对介入器械的不依赖扫描器的跟踪的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及医学器械，并且具体涉及对医学设备的不依赖扫描器的超声跟足示ο
【背景技术】
[0002]针、导管以及其他介入工具归因于它们的镜面反射性质和不适宜的入射角度而常常难以在超声下可视化。一种用于在超声引导下标记针尖端的解决方案是在针的尖端处嵌入小的超声传感器。这样的传感器接收随着来自超声成像探头的成像波束扫掠视场而撞击在传感器上的直接超声信号。已经提出了使用这些信号在超声图像中突出显示换能器的位置的不同方法。这些方法依赖超声从成像探头到传感器的飞行时间来估计传感器的距离坐标，并且依赖随着成像波束扫掠视场而接收到的信号的强度来重新获得横向坐标。为了估计飞行时间，必须能够利用扫描器的线触发器事件，并且为了估计横向坐标，必须能够利用帧触发器事件并且能够利用成像波束的坐标和转向角。
【发明内容】
[0003]根据本发明的原理，一种用于利用超声来跟踪器械的系统，包括:探头，其用于发射和接收超声能量；换能器，其与所述探头相关联并且被配置为在使用期间与所述探头一起移动；以及医学仪器，其包括被配置为对从所述探头接收到的所述超声能量做出响应的传感器。控制模块被存储在存储器中并且被配置为解读从所述探头和所述传感器接收到的所述超声能量，以确定所述医学器械的三维定位并将来自所述换能器的信号注入到所述探头以在图像中突出显示所述传感器的位置。
[0004]—种用于确定器械的位置的方法，包括:估计成像探头的帧率；分析探测窗口内的踪迹以寻找最佳地匹配被安装在器械上的传感器的位置的时间最大值，以确定到达时间；使用所述成像探头上的换能器将声学反馈信号注入到所述成像探头中，以模拟从被安装在所述器械上的所述传感器返回的回波；并且在图像中显示所述回波以识别所述器械的所述位置。
[0005]—种用于确定器械的位置的方法，包括:估计成像探头的帧率；将图像划分成个体波束以确立个体波束在所述图像中的定位；分析踪迹以寻找最佳地匹配被安装在器械上的传感器的位置的时间最大值，以确定到达时间；计算以下中的至少一项:使用从所述探头的发射时间和在所述传感器处的接收时间来计算的所述传感器的定位，以及计算所述传感器的所述定位位于其上的波束号以确定所述传感器的所述位置；并且将指示符重叠在所述图像上以视觉地指示所述器械的所述定位。
[0006]根据要与附图结合阅读的本公开内容的说明性实施例的以下详细描述，本公开内容的这些和其他目的、特征以及优点将变得明显。
【附图说明】
[0007]本公开内容将参考以下附图来详细呈现对优选实施例的以下描述，其中:
[0008]图1为示出根据一个实施例的用于利用超声来跟踪器械的系统的方框/流程图；
[0009]图2为示出根据一个实施例的用于利用超声来跟踪器械的系统的概念图；
[0010]图3为示出根据一个实施例的用于估计帧率的超声脉冲的幅度对时间的标绘图；
[0011]图4为示出根据一个实施例的用于确定探测时间的超声脉冲的幅度对时间的标绘图；
[0012]图5为示出根据一个实施例的发生在探头上的换能器与器械上的传感器之间的事件的事件时间线；
[0013]图6为示出根据本发明的原理的安装在探头上的换能器的两个实施例的俯视图，；
[0014]图7A-7I示出了根据本发明的原理的用于将换能器安装在探头上的多种配置；
[0015]图8描绘了把持探头的用户上的手套，根据本发明的原理该手套具有被安装于其上的换能器；
[0016]图9为示出根据另一实施例的用于利用超声来跟踪器械的系统的概念图；
[0017]图10为根据本发明的原理的通过对应于超声波束的线而被划分的图像；
[0018]图11为示出根据一个说明性实施例的用于利用超声来跟踪器械的方法的流程图；并且
[0019]图12为示出根据另一说明性实施例的用于利用超声来跟踪器械的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]根据本发明的原理，系统和方法准许对传感器的位置进行突出显示而较少依赖扫描器。不再需要帧触发器、线触发器以及波束形成参数。这允许装备超声的工具为自容式的(不需要与扫描器的低层接口连接)，因此允许它们可与来自任何供应商的超声机器的广泛安装基础一起使用。在一个实施例中，该系统能够对来自成像扫描器的关键性参数进行在飞行中的(on-the-fly)反向工程研究，所述关键性参数例如为帧率和线触发器位置、到扫描器的接收信号路径的模拟声学信号注入等。
[0021]根据本发明的原理的智能设备能够探测超声(US)波束在何时被射出；并且额外地正好在探头头部处注入信号。该智能设备能够被半永久性地或永久性地附接到探头。备选地，由于大多数介入使用手套以保持无菌，因此诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚(偏二氟乙烯-co-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))的压电材料能够被集成到一次性手套中。由于PVDF条能够以超低成本来制作，因此这两种选择都有吸引力。额外地，该手套能够由单个条构成或者能够利用多个条以实现更高的分辨率。
