上一篇講到了超聲成像在引導穿刺時面臨的問題：在某些時候，看不見針或者針尖。 針顯示不好主要原因在于：

醫(yī)生不借助其它工具，直接在超聲圖像引導下進針時，很難保證針不偏離出成像平面； 

即使醫(yī)生技藝高超，能穩(wěn)定地把針控制在成像平面內，如果針的角度和超聲波波束角度不合適( 不夠垂直)，針的顯示也會很受影響； 

為了讓醫(yī)生在穿刺過程中清楚地知道針的位置，近十來年工程界也發(fā)明了很多技術。在此，筆者將對自己了解的有關技術作一個介紹(這里提及各家技術用到的大部分插圖來源于互聯網，如有版權問題請與小編聯系)。

筆者將這些技術分為兩大類，一類稱為穿刺針顯示增強技術，另一類稱為穿刺針定位技術。

一、穿刺針顯示增強技術

這一類技術致力于讓針在超聲圖內顯示得更清晰，但這也就意味著，針一定需要在超聲成像切面內，否則這一類技術是無法起作用的。

1. 超聲穿刺增強技術

超聲穿刺增強技術可以不借助任何其它附加設備，僅僅依靠成像方法本身來使針顯示得更清楚。

1.1 原理

我們已經知道，當針和超聲波束的夾角較小時，針在超聲圖上會顯示不清。原因在上一節(jié)分析過: 針表面是光滑的，會對入射聲波產生鏡面反射，針角度越傾斜(和超聲波束夾角越小)，能夠回到探頭的聲波越少，針越不容易顯影(下圖左)。顯然，如果有辦法使超聲波束盡可能垂直于針，就可以實現大多數波束反射回探頭，針顯示的清晰度就會理想一點(下圖右)。

所幸，由于陣列探頭技術的采用，讓波束偏轉一定角度并不困難，質量好的探頭甚至能讓波束偏轉40度（相對垂直方向）。下圖為超聲波束不偏轉和偏轉時得到的針不同的顯示結果，很明顯波束偏轉后針的顯示清楚了很多——不過遺憾的是整體圖像質量有所下降。

為了在更好地顯示針的同時保證圖像質量基本不損失，大多數公司的解決辦法是：通過系統(tǒng)算法從偏轉圖像里面提取針的信息，再疊加回正常角度的圖像里，這樣針可以在圖像上顯示得較為清楚，同時圖像質量也能保持不變，比如上面兩幀圖像可作進一步處理，得出以下示意圖(左下為提取出的針信號，右下為把針信息疊加回原圖的結果):

1.2 智能穿刺增強技術

超聲穿刺增強技術能為醫(yī)生帶來一定便利，但是使用時還是有一些不便之處: 為保證效果，偏轉波束最好要垂直于針體，而針的角度往往是不定的，所以用戶必須自己去選擇最佳的偏傳角度。為此，大多數系統(tǒng)也提供了偏轉波束角度調節(jié)功能。然而在實際使用時，醫(yī)生在進針前不太容易準確地預估角度，而穿刺過程中，一手拿探頭一手拿針，也沒有多余的手再去調角度了。即使一開始可以把角度設置好，穿刺過程中針的角度經常在變，預先設定的固定角度也不是最優(yōu)的。

就此，我們團隊對穿刺增強技術做了進一步優(yōu)化，使角度可以智能化調整，穿刺過程中，如果針的角度變了，波束的偏轉角度也就會自動跟著改變。

智能穿刺增強技術實現原理大致如下：系統(tǒng)先從不同角度發(fā)射超聲波，得到相應的幾幀針顯示圖像，再通過圖像識別算法從這幾幀圖像中去找到針顯示得最清晰的一幀，從而推測出針刺入的角度，也就不需要醫(yī)生自己去判斷。這樣的角度檢測會在成像過程中一直進行，以實現根據針的角度變換自動調節(jié)偏轉超聲波束。(當然實現的細節(jié)是復雜的,比如針的角度檢測時需要從不同角度采集成像結果，這樣做的同時又不能太影響成像速度。限于篇幅，細節(jié)方面的處理就不在本文具體展開了)。下邊的視頻為我們完成此技術開發(fā)做的一個DEMO視頻，視頻右側的虛線為檢測到針角度后，使用的偏轉波束的角度，在視頻中可以看到隨著針角度的變化，偏轉波束的角度也相應發(fā)生改變。

