[发明专利]利用光学形状感测的动态约束

说明书

此申请要求先前于2011年6月10日提交并且通过引用并入于此的临时申请号61/495862的优先权。

技术领域

此公开内容涉及光学形状感测，并且更特别地涉及将光学形状感测约束施加于用于医疗应用的空间设置的传感器阵列的系统和方法。

背景技术

典型地使用数值方法来探讨对于诸如电阻抗断层摄影（EIT）、漫射光学断层摄影（DOT）、体表电位标测（body surface potential mapping，BSPM）等的非线性和不适定（ill-posed）问题的解，该数值方法利用关于与感兴趣的未知参数相关的测量的现有知识。范例包括用于正向计算的有限元建模和用于获得唯一和稳定反解（inverse solution）的正则化非线性求解器。工业和医疗成像中遇到的典型的情景基本上对于时间不变情况是三维的且对于动态观察是四维的。

为了得出有意义的反演解（inversion solution），知道实验装备的源/探测器几何结构以及感兴趣的对象/体积的三维（3D）形状是重要的。在DOT的情况下，输入信号随距源的距离指数衰减。适于对象的几何结构的测量装备相对于用于普通使用的刚性的过大的测量装备是优选的。在EIT的情况下，需要电极与组织接触并且需要在测量几何结构内考虑（account for）归因于患者的移动的动态，患者的移动诸如是呼吸运动。图像重建的精确度取决于3D形状如何及时改变。

当前，并入到反问题的解中的附加现有知识的范例包括来自用于非侵入电-解剖标测/体表面电位标测（BSPM）、EIT和DOT的磁共振（MR）或计算机断层摄影（CT）的成像数据。然而，典型地在在前时间点处获取这些数据集并且这些数据集不反映用于利用非接触标测/EIT/DOT的断层摄影反演的测量获取期间存在于感兴趣的结构内的动态。

使用线性加速器机器经由二维束投递外部束放射疗法（XRT）。XRT主要包括从数个方向（经常是前或后，以及两侧）投递至患者的单个辐射束。在称为仿真器的专门校准的诊断x射线机器上对处置进行计划或仿真，因为仿真器再现线性加速器动作，并且将它们与辐射束的通常良好建立的布置进行比较以实现期望的计划。仿真的目的是对待处置的体积精确地进行瞄准和定域。XRT从计划和实行期间器官变形的知识获益。

能够从各种系统推导形状信息。这些包括：光学形状询问系统（例如，光纤布拉格传感器、瑞利散射、布里渊散射、基于光学强度的渐弱）、用于装置上的点的电磁（EM）定域的多线圈阵列、用于三维表面估计的激光扫描系统以及用于基于相机（飞行时间或常规光学测量）或麦克风的形状询问的光学/声学标记/发射器阵列。诸如超声的实时成像也可以用于形状信息，但是该途径的临床可用性取决于附加成本和与执行的成像相关的断层摄影信息的临床价值。

发明内容

根据本原理，一种用于测量受试者的动态移动的系统、设备和方法，包括：网状结构，被配置为柔性地且贴身地（snuggly）装配在所述受试者的至少部分之上。所述网状结构包括设置于其中的一个或多个形状感测光纤，以及第二测量形态，所述第二测量形态包括并入于其中的传感器或探测器，使得所述一个或多个形状感测光纤监视受试者上的所述传感器或探测器的移动。重建模块耦合至所述形状感测光纤，以接收反馈信号并基于所述反馈信号来解释所述传感器或探测器的形状和位置的动态改变。所述重建模块考虑所述动态改变以改善所述受试者上的医疗活动。

一种用于测量受试者的动态移动的设备，包括：网状结构，被配置为装配在所述受试者的至少部分之上。一个或多个形状感测光纤包括在所述网状结构内。第二测量形态包括并入到所述网状结构中的多个传感器，使得结合所述第二形态来采用所述一个或多个形状感测光纤，以从所述受试者的皮肤的表面直接执行测量。调整机构被配置为容许所述网状结构和所述一个或多个形状感测光纤的调整，以容许所述网状结构至所述受试者的所述部分的柔性和贴身的联接。

一种用于测量受试者的动态移动的方法，包括：提供网状结构，所述网状结构被配置为柔性地且贴身地装配在所述受试者的至少部分之上，所述网状结构包括设置于其中的一个或多个形状感测光纤和另一感测技术的传感器；以及通过采用从所述一个或多个形状感测光纤接收的反馈信号来监视所述传感器的移动和位置，并基于所述反馈信号来解释所述传感器的所述移动和位置的动态改变，来重建所述受试者的所述部分的形状；以及考虑测得的所述动态改变以改善所述受试者上的医疗活动。