CN116056654A - 导航操作指令 - Google Patents

Abstract

本发明涉及例如在导管插入术期间提供导航操作指令。为了提供改进的导航指令，提供了一种用于体内导航操作指令的设备(10)。所述设备包括：位置数据供应器(12)、解剖数据供应器(14)、处理器(16)以及输出端(18)。所述位置数据供应器被配置为：提供工具部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中。所述解剖数据供应器被配置为：提供所述解剖结构的3D信息；并且提供针对所述解剖结构内部的工具尖端移动的目标信息。所述处理器被配置为：基于所述当前位置数据来确定所述工具尖端在所述解剖结构中的当前位置；基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述工具尖端的所述移动与所述目标信息对准；并且基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项来确定针对用户的实现所述工具尖端的移动的操作指令。所述输出端被配置为向所述用户提供所述操作指令。

Description

导航操作指令

技术领域

本发明涉及例如在导管插入术期间提供导航操作指令。本发明特别涉及一种用于体内导航操作指令的设备、一种导管系统以及一种用于提供体内导航操作指令的方法。

背景技术

导管插入术是用于以微创方式检查、诊断和处置某些患者状况的医学流程。为了进入感兴趣区域，从患者的手臂(桡动脉)、腿(股动脉/静脉)、腹股沟(大腿上部)或颈部(颈内静脉)开始，将直径小于感兴趣血管/动脉的导管-由医用级材料制成的细中空管-插入到血管/动脉中，并穿入患者的感兴趣区域。每条血管都有其优点和缺点。通过使用导管，医生可以对患者的感兴趣区域进行诊断测试和处置。导管具有多种形状、长度、直径和其他特殊特征，诸如电极和球囊。一旦就位，它们就例如用于执行测量或介入。例如，在心脏导管插入术的情况下，导管被引导到患者的心脏中。作为示例，术语导管插入术是指心脏导管插入术(也称为心脏导管术)。

作为示例，导管插入术流程可以在具有荧光透视和高度可操纵的患者台的特殊实验室中执行。这些“导管实验室”可以装备有各种尺寸的导管、支架、球囊等的柜，以提高介入期间的操作效率。

已经表明，可视化是导管插入术的重要方面，因为医生必须能够看到动脉中的阻塞。它通常包括荧光透视，但也可以包括超声心动图(TTE、TEE、ICE)或超声(IVUS)的形式。例如，超声使用声波来创建心脏血管的详细图片。导管实验室中的监测器可以在手术进行时示出解剖结构中的导管，例如实况荧光透视图像、ECG、压力波等。

导航通过血管以进入心脏在流程期间是一个挑战，因为个体的解剖结构是不同且复杂的。作为示例，WO 2014/100530 A1涉及导管转向。在一些示例中，外科医师在馈送导管的同时采用使用造影流体拍摄的X射线图像来定位血管。因此，他们在需要时通过拍摄X射线图像而在监测器上监测导管的位置，并通过转动尖端以操纵通过接合部或通过心脏的解剖结构来引导它通过血管。通过推动导管来实现平移移动。尖端的操纵通过滚转(滚动)、偏航和俯仰移动来执行，以使尖端转动以操纵通过接合部或心脏的解剖结构。作为示例，通过顺时针或逆时针滚动导管，导管的尖端改变方向。然而，3D信息的缺乏使得流程在避免造成损伤方面具有挑战性，因此也是耗时的，因为外科医师必须花费额外的努力来减轻该风险。

发明内容

因此，可能需要提供改进的导航指令。

本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决；其他实施例被并入从属权利要求。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于体内导航操作指令的设备、导管系统和用于提供体内导航操作指令的方法。

根据本发明，提供了一种用于体内导航操作指令的设备。所述设备包括：位置数据供应器、解剖数据供应器、处理器、以及输出端。所述位置数据供应器被配置为：提供工具部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中。所述解剖数据供应器被配置为提供所述解剖结构的3D信息。所述解剖数据供应器还被配置为提供针对所述解剖结构内部的工具尖端移动的目标信息。所述处理器被配置为基于所述当前位置数据来确定所述工具尖端在所述解剖结构中的当前位置。所述处理器还被配置为基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述工具尖端的所述移动与所述目标信息对准。所述处理器还被配置为基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项来确定针对用户的实现所述工具尖端的移动的操作指令。所述输出端被配置为向所述用户提供所述操作指令。

这提供了如下效果：为靠他/她自己操作该设备的外科医师提供了关于接下来应该精确地进行什么特定移动以便绕过接合部的主要帮助：什么控制以在什么方向上移动到什么程度以进行有效的转向，它们可以在哪里更快地移动，它们在哪里更好地减速等。换句话说，提供了关于以3D方式导航导管通过血管结构的有价值的操作指导。特别是用于促进了诸如肺中的复杂且精细的血管结构、路线寻找和操纵到期望的感兴趣区域，这是不平凡且有风险的任务。

