CN111388062A - 高频超音波探针穿刺导引装置及其使用方法 - Google Patents

高频超音波探针穿刺导引装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合并方法及其内针超声波系统，用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示，其步骤系利用一微型化超声波探针系统装置于穿刺针内，于穿刺针针尖前端发射及接收超声波讯号，取得轴向深度的复数回波并显示一个距离与超声波RF(Radio Frequency)回波讯号振幅图。并依此振幅变化特征和深度变化特征，设定一兴趣区域，实时显示该穿刺针针端与胸膜之距离，以作为辨识肋间神经阻断术及脊测神经阻断术施行时，最佳的药剂施放位置，同时避免穿刺针于进行神经阻断术时，因距离过近而伤害胸膜及其下之肺脏组织。

Description

高频超音波探针穿刺导引装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及超声波穿刺针装置用于胸膜呼吸讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并方法及其系统，特别使用在脊侧神经阻断术(Paravertebral Block，PVB)及肋间神经阻断术(Intercostals Nerve Block，ICNB)，藉以辨识胸膜的超声波讯号特征，并侦测该穿刺针针尖与胸膜间的一距离，以判断在PVB及ICNB神经止痛术，注射麻醉药剂位置。
背景技术
目前胸腔区域之外围神经阻断术主流是藉由体外超声波引导下，以穿刺针将局部麻醉药物注射到脊椎旁的神经节附近或浸润神经所在的区域，达成神经阻滞以期止痛效果。
近十年来超声波技术在麻醉领域广泛利用，大幅提升了区域麻醉的效果与成功率，特别在脊侧神经阻断术(PVB)及肋间神经阻断术(ICNB)。目前临床上，使用体外超音波辅助麻醉穿刺术进行，藉由超音波B-mode模式(Brightness Mode)显示麻醉穿刺针与胸膜相对位置。医疗人员通常透过体外超声波影像B-mode模式(Brightness Mode)导引，由患者背部脊侧或胸侧，于肋骨缝隙间进行穿刺，然而，B mode分辨率却：(1)无法准确判断针尖精准位置。(2)无法精确量测针尖与胸膜的距离，导致大幅增加其临床操作风险。手术上仍具相当的施行风险，惟避免肺刺穿、气胸等意外，本发明结合穿刺针具及超声波穿刺针，可提供解剖构造辨识，并以客观的和科学的辅助判断，于穿刺过程中全程实时地提供超声波讯号，帮助辨视肺部与周边组织，以增加安全性。
发明内容
脊侧神经阻断术(PVB)及肋间神经阻断术(ICNB)，相较于常见传统全身麻醉与半身麻醉术，可高度选择性地于目标区域提供良好止痛效果，尚仰赖透过体外超声波定位，配合穿刺针的使用。惟目前下针穿刺深度的量测仍存在很大的误差值，且胸腔区域具有多个人体重要器官，间接影响了区域麻醉的有效性及安全性。因此，本发明本发明：(1)使用针内超音波，将放置于麻醉穿刺针内。在超音波探针装置的精确度下进行实时测距，该量测轴向分辨率可达0.2mm，并提供警示功能。(2)于前期研究中，发现在A-mode模式下可观察到呼吸时胸膜的闪烁讯号(flickering)，过去文献未见报导有A-mode模式有此现象。(3)藉由圈选兴趣区域(胸膜讯号)，利用去相关度(de-correlation value)、快速傅立叶变换(FFT)或时频分析(time-frequency spectrum)等方法分析及辨识呼吸时闪烁的胸膜讯号，并实时测距(胸膜与针尖之距离)。主要目的即在于提供一种可以根据胸膜及呼吸运动特征分析以及超声波回波讯号，来确认穿刺的轴向深度，特别是确认一胸膜超声波回波讯号，以协助穿刺针准确地到达目标深度。
更者，配合体外超声波执行上述区域麻醉方式，现行以斜向下针法(In-plane)执行居多，请参考图1A，其下针时与皮肤(skin)面呈一夹角度，进入肋间神经(intercostalnerve)区域；请参考图1B，由于斜向下针法中，体外超声波的深度量测与穿刺针行进方向并不平行，不仅不易换算下针的长度与实际穿刺深度的关系，也不易观测针尖的位置与胸膜的距离，增加手术执行的风险。进一步本发明揭露另一种下针使用法，请参考图1C，其下针时与皮肤(skin)面呈一正交角度或接近垂直的角度，进入肋间神经(intercostal nerve)区域，故可由下针深度取得实时深度值。
