES,SYSTEMS,AND METHODS FOR IMPROVED ACCURACY MODEL OF VESSELANATOMY”)中公开，其全部公开内容通过引用被明确地并入本文。
图6A示出了具有狭窄部的管405。例如，图6A是管405的局部横截面透视图。管405包括位于该图左侧的近侧部分和位于该图右侧的远侧部分。在近侧部分和远侧部分之间，管腔410沿着管405的长度延伸。在这方面，管腔410允许流体流经该管。在一些情况下，管405是血管。在一些情况下，管405是冠状动脉、周围动脉或周围静脉。在这样的情况下，管腔410被配置成利于血液流经管405。
如图所示，管405包括位于近侧部分和远侧部分之间的狭窄部415。狭窄部415通常代表导致流体通过管405的管腔410的流动受到限制的任何堵塞或其他结构布置。本公开的示例适用于各种脉管应用，包括冠状动脉、周围(包括但不限于下肢、颈动脉和神经血管)、肾脏和/或静脉。当管405是血管时，狭窄部415可能是斑块堆积的结果，包括但不限于斑块成分，如纤维、纤维脂质(纤维脂肪)、坏死的核心、钙化物(致密的钙)、血液、新鲜血栓和成熟血栓。一般来说，狭窄部的组成将取决于被评估的管的类型。在这方面，应理解的是，本公开的构思几乎可适用于管的导致流体流动减少的任何类型的堵塞或其他变窄。
继续参考图6A，管405的管腔410在狭窄部415的近侧具有直径420，在狭窄部的远侧具有直径470。在一些情况下，直径420和470基本上彼此相等。在这方面，直径420和470可以代表管腔410的健康部分，或至少是与狭窄部415相比更健康的部分。因此，管腔410的这些健康部分被示为具有基本上恒定的圆柱形轮廓，因此，管腔的高度或宽度被称为直径。然而，应理解的是，在许多情况下，管腔410的这些部分也会有斑块堆积物、非对称的轮廓和/或其他不规则性，但程度比狭窄部415要小，因此，将不会有圆柱形的轮廓。在这种情况下，直径420和470被理解为代表管腔的相对尺寸或横截面积，且并不意味着圆形的横截面轮廓。在一些示例中，直径420和470可不具有相等的直径，但仍然可以代表健康部分(例如，在管405是静脉的示例中)。换句话说，在这样的示例中，健康部分也可以通过其他标准来代表，例如，面积、斑块负荷、偏心率(例如，基于偏离圆度的测量，独特地表征其形状偏心性的圆锥截面的数学偏心率)等等。
如图6A所示，狭窄部415包括使管405的管腔410变窄的斑块堆积物425。在一些情况下，斑块堆积物425不具有均匀或对称的轮廓，从而使这种狭窄部的血管造影评估不可靠。在图示的示例中，斑块堆积物425包括上部430和相对的下部435。在这方面，下部435相对于上部430具有增加的厚度，这导致相对于在狭窄部415的近侧和远侧的管腔部分的非对称和非均匀的轮廓。如图所示，斑块堆积物425减少了流体流经管腔410的可用空间。具体地，管腔410的横截面积因斑块堆积物425而减少。在上部430和下部435之间的最窄点处，管腔410具有高度440，其代表了相对于狭窄部415的近侧和远侧的直径420和470减少的尺寸或横截面积。狭窄部415可以在近侧肩部450和远侧肩部445之间纵向地延伸。肩部450、445可以是斑块堆积物425开始/结束的区域。狭窄部415的长度可由近侧肩部450和远侧肩部445之间的长度来定义。应注意，包括斑块堆积物425的狭窄部415实际上是示例性的，且不应被视为以任何方式进行限制。在这方面，应理解的是，狭窄部415具有在其他情况下限制流体通过管腔410的流动的其他形状和/或组成。虽然管405在图6A中被示为具有单个狭窄部415，并且下面的示例的描述主要是在单个狭窄部的情景下进行的，然而应理解的是，本文描述的装置、系统和方法对于具有多个狭窄区域的管具有类似的应用。
在一些示例中，代替斑块堆积物425，管405的管腔410也可以基于其他因素而变窄。例如，在周围脉管(例如静脉)中，管腔410的狭窄可能是由来自外部管的压力(例如来自外部动脉的压力)引起的。因此，下面描述的方法也可用于确定由于外部管和/或其他因素而导致已被压缩的管405的导出直径。
狭窄部415的治疗可包括将支架215定位在管腔410内。支架215可被配置成通过增加管腔410的大小或横截面积来重建通过管腔410的正常或接近正常的流体流动。也就是说，参考图6B，支架215可以将上部430和下部435之间的最窄点处的高度440'增加到大于图6A所示的高度。在一些示例中，支架215的直径可以大约等于直径420或470。支架215可以在近侧肩部450和远侧肩部445之间延伸。支架215的长度可以与狭窄部的长度相似。支架215的近端和远端可包括支架支杆，当支架215被适当地定位在管腔410内时，支架支杆很好地与管腔壁450相对。支架支杆可被定位在近侧肩部445和远侧肩部450附近。
为了确定用于在管405内布放支架的适当治疗计划，包括确定狭窄部的长度和/或直径和/或确定支架的适当长度和/或直径，可以使用单独的成像系统160。单独的成像系统160可包括血管内装置，如导管、导丝或导引导管。在高水平上，血管内装置可以是单独的血管内超声装置(IVUS)，如旋转式IVUS装置或固态IVUS装置。在这方面，IVUS装置可以从被安装在IVUS装置远端附近的扫描器组件中包括的成像元件或换能器元件发射超声能量。旋转式IVUS装置可包括一个成像元件或换能器元件。固态IVUS装置可包括由成像元件或换能器元件形成的阵列。
替代性地，参考图3和图4，用于确定狭窄部的长度和/或直径的血管内装置可以是具有包括在内的IVUS能力的支架输送装置200。例如，支架输送装置200可包括由换能器元件225形成的阵列，该阵列可围绕扫描器的纵向轴线被定位成环形配置。发射的超声能量被围绕扫描器组件的介质中的组织结构反射，且超声回波信号被换能器元件225接收。在一些示例中，换能器元件可被定位成与支架输送装置200的远侧部分220相邻。在这方面，换能器元件225可被定位成与支架输送装置200的远侧末端的距离小于3 0cm、小于10cm、小于5cm、小于3cm、小于2cm和/或小于1cm。应理解的是，换能器元件225可被定位在沿着支架输送装置200的任何位置处，包括与远侧末端的任何距离。在一些情况下，换能器元件225可被定位在支架输送装置200的远侧末端处。然而，优选地，如图3所示，当支架215以收缩的配置被联接到轴杆210上时，换能器元件225在支架215的轴向位置远侧的位置处被定位在支架输送装置200的远侧末端处。应理解的是，支架输送装置200可被定位在管405中的狭窄部415的远侧，并且在支架215的布放之前以及在这种布放之前(和之后)，支架输送装置200被以手动或自动方式拉回以对斑块堆积物425进行成像。
扫描器组件225可包括集成电路控制器芯片，其被配置成激活发射器电路以产生电脉冲来激发换能器元件，并接受通过被包括在集成电路控制器芯片上的放大器从换能器元件接收的放大的回波信号。在支架输送装置200包括换能器阵列225的示例中，集成电路控制器芯片可被配置成选择用于发射和/或接收的特定的换能器阵列元件。集成电路控制器芯片的处理架构可以类似于2012年12月28日提交的美国临时申请第61/746,804号中描述的结构，该申请的全部内容在此通过引用并入。来自换能器元件的发射信号的频率可由集成电路控制器芯片、工作站105的存储器115中的IVUS处理模块135和/或工作站105中的另一模块来控制。
