針對(duì)手術(shù)進(jìn)行時(shí)的應(yīng)用通過超聲波成像滑動(dòng)來觀看的制作方法
【專利說明】針對(duì)手術(shù)進(jìn)行時(shí)的應(yīng)用通過超聲波成像滑動(dòng)來觀看
[0001]相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年6月11日提交的、序號(hào)為62/010，608的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及超聲波系統(tǒng)，并且更具體地，涉及被配置為響應(yīng)于用戶在手術(shù)進(jìn)行時(shí)滑動(dòng)來修改顯示的三維超聲波系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]超聲波成像系統(tǒng)在超聲波換能器陣列的軸平面上產(chǎn)生橫截面圖。根據(jù)換能器的位置和定向，在顯示器上顯示不同的超聲波圖像。需要全面的超聲波解剖學(xué)知識(shí)來將這些超聲波圖像映射到真實(shí)器官。
[0005]外科醫(yī)生未接受過在將超聲波圖像映射到真實(shí)器官方面的培訓(xùn)，因此，外科醫(yī)生通常不能將超聲波圖像映射到真實(shí)器官。這樣阻止了外科醫(yī)生在手術(shù)操作(諸如微創(chuàng)手術(shù)操作)期間利用超聲波成像系統(tǒng)作為工具來引導(dǎo)器械。
[0006]在微創(chuàng)手術(shù)操作期間，穿過小切口或穿過插入皮膚中的小射入傷口的窄內(nèi)窺鏡管(插管)或者穿過自然產(chǎn)生的孔口，在身體的空腔臟器中執(zhí)行手術(shù)。常常需要臨床醫(yī)師在遠(yuǎn)離切口并且超出外科醫(yī)生直接觀察范圍的器官、組織和血管上實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)操作。
[0007]因此，存在在微創(chuàng)手術(shù)操作期間(S卩，手術(shù)進(jìn)行時(shí))使外科醫(yī)生能夠目視觀察手術(shù)部位的器械和方法的持續(xù)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在本公開的方案中，一種超聲波系統(tǒng)包括超聲波探針、處理裝置、攝像機(jī)和顯示器。攝像機(jī)捕獲器官或身體部位的表面視圖并且將圖像流發(fā)送至處理裝置。超聲波探針具有檢測(cè)系統(tǒng)或傳感器，其被配置為檢測(cè)超聲波探針的位置和定向。超聲波探針還具有超聲波掃描器，其被配置為產(chǎn)生多個(gè)超聲波圖像。處理裝置與攝像機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)和超聲波掃描器進(jìn)行通信。處理裝置被配置為隨著超聲波探針橫跨表面滑動(dòng)且當(dāng)產(chǎn)生多個(gè)超聲波圖像中每個(gè)圖像時(shí)，基于超聲波探針的位置和定向，創(chuàng)建與來自攝像機(jī)的表面視圖對(duì)準(zhǔn)的三維數(shù)據(jù)集。顯示器與處理裝置進(jìn)行通信并且被配置為當(dāng)用戶在組織表面上滑動(dòng)超聲波探針時(shí)，輸出覆蓋在來自攝像機(jī)的表面視圖上的來自超聲波探針的一個(gè)表面下層的視圖。因此隨著用戶滑動(dòng)而在顯示器上產(chǎn)生虛擬剝離效果。該顯示器被配置為隨著用戶在手術(shù)進(jìn)行時(shí)又在組織表面上的滑動(dòng)來輸出不同深度層的表面下視圖。用戶通過沿著不同方向滑動(dòng)超聲波探針來控制表面下視圖的深度。
[0009]在實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)可為磁傳感系統(tǒng)或光學(xué)傳感系統(tǒng)。磁傳感系統(tǒng)包括位置場(chǎng)發(fā)生器，其被配置為產(chǎn)生三維場(chǎng)。該三維位置場(chǎng)可為三維磁場(chǎng)并且傳感器可為磁傳感器。位置場(chǎng)發(fā)生器可被配置為在患者周圍產(chǎn)生三維場(chǎng)或者可被配置為從患者的體腔內(nèi)產(chǎn)生三維位置場(chǎng)。位置場(chǎng)發(fā)生器可布置在攝像機(jī)或腹腔鏡上并且傳感器可被配置為識(shí)別超聲波探針在位置場(chǎng)中的位置和定向。光學(xué)傳感系統(tǒng)包括附接至超聲波換能器和攝像機(jī)的末端的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記。該攝像機(jī)在超聲波探針于身體表面上使用時(shí)可為一種位于體外的攝像機(jī)，或者在超聲波探針用作腹腔鏡工具時(shí)可為一種附接至腹腔鏡的攝像機(jī)。該攝像機(jī)將含有標(biāo)記的視頻流傳送至處理裝置。該處理裝置識(shí)別該標(biāo)記并且計(jì)算以產(chǎn)生超聲波探針的定向和位置。
[0010]在實(shí)施例中，該顯示器被配置為覆蓋來自攝像機(jī)的表面圖像和來自超聲波系統(tǒng)的表面下圖像層，并且使它們與正確的位置和定向?qū)?zhǔn)。
[0011]在本公開的方案中，一種用于觀察組織層的方法包括捕獲來自攝像機(jī)的表面視圖；利用超聲波探針來捕獲患者的身體部位的多個(gè)超聲波圖像；利用檢測(cè)系統(tǒng)來記錄超聲波探針的位置和定向；創(chuàng)建具有同表面視圖對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)表面下層的三維數(shù)據(jù)集；在手術(shù)進(jìn)行時(shí)橫跨患者的身體部位滑動(dòng)超聲波探針以觀察在表面視圖上的表面下層以及其他通過滑動(dòng)所選擇的深度的層。
[0012]在實(shí)施例中，創(chuàng)建三維數(shù)據(jù)集包括橫跨患者身體部位滑動(dòng)超聲波探針，將多個(gè)超聲波圖像與超聲波探針的位置和定向相關(guān)聯(lián)，以及從三維數(shù)據(jù)集中提取且觀察興趣層。在一些實(shí)施例中，在身體部位上滑動(dòng)超聲波探針替換第一表面下層以顯示比第一層深或淺的第二表面下層，深還是淺取決于滑動(dòng)方向。
[0013]在特定的實(shí)施例中，該方法包括將手術(shù)器械插入到患者的體腔中并且觀察手術(shù)器械在第一層和第二層的其中一層內(nèi)的位置。該方法還可包括在手術(shù)進(jìn)行時(shí)在顯示器上更新手術(shù)器械的位置。
[0014]在某些實(shí)施例中，產(chǎn)生表面下層的視圖包括通過求指定深度范圍內(nèi)的超聲波數(shù)據(jù)的平均值來調(diào)整該視圖的厚度以增強(qiáng)類似血管的某些特征的目視觀察性。
[0015]超聲波系統(tǒng)可填補(bǔ)外科醫(yī)生與使目視觀察手術(shù)部位的無創(chuàng)方法能夠?qū)崿F(xiàn)的超聲波檢查工作者之間在超聲解剖方面的差距。此外，超聲波系統(tǒng)可提供一種直觀的用戶界面，其使臨床醫(yī)師在手術(shù)進(jìn)行時(shí)能夠利用超聲波系統(tǒng)。
[0016]此外，為了保持一致性，本文所述的任意方案可與本文所述的任意或所有其他方案結(jié)合使用。
【附圖說明】
[0017]下文參照附圖描述本公開的各個(gè)方案，在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本公開的超聲波系統(tǒng)的立體圖，該系統(tǒng)包括攝像機(jī)、超聲波探針、位置和定向檢測(cè)系統(tǒng)、處理裝置和顯示器；
[0019]圖2是圖1中所示的細(xì)節(jié)區(qū)域的剖視圖，其示出了圖1中所示的超聲波探針和位于患者的體腔中的腹腔鏡；
[0020]圖3是由圖1的處理裝置產(chǎn)生的三維模型的立體圖，其示出了多個(gè)表面下層；
[0021]圖4是圖3的顯示器上的第一層的視圖；以及
[0022]圖5是處于患者的體腔內(nèi)較深的圖4的顯示器上的第二層的視圖，其示出了位于身體部位上的超聲波換能器滑動(dòng)以顯示具有血管的第二層。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)描述本公開的實(shí)施例，在每個(gè)附圖中相似的附圖標(biāo)記指代完全相同的元件或者對(duì)應(yīng)的元件。正如本文所使用的，術(shù)語“臨床醫(yī)師”指代醫(yī)生、護(hù)士或任意其他護(hù)理提供者，并且可包括支持人員。在整個(gè)說明書中，術(shù)語“近側(cè)”指的是設(shè)備或其部件最靠近臨床醫(yī)師的部分，術(shù)語“遠(yuǎn)側(cè)”指的是設(shè)備或其部件最遠(yuǎn)離臨床醫(yī)師的部分。
[0024]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，根據(jù)本公開提供的超聲波成像系統(tǒng)10包括攝像機(jī)33、位置和定向檢測(cè)系統(tǒng)或傳感器14、處理裝置11、顯示器18和超聲波探針20。位置和定向檢測(cè)系統(tǒng)14被配置為在手術(shù)操作期間利用附接在超聲波探針20上的傳感器或標(biāo)記來檢測(cè)在興趣區(qū)域內(nèi)的位置和定向。
[0025]超聲波成像系統(tǒng)被配置為在顯示器18上提供患者P的體腔內(nèi)或體表上的興趣區(qū)域的剖視圖和數(shù)據(jù)集。如下所述，在手術(shù)操作期間，臨床醫(yī)師可與超聲波成像系統(tǒng)10和附接至攝像機(jī)33的腹腔鏡16相互配合來目視觀察興趣區(qū)域內(nèi)的身體部位的表面和表面下的部分。
[0026]超聲波成像系統(tǒng)10包括超聲波掃描器或處理裝置11，其被配置為從超聲波探針20接收超聲波探針20的位置和定向以及與身體部位的表面垂直的多個(gè)超聲波圖像51。處理裝置11被配置為將超聲波探針20的位置和定向與多個(gè)超聲波圖像51中每個(gè)超聲波圖像相關(guān)以產(chǎn)生3D超聲波數(shù)據(jù)集。處理裝置隨后重組3D圖像的像素?cái)?shù)據(jù)以形成與掃描表面平行的一層的視圖。該層可為如圖3中所示的層31至37中的其中一層。
[0027]位置和定向檢測(cè)系統(tǒng)14可以或者是與處理裝置11集成于一體的光學(xué)系統(tǒng)，或者是基于三維場(chǎng)的磁傳感系統(tǒng)。在光學(xué)系統(tǒng)的情況下，光學(xué)標(biāo)記15附接在超聲波探針上，其位置和定向能夠利用使用攝像機(jī)33所捕獲的圖像來進(jìn)行計(jì)算。在后者的情況下，檢測(cè)系統(tǒng)14具有場(chǎng)發(fā)生器，其在手術(shù)室內(nèi)在患者P周圍產(chǎn)生三維場(chǎng)。如圖1中所示，位置場(chǎng)發(fā)生器布置在手術(shù)臺(tái)12上以將患者P定位在場(chǎng)中。位置場(chǎng)發(fā)生器與手術(shù)臺(tái)12集成于一體正在本公開的范圍內(nèi)。位置場(chǎng)發(fā)生器可定位于手術(shù)室內(nèi)或手術(shù)室外的任意地方也在本公開的范圍內(nèi)。超聲波成像系統(tǒng)10可包括粘附至超聲波探針20的磁傳感器15，使得超聲波探針20的位置和定向可由處理裝置1