способ и устройство для непрерывной визуализации посредством системы ультразвукового преобразователя

Формула изобретения

1. Устройство для непрерывной ультразвуковой визуализации обследуемого объекта пациента, содержащее:

низкопрофильный преобразователь, при этом упомянутый преобразователь содержит широкоапертурную матрицу-решетку; и

систему ультразвуковой визуализации, дистанционную от преобразователя, при этом система ультразвуковой визуализации содержит пульт управления, который управляет настройкой изображения и позиционированием сканирующих линий, формируемых упомянутой матрицей-решеткой для дистанционного манипулирования визуализацией обследуемого объекта без ручного перемещения преобразователя; и упомянутая матрица-решетка содержит прокладку, неподвижно закрепленную на пациенте, прокладка изготовлена из материала с низкими акустическими потерями и является более широкой, чем фактическая апертура визуализации, для получения изображения обследуемого объекта, когда прокладка расположена над обследуемым объектом, загораживаемом препятствием,

при этом препятствие, имеющееся между прокладкой и обследуемым объектом, удаляется из изображения путем репозиционирования секторных сканограмм с помощью пульта управления для репозиции сканирующих линий и смещения изображения от препятствия без ручного перемещения преобразователя.

2. Устройство по п.1, в котором изображение является 2-мерным изображением.

3. Устройство по п.1, в котором изображение является 3-мерным изображением.

4. Устройство по п.1, в котором секторные сканограммы репозиционированы горизонтально.

5. Устройство по п.1, в котором секторные сканограммы репозиционированы вертикально.

6. Устройство по п.1, в котором секторные сканограммы репозиционированы для поворота изображения.

7. Устройство по п.1, в котором секторные сканограммы репозиционированы для наклона изображения.

8. Устройство по п.1, в котором секторные сканограммы репозиционированы для устранения затенения ребрами из упомянутого изображения.

9. Устройство по п.8, в котором упомянутый пульт управления содержит трекбол для прокручивания упомянутого изображения влево или вправо от упомянутого ребра, для позиционирования изображения с выводом ребра из пути, и управляющие программируемые клавиши на упомянутой системе ультразвуковой визуализации, для обеспечения различных смещений изображения, включая наклон, смещение по высоте, поворот в двух плоскостях для смещения упомянутого изображения от упомянутого ребра.

10. Устройство по п.1, в котором упомянутая прокладка является одноразовой прокладкой.

11. Устройство по п.1, в котором упомянутая прокладка является прокладкой многоразового использования.

12. Устройство по п.1, в котором упомянутая матрица-решетка и упомянутая система ультразвуковой визуализации соединены по беспроводной технологии.

13. Устройство по п.12, в котором упомянутая беспроводная технология является технологией Bluetooth®.

14. Устройство по п.1, в котором упомянутая матрица-решетка сформирована в виде нескольких прокладок для визуализации.

15. Устройство по п.1, в котором упомянутая матрица-решетка представляет собой низкопрофильный широкоапертурный матрично-решеточный блок датчиков.

16. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка изготовлена из емкостного ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки.

17. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка изготовлена из пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки.

18. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка изготовлена из конструкции ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки.

19. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка изготовлена из пьезоэлектрической конструкции.

20. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка закреплена в низкопрофильной жесткой оправе и соединена с упомянутой системой визуализации проводами преобразователя.

21. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка закреплена в низкопрофильной жесткой оправе, обеспечивающей, тем самым, оправу для упомянутого преобразователя, и подсоединена к упомянутой системе визуализации по беспроводной технологии.

22. Устройство по п.21, в котором упомянутая беспроводная технология является технологией Bluetooth®.

23. Устройство по п.15, в котором упомянутая матрица-решетка прикреплена к жесткой оправе для упомянутого преобразователя, акустически связываемой с упомянутой матрицей-решеткой ультразвуковым гелем.