集成电路控制器芯片可被配置成在每次A扫描时激发换能器元件以发射具有多个频率的超声能量。换能器元件可被配置成发射各种频率，以优化收集的关于管405内的部分的信息，例如血液、斑块、外膜、钙质、支架支杆等。各种频率可以以改善的精确度询问管405的相应部分。例如，低频A-阵列可被用于在低增益接收时检测高密度物体(如支架、钙质)，在高增益接收时检测斑块/外膜。低频A扫描可在约5MHz至约30MHz、约5MHz至约25MHz、约10MHz至约30MHz的范围内和/或其他合适的值。例如，高频A阵列可检测组织区域内的精细细节。高频A扫描可在约30Mhz至约80Mhz、约30Mhz至约70Mhz、约40Mhz至约80Mhz的范围内和/或其他合适的值。低增益接收可以比高增益接收低10dB至40dB，这取决于系统的动态范围。虽然这里描述了两个频率范围--高频范围和低频范围，以及两个增益范围--高增益接收和低增益接收，但应理解的是，可以利用任何数量的频率范围和/或增益范围。如2012年12月21日提交的美国临时专利申请第61/740,822号所述，可将多频IVUS成像数据结合起来，以更清楚地识别管405的不同部分，该申请的全部内容在此通过引用并入。
支架输送装置200可被配置成检测管405内的血流。例如，集成电路控制器芯片和/或IVUS处理模块135可被配置成控制换能器元件225以非连续的方式利用针对同一A阵列的相同频率来发射超声能量。例如，具有相同频率的连续发射(例如，同一A扫描的不同样本)可以在时间上被分开。在这段时间内，血液将已移动跨过换能器元件，而固定组织则不会。因此，通过在时间上分离换能器元件的超声发射，可以在IVUS成像数据指示出运动的位置识别血液，且可以在没有运动的位置识别组织。样本可以以在约60微秒至约150微秒、70微秒至约135微秒、80微秒至约120微秒的范围内和/或其他合适值的时段被分开。采样周期可以基于例如血流速度来选择。可以对两次发射之间的时段内的IVUS成像数据的变化进行分析，以确定该变化是否提示与A扫描相关的视场的楔形内的血流。如果样本中的差异大于预期的噪音或干扰，那么IVUS成像数据就可以代表血流。血流信息可以按照例如2013年8月23日提交的美国专利申请第13/974,757号中描述的进行提取，该申请的全部内容在此通过引用并入。
使用在时间上分离的多个频率和发射所收集的IVUS成像数据可被结合，以生成更准确的管解剖结构的模型。例如，血液可以被识别为在低频A扫描下有少量或没有信号接收的区域。支架和钙质可被识别为在低频A扫描的低增益接收下具有合理信号强度的那些区域。可以使用高频A扫描对组织区域进行成像，但是管解剖结构的模型可包括来自所有曝光的信息(例如，高增益的低频、低增益的低频、高频等)，以生成更准确的组织的数据表示或可视化表示，并减少血液和/或组织斑点。
工作站105可包括IVUS处理模块135，其利于IVUS感测模块130和被包括在换能器225中的扫描器组件之间的信号通信。这种通信可包括(除其他外)以下步骤：(1)向集成电路控制器芯片提供指令，(2)向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，生成电脉冲以激发换能器元件，以及(3)接受通过被包括在集成电路控制器芯片上的放大器从换能器元件接收的放大的回波信号。在一些示例中，IVUS处理模块135在将数据转发给IVUS感测模块130之前，对回波数据进行初步处理。例如，IVUS处理模块135对数据进行放大、过滤和/或汇总。在一些示例中，PIM 304还提供高压和低压DC电以支持换能器225的操作。IVUS处理模块135将接收到的回波信号传输(例如，提供和/或转发)到IVUS感测模块130，在IVUS感测模块30内，除其他外，超声图像可被重建并显示在监视器或显示器150上。
IVUS处理模块135可通过IVUS感测模块130接收来自换能器225的回波数据，并处理该数据以重建围绕换能器225的介质中的组织结构的图像。回波数据可被用于生成包括B阵列和流量信息两者的混合模式的IVUS图像。B阵列图像表示组织在垂直于换能器225的纵向轴线的平面内的二维解剖结构，图像中任一点处的亮度代表从组织内的相应位置接收的回波信号的强度。流量数据与围绕扫描器的介质(如血流)中的元件移动的可视化表示相关。B模式数据(例如，使用多频超声发射)和流量数据(例如，使用在时间上分离的超声发射)可如本文所述的进行收集、处理和/或组合。计算系统306还可以在监视器或显示器150上输出混合模式的图像。
工作站105大体上可代表适合执行本公开中讨论的处理和分析技术的任何装置。在一些示例中，工作站105包括至少一个处理器、随机存取存储器和/或存储介质。在这方面，在一些情况下，存储器115被编程以执行与本文所述的数据获取和分析相关的步骤。因此，应理解的是，与数据获取、数据处理、器械控制和/或本公开的其他处理或控制方面有关的任何步骤可由计算系统使用存储在可由计算装置访问的非暂时性计算机可读介质上或内的相应指令来实现。在一些情况下，工作站105是控制台装置。在一些情况下，工作站105类似于S5TM成像系统或S5iTM成像系统，每一个可从Volcano公司获得。在一些情况下，工作站105是便携式的(例如，手持式的、在推车上等等)。此外，应理解的是，在一些情况下，工作站105包括多个计算装置。在这方面，特别应理解的是，本公开的不同的处理和/或控制方面可单独实施，或在预定的分组内使用多个计算装置实施。下面描述的处理和/或控制方面在多个计算装置上的任何划分和/或组合都在本公开的范围内。
附加成像系统160可包括被配置成生成管405的二维表示的血管造影/荧光透视成像系统。血管造影/荧光透视成像系统可包括x射线源。例如，管405的参考图像可以在将不透射线的造影剂注入到管405内的情况下由血管造影/荧光透视成像系统生成。
血管造影/荧光透视图像数据可以在工作站105处被接收。例如，工作站可包括视频采集卡。血管造影/荧光透视图像数据可被输出到监视器或显示器150。血管造影/荧光透视图像数据可与IVUS成像数据相结合，以生成管405的高精度模型。在一些示例中，IVUS成像数据和血管造影/荧光透视图像数据可以同时收集(例如，在支架输送装置200的自动或手动回拉期间)。例如，IVUS成像数据和血管造影/荧光透视图像数据可以配准，例如2012年10月1日提交且在2013年1月31日作为美国专利申请公开第2013/0030295号公布的美国专利申请第13/632,916号和/或2011年9月8日提交且在2012年1月5日作为美国专利申请公开第2012/0004537号公布的美国专利申请第13/228,229号中描述的那样，这些申请的全部内容通过引用并入。也就是说，使用血管造影/荧光透视图像数据，IVUS图像可以与由支架输送装置200输送的支架215在管405内的位置相关联。登记模块140可被配置成执行与IVUS成像数据和血管造影/荧光透视图像数据配准相关的处理步骤。
