一种实时显示穿刺针位置的超声图像引导系统及其使用方法与流程

本发明涉及一种实时显示穿刺针位置的引导系统及其使用方法，具体是一种实时显示穿刺针位置的超声图像引导系统及其使用方法。

背景技术：

通过皮肤的体外或体内(如与各种内窥镜结合)的细针穿刺活体组织检查或抽吸在临床诊断中被广泛使用，这种技术与开放性手术式的活体检查相比更安全，创伤小。此外，细针也可以应用于治疗(如通过微波和射频的针式癌症消融)。利用现有的临床成像方法(如CT(电子计算机断层扫描)，MRI(核磁共振成像)和超声波成像)，活体组织穿刺的操作者可以实时地通过显示的图像观察活检穿刺针的位置，并以此信息引导调整穿刺针的运动方向使其逐步向目标区域前进。在这些成像模式中，优先选用超声波成像的引导方法，这主要由于超声波相对于CT及MRI具有非电离、非辐射性、低成本、可移动性和高帧速率的优点。但是由于超声波扫描后显示的图像其分辨率较低，同时一般穿刺针的直径较小(尤其是穿刺针端部直径极小)，因此在进行穿刺时在超声波显示的图像中无法清晰可靠地显示穿刺针(或部分显示穿刺针)的位置进而无法对穿刺针的穿刺端部的位置准确定位，最终导致该图像无法对操作者的穿刺工作起到引导作用。在影像引导肾活体组织检查中，CT的准确率为93.8％，而超声检查的相应值为76.4％。在超声波引导下甲状腺活体组织检查的成功率为68％至96.6％。活体组织检查错位可导致穿刺针多次插入、较长的检查和诊断时间、对其他组织或器官的不必要损伤、以及多次重复性操作。

目前行业内已经开发了几种系统及方法用以在超声波成像引导下改善穿刺细针的可视化。其中一种系统及方法是用二维实时超声波成像的位置数据标记目标及其周围组织的三维结构用于穿刺体的导航，同时在超声探头和导管中的嵌入多个传感器(如电磁和光学传感器)用于确定穿刺针穿刺端(即针头)的准确位置，并且在超声波图像上实时显示当前位置和预测轨迹。在最大误差为2.96毫米的非手术环境中，系统估计的位置精度可达到0.71±0.43mm。这种方式虽然使超声波图像可确定穿刺针的实时位置，但是其不仅需要多种传感器及硬件的支持，另外也需要相应的超声波成像系统的支持，而且对每个不同检体均需探测穿刺目标点周围组织的三维结构用于穿刺体的导航；由于上述原因这种方式实施复杂、不便于操作者学习、成本较高，而且一旦发生故障无法尽快进行修复。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种实时显示穿刺针位置的超声波引导系统及其使用方法，能在超声图像诊断仪显示的图像中实时识别出穿刺针的穿刺端所处的位置，同时其结构简单、使用方便、成本较低，便于操作者的学习。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种实时显示穿刺针位置的超声图像引导系统，包括超声图像诊断仪、微激励器和谐波振荡器，微激励器与谐波振荡器连接，所述微激励器包括包裹层、两个外层和中间层，两个外层相对设置，中间层的上下表面通过导电胶分别与两个外层连接，所述外层由绝缘层和电极层组成，所述中间层由隔离层和压电片组成，所述压电片设置在隔离层的一端；所述包裹层为涂覆在两个外层外表面的PDMS(聚二甲基硅氧烷)层；采用PDMS薄膜具有良好的生物相容性，并且使装置与导电性体液隔离。

进一步，所述压电片为PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷片。

进一步，所述隔离层和绝缘层的材质均为LCP(液晶聚合物)。

进一步，所述导电胶为导电环氧树脂。

一种微激励器的制备方法，具体步骤为：

A、制备外层：将电极层和绝缘层粘合成一体；

B、设定中间层：将压电片设置在隔离层的一端形成中间层；

C、制备复合层：将中间层放置在两个相对设置的外层中间，并通过导电胶将中间层与外层粘合；

D、制备包裹层：在复合层外表面涂覆PDMS层形成包裹层；

E、固化处理：在完成步骤D后将其放入烘箱中在80℃下烘焙2小时进行固化；

F、极化处理：将固化后的压电片在225V电压下极化5分钟，然后在450V电压下极化15分钟以实现压电效应，完成微激励器的制备过程。

一种实时显示穿刺针位置的超声波引导系统的使用方法，该方法的具体步骤为：

a、通过阻抗分析仪测量本引导系统中微激励器的谐振频率，该谐振频率的正弦波用于驱动此微激励器使其通过压电片发射超声波；

b、确定谐振频率后，将微激励器贴合在穿刺针的外表面，并使带有压电片的微激励器一端靠近穿刺针的穿刺端，微激励器另一端与谐波振荡器连接；

c、调整谐波振荡器发出的信号使其与微激励器的谐振频率正弦波一致；

d、开启超声图像诊断仪后操作者采用穿刺针进行穿刺；

e、由于微激励器发出的超声波与超声图像诊断仪发出的超声波发生干涉，则操作者通过观察超声图像诊断仪显示的图像，其中具有圆锥形明亮条纹线即为发生干涉产生的图像，并且根据干涉原理显示的图像中圆锥顶点即为压电片所处的位置，再根据粘连微激励器时压电片在穿刺针的位置，确定穿刺针的穿刺端位置；

