ИМПУЛЬСНОЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ МАРКЕРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2019 года по МПК A61B5/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к маркированию и/или отслеживанию области интереса человеческого тела. В частности, изобретение относится к активному маркерному устройству, системе слежения и устройству обследования.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В хирургии может потребоваться обеспечение интраоперационной визуализации. Данное требование связано с тем, что анатомическая структура, которую визуализировали до операции, может значительно изменяться во время хирургической операции. Например, разрезанием ткани или перемещением органа, например, печени, в теле человека могут вызываться деформации. Поэтому, возможна значительная нелинейная деформация ткани, и простое совмещение интраоперационно полученных изображений с предоперационно полученным изображением может осложняться.

С данной целью, как известно, используют тканевые маркеры, чтобы обнаруживать соответствующую ткань, идентифицированную в процессе предоперационной визуализации, во время последующей процедуры. Упомянутые маркеры вводят в ткань в предоперационной фазе. Например, можно применить рентгенопоглощающие маркеры, которые видны на интраоперационно полученном рентгеновском изображении.

Однако, применение рентгеновского излучения во время хирургической операции следует ограничивать, чтобы не только ограничивать дозу вредного излучения, воспринимаемого пациентом, но также, например, из-за, что операционная среда должна быть стерильной. Задача осложняется при применении рентгеновской визуализации, поскольку интраоперационная рентгеновская визуализация требует, чтобы хирург носил, например, свинцовую защитную одежду, которая может быть неудобной.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Может возникать потребность в создании маркирующего устройства, предназначенного для точной и надежной маркировки объекта интереса тела человека.

Изобретение определяется, в общем, в независимых пунктах формулы. Дополнительные преимущества и варианты осуществления охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения, описании и на фигурах.

Первый аспект изобретения относится к маркерному устройству, вводимому в ткань для отслеживания области интереса субъекта, например, тела пациента. Маркерное устройство содержит источник света, выполненный с возможностью излучения света таким образом, что маркерное устройство является видимым для оптического датчика. Кроме того, маркерное устройство содержит переключатель, выполненный с возможностью приведения в действие источника света в импульсном режиме.

В дальнейшем, маркерное устройство в соответствии с изобретением называется также «активным маркерным устройством», т.е. маркерным устройством, содержащим активный излучатель, в частности, источник света. В этом состоит отличие от «пассивных» маркерных устройств, например, рентгенопоглощающего маркера.

Сущностью изобретения можно считать создание оптического маркера для отслеживания и/или совмещения объекта или области интереса тела человека. С данной целью предложено активное маркерное устройство, описанное в контексте изобретения. Можно понять, что источник света активного маркерного устройства, выполнен, в частности, с возможностью излучения импульсного света.

Активный маркер можно имплантировать в тело в предоперационной фазе. Во время последующей процедуры, активное маркерное устройство можно отслеживать с помощью подходящего следящего устройства, которое содержит, предпочтительно, оптический датчик и, более предпочтительно, по меньшей мере, одну времяпролетную камеру. Таким образом, маркированные тканевые структуры можно непосредственно привязывать к системе координат в операционной, а также, например, к системе координат системы медицинской визуализации, например, рентгеновской системы.

Благодаря излучению импульсного света, активное маркерное устройство потребляет меньшую электрическую мощность. Более того, активное маркерное устройство, излучающее импульсный свет, может надежно обнаруживаться времяпролетной камерой. Кроме того, импульсный свет, излучаемый активным маркерным устройством, лучше отличим от окружающего света, например, света, излучаемого операционным светильником или осветительными приборами на потолке операционной, чем при статическом источнике света.

Дополнительно, активное маркерное устройство может быть идентифицируемым по свойству импульсного света, например, частоте или конкретной временной диаграмме импульсов. Дополнительное преимущество импульсного возбуждения светодиода (СИД) может состоять в возможности перевозбуждения СИД, т.е. в том, что пиковая мощность может быть больше, чем максимальная средняя мощность. Таким образом, средняя температура СИД может быть ниже настолько, что эффективность повышается, и возможны более яркие вспышки, излучаемые СИД.

Хотя описываемое активное маркерное устройство является вводимым в ткань человека, активное маркерное устройство может быть предназначено для введения в ткань животного, например, в ветеринарных целях. Более того, активное маркерное устройство может быть предназначено для введения в мертвую ткань, например, для патологического исследования.

Следовательно, активное маркерное устройство относится к временно имплантируемому светоизлучающему маркеру, который выполнен с возможностью обнаружения снаружи тела, например, во время медицинской процедуры. В предпочтительном варианте активное маркерное устройство выполнено с возможностью излучения световых импульсов, которые могут приниматься времяпролетной камерой. Активное маркерное устройство может содержать эпоксидную смолу (например, EPO-TEK 301), в которую герметизированы электронные компоненты активного маркерного устройства (например, источник света и переключатель). Другими словами, активное маркерное устройство может содержать капсулу, в которой могут быть герметизированы источник света и переключатель, и другие компоненты. Капсула активного маркерного устройства может содержать удлиненную форму и может вмещаться в канюлю вводной иглы.