参考图3和图4，在一些示例中，支架输送装置200的轴杆210的远侧部分可包括一个或多个定向标记230。在一些示例中，支架输送装置200的轴杆210可包括多个定向标记230。定向标记230可以由不透射线的材料制成，使得定向标记230在血管造影/荧光透视图像数据中是可见的。定向标记230可被用于在血管造影/荧光透视图像数据中确定支架输送装置200的轴杆210沿着管405的纵向位置。定向标记230被用于确定血管内装置围绕其自身纵向轴线的取向、旋转位置和/或角度旋转。因此，被成像的管405的横截面可以使用本文所述的定向标记230来确定。在一些示例中，支架输送装置200的轴杆210可包括三个定向标记230，它们围绕支架输送装置200的轴杆210的周边被等距地分隔开。例如，三个定向标记230可以围绕支架输送装置200的轴杆210的周边间隔约120°。在这样的示例中，三个定向标记230中的至少一个在任何血管造影/荧光透视图像数据中是可见的。在一些示例中，定向标记230本身可以由不透射线的材料制成。在一些示例中，围绕支架输送装置200的周边的带可以由不透射线的材料制成。定向标记可以是不透射线的带的缺口或切口。定向标记230可被定位在换能器元件22的近侧(如图3和图4所示)或远侧。
定向标记230可以是非对称形状的，例如锯齿形状。锯齿形状可包括平行于支架输送装置200的纵向轴线延伸的一侧和相对于纵向轴线倾斜地延伸的一侧。当支架输送装置200在朝向顶部的方向上旋转时，成角度的一侧将在血管造影/荧光透视图像数据中朝向顶部出现。类似地，当支架输送装置200在朝向底部的方向上旋转时，成角度的一侧将朝向底部出现。因此，IVUS处理模块135可确定换能器装置225是朝着管405的前面还是后面旋转。IVUS处理模块135可测量从支架输送装置200的顶部或底部到定向标记230的平行的一侧的距离，以确定支架输送装置200旋转的角度。支架输送装置200是否朝前或朝后旋转以及旋转角度可被用于确定管405的横截面或正被成像的支架输送装置200的总视场的楔形。锯齿形是非限制性的示例，且可以在不同的示例中使用不同的形状。
可以基于使用定向标记230确定的支架输送装置200的旋转角度来旋转配准的IVUS图像。在一些情况下，管腔410的宽度或直径420、470可以在血管造影/荧光透视图像数据中进行测量。在配准的IVUS图像中，管腔410的宽度或直径420，470预计是相同的。测量的宽度可提供用于确定配准的IVUS图像中的管腔壁的位置和轮廓的起点。例如，IVUS处理模块135可被配置成使用该信息来执行边界检测算法。当使用种子点(如来自血管造影/荧光透视图像数据的测量的宽度或直径)时，边界检测算法有可能提供更准确的结果，这与当边界检测算法必须首先猜测起点然后遵循该边界的情况相反。因此，通过换能器成像的管405的横截面的知晓，连通支架输送装置200在管405内的位置的知晓，可被用来对管405的直径和横截面积进行高准确度的确定。
在一些示例中，支架输送装置200包括类似于传统的旋转式IVUS导管的一些特征，例如可从Volcano公司得到的
Figure BDA0003945938920000171
导管。在一些示例中，IVUS装置包括类似于传统的固态IVUS导管的一些特征，例如可从Volcano公司得到的
Figure BDA0003945938920000172
导管和美国专利第7,846,101号(在此通过引用将其全部内容并入)中公开的那些。例如，支架输送装置200包括靠近其远端的扫描器组件225，以及沿支架输送装置200的纵向主体延伸的传输线束。传输线束在支架输送装置200的近端处终接于患者接口模块(PIM)连接器。PIM连接器将传输线束电联接到PIM，并将支架输送装置200物理联接到PIM。在一实施例中，支架输送装置200还包括导丝出口端口290。因此，在一些情况下，支架输送装置200是快速交换导管。导线出口端口290允许朝向远端插入OSS线305，以便引导支架输送装置200穿过管405。
在一些示例中，支架输送装置200被配置成在管405内成像，同时被移动通过管腔410。在一些情况下，支架输送装置200被配置成移动通过管腔410并跨过狭窄部415。因此，可以在管405的整个关注区域上的多个位置处收集IVUS成像数据。关注区域可包括狭窄部415。在这方面，支架输送装置200被定位在狭窄部415的远侧，并在一些情况下向近侧移动(即回拉)跨过狭窄部到达狭窄部近侧的位置。在其他情况下，支架输送装置200被定位在狭窄部415的近侧，并向远侧移动跨过狭窄部到达狭窄部远侧的位置。在一些示例中，支架输送装置200的移动，无论是向近侧还是向远侧，都由医务人员(例如外科医生的手)手动控制。在其他示例中，支架输送装置200的移动，无论是向近侧还是向远侧，都由移动控制装置(例如，回拉装置，如可从Volcano公司得到的Trak
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II装置)自动控制。在这方面，移动控制装置在一些情况下以可选择的已知速度(例如，2.0毫米/秒、1.0毫米/秒、0.5毫米/秒、0.2毫米/秒等)控制支架输送装置200的移动。在一些情况下，IVUS装置302通过管的移动在每次回拉或推送时是连续的。在其他情况下，支架输送装置200被逐步地移动通过管(即，重复移动固定量的距离和/或固定量的时间)。
图7、图8和图9分别是根据本公开的多个方面的对血管进行成像的方法700、800和900的流程图。图7是用于使用几何测量值(例如，面积、体积和/或周长)来确定被成像的血管和/或狭窄部的尺寸的方法700的流程图。方法700的步骤可以由OSS线300、支架输送装置200的IVUS部分、单独的IVUS装置、被示为附加成像系统160的血管造影/荧光透视成像系统、工作站405的计算系统和/或其组合来进行。在其他示例中，另一侵入性血管内成像(IVI)系统或装置，如光学相干断层扫描(OCT)成像系统和/或近红外光谱(NIRS)系统，可以执行方法700、800和/或900的步骤。此外和/或替代性地，非暂时性计算机可读介质(例如，工作站105的计算系统内的存储器)可包括指令，当指令被一个或多个处理器(例如，计算系统内的处理器)执行时，该指令可致使处理器执行方法700、800和/或900的步骤。
参考图7，在操作中，在步骤702处，计算系统(例如，一个或多个处理器)获得血管内的关注区域的荧光透视图像数据。荧光透视图像数据可以使用x射线源来获取。在一些示例中，荧光透视图像数据可以在获取血管内光学形状感测数据和/或IVUS成像数据之前和/或同时获取。例如，在获取OSS数据和/或IVUS成像数据之前，可以在使用造影剂的情况下获取参考荧光透视图像。例如，参考图像可被用来大致识别关注区域。计算系统可生成荧光透视图像数据的可视化表示，并将该可视化表示与关注区域的模型的可视化表示分开输出到显示器150。荧光透视图像数据也可以在获取OSS数据和/或IVUS成像数据的同时获取。例如，在手动或自动插入和/或拉回OSS线300和/或支架输送装置200跨过关注区域期间，可以在获取OSS数据和/或IVUS成像数据的同时获取荧光透视图像数据。如本文所述，荧光透视图像数据和OSS数据和/或IVUS成像数据可被配准。
