2024年5月6日发(作者：盛兴文)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.5
(22)申请日 2013.06.20
(71)申请人 皇家飞利浦有限公司
地址 荷兰艾恩德霍芬
(72)发明人 H·埃尔哈瓦林 A·波波维奇 W·韦尔克鲁杰塞
(74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司
代理人 李光颖
(51)
A61B5/00
A61B1/00
A61B5/0295
(10)申请公布号 CN 104427926 A
(43)申请公布日 2015.03.18
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
使用内窥镜图像上的光体积描记对
通畅性的评估
(57)摘要
一种用于评估通畅性的系统，所述
系统包括：光传感器(128)，其能相对于血
管定位，以接收来自所述血管的光并且将
所述光转换成图像信号；光体积描记(PPG)
解读模块(115)，其被配置为接收所述图像
信号，并且输出图像中表示PPG信息的像
素值；图像生成模块(148)，其被耦合到所
述PPG解读模块，以接收所述像素值并且
生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示
器以用于分析。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种用于评估通畅性的系统，包括：
光传感器(128)，其能相对于血管定位，以接收来自所述血管的光并
光体积描记(PPG)解读模块(115)，其被配置为接收所述图像信号并
图像生成模块(148)，其被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)包括照相
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)包括照相
4.如权利要求1所述的系统，其中，使用机器人(124)来定位能相
对于所述血管定位的所述光传感器。
机，并且所述照相机被安装在内窥镜上。
素值并且生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于分析。
且输出图像中表示PPG信息的像素值；以及
且将所述光转换成图像信号；
机，并且所述照相机被安装在开放切口之上，以允许光从所述血管到达所
述照相机。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)能在第一
6.如权利要求5所述的系统，还包括机器人(124)，所述机器人被配
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述图像生成模块(148)生成
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述减影图像被叠加在由所述光
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述PPG图(136)被叠加在由
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述PPG图(136)被叠加在X
射线图像上。
所述光传感器收集的图像上。
传感器收集的图像上。
在不同的时间的所述PPG信号的减影图像。
置为允许在不同的时间对所述光传感器进行可重复定位。
时间相对于所述血管定位，并且在第二时间被定位在相同的位置，使得能
够比较PPG信号以确定所述血管中的PPG变化。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述血管包括搭桥移植物，并
12.一种用于评估通畅性的系统，包括：
内窥镜(102)，其包括照相机(128)，所述内窥镜能相对于血管定位
光体积描记(PPG)解读模块(115)，其被配置为接收所述图像信号，
图像生成模块(148)，其被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像
显示器(118)，其被配置为接收所述PPG图并且显示所述PPG图以用
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述血管包括搭桥移植物，并
且所述内窥镜(102)在血管重建之前和之后能定位在相同的位置，以允许
于比较，使得所述PPG图的差异表示通过所述血管的血流量的差异。
素值并且生成对应于多个时间的PPG图(136)；以及
且所述PPG图(136)指示在不同的时间通过所述移植物的血流量。
在身体内部，以接收来自所述血管的光并且将所述光转换成图像信号；
从所述图像信号译解PPG信息，并且输出图像中表示PPG信息的像素值；
使用所述PPG图来对血流量进行比较。
14.如权利要求12所述的系统，还包括机器人(124)，所述机器人被
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述图像生成模块(148)生
配置为允许在不同的时间对所述内窥镜进行可重复定位。
成在不同的时间的所述PPG信息的减影图像，其中，
在由所述照相机收集的图像上，其中，所
照相机收集的图像上，并且其中，
图(136)指示在所述
所述减影图像被叠加
述PPG图(136)被叠加在由所述
所述血管包括搭桥移植物，并且所述PPG
不同的时间通过所述移植物的血流量。
16.一种用于评估通畅性的方法，包括：
将光传感器相对于血管定位(702)，以接收来自所述血管的光；
将所述光转换(708)成图像信号；
解读(710)所述图像信号，以确定光体积描记(PPG)信号并且输出
生成(712)PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于根据所述
像素值进行分析；并且
图像中表示PPG信号的像素值；
分析(718)至少一个PPG图，以确定所述血管的通畅性。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述光传感器(128)包括照
18.如权利要求16所述的方法，其中，定位所述光传感器包括在不同
的时间将所述光传感器定位(704)在相同的位置处，使得可以比较PPG信
号以确定所述血管中的PPG变化，并且其中，定位所述光传感器包
(706)机器人以允许在不同的时间对所述光传感器进行
相机，并且所述照相机被安装在内窥镜开放切口之上中的至少一个上。
括采用
可重复定位。
19.如权利要求16所述的方法，还包括根据在不同的时间的PPG图生
成减影图像，其中，所述减影图像被叠加在由所述光传感器收集的图像上，
其中，所述PPG图被叠加在X射线图像上，并且其中，所述
移植物，并且所述PPG图指示在不同的时间通
血管包括搭桥
过所述移植物的血流量。
20.如权利要求20所述的方法，还包括考虑所述血管中的运动以配准
PPG图，其中，所述考虑包括以下中的至少一个：(i)提供(726)被叠加
在所述血管的所述图像信号上的网格，其中，所述网格的每个部分均
要跟随的被跟踪点，以确定所述血
心电图(ECG)信号，并且在沿着所
PPG测量，以考虑所述血管的运
包括
管的所述运动；或者(ii)提供(728)
述ECG图的对应位置处触发(730)
动。
说 明 书
技术领域
本公开涉及医疗器械和流程，并且更具体地涉及使用光体积描记(PPG)
背景技术
在心脏搭桥外科手术期间，外科医生使用来自身体的一根或多根血管
术中使用X射线血管造影或超声，或者术后使用体积成像(计算机断
(CT)、磁共振成像(MRI))来证实在搭桥之后的移植物通畅性。
均证实在移植物中和在移植物下游的冠状动脉中的流动。然
成功的血管重建可能不一定造成心肌的成功灌注，这是由于
流动(其在常规成像中不可见)也可能够被阻塞。额外地，
常常是外科医生不能获得的。
发明内容
根据本发明的示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的系统，所
