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【器械精髓】超声探头穿刺架发展史

发布时间:2015-07-23作者:邹建锋(经方医疗)

一、超声探头穿刺架的发展历史

从20世纪60年代A型超声应用与穿刺到现在的彩色血流多普勒超声、腔内超声、术中超声、自动弹射活检技术、三维超声、超声造影和导航技术的应用,介入超声已经走过了五十多年的发展,步入了影像与病理、诊断与治疗相结合的新阶段,广泛与应用于临床各科室。

1969年在维也纳第一届世界超声诊断大会上,产科医生Alfred Kratochwi报道了在A型超声引导下用带有中心孔的探头进行羊膜腔穿刺,这成为了介入性超声的开端。

1972年Holm等研制成功了带有中心孔的穿刺探头【文献1】,并用干腹部脏器的导向穿刺,首次使得在B型声像图中能够同时清晰地显示出病灶和穿刺针尖,并且能预先选择安全的穿刺径路、监视和引导穿刺针准确到达“靶目标”病灶,从根本上改变了传统穿刺方法的盲目性,显著提高了穿刺的安全性和准确性,这标志着临床超声引导穿刺术的开始(见图1)。几乎同时,美国的Goldber8也成功研制了带有中心孔的穿刺探头,并开创了超声引导经皮肝穿刺活检,首次实现了经皮将活检器械准确插入肝内病灶取材的夙愿,即进行经皮肝脏活检。


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图1 带有中心孔的穿刺探头及穿刺影像

1974年,第一台实时穿刺引导超声仪问世。Pederson等报道超声引导穿刺诊断肾脓肿,并经穿刺针向病灶内注入抗生素,取得了满意的疗效。同时,他们对肾后性尿毒症患者,开展丁超声导向经皮穿刺扩张肾盂和留置导管引流的方法进行治疗。并在同年进行了第一例超声引导下肾造法术。

 

1977年Pederson等首次报道用附加导向装置的探头进行超声引导穿刺【文献2】,这种实时穿刺探头由电干线阵探头和侧进式穿刺架组成,提高了穿刺的准确性,对体积小、位置深的病变尤为重要。(见图2)

 

 

图2 附件简易导向装置的超声探头及穿刺引导线

1984年Masahito Saitoh报道了采用Aloka公司扇形探头和附加的穿刺架(见图3)进行肾脏实时穿刺的情况【文献3】,这成为现今穿刺架的原型。在此基础上,根据不同的临床应用,发展了多种方案的体表探头穿刺引导装置。

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图3  Aloka扇形探头及穿刺架

1981年,Holm等报道超声导向经会阴部前列腺穿刺活检【文献4】。将特殊导向装置附于直肠探头上(见图4),进行经会阴穿刺活检,具有高度的准确性,对体积小、位置深的病变穿刺尤为方便

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图4 带简易引导装置的经直肠探头

上世纪90年代末,Mary Jane等采用在阴道探头上面安装简易的管状装置(见图5)引导,进行经阴道穿刺、活检和置管引流的临床操作【文献5】

 

图5 经阴道穿刺装置引导置管引流Figure 14.  Probe-guide assembly. The modified guide is securely attached to the probe with two sterile rubber bands (straight arrows). It should not project past the transducer head (curved arrow).Figure 14.  Probe-guide assembly. The modified guide is securely attached to the probe with two sterile rubber bands (straight arrows). It should not project past the transducer head (curved arrow).Figure 14.  Probe-guide assembly. The modified guide is securely attached to the probe with two sterile rubber bands (straight arrows). It should not project past the transducer head (curved arrow).Figure 14.  Probe-guide assembly. The modified guide is securely attached to the probe with two sterile rubber bands (straight arrows). It should not project past the transducer head (curved arrow).

