Алгоритм для консоли фотонной иглы - RU2544465C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области медицинских вмешательств и, в частности, к области чрескожных опосредованных иглой вмешательств. В частности, изобретение относится к системе для осмотра ткани, включая устройство иглы и консоль, а также к программному обеспечению, адаптированному для исполнения на консоли.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Чрескожные опосредованные иглой вмешательства широко используют для диагностирования широкого спектра заболеваний, при которых берут биопсию ткани для исследования ткани. Например, в онкологии биопсию области патологической ткани, представляющей интерес, берут для того, чтобы определить, является ли эта ткань злокачественной или нет, и в случае локализованной опухоли, чтобы определить, является ли опухоль доброкачественной или злокачественной. Типичный сценарий применения представляет собой маммографическую визуализацию злокачественных опухолей в груди женщины-пациента. Для того чтобы точно диагностировать и эффективно лечить злокачественную опухоль, может потребоваться, чтобы хирург иссек часть пораженной ткани для микроскопического исследования и гистологического анализа. Чтобы сделать эти вмешательства более надежными, нужна репрезентативная информация обратной связи, которая указывает на соответствующий тип ткани перед иглой.

Традиционно, непальпируемые поражения груди иссекают с использованием проволоки в качестве направляющего инструмента, который значительно облегчает пункционную биопсию под визуальным контролем и хирургическое иссечение, предоставляя радиологу длинный проволочный маркер, который имеет небольшую загнутую часть или шпору на одном конце, который размещают внутри ткани под радиологическим контролем. Способы радиологической визуализации позволяют отображать локализованный фокус злокачественной ткани глубоко внутри внутренних органов пациента. Методы визуализации, такие как рентгеновские системы, системы КТ (компьютерная томография), ПЭТ-КТ (позитронно-эмиссионная томография/компьютерная томография), МР (магнитный резонанс) и УЗ (ультразвук), используют в диагностике заболеваний и для определения траектории иглы, а также для визуального слежения за иглой.

Полагая, что направляющая проволока размещена точно, пункционную биопсию под визуальным контролем на основе рентгеновской, МРТ, КТ, соннографической или гибридной радиографической/МР визуализации можно осуществлять быстро и точно. Когда проволоку ввели внутрь области ткани, представляющей интерес, можно получить рентгеновское изображение, чтобы задокументировать точное взаимное расположение загнутой части проволоки и поражения-мишени. Таким образом, длина проволоки выполняет функцию маркера и направляет хирурга к предполагаемому поражению или узлу.

В основном, для каждого медицинского применения нужна игла конкретного типа. Стандартные иглы для биопсии, как известно из существующего уровня техники, отличаются по клиническому применению в отношении их формы, длины и толщины. Например, игла для биопсии, которую используют для выполнения пункционной биопсии мягких тканей в шее, голове, груди, простате и печени пациента, обычно отличаются от игл для биопсии мозга, игл для нервной пункции, эпидуральных игл, тонких аспирационных игл для взятия биоптатов из мягкой ткани и игольчатых электродов для радиочастотной абляции злокачественной ткани в отношении их наружного диаметра и в отношении глубины, на которую соответствующую иглу вводят в соответствующую область ткани, представляющую интерес. Таким образом, обычно нужно использовать методы рентгеновской, КТ, МР или ультразвуковой визуализации для определения локализации, размера поражения, анатомических структур пациента, подлежащих проникновению, а также для определения типа иглы, подлежащего использованию.

В наше время увеличивается использование так называемых фотонных игл. Типично фотонная игла снабжена световодным оптическим волокном, встроенным в полый цилиндрический стержень во внутренней части указанной иглы для переноса света с проксимального конца, на который падает генерируемый световой пучок, на дистальный конец, размещенный в представляющей интерес области ткани вокруг кончика указанной иглы во внутренней части организма пациента, тем самым представляя выходящий свет, зависящий от интенсивности генерируемого светового пучка, который необходим для возбуждения образца ткани, подлежащей минимально инвазивному исследованию, и переноса собранного пучка отраженного света из области ткани, представляющей интерес, на дистальном конце к проксимальному концу иглы.