述系统包括：光传感器，其能相对于血管定位，以接收来自所述血管的光
层摄影
来为冠状动脉变窄的动脉粥样硬化患者进行搭桥。执行该操作的意图是增
大冠状动脉中的血流量，所述冠状动脉为心脏的心肌组织供血。在微创(MI)
心脏搭桥外科手术期间，细长的器械被插入到患者的胸部中的小切口中，
并且内窥镜提供可视化。在机器人引导的MI心脏搭桥外科手术中，器械中
的一个或多个(或内窥镜)由机器人设备控制。能够在患者使用心肺转流
术并且心脏处于心脏停搏的情况下，或者在心脏跳动的情况下执行心脏搭
桥外科手术。
信息来监测组织中的流体流动。
两种术中技术
而，对动脉的
较小血管中的
这些成像模态
并且将所述光转换成图像信号；光体积描记(PPG)解读模块，其被配置为
接收图像信号并且输出图像中表示PPG信息的像素值；图像生成模块，其
被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像素值并且生成PPG图，所述
PPG图要被输出到显示器以用于分析。
例如，光传感器能够包括照相机，所述照相机被安装在内窥镜上和/或
在开放切口之上，以允许光从血管到达照相机。能够使用机器人来定位能
相对于血管定位的光传感器。所述光传感器能够在第一时间相对于血管定
位，并且在第二时间被定位在相同的位置，使得能够比较PPG信号以确定
血管中的PPG变化。所述系统还能够包括机器人，所述机器人被配置为允
许在不同的时间对光传感器进行可重复定位。图像生成模块能够生成在不
同的时间的PPG信号的减影图像也是可能的。所述减影图像能够被叠加在
由光传感器收集的图像上。PPG图能够被叠加在由光传感器收集的诸如X
射线图像的图像上也是可能的。而且，血管能够包括搭桥移植物，并且
图能够指示在不同的时间通过移植物的血流量。 PPG
根据本发明的另一示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的系统，
所述系统包括：包括照相机的内窥镜，所述内窥镜能相对于血管定位在身
体内部，以接收来自所述血管的光并且将所述光转换成图像信号；光体积
描记(PPG)解读模块，其能够被配置为接收所述图像信号，从所述图像信
号译解PPG信息，并且输出图像中表示PPG信息的像素值；图像生成模块，
其能够被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像素值并且生成对
个时间的PPG图；使得所述PPG图的差异表示通过所述血管
异。
应于多
的血流量的差
例如，血管能够包括搭桥移植物，并且内窥镜能够在血管重建之前和
之后定位在相同的位置，以允许使用PPG图对血流量进行比较。所述系统
还能够包括被配置为允许在不同的时间对内窥镜进行可重复定位的机器
人。图像生成模块能够生成在不同的时间的PPG信息的减影图像也是可能
的。所述减影图像能够被叠加在由照相机收集的图像上。PPG图能够被叠
加在由照相机收集的诸如X射线图像的图像上。而且，血管能够包括搭桥
移植物，并且PPG图能够指示在不同的时间通过移植物的血流量。
根据本发明的又另一示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的方
法，所述方法包括：将光传感器相对于血管定位，以接收来自所述血管的
光；将所述光转换成图像信号；解读所述图像信号，以确定光体积描记
信号并且输出图像中表示PPG信号的像素值；生成PPG图，所述
要被输出到显示器以用于根据所述
PPG图，以确定所述血管的通畅
(PPG)
PPG图
像素值进行分析；以及分析至少一个
性。
例如，所述光传感器能够包括被安装在内窥镜上和/或在开放切口之上
附图说明
根据以下对其示例性实施例的详细描述，本公开的这些和其他目标、
的照相机。定位光传感器能够包括在不同的时间将光传感器定位在相同的
位置处，使得能够比较PPG信号以确定血管中的PPG变化。定位光传感器
能够包括采用机器人以允许在不同的时间对光传感器进行可重复定位也是
可能的。所述方法还能够包括根据在不同的时间的PPG图生成减影图像。
由光传感器。血管包括搭桥移植物并且PPG图指示在不同的时间通过移植
物的血流量也是可能的。所述方法还能够包括考虑血管中的运动以配准
PPG图。所述考虑能够包括例如提供被叠加在血管的图像信号上的网格，
在所述网格处，所述网格的每个部分均包括要跟随的跟踪点，以确定血管
的运动。所述考虑包括提供心电图(ECG)信号，并且在沿着ECG图表的
对应位置处触发PPG测量，以考虑血管的运动也是可能的。
特征以及优点将变得明显，所述详细描述要联系附图进行阅读。
本公开将参考以下附图详细呈现对优选实施例的以下描述，在所述附
图1是根据一个实施例的示出用于确定针对组织通畅性的光体积描记
信号的系统的方框/流程图；
图2是根据另一实施例的示出用于使用机器人引导的内窥镜来确定针
通畅性的PPG信号的另一系统设置的图表；
图3是根据另一实施例的示出心脏的内窥镜图像，在所述内窥镜图像
有PPG的减影图像；
图4是根据另一实施例的示出心脏的内窥镜图像，在所述内窥镜图像
有网格图像以评估点移动；
图5是根据另一实施例的示出用于测量PPG信号的触发点的心电图
图6是根据另一实施例的示出心脏的X射线图像(血管造影图)，在所
图7是根据示例性实施例的用于通畅性评估的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的原理，提供使用从组织发射或反射的光来确定感兴趣区
域中的流体流动的系统和方法。在一个实施例中，采用光体积描记(PPG)
述X射线图像上叠加有PPG图像/PPG图；并且
(ECG)；
上叠加
上叠加
对血管
(PPG)
图中：
来评估组织中的血流量。PPG使用光反射或透射来检测经过身体的心血管
脉搏波。PPG基于以下原理，即：血液比周围组织吸收更多的光，因此血
容量的变化相应地影响透射或反射。PPG信号可以用于仅使用CCD照相机
和环境光照明来检测呼吸率和心率。本文中描述的系统和方法可以从基于
CCD照相机的图像上的感兴趣区域提取例如绿色和蓝色像素强度，并且然
后测量它们随时间推移的变化。也可以提取并监测其他信息。较高幅度的
信号对应于较高的反射率以及因此在被成像的像素的位置处的较小的血容
量。能够通过标绘在每个像素处的PPG信号来生成PPG图。PPG的使用使
得能够从视频提取关于心率和呼吸率的信息。在心跳循环期间的不同相位
处，PPG图上的信号或像素的强度与血容量成比例。
PPG可以用于使用常规的基于CCD的照相机以完全无创且廉价的方式
在一个实施例中，本原理提供一种量度和一种可视化方法，所述量度
用于使用心脏的内窥镜图像和PPG来对搭桥流程的成功的证实，能够使用
PPG信号来在所述心脏的内窥镜图像和所述PPG中直接比较在已经执行搭
桥之前与之后的血流量和血容量；所述可视化方法用于外科医生评估心肌
组织和血管中的血容量。在处理内窥镜图像之后，搭桥之前与之后的PPG
图变化能够示出增大的血容量，所述增大的血容量指示成功的血管重建。
本原理可以用于使用PPG信号来核查移植物通畅性，例如在不停跳的心脏
外科手术的情况下使用特征跟踪。在使用利用
的心脏外科手术的情况下，也可以采用使
从对象提取生命体征。能够利用该技术(PPG)测量的生命体征包括心率、
心率变化性、呼吸率、动脉血氧饱和度(SpO2)。PPG也可以提供有价值的
生理信息，例如，能够提供体积描记波形的形状和PPG信号(在解剖结构
位置之上)的空间分布(即，PPG成像)。可以从所述波形提取诸如脱水的
生理信息，所述生理信息在外科手术期间改变PPG信号上的呼吸深度的调
制。
ECG信号进行门控的不停跳
用PPG信号来核查移植物通畅性
了全面证实框架而组合PPG图像
的方法。在另一实施例中，公开了一种为
与X射线图像的方法。
应当理解，本发明将从医疗器械与流程方面进行描述；然而，本发明
图
的教导宽泛得多，并且可应用于在其中能够使用从表面收集的光来进行流
量测量的任何结构或系统。在一些实施例中，本原理用于跟踪或分析复杂
的生物或机械系统。特别地，本原理可应用于对生物系统的内部跟踪流程、
