專利名稱：準(zhǔn)確度增強(qiáng)的超聲導(dǎo)管校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及超聲成像系統(tǒng)，尤其涉及超聲探頭校準(zhǔn)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
美國專利申請公開文本2004/0254458A1介紹了校準(zhǔn)具有位置傳感器和超聲換能器的探頭的裝置和方法，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考。該裝置包括測試夾具，其包括在已知位置處布置于其中的超聲目標(biāo)。計(jì)算機(jī)接收位置傳感器生成的位置信號，同時(shí)換能器與超聲目標(biāo)對準(zhǔn)。從而計(jì)算機(jī)能參照測試夾具確定探頭的方向，并確定出與探頭方向相應(yīng)的探頭校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在校準(zhǔn)位置傳感器技術(shù)中有多種方法是已知的。例如美國專利6，266，551和 6，370，411介紹了校準(zhǔn)包括磁性位置傳感器的探頭的方法和裝置，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考。校準(zhǔn)用來測量和補(bǔ)償探頭中磁性傳感器線圈的位置、方向以及增益的變化量。為校準(zhǔn)探頭，機(jī)械夾具在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定位置和方向上夾住探頭，輻射器在夾具附近產(chǎn)生已知的、基本均勻的磁場。分析并使用由線圈生成的信號以產(chǎn)生關(guān)于線圈增益以及線圈與正交狀態(tài)的偏差的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。利用位置傳感器校準(zhǔn)超聲成像器的其他方法在本領(lǐng)域也是已知的。例如，公開的內(nèi)容在此引入作為參考的美國專利6，138，495，其介紹了校準(zhǔn)位置測量元件的方法和裝置， 該元件位于與掃描平面相關(guān)的成像或掃描的換能器上。通過使用包括額外位置測量元件的校準(zhǔn)設(shè)備實(shí)施校準(zhǔn)，從而在校準(zhǔn)過程期間，可計(jì)算這些位置測量元件的相對位置。還可通過觀察掃描平面中的目標(biāo)來實(shí)施校準(zhǔn)，該掃描平面位于與額外位置測量元件相關(guān)的已知位置。作為另一個(gè)例子，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考的美國專利6，585，561，其介紹了校準(zhǔn)超聲頭的校準(zhǔn)單元。該校準(zhǔn)單元被設(shè)置成在關(guān)于校準(zhǔn)單元的參照部分的已知位置和方向上接收超聲頭。校準(zhǔn)單元可以校準(zhǔn)與超聲設(shè)備相關(guān)的標(biāo)記物的坐標(biāo)系。從參照部分接收到的回聲可用于校準(zhǔn)，例如，超聲頭與參照部分之間的偏移量。校準(zhǔn)單元優(yōu)選地由已知音速的物質(zhì)組成，比如具有其直徑能容納超聲設(shè)備的洞的適合的塑料。在校準(zhǔn)期間，回聲從校準(zhǔn)單元底部與優(yōu)選為空氣的周圍介質(zhì)的交界面上接收。回聲可以用來計(jì)算超聲設(shè)備頭與交界面的偏移量
發(fā)明內(nèi)容
在下文中公開的本發(fā)明實(shí)施例介紹了校準(zhǔn)具有位置傳感器的超聲成像探頭的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。這些實(shí)施例對校準(zhǔn)超聲導(dǎo)管尤其管用，該導(dǎo)管包括換能器陣列和位置傳感器，并適用于在體腔內(nèi)部成像，比如心室。然而，本發(fā)明的原理可應(yīng)用于各種不同型號的在體內(nèi)和體外都可使用的探頭。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了用于校準(zhǔn)包括磁性位置傳感器和聲學(xué)成像設(shè)備的探頭的裝置。