 

2006年12月1日,经上级批准成立了由间文担任主任委员的国内第一个超声介入委员会暨中国医学影像技术研究会超声介入专业委员会,并召开了第一届全国介入性超声学术研讨会,分别在海口、烟台、广州和西安成功举办了四届全国介入性超声学术研讨会,每次参会代表400~500人。2010年中华医学会超声分会又成立了介入学组,同年中国超声医学工程学会也成立丁超声介入委员会。超声介入委员会成立以来一直致力于全面推进全国超声介入技术的发展,在广大医学界同仁的大力支持和参与下,超声介入专业委员团结协作,不断进取,勇于创新,积极开展高水平的学术交流活动,为广大超声医务工作者搭建了很好的学术交流平台,有效地提高了全国介入性超声的水平。促进我国介入性超声的发展,规范介入性超声操作,提高技术水平,加强学术交流。

 

二、超声探头穿刺架临床需求

      目前超声设备多数配有穿刺架,可配套安装于线阵、凸阵、相控阵、腔内探头等各种类型探头上。附加穿刺架的普通探头,将穿刺架安装在探头长轴的一端或侧方,引导穿刺针进入穿刺目标,不但扩大了普通扫描探头的效用,也节省了购买专用穿刺探头(注:中央凹槽型穿刺探头)的费用。探头上附加穿刺架,保证穿刺针沿预定的穿刺角度与深度进入扫描平面,刺中目标,并可实时监视穿刺全过程,提高了穿刺的准确性和可靠性。一般穿刺架设计需要考虑以下因素:


(1) 适宜的针槽长度,以保证穿刺针引导过程中的稳定性,避免偏移,如图6,经方医疗为GE医疗3CRF腹部探头设计的穿刺架,箭头所指即为针槽长度。

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图6  GE 3CRF小凸探头穿刺架

(2) 针槽口径须能适合不同规格的穿刺针,目前市面上的针槽装置主要以下几种:

A) 穿刺架的针槽口径可按医生的需要进行调节。如图7,经方医疗为西门子4V1相控阵探头设计的整体式穿刺架,针槽可以通过螺钉任意调节,可适配22-14G任意针型。这种方案对穿刺针的适用性相对较广,包括15G、17G、19G等不常用的针型都可以匹配,对15.5G之类特殊的射频消融针或微波消融针都可以正常使用,同时整体式的设计方案避免了配件多容易丢失的情况。


 

图7  Siemens 4V1相控阵探头穿刺架

穿刺引导支架附有不同规格的导槽,使用不同规格的穿刺针,应选用相应规格的导槽装入穿刺引导支架。此型优点是使用方便,更换容易,是较为常用的一种;缺点是配件多,容易在消毒灭菌和转运过程中丢失。

如图8所示,经方医疗为迈瑞C5-2腹部探头设计的穿刺架,根据客户的需求可以有14~22G多种型号的导槽可以选择

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图8  Mindray C5-2大凸探头穿刺架

穿刺引导支架的针槽盘含多条不同规格的针槽,针槽盘可根据医生的要求旋转更换,确定好后将穿刺针插入相应规格的针槽中,如图9为经方医疗为GE 3CRF小凸探头设计的带针槽盘的穿刺架。

 

图9  GE 3CRF小凸探头穿刺架(带针槽盘)

(3) 应具有角度控制调节装置:有两类,一类是固定式,即只有一种进针角度,如图10,经方医疗为Sonosite大凸C60x探头开发的单角度穿刺架;另一类是可调式,即可根据穿刺目标的深度,选择不同角度进针,如图11,经方医疗为ESAOTE CA541腹部探头设计开发的穿刺架,有3个角度可以调节,分别为:15度、25度和35度。 从临床使用角度上来看,多角度增加了穿刺深度的适用性,能满足不同深度穿刺目标位的需求,该临床需求需要超声厂家在穿刺引导线的角度设计过程中加以考虑。

 

        图10  Sonosite C60x穿刺架(单角度)        图11  Esaote CA541穿刺架(多角度)

(4) 穿刺针要求能在穿刺架上灵活方便地拆卸:在治疗过程中,穿刺针进入目标位后,经常需要在人体内停留一段时间,例如做囊肿的抽吸及酒精注射治疗、射频消融或微波消融、穿刺置管等,在这种情况下,安装了穿刺架的探头一般可以暂时挪开,因此穿刺针能与穿刺架灵活方便的分离非常重要,特别是对于安放测温针和电极。如图12,经方医疗为TOSHIBA PVT-375BT腹部探头设计的穿刺架,医生在需要的时候只需要一个动作(按压一下手柄),就能实现穿刺针和穿刺架的分离,灵活方便。