Типично такая фотонная игла может содержать канюлю, проводящую жидкость, с по существу трубчатой стенкой и внутренним просветом, который имеет открытый дистальный конец, схожий с канюлей гиподермального шприца для подачи жидкости, например, целевого контрастного средства или флуоресцентного красителя в видимом спектре света, к кончику иглы и применения этой жидкости в патологической области ткани, представляющей интерес, чтобы пометить аномалии злокачественной ткани.

В случае фотонной иглы тип ткани, подлежащей исследованию перед иглой, определяют с использованием спектроскопических измерений. С этой целью обрабатывающую систему, используемую для интерпретации этих измерений, программируют для исполнения алгоритма, который оценивает различные оптические свойства, например, такие как коэффициент рассеивания и коэффициент поглощения различных хромофоров тканей (например, гемоглобина, оксигенированного гемоглобина, воды, жира, меланина и т. д.).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аналогично обычным иглам для биопсии, как описано выше, следует различать фотонные иглы различных типов с различными наружными диаметрами и длинами, что обусловлено строгой зависимостью требований классификации ткани на основе оптических данных, предоставляемых фотонной иглой, от множества различных проходимых тканей. Чем больше число различных типов тканей и чем больше схожи эти различные типы тканей, тем ниже скорость распознавания тканей. Кроме того, алгоритм, используемый для анализа спектра длин волн определенной анатомической области, представляющей интерес, сильно зависит от соответствующего сценария применения.

Ввиду этого, цель изобретения состоит в том, чтобы предоставить более точную оптическую характеристику ткани.

Это достигают посредством объектов изобретения соответствующих независимых пунктов формулы изобретения. Дополнительные примерные варианты осуществления описаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.

Более точную оптическую характеристику ткани по существу получают посредством дифференцирования мягких тканей, отсортированных перед процедурой биопсии с тем, чтобы повысить скорость распознавания применяемого алгоритма классификации тканей. Несмотря на то, что можно извлекать спектральные вклады различных типов ткани из измеренного спектра длин волн, точность распознавания тканей алгоритмов классификации тканей может быть не достаточно высокой, в частности, если число различных классифицируемых типов тканей очень велико или главным образом представлен один компонент ткани.

Следовательно, предложена система, которая включает консоль для обработки оптических данных, поступающих от устройства иглы, которая позволяет распознавать используемый тип устройства иглы и загружать программное обеспечение, которое необходимо для анализа ткани в процессоре системы.

В основном, система для осмотра ткани и использования в различных вмешательствах, в соответствии с изобретением, содержит устройство иглы, содержащее средство идентификации, соответствующее типу устройства иглы, и консоль, которая содержит множество алгоритмов для обработки данных от устройства иглы, при этом устройство иглы соединено с консолью, и алгоритм можно выбирать в зависимости от вмешательства.

Система может дополнительно содержать средство визуализации, такое как рентгеновское устройство, устройство для компьютерной томографии, устройство для магнитной резонансной томографии и ультразвуковое устройство, средство визуализации можно соединять с консолью, и консоль можно адаптировать для обработки данных из средства визуализации, где указанные данные могут относиться к конкретному вмешательству.

«Ткань», обследуемая посредством системы может содержать все типы живой или мертвой ткани, например, ткань человека, в частности эпителиальную ткань (например, поверхность кожи и внутреннюю оболочку пищеварительного тракта), соединительную ткань (например, кровь, костную ткань), мышечную ткань и нервную ткань (например, головной мозг, спинной мозг и периферическую нервную систему). «Ткань» может дополнительно включать пищевые продукты, биологические материалы, синтетические материалы, текучие или вязкие вещества и т.д.

В качестве другого аспекта, устройство иглы в соответствии с изобретением по существу содержит средство идентификации, которое идентифицирует тип устройства иглы, причем средство идентификации может быть машиночитаемым. Машиночитаемое средство идентификации можно предоставить, например, посредством микросхемы или т. п., которая хранит идентификационные данные, или просто посредством резистора, который имеет сопротивление, кодирующее тип устройства иглы.

