超聲導航/組織定征組合制造技術

一種工具導航系統，采用超聲成像器(21)、工具跟蹤器(41)、組織分類器(50)和圖像導航器(60)。在操作中，超聲成像器(21)根據由超聲探頭(20)對解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在所述解剖結構區域內對介入工具(40)進行導航時，所述工具跟蹤器(41)跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置，組織分類器(50)表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織，并且圖像導航器(60)相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導。所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、所述介入工具(40)的位置跟蹤進行圖示，并且還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的組織定征進行圖示。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體而言涉及顯示對解剖結構區域的超聲圖像內的介入工具(例如，針或導管)的跟蹤，以方便介入工具在解剖結構區域內的導航。本專利技術具體而言涉及通過組合全局信息和局部信息來增強工具跟蹤顯示，所述全局信息指示用于解剖結構區域內的介入工具的空間引導的解剖結構區域的超聲圖像內的介入工具的精確定位，所述局部信息指示用于介入工具到解剖結構區域內的目標位置的目標引導的對鄰近介入工具的組織(例如，環繞工具端部的組織)的定征。
技術介紹
組織定征被已知為幫助區分身體(人類或動物)的特定解剖結構區域的結構和/或功能的醫學流程。結構/功能區分可以是正常性與異常性之間的一個，或者可以涉及與諸如腫瘤生長或腫瘤對輻射的響應的過程相關聯的在時間段上的改變。已經針對組織定征提出了很多技術(例如，MR光譜學、光/熒光光譜學、聲學背散射分析、基于聲阻抗和基于電阻抗的組織定征)。例如，材料傳導電流和存儲電能的能力(也被已知為材料的阻抗)在不同的材料之間不同。生物組織也不例外，并且不同的組織具有不同的電阻抗性質。使用組織的阻抗，已經示出腫瘤與其周圍的健康組織不同。更特別地，基于超聲的組織定征是研究很好的問題。然而，由于作為非均勻介質的生物組織與聲波之間的相互作用非常難以建模的事實，因此根據脈沖回波數據的深入到器官中的超聲組織定征是具挑戰性的。具體而言，諸如信號衰減(其是頻率依賴的)和波束衍射(其使空間和譜波束特性為深度依賴的)的因素影響諸如超聲背散射的關鍵參數的估計。這已經意味著基于超聲的組織定征不總是嚴格定量的。而且，多數公知的組織定征技術不適于實時流程(例如，不同類型的活檢或微創外科手術)，這是由
于實時運行的復雜性和高價格(例如，MR光譜學)和/或由于缺少將介入工具導航到解剖結構區域內的目標位置所需的定位信息(例如，光譜學)。
技術實現思路
本專利技術提供了指示用于空間引導的超聲圖像上的介入工具的精確定位(例如，超聲圖像內的介入工具的端部的跟蹤)的全局信息和指示用于目標引導的鄰近介入工具的組織的定征的局部信息(例如，環繞介入工具的端部的組織的識別和/或區分)的組合。這兩個信息源的組合被預期，以增強針將要到達的組織的醫師知識，從而改進手術結果并且減少并發癥。本專利技術的一種形式是一種工具導航系統，其采用超聲探頭(例如，2D超聲探頭)、超聲成像器、介入工具(例如，針或導管)、工具跟蹤器、組織分類器和圖像導航器。在操作中，所述超聲成像器根據由所述超聲探頭對解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在所述解剖結構區域內對所述介入工具進行導航時，所述工具跟蹤器跟蹤所述介入工具相對于所述解剖結構區域的位置(即，所述介入工具的端部相對于所述解剖結構區域的位置和/或取向)，并且所述組織分類器表征鄰近所述介入工具的組織(例如，環繞所述介入工具的端部的組織)。所述圖像導航器相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示上的導航交疊)。所述導航引導同時地圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器對所述介入工具的位置跟蹤和用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的由所述組織分類器對所述解剖結構區域的組織定征。出于工具跟蹤的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)位置傳感器，所述位置傳感器能夠將所述介入工具連接到所述工具跟蹤器，以方便用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器進行的位置跟蹤。所述(一個或多個)位置傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)電磁傳感器、(一個或多個)光學傳感器和/或(一個或多個)光纖。具體而言，所述介入工具的聲學跟蹤利用由所述超聲探頭發射的聲學能量作
