TWI407934B - An ultrasound assisted system with two sets of detection units and a method of using the system to simulate a procedure - Google Patents

Description

具有二組偵測單元之超音波輔助系統及使用該系統以模擬手術之方法

本發明係有關於超音波成像技術，且尤其有關於一種超音波輔助醫療系統，該系統的探頭具有左右二組偵測單元，及位於左右二組偵測單元之間的穿孔構造；本發明亦有關於一種使用該系統以模擬手術之方法。

近幾十年來超音波已廣泛的應用在各醫學領域，超音波裝置更提供一種既安全又方便的「醫學影像」工具。惟超音波射線的缺點是當它穿過骨骼時，其衰減特別嚴重，因此顯示在螢幕上的身體器官或組織圖案影像也就很模楜。這種情況在偵測腦部病灶時特別明顯，因為病灶通常被頭骨擋住，而形成許多腦部顱內的偵測影像困擾。

經查專利前案，有關本國發明專利274578號「顱部超音波成像之方法」，揭示針對顱部血管進行探測且建立影像，血管內因注射有對比劑而產生許多微氣泡，該方法包括以下步驟：對顱內血管依序發射複數個帶狀頻寛的超音波信號，探測來自微氣泡的反射信號，將反射信號作頻譜分析以得到低頻響應，其頻寬接近發射信號的頻寬，依據低頻響應而計算出微氣泡的位置深度，並建立血管影像。惟其主要缺點是只有單一探射元件，所以對於病灶的定位效果差，且影像品質欠佳，而且高頻射線對於身體有害，成本高，成像步驟複雜，實有改良的必要。

有關本國發明專利189015號「三維外科手術模擬系統及方法」，揭示一種以個人電腦搭配三維成像單元及輸入單元即可實作的虛擬影像之手術模擬系統，以供實習醫生或醫學院學生模擬實習外科手術。

又，美國發明專利6,837,855號「Use of ultrasonic transducer for echographic exploration of human or animal body tissues or organs in particular of the eyeball posterior segment」，揭示一種超音波裝置及使用該裝置以偵測眼部骨骼病變的方法。又，美國發明專利5,776,068號「Ultrasonic scanning of the eye using a stationary transducer」，揭示一種超音波探頭用以掃描及檢查眼部病變之裝置。

但是，至今仍未有任何文献揭示一種超音波探頭系統，其可以利用二組偵測單元及定位穿孔構造以達到精確偵測腦部顱內、胸部乳房或肝腎等部位病灶影像位置之裝置，實造成臨床醫療上之困擾。甚至，至今仍未有任何文献揭示一種使用具有上述超音波探頭系統以供實習醫生模擬外科手術的方法。

緣是，本發明人乃針對上述超音波成像方法等習知技術的缺失及上述需求，本著鍥而不捨的精神與精益求精之目的，積極不斷的加以研究改良，並經常期之努力與試驗，終於開發設計出本發明。

本發明之一主要目的係提供一種超音波輔助系統，該系統的探頭具有左右二組偵測單元，各偵測單元包括一發射器及一接收器，及位於左右二組偵測單元之間的穿孔，俾能清晰地將模擬探測物組織的掃描圖案影像顯示在螢幕上，該超音波輔助系統特徵為利用具有高穿透力的低頻射線，俾使得探測物組織中之標靶病灶定位效果佳，且其整體系統組件簡單及穩定性高。

本發明之另一主要目的係提供一種使用該超音波輔助系統以供醫事人員模擬實習外科手術之方法。

為達成上述及其它目的，本發明之一特徵係提供一種超音波輔助系統，包括一探頭，一第一組偵測單元，其包括一第一發射器及一第一接收器，一第二組偵測單元，其包括一第二發射器及一第二接收器，及一位於第一組偵測單元與第二組偵測單元間之穿孔；及一影像處理模組。

