超声可定位外科手术导丝系统和方法技术方案

本公开提供了一种系统和方法，用于使用广泛可用的超声成像来克服对导丝和相对于超声波长在尺寸上可能是亚波长的其他小物体成像的限制。该系统和方法可以减少X射线的使用和暴露于辐射的危险影响，并避免MRI技术的费用。可以使用这里描述的多种方法和相关系统来检测亚波长物体，例如导丝，包括当物体前进穿过超声检测器的扫描区域时，物体以产生物体的更亮的超声图像的频率改变位置。在一些实施例中，小物体的移动导致了与物体本身产生的不同的散斑特征。对由于物体的渐进移动而引起的散斑图案变化的分析可以产生可检测的物体。斑图案变化的分析可以产生可检测的物体。斑图案变化的分析可以产生可检测的物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声可定位外科手术导丝系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年5月18日提交的题为“超声可定位手术导丝系统和方法”的美国临时申请号63/026537的权益，该申请通过引用结合于此。


[0003]本公开总体涉及利用超声技术来定位物体的系统和方法。更具体地，本公开涉及利用超声技术的系统和方法，尤其用于定位亚波长大小的物体。

技术介绍

[0004]每年有数千万人接受某种形式的神经外科手术。这些手术中的大多数包括创伤性脑损伤、中风、脑积水和癫痫以及动脉瘤和动脉粥样硬化疾病的治疗。这些外科手术通常需要使用导丝和导管，导丝和导管穿过身体复杂的血管网络以到达大脑中的患病区域。一旦导丝到达所需位置，受损组织的修复就通过夹住、切除和去除斑块来完成。将导丝穿过身体需要连续成像以导航到病变处并防止损伤身体各处的许多脆弱组织。
[0005]当前在神经外科手术过程中可视化导丝的方法利用基于X射线的成像、荧光透视，这可能使患者暴露于过量的辐射水平。在重复或漫长的过程中，暴露尤其令人担忧。过度的辐射暴露会导致对组织的急性和长期副作用，同时增加多种癌症的风险。它还需要使用对比成像剂，这可能导致威胁生命的副作用。实时MRI成像是神经血管手术中导丝成像的新兴替代方法，并且不会使患者暴露于辐射或造影剂。虽然实时MRI的使用正在流行，但它很昂贵，增加了整个手术的时间，并且没有被用于复杂的神经血管手术。
[0006]超声波用于在外科手术中引导针头和导管已经有约40年了。超声是一种安全(非电离)、经济、便携且广泛可用的成像方式。超声的弱点是软组织对比度差，以及气体和金属或骨头对超声波的阻抗。超声使用通常在1
‑
10MHz范围内的高频声音，低频(1
‑
3MHz)用于更深的结构，例如肝脏或心脏，而高频(5
‑
10MHz)用于皮肤附近的成像。
[0007]超声图像是通过换能器将超声脉冲发送到物体中，并在同一换能器上测量所产生的返回波而产生的。返回波被遇到的材料和界面反射、衰减、散射和延迟，产生的返回波携带幅度、延迟、相移和频移的信息。例如，每个返回脉冲的时间延迟是到达反射波的表面的传播时间的两倍。衰减指定了脉冲穿过的材料，这给出了允许计算距离的声速。通常，脉冲每秒发送30次，然后测量返回波，直到下一次发送。
[0008]单个换能器产生的图像最初近似为一列，然后随着深入物体而变宽(A模式)。当多个换能器彼此相邻放置以产生2D图像时，称为B模式。
[0009]超声的分辨率受到其波长的限制，而波长取决于超声探头的频率及其穿过的组织。分辨率极限在500微米(μm)到150微米之间变化。活检针、注射针和导管很容易看到，因为它们远高于分辨率极限。然而，用于神经外科手术(例如动脉瘤)的血管导丝通常具有小于100微米的直径。低于分辨率限制时，目标会散射声音，产生散斑假象。超声图像布满散斑，这降低了检测低对比度和/或小尺寸目标的能力。人体中的组织由许多小于超声波长的
结构构成，这是在超声图像中表现为散斑的大多数噪声的原因。物体材料的薄(亚波长)部分可以产生至少多个像素的显著散斑图案强度，但它可能与周围组织的背景散斑难以区分，尤其是在骨骼附近。在非移动换能器和非移动物体的情况下，散斑图案不会改变，因此很难将小的亚波长物体的存在与散斑噪声区分开。
[0010]从组织的变化中分离小结构的散斑是有问题的。因此，超声不是亚波长物体成像的选择。使用类似尺寸的导丝的其他类型的血管内手术会遇到类似的问题。
[0011]因此，需要能够利用超声技术来识别诸如导丝的小物体，与X射线相比，超声技术降低了健康风险，并且比磁共振成像(MRI)技术更便宜。