裝置包括剛性的機(jī)械框架，其作為相對于位置傳感器校準(zhǔn)成像設(shè)備的參照系。一個(gè)或多個(gè)固定于框架上的場發(fā)生器，生成已知空間特性的磁場。聲學(xué)目標(biāo)組件也固定在框架上。這個(gè)組件包括與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的模塊(phantom)，該機(jī)構(gòu)使模塊沿相對于框架的已知軌道運(yùn)動(dòng)。固定在框架上的夾具在磁場中以適于成像設(shè)備對上述模塊成像的方向夾住探頭。 在這樣的設(shè)置下，處理器接收來自位置傳感器的位置信號和來自成像設(shè)備的圖像信號，并處理這些信號以校準(zhǔn)成像設(shè)備相對于位置傳感器的坐標(biāo)。在另一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)探頭的超聲模塊包括成形為限定內(nèi)部空間的壁，該空間全部或部分被壁封閉。壁包括多個(gè)位于不同的、各自的位置的校準(zhǔn)目標(biāo)。一個(gè)或多個(gè)場發(fā)生器在模塊附近生成空間特性已知的能量場。探頭插入到由壁限定的內(nèi)部空間并在多個(gè)位置和方向上移動(dòng)。當(dāng)探頭在內(nèi)部空間中時(shí)，處理器接收來自位置傳感器的位置信號和來自成像設(shè)備的圖像信號，并處理位置和圖像信號以校準(zhǔn)相對于位置傳感器的成像設(shè)備的坐標(biāo)。本發(fā)明通過接下來結(jié)合附圖對實(shí)施例的具體介紹會(huì)得到更全面的理解。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的用于超聲成像的基于導(dǎo)管的系統(tǒng)的示意的、圖示的說明；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的用于校準(zhǔn)超聲成像導(dǎo)管的系統(tǒng)的示意的、圖示的說明；圖3和4是圖2中系統(tǒng)的側(cè)視圖和頂視圖；圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例的聲學(xué)目標(biāo)組件的示意的、圖示的說明；圖6是依照本發(fā)明實(shí)施例的超聲模塊的示意的、圖示的說明；圖7A和7B是依照本發(fā)明實(shí)施例的對圖6中模塊使用探頭在不同的各自的對準(zhǔn)下拍到的超聲圖像的圖示；圖8是依照本發(fā)明實(shí)施例的位于校準(zhǔn)槽內(nèi)部的超聲模塊的示意的、圖示的說明；圖9是依照本發(fā)明實(shí)施例的校準(zhǔn)超聲成像導(dǎo)管系統(tǒng)的示意的側(cè)示圖。
具體實(shí)施例方式圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)20的示意的、圖示的說明，該系統(tǒng)包括用于插入到患者體內(nèi)的伸長的探頭，比如導(dǎo)管22。系統(tǒng)20包括控制臺(tái)M，其通常包括帶有適合的信號處理和用戶界面電路的計(jì)算機(jī)處理器。這個(gè)控制臺(tái)接收并處理來自導(dǎo)管22的信號，正如在下文中介紹的。通常，控制臺(tái)使用戶能夠觀察和調(diào)節(jié)導(dǎo)管22的功能，并顯示使用導(dǎo)管形成的圖像。導(dǎo)管22通常包括使用戶控制導(dǎo)管的操作的手柄沈。將導(dǎo)管連接到控制臺(tái)M上的手柄或連接器可以包括存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的微電路，例如，如上面提到過的美國專利6，266，551中所介紹的。
