病灶定位探头、病灶定位系统及聚焦超声治疗设备的制作方法

1.本实用新型属于超声治疗技术领域，特别是涉及一种病灶定位探头、病灶定位系统聚焦超声治疗设备。


背景技术：

2.高强度聚焦超声治疗技术通过将超声波聚焦，可以在病灶上形成高强度、连续超声能量，从而产生瞬态高温效应、空化效应、机械效应和声化效应，使细胞膜、核膜破裂、蛋白质凝固，选择性地使病灶组织凝固性坏死，以使病灶失去增殖、浸润和转移的能力。
3.现有超声治疗设备在治疗过程中，常使用b超探头引导定位病灶，定位过程中需多次反复运动b超探头以帮助医生想象病灶周围解剖结构，分析并寻找病灶所处位置，这一操作过程繁复，耗时长。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种病灶定位探头、病灶定位系统聚焦超声治疗设备，用于解决现有技术中定位病灶过程繁琐、耗时长等问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型提供一种病灶定位探头，包括超声探头和至少一个摄像头，所述摄像头分布在所述超声探头的扇描平面的一侧或两侧，并与超声探头的相对位置保持固定，且所述摄像头的中心线平行于所述超声探头的中心线。
7.所述摄像头的数量为一个，所述摄像头分布在超声探头的扇扫平面的一侧，所述摄像头中心线位于扇扫平面的中垂面上。
8.可选的，所述摄像头的数量至少为两个，包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头分布在超声探头的扇扫平面的两侧，且第一摄像头、第二摄像头与超声探头的高度差相等。
9.可选的，所述第一摄像头和第二摄像头对称分布在超声探头的扇扫平面的两侧，第一摄像头中心线和第二摄像头中心线均位于扇扫平面的中垂面上。
10.可选的，所述第一摄像头和第二摄像头分布在超声探头的扇扫平面的两侧，且第一摄像头的中心线和第二摄像头的中心线中至少有一个摄像头的中心线偏离超声探头扇扫平面的中垂面。
11.可选的，所述病灶定位探头还包括安装座，所述超声探头和所述摄像头均集成在所述安装座上，所述超声探头和所述摄像头均伸出所述安装座，其中，所述超声探头伸出所述安装座的伸出高度比所述摄像头伸出所述安装座的伸出高度高。
12.可选的，所述病灶定位探头还包括供握持的壳体，所述安装座设置在所述壳体的前端，且所述超声探头的尾部和所述摄像头的尾部深入所述壳体内。
13.可选的，所述超声探头具有伸出所述安装座的扁状头部，所述扁状头部的前端设置有避让摄像头的采集范围的避让结构，使所述摄像头的采集范围内完全避开所述扁状头
部或使所述摄像头的采集范围仅覆盖摄像头的部分边缘轮廓。
14.本实用新型还提供一种病灶定位系统，包括：
15.病灶定位探头，所述的病灶定位探头为上述任一项所述的病灶定位探头；
16.参考图像显示装置，其用于显示参考图像，所述参考视图根据所述摄像头实时采集的数据形成，所述参考视图的尺寸为数值固定，且所述参考视图中形成有与所述标记对应的虚拟标记点；
17.处理器，所述处理器用于根据所述虚拟标记点在所述参考视图中的位置，并根据所述摄像头和所述超声探头的实际位置关系驱动病灶定位探头移动，使所述超声探头的中心线与标记重合的实际定位轨迹；
18.输入装置，其用于向处理器输入预定位指令，使所述图像采集组件根据所述预定位指令移动至标记上方；及
19.执行机构，其用于根据所述输入装置中输入的预定位指令驱动所述病灶定位探头移动。
20.其中，所述处理器分别与所述病灶定位探头、所述输入装置、所述执行机构和所述参考图像显示装置连接。
21.可选的，所述参考视图中具有横轴，所述参考视图的中心与摄像头的中心线对应，所述横轴与超声探头扇扫平面的中垂面对应。
22.可选的，所述参考视图中或所述参考视图显示装置上设置有参考标尺，所述参考标尺对应设置有刻度数值，且所述刻度数值根据成像比例换算成摄像头实际采集区域的尺寸数值显示。