С другой стороны, средство идентификации также можно реализовать посредством характерной топографической поверхности (например, похожей на трехмерный штрихкод), которую можно так расположить на месте соединения на устройстве иглы, что идентификацию типа устройства иглы предоставляют в момент соединения консоли и устройства иглы.

Кроме того, средство идентификации может быть оптически читаемым, таким как номер, штрихкод, узор или цвет или их сочетание.

Устройство иглы может дополнительно содержать оптическое волокно для предоставления оптических данных, соответствующих ткани, расположенной смежно с дистальным концом оптического волокна, при этом дистальный конец оптического волокна расположен на дистальном кончике устройства иглы.

Стоит отметить, что устройство иглы, с одной стороны, может представлять собой иглу для биопсии, канюлю или трокар или, с другой стороны, может представлять собой катетер, адаптированный для того, чтобы вмещать иглу, с помощью которой выполняют, например, биопсию.

В качестве дополнительного аспекта, консоль, в соответствии с изобретением, для использования с устройством иглы, предоставляющим оптические данные, и для использования в различных вмешательствах, как правило, содержит множество алгоритмов для обработки данных, получаемых от устройства иглы, множество алгоритмов содержат алгоритм анализа и классификации ткани для каждого отличающегося вмешательства.

Консоль можно адаптировать для машинного, механического или оптического считывания средства идентификации устройства иглы, представляющего тип устройства иглы, используемого в одном из отличающихся вмешательств, когда устройство иглы соединяют с консолью, и можно выбирать один из множества алгоритмов в зависимости от типа устройства иглы.

Альтернативно, консоль можно адаптировать для получения данных от средства визуализации, представляющего одно из различных вмешательств, когда средство визуализации соединяют с консолью, и можно выбирать один из множества алгоритмов в зависимости от получаемой информации. Следовательно, консоль может содержать интерфейс для соединения со средством визуализации, используемым для неинвазивной регистрации данных изображения области, представляющей интерес.

Например, если консоль получает данные от средства визуализации, представляющего интересующую область организма пациента, может быть полезным иметь алгоритм, специализированный на анализе и классификации типа ткани, который можно ожидать в указанной области, представляющей интерес. Конкретно в том случае, когда интересующая область представляет собой голову пациента, можно выбрать алгоритм, который специализирован на анализе и классификации ткани головного мозга или кровеносных сосудов, встречающихся в голове. В зависимости от указанного выбора впоследствии можно предоставить врачу информацию об устройстве иглы, которое пригодно при вмешательстве в указанной области.

Консоль может дополнительно содержать средство для ввода кода устройства иглы, предоставленного средством идентификации и представляющего тип устройства иглы. Здесь код можно вводить в консоль вручную вместо возможности автоматического считывания кода устройства иглы, как указано выше. Следовательно, можно вручную выбирать один из нескольких алгоритмов для планируемого вмешательства, например, посредством клавиатуры, сенсорного экрана или мыши.

Множество алгоритмов в консоли включают алгоритм анализа и классификации ткани для анализа и классификации окружающей ткани на дистальном кончике устройства иглы, алгоритм анализа и классификации ткани может включать спектральный анализ, который может быть основан на оценке различных оптических свойств, включая коэффициент рассеивания испускаемого светового пучка, исходящего из устройства иглы, который может быть отражен окружающей тканью у дистального кончика устройства иглы, и коэффициент поглощения хромофоров различными тканями, включая гемоглобин, оксигенированный гемоглобин, воду, жир и меланин.

Таким образом, консоль можно адаптировать для предоставления информации от одного из группы, состоящей из отражательной спектроскопии, флуоресцентной спектроскопии, автофлуоресцентной спектроскопии, дифференциальной спектроскопии длины пути, Рамановской спектроскопии, оптической когерентной томографии, спектроскопии рассеяния света и мультифотонной флуоресцентной спектроскопии. В частности, посредством такого алгоритма можно надежно определять переходы между различными тканями. Например, кровеносный сосуд можно определить, даже если на рентгеновском обзорном изображении указанный сосуд не виден ясно, прежде чем устройство иглы создаст незапланированное повреждение.