Источник света может быть светодиодом (СИД), например, маломощным СИД, или полупроводниковым лазерным диодом. Источник света может быть также источником света другого вида, имеющим низкое энергопотребление и небольшой размер.

Источник света может быть выполнен с возможностью излучения света с силой света выше, чем 150 мкд, предпочтительно выше, чем 500 мкд, еще предпочтительнее выше, чем 1000 мкд. Кроме того, источник света может быть выполнен с возможностью излучения света со световым потоком больше, чем 1 лм, предпочтительно больше, чем 5 лм, еще предпочтительнее больше, чем 10 лм.

Переключатель может относиться к электронной схеме для включения и выключения источника света и для приведения в действие источника света в импульсном режиме. Возможности, касающиеся того, как можно структурно выполнить переключатель, могут быть разными. Например, переключатель может быть механическим переключателем, так что активное маркерное устройство можно активизировать вручную приведением в действие переключателя, например, непосредственно перед имплантацией активного маркерного устройства. Переключатель можно приводить в действие, например, нажатием миниатюрной кнопки.

Кроме того, переключатель может быть выполнен с возможностью приведения в действие бесконтактным способом таким образом, что источник света активного маркерного устройства можно активизировать дистанционно, т.е. активизировать бесконтактно, снаружи тела пациента, например, после того, как активное маркерное устройство временно имплантировано в ткань тела. Например, источник света может активизироваться магнитным полем. Для активизации магнитным полем, переключатель может содержать, например, миниатюрное двухпозиционное герконовое реле. Кроме того, переключатель может содержать электронный предохранитель, который может активизироваться РЧ (радиочастотными) импульсами. Переключатель может также содержать материалы с изменяемым фазовым состоянием. Изменение фазового состояния материала с изменяемым фазовым состоянием может вызываться, например, внешним нагреванием или теплом тела, когда активный маркер вводят в тело. В данном случае, переключатель может приводиться в действие расширением или сокращением материала с изменяемым фазовым состоянием, что вызывает действие механического усилия (например, давления) на механический переключатель таким образом, что электрическая схема замыкается. В качестве альтернативы, переключатель может содержать материал, который изменяет свою удельную электрическую проводимость при изменении фазы материала для приведения в действие переключателя.

Переключатель может содержать электрическую схему для приведения в действие источника света в импульсном режиме. Например, переключатель может содержать таймер для приведения в действие источника света в импульсном режиме. Кроме того, переключатель может содержать приемный блок для дистанционного запуска. Другими словами, источник света можно приводить в действие для излучения отдельных импульсов света. Импульсный режим источника света можно охарактеризовать, например, частотой импульсов. Частота может быть, например, от 0,1 Гц до 100 МГц. Другими словами, импульсный режим может быть связан с частотой, с которой импульсный свет излучается источником света. Длительность импульса может составлять, например, 50% от рабочего цикла импульсного режима источника света. Однако, длительность импульса может быть также больше или меньше, чем 50% от рабочего цикла. В качестве альтернативы или дополнительно, импульсный режим можно охарактеризовать одной или более конкретными временными диаграммами следования импульсов.

Кроме того, можно обеспечить множество активных маркерных устройств, при этом каждое маркерное устройство излучает свет в отличающемся импульсном режиме, например, с отличающейся частотой импульсов или отличающейся временной диаграммой следования импульсов. Более того, каждое активное маркерное устройство из множества активных маркерных устройств может быть однозначно идентифицируемым по импульсному режиму.

В соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения, переключатель выполнен с возможностью приведения в действие источника света во множестве разных импульсных режимов. Кроме того, конфигурацию переключателя можно настраивать для приведения в действие источника света в одном конкретном импульсном режиме из множества разных импульсных режимов.

Таким образом, множество активных маркерных устройств можно использовать для отслеживания объекта интереса, при этом каждое активное маркерное устройство характеризуется собственным импульсным режимом и является однозначно идентифицируемым по его импульсному режиму.

Например, переключатель может быть приспособлен для приведения в действие источника тока с разными частотами. Переключатель может допускать программирование для излучения света в конкретном импульсном режиме, например, с конкретной частотой или конкретной временной диаграммой следования импульсов. Переключатель может также содержать механический переключатель для механического переключения между разными импульсными режимами. Кроме того, переключатель может содержать приемный блок для приема информации об импульсном режиме, в котором источник тока должен излучать свет.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, активное маркерное устройство дополнительно содержит приемный блок, предназначенный для приема сигнала активизации источника света. Кроме того, переключатель выполнен с возможностью включения источника света, когда приемный блок принимает сигнал активизации. Приемный блок может быть герметизированным в капсуле активного маркерного устройства.

Приемный блок может быть беспроводным приемным блоком, например, РЧ (радиочастотной) антенной. Переключатель может быть выполнен с возможностью приведения в действие источника света в импульсном режиме только тогда, когда приемный блок принимает сигнал активизации, например, только тогда, когда РЧ антенна принимает радиосигнал.