導(dǎo)管22的遠(yuǎn)端觀包括超聲成像設(shè)備32，其用于產(chǎn)生身體內(nèi)部的超聲圖像。在圖 1的插圖中示出遠(yuǎn)端觀放大的橫截面視圖。超聲成像設(shè)備32通常包括換能器34的相控陣列，其操作，正如在本領(lǐng)域中已知的那樣，以便在掃描超聲波束的平面(這里指的是“波束平面”或“圖像平面”)內(nèi)產(chǎn)生二維圖像“扇” 38，該平面包括了導(dǎo)管的縱軸(確定為圖中的Z軸)。換能器接收在波束平面內(nèi)的從物體反射的超聲波并且響應(yīng)該反射波以輸出信號。 通常，這些信號都由控制臺(tái)M處理以便形成和顯示超聲圖像?？蛇x擇地或附加地，超聲換能器34可用于其他診斷目的，比如多普勒測量或治療之用。導(dǎo)管22的遠(yuǎn)端觀進(jìn)一步包括位置傳感器30，其生成表示導(dǎo)管在身體內(nèi)的位置和方向的信號?；谶@些位置信號，控制臺(tái)M確定由成像設(shè)備32捕獲的每個(gè)扇圖像的位置和方向?？刂婆_(tái)從而可以確定出現(xiàn)在扇圖像中物體的坐標(biāo)，還能將在不同導(dǎo)管位置捕獲的多幅圖像組合。位置傳感器30通常在固定位置和方向關(guān)系上鄰近于成像設(shè)備32。在一些實(shí)施例中，位置傳感器包括一個(gè)或多個(gè)線圈，其響應(yīng)在患者身外的場發(fā)生器生成的磁場以產(chǎn)生信號。由控制臺(tái)M分析信號以確定遠(yuǎn)端觀的位置和方向坐標(biāo)。這種磁性位置檢測已經(jīng)在如前面提到過的美國專利6，266, 551中詳細(xì)介紹了。其他將超聲成像與磁性位置檢測結(jié)合的示范性系統(tǒng)已在美國專利6，690，963，6，716，166和6，773，402中介紹了，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考。作為選擇，導(dǎo)管22可包括在本領(lǐng)域中已知的任何其他合適類型的位置傳感器。例如，位置傳感器30可包括其他類型的場傳感設(shè)備，比如霍爾效應(yīng)傳感器。作為替換，傳感器 30可生成磁場，其可通過體外的檢測天線探測。進(jìn)一步作為替換，可通過測量身體對電信號的阻抗或通過傳送或接收超聲位置信號來操作位置傳感器30。本發(fā)明的原理可應(yīng)用于基本上任何可在醫(yī)學(xué)探頭中實(shí)施的位置檢測技術(shù)。如圖1所示，由于導(dǎo)管22結(jié)構(gòu)的物理約束，位置傳感器30和超聲成像設(shè)備32都位于導(dǎo)管22中，并且在離導(dǎo)管的遠(yuǎn)端的各自特定的距離處。(這種位置傳感器和成像設(shè)備的構(gòu)造通過例子的方式被示出，并且本發(fā)明的原理可同樣應(yīng)用于這些元件的其他排列，包括并行排列。)扇38的實(shí)際位置和方向是考慮了位置傳感器和超聲成像設(shè)備之間的距離而計(jì)算出來的。經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于在制造導(dǎo)管22過程中產(chǎn)生的偏差，從一個(gè)導(dǎo)管到另一個(gè)導(dǎo)管的這種距離通常是不同的。并且，成像設(shè)備32中位置傳感器和超聲換能器陣列的軸可以不和Z軸精確對準(zhǔn)或它們彼此之間不精確對準(zhǔn)，因而在確定扇38的方向時(shí)引入額外變化。這些和其他對準(zhǔn)變化的源在上面提到過的專利申請公開文本US2004/0254458A1 中進(jìn)行了非常詳細(xì)的介紹。如果不進(jìn)行修正，對準(zhǔn)變化會(huì)引起確定出現(xiàn)在圖像扇38中的物體的位置坐標(biāo)出錯(cuò)。某些針對這些對準(zhǔn)變化的校準(zhǔn)和修正方法在US2004/0254458A1已經(jīng)介紹了，而其他方法在美國專利申請公開文本US2007/0106156A1中已經(jīng)介紹了，其公開的內(nèi)容在此引入作為參考的。另外，校準(zhǔn)的增強(qiáng)系統(tǒng)和方法在下文中進(jìn)行介紹?，F(xiàn)在參見圖2-4，其依照本發(fā)明實(shí)施例示意性圖示了校準(zhǔn)超聲成像導(dǎo)管的系統(tǒng) 40。圖2是示意圖，而圖3和4分別是側(cè)視圖和頂視圖。系統(tǒng)40包括底座42，其作為一組磁場發(fā)生器44和聲學(xué)目標(biāo)組件46的剛性機(jī)械框架。多種類型的場發(fā)生器可以用于此環(huán)境下。在這個(gè)實(shí)施例中，場發(fā)生器包括三對亥姆霍茲線圈48，50和52，每對朝向沿著X，Y，Z 軸中的一個(gè)。
