本發(fā)明涉及用于顯像和測量體腔內(nèi)部的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及利用球囊導管(ballooncatheter)通過測量體腔內(nèi)充漲的球囊的電學特性的體腔顯像和測量。

背景技術：
球囊導管被用于多種醫(yī)療過程。例如，公知的是將球囊導管插入通道中以使通道擴張，例如像在用于治療肺癌和通道堵塞會發(fā)生的其他情況時的介入性支氣管鏡檢查那樣。因此，球囊導管常規(guī)上是與多種內(nèi)窺鏡和用于擴張的柔性與剛性的氣管鏡一起使用，作為一種阻塞來止血，并且作為干擾固定裝置使儀器保持在位，以及防止這些儀器在回流壓下后退。使用球囊導管將體腔內(nèi)所不期望的生物材料去除也是公知的。例如，可充漲的球囊導管可以用作介入工具，用于在諸如肺學、心臟學、泌尿科學、婦科、胃腸病學、神經(jīng)病學、耳鼻喉學和普通外科的介入性醫(yī)療的多種應用中切除和清除不必要的材料，例如植入腔內(nèi)梗阻、腫塊和血管內(nèi)閉塞。在Karakoca的第EP1913882號歐洲專利申請中公開了這種裝置的一個例子。這種裝置使用具有硬化表面的球囊導管，將其插入體腔中。在插入裝置后，使球囊充漲，使球囊在腔中前后移動以使得其硬化表面切除不期望的生物材料。例如，通過拔出球囊，可將殘骸清除。在Gunday的美國專利申請公開號No.2010/0121270(第270號申請)中，其發(fā)明名稱為“切除器球囊系統(tǒng)”，并作為參考引入本文。該申請在Karakoca的基礎上提供了多處改進，涉及具有紋路表面的球囊導管，其以最小限度的傷害，以脈沖方式下刮掉目標材料。該第270號申請公開了一種球囊系統(tǒng)，其能夠提供生理學反饋來確定內(nèi)腔直徑。這是通過其一個實施例來實現(xiàn)的，該實施例提供了“能夠確定輸出至球囊的流體的壓力的傳感器和能夠確定輸出至球囊的流體流量的傳感器”。最后，第270號申請公開了這樣的內(nèi)容“通過使用多個獨立的可充漲囊狀物或竇，人們將能夠更具選擇性和更精確地測量內(nèi)腔直徑”。然而，第270號申請僅教導了通過測量壓力來測量內(nèi)腔直徑并據(jù)此調(diào)節(jié)用于切除的球囊導管的脈動的方式。雖然該方法在以最小創(chuàng)傷程度切除目標材料方面是非常有效的(例如與球囊導管的脈動相關聯(lián)的壓力測量)，但如果能夠使用球囊導管來提供精確的腔體內(nèi)部表面的繪制圖則將是非常有利的。因此，如第270號申請中所教導的那樣使流體脈動進入球囊導管以用于切除、并同時帶有相關控制系統(tǒng)用于控制泵的脈動在這種應用中是不需要的。已知有多種用于顯像內(nèi)部結構的成像系統(tǒng)，它們包括例如磁共振成像(MRI)、核磁共振成像(NMRI)，或核共振斷層(MRT)和軸向計算層析技術(CAT)或有時簡稱為計算層析(CT)掃描。這些方法在顯像內(nèi)部結構上是非常有效的，但購買和使用這些儀器的成本是相對較高的。在矯形術領域中，即使不是不可能的話，在關節(jié)表面間評估空間動力學也通常是非常困難的，尤其是對在它們的整個移動范圍中的相反于彼此的關節(jié)表面的平移而言。特別是在關節(jié)成形術過程中，通常，弄清楚關節(jié)表面的幾何形狀和關節(jié)內(nèi)的空間來完善解剖修復和關節(jié)動力學是有利的。在骨頭髓腔擴孔內(nèi)使用導電球囊導管也是很有利的。整形外科的創(chuàng)傷科學在實時顯像和測量骨內(nèi)表面上已經(jīng)努力很長時間。無法映射骨的解剖學成為外科醫(yī)生在關節(jié)成形術(例如臀部更換、大腿和髖臼的移植)中的能夠進行合適的測量和植入的阻礙。它也阻礙了外科醫(yī)生評估骨折移位和合適地為骨折管理系統(tǒng)(脛骨桿和鍍覆系統(tǒng))的尺寸和將其植入的能力。內(nèi)腔的成像也是已知的，例如，其公開在美國專利No.7,654,997(Makower等人)中。然而，雖然Makower等人使用了導管裝置，但需要使用外部傳感器(其與球囊分開)來成像并提供腔體的三維視圖。