Другими словами, консоль можно выполнить с возможностью спектрального анализа оптических данных, поступающих от устройства иглы при введении в область ткани, представляющую интерес, внутри организма пациента, а также с возможностью исполнения алгоритма классификации тканей для классификации окружающей ткани у дистального кончика фотонной иглы. Тем самым, указанная консоль содержит интерфейс для соединения с рентгеновским, КТ, МР или ультразвуковым средством визуализации системы визуализации, используемой для неинвазивной регистрации данных изображения, представляющих указанную интересующую область ткани, и блок обработки для выполнения алгоритма классификации тканей на основе признаков, извлеченных из данных изображения рентгеновского, КТ, МР или ультразвукового средства визуализации.

Кроме того, предусмотрено, что указанную консоль можно адаптировать для использования введенной, обнаруженной или известной информации о типе иглы и/или об анатомической области, представленной в данных изображения рентгеновского, КТ, МР или ультразвукового средства визуализации, с тем, чтобы улучшить направляемую процедуру и, таким образом, увеличить скорость распознавания при выполнении алгоритма классификации тканей, посредством предварительного выбора результатов распознавания на основе этой информации.

Как описано выше, в частности, консоль можно выполнить с возможностью идентификации типа устройства иглы при соединении с консолью и на этой основе загрузки специальной компьютерной программы для анализа и классификации ткани, которая предназначена для анализа и классификации тканевых структур определенной анатомической области, для исследования которой обычно применяют иглу этого типа.

Согласно другому аспекту изобретения компьютерная программа, как правило, содержит набор инструкций для идентификации одного из различных вмешательств и набор инструкций для выбора, в соответствии с идентифицированным вмешательством, алгоритма для анализа и классификации ткани, окружающей дистальный кончик устройства иглы. Компьютерная программа может дополнительно содержать набор инструкций для обработки данных, предоставленных средством идентификации, которые представляют тип устройства иглы или средство визуализации. Компьютерную программу можно хранить и исполнять на консоли для использования с устройством иглы, предоставляющим оптические данные, и для использования в различных вмешательствах. Следовательно, изобретение также относится к такой компьютерной программе для устройства обработки, что способ, включающий идентификацию и выбор, может выполняться консолью.

Компьютерную программу предпочтительно загружают в рабочую память процессора данных. Таким образом, процессор данных выполнен с возможностью осуществления способа. Кроме того, изобретение также включает машиночитаемые носители, такие как оптические диски, на которых можно хранить компьютерную программу. Однако компьютерную программу также можно передавать по сети, такой как Интернет, и ее можно загружать в рабочую память процессора данных из такой сети.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны в отношении различных объектов изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны в отношении пунктов формулы изобретения, описывающих способы, тогда как другие варианты осуществления описаны в отношении пунктов формулы изобретения, описывающих устройства. Однако профессионал в данной области поймет из приведенного выше и нижеследующего описания, что в дополнение к любому сочетанию признаков, принадлежащих объекту изобретения одного рода, любое сочетание признаков, относящихся к различным объектам изобретения, также полагают раскрытыми в этой заявке, пока не указано иное.

Аспекты, которые определены выше, а также нижеследующие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения также можно получить из примеров вариантов осуществления, которые описаны далее в настоящем документе и имеют объяснения в отношении примеров вариантов осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение более подробно описано далее в настоящем документе в отношении примеров вариантов осуществления, но которыми изобретение не ограничено.

На фиг. 1a представлен вид сбоку и вид сверху фотонной иглы,

на фиг. 1b представлен увеличенный вид в изометрии срезанной части кончика фотонной иглы,

на фиг. 1c представлена система, содержащая устройство иглы и компоненты консоли,

на фиг. 1d представлена система в соответствии с изобретением, которая дополнительно содержит примерное средство визуализации,

фиг. 2 относится к графическому пользовательскому интерфейсу, в котором показано флуороскопическое изображение сценария применения, где справа к позвоночнику пациента приближается игла, а слева показаны несколько пиктограмм для активации различных приложений, необходимых для классификации тканевых структур в различных областях организма пациента,

на фиг. 3 представлена примерная серая тоновая диаграмма нормализованной измеренной интенсивности отражения в виде функции длины волны, где соответствующее спектральное число соответствует моменту, в который конкретный спектр измеряли во время введения фотонной иглы в интересующую область ткани, что обозначает, что различные спектральные числа соответствуют расположению в различных тканях,

