用于引导式干预的系统和方法

背景技术：

1、对于非专家或在创伤应用中，将导管插入血管、静脉或动脉中可能是困难的任务，因为静脉或动脉可能位于体内深处，对于特定患者而言可能难以进入，或者可能被血管周围区域中的创伤所掩盖。多次试图穿透可能会导致患者的极度不适、在紧急状况期间丧失宝贵的时间或导致进一步的创伤。此外，中央静脉和动脉通常彼此非常接近。例如，当试图进入颈内静脉时，颈动脉可能会代替地被刺穿，从而导致严重的并发症，或者由于因动脉中流动的血液的高压引起的随后的失血而甚至导致死亡。相关联的神经通路(诸如位于股动脉附近的股神经)也可能被发现与血管非常接近，血管的刺穿可能会导致患者的显著疼痛或功能丧失。

2、为了防止插管期间的并发症，超声仪器可用于确定要被穿透的血管的位置和方向。用于此类超声引导式插管的一种方法涉及手动解释超声成像并插入针的人类专家。此类手动过程仅适用于规律地执行该过程的专家，使得他们可以准确地对血管进行插管。

3、已经开发了系统(诸如使用机器人臂来插入针的机器人系统)来试图移除或减轻专家的负担。这些桌面系统和机器人臂对于便携式使用而言太大，使得它们可能无法由医务人员在受伤时实施。此外，先前的系统已限于外周静脉性通道，可能无法用于对更具挑战性的血管或静脉进行插管，并且可能无法提供足够的准确度水平来将针可靠地放置到期望的血管中。

4、还有其他系统已用于在皮肤上显示图像叠加以指示血管可能位于何处，或以其他方式突出显示外周静脉位于表面正下方的位置。然而，以与上述相同的方式，这些系统限于外周静脉，并且不提供可由非专家用于指导插管的深度信息，更不用说与不恰当的配准相关联的失败或挑战。

5、因此，需要针对更不麻烦、更准确并且能够由非专家部署的改进的血管插管的技术。

技术实现思路

1、本公开通过提供用于具有增加的准确度的引导式血管性插管的系统和方法来解决上述缺点。该系统和方法提供图像分析以从图像数据分割感兴趣血管。图像分析提供对将插管系统插入受试者中的引导，并且可以由非专家基于所提供的引导来完成。该引导可以包括指示器或机械引导件，用于当将血管性插管系统插入到受试者中以穿透感兴趣血管时引导用户。

2、在一种配置中，提供了用于在受试者的介入性过程中引导介入性设备的系统。该系统包括：超声探头；引导系统，该引导系统耦合到超声探头并被配置成用于将介入性设备引导到超声探头的视场(fov)中；非暂态存储器，该非暂态存储器具有存储于其上的指令；以及处理器，该处理器被配置成用于访问非暂态存储器并执行指令。使处理器用于访问使用超声探头从受试者采集的图像数据。图像数据包括受试者的目标结构的至少一个图像。还使处理器用于：根据图像数据确定受试者内的目标结构的位置；以及基于目标结构的位置确定用于介入性设备的过冲估计并且基于过冲估计来引导介入性设备穿透目标结构而不穿透目标结构的远端壁。

3、在另一种配置中，提供了用于在受试者的介入性过程中引导介入性设备的系统。该系统包括：超声探头；引导系统，该引导系统耦合到超声探头并被配置成用于将介入性设备引导到超声探头的视场(fov)中；非暂态存储器，该非暂态存储器具有存储于其上的指令；以及处理器，该处理器被配置成用于访问非暂态存储器并执行指令。使处理器用于访问使用超声探头从受试者采集的图像数据。图像数据包括受试者的目标结构的至少一个图像。还使处理器用于根据图像数据确定受试者内的目标结构的横截面。还使处理器用于对目标结构的横截面进行椭圆拟合以确定目标结构的质心并将介入性设备引导到质心以穿透目标结构。

4、本公开的前述和其他方面及优点将通过以下说明书而显现。在说明书中，参考了形成说明书的一部分的附图，其中通过图示的方式示出了优选实施例。然而，此实施例不一定表示本发明的全部范围，并且因此，为了解释本发明的范围，要参考权利要求和本文。相似的附图标记将被用于指代以下描述中附图之间相似的部分。