[0022]除了 PVDF条以外，在针或器械上还提供一个或多个无源声学传感器。该传感器能够由锆钛酸铅(PZT)或压电聚合物或任何其他压电材料制成。随着未知的us探头射出其波束，控制盒(或计算机)将从设备上的传感器以及从探头上的PVDF条两者接收信号。算法将一起计算个体波束被发送出去的时间、信号在针或器械处被接收的时间，以及因此针或器械的3D定位。为了在图像中标记针的定位，控制盒将使用探头上的PVDF条将小的信号“注入”到US探头中。该注入的声学信号将被扫描器感知，作为对其自身声学场的响应。该信号将被扫描器的波束形成管线处理，并且最终被可视化在us图像上(突出显示针或设备定位)。多个条的实施例将准许通过将不同信号注入到不同波束中并且具有不同相位来对注入的信号的质量进行精细调谐。
[0023]应当理解，本发明将关于针来进行描述；然而，本发明的教导要宽泛得多并且可应用于通过声学能量跟踪的任何医学器械或其他器械。在一些实施例中，本发明的原理被采用在跟踪或分析复杂的生物系统或机械系统中。尤其地，本发明的原理可应用于生物系统的内部跟踪流程，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管等的身体的全部区中的流程。附图中描绘的元件可以以硬件与软件的各种组合来实施，并且提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。本发明的实施例可以被采用在器械在超声引导下被插入身体中的任何时间，这包括针流程(活检、消融、麻醉、疼痛管理、脓疡引流等)以及导管流程(心脏修复、电生理学等)。
[0024]能够通过使用专用硬件以及能够运行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供附图中示出的各种元件的功能。当由处理器提供时，所述功能能够由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个个体处理器(它们中的一些能够被共享)来提供。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够运行软件的硬件，并且能够隐含地包括而不限于数字信号处理器(“DSP”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“R0M”)、随机存取存储器(“RAM”)、非易失性存储器等。
[0025]此外，在本文中记载本发明的原理、各方面和实施例以及其特定范例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能上的等价物。额外地，这样的等价物旨在包括当前已知的等价物以及未来开发的等价物(即，执行相同功能的所开发的任何元件而无论其结构如何)。因此，例如，本领域技术人员应当认识到，在本文中呈现的方框图表示实施本发明的原理的图示性系统部件和/或电路的概念视图。类似地，应当认识到，任何流程图表、流程图等表示基本上可以被表示在计算机可读存储媒介中并且因此可以由计算机或处理器来运行的各种过程，而无论这样的计算机或处理器是否被明确示出。
[0026]此外，本发明的实施例能够采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品可从计算机可用存储介质或计算机可读存储介质存取，所述计算机可用存储介质或计算机可读存储介质提供用于由计算机或任何指令运行系统使用或者与计算机或任何指令运行系统结合使用的程序代码。出于本说明书的目的，计算机可用存储介质或计算机可读存储介质能够是可以包括、存储、通信、传播或输送用于由指令运行系统、装置或设备使用或与指令运行系统、装置或设备结合使用的程序的任何装置。所述介质能够是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或装置或设备)或传播介质。计算机可读介质的范例包括半导体存储器或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、硬磁盘以及光盘。光盘的当前范例包括压缩盘-只读存储器(⑶-R0M)、压缩盘-读/写(CD-R/W)、Blu-Ray?以及 DVD。
[0027]现在参考附图并且首先参考图1，图示性地示出根据一个实施例的系统100，在附图中，同样的附图标记表示相同或相似的元件。系统100可以包括工作站或控制台112，从所述工作站或控制台112能够监督和/或管理流程。工作站112优选地包括一个或多个处理器114以及用于存储程序和应用的存储器116。存储器116可以存储被配置为处理来自超声扫描器125的信号的图像处理模块115。模块115被配置为将US信号用于重建与医学设备、器械或工具102和/或其周围区域相关联的结构变形、偏斜以及其他改变。医学设备102可以包