操作指令是用户需要用于适当操控手动接口(如手柄或工具柄)以实现沿着目标路径或朝向确定的目标位置的期望移动的指令。操作指令是用户的然后引起正确导航的那些输入移动或致动。因此，操作指令不同于导航信息或导航指令。导航指令涉及与实际插入的介入设备(如导管)的移动有关的指令，而操作指令涉及与用于介入设备的移动和致动的操控接口的操控(即操作)有关的指令。作为示例，所述处理器被配置为基于目标信息和所确定的当前位置来确定移动规范，以便将工具尖端的移动与目标信息对准。所述处理器还被配置为：基于所述移动规范，确定所述用户的操作指令，以根据所述移动规范实现所述工具尖端的移动。

作为另一示例，所述处理器还被配置为基于目标信息和所确定的当前位置来确定轨迹信息，以便将工具尖端的移动与目标信息对准。所述处理器还被配置为基于所述轨迹信息来确定所述用户的操作指令，以根据所述轨迹信息实现所述工具尖端的移动。在示例中，所述工具是导管，并且所述工具尖端是导管尖端。所述解剖结构是血管结构。

在示例中，提供表示所述感兴趣区域的至少所述解剖结构的图形表示的数据，并且所述处理器被配置为生成图像数据，所述图像数据示出在所述解剖结构的背景下处于所述工具尖端的当前位置的所述工具尖端。

在选项中，所述输出端是显示器，所述显示器被配置为结合所述操作指令示出包括所述工具尖端和所述解剖结构的所述图像数据。

在示例中，所述操作指令包括针对所述用户的用于操控工具的控制手柄的指令，所述工具尖端被附接到所述工具，所述工具尖端被配置为在对象的所述感兴趣区域的所述解剖结构内被操纵。

作为选项，所述操作指令被提供为针对所述用户的如何操作所述工具的所述控制手柄的多个操作控件的操控指令，其中，所述操作控件涉及所述尖端的移动方向、尖端部分的弯曲和所述尖端的移动向量。

作为效果，根据提供给用户的视图来转换操作指令。

在示例中，所述多个操作控件被提供有至少对于所述手柄的所述用户可见的图形指示符。所述操作指令涉及所述图形指示符。为了视觉区分，所述图形指示符可以包括具有以下各项的组中的至少一项：颜色、图案和形式。

这为用户提供了直观的方式，因为可以直接应用操作指令，而不需要从输出端到控制手柄的相应空间布置的传递。

在示例中，还提供了控制手柄接口，所述控制手柄接口被配置为接收与所述控制手柄的所述操作控件有关的手柄信息并将所述手柄信息提供给所述处理器。所述处理器还被配置为基于所述手柄信息来确定所述操作指令。

在示例中，所述控制手柄接口被配置为接收所述手柄的位置数据，所述位置数据包括具有以下各项的组中的至少一项：空间中的(滚转旋转)取向、相对于对象的位置以及控制手柄与导管尖端之间的距离。所述处理器还被配置为基于具有以下各项的组中的至少一项来确定所述操作指令：空间中的取向、相对于对象的位置以及控制手柄与导管尖端之间的距离。

作为示例，导管被配置用于通过控制手柄馈送。作为另一示例，控制手柄被配置为固定到导管的端部。根据导管已经进入身体的量，它或多或少地经受来自解剖结构的摩擦，因此导管尖端可能更少地直接响应控制手柄的滚转。对于导管尖端相对于控制输入的弯曲也可以是这种情况。在示例中，考虑到这些位置相关偏差，相应地调节应当在控制手柄处应用多少滚转或弯曲的操作指令。

在示例中，通过经由头戴式显示器将指令叠加在物理控制手柄上，操作指令被提供为增强现实。替代地，操作指令叠加在固定显示器上示出的手柄的虚拟表示上。

作为选项，除了操作指令之外，指示导航信息，其中，操作指令与导航信息解耦。

根据本发明，还提供了一种导管系统。所述系统包括导管，所述导管包括控制手柄、导管体和导管尖端。所述系统包括根据前述示例之一的用于体内导航操作指令的设备。所述导管尖端附接到所述导管体的一端，并且所述导管控制手柄朝向所述导管体的另一端连接到所述导管体。所述操作指令包括针对用户的操控所述控制手柄以便在所述导管尖端被插入在对象的感兴趣区域的血管结构中时操纵所述导管尖端的指令。

根据本发明，还提供了一种用于提供体内导航操作指令的方法。所述方法包括以下步骤：

-提供解剖部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中；

-提供所述解剖结构的3D信息；

-提供针对所述解剖结构内部的解剖尖端移动的目标信息；

-基于所述当前位置数据来确定所述解剖结构中的所述解剖尖端的当前位置；

-基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述解剖尖端的所述移动与所述目标信息对准；

-基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项来确定针对用户的实现所述解剖尖端的移动的操作指令；并且

-向所述用户提供操作指令。

根据一个方面，为了导航至少部分地插入对象内部的工具，向用户提供操作指令，该操作指令然后将引起期望的导航结果。因此，操作指令包括采取适于用户的操控情况(例如适于用户使用的手柄)使得便于导航的方式的针对用户的操控指令。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见并且得到阐述。

