專利名稱：肛門(mén)直腸檢查的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及肛門(mén)直腸的檢查，以及實(shí)現(xiàn)該檢查的方法和裝置。本發(fā)明 尤其涉及采用超聲方法來(lái)獲得一系列二維圖像并生成三維圖像以便于更 容易地識(shí)別導(dǎo)致直腸癌的腫瘤。
背景技術(shù)：
在癌癥被提早診斷出因而提早治療的情況下，癌癥的處理是最有效 的。對(duì)于直腸癌尤其是這樣的，因?yàn)闉榱送耆斡?，幾乎所有的情況下都 需要手術(shù)，盡管除了手術(shù)之外有時(shí)還用到放射和化療。因此，在獲得關(guān)于
腫瘤的有價(jià)值的信息方面，超聲內(nèi)鏡(EUS)方法作為直腸癌的診斷工具 是是非常寶貴的。
傳統(tǒng)上，為了掃描直腸，EUS程序需要外科醫(yī)生通過(guò)病人的肛門(mén)手動(dòng) 地插入超聲探測(cè)器。在該程序期間，外科醫(yī)生要調(diào)整探測(cè)器以將傳感器保 持在2D圖像圓片的形心(centroid)上，并且通過(guò)使用腳踏(footpad)記錄下 所需的超聲圖像。如果所述探測(cè)器沒(méi)有位于直腸的中心，那所生成的超聲 圖像在圖像的某些部分上會(huì)模糊。因此，為了獲得清晰的放射圖像，外科 醫(yī)生能夠?qū)⑺鎏綔y(cè)器定位并操縱在直腸道的中心上是重要的。
EUS程序需要技術(shù)熟練的外殼醫(yī)生來(lái)圍繞正確的位置放置和操縱超 聲探測(cè)器以提取最精確的臨床診斷信息。要做出正確的診斷，需要大量的 信息，這樣就浪費(fèi)了大量的時(shí)間并且也給病人造成了諸多不適。
3D肛門(mén)直腸的超聲掃描的基本概念是沿著每個(gè)2D圖像圓片的位置軌 跡獲取一系列2D圖像圓片。到目前為止、直線后拉移動(dòng)件(或內(nèi)部移動(dòng) 件)和磁追蹤繪圖(MTF)是實(shí)施3D超聲掃描常用的兩種方法。直線后 拉移動(dòng)件是計(jì)算機(jī)控制的、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的探測(cè)器定位器，其用于將安裝其上的探測(cè)器向后移動(dòng)以生成一系列平行的圖像。類似地，為了獲取一系列平 行的圖像，內(nèi)部移動(dòng)件(在探測(cè)器殼體內(nèi)部)直接在探測(cè)器內(nèi)部驅(qū)動(dòng)所述
傳感器。MTF方法仍然需要有技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的操作人員來(lái)控制傳感器的位
置，以獲得好的圖像質(zhì)量，正如前面的段落中所提到的。外部或內(nèi)部后拉 移動(dòng)件的缺點(diǎn)是該方法不能將所述傳感器保持在直腸道的中心處，從而造 成了不能令人滿意的圖像質(zhì)量。可以使用非追蹤的繪圖探測(cè)器，其中該探 測(cè)器由操作人員移動(dòng)。這在當(dāng)前是受外科醫(yī)生青睞的。遺憾的是，這不能
提供精確的位置信息，從而對(duì)于進(jìn)一步的3D重構(gòu)和顯示來(lái)說(shuō)沒(méi)有幫助。
在許多情況下，在插入超聲探測(cè)器之前要插入S狀結(jié)腸鏡。S狀結(jié)腸 鏡的主要目的是防止超聲探測(cè)器與直腸壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以降低不適或 撕裂腫瘤的可能性。因此，S狀結(jié)腸鏡在肛門(mén)直腸超聲掃描期間是有用的。 S狀結(jié)腸鏡的存在帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，那就是需要另外的手來(lái)將它與超 聲探測(cè)器握在一起，以便于將它們一前一后地移動(dòng)。那就意味著外科醫(yī)生 靠其自己將不能完成掃描。外科醫(yī)生將需要一名助手來(lái)將S狀結(jié)腸鏡與超 聲探測(cè)器握在一起，以便于他能夠操作超聲機(jī)器并調(diào)整和撤回超聲探測(cè)器 來(lái)獲取所需質(zhì)量的圖像。
