用於醫學程序引導的自動三維聲學成像的製作方法
2023-05-20 17:01:46 1
專利名稱：用於醫學程序引導的自動三維聲學成像的製作方法
用於醫學程序引導的自動三維聲學成像本發明涉及聲學成像裝置和方法，並且更具體地涉及具有用於醫學程序引導的自動三維成像的聲學成像裝置和方法。聲波(特別地包括超聲)在很多科學領域或技術領域中是有用的，諸如在醫學診斷和醫學程序、機械零件的非破壞性控制以及水下成像等領域中。聲波允許對光學觀測形成補充的診斷和可視化，因為聲波能夠在對電磁波不透明的介質中傳播。在一種應用中，由開業醫生在執行醫學程序的過程中利用聲波。特別地，利用聲學成像裝置以向開業醫生提供感興趣體積的圖像，從而促進醫學程序的成功執行。特別地，可以由開業醫生利用聲學圖像來引導程序設備朝向該程序設備將被利用的目標區域。這種應用的一個示例是神經阻滯程序。在這種情況下，開業醫生引導麻醉針朝向阻滯藥劑將被注射到的神經。其他示例包括涉及射頻消融(RFA)針、活組織檢查針、囊腫引流、導管放置、線放置等的程序。針對這些聲學成像程序引導，期望的是允許開業醫生看到程序設備並且容易地可視化其相對於該設備將被利用的目標區域的位置、取向和軌跡。在常規布置中，這並不總是可能的，因為程序設備可能不與聲學換能器的掃描平面精確地對準，並且在這種情況下，它不能被成像。當諸如針的設備在其被插入時彎曲或偏斜時，可能在可視化程序設備時出現額外的複雜因素。其他醫學程序在該程序中利用聲學成像時可能遭遇類似的問題。因此，可能期望提供一種聲學成像裝置，其能夠更容易地允許開業醫生可視化程序設備相對於該設備將被利用的目標區域的位置、取向和軌跡。在本發明的一個方面，一種聲學成像裝置包括聲學信號處理器，其適於處理聲學信號，所述聲學信號被掃描以探詢感興趣體積並且被聲學換能器接收；顯示設備，其用於響應於所處理的聲學信號而顯示圖像；控制設備，其適於允許用戶控制所述聲學成像裝置的至少一個操作參數；以及處理器，其被配置為根據所處理的聲學信號確定所探詢的體積內的程序設備的位置，其中聲學成像裝置被配置為在所述顯示設備上顯示垂直於所述程序設備的取向的第一平面的第一視圖。在本發明的另一個方面，一種用於醫學成像引導的三維聲學成像方法包括接收被掃描以探詢感興趣體積的聲學信號；根據所述聲學信號確定所探詢的體積內的程序設備的位置；以及在顯示設備上顯示垂直於所述程序設備的取向的第一平面的第一視圖。在本發明的又一個方面，還顯示垂直於所述第一平面的第二平面的第二視圖。在本發明的又一個方面，還顯示垂直於所述第一和第二平面的第三平面的第三視圖。
圖1是聲學成像設備的框圖；圖2圖示說明相對於程序設備的三個平面以及該程序設備被定向為朝向的身體部分的示例性布置；圖3A圖示說明根據第一示例的圖2所示的三個平面的顯示；圖;3B圖示說明根據第二示例的圖2所示的三個平面的顯示；
圖4圖示說明用於醫學成像引導的三維聲學成像方法的流程圖。現在將通過參考附圖在下面更完整地描述本發明，在附圖中示出本發明的優選實施例。然而，本發明可以被具體化為不同的形式，並且不應被解讀為限於本文闡述的實施例。相反，這些實施例被提供作為本發明的教導示例。圖1是聲學成像設備100的高層級功能框圖。本領域技術人員將認識到，圖1中所示的各種「部件」可以利用軟體控制的微處理器、硬連線邏輯電路或其組合在物理上實現。同時，雖然在圖1中為了解釋的目的將這些部件按功能隔離，但是它們在任何物理實現方式中可以以各種方式進行組合。聲學成像設備100包括聲學(例如超聲)換能器110、聲學(例如超聲)信號處理器120、顯示設備130、處理器140、存儲器150和控制設備160。在聲學成像設備100中，聲學信號處理器120、處理器140和存儲器150被設置在公共外殼105中。然而，顯示設備130可以與聲學信號處理器120、處理器140和存儲器150 一樣被設置在同一外殼105中。