基于实时容积超声波的自动血管介入装置、系统、及方法制造方法及图纸

本发明专利技术基于实时容积超声波的自动血管介入装置、系统、及方法，公开了一种基于实时容积超声波的自动血管介入装置(700)，其由探测器、耦合到探测器的控制装置、及耦合到控制装置的至少一个电机组成，其中控制装置基于实时容积超声波扫描的VOI图像确定至少一个控制参数，并基于上述参数来驱动电机的操作。另外，本发明专利技术还公开了相应的基于实时容积超声波的自动血管介入系统及方法。通过本发明专利技术公开的装置、系统、及方法，可使得针状物插入的路径更加准确和稳定，从而提高血管介入过程的成功率，并显著减少操作者的负担。

【技术实现步骤摘要】
基于实时容积超声波的自动血管介入装置、系统、及方法
本专利技术一般涉及自动血管介入装置、系统、和方法，更具体地，涉及利用实时容积超声波实现的自动血管介入装置、系统、和方法。
技术介绍
当前，新生儿学中的血管介入技术(例如，PIV、PAC、PICC等)一般通过手工操作的方式来完成。然而，这种基于手工操作的新生儿血管介入技术对于血管介入操作者而言是困难的，这是因为婴儿很小也很虚弱，因此观察到他们的血管并进行手工血管介入通常需要操作者具有足够的临床经验。另外，值得注意的是，这种困难对血管不很明显的一些成年人同样存在。在1992年12月31日申请、1995年5月16日授权公告的美国专利第5,415,177号中，公开了一种引导线(guidewire)放置装置，该装置包括一自推动装置，该装置在操作者手动地将中空针头扎入血管后，可使处于针头空腔内的引导线自动进入到期望的血管内腔中。在2004年12月10日申请、2005年8月18日公布的美国专利申请第11/009,699号(公开号US2005/0182295A1)中，公开了在支气管镜检查过程中引导内诊镜到达肺内预定感兴趣区的视觉辅助引导装置，其中利用了诸如HRCT等的非侵入式成像技术。在2008年5月7日申请、2010年8月19日公布的美国专利申请第12/598,053号(公开号US2010/0210934A1)中，公开了使用引导线辅助放置静脉导管的方法和装置，其用于导管插入及血液收集领域中。尽管上述专利或专利申请的教导为血管介入操作提供了一定的辅助特征和启示，但它们必须实际看到血管，并在自动推进引导线之前确保手动地将针头插入血管壁。这对于新生儿的血管介入仍是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目标在于无需看到血管但准确地插入针状物，即，自动地(例如，全自动地或者半自动地)完成诸如PIV、PAC、及PICC的不同类型的血管介入过程为了解决上述及其它问题，在通过任何公知的或新的血管选择方法确定合适的候选血管之后，本专利技术提供了基于实时容积超声波的自动血管介入装置、系统、及方法，以自动控制针状物插入候选血管，从而完成血管介入操作。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于实时容积超声波的自动血管介入装置，其包括：配置成以实时容积超声波扫描模式生成候选血管的VOI图像的探测器；耦合到探测器的控制装置，其包括至少一个处理模块，用于基于所述VOI图像确定至少一个控制参数；以及耦合到控制装置并用于实现自动血管介入的至少一个电机，其中，控制装置进一步包括与至少一个处理模块耦合的驱动模块，其配置成基于至少一个控制参数驱动至少一个电机的操作。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于实时容积超声波的自动血管介入系统，包括：超声波扫描模块，其配置成利用与其耦合的探测器以实时容积超声波扫描模式生成候选血管的VOI图像；耦合到超声波扫描模块的控制模块，其包括至少一个处理模块，用于基于VOI图像来确定至少一个控制参数；以及，耦合到控制模块的电机驱动模块，其配置成基于至少一个控制参数驱动用于实现自动血管介入的至少一个电机的操作。