Таким образом, активное маркерное устройство можно активизировать дистанционно, когда объект интереса должен отслеживаться оптически. Поэтому можно гарантировать, чтобы активное маркерное устройство потребляло электрическую мощность только в то время, когда его используют для отслеживания объекта интереса.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, приемный блок выполнен с возможностью приема сигнала, содержащего информации о свойстве импульсного режима. Кроме того, переключатель выполнен с возможностью приведения в действие источника тока в импульсном режиме, имеющем упомянутое свойство.

Свойство импульсного режима может быть, например, частотой импульсов, излучаемых источником света.

Таким образом, в активное маркерное устройство может посылаться такой сигнал, чтобы активное маркерное устройство излучало свет в конкретном импульсном режиме. Поэтому активное маркерное устройство может быть приведено в действие для излучения света в конкретном импульсном режиме, чтобы свет можно было обрабатывать оптическим датчиком и процессорным блоком, подсоединенным к упомянутому оптическому датчику, например, для идентификации маркерного устройства.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, приемный блок выполнен с возможностью приема пускового сигнала, запускающего генерацию импульса источником света. Кроме того, переключатель выполнен с возможностью включения источника света только тогда, когда приемным блоком принимается пусковой сигнал.

Другими словами, импульсы, генерируемые источником света, могут запускаться внешним пусковым сигналом, например, РЧ пусковым сигналом. Таким образом, импульсный режим может задаваться внешним источником, излучающим сигнал, запускающий импульсы источника света. Поэтому конкретный импульсный режим может назначаться во время приведения в действие активного маркерного устройства и не нуждается в назначении до имплантации активного маркерного устройства.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, активное маркерное устройство дополнительно содержит источник энергии, предназначенный для питания источника света электроэнергией.

Источник энергии может быть герметизирован в капсуле активного маркерного устройства.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, источник энергии содержит батарею.

Чтобы обеспечить питание источника света, источник энергии может содержать ионно-литиевую батарею. Кроме того, батарея может быть выполнена с возможностью подачи энергии в источник света только в течение менее, чем 24 часов, предпочтительно менее, чем 10 часов, более предпочтительно в течение менее, чем 5 часов, поскольку активный маркер должен излучать свет только во время хирургической операции. Следовательно, батарея может быть выполнена достаточно малой, чтобы не допускать увеличения объема активного маркерного устройства.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, источник энергии содержит индуктивно-емкостную (LC-) цепь для беспроводного питания от источника энергии.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, активное маркерное устройство выполнено с возможностью вставки в канюлю вводной иглы.

Например, активное маркерное устройство может иметь внешний диаметр, который менее 2,4 мм. Кроме того, активное маркерное устройство может иметь такие размеры, что данное устройство входит в канал 16 калибра, предпочтительно 14 калибра, еще более предпочтительно 11 калибра вводной иглы.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, источник света выполнен с возможностью излучения света с длиной волны в диапазоне от 600 нм до 1300 нм, предпочтительно от 700 нм до 1000 нм.

Для волн упомянутого диапазона ткань человека может обладать низким коэффициентом поглощения, что допускает отслеживание активного маркерного устройства даже глубоко внутри ткани.

В качестве альтернативы источник света может быть выполнен с возможностью излучения света с длиной волны, которая сильнее поглощается тканью. Таким образом, можно не только обнаруживать активный маркер, но тем самым можно также усиливать видимость тканевой структуры для врача.

Кроме того, активное маркерное устройство может быть также выполнено с возможностью применения совместно с контрастным веществом, которое инъецировано в пациента. Поскольку источник света можно вводить в ткань, то можно обеспечивать хорошую подсветку контрастного вещества (которое может быть флуоресцентным контрастным веществом).

Второй аспект изобретения относится к системе слежения для отслеживания объекта интереса ткани человека. Система слежения содержит активный маркер, описанный в контексте изобретения, и оптический датчик, выполненный с возможностью приема света, излучаемого источником света активного маркерного устройства. Кроме того, система слежения содержит процессорный блок, выполненный с возможностью определения положения активного маркерного устройства по свету, принятому оптическим датчиком.

Другими словами, система слежения может быть выполнена с возможностью определения положения активного маркерного устройства оптическим методом. Оптический датчик системы слежения может обладать возможностями визуализации. Например, оптический датчик может быть оптической камерой. Оптический датчик может быть также выполнен с возможностью приема инфракрасного света, излучаемого источником света активного маркерного устройства.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления, оптический датчик содержит, по меньшей мере, две оптических камеры. Кроме того, процессорный блок выполнен с возможностью выполнения триангуляции на основе изображений, записанных, по меньшей мере, двумя оптическими камерами, для определения положения активного маркерного устройства.

В соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения, оптический датчик содержит, по меньшей мере, одну времяпролетную камеру для приема света, излучаемого активным маркерным устройством. Процессорный блок выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства посредством триангуляции.

Как известно в данной области техники, времяпролетная (TOF) камера является камерой, которая формирует глубинное изображение; каждый пиксель данной камеры кодирует расстояние до соответствующей точки в поле зрения камеры. TOF-камеры обычно выполнены с возможностью измерения фазовых задержек поступающего света, в соответствии с изобретением, в частности, световых импульсов, излучаемых активным маркерным устройством.