23.相应的，本实用新型还提供一种聚焦超声治疗设备，其包括聚焦超声治疗头，还包括上述任一项所述病灶定位系统，其中，所述病灶定位探头与所述聚焦超声治疗头的相对位置固定。
24.本实用新型，利用摄像头辅助超声探头进行定位，能够实现快速定位，降低定位难度，提高定位病灶效率，节省操作时间。
附图说明
25.图1显示为本发明中采用单个摄像头的图像采集组件的示例性的结构示意图；
26.图2显示为定位过程中，图1中的图像采集组件在主视方向上与标记、病灶的位置关系示意图；
27.图3显示为图1中图像采集组件的在左视方向上的视图；
28.图4显示为定位过程中，图1中图像采集组件的超声探头、摄像头及标记的位置关系图；
29.图5显示为采用图1中的采集组件所形成的一示例性的参考视图；
30.图6为显示为定位过程中，图像采集组件与标记、病灶的位置关系图(摄像头对称布置)；
31.图7显示为图6中，超声探头、摄像头及标记的位置关系图；
32.图8显示为采用图6的图像采集组件对应形成的第一参考视图；
33.图9显示为采用图6的图像采集组件对应形成的第二参考视图；
34.图10显示为定位病灶过程中，图像采集组件在三维空间内与标记、病灶的位置关系图(摄像头非对称布置)；
35.图11显示为定位病灶过程中，图像采集组件在主视方向上与标记、病灶的位置关系图(摄像头非对称布置)；
36.图12显示为定位病灶过程中，图像采集组件在左视方向上与标记、病灶的位置关系图(摄像头非对称布置)；
37.图13显示为采用图10的图像采集组件以超声探头为原点建立的坐标系的示意图；
38.图14显示为采用图10的图像采集组件对应形成的第一参考视图；
39.图15显示为采用图10的图像采集组件对应形成的第二参考视图。
具体实施方式
40.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
41.须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
42.结合参见图1至图15，本实用新型的病灶定位探头，包括超声探头1和至少一个摄像头2，摄像头2分布在超声探头1的扇扫平面11的一侧或两侧，并与超声探头1的相对位置保持固定，即当摄像头2的数量为1个时，摄像头2分布在超声探头1的扇扫平面11的一侧；当摄像头2的数量大于或等于2个时，扇扫平面11的两侧上均分布有摄像头2。摄像头2的中心线23与超声探头1的中心线13平行，通过摄像头2来采集图像辅助实现超声探头1的定位，提高操作效率。
43.上述及下述的超声探头可以为b超探头。
44.上述及下述的病灶定位探头属于病灶定位系统的一部分，该病灶定位系统还包括参考图像显示装置、处理器、输入装置和执行机构。
45.利用该病灶定位系统定位病灶32时，通过定位体表的标记31定位病灶32，具体的：
46.先根据摄像头2实时采集的数据按成像比例形成参考视图4(包含具有单个视图或两个视图的情况)，并显示在参考视图4显示装置上，参考视图4的尺寸为固定的尺寸，且参考视图4中形成有与标记31对应的虚拟标记点41；再根据并根据虚拟标记点41在参考视图4中的位置，并根据摄像头2和超声探头1的实际位置关系确定使超声探头1的中心线13与标记31重合的实际定位轨迹，控制执行机构动作，使病灶定位探头中的超声探头1以该实际定位轨迹移动。该实际定位轨迹既可以通过计算直接获取，当然在实际实施过程中，对于实际定位轨迹也可以不用进行计算，不获取具体轨迹，而是根据摄像头2和超声探头1的实际位置关系在参考视图4中融合超声探头1的中心线13作为虚拟投影点，并根据参考视图4中虚拟标记点41与该虚拟投影点的位置关系，确定虚拟投影点与虚拟标记点41重合所对应的运动方向，根据该运动方向控制超声探头1移动(也就是控制图像采集组件移动)，直至参考视图4中，虚拟投影点和虚拟标记点41重合。其中，在参考视图4中融合形成所述虚拟投影点时，摄像头2的中心线23在参考视图4上对应参考视图的中心位置，超声探头1的中心线23与摄像头2中心线的方位、虚拟投影点和虚拟标记点41的方向对应，而超声探头1的中心线23