當(dāng)外科醫(yī)生通過(guò)水架(water stand)將水注入來(lái)使病人直腸內(nèi)部的氣球 膨脹時(shí)又產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題。這樣可能造成水在水架與氣球之間的一個(gè)位置 上泄漏。原因是密封通常不是足夠的好來(lái)防止水的泄漏。此外，當(dāng)將水注 入到氣球中以使直腸內(nèi)部的氣球膨脹時(shí)，所述氣球可能在水架與S狀結(jié)腸 鏡之間的一個(gè)位置上膨脹。原因是直腸內(nèi)部的壓力太高造成了水回流，因 此直腸內(nèi)部的氣球會(huì)失去與直腸壁的接觸。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一個(gè)方面中，提供了一種肛門(mén)直腸探測(cè)器系統(tǒng)，包括 肛門(mén)直腸探測(cè)器組件，該探測(cè)器組件具有用于插入到病人直腸中的插入 端，所述探測(cè)器組件包括在所述插入端上或附近的用于收集超聲數(shù)據(jù)的傳 感器；與所述探測(cè)器組件在遠(yuǎn)離所述插入端的點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)接合的座架；所述 座架在所述插入端與轉(zhuǎn)動(dòng)接合點(diǎn)中間的一個(gè)點(diǎn)上樞轉(zhuǎn)地連接到探測(cè)器組 件；其中關(guān)于所述樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn)施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，所述座架和探測(cè)器組件布置成
6允許所述探測(cè)器組件圍繞所述連接點(diǎn)選擇性地樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的第二個(gè)方面中，提供了一種肛門(mén)直腸探測(cè)器組件，包括肛 門(mén)直腸探測(cè)器；位于所述探測(cè)器上的可膨脹隔膜；用水使所述隔膜膨脹的 水插入系統(tǒng)；S狀結(jié)腸鏡，該S狀結(jié)腸鏡具有容納所述探測(cè)器和可膨脹隔 膜的中心孔；以及適配器，與所述S狀結(jié)腸鏡和所述探測(cè)器可選擇性地接 合，以便于固定所述S狀結(jié)腸鏡和探測(cè)器并密封所述隔膜。
在本發(fā)明的第三個(gè)方面中，提供了一種使肛門(mén)直腸探測(cè)器聚集在病人 直腸中心的方法，所述探測(cè)器具有插入端，其中在所述插入端上或附近具 有用于收集超聲數(shù)據(jù)的超聲傳感器，該方法包括步驟將插入端定位在病 人直腸中；從所述傳感器上獲取超聲圖像，根據(jù)所述圖像定位所述傳感器 的形心；根據(jù)所述圖像定位直腸空間的形心；計(jì)算所述形心的位置差，并 指示控制器移動(dòng)所述探測(cè)器以使所述形心重合。
在本發(fā)明的第四個(gè)方面中，提供了一種生成病人直腸的3D超聲圖像 的方法，包括步驟將肛門(mén)直腸探測(cè)器組件插入到病人的直腸中；使用與 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的控制系統(tǒng)控制所述探測(cè)器組件的移動(dòng)；定位所述探測(cè)器以 使所述探測(cè)器中的傳感器的形心與直腸空間的形心重合；在所述病人的直 腸的第一位置上獲取二維超聲圖像；控制所述探測(cè)器以便于將所述傳感器 撤回到下一位置，重復(fù)所述定位、獲取和撤回步驟預(yù)定的反復(fù)次數(shù)，將所 述二維圖像結(jié)合以便于生成三維圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的自動(dòng)肛門(mén)直腸超聲圖像獲取系統(tǒng)可以 包括基于PC的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和便于自動(dòng) 捕獲2D超聲圖像圓片以進(jìn)一步重構(gòu)3D空間和提取圖像特征的軟件控制 系統(tǒng)。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于定位所述探測(cè)器(或傳感器)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的運(yùn)動(dòng)可以是受圖像導(dǎo)向的以根據(jù)直腸的自然解剖學(xué)精確地獲得超聲掃 描的每個(gè)圓片。
根據(jù)又一實(shí)施方式的系統(tǒng)通過(guò)超聲傳感器的可編程位置控制可以捕 獲直腸道的一系列連續(xù)的2D超聲圖像掃描。
在由外科醫(yī)生將所述探測(cè)器插入到病人的直腸之后，其就會(huì)使用所獲 取的超聲圖像與探測(cè)器控制平臺(tái)連接，可以獲得直腸道的形心和探測(cè)器的位置，并且引導(dǎo)探測(cè)器控制平臺(tái)將傳感器調(diào)整到直腸的形心上。該系統(tǒng)可 以記錄所需質(zhì)量的圖像并且可以將探測(cè)器撤回到下一個(gè)間隔直到完成檢
査。根據(jù)捕獲到的2維數(shù)據(jù)可以重構(gòu)3維模型。