此外，在一些實施例中，外殼105可以包括控制設備160的所有部件。其他配置也是可能的。聲學換能器110至少適於接收聲學信號。在一個實施例中，聲學換能器110適於發射聲學信號並且接收由所發射的聲學信號產生的聲學「回聲」。在另一個實施例中，聲學換能器110接收已經被分離的設備發射或掃描的聲學信號。優選地，聲學換能器110接收探詢三維感興趣體積的聲學信號。在一個實施例中，聲學換能器110可以包括探詢三維體積的二維聲學換能器陣列。在另一個實施例中，聲學換能器110可以包括在任一時刻探詢掃描平面的一維聲學換能器陣列，並且可以在垂直於掃描平面的方向上被機械「搖擺」或電子轉向以探詢三維感興趣體積。在一個實施例中，聲學成像設備100可以被設置為不具有集成聲學換能器110，並且替代地可以適於通過可分離提供的一種或多種聲學換能器進行操作。聲學(例如超聲)信號處理器120處理所接收的聲學信號以生成屬於從其接收該聲學信號的體積的數據。處理器140被配置為執行與存儲器150相關聯的一個或多個軟體算法以提供聲學成像裝置100的功能性。在一個實施例中，處理器執行軟體算法以經由顯示設備130向用戶提供圖形用戶界面。優選地，處理器140包括其自身的存儲器(例如非易失性存儲器)， 用於存儲可執行軟體代碼，該可執行軟體代碼允許該處理器執行聲學成像裝置100的各種功能。作為替代，該可執行代碼可以被存儲在存儲器150內的指定存儲位置。存儲器150 還可以響應於處理器140而存儲數據。控制設備160為用戶提供與聲學成像裝置100相交互且控制聲學成像裝置100的模塊。雖然聲學成像設備100在圖1中被圖示為包括處理器140和分離的聲學信號處理器120，大體上，處理器140和聲學信號處理器120可以包括硬體、固件和軟體的任意組合。 特別地，在一個實施例中，可以通過單個中央處理單元(CPU)來執行處理器140和聲學信號處理器120的操作。與本文公開的聲學成像設備一致的很多變體是可能的。在一個實施例中，處理器140被配置為執行軟體算法，該軟體算法聯合顯示設備 130向聲學成像裝置100的用戶提供圖形用戶界面。
(多個)輸入/輸出埠180促進處理器140與其他設備之間的通信。(多個) 輸入/輸出埠 180可以包括一個或多個USB埠、Firewire埠、Bluetooth埠、無線 Ethernet埠、定製設計的接口埠等。在一個實施例中，處理器140經由輸入/輸出埠 180接收來自控制設備160的一個或多個控制信號。現在將在其操作方面解釋聲學成像裝置100。特別地，現在將解釋聲學成像裝置 100結合神經阻滯程序的示例性操作。初始時，用戶(例如麻醉學家或麻醉學家的助手)調整聲學成像裝置100以探詢患者的體內的感興趣體積。特別地，如果程序設備(例如針)將被插入到患者的神經中，則用戶調整聲學換能器110以掃描穿過患者身體的體積的聲學信號，該體積包括針將被插入的身體部分(例如神經)。在聲學換能器Iio包括2D換能器陣列的實施例中，其輸出3D圖像體積數據。在聲學換能器110包括ID換能器陣列的實施例中，在每一時刻，聲學換能器 110輸出代表感興趣體積的薄(例如Imm厚)切片的2D圖像數據。在此種情況下，ID陣列可以被掃描或「搖擺」以生成固定時間間隔內的整個感興趣體積的體積數據。聲學成像裝置100處理所接收的聲學信號並且識別程序設備(例如針)及其當前位置和取向。優選地，聲學成像裝置100可以確定程序設備的軌跡。在一個實施例中，處理器140執行特徵識別算法以確定程序設備(例如針)的位置。優選地，確定程序設備所佔據的區域的整個範圍。該特徵識別算法可以利用程序設備的一個或多個已知特徵，包括其形狀(例如線形)、其長度、其寬度等。這些特徵可以被預存儲在聲學成像裝置100的存儲器150中和/或可以響應於由處理器140和控制設備160 執行的算法而由用戶存儲在聲學成像裝置100中。