В соответствии с примерным вариантом осуществления, процессорный блок выполнен с возможностью определения трех сферических поверхностей, на которых расположено активное маркерное устройство. Кроме того, процессорный блок выполнен с возможностью определения положения маркерного устройства посредством определения пересечения трех сферических поверхностей. Другими словами, можно определять положение активного маркерного устройства в 3-мерном пространстве. Информацию, связанную с приемом светового импульса, излученного активным маркерным устройством, по меньшей мере, одним пикселем TOF-камеры, например, расчетное время прохождения светового импульса, можно использовать для определения длины пути между активным маркерным устройством и точкой поверхности, например, точкой на внешней поверхности пациента, соответствующей, по меньшей мере, одному пикселю TOF-камеры. Следовательно, в 3-мерном пространстве можно определить сферическую поверхность, на которой расположено активное маркерное устройство. Посредством определения точки пересечения трех упомянутых сферических поверхностей можно с высокой точности идентифицировать местоположение маркера в 3-мерном пространстве.

Например, оптический датчик содержит единственную времяпролетную камеру, которая содержит, по меньшей мере, три точки или пикселя изображения. Времяпролетная камера может содержать, по меньшей мере, три пикселя для приема света, излучаемого маркерным устройством, при этом процессорный блок может быть выполнен с возможностью определения сферической поверхности для каждого из, по меньшей мере, трех пикселей. Кроме того, процессорный блок может быть выполнен с возможностью определения положения маркерного устройства посредством определения пересечения трех сферических поверхностей.

Система слежения может быть выполнена с возможностью определения положения активного маркерного устройства при том, что разные пиксели единственной времяпролетной камеры принимают световой импульс активного маркерного устройства, излученный из множества соответствующих точек (например, 3 точек) на поверхности тела. Кроме того, система слежения может быть выполнена с возможностью определения положения упомянутых точек на поверхности тела, например, во время процедуры совмещения и/или посредством стандартного отражательного времяпролетного измерения. Поскольку положения точек на поверхности тела известны, то система слежения может быть выполнена с возможностью определения расстояния между каждой из упомянутых точек на поверхности и активным маркерным устройством по фазовой задержке в сигналах для сигналов TOF-камеры, представляющих прием излученного светового импульса на разных пикселях. Следовательно, система слежения может быть выполнена с возможностью триангуляции положения активного маркерного устройства, т.е. определения сферических поверхностей для каждой из упомянутых точек и определения пересечения сферических поверхностей, задающих положение активного маркерного устройства.

Система слежения может быть выполнена с возможностью запуска импульса от источника света активного маркерного устройства, например, посредством излучения РЧ сигнала. Кроме того, система слежения может быть выполнена с возможностью определения периода времени между передачей РЧ сигнала для запуска импульса источника света и приемом импульса времяпролетной камерой. Таким образом, устройство слежения может определять расстояние между активным маркерным устройством и каждой времяпролетной камерой.

Кроме того, система слежения может также содержать, по меньшей мере, две времяпролетных камеры для повышения робастности системы. Таким образом, положение в 3-мерном пространстве может также определяться, если одна камера не может принять свет от активного маркерного устройства. Кроме того, система слежения может быть выполнена с возможностью учета времени распространения света между тканью и воздухом, чтобы с большей точностью определять расстояние между активным маркерным устройством и времяпролетной камерой. Например, расстояние между каждой времяпролетной камерой и активным маркерным устройством можно оценивать с использованием модели поверхности пациента, которую можно совмещать в хирургической обстановке.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, процессорный блок выполнен с возможностью идентификации активного маркерного устройства на основании импульсного режима света, принимаемого камерой.

Например, процессорный блок может идентифицировать активное маркерное устройство по частоте импульсов, излучаемых источником света.

В соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления изобретения, система слежения дополнительно содержит блок передачи для передачи сигнала активизации в маркерное устройство.

Третий аспект изобретения относится к устройству для медицинского обследования, содержащему устройство медицинской визуализации и систему слежения, описанную в контексте изобретения.

Устройство медицинской визуализации может быть рентгеновским устройством, магнитно-резонансным томографом (МРТ), ультразвуковым устройством, комбинированным позитронно-эмиссионным томографом/компьютерным томографом (PET-CT) или другим устройством визуализации. Например, устройство медицинской визуализации может содержать C-образную консоль, на которой закреплен оптический датчик или закреплены оптические датчики системы слежения.

Кроме того, точное положение активного маркерного устройства может определяться сначала устройством визуализации, например, рентгеновской системой или другим средством (МРТ, рентгеновской установкой, КТ, ультразвуковым устройством). После того, как точное положение активного маркерного устройства стало известным, небольшие перемещения активного маркерного устройства могут с высокой точностью отслеживаться камерами.

Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из пояснения со ссылкой на нижеописанные варианты осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - активное маркерное устройство в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 2A, 2B и 2C - изображение ввода активного маркерного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления в ткань человека.

Фиг. 3A и 3B - изображение вводной иглы, содержащей канюлю, в которую вставляют активное маркерное устройство в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Фиг. 4A и 4B - электрические схемы для активного маркерного устройства в соответствии с примерными вариантами осуществления изобретения.

