本發(fā)明大體涉及超聲引導靶活檢(例如，肝活檢、腎活檢等)。本發(fā)明具體涉及在靶活檢過程期間對針軌跡的預測。

背景技術(shù)：

超聲引導被廣泛用于靶活檢，以提高該過程的準確性并降低醫(yī)療事故的潛在風險。在這樣的過程中，將針瞄準活檢靶插入到患者體內(nèi)。同時，臨床醫(yī)生通常需要在擊發(fā)活檢槍之前估計觸發(fā)的針軌跡，以便獲知針是否將刺穿靶組織。軌跡大致是沿著根據(jù)針參數(shù)的現(xiàn)有知識估計的針軸的某幾厘米的延伸。因此，當針在超聲圖像中清晰可見時，醫(yī)生估計軌跡可能相對容易。然而，在深層器官(例如，肝臟和腎臟)中，針通常由于其鏡面性質(zhì)和不利的入射角而在超聲圖像中是不可見的，這導致估計針軌跡的困難。此外，由于臨床醫(yī)生的手運動和患者的呼吸運動，針在過程中并不總是處于超聲圖像平面中，這在估計針軌跡中提供了更多困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了增強超聲圖像中對介入工具的可視化，提出了一種基于超聲的跟蹤技術(shù)，以通過在介入工具的端部附近嵌入小型超聲接收器來跟蹤介入工具的端部。然后通過處理由這些超聲接收器接收到的信號來估計介入工具的位置，然后將其可視化在超聲圖像上。本發(fā)明通過在超聲圖像上提供對三維(“3d”)平面內(nèi)活檢軌跡或3d平面外活檢軌跡的精確預測來增強這種基于超聲的跟蹤技術(shù)

本發(fā)明的一種形式是一種采用超聲探頭、靶活檢針、兩個或更多個超聲接收器和超聲引導控制器的靶活檢系統(tǒng)。在操作中，超聲探頭投射與解剖區(qū)域(例如，腹部區(qū)域、顱區(qū)域、乳腺區(qū)域、腹部區(qū)域等)相交的超聲平面。(一個或多個)超聲接收器當靶活檢針插入到解剖區(qū)域中時感測超聲平面。響應于(一個或多個)超聲接收器感測到超聲平面，超聲引導控制器預測解剖區(qū)域內(nèi)的靶活檢針相對于超聲平面的活檢軌跡。所述預測指示活檢軌跡是在超聲平面內(nèi)(即，平面內(nèi)活檢軌跡)還是在超聲平面外(即，平面外活檢軌跡)。

為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“超聲探頭”廣泛地包括本領域中已知的采用一個或多個超聲換能器/發(fā)射器/接收器來投射與解剖區(qū)域相交的超聲平面的任何超聲探頭。超聲探頭的示例包括但不限于具有扇形、曲線或線性幾何形狀的二維和三維超聲探頭。

為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“靶活檢針”廣泛地包括本領域已知的采用探針等的任何類型的活檢針，以便當靶活檢針被插入到解剖區(qū)域中時切割組織樣本。靶活檢針的示例包括但不限于具有用于組織芯活檢的擊發(fā)或“槍擊”機構(gòu)的鍘刀式活檢針(例如或bard活檢針)。

為了本發(fā)明的目的，包括但不限于“平面內(nèi)”、“平面外”，“接收器”和“活檢軌跡”的本領域的術(shù)語要被解釋為在本發(fā)明的領域中是已知的并且在本文中示例性地進行描述。更具體地，術(shù)語“接收器”包括本領域中已知的接收器和收發(fā)器。

為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“超聲引導控制器”廣泛地包括容納在計算機或另一指令執(zhí)行設備/系統(tǒng)內(nèi)或鏈接到計算機或另一指令執(zhí)行設備/系統(tǒng)的專用主板或?qū)Ｓ眉呻娐返乃薪Y(jié)構(gòu)配置，計算機或另一指令執(zhí)行設備/系統(tǒng)用于控制本文隨后描述的本發(fā)明的各種發(fā)明原理的應用。超聲引導控制器的結(jié)構(gòu)配置可以包括但不限于(一個或多個)處理器、(一個或多個)計算機可用/計算機可讀儲存介質(zhì)、操作系統(tǒng)、(一個或多個)外圍設備控制器、(一個或多個)插槽和(一個或多個)端口。計算機的示例包括但不限于服務器計算機、客戶端計算機、工作站和平板電腦。