 

 


图12  TOSHIBA PVT-375BT大凸探头穿刺架

三、超声探头穿刺盲区

普通探头安装穿刺架后,穿刺针在探头接触面下方扫描平面之间,有1~2cm穿刺针体在显示器上呈无反射的扫描盲区,致使穿刺针进入皮肤后,有一段在显示器上无法显示的穿刺针长度。不同类型的探头,其扫描盲区宽度不同。扫描盲区愈宽,穿刺角度愈小,则穿刺针的无反射长度愈长,增加穿刺的盲目性,易导致远离穿刺目标,降低穿刺准确性。反之扫描盲区愈窄,穿刺角度愈大,则穿刺针的无反射长度愈短,从而接近穿刺目标,提高穿刺的准确性。扫描盲区有时还会造成定位穿刺的困难,故设置穿刺引导线时,必须考虑到扫描盲区的因素,如图13为穿刺盲区与穿刺引导线、穿刺角度以及皮肤表面的相对关系示意。

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图13  Esaote LA523盲区示意图

总之要求安装穿刺架的探头小巧,使得瞄准定位过程简单而准确,扫描盲区小,而且穿刺架易装卸,操作灵便,对临床适用,可调角度的穿刺探头较为理想。

 

四、不同探头在穿刺中的特点:

(1) 线阵探头:此型探头可动态聚焦,分辨力高,图像清晰,视野开阔,图像呈长方形,探头较其他类型大,接触面较宽,稳定性好,穿刺时便于把持。缺点是探头底面较宽,灵活性差,用于通过肋间穿刺时较困难,一般多用于浅表部位的引导穿刺。如图14为经方医疗为Ultrasonix L14-5开发的线阵探头穿刺架。

 

图14  Ultrasonix L14-5线阵探头穿刺架

(2) 凸阵探头:显像方式类似扇形图形,探头接触面介于线阵和相控阵探头之间。凸阵扫査图像结合了线性扫査的近场大和扇形扫査远场大的优点,适合于腹部脏器、浅表与深部的超声引导穿刺。缺点是探头较大,凸面稳定性差,引导进针时死角较大,皮肤进针点距离目标较远。有的凸阵扫描探头,探头接触面较宽,扫描盲区极小,安装穿刺架后,亦能获得类似扇形探头的穿刺效果。随着超声引导下介入应用的增多,很多超声厂家都开发了小凸腹部探头专门用于介入操作,这种探头体积小、频率相对比较高、盲区小,在安装上穿刺架后,适合在人体的各个部位进行穿刺操作,如下图15- 17,是经方医疗为各家公司开发的小凸探头穿刺架

 

           图15  Hitachi EUP- B512探头穿刺架           图16  ALOKA UST-9133探头穿刺架

 

图17  TOSHIBA PVT-382BT介入探头穿刺架

(3) 相控阵探头:体积较小,比线阵扫描探头在技术上更精密复杂,可以作扇形扫描或聚焦声束扫描,图像质量更高。图像呈扇形,图像两侧质量稍差,且稳定性不如线阵探头。此型探头有如下优点:探头接触面小,可用于经肋间等窄小部位穿刺;应用范围广;便于加压,以缩短体表至穿刺目标的距离,提高穿刺准确性;穿刺针接近探头中心位置,穿刺时不易偏离扫描平面,穿刺针与扇形扫描声束所形成的角度大,反射信号强,显示清晰,是用于腹部穿刺较理想的探头。如图18、19为经方医疗分别为GE S1-5相控阵探头和Philips S4-1相控阵探头开发的穿刺架。

 

图18  GE S1-5探头穿刺架               图19 Philips S4-1探头穿刺架

(4) 经直肠、经阴道探头:扫描夹角可达240度,适用于经直肠、经阴道、经会阴穿刺,如图20-22分别为:经阴道穿刺架、经直肠穿刺架、经直肠探头及经会阴穿刺架。

 