на фиг. 4 представлена серая тоновая диаграмма, схожая с изображенной на фиг. 3, но теперь приведенная в форме изображения в изолиниях, и

на фиг. 5a-c представлены характеристики трех примерных спектров длин волн, полученных посредством фотонной иглы во время пункционного вмешательства под визуальным контролем, спектральные числа которых указывают на расположение в различных тканях внутри интересующей области ткани.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В следующих разделах приведено более подробное объяснение описываемого в заявке изобретения в отношении конкретных вариантов осуществления, относящихся к сопроводительным чертежам.

На фиг. 1a приведен вид сбоку и вид сверху фотонной иглы N, которую можно удобно применять для минимально инвазивного осмотра ткани посредством оптической спектроскопии. Как изображено на этой фигуре, такая фотонная игла типично содержит полый цилиндрический стержень S со срезом BV на участке ее кончика, световодное средство, выполненное из оптического волокна OF, встроенного в полый стержень, и часть держателя HP. Оптическое волокно OF идет от дистального конца иглы, определяемого поверхностью среза BV, через внутреннюю часть полого стержня S в часть держателя HP и может выходить через отверстие в части держателя HP из иглы.

Кроме того, на фиг. 1a показано средство идентификации AM. Следует отметить, что средство идентификации может быть адаптировано для машинного, механического или оптического считывания. Средство идентификации проиллюстрировано на фиг. 1, средство идентификации может быть расположено в любом другом месте на устройстве иглы, включая наружную поверхность, может быть интегрировано в материал, образуя часть устройства иглы, такую как часть держателя HP или стержень S, а также внутри устройства иглы.

На фиг. 1b представлен увеличенный вид в изометрии срезанного участка кончика TP примерной фотонной иглы, которую можно выполнить, например, из соответствующего металла, сплава или керамического материала. Срез BV образует такой острый угол CC со стержнем S иглы N, что игла имеет заостренный кончик PT. Как видно на фиг. 1b, участок кончика TP может содержать участок стержня, который имеет более толстый участок A и более тонкий участок B, так что между этими конкретными участками стержня образуется уступ или плечо SH. Срез BV содержит верхний участок TS и нижний участок BS, верхний участок представляет собой область поверхности рядом с заостренным кончиком PT участка кончика TP.

Параллельно продольной оси LA части стержня предоставлены три маленьких сквозных отверстия или канала B1, B2 и B3. Каждое указанное маленькое сквозное отверстие сформировано так, что выходное отверстие каждого сквозного отверстия расположено на поверхности среза BV, а другое отверстие сквозного отверстия расположено в поверхности уступа SH, эта поверхность ориентирована по существу перпендикулярно продольной оси части стержня. Отверстия B₁, B₂ и B₃ имеют такие размеры, что оптическое волокно может входить в каждое из них, и указанные волокна можно дополнительно фиксировать с помощью клея. Кроме того, указанный участок кончика TP содержит канал CH вдоль центральной оси части стержня. Такой канал CH может служить для доставки, например, контрастных средств или лекарственных средств в интересующую область ткани, или для извлечения веществ из ткани, в которой расположена игла.

На фиг. 1c представлена система для обработки и отображения спектра длин волн интересующей области ткани, который получают из собранного выходного света на проксимальном конце световодного оптического волокна, встроенного в фотонную иглу N. На этой иллюстрации фотонная игла N содержит участок кончика TP, внутреннюю трубку IT, наружную трубку OT и часть держателя HP. Два оптических волокна, OF₁ и OF₂, встроены в полый стержень во внутренней части иглы.

Важной частью иглы является кончик иглы (см. фиг. 1b), в котором можно предусмотреть, например, два или три сквозных отверстия B₁, B₂ и B₃. В каждом из этих отверстий установлено волокно. Участок кончика можно закрепить как на внутренней трубке IT, так и на наружной трубке OT сваркой или клеем и внутренний и наружный диаметры внутренней и наружной трубок можно адаптировать к соответствующим диаметрам более толстого участка стержня A и более тонкого участка стержня B участка кончика TP. Между трубками можно предоставить полое пространство SP, в которое расширяются сквозные туннели, расположенные в части кончика. Выходя из сквозных отверстий на участке кончика, два оптических волокна OF₁ и OF₂ попадают в полое пространство SP между двумя трубками.

