血管内超声位置识别的制作方法

血管内超声位置识别


背景技术：

[0001]
使用将波束发送到介入医学设备上或中的无源超声传感器(例如，pzt、pvdf、共聚物或其他压电材料)的外部超声探头来跟踪诸如导管的介入医学设备。当外部超声探头的波束扫掠诊断超声b模式成像场的视场时无源超声传感器无源地监听入射在其上的超声波。对得到的信号的分析产生超声图像的参考系中的介入医学设备上的无源超声传感器的位置。该位置然后可以叠加在超声图像上以用于介入医学设备的增强可视化，并且位置和其历史可以被记录用于跟踪、分割和其他应用。上文所描述的跟踪(被称为基于“insitu”的跟踪)被用于跟踪导管或其他介入设备的位置和移动。
[0002]
分离地，血管内超声(ivus)探头可以移动(例如，推动和/或拉动)通过导管以记录来自血管内的小视场中的超声影像。当前，血管内超声探头的拉回被假定为在直线中，以恒定速度被拉动。由于小的视场，血管内超声影像能够难以解释。
[0003]
图1图示了用于使用无源超声传感器来跟踪介入医学设备的已知系统。在图1中，超声探头102发射成像波束103，成像波束103扫过介入医学设备105的工具尖端上的无源超声传感器104。此处，超声探头102表示外部超声探头，并且与在导管内移动的血管内超声探头相比较介入医学设备105可以是导管。组织107的图像由超声探头102反馈。在通过信号处理算法进行确定后，在介入医学设备105的工具尖端上的无源超声传感器104的位置被提供为尖端位置108。尖端位置108被叠加在组织107的图像上作为叠加图像109。组织107的图像、尖端位置108和叠加图像109全部被显示在显示器100上。


技术实现要素：

[0004]
根据本公开的方面，一种用于识别血管内超声探头的定位的控制器包括：存储器，其存储指令；以及处理器，其执行所述指令。当由所述处理器执行时，所述指令使所述控制器执行包括接收来自所述血管内超声探头的至少一个元件的第一信号和接收来自外部超声探头的第二信号的过程。所述处理器基于所述第一信号和所述第二信号来确定包括所述血管内超声探头和所述外部超声探头的跟踪空间中的血管内超声探头的位置。
[0005]
根据本公开的另一方面，一种用于识别血管内超声探头的定位的方法，包括：通过包括存储指令的存储器和执行所述指令的处理器的控制器来接收来自所述血管内超声探头的至少一个元件的第一信号和来自外部超声探头的第二信号。所述控制器基于所述第一信号和所述第二信号来确定包括所述血管内超声探头和所述外部超声探头的跟踪空间中的血管内超声探头的位置。
[0006]
根据本公开的又一方面，一种用于识别血管内超声探头的定位的系统，包括：所述血管内超声探头；外部超声探头；以及控制器，其具有：存储器，其存储指令；以及处理器，其执行所述指令。当由所述处理器执行时，所述指令使所述控制器执行包括接收来自所述血管内超声探头的至少一个元件的第一信号和接收来自外部超声探头的第二信号的过程。所述控制器确定包括所述血管内超声探头和所述外部超声探头的跟踪空间中的血管内超声探头的位置。
附图说明
[0007]
当结合附图阅读时，将从以下详细描述最好地理解示例实施例。要强调，各种特征不一定按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意增加或减小尺寸。在任何适用和实际之处，相似附图标记指代相似元件。
[0008]
图1图示了根据代表性实施例的用于使用无源超声传感器进行血管内超声位置识别的已知系统。
[0009]
图2图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的方法。
[0010]
图3图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的系统。
[0011]
图4a图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0012]
图4b图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0013]
图4c图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0014]
图5图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0015]
图6图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0016]
图7图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0017]
图8是根据代表性实施例的在其上可以实施血管内超声位置识别的方法的通用计算机系统的说明性实施例。
[0018]