(見其第40欄第64行至第41欄第24行；以及圖7D-7E)。這種裝置是笨重且難以操作的，并且對于相對較小的腔(例如血管內(nèi)的測量)而言是不實用的。美國專利No.5,752,522(Murphy)公開了一種用于確定體腔截面尺寸(例如血管直徑)的儀器(摘要)。然而，雖然Murphy公開了一種包括具有帶導體帶的導管的設計，其導體帶電阻隨著球囊的圓周而變化(第9列,第13-15行)，但Murphy僅限于公開了“導體帶”。它沒有提供腔體內(nèi)部的三維視圖，而僅僅是提供了腔體的截面的周邊輪廓(見圖7)。因此，期望存在一種低成本并且可靠的用于測量和繪制體內(nèi)結構的系統(tǒng)和方法。還期望提供一種用于顯像和測量體內(nèi)結構的系統(tǒng)和方法，它在測量結構過程中并不需要從內(nèi)部結構中切除材料。

技術實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于顯像和測量人體內(nèi)部結構的球囊導管系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于產(chǎn)生體內(nèi)結構和/或體內(nèi)結構之間的空間的三維圖像的球囊導管系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的還一個目的是提供用于有效顯像非常小的腔(例如血管內(nèi)的測量)的內(nèi)部結構的球囊導管系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于有效顯像和測量在非常小的腔體(例如關節(jié)間的測量；腔內(nèi)(Intra-cavital)測量)內(nèi)的內(nèi)部結構之間和/或之內(nèi)的空間的球囊導管系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的還一個目的是提供一種用于顯像內(nèi)部結構的球囊導管系統(tǒng)和方法，其能夠提供簡單、低成本和可靠的傳感器，該傳感器可以產(chǎn)生具有魯棒性并且能夠以高性價比方式處理的信號格式的信號。本發(fā)明的還一個目的是提供一種用于顯像體腔中內(nèi)部結構的系統(tǒng)和方法，而不切除內(nèi)部結構。在一個有利的實施例中，通過提供附著在球囊導管上的導電網(wǎng)狀物可實現(xiàn)上述這些和其他的目的。球囊導管可被插入腔體中以測量和提供腔體內(nèi)部的三維圖像。隨著對球囊導體充漲使其符合腔體內(nèi)表面區(qū)域，導電網(wǎng)狀物也基于腔體的內(nèi)表面區(qū)域伸展。這種導電網(wǎng)狀物的伸展(在相對于腔體的橫和縱的方向上)將會引起附著在球囊導體上的網(wǎng)狀物的電學特性(例如阻抗或電阻)的改變。然后可利用這些電學特性上的改變，產(chǎn)生腔體內(nèi)部結構的三維繪制圖(three-dimensionalrendering)。需要理解的是，精確的阻抗測量是廣泛應用并且成本效率高的。例如，為了用相對低的產(chǎn)本成本得到高的測量精確率，可利用具有誤差校正的離散傅里葉變換(DFT)信號處理技術進行阻抗測量?？捎行У氖褂密浖砜刂菩盘柼幚磉^程和誤差校正。附著在球囊導管表面上的網(wǎng)狀物可例如包括纖維網(wǎng)?？梢灶A計到的是，網(wǎng)狀物可以附著在球囊導管的外表面或者內(nèi)表面上。在兩種構型中，球囊將膨脹以與腔體內(nèi)表面的形狀相符。纖維網(wǎng)可以包括合成彈力纖維、聚氨酯、復合彈簧或其他合適的材料，并將在其中包括可根據(jù)網(wǎng)狀物的拉伸或位移而變化的電學特性的電線(或串)。在一個例子中，當待測量的電學特性是阻抗時，隨著網(wǎng)狀物的每個部分向外拉伸以擴張到待由導管球囊測量的腔的內(nèi)表面，網(wǎng)狀物的各部分的阻抗將會改變(例如網(wǎng)狀物的拉伸越大，阻抗的變化越大)。