本發(fā)明的第二種形式是一種包括超聲成像模塊、接收器跟蹤模塊和針軌跡模塊的超聲引導控制器。在操作中，超聲探頭響應于來自超聲探頭的表示與解剖區(qū)域相交的超聲平面的超聲數(shù)據(jù)而生成解剖區(qū)域的超聲圖像。接收器跟蹤模塊響應于來自超聲接收器的表示當靶活檢針被插入到解剖區(qū)域中時對超聲平面的感測的感測數(shù)據(jù)而跟蹤每個超聲接收器相對于解剖區(qū)域的超聲圖像的位置。針軌跡模塊響應于超聲接收器相對于解剖區(qū)域的超聲圖像的所跟蹤的位置來預測靶活檢針相對于超聲平面的活檢軌跡。

為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“模塊”廣泛地包括由電子電路或可執(zhí)行程序(例如，可執(zhí)行軟件和/固件)組成的超聲引導控制器的應用組件。

本發(fā)明的第三種形式是一種靶活檢方法，其包括：(1)超聲探頭投射與解剖區(qū)域相交的超聲平面；(2)超聲接收器當靶活檢針被插入到解剖區(qū)域中時感測超聲平面，以及(3)超聲引導工作站預測解剖區(qū)域內(nèi)的靶活檢針相對于超聲平面的活檢軌跡。

本發(fā)明的上述形式和其他形式以及本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點將從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的各種實施例的詳細描述而變得更加明顯。詳細描述和附圖僅僅是對本發(fā)明的說明而不是限制，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求及其等同物限定。

附圖說明

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的靶活檢系統(tǒng)的示例性實施例。

圖2-4圖示了由圖1的靶活檢系統(tǒng)對預測的針軌跡的示例性可視化。

具體實施方式

為了促進對本發(fā)明的理解，本文將提供本發(fā)明的示例性實施例，其涉及如圖1所示的用于患者10的肝臟11的超聲引導靶活檢過程。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的描述，本領域普通技術(shù)人員將理解如何利用本發(fā)明進行涉及各種類型的超聲探頭和靶活檢針的任何類型的超聲引導靶活檢過程(例如，前列腺、腎、乳房等)。

為了本發(fā)明的目的，包括但不限于“擊發(fā)機構(gòu)”、“同軸引入器”和“所跟蹤的位置”的本領域的術(shù)語要被解釋為在本發(fā)明的領域中是已知的并且在本文中示例性地進行描述。

參考圖1，超聲引導靶活檢過程涉及如本領域已知的超聲探頭20和用于從患者10的肝臟11提取組織的靶活檢針30。

超聲探頭20采用一個或多個超聲換能器、發(fā)射器、接收器和/或收發(fā)器來投射與腹部區(qū)域12相交的超聲平面(例如，如圖2所示的超聲平面21)。超聲探頭20的示例包括但不限于具有扇形、曲線或線性幾何形狀的二維和三維超聲探頭。

當針30被插入到腹部區(qū)域中12時，靶活檢針30采用探針等，以便切割肝臟11的組織樣本。靶活檢針30的示例包括但不限于具有用于組織芯活檢的擊發(fā)或“槍擊”機構(gòu)的鍘刀式活檢針(例如或bard活檢針)。當被包括時，擊發(fā)機構(gòu)被操作為沿著腹部區(qū)域12內(nèi)的靶活檢針的活檢軌跡投射靶活檢針。

本發(fā)明附接兩個或更多個超聲接收器31(即，接收器或收發(fā)器)以用于當靶活檢針30正被插入患者10的腹部區(qū)域12內(nèi)時感測超聲平面。如本領域中已知的，感測超聲平面的程度是超聲接收器31與超聲平面之間的距離的函數(shù)。