1.3 超聲穿刺增強技術的缺陷

超聲穿刺增強技術的缺陷實際就是超聲成像的缺陷: 針必須在成像切面內，而實際穿刺過程中是很難持續(xù)保證這一點的。這也使得穿刺增強技術在醫(yī)生看來時靈時不靈。

2. 使用特殊的針

前面提到了由于針上產生的是鏡面反射，所以角度大時，針不能顯像得很清楚。于是有人想到了在針表面加一些半圓形的凹槽，如果針在平面內，比起普通針，顯影會清楚不少； 但由于針是特制的，成本上比普通針高很多，而穿刺針是一次性使用的，采用這種針會加重病人的經濟負擔，所以這種針實際推廣并不理想。

3. 利用多普勒效應

NuVue公司設計了一個裝置，在針后方加了一個振動裝置，在COLOR DOPPLER模式下，振動的針運動速度會被檢測出來，針的位置就會顯示一條彩線。這種技術似乎沒真正在國內的臨床上看到過，個人感覺實用性不強。 

二、穿刺針定位技術

這一類技術不關心針在超聲圖像里面是不是真正得到了良好的顯示，而是通過其它手段得到針相對于探頭的空間位置，然后用附加的示意圖，或者超聲圖像上的投像圖，使用戶知道穿刺針和超聲成像切面相對位置關系。應用這一類技術，針可以不在成像切面內工作。

所以這一類技術的核心是要知道穿刺針相對于探頭或成像切面的空間位置。

1. 穿刺架應用

穿刺架的思路實際是限制針只能在相對于探頭固定的一個角度和位置來回移動，這樣相當于知道了穿刺針和探頭或成像切面的相對位置。如圖示，穿刺架是固定在探頭上的一個機械裝置，側面有一個直徑與針類似的導槽，針通過導槽進入人體，這樣一來，針和探頭的相對角度肯定是不變的,穿刺路徑也就固定了下來。

將導槽的角度信息保存在成像系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以計算出針的穿刺路徑，顯示在圖像上(上圖中的虛線)。不管針實際顯示如何，醫(yī)生總是能知道，針一定在圖示的虛線路徑上移動。

實際臨床中，穿刺架的應用比較廣泛，但是至少還有一半以上的醫(yī)生不愿意用穿刺架。原因主要是兩點：一方面雖然針的角度相對于探頭固定了，但會使得操作非常不靈活，往往醫(yī)生進針后，從圖像上看到進針路線和目標位置發(fā)生了偏離，這時候針卻是沒辦法調整角度的，醫(yī)生只能把針退出，重來一次； 另一方面，在神經阻滯中，往往需要在神經周圍不同位置分別注射麻醉藥，這個過程也必須對針刺入的角度進行調整，也使得穿刺架不那么好用。

2.紅外導航技術

如上圖所示，探頭上方裝了兩只“大眼睛”， “大眼睛”其實是兩個紅外攝像頭。 這兩個攝像頭都能拍攝到正在進入的針，利用兩個攝像頭的視差，針相對于探頭或成像切面的空間位置就可以計算出來，和超聲圖像進行融合顯示。

這項技術美國一家叫Clear Guide Medical的公司以及國內的睿影都在做并往臨床推進。普及的進程從現在來看感覺不算快。個人覺得那對大眼睛比較礙事兒，在穿刺時，探頭先要加消毒套，再安裝大眼睛就變得困難，另外，操作時要求針和大眼睛之間不能有阻擋也限制了醫(yī)生操作。此外，為了識別準確，針還是需要一些特殊處理，并不是任何針都可以拿著就用，這些因素都可能限制此技術在臨床上的大規(guī)模推廣。

