本發(fā)明涉及一種實(shí)時顯示穿刺針位置的引導(dǎo)系統(tǒng)及其使用方法，具體是一種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

通過皮膚的體外或體內(nèi)(如與各種內(nèi)窺鏡結(jié)合)的細(xì)針穿刺活體組織檢查或抽吸在臨床診斷中被廣泛使用，這種技術(shù)與開放性手術(shù)式的活體檢查相比更安全，創(chuàng)傷小。此外，細(xì)針也可以應(yīng)用于治療(如通過微波和射頻的針式癌癥消融)。利用現(xiàn)有的臨床成像方法(如CT(電子計算機(jī)斷層掃描)，MRI(核磁共振成像)和超聲波成像)，活體組織穿刺的操作者可以實(shí)時地通過顯示的圖像觀察活檢穿刺針的位置，并以此信息引導(dǎo)調(diào)整穿刺針的運(yùn)動方向使其逐步向目標(biāo)區(qū)域前進(jìn)。在這些成像模式中，優(yōu)先選用超聲波成像的引導(dǎo)方法，這主要由于超聲波相對于CT及MRI具有非電離、非輻射性、低成本、可移動性和高幀速率的優(yōu)點(diǎn)。但是由于超聲波掃描后顯示的圖像其分辨率較低，同時一般穿刺針的直徑較小(尤其是穿刺針端部直徑極小)，因此在進(jìn)行穿刺時在超聲波顯示的圖像中無法清晰可靠地顯示穿刺針(或部分顯示穿刺針)的位置進(jìn)而無法對穿刺針的穿刺端部的位置準(zhǔn)確定位，最終導(dǎo)致該圖像無法對操作者的穿刺工作起到引導(dǎo)作用。在影像引導(dǎo)腎活體組織檢查中，CT的準(zhǔn)確率為93.8％，而超聲檢查的相應(yīng)值為76.4％。在超聲波引導(dǎo)下甲狀腺活體組織檢查的成功率為68％至96.6％。活體組織檢查錯位可導(dǎo)致穿刺針多次插入、較長的檢查和診斷時間、對其他組織或器官的不必要損傷、以及多次重復(fù)性操作。

目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了幾種系統(tǒng)及方法用以在超聲波成像引導(dǎo)下改善穿刺細(xì)針的可視化。其中一種系統(tǒng)及方法是用二維實(shí)時超聲波成像的位置數(shù)據(jù)標(biāo)記目標(biāo)及其周圍組織的三維結(jié)構(gòu)用于穿刺體的導(dǎo)航，同時在超聲探頭和導(dǎo)管中的嵌入多個傳感器(如電磁和光學(xué)傳感器)用于確定穿刺針穿刺端(即針頭)的準(zhǔn)確位置，并且在超聲波圖像上實(shí)時顯示當(dāng)前位置和預(yù)測軌跡。在最大誤差為2.96毫米的非手術(shù)環(huán)境中，系統(tǒng)估計的位置精度可達(dá)到0.71±0.43mm。這種方式雖然使超聲波圖像可確定穿刺針的實(shí)時位置，但是其不僅需要多種傳感器及硬件的支持，另外也需要相應(yīng)的超聲波成像系統(tǒng)的支持，而且對每個不同檢體均需探測穿刺目標(biāo)點(diǎn)周圍組織的三維結(jié)構(gòu)用于穿刺體的導(dǎo)航；由于上述原因這種方式實(shí)施復(fù)雜、不便于操作者學(xué)習(xí)、成本較高，而且一旦發(fā)生故障無法盡快進(jìn)行修復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲波引導(dǎo)系統(tǒng)及其使用方法，能在超聲圖像診斷儀顯示的圖像中實(shí)時識別出穿刺針的穿刺端所處的位置，同時其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本較低，便于操作者的學(xué)習(xí)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲圖像引導(dǎo)系統(tǒng)，包括超聲圖像診斷儀、微激勵器和諧波振蕩器，微激勵器與諧波振蕩器連接，所述微激勵器包括包裹層、兩個外層和中間層，兩個外層相對設(shè)置，中間層的上下表面通過導(dǎo)電膠分別與兩個外層連接，所述外層由絕緣層和電極層組成，所述中間層由隔離層和壓電片組成，所述壓電片設(shè)置在隔離層的一端；所述包裹層為涂覆在兩個外層外表面的PDMS(聚二甲基硅氧烷)層；采用PDMS薄膜具有良好的生物相容性，并且使裝置與導(dǎo)電性體液隔離。

進(jìn)一步，所述壓電片為PZT(鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷片。

進(jìn)一步，所述隔離層和絕緣層的材質(zhì)均為LCP(液晶聚合物)。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)電膠為導(dǎo)電環(huán)氧樹脂。

一種微激勵器的制備方法，具體步驟為：

A、制備外層：將電極層和絕緣層粘合成一體；

B、設(shè)定中間層：將壓電片設(shè)置在隔離層的一端形成中間層；

C、制備復(fù)合層：將中間層放置在兩個相對設(shè)置的外層中間，并通過導(dǎo)電膠將中間層與外層粘合；

D、制備包裹層：在復(fù)合層外表面涂覆PDMS層形成包裹層；

E、固化處理：在完成步驟D后將其放入烘箱中在80℃下烘焙2小時進(jìn)行固化；

F、極化處理：將固化后的壓電片在225V電壓下極化5分鐘，然后在450V電壓下極化15分鐘以實(shí)現(xiàn)壓電效應(yīng)，完成微激勵器的制備過程。

一種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲波引導(dǎo)系統(tǒng)的使用方法，該方法的具體步驟為：

a、通過阻抗分析儀測量本引導(dǎo)系統(tǒng)中微激勵器的諧振頻率，該諧振頻率的正弦波用于驅(qū)動此微激勵器使其通過壓電片發(fā)射超聲波；

b、確定諧振頻率后，將微激勵器貼合在穿刺針的外表面，并使帶有壓電片的微激勵器一端靠近穿刺針的穿刺端，微激勵器另一端與諧波振蕩器連接；

c、調(diào)整諧波振蕩器發(fā)出的信號使其與微激勵器的諧振頻率正弦波一致；

d、開啟超聲圖像診斷儀后操作者采用穿刺針進(jìn)行穿刺；

e、由于微激勵器發(fā)出的超聲波與超聲圖像診斷儀發(fā)出的超聲波發(fā)生干涉，則操作者通過觀察超聲圖像診斷儀顯示的圖像，其中具有圓錐形明亮條紋線即為發(fā)生干涉產(chǎn)生的圖像，并且根據(jù)干涉原理顯示的圖像中圓錐頂點(diǎn)即為壓電片所處的位置，再根據(jù)粘連微激勵器時壓電片在穿刺針的位置，確定穿刺針的穿刺端位置；

f、操作者根據(jù)確定穿刺針的穿刺端所處的位置實(shí)時調(diào)整穿刺方向，最終達(dá)到穿刺標(biāo)的點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用超聲圖像診斷儀、微激勵器、穿刺針和諧波振蕩器相結(jié)合的方式，利用微激勵器發(fā)出的超聲波與超聲圖像診斷儀發(fā)出的超聲波發(fā)生干涉現(xiàn)象，由于干涉現(xiàn)象會在超聲圖像診斷儀顯示的圖像中呈現(xiàn)具有圓錐形明亮條紋線，然后根據(jù)干涉原理圓錐頂點(diǎn)即為壓電片，由于壓電片靠近穿刺針的穿刺端設(shè)置，因此可得出穿刺針的穿刺端所處的實(shí)時位置，便于操作者調(diào)整穿刺方向的引導(dǎo)，最終達(dá)到穿刺標(biāo)的點(diǎn)。這種方式由于采用超聲圖像引導(dǎo)，因此其具有超聲波所具有的非電離、非輻射性、低成本、可移動性和高幀速率的優(yōu)點(diǎn)；同時本發(fā)明無需多種傳感器及硬件的支持，另外也無需修改相應(yīng)的超聲波成像系統(tǒng)的硬件和軟件，采用普通的超聲圖像診斷儀即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此適用性廣泛，同時成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，也便于操作者的使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中微激振器外形示意圖；