實際上，超聲接收器31在空間上被布置在活檢針30上以適合于促進由每個超聲接收器31對超聲平面進行區(qū)別性感測。在一個實施例中，如圖1所示，遠端超聲接收器31d附接到鄰近靶活檢針30的端部的靶活檢針30/嵌入在鄰近靶活檢針30的端部的靶活檢針30內(nèi)，并且近端超聲接收器31p附接到靶活檢針30/嵌入在靶活檢針30內(nèi)、處于靶活檢針30的軸的中間。在一個替代實施例中，靶活檢針30包括同軸引入器，靶活檢針30通過該同軸引入器進入腹部區(qū)域12中，同時接收器31被附接到同軸引入器/嵌入在同軸引入器內(nèi)。

超聲引導靶活檢過程涉及超聲引導機器40，其采用安裝在工作站43內(nèi)的監(jiān)視器41、接口平臺42、工作站43和超聲引導控制器44。雖然未示出，但實際上超聲探頭20和超聲接收器31以本領域中已知的任何方式連接/耦合到工作站43。

超聲引導控制器44包括本領域中已知的操作系統(tǒng)(未示出)和/或可由本領域中已知的操作系統(tǒng)(未示出)訪問，操作系統(tǒng)用于如由工作站操作者(例如醫(yī)生、技術(shù)人員等等)經(jīng)由接口平臺42的鍵盤、按鈕、撥盤、操縱桿等指引的控制監(jiān)視器41上的各種圖形用戶接口、數(shù)據(jù)和圖像，以及用于存儲/讀取由接口平臺42的工作站操作者編程和/或指引的數(shù)據(jù)。

超聲引導控制器44進一步執(zhí)行包括超聲成像模塊45、接收器跟蹤模塊46和軌跡預測模塊47的應用模塊以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的肝臟11的超聲引導靶活檢過程。

具體地，超聲成像模塊45在結(jié)構(gòu)上被配置為從超聲探頭20接收表示與患者11的腹部區(qū)域12相交的超聲平面的超聲數(shù)據(jù)ud，并且執(zhí)行用于生成腹部區(qū)域12的平面超聲圖像以用于由如圖所示的監(jiān)視器41顯示的已知過程。

接收器跟蹤模塊46在結(jié)構(gòu)上被配置為當靶活檢針30被插入到患者11的腹部區(qū)域12中時從超聲接收器31接收表示對超聲平面的感測的感測數(shù)據(jù)sd，并執(zhí)行用于跟蹤每個超聲接收器31相對于與腹部區(qū)域12相交的超聲平面的位置的已知過程。對于每個超聲接收器31，所跟蹤的位置指示特定的超聲接收器31是在超聲平面內(nèi)(即，平面內(nèi))還是在超聲平面外(即，平面外)。更具體地，對特定的超聲接收器31的超聲平面的感測將指示每個超聲接收器31在高度、寬度和深度方面的三維(“3d”)位置，其中，平面內(nèi)具有零(0)深度并且平面外具有非零深度。

軌跡預測模塊47在結(jié)構(gòu)上被配置為接收術(shù)前或術(shù)中的針數(shù)據(jù)nd，其表示靶活檢針30的尺寸/構(gòu)造輪廓，其中，針30的參數(shù)是已知的以用于確定針30相對于與腹部區(qū)域12相交的超聲平面的方向，參數(shù)包括但不限于(1)在針30的擊發(fā)之前和之后的針30的長度，以及(2)每個超聲接收器31的附接點。

軌跡預測模塊47進一步在結(jié)構(gòu)上被配置為從超聲成像模塊45接收表示正被顯示的腹部區(qū)域12的平面超聲圖像的圖像數(shù)據(jù)id，并且從接收器跟蹤模塊46接收表示超聲接收器31相對于與腹部區(qū)域12相交的超聲平面的所跟蹤的位置的跟蹤數(shù)據(jù)td。響應于此，軌跡預測模塊47進一步在結(jié)構(gòu)上被配置為接收通過執(zhí)行本發(fā)明的過程來預測靶活檢針30相對于超聲平面的活檢軌跡，包括：