24. Устройство по п.23, в котором упомянутая прокладка закрепляется на теле пациента в зоне обследования адгезивом по периметру упомянутой прокладки и акустически связывается с телом упомянутого пациента упомянутым ультразвуковым гелем.

25. Устройство по п.15, в котором упомянутая система визуализации представляет собой систему ультразвуковой визуализации с блоком фазирования, и упомянутая система визуализации с блоком фазирования выполнена с возможностью управления упомянутой матрицей-решеткой, при этом изображения, получаемые из упомянутой матрицы-решетки, содержат стандартные форматы как 2-мерного матричного сканирования с фазированием, так и 2-мерного линейного матричного сканирования, а также 3-мерные изображения в реальном времени.

26. Способ обеспечения непрерывной ультразвуковой визуализации обследуемого объекта пациента, при этом способ содержит следующие этапы:

неподвижно закрепляют на пациенте прокладку матрицы-решетки низкопрофильного преобразователя, при этом прокладка изготовлена из материала с низкими акустическими потерями и является более широкой, чем фактическая апертура визуализации, для получения изображения обследуемого объекта, когда прокладка расположена над обследуемым объектом, загораживаемом препятствием,

формируют сканирующие линии посредством матрицы-решетки;

управляют настройкой изображения и позиционированием сканирующих линий, сформированных матрицей-решеткой посредством пульта управления системы ультразвуковой визуализации; и

удаляют препятствие, имеющееся между прокладкой и обследуемым объектом, из изображения путем репозиционирования секторных сканограмм с помощью пульта управления для репозиции сканирующих линий и смещения изображения от препятствия без ручного перемещения преобразователя.

27. Способ по п.26, в котором изображение является 2-мерным изображением.

28. Способ по п.26, в котором изображение является 3-мерным изображением.

29. Способ по п.26, в котором секторные сканограммы репозиционируют горизонтально.

30. Способ по п.26, в котором секторные сканограммы репозиционируют вертикально.

31. Способ по п.26, в котором секторные сканограммы репозиционируют для поворота изображения.

32. Способ по п.26, в котором секторные сканограммы репозиционируют для наклона изображения.

33. Способ по п.26, в котором секторные сканограммы репозиционируют для устранения затенения ребрами из упомянутого изображения.

34. Способ по п.33, в котором пульт управления содержит трекбол для прокручивания упомянутого изображения влево или вправо от упомянутого ребра, чтобы позиционировать изображение с выводом ребра из пути, и управляющие программируемые клавиши на упомянутой системе ультразвуковой визуализации, чтобы обеспечивать смещение изображения, включая наклон, смещение по высоте, поворот в двух плоскостях для смещения упомянутого изображения от упомянутого ребра.

35. Способ по п.26, дополнительно содержащий следующие этапы:

устраняют затенение ребрами посредством управления упомянутой системой ультразвуковой визуализации в режиме 2-мерной визуализации, с упомянутой матрицей-решеткой, позиционированной над обследуемым объектом и визуализируют изображение посредством горизонтального репозиционирования секторных сканограмм с помощью органов управления на пульте управления упомянутой системы ультразвуковой визуализации.

36. Способ по п.35, в котором упомянутые органы управления упомянутой системой ультразвуковой визуализации содержат трекбол для прокручивания упомянутого изображения влево или вправо от упомянутого ребра, чтобы позиционировать изображение с выводом ребра из пути, и управляющие программируемые клавиши на упомянутой системе ультразвуковой визуализации, чтобы обеспечивать смещение изображения, включая наклон, смещение по высоте и поворот в двух плоскостях для смещения упомянутого изображения от упомянутого ребра.

37. Способ по п.26, в котором упомянутая прокладка является одноразовой прокладкой.

38. Способ по п.26, в котором упомянутая прокладка является прокладкой многоразового использования.

39. Способ по п.26, в котором упомянутая матрица-решетка и упомянутая система ультразвуковой визуализации соединены по беспроводной технологии.

40. Способ по п.39, в котором упомянутая беспроводная технология является технологией Bluetooth®.