圖2是圖1的縱向剖視圖；

圖3是本發(fā)明中微激振器安裝在穿刺針的位置示意圖；

圖4是未采用本發(fā)明進(jìn)行穿刺時的超聲圖像診斷儀成像圖。

圖5是采用本發(fā)明進(jìn)行穿刺時的超聲圖像診斷儀成像圖。

圖中：1、微激振器，2、壓電片，3、絕緣層，4、電極層，5、隔離層，6、穿刺針。

具體實(shí)施方式

下面將對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖5所示，該種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲波引導(dǎo)系統(tǒng)，包括超聲圖像診斷儀、微激勵器1和諧波振蕩器，微激勵器1與諧波振蕩器連接，所述微激勵器1包括包裹層、兩個外層和中間層，兩個外層相對設(shè)置，中間層的上下表面通過導(dǎo)電膠分別與兩個外層連接，所述外層由絕緣層3和電極層4組成，所述中間層由隔離層5和壓電片2組成，所述壓電片2設(shè)置在隔離層5的一端；所述包裹層為涂覆在兩個外層外表面的PDMS(聚二甲基硅氧烷)層；采用PDMS薄膜具有良好的生物相容性，并且使裝置與導(dǎo)電性體液隔離。

進(jìn)一步，所述壓電片2為PZT(鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷片。

進(jìn)一步，所述隔離層5和絕緣層3的材質(zhì)均為LCP(液晶聚合物)。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)電膠為導(dǎo)電環(huán)氧樹脂。

一種微激勵器的制備方法，具體步驟為：

A、制備外層：將電極層4和絕緣層3粘合成一體；

B、設(shè)定中間層：將壓電片2設(shè)置在隔離層5的一端形成中間層；

C、制備復(fù)合層：將中間層放置在兩個相對設(shè)置的外層中間，并通過導(dǎo)電膠將中間層與外層粘合；

D、制備包裹層：在復(fù)合層外表面涂覆PDMS層形成包裹層；

E、固化處理：在完成步驟D后將其放入烘箱中在80℃下烘焙2小時進(jìn)行固化；

F、極化處理：將固化后的壓電片2在225V電壓下極化5分鐘，然后在450V電壓下極化15分鐘以實(shí)現(xiàn)壓電效應(yīng)，完成微激勵器的制備過程。

一種實(shí)時顯示穿刺針位置的超聲波引導(dǎo)系統(tǒng)的使用方法，該方法的具體步驟為：

a、通過阻抗分析儀測量本引導(dǎo)系統(tǒng)中微激勵器1的諧振頻率，該諧振頻率的正弦波用于驅(qū)動此微激勵器1使其通過壓電片發(fā)射超聲波；

b、確定諧振頻率后，將微激勵器1貼合在穿刺針的外表面，并使帶有壓電片2的微激勵器1一端靠近穿刺針6的穿刺端，微激勵器1另一端與諧波振蕩器連接；

c、調(diào)整諧波振蕩器發(fā)出的信號使其與微激勵器1的諧振頻率正弦波一致；

d、開啟超聲圖像診斷儀后操作者采用穿刺針6進(jìn)行穿刺；

e、由于微激勵器1發(fā)出的超聲波與超聲圖像診斷儀發(fā)出的超聲波發(fā)生干涉，則操作者通過觀察超聲圖像診斷儀顯示的圖像，其中具有圓錐形明亮條紋線即為發(fā)生干涉產(chǎn)生的圖像，并且根據(jù)干涉原理顯示的圖像中圓錐頂點(diǎn)即為壓電片2的位置；

f、操作者根據(jù)實(shí)時確定穿刺針6的穿刺端所處的位置調(diào)整穿刺方向，最終達(dá)到穿刺標(biāo)的點(diǎn)。