(1)根據(jù)超聲接收器31的所跟蹤的位置來確定未擊發(fā)的針30的虛擬版本相對于根據(jù)針30在超聲接收器31之間的段相對于平面超聲圖像的虛擬定位的長度導出的平面超聲圖像的取向(“取向確定”)；以及

(2)確定先前相對于根據(jù)針30的擊發(fā)的探針的虛擬定位的長度導出的平面超聲圖像取向的擊發(fā)的針30的虛擬版本的端部延伸(“擊發(fā)確定”)。

取向確定促進由軌跡預測模塊47對在平面超聲圖像上的針疊加的生成，并且擊發(fā)確定促進由軌跡預測模塊47對在平面超聲圖像上的活檢軌跡疊加的生成。例如，如圖1所示，當兩個超聲接收器31處在與腹部區(qū)域12相交的超聲平面的平面內(nèi)時，監(jiān)視器41顯示平面內(nèi)針疊加48i和平面內(nèi)活檢軌跡疊加49i。

實際上，疊加可以具有指示針30的平面內(nèi)或平面外感測和活檢軌跡的任何形狀和/或任何顏色。例如，圖2-4示出了相對于超聲平面21從平面外轉(zhuǎn)變到平面內(nèi)的針30的序列。

具體地，圖2示例示了針30在腹部區(qū)域12(未示出)內(nèi)的初始插入，其中，兩個超聲接收器31都在平面外，并且針30的取向與超聲平面21不平行。針對該初始插入，基于從近端到遠端的白色實心三角形形狀的針疊加48o和基于從未擊發(fā)的針的端部到擊發(fā)的針的端部的白色虛線三角形形狀的活檢軌跡疊加49o圖示了兩個超聲接收器31都在平面外并且擊發(fā)的針的端部將會在平面外。

圖3圖示了針30在腹部區(qū)域12(未示出)內(nèi)的進一步插入，其中，遠端超聲接收器31在平面內(nèi)，近端超聲接收器31在平面外，并且針30的取向不平行于超聲平面21。對于該進一步插入，針疊加48o和活檢軌跡疊加49o圖示了遠端超聲接收器31在平面內(nèi)，并且擊發(fā)的針的端部將會在與針30相對的平面外。

圖4圖示了超聲探頭20相對于針30在腹部區(qū)域12(未示出)內(nèi)的插入的旋轉(zhuǎn)，其中，兩個超聲接收器31都在平面內(nèi)，因此針30在超聲平面21的平面內(nèi)。對于該探頭旋轉(zhuǎn)，針疊加48i是白線，并且活檢軌跡疊加49i是圖示了平面內(nèi)的針30的虛線。

對于圖2-4的示例，針疊加48o和活檢軌跡疊加49o可以被著色為紅色以指示平面外的針30，并且針疊加48i和活檢軌跡疊加49i可以被著色為綠色以指示平面內(nèi)的針30。

返回參考圖1，軌跡預測模塊47將預測數(shù)據(jù)pd提供到超聲引導控制器44的(一個或多個)適當?shù)娘@示模塊以用于在超聲圖像上顯示疊加。另外，預測數(shù)據(jù)pd可以包括每個超聲接收器31距超聲平面的距離和針30相對于超聲平面的角度取向的數(shù)字讀出，以促進機器40的操作者重新定位超聲探頭20和/或重新插入針30。

參考圖1-4，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的描述，本領域普通技術(shù)人員將理解本發(fā)明的介入系統(tǒng)和方法的許多益處，包括但不限于(1)應用于各種超聲引導靶活檢過程(例如，肝活檢、腎活檢等)，特別是其中在過程期間活檢針不清晰可見的過程，以及(2)加強對執(zhí)行靶活檢的醫(yī)生的訓練。

