用于引导超声探头的系统和方法技术方案

一种超声设备(10)包括探头(12)，所述探头(12)包括尺寸适合于体内插入患者内的管子(14)和被设置在所述管子的远端端部(16)处的超声换能器(18)。相机(20)以与所述超声换能器的空间关系被安装在所述管子的所述远端端部。至少一个电子处理器(28)被编程为：当所述超声换能器被设置在体内时，控制所述超声换能器和所述相机分别采集超声图像(19)和相机图像(21)；在超声换能器的体内移动期间构造关键帧(36)，每个关键帧表示所述超声换能器的体内位置，并且至少包括从在所述超声换能器的体内位置处采集的至少一个超声图像中提取的超声图像特征(38)和从在所述超声换能器的体内位置处采集的至少一个相机图像中提取的相机图像特征(40)；生成包括所述关键帧的超声换能器的体内移动的导航图(45)；并且，基于由所述超声换能器和所述相机采集的当前超声和相机图像与所述导航图的比较来输出导航引导(49)。与所述导航图的比较来输出导航引导(49)。与所述导航图的比较来输出导航引导(49)。

System and method for guiding ultrasonic probe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于引导超声探头的系统和方法


[0001]下文总体上涉及超声技术、超声成像技术、超声探头技术、超声探头引导技术、超声导管技术、经食道超声造影(TEE)技术和相关技术。

技术介绍

[0002]采用被安装在导管末端的超声换能器阵列的超声成像，并且具体的经食道超声心动图(TEE)是一种具有多种用途的现有成像方法，最常用于对心脏病患者的诊断目的和在基于导管的心脏介入手术期间提供图像引导。TEE涉及一种用于心脏超声成像的方法，其中，超声探头包括超声换能器位于其尖端的电缆或管子。TEE探头插入食道，以将超声换能器放置在其靠近心脏的远端尖端。
[0003]TEE的另一种用途是用于基于导管的结构性心脏介入，其中，TEE已经作为一种可靠的方法被广泛采用，以对在处置结构性心脏病中使用的介入导管器械进行成像。三维(3D)经食管超声(US)用于导管
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实验室程序中的介入引导，因为它与使用B
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模式超声的二维(2D)切片可视化相比，提供增强心脏解剖结构可视化的实时体积成像，并提供在X射线中缺失的特殊的软组织可视化。对于许多结构性心脏病(SHD)介入(例如，二尖瓣置换术)，TEE通常用于提供可视化。
[0004]通常，TEE探头由受过训练的超声医师(或心脏病专家)插入食道中，并手动调整到多个标准查看位置，使心脏的具体解剖结构和透视在US设备的视场内。不同的测量或检查可能需要相同解剖结构的不同视场/透视，在这种情况下，需要重新定位探头。在手术中，探头经常在视图位置之间移动，以适应X射线成像。r/>[0005]TEE探头通常包括机械关节，所述机械关节能够通过TEE探头的手柄上的旋钮操作。关节，以及TEE探头的受控插入距离和超声成像平面的电子束转向，为定位超声换能器和成像平面提供了很大的灵活性，从而采集所需的心脏视图。然而，使人担忧的事包括食道穿孔的风险、以及操纵多个程度的控制以实现所需临床视图的困难。
[0006]除了TEE之外，采用具有超声换能器被设置在管子的远端端部的尺寸适合插入患者的管子(即，导管)的探头的其他类型的超声成像包括：心内回声(ICE)探头，其通常比TEE探头更薄并且插入血管以在心脏内移动超声换能器阵列；以及血管内超声(IVUS)探头，其也很薄并且插入血管中从内部有利位置对各种解剖结构进行成像。
[0007]在心脏上执行的许多介入手术，包括主动脉瓣修复、二尖瓣修复或置换、卵圆孔未闭闭合和房间隔缺损闭合，已经从外科手术转移到经导管方法。在经导管介入中，临床医生通过脉管系统将长的柔性工具引入心脏。经股动脉通路是一种常见的技术，其中，在患者腹股沟附近做一个小切口，作为在通往心脏的途中进入股静脉的器械入口。
[0008]经导管方法越来越受欢迎，因为与外科手术相比，它们对患者造成的创伤更少并且需要更少的术后恢复时间。同时，由于缺乏灵活性、可视化和触觉反馈，它们是在技术上具有挑战性的程序。其中一些基本功能通过诸如TEE的技术修复，其通过最小访问方法修复视觉损失，并在较小程度上用工具与组织交互的视觉反馈代替触觉反馈。
[0009]下文公开了一些改进以克服这些问题和其他问题。

