對介入器械的不依賴掃描器的跟蹤的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及醫(yī)學(xué)器械，并且具體涉及對醫(yī)學(xué)設(shè)備的不依賴掃描器的超聲跟足示ο
【背景技術(shù)】
[0002]針、導(dǎo)管以及其他介入工具歸因于它們的鏡面反射性質(zhì)和不適宜的入射角度而常常難以在超聲下可視化。一種用于在超聲引導(dǎo)下標(biāo)記針尖端的解決方案是在針的尖端處嵌入小的超聲傳感器。這樣的傳感器接收隨著來自超聲成像探頭的成像波束掃掠視場而撞擊在傳感器上的直接超聲信號。已經(jīng)提出了使用這些信號在超聲圖像中突出顯示換能器的位置的不同方法。這些方法依賴超聲從成像探頭到傳感器的飛行時間來估計傳感器的距離坐標(biāo)，并且依賴隨著成像波束掃掠視場而接收到的信號的強(qiáng)度來重新獲得橫向坐標(biāo)。為了估計飛行時間，必須能夠利用掃描器的線觸發(fā)器事件，并且為了估計橫向坐標(biāo)，必須能夠利用幀觸發(fā)器事件并且能夠利用成像波束的坐標(biāo)和轉(zhuǎn)向角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的原理，一種用于利用超聲來跟蹤器械的系統(tǒng)，包括:探頭，其用于發(fā)射和接收超聲能量；換能器，其與所述探頭相關(guān)聯(lián)并且被配置為在使用期間與所述探頭一起移動；以及醫(yī)學(xué)儀器，其包括被配置為對從所述探頭接收到的所述超聲能量做出響應(yīng)的傳感器?？刂颇K被存儲在存儲器中并且被配置為解讀從所述探頭和所述傳感器接收到的所述超聲能量，以確定所述醫(yī)學(xué)器械的三維定位并將來自所述換能器的信號注入到所述探頭以在圖像中突出顯示所述傳感器的位置。
[0004]—種用于確定器械的位置的方法，包括:估計成像探頭的幀率；分析探測窗口內(nèi)的蹤跡以尋找最佳地匹配被安裝在器械上的傳感器的位置的時間最大值，以確定到達(dá)時間；使用所述成像探頭上的換能器將聲學(xué)反饋信號注入到所述成像探頭中，以模擬從被安裝在所述器械上的所述傳感器返回的回波；并且在圖像中顯示所述回波以識別所述器械的所述位置。
[0005]—種用于確定器械的位置的方法，包括:估計成像探頭的幀率；將圖像劃分成個體波束以確立個體波束在所述圖像中的定位；分析蹤跡以尋找最佳地匹配被安裝在器械上的傳感器的位置的時間最大值，以確定到達(dá)時間；計算以下中的至少一項:使用從所述探頭的發(fā)射時間和在所述傳感器處的接收時間來計算的所述傳感器的定位，以及計算所述傳感器的所述定位位于其上的波束號以確定所述傳感器的所述位置；并且將指示符重疊在所述圖像上以視覺地指示所述器械的所述定位。
[0006]根據(jù)要與附圖結(jié)合閱讀的本公開內(nèi)容的說明性實施例的以下詳細(xì)描述，本公開內(nèi)容的這些和其他目的、特征以及優(yōu)點將變得明顯。
【附圖說明】
[0007]本公開內(nèi)容將參考以下附圖來詳細(xì)呈現(xiàn)對優(yōu)選實施例的以下描述，其中:
[0008]圖1為示出根據(jù)一個實施例的用于利用超聲來跟蹤器械的系統(tǒng)的方框/流程圖；
[0009]圖2為示出根據(jù)一個實施例的用于利用超聲來跟蹤器械的系統(tǒng)的概念圖；
[0010]圖3為示出根據(jù)一個實施例的用于估計幀率的超聲脈沖的幅度對時間的標(biāo)繪圖；
[0011]圖4為示出根據(jù)一個實施例的用于確定探測時間的超聲脈沖的幅度對時間的標(biāo)繪圖；
[0012]圖5為示出根據(jù)一個實施例的發(fā)生在探頭上的換能器與器械上的傳感器之間的事件的事件時間線；
[0013]圖6為示出根據(jù)本發(fā)明的原理的安裝在探頭上的換能器的兩個實施例的俯視圖，；
[0014]圖7A-7I示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的用于將換能器安裝在探頭上的多種配置；
[0015]圖8描繪了把持探頭的用戶上的手套，根據(jù)本發(fā)明的原理該手套具有被安裝于其上的換能器；
[0016]圖9為示出根據(jù)另一實施例的用于利用超聲來跟蹤器械的系統(tǒng)的概念圖；
[0017]圖10為根據(jù)本發(fā)明的原理的通過對應(yīng)于超聲波束的線而被劃分的圖像；
[0018]圖11為示出根據(jù)一個說明性實施例的用于利用超聲來跟蹤器械的方法的流程圖；并且
[0019]圖12為示出根據(jù)另一說明性實施例的用于利用超聲來跟蹤器械的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]根據(jù)本發(fā)明的原理，系統(tǒng)和方法準(zhǔn)許對傳感器的位置進(jìn)行突出顯示而較少依賴掃描器。不再需要幀觸發(fā)器、線觸發(fā)器以及波束形成參數(shù)。這允許裝備超聲的工具為自容式的(不需要與掃描器的低層接口連接)，因此允許它們可與來自任何供應(yīng)商的超聲機(jī)器的廣泛安裝基礎(chǔ)一起使用。在一個實施例中，該系統(tǒng)能夠?qū)碜猿上駫呙杵鞯年P(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行在飛行中的(on-the-fly)反向工程研究，所述關(guān)鍵性參數(shù)例如為幀率和線觸發(fā)器位置、到掃描器的接收信號路徑的模擬聲學(xué)信號注入等。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的原理的智能設(shè)備能夠探測超聲(US)波束在何時被射出；并且額外地正好在探頭頭部處注入信號。該智能設(shè)備能夠被半永久性地或永久性地附接到探頭。備選地，由于大多數(shù)介入使用手套以保持無菌，因此諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚(偏二氟乙烯-co-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))的壓電材料能夠被集成到一次性手套中。由于PVDF條能夠以超低成本來制作，因此這兩種選擇都有吸引力。額外地，該手套能夠由單個條構(gòu)成或者能夠利用多個條以實現(xiàn)更高的分辨率。