在該方式中，因為網(wǎng)狀物包括沿球囊導管縱向延伸和周向地包圍球囊導管的部分，因此裝置能夠隨著系統(tǒng)測得網(wǎng)狀物的每個分段的阻抗而提供出腔體內(nèi)部的完整三維視圖。此外，由于并不需要除球囊導管自身以外的附加測量裝置，所以該裝置尤其可以很好地適用于相對小的腔體(例如血管內(nèi)的)。還需注意的是，在另一個實施例中，網(wǎng)狀物可包括射頻不透性材料。這樣，當插入腔體并且球囊導管膨脹時，可通過成像儀器產(chǎn)生膨脹后的球囊導管的外部視圖(例如，射頻不透性材料將會清晰地顯示在外部掃描上，該外部掃描提供了導管球囊的當前構型的詳細視圖)?？梢灶A見，對網(wǎng)狀物的電測量和對具有射頻不透性材料的網(wǎng)狀物的成像均能夠用于提供腔體內(nèi)部的高分辨率的三維繪制圖或成像。對于本申請，以下術語和定義是適用的：本文所使用的術語“數(shù)據(jù)”，其意思是標記、信號、標識、符號、域、符號集、表象和其他任何代表信息的物理形式，無論這些信息是永久的或臨時的，也無論它們是可見的、可聽的、聲學的、電的、磁的、電磁的或其它表達方式。用于代表一種物理形式的預定信息的術語“數(shù)據(jù)”也應被認為是包括任何和所有以不同物理形式或多個物理形式的對同樣的預定信息的表示。這里所使用的術語“網(wǎng)絡”包括所有種類的網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)絡，包括互聯(lián)網(wǎng)，并且不僅限于任何特定的網(wǎng)絡或網(wǎng)間網(wǎng)。術語“第一”和“第二”用來將一個元件、組、數(shù)據(jù)、目標或事物與其它的區(qū)分開，而并不用來代表按時間表示的相對位置或設置。這里所使用的術語“耦接”、“耦接至”、“與……耦接”、“連接”、“連接至”、“與……連接”均意味著兩個或更多裝置、器具、文檔、程序、媒介、部件、網(wǎng)絡、系統(tǒng)、子系統(tǒng)，和/或工具之間的關系，它們之間構成以下方式中的任何一個或多個：(a)直接的連接或間接地通過一個或多個其他裝置、器具、文檔、程序、媒介、部件、網(wǎng)絡、系統(tǒng)、亞系統(tǒng)，和/或工具的連接；(b)直接的通信關系或間接地通過一個或多個其他裝置、器具、文檔、程序、媒介、部件、網(wǎng)絡、系統(tǒng)、亞系統(tǒng)，和/或工具的通訊關系；和/或(c)一種功能關系，其中任何一個或多個裝置、器具、文檔、程序、媒介、部件、網(wǎng)絡、系統(tǒng)、亞系統(tǒng)、工具的運行都整體或部分地依賴于它們中的其他任何一個或多個。這里所使用的術語“過程”和“處理”均意味著一種行為或一些列行為，包括例如但不僅限于，連續(xù)或不連續(xù)的、同步或不同步的、數(shù)據(jù)的方向、數(shù)據(jù)的改變、格式化和/或數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)的標記或注解、測量比較和/或數(shù)據(jù)的回看，并且可以包括或不包括程序。在一個有利的實施方式中，提供了一種用于提供腔體內(nèi)部的三維圖像的成像系統(tǒng)，其包括球囊導管和附著在球囊導管上的網(wǎng)狀物，該網(wǎng)狀物具有沿球囊導管縱向延伸并周向地包圍球囊導管的元件。該成像系統(tǒng)還包括與球囊導管耦接的控制器，用于控制球囊導管的膨脹。該成像系統(tǒng)設置成使得網(wǎng)狀物的各元件均具有至少一種隨元件的拉伸而變化的電學特性，得當元件包括長度(L)時，所測得的電學特性將會不同于當元件包括大于長度(L)的長度(L1)時的電學特性。該成像系統(tǒng)進一步設置成使得控制器測量來自各元件的至少一種電學特性，并利用測量得到的電學特性來產(chǎn)生腔體內(nèi)表面的三維繪制圖。在另一個有利的實施方式中，提供了一種用于提供腔體內(nèi)部的三維圖像的成像系統(tǒng)，其包括球囊導管和附著在球囊導管上的網(wǎng)狀物。網(wǎng)狀物設有沿球囊...