在步骤704处，计算系统获得在整个关注区域上的多个位置处的血管内光学形状感测数据。血管内光学形状感测数据可以由OSS线300获取。关注区域可包括限制血流通过管405的障碍物(如狭窄部415)和/或压缩(如由来自外部动脉的压力引起的压缩)。在一些示例中，计算系统的OSS感测模块120和/或OSS处理模块125可基于血管内光学形状感测数据，生成整个关注区域上的多个位置中的每一个处的OSS图像，并将该OSS图像与关注区域的模型的可视化表示分开输出到监视器(例如，显示装置和/或其他类型的用户界面装置)150。参考图10，绘示了合成的3D图像1000，其示出了从OSS线300生成的脉管的3D图像1010以及一系列叠加在3DOSS图像1010上的二维IVUS图像1020。
再次参考图7，在步骤706处，计算系统获得整个关注区域上的多个位置处的IVUS成像数据。IVUS成像数据可以使用IVUS部件来获取，例如设置在支架输送装置200上的换能器元件225或能够获得IVUS成像数据的单独的血管内装置(未示出)。在一些示例中，计算系统的IVUS感测模块130和/或IVUS处理模块135可以基于IVUS成像数据，生成整个关注区域上的多个位置中的每一个处的二维IVUS图像，并将该IVUS图像与关注区域的模型的可视化表示分开输出到监视器(例如，显示装置和/或其他类型的用户界面装置)150。再次参考图10，一系列的二维IVUS图像1020与3D OSS图像1010使用共同和互补的坐标集(例如，x、y、z坐标系)配准，使得每个IVUS图像1020叠加并拼接到3D OSS图像1010上，从而产生合成的3D图像1000，其以3D格式示出了OSS图像数据和IVUS图像数据两者，从而增加临床医生对脉管中的关注区域的理解和看法，并增加与这种关注区域相关的介入手术时间。
在多个位置中的每一个处的IVUS成像数据可包括对应于超声发射的不同频率的多个分量。在一些示例中，多个分量可包括对应于超声发射的第一频率的第一分量，对应于具有第一增益值的第二频率的第二分量，以及对应于具有第二增益值的第二频率的第三分量。虽然这里描述了三个分量，但应理解的是，可以利用三个以上的分量，从而对应于不同的频率和/或增益值。例如，第一频率可以是相对较高的频率，而第二频率可以是相对较低的频率。例如，第一增益值可以是相对较高的增益值，而第二增益值可以是相对较低的增益值。第一频率和第二频率可被选择成使得超声发射在血液和组织中的表现不同。例如，可以选择低频率，使得超声发射的波长大于血细胞。这可能有利于生成准确度改善的管解剖结构模型，因为软斑块和血液在被超声能量询问时表现相似。通过选择低频发射，只有组织而不是血液被低频发射成像。高频和低频发射可用于获取关于组织的信息。以类似的方式，可以选择高增益值和低增益值来优化IVUS成像数据的获取。例如，低频、低增益发射可被用于识别支架支杆和钙质，这两者在IVUS图像中显示为饱和部分。与低频、低增益发射相关的IVUS成像数据可被用于更容易地识别支架的位置，使得例如可容易地确定支架与管腔壁410相对的程度。
分别与不同频率中的每一个相关的连续的超声发射可以在时间上被分开。例如，可以控制支架输送装置200和/或另一血管内装置的换能器元件230以下列顺序传输超声能量：与第一频率相关的超声发射、与具有第一增益值的第二频率相关的超声发射以及与具有第二增益值的第二频率相关的超声发射。虽然本文描述了三种超声发射，但应理解的是，可以利用三种以上的超声发射，例如，与不同频率和/或增益值相关的超声发射。这可以通过交错具有不同频率和/或增益值的发射来改善IVUS成像数据采集的效率。例如，可以比较连续的高频发射以提取血流信息。高频发射之间的时间可包括低频发射，以提取有关组织位置和/或支架的信息。这里公开的特定顺序是非限制性的示例，且可以在不同的示例中实施其他超声发射算法。
再次参考图7，在步骤708处，计算系统处理荧光透视图像数据、OSS数据和/或IVUS成像数据。在步骤710处，计算系统使用荧光透视图像数据、OSS数据和/或IVUS成像数据产生血管(具体地，关注区域)的三维图像和尺寸，如图10所示和上文论述的。参考方法800(图8)描述与处理荧光透视图像数据、光学形状感测数据和/或IVUS成像数据有关的一个或多个子步骤。参考图8，在步骤802处，将支架输送装置200在OSS线300上加载入受试者的脉管内，并且计算系统使用荧光透视图像数据确定OSS线300的位置和/或支架输送装置200相对于x射线源在整个关注区域上的多个位置中的每一个处的位置。例如，被设置在支架输送装置200上的定向标记230可以在荧光透视图像数据中被识别出。计算系统可被配置成基于荧光透视图像数据中定向标记230相对于管腔边界410的位置来计算支架输送装置200的位置。该位置可以是支架输送装置200沿管405的位置和/或支架输送装置200在管405内的旋转位置。
参考图5，示出了确定支架输送装置200(包括支架215)相对于OSS线300的位置的另一示例。支架输送装置200可包括沿其纵向轴线和/或轴向长度的多组传感器250、250'等。例如，图5绘示了在支架输送装置200的手柄205中的一组传感器250和在支架输送装置200的轴杆210的远侧部分中的另一组传感器250'。虽然没有示出，但支架输送装置200可以在手柄205和轴杆210的远侧部分之间包括另外的多组传感器。每组传感器可包括多个传感器250a、250b、250c等。OSS线可包括沿其纵向轴线和/或轴向长度的多组传感器310、310'等。例如，图5绘示了在OSS线300的远侧部分处的一组传感器310和在OSS线300的相对近侧部分中的另一组传感器310'。虽然没有示出，但OSS线300可以在远侧和近侧两组传感器之间包括另外的多组传感器。每组传感器可包括多个传感器310a、310b、310c等。
当OSS线300进入支架输送装置200的管腔，并且OSS线中的一组传感器310经过支架输送装置200中的一组传感器250时，指示支架输送装置200和支架215相对于OSS线300的位置的相应信号将由支架输送装置200和/或OSS线300发送到计算系统(包括登记模块140)，并且支架输送装置200和支架215相对于OSS线300的相对位置将被配准。例如，支架输送装置200中的一组传感器250可以轴向地位于支架215所处的轴向位置的同一位置。或者支架215在支架输送装置200上相对于一组或多组传感器250的轴向位置可被存储在存储器115中。此外，在输送装置200中的每组传感器中具有多个250a、250b、250c等和/或在OSS线300中的每组传感器中具有多个310a、310b、310c等，将允许计算系统确定支架输送装置200行进的方向(例如，向远侧或向近侧)。例如，在支架植入手术中，OSS线300将可能首先被插入到脉管中，然后支架输送装置200在OSS线上被插入到脉管中。当支架输送装置200中的一组或多组传感器250与OSS线300中的一组传感器310处于相同的轴向位置时，支架输送装置200和支架215相对于OSS线300的相对位置将被配准，并且支架输送装置200行进的远侧方向或近侧方向将被记录并存储在存储器中。