附图说明

本发明的示例性实施例将会在下文中参考以下附图进行描述：

图1示意性地示出了用于体内导航操作指令的设备的示例。

图2示出了用于提供体内导航操作指令的方法的示例的基本方法步骤。

图3a和图3b示出了呈现给用户的体内导航操作指令的示例。

图4示出了导管系统的示例。

图5示出了与提供体内导航操作指令有关的工作流程的另一示例。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述特定实施例。在以下描述中，相似的附图标记被用于相似的元件，甚至被用在不同的附图中。提供了在描述中定义的项目(诸如详细的构造和元件)以辅助全面理解示例性实施例。而且，不详细描述公知的功能或构造，因为它们会以不必要的细节使实施例含糊不清。此外，当在元件的列表前面时，诸如“至少一个”的表达修饰元件的整个列表，而不是修饰列表的个体元件。

图1示意性地示出了用于体内导航操作指令的设备10的示例。该设备包括位置数据供应器12、解剖数据供应器14、处理器16和输出端18。

位置数据供应器12被配置为提供工具部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中。解剖数据供应器14被配置为提供解剖结构的3D信息。解剖数据供应器14还被配置为提供解剖结构内的工具尖端移动的目标信息。处理器16被配置为基于当前位置数据来确定工具尖端在解剖结构中的当前位置。处理器16还被配置为基于目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将工具尖端的移动与目标信息对准。处理器16基于具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，还被配置为根据具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项为用户确定实现工具尖端的移动的操作指令。输出端18被配置为向用户提供操作指令。

在图1中，作为选项，框20指示位置数据供应器12、解剖数据供应器14和处理器16以共同的布置提供，例如在共同的壳体或装置中。在另一选项中，分别地提供位置数据供应器12、解剖数据供应器14和处理器16中的一些或每个。输出端18以箭头示出，以指示提供针对用户的所确定的操作指令以用于进一步的目的，如显示这些操作指令。在选项中，除了在视觉上为用户提供操作指令之外或作为在视觉上为用户提供操作指令的替代方案，以以下方式中的至少一种输出用于用户的操作指令：声学和触觉。

在图1中，第一虚线箭头22指示当前位置数据的输入。第二虚线箭头24指示解剖结构的3D信息的输入。可以提供数据输入作为关于当前位置数据的输入的实况数据。在另一示例中，当前位置数据的输入从数据存储设备提供，例如用于在模型或模拟中操控设备时的测试或训练目的。解剖结构的3D信息可以由数据存储设备提供，诸如术前图像数据。解剖结构的3D信息也可以被提供为实况数据，诸如来自实况成像。

作为另一选项，虚线框指示被数据连接到输出端18的显示器30(参见下面)。在示例中，显示器是监测器。在另一示例中，显示器是在投影表面上(如在设备的手柄上)投影图形信息的图像投影设备。在另一示例中，显示器被提供为增强现实显示器，其中，物理对象与额外信息组合，即利用其增强。例如，显示器被提供为供用户穿戴的头戴式显示器。例如，显示器被提供为用于由用户穿戴的具有额外信息的显示的护目镜，即，操作指令被提供为在用户的视野内关于现实情况的投影。因此，提供了包括对用户的操作指令的平视显示器。

图2示出了用于提供体内导航操作指令的方法100的示例的基本方法步骤。方法100包括以下步骤：在第一步骤102(也被称为步骤a))中，提供解剖部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中。在第二步骤104(也被称为步骤b))中，提供解剖结构的3D信息。在第三步骤106(也称为步骤c))中，为解剖结构内部的解剖尖端移动提供目标信息。在第四步骤108(也被称为步骤d))中，基于当前位置数据来确定解剖结构中的解剖尖端的当前位置。在第五步骤110(也称为步骤e)中，基于目标信息和所确定的当前位置来确定移动规范，以便将解剖尖端的移动与目标信息对准。在第六步骤112(也称为步骤f)中，基于移动规范，根据移动规范来确定用于用户的实现解剖尖端的移动的操作指令。在第七步骤114(也称为步骤g)中，向用户提供操作指令。

第一、第二和第三步骤可以同时或以任何可能的顺序提供。

在示例中，提供了一种用于提供体内导航操作指令的方法。所述方法包括以下步骤：提供导管部分的当前位置数据，其中，导管尖端被插入在对象的感兴趣区域中的血管结构中；提供血管结构的3D信息；提供在所述血管结构内的导管尖端移动的目标信息；基于所述当前位置数据来确定所述血管结构中的所述导管尖端的当前位置；基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述导管端部的所述移动与所述目标信息对准；基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的至少一项来确定针对用户的实现所述导管尖端的移动的操作指令；并且向用户提供操作指令。

作为示例，提供了以下步骤：

-基于目标信息和所确定的当前位置来确定移动规范，以便将解剖尖端的移动与目标信息对准；并且

-基于移动规范来确定针对用户的根据移动规范和轨迹信息实现解剖尖端的移动的操作指令；并且

作为另一示例，提供了以下步骤：

-基于目标信息和所确定的当前位置来确定轨迹信息，以便将解剖尖端的移动与目标信息对准；

-基于所述轨迹信息来确定针对所述用户的根据所述轨迹信息实现所述解剖尖端的移动的操作指令。

体内导航的示例是导管插入术。体内导航的另一示例是内窥镜检查。术语“体内导航操作指令”涉及对插入在为其提供工具导航的身体中的可转向工具的操控。

可以插入工具以用于检查、测量、成像或感测目的或用于执行介入。

术语“体内导航操作指令”涉及对基于导管的介入(即，其中导管被插入在对象中的流程)的操控。这样的流程被称为导管插入术。体内导航操作指令也可以被称为导管插入术操作指令。