導(dǎo)管22插入在場發(fā)生器44中心處的合適的夾具M(jìn)中，其中成像設(shè)備32面向目標(biāo)組件46。目標(biāo)組件包括模塊56，其在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)58的控制下，在成像設(shè)備32的視場內(nèi)以相對于導(dǎo)管22的已知軌道上運(yùn)動(dòng)。多種類型的模塊和機(jī)械結(jié)構(gòu)可用于目標(biāo)組件。一些具體例子在圖5和6中示出并在下文中參考它們進(jìn)行介紹。本實(shí)施例解決了很多存在于先前一些超聲波導(dǎo)管校準(zhǔn)方法中的困難。例如，用于許多超聲校準(zhǔn)模塊中的電線比超聲波束的寬度小，因而造成限制其在超聲圖像中的可觀察性的偽跡。另外，模塊關(guān)于超聲波束的傾斜度會(huì)造成確定電線穿過波束精確位置的不準(zhǔn)確。 其他方法在使用電磁系統(tǒng)測量導(dǎo)管位置時(shí)使用由超聲波束掃描的較大模塊。這個(gè)方法依靠電磁系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，其通常約為1mm。在本實(shí)施例中，位置傳感器30的位置讀數(shù)被設(shè)成大約在亥姆霍茲單元的中心，其典型位置精度為0. 1mm，使用由三對亥姆霍茲線圈48，50，52生成的梯度校準(zhǔn)的電磁場。(可選的是，傳感器靈敏度可以首先在均勻磁場中被校準(zhǔn)。)傳感器靠近線圈的中心放置。每一對中的線圈都由相反方向運(yùn)行的電流驅(qū)動(dòng)，因而電磁場的中心具有幾乎不變的梯度。因?yàn)槿龑ツ坊羝澗€圈相互正交，三個(gè)電磁場具有三個(gè)正交軌道的梯度。在校準(zhǔn)導(dǎo)管22之前，在體積中的已知點(diǎn)使用機(jī)械精確傳感器校準(zhǔn)亥姆霍茲電磁場，其被用于校準(zhǔn)導(dǎo)管位置傳感器。測量的位置是指預(yù)定的機(jī)械原點(diǎn)，其固定在底座42的參照系中。通過這些測量，亥姆霍茲電磁場精確地映射成位置的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)管傳感器30隨后置于校準(zhǔn)的體積中時(shí)，傳感器的位置和軌道就可以被計(jì)算到0. Imm的精確度，這通常優(yōu)于在導(dǎo)管22的實(shí)際操作中使用的電磁追蹤系統(tǒng)的操作精度。這種高精度是由于在亥姆霍茲室中出現(xiàn)的高梯度。圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例的聲學(xué)目標(biāo)組件46的具體的示意的、圖示的說明。在這個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)58包括馬達(dá)，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子64通過連接66在固定軌道移動(dòng)模塊56。 模塊56包括穿過扇形的成像平面38的線68和70。線68和70不平行以便改進(jìn)成像坐標(biāo)系統(tǒng)的近似計(jì)算。除了該組的線之外，點(diǎn)源72可布置于模塊上的多個(gè)位置中。這些點(diǎn)源例如可以采用模塊的線上突出的形狀，正如圖中所示。這些后者的元件改進(jìn)了校準(zhǔn)精度，尤其對于在垂直于超聲波束平面的方向上受超聲圖像的低分辨率影響最大的參數(shù)。校準(zhǔn)期間，模塊56在成像設(shè)備32前面的精確軌道上移動(dòng)，通常在其軸略平行于換能器34陣列的軸的圓形軌道。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)58依圖5所示而建，以便在目標(biāo)中的線68和70 中的每一條都在整條軌道上以小傾斜度切割超聲波束。(換句話說，每一條線總是與其初始方向保持平行。)許多圖像在這種模式下在軌道上模塊的不同位置上被捕獲?？蛇x地，位置傳感器(未示出)可相對于固定底座固定在模塊56上，以便能夠?qū)崿F(xiàn)模塊在每張圖像中的電磁記錄。從圖像中提取線與超聲波束平面交叉的位置。超聲坐標(biāo)系中來自所有圖像的交叉點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)變成底座42的固定的參照系中的對應(yīng)坐標(biāo)。固定坐標(biāo)系中的圖像原點(diǎn)通過求解下列極小表達(dá)式來確定的argMinPi - PiIazf elr rlf x0f yO, z0)) {aζ, el, rl,x0, yO, zO} ±此處$是每條線(以預(yù)定次序排列)交叉點(diǎn)的(行，列)測量值，而 P^az, el, rl, xO, yO, zO)是線與超聲平面交叉的解析函數(shù)，是平面原點(diǎn)(xO，yO, zO)和方