技术特征：

1.一种用于在受试者的介入性过程中引导介入性设备的系统，包括：

2.如权利要求1所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于使用以下各项中的至少一项来确定用于所述介入性设备的插入角度：插入点位置、所述目标结构的位置、或所述至少一个关键结构的位置。

3.如权利要求2所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：确定从所述插入点位置到所述目标结构的远端壁的距离。

4.如权利要求3所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：基于所确定的插入角度和所确定的到所述目标结构的所述远端壁的距离来确定过冲估计。

5.如权利要求1所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于振动所述介入性设备。

6.如权利要求1所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：随所述介入性设备接近所述目标结构而降低所述介入性设备的插入速度。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述目标结构是以下各项中的一项：动脉、静脉、股动脉、股静脉、颈静脉、外周静脉、锁骨下静脉、气道、管腔、管腔器官、体腔、填充流体的解剖空间、要求活检的位置、乳房、肾脏、淋巴结、椎管、需要神经阻滞的位置、腹膜腔、或胸膜腔。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置成用于接收所述受试者的所述目标结构的实时采集的多个图像以访问所述图像数据。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述多个图像包括所述目标结构的多个视图，并且其中所述处理器被配置成用于：评估所述多个视图，以标识所述受试者中的关键结构并标识所述受试者上的、其中所述介入性设备从插入点位置到达所述目标结构而不穿透所述受试者中的所述关键结构的位置。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述关键结构包括以下各项中的至少一项：骨、肺、心脏、非预期血管、非目标器官、或神经。

11.如权利要求1所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于确定血液闪回。

12.如权利要求11所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：在不存在血液闪回的情况下将所述介入性设备朝向所述关键结构推进。

13.如权利要求1所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：确定过冲估计，并且基于所述过冲估计来引导所述介入性设备穿透所述目标结构而不穿透所述目标结构的远端壁。

14.如权利要求1所述的系统，其中，所述引导系统包括可移除的筒，所述可移除的筒耦合至所述引导系统的基座，其中所述筒包含所述介入性设备。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述介入性设备是以下各项中的一项：针、线、扩张器、呼吸管、胸管、血管性导管、凝血剂、引流导管、可注射递送载体、水凝胶、或药物。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述介入性设备被配置成用于：提供血管性通道、进入器官或体腔的通道中的至少一者，执行环甲软骨切开术，获取组织样品、缓解气胸、从体腔排出流体，从脓肿排出脓液，或从椎管中排出脑脊液。

17.如权利要求1所述的系统，进一步包括导丝，所述导丝被配置成用于与所述介入性设备一起递送到所述目标结构。

18.一种用于在受试者的介入性过程中引导介入性设备的系统，包括：

19.如权利要求18所述的系统，其中，所述形状是椭圆。

20.如权利要求18所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：确定过冲估计，以用于基于所述过冲估计来引导所述介入性设备穿透所述目标结构而不穿透所述目标结构的远端壁。

21.如权利要求18所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：确定用于所述目标结构的所述横截面的otsu阈值。

22.如权利要求21所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：确定所述目标结构的所述横截面的腐蚀以及所述腐蚀的膨胀，以确定所述目标结构的壁。

23.如权利要求22所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：针对所述目标结构的经腐蚀和经膨胀的横截面生成多个辐条以用于拟合所述椭圆。

24.如权利要求18所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于振动所述介入性设备。

25.如权利要求18所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于：随所述介入性设备接近所述目标结构而降低所述介入性设备的插入速度。

26.如权利要求18所述的系统，其中，所述目标结构是以下各项中的一项：动脉、静脉、股动脉、股静脉、颈静脉、外周静脉、锁骨下静脉、气道、管腔、管腔器官、体腔、填充流体的解剖空间、需要活检的位置、乳房、肾脏、淋巴结、椎管、需要神经阻滞的位置、腹膜腔、胸膜腔、脓肿、羊膜囊、脐血管、或神经。

27.如权利要求18所述的系统，其中，所述处理器被配置成用于：接收所述受试者的所述目标结构的实时采集的多个图像，以访问所述图像数据。

28.如权利要求27所述的系统，其中，所述多个图像包括所述目标结构的多个视图，并且其中所述处理器被配置成用于：评估所述多个视图，以标识所述受试者中的关键结构并标识所述受试者上的、其中所述介入性设备从插入点位置到达所述目标结构而不穿透所述受试者中的所述关键结构的位置。