与摄像头2中心线的方位、虚拟投影点和虚拟标记点41的距离按照成像比例确定。根据现有摄像头2的成像原理，参考视图4中，摄像头2的中心线23位于参考视图4的中心，参考视图4以超声波扇扫平面11的中垂面12的投影为横轴，以垂直于横轴的方向为纵向。
47.在形成参考视图4的过程中，先利用输入装置输入预定位指令，使图像采集组件根据所述预定位指令移动至标记31上方，超声探头1和摄像头2均处于标记31上方的预定位高度，使得摄像头2的采集范围覆盖标记31，然后再根据参考视图4，控制超声探头1在与执行机构的带动下在与预定位高度相对应的预设平面内以实际定位轨迹移动，此时参考视图4中的虚拟标记点41的虚拟位移与实际空间中摄像头2的位移相对应，此处，预设平面为垂直于超声探头的中心线13，且与预定位高度相对应的平面。参考视图4的中心位置就是摄像头2的中心线23在参考视图4中对应的位置，参考视图4中投影出超声探头1中垂面12对应的投影线。具体操作时，可以通过观看当前视图中是否显示有相应的虚拟标记点41来判断是否移动至预定位高度，待当前视图中显示出虚拟标记点41后，将相应的当前视图作为参考视图4。此处的预定位高度可以是定值，也可以是某一高度范围，只要使摄像头2采集到标记31即可。当然，在实际实施过程中，处于预定位高度时，也需要超声探头1能够采集到标记31，就可以直接根据超声探头1采集的数据获取预定位高度的数值，并根据该预定位高度的数值和摄像头2的采集角度范围参数计算出实际采集区域的尺寸，再换算出得到形成参考视图4的成像比例。当然，为了得到成像比例，也可以通过改变摄像头2的安装位置，使摄像头2采集的当前视图中始终有部分超声探头1的侧边缘轮廓43(参见图8、图9)，则在建立该成像比例关系时，可以通过摄像头2中心线23距离侧边缘轮廓43的实际距离和参考视图4中的参考距离来计算成像比例关系。
48.参见图1，病灶定位探头还包括安装座，超声探头1和摄像头2均集成在安装座3上，其中，超声探头1和摄像头2均伸出安装座3，且超声探头1伸出安装座的伸出高度比摄像头2伸出安装座的伸出高度高，这种设置方式使得治疗时超声探头1与体表接触后，摄像头2仍然能够采集图像。
49.参见图1，病灶定位探头还包括供握持的壳体4，所述安装座3设置在所述壳体4的前端，且所述超声探头1的尾部和所述摄像头2的尾部深入所述壳体4内。
50.结合参见图1、图2，超声探头1具有伸出所述安装座的扁状头部，所述扁状头部的前端设置有避让摄像头的采集范围的避让结构，使摄像头的采集范围内完全避开扁状头部或使所述摄像头的采集范围仅覆盖摄像头的部分边缘轮廓。具体的，该扁状头部的前端的宽度逐渐缩小，从而避让摄像头的采集范围。
51.下述各实施例具体介绍如何通过计算实际定位轨迹：
52.结合参见图1至图5，在一些实施例中，摄像头2的数量为一个，摄像头2分布在超声探头1的扇扫平面11的一侧，摄像头2的中心线23位于扇扫平面11的中垂面12上。采用这种方式的病灶定位探头时，通过计算参考视图4中的虚拟横向位移，然后再根据虚拟横向位移和成像比例获取实际横向位移；而虚拟纵向位移则是标记31点至横轴的距离，可以参考视图4中直接获得，然后根据参考比例获取实际纵向位移。
53.虚拟横向位移的计算公式满足：
[0054][0055]
其中，l0为虚拟横向位移分量，a为超声探头1与摄像头2的中心距，h1为超声探头1与摄像头2的高度距离，h2为所述预定位高度，θ为摄像头2的采集区域在横向方向上对应的可视角度，l为参考视图4在横向方向对应的视图宽度。
[0056]
在一些实施例中，对应参考视图设置位置和形状固定的参考标尺42，参考标尺42对应设置有刻度数值，且刻度数值根据成像比例换算成摄像头实际采集区域对应的尺寸数值显示，图5中，参考标尺42融合形成与参考视图4中，参考标尺42即不随显示窗口内的图像移动而改变位置，也不随成像比例的变化而改变，便于根据标尺42直观的观察到实际横向位移，若将预定位高度h2预设为定值，显示的刻度数值为定值，既可以将该参考标尺形成于参考视图中，也可以将该标尺设置于显示屏等用于显示参考视图的装置上。