向坐標(biāo)(az，el，rl)的函數(shù)。可使用已本領(lǐng)域已知的任何適合的數(shù)值或解析方法求解極小問題。使用上述方法，圖像設(shè)備32的圖像原點(diǎn)和位置傳感器30的電磁原點(diǎn)兩者都可在相同的固定參照系中具有高精度的六個(gè)維度(位置和方向)上確定。原點(diǎn)的相對坐標(biāo)被用于計(jì)算電磁傳感器坐標(biāo)和超聲圖像坐標(biāo)之間的校準(zhǔn)變換。這里所介紹的技術(shù)，包括線模塊的機(jī)械精確運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用和從基本上在超聲波束寬度上不變的大平面上建線，改進(jìn)了超聲波束和模塊之間交叉點(diǎn)的確定精度。進(jìn)一步說，使電磁校準(zhǔn)和超聲模塊結(jié)合成在統(tǒng)一的系統(tǒng)為校準(zhǔn)提供了魯棒性的基礎(chǔ)，其精確度僅取決于校準(zhǔn)系統(tǒng)的機(jī)械精度。這個(gè)機(jī)械精度通常優(yōu)于電磁位置追蹤和超聲成像測量的精度。將亥姆霍茲線圈對用于校準(zhǔn)電磁傳感器也提高了精度，因?yàn)楹ツ坊羝澖M件內(nèi)部的大電磁梯度提供了與大多數(shù)其他電磁追蹤結(jié)構(gòu)(使用單一或多個(gè)場發(fā)生器)相比更好的電磁傳感器位置和方向的估算。模塊56中的線68和70可布置在形成指向ULS傳感器的箭頭的兩個(gè)平面上(也就是說，這兩個(gè)平面沿一條垂直于超聲扇平面的直線相交)。結(jié)果，波束總是從線上漫反射回來，在超聲圖像上形成清晰的箭頭形狀。箭頭形狀在圖像中被檢測到，通過形成它的兩條直線的交叉計(jì)算出箭頭位置。圖6是依照本發(fā)明另一實(shí)施例的超聲模塊80的示意的、圖示的說明，例如，其可用于代替線68和70。模塊80包括三角形剖面的伸長件82，其成形為限定兩個(gè)相交于一條線的空間平面，限定出一種箭頭形狀。模塊通常位于目標(biāo)組件46中以使得直線與扇形的成像平面38交叉，箭頭指向成像設(shè)備32。模塊80進(jìn)一步包括橫檔84，其前邊緣是三角形件82 的平坦表面的線性延伸。橫檔84因此限定了對準(zhǔn)平面，其垂直于件82的兩個(gè)空間平面。圖7A和7B是依照本發(fā)明實(shí)施例的使用成像設(shè)備32在不同的各自的導(dǎo)管22的對準(zhǔn)下捕獲的模塊80的超聲圖像86和90的示意的表示。這些圖像示出了導(dǎo)管22可如何實(shí)現(xiàn)與模塊80精確對準(zhǔn)，使得扇38平行且全等于橫檔84的平面(因此垂直于工件82的平坦表面)。圖像86中，超聲波束從工件82平面的反射形成具有給定長度的箭頭形狀88。然而在這幅圖像中，扇38不與橫檔84對準(zhǔn)，因此橫檔在圖像中不可見。然而，在圖像90中， 圖像平面與橫檔84限定的對準(zhǔn)平面對準(zhǔn)。因此，由于聲波從由橫檔84提供的工件82平面的線性延伸上的反射，圖像包含相對于形狀88增加的長度的箭頭形狀92。因此，系統(tǒng)40的操作者能夠確定導(dǎo)管在系統(tǒng)中被適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)了。附加地或可替換地，導(dǎo)管的對準(zhǔn)可基于由模塊運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的虛擬三維剛性體。這個(gè)方法使得記錄能夠自動(dòng)完成，并具有由于三角形剖面而改進(jìn)的精度，這克服了由于扇38的寬度引起的模糊。上面圖中的模塊和目標(biāo)組件的形狀和構(gòu)造僅通過例子的形式表示，并且許多種可替代的形狀和構(gòu)造可在本發(fā)明的范圍之內(nèi)使用。可能的變化包括下列 模塊的形狀、尺寸和方向可變。 曲線，比如諧波曲線，可用于替代模塊中的線。(例子包括正弦曲線，圓形圖形和其他類型的曲線)。 不同的算法可用于從超聲圖像中提取形狀。 替代從每幅圖像中提取交叉點(diǎn)，通過將圖象與模塊響應(yīng)于超聲脈沖的模型匹配而分析超聲圖像。