根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)可以是下面特征的集合或者包括下面的一 個(gè)特征.，
(i) 能夠自動(dòng)地提取直腸壁中的2D邊界形狀和層結(jié)構(gòu)；
(ii) 能夠基于相關(guān)位置和取向精確獲知的2D圓片重構(gòu)直腸的3D 視圖，因此可以提供整個(gè)直腸或直腸壁的直觀和詳細(xì)的解剖 視(iii) 能夠以"剝落"的方式顯示3D圖像，允許相對(duì)于黏膜來(lái)顯 示腫瘤的滲透；
(iv) 能夠提取腫瘤的邊界以示出腫瘤的擴(kuò)散；
(v ) 能夠提取外肛括約肌和內(nèi)肛括約肌以及瘺區(qū)；
(vi) 能夠以"剝落"的方式顯示直腸壁邊界、腫瘤和肛門(mén)括約肌 的3D結(jié)構(gòu)；
(vii) 在程序的撤回間隔期間能夠自動(dòng)獲得直腸道的形心，以允許 進(jìn)行一致的收縮。此外，在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明可以包 括含有圖像獲取模塊的軟件。
所述圖像獲取模塊可以引導(dǎo)探測(cè)器控制平臺(tái)并且完成圖像獲取程序。 其還可以有助于將探測(cè)器保持在每張獲取圖像的直腸氣球區(qū)域的形心上。 通過(guò)所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以使用這兩個(gè)形心的差來(lái)引導(dǎo)x-、 y-和z-軸電動(dòng)機(jī)在探測(cè)器控制平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)。


參照?qǐng)D示本發(fā)明可行裝置的附圖便于進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的其 他裝置也是可行的，因此附圖的特殊性不應(yīng)該理解為替代本發(fā)明前面描述
的一般性。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的安裝到可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的肛門(mén)直腸 檢查裝置的等距視圖2是圖1中的肛門(mén)直腸檢査裝置的等距視圖；圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的肛門(mén)直腸探測(cè)器組件的 各個(gè)視圖4A、 B和C是使用根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的裝置的肛門(mén)直腸 檢查的各個(gè)視圖5A和5B是病人直腸指示器直腸空間和探測(cè)器形心的超聲圖像；
圖6是肛門(mén)直腸檢査的流程圖和屏幕轉(zhuǎn)儲(chǔ)；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的方法的模塊示意圖8是由根據(jù)本發(fā)明的裝置獲取的超聲圖像的屏幕轉(zhuǎn)儲(chǔ)；
圖9是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的肛門(mén)直腸檢查組件的正視圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的肛門(mén)直腸檢查組件的分解圖IIA和IIB是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的適配器的等距視圖12A和12B是安裝到水架上的圖IIA禾B 11B的適配器的等距視圖，
以及
圖13A和13B是安裝到S狀結(jié)腸鏡上的圖11A和11B的適配器的各
個(gè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的本發(fā)明的基本裝置。所示出的是 肛門(mén)直腸檢查裝置5，包括安裝到臺(tái)車(chē)15上的肛門(mén)直腸檢査系統(tǒng)10。，該 系統(tǒng)10包括安裝到機(jī)械裝置上的肛門(mén)直腸探測(cè)器組件23,在這種情況下， 機(jī)械裝置為設(shè)計(jì)成施加受控力從而使所述探測(cè)器組件23運(yùn)動(dòng)的座架。