术语“操作指令”涉及提供给例如操作设备(如导管)的用户的信息和指令。操作可以手动提供，并且还可以机动化或至少部分地由机动化驱动器支持。可以直接或间接地提供操作。操作指令也可以被称为操作指导或操作性指导。例如，操作指令涉及用户要采取的(一个或多个)推荐动作。例如，操作指令涉及转向指令或操控指令。例如，操作指令涉及操作流程或操纵工作流程。例如，操作指令涉及工具操控，当移动工具(如在血管结构内部移动导管)时也被称为转向操控。

在示例中，工具是具有导管尖端的导管部分。

在示例中，解剖结构是血管结构、或心脏腔室结构或另一器官的管腔。解剖结构也可以是组织区域。

术语“位置数据供应器”涉及提供工具(例如导管尖端)的空间信息，即其在空间中的位置，以便然后将此带入具有解剖结构的背景中。位置数据供应器也可以被称为位置数据输入端或位置输入端。

术语“解剖数据供应器”涉及提供关于对象的感兴趣区域的解剖结构的空间信息。解剖数据供应器也被称为3D解剖数据供应器或解剖3D数据供应器。解剖数据是指血管结构(即，感兴趣区域中的血管)的三维信息。解剖数据供应器也可以被称为解剖数据输入端或解剖输入端。

术语“目标信息”涉及脉管系统结构中的目标位置和/或要跟随的工具(例如，导管尖端)的移动信息。因此，目标可以是要遵循的轨道，诸如特定的血管。因此，目标也可以是导管尖端或另一种类型的工具要移动到的点或位置。目标信息可以手动设置，或可以在介入之前或期间通过另外的成像流程(包括AI驱动的诊断工具)来确定。

例如针对血管结构内部的导管尖端移动的目标信息也可以被单独地提供，诸如通过用户输入。

解剖数据供应器可以被提供为被数据连接到数据源的数据馈送。解剖数据供应器也可以被提供为被数据连接到处理器的数据存储设备。

在选项中，位置数据供应器和解剖数据供应器被提供为提供数据输入接口的集成供应器。供应器也可以被称为输入端或输入单元或数据输入接口。

术语“处理器”涉及数据的处理。处理器也可以被称为数据处理器、数据处理装置或处理器单元。在示例中，处理器被数据连接到位置数据供应器、解剖数据供应器和用户接口。

“移动规范”涉及工具尖端(例如导管尖端)需要执行以便根据目标信息移动的移动。移动规范提供与由目标信息给出的血管结构内的路径有关的导航指令。

“轨迹信息”涉及路径，即，工具尖端(例如，导管尖端)需要执行以便在接近目标时沿着该路径移动的规划轨迹。轨迹信息提供与如由目标信息给出的血管结构内的路径有关的导航指令。

术语“输出端”涉及向用户提供所生成的操作指令。输出端也可以称为输出单元。在示例中，输出端可数据连接到用户接口，如显示装置。用户接口也可以被称为指导器。在示例中，用户接口以以下方式中的至少一种提供操作指令：视觉方式(看到)、触觉方式(感觉到)和听觉方式(倾听、监听)。

提供操作指令以便允许导管尖端的向前运动，直到到达目标位置。

在示例中，提供了一种用于体内导航操作指令的设备。该设备包括位置数据供应器、解剖数据供应器、处理器和输出端。所述位置数据供应器被配置为提供导管部分的当前位置数据，其中，导管尖端被插入在对象的感兴趣区域中的血管结构中。解剖数据供应器被配置为提供血管结构的3D信息并提供针对血管结构内的导管尖端移动的目标信息。所述处理器被配置为基于所述当前位置数据来确定所述导管尖端在所述血管结构中的当前位置；基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定移动规范，以便将所述导管尖端的移动与所述目标信息对准；并且基于所述移动规范来确定针对用户的根据所述移动规范来实现所述导管尖端的移动的操作指令，所述输出端被配置为向所述用户提供所述操作指令。

在示例中，解剖数据供应器还被配置为提供表示至少解剖结构(例如，感兴趣区域的解剖结构)的图形表示的数据。

作为选项，处理器被配置为生成图像数据，所述图像数据示出在解剖结构的背景下处于其当前位置的工具尖端。

作为另一选项，输出端是显示器30，并且显示器被配置为结合操作指令示出包括工具尖端和解剖结构的图像数据。

在示例中，表示图形表示的数据被提供为预先记录的或预定的图像数据。

在示例中，处理器被配置为指示图像数据中示出的解剖结构的注释或标签。

在示例中，表示图形表示的数据被提供为来自图像采集设备的实况图像。

作为选项，图像采集设备附接到工具尖端区域。

在示例中，图像采集设备是超声成像器，例如，IVUS(血管内超声)传感器。

在示例中，操作指令还包括关于与血管结构有关的导管尖端的方向信息，如导航指令。

在示例中，操作指令包括针对用户的用于操控导管的控制手柄的指令，所述导管尖端被附接到所述导管，所述导管尖端被配置为在对象的感兴趣区域的血管结构内被操纵。在示例中，操作控件被提供为具有以下各项的组中的至少一项：控制旋钮、调节轮、操纵杆状元件、触摸控件、显示器上的按钮等。