技术实现思路

[0012]本公开提供了一种用于使用广泛可用的超声成像的系统和方法，以克服对导丝和在尺寸上相对于相关介质中的超声波长可能是亚波长的其他较小物体进行成像的限制。该系统和方法可以减少X射线的使用和暴露于辐射的危险影响，并避免MRI技术的费用。可以使用这里描述的多种方法和相关联的系统来检测亚波长物体，例如导丝，包括该物体以一定频率改变位置，从反射的超声波创建比物体第一状态下的超声图像更亮的物体超声图像。在一些实施例中，小物体的移动导致了与物体本身在其他情况下所生成的不同的散斑特征。在其他实施例中，对由于物体的固定形状的渐进移动而引起的散斑图案变化进行分析可以形成可检测到的物体。因此，来自移动物体的动态散斑可被识别并用于定位在周围组织或其他介质内的物体。
[0013]本公开提供了一种用于利用超声成像技术来检测物体的系统，该超声成像技术通过从超声系统产生超声波来成像，该超声波具有对应超声波长的频率，该系统包括物体，其在配置为暴露于超声波的波前的第一状态位置处具有第一状态，并且通过将物体移动到不同于第一状态位置的第二状态位置而具有第二状态，其中超声波从第一状态位置和第二状态位置反射，以产生比该物体在第一状态的超声图像更亮的该物体在第二状态的超声图像。
[0014]本公开还提供了一种利用超声成像技术来检测物体的方法，该超声成像技术通过从超声系统产生具有对应超声波长的频率的超声波来成像，该方法包括：将能够至少部分反射超声波的物体放置到至少部分传导超声波的物质中，该物体在第一状态位置具有第一状态；将物体移动到不同于第一状态位置的第二状态位置处的第二状态；允许来自超声系统的超声波在第一状态位置和第二状态位置从物体反射；以及创建比物体在第一状态下的超声图像更亮的物体在第二状态下的超声图像。
附图说明
[0015]图1A是超声系统的实施例的示意图，其具有处于第一状态的合适的待检测物体的示例，例如丝。
[0016]图1B是物体处于第二状态的图1A的实施例的示意图。
[0017]图1C是用于向图1B的物体施加能量的说明性脉冲形式。
[0018]图2A是超声系统的另一实施例的示意图，其中示例性待检测物体处于第一状态。
[0019]图2B是物体处于第二状态的图2A的实施例的示意图。
[0020]图2C是用于向图2B的物体施加能量的说明性脉冲形式。
[0021]图3A是超声系统的另一实施例的示意图，其中示例性待检测物体处于第一状态。
[0022]图3B是物体处于第二状态的图3A的实施例的示意图。
[0023]图3C是用于向图3B的物体施加能量的说明性脉冲形式。
[0024]图4A是超声系统的另一实施例的示意图，其中示例性待检测物体处于第一状态。
[0025]图4B是物体处于第二状态的图4A的实施例的示意图。
[0026]图4C是用于向图4B的物体施加能量的说明性脉冲形式。
[0027]图5A是超声系统的另一实施例的示意图，其中示例性待检测物体处于第一状态。
[0028]图5B是物体处于第二状态的图5A的实施例的示意图。
[0029]图6A是超声系统的另一实施例的示意图，其中示例性待检测物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于利用超声成像技术来检测物体的系统，所述超声成像技术通过从超声系统产生超声波来成像，所述超声波具有对应超声波长的频率，所述系统包括：物体，其在配置为暴露于所述超声波的波前的第一状态位置处具有第一状态，并且通过将所述物体移动到不同于所述第一状态位置的第二状态位置而具有第二状态，其中，所述超声波从所述第一状态位置以及所述第二状态位置反射，以创建比所述物体在所述第一状态的超声图像更亮的所述物体在所述第二状态的超声图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物体的移动还包括从所述第二位置移动回到所述第一位置，以在所述第一位置与所述第二位置之间创建以一定的频率重复的移动。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述物体以所述频率的移动与超声频率同步，以创建所述物体在所述第一状态位置以及所述第二状态位置处的超声图像。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物体具有至少一个横截面尺寸，所述横截面尺寸小于所述物体将在其中被检测的物质中的超声波长。5.根据权利要求1所述的系统，还包括物体激活子系统，其配置为至少当所述物体暴露于所述超声波时引起所述物体的振动。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述物体包括形状记忆材料，其配置为在第一温度下以一个或多个激活能级变形。7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述物体包括形状记忆材料，其配置为在第一温度下以第一激活能级变形并且在第二温度下以第二激活能级变形。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述物体配置为以所述第一激活能级在第一方向上变形，并且在不同于第一方向的第二方向上变形。9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二状态包括多个第二状态位置。10.根据权利要求5所述的系统，其中，所述物体包括耦合到所述物体激活子系统的多条丝，并且所述多条丝配置为由所述物体激活子系统激活。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述物体的至少第一丝配置为在第一方...

【专利技术属性】
技术研发人员：LJ奥拉夫森，KE舒伯特，JS奥拉夫森，S达亚万萨，JH黄，
申请(专利权)人：斯科特amp，amp，怀特医疗保健公司，
类型：发明
国别省市：