成像导管、系统以及方法

技术领域

本发明涉及一种成像组件、系统以及方法，属于自然腔道内成像领域。

背景技术

在现代医疗领域，心血管疾病等人体自然腔道内的疾病日益成为一个严重的公共卫生问题。随着全球人口老龄化和生活方式的改变，冠心病等心血管疾病的发病率逐年上升。目前，心血管疾病已成为全球范围内主要的死因之一。动脉粥样硬化是心血管疾病中的一个典型代表，表现为动脉内膜逐渐硬化、变薄并出现斑块。这些斑块可能引发血管狭窄、血栓形成，甚至导致心肌梗死等严重并发症。

针对动脉粥样硬化的治疗，医学界一直在不断寻求更有效、更安全的治疗方法。自然腔道内消融技术，如血管内激光消融技术，是其中的一个有前景的治疗方向。该技术采用激光能量直接作用于血管内的斑块，将其消融，从而达到恢复血管通畅的目的。相较于传统的药物治疗、冠状动脉搭桥手术和冠状动脉球囊扩张术(PTCA)，血管内激光消融技术具有创伤较小、恢复较快等优点。然而，血管内激光消融技术仍然面临一些挑战，如操作风险和准确性问题。这些挑战主要源于治疗过程中对血管内斑块的准确定位、激光能量的有效控制以及对激光治疗效果的实时评估等方面。在这些方面，影像学技术的辅助显得尤为重要。传统的影像学技术辅助方法，如X射线血管造影，虽然可以提供一定程度的血管结构信息，但并不足以指导安全准确的血管内消融。

而想要实现安全准确的消融，需要借助影像学指导。然而，传统的X-ray成像方法分辨率低，无法准确判断处于血管内的执行导管的方位、角度等。因此，现有方法难以实现安全且准确的消融。

事实上，以光学相干断层成像(OCT)为例，光学相干断层成像在血管内成像领域已广泛应用，其高分辨率可很好地识别血管内斑块。因此，若能实现OCT与执行导管的同定位结合，借助OCT实时监测当前消融区域，将对提高血管内激光消融手术的安全性具有重要意义。

有鉴于此，确有必要提供一种可以实现实时成像与执行导管的同定位结合的成像导管，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成像组件，该成像组件通过在执行导管的外周边缘设置多路成像探头，可对执行导管工作位置处的感兴趣区域进行有效识别；同时，使得使用该成像组件的成像系统可对消融区域进行实时监控，有效提升了血管内激光消融手术的安全性。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种成像组件，包括执行导管和多路成像探头，所述多路成像探头包括围设在所述执行导管外周边缘的多根成像光纤，所述成像组件还包括多路光开关，所述多路光开关控制多根所述成像光纤时分复用的成像，以使得所述成像组件可对前向和/或侧向的感兴趣区域的图像进行采集。

作为本发明的进一步改进，所述成像光纤延伸的端部形成有广角成像结构。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种成像系统，包括：

成像组件，包括执行导管、多路成像探头以及多路光开关；

执行装置，与所述执行导管控制连接；

成像装置，与所述成像组件控制连接，包括成像光源和光纤干涉仪；

控制单元，分别与执行装置和成像装置控制连接，控制成像系统的运行；

所述成像装置通过所述多路光开关与所述多路成像探头连接；所述控制单元被配置为控制所述多路光开关的切换，以使得所述多路成像探头时分复用的成像，并对感兴趣区域内的目标区域进行识别；

所述控制单元还被配置为控制所述执行装置，并通过所述执行导管对所述成像组件识别的所述目标区域进行消融。

作为本发明的进一步改进，所述多路成像探头包括多根成像光纤，所述多路光开关位于所述成像光纤与所述成像光源之间，将一路光纤信号转换为时分复用光纤信号，控制所述成像光纤依次开启、关闭，获取所述感兴趣区域的图像。

作为本发明的进一步改进，所述多路光开关为MEMS开关，所述MEMS光开关进行切换的切换时间间隔大于1ms。

作为本发明的进一步改进，多个所述成像光纤等间距围设在所述执行导管的外周边缘，并通过固定结构与所述执行导管组合为一体，且所述成像光纤的数量小于或等于32个。

作为本发明的进一步改进，所述成像光纤同时设置有8个，所述多路光开关进行切换的切换时间间隔大于5ms。

作为本发明的进一步改进，所述成像光纤延伸的端部形成有广角成像结构，以使得所述多路成像探头可对前向和/或侧向的感兴趣区域的图像进行采集。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将成像组件移动至成像区域，开启成像光源，控制所述成像组件中的多路成像探头工作，获取所述成像区域的实时图像；