在身体的所有区(例如肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附
中描绘的元件可以在硬件与软件的各种组合中得以实施，并且提供可
组合在单个元件或多个元件中的功能。 以被
能够通过使用专用硬件以及与适当的软件相关联的能够运行软件的硬
此外，本文中记载本发明的各种原理、方面和实施例，以及其特定范
例的全部陈述均旨在涵盖其结构和功能二者上的等效方案。额外地，旨在
这样的等效方案包括当前已知的等效方案以及未来开发的等效方案(即，
所开发的执行相同功能够的任何元件，无论结构如何)二者。因此，例如，
本领域技术人员应当理解，本文中呈现的方框图表示实现本发明的原理的
示例性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当理解，任何流程图、流
程图表等表示各种过程，所述过程基本上可以被表示在计算机可读存储介
质中，并且由计算机或处理器如此运行，无论是否明确示出这样的计算机
件来提供附图中示出的各种元件的功能。当所述功能由处理器提供时，所
述功能能够由单个专用处理器提供，由单个共享处理器提供，或由多个个
体处理器提供，所述多个个体处理器中的一些能够被共享。此外，术语“处
理器”或“控制器”的明确使用应当被解释为专指能够运行软件的硬件，
并且能够隐含地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软
件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储装
置等。
或处理器。
此外，本发明的实施例能够采取可从计算机可用存储介质或计算机可
读存储介质访问的计算机程序产品的形式，所述计算机可用存储介质或所
述计算机可读存储介质提供程序代码，所述程序
运行系统使用或与之连接。出于本说明书的目的，
计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通
行系统、装置或设备使用或与之连接的程序的任
电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统
质。计算机可读介质的范例包括半导体存储器或
除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存
及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘—只读存储
读/写(CD-R/W)、蓝光TM以及DVD。
代码由计算机或任何指令
计算机可用存储介质或
信、传播或传输由指令运
何装置。所述介质能够是
(或装置或设备)或传播介
固态存储器、磁带、可移
储器(ROM)、硬磁盘以
器(CD-ROM)、压缩盘—
现在参考附图并且首先参考图1，示例性地示出了根据一个实施例的用
于光体积描记(PPG)阅读和分析的系统100，在所述附图中，同样的标号
表示相同或相似的元件。系统100可以包括从其监督和/或管理流程的工作
站或控制台112。工作站112优选地包括一个或多个处理器114和用于存储
程序和应用的存储器116。存储器116可以存储PPG解读模块115，所述
PPG解读模块115被配置为分析光反射或透射，以检测经过组织的脉搏波。
在特别有用的实施例中，使用光透射和/或反射来分析心血管系统或肺系统。
由于血液比周围组织吸收更多的光，因此血容量的变化与光从组织的
或反射相关。解读模块115被配置为解读来自诸如照相机(例如，
相机)的光捕获设备或传感器128或者光波导和成像设备(例如，
传感器)等的光学信号。光学信号优选地被转换为具有像素值
解读模块115包括PPG脉冲和波方法117，所述PPG
配置为译解反射或透射中的小的变化，所述变化可以被
透射
CCD照
光/光学
的数字图像。
脉冲和波方法117被
渲染为显示器或图
以包括快速傅立
像(例如，PPG图)上的像素强度/颜色变化。所述方法可
叶变换和适于输出PPG信号差异以允许针对组织进行
他数学算法。在一个实施例中，光捕获设备128
或中。医学设备102可以包括导管、导丝、探头、
过滤设备、气囊设备或其他医学部件等。
绘制的PPG信号的其
被安装在医学设备102上
内窥镜、机器人、电极、
在一个实施例中，工作站112包括图像生成模块148，所述图像生成模
块148被配置为接收来自解读模块115的反馈，以显示通过光捕获设备128
从图像收集的像素数据(例如，颜色分量的变化或颜色分量的强度，例如，
蓝色和绿色)的图像。在一个实施例中，所着色
图像生成模块148可以输出例如随时间推
以生成一个或多个图形。所述一个
以提供对通过组织的血流量的读数
图像中生成网格或其他叠加信息。
点，以考虑图像随时间推移的移动
块148可以被配置为增强图像，并
图像)的比较工具，以评估通过血
的像素数据包括像素强度。
移积累的蓝色和绿色的像素数据，
或多个图形可以被显示在显示器118上，
或信息。图像生成模块148可以用于在
例如，网格可以用于跟踪图像中的许多
(以下关于图4所描述的)。图像生成模
且提供用于比较PPG图(之前和之后的
管的血流量。
在特别有用的实施例中，根据本原理分析身体132的内部组织130(在
操作台125上示例性地描绘的)。在一个实施例中，内部组织130包括在搭
桥外科手术期间或之后的冠状动脉移植物。内部组织130被接近以用于使
用具有光捕获设备128的内窥镜102的光学成像。随时间推移收集并从光
传感器128或照相机记录内部组织130的一幅或多幅图像134。内窥镜102
包括被配置为照亮组织130的一盏或多盏灯126。所述一盏或多盏灯126可
以产生具体波长的光(例如，红光或红外光，尽管可以采用其他波长)，所
述具体波长的光被配置为增强PPG测量的操作的敏感性。应当理解，可以
在没有光或其他辐射源的情况下采用热或其他电磁标记。可以根据从多个
途径(例如，多于一个传感器)收集的数据来生成PPG信号。
由解读模块115收集并解读图像134，以确定感兴趣的像素值。一旦确
对在不同的时间的图136的比较提供了用于确定通畅性的优选的操作
定了像素值，则将像素值输出到图像生成模块148，以显示在显示设备118
上。工作站112包括用于观看对象(患者)或组织130的内部图像的显示
器118。内部图像144可以包括身体132的术前或术中图像。这些图像可以
由另一成像模态或系统110收集。PPG图136可以被叠加在图像134和/或
144上。图像生成模块148可以将数据叠加在图像134上，以创建叠加图
136或对所收集的数据的其他渲染。显示器118也可以允许用户与工作站
122及其部件和功能或者在系统100之内的任何其他元件的交互。这通过接
口120被进一步促进，所述接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触感
设备，或允许来自工作站112的用户反馈和与工作站112的用户交互的任
何其他的外围设备或控制设备。
模式。(在内窥镜102中用于内部应用的)光感测设备128的位
同的时间(例如，已经安装移植物之前和之后)处被维持或被返
的位置。在一个实施例中，相同的位置是手动实现的。在另一
机器人124由机器人控制器138控制，以返回到相同的之前和
在又另一实施例中，通过移动循环(例如，心搏或呼吸
量进行计时。以这种方式，使测量在相同时间/解剖结
动伪影。所述相同时间/位置可以从心电图、呼
置在两个不
回到相同
实施例中，
之后的位置。
循环)对PPG光测
构的位置处以考虑运
吸循环测量等中获得。
PPG原理用于确保在介入流程期间搭桥已经成功。由于在微创流程期
间，内窥镜102可以包括照相机(例如，光收集设备128)，因此来自照相
机的图像134能够用于提取在已经执行搭桥之前和之后关于血流量和血容
量的信息。该成像能够用于辅助由例如成像设备110的其他成像，或被用
作单机成像模态，即使在未配备X射线设备的操作室中。成像设备110被
示例性地描绘为C臂型X射线设备；然而，可以采用其他成像模式来代替
或额外于X射线。
有利地，可以提供仅使用内窥镜图像而没有任何额外的硬件来评估移
在范例中，能够使用PPG信号直接比较在已经执行搭桥之前与之后的