技术实现思路

[0010]在一个方面，一种超声设备包括探头，所述探头包括尺寸适合于体内插入患者内的管子和设置在管子远端端部的超声换能器。相机以与超声换能器的空间关系被安装在管子的远端端部。至少一个电子处理器编程为：当超声换能器被设置在体内时，控制超声换能器和相机分别采集超声图像和相机图像；在超声换能器的体内移动期间构造关键帧，每个关键帧表示超声换能器的体内位置，并且至少包括从在超声换能器的体内位置处采集的超声图像中的至少一幅提取的超声图像特征，以及从在超声换能器的体内位置处采集的相机图像中的至少一个提取的相机图像特征；生成包括关键帧的超声换能器的体内移动的导航图；并且，基于由超声换能器和相机采集的当前超声和相机图像与导航图的比较来输出导航引导。
[0011]在另一方面，公开了一种用于导航探头的导航设备，所述探头包括尺寸适合于插入患者体内的管子和被设置在管子的远端端部的超声换能器。导航设备包括至少一个电子处理器，其被编程为：在超声换能器被设置在患者体内时，控制探头的超声换能器采集超声图像；在超声换能器在患者体内进行体内移动期间构造关键帧，每个关键帧表示超声换能器的体内位置，并且包括(i)从在超声换能器的体内位置处采集的超声图像中提取的至少超声图像特征，以及(ii)探头在超声换能器的体内位置处的配置；生成包括关键帧的超声换能器的体内移动的导航图；并且，基于由超声换能器采集的当前超声图像与导航图的比较来输出导航引导。
[0012]在另一方面，一种控制包括探头的超声设备的方法，所述探头包括尺寸适合插入患者体内的管子和被设置在管子的远端端部的超声换能器，以及以与超声换能器的固定空间关系被安装在管子的远端端部的相机。所述方法包括：当超声换能器被设置在患者体内时，控制超声换能器和相机分别采集超声图像和相机图像；在超声换能器的体内移动期间构造关键帧，每个关键帧表示超声换能器的体内位置，并且至少包括从在超声换能器的体内位置处采集的超声图像中的至少一幅提取的超声图像特征，从在超声换能器的体内位置处采集的相机图像中的至少一个提取的相机图像特征，以及在超声换能器的体内位置处的探头的配置，其中，超声换能器的体内移动包括，从包括超声换能器的第一体内位置的第一视图到包括超声换能器的第二体内位置的第二视图的移动；生成包括关键帧的超声换能器的体内移动的导航图，所述导航图包括表示第一视图的第一视图关键帧、表示第二视图的第二视图关键帧和表示在从第一视图移动到第二视图的移动期间超声换能器的中间位置的中间关键帧；并且，基于由超声换能器和相机采集的当前超声和相机图像与导航图的比较来输出导航引导。
[0013]一个优点在于提供超声探头的正确定位以在特定视图处采集心脏图像。
[0014]另一个优点在于提供一种基于导管的超声探头，其具有改进的对超声探头的自动控制，或者在超声探头的手动操作的情况下改进的导航引导。
[0015]另一个优点在于提供具有空间布置的多个图像设备(例如，超声探头和辅助相机)的超声探头，以提供用于将探头导航到不同横截面视图的更多信息。
[0016]另一个优点在于为超声探头提供改进的导航，以提供对特定视图的更快靶向。
[0017]另一个优点在于提供一种超声探头，所述超声探头向用户提供导航图和引导，以操纵超声探头穿过患者。
[0018]另一个优点在于提供操作复杂性更低、减少错误和成本的超声探头。
[0019]另一个优点在于提供具有伺服马达和电子控制器的超声探头，所述电子控制器自动操纵超声探头通过食道、血管或具有可横穿内腔的其他解剖结构。
[0020]给定实施例可以不提供或者提供一个、两个、多个或所有上述优点，和/或可以提供其他优点，对于本领域普通技术人员在阅读和理解本公开后将变得显而易见。
附图说明
[0021]本公开可以采取各种组件和组件布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超声设备(10)，包括：探头(12)，其包括尺寸适合于插入患者体内的管子(14)和被设置在所述管子的远端端部(16)的超声换能器(18)；相机(20)，其以与所述超声换能器的空间关系被安装在所述管子的所述远端端部；以及至少一个电子处理器(28)，其被编程为：当所述超声换能器被设置在体内时，控制所述超声换能器和所述相机分别采集超声图像(19)和相机图像(21)；在所述超声换能器的体内移动期间构造关键帧(36)，每个关键帧表示所述超声换能器的体内位置，并且至少包括从在所述超声换能器的所述体内位置处采集的所述超声图像中的至少一幅提取的超声图像特征(38)以及从在所述超声换能器的所述体内位置处采集的所述相机图像中的至少一幅提取的相机图像特征(40)；生成包括所述关键帧的所述超声换能器的所述体内移动的导航图(45)；并且基于由所述超声换能器和所述相机采集的当前超声图像和相机图像与所述导航图的比较来输出导航引导(49)。