[0057]
结合参见图6至图15，摄像头2的数量为两个，包括第一摄像头21和第二摄像头22，第一摄像头21和第二摄像头22分布在超声探头1的扇扫平面11的两侧，且第一摄像头21、第二摄像头22与超声探头1的高度差相等。此时，第一摄像头21对应在参考视图4显示装置中形成第一参考视图4a，第二摄像头22对应在参考视图4显示装置中形成第二参考视图4b。
[0058]
结合参见图6至图9，第一摄像头21和第二摄像头22对称分布在超声探头1的扇扫平面11的两侧，第一摄像头21中心线和第二摄像头22中心线均位于扇扫平面11的中垂面12上。采用这种方式的病灶定位探头时，根据第一参考视图4a和第二参考视图4b中标记31点至横轴的距离的虚拟纵向位移参考比例来计算实际纵向位移，然后再根据第一参考视图4a和第二参考视图4b中标记31点的位置计算实际横向位移。
[0059]
具体的，实际横向位移的计算公式满足：
[0060][0061]
其中，y为实际横向位移分量，a为超声探头1与各摄像头2的中心距，l1为第一参考视图4a中虚拟标记点41距离视图中心的横向距离；l2为第二参考视图4b中虚拟标记点41距离视图中心的横向距离；第一摄像头21和第二摄像头22的采集图像在横向方向上的可视角度均为θ；第一参考视图4a和第二参考视图4b的预设视图宽度均为l。
[0062]
结合参见图10～图15，所述第一摄像头21和第二摄像头22分布在超声探头1的扇扫平面11的两侧，且第一摄像头的中心线和第二摄像头的中心线中至少有一个摄像头的中心线偏离超声探头扇扫平面的中垂面，这种方式可以将第一摄像头21和第二摄像头22设置在超声探头1两侧的任意位置，摄像头2的安装方式更灵活多样。采用这种方式的病灶定位探头时，根据第一参考视图4a和第二参考视图4b中标记31点的位置先计算虚拟横向位移和虚拟纵向位移，再根据成像比例来计算实际横向位移和实际纵向位移。
[0063]
具体的，在计算虚拟横向位移和虚拟纵向位移时，以超声探头1中心线13的虚拟投影点为原点，以超声探头1扇扫平面11的虚拟扇扫投影线为y轴，超声探头1扇扫平面11的中垂面12的虚拟中垂投影线为x轴建立坐标系，根据第一参考视图4a和第二参考视图4b虚拟标记点41的位置，建立虚拟标记点41的坐标计算公式组：
[0064]
y1＝(tanθ1)x1+b1‑
a1tanθ1；
[0065]
y1＝(tanθ2)x1+b2‑
a2tanθ2；
[0066]
其中，虚拟标记点41的坐标为(x1，y1)，θ1为第一参考视图4a中虚拟标记点41与超声探头1扇扫平面11(对应x轴)的夹角，所述第一摄像头21的坐标位置为(a1，b1)，所述第二摄像头22的坐标位置为(a2，b2)，θ2为第二参考视图4b中虚拟标记点41与超声探头1扇扫平面11(对应x轴)的夹角。
[0067]
通过解出该公式组，就能求得虚拟横向位移x1和虚拟纵向位移y1的数值。
[0068]
此时，可以对各摄像头分组形成至少两组摄像头组，每组摄像头组包括一个或两个摄像头，根据一组摄像头组采集形成的参考视图形成一待校验的实际定位轨迹，根据至少两待校验的实际定位轨迹获取校验获取最终的实际定位轨迹。
[0069]
前述各实施例中，摄像头的数量均为两个：
[0070]
则在一些实施例中，摄像头的数量至少有两个，包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头对称分布在超声探头的扇扫平面的两侧，所述第一摄像头和第二摄像头的中心线都位于超声探头扇扫平面的中垂面上，第一摄像头、第二摄像头与超声探头的高度差相等，定位病灶时，根据第一摄像头或第二摄像头对应形成的参考视图计算第一实际定位轨迹，根据第一摄像头和第二摄像头对应形成的参考视图计算第二实际定位轨迹，根据所述第一定位轨迹和所述第二定位轨迹确定最终实际定位轨迹。
