[發明專利]一種雙平面超聲換能器探頭及其換能器位置的設置方法

在審

• 申請號: 202210853024.6
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115381484A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 吳文燾;王玥;林洪甫;潘航
• 申請（專利權）人: 北京京聲普探科技有限公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B8/08;A61B10/02;A61B17/34;A61B90/11
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本發明涉及一種雙平面穿刺超聲導引系統換能器探頭及其換能器位置的設置方法。通過對單平面換能器在三維坐標系中的位置進行變換，以構造具有兩個換能器的雙平面探頭，其中位置變換包括一個水平移動變換和三個方向的角度變換，使得探頭的兩個換能器的之間夾角可調，并且與水平面的兩個角度可調。可以根據身體部位的穿刺要求設計最優的雙平面穿刺探頭。該兩個換能器的掃查平面相交在進針路徑上，從而可以從不同的維度對穿刺針的進針過程進行顯示，并相互實時糾正穿刺針在各自換能器的被動孔徑方向上發生的偏離，并且所有的角度關系，通過數學表達式互相轉化，并且根據不同的應用場景，指導雙平面換能器探頭的設計，能夠快速自動地對換能器參數精確設置，使其與具體的穿刺目標相匹配，提高了穿刺導引的精確度。

技術領域

本發明涉及超聲換能器技術領域，具體涉及一種雙平面超聲換能器探頭及其中換能器位置的設置方法。

背景技術

為了解決穿刺導引時針或針尖的精確定位問題，國內外研究人員提出了雙平面超聲換能器。傳統的雙平面超聲換能器的兩個超聲換能器采用T型或L型排列。無論是T型還是L型雙平面超聲換能器，它們的兩個線陣換能器保持完全垂直的相對位置關系，因此T型或L型雙平面超聲換能器的兩成像平面保持垂直。附圖1展示了T型雙平面超聲探頭的成像平面。換能器1的成像平面對應于平面內視圖，穿刺器械的輪廓可以在此成像平面內完全被顯示，但是不能展示出穿刺器械和周圍組織在橫切面的相對位置關系。換能器2的成像平面對應于平面外視圖，它與平面內視圖互相正交，所以在此成像平面內可以顯示穿刺器械與周圍組織在橫切面的相對位置關系。在采用T型或者L型雙平面超聲換能器進行穿刺導引時，穿刺針首先出現在換能器1對應的成像平面內，穿刺針可能會由于部分容積效應或者穿刺針的針尖跑出換能器1的聲束掃查范圍而無法在成像平面內觀察到它的位置偏離。超聲換能器在被動孔徑方向的聲場并不是嚴格的“切片”而是有一定厚度的切片。因此超聲成像平面顯示的圖像是垂直于成像平面方向上且一定范圍內的信息疊加，這在醫學超聲領域被稱為部分容積效應。當穿刺針繼續進針直到出現在換能器2對應成像平面內時，穿刺針與周圍組織的位置關系才能被確定，此時如果穿刺針發生了偏離就不能不重新穿刺。這一過程增加了穿刺時間以及穿刺失敗率并且可能已經給周圍組織帶來損傷。因此，傳統的T型或者L型雙平面超聲換能器不具備實時糾正穿刺針進針路徑的能力。

現有技術中可以通過采用完整面型的陣列換能器實現雙平面超聲成像，其效果雖然好，但是上萬通道的面陣以及成像成本限制其無法被廣泛普及。

現有技術中也存在其他的改進方式。例如實用新型專利202122239361.X公開了一種雙平面超聲換能器探頭裝置，通過改變兩個換能器的夾角及換能器與基座的夾角，使得能夠在個平面同時看到穿刺針，導引穿刺。但是其只能改變兩個換能器的夾角及換能器與基座的夾角，無法準確根據穿刺要求改變角度，會造成某些目標無法穿刺；且其中兩個換能器之間的夾角及換能器與基座的夾角取值依賴于經驗，在使用時需要醫生將探頭貼在被檢部位進行手動進行嘗試和調整，造成使用非常不便利；同時兩個換能器之間的夾角及換能器與基座的夾角分別獨立調整，兩者之間并無關聯性，也導致在實際使用時醫生很難找到一種與其具體的穿刺目標相匹配的探頭設置，使得穿刺導引的準確度降低，并且增加了穿刺失敗的可能性。

為了解決上述問題，本發明提出了一種新型雙平面超聲換能器探頭的構造方法，通過對單平面換能器在三維坐標系中的位置進行變換，以構造具有兩個換能器的雙平面探頭，其中位置變換包括一個水平移動變換和三個方向的角度變換，使得探頭的兩個換能器的之間夾角可調，并且與水平面的兩個角度可調。可以根據身體部位的穿刺要求設計最優的雙平面穿刺探頭。該兩個換能器的掃查平面相交在進針路徑上，從而可以從不同的維度對穿刺針的進針過程進行顯示，并相互實時糾正穿刺針在各自換能器的被動孔徑方向上發生的偏離，并且所有的角度關系，通過數學表達式互相轉化，并且根據不同的應用場景，指導雙平面換能器探頭的設計，能夠快速自動地對換能器參數精確設置，使其與具體的穿刺目標相匹配，提高了穿刺導引的精確度。

發明內容