所述座架包括平臺(tái)35，該平臺(tái)35構(gòu)成了基準(zhǔn)或固定裝置，所述探測(cè) 器組件23相對(duì)于該基準(zhǔn)或固定裝置的運(yùn)動(dòng)被測(cè)量。在所述平臺(tái)上設(shè)有具 有三個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30， 一個(gè)電機(jī)是用于在X方向上運(yùn)動(dòng)的140， 一個(gè) 電機(jī)是用f在Y方向上運(yùn)動(dòng)的135， 一個(gè)電機(jī)是用于在Z方向上運(yùn)動(dòng)的 130。同時(shí)可以使用多個(gè)不同的致動(dòng)器，在這種情況下，這些電機(jī)使用滾 珠絲杠來(lái)完成三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。正交地設(shè)有三組軌道系統(tǒng)來(lái)沿著Z、 Y、 Z 軸引導(dǎo)三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。
具有兩個(gè)后旋關(guān)節(jié)(revolute joint)115和120，它們是被動(dòng)關(guān)節(jié)，它們 一起構(gòu)成了座架與探測(cè)器組件23之間的轉(zhuǎn)動(dòng)接合。所述關(guān)節(jié)可以使探測(cè)器組件23在XY和YZ平面上轉(zhuǎn)動(dòng)。探測(cè)器組件還通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)連接到座 架，連桿機(jī)構(gòu)100在該組件23的兩末端之間的中間點(diǎn)處接合探測(cè)器組件。 所述連桿機(jī)構(gòu)在相反端接合到座架的平臺(tái)上。因此，探測(cè)器組件23在兩 個(gè)點(diǎn)15， IOO上連接到座架，其中一個(gè)接合點(diǎn)承受驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30的力和運(yùn) 動(dòng)，另一個(gè)點(diǎn)100固定到平臺(tái)上，從而根據(jù)關(guān)于平臺(tái)的平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行固定。 在這種裝置中，探測(cè)器組件23能夠在一個(gè)點(diǎn)25處以5個(gè)自由度(X、 Y、 Z、 XY和YZ)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在另一個(gè)點(diǎn)100處能夠以3個(gè)自由度(XY、 YZ、 XZ)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，且因此能夠進(jìn)行所有的轉(zhuǎn)動(dòng)。探測(cè)器基準(zhǔn)110設(shè)置 在探測(cè)器的近端上以確保探測(cè)器23僅在一個(gè)位置上連接。
為了清楚起見(jiàn)，第一個(gè)點(diǎn)稱作轉(zhuǎn)動(dòng)接合點(diǎn)25，第二點(diǎn)稱作樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn)
100。
當(dāng)Z軸130和Y軸135運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn)IOO使兩個(gè)被動(dòng)關(guān)節(jié) 115和120分別轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將連接點(diǎn)作為支點(diǎn)靠近病人的肛門(mén)設(shè)置，以將 傳感器在6cm的間距內(nèi)調(diào)整到直腸的形心，如圖4A、 B和C中所示。
基于這種裝置，接下來(lái)單獨(dú)或一起操作電機(jī)140、 135和130，則探測(cè) 器組件23就能有寬范圍的運(yùn)動(dòng)。
如圖2、 3A和3B中所示，探測(cè)器組件23包括肛門(mén)直腸探測(cè)器20， 該探測(cè)器20具有夾緊端和插入端96，其中座架在轉(zhuǎn)動(dòng)接合點(diǎn)25處夾緊所 述夾緊端，所述插入端96是探測(cè)器組件23插入的導(dǎo)引點(diǎn)。定位在所述插 入端上或附近的是傳感器，其用于在距該傳感器公知的距離內(nèi)從組織上獲 取超聲圖像。探測(cè)器20本身的類型和操作不構(gòu)成本發(fā)明的部分，這種探 測(cè)器是公知的，而且廣泛地用在就是這種檢査的產(chǎn)業(yè)中。
探測(cè)器組件還包括可膨脹隔膜，其類似于避孕套裝在插入端上，沿著 探測(cè)器20的長(zhǎng)度延伸。在圖9中可更清楚地看出，可膨脹隔膜250在探 測(cè)器插入后，用水或其他液體將其膨脹。這樣做的目的是擴(kuò)張直腸空間以 便于更清楚地檢查病人的直腸。