作为效果，根据提供给用户的视图来转换操作指令。

因此，导航部分由设备本身操控，并且将导航转换成用户的实际(手动)动作以控制导管移动的负担也由设备本身操控。因此，用户可以简单地直接执行操作指令。

在示例中，除了视觉操作指令之外或作为视觉操作指令的替代方案，在沿着血管结构移动导管的同时向使用提供触觉和触感反馈。例如，在用户侧以改进的方式(即，以增加或放大的方式)生成他/她感觉到血管壁的印象。

颜色、图案和形式被提供为可区别的，以允许方便的用户信息传递。

在示例中，在控制手柄上和所提供的操作指令中都不存在如上/下、左/右、前/后、远侧/近侧和其他解剖结构特异性指示的指示。

在示例中，输出端被配置为向用户提供操作指令并且还使得能够输入用户命令的用户接口。

在示例中，控制手柄接口被配置为接收所述手柄的位置数据，所述位置数据包括具有以下各项的组中的至少一项：空间中的取向、相对于对象的位置以及控制手柄与导管尖端之间的距离。处理器还被配置为基于具有空间中的取向和相对于对象的位置的组中的至少一项来确定所述操作指令。

控制手柄和导管尖端之间的距离影响弹性的量，因此考虑弹性的量。

因此，操作指令被提供为背景敏感指令。

例如，跟踪手柄的取向。

空间位置被提供用于增强现实。

作为另一选项，处理器还被配置为基于预建模模型或基于测量的线弹性和拉伸来确定所调整的操作指令。在示例中，基于测量的解决方案涉及对导管尖端(可能经由成像)和控制手柄两者中的取向和角旋转感测的连续分析、以及对导管尖端对控制手柄的旋转输入的旋转响应的建模。

在示例中，由于线轴的弹性，180°的手柄转动仅导致尖端的90°转动。根据在身体外部的部分的长度，考虑这种不同的移动行为来确定操作指令。

在示例(未进一步示出)中，通过将指令叠加在控制手柄的图像上来提供操作指令作为增强现实。

在选项中，除了操作指令之外，指示导航信息，其中，操作指令与导航信息解耦。

在示例中，具有操作指令和导航信息的组中的至少一项被提供为叠加到当前情况的实况图像的增强现实。作为选项，操作指令叠加到工具的物理控制手柄上。

在示例中，导航提供对具有以下各项的组中的至少一项的指示：移动路径、移动方向、移动速度、转折点、分叉、曲线等。因此，导航信息涉及沿着目标路径的空间移动。相反，操作指令为用户提供如何操作导管以便实现然后根据导航信息的移动的指令。

在示例中，解剖数据供应器还被配置为提供允许关于感兴趣区域的解剖结构的至少两个不同视图的数据。处理器被配置为根据具有以下各项的组中的至少一项来生成在不同视图中示出所述工具尖端的图像数据：所述操作指令，以及接近接合部的复杂性。

术语“不同视图”涉及具有查看方向、查看角度和查看分辨率的组中的至少一项的改变。

例如，用户(即操作者)可以从中性外部视图切换到从导管尖端的观点的视图。在示例中，提供了自动改变。

在示例中，为了实现目标信息，确定导管移动的开始或进入位置以及目标或结束位置，并且处理器计算用于将导管从进入位置移动到目标位置的至少一个路线。在选项中，可根据其他参数(如导管和导管尖端的几何和物理性质)选择不同的路线。

图3a和图3b示出了呈现给用户的体内导航操作指令的示例。血管造影图32或血管结构或另一解剖结构的另一表示在图3a和图3b的上半部分中示出。示出了部分插入的设备34，并且指示了目标点36。在图3a和图3b的右下部分中示出了血管内部的额外图像38。可以提供目标行进路径的指示40。额外图像38可以是超声图像。图3a和图3b的左下部分示出了操作指令42，例如以手柄44的形式，其中，指示的操作方向与手柄44有关。此外，还可以提供地图状导航信息46、以及作为文本提供的导航指令48。

血管结构的表示被提供用于概述。另外(未示出)，可以指示预定路线，即血管结构内到目标点36的路径。因此，血管结构的表示提供了一种路线图。

额外图像38为用户提供个人视点，就好像他/她正在血管内操纵设备一样。因此，额外图像38提供如从设备的尖端看到的驾驶舱视图。目标行进路径的指示40提供了对移动方向的进一步理解。代替于目标行进路径的指示40，该指示还可以呈现设备的远端。

地图状导航信息46向用户提供与地图的所示部分有关的抽象导航信息。因此，地图状导航信息46向用户提供关于移动必须转向的位置的第一源信息。然而，该导航是相对于地图提供的，并且需要由用户转换成转向手柄的参考。

操作指令42在操控设备(例如手柄44)的背景下提供这样的信息。因此，操作指令42为用户提供了如何执行手柄的操作的直观且直接的指令，以便实现通过血管结构的期望导航以沿着期望路径以期望的方式到达目标点。因此，操作指令42被提供在转向手柄的参考内，并且用户可以直接遵循这些。

图3a示出了相当容易转向的情况，如通过手柄44上方的绿色直箭头(在图3a中以黑色示出)指示的。当前血管部分仅略微弯曲而没有分叉。操作指令的提供允许用户利用设备的尖端向前移动。

图3b示出了需要更多转向注意力的情况，如通过较大蓝色向右转向(在图像中)箭头(在图3b中以灰色示出)和用于向左致动第一控制旋钮的较小红色箭头(在图3b中以黑色示出)以及用于向右致动第二控制旋钮的较小橙色箭头(在图3b中以白色示出)所指示的。当前血管部分具有复杂的分叉，并且目标路径跟随到左侧。操作指令的提供允许用户操纵通过这种情况。

图4示出了导管系统50的示例。导管系统50包括具有未进一步示出的控制手柄的导管52、导管体和导管尖端。导管系统50还包括根据前述示例之一的用于体内导航操作指令的设备10的示例54。导管尖端附接到导管体的一端，并且导管控制手柄朝向导管体的另一端连接到导管体。操作指令包括针对用户的操控控制手柄以便在导管尖端被插入对象的感兴趣区域的血管结构中时操纵导管尖端的指令。

在选项中，导管装备有集成光纤，并且激光器被提供为将激光发送到光纤中以沿着光纤反射回来以用于分析，从而重建和可视化导管的完整形状。

这基于使用从这些光纤中的密度波动反射的光来测量光纤中的应变的概念。被称为FORS(光纤真实形状)的这种技术实现体内导管的完整形状的实时3D可视化，而不需要连续成像，例如X射线成像。通过关于由术前或术中技术(CT、MRI或X射线荧光透视)获得的图像的整合，可以在患者的解剖结构的背景下示出导管。因此，临床医师可以清楚地看到他们需要在何处以及如何在解剖结构内导航和定位他们的设备。

这支持需要相对于解剖结构实时地看到3D中的设备的外科医师，同时减少其患者、其工作人员和他们自己对辐射的暴露。FORS还使得能够在患者的解剖结构的背景下以多个用户控制的不受限制的视角进行可视化(使用来自术前3D解剖数据或术中X射线图像的叠加)。FORS系统提供3D信息，以在潜在的血管损伤方面降低流程的风险，并且减少流程时间，因为外科医师可以以更多的置信度和效率导航解剖结构。3D形状导管可以被示出为与对象的CT/MRI/X射线图像叠加。因此，临床医师被提供有他们需要在何处以及如何在解剖结构内导航和定位他们的设备的进一步改进的可视化。

在示例中，使用成像(例如，CT或/X射线血管造影术)来创建血管解剖结构的图。

图4示出了导管实验室60作为示例。导管实验室60包括成像系统，例如具有由天花板支架66可移动地支撑的C形臂64的X射线成像系统62。提供X射线源68和X射线探测器70以对被布置在对象支撑件74上的对象72进行成像。控制和显示接口76被提供在对象支撑体74旁边。此外，指示了监测器装置78。此外，还提供了照明80。

在工作站或控制台82的背景下提供了用于体内导航操作的设备10的示例54。控制台82包括显示器84、键盘86和鼠标88。此外，指示了控制台90和图形平板装置92。

在示例中，外科医师指向或识别起始点(例如，对象的腹股沟或手臂)、目的地或感兴趣点(例如，朝向心脏)。

在示例中，血管导航系统计算从起始点到感兴趣点的路线。可能选择系统来计算主要路线的替代路线，例如，考虑导管的尺寸和弯曲能力、要递送的植入物的尺寸、安全性与效率的权衡等。这为外科医师提供了在给定时刻为其自己选择最佳路线的选项，这种方式超越了系统用于生成主要路线的默认准则。

在示例中，外科医师将导管馈送到血管中并基于由设备提供的实时引导进行转动：到即将到来的接合部的距离、要采取的下一个3D转动、推荐的推进速度等。当达到复杂的血管区段时，该设备可以向外科医师通知移动速度，例如，在复杂的血管区段中减速，并且当不在非常复杂的血管区段中时加速。

当在复杂的环境中时，用于导管插入术的设备可以给出更详细的指令。在示例中，用于体内导航操作指令的设备(也称为血管转向支持设备)提供了关于在接合部处采用哪个分支的详细指令。

作为与例如汽车导航系统的根本差异，用于体内导航操作指令的设备向外科医师提供关于导管控制上的哪些控制要操作、以什么方式操作以及安全地操纵导管多少的指令。该设备可以为外科医师提供关于在路线上的某个点处做什么的音频、视觉和触觉提示。

如上所指示，设备可以根据当前正在导航的血管形状来改变成像设备在导管(例如ICE、IVUS、OCT)的尖端处的视图设置：在或多或少的笔直部分处，图像设置可以具有更深和更向前看的视图设置，而当接近接合部时，解剖结构的实时视图可以切换到最佳3D视图或2D平面以相对于设备和要导航到的分支可视化解剖结构。这提供了在导管的尖端处选择更合适的相关视图的可能性，以便使外科医师的移动更直观。一些查看设置提供比其他设置更好的视图，这取决于尖端在该时刻的确切位置。这些设置还可以帮助更好地估计设备到解剖结构的距离，这使得操作者(外科医师)更直观地操纵导管通过接合部。可以将图像分割成3D模型，以便以更有用的方式绘制血管特征来支持导航。