再次参考图8，在步骤804处，计算系统，具体是登记模块140，配准荧光透视图像数据、OSS数据和/或IVUS成像数据。同时获取的荧光透视图像数据、OSS数据和/或IVUS成像数据可以被配准，使得可以在荧光透视图像数据中识别沿着管405的特定OSS图像和/或IVUS图像帧的位置。OSS图像和/或IVUS图像帧可以基于支架输送装置200的确定位置进行适当的旋转，使得可以以改善的准确度来确定管腔壁410的位置和管腔420、470的直径。再次参考图10，一系列的二维IVUS图像1020与3D OSS图像1010配准，使得每个IVUS图像1020被叠加并拼接到3D OSS图像1010上，从而产生合成的3D图像1000，其以3D格式示出了OSS图像数据和IVUS图像数据两者，从而增加了临床医生对脉管中关注区域的理解和看法，并增加与这种关注区域相关的介入手术时间。因此，合成的3D图像1000可以旋转，使得临床医生可以更好地查看狭窄部415、狭窄区域、管腔壁410的位置和管腔420、470的直径以及脉管405或其关注区域的其他解剖学特征。
在步骤806处，计算系统生成并确定血管的尺寸，具体是在图6A中所示的阻塞或狭窄部415处。该尺寸可以使用例如支架输送装置200的确定位置、配准的荧光透视图像数据、OSS图像数据、IVUS图像数据、合成的图像1000和/或其任何组合来生成。该尺寸可包括在整个关注区域上的多个位置中的每一个处的管腔边界或壁410的位置信息。该尺寸可以另外包括管405的一个或多个部分(如狭窄部415)的位置信息。例如，该尺寸可包括管405内和/或管腔壁410周围的多个点。这些点可以代表管405的一个或多个部分的位置和/或轮廓。该尺寸可另外包括长度。
在步骤808处，计算系统生成关注区域的模型。该模型可以使用例如支架输送装置200的确定位置、配准的荧光透视图像数据、OSS图像数据、IVUS图像数据、合成的图像1000和/或其任何组合来生成。关注区域的模型可以是管405的一个或多个组成的数据表示或可视化表示。该模型可包括在整个关注区域上的多个位置中的每一个处的管腔边界或壁410的位置信息。该模型可另外包括管405的一个或多个部分(如血液、斑块、外膜、钙质和支架支杆)的位置信息。例如，该模型可包括管405内和/或管腔壁410周围的多个点。这些点可以代表管405的一个或多个部分的位置和/或轮廓。该模型可另外包括与该多个点中的每一个相关的特征数据。该特征数据可以识别管405的部分。该模型的数据表示可由计算系统用于自动进行治疗前确定，包括支架的适当长度和直径、支架支杆相对于管腔壁410的适当定位。
在一些示例中，生成关注区域的模型可包括确定血管内血液和组织之间的边界。血液-组织边界可使用代表血液从帧到帧随机变化的和/或使用具有致使血液不太可见的不同频率和/或增益值的超声发射获取的IVUS图像数据来确定。边界的确定可另外考虑来自配准的荧光透视图像数据的测量值。因此，计算系统可计算测量值，如管腔的直径、长度、面积、周长和/或体积。边界的确定可另外考虑血管内装置相对于x射线源的计算的旋转位置，如荧光透视图像数据中可见的导管定向标记所指示的。计算系统306可以输出血液-组织边界的确定位置的指示。
在一些示例中，生成该区域的模型可包括确定管的中膜和周围的外膜之间的边界。可以基于血管的血液和组织的边界的确定位置来确定中膜-外膜边界。边界的确定可另外考虑IVUS图像数据。具体地，与具有穿透管腔的频率的超声发射相关的IVUS图像数据(例如，使得中膜和外膜被询问到)可被用于确定边界。边界的确定也可以考虑支架支杆相对于管腔边界的确定位置。计算系统可以输出中膜-外膜边界的确定位置的指示。
该模型的可视化表示可包括输出到显示器150的光学形状感测图像、IVUS图像、荧光透视图像和/或其组合。可视化表示可以是二维的，但在显示器150上观看时优选是三维的。可视化表示可包括本文所述的管405的一个或多个部分的准确度改善的位置和边界。管405的一个或多个部分可以被不同地着色以提高清晰度(例如，血液可以被以与组织不同的方式着色，斑块可以被以与组织不同的方式着色，等等)。可视化表示可以以互动的方式呈现配准的荧光透视图像数据、光学形状感测数据和IVUS成像数据。例如，在荧光透视图像或光学形状感测图像中沿着管405的关注区域选择位置，可以调出相应的IVUS图像帧。该模型的OSS图像和IVUS图像帧可以基于支架输送装置200的位置进行旋转。
在一些示例中，可视化可包括使用光学形状感测数据以及与不同频率和/或不同增益值相关的IVUS图像数据来生成合成的OSS和IVUS图像。与OSS图像和使用单一频率和/或增益值生成的IVUS图像相比，合成的OSS和IVUS图像在血液、斑块、外膜、钙质、支架支杆等的位置方面可能相对更清晰。合成的OSS和IVUS图像可以通过计算IVUS图像帧中每个像素的特征在逐个像素的基础上生成。每个像素的特征和/或内容可基于与不同频率和/或不同增益值相关的IVUS图像数据。每个像素的特征可包括与来自被反射的超声波的回波相关的数值，像素是否对应于血液和/或组织，像素对应于什么特定类型的组织，等等。通过结合来自与不同频率和不同增益值相关的IVUS图像数据的信息，可以产生合成像素值。以这种方式结合信息可以有利地提供最佳的像素值，以过滤掉噪音，强调解剖结构，从而帮助医师进行图像解释。在一些示例中，合成的OSS和IVUS图像可包括叠加图，该叠加图具有指示血液-组织边界、中膜-外膜边界和/或支架支杆位置的确定位置的颜色指示。计算系统可以输出合成的OSS和IVUS图像。
在一些示例中，可视化可包括生成关注区域的纵向表示。纵向表示可以是血管在任何角度的纵向截面，类似于2013年9月26日提交的美国专利申请第14/038,106号(其全部内容通过引用并入本文中)中描述的图像纵向显示(ILD)。该纵向表示可以使用与不同频率和不同增益值相关的IVUS图像数据和/或合成的IVUS图像来生成。计算系统可以输出该纵向表示。在一些示例中，该纵向表示可包括具有指示血液-组织边界、中膜-外膜边界和/或支架位置的确定位置的颜色指示的叠加图。
在一些示例中，计算系统可确定血管内最小管腔面积的位置。最小管腔面积可发生在狭窄部415导致血管最狭窄的位置。最小管腔面积的位置可以基于血液-组织边界来计算。纵向表示可包括最小管腔面积的位置的指示。在一些示例中，计算系统可以在纵向表示上提供靠近最小管腔面积的狭窄区域的指示。在一些示例中，方法700可包括确定血管的位置，该位置是未狭窄的且最接近狭窄区域。计算系统可使用生成的模型来计算确定位置的面积、直径和/或周长。此外或替代性地，计算系统可使用生成的模型来计算两个确定位置之间的体积。计算系统可基于计算出的面积、直径、体积和/或周长来计算支架长度/直径，如下文所述。建议的支架直径和长度可以扩展狭窄区域，使其具有与狭窄区域的近侧和远侧的血管直径相似的直径。计算系统可以输出建议的支架直径和长度。
如本文所述，OSS图像、IVUS图像和/或荧光透视图像数据可以与关注区域的模型或合成图像分开显示。在一些示例中，合成图像、OSS图像、IVUS图像和/或荧光透视图像数据可以在与关注区域的模型不同的时间显示(例如，在支架布放之前和/或之后)。在一些示例中，OSS图像、IVUS图像和/或荧光透视图像数据输出到显示器150的不同部分，如关注区域的合成图像或模型。例如，OSS图像、IVUS图像和/或荧光透视图像数据可以被定位在关注区域的合成图像或模型的附近。