[0022]除了 PVDF條以外，在針或器械上還提供一個或多個無源聲學(xué)傳感器。該傳感器能夠由鋯鈦酸鉛(PZT)或壓電聚合物或任何其他壓電材料制成。隨著未知的us探頭射出其波束，控制盒(或計算機(jī))將從設(shè)備上的傳感器以及從探頭上的PVDF條兩者接收信號。算法將一起計算個體波束被發(fā)送出去的時間、信號在針或器械處被接收的時間，以及因此針或器械的3D定位。為了在圖像中標(biāo)記針的定位，控制盒將使用探頭上的PVDF條將小的信號“注入”到US探頭中。該注入的聲學(xué)信號將被掃描器感知，作為對其自身聲學(xué)場的響應(yīng)。該信號將被掃描器的波束形成管線處理，并且最終被可視化在us圖像上(突出顯示針或設(shè)備定位)。多個條的實施例將準(zhǔn)許通過將不同信號注入到不同波束中并且具有不同相位來對注入的信號的質(zhì)量進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧。
[0023]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明將關(guān)于針來進(jìn)行描述；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)要寬泛得多并且可應(yīng)用于通過聲學(xué)能量跟蹤的任何醫(yī)學(xué)器械或其他器械。在一些實施例中，本發(fā)明的原理被采用在跟蹤或分析復(fù)雜的生物系統(tǒng)或機(jī)械系統(tǒng)中。尤其地，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤流程，在諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的全部區(qū)中的流程。附圖中描繪的元件可以以硬件與軟件的各種組合來實施，并且提供可以被組合在單個元件或多個元件中的功能。本發(fā)明的實施例可以被采用在器械在超聲引導(dǎo)下被插入身體中的任何時間，這包括針流程(活檢、消融、麻醉、疼痛管理、膿瘍引流等)以及導(dǎo)管流程(心臟修復(fù)、電生理學(xué)等)。
[0024]能夠通過使用專用硬件以及能夠運(yùn)行與適當(dāng)?shù)能浖嚓P(guān)聯(lián)的軟件的硬件來提供附圖中示出的各種元件的功能。當(dāng)由處理器提供時，所述功能能夠由單個專用處理器、由單個共享處理器或由多個個體處理器(它們中的一些能夠被共享)來提供。此外，對術(shù)語“處理器”或“控制器”的明確使用不應(yīng)被解釋為專指能夠運(yùn)行軟件的硬件，并且能夠隱含地包括而不限于數(shù)字信號處理器(“DSP”)硬件、用于存儲軟件的只讀存儲器(“R0M”)、隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)、非易失性存儲器等。
[0025]此外，在本文中記載本發(fā)明的原理、各方面和實施例以及其特定范例的所有陳述旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)和功能上的等價物。額外地，這樣的等價物旨在包括當(dāng)前已知的等價物以及未來開發(fā)的等價物(即，執(zhí)行相同功能的所開發(fā)的任何元件而無論其結(jié)構(gòu)如何)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在本文中呈現(xiàn)的方框圖表示實施本發(fā)明的原理的圖示性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，任何流程圖表、流程圖等表示基本上可以被表示在計算機(jī)可讀存儲媒介中并且因此可以由計算機(jī)或處理器來運(yùn)行的各種過程，而無論這樣的計算機(jī)或處理器是否被明確示出。
[0026]此外，本發(fā)明的實施例能夠采取計算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品可從計算機(jī)可用存儲介質(zhì)或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存取，所述計算機(jī)可用存儲介質(zhì)或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)提供用于由計算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)使用或者與計算機(jī)或任何指令運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)合使用的程序代碼。出于本說明書的目的，計算機(jī)可用存儲介質(zhì)或計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)能夠是可以包括、存儲、通信、傳播或輸送用于由指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與指令運(yùn)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備結(jié)合使用的程序的任何裝置。所述介質(zhì)能夠是電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或裝置或設(shè)備)或傳播介質(zhì)。計算機(jī)可讀介質(zhì)的范例包括半導(dǎo)體存儲器或固態(tài)存儲器、磁帶、可移動計算機(jī)軟盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)、硬磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前范例包括壓縮盤-只讀存儲器(⑶-R0M)、壓縮盤-讀/寫(CD-R/W)、Blu-Ray?以及 DVD。
[0027]現(xiàn)在參考附圖并且首先參考圖1，圖示性地示出根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)100，在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。系統(tǒng)100可以包括工作站或控制臺112，從所述工作站或控制臺112能夠監(jiān)督和/或管理流程。工作站112優(yōu)選地包括一個或多個處理器114以及用于存儲程序和應(yīng)用的存儲器116。存儲器116可以存儲被配置為處理來自超聲掃描器125的信號的圖像處理模塊115。模塊115被配置為將US信號用于重建與醫(yī)學(xué)設(shè)備、器械或工具102和/或其周圍區(qū)域相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)變形、偏斜以及其他改變。醫(yī)學(xué)設(shè)備102可以包