用于圖像引導(dǎo)過程的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于圖像引導(dǎo)過程的系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明一般涉及醫(yī)療裝置的領(lǐng)域，并且特別涉及一種用于提高圖像引導(dǎo)過程(如針或?qū)Ч懿迦胄g(shù)過程)的系統(tǒng)。
[0002]存在許多醫(yī)療過程，它們涉及將醫(yī)療工具或儀器(如針、套管、導(dǎo)管或管心針)插入到被檢者身體中，例如微創(chuàng)外科手術(shù)、局部麻醉、生物電信號(hào)的檢測(cè)、用于診斷或治療的電刺激、血管通路、細(xì)針抽吸、肌肉骨骼注射等。在這樣的過程中，一般需要將醫(yī)療工具適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)到被檢者體內(nèi)的期望位置，并且它也可以有益于監(jiān)視或跟蹤醫(yī)療工具位置，以確保它保持在期望位置。在一般情況下，對(duì)于用戶來說非常困難的是:確定醫(yī)療工具的尖端的精確位置并因此肯定它是否在所期望的地方，例如鄰近于神經(jīng)，或者它是否已不希望地侵入了別的東西，例如血管。
[0003]通過給臨床醫(yī)生提供針在身體內(nèi)的X射線圖像，已經(jīng)提議使用X射線技術(shù)用于針引導(dǎo)。然而，考慮到與暴露于電磁輻射相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)，在插入醫(yī)療工具期間提供連續(xù)的引導(dǎo)是不可能的，并且因此一系列快照是有依賴性的，它不給予最佳引導(dǎo)。
[0004]最近，已提議使用超聲成像以引導(dǎo)針和插管過程。相比于X射線技術(shù)，由于沒有暴露于電磁輻射，超聲成像是有利的，并且超聲探頭可容易地操縱以成像身體的許多不同部分。然而超聲成像具有兩個(gè)主要的挑戰(zhàn):首先，超聲圖像的解釋是相當(dāng)困難的，以及其次，針不是特別可靠或明顯地顯示在超聲圖像中。
[0005]更詳細(xì)地，依賴于超聲轉(zhuǎn)換器被如何應(yīng)用的，超聲圖像僅提供穿過身體在一定角度范圍的灰度剖面。醫(yī)生接受的傳統(tǒng)的解剖教學(xué)僅在于身體的六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平面中，并且通常這些解剖部分在圖中被著色，以鑒別神經(jīng)、動(dòng)脈、肌肉、組織等。因此在超聲圖像中清楚鑒別解剖結(jié)構(gòu)需要顯著大量的學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。在將超聲成像的使用推廣到種類日益變多的微創(chuàng)外科手術(shù)技術(shù)過程中存在問題，其中，希望的是，執(zhí)行該技術(shù)的從業(yè)者本身可以執(zhí)行超聲成像而不必依賴于熟練的放射科醫(yī)生。此外，對(duì)于身體的某些部分，超聲圖像本質(zhì)上不能很好地顯示有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)。例如，在神經(jīng)周圍注射麻醉劑所涉及的超鎖骨神經(jīng)阻滯的情況下，研究顯示，患者血管的高達(dá)20 %被發(fā)現(xiàn)是處于神經(jīng)束之間的。在超聲圖像中，神經(jīng)和血管兩者均被表示為由白圈包圍的黑色圓盤并因此區(qū)分可能是困難的，意思就是，對(duì)于臨床醫(yī)生來說難于準(zhǔn)確地知道針尖在哪里。同樣，在執(zhí)行脊柱注射時(shí)，如硬膜外麻醉，超聲圖像只顯示肌肉和骨骼且不能穿透骨骼，因此它不能看到硬脊膜(圍繞脊髓膜的三層膜的最外層膜)之夕卜。進(jìn)一步地，僅在窄范圍的角度中看見骨的表面。因此超聲圖像質(zhì)量在脊柱周圍很差。然而，在硬膜外麻醉注射中，需要將針注入到硬膜外腔中，但不能進(jìn)一步前進(jìn)并穿刺硬脊膜。另一方面，對(duì)于脊椎麻醉，硬脊膜滲透需要允許注射進(jìn)入蛛網(wǎng)膜下腔。超聲成像不能夠確定這兩種情況之間的差異。