有鉴于此，本发明提供一种用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并方法，其包含：(a)每秒至少20次取得一超声波探针装置于一组织穿刺之一轴向深度的复数(即多个，以下相同，不再赘述)回波超声波讯号，其中，该些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差；(b)将该些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，该些轴向距离系为不同组织接口与该超声波探装置针端之距离；(c)将这些轴向距离与该些超声波振幅，依照一长度单位和一振幅单位，取得一距离与讯号振幅图；以及(d)由该距离与讯号振幅图，依一振幅变化特征和一深度变化特征，设定一兴趣区域，即时显示、追踪测距该穿刺针针端与胸膜之动态变化距离。
此外，本发明还提供了一种用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并系统，其包含：一超声波探针装置、一讯号收发器以及一讯号分析装置，有线或无线电连接该讯号收发器。
超声波探针装置具有一超声波探针以及一穿刺针管，其中，该超声波探针系置于该穿刺针管里侧，经由一讯号发射器以每秒至少20次发射超声波脉冲波(例如：每秒50次)。
该讯号分析装置包含，系取得该超声波探装置于一组织穿刺之一轴向深度的复数回波超声波讯号，其中，该些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差。
该讯号分析装置包含：一数据处理器，系将该些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，这些轴向距离为不同垂直轴向面回波至该超声波探装置针端之距离，依照一长度单位和一振幅单位，输出一距离与讯号振幅图；以及一显示器，连接该数据处理器，显示该距离与讯号振幅图，并依一振幅变化特征和一深度变化特征，设定一兴趣区域，实时显示、追踪测距该穿刺针针端与胸膜之动态变化距离。
本发明文中所指之「胸膜」，其该胸膜为胸壁胸膜(壁层胸膜)和肺脏胸膜(脏层胸膜)所组成。
本发明文中超声波探针装置用于胸膜呼吸讯号分析、追踪及测距的方法，其中讯号相对位置出现顺序依序为「超音波激发震荡杂讯」、「穿刺针针端」和「胸膜」，其中以胸膜作为基准点，取适当距离作为最佳的药剂施放位置。
下面结合附图并以具体实施例对本发明的上述目的及其他目的、特征或优点进行具体说明。
附图说明
图1A为斜向下针法的实施例。
图1B为斜向下针法的超声波讯号图示意图。
图1C为正向下针法的实施例。
图2为本发明方法的流程图。
图3为本发明方法在PVB取得的超声波探针与胸膜间距离与讯号振幅图。
图4为本发明方法在PVB取得的超声波探针与胸膜间距离与讯号时变图(超声波M-mode图)。
图5为本发明方法在ICNB取得的超声波探针与胸膜间距离与讯号振幅图。
图6为本发明方法在ICNB取得的超声波探针与胸膜间距离与讯号时变图(超声波M-mode图)。
图7为本发明系统的组件关系图。
附图标记说明
301、501穿刺针针端
302、402、503、603胸膜(兴趣区域)
303、504超音波激发震荡杂讯
502、602最内侧肋间肌
700本发明合并系统
710超声波探针装置
401、601、711超声波探针
712穿刺针管
720讯号收发器
730讯号分析装置
731数据处理器
732显示器。
具体实施方式
本发明之实施例如图2至图7所示。
本发明所提供的用于胸膜呼吸讯号分析、追踪及测距的方法，请参考图2，其步骤包含：(a)每秒至少20次取得一超声波探针装置于一组织穿刺之一轴向深度的复数回波超声波讯号，其中，该些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差S201；(b)将该些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，该些轴向距离系为不同组织接口回波至该超声波探针装置针端的距离S202；(c)将该些轴向距离与该些超声波振幅，依照一长度单位和一振幅单位，取得一距离与讯号振幅图S203；以及(d)由该距离与讯号振幅图，依一振幅变化特征和一深度变化特征辨识胸膜，设定一兴趣区域，实时显示、追踪测距该穿刺针针端与胸膜的动态变化距离S204。
