用于引导超声探头的系统和方法技术方案

提供了一种用于使用经食道回波(TEE)超声采集系统的TEE探头对对象内区域的感兴趣区进行成像的控制器和方法。所述控制器包括存储指令的存储器和运行指令的处理器。在由处理器运行时，所述指令使所述控制器执行处理，包括：使经胸回波(TTE)超声采集系统的TTE探头向所述对象内区域的选定感兴趣区发射超声波束；以及将所述TEE探头切换到监听模式，使得所述TEE探头能够探测并接收由所述TTE探头所发射的超声波束；并且使机器人利用探测到的TTE超声波束来将所述TEE探头引导到所述对象中的成像位置。所述TEE探头使用从成像位置采集的超声图像来示出感兴趣区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于引导超声探头的系统和方法
本公开涉及使用图像引导仪器执行的微创医学程序，并且更具体地涉及使用广视野外部超声成像来自动操纵和维持内窥镜窄视野超声成像的系统和方法。
技术介绍
手术机器人和/或可操纵装置可用于微创医学程序或介入程序中，以提高外科医师在对象(例如患者或患者的身体)内部的手术部位处的敏捷性。外科手术机器人的示例包括多臂系统，例如机器人，或柔性机器人，例如机器人系统。这些机器人系统由用户(例如，外科医师)使用不同的界面机制进行控制，包括用于操作机器人系统的手持控制器或输入手柄。还并入了成像系统，以使对象内部的感兴趣区、机器人系统以及在感兴趣区内部时由机器人系统控制的工具可视化。成像系统例如可以包括超声、X射线、计算机断层摄影(CT)扫描和磁共振成像(MRI)。用于介入手术的超声系统类型包括三维(3D)经食道回波(TEE)超声采集系统和经胸超声(TTE)超声采集系统。(为简单起见，贯穿本文，3DTEE均简称为“TEE”。)例如，在涉及患者心脏的过程中，例如在结构性心脏修复中，TEE超声采集系统可用于提供感兴趣区(例如瓣膜)的高分辨率图像。即，将TEE超声采集系统的TEE探头穿过患者的食道插入，以从体内提供超声成像。由于TEE探头的尺寸限制(例如，受到食道的限制)并且在插入时与心脏紧密接近，TEE探头的视野较窄，并且因此否则不足以对整个心脏成像。但是，TEE探头能够在狭窄的视野内提供心脏各部分的高分辨率图像，部分原因是TEE探头的邻近接触。TTE超声采集系统是具有宽视野的外部超声成像设备，例如在诊断和介入情况下，通常用于对患者的较大区或区域(例如整个心脏和某些周围区域)成像。但是，部分由于距心脏(或其他区域)的距离较大，由TTE超声采集系统提供的图像是低分辨率图像，其没有足够的区域细节和/或清晰度来执行特定程序，特别是与TEE探头从患者的体内提供的图像相比。通常，TEE探头针对结构性心脏病介入所需的感兴趣区(目标)有多种不同的观图，包括例如二尖瓣的“正面”视图，食管中四腔观，长轴观，经胃视图，三叶主动脉瓣视图，x平面视图等。由TEE探头在不同位置提供的这些各种视图对于心脏病专家(或其他介入专家)在患者体内执行特定任务非常有帮助，但是难以例如由超声心动图医师获得。而且，一旦将TEE探头被定位以获得特定的视图，TEE探头就需要由超声心动图医师在患者体内进行连续的手动操作和调整，以维持视图。在确定针对特定任务的特定视图以及定位和维持该视图时，心脏病专家和超声心动图医师之间通常会进行很多讨论，因为心脏病专家通常会在介入程序中向超声心动图医师提供反馈。为了改善整体超声成像，可以将TEE和TTE图像组合在一起，以提供较窄视野高分辨率信息和较宽视野低分辨率信息。这种组合的超声成像的示例由2014年12月1日提交的Korukonda等人的国际专利申请PCT/IB2014/066462和2017年4月6日提交的PCT/IB2017/058173提供，在此通过引用将两者的全部内容并入。然而，为了获得最高质量的图像，在整个过程中，特别需要将TEE探头最佳地放置和/或重新放置在与感兴趣区相邻的成像位置，由于狭窄的视野，这对于操作者来说可能是困难的。因此，期望提供用于TEE和TTE超声采集系统两者的协调控制的系统、方法和计算机可读存储介质，从而即使在TEE探头狭窄的视场的情况下也能通过自动化地自动定位TEE探头以用于高分辨率成像。
技术实现思路
