到超聲圖像中的形狀注入以實(shí)時(shí)校準(zhǔn)波束樣式的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及醫(yī)學(xué)器械，并且更具體地涉及用于使用聲學(xué)在圖像中利用特殊形狀來(lái)突出顯示器械的系統(tǒng)和方法。
【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)記針頂端的解決方案是在針的頂端處嵌入小的超聲傳感器。這樣的傳感器接收隨著來(lái)自超聲成像探頭的成像波束掃掠視場(chǎng)而撞擊在傳感器上的直接超聲信號(hào)。已經(jīng)提出了使用這些信號(hào)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(shí)間來(lái)估計(jì)傳感器的距離坐標(biāo)，并且依賴隨著成像波束掃掠視場(chǎng)而接收到的信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)重新獲得橫向坐標(biāo)。為了估計(jì)飛行時(shí)間，必須能夠利用掃描器的線觸發(fā)器事件，并且為了估計(jì)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，一種用于在圖像中突出顯示器械的系統(tǒng)包括:探頭，其用于向一體積發(fā)射超聲能量并從所述體積接收超聲能量；以及標(biāo)記物設(shè)備，其被配置為對(duì)接收到的超聲信號(hào)做出響應(yīng)并在一延遲之后發(fā)出超聲信號(hào)。所述超聲信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)脈沖，所述一個(gè)或多個(gè)脈沖被配置為當(dāng)被繪制時(shí)生成在圖像內(nèi)一位置處的給定大小的標(biāo)記物。醫(yī)學(xué)器械被設(shè)置在所述體積中并且包括所述標(biāo)記物設(shè)備。控制模塊被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且被配置為解讀從所述探頭和所述標(biāo)記物設(shè)備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，并且被配置為利用所述標(biāo)記物在所述圖像中突出顯示所述標(biāo)記物設(shè)備的所述三維定位。
[0004]另一種用于在圖像中注入形狀的系統(tǒng)包括:探頭，其用于向一體積發(fā)射超聲能量并從所述體積接收超聲能量；以及標(biāo)記物設(shè)備，其被配置為對(duì)接收到的超聲信號(hào)做出響應(yīng)并在一延遲之后發(fā)出超聲信號(hào)。所述超聲信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)脈沖，所述一個(gè)或多個(gè)脈沖被配置為當(dāng)被繪制時(shí)生成在圖像內(nèi)一位置處的給定大小的標(biāo)記物。醫(yī)學(xué)器械被設(shè)置在所述體積中并且包括所述標(biāo)記物設(shè)備。工作站包括處理器和存儲(chǔ)器。所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)控制模塊和圖像處理模塊，其中，所述控制模塊被配置為解讀從所述探頭和從所述標(biāo)記物設(shè)備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，并且被配置為利用所述標(biāo)記物在所述圖像中突出顯示所述標(biāo)記物設(shè)備的所述三維定位，所述圖像處理模塊被配置為將所注入的信號(hào)的位置和形狀與所述標(biāo)記物的位置和形狀的屏幕上視頻輸出進(jìn)行比較，以確定波束形成參數(shù)。
[0005]—種用于在圖像中提供成形的標(biāo)記物的方法包括:估計(jì)成像探頭的幀率；分析探測(cè)窗口內(nèi)的蹤跡以尋找最佳地匹配被安裝在器械上的標(biāo)記物設(shè)備的位置的時(shí)間最大值，以確定到達(dá)時(shí)間；通過(guò)從所述標(biāo)記物設(shè)備向所述成像探頭發(fā)出延遲信號(hào)來(lái)將聲反饋信號(hào)注入到所述成像探頭中，所述延遲信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)定時(shí)脈沖，以模擬從所述標(biāo)記物設(shè)備返回的回波中的標(biāo)記物形狀；并且在圖像中顯示所述標(biāo)記物形狀，以識(shí)別所述器械的位置。
[0006]根據(jù)要與附圖結(jié)合閱讀的本公開內(nèi)容的說(shuō)明性實(shí)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(diǎn)將變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0007]本公開內(nèi)容將參考以下附圖來(lái)詳細(xì)呈現(xiàn)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，其中:
[0008]圖1為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于在超聲圖像中提供成形的、聲學(xué)繪制的標(biāo)記物的系統(tǒng)的方框/流程圖；
[0009]圖2為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于提供成形的、聲學(xué)繪制的標(biāo)記物的系統(tǒng)的概念圖；
[0010]圖3為示出根據(jù)其他實(shí)施例所示出的具有成形的、聲學(xué)繪制的標(biāo)記物的圖像的圖；
[0011]圖4為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于估計(jì)幀率的超聲脈沖的幅度對(duì)時(shí)間的標(biāo)繪圖；
[0012]圖5為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于確定探測(cè)時(shí)間的超聲脈沖的幅度對(duì)時(shí)間的標(biāo)繪圖；