2.根据权利要求1所述的超声设备(10)，其中，所述至少一个电子处理器(28)被编程为，通过包括以下的操作来生成所述导航图(45)：在所述超声换能器的所述体内移动期间，基于表示所述超声换能器(18)的所述体内位置的所述关键帧的所述构造的时间序列来识别所述关键帧(36)之间的链接(47)。3.根据权利要求1和2中的任一项所述的超声设备(10)，其中，每个关键帧(36)还包括配置(37)，所述配置(37)包括在所述超声换能器(18)的所述体内位置处采集的所述超声图像(19)的采集时间处的所述探头(12)的一个或多个设置。4.根据权利要求3所述的超声设备(10)，其中，所述探头(12)的所述配置(37)包括在所述超声换能器(18)的所述体内位置处采集的所述超声图像(19)的采集时间处的所述探头的管子延伸、管子旋转和关节位置设置。5.根据权利要求1
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4中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述超声换能器(18)和所述相机(20)被附接至彼此，或者被容纳在被设置在所述管子(14)的所述远端端部(16)处的公用刚性外壳(22)中或被固定到被设置在所述管子(14)的所述远端端部(16)处的公用刚性外壳(22)，所述超声换能器(18)在所述管子上被布置为侧向发射的，并且，所述相机(20)在所述管子上被布置为面向前方的。6.根据权利要求1
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5中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述至少一个电子处理器(28)被编程为，响应于对关键帧采集标准(42)的满足，在所述超声换能器(18)的所述体内移动期间构造每个关键帧(36)。7.根据权利要求6所述的超声设备(10)，其中，所述关键帧采集标准包括上一个关键帧(36)与当前采集的超声图像(19)和相机图像(21)之间的比较。8.根据权利要求6所述的超声设备(10)，还包括至少一个用户输入设备(30)；并且其中，所述至少一个电子处理器(28)被编程为：在经由所述至少一个用户输入设备接收到用户输入的情况下，对表示所述超声换能器(18)的所述体内位置的所述关键帧(36)进行标记。
9.根据权利要求1
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8中的任一项所述的超声设备(10)，其中，所述超声换能器(18)的所述体内移动包括从由所述超声换能器的第一体内位置组成的第一视图到由所述超声换能器的第二体内位置组成的第二视图的移动，并且所述导航图(45)包括：表示所述第一视图的第一视图关键帧(36)；表示所述第二视图的第二视图关键帧(36”')；以及表示在从所述第一视图到所述第二视图的所述移动期间所述超声换能器的中间位置的中间关键帧(36”)。10.根据权利要求9所述的超声设备(10)，其中，所述导航引导(49)的所述输出包括：在所述超声换能器(18)从所述第二视图返回到所述第一视图的回溯移动期间，基于在回溯移动期间采集的超声图像(19)和相机图像(21)与表示所述中间位置的所述关键帧(36)和表示所述第一视图的所述关键帧的比较，为所述探头(12)的手动控制提供人类可感知的引导(46)。11.根据权利要求10所述的超声设备(10)，其中，所述人类可感知的引导(46)包括命令，所述命令包括以下中的一项或多项：推进所述超声设备的引导、缩回所述超声设备的引导、以及调整所述探头(12)的关节的引导。12.根据权利要求9所述的超声设备(10)，其中，所述探头(12)还包括伺服电机(26)，并且所述至少一个电子处理器(28)还被编程为：控制所述探头(12)的所述伺服电机(26)执行所述超声换能器(18)的所述体内移动；其中，所述导航引导(49)的所述输出包括控制所述探头的所述伺服电机基于在回溯行进期间采集的超声图像(19)和相机图像(21)与表示所述中间位置的所述关键帧(36)和表示所述第一视图的所述关键帧的比较来执行所述超声换能器从所述第二视图返回到所述第一视图的回溯移动。13.根据权利要求1
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12中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：