本發明之另一特徵係提供一種使用一超音波輔助系統以模擬手術之方法，該超音波輔助系統包括一探頭，包括一第一組偵測單元，其包括一第一發射器及一第一接收器，一第二組偵測單元，其包括一第二發射器及一第二接收器，及一位於第一組偵測單元與第二組偵測單元間之穿孔；一影像處理模組，包括一第一信號放大器，一第一濾波器，一第二信號放大器，一第二濾波器，及一成像器，其包括一比較器及一成像裝置；及一電腦螢幕，該模擬手術之方法包括以下步驟：(a)將探頭貼近一模擬探測物組織目標；(b)啟動探頭，影像處理模組，及電腦螢幕；(c)令第一發射器及第二發射器同時朝向該模擬探測物組織發射低頻超音波射線；(d)令第一接收器及第二接收器分別接收從該模擬探測物組織反射回來之信號；(e)令第一接收器將收到信號傳送至第一信號放大器及第一濾波器，及令第二接收器收到信號傳送至第二信號放大器及第二濾波器；(f)令比較器將第一濾波器傳來之信號與第二濾波器傳來之信號互相比較，若二者相同將該信號增強；(g)令成像裝置根據從比較器傳來之信號強弱而將信號解析為代表一圖案影像之高品質信號；(h)令成像裝置將該高品質信號傳送至電腦螢幕以圖案影像顯示；及(i)允許一使用者一方面看著電腦螢幕一方面用手將一手術器械從該探頭之穿孔深入該模擬探測物組織目標，以夾取位於該模擬探測物組織內之標靶病灶組織。

以下謹以具體實施例，且佐以圖式作詳細說明，俾使審查委員能對於本發明之技術特徵，有更進一步之了解。

首先請參考第1圖至第4圖，其顯示根據本發明一實施例的一種超音波輔助系統及使用該系統以模擬手術之方法，該系統包括以下元件：一探頭(transducer/probe)1，包括一通過中心的穿孔11，一位於該穿孔11左側的第一組偵測單元12，其包括一第一發射器121及一第一接收器122，及一位於該穿孔11右側的第二組偵測單元13，其包括一第二發射器131及一第二接收器132。

一影像處理模組2，其係接收並處理該探頭1所擷取之信號，其包括一第一信號放大器21A，一第一濾波器21B，一第二信號放大器22A，一第二濾波器22B，及一成像器23，其包括一第一記憶體231，一第二記憶體232，一比較器233，及一成像裝置234，其包括複數個掃描轉換器(digital scan converter(DSC)) 2341(圖中僅顯示一個)。

在本實施例，該探頭1是與影像處理模組2分離的，但是在另一實施例，該探頭1是與影像處理模組2結合為一體的。

本發明使用該系統以模擬手術之方法的操作步驟如以下所述，首先將該探頭1貼近於模擬探測物組織4；接著啟動探頭1，影像處理模組2及一電腦螢幕3；該探頭1中的第一組偵測單元12的第一發射器121及第二組偵測單元13的第二發射器131，同時朝向模擬探測物組織4內的預定標靶組織位置發射具有高穿透力的低頻(如2MHz)超音波射線；接著該探頭1中的第一組偵測單元12的第一接收器122及第二組偵測單元13的第二接收器132則分別接收從模擬探測物組織4反射回來的信號；接著第一接收器122將收到的信號傳送至第一信號放大器21A及第一濾波器21B，及接著第二接收器132將收到的信號傳送至第二信號放大器22A及第二濾波器22B，以提高信號的品質；接著這些信號從第一濾波器21B及第二濾波器22B分別傳送至第一記憶體231及第二記憶體232暫存；接著比較器233比較第一記憶體231中的信號與第二記憶體232中的信號，若一信號的某一部分與另一信號的某一部分大致相同，該部分即表示可能的模擬探測物組織4之預定標靶組織位置(即藉由較佳的定位而找到可能的模擬病灶位罝)，再將該信號部分的強度增加(即補強穿過探測物時衰減的超音波信號)；接著成像裝置234根據從比較器233傳來的信號強弱且利用高影像解析力的掃描轉換器2341，將信號解析為代表某一圖案影像的高品質信號；最後，成像裝置234將該高品質信號傳送至電腦螢幕3以清晰的影像顯示。藉此，醫事人員6可在螢幕3上清晰地看到模擬探測物組織4內之模擬標靶組織或病灶組織的掃描圖案影像，以利醫事人員6於後續模擬手術時，藉由支架固定該探頭1後，則可以一方面看著螢幕3而另一方面則用一手術器械5(例如：鑷子)以穿經該探頭1之穿孔11，進而藉由該手術器械5以對準定位穿刺深入至該模擬探測物組織4內之預定標靶病灶組織位置，以夾取移除該模擬病灶組織，俾達到利用超音波輔助系統之訓練模擬手術之效能，簡言之，本發明可以於模擬手術時全程由螢幕3中直接檢視該手術器械5是否穿刺深入標靶病灶組織位置，進而提高訓練模擬手術之效能者。