S2、移动所述成像组件至所述成像区域中的感兴趣区域，通过所述多路成像探头对所述感兴趣区域中的目标区域进行定位识别；

S3、控制单元控制所述执行装置运行，使得所述成像组件中的执行导管执行相应的工作。

作为本发明的进一步改进，在所述S2和所述S3中，所述控制单元控制多路光开关将一路光纤信号转换为时分复用光纤信号，控制所述多路成像探头中的多根成像光纤依次成像，以实时获取所述感兴趣区域的区域图像。

本发明的有益效果是：

1.本发明第一方面，提供了一种成像组件，通过在执行导管的外周边缘设置多路成像探头，方便执行导管在使用过程中通过多路成像探头进行管腔内部成像，有效提升了成像组件的使用安全性。

2.本发明第二方面，通过设置与多路成像探头控制连接的光开关，通过扫频成像的方式对管腔内的斑块进行成像识别，有效提升了成像系统的成像准确性，同时有效提高了斑块消融手术的安全性。

3.本发明第三方面，通过使用位于执行导管外周边缘的OCT成像探头对管腔内的目标区域进行识别，使得执行导管可以精准作用在管腔内部的目标区域上，防止执行导管因位置和角度问题对血管壁造成损伤。

附图说明

图1是本发明成像组件的结构示意图。

图2是本发明成像系统的结构示意图。

图3为本发明成像方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

血管内成像诊断技术作为目前对心血管疾病进行治疗的前沿技术，由于其创口小风险低，对目前心血管疾病的治疗具有重要意义。为保证血管内成像诊疗手术的安全性，会在控制执行导管进行诊疗操作的同时通过多个成像探头对管腔的成像区域进行采集成像，以完成对管腔内目标区域的处理。

然而，多个成像探头通常需要匹配多个成像装置，以避免多个成像探头传输回的信号混叠在一起将无法分辨和成像；继而使得整个成像系统臃肿且造价昂贵。

同时，将多个成像探头置于光纤束内，将导致执行导管的制作难度升高，且多个成像探头缺乏聚焦，使得成像探头的成像分辨率和穿透深度差，对成像区域钙化的成像能力弱。

此外，多个前向排布的成像探头置于光纤束内，位于成像探头中心位置的执行导管在对正前方进行相应工作时，工作过程在中热效应导致的气泡，以及工作光线，如激光，在气泡和组织处的光的散射和反射会对成像探头的成像质量产生很大的影响，致使成像探头的成像质量降低，难以准确获取目标区域和周围组织的信息，从而可能影响工作执行的效果和安全性。

进一步的，由于成像探头仅对成像区域中的前向区域进行成像，因此只能判断前方是否有血管壁，需要操作者凭经验调整成像组件的朝向；如此，一方面会导致执行导管与成像区域中的血管不平行，持续向前推进可能会损伤到血管壁；另一方面，当执行导管在血管分叉处进行工作时，只有前向的成像探头无法准确获得血管的方位信息，继而无法对成像组件的工作过程进行精准的指导。

基于此，本发明提供了一种成像组件100，以对成像区域中血管内的管腔情况进行精准识别；请参阅图1所示，本发明中的成像组件100包括执行导管10、多路成像探头11、用于固定执行导管10和多路成像探头11之间相对位置的固定结构12以及多路光开关13。

在本发明中，执行导管10包括固定管体和收容在收容管体内部的执行主体，在本发明的一较佳实施例中，执行主体可拆卸的收容在收容管体内，如此可使得执行主体可方便快捷的进行更换，以使的成像组件100可在更换执行主体后执行不同的管内任务。

需要说明的是在本发明的实施例中仅以固定管体和执行主体分体为例进行举例说明，在本发明的其它实施例中，固定管体和执行主体还可一体设置，即，本发明说明书中对执行导管10的举例仅是示例性的，不应以此为限。