[0071]
在另一些实施例中，摄像头的数量也至少有两个，包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头分布在超声探头的扇扫平面的两侧，所述第一摄像头的中心线位于超声探头扇扫平面的中垂面上，第二摄像头的中心线偏离超声探头扇扫平面的中垂面，第一摄像头、第二摄像头与超声探头的高度差相等，定位病灶时，根据第一摄像头对应形成的参考视图计算第一实际定位轨迹，根据两个摄像头对应形成的参考视图计算第二实际定位轨迹，根据所述第一定位轨迹和所述第二定位轨迹确定最终实际定位轨迹。
[0072]
在实际实施过程中，摄像头的数量也可以两个以上，则：
[0073]
在一些实施例中，所述摄像头的数量至少有三个，包括第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头，第一摄像头、第三摄像头分布在超声探头扇扫平面的一侧，第二摄像头分布在超声探头扇扫平面的另一侧，第三摄像头的中心线位于超声探头扇扫平面的中垂面上，第一摄像头的中心线和第二摄像头的中心线均偏离超声探头扇扫平面的中垂面，第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头与超声探头的高度差相等，定位病灶时，根据第三摄像头对应形成的参考视图计算第一实际定位轨迹，根据第一摄像头和第二摄像头对应形成的参考视图计算第二实际定位轨迹，根据所述第一定位轨迹和所述第二定位轨迹确定最终实际定位轨迹；
[0074]
在一些实施例中，所述摄像头的数量至少有四个，包括第一摄像头、第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头，第一摄像头和第二摄像头对称分布在超声探头的扇扫平面的两侧，所述第一摄像头和第二摄像头的中心线都位于超声探头扇扫平面的中垂面上，第三摄像头和第四摄像头分布在超声探头的扇扫平面的两侧，且所述第三摄像头和第四摄像头的中心线都偏离超声探头扇扫平面的中垂面，根据第一摄像头和第二摄像头对应形成的参考视图计算第一实际定位轨迹，根据第三摄像头和第四摄像头对应形成的参考视图计算第二实际定位轨迹，根据所述第一定位轨迹和所述第二定位轨迹确定最终实际定位轨迹；
[0075]
在一些实施例中，所述摄像头的数量至少有四个，包括第一摄像头、第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头，第一摄像头和第二摄像头对称分布在超声探头的扇扫平面的两侧，所述第一摄像头和第二摄像头的中心线都位于超声探头扇扫平面的中垂面上，第三摄像头和第四摄像头分布在超声探头的扇扫平面的两侧，且所述第三摄像头和第四摄像头的中心线都偏离超声探头扇扫平面的中垂面，根据第一摄像头和第二摄像头对应形成的参考视图计算第一实际定位轨迹，根据第三摄像头和第四摄像头对应形成的参考视图计算第二实际定位轨迹，根据第一摄像头或第二摄像头对应形成的参考视图计算第三实际定位轨迹，根据所述第一定位轨迹、所述第二定位轨迹、第三实际定位轨迹确定最终实际定位轨迹。
[0076]
相应的，本实用新型的病灶定位系统可以应用于聚焦超声治疗设备中，其包括聚焦超声治疗头和上述任一种病灶定位系统，病灶定位探头与所述聚焦超声治疗头的相对位置固定。
[0077]
治疗时，待病灶定位探头的超声探头对准标记后，根据病灶定位探头和聚焦超声探头的位置关系，控制聚焦超声治疗头对准标记，进行治疗。
[0078]
在实际实施过程中，上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0079]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。