[0013]圖6為示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的發(fā)生在器械/工具的標(biāo)記物設(shè)備與探頭之間的事件的事件時(shí)間線；并且
[0014]圖7為示出根據(jù)一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例的用于在超聲圖像中提供成形的聲學(xué)繪制的標(biāo)記物的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)本發(fā)明的原理，系統(tǒng)和方法準(zhǔn)許使用特殊形狀和/或效果來(lái)突出顯示傳感器的位置。將一個(gè)或多個(gè)傳感器采用在醫(yī)學(xué)設(shè)備(例如，介入設(shè)備)上，以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間時(shí)將聲學(xué)信號(hào)“注入”到超聲(US)圖像里。該注入的聲學(xué)信號(hào)將被掃描器感知作為對(duì)其自身聲場(chǎng)的響應(yīng)。信號(hào)被掃描器的波束形成管線處理，并最終被可視化在US圖像上。應(yīng)當(dāng)注意，盡管我們可能并不知道聲波被掃描器發(fā)射時(shí)的時(shí)間，然而聲波將在傳感器上創(chuàng)建信號(hào)，所述信號(hào)用于突出顯示傳感器。當(dāng)設(shè)備被插入到US區(qū)域里時(shí)，運(yùn)行一次性校準(zhǔn)步驟以估計(jì)正被使用的成像模式的幀率(T)。第二，相對(duì)于任意原點(diǎn)，尋找由傳感器接收到的信號(hào)的時(shí)間最大值(t。)。第三，將傳感器切換到發(fā)射模式，并且在時(shí)間t1= tfnT+SJ#從傳感器發(fā)出脈動(dòng)，η為整數(shù)并且Si提供用于生成一個(gè)或多個(gè)期望形狀的脈沖(時(shí)間)。該脈動(dòng)朝成像探頭傳播，并且后續(xù)信號(hào)被掃描機(jī)器進(jìn)行波束形成。最終視覺顯示示出來(lái)自傳感器定位并且具有一個(gè)或多個(gè)期望形狀的回波。
[0016]壓電傳感器用于將特殊時(shí)間聲學(xué)信號(hào)注入到組織里。由于US掃描器將把該信號(hào)感知為其自身“反射的”聲波的部分，因此us掃描器將把該信號(hào)放置在US圖像里。應(yīng)當(dāng)注意，歸因于掃描器的原始聲波的發(fā)射損失和吸收損失，所注入的信號(hào)將具有超過(guò)從組織反射的信號(hào)例如大于30dB的信號(hào)優(yōu)勢(shì)。更顯著地，在信號(hào)注入期間提供特殊時(shí)間樣式。這些樣式將引起在US圖像中的經(jīng)規(guī)劃的特殊形狀。被注入的形狀能夠包括在圖像中的如自動(dòng)注入系統(tǒng)所期望的任何形狀、大小和位置的同心圓、橢圓、箭頭、線條、曲線、十字叉、三維目標(biāo)等。應(yīng)當(dāng)注意，該形狀能夠被“永久性地”注入到圖像中，使得用戶能夠一直看到它，或者僅被瞬時(shí)地注入到一個(gè)單個(gè)us幀中，使其實(shí)際上對(duì)用戶不可見。這些形狀或標(biāo)記物被提供為標(biāo)記工具位置，或者可以用于被偏移以實(shí)時(shí)地指示或跟蹤其他有用的位置。本實(shí)施例描述了 2D圖像(例如，右側(cè)波束和側(cè)左波束，以及2D形狀)；然而2D陣列、圖像和形狀可以被擴(kuò)展并且包括3D陣列、圖像和形狀。
[0017]額外地，由于大多數(shù)US掃描器還提供視頻輸出，因此能夠?qū)⒁曨l輸出信號(hào)與所注入的信號(hào)一起進(jìn)行分析，以定量地估計(jì)內(nèi)部波束形成與掃描轉(zhuǎn)換參數(shù)。由于所注入的信號(hào)的大致位置和形狀是已知的，因此，先驗(yàn)的自動(dòng)算法能夠從US圖像挑選形狀的精確位置和大小(內(nèi)部參數(shù)的函數(shù))。然后能夠?qū)⒃撐恢煤托螤钆c所估計(jì)的注入的形狀進(jìn)行比較。優(yōu)化例程然后能夠估計(jì)內(nèi)部波束形成與掃描轉(zhuǎn)換參數(shù)?；诋?dāng)前參數(shù)，現(xiàn)在能夠注入新的形狀。能夠通過(guò)注入并探測(cè)為變化的大小/位置的經(jīng)更新的形狀來(lái)以閉環(huán)方式按次序地執(zhí)行該處理。例如，形狀能夠隨著參數(shù)變得已知而以橢圓開始并以兩個(gè)同心圓結(jié)束。能夠被自動(dòng)估計(jì)的參數(shù)包括波束角度、絕對(duì)波束射出(fire)時(shí)間、左側(cè)波束數(shù)目、右側(cè)波束數(shù)目、深度等。能夠?qū)⒃撏暾淖孕?zhǔn)處理向用戶示出或保持“不可見”。
[0018]本發(fā)明的原理準(zhǔn)許較少依賴對(duì)特定掃描器數(shù)據(jù)的可用性來(lái)精確定位器械的位置。例如，不再需要來(lái)自掃描器的幀、線觸發(fā)器和波束形成參數(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次接口連接)，因此允許它們可與來(lái)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(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)能夠?qū)?lái)自成像掃描器的關(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(hào)路徑的模擬聲學(xué)信號(hào)注入等。
[0019]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明將關(guān)于針來(lái)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(guò)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(shí)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(lái)實(shí)施，并且提供可以被組合在單個(gè)元件或多個(gè)元件中的功能。本發(fā)明的實(shí)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(shí)間，這包括針流程(活檢