此外，鑒于本文提供的教導，本領域普通技術(shù)人員將會理解，在本公開內(nèi)容/說明書中描述的和/或在圖1-4中描繪的特征、元件、組件等可以以電子組件/電路、硬件、可執(zhí)行軟件和可執(zhí)行固件的各種組合實現(xiàn)，特別是作為本文所描述的控制器的應用模塊，并且提供可以組合在單個元件或多個元件中的功能。例如，可以通過使用專用硬件以及能夠與適當?shù)能浖黄饒?zhí)行軟件的硬件來提供圖1-4所示/圖示/描繪的各種特征、元件、組件等的功能。當由處理器提供時，功能可以由單個專用處理器、單個共享處理器或多個單獨的處理器提供，其中的一些可以被共享和/或復用。此外，術(shù)語“處理器”的明確使用不應被理解為專門是指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以隱含地包括而不限于數(shù)字信號處理器(“dsp”)硬件、存儲器(例如，用于存儲軟件的只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(“ram”)、非易失性存儲器等)和幾乎任何單元和/或機器(包括硬件、軟件、固件、電路、它們的組合等)，其能夠(和/或可配置為)執(zhí)行和/或控制過程。

此外，本文中敘述本發(fā)明的原理、方面和實施例的所有陳述以及其具體示例旨在包含其結(jié)構(gòu)和功能等同物。此外，旨在將這樣的等同物包括當前已知的等同物以及將來開發(fā)的等同物(例如，所開發(fā)的可以執(zhí)行相同或基本相似的功能的任何元件，而不管結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如，鑒于本文提供的教導，本領域普通技術(shù)人員將會理解，本文呈現(xiàn)的任何框圖可以表示體現(xiàn)本發(fā)明的原理的說明性系統(tǒng)組件和/或電路的概念性視圖。類似地，鑒于本文提供的教導，本領域普通技術(shù)人員應當理解，任何流程圖、流程圖示等可以表示可以基本上表示在計算機可讀儲存介質(zhì)中的各種過程，并且由計算機、處理器或具有處理能力的其他設備執(zhí)行，無論這種計算機或處理器是否被明確示出。

此外，本發(fā)明的示例性實施例可以采取可從計算機可用和/或計算機可讀儲存介質(zhì)訪問的計算機程序產(chǎn)品或應用模塊的形式，該計算機程序產(chǎn)品或應用模塊提供例如用于由例如計算機或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)或結(jié)合其使用的程序代碼和/或指令。根據(jù)本公開內(nèi)容，計算機可用或計算機可讀儲存介質(zhì)可以是任何裝置，其可以例如包括、儲存、傳送、傳播或輸送程序以用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備使用或結(jié)合其使用。這種示例性介質(zhì)可以是例如電子的、磁性的、光學的、電磁的、紅外的或半導體的系統(tǒng)(或裝置或設備)或傳播介質(zhì)。計算機可讀介質(zhì)的示例包括例如半導體或固態(tài)存儲器、磁帶、可移除計算機磁盤、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、閃存(驅(qū)動器)、剛性磁盤和光盤。當前的光盤示例包括壓縮盤-只讀存儲器(cd-rom)、壓縮盤-讀/寫(cd-r/w)和dvd。此外，應當理解，可以以后被開發(fā)的任何新的計算機可讀介質(zhì)還應被視為可以根據(jù)本發(fā)明和公開內(nèi)容的示例性實施例使用或參考的計算機可讀介質(zhì)。

已經(jīng)描述了用于預測靶活檢的針軌跡的新穎的且創(chuàng)造的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選和示例性實施例(這些實施例旨在為說明性的而不是限制性的)，應注意，可以由普通技術(shù)人員根據(jù)本文提供的教導(包括圖1-4)進行修改和變型。因此，應當理解，可以在本公開內(nèi)容的優(yōu)選和示例性實施例中或?qū)Ρ竟_內(nèi)容的優(yōu)選和示例性實施例進行改變，這在本文公開的實施例的范圍內(nèi)。

此外，應預見到包含和/或?qū)崿F(xiàn)該設備的或例如可以在根據(jù)本公開內(nèi)容的設備中使用/實現(xiàn)的對應的和/或相關的系統(tǒng)也被預見到并被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，用于制造和/或使用根據(jù)本公開內(nèi)容的設備和/或系統(tǒng)的對應的和/或相關的方法被預見到并被認為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。