Фиг. 5 - электрическая схема для беспроводного снабжения активного маркерного устройства электроэнергией.

Фиг. 6 - изображение устройства для медицинского обследования в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Фиг. 7 - изображение системы слежения в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 8A - система слежения в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 8B - система слежения в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения.

Фигуры являются схематическими и выполнены не в масштабе. Если в последующем описании элементы разных фигур обозначены одинаковыми позициями, то данные позиции относятся к одним и тем же или сходным элементам. Тем не менее, одни и те же или сходные элементы могут быть также обозначены разными позициями.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 показано активное маркерное устройство 100 в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Активное маркерное устройство предназначено для введения в ткань человека для маркировки и для отслеживания объекта интереса, например, опухоли, тела человека. Активное маркерное устройство содержит 100 источник 101 света, приспособленный для излучения света 104 таким образом, что активное маркерное устройство 100 является видимым для оптического датчика. Кроме того, активное маркерное устройство 100 содержит переключатель 102, приспособленный для включения и выключения источника 101 света и для приведения в действие источника 101 света в импульсном режиме. Кроме того, активное маркерное устройство 100 содержит источник 103 энергии, например, батарею или LC-цепь для беспроводной передачи мощности в активное маркерное устройство 100. Источник 101 света, переключатель 102 и источник 103 энергии герметизированы в капсуле 105 активного маркерного устройства 100.

Например, активное маркерное устройство 100 содержит маломощный светоизлучающий диод СИД 101, например, СИД типа NESL 157AT-H3 фирмы Nichia. Данный СИД обычно имеет световой поток 11,5 лм и силу света 4,0 кд. СИД 101 может быть подсоединен, например, к небольшой батарее 103, и переключатель 102 может быть дистанционно переключаемым. СИД может быть также белым СИД типа HSMW ChipLED, имеющим размер 1,5×0,8×0,6 мм. Кроме того, СИД может быть типа PICOLED фирмы ROHM, имеющим размер 1,0×0,52×0,2 мм. СИД и электронные схемы активного маркера 100 могут быть герметизированы в капсуле 105 из эпоксидной смолы (например, EPO-TEK 301), которая является биосовместимой и оптически прозрачной. Капсула 105 имеет такую удлиненную форму, что она входит внутрь канюли вводной иглы.

На фиг. 2A-2C показано введение активного маркерного устройства 100 в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения в тело 201 человека. Активное маркерное устройство 100 расположено в канюле вводной иглы 200. Тело 201 человека содержит область 203 интереса, например, опухоль. Кроме того, тело человека имеет поверхность 202 тела.

На фиг. 2B показано введение или внедрение активного маркерного устройства 100 в тело 201 человека в или вблизи области 203 интереса. С данной целью, вводную иглу 200 внедряют в тело 201 человека сквозь поверхность 202 тела, и активное маркерное устройство 100 имплантируют в или вблизи области 203 интереса.

На фиг. 2C показано, что активное маркерное устройство 100, имплантированное в или вблизи области 203 интереса излучает свет 104 в импульсном режиме для отслеживания активного маркерного устройства 100 и области 203 интереса, соответственно. Источник света активного маркерного устройства 100 можно активизировать перед имплантацией активного маркерного устройства в тело 201, например, ручным включением переключателя. В качестве альтернативы, источник света можно активизировать бесконтактно, когда активное маркерное устройство уже имплантировано в тело 201 человека, например, посредством передачи РЧ сигнала активизации.

Фиг. 3A представляет вводную иглу 301 и стилет 302, при этом вводная игла 301 содержит канюлю 303 для введения активного маркерного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. На фиг. 3B представлено увеличенное изображение секции канюли 303. Можно понять, что активное маркерное устройство расположено внутри канюли 303 вводной иглы.

Фиг. 4A представляет примерную электрическую схему 400 для приведения в действие источника 401 света активного маркерного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Источник света реализован как светодиод (СИД) 401. Кроме того, электрическая схема содержит источник 402 энергии, например, батарею. Кроме того, источник 401 света подсоединен к переключающей схеме 408, содержащей полевой транзистор 404, РЧ антенну 403, диод 405, резистор 406 и конденсатор 407. РЧ антенна 403, диод 405, резистор 406 и конденсатор 407 входят в состав приемника с амплитудной модуляцией (АМ-приемника) переключающей схемы 408.

Фиг. 4B представляет простую схему 410 для приведения в действие источника 411 света активного маркерного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. И вновь источник 411 света реализован как светодиод (СИД). В данном случае, АМ-приемник содержит РЧ антенну 413, диод 415 и транзистор 414 и использует входную емкость транзистора 414.

На фиг. 5 показаны электрические схемы 501 и 502 для беспроводного снабжения активного маркерного устройства 501 электрической энергией.

Активное маркерное устройство 501 содержит LC-цепь 503, содержащую катушку 504 и конденсатор 505. Кроме того, активное маркерное устройство содержит нагрузочную цепь 506, включающую в себя катушку 508 и электронные схемы 507 возбуждения СИД.