29.如权利要求28所述的系统，其中，所述关键结构包括以下各项中的至少一项：骨、非预期血管、非目标器官、或神经。

30.如权利要求18所述的系统，其中，进一步使所述处理器用于确定血液闪回。

31.如权利要求18所述的系统，其中，所述引导系统包括可移除的筒，所述可移除的筒耦合至所述引导系统的基座，其中所述筒包含所述介入性设备。

32.如权利要求31所述的系统，其中，所述介入性设备是以下各项中的一项：针、线、扩张器、呼吸管、胸管、血管性导管、凝血剂、引流导管、可注射递送载体、水凝胶、或药物。

33.如权利要求32所述的系统，其中，所述介入性设备被配置成用于：提供血管性通道、进入器官或体腔的通道中的至少一者，执行环甲软骨切开术，获取组织样品，或缓解气胸。

34.如权利要求18所述的系统，其中，所述引导系统、非暂态存储器或处理器形成模块化装置，所述模块化装置被配置成用于耦合到所述超声探头或其他设备以执行期望的医疗过程。

35.一种控制机器人控制系统以确定安全通路的方法，所述安全通路用于在受试者的介入性过程中引导介入性设备，所述方法包括使处理器用于执行包括以下各项的步骤：

36.如权利要求35所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于使用以下各项中的至少一项来确定用于所述介入性设备的插入角度：插入点位置、所述目标结构的位置、或所述至少一个关键结构的位置。

37.如权利要求36所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于：确定从所述插入点位置到所述目标结构的远端壁的距离。

38.如权利要求37所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于：基于所确定的插入角度和所确定的到所述目标结构的所述远端壁的距离来确定过冲估计。

39.如权利要求1所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于：随所述介入性设备接近所述目标结构而降低所述介入性设备的插入速度。

40.如权利要求35所述的方法，其中，所述目标结构是以下各项中的一项：动脉、静脉、股动脉、股静脉、颈静脉、外周静脉、锁骨下静脉、气道、管腔、管腔器官、体腔、填充流体的解剖空间、需要活检的位置、乳房、肾脏、淋巴结、椎管、需要神经阻滞的位置、腹膜腔、或胸膜腔。

41.如权利要求35所述的方法，其中，所述多个图像包括所述目标结构的多个视图，并且其中所述处理器被配置成用于：评估所述多个视图，以标识所述受试者中的关键结构并标识所述受试者上的、其中所述介入性设备从插入点位置到达所述目标结构而不穿透所述受试者中的所述关键结构的位置。

42.如权利要求41所述的方法，其中，所述关键结构包括以下各项中的至少一项：骨、非预期血管、非目标器官、或神经。

43.如权利要求35所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于确定血液闪回。

44.如权利要求43所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于：在不存在血液闪回的情况下将所述介入性设备朝向所述关键结构推进。

45.如权利要求35所述的方法，其中，进一步使所述处理器用于：确定过冲估计，并且基于所述过冲估计来引导所述介入性设备穿透所述目标结构而不穿透所述目标结构的远端壁。

46.如权利要求35所述的方法，其中，所述介入性设备是以下各项中的一项：针、线、扩张器、呼吸管、胸管、血管性导管、凝血剂、引流导管、可注射递送载体、水凝胶、或药物，或者被配置成用于：提供血管性通道、进入器官或体腔的通道中的至少一者，执行环甲软骨切开术，获取组织样品，缓解气胸，从体腔排出流体，从脓肿排出脓液，或从椎管中排出脑脊液。

技术总结提供了用于半自动、便携式、超声引导式插管的系统和方法。该系统和方法提供图像分析以提供感兴趣血管从图像数据的分割。图像分析提供对将插管系统插入受试者中的指导，这可以由非专家基于所提供的引导来完成。该引导可以包括指示器或机械引导件，用于引导用户将血管插管系统插入到受试者中以穿透感兴趣血管。技术研发人员：L·J·布拉坦,A·E·萨米尔,B·A·特尔福,M·约翰逊,N·德洛萨,L·杰斯特比,T·T·皮尔斯,J·韦布林受保护的技术使用者：麻省理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11