较佳地，该目标物体的测量距离的方法，其步骤还包含：(e)在一操作时间内，重复操作步骤(a)至(c)，以不同该轴向深度，取得该复数距离与讯号振幅图；(f)根据该些距离与讯号振幅图，依照该操作时间，取得一距离与讯号时变图；以及(g)由该距离与讯号时变图，依该振幅变化特征、该深度变化特征和一周期变化特征，设定该兴趣区域，显示呼吸时胸膜与该穿刺针针端的距离，较佳地，该周期变化特征为一讯号振幅变化量或一讯号频率变化量，在一实施例中，该周期变化特征与呼吸动作有关，可利用去相关度(de-correlation value)、快速傅立叶变换(FFT)频谱或时频分析(time frequency spectrum)等方法分析两者变化量值。
在一较佳实施例中，该组织穿刺指由一脊侧腔至胸膜的区间，具有一距离的胸膜呼吸讯号表现。请参考图3，显示本发明超声波探针在PVB取得的距离与讯号振幅图，由穿刺针针端301至胸膜(Pleura)302区间间隔显示穿刺针距胸膜的距离；此外，请参考图4，显示本发明超声波探针在PVB取得之距离(Depth)与讯号时变(Time)图，胸膜402配合呼吸动作呈现有周期性起伏。
在一较佳实施例中，该组织穿刺是指由一肋骨间至胸膜的区间，具有一距离的最内侧肋间肌讯号(Innermost intercostals muscle，liM)表现以及一距离的胸膜呼吸讯号表现。请参考图5，其显示本发明超声波探针在肋间神经阻断术(ICNB)取得的距离与讯号振幅图，是由穿刺针针端501至最内侧肋间肌(liM)502、胸膜(Pleura)503区间间隔显示穿刺深度；此外，请参考图6，其显示本发明超声波穿刺针在肋间神经阻断术(ICNB)取得的距离(Depth)与讯号时变(Time)图，胸膜603配合呼吸动作呈现有周期性起伏。
较佳地，本发明的方法步骤还包含：当胸膜与该穿刺针针端的距离小于一预定距离时，产生一警示讯号。该警示讯号不限于透过光线、声音或符号等形式所表现。
本发明方法的执行步骤更可以写成软件程序，软件程序可以储存于任何微处理单元辨识、解读的记录媒体，或包含有上述纪录媒体的物品及装置。不限定为任何形式，上述物品可以为硬盘、软盘、光盘、ZIP、磁光装置(MO)、IC芯片、随机存取内存(RAM)，或任何本领域技术人员所可使用的包含有上述纪录媒体的物品。
图7显示了本发明的一种用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并系统700，其包含：一超声波探针装置710，一讯号收发器720以及一讯号分析装置730，有线或无线电连接该讯号收发器720。
超声波探针装置710具有一超声波探针711以及一穿刺针管712，其中，该超声波探针711置于该穿刺针管712里侧，经由一讯号发射器以每秒至少20次发射超声波脉冲波(例如：每秒50次)。较佳地，该超声波脉冲波频率为5-40MHz且振幅为50-100V。
在一实施例中，该超声波探针711前端为一平面，且该穿刺针712针尖管口为一相对斜面；或者，该超声波探针711与该穿刺针712针尖管口对齐一相同斜面，且该相同平面为20。或50。夹角斜面。
讯号分析装置720，用于取得该超声波探针装置710于一组织穿刺的一轴向深度的复数回波超声波讯号，其中，这些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差。
该讯号分析装置730包含：一数据处理器731，将这些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，该些轴向距离为不同组织接口回波至该超声波探针装置针端之距离，依照一长度单位和一振幅单位，输出一距离与讯号振幅图；以及一显示器732，连接该数据处理器731，显示该距离与讯号振幅图，并依一振幅变化特征和一深度变化特征辨识胸膜，设定一兴趣区域，实时显示、追踪测距该穿刺针712针端与胸膜的动态变化距离。
较佳地，该数据处理器731以不同该轴向深度，取得该复数距离与讯号振幅图，并根据该些距离与讯号振幅图，依照该操作时间，输出一距离与讯号时变图；以及该显示器732，显示该距离与讯号时变图，并依该振幅变化特征、该深度变化特征和一周期变化特征，设定该兴趣区域，显示胸膜与该穿刺针712针端的距离。
本发明所揭露的所有特征应可以任何结合方式实现，可以相同、均等或相似目的的取代物所取代。因此，除非有明确的指定，否则所揭露的每一个特征仅仅只是均等物或相似特征的一个种类的一实施例。

Claims (9)

1.一种用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并方法，包括：
(a)提供一超声波探针装置取得一轴向深度的复数回波超声波讯号，其中，这些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差；
(b)将这些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，这些轴向距离为不同组织接口回波至该超声波探针装置之距离；
(c)将该些轴向距离与该些超声波振幅，依照一长度单位和一振幅单位，取得一距离与讯号振幅图；以及
(d)由该距离与讯号振幅图，依一振幅变化特征和一深度变化特征辨识胸膜，设定一兴趣区域，实时显示、追踪测距该穿刺针针端与胸膜的动态变化距离。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
(e)在一操作时间内，重复操作步骤(a)至(c)，以不同该轴向深度，取得该复数距离与讯号振幅图；
其中，步骤(a)为每秒至少20次提供一超声波探针装置取得一轴向深度的复数回波超声波讯号；
(f)根据这些距离与讯号振幅阵图，依照该操作时间，取得一距离与讯号时变图；以及
(g)由距离与讯号时变图，依振幅变化特征、深度变化特征和一周期变化特征，设定该兴趣区域，显示胸膜与该穿刺针针端的动态变化距离。
3.如权利要求1所述的方法，其中，取得一轴向深度的复数回波超声波讯号是指由一脊侧腔至胸膜的区间，具有一距离的胸膜呼吸讯号表现。
4.如权利要求1所述的方法，其中，取得一轴向深度的复数回波超声波讯号是指由一肋骨间至胸膜的区间，具有一距离的最内侧肋间肌讯号表现以及一距离的胸膜讯号表现。
5.如权利要求1所述的方法，其中，还包括：
当胸膜与该穿刺针针端的距离小于一预定距离时，产生一警示讯号。
6.一种用于胸膜讯号分析辨识、追踪测距及显示的合并系统，包括：
一超声波探针装置，具有一超声波探针以及一穿刺针管，其中，超声波探针置于该穿刺针管里侧，经由一讯号发射器发射超声波脉冲波；
一讯号收发器，系取得该超声波探针装置于一组织穿刺之一轴向深度的复数回波超声波讯号，其中，该些回波超声波讯号各自包含一超声波振幅与一超声波收发讯号时间差；以及
一讯号分析装置，有线或无线电连接该讯号收发器，包含：
一数据处理器，系将该些超声波收发讯号时间差转换为复数轴向距离，该些轴向距离系为不同组织接口回波至该超声波探针装置之距离，依照一长度单位和一振幅单位，输出一距离与讯号振幅图；以及
一显示器，连接该数据处理器，显示该距离与讯号振幅图，并依一振幅变化特征和一深度变化特征辨识胸膜，设定一兴趣区域，实时显示追踪测距该穿刺针针端与胸膜之动态变化距离。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述超声波探针前端为一平面，且该穿刺针针尖管口为一相对斜面。
8.如权利要求6所述的系统，其中，所述超声波探针与该穿刺针针尖管口对齐一相同斜面，且该相同平面为20°到50°夹角斜面。
9.如权利要求6所述的系统，还包括：
该超声波探针装置经由一讯号发射器以每秒至少20次发射超声波脉冲波；
该数据处理器，用于以不同轴向深度，取得该复数距离与讯号振幅图，并根据这些距离与讯号振幅图，依照该操作时间，输出一距离与讯号时变图；以及
该显示器，用于显示距离与讯号时变图，并依振幅变化特征、深度变化特征和一周期变化特征，设定该兴趣区域，显示呼吸时胸膜与该穿刺针针端的动态变化距离。
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