Электрическая энергия подается беспроводным способом в активное маркерное устройство 501 посредством устройства 502 энергоснабжения. Устройство 502 энергоснабжения содержит LC-цепь 509, включающую в себя катушку 510 и конденсатор 511. Устройство 502 энергоснабжения дополнительно содержит схему источника, включающую в себя источник энергии переменного тока и катушку 514.

Схема 512 источника выполнена с возможностью ввода энергии в резонансную LC-цепь 509 посредством катушек 514 и 510. LC-цепь 503 активного маркерного устройства принимает часть потока электромагнитной энергии, генерируемого LC-цепью 509, и вводит энергию в нагрузочную цепь 506, которая снабжает электронные схемы возбуждения СИД электроэнергией.

На фиг. 6 показано устройство 600 для медицинского обследования, содержащее устройство 601 медицинской визуализации в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. В данном примерном варианте осуществления устройство 601 медицинской визуализации содержит C-образную консоль, содержащую источник 603 рентгеновского излучения и детектор 602 рентгеновского излучения. C-образная консоль 601 дополнительно содержит систему слежения, содержащую оптические датчики 604 и 605, а также процессорный блок 610.

Кроме того, тело 606 человека расположено между источником 603 рентгеновского излучения и детектором 602 рентгеновского излучения C-образной консоли. Тело 606 человека содержит область интереса, например, опухоль. Кроме того, активное маркерное устройство 608 имплантировано в тело человека в или вблизи области 607 интереса. При этом, активное маркерное устройство 608 и/или область интереса можно отслеживать без обязательно активизации источника рентгеновского излучения, например, когда тело человека перемещают во время хирургической операции. Процессорный блок 610 предназначен для определения положения, например, положения в 3-мерном пространстве, активного маркерного устройства 608 на основании света, принимаемого оптическими датчиками 604, 605. Процессорный блок 610 выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства 608 посредством триангуляции.

На фиг. 7 показана система 700 слежения в соответствии с примерным вариантом осуществления изобретения. Система слежения содержит опорную конструкцию 701 для времяпролетных камер 702, 703, 704, 705. Опорная конструкция 701 является, например, C-образной консолью устройства для медицинского обследования.

Тело пациента 706, имеющего опухоль (область интереса) 707, показано схематически. Кроме того, показаны три имплантированных активных маркерных устройства 708, 709 и 710, обозначающие границы опухоли. Система 700 слежения выполнена с возможностью определения положения активных маркерных устройств 708, 709 и 710 посредством определения пересечения трех сферических поверхностей, установленных, по меньшей мере, тремя времяпролетными камерами из четырех времяпролетных камер 702, 703, 704 и 705. Другими словами, положение активного маркерного устройства в 3-мерном пространстве определяется с использованием информации о пути импульсного света, излучаемого активными маркерными устройствами 708, 709, 710, принятого времяпролетными камерами. Расчетное время прохождения светового импульса, которое представляет длину пути излучаемого света от активного маркерного устройства до камеры, служит для определения сферической поверхности, на которой расположено активное маркерное устройство.

Для пояснения принципа действия времяпролетной камеры, на фиг. 8A и 8B показаны примерные варианты осуществления в виде упрощенного 2-мерного представления.

На фиг. 8A показана система слежения в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Кроме того, изображено тело, имеющее поверхность 801, в которую имплантировано активное маркерное устройство 802. Активное маркерное устройство выполнено с возможностью излучения света в импульсном режиме. Дополнительно показана кривая 803 сигнала переключателя активного маркерного устройства, вызывающего световой импульс активного маркерного устройства 802. Система слежения содержит первую времяпролетную камеру 804 и вторую времяпролетную камеру 806. Дополнительно показано, что первая времяпролетная камера 804 формирует импульсный сигнал 805, вызванный световым импульсом 803 активного маркерного устройства 802. Вторая времяпролетная камера 806 формирует импульсный сигнал 807, вызванный световым импульсом 803 активного маркерного устройства. Кроме того, система слежения содержит устройство 808 для определения фазовой задержки между импульсами 805 и 807 первой и второй времяпролетных камер 804 и 806. Фазовая задержка между импульсами 805 и 807 связана со средней задержкой при прохождении светом путей от активного маркерного устройства 802 до поверхности 801 пациента, плюс расстояний от поверхности 801 пациента до времяпролетных камер 804, 806. Другими словами, фазовая задержка соответствует разности длины пути между суммой путей 810 и 811 и суммой путей 814 и 815. Путь 810 соответствует пути между активным маркерным устройством 802 и точкой 809 на поверхности 801, и путь 811 соответствует пути между точкой 809 на поверхности и времяпролетной камерой 804. В равной степени, путь 814 соответствует пути между активным маркерным устройством 802 и точкой 813 на поверхности 801, и путь 815 соответствует пути между точкой 813 на поверхности и времяпролетной камерой 806. Таким образом, система слежения может выполнить триангуляцию положения активного маркерного устройства 802 посредством определения пересечения сферических поверхностей 812 и 816.

В предпочтительном варианте можно применить дополнительную третью времяпролетную камеру (не показанную), чтобы положение активного маркерного устройства 802 в 3-мерном пространстве соответствовало единственной точке пересечения трех сферических поверхностей, по одной для каждой камеры.