Кончик, волокна и две трубки после сборки можно закрепить на держателе иглы HP. Внутри держателя внутреннюю трубку соединяют с разъемом, к которому можно прикрепить, например, шприц или другую трубку. Таким образом, объемы жидкости можно дозировать через канал CH внутренней трубки IT и участок кончика TP, не затрагивая оптические волокна. Держатель иглы HP также содержит отдельный выход O для волокон. После сборки кончика, волокон, трубок и держателя срез BV иглы (т.е. кончик иглы) полируют, чтобы добиться надлежащего качества поверхности для волокон.

Помимо указанных выше компонентов системы, консоль C этой примерной системы содержит источник LS света, детектор LD света, блок μP обработки и монитор M. Блок μP обработки способен так контролировать испускание света источником LS света в волокно OF₁, что свет будет испускаться через поверхность дистального конца волокна OF₁, расположенного в верхней части среза BV, в окружающую ткань. В зависимости от того, ткань какого типа расположена перед срезом, в направлении нижней части среза будет происходить отражение большего или меньшего количества испускаемого света, принимаемого другим волокном OF₂. Через волокно OF₂ свет будет идти к детектору LD света, этот детектор адаптирован для преобразования света в электрические сигналы. Эти электрические сигналы можно посылать, например, посредством провода в блок обработки. Блок обработки будет так обрабатывать данные, соответствующие электрическим сигналам, что обработанные данные можно визуализировать на экране монитора M или дисплея. На основе визуализированных данных можно определить, является ли ткань злокачественной или нет и является ли обнаруженная опухоль доброкачественной или злокачественной.

На фиг. 1d представлена интервенционная система SY согласно примерному варианту осуществления изобретения. Система SY содержит удлиненное устройство иглы N, сенсор на части кончика TP устройства иглы, средство IM визуализации и консоль C. Показанная в качестве примера консоль C содержит источник LS света и спектрограф в качестве детектора LD света. Консоль дополнительно содержит блок μP обработки для обработки сигналов, поступающих от детектора LD света и от средства IM визуализации, и монитор M для мониторинга информации, которая помогает направлять устройство иглы в организме. Устройство IM визуализации содержит источник излучения и матрицу детекторов.

Как проиллюстрировано на фиг. 1d, интервенционная система SY содержит основанную на рентгене систему наведения иглы с визуальным контролем, и устройство иглы N содержит сенсор, т. е. оптическое волокно, которое соединяют с консолью C. Система направления иглы с визуальным контролем предусматривает интегрированную 2D/3D визуализацию и интерактивный мониторинг продвижения иглы с визуальным контролем, которые объединяют с оптической информацией, полученной посредством иглы, где рентгеновская система обеспечивает грубое направление, тогда как оптическая информация, получаемая от консоли, обеспечивает окончательное точное направление части кончика устройства иглы.

Примерная система способна интерактивно сопровождать устройство иглы от надреза до целевой точки посредством наложения 2D флюороскопического изображения на 3D реконструкцию ткани и предоставления молекулярной информации о ткани в каждой точке вдоль траектории иглы, которую совмещают с положением внутри организма пациента. Область вдоль траектории иглы можно сканировать (по направлению движения или сбоку) для того, чтобы предоставить признаки существования поражения на молекулярном уровне. Предпочтительно при реконструировании того, какая ткань находится перед иглой, рентгеновские данные и информацию о положении иглы активно используют при оптическом реконструировании того, какая ткань находится перед иглой.

Спектральные данные изображения интересующей области ткани, обеспечиваемые посредством фотонной иглы, подают в систему обработки данных, выполненную с возможностью исполнения алгоритма, который позволяет оценивать различные оптические свойства ткани, например, такие как коэффициент рассеивания и коэффициент поглощения различных хромофоров различными тканями (например, гемоглобин, оксигенированный гемоглобин, вода, жир, меланин и т. д.) в интересующей области ткани.