41. Способ по п.26, в котором упомянутая матрица-решетка сформирована в виде нескольких прокладок для визуализации.

Описание изобретения к патенту

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обеспечения непрерывной визуализации системой ультразвукового преобразователя. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для ультразвуковой визуализации, которые управляют настройкой и позиционированием сканирующих линий, формируемых матрицей, без необходимости ручного манипулирования преобразователем.

Уровень техники

При трансторакальной визуализации ультразвуковые преобразователи обычно удерживают рукой вплотную к груди или брюшной полости.

Чтобы обеспечивать непрерывную визуализацию анатомии человека для исследования или лечения, ультразвуковой преобразователь требуется располагать и удерживать в очень хорошей акустической связи и с точным совмещением с обследуемыми объектами. Удаленные преобразователи описаны авторами Чандератна (Chanderatna) (5598845) и Клэнси (Clancy) (5022410), но в обоих случаях требуется механическая регулировка блока преобразователя относительно объектов анатомии человека для получения изображения. Существует потребность в разработке методологии и устройств, которые допускают применение удаленного преобразователя без необходимости ручного регулирования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предлагает ультразвуковой преобразователь на основе низкопрофильной широкоапертурной матрицы, неподвижно закрепляемый на теле человека одноразовой прокладкой и применяемый для визуализации анатомии человека. Настройкой изображения и полем обзора управляют дистанционно входными сигналами в системе ультразвуковой визуализации.

Описанный здесь матрично-решеточный преобразователь, накладываемый при помощи прокладки, устраняет потребность в механической регулировке благодаря применению электронного управления сканирующими линиями, которые позиционируются пользователем, управляющим системой ультразвуковой визуализации, поэтому больше не существует необходимости в манипулировании преобразователем визуализации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема настоящего изобретения, представляющая матрично-решеточный блок датчиков, управляемый системой ультразвуковой визуализации с блоком фазирования, и одноразовую прокладку, прикрепленную к оправе преобразователя и акустически связанную с решеткой;

Фиг.2 - изображение накладки, показанной на фиг.1, прикрепленной к телу пациента в зоне обследования;

Фиг.3 - вариант осуществления, альтернативный фиг.2, с несколькими накладками, прикрепленными к нескольким зонам обследования;

Фиг.4А - 4В - изображения альтернативной накладки, а именно матрично-решеточной накладки многоразового использования, которые являются, соответственно, видами сверху и сбоку накладки, представляющей собой многократно используемую накладку;

Фиг.5А и 5В - соответственно, виды сверху и сбоку одноразовой накладки, показанной на фиг.1;

Фиг.6А и 6В - изображения матрично-решеточной накладки, прикладываемой к телу пациента для визуализации в тех местах, где визуализация невозможна из-за затенения ребрами;

Фиг.7А и 7В - изображения способа по настоящему изобретению для решения проблем визуализации, показанных на фиг.6А и 6В, обусловленных затенением ребрами; и

Фиг.8 - изображение панели управления системой ультразвуковой визуализации с блоком фазирования по настоящему изобретению и органов управления для регулировки визуализации накладным преобразователем, включая устранение затенения ребрами, показанного на фиг.6А, 6В, 7А и 7В.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Как видно на чертежах, включающих фиг.1-8, низкопрофильный широкоапертурный матрично-решеточный блок датчиков, управляемый системой ультразвуковой визуализации с фазированной решеткой, показан на фиг.1. Решетка закреплена в низкопрофильной жесткой обойме и подключена к системе визуализации обычными проводами преобразователя (хотя, возможно беспроводное подключение с помощью любой известной на рынке беспроводной технологии, например, но без ограничения, технологии Bluetooth®). Матричная накладка 10 может быть сформирована в виде одноразовой или многоразовой прокладки и изготовлена из подходящего материала с низкими акустическими потерями, например, силикона или эквивалентного материала, соединена с оправой преобразователя и акустически связана с решеткой с помощью ультразвукового геля. Матрица-решетка может бфть сформирована в виде нескольких прокладок для визуализации. Итак, одноразовую прокладку, более подробно показанную на фиг.5А и 5В, закрепляют на теле человека в зоне обследования адгезивом по ее периметру и акустически связывают с телом ультразвуковым гелем.

