超聲成像儀器可視化的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及超聲成像，并且更具體地涉及超聲成像儀器可視化。
【背景技術】
[0002]超聲成像裝置已經包括將超聲波束傳輸到檢查視場中的換能器陣列。當波束橫穿視場中的(例如目標或對象的子部分的)結構時，波束的子部分被結構衰減、散射和/或反射，其中，反射(回波)中的一些朝向換能器陣列橫穿回來。換能器陣列接收并處理回波，并且生成對象或目標的子部分的一幅或多幅圖像。所述一幅或多幅圖像被視覺顯示。
[0003]超聲成像還已經被用于將被設置或正在被設置在目標或對象中的儀器可視化。例如，超聲成像已經被用于產生被定位在對象中的針的圖像，并且被用于驗證用于醫學流程的對針尖的定位。遺憾的是，例如由于超聲圖像的低信噪比和散斑，圖像中針的圖像質量傾向于是低的。改進對針的可視化的方法已經包括利用儀器上的跟蹤設備的波束轉向和針桿跟蹤。
[0004]波束轉向已經包括使波束轉向使得波束的方向與被可視化的儀器(例如針的桿)垂直，這提高了儀器的圖像質量。然而，由于儀器的插入的位置和角度是未知的，因此在找到適合的角度的嘗試中，超聲波束被轉過大范圍的角度以覆蓋多個可能的場景。遺憾的是，使波束轉向以覆蓋大范圍的角度可能將偽影引入到圖像中，例如在強組織界面上的假增強。
[0005]在針桿跟蹤的情況下，(一個或多個)電磁設備被附著到儀器的手柄或針尖，并且對設備進行校準，使得由(一個或多個)設備接收到的信號指示設備的位置/角度，并且所述信號可以被用于預測針的位置和取向。在被附著到手柄的設備的情況下，針桿的任何彎曲引入所預測的位置與針尖的實際位置之間的誤差。將設備附著到針尖減輕該誤差。遺憾的是，其還要求定制的針，這增加了成本并且限制了能夠使用哪些針。
【發明內容】
[0006]本申請的各方面解決以上問題和其他問題。
[0007]在一方面中，一種方法包括響應于確定針穿透目標的表面，經由微處理器將以第一模式運行的超聲成像系統轉變到第二不同模式，在所述第一模式中，基于來自至少在儀器上的跟蹤設備的第一信號來確定所述儀器的伸長的針在所述目標的所述表面處相對于所述超聲成像設備的第一位置和第一取向，在所述第二不同模式中，基于表示所述目標的超聲圖像來確定所述針在所述目標內的第二位置和第二取向，其中，被利用來采集所述超聲圖像的波束轉向角是基于所述針的所述第一位置和所述第一取向而被確定的，并且顯示所述超聲圖像。
[0008]在另一方面中，一種系統包括具有支撐針的手柄的設備，所述手柄包括至少一個位置信息發射器。所述系統還包括儀器位置確定器，所述儀器位置確定器基于所述至少一個位置發射器的輸出來識別所述針的桿相對于目標的空間位置，并且生成指示所述空間位置的信號。所述系統還包括具有換能器陣列和控制器的超聲成像系統，所述控制器使用基于所述針的取向和位置信息的波束轉向角來激活利用所述換能器陣列的對所述目標的圖像的采集，這導致對橫穿與桿近似垂直的方向的超聲波束的激活。
[0009]在另一方面中，一種計算機可讀存儲介質被編碼有計算機可讀指令。所述計算機可讀指令在由處理器運行時使得所述處理器:基于針在目標中的穿透深度來自動地打開超聲成像系統的波束轉向模式，其中，所述穿透深度是根據來自承載所述針的儀器的跟蹤元件的信號而獲得的。
[0010]在閱讀并理解說明書之后，本領域技術人員還將意識到本申請的其他方面。
【附圖說明】
[0011]通過范例圖示了本申請，并且本申請不限于附圖的圖示，在附圖中，相同的附圖標記指示類似的元件，并且其中:
[0012]圖1示意性地圖示了與儀器相結合的成像裝置；
[0013]圖2圖示了用于引導被插入到對象或目標中的針的范例方法；
[0014]圖3A圖示了為零的波束轉向角；
[0015]圖3B圖示了+20度(或者-20度)的波束轉向角；
[0016]圖3C圖示了-20度(或者+20度)的波束轉向角；
[0017]圖4圖示了具有疊加在對象或目標的圖像上的儀器的針的所預測的路徑的圖像，所述路徑是基于儀器的(一個或多個)發射器而被預測的；
[0018]圖5圖示了基于圖4相對于對象或目標的對針的放置；
[0019]圖6圖示了被疊加在對象或目標的圖像上的針的圖像，其中，使用波束轉向角來增強針的可見度，所述針的圖像是利用針對對象或目標的波束轉向角來采集的;并且
[0020]圖7圖示了基于圖6的圖像將針引導到感興趣區域的范例。
