超聲成像探針的制作方法

文檔序號：11140233閱讀：471來源：國知局

下文主要涉及超聲波并且更具體地涉及超聲探針并被結合應用于超聲成像的具體應用進行描述。

背景技術：

超聲成像系統(tǒng)包括具有換能器陣列的超聲探針和控制臺。該超聲探針容納換能器陣列，并且該控制臺包括顯示監(jiān)視器和用戶界面。該換能器陣列將超聲信號傳輸到視野中并接收響應于與其中的結構交互的信號所產生的回波。對這些回波進行處理，從而產生掃描結構的圖像，這些圖像可通過該顯示監(jiān)視器在視覺上呈現出來。一種示例性的超聲探針是腹腔鏡超聲探針。一種腹腔鏡超聲探針已被用于例如結合活組織檢查、射頻(RF)切除等將針引導到對象或受治療者的體腔內的關注結構，。

一種方法包括使用被卷繞在超聲探針的周圍并被鄰近于該換能器陣列支承的針。該換能器陣列及由此該針被通過超聲圖像或其它圖像引導到所關注的結構。在另一方法中，針被首先附接到位于體腔外的換能器陣列。隨后，該針的另一端被通過套管針進給到該體腔中。鑷子被通過另一套管針插入到該體腔中并且被用于在該體腔中夾持該針并將它通過該套管針拔起。同時，該超聲探針被通過第一套管針進給到該體腔中。該換能器陣列及由此該針可隨后被引導到該結構。

在于1996年4月19日提交的名稱為“用于將針引導件插入到患者體內以移除組織樣本的方法和設備(Method and an apparatus for the insertion of a needle guide into a patient in order to remover tissue samples)”的US6,086,169中描述了上述兩種方法的示例，該專利文獻被通過參引全部結合到本文中。不幸的是，上述方法使用可能是(例如，相對于免費的手針而言)昂貴的并且是難以使用的長柔性針。此外，第二種方法需要預測在哪里將針插入穿過該體腔壁以到達所關注的結構，這可能需要高技巧度，并可能導致一種用于將針引導到所關注的結構的不太理想的位置。

技術實現要素：

本申請的多個方面解決了上述問題和其它問題。

在一方面，一種超聲探針包括探針頭。該探針頭包括具有換能表面的換能器陣列、器械引導部和光源。

在另一方面，一種方法包括從設置在超聲成像探針的換能器陣列上且與該換能器陣列相鄰的光源沿與該換能器陣列的換能表面相反的方向在受治療者或對象的體腔的內側壁處發(fā)出光束。

在另一方面，一種腹腔鏡超聲成像探針包括軸、本體、聯接該探針頭的鉸接構件及被聯接到細長軸的手柄。該鉸接探針頭包括產生橫穿該換能器陣列的圖像平面的超聲信號的換能器陣列、器械引導部及被設置成沿與該圖像平面相反的方向發(fā)光的光源。

一旦閱讀和理解所附說明書，所屬領域技術人員將認識到本申請的其它方面。

附圖說明

本申請被作為示例而非限制在附圖中示出，在附圖中，相似的附圖標記表示相似的元件，并且附圖中：

圖1示意性地示出了一種具有光源和器械引導部的示例性探針；

圖2示出了該探針的頭部的示例性的上/下運動；

圖3示出了該探針的頭部的示例性的左/右運動；

圖4示意性地示出了該探針的頭部的側視圖；

圖5示意性地示出了該探針的頭部的俯視圖；

圖6示意性地示出了該探針的頭部的仰視圖；

圖7示意性地示出了光源和器械引導部的一種變型；

圖8示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖9示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖10示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖11示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖12示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖13示意性地示出了光源和器械引導部的另一變型；

圖14示意性地示出了器械引導部的一種變型；

圖15示意性地示出了器械引導部的另一變型；

圖16示意性地示出了器械引導部的另一變型；

圖17示出了操作中的探針；以及

圖18示出了一種示例方法。

具體實施方式

圖1示意性地示出了成像系統(tǒng)102，例如超聲成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)102包括超聲探針104和控制臺106。超聲探針104和控制臺106通過通信信道108電氣通信，該通信信道可以是無線或硬線(例如，機電連接器、電纜等)通信通道。