Изображения, получаемые из матрицы-решетки, содержат стандартные форматы как 2-мерного матричного сканирования с фазированием, так и линейного матричного сканирования, а также 3-мерные изображения в реальном времени, как описано в патенте США 6679849. Изображения допускают настройку и манипулирование с помощью электроники системы ультразвуковой визуализации. Визуализация через узкую диафрагму применима, например, для формирования изображения между ребрами, если решеточная прокладка была случайно помещена над одним из них во время визуализации сердца. Допустимо применение нескольких преобразователей, работающих в одной системе, в зависимости от существующих клинических требований к визуализации.

Низкопрофильная матрица-решетка может быть выполнена из емкостного ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки (CMUT), описанного в патенте США № 6,585,653, пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки (PMUT), описанного в патенте США № 6,659,954, конструкции ультразвукового преобразователя, полученного методом микрообработки, или пьезоэлектрической конструкции, описанной в патенте США № 6,679,849. CMUT предполагается изготавливать с использованием стандартных технологий изготовления интегральных схем (ИС), в которых акустические пучки будут создаваться микрообработанными цилиндрами с емкостной связью. ASIC (специализированная ИС), выполненная как интегральная часть преобразователя CMUT. PMUT предполагается изготавливать с использованием технологий изготовления интегральных схем (ИС), в которых акустические пучки будут создаваться пьезоэлектрическими элементами. Сначала изготавливают ASIC и затем вводят пьезоэлектрический материал.

Матрично-решеточный блок предполагается крепить к жесткой оправе преобразователя, предпочтительно низкопрофильной жесткой оправе, с использованием стандартных технологий. Материалы для акустического сопряжения известны в технике. Прокладку с низкими потерями, толщина которой достаточна для амортизации небольших изменений контура тела человека, предполагается изготавливать расходной, чтобы ее можно было прикреплять и затем снимать с оправы преобразователя и покрывать акустическим гелем для обеспечения очень хорошей акустической связи между преобразователем и прокладкой. По периметру адгезивного сопряжения между человеком и прокладкой следует наносить адгезионную пленку. После определения положения преобразователя для обследования следует нанести акустический гель на прокладку, снять антиадгезионную пленку и наложить преобразователь на зону визуализации пациента. После достижения хорошего акустического контакта, на системе визуализации следует ввести все регулировки без обязательного манипулирования решеткой преобразователя.

Система 5 визуализации может представлять собой систему 5 ультразвуковой визуализации с блоком фазирования для управления решеткой 10 таким образом, чтобы изображения от решетки 10 содержали стандартные форматы как 2-мерного матричного сканирования с фазированием, так и линейного матричного сканирования, а также 3-мерные изображения в реальном времени, как описано в патенте США 6 679 849. Система 5 ультразвуковой визуализации может представлять собой любую подходящую известную на рынке систему ультразвуковой визуализации, например, но без ограничения, Sonos 7500 компании Philips. Изображения допускают настройку и манипулирование электронным методом с помощью системы 5 ультразвуковой визуализации. Данная система содержит монитор 6 и пульт 7 управления. Система 5 ультразвуковой визуализации соединена проводом 8, как показано на фиг.1, или имеет беспроводное соединение с ультразвуковым преобразователем 10.

Матричный ультразвуковой преобразователь может быть выполнен в виде накладки, которая приклеивается к участку тела пациента для визуализации, например визуализации сердца, как показано на фиг.2. Провод 8 передает изображения в систему 5 ультразвуковой визуализации для наблюдения на мониторе 6.