為用于跟蹤所述介入工具的基礎。出于組織定征的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)組織傳感器，所述組織傳感器能夠將所述介入工具連接到所述組織分類器，以方便所述組織分類器識別和區分鄰近所述介入工具的組織，以便所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標導航。所述(一個或多個)組織傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)PZT微傳感器和/或(一個或多個)光纖水聽器。具體而言，所述組織的光纖感測利用光譜學技術來識別和區分鄰近所述介入工具的組織。對于所述工具導航系統的各種實施例而言，所述傳感器中的一個或多個能夠用作位置傳感器和/或組織傳感器。此外，對于采用所述(一個或多個)組織傳感器而言備選地或者同時地，所述組織分類器能夠識別和區分所述解剖結構區域的圖像內的組織，從而映射用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的所述解剖結構區域的所述組織定征(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的組織定征圖、所述解剖結構區域的光聲圖像的組織定征圖和/或所述解剖結構區域的配準的術前圖像的組織定征圖)。對于所述導航引導而言，所述工具導航引導能夠采用各種顯示技術中的一個或多個，包括但不限于交疊、并排、顏色編碼、時間序列片和傳送到大監測器。具體而言，所述導航引導能夠是所述介入工具的圖形圖標，其被用于圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤和/或由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征。所述圖像導航器能夠響應于由所述組織分類器對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的一個或多個特征。備選地或者同時地，圖示多個組織類型的組織定征圖能夠被交疊在所述解剖結構區域的超聲圖像上。在備選中，所述圖形圖標能夠僅圖示由所述工具跟蹤器對所述介入工具的所述位置跟蹤并且當所述圖形圖標接近如所述組織定征圖中圖示的所述解剖結構區域內的所述目標位置時能夠被調制。本專利技術的另一形式是一種工具導航系統，其采用超聲成像器、工具跟
蹤器、組織分類器和圖像導航器。在操作中，所述超聲成像器生成根據由超聲探頭對所述解剖結構區域的掃描生成解剖結構區域的超聲圖像。當在解剖結構區域內對所述介入工具進行導航時，所述工具跟蹤器跟蹤所述介入工具相對于所述解剖結構區域的位置(即，所述介入工具的端部相對于所述解剖結構區域的位置和/或取向)，并且所述組織分類器表征鄰近所述介入工具的組織(例如，環繞所述介入工具的端部的組織)。所述圖像導航器相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導(例如，所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示上的導航交疊)。所述導航引導同時地圖示用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器對所述介入工具的位置跟蹤和用于所述介入工具到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的由所述組織分類器對所述解剖結構區域的組織定征。出于工具跟蹤的目的，所述工具導航系統能夠采用(一個或多個)位置傳感器，所述位置傳感器能夠將所述介入工具連接到所述工具跟蹤器，以方便用于所述解剖結構區域內的所述介入工具的空間引導的由所述工具跟蹤器進行的位置跟蹤。所述(一個或多個)位置傳感器的范例包括但不限于(一個或多個)聲學傳感器、(一個或多個)超聲換能器、(一個或多個)電磁傳感器、(一個或多個)光學傳感器和/或(一個或本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種工具導航系統，包括：超聲探頭(20)，其能用于掃描解剖結構區域；超聲成像器(21)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)，以響應于由所述超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描而生成所述解剖結構區域的超聲圖像；介入工具(40)，其能用于在所述解剖結構區域內被導航；工具跟蹤器(41)，其能夠被連接到所述介入工具(40)，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置；組織分類器(50)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)、所述介入工具(40)以及所述工具跟蹤器(41)中的至少一個，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織；以及圖像導航器(60)，其能夠被連接到所述超聲成像器(21)、所述工具跟蹤器(41)以及所述組織分類器(50)，以相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導，其中，所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、由所述工具跟蹤器(41)進行的對所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置跟蹤進行圖示，并且其中，所述導航引導還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的、由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征進行圖示。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.01.02 US 61/922,8831.