TWI720398B - 用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法及其內針超音波系統 - Google Patents

用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法及其內針超音波系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種合併方法及其內針超音波系統，用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示，其步驟係利用一微型化超音波探針系統裝置於穿刺針內，於穿刺針針尖前端發射及接收超音波訊號，取得軸向深度的複數回波並顯示一個距離與超音波RF(Radio Frequency)回波訊號振幅圖。並依此振幅變化特徵和深度變化特徵，設定一興趣區域，即時顯示該超音波探針裝置針端與肋膜之距離，以作為辨識肋間神經阻斷術及脊測神經阻斷術施行時，最佳的藥劑施放位置，同時避免超音波探針裝置於進行神經阻斷術時，因距離過近而傷害肋膜及其下之肺臟組織。

Description

用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法及其內針超音波系統
本發明提供超音波探針裝置用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法及其系統，特別使用在脊側神經阻斷術(Paravertebral Block，PVB)及肋間神經阻斷術(Intercostals Nerve Block，ICNB)，藉以辨識肋膜的超音波訊號特徵，並偵測該超音波探針針尖與肋膜間的距離，以判斷在PVB及ICNB神經止痛術之注射***劑位置，並避免穿刺過程中造成肺部損傷。
目前胸腔區域之週邊神經阻斷術主流是藉由體外超音波引導下，以穿刺針將局部***物注射到脊椎旁的神經附近或浸潤神經所在的區域，達成神經阻滯以期止痛效果。
近十年來超音波技術在麻醉領域廣泛利用，大幅提升了區域麻醉的效果與成功率。特別在脊側神經阻斷術(PVB)及肋間神經阻斷術(ICNB)，醫療人員通常透過體外超音波影像導引，由患者背部脊側或胸側，於肋骨縫隙間進行穿刺，然而，手術上仍具相當的施行風險，惟避免 肺刺穿傷害、氣胸等意外，本發明結合穿刺針具及超音波探針，可提供解剖構造辨識，並以客觀的和科學的輔助判斷，於穿刺過程中全程即時地提供超音波訊號，幫助辨視肺部與周邊組織，以增加安全性。
脊側神經阻斷術(PVB)及肋間神經阻斷術(ICNB)，相較於常見傳統全身麻醉與半身麻醉術，可高度選擇性地於目標區域提供良好止痛效果，尚仰賴透過體外超音波定位，配合穿刺針的使用。惟目前下針穿刺深度的量測仍存在很大的誤差值，且胸腔區域具有多個人體重要器官，間接影響了區域麻醉的有效性及安全性。因此，本發明的主要目的即在於提供一種可以根據肋膜及呼吸運動特徵分析以及超音波回波訊號，來確認穿刺之軸向深度，特別是確認一肋膜超音波回波訊號，以協助穿刺針準確地到達目標深度。
更者，配合體外超音波執行上述區域麻醉方式，現行以斜向下針法(In-plane)執行居多，請參考第1A圖，其下針時與皮膚(skin)面呈一夾角度，進入肋間神經(intercostal nerve)區域；請參考第1B圖，由於斜向下針法中，體外超音波的深度量測與穿刺針行進方向並不平行，不僅不易換算下針的長度與實際穿刺深度的關係，也不一定能觀測針尖的位置與肋膜的距離，增加執行的風險。進一步本發明揭露另一種下針使用法，請參考第1C圖，其下針時與皮膚(skin)面呈一正交角度或接近垂直的角度，進入肋間神經(intercostal nerve)區域，故可由下針深度取得即時深度 值。
有鑑於此，本發明提供一種用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法，其包含：(a)每秒至少30次以上取得一超音波探針裝置於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差；(b)將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織介面與該超音波探針裝置針端之距離；(c)將該些軸向距離與該些超音波振幅，依照一長度單位和一振幅單位，取得一距離與訊號振幅圖；以及(d)由該距離與訊號振幅圖，依一振幅變化特徵和一深度變化特徵來辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置針端與肋膜之動態變化距離。
更者，本發明再提供一種用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併系統，其包含：一超音波探針裝置、一訊號收發器以及一訊號分析裝置，有線或無線電連接該訊號收發器。
該超音波探針裝置，係具有一超音波探針以及一穿刺針管，其中，該超音波探針係置於該穿刺針管內側，經由一訊號發射器以每秒至少30次發射超音波脈衝波(例如：每秒50次)。
該訊號收發器，係取得該超音波探針裝置於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差
該訊號分析裝置包含：一數據處理器，係將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織介面回波至該超音波探針裝置針端之距離，依照一長度單位和一振幅單位，輸出一距離與訊號振幅圖；以及一顯示器，連接該數據處理器，顯示該距離與訊號振幅圖，並依一振幅變化特徵和一深度變化特徵辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置針端與肋膜之動態變化距離。
為達到上述及其它目的，以下對本發明一或多個具體實施例進行說明；本發明的其它特徵或優點以實施例及請求項詳細描述。
S201至S204‧‧‧本發明揭露之方法步驟
301、501‧‧‧探針針端
302、401、503、601‧‧‧肋膜
502‧‧‧最內側肋間肌
700‧‧‧本發明揭露之系統
710‧‧‧超音波探針裝置
711‧‧‧超音波探針