根据本专利技术的又一个方面，还提供了一种基于实时容积超声波的自动血管介入方法，包括：a)将探测器设置为实时容积超声波扫描模式；b)通过探测器生成候选血管的VOI图像；c)基于VOI图像确定至少一个控制参数；以及d)使用至少一个控制参数自动地控制所述血管介入。由于上述技术方案以自动方式替代手工操作，因此血管介入过程可通过根据本专利技术的装置、系统、及方法在具有或甚至没有人工监测的情况下来完成。使用本专利技术的血管介入装置、系统、和方法可以使得针状物插入的路径更加准确和稳定，从而提高血管介入过程的成功率。换句话说，本专利技术的技术方案至少可能达到以下的技术效果：缩短血管介入的时间、降低被执行血管介入者可能经受的痛苦、以及减轻血管介入操作者的负担。另外，由于根据本专利技术优选实施例的基于实时容积超声波的自动血管介入装置、系统、及方法支持以全自动方式实现血管介入，因此在医护人员紧缺的情况下特别有用，例如在出现灾害的情况下。此外，根据本专利技术实施例的自动血管介入装置采用可买到的普通电机来实现，成本也较低。附图说明本专利技术的这些和其他特征、方面和优势在参照附图阅读下面详细描述时将被更好地理解。在附图中：图1是设置实时体积扫描模式的示意图；图2A示出了生成血管图像侧视图的示范过程；图2B示出了生成血管图像俯视图的示范过程；图3示出了根据本专利技术实施例的、通过血管位置计算用于血管介入的装置控制参数的示意图；图4示出根据本专利技术实施例的、插入针状物后的血管图像示意图，其中血管介入过程已至少部分地基于图3中计算的参数进行了调整；图5是根据本专利技术实施例的、通过实时血管介入图像实现半自动血管介入的半自动血管介入装置的示意图；图6是根据本专利技术实施例的、通过实时血管介入图像实现全自动血管介入的全自动血管介入系统的功能框图；以及图7是根据本专利技术实施例的、全自动血管介入装置的示意图。具体实施方式本文中提到的术语“血管介入”包括但不限于静脉注射、动脉注射、以及将物质或装置放置到血管内的任何过程。另外，本文中提到的术语“自动”包括“全自动”(即，几乎不存在人工干预)和“半自动”(即，存在一定的人工干预)。即，在本文中单独使用“自动”表示在血管介入过程中可能存在一定程度人工操作，也可能不存在人工操作。此外，本文中提到的“针状物”包括但不限于用于注射用针头、带有导管等装置的中空针管、以及用于实现血管接入的任何可穿透人体组织的任何合适物体。首先参见图1，其中描述了如何进行实时体积扫描。在图1的右侧示出了示意性探测器10和使用探测器10以超声波扫描中的CF(彩色血流)模式和B模式进行实时体积扫描的示意性结果。具体来说，在每一个选定时刻都通过探测器10以B模式或CF模式对目标(例如，婴儿手臂中的血管13)进行实时体积扫描，其中探测器10的扫描方向优选地与血管13的长轴方向基本平行。在一个优选实施例中，在探测器10的扫描范围中间的绝大多数部分中以B模式执行扫描，其结果是一组灰度图像，用于显示血管和/或针状物(将在下文中更详细地描述)的图像；除此以外，仅在探测器10的最大扫描角度附近以CF模式(CFM)执行扫描，所得的彩色图像可用来显示血管中血流的信息(例如，蓝色意味着远离探测器流动，红色则意味着朝向探测器流动)，进而可确定血管的种类(例如，动脉、静脉等)。在图1的左侧，示出了根据本专利技术一个优选实施例的2维(2D)CFM平面图像11，该平面图像通过将使用图1中的探头10在平面14的位置截取CF模式下实时体积扫描的图像而形成，这将在下文结合图2A-图2B进行更详细地说明。由于在投影11的中间显示的血管13是有颜色的(例如，红色或蓝色)，因此，可基于此颜色来辨别血管的类型。通过平面投影11分析计算确定了血管13的位置和厚度，就可以定义感兴趣区(VOI)。只有在VOI之内的扫描数据才是有意义的。优选地，只对VOI之内的数据进行存储和显示。接下来，结合图2A-图2B，简要说明如何将包含血管图像的VOI投影成为2D平面投影。