3. 磁導航技術

磁定位技術在工業(yè)界各領域都有比較廣泛的使用，它可以順利實現目標物體(比如針)三維空間的定位，因而可以有效克服超聲圖像只能識別成像切面內針的局限，也沒有角度依賴，用在穿刺導航中檢測針位置非常合適。個人把用在穿刺導航的磁定位分為兩種，即主動式和被動式的。主動式的磁場由專用設備來產生，也就是說需要一個磁場發(fā)射器；而被動式技術中，磁場直接利用地球本身的磁場。 

3.1 主動式磁定位

就目前而言，這種技術還是磁導航技術的主流，它基本脫胎于NDI公司的磁定位技術。最明顯的外部特征是有一個大家伙——EM transmitter(磁場發(fā)生器)，用來發(fā)射磁場。這個系統(tǒng)里面的針或者探頭都會安裝上磁感應器(比如磁敏材料或者線圈), 通過檢測針以及探頭感應到的磁場強度，就可以計算它們各自對于磁發(fā)生器的空間位置，也能計算出自然探頭與針的相對位置，根據這些信息，就可以把針的空間位置和超聲圖像進行融合顯示。

從應用上來說，個人覺得這套系統(tǒng)用于穿刺導航有點過于龐大，涉及一系列附加裝置，同時對針、對探頭都需要改造；另外在使用前往往需要一系列校準操作，相對比較麻煩。手術室環(huán)境下，空間有限，對時間要求非常高，使得這套系統(tǒng)顯得實用性略差一些。當然還有一個致命缺點就是: 貴！相當地不便宜。

3.2 被動式磁定位

放在最后的自然是用來王婆賣瓜的(大笑三聲)目前我們和德國EZONO公司合作將加入到系統(tǒng)中的被動式磁導航技術。個人認為這是目前最好用的穿刺針定位技術。

這一項技術的原理是：

利用磁敏材料組成傳感器陣列，放置到探頭內部(上圖左里面那個綠色的小塊)

用磁化筒把針磁化（上圖右）

當磁化后的針靠近探頭中的傳感器陣列，影響傳感器周圍的磁場，磁感應器檢測周圍的磁場變化值，系統(tǒng)根據變化值就可以計算出針相對于探頭的空間坐標，然后進行顯示。

相對說來，被動式磁定位可見的附加裝置只有一個磁化器(不超5cm高度)，從效果上完全可以比擬主動式的磁定位，操作更方便，

視頻演示了一個從超聲成像切面外側進行穿刺的例子，僅有超聲圖時，只有在針已經達到或者通過成像切面時，才能看到針和成像平面交點的顯影，而針的的整體位置沒有辦法從超聲圖像上看到。本技術的應用可以得到針相對于探頭的實際空間位置，因而我們能夠在界面的左上方增加一個俯視投影圖，把針和探頭相對位置表示出來，同時在超聲圖上，也可以把針在超聲切面的投影用投影線進行顯示。此外，針達到成像切面之前，可以預測針和成像切面的交點，并在超聲圖上作提示，操作醫(yī)生就可以相應調整手法，保證針可以到位，而如果針已經通過了成像切面還在繼續(xù)往前，系統(tǒng)也可以及時報警。

三． 結語

本文中，筆者只是列出了自己所知道的穿刺針顯影增強及定位技術，更多是一家之言，肯定還有不少團隊在默默地憋大招，準備拿出其它更亮眼的技術?；蛟S有一天，某個團隊會直接把二維面陣用到穿刺引導中，既可以在超聲圖上清晰地顯示針圖像，又可以不限制針只能在指定的切面工作。總之，技術無止境，同行共努力。

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網址: 老蔣談超聲（十四）：超聲成像中的穿刺引導技術（下） http://m.u1s5d6.cn/newsview487616.html