图9图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的系统和过程的概念概述。
[0019]
图10a图示了根据代表性实施例的具有使用在血管内超声位置识别中的单元件血管内超声探头的导管。
[0020]
图10b图示了根据代表性实施例的使用在血管内超声位置识别中的多元件血管内超声探头。
[0021]
图11图示了用于在血管内超声位置识别中将血管内超声影像配准到外部超声影像的示意性概述。
[0022]
图12图示了根据代表性实施例的用于在血管内超声位置识别中将血管内超声影像配准到外部超声影像的示意图。
[0023]
图13图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的相控阵列血管内超声和二维外部超声的系统。
[0024]
图14图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的相控阵列血管内超声和三维外部超声的系统。
[0025]
图15图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的单元件旋转血管内超声和二维或三维外部超声的系统。
[0026]
图16图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的单元件旋转血管内超声和二维或三维外部超声的系统。
具体实施方式
[0027]
在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施例，以便提供对根据本教导的实施例的透彻理解。可以省略对已知系统、设备、材料、操作方法和制造方法的描述，从而避免模糊对代表性实施例的描述。尽管如此，在本领域普通技术人员的知识范围内的系统、设备、材料和方法在本教导的范围内，并且可以根据代表性实施例使用。应理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在为限制。所定义的术语是如在本就教导的技术领域中通常理解和接受的所定义的术语的技术和科学含义的补充。
[0028]
将理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件或部件与另一元件或部件。因此，在不脱离创造性构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。
[0029]
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在是限制性的。如说明书和权利要求中所使用的，单数形式的术语“一”、“一个”和“所述”旨在包括单数和复数形式两者，除非上下文另行明确规定。此外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语指定陈述的特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其他特征、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
[0030]
除非另行指出，否则当元件或部件被称为“连接到”、“耦合到”或“邻近于”另一元件或部件时，将理解所述元件或部件可以直接连接或耦合到其他元件或部件，或者可以存在中介元件或部件。也就是说，这些和类似术语涵盖可以采用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当元件或部件被称为“直接连接”到另一元件或部件时，这仅涵盖两个元件或部件彼此连接而没有任何中间或中介元件或部件的情况。
[0031]
鉴于前述内容，因此本公开通过其各个方面、实施例和/或特定特征或子部件中的一个或多个旨在呈出如下面具体指出的优点中的一个或多个。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的范例实施例，以便提供对根据本教导的实施例的透彻理解。然而，与本公开一致的脱离本文公开的具体细节的其他实施例保持在权利要求的范围内。此外，可以省略对公知装置和方法的描述，以免模糊对范例实施例的描述。这样的方法和装置在本公开的范围内。
[0032]
图2图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的方法。
[0033]
在图2中，过程在s210处通过接收来自血管内超声探头的一个或多个元件的一个或多个第一信号而开始。一个或多个第一信号基于在血管内发射超声波的血管内超声探头，诸如以对血管的壁进行成像。超声波扫掠诊断超声b模式成像场的视场，并且反射或反向散射被用于产生超声影像，诸如血管的壁的影像。第一信号基于根据反射或反向散射产生的超声影像。第一信号可以从血管内超声探头上的成像元件或元件阵列传送到控制器。控制器在下面被解释，但是总之包括至少硬件模块，并且可以能拆卸地与包括血管内超声探头的系统进行接合。包括血管内超声探头的系统可以包括被称为患者接口模块的事物，其是用于输出来自血管内超声探头的信息的物理输出(例如，端口)。