712‧‧‧穿刺針管
720‧‧‧訊號收發器
730‧‧‧訊號分析裝置
731‧‧‧數據處理器
732‧‧‧顯示器
第1A圖係為斜向下針法之實施例；第1B圖係為斜向下針法之傳統體外超音波導引影像圖；第1C圖係為正向下針法之實施例；第2圖係為本發明方法的步驟流程圖；第3圖係為本發明方法在PVB取得之探針與肋膜間距離與訊號振幅圖；第4圖係為本發明方法在PVB取得之探針與肋膜間距離與訊號時變圖(超音波M-mode圖)；第5圖係為本發明方法在ICNB取得之探針與肋膜間距離與訊號振幅圖；第6圖係為本發明方法在ICNB取得之探針與肋膜間距離與訊號時變圖(超 音波M-mode圖)；第7圖係為本發明系統的元件關係圖。
本發明之實施例如第2圖至第7圖所示。
本發明所提供之用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法，請參考第2圖，其步驟包含：(a)每秒至少30次取得一超音波探針裝置於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差S201；(b)將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織介面回波至該超音波探針裝置針端之距離S202；(c)將該些軸向距離與該些超音波振幅，依照一長度單位和一振幅單位，取得一距離與訊號振幅圖S203；以及(d)由該距離與訊號振幅圖，依一振幅變化特徵和一深度變化特徵辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置針端與肋膜之動態變化距離S204。
該目標物體之測量距離的方法，其步驟包含：(e)在一操作時間內，重複操作步驟(a)至(c)，以不同該軸向深度，取得該複數距離與訊號振幅圖；(f)根據該些距離與訊號振幅圖，依照該操作時間，取得一距離與訊號時變圖；以及(g)由該距離與訊號時變圖，依該振幅變化特徵、該深度變化特徵和一週期變化特徵，設定該興趣區域，顯示呼吸時肋膜與該超音波探針裝置針端之距離，較佳地，該週期變化特徵係為一訊號振幅變化 量或一訊號頻率變化量，在一實施例中，該週期變化特徵與呼吸動作有關，可利用去相關度(de-correlation value)、快速傅立葉轉換(FFT)頻譜或時頻分析(time frequency spectrum)等方法分析兩者變化量值。
在一較佳實施例中，該組織穿刺係指由一脊側腔至肋膜的區間，具有一距離的肋膜訊號表現。請參考第3圖，顯示本發明超音波探針在PVB取得之距離與訊號振幅圖，係由探針針端301至肋膜(Pleura)302區間間隔顯示探針距肋膜的距離；更者，請參考第4圖，顯示本發明超音波探針在PVB取得之距離(Depth)與訊號時變(Time)圖，肋膜401配合呼吸動作呈現有週期性起伏。
在一較佳實施例中，該組織穿刺係指由一肋骨間至肋膜的區間，具有一距離的最內側肋間肌訊號(Innermost intercostals muscle，liM)表現以及一距離的肋膜訊號表現。請參考第5圖，顯示本發明超音波探針在肋間神經阻斷術(ICNB)取得之距離與訊號振幅圖，係由探針針端501至最內側肋間肌(liM)502、肋膜(Pleura)503區間間隔顯示穿刺深度；更者，請參考第6圖，顯示本發明超音波探針在肋間神經阻斷術(ICNB)取得之距離(Depth)與訊號時變(Time)圖，肋膜601配合呼吸動作呈現有週期性起伏。
進一步地，其方法步驟更包含：(h)當肋膜與該超音波探針裝置針端之距離小於一預定距離時，產生一警示訊號。該警示訊號不限於透過光線、聲音或符號等形式所表現。
本發明合併方法，其執行步驟更可以寫成軟體程式，軟體程式可以儲存於任何微處理單元辨識、解讀之記錄媒體，或包含有上述紀錄媒體之物品及裝置。不限定為任何形式，上述物品可以為硬碟、軟碟、光碟、ZIP、磁光裝置(MO)、IC晶片、隨機存取記憶體(RAM)，或任何熟悉此項技藝者所可使用之包含有上述紀錄媒體的物品，請參考第7圖，本發明再提供一種用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併系統700，其包含：一超音波探針裝置710、一訊號收發器720以及一訊號分析裝置730，有線或無線電連接該訊號收發器720。
該超音波探針裝置710，係具有一超音波探針711以及一穿刺針管712，其中，該超音波探針711係置於該穿刺針管712內側，經由一訊號發射器以每秒至少30次發射超音波脈衝波(例如：每秒50次)。較佳地，該超音波脈衝波頻率為5~40MHz且振幅為50~100V。
在一實施例中，該超音波探針711針尖管口為一平面，且該穿刺針712針尖管口為一相對斜面；或者，該超音波探針711與該穿刺針712針尖管口對齊一相同斜面，且該相同平面為30°或45°夾角斜面。
該訊號收發器720，係取得該超音波探針裝置710於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差。
該訊號分析裝置730包含：一數據處理器731，係將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織 介面回波至該超音波探針裝置針端之距離，依照一長度單位和一振幅單位，輸出一距離與訊號振幅圖；以及一顯示器732，連接該數據處理器731，顯示該距離與訊號振幅圖，並依一振幅變化特徵和一深度變化特徵辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置710針端與肋膜之動態變化距離。
較佳地，該數據處理器731，係以不同該軸向深度，取得該複數距離與訊號振幅圖，並根據該些距離與訊號振幅圖，依照該操作時間，輸出一距離與訊號時變圖；以及該顯示器732，顯示該距離與訊號時變圖，並依該振幅變化特徵、該深度變化特徵和一週期變化特徵，設定該興趣區域，顯示呼吸時肋膜與該超音波探針裝置710針端之距離。
本發明所揭露的所有特徵應可以任何結合方式實現，可以相同、均等或相似目的的取代物所取代。因此，除非有明確的指定，否則所揭露的每一個特徵僅僅只是均等物或相似特徵的一個種類的一實施例。
S201至S204‧‧‧本發明之合併方法的步驟