還存在S狀結(jié)腸鏡，帶有可膨脹隔膜的探測(cè)器20滑入到該S狀結(jié)腸 鏡中的適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。這種裝置中的該組件是普遍的而且構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù) 的一部分。但是，如圖3A和3B中所示，本發(fā)明的又一實(shí)施方式還包括 適配器105。使用該適配器的目的是使S狀結(jié)腸鏡95與探測(cè)器20接合以便于它們作為一個(gè)單獨(dú)的物體工作。這種裝置所提供的好處將在后面更詳 細(xì)地討論。
本發(fā)明的目的是在進(jìn)行肛門(mén)直腸超聲掃描中模擬技術(shù)熟練的外科醫(yī) 生。為了達(dá)到這個(gè)目的，如圖1中所示，本發(fā)明是足夠穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的，而且 提供了在生物工程學(xué)上友好的、由外科醫(yī)生操縱的裝置。
該系統(tǒng)10可以制造成依靠臺(tái)車(chē)15是可運(yùn)動(dòng)的，該臺(tái)車(chē)15包括推車(chē) 70以便于其能夠通過(guò)把手80推動(dòng)，并且能夠被穩(wěn)定在所需的位置和方向 上，如圖4A、 4B和4C所示。為了增加穩(wěn)定性，四輪推車(chē)70具有橡膠作 為襯墊的町伸縮的支腿65，所述支腿65能夠使該系統(tǒng)通過(guò)橡膠墊停在地 板上，當(dāng)該系統(tǒng)被推到所需的位置和方向上時(shí)，通過(guò)將踏板鎖(paddle lock)卯推下而將車(chē)輪稍微提起。
為了便于靈活操作探測(cè)器組件23，使用四自由度的被動(dòng)平臺(tái)(passive platform)35來(lái)在如圖1中所示的所需的位置和方位上微調(diào)并鎖定所述驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)30。使用由帶有電源斷路器的雙向電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠50來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)30的垂直位置。電機(jī)的方向是由兩個(gè)腳踏開(kāi)關(guān)60控制的。就在平臺(tái)35 的下方是兩對(duì)正交布置的直線導(dǎo)柱和線性軸承，它們能夠使平臺(tái)在X-Y平 面內(nèi)自由的運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)杠桿鎖定裝置45用來(lái)卡住和松開(kāi)所述運(yùn)動(dòng)。在平 臺(tái)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30之間是轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)能夠使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30圍繞Z軸自由的 轉(zhuǎn)動(dòng)170。旋鈕鎖定裝置用來(lái)鎖定和松開(kāi)所述轉(zhuǎn)動(dòng)。
X和Y的直線運(yùn)動(dòng)140， 135用來(lái)根據(jù)人類直腸解剖學(xué)的本質(zhì)屬性165 沿著"S"形路徑160逐段撤回所述探測(cè)器。這種運(yùn)動(dòng)是由嵌入的CPU85 控制的，外科醫(yī)生會(huì)根據(jù)他的/她的判斷來(lái)觸發(fā)緊急停止開(kāi)關(guān)75。
在探測(cè)器撤回時(shí)，樞轉(zhuǎn)環(huán)會(huì)沿著探測(cè)器運(yùn)動(dòng)。作用在肛門(mén)上的力減到 最小，從而有助于使病人感到更舒適。
出于控制的目的，為了測(cè)量樞轉(zhuǎn)環(huán)100與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30之間的距離， 在兩個(gè)裝置之間構(gòu)造有游標(biāo)尺，旋鈕鎖定裝置150用來(lái)將所述游標(biāo)尺鎖定 在所需的位置上。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的方法呈現(xiàn)如下
A.相對(duì)于病人定位肛門(mén)直腸檢査系統(tǒng)(圖4A) i.將肛門(mén)直腸系統(tǒng)重置到初始位置；ii. 使病人躺在左側(cè)位置上以便于肛門(mén)區(qū)域靠近操作臺(tái)的邊緣；