根据另一个说明性实施例，提供了一种控制器，所述控制器用于使用TEE超声采集系统的经食道回波(TEE)探头对对象内区域的感兴趣区进行成像，所述TEE探头被插入对象中。所述控制器包括：用于存储指令的存储器。以及运行所述指令的处理器。在由处理器运行时，所述指令使所述控制器执行处理，包括：使经胸回波(TTE)超声采集系统的TTE探头向所述对象内区域的选定感兴趣区发射超声波束；以及将所述TEE探头切换到监听模式，使得所述TEE探头能够探测和接收由所述TTE探头所发射的超声波束；并且使机器人利用探测到的TTE超声波束来将所述TEE探头引导到所述对象中的成像位置。所述TEE探头使用从成像位置采集的超声图像来示出感兴趣区。根据另一说明性实施例，提供了一种用于在介入手术期间将TEE超声采集系统的TEE探头自动引导到与对象中的感兴趣区相邻的成像位置的方法。所述方法包括：将TEE探头切换到监听模式；使由TEE超声采集系统的TTE探头向所述感兴趣区发射超声波束，TEE探头，所述TEE探头在所述监听模式下探测由所述TTE探头发射的所述超声波束；使机器人利用探测到的TTE超声波束将所述TEE探头操纵到成像位置；并且从被定位于示出所述感兴趣区的所述成像位置的所述TEE探头接收超声图像。附图说明从下面结合附图考虑的示例性实施例的详细描述中，将更容易理解本专利技术，如下所述。图1是示出根据代表性实施例的用于在介入程序期间对患者的感兴趣区成像的系统的简化框图。图2是示出根据代表性实施例的图1的系统的一部分的简化框图，具其描绘了TEE探头向与TTE信号对齐的结束位置的运动。图3是示出根据代表性实施例的图1的系统的控制器的反馈回路的简化功能框图。图4是示出根据代表性实施例的用于在介入程序期间对患者的感兴趣区成像的方法的流程图。图5是示出根据代表性实施例的将TEE探头操纵到成像位置以显示介入过程期间患者的感兴趣区的方法流程图。具体实施方式现在将在下文中参考附图更加全面地描述本专利技术，附图中示出了本专利技术的实施例。本专利技术能够以不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例。相反，提供这些实施例作为本专利技术的教导示例。通常，根据各种实施例，使用由TTE超声采集系统的TTE探头发射的聚焦超声波束，至少部分地由机器人精确地操纵TEE超声采集系统的TEE探头。即，用户可以使用例如在图形用户接口(GUI)上的TTE图像的显示来选择患者的身体(例如，心脏或其他器官)的区域中的感兴趣区。一旦选定了感兴趣区，TTE探头就生成靶向选定感兴趣区的聚焦超声波束，并且控制器使用聚焦的超声波束探头图像来使机器人将TEE探头操纵到成像位置(由聚焦超声波束指示)，以在得到的TEE图像中显示选定的感兴趣区。该程序可以例如基于使用自适应控制回路的声学伺服，所述自适应控制回路不需要在TEE探头与TTE超声采集系统或TTE探头之间进行明确的配准，从而简化了工作流程。值得注意的是，诸如TEE和/或TTE超声采集系统所提供的实时超声指导被用于包括介入心脏病学、肿瘤学和外科手术在内的各种程序中。为了方便起见，将在结构性心脏病(SHD)的介入性心脏病学的背景下描述本文的实施例。这样的程序的示例包括二尖瓣夹部署、经导管主动脉瓣置换术(TAVR)、冠状动脉旁路移植术和二尖瓣置换术。然而，应当理解，实施例可以应用于包括使用TEE探头或其他内窥镜成像设备的任何介入或外科手术现场程序，诸如微创普通外科手术(例如，腹腔镜超声和GI超声)，前列腺手术(例如，经直肠超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用经食道回波(TEE)超声采集系统的TEE探头来对对象内的区域的感兴趣区进行成像的控制器，所述TEE探头能够被插入所述对象中，所述控制器包括：/n用于存储指令的存储器；以及/n用于运行所述指令的处理器；/n其中，当由所述处理器运行时，所述指令使所述控制器执行包括以下操作的过程：/n使经胸回波(TTE)超声采集系统的TTE探头向所述对象内的区域的选定感兴趣区发射超声波束；/n将所述TEE探头切换到监听模式，使得所述TEE探头能够探测并接收由所述TTE探头发射的所述超声波束；以及/n使机器人使用探测到的TTE超声波束将所述TEE探头操纵到所述对象中的成像位置，所述TEE探头使用从所述成像位置采集的超声图像来示出所述感兴趣区。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171113 US 62/585,0001.一种用于使用经食道回波(TEE)超声采集系统的TEE探头来对对象内的区域的感兴趣区进行成像的控制器，所述TEE探头能够被插入所述对象中，所述控制器包括：
用于存储指令的存储器；以及
用于运行所述指令的处理器；
其中，当由所述处理器运行时，所述指令使所述控制器执行包括以下操作的过程：
使经胸回波(TTE)超声采集系统的TTE探头向所述对象内的区域的选定感兴趣区发射超声波束；
将所述TEE探头切换到监听模式，使得所述TEE探头能够探测并接收由所述TTE探头发射的所述超声波束；以及
使机器人使用探测到的TTE超声波束将所述TEE探头操纵到所述对象中的成像位置，所述TEE探头使用从所述成像位置采集的超声图像来示出所述感兴趣区。


