[发明专利]用于通过应力测量在成像期间测量超声探头上的力和扭矩的系统

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于医学流程(尤其是用于前列腺活检和近距离治疗流程)的徒手超声成像。本发明具体涉及对通过超声探头而被施加于解剖目标(尤其是前列腺)的一致力(consistent force)的监测和控制。

背景技术

参考图1，在超声引导的活检和治疗流程(例如，前列腺活检和近距离治疗)的大部分期间，来自感兴趣解剖结构的全部扫掠被采集以重建解剖结构的三维(“3D”)体积41。具体地，超声成像通常经由被附接到超声探头31的手柄32以徒手的方式来执行，所述超声探头31具有(一个或多个)二维(“2D”)超声换能器(未示出)。电磁位置传感器或光学位置传感器(未示出)被附接到超声探头31，并且2D B-扫描的集合40连同其在电磁跟踪器框架或光学跟踪器框架28的参考坐标系中的相对坐标一起被采集。所述2D图像的集合40被重建成规则的3D体积41以用于可视化、引导和分析。

在徒手成像期间，操作者将超声探头31按压在患者10的皮肤或内部组织的表面上，同时调节超声探头31的位置和取向，以找到期望的图像平面。在该处理中，超声探头31与患者10的皮肤或组织之间的接触力使下层组织变形。例如，在前列腺的经直肠超声(“TRUS”)成像中，超声探头31将会被推在直肠壁上，这引起前列腺的显著变形。变形的量与所施加的力的量以及组织构成相关。

重建的图像体积41可以用于不同的应用，例如，解剖结构分割25和多模态图像融合与配准26。然而，来自徒手超声探头31的体积重建24易于发生由超声探头压力诱发的伪影。具体地，要求超声探头31的(一个或多个)2D超声换能器与感兴趣体积的表面紧密接触，以避免在采集的图像中引起阴影伪影的空气间隙。在3D扫掠期间，正被扫描的组织暴露在可变量的力下，并且每幅采集的2D图像40在不同的探头压力下被从组织捕捉。因此，在图像采集期间由操作者施加于组织的压力的量可以显著地影响在徒手方式的数据采集23期间采集的图像40的质量。作为结果，线性切片运动和非线性组织变形累积，并且针对3D体积41产生混淆的图像伪影。

此外，由变化的接触力引起的组织几何形状的变化是超声图像40难于重复产生的原因。即使对患者10的相同区域执行成像，但是归因于力(探头压力)和/或组织的生物力学属性的改变，组织变形的量无疑也将是不同的。

在自动图像分割25(例如，前列腺分割)的背景中，体积重建24中的这样的变形和失真的影响是相当显著的。此外，图像分割中的误差将会转化成配准26中的误差(例如，对超声图像的磁共振成像)，并且因此将影响活检和近距离治疗准确性。

发明内容

本发明提供了一种用于对通过超声探头31而被施加于患者10的感兴趣解剖结构的一致力的监测和控制的力/扭矩管理27。

本发明的一种形式是采用超声探头和应力传感器的医学仪器。所述超声探头包括用于采集解剖区域的超声图像的超声换能器。所述应力传感器被布置在所述超声探头上，以在所述超声换能器采集所述解剖区域的图像时测量由所述解剖区域施加在所述超声探头上的纵向应力。所述应力传感器环绕所述超声探头的纵向轴，并且相对于所述超声探头的所述纵向轴与所述超声换能器间隔开。

本发明的第二形式是采用前述的医学仪器和工作站的超声系统，所述工作站能用于根据由(一个或多个)所述超声换能器采集的所述超声图像来重建超声体积，并且响应于由所述应力传感器测得的所述纵向应力而在所述超声换能器采集所述解剖区域的超声图像时确定由所述解剖区域施加于所述超声探头的轴向力和/或弯曲力。

根据结合附图阅读的本发明的各种实施例的以下详细描述，本发明的前述形式和其他形式以及本发明的各种特征和优点将将变得更加明显。详细描述和附图仅仅图示了本发明而非进行限制，本发明的范围由权利要求及其等同物来定义。

附图说明

图1图示了根据本发明的超声系统的示范性实施例。

图2A图示了根据本发明的超声探头的示范性实施例。

图2B图示了如图2所示的超声探头的横截面视图。

图3A图示了在对解剖目标的扫描期间由在图2A中示出的超声探头生成的示范性力。

图3B图示了如图3A所示的超声探头的横截面视图。

图4图示了表示根据本发明的扫描方法的示范性实施例的流程图。

图5图示了表示根据本发明的校准方法的示范性实施例的流程图。

图6A和图6B图示了根据本发明的示范性校准曲线图。

具体实施方式