图20  ALOKA UST-984-5经阴穿刺架                   图21Philips C9-5ec经直肠穿刺架

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图22  Esaote TRT33经会阴穿刺架

(5) 容积探头(包括机械4D探头和矩阵容积探头):该类型的探头,一般体积比较大,重量比较重,因此用该型探头做穿刺的医院相对比较少。但随着临床方面对穿刺方面的研究深入,不断有医生进行三维穿刺的研究,由于能够在实时的情况下看到穿刺针在三个视觉面上的路径或位置,相对于二维穿刺理论上会安全很多,因此针对这部分客户的需求,经方医疗开发了多款容积探头穿刺架,如图23-25,分别GE RAB6-D机械容积探头穿刺架、Philips X6-1矩阵容积探头穿刺架、Philips 3D9-3V腔内容积探头穿刺架。

       

图23  GE RAB6-D容积探头穿刺架                  图24  Philips X6-1矩阵探头穿刺架

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图25 Philips 3D9-3V腔内容积探头穿刺架

五、超声引导穿刺时对探头的选择

腹部穿刺一般选用凸阵或相控阵探头,探头频率一般3.5~5MHzs;经直肠及经阴道穿刺一般选用腔内探头,探头频率一般5~7MHz;浅表器官的穿刺一般选择线阵探头,频率5~10MHz。
    在进行腹部超声引导穿刺时,多选择电子相控扫描,其原因是这探头体积较小,操作灵活,可在肋间等狭小部位应用;接触皮肤的底面小而平整,因此操持稳定,有利于瞄准及穿刺操作,并且进针点较接近穿刺目标,这是此类探头引导穿刺的优势。该探头虽小但深部图像展开成扇形,视野较开阔。在腹部介入性超声的应用中,电子相控阵探头的优势显得更为明确。

常用穿刺探头的种类较多,不同类型的探头,其性能、作用亦不尽相同,选择时以能适合各种部位的穿刺需要为原则,适宜的探头对精确引导穿刺至关重要。

 

六、徒手穿刺Vs穿刺架引导下穿刺

1. 超声引导下“徒手”穿刺技术

超声引导下(无穿刺穿刺架)将穿刺针穿入皮下,然后穿刺针继续刺人病灶,此过程无穿刺架引导。这种技术穿刺针与超声探头分开,可以随意移动超声探头显示病灶,而且穿刺针可以任意角度进行穿刺,但不易显示穿刺针,需要较多的经验,而且精确性受限,因此该技术对浅表组织结构或者较大病灶的穿刺有一定作用。另外,对一些结构比较复杂的部位,例如甲状腺、狭小部位的关节腔、复杂部位的神经阻滞等,在进针过程中需要随时调整穿刺针的路径,这种情况下一般不建议使用固定路径的穿刺架,以免限制了对穿刺针的调整。如图26,为甲状腺的徒手穿刺方法。

 

 

图26 超声引导下徒手“徒手”甲状腺穿刺

2.穿刺架引导下的穿刺

使用穿刺架配合显示器上的引导线进行穿刺操作,是目前经常采用的穿刺方法,也是最令人满意的超声技术并应作为介入性超声的首选方法。穿刺时将消毒后的穿刺架安装在探头上,该装置有针道以保证穿刺针能够穿过并在穿刺区内保持稳定,显示器上引导线可引导穿刺路径。这种技术使穿刺针沿引导线路径准确地穿入组织,并且能实时显示穿刺过程,使得穿刺能够规范化,安全性和效率都得到提高,同时对超声介入技术的推广起到比较大的帮助。如图27,经方医疗为Wisonic C5-1腹部探头开发的穿刺架