模塊運(yùn)行的機(jī)械軌道不是必須為圓形，但最好具有任何允許產(chǎn)生足夠信息的形狀以便使計(jì)算精確。 模塊在夾具夾持導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)時(shí)可被保持固定。因此，從校準(zhǔn)過程的角度看，模塊還是可看作描繪相對于探頭的已知軌道。 現(xiàn)在參照圖8和9，其示意性地圖示了依照本發(fā)明又一實(shí)施例的用于校準(zhǔn)超聲成像導(dǎo)管22的系統(tǒng)100的元件。圖8示出了在槽102內(nèi)部的超聲模塊104的示意圖，而圖9 是側(cè)視圖。校準(zhǔn)期間，槽102通常地在模塊104的內(nèi)部和外部都充滿合適的流體，如水，但流體在圖8中模塊的內(nèi)部被省去了以便模塊細(xì)節(jié)能夠在圖中清楚地看到。模塊104包括成形為限定出容器的壁，在這個(gè)例子中容器指盒子。盒壁包括多個(gè)在不同的預(yù)定的位置上的校準(zhǔn)目標(biāo)106，108。通常，如圖所示，目標(biāo)位于不同壁上因而定向在不同平面上。容器的內(nèi)部空間的形狀和尺寸足以允許導(dǎo)管22插入到容器并在多個(gè)位置和方向移動(dòng)，從而使成像設(shè)備32在導(dǎo)管的不同位置和方向上瞄準(zhǔn)不同的目標(biāo)。具有一個(gè)或多個(gè)諸如電磁線圈的場發(fā)生器112的定位板110放置于靠近槽102，線圈被驅(qū)動(dòng)以在模塊 104附近產(chǎn)生已知空間特性的電磁能量場。這幅圖中示出的場發(fā)生器的排列通常不產(chǎn)生上述那種梯度校準(zhǔn)場，但基本上任何適合的場布局都可用于本實(shí)施例中。當(dāng)探頭在模塊104的內(nèi)部空間中時(shí)，處理器M接收來自位置傳感器30的響應(yīng)于電磁場的位置信號，和來自成像設(shè)備32的由于聲波從模塊上反射的圖像信號。系統(tǒng)100的操作者拍下每幅圖像，標(biāo)記目標(biāo)出現(xiàn)在圖像中的位置，并確定出是目標(biāo)中的哪一個(gè)。對每一幅圖像，磁性位置檢測系統(tǒng)確定導(dǎo)管尖端的位置和方向坐標(biāo)。標(biāo)注過的圖像和相應(yīng)坐標(biāo)都被處理器M (或被獨(dú)立的校準(zhǔn)處理器)使用以便校準(zhǔn)導(dǎo)管中的超聲換能器陣列相對于位置傳感器的線性和角度偏移量。處理器M處理位置和圖像信號以便校準(zhǔn)成像設(shè)備32相對于位置傳感器30的坐標(biāo)。詳細(xì)校準(zhǔn)步驟可照如下所述完成1.校準(zhǔn)導(dǎo)管22的尖端相對于在專用夾具中的位置傳感器30的偏移量(例如，如在前面提到的美國2004/0254458中介紹的)。2.將導(dǎo)管插入管中并旋轉(zhuǎn)，獲取位置坐標(biāo)以便估算位置傳感器距離導(dǎo)管軸的偏移量。3.將導(dǎo)管插入校準(zhǔn)池并將其連接到處理器對，從而處理器接收位置坐標(biāo)和超聲圖像信號。4.通過捕獲不同目標(biāo)的圖像獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)，正如前面解釋的那樣。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)一幅圖像并包括圖像中的目標(biāo)的位置(由操作者標(biāo)記或由處理器自動(dòng)確定)，及目標(biāo)的實(shí)際的已知的空間坐標(biāo)和導(dǎo)管的位置坐標(biāo)，這些在捕獲圖像時(shí)用位置傳感器測量。5.使用一組數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算校準(zhǔn)變換矩陣?？捎?jì)算矩陣的估計(jì)誤差以便確認(rèn)校準(zhǔn)是有效的。使用三維、多個(gè)目標(biāo)模塊，比如模塊104，得到快速、方便的校準(zhǔn)而不必要求導(dǎo)管被約束在夾具中(除了上面的第一步之外)。