[0034]
在s220处，一个或多个第二信号从外部超声探头(即，如与血管内超声探头区分)
的一个或多个元件接收。一个或多个第二信号基于在血管外部并且可能地在包含血管的人的身体外部发射超声波的外部超声探头。超声波扫掠诊断超声b模式成像场的视场，并且反射或反向散射被用于产生超声影像，诸如人的影像组织、骨骼、血管和其他部分。第二信号基于根据反射或反向散射产生的超声影像。在本文所描述的实施例中，血管内的血管内超声探头可以在外部超声探头的视场内，使得血管内超声探头可以从由外部超声探头发射的成像场的反射可见。外部超声探头可以是类似于血管内超声探头操作的手持超声探头，除了外部超声探头通常在身体外部并且通常被用于对比血管内超声探头更大的区域或三维超声体积进行成像。然而，外部超声探头也可以放置在身体内的腔中，例如在经胸廓、经食道或支气管内超声成像的情况下。然而，外部探头通常在血管外部发射超声波。第二信号基于根据反射产生的超声影像。第二信号可以从外部超声探头上的成像元件或元件阵列传送到接收第一信号的相同控制器。如先前所述，下面将解释控制器。
[0035]
在s230处，从来自血管内超声探头的第一信号将来自外部超声探头的第二信号滤除。第二滤波器可以通过模拟滤波器从第一信号滤除，诸如当外部超声探头和血管内超声探头在频谱的不同带宽中操作。在s230处的滤除可以通过控制器与血管内超声探头和外部超声探头中间(之间)的滤波器执行。备选地，在s230处的滤除可以由控制器中的模拟滤波器电路执行。
[0036]
在s240处，分析第一信号。例如，第一信号可以被分析以获得血管的内部的超声成像。当第一信号重复接收时，诸如当血管内超声探头重复发射基本上是二维圆周的事物中的血管内的成像场时，二维圆周的多个顺序捕获可以对齐以便创建三维超声体积。
[0037]
在s250处，跟踪空间中的血管内超声探头的位置基于第一信号和第二信号来确定。跟踪空间可以是具有预定/预设原点并且包括外部超声探头和血管内超声探头两者的总体三维空间。血管内超声探头的位置可以根据第二信号确定，诸如当血管内超声探头被捕获在来自外部超声探头的超声图像中时。然而，如本文所描述的血管内超声位置识别主要基于下文解释的第一信号。
[0038]
图3图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的系统。
[0039]
在图3中，超声系统350包括具有处理器361和存储器362的中心站340、触摸面板363、监测器359、通过数据连接358(例如，有线或无线数据连接)连接到中心站340的外部超声成像探头356、和通过数据连接354(例如，有线或无线数据连接)连接到中心站340的血管内超声成像探头352。配准系统390包括：存储器392，其存储指令；以及处理器391，其执行指令。配准系统390被提供以将来自血管内超声成像探头352的超声影像配准到来自外部超声成像探头356的超声影像。
[0040]
如本文所描述的“控制器”可以至少由中心站340中的处理器361和存储器362或由配准系统390中的处理器391和存储器392实现。如先前所述，控制器还可以包括至少硬件模块，并且可以能拆卸地与包括血管内超声成像探头352的系统进行接合。包括血管内超声成像探头352的系统可以包括被称为患者接口模块的事物，其是用于经由硬件模块将来自血管内超声成像探头352的信息输出到例如控制器的物理输出(例如，端口)。
[0041]
血管内超声成像探头352可以提供在通过导管插入的接线或类似仪器的末尾处。血管内超声成像探头352产生起因于本文所描述的第一信号的超声影像，并且外部超声成像探头356产生起因于本文所描述的第二信号的超声影像。
[0042]
更特别地，在图3的实施例中，血管内超声成像探头352上/中的每个个体pzt元件传送如本文所描述的第一信号。飞行时间测量结果提供血管内超声成像探头352的每个pzt元件(无源超声元件)距外部超声成像探头356的轴向/径向距离。波束激发序列的幅度测量结果和知识可以提供每个pzt元件的横向位置。由于相位可以对应于飞行时间，因此就相位可以提供更高的测量准确度来说，可以使用相位而不是飞行时间。
[0043]
当提供多个pzt元件时，测量结果可以平均以提供血管内超声成像探头352的总体位置。然而，由于pzt元件的相对位置布置是已知的，血管内超声成像探头352的总体相对姿态也可以根据第一信号的相对测量结果来确定。例如，面对顶部或最接近于面对顶部的pzt元件应当提供最强的信号，因为其应当最接近于外部超声成像探头356。
[0044]