血流量和血容量。这在不停跳的心脏外科手术的情况下，通过也采用心脏
或血管的图像中的特征跟踪，能够用于使用PPG信号来核查移植物通畅性。
也能够在使用具有ECG信号的门控的不停跳的心脏外科手术的情况
用PPG信号来核查移植物通畅性。
植物通畅性。在模块115中，使针对移植物通畅性评估的图像经受模块115
中的PPG算法/方法117，以输出PPG图136。尽管本范例描述了移植物通
畅性，但是本原理不仅可应用于冠状动脉搭桥移植，而且还可应用于在其
中执行血管重建或需要评估血流量的任何其他外科手术流程。另外，能够
使用本原理来证实在其中期望血容量和血流量的变化作为结果的任何流
程，例如肿瘤消融、聚焦超声消融等。
下，使
特征跟踪可以包括比较随时间推移的两个或更多个PPG信号；信号每
次均提取自相同的解剖结构位置。可以跟踪图像中的显著的或有区别的一
个或多个特征，以确定它们的运动来评估组织的运动。这样做的一种方式
是将图像划分成网格并且跟踪网格的多个单元中的每个中的点，以确保
PPG信号在两个不同的时间点处均提取相同的
能够通过其他跟踪方法来实现。 解剖结构的点的集合。这也
成像设备110可以包括荧光检查(X射线)成像系统、计算机断层摄
系统、磁共振成像(MRI)系统以及超声(US)系统等。在开放
影(CT)
式外科手术中，
小的CCD照相机(例如，在外部安装的照相机)能够被定
以执行对利用例如在内窥镜上的照相机执行的内部流程的
位在术野之上，
类似分析。
参考图2，示出了另一示例性设置，所述设置包括由工作站112(图1)
机器人202。外科医生继续以标准方式执行微创心脏搭桥外科手术。
搭桥和吻合之前，具有照相机128的内窥镜102被定位在患者206
控制的
在执行
中的心
动脉上
么能够
脏204之上。成像优选地发生在将执行搭桥的区附近，亦即，冠状
具有动脉粥样硬化变窄的位置。如果不能够看到该靶解剖结构，那
执行叠加融合术前图像(例如，CT扫描)和内窥镜图像。
如果机器人202用于引导内窥镜102，则能够存储机器人202在内窥镜
一旦已经完成了搭桥，则将内窥镜102定位在与搭桥之前相同的位置。
对于外科医生，能够以若干种方式呈现PPG图的可视化以促进评估。
102被正确定位在心脏204之上时的关节位置，以在随后已经完成搭桥之后
得到参考，使得能够重现该位置以用于对心脏204进行成像。当内窥镜102
在适当的位置的情况下，能够采取在一时间段上的内窥镜图像，并且然后
能够针对每个图像生成PPG图。
在机器人引导的内窥镜的情况下，机器人202能够返回到如之前的确切位
置。内窥镜102采取该区域的新的图像，并且再次生成PPG图。假设搭桥
位置下游的血管以及心肌组织应当从经搭桥的血管接收更大量的血液，则
在搭桥之前和之后的PPG信号应当显示强烈的差异。如果不是这样的情况，
则信号将非常相似。
能够并排地以及与减影图像一起示出之前和之后的PPG图。这些图像和图
可以由图像生成模块148(图1)生成。减影图像能够被绘图上颜色，示出
具有最大信号差异的位置，所述位置指示在其中血流量改变最多的组织。
另外，能够将颜色图叠加到内窥镜图像上，以给出能够找到血容量的最大
差异地方的更好的感测。也可以从图搜集其他有用的信息。
参考图3，示出了示例性图像300，所述图像300具有被叠加到心脏306
PPG信号对运动非常敏感。如果特定的像素在图像中移动，那么PPG
参考图4，示出了具有网格404的图像402，所述网格404将图像402
参考图5，心电图(ECG)502提供一波形，所述波形可以用于触发PPG
划分成多个部分406。每个部分406包括在每个网格部分406中被跟踪的至
少一个点408。能够在每个网格位置或部分406处获得PPG信号。能够通
过观看并比较图像序列，在图像中实时跟踪被跟踪的点408(例如，每个网
格的中心点，尽管可以采用其他点)。由于能够将图配准到被跟踪的点，因
此这将允许PPG信号随时间推移是可比较的。尽管将图像402划分成网格
404并且跟踪单元406中的每个中的点408是一种有效的方法来确保PPG
信号在两个不同的时间点处是从相同的解剖结构点的集合提取的，但是也
可以采用并预期其他跟踪方法，例如，跟踪图像上的显著特征而非中心点
等。
信号将有很大不同，并且可以不对应于期望的值。在患者未借助于心肺流
转机的情况下，不停跳的心脏可以引起足以致使PPG信号无用的运动。图
4描述了被提供来解决这样的情况的实施例。
的内窥镜图像304上的颜色图302。颜色图302提供在搭桥流程之前和之后
的心肌组织之间的PPG减影信号(例如，从之后的像素值减去之前的像素
值(或者相反))，以提供差分图或减影图)。在这种情况下，颜色图302上
的信号强度越高，指示血容量在搭桥之前和搭桥之后的图像之间的差异越
大。如果在搭桥位置下游未观察到大的差异，那么流程的成功性是有问题
的，并且需要进一步调查。
信号测量。这促进对PPG信号的收集以证实或核查例如移植物通畅性。使
用ECG信号，在例如图形502上的对应点504处触发内窥镜，以在心脏循
环期间对应的循环中在确切相同的地方/时间收集图像。这使PPG信号中的
运动伪影最小化。也可以采用其他计时信号，例如呼吸循环等。
参考图6，可以通过采用两个或更多个成像模态来核查移植物或其他解
剖结构特征。例如，可以执行X射线移植物通畅性与PPG移植物通畅性证
实的组合。可以通过已知的方法配准X射线图像与内窥镜图像的坐标系。
能够将这样的方法扩展到PPG成像，这是因为这些图像是根据内窥镜流处
理的。以这种方式，能够将X射线图像602(例
与PPG图像604组合，以在同一图像中将两种
加)。
如，冠状动脉血管造影)
模态可视化(例如，通过叠
参考图7，示例性地示出了根据本原理的用于评估通过组织的血管或血
在方框708中，将光转换成图像信号。在方框710中，解读图像信号
光体积描记(PPG)信号，并且输出图像中表示PPG信息的像素值。
712中，生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于根据像
行分析。在方框714中，可以提供在不同的时间生成的PPG信号的
像。在方框716中，可以将减影图像或PPG图叠加在由光传感器收
像(例如，在内窥镜图像之上)或其他图像上。应当注意，可以在
图之间执行其他操作以提供比较。
以确定
在方框
素值进
减影图
集的图
PPG
流的通畅性的方法。在方框702中，将光传感器相对于血管定位以接收来
自血管的光。光传感器可以包括照相机，并且照相机可以被安装在内窥镜
或开放切口中的一个上。在方框704中，定位光传感器可以包括在不同的
时间将光传感器定位在相同的位置，使得可以比较PPG信号以确定血管中
的PPG变化。在另一实施例中，在方框706中，机器人可以用于允许在不
同的时间对光传感器进行可重复定位。
在方框718中，分析至少一个PPG图以确定血管的通畅性。在方框720
在方框724中，考虑感兴趣区的运动。跟随两个范例，尽管可以采用
法。在方框726中，可以在血管的图像信号上生成网格叠加。网格
部分可以包括要跟随的被跟踪的点，以确定随时间推移的血管的运
方框728中，提供计时量度(例如，心电图(ECG)信号)。在方框
采用计时信号以用于触发在沿着计时信号的对应位置处的PPG测
考虑血管的运动。
在解释权利要求时，应当理解：
a)“包括”一词不排除存在给定权利要求中列出的元件或动作之外的
件或动作；
b)元件前的“一”或“一个”一词不排除存在多个这样的元件；
c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；
d)若干“器件”可以由相同的项目或硬件或实施结构或功能的软件来
以及
e)并不要求动作的具体顺序，除非具体指示。
已经描述了用于使用内窥镜图像上的光体积描记来评估通畅性的优选
实施例(其旨在图示而非限制)，应当注意，按照以上教导，本领域技术人
表示；
其他元
其他方
的每个
动。在
730中，
量，以
中，可以将PPG图叠加在内窥镜图像、X射线图像、超声图像等上。在方
框722中，血管可以包括搭桥移植物，并且PPG图可以指示在不同的时间
通过移植物的血流量。
员能够做出修改和变型。因此，应当理解，在本公开的具体实施例中可以