f、操作者根据确定穿刺针的穿刺端所处的位置实时调整穿刺方向，最终达到穿刺标的点。

与现有技术相比，本发明采用超声图像诊断仪、微激励器、穿刺针和谐波振荡器相结合的方式，利用微激励器发出的超声波与超声图像诊断仪发出的超声波发生干涉现象，由于干涉现象会在超声图像诊断仪显示的图像中呈现具有圆锥形明亮条纹线，然后根据干涉原理圆锥顶点即为压电片，由于压电片靠近穿刺针的穿刺端设置，因此可得出穿刺针的穿刺端所处的实时位置，便于操作者调整穿刺方向的引导，最终达到穿刺标的点。这种方式由于采用超声图像引导，因此其具有超声波所具有的非电离、非辐射性、低成本、可移动性和高帧速率的优点；同时本发明无需多种传感器及硬件的支持，另外也无需修改相应的超声波成像系统的硬件和软件，采用普通的超声图像诊断仪即可实现本发明，因此适用性广泛，同时成本较低，结构简单，也便于操作者的使用。

附图说明

图1是本发明中微激振器外形示意图；

图2是图1的纵向剖视图；

图3是本发明中微激振器安装在穿刺针的位置示意图；

图4是未采用本发明进行穿刺时的超声图像诊断仪成像图。

图5是采用本发明进行穿刺时的超声图像诊断仪成像图。

图中：1、微激振器，2、压电片，3、绝缘层，4、电极层，5、隔离层，6、穿刺针。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，该种实时显示穿刺针位置的超声波引导系统，包括超声图像诊断仪、微激励器1和谐波振荡器，微激励器1与谐波振荡器连接，所述微激励器1包括包裹层、两个外层和中间层，两个外层相对设置，中间层的上下表面通过导电胶分别与两个外层连接，所述外层由绝缘层3和电极层4组成，所述中间层由隔离层5和压电片2组成，所述压电片2设置在隔离层5的一端；所述包裹层为涂覆在两个外层外表面的PDMS(聚二甲基硅氧烷)层；采用PDMS薄膜具有良好的生物相容性，并且使装置与导电性体液隔离。

进一步，所述压电片2为PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷片。

进一步，所述隔离层5和绝缘层3的材质均为LCP(液晶聚合物)。

进一步，所述导电胶为导电环氧树脂。

一种微激励器的制备方法，具体步骤为：

A、制备外层：将电极层4和绝缘层3粘合成一体；

B、设定中间层：将压电片2设置在隔离层5的一端形成中间层；

C、制备复合层：将中间层放置在两个相对设置的外层中间，并通过导电胶将中间层与外层粘合；

D、制备包裹层：在复合层外表面涂覆PDMS层形成包裹层；

E、固化处理：在完成步骤D后将其放入烘箱中在80℃下烘焙2小时进行固化；

F、极化处理：将固化后的压电片2在225V电压下极化5分钟，然后在450V电压下极化15分钟以实现压电效应，完成微激励器的制备过程。

一种实时显示穿刺针位置的超声波引导系统的使用方法，该方法的具体步骤为：

a、通过阻抗分析仪测量本引导系统中微激励器1的谐振频率，该谐振频率的正弦波用于驱动此微激励器1使其通过压电片发射超声波；

b、确定谐振频率后，将微激励器1贴合在穿刺针的外表面，并使带有压电片2的微激励器1一端靠近穿刺针6的穿刺端，微激励器1另一端与谐波振荡器连接；

c、调整谐波振荡器发出的信号使其与微激励器1的谐振频率正弦波一致；

d、开启超声图像诊断仪后操作者采用穿刺针6进行穿刺；

e、由于微激励器1发出的超声波与超声图像诊断仪发出的超声波发生干涉，则操作者通过观察超声图像诊断仪显示的图像，其中具有圆锥形明亮条纹线即为发生干涉产生的图像，并且根据干涉原理显示的图像中圆锥顶点即为压电片2的位置；

f、操作者根据实时确定穿刺针6的穿刺端所处的位置调整穿刺方向，最终达到穿刺标的点。