图5示出了与提供体内导航操作指令有关的工作流程(即流程)的另一示例。

作为准备，对象202正在经历成像流程以生成CT血管造影204。该数据被进一步处理为血管造影图，例如对象的CT血管造影图206，并且结果被存储在数据存储元件中。外科医师210通过识别208进入血管解剖结构的进入点和必须执行诊断或介入流程的感兴趣点来注释该数据。经注释的数据(也被称为经注释的CT血管造影图数据212)被存储在数据存储元件中。路由算法214从数据存储元件读取注释的血管造影图数据，并计算从血管解剖结构中的进入点到感兴趣点的路线。路由算法可以基于个体解剖差异、导管的能力(例如，导管尖端的弯曲能力)和导管的尺寸来进行优化。路由算法还可以考虑导管将递送的折叠植入物，例如其尺寸。路由导致路由描述216。外科医师可以开始操作：引导算法218从实况导管FORS数据220获取输入，作为示例，从存储元件获取注释的血管造影数据和描述。指导显示在框222中。引导算法还可以计算通过叠加血管造影数据、路由描述数据和FORS数据来确定导管在血管解剖结构中的位置。当到达解剖结构中的接合部时，引导算法可以示出接合部的3D表示、以及导管在解剖结构内的位置和取向、以及采取哪个出口的指示。接下来，引导算法计算外科医师在解剖结构中操纵导管的提示。当进一步远离感兴趣点并且在解剖结构的不太复杂的部分上时，引导算法可以引导外科医师以更高的速度馈送导管是安全的-可以根据与导管尺寸和尖端位置相关的前方脉管系统的宽度和曲率(根据血管造影图)来计算安全速度。可以根据与血管造影图有关的FORS形状来监测导管插入速度。这可以实现定量速度引导，如果馈送太快则发出警告。当更靠近感兴趣点或解剖结构的更复杂的区段时，算法向外科医师给出减速的提示。当到达血管解剖结构中的接合部时，该算法使用FORS数据来计算平移和滚转、偏航和俯仰操纵以将导管指入右分支。计算导管尖端的弯曲角度。外科医师210被通知哪个控制导管手柄以致动以及通过多少来安全地导航到感兴趣点。这可以通过提供在导管控制手柄上地光信号、在控制手柄上的增强现实投影(经由外科医师穿戴的AR眼镜)、在导航引导显示器上的控制手柄表示上的指示或以任何其他方式来实现。应注意，由于扭转约束、导管的馈送长度等，引导可以考虑控制致动和导管尖端行为之间的差异。为此，它可以使用已知的导管性质、模拟和/或与导管移动相关的控制致动的实时感测和映射。

成像设备在导管的尖端处的不同视图设置(例如，ICE、IVUS、OCT)能够用于在血管解剖结构的复杂区段处具有解剖结构的更好的实时视图。这些可以是3D U/S体积、最佳3D视图或2D平面，以可视化设备到解剖结构和距血管结构的距离。基于导管在血管系统中的位置，引导算法将自动改变这些视图设置。可以通过音频、触觉、视频、增强现实等或组合向外科医师提供提示。

应注意，术语“对象”也可以称为个体。“对象”还可以称为患者，但应注意，该术语不指示对象是否实际存在任何疾病或病症。

在示例中，提供了一种使得处理器能够执行前述示例的方法的计算机程序。

在示例中，提供了一种用于控制根据上述示例之一的装置的计算机程序或程序单元，该程序或程序单元在由处理单元执行时适于执行上述方法示例之一的方法步骤。

在示例中，提供了一种存储有前述示例的程序单元的计算机可读介质。

应注意，在通过微创流程处置患者的背景下，本发明可以用于导管用于导航通过血管系统的任何医学领域。它可以用在混合导管实验室中，在混合导管实验室中执行这样的流程，并且在混合导管实验室中存在额外的图像引导的治疗装备。在X射线的情况下，本发明可以用于Philips导管实验室中，装备有例如Azurion或Allura系统，并且可能装备有ICE、IVUS、OCT、FORS等。所提出的引导还可以与(自主)导管机器人结合使用，其中，外科医师可以在必要时否决并使用导航引导来手动继续。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。

因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上或分布在超过一个计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装备为执行本发明的方法。

本发明的各方面可以被实施在可以是可以被计算机执行的存储在计算机可读存储设备上的计算机程序指令的集合的计算机程序产品中。本发明的指令可以位于包括但不限于脚本、可解释程序、动态链接库(DLL)或Java类的任何可解释或可执行代码机制中。这些指令能够被提供作为完整可执行程序、部分可执行程序、作为针对现有程序的修改(例如更新)或针对现有程序的扩展(例如插件)。此外，本发明的处理的各部分可以被分布在多个计算机或处理器上。

如上所述，处理单元(例如控制器)实施控制方法。控制器能够利用软件和/或硬件以多种方式实施，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所需的功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。