На фиг. 8B показано определение положения активного маркерного устройства 802 с помощью единственной времяпролетной камеры 817. Множество пикселей времяпролетной камеры принимает световой импульс от активного маркера. Первый пиксель принимает свет, излучаемый из точки 809 поверхности 801 тела, и второй пиксель принимает свет, излучаемый из точки 813 поверхности 801 тела. Для каждого из упомянутых пикселей, расстояние между камерой и соответствующими точками 809, 813 на поверхности пациента известно, например, в результате совмещения положения камеры с существующим сканированным изображением внешнего контура пациента, в результате стандартного отражательного времяпролетного измерения или в результате любого другого подходящего измерения расстояния.

На первом пикселе, который принимает свет от точки 809 поверхности, измеренное значение состоит из суммы расстояний 810 и 818. В равной степени, на втором пикселе, который принимает свет от точки 813 поверхности, измеренное значение состоит из суммы расстояний 814 и 819. Подобно предыдущему варианту осуществления, фазовая задержка, измеренная на первом и втором пикселях времяпролетной камеры, соответствует разности длины пути между суммой путей 810 и 818 и суммой путей 814 и 819.

Так как длины путей 818 и 819 известны из положения точек 809 и 813 в 3-мерном пространстве и положения времяпролетной камеры 817 в 3-мерном пространстве, то система слежения может определить расстояния 810 и 814 и затем выполнить триангуляцию положения активного маркерного устройства посредством определения пересечения сферических поверхностей 820 и 821.

Положение активного маркерного устройства в 3-мерном пространстве предпочтительно определяется с использованием сигналов от, по меньшей мере, трех отдельных пикселей времяпролетной камеры. То есть, по фазовой задержке между данными сигналами можно определить расстояния от активного маркерного устройства до, по меньшей мере, трех точек поверхности, наблюдаемых соответствующими пикселями единственной времяпролетной камеры. И вновь, положение активного маркерного устройства устанавливается затем триангуляцией посредством определения единственной точки пересечения трех сферических поверхностей, соответствующих данным расстояниям.

Типичное изображение может иметь намного больше точек поверхности, видимых разным пикселям TOF-камеры. Таким образом, в предпочтительном варианте, сигналы от дополнительных пикселей, принимающих световой импульс от маркера в разные моменты времени, можно принимать за основу для дополнительного повышения точности определения положения маркера.

При желании, можно применить коллиматор, чтобы ограничить информацию об изображении, принимаемую разными пикселями, до ограниченной зоны всей поверхности. То есть, например, первый пиксель может принимать свет от точки 809 поверхности, но коллиматор препятствует попаданию света от точки 813 поверхности на первый пиксель. Аналогично, коллиматор препятствует попаданию света от точки 809 поверхности на второй пиксель времяпролетной камеры.

Хотя настоящее изобретение подробно представлено на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленного изобретения могут быть разработаны и выполнены другие модификации раскрытых вариантов осуществления. В формуле изобретения, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.

СПИСОК ПОЗИЦИЙ:

100 активное маркерное устройство

101 источник света

102 переключатель

103 источник энергии

104 свет

105 капсула

200 вводная игла

201 тело человека

202 поверхность тела

203 объект интереса (например, опухоль)

301 вводная игла

302 вводная игла

303 канюля

304 активное маркерное устройство

400 электрическая схема

401 источник света (СИД)

402 источник энергии (батарея)

403 приемный блок (РЧ антенна)

404 полевой транзистор

405 диод

406 резистор

407 конденсатор

410 электрическая схема

411 источник света (СИД)

412 источник энергии (батарея)

413 приемный блок (РЧ антенна)

414 транзистор

415 диод

501 активное маркерное устройство

502 устройство энергоснабжения

503 LC-цепь

504 катушка

505 конденсатор

506 нагрузочная цепь

507 электронные схемы возбуждения СИД

508 катушка

509 LC-цепь

510 катушка

511 конденсатор

512 схема источника

513 источник переменного тока

514 катушка

600 устройство для медицинского обследования

601 C-образная консоль

602 детектор рентгеновского излучения

603 источник рентгеновского излучения

604 оптический датчик

605 оптический датчик

606 тело

607 область интереса (опухоль)

608 активное маркерное устройство

609 система слежения

610 процессорный блок

700 система слежения

701 опора камеры

702 времяпролетная камера

703 времяпролетная камера

704 времяпролетная камера

705 времяпролетная камера

706 тело

707 область интереса (опухоль)