На фиг.3 представлен альтернативный вариант осуществления, в котором несколько накладных матричных ультразвуковых преобразователей прикреплены к пациенту. Данные нескольких решеточных накладок могут оказаться полезными для контроля сердца путем размещения накладок над стандартными окнами для визуализации сердца на теле пациента, например, в надгрудинной, окологрудинной и подреберной зонах. Следует понимать, что данный вариант осуществления не ограничен визуализацией сердца, но может служить в любых случаях, когда полезным может оказаться размещение нескольких накладок, возможно, при контроле беременной женщины и ее плода.

На фиг.4А и 4В изображена прокладка многоразового использования для матрицы-решетки 10, такая матрица-решетка описана в патенте США 6 685 647 и использует развязывающий слой для низкопрофильного сборного блока. Матрица-решетка многоразового использования выполнена из стандартного пьезоэлектрического акустического пакета, соединенного сеткой из шариков для контактов BGA или эквивалентной соединительной конструкцией с ASIC.

На фиг.4А представлен вид сверху накладки 10 многоразового использования. На фиг.4В представлен вид в разрезе, показывающий конструкцию матрично-решеточной накладки 10 многоразового использования. Как показано на фиг.4В, в конструкции присутствуют акустическое окно 21; акустические согласующие слои 30; пьезоэлектрический элемент 31; съемная двухсторонняя медицинская липкая лента 32; пластиковая обойма 22; кремниевая ASIC 25 для формирования микропучков; акустический развязывающий слой 26; столбиковые выводы или шарики сетки контактов BGA в электропроводной эпоксидной смоле, применяемые для соединения матричных акустических элементов с ASIC 27 для формирования микропучков и, следовательно, обеспечивающие электропроводность между ними; эпоксидное заполнение 33, которое изолирует между собой отдельные электропроводные элементы; теплоотвод 23, присоединенный к ASIC и гибкой схеме; проволочный жгут 24, соединяющий ASIC с гибкой схемой; гибкие схемы 28; и группа 29 коаксиальных кабелей.

На фиг.5А и 5В изображена одноразовая накладка для матрицы-решетки 10, где матрица-решетка описана в патенте США 6,685,647, использующая развязывающий слой для низкопрофильного сборного блока. На фиг.5А представлен вид сверху одноразовой накладки 10. На фиг.5В представлен вид в разрезе, показывающий конструкцию одноразовой матрично-решеточной накладки 10. Как показано на фиг.5В, в конструкции присутствуют акустическое окно 21а; ASIC для формирования микропучков с неразъемно соединенной активной акустической матрицей-решеткой 30а преобразователя CMUT или PMUT; несъемная двухсторонняя медицинская липкая лента 32а, соединенная с пластиковой обоймой; пластиковая обойма 22а; теплоотвод 23а, присоединенный к ASIC и гибкой схеме; проволочный жгут 24а, соединяющий ASIC с гибкой схемой; гибкие схемы 28а; акустический развязывающий слой 35; кремниевая ASIC 36 для формирования микропучков; и микросборка 29а ленточного кабеля. Накладка может быть изготовлена из силикона или эквивалентного материала с адгезивом по ее периметру и акустически связана с телом пациента в области обследования с помощью ультразвукового геля.

На фиг.6А и 6В показана проблема ультразвуковой визуализации и 3-мерной ультразвуковой визуализации в режиме визуализации с матричной накладкой, которая расположена над объектом визуализации. Настоящее изобретение обеспечивает визуализацию, которая включает в себя 2-мерную или 3-мерную визуализацию. Настоящее решение предлагает новое решение данных проблем, во-первых, путем создания системы и способа визуализации с позиционированием над, по меньшей мере, одним объектом визуализации, загораживаемого препятствием, без необходимости какой-либо механической регулировки матричной накладки, но дистанционным манипулированием органами управления на системе 5 ультразвуковой визуализации. В представленном примере, затенение ребрами создается, по меньшей мере, одним ребром, но очевидно, что изобретение не ограничено одним подобным, описанным здесь препятствием или основанием для визуализации. Во-вторых, настоящее изобретение предлагает позиционировать матричную накладку 10 над, по меньшей мере, одним обследуемым объектом, чтобы визуализировать, по меньшей мере, один обследуемый объект посредством репозиционирования секторных сканограмм с помощью органов управления на системе 5 ультразвуковой визуализации. Это позволяет визуализировать несколько обследуемых объектов дистанционно посредством системы 5 ультразвуковой визуализации.