如上文所描述的，当多个pzt元件被提供在血管内超声成像探头352中，诸如在阵列中，可以确定血管内超声成像探头352的平均(总体)位置。此外，血管内超声成像探头352的姿态也可以基于第一信号和第二信号(并且特别地基于多个pzt元件的相对位置)来确定。
[0045]
通过解释，血管内超声成像探头352在医学流程期间内部放置到患者中。可以在由外部超声成像探头356生成的影像上看到血管内超声成像探头352的位置。如本文所描述的，来自外部超声成像探头356的第二信号也可以被用于检测血管内超声成像探头352的位置。即，第二信号可以包括或反映由外部超声成像探头356激发的波束的波束激发序列，并且可以为来自血管内超声成像探头352的第一信号提供背景。
[0046]
图4a图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0047]
在图4a的实施例中，控制器410被提供在中心站460上或中。控制器410接收来自血管内超声成像探头系统452的第一信号，以及来自外部超声成像探头系统456的第二信号。血管内超声成像探头系统452可以是包括血管内超声成像探头352以及其他元件(诸如接口)的总体系统。外部超声成像探头系统456可以是包括外部超声成像探头356以及其他元件(诸如接口)的总体系统。
[0048]
图4b图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0049]
在图4b的实施例中，控制器410被提供在血管内超声成像探头系统452上或中而不是在中心站460上或中。控制器410获得来自血管内超声成像探头系统452的其他部件的第一信号，并且经由中心站460接收来自外部超声成像探头系统456的第二信号。
[0050]
图4c图示了根据代表性实施例的控制器与用于血管内超声位置识别的系统之间的关系。
[0051]
在图4c的实施例中，控制器410被提供在外部超声成像探头系统456上或中，而不是在中心站460或血管内超声成像探头系统452上或中。控制器410获得来自外部超声成像探头系统456的其他部件的第一信号，并且经由中心站460接收来自血管内超声成像探头系统452的第一信号。
[0052]
图5图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0053]
在图5中，过程在s541处开始于计算从血管内超声成像探头352接收到的每个第一信号的幅度、相位和/或延迟。由于每个元件在不同的位置上，幅度、相位和延迟针对每个元
件变化，并且因此血管内超声成像探头352中/上的元件的位置基于元件中的每个的差分特性来确定。每个第一信号包括表示血管内超声成像探头352的绝对和相对位置两者的信息。在s542处，血管内超声探头的多个元件的相对位置基于每个第一信号的幅度、相位和/或延迟来确定。
[0054]
在s543处，血管内超声成像探头352的总体(单一)位置基于血管内超声成像探头352的多个元件的位置来计算。即，基于血管内超声成像探头352的多个元件的位置的第一信号可以被用于计算一个且仅一个位置作为血管内超声成像探头352的总体位置。例如，飞行时间测量结果的平均值可以被用于整体上提供血管内超声成像探头352的轴向/径向距离。幅度测量结果的平均可以被用于整体上提供血管内超声成像探头352的横向位置。如前所述，就相位可以提供更高的测量精度来说，可以使用相位代替飞行时间。
[0055]
在s544处，血管内超声成像探头352的姿态基于相对位置来确定。即，单独信号可以比较地被用于确定哪个元件在血管内超声成像探头352中/上的元件的布置中的预定位置中的每个。例如，并且如前所述，最强的信号应当来自外部超声成像探头356顶部(最接近、和面对)的元件。接收到的信号中的减小的强度应当对应于距外部超声成像探头356的相对更大的距离和角度。
[0056]
在s545处，基于来自s543的计算的总体位置和来自s544的所确定的姿态将来自血管内超声成像探头352的超声影像配准到来自外部超声成像探头356的超声影像。即，由血管内超声成像探头352捕获的血管内影像可以通过将血管内超声影像的特征与外部超声影像的特征精确地对齐来配准。作为提醒，由外部超声成像探头356捕获的外部超声影像可以包括血管内超声成像探头352。
[0057]
图6图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0058]
在图6中，涉及血管内超声成像探头352的过程初始地与涉及外部超声成像探头356的过程分离。过程可以同时执行。换句话说，可以基于由血管内超声成像探头352和外部超声成像探头356对帧的同时或近同时(例如，叠加)捕获来交替处理第一信号和第二信号。
[0059]
即，在s601处，帧由血管内超声成像探头352捕获。在s609处，第一信号然后被转发到控制器310，并且过程返回到s601作为回路以导致捕获下一帧，而且前进到s610，其中，第一信号由控制器310接收。
[0060]
与从s601至s610的过程同时，在s611处帧由外部超声成像探头356捕获。在s619处第二信号然后被转发到控制器310，并且过程返回s611作为回路以导致捕获下一帧，而且前进到s620，其中，第二信号由控制器310接收。从s601至s610和从s610至s620的过程不必确切同时执行。相反，这些过程的相对定时仅仅反映第一信号和第二信号的帧捕获和转发不必交替。
[0061]
在s630处，模拟滤波被提供以例如隔离第一信号。在s630处的滤除可以是非破坏性的，其中，第二信号可以仍然被提供用于处理，诸如以识别波束激发序列的定时和/或处理来自外部超声成像探头356的超声影像。
[0062]
在s640处，分析第一信号。在s640处的分析可以被执行以识别血管内超声成像探头352的总体位置、血管内超声成像探头352中/上的每个元件的个体位置、和/或血管内超声成像探头352的姿态(基于每个元件的个体相对位置)。
[0063]
图7图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的另一方法。
[0064]
在图7中，涉及血管内超声成像探头352的过程初始地与涉及外部超声成像探头356的过程交替。过程可以通过公共时钟和/或通过来自控制器310的活动指令和控制同步。
[0065]
即，在s701处，帧由血管内超声成像探头352捕获。在s709处，第一信号然后被转发到控制器310。在s711处，帧由外部超声成像探头356捕获。在s712处，血管内超声成像探头352可以通过外部超声成像探头356活动地被通知帧捕获，诸如向血管内超声成像探头352通知其返回以捕获下一帧。在s719处，第二信号被转发到控制器310。换句话说，第一信号和第二信号基于由血管内超声成像探头352和外部超声成像探头356对帧的交替捕获被交替处理。
[0066]
图7的实施例中的后续处理可以与在图6中相同，并且可以涉及模拟滤波以隔离第一信号，以及第一信号的分析。第一信号的分析将识别来自血管内超声成像探头352的每个元件的幅度、相位和/或延迟，以识别每个元件的位置和来自每个元件的相对位置的血管内超声成像探头352的姿态。
[0067]
图8图示了根据代表性实施例的在其上可以实现血管内超声位置识别的方法的通用计算机系统。
[0068]
计算机系统800可以包括可以被执行以使计算机系统800执行本文所公开的基于方法或计算机的功能中的任何一个或多个的一组指令。计算机系统800可以操作为独立设备或可以例如使用网络801连接到其它计算机系统或外围设备。图8中的计算机系统800的任何或全部元件和特性可以表示以下各项的元件和特性：中心站340、配准系统390、外部超声成像探头356、血管内超声成像探头352、或可以包括控制器并且执行本文所描述的过程的其他类似设备和系统。
[0069]
在联网部署中，计算机系统800可以在服务器-客户端用户网络环境中以客户端的能力操作。计算机系统800还可以完全或部分被实施为各种设备或并入到各种设备中，诸如控制站、成像探头、无源超声传感器、固定计算机、移动计算机、个人计算机(pc)、或能够执行指定要由该机器采取的动作的一组指令(顺序的或以其他方式)的任何其他机器。计算机系统800可以并入为继而在包括额外设备的集成系统中的设备，或在其中。在实施例中，计算机系统800可以使用提供视频或数据通信的电子设备实施。此外，尽管图示了计算机系统800，但是术语“系统”还应当被采取为包括个体或联合执行一组或多组指令以执行一个或多个计算机功能的系统或子系统的任何集合。
[0070]
如图8图示的，计算机系统800包括处理器810。用于计算机系统800的处理器810是有形的和非瞬态的。如本文所使用的，术语“非瞬态”不应被解释为状态的永恒特性，而是被解释为将在时段内持续的状态的特性。术语“非瞬态”明确地否定了稍纵即逝的特性，例如载波或信号的特性或在任何时间仅在任何地方瞬态存在的其他形式。本文描述的任何处理器是制品和/或机器部件。用于计算机系统800的处理器被配置为执行软件指令以执行如本文的各种实施例中描述的功能。用于计算机系统800的处理器可以是通用处理器，或者可以是专用集成电路(asic)的部分。用于计算机系统800的处理器还可以是微处理器、微计算机、处理器芯片、控制器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、状态机或可编程逻辑器件。用于计算机系统800的处理器也可以是逻辑电路，包括诸如现场可编程门阵列(fpga)的可编程门阵列(pga)，或包括离散门和/或晶体管逻辑的另一类型的电路。用于计算机系统800的处理器可以是中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)或两者。此外，本文描述的任何处理器