超聲探針104包括手柄110和具有長軸線114的細長軸112。該細長軸112包括沿長軸線114對齊的本體116和頭部118。本體116包括第一端120和相對的第二端122。該本體的第一端120被固定到手柄110。鉸接構件124將該本體的第二端122和頭部118聯接。鉸接構件124在至少四個方向上鉸接。在一種變型中，省略掉了該鉸接構件124并且該超聲探針104為剛性探針或非鉸接探針。

手柄110包括電子器件126、第一致動器128和第二致動器130。電子器件126提供電力和/或數據通道。第一致動器128致動該鉸接構件124以控制該頭部118的上/下運動。第二致動器130致動該鉸接構件124以控制頭部118的左/右運動。圖2和圖3分別示出了致動器128和130的示例驅動以及頭部118的相應的上/下和左/右運動。

具有鉸接頭的換能器探針的示例是換能器數據類型8666，其是丹麥Herlev公司的BK-Medical ApS公司的產品，該公司是美國馬薩諸塞州Analogic公司的附屬公司。用于鉸接換能器探針的鉸接頭的示例方法已在專利申請PCT/IB2011/001622和PCT/IB2013/000043中予以描述，這些專利申請被通過參引全部結合到本文中。

頭部118包括第一端部區(qū)域132和相對的第二端部區(qū)域134。換能器陣列136設置在第二端部區(qū)域134中。換能器陣列136包括傳感器元件的一維(1D)或二維(2D)陣列。合適的陣列包括線性的、彎曲的(例如，凸形的)、相位的等等。換能器陣列136可以是全填充的或備用的。換能器陣列136包括換能表面137。超聲窗口138被鄰近于換能器陣列136的換能側設置。

光源140和器械引導部142被設置在第一端部區(qū)域132中。如下文中更為詳細描述的那樣，光源140關于器械引導部142布置，以便當處于體腔內時照亮體腔的內側壁上的區(qū)域，該區(qū)域與橫穿該器械引導部142的槽孔的路徑對齊。因此，例如由腹腔鏡攝像機引導的臨床醫(yī)生可標識出位于體腔的外側壁上的器械插入點。例如，臨床醫(yī)生可在該體腔的外側上按壓(press around)，直到該體腔的內側壁上的凹陷與所照明的區(qū)域對準為止。這使臨床醫(yī)生確保了該插入點將使徒手(free hand)器械能夠到達該器械引導部142，例如，在超聲圖像引導下，用于將器械引導到該體腔內的所關注的結構。

探針104可以被用于腹腔鏡超聲應用、內窺鏡超聲應用和/或其它超聲應用，并可被用于協(xié)助人員實施例如介入手術(例如肝臟、膽囊、腫瘤活組織檢查等)，引導人員實施例如活組織檢查、射頻切除、化學注射等。如所示，探針104被與控制臺106一起采用。在其它實施例中，探針104可被經由電纜或無線通信而與其它控制臺和/或裝置一起采用。

控制臺106包括發(fā)射電路144和接收電路146。發(fā)射電路144控制換能器陣列136的各個元件的致動的定相和/或時間，其允許導引和/或聚焦所發(fā)射的波束。接收電路146接收表示由換能器陣列136接收到的回波的信號，并且可以對接收到的回波進行波束成形(例如，延遲和求和)。

控制臺106還包括對接收到的回波進行處理的回波處理器148。這種處理可包括對回波進行波束成形(例如，延遲和求和)。例如，利用B模式，回波處理器148可沿掃描平面的聚焦的掃描線產生一系列聚焦的相干回波樣本。其它處理可減少散斑，改進鏡面反射器輪廓和/或包括有限脈沖響應(FIR)濾除、無限脈沖響應(IIR)濾除等。

控制臺106還包括掃描轉換器150，該掃描轉換器例如通過將數據轉換至該顯示器的坐標系統(tǒng)(使用模擬和/或數字掃描轉換技術)對數據幀進行掃描轉換以產生用于顯示的數據。這可包括基于該顯示來改變信號的豎向和/或水平掃描頻率?？刂婆_106還包括在視覺上呈現掃描轉換數據的顯示器152。

控制臺106還包括具有一個或多個輸入裝置(例如，按鈕、旋鈕、觸摸屏等)和/或一個或多個輸出裝置(例如，顯示監(jiān)視器、音頻播放器等)的用戶界面(UI)154，該用戶界面154使得能夠與該系統(tǒng)102進行交互?？刂婆_106還包括控制器156，該控制器控制發(fā)射電路144、接收電路146、回波處理器148、掃描轉換器150、顯示器152或用戶界面154中的至少一個。

控制臺106的至少一個部件可被通過被編碼或嵌入在計算機可讀存儲介質(其不包括瞬態(tài)介質)上的計算機可讀指令加以實施，該計算機可讀存儲介質包括物理存儲器和/或其它非瞬態(tài)介質，當由計算機處理器予以執(zhí)行時，該計算機可讀存儲介質致使處理器實施功能?？蛇x擇地，指令中的至少一個由信號、載波或其它瞬態(tài)介質加以承載。

圖4、圖5和圖6示出了光源140和器械引導部142的非限制性示例。圖4示出了側視圖，圖5示出了看到頂部500中的俯視圖，并且圖6示出了從底部600看到的仰視圖。

器械引導部142包括無材料區(qū)域或槽孔402。槽孔402被構造成用以允許器械穿過器械引導部142。例如，在該器械是針的情況下，槽孔402可具有允許下列針穿過的直徑，該針具有處于從14G到20G的(或其它超程范圍或不重疊的范圍)范圍中的規(guī)格。為此，該直徑可以約為最大針規(guī)(對于14G為1.600mm)加裕度(例如，0.050mm或更高)。

槽孔402是(相對于軸112的長軸線)成角度的并且在從換能器陣列136朝向鉸接區(qū)域124的方向中延伸。這使得該器械的從手柄100的側部推進的一部分進入槽孔402，在那里橫穿過，并進入該換能器陣列136的視野404。作為示例，圖4示出了一種延伸穿過槽孔402進入到視野404中的假想路徑406。所示槽孔402的角度并不是限制性的。

與槽孔402類似的光源140是相對于軸112的長軸線成角度的。在所示實施例中，光源140和槽孔402中的每一個相對于軸112的長軸線的角度是相同的。光源140也是沿長軸線相對于槽孔402偏移的。因此，從該處發(fā)出的光在從換能器陣列136沿著該鉸接區(qū)域124的方向中橫穿與路徑406平行的路徑410。

窗口412提供了用以光源140離開軸112的路徑。窗口412可包括透鏡、棱鏡、濾波器和/或其它光學元件。利用上述構造，從光源140發(fā)出的光的中心位置將照亮位于該體腔的內側壁上的與該體腔壁中的器械的插入點偏移的區(qū)域。如本文中所討論的那樣，這允許臨床醫(yī)生從該體腔的內側定位用于器械的插入點。

光源140可包括一個或多個發(fā)光元件，例如激光、發(fā)光二極管(LED)、光纖等中的一個或多個。光源14發(fā)出(例如，在入射表面上)產生光斑的光束，該光斑具有處于一(1)毫米到五十(50)毫米的范圍中的直徑。例如，在一種情況下，光源140發(fā)出下列光束，該光束產生直徑處于兩(2)毫米到四(4)毫米的范圍中的光斑。

用于光源140的電力可來自被定位在軸112、手柄110中和/或關于超聲探針104的其它位置中的(可充電的或一次性的)內部電池、電容器等，和/或來自外部電源，例如，來自控制臺106和/或其它裝置。圖4示出了一種示例，其中，將電力通過內部電氣路徑414供給到光源140。

隨后描述變型。

圖7示出了一種變型，其中，光源140和器械引導部142處于不同的角度處。在該實施例的情況下，從光源140發(fā)出的光的中心位置將照亮位于體腔的內側壁上的更為接近該插入點的區(qū)域，并且在某些情況下，根據與光源140和器械引導部142相距的距離，該中心位置可與該插入點對齊。

圖8示出了一種變型，其中，光源140和器械引導部142沿長軸線114相對于換能器陣列136的位置被顛倒，并且光源140位于換能器陣列136側上并且該器械引導部142位于鉸接構件124側上。在圖4-6中，光源140位于鉸接構件124側上并且器械引導部142位于換能器陣列136側上。

圖9示出了一種變型，其中，光源140在長軸線114的方向中發(fā)出光線，并且元件702將該光線沿光管704反射出窗口706。元件702可包括鏡面和/或反射表面和/或涂層。圖10示出了一種變型，其中，光源140與軸112的表面齊平1002。

圖11示出了一種變型，其中，光源140環(huán)繞該器械引導部142的外周。在該變型中，位于該體腔的內側壁上的光圖案的中央區(qū)域標識出了該插入點。圖12示出了一種變型，其中，光源140從軸112的表面1202伸出。在該變型中，省略掉了窗口412。

圖11示出了一種變型，其中，光源140環(huán)繞該器械引導部142的外周。在該變型中，位于該體腔的內側壁上的光圖案的中央區(qū)域標識出該插入點。圖12示出了一種變型，其中，光源140從軸112的表面1202伸出。在該變型中，省略掉了窗口412。

圖13示出了一種變型，其中，光源140和器械引導部142并非相對于頭部118成角度。在圖13中，頭部118被示出為處于鉸接位置中。

圖14、圖15和圖16示出了該器械引導部142的非限制性示例。在圖14中，器械引導部142的槽孔402為圓柱形的。在圖15中，器械引導部142的槽孔402包括“C”形切口1502。在圖16中，器械引導部142的槽孔402包括“V”形切口1602。本文也考慮到了其它變型。通常，槽孔402被構造成允許所關注的器械由此穿過。

圖17示出了處于使用中的探針104。在圖17中，腹腔鏡攝像機1700被插入到患者1704的腹腔1702中。腹腔1702被通過由吹入器等供給的氣體保持處于膨脹狀態(tài)中。腹腔鏡攝像機1700被穿過第一套管針1706插入到腹腔1702中。腹腔鏡攝像機1700被操作，使得腹腔1702的內側壁1708處于其視野1710中。

軸112的頭部118也被插入到患者1704的腹腔1702中。頭部118被穿過第二套管針1712插入到腹腔1702中。頭部118被定位成，使得所關注的結構1714處于視野404中。在該位置中，光源140發(fā)出光線410，該光線410照亮了位于腹腔1702的內側壁1708上的區(qū)域1716。腹腔鏡攝像機1700產生了顯示出所照明的區(qū)域1716的圖像或視頻。

自所照明的區(qū)域1716開始，通過按壓在外側壁1720上并標識出位于該壁內側的凹陷與所照明的區(qū)域1716重合的位置，而將插入點1718定位在腹腔1702的外側壁1720上。針狀器械1722被在該插入點1718處插入并被沿路徑404推進到位于器械引導部142中的槽孔402。針狀器械1722被利用超聲圖像數據和/或其它圖像數據沿路徑404引導到槽孔402，并被使用該器械引導部142和超聲圖像數據和/或其它圖像數據推進到所關注的結構1714。

圖18示出了一種用于使用該探針104的方法。

將會理解的是，下列動作的次序被出于解釋的目的加以提供且并非限制性的。因此，下列動作中的一個或多個可以不同的次序發(fā)生。此外，可省略掉下列動作中的一個或多個和/或可添加一個或多個附加動作。

在1802處，將探針204的頭部118插入到受治療者或對象的體腔中。

在1804處，激發(fā)該探針204的換能器陣列126以獲取位于該體腔中的結構的圖像數據。

在1806處，在視覺上觀察圖像數據以將所關注的結構定位在該體腔中。

在1808處，致動該探針140的光源140，從而照亮位于體腔的內側壁上的區(qū)域。

在1810處，操作者按壓該體腔的外表面。

在1812處，位于該體腔中的攝像機通過該按壓獲取示出了所照明的區(qū)域和凹陷的數據。

在1814處，響應于與所照明的區(qū)域重合的凹陷標識出器械插入點。

在1816處，在該插入點處插入器械。

在1818處，在圖像數據和/或其它引導的作用下，將該器械引導到該器械引導部142的槽孔402。

在1820處，在器械引導部和圖像數據的引導和/或其它引導的作用下，將器械在該器械引導部142中推進到所關注的結構。