在一個實施例中，至少一部分程序設備 (例如針尖)可以塗覆有促進其識別的回聲發生材料。在另一個實施例中，聲學成像裝置100生成並且向用戶顯示被掃描體積的一個或多個圖像。然後該用戶可以利用控制設備160來手動識別所顯示的(多個)圖像內的程序設備。例如，用戶可以操縱跟蹤球或滑鼠在所顯示的(多個)圖像中描畫程序設備的輪廓或者劃分程序設備的邊界。處理器140接收用戶的輸入並且確定程序設備的位置。同樣， 在一個實施例中，至少一部分程序設備(例如針尖)可以塗覆有促進其識別的回聲發生材料。然後，在一個實施例中，聲學成像裝置100確定垂直於程序設備的取向的第一平面。例如，當程序設備是針時，則聲學成像裝置100可以將第一平面確定為在針尖處垂直於沿針體的長度(長維度)延伸的直線的平面。在另一布置中，聲學成像裝置100可以將第一平面確定為在程序設備的外圍(例如針尖處的軌跡)垂直於程序設備的軌跡的平面。然後，在一個實施例中，聲學成像裝置100確定垂直於第一平面的第二平面。優選地，第二平面可以被選擇為使得其平行於沿著感興趣身體部分(例如神經)延伸的方向延伸。然而，第二平面的其他取向是可能的。實際上，在優選的實施例中，聲學成像裝置100 允許用戶選擇或改變第二平面。在確定了第一和第二平面之後，僅存在一個同時垂直於第一和第二平面的第三平面，因此第三平面可以根據第一和第二平面來確定。然後聲學成像裝置100經由顯示設備130顯示第一、第二和第三平面中的一些或全部。這可以通過參考圖2更好地理解，圖2圖示說明相對於程序設備(例如針)10和該程序設備被定向為朝向的身體部分(例如神經)20的三個平面的示例性布置。如從圖2 可見，第一平面210垂直於沿著軌跡方向D的程序設備10(例如針)的取向。第二平面220 垂直於第一平面210並且平行於沿著神經20延伸的方向延伸。第三平面230同時垂直於第一和第二平面210和220並且切穿神經20的橫截面。 圖3A圖示說明根據第一示例的圖2所示的三個平面的顯示。圖3A所示的顯示可以由聲學成像裝置100的顯示設備130顯示。圖像310圖示說明第一平面210的二維視圖，圖像320圖示說明第二平面220的二維視圖，且圖像330圖示說明圖2的第三平面230 的二維視圖。如上所述，在一些實施例中，聲學成像裝置100可以顯示少於所有三個這些平在圖3A所圖示說明的示例中，針10的軌跡稍微偏離神經20，從而其當前軌跡將導致它錯過神經20。藉助於這一顯示，用戶能夠容易地認識到問題並且調整針10的軌跡，從而它將在期望位置和角度阻截神經20。圖;3B圖示說明根據第二示例的圖2所示的三個平面的顯示。如圖3A中那樣，在圖:3B中圖像310圖示說明第一平面210的二維視圖，圖像320圖示說明第二平面220的二維視圖，且圖像330圖示說明圖2的第三平面230的二維視圖。同樣，如上所述，在一些實施例中，聲學成像裝置100可以顯示少於所有三個這些平面。在圖;3B所圖示說明的示例中，針10的軌跡使得其將穿透神經20。藉助於這一顯示，用戶可以容易地引導針10，從而它將在期望位置和角度阻截神經20。圖4圖示說明通過諸如圖1的聲學成像裝置100的聲學成像裝置進行的用於醫學成像引導的三維聲學成像方法的流程圖。在第一步驟410中，由聲學換能器接收探詢感興趣體積的聲學信號。在步驟420中，確定用戶是否已經選擇了將由聲學成像裝置顯示的視圖。如果是這樣，則該方法進行到如下所述的步驟460。否則，該方法進行到步驟430。在步驟430中，聲學成像裝置確定所探詢的感興趣體積內的程序設備的位置。如上所述，這可以利用可存儲在聲學成像裝置中或由用戶輸入到聲學成像裝置中的存儲器中的程序設備的特徵識別和預定特性來自動完成。作為替代，可以通過用戶輔助識別所顯示的圖像內的程序設備來確定程序設備的位置。