进一步的，在本发明的一实施例中，执行主体为与激光执行装置连接的激光消融光纤束，以将激光传递至感兴趣区域完成对血管内目标区域(如斑块)的消融。

需要说明的是，在本发明的实施例中，仅以执行主体为激光消融光纤束为例进行举例说明，在本发明的其他实施例中执行主体还可为射频导管、冷冻导管以及导丝。

具体地，当执行主体为射频执行导管时，可通过围设射频执行导管外周边缘的多路成像探头11对消融过程中、消融结束后的血管内壁情况进行成像，实时监控消融区域组织内部的折射率变化，并辅助操作者快速判断该次消融达到的消融效果，从而可以有效的指导射频消融的过程。

同样的，当执行主体为冷冻执行导管时，可在通过球囊撑开抵住目标区域外一周的组织同时进行消融，此时多路成像探头11贴在球囊内壁，在球囊撑开后与预冷冻组织紧贴，确保多路成像探头11和冷冻消融的同定位，并保证成像光束不会因为球囊的较大直径产生过多的衰减，避免使用传统的旋转系统时，成像探头需要在球囊的中心，继而使得成像信号产生较大的衰减，同时有效避免由于球囊中心的喷射管的阻挡产生视野盲区；从而在消融过程中实现监控消融区域组织内部的折射率变化，并且在消融结束后可以进行消融结果的评估，从而可以有效的指导心腔内冷冻消融的过程。

多路成像探头11包括围设在执行导管10外周边缘的多根成像光纤111，成像光纤111为延伸的端部形成有广角成像结构112的光纤结构，以使得多路成像探头11可对成像区域中血管的前向和/或侧向的感兴趣区域的图像进行采集。在本发明的一较佳实施例中，每路成像光纤111均为渐变折射率成像光纤(GRIN光纤)，其通过在单模光纤末端依次熔接一定长度的Grinfiber和无芯光纤，并通过将无芯光纤末端磨出一定角度，以在成像光纤11延伸的端部形成广角成像结构112，继而通过全反射实现多路成像探头11对成像区域中血管的前向和/或侧向的感兴趣区域的图像进行采集。

在本发明的另一较佳实施例中，广角成像结构112为形成在所述成像光纤延伸端部的球镜。事实上，由于球镜的成像角度大，因此可有效的对成像区域中的血管内部情况进行成像。优选的，球镜为成像光纤11延伸的端部通过球磨形成。

多路光开关13位于成像光纤111远离广角成像结构112的一端，进一步的，多路光开关13可通过时分复用的方式控制多根成像光纤111依次导通，以使得成像组件100快速、精准成像。

请参阅图2所示，为本发明提供的一种成像系统200，用于成像区域中的血管情况进行识别，并完成对血管内壁上斑块的消融。成像系统200包括：成像组件100、执行装置21、成像装置22以及控制单元23。

成像组件100包括执行导管10、多路成像探头11、用于固定执行导管10和多路成像探头11之间相对位置的固定结构12以及多路光开关13。执行装置21与执行导管10控制连接；以通过执行导管10向成像区域内感兴趣区中的目标区域(如斑块)进行消融。

成像装置22包括成像光源221和光纤干涉仪222，进一步的，控制单元23分别与执行装置21、成像装置22控制连接，控制成像系统200的运行。在本发明的一较佳实施例中，成像光源221集成在光纤干涉仪222中，以进一步减小成像装置22的体积，方便成像装置22的移动和收纳

成像装置22通过多路光开关13与多路成像探头11控制连接；控制单元23被配置为控制多路光开关13的切换，以使得多路成像探头11周期切换工作，以保证多路光开关13的切换不会影响多路成像探头11中单个成像光纤111的扫频周期的完整性，以对感兴趣区域内的斑块进行精准采集；控制单元23还被配置为控制执行装置21的运行，并通过执行导管10对成像装置22识别的斑块进行消融。

具体地，多路光开关13位于成像组件11与成像光源221之间，以通过时分复用的方式将一路光纤信号分为多路，控制成像光纤111依次开启、关闭，获取感兴趣区域的图像。事实上，由于成像光纤111延伸的端部设置有广角成像结构112，继而使得成像装置22可在工作过程中对成像区域的前向和/或侧向进行图像采集，继而方便对成像区域中血管内壁状态进行精准采集。

进一步的，成像光纤111的数量小于或等于32个，以在保证成像组件11成像精度的同时，避免由于成像光纤数量过度，造成的单个成像光纤的成像帧数无法满足临床需求，在本发明的一较佳实施例中，成像光纤111的数量小于或等于16个，以保证单路成像光纤111的采集和显示速度，在满足实际应用需求的同时降低成像组件100和成像系统200的制备成本。