可包括多个处理器、并行处理器或两者。多个处理器可以包括在单个设备或多个设备中，或者耦合到单个设备或多个设备。
[0071]
此外，计算机系统800包括主存储器820和静态存储器830，其可以经由总线808彼此通信。本文描述的存储器是可以存储数据和可执行指令的有形存储介质，并且在指令存储在其中的时间期间是非瞬态的。如本文所使用的，术语“非瞬态”不应被解释为状态的永恒特性，而是被解释为将在时段内持续的状态的特性。术语“非瞬态”明确地否定了稍纵即逝的特性，例如载波或信号的特性或在任何时间仅在任何地方瞬态存在的其他形式。本文描述的存储器是制品和/或机器部件。本文描述的存储器是计算机可读介质，可以由计算机从其读取数据和可执行指令。本文描述的存储器可以是随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存、电可编程只读存储器(eprom)、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、寄存器、硬盘、可移除磁盘、磁带、光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用磁盘(dvd)、软盘、蓝光光盘或本领域已知的任何其他形式的存储介质。存储器可以是易失性的或非易失性的、安全的和/或加密的、不安全的和/或未加密的。
[0072]
如图所示，计算机系统800还可以包括视频显示单元850，例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)、平板显示器、固态显示器或阴极射线管(crt)。此外，计算机系统800可以包括输入设备860，诸如键盘/虚拟键盘或触敏输入屏幕或具有语音识别的语音输入，以及光标控制设备870，诸如鼠标或触敏输入屏幕或垫。计算机系统800还可以包括磁盘驱动器单元880、信号生成设备890、例如扬声器或遥控器，以及网络接口设备840。
[0073]
在实施例中，如图8中所描绘的，磁盘驱动单元880可以包括计算机可读介质882，其中，可以嵌入一组或多组指令884，例如，软件。可以从计算机可读介质882读取多组指令884。此外，指令884在由处理器执行时可以用于执行如本文所描述的方法和过程中的一个或多个。在实施例中，指令884可以在由计算机系统800执行期间完全或至少部分驻留在主存储器820、静态存储器830和/或处理器810内。
[0074]
在备选实施例中，可以构造专用硬件实施方式，诸如专用集成电路(asic)、可编程逻辑阵列和其他硬件部件，以实施本文描述的方法中的一个或多个。本文描述的一个或多个实施例可以使用两个或更多个特定互连硬件模块或设备利用可以在模块之间和通过模块通信的相关控制和数据信号来实施功能。因此，本公开涵盖软件、固件和硬件实施方式。本申请中的任何内容不应被解释为仅仅利用软件而不利用诸如有形非瞬态处理器和/或存储器的硬件实施或可实施。
[0075]
根据本公开的各种实施例，可以使用执行软件程序的硬件计算机系统来实施本文描述的方法。此外，在示范性非限制性实施例中，实施方式可以包括分布式处理、部件/对象分布式处理和并行处理。可以构造虚拟计算机系统处理以实施如本文描述的方法或功能中的一个或多个，并且本文描述的处理器可以用于支持虚拟处理环境。
[0076]
本公开预期包括指令884或者响应于传播信号而接收并且执行指令884的计算机可读介质882；使得连接到网络801的设备可以通过网络801传递视频或者数据。此外，指令884可以经由网络接口设备840通过网络801发射或接收。
[0077]
图9图示了根据代表性实施例的用于血管内超声位置识别的系统和过程的概念概述。
[0078]
在图9中，外部超声成像探头956对应于本文中其他地方所描述的外部超声成像探
头356。来自外部超声成像探头956的第一成像场是指定if1。外部超声成像探头956向控制器910产生外部超声影像957。
[0079]
当血管内超声成像探头952拉回时，血管内超声成像探头952示出在外部超声成像探头956的成像场if1内。旋转r1至r3反映在拉回期间的血管内超声成像探头952的不同旋转。血管内超声成像探头952产生血管内超声影像953。控制器产生配准结果的显示999。配准结果可以包括来自外部超声成像探头956的外部影像和来自血管内超声成像探头952的血管内超声影像953。血管内超声影像953可以以从所示的三个不同方向拼接在一起的方式包括来自血管内超声探头952的个体图像。换句话说，血管内超声影像953表示血管内超声成像探头952的位置的序列，并且外部全景是由外部超声成像探头956产生的超声图像的显示。然而，当未执行拉回时，例如当血管内超声成像探头952在第一成像场if1内保持固定时，也可以获得如所描述的配准。
[0080]