在步驟440中，聲學成像裝置確定垂直於程序設備的取向的第一平面。例如，當該程序設備是針時，則聲學成像裝置可以確定在針尖處垂直於沿針體延伸的直線的平面。在另一種布置中，聲學成像裝置可以將第一平面確定為在程序設備的外圍垂直於程序設備的軌跡的平面。在可選的步驟450中，聲學成像裝置確定垂直於第一平面的第二和/或第三平面。 優選地，第二平面可以被選擇為使得其平行於沿著感興趣身體部分(例如神經)延伸的方向延伸。然而，第二平面的其他取向是可能的。在確定了第一和第二平面之後，僅存在一個同時垂直於第一和第二平面的第三平面，因此第三平面可以根據第一和第二平面來確定。 在僅要顯示第一平面的情況下，在一些實施例中可以省略步驟450。當用戶已經在步驟420中選擇了要顯示的視圖時，然後在步驟460中聲學成像裝置確定針對用戶所選擇的視圖的要顯示的平面。在一種布置中，聲學成像裝置確定垂直於程序設備的取向的第一平面，然後用戶在步驟420中選擇垂直於第一平面的期望的第二平面。作為替代，用戶可以選擇要顯示的所有(多個)平面中的任一個。在步驟470中，聲學成像裝置100向用戶顯示第一、第二和第三平面中的一些或全部。該方法重複進行，從而隨著程序設備移動，各平面的視圖被連續更新。在一個實施例中，平面視圖可以每秒被更新多於五次。在另一個實施例中，平面視圖可以每秒被更新多於20次，並且優選每秒被更新30次。雖然在此公開了優選實施例，在本發明的理念和範圍內仍然有可能存在很多變體。例如，雖然為了易於解釋上述示例主要關注於區域麻醉的應用，但上述設備和方法可以應用於各種不同的背景和醫學程序，包括但不限於涉及脈管通路的程序、RF消融、活組織檢查程序等。在查閱此處的說明書、附圖及權利要求書之後，這種變體對本領域普通技術人員來說將變得顯而易見。因此本發明除了在隨附的權利要求的精神和範圍之內外並不受到限制。
權利要求
1.一種聲學成像裝置(100)，其包括聲學信號處理器(120)，其適於處理聲學信號，所述聲學信號被掃描以探詢感興趣體積並且被聲學換能器接收；顯示設備(130)，其用於響應於所處理的聲學信號而顯示圖像；控制設備(160)，其適於允許用戶控制所述聲學成像裝置(100)的至少一個操作參數；以及處理器(140)，其被配置為根據所處理的聲學信號確定所探詢的體積內的程序設備的位置，其中，所述聲學成像裝置(100)被配置為在所述顯示設備(130)上顯示垂直於所述程序設備的取向的第一平面的第一視圖。
2.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述顯示設備(130)進一步顯示垂直於所述第一平面的第二平面的第二視圖。
3.如權利要求2所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述顯示設備(130)進一步顯示垂直於所述第一平面和所述第二平面的第三平面的第三視圖。
4.如權利要求3所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述顯示設備(130)在相互的同一時間顯示所述第一視圖、所述第二視圖和所述第三視圖。
5.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述處理器被配置為執行特徵識別算法以根據所處理的聲學信號確定所探詢的體積內的所述程序設備的位置。
6.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述顯示設備(130)被配置為向用戶顯示所探詢的體積的一個或多個圖像，並且所述處理器(140)被配置為經由所述控制設備(160)從用戶接收輸入，從而在所探詢的體積的所顯示的一個或多個圖像內識別所述程序設備。