一種工具導航系統，包括：超聲探頭(20)，其能用于掃描解剖結構區域；超聲成像器(21)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)，以響應于由所述超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描而生成所述解剖結構區域的超聲圖像；介入工具(40)，其能用于在所述解剖結構區域內被導航；工具跟蹤器(41)，其能夠被連接到所述介入工具(40)，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置；組織分類器(50)，其能夠被連接到所述超聲探頭(20)、所述介入工具(40)以及所述工具跟蹤器(41)中的至少一個，以當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，表征鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的組織；以及圖像導航器(60)，其能夠被連接到所述超聲成像器(21)、所述工具跟蹤器(41)以及所述組織分類器(50)，以相對于所述解剖結構區域的所述超聲圖像的顯示來顯示導航引導，其中，所述導航引導對用于所述解剖結構區域內的所述介入工具(40)的空間引導的、由所述工具跟蹤器(41)進行的對所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的位置跟蹤進行圖示，并且其中，所述導航引導還對用于所述介入工具(40)到所述解剖結構區域內的目標位置的目標引導的、由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征進行圖示。2.根據權利要求1所述的工具導航系統，還包括：至少一個位置傳感器，其能夠將所述工具跟蹤器(41)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述工具跟蹤器(41)進行的所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置跟蹤，其中，所述至少一個位置傳感器能用于感測指示所述介入工具
\t(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的聲學能量、電磁能量或光學能量中的至少一個。3.根據權利要求2所述的工具導航系統，其中，每個位置傳感器包括至少一個超聲換能器，所述至少一個超聲換能器能用于生成對由超聲探頭(20)對所述解剖結構區域的掃描的聲學感測進行指示的聲學感測波形；并且其中，所述工具跟蹤器(41)能用于當在所述解剖結構區域內對所述介入工具(40)進行導航時，運行所述至少一個聲學感測波形的概況分析作為用于聲學跟蹤所述介入工具(40)相對于所述解剖結構區域的所述位置的基礎。4.根據權利要求3所述的工具導航系統，其中，所述至少一個位置傳感器包括以下中的至少一種：共聚物超聲換能器、壓電傳感器、電容性微機械超聲換能器或光纖水聽器。5.根據權利要求1所述的工具導航系統，還包括：至少一個組織傳感器，其能夠將所述組織分類器(50)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述組織分類器(50)對鄰近所述介入工具(40)的所述解剖結構區域的所述組織的組織定征。6.根據權利要求5所述的工具導航系統，其中，所述至少一個組織傳感器包括以下中的至少一種：光纖水聽器、壓電傳感器和電容性微機械超聲換能器。7.根據權利要求5所述的工具導航系統，其中，每個組織傳感器能夠將所述工具跟蹤器(41)連接到所述介入工具(40)，以方便由所述工具跟蹤器(41)進行的相對于所述解剖結構區域的所述介入工具(40)的所述位置跟蹤。8.根據權利要求1所述的工具導航系統，其中，所述導航引導包括所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的所述位置跟蹤或由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征中的至少一個；并且其中，所述圖像導航器(60)能用于響應于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變而調制所述圖形圖標的至少一個特征。9.根據權利要求8所述的工具導航系統，其中，所述圖形圖標包括具有至少一個特征的箭頭，所述至少一個特征取決于由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征的組織類型的任何改變。10.根據權利要求9所述的工具導航系統，其中，所述箭頭的桿圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(40)的位置跟蹤，并且其中，所述箭頭的頭部或所述箭頭的所述桿中的至少一個圖示由所述組織分類器(50)對所述解剖結構區域的所述組織定征。11.根據權利要求1所述的工具導航系統，其中，所述導航引導包括圖示所述解剖結構區域的采樣位置的至少一個圖形圖標。12.根據權利要求1所述的工具導航系統，其中，所述組織分類器(50)能夠被連接到所述超聲成像器(21)中的至少一個，以生成包括所述解剖結構區域的多個組織類型的所述解剖結構區域的空間組織定征圖(55)；并且其中，所述導航引導包括：所述空間組織定征圖(55)，以及所述介入工具(40)的圖形圖標，所述圖形圖標圖示由所述工具跟蹤器(41)對所述介入工具(4...

【專利技術屬性】
技術研發人員：A·M·塔赫瑪塞比馬拉古奧施，A·K·賈殷，F·G·G·M·維尼翁，
申請(專利權)人：皇家飛利浦有限公司，
類型：發明
國別省市：荷蘭;NL