iii. 推動(dòng)肛門(mén)直腸檢查系統(tǒng)使探測(cè)器與病人的肛門(mén)位于同一水平 面''
通過(guò)壓下腳踏板將推車(chē)車(chē)輪鎖??； V.推動(dòng)樞轉(zhuǎn)環(huán)靠近病人的肛門(mén)； Vi.鎖定游標(biāo)尺并記錄讀數(shù)。
B. 將探測(cè)器連到肛門(mén)直腸檢查系統(tǒng)上
i. 將s狀結(jié)腸鏡通過(guò)樞轉(zhuǎn)環(huán)和病人的肛門(mén)插入到直腸中-,
ii. 將由避孕套套住的探測(cè)器通過(guò)S狀結(jié)腸鏡插入到直腸中；
iii. 通過(guò)如圖3A、 B中示出的適配器將S狀結(jié)腸鏡和探測(cè)器連在 一起；
W.將平臺(tái)的高度調(diào)整到探測(cè)器更靠近探測(cè)器支架的位置上。由各 個(gè)機(jī)構(gòu)40， 45來(lái)完成平臺(tái)在X、 Y軸上的更細(xì)微的調(diào)整以及 圍繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，'以便于將探測(cè)器安裝到探測(cè)器支架中；
v.將探測(cè)器緊固到探測(cè)器支架上。
C. 超聲圖像的獲取(圖5A、 5B、 6、 7和8)
i. 驅(qū)動(dòng)肛門(mén)直腸檢查系統(tǒng)開(kāi)始捕獲直腸的圖像180， 185;
ii. 肛門(mén)直腸檢查系統(tǒng)計(jì)算機(jī)找出直腸的形心195， 205并將探測(cè) 器調(diào)整到該位置190， 195;
iU.肛門(mén)直腸檢查系統(tǒng)計(jì)算機(jī)捕獲并記錄下該所需的圖像210， 225。將超聲傳感器撤回到下一個(gè)間隔；
iv. 重復(fù)步驟2到4直到完成6cm的段；
v. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30遵循如圖4B中所示的"S"形軌跡160將探測(cè)器 拉回到下一個(gè)6cm段；
vi. 重復(fù)步驟2到6直到掃描到整個(gè)直腸；
vii. 從探測(cè)器支架上拆下探測(cè)器。
參見(jiàn)圖9，傳統(tǒng)的超聲探測(cè)器組件包括超聲探測(cè)器20、水架235和S 狀結(jié)腸鏡95。水架235通過(guò)" 形環(huán)"機(jī)械地連接到超聲探測(cè)器20，所
12述"0形環(huán)"在隔膜250膨脹時(shí)將水壓密封住。在掃描期間，將探測(cè)器20、 水架235和S狀結(jié)腸鏡95握在一起是必要的。
圖10示出了一種根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的可選的裝置。除了包 括傳統(tǒng)探測(cè)器組件的元件之外，還包括適配器275，該適配器275避免了 正在實(shí)施檢查的外殼醫(yī)生需要助手提供幫手的情況。此前需要助手來(lái)將組 件握在一起，但是現(xiàn)在適配器275的使用方便了將組件握在一起。因此， 超聲探測(cè)器20、水架235和S狀結(jié)腸鏡95這三部分機(jī)械地連接在一起。 所以，在肛門(mén)直腸超聲掃描期間，當(dāng)外科醫(yī)生撤回探測(cè)器20時(shí)，這三部 分會(huì)一起移動(dòng)。
圖IIA示出了適配器275的未鎖住的位置。鎖定裝置290處于未鎖住 的位置。上半部280和下半部285可以圍繞鉸鏈300轉(zhuǎn)動(dòng)。 一種可選的裝 置可以包括可以壓配到一起的兩半。
圖11B示出了適配器275的鎖住的位置。上半部280和下半部285完 全接合，其中鎖定機(jī)構(gòu)290與相應(yīng)的鎖裝置295接合。在該閉合的裝置中， 形成了內(nèi)輪廓305，其成型為與水架235的一部分的相應(yīng)的外輪廓310接 合，以將適配器275與水架235安裝，如圖12A和12B中所示。外輪廓 310用于將可膨脹的隔膜250緊固在水架235上。鎖定裝置290用于扣緊 所述上半部15和下半部16。
參見(jiàn)圖13A，適配器275包括兩個(gè)狹槽320，以便于將S狀結(jié)腸鏡95 緊固到適配器275上和從適配器275上松開(kāi)。為了安裝，S狀結(jié)腸鏡沿著 箭頭A插入并沿著箭頭B轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖13B中所示。這種裝置一般可以稱 作卡口式組裝件(bayonet fitting)?？蛇x的裝置可以包括螺紋連接、依靠摩 擦連接的壓配合或過(guò)盈配合。
適配器275可以由具有足夠剛度和抗腐蝕性的耐用輕型材料制成，包 括但不限于表面硬化的鋁合金或迭爾林(Delrin)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的使用適配器275來(lái)操作探測(cè)器組件的一 種這樣的EUS程序如下
i. 通過(guò)"O形環(huán)"裝置將水架235安裝在探測(cè)器20上；
ii. 利用由兩個(gè)橡膠環(huán)245緊固在水架235上的可膨脹隔膜250將探 測(cè)器20套??；iii. 然后將大約lOOcc的水裝入隔膜250，該系統(tǒng)中任何氣泡上升通
過(guò)水入口 230;
iv. 將適配器275與水架235安裝在一起；
v. 將S狀結(jié)腸鏡95插入到病人的直腸255中，并將探測(cè)器20通過(guò) 該S狀結(jié)腸鏡95引入。
vi. 將S狀結(jié)腸鏡95放置在適配器275中；
vii. 為了確保直腸壁與隔膜有最佳的接觸，將更多的水引入到隔膜250 中，形成擴(kuò)大的直腸腔260;
viii. 外科醫(yī)生通過(guò)一只手調(diào)整探測(cè)器20，以在超聲探測(cè)器20組件撤
回時(shí)獲得所捕獲的所需質(zhì)量的圖像。
權(quán)利要求
1.一種肛門(mén)直腸探測(cè)器系統(tǒng)，包括肛門(mén)直腸探測(cè)器組件，具有用于插入到病人直腸的插入端，所述探測(cè)器組件包括在所述插入端上或附近的用于收集超聲數(shù)據(jù)的傳感器；與所述探測(cè)器組件在遠(yuǎn)離所述插入端的點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)接合的座架；所述座架在所述插入端與轉(zhuǎn)動(dòng)接合點(diǎn)中間的一個(gè)點(diǎn)上樞轉(zhuǎn)地連接到探測(cè)器組件；其中關(guān)于所述樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn)施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，所述座架和探測(cè)器組件布置成允許所述探測(cè)器組件圍繞所述連接點(diǎn)選擇性地樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括用于在所述接合點(diǎn)上沿著三 個(gè)主軸的每- -個(gè)將力施加到探測(cè)器組件上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置成沿著所述 三個(gè)主軸中的任意兩個(gè)施加力，從而施加所述轉(zhuǎn)矩。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其中所述座架包括沿著所述主 軸可移動(dòng)的構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括與所述構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的電機(jī)，以便于在 所述電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，使所述構(gòu)件沿著所述軸移動(dòng)，從而將相關(guān)的力施加到所 述探測(cè)器組件。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述座架包括關(guān) 于所述構(gòu)件固定的平臺(tái)，以便于所述座架通過(guò)將所述平臺(tái)連接到所述探測(cè) 器上的組件樞轉(zhuǎn)地連接到探測(cè)器組件。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)可安裝 到用于將所述系統(tǒng)運(yùn)送到所需位置的臺(tái)車(chē)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2-6中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置 成將撤M力施加到所述探測(cè)器上，以便于從病人的直腸逐漸地撤回所述探 測(cè)器組件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2-7中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括用于控制所述驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，以便于所述探測(cè)器組件的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)所述控制系 統(tǒng)由所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的操作進(jìn)行控制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)布置成使所述插入端遵循預(yù)定路徑撤回所述探測(cè)器組件。