在图2A中，示出了从确定VOI向左侧投影形成血管侧视图的过程，其中使用了侧方向的最小强度投影；在图2B中，示出了从确定VOI自上向下投影形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于实时容积超声波的自动血管介入装置(700)，包括：探测器(703)，其配置成以实时容积超声波扫描模式生成候选血管的VOI图像；耦合到所述探测器(703)的控制装置，其包括至少一个处理模块，所述至少一个处理模块基于所述VOI图像来确定至少一个控制参数；以及耦合到所述控制装置并用于实现自动血管介入的至少一个电机(701、702、706、708)，其中，所述控制装置进一步包括与所述至少一个处理模块耦合的驱动模块，其配置成基于所述至少一个控制参数驱动所述至少一个电机(701、702、706、708)的操作。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时容积超声波的自动血管介入装置(700)，包括：探测器(703)，其配置成以实时容积超声波扫描模式生成候选血管的VOI图像；耦合到所述探测器(703)的控制装置，其包括至少一个处理模块，所述至少一个处理模块基于所述VOI图像来确定至少一个控制参数，所述至少一个控制参数包括：与探测器相关联的参数和与针状物相关联的参数，所述与探测器相关联的参数包括探测器旋转角和探测器平移偏移，所述与针状物相关联的参数包括针状物插入角度和针状物插入距离；以及耦合到所述控制装置并用于实现自动血管介入的至少一个电机(701、702、706、708)，其中，所述控制装置进一步包括与所述至少一个处理模块耦合的驱动模块，其配置成基于所述至少一个控制参数驱动所述至少一个电机(701、702、706、708)的操作；所述VOI图像包括所述候选血管的感兴趣区的侧视图和俯视图，并且所述侧视图和俯视图通过最小强度投影方式获得；所述处理模块用于根据所述候选血管的感兴趣区的侧视图确定所述与针状物相关联的参数，并根据所述候选血管的感兴趣区的俯视图确定所述与探测器相关联的参数。2.如权利要求1所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述至少一个电机(701、702、706、708)用于完成以下动作的至少之一：控制所述探测器的平移、控制所述探测器的旋转、控制针状物的旋转、以及控制所述针状物的插入。3.如权利要求1或2所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述实时容积超声波扫描模式包括B模式和CF模式中的至少一个，以及，所述控制装置进一步包括选择模块，其根据用户需求来将所述探测器(703)配置到相应的实时容积超声波扫描模式。4.如权利要求3所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述控制装置进一步包括判断模块，其基于血液流动方向来确定所述候选血管。5.如权利要求4所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述候选血管是动脉或静脉之一。6.如权利要求1所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述至少一个电机包括：用于控制所述探测器的平移的探测器平移电机(701)和用于控制所述探测器的旋转的探测器旋转电机(702)，其中，在使用所述探测器平移电机(701)和所述探测器旋转电机(702)使所述探测器平移和旋转到位后，通过平移和旋转到位的所述探测器计算所述与针状物相关联的参数。7.如权利要求6所述的自动血管介入装置(700)，其特征在于，所述至少一个电机进一步包括：用于控制所述针状物的旋转的针状物旋转电机(706)和用于控制所述针状物的插入的针状物插入电机(708)，在使用所述探测器平移电机(701)和所述探测器旋转电机(702)使所述探测器平移和旋转到位后，基于所述与针状物相关联的参数来控制所述针状物旋转电机(706)和所述针状物插入电机(708)的操作。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，陈优，陈莉平，王树秀，
申请(专利权)人：GE医疗系统环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：