Claims (9)

  1. 一種用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併方法，其步驟包含：(a)每秒至少30次取得一超音波探針裝置於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差；(b)將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織介面回波至該超音波探針裝置針端之距離；(c)將該些軸向距離與該些超音波振幅，依照一長度單位和一振幅單位，取得一距離與訊號振幅圖；以及(d)由該距離與訊號振幅圖，依一振幅變化特徵和一深度變化特徵辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置針端與肋膜之動態變化距離，並藉由肋膜訊號產生閃爍特徵，來辨識探針裝置針端與肋膜之距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其步驟更包含：(e)在一操作時間內，重複操作步驟(a)至(c)，以不同該軸向深度，取得該複數距離與訊號振幅圖；(f)根據該些距離與訊號振幅陣圖，依照該操作時間，取得一距離與訊號時變圖；以及(g)由該距離與訊號時變圖，依該振幅變化特徵、該深度變化特徵和一週期變 化特徵，設定該興趣區域，顯示呼吸時肋膜與該超音波探針裝置針端之動態變化距離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該組織穿刺係指由一脊側腔至肋膜的區間，具有一距離的肋膜訊號表現。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之合併方法，其中，該組織穿刺係指由一肋骨間至肋膜的區間，具有一距離的最內側肋間肌訊號表現以及一距離的肋膜訊號表現。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，其步驟更包含：當肋膜與該超音波探針裝置針端之距離小於一預定距離時，產生一警示訊號。
  6. 一種用於肋膜訊號分析辨識、追蹤測距及顯示的合併系統，其包含：一超音波探針裝置，係具有一超音波探針以及一穿刺針管，其中，該超音波探針係置於該穿刺針管內側，經由一訊號發射器以每秒至少30次發射超音波脈衝波；一訊號收發器，係取得該超音波探針裝置於一組織穿刺之一軸向深度的複數回波超音波訊號，其中，該些回波超音波訊號各自包含一超音波振幅與一超音波收發訊號時間差；以及一訊號分析裝置，有線或無線電連接該訊號收發器，包含：一數據處理器，係將該些超音波收發訊號時間差轉換為複數軸向距離，該些軸向距離係為不同組織介面回波至該超音波探針裝置針端之距離， 依照一長度單位和一振幅單位，輸出一距離與訊號振幅圖；以及一顯示器，連接該數據處理器，顯示該距離與訊號振幅圖，並依一振幅變化特徵和一深度變化特徵辨識肋膜，設定一興趣區域，即時顯示、追蹤測距每秒該超音波探針裝置針端與肋膜之動態變化距離。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之合併系統，該超音波探針前端為一平面，且該穿刺針針尖管口為一相對斜面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之合併系統，該超音波探針與該穿刺針針尖管口對齊一相同斜面，且該相同平面為30°或45°夾角斜面。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之合併系統，更包含：該數據處理器，係以不同該軸向深度，取得該複數距離與訊號振幅圖，並根據該些距離與訊號振幅圖，依照該操作時間，輸出一距離與訊號時變圖；以及該顯示器，顯示該距離與訊號時變圖，並依該振幅變化特徵、該深度變化特徵和一週期變化特徵，設定該興趣區域，顯示呼吸時肋膜與該超音波探針裝置針端之動態變化距離。
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