再次参考图7和图8，方法700和800由计算系统在布放支架215之前执行。参考图3，当支架输送装置200在OSS线300上被插入管405(图6A)时，支架215在支架输送装置200的远侧部分处被联接到并被设置在轴杆210上，并且支架215被轴向地对齐并被放置成与狭窄部415相邻。在图4中，支架215从支架输送装置200的轴杆210上分离，并邻近狭窄部415扩展，如图6B所示。外护套240在其远端处包括传感器270，且支架输送装置200的轴杆210包括传感器275。当外护套240相对于自布放的支架215向近侧缩回，且轴杆210(或轴杆210和自布放的支架215)向外护套240的远侧延伸时，传感器270、275重叠，且一个或两个传感器向工作站105发送信号，其中传感器信号指示支架215已被布放在受试者400的脉管内，如图6B所示。因此，该信号可被称为支架布放信号。
参考图9，绘示了在支架215已被布放后分析脉管中的关注区域并将植入后数据与植入前数据进行比较的方法900。例如，步骤902包括接收指示支架215已被布放在受试者400的脉管内的关注区域内的信号。如上所述，为了布放支架，外护套240相对于自布放的支架215向近侧缩回，而轴杆210和OSS线基本上保持静止或固定。因此，紧接布放支架215之前，系统100已经记录了OSS线300和支架布放装置200的相对位置，以及计算了脉管的关注区域的尺寸，并产生了三维模型或其合成图像。假设OSS线300在外护套240的缩回和支架215的扩展期间基本保持静止，则步骤904包括访问所存储的在沿着关注区域(具体是已经植入支架215的狭窄区域)的纵向轴线的多个位置处的血管内光学形状感测数据。如果OSS线300在外护套240的缩回和支架215的扩展期间平移或旋转，则步骤904包括获得新的在沿着关注区域(具体是已经植入支架215的狭窄区域)的纵向轴线的多个位置处的血管内光学形状感测数据。
图9中的方法900的步骤906包括获得在沿着关注区域(具体是已经植入支架215的狭窄区域)的纵向轴线的多个位置处的IVUS成像数据。步骤908包括处理OSS数据和IVUS成像数据，包括配准这些数据。步骤910包括确定已经植入支架215的脉管区域的尺寸，并生成放置有支架的脉管区域的三维模型或合成图像。步骤912包括比较紧接支架布放之前和之后的关注区域的尺寸和模型。尺寸和三维模型及合成图像的精确比较是通过使用留在脉管内(且没有被移除)的OSS线300和支架输送装置200而成为可能的。也就是说，OSS线300产生了脉管的三维图像，且由于在支架布放期间OSS线300留在脉管中，系统可以准确地确定OSS线300和支架输送装置200的相对位置，从而确保分析和比较同一关注区域。例如，可以响应于在计算系统处接收到的用户输入而输出刚好在支架放置之前和之后的脉管的狭窄部415或狭窄区域的确定的长度、直径、周长和2D或3D形状，而无需对IVUS成像数据和/或荧光透视图像数据进行人为解释。
例如，可以使用在支架布放之前和之后获得的3D合成图像和模型来比较与狭窄区域相关的各种测量值、尺寸特征和/或公式。例如，可以使用合成的3D图像或模型来计算近侧肩部450和远侧肩部445之间的距离。支架215的长度可被确定为与近侧肩部450和远侧肩部445之间的距离基本相似，或稍大或稍小。在各个示例中，可以使用生成的关注区域的模型来执行不同的计算方法，以确定狭窄区域和支架的长度。在另一示例中，计算系统可确定血管405内的狭窄区域415处的管腔410的直径或高度440。计算系统还可确定一个或多个公式，以用于计算与血管内的狭窄区域或放置有支架的区域相关的导出直径(例如，内在或真实直径)。例如，在几何上导出的直径测量值(例如，真实直径测量值)提供了一种方法来确定脉管轮廓、面积或体积的直径测量值，而不考虑轮廓形状(例如，凸出/下凹)，并且不必检查轮廓点组合以识别最小/最大直径。这与下凹轮廓情形特别相关，该下凹轮廓情形使得从脉管轮廓直接测量直径更难获得。
换句话说，基于血管405的至少一个2D或3D截面图像(例如，来自生成的模型或合成图像)，计算系统确定血管的一部分(例如，横截面区域)的面积、体积和/或周长。例如，如前所述，计算系统可以使用边界算法来确定(例如，定位)管腔边界。在确定管腔边界的位置后，计算系统可以计算面积(例如，管腔边界内的像素数)和/或周长(例如，管腔边界的像素数)。此外和/或替代性地，计算系统可以使用生成的模型和/或整个关注区域上的多个不同的横截面图像来确定体积。例如，计算系统可以计算多个不同区域(例如，具有狭窄部的区域和没有狭窄部的区域)处的面积。然后，计算系统可以确定关注区域的长度，包括有和/或没有狭窄部的区域的长度。使用该长度和/或面积，计算系统可以计算管的体积405。
在一些示例中，血管的该部分可以是具有最小管腔面积的血管位置的横截面区域(例如，狭窄部导致血管最狭窄和/或血管的最小横截面积的位置)。具有最小管腔面积的该部分可由图6A中与高度440相关的血管内的位置来指示。在其他示例中，计算系统确定血管的另一部分的面积、体积和/或周长，例如由血管内的与直径420和/或470相关的位置指示的部分。
在确定面积、体积和/或周长之后，计算系统确定一个或多个公式(例如，周长公式、面积公式和/或体积公式)以用于确定(例如，计算)血管的导出直径。导出直径是在支架布放之前和之后获得的，且计算系统建议或推荐一个或多个直径以用于比较。在一些示例中，计算系统和/或显示器150可包括用户输入装置(例如，键盘、鼠标、触摸屏)。计算系统可以通过接口155接收指示血管内的位置的用户输入(例如，来自医生)。计算系统可以确定血管的与由用户输入指示的位置相关的该部分(例如，横截面)的面积和/或周长。换句话说，医生可能希望对血管内的横截面区域进行面积/周长测量，该横截面区域可以在最小管腔面积位置处，也可以不在。之后，计算系统可以确定在指示位置处的面积和/或周长。然后，计算系统可以确定使用该面积和/或周长公式来计算血管的导出直径。
在其他示例中，计算系统可不接收用户输入，并且可以自动确定血管的导出直径。例如，计算系统可以计算血管的体积，包括血管的具有狭窄部的部分和没有狭窄部的部分。在一些情况下，计算系统可以只计算具有狭窄部的血管的体积。
在一些示例中，计算系统可以基于能够确定和/或确定了在患者体内获取OSS和/或IVUS图像的位置(例如，一部分)来确定一个或多个公式(例如，圆和/或椭圆的体积公式)。例如，基于OSS数据和IVUS成像数据(例如，生成的模型或合成图像)和/或一个或多个公式，计算系统确定管(例如，与支架相关)的导出直径。例如，计算系统306可以使用在上述步骤602处确定的一个或多个公式来确定导出直径。该一个或多个公式可以包括：
P＝2πR (1)
A(circle)＝πR2 (2)
V(circle)＝HA＝HπR2 (3)
A(ellipse)＝πR1R2 (4)
V(ellipse)＝πHR1R2 (5)
在上述公式(1)-(5)中，P代表周长，R代表圆的半径，R1和R2代表椭圆的短轴和长轴，V代表圆或椭圆的体积，A代表圆或椭圆的面积，H代表高度。然后，在一些示例中，给定脉管轮廓的长度(即周长P)并假设管和/或支架的圆形几何形状，导出直径Dp可以从公式(1)中推导出：
Dp＝2R＝P/π (6)
换句话说，计算系统306可以使用上述公式(6)基于来自生成的血管模型的周长测量值来确定血管的导出直径。
在其他示例中，给定由脉管轮廓(例如，血管的管腔或管边界)所包围的面积(例如A)，并假设管和/或支架的圆形几何形状，导出直径Da可以从公式(2)和/或公式(4)中推导出。