На фиг. 2 представлен графический пользовательский интерфейс рентгеновской системы, как запланировано в объеме изобретения. Справа представлено флуороскопическое изображение сценария применения с иглой N, приближающейся к позвоночнику SC пациента. Слева указанный пользовательский интерфейс предусматривает специальное пространство для всех типов информации, относящейся к пациенту. В случае, когда фотонную иглу соединяют с рентгеновской системой, будут всплывать, например, три символа (пиктограммы NS, BR и MY), которые соответствуют различным приложениям. В этом примере самая верхняя пиктограмма (NS) показывает нервную систему по соседству с дисками L4-L5, средняя пиктограмма (BR) представляет мозг, а самая нижняя пиктограмма (MY) представляет миокард.

В том случае, если лечащему врачу нужно выполнить эпидуральную инъекцию с помощью фотонной иглы, тогда ему просто нужно нажать на самую верхнюю пиктограмму NS. Следовательно, программное обеспечение, необходимое для анализа данных, в основном будет использовать алгоритм классификации, подходящий для эпидуральных процедур.

В том случае, если врач нажимает на пиктограмму мозга BR, программное обеспечение, используемое для управления работой фотонной иглы, будет загружать алгоритм классификации тканей, который способен классифицировать тканевые структуры и подходит для процедур на мозге. Наконец, в том случае, если врач нажмет на пиктограмму миокарда MY, программное обеспечение, используемое для управления работой фотонной иглы, будет загружать алгоритм классификации тканей, который оценивает содержание крови (предпочтительно эта оценка может быть основана на количестве хромофоров в виде гемоглобина и оксигенированного гемоглобина), чтобы обнаружить кровеносные сосуды и обойти их во время вмешательства. (В этой связи следует отметить, что невозможно увидеть кровеносные сосуды при рентгеноскопии до тех пор, пока не используют контрастное средство.)

В соответствии с другим аспектом изобретения тип одноразовой иглы можно идентифицировать посредством считывания кода, представленного средством идентификации на одноразовой игле при соединении с консолью таким образом, что врач вводит серийный номер фотонной иглы в консоль, которая исполняет алгоритм классификации тканей, или проводит иглой вдоль считывателя штрихкодов в системе визуализации, или врач нажимает на любую из указанных пиктограмм с тем, чтобы указать имеющееся клиническое приложение. Если желаемый тип алгоритма рентгеновского реконструирования зависит от типа осуществляемого вмешательства, то, таким образом, можно предусмотреть, чтобы способ рентгеновского реконструирования был напрямую связан с соответствующим способом оптического реконструирования.

На фиг. 3 и 4 различия в нормализованных измерениях отражающей способности с течением времени можно распознать для различных мест внутри интересующей ткани. На фиг. 5a-c представлены характеристики трех образцовых спектров длин волн, которые получали посредством фотонной иглы во время пункционного вмешательства под визуальным контролем. Спектральные числа этих спектров указывают на расположение различных тканей внутри интересующей области ткани. Чем выше спектральное число, тем дальше продвинули иглу в ткань.

Как можно видеть на фиг. 5a-c, спектры обладают достаточными различиями для того, чтобы различать переходы между различными местами внутри указанной интересующей области ткани, при направлении фотонной иглы внутри указанной ткани. Эти переходы можно видеть на рентгеновском изображении. Однако если желательно пройти на шаг дальше и определить, какой тип ткани представлен, то следует полагаться на параметры, которые можно извлечь из полученных спектров длин волн. Эти параметры включают содержание крови, оксигенацию крови, количество присутствующей воды, концентрацию жира и параметр рассеяния.

Предполагают, что можно отличать значительное количество тканей на основе этих параметров. Но если взять все ткани, присутствующие в организме пациента, то также возможно, что некоторые из этих тканей достаточно схожи по указанным выше параметрам и что классификация может быть неточной или более не возможна. Следует отметить, что для того чтобы различать различные типы тканей, вместо отражательной спектроскопии также можно успешно использовать другие оптические способы, такие как, например, диффузная отражательная спектроскопия, дифференциальная спектроскопия длины пути, спектроскопия рассеяния света, автофлуоресцентная спектроскопия, мультифотонная автофлуоресцентная спектроскопия, Рамановская спектроскопия или оптическая когерентная томография.