在本发明中，多路光开关13位于成像光源221的前侧，事实上，光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。

光开关有机械光开关，微机械(MEMS)光开关，热光开关等。机械光开关应用最广，但体积较大。MEMS光开关体积小、集成度高，开关时间一般在毫秒级别。

基于此，在本发明的一较佳实施例中，多路光开关13为MEMS光开关，与成像光源221对应设置的MEMS开关，MEMS光开关控制成像组件11按次序开启，且MEMS光开关进行切换的切换时间间隔大于1ms，如此设置，通过利用MEMS光开关的毫秒级别开关速度，能够保证单路成像光纤111有数十帧每秒的采集和显示速度，满足实际应用需求。

在本发明的一较佳实施例中，多路成像探头11同时设置有8个，即，等间距围设在执行导管10外周边缘的成像光纤11同时设置有8个，进一步的，多路光开关13的控制成像组件11进行切换的切换时间间隔大于5ms，优选的，本实施例中的多路光开关13的控制成像组件11进行切换的切换时间间隔大于5ms。

优选的，多路成像探头11中的成像光纤111为OCT成像光纤，成像装置22为OCT成像装置。

需要说明的是，本发明中仅以成像系统200包括成像组件100、执行装置21、成像装置22以及控制单元23为例进行举例说明，事实上，成像系统200还可包括用于对成像组件100采集的数据进行处理的数据处理装置、用于对成像组件100和成像装置22采集的图像进行处理的图像处理装置以及用于对图像处理装置处理后获取的图像进行显示的显示装置，即，本发明说明书中成像系统200的结构仅是示例性的，不应以此为限。

请参阅图3所示，本发明还提供了一种成像方法300，用于控制成像系统200的运行，成像方法300包括以下步骤：

S1、将成像组件100移动至成像区域，并开启成像光源221，控制成像组件100中的多路成像探头11工作，获取成像区域的实时图像；

S2、移动成像组件100至成像区域中的感兴趣区域，移动成像组件100，通过多路成像探头11对感兴趣区域中的斑块进行定位识别；

S3、控制单元23控制执行装置21运行，使得成像组件100中的执行导管21发射消融激光。

进一步的，在S2和S3中，控制单元23控制多路光开关13将一路光纤信号转换为时分复用光纤信号，控制多路成像探头11中的多根成像光纤111依次成像，以实时获取感兴趣区域的区域图像。

具体的，通过成像方法300控制成像系统200进行成像区域中血管内目标区域(如斑块)的消融手术时，可首先在造影技术的引导下将成像组件100放置到成像区域的血管管腔内，打开成像光源221；然后控制成像组件100持续向前推进，直到成像组件100探测到目标区域(即，斑块)以确定成像组件100到达消融位置。

进一步的，控制成像组件100移动，对感兴趣区域进行多角度成像，确定成像组件100相对感兴趣区域中血管壁的位置信息；控制单元23控制激光装置21开启，通过激光对感兴趣区域中的目标区域进行消融；同时，控制单元23控制多路成像探头11在多路光开关221的控制下快速切换，实时的将消融部位的多路图像信号进行传输，并至少通过显示装置进行显示，此外，由于成像组件100中使用端部形成有广角成像结构111的多路成像探头11，可在判断前方预消融组织是否为目标区域的同时，对执行导管10侧壁与血管壁的距离进行识别，从而使得使用者能较好的判断执行导管10的方位和朝向完成对斑块的消融。

综上所述，本发明的成像组件100，通过在执行导管10的外周边缘设置多路成像探头11，方便执行导管10在使用过程中通过多路成像探头11进行管腔内部成像，有效提升了成像组件100的使用安全性。同时，成像系统200通过设置与多路成像探头11控制连接的多路光开关13，通过扫频成像的方式对管腔内的斑块进行成像识别，有效提升了成像系统200的成像准确性，同时有效提高了斑块消融手术的安全性。进一步的，成像方法300通过使用位于执行导管10外周边缘的多路成像探头11对管腔内的斑块进行识别，使得执行导管10可以精准作用在管腔内部的斑块上，防止执行导管10因位置和角度问题对血管壁造成损伤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。