基于光声信标的实时 3D 超声针尖追踪

许多 minimally invasive 程序（如解剖肝脏病灶的核心针活检、神经阻滞和胎儿/血管介入）通常在超声引导下进行，该方法提供实时、高分辨率的组织解剖可视化。精准、有效地定位针尖相对于患者解剖结构的位置对于引导针尖走向手术靶点、避免不良事件并减少重复程序的需求至关重要。然而，程序的 3D 性质以及针在异质组织中或在 steep 插入角度下的超声图像对比度较差，常常导致对针尖真实位置的困惑，而现有方法来增强针尖可见性的工作大多局限于 2D。本文提出了一种 novel interventional ultrasound 系统，具备 2D B 模式成像和 3D 针尖追踪能力。通过测量由针尖斜面嵌入的光声信标产生的超声到稀疏接收阵列之间的声时差（time-of-flight），确定针尖位置。测量的跟踪精度在深度达 140 mm 的水中良好于 2 mm，在体外组织模型中平均约为 2 mm（参考位置来自 X 射线 CT）。在针对 12 名临床医生进行的可用性研究中，失败率在仅经过几分钟培训后，从 15.8% 降低至 10.3%，降低了 35%。这些结果表明，所提出的系统具有强大的潜力，以支持广泛的 minimally invasive 程序，使医生能够准确靶向小解剖结构，提高诊断取样和治疗输送或 ablation 的效率和效果，并降低不良事件的风险。