708 активное маркерное устройство

709 активное маркерное устройство

710 активное маркерное устройство

801 поверхность тела

802 активное маркерное устройство

803 сигнал светового импульса

804 первая времяпролетная камера

805 сигнал, формируемый первой времяпролетной камерой

806 вторая времяпролетная камера

807 сигнал, формируемый второй времяпролетной камерой

808 устройство для определения фазовой задержки

809 первая точка на поверхности тела

810 путь между активным маркером и первой точкой

811 путь между первой точкой и первой времяпролетной камерой

812 первая сферическая поверхность

813 вторая точка на поверхности тела

814 путь между активным маркером и второй точкой

815 путь между второй точкой и второй времяпролетной камерой

816 вторая сферическая поверхность

817 единственная времяпролетная камера

818 расстояние между первой точкой и единственной времяпролетной камерой

819 расстояние между второй точкой и единственной времяпролетной камерой

820 первая сферическая поверхность

821 вторая сферическая поверхность

Группа изобретений относится к медицинской технике, в частности к активному маркерному устройству для введения в ткань человека, и системам для отслеживания области интереса тела человека и медицинской визуализации. Активное маркерное устройство содержит источник света для излучения света таким образом, что излучаемый свет может приниматься оптическим датчиком. Таким образом, активное маркерное устройство и/или область интереса может отслеживаться системой слежения, содержащей оптический датчик. Активное маркерное устройство дополнительно содержит переключатель для включения и выключения источника света и для приведения в действие источника света в импульсном режиме. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Активное маркерное устройство (100), выполненное с возможностью имплантации в ткань перед процедурой, для отслеживания области интереса субъекта во время процедуры, при этом активное маркерное устройство содержит:

источник (101) света для излучения света (104) таким образом, что активное маркерное устройство является обнаруживаемым оптическим датчиком; и

переключатель (102) для приведения в действие источника света в импульсном режиме, при этом переключатель выполнен с возможностью приведения в действие бесконтактным способом для дистанционной активизации источника тока во время процедуры.

2. Маркерное устройство (100) по п. 1,

в котором переключатель (102) допускает настройку конфигурации для приведения в действие источника света в одном конкретном импульсном режиме из множества разных импульсных режимов.

3. Маркерное устройство (100) по п. 1 или 2, при этом маркерное устройство содержит:

приемный блок (403, 413) для приема сигнала активизации источника света;

при этом переключатель выполнен с возможностью включения источника света, когда приемный блок принимает сигнал активизации.

4. Маркерное устройство (100) по п. 3,

в котором приемный блок выполнен с возможностью приема сигнала, содержащего информацию о свойстве импульсного режима; и

при этом переключатель выполнен с возможностью приведения в действие источника в импульсном режиме, имеющем упомянутое свойство.

5. Маркерное устройство (100) по п. 4, в котором свойство импульсного режима является частотой и/или временной диаграммой следования импульсов.

6. Маркерное устройство (100) по п. 5,

в котором приемный блок выполнен с возможностью приема пускового сигнала, запускающего генерацию импульса источником света; и

при этом переключатель выполнен с возможностью включения источника света только тогда, когда пусковой сигнал принимается приемным блоком.

7. Маркерное устройство (100) по п. 1 или 2, содержащее:

источник (103) энергии, предназначенный для питания источника света электроэнергией.

8. Маркерное устройство (100) по п. 7,

в котором источник энергии содержит индуктивно-емкостную (LC-) цепь (503) для беспроводного питания от источника энергии.

9. Маркерное устройство (100) по п. 1 или 2,

в котором маркерное устройство выполнено с возможностью вставки в канюлю (303) вводной иглы (301).

10. Маркерное устройство (100) по п. 1 или 2, в котором активное маркерное устройство содержит капсулу, в которую герметизированы источник света и переключатель.

11. Система (609) слежения для отслеживания области интереса в субъекте, содержащая:

оптический датчик (604, 605), выполненный с возможностью обнаружения света, излучаемого источником света активного маркерного устройства по любому из предыдущих пунктов; и

процессорный блок (610), выполненный с возможностью определения положения активного маркерного устройства на основании света, обнаруженного оптическим датчиком,

при этом оптический датчик содержит по меньшей мере одну времяпролетную камеру (703) для приема светового импульса, излученного активным маркерным устройством, и генерации информации, связанной с приемом упомянутого светового импульса, и

причем процессорный блок выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства на основании информации из по меньшей мере одной времяпролетной камеры.

12. Система (609) слежения по п. 11,

в которой система содержит по меньшей мере две времяпролетные камеры (804, 806); и

при этом процессорный блок выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства по фазовой задержке между импульсными сигналами (805, 807) первой и второй времяпролетных камер (804, 806), вызванными световым импульсом, излучаемым активным маркером.

13. Система слежения по п. 11,

в которой система содержит единственную времяпролетную камеру (817), содержащую по меньшей мере три пикселя, выполненных с возможностью приема светового импульса активного маркерного устройства, излученного из множества соответствующих точек на поверхности тела, и

при этом процессорный блок выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства по фазовой задержке сигналов времяпролетной камеры, представляющих прием излученного светового импульса на по меньшей мере трех пикселях.

14. Система (700) слежения по п. 12 или 13,

в которой процессорный блок выполнен с возможностью определения положения активного маркерного устройства посредством триангуляции.

15. Система (608) слежения по одному из пп. 11-13,

в которой процессорный блок (610) выполнен с возможностью идентификации активного маркерного устройства на основании импульсного режима света, принятого камерой.

16. Система (600) медицинской визуализации, содержащая:

устройство (601) медицинской визуализации и

систему (609) слежения по одному из пп. 11-15.