[0006]至于針能見度的問題，超聲圖像采集平面是薄的-1mm厚的程度，并且因此，如果針在該平面外，它將不會(huì)被成像。此外，即使針在成像平面中，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)針的回波在高入射角時(shí)較差，針可能不是特別明顯的。已經(jīng)提議生產(chǎn)回波針，這使得針對(duì)于超聲成像設(shè)備更為明顯。然而，這些僅在針與成像平面良好對(duì)準(zhǔn)時(shí)是有幫助的。用于圖像處理和超聲波束轉(zhuǎn)向的類似技術(shù)僅在針與成像平面良好對(duì)準(zhǔn)時(shí)是有幫助的，并且對(duì)于大于45度的入射角則不能良好工作。
[0007]各種針跟蹤技術(shù)已經(jīng)被提出，它們基于裝配到超聲探頭的針引導(dǎo)(例如US-B2-6 690 159或W0-A-2012/040077)，或者基于電磁信息的發(fā)送和接收(例如US-A-2007-027390)，但它們具有功能性和準(zhǔn)確性的限制，這意味著不是在每種臨床情況中都精確知道針尖位置的。典型精度為2_的級(jí)別，這可以意味著在針尖在神經(jīng)內(nèi)部或外部之間的差異。此外，它們通常需要使用顯著修改的或新的設(shè)備，這是不受臨床醫(yī)生和具有比較硬性的采購(gòu)制度的機(jī)構(gòu)歡迎的。
[0008]因此，大多數(shù)情況下，從業(yè)者依靠自己的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來判斷當(dāng)針或其他醫(yī)療工具插入時(shí)何種類型的組織被穿透。他們可以依賴于聲音、對(duì)醫(yī)療工具的物理阻力的觸覺和感覺、阻力的突然變化、以及對(duì)空氣或流體的注射的阻力的變化。不過，發(fā)展這種水平的技能和經(jīng)驗(yàn)是費(fèi)時(shí)和困難的，并且由于存在患者與患者的解剖變異，該過程不可避免地帶來一些風(fēng)險(xiǎn)。
[0009]綜上所述，雖然超聲引導(dǎo)已經(jīng)改善某些針刺過程，仍有顯著困難并且它不能被用于許多過程。這是其廣泛使用的主要障礙，尤其是它被不是醫(yī)學(xué)成像專家的從業(yè)者(比如麻醉師、外科醫(yī)生、病理學(xué)家、急救醫(yī)生等)使用的主要障礙。
[0010]因此，本發(fā)明提供一種用于圖像引導(dǎo)過程的改進(jìn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了被檢者內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的成像與組織穿透醫(yī)療工具的跟蹤和跟蹤位置在顯示的解剖圖像上的顯示，以及使用戶能夠得到基于被穿透的組織的生物電特性的測(cè)量的第三信息源。有利的是，測(cè)量的電特性包括電阻抗，并且優(yōu)選其顯示在與解剖圖像相同的顯示器上，或者疊加在圖像上或者沿著它旁邊。例如，阻抗值可被顯示為沿解剖圖像上所顯示的針位置或路徑的繪圖或顏色編碼。
[0011]成像可以是超聲成像-例如自由臂(freehand)超聲、焚光透視(f Iuorsoscopy)、X射線成像、核成像、磁共振成像、熱聲成像、熱成像。工具可以被磁性、電磁、光學(xué)或超聲波地跟蹤。
[0012]對(duì)組織的電特性的興趣和實(shí)驗(yàn)開始于1800年后期?，F(xiàn)在眾所周知，不同的組織類型具有不同的電阻抗/頻率響應(yīng)曲線。已經(jīng)提出，例如，在W02009/019707中使用設(shè)置有針的手持電氣裝置，該針攜帶兩個(gè)電極來測(cè)量體內(nèi)組織的阻抗，但是這種特殊裝置僅給出關(guān)于在針尖處的組織的一維信息，沒有相對(duì)的解剖信息。也已提出了稱為電阻抗斷層掃描(EIT)的技術(shù)，其使用在身體的表面上的電極陣列，以重建身體內(nèi)的阻抗分布。這種技術(shù)需要多個(gè)電極，并且分析信號(hào)以重構(gòu)阻抗分布是高度復(fù)雜的。該技術(shù)的空間分辨率是有限的，所以在所產(chǎn)生的圖像中解剖結(jié)構(gòu)并不清楚。此外，典型地，僅獲得平行于身體表面的區(qū)域的二維圖像并且沒有獲得關(guān)于深度的信息。獲得的圖像也隨著測(cè)量阻抗所使用的頻率而顯著改變，并且在獲取圖像數(shù)據(jù)時(shí)將金屬外科裝置引入體內(nèi)將會(huì)改變被測(cè)量的阻抗場(chǎng)并改變圖像。因此EIT的主要重點(diǎn)是非介入性醫(yī)療應(yīng)用，如診斷，并且事實(shí)上還存在一些對(duì)其診斷能力的懷疑。目前最好將它看作用于乳腺癌診斷中的附加的影像學(xué)檢查方法。
[0013]本發(fā)明結(jié)合了在介入手術(shù)過程中組織的生物電特性的測(cè)量與解剖成像和工具跟蹤來克服上述缺點(diǎn)，并提供給臨床醫(yī)生介入過程的增強(qiáng)圖像。
[0014]更詳細(xì)地說，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，包括:醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，用于對(duì)被檢者的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)成像；組織穿透醫(yī)療工具，具有用于插入到被檢者身體內(nèi)的插入端；位置檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)組織穿透醫(yī)療工具在被檢者身體內(nèi)的位置；設(shè)置在組織穿透醫(yī)療工具的插入端(即，朝向尖端或在尖端上)的第一電極，該組織穿透醫(yī)療工具電連接到用于測(cè)量所述被檢者的生物電特性的電系統(tǒng)；以及處理器和顯示器，用于分析顯示來自醫(yī)療成像系統(tǒng)的解剖圖像，并適合于在解剖圖像上顯示由位置檢測(cè)系統(tǒng)所檢測(cè)的組織穿透醫(yī)療工具的位置。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的方法，包括以下步驟:在組織穿透醫(yī)療工具的插入端插入被檢者身體的同時(shí)，對(duì)被檢者的內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)成像；檢測(cè)組織穿透醫(yī)療工具在被檢者身體內(nèi)的位置；使用設(shè)置在組織穿透醫(yī)療工具的插入端(即，朝向尖端或在尖端上)的第一電極，來測(cè)量被檢者的生物電特性；以及顯示圖像，該圖像示出被檢者的解剖結(jié)構(gòu)和組織穿透醫(yī)療工具的檢測(cè)的位置。
[0015]醫(yī)療成像系統(tǒng)可以是如下之一:超聲、熒光透視、X射線、核成像、磁共振成像、熱聲成像或熱成像法，更優(yōu)選地，醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是自由臂超聲。位置檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)選是磁性位置檢測(cè)系統(tǒng)、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、電磁跟蹤系統(tǒng)、超聲追蹤系統(tǒng)中、X射線或熒光跟蹤系統(tǒng)。磁性位置檢測(cè)系統(tǒng)可以包括磁化工具和磁力檢測(cè)器。磁力檢測(cè)器可以與成像系統(tǒng)的部分(例如超聲探頭)組合，如下面所述?？商娲兀貏e是利用電磁跟蹤，傳感器(例如傳感器線圈)可設(shè)置在工具上來檢測(cè)所施加的變化的磁場(chǎng)并將感應(yīng)的電信號(hào)傳送給用于確定位置的系統(tǒng)。
[0016]優(yōu)選地，至少一個(gè)第二電極被設(shè)置成與被檢者接觸，這可與皮膚接觸或在組織穿透醫(yī)療工具上或另一個(gè)組織