較佳地，本發明系統之螢幕3上顯示的圖案影像是三維的，而醫事人員6可更清楚精確地看到欲移除的模擬探測物組織4中的標靶病灶組織者。

由上述本發明的實施例可知，本發明的一種具有二組偵測單元之超音波輔助系統，其特徵為探測物組織4中之標靶病灶定位效果佳，其利用具有高穿透力的低頻射線，整體系統組件簡單及穩定性高，且系統影像品質佳之效能。

上述實施例僅為說明本發明之原理及功效，並非用以限制本發明之主要技術特徵及範圍。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明已具備產業上利用性、新穎性及進步性，並符合發明專利要件，爰依法提起申請。

1．．．探頭

11．．．穿孔

12．．．第一組偵測單元

121．．．第一發射器

122．．．第一接收器

13．．．第二組偵測單元

131．．．第二發射器

132．．．第二接收器

2．．．影像處理模組

21A．．．第一信號放大器

21B．．．第一濾波器

22A．．．第二信號放大器

22B．．．第二濾波器

23．．．成像器

231．．．第一記憶體

232．．．第二記憶體

233．．．比較器

234．．．成像裝置

2341．．．掃描轉換器

3．．．電腦螢幕

4．．．模擬探測物組織

5．．．手術器械

6．．．醫事人員

第1圖是本發明一實施例的探頭的頂視示意圖；

第2圖是第1圖探頭的前視示意圖，其顯示超音波射線之方向性及使用狀態；

第3圖是本發明一實施例的影像處理模組方塊圖；及

第4圖是本發明一實施例的超音波輔助系統的操作示意圖。

1．．．探頭

11．．．穿孔

12．．．第一組偵測單元

121．．．第一發射器

122．．．第一接收器

13．．．第二組偵測單元

131．．．第二發射器

132．．．第二接收器

4．．．模擬探測物組織

Claims (3)

1. 一種超音波輔助系統，包括：一探頭，包括一第一組偵測單元，其包括一第一發射器及一第一接收器，一第二組偵測單元，其包括一第二發射器及一第二接收器，及一位於該第一組偵測單元與第二組偵測單元間之穿孔，該穿孔之直徑足以令一手術器械順利地穿入及取出，其中該手術器械係一鑷子；及一影像處理模組，其係接收並處理該探頭所擷取之信號者，該影像處理模組係包含有一第一信號放大器，一第一濾波器，一第二信號放大器，一第二濾波器，一電腦螢幕，及一成像器，又其中該成像器係包括一比較器及一成像裝置。
2. 一種使用超音波輔助系統以模擬手術之方法，該超音波輔助系統包括一探頭，包括一第一組偵測單元，其包括一第一發射器及一第一接收器，一第二組偵測單元，其包括一第二發射器及一第二接收器，及一位於第一組偵測單元與第二組偵測單元間之穿孔；一影像處理模組，包括一第一信號放大器，一第一濾波器，一第二信號放大器，一第二濾波器，及一成像器，其包括一比較器及一成像裝置；及一電腦螢幕，該模擬手術方法包括以下步驟：(a)將該探頭貼近一模擬探測物組織；(b)啟動探頭，影像處理模組及電腦螢幕；(c)令第一發射器及第二發射器同時朝向該模擬探測物組織發射低頻超音波射線； (d)令第一接收器及第二接收器分別接收從該模擬探測物組織反射回來之信號；(e)令第一接收器將收到信號傳送至第一信號放大器及第一濾波器，及令第二接收器收到信號傳送至第二信號放大器及第二濾波器；(f)令比較器將第一濾波器傳來之信號與第二濾波器傳來之信號互相比較，若二者相同將該信號增強；(g)令成像裝置根據從比較器傳來之信號強弱而將信號解析為代表一圖案影像之高品質信號；(h)令成像裝置將該高品質信號傳送至電腦螢幕以圖案影像顯示；及(i)允許一使用者一方面看著電腦螢幕一方面用手將一手術器械從穿孔深入該模擬探測物組織，以夾取位於該模擬探測物組織內之標靶病灶組織者。
3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中成像裝置包括複數個掃描轉換器。