7.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述聲學成像裝置(100)被配置為通過識別塗覆在所述程序設備的至少一部分上的回聲發生材料來識別所述程序設備。
8.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述聲學成像裝置(100)被配置為從所述控制設備(160)接收來自用戶的指示將要顯示的第一用戶所選平面的輸入，並且響應於此而在所述顯示設備(130)上顯示所述第一用戶所選平面的視圖。
9.如權利要求8所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述聲學成像裝置(100)被進一步配置為在所述顯示設備(130)上顯示垂直於所述第一用戶所選平面的第二用戶所選平面的視圖。
10.如權利要求1所述的聲學成像裝置(100)，其中，所述聲學成像裝置(100)被配置為在所述程序設備的取向隨時間改變時連續更新所述第一和第二視圖。
11.一種用於醫學程序引導的三維聲學成像方法，其包括接收(410)被掃描以探詢感興趣體積的聲學信號；根據所述聲學信號確定(430)所探詢的體積內的程序設備的位置；以及在顯示設備(130)上顯示(470)垂直於所述程序設備的取向的第一平面的第一視圖。
12.如權利要求11所述的方法，其還包括顯示(470)垂直於所述第一平面的至少一個平面的第二視圖。
13.如權利要求12所述的方法，其還包括在所述顯示設備(130)上顯示(470)垂直於所述第一平面和所述第二平面的第三平面的第三視圖。
14.如權利要求13所述的方法，其還包括在相互的同一時間顯示所述第一視圖、所述第二視圖和所述第三視圖。
15.如權利要求11所述的方法，其中，根據所述聲學信號確定(430)所探詢的體積內的所述程序設備的位置包括執行特徵識別算法。
16.如權利要求11所述的方法，其中，根據所述聲學信號確定(430)所探詢的體積內的所述程序設備的位置包括經由顯示設備(130)向用戶顯示所探詢的體積的一個或多個圖像；以及經由控制設備(160)從用戶接收輸入，從而在所探詢的體積的所顯示的一個或多個圖像內識別所述程序設備。
17.如權利要求11所述的方法，其中，根據所述聲學信號確定(430)所探詢的體積內的所述程序設備的位置包括識別塗覆在所述程序設備的至少一部分上的回聲發生材料。
18.如權利要求11所述的方法，其還包括經由控制設備(160)從用戶接收將要顯示的第一用戶所選平面的指示；以及在所述顯示設備(130)上顯示(470)所述第一用戶所選平面的視圖。
19.如權利要求18所述的方法，其還包括在所述顯示設備(130)上顯示(470)垂直於所述第一用戶所選平面的第二用戶所選平面的視圖。
20.如權利要求11所述的方法，其還包括在所述程序設備的取向隨時間改變時連續更新所述第一和第二視圖。
全文摘要
一種用於醫學程序引導的三維聲學成像系統和方法包括接收(410)被掃描以探詢感興趣體積的聲學信號；根據所述聲學信號確定(430)所探詢的體積內的程序設備的位置；以及在顯示設備(130)上顯示(470)垂直於程序設備的取向的第一平面的第一視圖。優選地，還顯示垂直於第一平面的至少一個平面的第二視圖。同樣優選地，還顯示垂直於第一平面及第二平面的第三平面的第三視圖。同樣優選地，在同一時間顯示第一視圖、第二視圖和第三視圖。
文檔編號A61B8/08GK102264305SQ200980152098
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月7日 優先權日2008年12月23日
發明者A·M·加德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司