В данных условиях объект визуализации под ребрами визуализировать невозможно из-за ребра, затеняющего акустические сканирующие линии 52а. Как показано на фиг.6А, матрично-решеточная накладка 10 приклеена к телу пациента акустическим гелем, наложенным между преобразователем и пациентом. 2-мерная сканограмма 51 создается с использованием части апертуры матрично-решеточной накладки 10. Однако ребра 52 пациента загораживают доступ к акустическим сканирующим линиям.

На фиг.6А и 6В показана проблема ультразвуковой визуализации, а также 3-мерной визуализации в режиме 2-мерной визуализации посредством матричной накладки, которая позиционирована над объектом визуализации, расположенным под ребрами. Данная иллюстрация служит только для примера применения настоящего изобретения и не предполагает его ограничения. Настоящее изобретение, как отмечено выше, применяется при секторном сканировании, объемном сканировании и устранении препятствий при визуализации и дистанционной визуализации в, по меньшей мере, двух зонах обследования тела пациента. Из конкретного примера, в котором препятствие создается затенением ребрами, следует, что в данных условиях объект визуализации под данными ребрами нельзя визуализировать из-за ребра, затеняющего акустические сканирующие линии 52а. Как показано на фиг.6А, матрично-решеточная накладка 10 приклеена к телу пациента акустическим гелем, наложенным между преобразователем и пациентом. 2-мерная сканограмма 51 создается с использованием части апертуры, имеющейся в матрично-решеточной накладке 10. Однако ребра 52 пациента загораживают доступ к акустическим сканирующим линиям.

Настоящее изобретение обеспечивает решением данной проблемы, как показано на фиг.7А, 7В и фиг.8.

На фиг.7А и 7В показана матрично-решеточная накладка 10, наложенная с помощью акустического геля на тело пациента, с нанесением акустического геля между преобразователем и пациентом. И в данном случае ребра 52 пациента перекрывают доступ к акустическим сканирующим линиям. 2-мерная секторная сканограмма 51а репозиционируется с пульта 7 системы 5 визуализации посредством использования клавиш 54 сенсорного экрана и трекбола 55, являющихся органами управления пульта.

Трекбол 55 вращают соответственно, чтобы прокручивать изображение влево или вправо для позиционирования изображения с выводом ребра из пути. Управляющие программируемые клавиши 54 также обеспечивают различные перемещения изображения, как показано на фиг.8, например, наклон, по высоте, поворот в двух плоскостях и т.п. для смещения изображения от ребра, показанного на фиг.7В. Система 3-мерной ультразвуковой визуализации работает в режиме 2-мерной визуализации с матричной накладкой 10, которая позиционирована над объектом визуализации и может визуализировать изображение путем репозиционирования сектора сканирования по горизонтали с использованием системы 5 дистанционного управления.

Как изложено выше, органы управления на данных пультах можно использовать для визуализации обследуемых объектов, закрытых какими-либо препятствиями, или для визуализации, по меньшей мере, одного обследуемого объекта, и настоящее изобретение не ограничено ни одним конкретным применением.

Настоящее изобретение обеспечивает ультразвуковую визуализацию без необходимости репозиционирования матрично-решеточной накладки, а также для дистанционного устранения препятствий, например, затенения ребрами.

В целях раскрытия изобретения описаны приведенные предпочтительные варианты осуществления, однако, специалистами в данной области техники могут быть внесены многочисленные изменения в схему этапов способа и части устройства. Данные изменения не выходят за пределы существа изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.