【具體實施方式】
[0021 ]以下涉及將被設置或正在被設置在目標或對象中的儀器可視化。在一個實例中，這包括基于來自被附著到儀器的跟蹤設備的位置信息來確定插入位置和角度，并且根據其插入儀器。超聲成像被用于使用基于插入位置和角度而被自動確定的波束轉向角來跟蹤目標或對象中的儀器。
[0022]圖1示意性地圖示了與儀器102相結合的、包括諸如超聲(US)成像裝置100的成像裝置的系統101。
[0023]在圖示的實施例中，儀器102包括手柄或支撐體104、以及具有桿103的伸長的針106(例如活檢針、手術針等)，所述針能被可移除地附接到支撐體104。在圖示的實施例中，至少針106的端部105被定位在具有表面111的對象或目標110的子目標108(例如血管、組織塊等)中。在其他實施例中，儀器102可以包括另一設備(例如導絲、內腔等)。
[0024]支撐體104包括N個發射器1121、……、I12n(在本文中共同被稱為發射器112)，其中，N是等于或大于一(I)的正整數。如圖1所示，發射器112能夠被附著到支撐體104、被集成為支撐體104的部分、和/或被附著和/或被集成在針106中。在圖示的范例中，發射器112沿著針106的長軸114而被定位，并且發射指示其在三維(3D)空間中的位置的信號。能夠處理所述信號以確定發射器112的空間位置和取向。
[0025]接著，發射器112的所確定的空間位置和取向能夠被用于預測針106的空間位置和取向。在變型中，發射器112不沿著長軸114而被定位。然而，發射器112對長軸114的相對位置是已知的，并且允許預測針106的位置和取向。發射器112能夠包括(例如具有5、6等自由度的)電磁設備、線圈、光學設備和/或其他發射器。在備選實施例中，傳輸器;無源傳感器；發射器、傳輸器和/或無源傳感器的組合;和/或其他跟蹤設備能夠被附著到儀器102(例如在支撐體104和/或針106處)，并且被用于確定(一個或多個)具體跟蹤設備的空間位置和取向。
[0026]儀器位置確定器116檢測來自發射器112的信號并且基于其來確定發射器在3D空間中的位置和取向。例如，當發射器112包括磁體時，儀器位置確定器116能夠包括測量磁體的磁場強度的(一個或多個)傳感器。在(一個或多個)傳感器處看到的磁場強度取決于磁體對(一個或多個)傳感器的距離和方向，并且因此能夠使用強度和方向來確定發射器(以及由此的針106)的位置和取向。本文中還預期其他方法。
[0027]在2010年2月10 日提交的題為 “Ultrasound System Incorporating Posit1nSensors and Associated Method”的美國專利申請序列號12/703706和2010年5月6日提交的題為“Freehand Ultrasound Imaging Systems and Methods for Guiding ElongateInstruments”的美國專利申請序列號12/775403中還描述了適合的位置確定器系統的范例，在此通過引用將它們整體并入本文。本文中還預期其他方法。如至少在這些引用文件中所公開的，發射器、傳感器和/或傳輸器額外地能夠被附著到以下更詳細地描述的超聲成像系統。
[0028]在變型中，儀器由機械引導支撐，所述機械引導能夠具有三角形或其他形狀的配置。針被固定在三角形具有軌道的一邊上。傳感器/發射器被附接到針以確定針沿著軌道的移動(也需要確定器)。能夠通過將三角形的另一邊附著在皮膚表面上來確定相對于皮膚表面的角度。接著，能夠(固定的或通過角度確定器)確定這兩條邊之間的角度。可選的角度確定器117將確定所述角度。能夠固定并預測量或確定針106與對象或目標110之間的距離。本文中還預期其他引導和方法。
[0029]超聲成像系統100包括具有換能器元件120的一維或二維陣列的換能器陣列118。換能器元件120將電信號轉換為超聲壓力場并相應地進行反向轉換，以將超聲信號傳輸到視場中并從視場接收回波信號，所述回波信號是響應于與視場中的結構的相互作用而生成的。換能器陣列118能夠是正方形、矩形和其他形狀的、線性和/或曲線的、完全填充或稀疏的等等。
[0030]傳輸電路122生成脈沖(或脈沖信號)的集合，所述脈沖的集合經由硬線(例如通過電纜)和/或無線地被傳達到換能器陣列118。脈沖的集合激勵換能器元件120的集合(即子集合或全部)傳輸超聲信號。這包括激勵換能器