做出改变，公开的所述改变在如权利要求书概括的在本文中公开的实施例
的范围之内。因此，已经描述了由专利法要求的详情和特征，在权利要求
书中阐述了由专利证书权利要求和期望保护的内容。
2024年5月6日发(作者：盛兴文)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.5
(22)申请日 2013.06.20
(71)申请人 皇家飞利浦有限公司
地址 荷兰艾恩德霍芬
(72)发明人 H·埃尔哈瓦林 A·波波维奇 W·韦尔克鲁杰塞
(74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司
代理人 李光颖
(51)
A61B5/00
A61B1/00
A61B5/0295
(10)申请公布号 CN 104427926 A
(43)申请公布日 2015.03.18
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
使用内窥镜图像上的光体积描记对
通畅性的评估
(57)摘要
一种用于评估通畅性的系统，所述
系统包括：光传感器(128)，其能相对于血
管定位，以接收来自所述血管的光并且将
所述光转换成图像信号；光体积描记(PPG)
解读模块(115)，其被配置为接收所述图像
信号，并且输出图像中表示PPG信息的像
素值；图像生成模块(148)，其被耦合到所
述PPG解读模块，以接收所述像素值并且
生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示
器以用于分析。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种用于评估通畅性的系统，包括：
光传感器(128)，其能相对于血管定位，以接收来自所述血管的光并
光体积描记(PPG)解读模块(115)，其被配置为接收所述图像信号并
图像生成模块(148)，其被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)包括照相
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)包括照相
4.如权利要求1所述的系统，其中，使用机器人(124)来定位能相
对于所述血管定位的所述光传感器。
机，并且所述照相机被安装在内窥镜上。
素值并且生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于分析。
且输出图像中表示PPG信息的像素值；以及
且将所述光转换成图像信号；
机，并且所述照相机被安装在开放切口之上，以允许光从所述血管到达所
述照相机。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述光传感器(128)能在第一
6.如权利要求5所述的系统，还包括机器人(124)，所述机器人被配
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述图像生成模块(148)生成
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述减影图像被叠加在由所述光
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述PPG图(136)被叠加在由
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述PPG图(136)被叠加在X
射线图像上。
所述光传感器收集的图像上。
传感器收集的图像上。
在不同的时间的所述PPG信号的减影图像。
置为允许在不同的时间对所述光传感器进行可重复定位。
时间相对于所述血管定位，并且在第二时间被定位在相同的位置，使得能
够比较PPG信号以确定所述血管中的PPG变化。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述血管包括搭桥移植物，并
12.一种用于评估通畅性的系统，包括：
内窥镜(102)，其包括照相机(128)，所述内窥镜能相对于血管定位
光体积描记(PPG)解读模块(115)，其被配置为接收所述图像信号，
图像生成模块(148)，其被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像
显示器(118)，其被配置为接收所述PPG图并且显示所述PPG图以用
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述血管包括搭桥移植物，并
且所述内窥镜(102)在血管重建之前和之后能定位在相同的位置，以允许
于比较，使得所述PPG图的差异表示通过所述血管的血流量的差异。
素值并且生成对应于多个时间的PPG图(136)；以及
且所述PPG图(136)指示在不同的时间通过所述移植物的血流量。
在身体内部，以接收来自所述血管的光并且将所述光转换成图像信号；
从所述图像信号译解PPG信息，并且输出图像中表示PPG信息的像素值；
使用所述PPG图来对血流量进行比较。
14.如权利要求12所述的系统，还包括机器人(124)，所述机器人被
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述图像生成模块(148)生
配置为允许在不同的时间对所述内窥镜进行可重复定位。
成在不同的时间的所述PPG信息的减影图像，其中，
在由所述照相机收集的图像上，其中，所
照相机收集的图像上，并且其中，
图(136)指示在所述
所述减影图像被叠加
述PPG图(136)被叠加在由所述
所述血管包括搭桥移植物，并且所述PPG
不同的时间通过所述移植物的血流量。
16.一种用于评估通畅性的方法，包括：
将光传感器相对于血管定位(702)，以接收来自所述血管的光；
将所述光转换(708)成图像信号；
解读(710)所述图像信号，以确定光体积描记(PPG)信号并且输出
生成(712)PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于根据所述
像素值进行分析；并且
图像中表示PPG信号的像素值；
分析(718)至少一个PPG图，以确定所述血管的通畅性。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述光传感器(128)包括照
18.如权利要求16所述的方法，其中，定位所述光传感器包括在不同
的时间将所述光传感器定位(704)在相同的位置处，使得可以比较PPG信
号以确定所述血管中的PPG变化，并且其中，定位所述光传感器包
(706)机器人以允许在不同的时间对所述光传感器进行
相机，并且所述照相机被安装在内窥镜开放切口之上中的至少一个上。
括采用
可重复定位。
19.如权利要求16所述的方法，还包括根据在不同的时间的PPG图生
成减影图像，其中，所述减影图像被叠加在由所述光传感器收集的图像上，
其中，所述PPG图被叠加在X射线图像上，并且其中，所述
移植物，并且所述PPG图指示在不同的时间通
血管包括搭桥
过所述移植物的血流量。
20.如权利要求20所述的方法，还包括考虑所述血管中的运动以配准
PPG图，其中，所述考虑包括以下中的至少一个：(i)提供(726)被叠加
在所述血管的所述图像信号上的网格，其中，所述网格的每个部分均
要跟随的被跟踪点，以确定所述血
心电图(ECG)信号，并且在沿着所
PPG测量，以考虑所述血管的运
包括
管的所述运动；或者(ii)提供(728)
述ECG图的对应位置处触发(730)
动。
说 明 书
技术领域
本公开涉及医疗器械和流程，并且更具体地涉及使用光体积描记(PPG)
背景技术
在心脏搭桥外科手术期间，外科医生使用来自身体的一根或多根血管
术中使用X射线血管造影或超声，或者术后使用体积成像(计算机断
(CT)、磁共振成像(MRI))来证实在搭桥之后的移植物通畅性。
均证实在移植物中和在移植物下游的冠状动脉中的流动。然
成功的血管重建可能不一定造成心肌的成功灌注，这是由于