Как запланировано в объеме настоящей заявки, используют предварительные сведения, полученные от лечащего врача, от определенного типа иглы или от другого средства визуализации так, что известно, какая подгруппа тканей будет встречаться. Затем алгоритм классификации тканей может сравнивать измеренные спектры с эталонными спектрами, хранимыми в базе классификационных данных, на основе критерия подобия, который улучшают посредством снижения или устранения неоднозначностей классификации, которые вероятно могут возникнуть во время процедуры классификации.

Фотонные иглы, используемые в объеме настоящего изобретения, можно применять в минимально инвазивных чрескожных пункционных вмешательствах, например, таких как вмешательства при болях в нижней части спины, в онкологии, когда берут биоптаты для диагностики областей злокачественных тканей, или в случае, когда необходима характеристика ткани вокруг части кончика иглы. Для того чтобы ограничить базу классификационных данных для перевода полученного спектра длин волн в физиологические параметры, каждая игла, которую используют для вмешательства, предположительно имеет серийный номер, который будет информировать встроенное программное обеспечение о том, какой тип медицинского применения предусмотрен для соответствующей используемой иглы.

Несмотря на то, что изобретение подробно проиллюстрировано и описано на рисунках и в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание следует толковать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

Специалисты в данной области, изучив чертежи, описание и приложенную формулу изобретения, могут осознать и осуществить на практике другие модификации раскрытых вариантов осуществления описываемого в заявке изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или стадий, а формы единственного числа не исключают множественное число. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в пункте формулы изобретения. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер нельзя использовать с пользой. Компьютерную программу можно хранить/распространять в подходящей среде, такой как оптическая среда хранения или твердотельная среда, поставляемой вместе с другим аппаратным обеспечением или в качестве его части, но также ее можно распространять в других формах, например, через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать в качестве ограничения объема.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

A - более толстый участок ствола в части кончика

AM - средство идентификации

α - острый угол

B - более тонкий участок стержня в части кончика

B₁, B₂, B₃ - сквозные отверстия

BR - пиктограмма, представляющая головной мозг пациента

BS - нижняя часть среза

BV - срез

C - консоль

CH - канал

D - диаметр стержня иглы

d₁₃ - расстояние между отверстиями B₁ и B₃

d₂₃ - расстояние между отверстиями B₂ и B₃

HP - часть держателя

IM - средство визуализации

IT - внутренняя трубка

LA - продольная ось иглы

LD - детектор света

LS - источник света

M - монитор

MY - пиктограмма, представляющая миокард пациента

µP - блок обработки (микропроцессор)

N - игла

NS - пиктограмма, представляющая нервную систему пациента

O - выходное отверстие

OF - оптическое волокно

OF₁ - первое оптическое волокно

OF₂ - второе оптическое волокно

OT - наружная трубка

PT - заостренный кончик

S - стержень иглы

SC - позвоночник пациента

SH - плечо или уступ

SP - пространство между внутренней и наружной трубками

SY - система для осмотра ткани

TP - участок кончика

TS - верхняя часть среза

Реферат

Изобретение относится к области медицинских вмешательств, а именно к области чрескожных вмешательств посредством иглы для диагностирования широкого спектра заболеваний. Система для осмотра ткани и использования в различных вмешательствах содержит консоль, содержащую множество алгоритмов для обработки данных от множества различных типов устройств иглы, причем каждый тип используется для конкретного вмешательства в определенной анатомической области и соединенное с ней устройство иглы конкретного типа из множества различных типов устройств иглы. Алгоритмы содержат алгоритм анализа и классификации ткани для каждого отличающегося вмешательства и выбираются в зависимости от конкретного типа устройства иглы. Консоль используется с устройством иглы, выполненным с возможностью предоставления оптических данных, и адаптирована для исполнения множества алгоритмов для обработки оптических данных, получаемых от устройств иглы. Использование изобретения позволяет повысить точность определения оптической характеристики ткани. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула