針對手術進行時的應用通過超聲波成像滑動來觀看的制作方法
【專利說明】針對手術進行時的應用通過超聲波成像滑動來觀看
[0001]相關申請交叉引用
[0002]本申請要求于2014年6月11日提交的、序號為62/010，608的美國臨時專利申請的權益和優(yōu)先權，其全部內容通過引用結合于此。
技術領域
[0003]本公開涉及超聲波系統(tǒng)，并且更具體地，涉及被配置為響應于用戶在手術進行時滑動來修改顯示的三維超聲波系統(tǒng)。
【背景技術】
[0004]超聲波成像系統(tǒng)在超聲波換能器陣列的軸平面上產生橫截面圖。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知識來將這些超聲波圖像映射到真實器官。
[0005]外科醫(yī)生未接受過在將超聲波圖像映射到真實器官方面的培訓，因此，外科醫(yī)生通常不能將超聲波圖像映射到真實器官。這樣阻止了外科醫(yī)生在手術操作(諸如微創(chuàng)手術操作)期間利用超聲波成像系統(tǒng)作為工具來引導器械。
[0006]在微創(chuàng)手術操作期間，穿過小切口或穿過插入皮膚中的小射入傷口的窄內窺鏡管(插管)或者穿過自然產生的孔口，在身體的空腔臟器中執(zhí)行手術。常常需要臨床醫(yī)師在遠離切口并且超出外科醫(yī)生直接觀察范圍的器官、組織和血管上實施微創(chuàng)手術操作。
[0007]因此，存在在微創(chuàng)手術操作期間(S卩，手術進行時)使外科醫(yī)生能夠目視觀察手術部位的器械和方法的持續(xù)需求。

【發(fā)明內容】

[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、攝像機和顯示器。攝像機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系統(tǒng)或傳感器，其被配置為檢測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，其被配置為產生多個超聲波圖像。處理裝置與攝像機、檢測系統(tǒng)和超聲波掃描器進行通信。處理裝置被配置為隨著超聲波探針橫跨表面滑動且當產生多個超聲波圖像中每個圖像時，基于超聲波探針的位置和定向，創(chuàng)建與來自攝像機的表面視圖對準的三維數(shù)據(jù)集。顯示器與處理裝置進行通信并且被配置為當用戶在組織表面上滑動超聲波探針時，輸出覆蓋在來自攝像機的表面視圖上的來自超聲波探針的一個表面下層的視圖。因此隨著用戶滑動而在顯示器上產生虛擬剝離效果。該顯示器被配置為隨著用戶在手術進行時又在組織表面上的滑動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超聲波探針來控制表面下視圖的深度。
[0009]在實施例中，檢測系統(tǒng)可為磁傳感系統(tǒng)或光學傳感系統(tǒng)。磁傳感系統(tǒng)包括位置場發(fā)生器，其被配置為產生三維場。該三維位置場可為三維磁場并且傳感器可為磁傳感器。位置場發(fā)生器可被配置為在患者周圍產生三維場或者可被配置為從患者的體腔內產生三維位置場。位置場發(fā)生器可布置在攝像機或腹腔鏡上并且傳感器可被配置為識別超聲波探針在位置場中的位置和定向。光學傳感系統(tǒng)包括附接至超聲波換能器和攝像機的末端的一個或多個標記。該攝像機在超聲波探針于身體表面上使用時可為一種位于體外的攝像機，或者在超聲波探針用作腹腔鏡工具時可為一種附接至腹腔鏡的攝像機。該攝像機將含有標記的視頻流傳送至處理裝置。該處理裝置識別該標記并且計算以產生超聲波探針的定向和位置。
[0010]在實施例中，該顯示器被配置為覆蓋來自攝像機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對準。
[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超聲波圖像；利用檢測系統(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準的多個表面下層的三維數(shù)據(jù)集；在手術進行時橫跨患者的身體部位滑動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所選擇的深度的層。
[0012]在實施例中，創(chuàng)建三維數(shù)據(jù)集包括橫跨患者身體部位滑動超聲波探針，將多個超聲波圖像與超聲波探針的位置和定向相關聯(lián)，以及從三維數(shù)據(jù)集中提取且觀察興趣層。在一些實施例中，在身體部位上滑動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方向。
[0013]在特定的實施例中，該方法包括將手術器械插入到患者的體腔中并且觀察手術器械在第一層和第二層的其中一層內的位置。該方法還可包括在手術進行時在顯示器上更新手術器械的位置。
[0014]在某些實施例中，產生表面下層的視圖包括通過求指定深度范圍內的超聲波數(shù)據(jù)的平均值來調整該視圖的厚度以增強類似血管的某些特征的目視觀察性。
[0015]超聲波系統(tǒng)可填補外科醫(yī)生與使目視觀察手術部位的無創(chuàng)方法能夠實現(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)師在手術進行時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合使用。
【附圖說明】
[0017]下文參照附圖描述本公開的各個方案，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、超聲波探針、位置和定向檢測系統(tǒng)、處理裝置和顯示器；
[0019]圖2是圖1中所示的細節(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的處理裝置產生的三維模型的立體圖，其示出了多個表面下層；
[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以顯示具有血管的第二層。
【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在參照附圖詳細描述本公開的實施例，在每個附圖中相似的附圖標記指代完全相同的元件或者對應的元件。正如本文所使用的，術語“臨床醫(yī)師”指代醫(yī)生、護士或任意其他護理提供者，并且可包括支持人員。在整個說明書中，術語“近側”指的是設備或其部件最靠近臨床醫(yī)師的部分，術語“遠側”指的是設備或其部件最遠離臨床醫(yī)師的部分。
[0024]現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本公開提供的超聲波成像系統(tǒng)10包括攝像機33、位置和定向檢測系統(tǒng)或傳感器14、處理裝置11、顯示器18和超聲波探針20。位置和定向檢測系統(tǒng)14被配置為在手術操作期間利用附接在超聲波探針20上的傳感器或標記來檢測在興趣區(qū)域內的位置和定向。
[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33的腹腔鏡16相互配合來目視觀察興趣區(qū)域內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超聲波圖像51中每個超聲波圖像相關以產生3D超聲波數(shù)據(jù)集。處理裝置隨后重組3D圖像的像素數(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]位置和定向檢測系統(tǒng)14可以或者是與處理裝置11集成于一體的光學系統(tǒng)，或者是基于三維場的磁傳感系統(tǒng)。在光學系統(tǒng)的情況下，光學標記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33所捕獲的圖像來進行計算。在后者的情況下，檢測系統(tǒng)14具有場發(fā)生器，其在手術室內在患者P周圍產生三維場。如圖1中所示，位置場發(fā)生器布置在手術臺12上以將患者P定位在場中。位置場發(fā)生器與手術臺12集成于一體正在本公開的范圍內。位置場發(fā)生器可定位于手術室內或手術室外的任意地方也在本公開的范圍內。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