流动(其在常规成像中不可见)也可能够被阻塞。额外地，
常常是外科医生不能获得的。
发明内容
根据本发明的示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的系统，所
述系统包括：光传感器，其能相对于血管定位，以接收来自所述血管的光
层摄影
来为冠状动脉变窄的动脉粥样硬化患者进行搭桥。执行该操作的意图是增
大冠状动脉中的血流量，所述冠状动脉为心脏的心肌组织供血。在微创(MI)
心脏搭桥外科手术期间，细长的器械被插入到患者的胸部中的小切口中，
并且内窥镜提供可视化。在机器人引导的MI心脏搭桥外科手术中，器械中
的一个或多个(或内窥镜)由机器人设备控制。能够在患者使用心肺转流
术并且心脏处于心脏停搏的情况下，或者在心脏跳动的情况下执行心脏搭
桥外科手术。
信息来监测组织中的流体流动。
两种术中技术
而，对动脉的
较小血管中的
这些成像模态
并且将所述光转换成图像信号；光体积描记(PPG)解读模块，其被配置为
接收图像信号并且输出图像中表示PPG信息的像素值；图像生成模块，其
被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像素值并且生成PPG图，所述
PPG图要被输出到显示器以用于分析。
例如，光传感器能够包括照相机，所述照相机被安装在内窥镜上和/或
在开放切口之上，以允许光从血管到达照相机。能够使用机器人来定位能
相对于血管定位的光传感器。所述光传感器能够在第一时间相对于血管定
位，并且在第二时间被定位在相同的位置，使得能够比较PPG信号以确定
血管中的PPG变化。所述系统还能够包括机器人，所述机器人被配置为允
许在不同的时间对光传感器进行可重复定位。图像生成模块能够生成在不
同的时间的PPG信号的减影图像也是可能的。所述减影图像能够被叠加在
由光传感器收集的图像上。PPG图能够被叠加在由光传感器收集的诸如X
射线图像的图像上也是可能的。而且，血管能够包括搭桥移植物，并且
图能够指示在不同的时间通过移植物的血流量。 PPG
根据本发明的另一示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的系统，
所述系统包括：包括照相机的内窥镜，所述内窥镜能相对于血管定位在身
体内部，以接收来自所述血管的光并且将所述光转换成图像信号；光体积
描记(PPG)解读模块，其能够被配置为接收所述图像信号，从所述图像信
号译解PPG信息，并且输出图像中表示PPG信息的像素值；图像生成模块，
其能够被耦合到所述PPG解读模块，以接收所述像素值并且生成对
个时间的PPG图；使得所述PPG图的差异表示通过所述血管
异。
应于多
的血流量的差
例如，血管能够包括搭桥移植物，并且内窥镜能够在血管重建之前和
之后定位在相同的位置，以允许使用PPG图对血流量进行比较。所述系统
还能够包括被配置为允许在不同的时间对内窥镜进行可重复定位的机器
人。图像生成模块能够生成在不同的时间的PPG信息的减影图像也是可能
的。所述减影图像能够被叠加在由照相机收集的图像上。PPG图能够被叠
加在由照相机收集的诸如X射线图像的图像上。而且，血管能够包括搭桥
移植物，并且PPG图能够指示在不同的时间通过移植物的血流量。
根据本发明的又另一示范性实施例，描述了一种用于评估通畅性的方
法，所述方法包括：将光传感器相对于血管定位，以接收来自所述血管的
光；将所述光转换成图像信号；解读所述图像信号，以确定光体积描记
信号并且输出图像中表示PPG信号的像素值；生成PPG图，所述
要被输出到显示器以用于根据所述
PPG图，以确定所述血管的通畅
(PPG)
PPG图
像素值进行分析；以及分析至少一个
性。
例如，所述光传感器能够包括被安装在内窥镜上和/或在开放切口之上
附图说明
根据以下对其示例性实施例的详细描述，本公开的这些和其他目标、
的照相机。定位光传感器能够包括在不同的时间将光传感器定位在相同的
位置处，使得能够比较PPG信号以确定血管中的PPG变化。定位光传感器
能够包括采用机器人以允许在不同的时间对光传感器进行可重复定位也是
可能的。所述方法还能够包括根据在不同的时间的PPG图生成减影图像。
由光传感器。血管包括搭桥移植物并且PPG图指示在不同的时间通过移植
物的血流量也是可能的。所述方法还能够包括考虑血管中的运动以配准
PPG图。所述考虑能够包括例如提供被叠加在血管的图像信号上的网格，
在所述网格处，所述网格的每个部分均包括要跟随的跟踪点，以确定血管
的运动。所述考虑包括提供心电图(ECG)信号，并且在沿着ECG图表的
对应位置处触发PPG测量，以考虑血管的运动也是可能的。
特征以及优点将变得明显，所述详细描述要联系附图进行阅读。
本公开将参考以下附图详细呈现对优选实施例的以下描述，在所述附
图1是根据一个实施例的示出用于确定针对组织通畅性的光体积描记
信号的系统的方框/流程图；
图2是根据另一实施例的示出用于使用机器人引导的内窥镜来确定针
通畅性的PPG信号的另一系统设置的图表；
图3是根据另一实施例的示出心脏的内窥镜图像，在所述内窥镜图像
有PPG的减影图像；
图4是根据另一实施例的示出心脏的内窥镜图像，在所述内窥镜图像
有网格图像以评估点移动；
图5是根据另一实施例的示出用于测量PPG信号的触发点的心电图
图6是根据另一实施例的示出心脏的X射线图像(血管造影图)，在所
图7是根据示例性实施例的用于通畅性评估的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的原理，提供使用从组织发射或反射的光来确定感兴趣区
域中的流体流动的系统和方法。在一个实施例中，采用光体积描记(PPG)
述X射线图像上叠加有PPG图像/PPG图；并且
(ECG)；
上叠加
上叠加
对血管
(PPG)
图中：
来评估组织中的血流量。PPG使用光反射或透射来检测经过身体的心血管
脉搏波。PPG基于以下原理，即：血液比周围组织吸收更多的光，因此血
容量的变化相应地影响透射或反射。PPG信号可以用于仅使用CCD照相机
和环境光照明来检测呼吸率和心率。本文中描述的系统和方法可以从基于
CCD照相机的图像上的感兴趣区域提取例如绿色和蓝色像素强度，并且然
后测量它们随时间推移的变化。也可以提取并监测其他信息。较高幅度的
信号对应于较高的反射率以及因此在被成像的像素的位置处的较小的血容
量。能够通过标绘在每个像素处的PPG信号来生成PPG图。PPG的使用使
得能够从视频提取关于心率和呼吸率的信息。在心跳循环期间的不同相位
处，PPG图上的信号或像素的强度与血容量成比例。
PPG可以用于使用常规的基于CCD的照相机以完全无创且廉价的方式
在一个实施例中，本原理提供一种量度和一种可视化方法，所述量度
用于使用心脏的内窥镜图像和PPG来对搭桥流程的成功的证实，能够使用
PPG信号来在所述心脏的内窥镜图像和所述PPG中直接比较在已经执行搭
桥之前与之后的血流量和血容量；所述可视化方法用于外科医生评估心肌
组织和血管中的血容量。在处理内窥镜图像之后，搭桥之前与之后的PPG
图变化能够示出增大的血容量，所述增大的血容量指示成功的血管重建。
本原理可以用于使用PPG信号来核查移植物通畅性，例如在不停跳的心脏
外科手术的情况下使用特征跟踪。在使用利用
的心脏外科手术的情况下，也可以采用使
从对象提取生命体征。能够利用该技术(PPG)测量的生命体征包括心率、
心率变化性、呼吸率、动脉血氧饱和度(SpO2)。PPG也可以提供有价值的
生理信息，例如，能够提供体积描记波形的形状和PPG信号(在解剖结构
位置之上)的空间分布(即，PPG成像)。可以从所述波形提取诸如脱水的
生理信息，所述生理信息在外科手术期间改变PPG信号上的呼吸深度的调
制。
ECG信号进行门控的不停跳
用PPG信号来核查移植物通畅性
了全面证实框架而组合PPG图像
的方法。在另一实施例中，公开了一种为
与X射线图像的方法。
应当理解，本发明将从医疗器械与流程方面进行描述；然而，本发明
图
的教导宽泛得多，并且可应用于在其中能够使用从表面收集的光来进行流
量测量的任何结构或系统。在一些实施例中，本原理用于跟踪或分析复杂
的生物或机械系统。特别地，本原理可应用于对生物系统的内部跟踪流程、