根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面部分描述。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。

然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。

必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于体内导航操作指令的设备(10)，所述设备包括：

-位置数据供应器(12)；

-解剖数据供应器(14)；

-处理器(16)；以及

-输出端(18)；

其中，所述位置数据供应器被配置为：提供工具部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中；

其中，所述解剖数据供应器被配置为：提供所述解剖结构的3D信息；并且提供针对所述解剖结构内部的工具尖端移动的目标信息；

其中，所述处理器被配置为：基于所述当前位置数据来确定所述工具尖端在所述解剖结构中的当前位置；基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述工具尖端的所述移动与所述目标信息对准；并且基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项来确定针对用户的实现所述工具尖端的移动的操作指令；并且

其中，所述输出端被配置为向所述用户提供所述操作指令。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述工具是导管，并且所述工具尖端是导管尖端；并且

其中，所述解剖结构是血管结构。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，提供表示所述感兴趣区域的至少所述解剖结构的图形表示的数据，并且所述处理器被配置为生成图像数据，所述图像数据示出在所述解剖结构的背景下处于所述工具尖端的当前位置的所述工具尖端；并且

其中，所述输出端是显示器(30)，所述显示器被配置为结合所述操作指令示出包括所述工具尖端和所述解剖结构的所述图像数据。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，表示所述感兴趣区域的至少所述解剖结构的图形表示的所述数据被提供为来自图像采集设备的实况图像；并且

其中，所述图像采集设备被附接到工具尖端区域。

5.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，所述操作指令包括针对所述用户的用于操控工具的控制手柄的指令，所述工具尖端被附接到所述工具，所述工具尖端被配置为在对象的所述感兴趣区域的所述解剖结构内被操纵；并且

其中，所述操作指令被提供为针对所述用户的如何操作所述工具的所述控制手柄的多个操作控件的操控指令，其中，所述操作控件涉及所述尖端的移动方向、尖端部分的弯曲和所述尖端的移动向量。

6.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，所述多个操作控件被提供有至少对于所述手柄的所述用户可见的图形指示符；

其中，所述操作指令涉及所述图形指示符；并且

其中，为了视觉区分，所述图形指示符包括具有以下各项的组中的至少一项：颜色、图案和形式。

7.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，还提供了控制手柄接口，所述控制手柄接口被配置为接收与所述控制手柄的所述操作控件有关的手柄信息并将所述手柄信息提供给所述处理器；并且

其中，所述处理器还被配置为基于所述手柄信息来确定所述操作指令。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述控制手柄接口被配置为接收所述手柄的位置数据，所述位置数据包括具有以下各项的组中的至少一项：空间中的取向、相对于对象的位置以及控制手柄与工具尖端之间的距离；并且

其中，所述处理器还被配置为基于具有以下各项的组中的至少一项来确定所述操作指令：空间中的取向、相对于对象的位置以及控制手柄与工具尖端之间的距离。

9.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，通过将所述指令叠加在所述控制手柄的图像上来将所述操作指令提供为增强现实；并且

其中，除了所述操作指令之外，导航信息被指示，其中，所述操作指令与所述导航信息解耦。

10.根据前述权利要求中的一项所述的设备，其中，所述解剖数据供应器还被配置为提供允许关于所述感兴趣区域的所述解剖结构的至少两个不同视图的数据；并且

其中，所述处理器被配置为根据具有以下各项的组中的至少一项来生成在不同视图中示出所述工具尖端的图像数据：所述操作指令，以及接近接合部的复杂性。

11.一种导管系统(50)，包括：

-导管(52)，其包括控制手柄、导管体和导管尖端；以及

-根据前述权利要求中的一项所述的用于体内导航操作指令的设备(54)；

其中，所述导管尖端被附接到所述导管体的一端，并且其中，所述导管控制手柄朝向所述导管体的另一端被连接到所述导管体；并且

其中，所述操作指令包括针对用户的操控所述控制手柄以便在所述导管尖端被插入在对象的感兴趣区域的血管结构中时操纵所述导管尖端的指令。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述导管被装备有集成光纤，并且其中，激光器被提供为将激光发送到所述光纤中以沿着所述光纤反射回来以用于分析，从而重建和可视化所述导管的完整形状。

13.一种用于提供体内导航操作指令的方法(100)，包括以下步骤：

-提供(102)解剖部分的当前位置数据，其中，工具尖端被插入在对象的感兴趣区域中的解剖结构中；

-提供(104)所述解剖结构的3D信息；

-提供(106)针对所述解剖结构内部的解剖尖端移动的目标信息；

-基于所述当前位置数据来确定(108)所述解剖结构中的所述解剖尖端的当前位置；

-基于所述目标信息和所确定的当前位置来确定(110)具有移动规范和轨迹信息的组中的至少一项，以便将所述解剖尖端的所述移动与所述目标信息对准；

-基于具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项，根据具有所述移动规范和所述轨迹信息的所述组中的所述至少一项来确定(112)针对用户的实现所述解剖尖端的移动的操作指令；并且

-向所述用户提供(114)操作指令。

14.一种使得处理器能够执行根据权利要求13所述的方法的计算机程序。

15.一种已经存储根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。

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