Figure BDA0003945938920000271
换句话说，计算系统306可以使用上述公式(7)基于来自生成的血管模型的面积测量值来确定血管的导出直径。
在其他示例中，给定由脉管轮廓堆叠(例如，血管的管腔或管边界)包围的体积(例如，V)，并假设管和/或支架的圆形几何形状，导出直径可以从公式(3)和/或公式(5)中推导出。
Figure BDA0003945938920000281
换句话说，计算系统306可以使用上述公式(8)基于来自生成的血管模型的体积测量值来确定血管的导出直径。在一些情况下，可以使用辛普森规则来计算脉管轮廓堆叠的体积(例如，V)。在这种情况下，H是由该轮廓堆叠所代表的管的长度(例如，由从其获得管轮廓的成像帧所覆盖的管的长度)。
在一些示例中，计算系统306可以使用附加的和/或替代的公式来确定血管的导出直径。例如，计算系统306可以基于向上述的一个或多个公式(例如，公式(1)-(8))添加校正项(例如，误差估计值)来确定导出直径。
在一些变体中，由于成像条件和在正交截面处成像的困难，基于从连续的成像截面建立的体积的内在直径可以更多地代表可以与确定支架尺寸相关的导出直径测量值。例如，OSS数据和/或IVUS成像数据可包括管的多个不同的OSS数据和/或IVUS图像(例如，连续的切片)。计算系统可以使用一个或多个公式(例如，面积/周长公式)来确定这些图像中每一个的直径。然后，计算系统可以对它们进行平均，以确定导出直径。例如，计算系统可以使用周长公式和/或面积公式来确定多个不同的直径。然后，计算系统可以对多个不同的直径进行平均，以确定导出直径。在一些情况下，计算系统可以使用平均直径(例如，来自多个不同的合成图像)和管的长度来确定支架的导出直径。
在一些示例中，计算系统可以确定用于计算导出直径的两个或更多个公式。例如，计算系统可以最初从血管的体积(例如，使用上述公式(6))来确定导出直径。此外和/或替代性地，计算系统可以从血管的面积和/或周长(例如，使用上述公式(5)和/或(6))来确定导出直径。例如，在从体积确定了导出直径之后，计算系统306可以接收用户输入，该用户输入指示血管的一部分和/或指示用于导出直径的公式。基于用户输入，计算系统可以使用周长和/或面积来确定导出直径。在其他示例中，计算系统可以最初从面积确定导出直径。之后，计算系统可以基于用户输入，从体积和/或周长来确定导出直径。在另一些示例中，计算系统可以最初从周长确定导出直径。之后，计算系统可以基于用户输入从体积和/或面积来确定导出直径。
在一些变体中，针对面积、周长和/或体积计算出的导出直径可能是不同的。在这样的变体中，计算系统可以为导出直径中的每一个确定置信区间或值。置信区间可以指示计算出的导出直径与血管的实际直径有关的可能性。在一些情况下，计算系统可以使用一种以上的方法来确定导出直径，然后确定不同的导出直径是否在可接受的公差内(例如，预先确定/预定的阈值)。如果是这样，则计算系统可以使用根据其中一种方法得出的导出直径。如果不是，计算系统可以重复上述步骤以确定新的导出直径。例如，计算系统可以使用来自两个不同角度(例如，一个来自顺时针几何形状，另一个来自逆时针几何形状)的几何测量值(例如，面积、体积和/或周长公式)来计算导出直径。此外和/或替代性地，计算系统可以使用一个或多个几何测量值、像素计数和/或用户输入(例如，关于合成图像内的区域的用户定义的输入)来确定导出直径。
在一些情况下，计算系统可以使用来自面积、周长和/或体积公式中的至少一个的导出直径来确定导出直径的准确度(例如，导出直径是否是管的直径的准确表示)。例如，如果面积、周长和/或体积公式之间的导出直径不同，则计算系统可以确定导出直径是否在彼此的预先确定的范围内。如果不是，则计算系统可以从公式中确定新的导出直径。换句话说，这些公式可被用作检查，以确定它们是否准确地显示了血管的实际直径。如果它们之间的差异超过预先确定的范围，那么计算系统可以确定新的导出直径(例如，从管的另一横截面区域)以用于支架。
管的自然趋势可以假设为圆形形状，因此计算系统可能应用公式(6)、(7)和/或(8)来计算导出直径(例如，管的直径)。圆形形状的假设也适用于支架，该支架是圆形的，并基于其直径和长度来确定尺寸。当管变形和/或其轮廓不是圆形时，上述方法和系统尤其有利。在这样的情形下，仍然可以生成轮廓周长、由轮廓所包围的面积以及由轮廓堆叠所包围的体积。使用这些测量值中的任一个，可以基于公式(6)、(7)和/或(8)推导出管的导出直径。
前述讨论是为了例示说明和描述的目的而给出的。前述内容并不旨在将本公开限制于本文所公开的一种形式或多种形式。例如，再次参考图7、图8和图9，方法700、800和900，本公开总体上描述了方法700和800在布放支架215之前由计算系统执行，方法900在支架布放期间和之后执行。然而，本公开设想到方法700和800在支架布放之前和之后由相同的支架输送装置200、OSS线300和计算系统来执行，其中为同一关注区域(同一关注区域的同一位置)确定血管的3D图像和尺寸，其中在治疗之前关注区域不包括支架，而在治疗之后关注区域包括支架，因为布放支架就是治疗。在这种情形下，方法900将包括步骤902，步骤904将包括访问所谓的先前获得的治疗前和治疗后的关注区域(有支架和没有支架)的血管的3D图像和尺寸，并且步骤912将包括比较支架布放之前和之后(治疗前和治疗后)的关注区域处的血管的3D图像和尺寸并输出比较结果。
在前面的发明内容部分中，为简化本公开的目的，本公开的各种特征在一个或多个方面、示例和/或配置中被组合在一起。本公开的方面、示例和/或配置的特征可在不同于以上讨论的那些的替代性方面、示例和/或配置中组合。该公开方法不应被解释为反映出权利要求需要比在每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于少于单个前述公开的方面、实施例和/或配置的所有特征。因此，以下权利要求在此并入具体实施方式中，且每个权利要求独立作为本公开的单独优选实施例。
此外，尽管描述已经包括了对一个或多个方面、示例和/或配置以及一些变化和修改的描述，但是其他变化、组合和修改也在本公开的范围内，例如，在理解本公开之后，这可以在本领域技术人员的技能和知识范围内。旨在获得包括在允许范围内的替代性方面、示例和/或配置的权利，包括替代的、可互换的和/或等同于所要求保护的结构、功能、范围或步骤，无论此类替代的、可互换的和/或或等同的结构、功能、范围或步骤是否在本文中公开，并且无意于公开奉献任何可专利的主题。

Claims (12)

1.一种支架输送系统，包括：
形状感测线，其被配置成产生代表受试者的脉管内的关注区域的形状感测数据；
支架输送装置，其被设置在所述形状感测线上，其中所述支架输送装置包括支架和被设置在所述支架的远侧的成像元件，所述成像元件被配置成产生代表所述关注区域的血管内超声成像数据；
计算系统，其包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，其存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述指令致使所述一个或多个处理器：
接收对应于所述形状感测数据的多个第一信号；