在身体的所有区(例如肺、胃肠道、排泄器官、血管等)中的流程。附
中描绘的元件可以在硬件与软件的各种组合中得以实施，并且提供可
组合在单个元件或多个元件中的功能。 以被
能够通过使用专用硬件以及与适当的软件相关联的能够运行软件的硬
此外，本文中记载本发明的各种原理、方面和实施例，以及其特定范
例的全部陈述均旨在涵盖其结构和功能二者上的等效方案。额外地，旨在
这样的等效方案包括当前已知的等效方案以及未来开发的等效方案(即，
所开发的执行相同功能够的任何元件，无论结构如何)二者。因此，例如，
本领域技术人员应当理解，本文中呈现的方框图表示实现本发明的原理的
示例性系统部件和/或电路的概念图。类似地，应当理解，任何流程图、流
程图表等表示各种过程，所述过程基本上可以被表示在计算机可读存储介
质中，并且由计算机或处理器如此运行，无论是否明确示出这样的计算机
件来提供附图中示出的各种元件的功能。当所述功能由处理器提供时，所
述功能能够由单个专用处理器提供，由单个共享处理器提供，或由多个个
体处理器提供，所述多个个体处理器中的一些能够被共享。此外，术语“处
理器”或“控制器”的明确使用应当被解释为专指能够运行软件的硬件，
并且能够隐含地包括但不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软
件的只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储装
置等。
或处理器。
此外，本发明的实施例能够采取可从计算机可用存储介质或计算机可
读存储介质访问的计算机程序产品的形式，所述计算机可用存储介质或所
述计算机可读存储介质提供程序代码，所述程序
运行系统使用或与之连接。出于本说明书的目的，
计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通
行系统、装置或设备使用或与之连接的程序的任
电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统
质。计算机可读介质的范例包括半导体存储器或
除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存
及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘—只读存储
读/写(CD-R/W)、蓝光TM以及DVD。
代码由计算机或任何指令
计算机可用存储介质或
信、传播或传输由指令运
何装置。所述介质能够是
(或装置或设备)或传播介
固态存储器、磁带、可移
储器(ROM)、硬磁盘以
器(CD-ROM)、压缩盘—
现在参考附图并且首先参考图1，示例性地示出了根据一个实施例的用
于光体积描记(PPG)阅读和分析的系统100，在所述附图中，同样的标号
表示相同或相似的元件。系统100可以包括从其监督和/或管理流程的工作
站或控制台112。工作站112优选地包括一个或多个处理器114和用于存储
程序和应用的存储器116。存储器116可以存储PPG解读模块115，所述
PPG解读模块115被配置为分析光反射或透射，以检测经过组织的脉搏波。
在特别有用的实施例中，使用光透射和/或反射来分析心血管系统或肺系统。
由于血液比周围组织吸收更多的光，因此血容量的变化与光从组织的
或反射相关。解读模块115被配置为解读来自诸如照相机(例如，
相机)的光捕获设备或传感器128或者光波导和成像设备(例如，
传感器)等的光学信号。光学信号优选地被转换为具有像素值
解读模块115包括PPG脉冲和波方法117，所述PPG
配置为译解反射或透射中的小的变化，所述变化可以被
透射
CCD照
光/光学
的数字图像。
脉冲和波方法117被
渲染为显示器或图
以包括快速傅立
像(例如，PPG图)上的像素强度/颜色变化。所述方法可
叶变换和适于输出PPG信号差异以允许针对组织进行
他数学算法。在一个实施例中，光捕获设备128
或中。医学设备102可以包括导管、导丝、探头、
过滤设备、气囊设备或其他医学部件等。
绘制的PPG信号的其
被安装在医学设备102上
内窥镜、机器人、电极、
在一个实施例中，工作站112包括图像生成模块148，所述图像生成模
块148被配置为接收来自解读模块115的反馈，以显示通过光捕获设备128
从图像收集的像素数据(例如，颜色分量的变化或颜色分量的强度，例如，
蓝色和绿色)的图像。在一个实施例中，所着色
图像生成模块148可以输出例如随时间推
以生成一个或多个图形。所述一个
以提供对通过组织的血流量的读数
图像中生成网格或其他叠加信息。
点，以考虑图像随时间推移的移动
块148可以被配置为增强图像，并
图像)的比较工具，以评估通过血
的像素数据包括像素强度。
移积累的蓝色和绿色的像素数据，
或多个图形可以被显示在显示器118上，
或信息。图像生成模块148可以用于在
例如，网格可以用于跟踪图像中的许多
(以下关于图4所描述的)。图像生成模
且提供用于比较PPG图(之前和之后的
管的血流量。
在特别有用的实施例中，根据本原理分析身体132的内部组织130(在
操作台125上示例性地描绘的)。在一个实施例中，内部组织130包括在搭
桥外科手术期间或之后的冠状动脉移植物。内部组织130被接近以用于使
用具有光捕获设备128的内窥镜102的光学成像。随时间推移收集并从光
传感器128或照相机记录内部组织130的一幅或多幅图像134。内窥镜102
包括被配置为照亮组织130的一盏或多盏灯126。所述一盏或多盏灯126可
以产生具体波长的光(例如，红光或红外光，尽管可以采用其他波长)，所
述具体波长的光被配置为增强PPG测量的操作的敏感性。应当理解，可以
在没有光或其他辐射源的情况下采用热或其他电磁标记。可以根据从多个
途径(例如，多于一个传感器)收集的数据来生成PPG信号。
由解读模块115收集并解读图像134，以确定感兴趣的像素值。一旦确
对在不同的时间的图136的比较提供了用于确定通畅性的优选的操作
定了像素值，则将像素值输出到图像生成模块148，以显示在显示设备118
上。工作站112包括用于观看对象(患者)或组织130的内部图像的显示
器118。内部图像144可以包括身体132的术前或术中图像。这些图像可以
由另一成像模态或系统110收集。PPG图136可以被叠加在图像134和/或
144上。图像生成模块148可以将数据叠加在图像134上，以创建叠加图
136或对所收集的数据的其他渲染。显示器118也可以允许用户与工作站
122及其部件和功能或者在系统100之内的任何其他元件的交互。这通过接
口120被进一步促进，所述接口120可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触感
设备，或允许来自工作站112的用户反馈和与工作站112的用户交互的任
何其他的外围设备或控制设备。
模式。(在内窥镜102中用于内部应用的)光感测设备128的位
同的时间(例如，已经安装移植物之前和之后)处被维持或被返
的位置。在一个实施例中，相同的位置是手动实现的。在另一
机器人124由机器人控制器138控制，以返回到相同的之前和
在又另一实施例中，通过移动循环(例如，心搏或呼吸
量进行计时。以这种方式，使测量在相同时间/解剖结
动伪影。所述相同时间/位置可以从心电图、呼
置在两个不
回到相同
实施例中，
之后的位置。
循环)对PPG光测
构的位置处以考虑运
吸循环测量等中获得。
PPG原理用于确保在介入流程期间搭桥已经成功。由于在微创流程期
间，内窥镜102可以包括照相机(例如，光收集设备128)，因此来自照相
机的图像134能够用于提取在已经执行搭桥之前和之后关于血流量和血容
量的信息。该成像能够用于辅助由例如成像设备110的其他成像，或被用
作单机成像模态，即使在未配备X射线设备的操作室中。成像设备110被
示例性地描绘为C臂型X射线设备；然而，可以采用其他成像模式来代替
或额外于X射线。
有利地，可以提供仅使用内窥镜图像而没有任何额外的硬件来评估移
在范例中，能够使用PPG信号直接比较在已经执行搭桥之前与之后的
血流量和血容量。这在不停跳的心脏外科手术的情况下，通过也采用心脏