2.根据权利要求1的控制器，其中，使所述机器人操纵所述TEE探头包括使用所述存储器中的机器人引导/控制模块的指令。


3.根据权利要求1的控制器，其中，控制所述机器人将所述TEE探头操纵到所述成像位置以示出所述感兴趣区的步骤包括所述控制器执行包括以下操作的过程：
在探测到由所述TTE探头发射的所述超声波束后，使所述机器人控制所述TEE探头沿定位路径移动，同时所述TEE探头继续接收所述超声波束；
解读接收到的超声波束以找到表示接收到的超声波束的信号强度的电流的信号峰值；
在一系列时间步上分别测量所述定位路径上在所述TEE探头的不同位置处的所述信号峰值的幅度；
将所述成像位置识别为所述不同位置中的所述信号峰值指示接收到的超声波束的最高信号强度的位置；以及
使所述机器人将所述TEE探头定位在所述成像位置处以示出所述感兴趣区。


4.根据权利要求3的控制器，其中，识别所述成像位置包括所述指令使所述控制器执行包括以下操作的过程：
确定在当前位置处测得的所述TEE探头的所述信号峰值的所述幅度与在前面的相继的时间步期间在先前位置处测得的所述TEE探头的所述信号峰值的幅度之间的差异；
当所述差异为正时，指示改进的信号强度，使所述机器人控制所述TEE探头从所述当前位置沿与先前移动相同的方向移动到经更新的位置；
当所述差异为负时，使所述机器人控制所述TEE探头从所述当前位置移动到所述先前位置，并且从所述先前位置沿不同的方向移动到所述经更新的位置；
在所述经更新的位置中在下一个相继的时间步测量所述TEE探头的所述信号峰值的幅度；
重复确定所述差异，并且在分别从所述经更新的位置沿预定数量的不同方向中的所有方向移动所述TEE探头后，使所述机器人控制所述TEE探头移动到另一个经更新的位置，直到所述差异为负；以及
将所述经更新的位置识别为所述成像位置。


5.根据权利要求1的控制器，其中，所述超声波束由所述TTE探头沿所述感兴趣区的平面发射。


6.根据权利要求1的控制器，其中，通过所述指令使所述控制器执行包括以下操作的过程来使得所述TEE探头能够探测从所述TTE探头发射的所述超声波束：
使所述机器人沿预定的探测路径移动所述TEE探头，直到探测到从所述TTE超声采集系统发射的所述超声波束为止；以及
使所述机器人将所述TEE探头停在预定义的探测路径上的探测到所述超声波束的位置。


7.根据权利要求6的控制器，其中，所述预定义的探测路径包括围绕所述TEE探头的探头头部的一组同心球。


8.根据权利要求4的控制器，其中，所述机器人包括单自由度机器人，并且所述控制器使所述机器人沿运动方向移动所述TEE探头，所述运动方向与沿所述运动方向的信号强度梯度成比例。


9.根据权利要求4的控制器，其中，所述机器人包括多自由度机器人，并且所述控制器使所述机器人以与信号梯度成比例的方向矢量移动所述TEE探头。


10.一种用于在介入程序期间将经食道回波(TEE)超声采集系统的TEE探头自动引导到与对象中的感兴趣区相邻的成像位置的方法，所述方法包括：
将所述TEE探头切换到监听模式；
使经胸回波(TTE)超声采集系统的TTE探头向所述感兴趣区发射超声波束，所述TEE探头在所述监听模式下探测由所述TTE探头发射的所述超声波束；
使机器人利用探测到的TTE超声波束将所述TEE探头操纵到成像位置；以及
从被定位在示出所述感兴趣区的成像位置的所述TEE探头接收超声图像。


11.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·波波维奇，S·科鲁孔达，JL·FM·罗伯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL