TW201817385A

TW201817385A - 導線定位造影方法與系統

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Publication number: TW201817385A
Application number: TW105137123A
Authority: TW
Inventors: 陳銘輝; 江惠華; 陳維德
Original assignee: 財團法人金屬工業硏究發展中心; 江惠華
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-05-16
Also published as: US20180132816A1

Abstract

本發明提出一種導線定位造影系統，包括導線、第二訊號傳輸單元與電腦系統。導線上設置有第一訊號傳輸單元，導線用以伸入體內的血管中，第二訊號傳輸單元則是設置於人體外。第一訊號傳輸單元發出第一訊號，第二訊號傳輸單元用以接收第一訊號，並且電腦系統根據第一訊號產生第一影像。第二訊號傳輸單元用以發出第二訊號，並接收對應至第二訊號的反射訊號。其中電腦系統根據反射訊號產生第二影像，並且將第一影像與第二影像合成為第三影像以顯示導線於人體內的位置。

Description

導線定位造影方法與系統

本發明是有關於一種導線定位造影方法，且特別是有關於一種雙向造影的導線定位造影方法。

世界衛生組織預測2030年前，全球每年因心血管疾病死亡之人數將超過2,300萬人。衛福部預測2020年前，台灣血管疾病患將超過50萬人/年。從醫療市場需求面而言，心血管疾病患者數一直高居世界第一，各種導管/導線產品需求每年持續成長，2014年全球市場達近286億美元，預計2019年將達$424億美元。驅動此導管市場的關鍵因素包括使用微創醫療的需求上升、全球的老年人口的增長，以及因為生活方式引起的疾病如肥胖症導致心血管疾病成長。

心導管介入之微創手術是目前心血管疾病主要的治療方式。以冠心病介入性治療為例，首先需穿刺腿腹股溝或手部動脈，置入動(靜)脈鞘(直徑約為2~3毫米)，以鋼絲導線沿血管進入至治療部位建立手術通道，結合於塑膠導管之器械沿著導線可順利進入血管以進行檢查與治療。因此，將導線沿血管進入到治療位置是進行心血管疾病手術首要的工具及步驟，其手術中常面臨的問題包括：單向操作，需不斷嘗試；因應使用情境，產品規格多；需大量使用X光及顯影劑；依賴醫生經驗，手術風險較高。其中大量使用X光及顯影劑的問題，更容易造成人體其他器官(例如腎臟)的損壞。因此，如何提供一種導線定位造影方法，可以在手術過程中提供路徑導引並同時降低X光及顯影劑的使用量，為此領域技術人員所關心的議題。

本發明主要目的係提供一種導線定位造影方法及其系統，其係能夠透過雙向造影呈現導線走向，藉以引導導線於血管內行走的角度及路徑。

本發明的實施例提出一種導線定位造影系統，包括導線、第二訊號傳輸單元與電腦系統。導線上設置有至少一個第一訊號傳輸單元，導線用以伸入體內的血管中。第二訊號傳輸單元則是設置於人體外。電腦系統電性連接至第二訊號傳輸單元。第一訊號傳輸單元用以發出第一訊號，第二訊號傳輸單元用以接收第一訊號，並且電腦系統根據第一訊號產生第一影像。第二訊號傳輸單元用以發出第二訊號，並接收對應至第二訊號的反射訊號。其中電腦系統根據反射訊號產生第二影像，並且將第一影像與第二影像合成為第三影像以顯示導線於人體內的位置。

在一些實施例中，所述第一訊號傳輸單元的數目大於一，並且每一個第一訊號傳輸單元與導線的第一端之間的距離彼此不相同。

在一些實施例中，電腦系統將導線上至少兩個第一訊號傳輸單元之間的連線繪示於第三影像中。

在一些實施例中，第一訊號與第二訊號為超音波訊號，並且第一訊號與第二訊號的頻率小於10兆赫(megahertz)。

在一些實施例中，導線的直徑大於0.5毫米且小於等於2毫米。

在一些實施例中，第一訊號為超音波訊號，第一訊號傳輸單元為超音波換能器，第二訊號傳輸單元為超音波探頭。電腦系統根據第一訊號產生第一影像的操作包括：電腦系統執行以下方程式(1)、(2)以計算出所述第一訊號傳輸單元相對於第二訊號傳輸單元的位置。

其中R是所述第一訊號傳輸單元與原點之間的距離，φ為所述超音波換能器相對於Z軸的角度，一座標點為所述超音波換能器在X-Y平面上的投影，θ為座標點相對於X軸的角度，y為第一訊號在空氣中傳播的距離，x_i為第二訊號傳輸單元中多個超音波換能器中第i個超音波換能器與原點之間的距離，c₁為第一訊號在軟組織傳播的速度，而c₂為第一訊號在空氣中傳播的速度，τ _i為第一訊號從導線上的第一訊號傳輸單元傳播到所述第i個超音波換能器的時間。

以另外一個角度來說，本發明的實施例提出一種導線定位造影方法，用於電腦系統。此導線定位造影方法包括：透過第一訊號傳輸單元發出第一訊號，此第一訊號傳輸單元設置於導線上，而導線用以伸入體內的血管中；透過第二訊號傳輸單元接收第一訊號，並且透過電腦系統根據第一訊號產生第一影像，其中第二訊號傳輸單元設置於人體外；透過第二訊號傳輸單元發出第二訊號，並透過第二訊號傳輸單元接收對應至第二訊號的反射訊號；以及根據反射訊號產生第二影像，並且將第一影像與第二影像合成為第三影像以顯示導線於人體內的位置。

在一些實施例中，上述的導線定位造影方法更包括：將至少兩個第一訊號傳輸單元之間的連線繪示於第三影像中。

在一些實施例中，上述的導線定位造影方法，更包括：執行上述的方程式(1)、(2)。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧導線定位造影系統

110‧‧‧導線

111‧‧‧第一訊號傳輸單元

112‧‧‧人體

113‧‧‧第一訊號

120‧‧‧第二訊號傳輸單元

130‧‧‧電腦系統

140‧‧‧第一影像

211‧‧‧座標點

221~229‧‧‧超音波換能器

X、Y、Z‧‧‧軸

O‧‧‧原點

R、d、b‧‧‧距離

φ、θ‧‧‧角度

310‧‧‧第二影像

320‧‧‧第三影像

400‧‧‧第一端

401~403‧‧‧第一訊號傳輸單元

601~604‧‧‧步驟

[圖1]是根據一實施例繪示導線定位造影系統的示意圖。

[圖2]是根據一實施例繪示導線中超音波換能器的座標系統。

[圖3]是根據一實施例繪示合成第一影像與第二影像的示意圖。

[圖4]是根據一實施例繪示導線的示意圖。

[圖5]是根據一實施例繪示第三影像中導線的示意圖。

[圖6]是根據一實施例繪示導線定位造影方法的流程圖。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。另外，關於本文中所使用之「耦接」，可指二個元件直接地或間接地作電性連接。也就是說，當以下描述「第一物件耦接至第二物件」時，第一物件與第二物件之間還可設置其他的物件。

圖1是根據一實施例繪示導線定位造影系統的示意圖。請參照圖1，導線定位造影系統100包括導線110、第二訊號傳輸單元120與電腦系統130。導線110是用以伸入人體112內的血管，在一些實施例中，導線110的直徑是大於等於0.5毫米且小於等於2毫米，導線110可由金屬或其他合適的生物相容性材料所製成。導線110上設置有至少一個第一訊號傳輸單元111。第二訊號傳輸單元120是設置於人體112外。電腦系統130可以透過有線或無線的方式電性連接至第二訊號傳輸單元120。

在本發明提出的導線定位造影方法中，第一訊號傳輸單元111可發出第一訊號，並由第二訊號傳輸單元120接收；另外，第二訊號傳輸單元120可發出第二訊號，並由本身來接收。透過這樣雙向的造影，可以更清楚地呈現導線在人體內的位置。在此實施例中，第一訊號傳輸單元111為超音波換能器，而第二訊號傳輸單元120為超音波探頭。換言之，此實施例是以超音波來定位導線，上述的第一訊號與第二訊號為超音波訊號，但本發明並不在此限。在其他實施例中也可以採用其他的定位方式，而第一訊號傳輸單元111與第二訊號傳輸單元120可採用相對應的裝置。

導線定位造影系統100的操作如下。第一訊號傳輸單元111會發出第一訊號113(例如為超音波訊號)，並且第二訊號傳輸單元120會接收此第一訊號113。第二訊號傳輸單元120中具有多個超音波換能器，因此透過這些超音波換能器接收第一訊號113的時間差，可以計算出第一訊號傳輸單元111相對於第二訊號傳輸單元120的位置。具體來說，請參照圖2，在此以極座標來描述第一訊號傳輸單元111的位置。R是第一訊號傳輸單元111與原點O之間的距離。φ為第一訊號傳輸單元111相對於Z軸的角度。座標點211為第一訊號傳輸單元111在X-Y平面上的投影。θ為座標點211相對於X軸的角度。在X軸上具有N個超音波換能器，在此實施例中例如為超音波換能器221~229，這些超音波換能器221~229是設置於第二訊號傳輸單元120之內。在此以超音波換能器227為例，第一訊號傳輸單元111與超音波換能器227之間的距離為d，距離d可以表示為以下方程式(1)。

其中b為座標點211與超音波換能器227之間的距離，x_i為超音波換能器227與原點O之間的距離。因此，超音波訊號從第一訊號傳輸單元111到超音波換能器227的傳播時間t_i可表示為以下方程式(2)。

其中c為超音波訊號的速度。一般來說，超音波訊號在人體內不同軟組織的傳播速度是大致上相同的，因此上述的速度c可為常數。然而，第一訊號傳輸單元111與超音換能器227之間可能有空氣，而超音波訊號在空氣中的傳播速度不同於在人體內軟組織的傳播速度。因此，在考慮了空氣的因素以後，上述的方程式(2)可以改寫為以下方程式(3)。

其中y為超音波訊號在空氣中傳播的距離。距離y會大於等於0且小於距離d。c₁為超音波訊號在人體軟組織傳播的速度，而c₂為超音波訊號在空氣傳播的速度，這兩個速度c₁、c₂應為已知。值得注意的是，上述的距離R、角度 φ、角度θ、距離y都是未知的。

另一方面，在超音波換能器221~229接收到超音波訊號以後，可以計算出超音波訊號實際傳播到超音波換能器221~229的時間，以下標記為τ₁...τ_N。接下來，可執行以下的最佳化演算法來求得上述方程式中未知的變數。

其中方程式(4)為目標函數，方程式(5)為限制條件。正整數i為1至N(對應至超音波換能器221~229)。換言之，方程式(4)所要計算的是，尋找最佳的距離R、角度φ、角度θ、距離y，使得上述估測出的時間t_i與實際量測到的時間τ_i最接近。由於在方程式(4)中有4個變數，因此超音波換能器221~229的數目(即正整數N)必須大於等於4。

請參照回圖1，在求得距離R、角度φ、角度θ以後，便得到第一訊號傳輸單元111相對於第二訊號傳輸單元120的位置。電腦系統130會產生第一影像140，其中標示出了第一訊號傳輸單元111的位置。值得注意的是，在第一影像140中並沒有顯示第一訊號傳輸單元111以外的人體組織，圖1中的第一影像140只是示意圖。

接下來，請參照圖1與圖3，第二訊號傳輸單元120會發出第二訊號(例如為超音波訊號)，此第二訊號會射向人體內的組織，而反射回來的超音波訊號被稱為反射訊號。第二訊號傳輸單元120會接收此反射訊號，並據此產生第二影像310。換言之，此第二影像310便是一般的超音波成像，此超音波成像可為三維成像。在習知技術中，從第二影像310並無法清楚地看出血管的位置。然而，在此實施例中，電腦系統130會將第一影像140與第二影像310合成為第三影像320以顯示導線110於人體內的位置。舉例來說，從第一影像140中可以得知第一訊號傳輸單元111的位置，因此可以在第二影像310中在標示出第一訊號傳輸單元111的位置。由於第一訊號傳輸單元111是設置在導線110上，這等同於標示出導線110的位置。

圖4是根據一實施例繪示導線的示意圖。請參照圖4，在一些實施例中導線110上設置有多個第一訊號傳輸單元111、401~403。並且這些第一訊號傳輸單元111、401~403是沿著導線110來設置。換言之，第一訊號傳輸單元111、401~403與導線110的第一端400之間的距離都不相同。每個第一訊號傳輸單元111、401~403都會如上述的發出超音波訊號給第二訊號傳輸單元120以得知第一訊號傳輸單元111、401~403相對於第二訊號傳輸單元120的位置。如此一來，請參照圖5，在第三影像320中則標示出了多個第一訊號傳輸單元111、401、402的位置。在一些實施例中可以單純地標示出第一訊號傳輸單元111、401、402的位置，即每個第一訊號傳輸單元111、401、402都標示為一個點。但在其他的實施例中也可以將第一訊號傳輸單元111、401、402連線，用以代表導線110。例如，在圖5的實施例中導線110正遇到血管的分支，但透過第一訊號傳輸單元111、401、402之間的連線，醫護人員可以藉此得知導線110的位置。

在此實施例中，上述的第一訊號與第二訊號為超音波訊號，並且第一訊號與第二訊號的頻率都小於10兆赫(megahertz)，這是因為低頻的超音波訊號具有較高的穿透率。然而，在一些實施例中，上述超音波訊號的頻率也可以高於10兆赫，本發明並不在此限。

圖6是根據一實施例繪示導線定位造影方法的流程圖。在步驟601中，透過導線上的第一訊號傳輸單元發出第一訊號。在步驟602中，透過第二訊號傳輸單元接收第一訊號，並且電腦系統根據第一訊號產生第一影像。在步驟603中，透過第二訊號傳輸單元發出第二訊號，並透過第二訊號傳輸單元接收對應至第二訊號的反射訊號。在步驟604中，根據反射訊號產生第二影像，並且將第一影像與第二影像合成為第三影像以顯示導線於人體內的位置。然而，圖6中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖6中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，圖6的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。換言之，圖6的各步驟之間也可以加入其他的步驟。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種導線定位造影系統，包括：一導線，該導線上設置有至少一第一訊號傳輸單元，該導線用以伸入人體內的一血管中；一第二訊號傳輸單元，設置於該人體外；以及一電腦系統，電性連接至該第二訊號傳輸單元，其中該至少一第一訊號傳輸單元用以發出一第一訊號，該第二訊號傳輸單元用以接收該第一訊號，並且該電腦系統根據該第一訊號產生一第一影像，該第二訊號傳輸單元用以發出一第二訊號，並接收對應至該第二訊號的一反射訊號，其中該電腦系統根據該反射訊號產生一第二影像，並且將該第一影像與該第二影像合成為一第三影像以顯示該導線於該人體內的位置。
如申請專利範圍第1項所述之導線定位造影系統，其中該至少一第一訊號傳輸單元的數目大於一，並且每一該些第一訊號傳輸單元與該導線的一第一端之間的距離彼此不相同。
如申請專利範圍第2項所述之導線定位造影系統，其中該電腦系統將該些第一訊號傳輸單元中的至少兩個第一訊號傳輸單元之間的連線繪示於該第三影像中。
如申請專利範圍第1項所述之導線定位造影系統，其中該第一訊號與該第二訊號為超音波訊號，該第一訊號與該第二訊號的頻率小於10兆赫(megahertz)。
如申請專利範圍第1項所述之導線定位造影系統，其中該導線的直徑大於0.5毫米且小於等於2毫米。
如申請專利範圍第1項所述之導線定位造影系統，其中該第一訊號為超音波訊號，該至少一第一訊號傳輸單元為超音波換能器，該第二訊號傳輸單元為一超音波探頭，該電腦系統根據該第一訊號產生該第一影像的操作包括：該電腦系統執行以下方程式(1)、(2)以計算出該至少一第一訊號傳輸單元相對於該第二訊號傳輸單元的位置，其中R是該至少一第一訊號傳輸單元與一原點之間的距離， φ為該至少一第一訊號傳輸單元相對於一Z軸的角度，一座標點為該至少一第一訊號傳輸單元在一X-Y平面上的投影， θ為該座標點相對於一X軸的角度，y為該第一訊號在空氣中傳播的距離，x _i為該第二訊號傳輸單元中多個超音波換能器中第i個超音波換能器與該原點之間的距離，c ₁為該第一訊號在一軟組織傳播的速度，而c ₂為該第一訊號在空氣中傳播的速度， τ _i為該第一訊號從該至少一第一訊號傳輸單元傳播到該第i個超音波換能器的時間。
一種導線定位造影方法，用於一電腦系統，該導線定位造影方法包括：透過至少一第一訊號傳輸單元發出一第一訊號，其中該至少一第一訊號傳輸單元設置於一導線上，該導線用以伸入人體內的一血管中；透過一第二訊號傳輸單元接收該第一訊號，並且透過該電腦系統根據該第一訊號產生一第一影像，其中該第二訊號傳輸單元設置於該人體外；透過該第二訊號傳輸單元發出一第二訊號，並透過該第二訊號傳輸單元接收對應至該第二訊號的一反射訊號；以及根據該反射訊號產生一第二影像，並且將該第一影像與該第二影像合成為一第三影像以顯示該導線於該人體內的位置。
如申請專利範圍第7項所述之導線定位造影方法，該至少一第一訊號傳輸單元的數目大於一，該導線定位造影方法更包括：將該些第一訊號傳輸單元中的至少兩個第一訊號傳輸單元之間的連線繪示於該第三影像中。
如申請專利範圍第7項所述之導線定位造影方法，其中該第一訊號與該第二訊號為超音波訊號，該第一訊號與該第二訊號的頻率小於10兆赫(megahertz)。
如申請專利範圍第7項所述之導線定位造影方法，其中該第一訊號為超音波訊號，該至少一第一訊號傳輸單元為超音波換能器，該第二訊號傳輸單元為一超音波探頭，該導線定位造影方法更包括：執行以下方程式(1)、(2)以計算出該至少一第一訊號傳輸單元相對於該第二訊號傳輸單元的位置，其中R是該至少一第一訊號傳輸單元與一原點之間的距離， φ為該至少一第一訊號傳輸單元相對於一Z軸的角度，一座標點為該至少一第一訊號傳輸單元在一X-Y平面上的投影， θ為該座標點相對於一X軸的角度，y為該第一訊號在空氣中傳播的距離，x _i為該第二訊號傳輸單元中多個超音波換能器中第i個超音波換能器與該原點之間的距離，c ₁為該第一訊號在一軟組織傳播的速度，而c ₂為該第一訊號在空氣中傳播的速度， τ _i為該第一訊號從該至少一第一訊號傳輸單元傳播到該第i個超音波換能器的時間。