盡管圖8和9圖示了特定的具體的模塊構(gòu)造，任何適合的目標(biāo)的三維布置可用于類似模式。例如，模塊壁可被布置成限定不同形狀的容器， 或壁可僅部分封閉其限定的內(nèi)部空間。因此，可以理解上面介紹的實(shí)施例都是通過例子的形式被引用的，并且本發(fā)明不局限于上文中特別圖示和介紹的內(nèi)容。而是，本發(fā)明的范圍包括上文中所介紹的各種特征的組合和子組合，以及那些本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀前述的說明書能夠想到的和沒有在現(xiàn)有技術(shù)中公開的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)包括位置傳感器和聲學(xué)成像設(shè)備的探頭的裝置，該裝置包括超聲模塊，所述超聲模塊包括成形為限定出內(nèi)部空間的壁，該內(nèi)部空間的形狀和尺寸足以允許探頭插入該內(nèi)部空間并在該內(nèi)部空間內(nèi)移動(dòng)經(jīng)過多個(gè)位置和方向，所述壁包括多個(gè)位于不同的獨(dú)立位置處的校準(zhǔn)目標(biāo)；一個(gè)或多個(gè)場發(fā)生器，所述場發(fā)生器用于在模塊的附近生成具有已知空間特性的能量場；處理器，用于被耦合以便當(dāng)探頭在內(nèi)部空間時(shí)接收來自位置傳感器的響應(yīng)于能量場的位置信號和來自成像設(shè)備的響應(yīng)于聲波從模塊反射的圖像信號，并且處理該位置信號和該圖像信號以便校準(zhǔn)成像設(shè)備相對于位置傳感器的坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中校準(zhǔn)目標(biāo)朝向兩個(gè)或多個(gè)不同平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中能量場包括電磁場。
4.一種用于校準(zhǔn)包括位置傳感器和聲學(xué)成像設(shè)備的探頭的方法，該方法包括將探頭插入超聲模塊的內(nèi)部空間中，所述超聲模塊包括成形為限定出內(nèi)部空間的壁， 所述壁包括多個(gè)位于不同的獨(dú)立位置上的校準(zhǔn)目標(biāo)； 在內(nèi)部空間內(nèi)移動(dòng)探頭經(jīng)過多個(gè)位置和方向； 在模塊的附近生成已知空間特性的能量場；當(dāng)探頭在內(nèi)部空間中的多個(gè)位置和方向上時(shí)接收來自位置傳感器的響應(yīng)于能量場的位置信號和來自成像設(shè)備的響應(yīng)于聲波從模塊反射的圖像信號；以及處理該位置信號和該圖像信號以便校準(zhǔn)成像設(shè)備相對于位置傳感器的坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中校準(zhǔn)目標(biāo)朝向兩個(gè)或多個(gè)不同平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中能量場包括電磁場。
全文摘要
本發(fā)明涉及準(zhǔn)確度增強(qiáng)的超聲導(dǎo)管校準(zhǔn)。用于校準(zhǔn)包括磁性位置傳感器和聲學(xué)成像設(shè)備的探頭的裝置包括剛性機(jī)械框架。一個(gè)或多個(gè)固定在框架上的場發(fā)生器，其生成已知空間特性的磁場。聲學(xué)目標(biāo)組件包括連接在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的模塊，其被布置成在相對于框架的已知軌道上移動(dòng)模塊。固定在框架上的夾具在一個(gè)或多個(gè)場發(fā)生器的磁場中以適于成像設(shè)備對模塊成像的方向保持探頭。處理器處理來自探頭的位置信號和圖像信號以便校準(zhǔn)圖像設(shè)備相對于位置傳感器的坐標(biāo)。
文檔編號A61B8/12GK102210594SQ20111015842
公開日2011年10月12日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者A·C·阿爾特曼, A·戈瓦里, D·特魯默, M·巴-塔爾 申請人:韋伯斯特生物官能公司