接收对应于所述血管内超声成像数据的多个第二信号；
配准所述第一信号和所述第二信号；
处理所述第一信号和所述第二信号以生成所述关注区域的布放前三维模型；
基于所述布放前三维模型，确定所述关注区域的布放前尺寸特征；
接收指示所述支架被布放的支架布放信号；
在接收到所述支架布放信号后，接收与所述形状感测数据相对应的多个第三信号；
在接收到所述支架布放信号后，接收与所述血管内超声成像数据相对应的多个第四信号；
配准所述第三信号和所述第四信号；
处理所述第三信号和所述第四信号以生成所述关注区域的布放后三维模型；
基于所述布放后三维模型，确定所述关注区域的布放后尺寸特征；
计算所述布放前尺寸特征和所述布放后尺寸特征的比较结果；以及
向监视器提供所述比较结果。
2.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，所述支架输送装置包括传感器，其中在护套在所述支架输送装置上缩回时，所述传感器产生所述支架布放信号。
3.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，初始尺寸特征和更新尺寸特征是基于导出直径的。
4.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，所述导出直径是基于所述关注区域的面积、体积或周长的。
5.根据权利要求4所述的支架输送系统，其中，所述导出直径是基于所述关注区域的面积的。
6.根据权利要求4所述的支架输送系统，其中，所述导出直径是基于所述关注区域的体积的。
7.根据权利要求4所述的支架输送系统，其中，所述导出直径是基于所述关注区域的周长的。
8.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，所述导出直径是基于所述关注区域的面积、体积和周长中的至少两个的。
9.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，所述支架输送系统还包括荧光透视成像装置，以产生对应于所述关注区域的荧光透视图像数据。
10.根据权利要求1所述的支架输送系统，其中，所述存储器存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述指令还致使所述一个或多个处理器将荧光透视图像数据与所述第一信号和所述第二信号配准，并将所述荧光透视图像数据与所述第一信号和所述第二信号一起处理，以生成所述关注区域的所述布放前三维模型。
11.一种系统，包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，其存储指令，当所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述指令致使所述一个或多个处理器：
获得对应于所述受试者的脉管内的关注区域的形状感测数据的多个第一信号；
获得对应于所述关注区域的血管内超声成像数据的多个第二信号；
配准所述第一信号和所述第二信号；
处理所述第一信号和所述第二信号以生成所述关注区域的布放前三维合成图像；
基于所述布放前三维合成图像，确定能够通过所述关注区域的初始血量；
接收指示支架被布放在所述关注区域内的支架布放信号；
在接收到所述支架布放信号后，接收与所述形状感测数据相对应的多个第三信号；
在接收到所述支架布放信号后，接收与所述血管内超声成像数据相对应的多个第四信号；
配准所述第三信号和所述第四信号；
处理所述第三信号和所述第四信号以生成所述关注区域的布放后三维合成图像；
基于所述布放后三维模型，确定能够通过所述关注区域的更新血量；
计算所述初始血量与所述更新血量的比较结果；以及
提供指示所述比较结果的比较信号。
12.一种非暂时性计算机可读介质，其存储用于由并入系统的一个或多个处理器执行的指令，其中，所述指令被所述一个或多个处理器执行致使所述一个或多个处理器：
获得血管的初始光学形状感测数据；
获得所述血管的初始血管内成像数据；
配准所述初始光学形状感测数据和所述初始血管内成像数据；
根据所述初始光学形状感测数据和所述初始血管内成像数据生成初始三维模型；
确定与所述初始三维模型的一部分相关联的初始导出直径；
获得所述血管的后续血管内成像数据；
配准所述初始光学形状感测数据和所述后续血管内成像数据；
根据所述初始光学形状感测数据和所述后续血管内成像数据生成后续三维模型；
确定与所述后续三维模型的一部分相关联的后续导出直径；以及
向监视器提供代表所述初始导出直径和所述后续导出直径的比较结果的信号。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114129137B (zh) * 2021-12-02 2022-09-09 深圳先进技术研究院 一种血管内成像系统、装置以及成像方法
WO2023194877A2 (en) * 2022-04-05 2023-10-12 Libra Science Ltd. Device and method for guiding trans-catheter aortic valve replacement procedure

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7226417B1 (en) 1995-12-26 2007-06-05 Volcano Corporation High resolution intravascular ultrasound transducer assembly having a flexible substrate
EP1835855B1 (en) 2005-01-11 2017-04-05 Volcano Corporation Vascular image co-registration
US8298147B2 (en) 2005-06-24 2012-10-30 Volcano Corporation Three dimensional co-registration for intravascular diagnosis and therapy
US9629571B2 (en) 2007-03-08 2017-04-25 Sync-Rx, Ltd. Co-use of endoluminal data and extraluminal imaging
WO2016088037A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 Koninklijke Philips N.V. Automatic tracking and registration of ultrasound probe using optical shape sensing without tip fixation
JP2021506437A (ja) * 2017-12-20 2021-02-22 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 血管治療デバイスの捻れ配置検出

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