或血管的图像中的特征跟踪，能够用于使用PPG信号来核查移植物通畅性。
也能够在使用具有ECG信号的门控的不停跳的心脏外科手术的情况
用PPG信号来核查移植物通畅性。
植物通畅性。在模块115中，使针对移植物通畅性评估的图像经受模块115
中的PPG算法/方法117，以输出PPG图136。尽管本范例描述了移植物通
畅性，但是本原理不仅可应用于冠状动脉搭桥移植，而且还可应用于在其
中执行血管重建或需要评估血流量的任何其他外科手术流程。另外，能够
使用本原理来证实在其中期望血容量和血流量的变化作为结果的任何流
程，例如肿瘤消融、聚焦超声消融等。
下，使
特征跟踪可以包括比较随时间推移的两个或更多个PPG信号；信号每
次均提取自相同的解剖结构位置。可以跟踪图像中的显著的或有区别的一
个或多个特征，以确定它们的运动来评估组织的运动。这样做的一种方式
是将图像划分成网格并且跟踪网格的多个单元中的每个中的点，以确保
PPG信号在两个不同的时间点处均提取相同的
能够通过其他跟踪方法来实现。 解剖结构的点的集合。这也
成像设备110可以包括荧光检查(X射线)成像系统、计算机断层摄
系统、磁共振成像(MRI)系统以及超声(US)系统等。在开放
影(CT)
式外科手术中，
小的CCD照相机(例如，在外部安装的照相机)能够被定
以执行对利用例如在内窥镜上的照相机执行的内部流程的
位在术野之上，
类似分析。
参考图2，示出了另一示例性设置，所述设置包括由工作站112(图1)
机器人202。外科医生继续以标准方式执行微创心脏搭桥外科手术。
搭桥和吻合之前，具有照相机128的内窥镜102被定位在患者206
控制的
在执行
中的心
动脉上
么能够
脏204之上。成像优选地发生在将执行搭桥的区附近，亦即，冠状
具有动脉粥样硬化变窄的位置。如果不能够看到该靶解剖结构，那
执行叠加融合术前图像(例如，CT扫描)和内窥镜图像。
如果机器人202用于引导内窥镜102，则能够存储机器人202在内窥镜
一旦已经完成了搭桥，则将内窥镜102定位在与搭桥之前相同的位置。
对于外科医生，能够以若干种方式呈现PPG图的可视化以促进评估。
102被正确定位在心脏204之上时的关节位置，以在随后已经完成搭桥之后
得到参考，使得能够重现该位置以用于对心脏204进行成像。当内窥镜102
在适当的位置的情况下，能够采取在一时间段上的内窥镜图像，并且然后
能够针对每个图像生成PPG图。
在机器人引导的内窥镜的情况下，机器人202能够返回到如之前的确切位
置。内窥镜102采取该区域的新的图像，并且再次生成PPG图。假设搭桥
位置下游的血管以及心肌组织应当从经搭桥的血管接收更大量的血液，则
在搭桥之前和之后的PPG信号应当显示强烈的差异。如果不是这样的情况，
则信号将非常相似。
能够并排地以及与减影图像一起示出之前和之后的PPG图。这些图像和图
可以由图像生成模块148(图1)生成。减影图像能够被绘图上颜色，示出
具有最大信号差异的位置，所述位置指示在其中血流量改变最多的组织。
另外，能够将颜色图叠加到内窥镜图像上，以给出能够找到血容量的最大
差异地方的更好的感测。也可以从图搜集其他有用的信息。
参考图3，示出了示例性图像300，所述图像300具有被叠加到心脏306
PPG信号对运动非常敏感。如果特定的像素在图像中移动，那么PPG
参考图4，示出了具有网格404的图像402，所述网格404将图像402
参考图5，心电图(ECG)502提供一波形，所述波形可以用于触发PPG
划分成多个部分406。每个部分406包括在每个网格部分406中被跟踪的至
少一个点408。能够在每个网格位置或部分406处获得PPG信号。能够通
过观看并比较图像序列，在图像中实时跟踪被跟踪的点408(例如，每个网
格的中心点，尽管可以采用其他点)。由于能够将图配准到被跟踪的点，因
此这将允许PPG信号随时间推移是可比较的。尽管将图像402划分成网格
404并且跟踪单元406中的每个中的点408是一种有效的方法来确保PPG
信号在两个不同的时间点处是从相同的解剖结构点的集合提取的，但是也
可以采用并预期其他跟踪方法，例如，跟踪图像上的显著特征而非中心点
等。
信号将有很大不同，并且可以不对应于期望的值。在患者未借助于心肺流
转机的情况下，不停跳的心脏可以引起足以致使PPG信号无用的运动。图
4描述了被提供来解决这样的情况的实施例。
的内窥镜图像304上的颜色图302。颜色图302提供在搭桥流程之前和之后
的心肌组织之间的PPG减影信号(例如，从之后的像素值减去之前的像素
值(或者相反))，以提供差分图或减影图)。在这种情况下，颜色图302上
的信号强度越高，指示血容量在搭桥之前和搭桥之后的图像之间的差异越
大。如果在搭桥位置下游未观察到大的差异，那么流程的成功性是有问题
的，并且需要进一步调查。
信号测量。这促进对PPG信号的收集以证实或核查例如移植物通畅性。使
用ECG信号，在例如图形502上的对应点504处触发内窥镜，以在心脏循
环期间对应的循环中在确切相同的地方/时间收集图像。这使PPG信号中的
运动伪影最小化。也可以采用其他计时信号，例如呼吸循环等。
参考图6，可以通过采用两个或更多个成像模态来核查移植物或其他解
剖结构特征。例如，可以执行X射线移植物通畅性与PPG移植物通畅性证
实的组合。可以通过已知的方法配准X射线图像与内窥镜图像的坐标系。
能够将这样的方法扩展到PPG成像，这是因为这些图像是根据内窥镜流处
理的。以这种方式，能够将X射线图像602(例
与PPG图像604组合，以在同一图像中将两种
加)。
如，冠状动脉血管造影)
模态可视化(例如，通过叠
参考图7，示例性地示出了根据本原理的用于评估通过组织的血管或血
在方框708中，将光转换成图像信号。在方框710中，解读图像信号
光体积描记(PPG)信号，并且输出图像中表示PPG信息的像素值。
712中，生成PPG图，所述PPG图要被输出到显示器以用于根据像
行分析。在方框714中，可以提供在不同的时间生成的PPG信号的
像。在方框716中，可以将减影图像或PPG图叠加在由光传感器收
像(例如，在内窥镜图像之上)或其他图像上。应当注意，可以在
图之间执行其他操作以提供比较。
以确定
在方框
素值进
减影图
集的图
PPG
流的通畅性的方法。在方框702中，将光传感器相对于血管定位以接收来
自血管的光。光传感器可以包括照相机，并且照相机可以被安装在内窥镜
或开放切口中的一个上。在方框704中，定位光传感器可以包括在不同的
时间将光传感器定位在相同的位置，使得可以比较PPG信号以确定血管中
的PPG变化。在另一实施例中，在方框706中，机器人可以用于允许在不
同的时间对光传感器进行可重复定位。
在方框718中，分析至少一个PPG图以确定血管的通畅性。在方框720
在方框724中，考虑感兴趣区的运动。跟随两个范例，尽管可以采用
法。在方框726中，可以在血管的图像信号上生成网格叠加。网格
部分可以包括要跟随的被跟踪的点，以确定随时间推移的血管的运
方框728中，提供计时量度(例如，心电图(ECG)信号)。在方框
采用计时信号以用于触发在沿着计时信号的对应位置处的PPG测
考虑血管的运动。
在解释权利要求时，应当理解：
a)“包括”一词不排除存在给定权利要求中列出的元件或动作之外的
件或动作；
b)元件前的“一”或“一个”一词不排除存在多个这样的元件；
c)权利要求中的任何附图标记不限制其范围；
d)若干“器件”可以由相同的项目或硬件或实施结构或功能的软件来
以及
e)并不要求动作的具体顺序，除非具体指示。
已经描述了用于使用内窥镜图像上的光体积描记来评估通畅性的优选
实施例(其旨在图示而非限制)，应当注意，按照以上教导，本领域技术人
表示；
其他元
其他方
的每个
动。在
730中，
量，以
中，可以将PPG图叠加在内窥镜图像、X射线图像、超声图像等上。在方
框722中，血管可以包括搭桥移植物，并且PPG图可以指示在不同的时间
通过移植物的血流量。
员能够做出修改和变型。因此，应当理解，在本公开的具体实施例中可以
做出改变，公开的所述改变在如权利要求书概括的在本文中公开的实施例
的范围之内。因此，已经描述了由专利法要求的详情和特征，在权利要求
书中阐述了由专利证书权利要求和期望保护的内容。