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图27 Wisonic C5-1腹部探头穿刺架

3.半开放式或半徒手式穿刺技术

介于徒手穿刺架和穿刺架引导穿刺之间,即解决了徒手穿刺中新手比较难找到穿刺针针尖的问题,同时也解决了穿刺架的固定路径对穿刺针随时调整代理不便的问题。其设计思路是,把穿刺架限制在声学平面内,使得在整个进针过程中穿刺针一直能够清晰的显示,同时在声学平面内,穿刺针能够在0-90度直接任意调节。该方法不仅适用于浅表结节,对于深部的结节也能适用。下图为经方医疗根据客户的需要定制的半开放式穿刺架,图28为Zonare C4-1腹部探头开发的半开放式穿刺架、图29为Alpinion L3-12x浅表探头开发的半开放式穿刺架

 

              图28  ZonareC4-1半开放式穿刺架图           图29  Alpinion L3-12x半开放式穿刺架

 

七、平面外穿刺架

近年来,超声引导区域麻醉、超声引导中心静脉置管、超声引导桡动脉穿刺等临床应用在国内得到了大力推广,其中有一项比较重要的超声穿刺技术也被大量应用,及超声引导平面外穿刺。本文上述提及的穿刺方法,均为平面内穿刺。所谓的平面内穿刺和平面外穿刺,是根据穿刺针的整个进针路径能否完整显示在声学平面内来确定的。其中,平面内穿刺,是指在超声声学平面内拥有穿刺的完整路径,如下图中的A、B;平面外穿刺,是指在超声声学平面内只有一部分可见,其它部分均在平面之外,如下图中的C、D。(见图30)

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图30  平面外VS平面内穿刺示意图

平面外穿刺的好处是:穿刺路径相对比较短,对人体损伤的程度偏小;能够在颈部、关节等狭窄部位进行灵活的下针;平面外穿刺能够显示穿刺针和在短轴切面的位置关系,虽然不能明确针尖的确切位置,但是配合平面外的穿刺架,能够很好的定位穿刺的部位,提高穿刺的安全性和效率。如图31、32,分别为经方医疗为SONOSITE公司L38xi线阵探头开发的金属平面外探头穿刺架,以及为Sonosite L25开发的塑料平面外探头穿刺架

 

图31  Sonosite L38xi平面外穿刺架(金属)      图32  Sonosite L25平面外穿刺架(塑料)

 

深圳市经方医疗器械作为穿刺架细分领域最专业的厂家,专注于客户的临床需求,为各超声厂家的近500款探头型号开发了穿刺架,目前公司设计开发的产品已成为全中国380多家大中型医院医生们放心的选择,同时正在陆续进入到欧洲等主流市场...

 

 



 


深圳市经方医疗器械有限公司

电话:0755-27597952

网址:www.sonointervene.com

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新浪博客:穿刺架

 

【参考文献】

1. Br Med J. 1972 May 27; 2(5812): 500–502. PMCID: PMC1788328 Ultrasonically-guided Liver Biopsy, S. Norby Rasmussen, H. H. Holm, J. Kvist Kristensen, and H. Barlebo.

2. Pederson JF. Percutaneous puncture guided by ultrasonic multitransducer scanning. J Clin Ultrasound 1977; 5:175-7.

3. Urologic radiology December 1984, Volume 6, Issue 1, pp 30-37 Selective renal biopsy under ultrasonic real-time guidance Masahito Saitoh M.D.

4. Prostate Ultrasound: Past, Present, and Future, Sarah E. McAchran, MD Martin I. Resnick, MDDepartment of Urology,  University Hospitals of Cleveland.

5. Transvaginal Interventional Procedures: Aspiration, Biopsy, and Catheter Drainage, Mary Jane, O'Neill MJ, Rafferty EA, Lee SI, Arellano RS, Gervais DA, Hahn PF, Yoder IC, Mueller PR.. Radiographics. 2001 May-Jun;21(3):657-72. Review.

6. 胡宝吉,薄禄龙,李金宝,邓小明。2013麻醉新进展:超声引导下血管穿刺国际循证建议解读。

7. 实用介入性超声学,p1-21, 何文主编,人民卫生出版社,2012年07月。

8. 介入超声学实用教程,p1-p8,董宝玮,温朝阳主编,人民军医出版社,2013年8月。

 


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