10. -種肛門(mén)直腸探測(cè)器組件，包括 肛門(mén)直腸探測(cè)器；位于所述探測(cè)器上的可膨脹隔膜；用水使所述隔膜膨脹的水插入系統(tǒng)；S狀結(jié)腸鏡，具有用于容納所述探測(cè)器和可膨脹隔膜的中心孔；和 適配器，所述適配器可選擇性地與所述S狀結(jié)腸鏡和所述探測(cè)器接合， 以便于將所述S狀結(jié)腸鏡和探測(cè)器固定并密封所述隔膜。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的組件，其中所述適配器與所述探測(cè)器為一體的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其中所述適配器與所述S狀結(jié)腸 鏡為一體的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的組件，其中所述探測(cè)器和 /或S狀結(jié)腸鏡通過(guò)螺紋連接、壓配合、過(guò)盈配合和卡口式配合中的任一種 或者它們的組合與所述適配器有選擇性地接合在一起。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的組件，其中所述適配器包 括鉸鏈接合的兩部分和連接器，使得與所述探測(cè)器和/或S狀結(jié)腸鏡的接合 方式包括鉸接 夾緊所述探測(cè)器和/或S狀結(jié)腸鏡，并用連接器將所述適配器 固定在適當(dāng)位置。
15. -種使肛門(mén)直腸探測(cè)器聚集在病人直腸中心的方法，所述探測(cè)器 具有插入端，其中在所述插入端上或附近具有用于收集超聲數(shù)據(jù)的超聲傳 感器，該方法包括如下步驟將插入端定位在病人直腸中；從所述傳感器上獲取超聲圖像，根據(jù)所述圖像定位所述傳感器的形心；根據(jù)所述圖像定位直腸空間的形心；計(jì)算所述形心的位置差，并指示控制器移動(dòng)所述探測(cè)器以使所述形心重合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在直腸內(nèi)使可膨脹隔膜膨脹的步驟以便于增加其中定位有所述傳感器的直腸空間的尺寸。
17. —種形成病人直腸的3D超聲圖像的方法，包括步驟 將肛門(mén)直腸探測(cè)器組件插入到病人的直腸中； 使用與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的控制系統(tǒng)控制所述探測(cè)器組件的移動(dòng)； 定位所述探測(cè)器，以使所述探測(cè)器中的傳感器的形心與直腸空間的形心重合；在所述病人的直腸的第一位置上獲取二維超聲圖像； 控制所述探測(cè)器以便于將所述傳感器撤回到下一位置，重復(fù)所述定 位、獲取和撤回步驟預(yù)定的反復(fù)次數(shù)，并將所述二維圖像結(jié)合以便于生成三維圖像。
全文摘要
一種肛門(mén)直腸探測(cè)器系統(tǒng)，包括肛門(mén)直腸探測(cè)器組件，該探測(cè)器組件具有用于插入到病人直腸的插入端，所述探測(cè)器組件包括在所述插入端上或附近的用于收集超聲數(shù)據(jù)的傳感器；與所述探測(cè)器組件在遠(yuǎn)離所述插入端的點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)接合的座架；所述座架在所述插入端與轉(zhuǎn)動(dòng)接合點(diǎn)中間的一個(gè)點(diǎn)上樞轉(zhuǎn)地連接到探測(cè)器組件；其中關(guān)于所述樞轉(zhuǎn)連接點(diǎn)施加轉(zhuǎn)矩時(shí)，所述座架和探測(cè)器組件布置成允許所述探測(cè)器組件圍繞所述連接點(diǎn)選擇性地樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)A61B1/31GK101677758SQ200880008638
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者峰 劉, 畢修·查理斯·張, 迪 肖, 黃萬(wàn)星 申請(qǐng)人:新加坡南洋理工大學(xué);新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)院