图10a图示了根据代表性实施例的具有使用在血管内超声位置识别中的单元件血管内超声探头的导管。
[0081]
在图10a中，单元件在血管内超声成像探头352中旋转。旋转的单元件压电换能器1004a通过或者关于具有声学穹顶1002的导管1000中的柔性杆1003旋转。旋转的单元件压电换能器1004a可以关于圆周旋转以在三百六十度(360
°
)上接收来自外部超声成像探头356的信号。
[0082]
图10b图示了根据代表性实施例的使用在血管内超声位置识别中的多元件血管内超声探头。
[0083]
在图10b中，阵列的64个元件被布置在圆周周围的固定位置处以在三百六十度(360
°
)上接收来自外部超声成像探头356的信号。中心频率是20兆赫兹(mhz)并且来自外部超声成像探头356的每个接收到的波束的脉冲持续时间是.17微秒。在右边，发送波束由在箭头中结束的中心的最厚线示出。接收波束由目标与孔之间的较细线示出。此处，帧速率是30赫兹(hz)，以及43000赫兹(hz)的脉冲重复频率(prf)。这是相控阵列血管内超声探头的一个范例：然而，所描述的方法和实施例适用于各种各样的血管内超声探头系统、设置和配置。
[0084]
在以下实施例中，将清楚的是，血管内超声位置识别关于二维或三维系统是可能的，包括具有二维和三维换能器两者的外部超声成像探头356。如所描述的血管内超声位置识别与来自多个不同制造商的系统兼容，并且可以要求从血管内超声成像探头352的一个或多个元件(即，比所有更少)或所有这样的元件的合计采集信号。直接采集取向可以要求来自血管内超声成像探头352的每个元件或至少多个元件的信号而不管制造商。跟踪还可以被提供用于二维单元件血管内超声探头、二维相控阵列血管内超声探头和三维相控阵列血管内超声探头。此外，跟踪可以被提供用于由血管内超声成像探头352和外部超声成像探头356造成的同时和交替帧捕获两者。
[0085]
图11图示了用于在血管内超声位置识别中将血管内超声影像配准到外部超声影像的示意性概述。
[0086]
在图11的实施例和其他实施例中，硬件模块1150被提供为insitu系统与血管内超声成像探头352之间的接口。模拟数字信号处理软件模块被提供用于模拟滤波、图像处理等等。在图11中，这些软件模块被称为智能模块1152。
[0087]
硬件模块1150与血管内超声成像探头352上的患者接口模块上/处的现有连接1149进行接合，并且检索来自血管内超声成像探头352上的每个元件的信号输出。现有连接1149可以是insitu系统与血管内超声成像探头352之间的接口。现有连接1149的范例是与用于血管内超声成像探头352的控制台连接的insitu控制台。现有连接1149可以为来自不同制造商的装备提供兼容性。在实施例中，现有连接1149允许检索来自血管内超声成像探头352的每个元件的信号。
[0088]
智能模块1152可以是或包括软件，其然后处理接收到的信号流，提取诸如信号幅度、相位、时间延迟的相关信息并且使用数据来计算每个元件的相对位置和取向。智能模块1152然后基于个体元件的相对姿态来确定血管内超声成像探头352的姿态。使用针对图11所描述的元件，针对现有血管内超声成像探头352或外部超声成像探头356的换能器可能不需要修改。
[0089]
图12图示了根据代表性实施例的用于在血管内超声位置识别中将血管内超声影像配准到外部超声影像的示意图。
[0090]
在图12的实施例中，不能检索来自血管内超声成像探头352的个体元件的信号。此处，位置可以仍然通过考虑来自血管内超声成像探头352的传感器元件的总体(合计)信号确定。取向可以诸如在基于图像的配准的基础上或通过与二次成像模态(诸如血管造影)融合或使用除insitu传感器之外的传感器的有源跟踪来确定。当使用时，基于图像的配准可以跟随初始全局取向校准。
[0091]
更特别地，在图12的实施例中，在insitu传感器与血管内超声成像探头352之间提供接口。
[0092]
硬件模块1250与血管内超声成像探头352上的患者接口模块上/处的现有连接1249进行接合，并且检索来自血管内超声成像探头352上的每个元件的信号输出。现有连接1249可以是与包括血管内超声成像探头352的系统的患者接口模块连接的insitu控制台。现有连接1249的范例是与用于血管内超声成像探头352的控制台连接的insitu控制台。现有连接1249可以为来自不同制造商的装备提供兼容性。
[0093]
在实施例中，现有连接1249允许检索来自血管内超声成像探头352的每个元件的信号。当其可用时，从血管内超声成像探头352的每个元件检索信号。然而，如果个体元件信号不可用，则血管内超声成像探头352的总体位置可以仍然根据元件确定。取向简单地根据另一可用方法(诸如基于图像的配准)来确定。位置仍然由硬件模块1250中的智能模块1252确定。
[0094]
在下面的图13至图17的实施例中，血管内超声位置识别可以被用于指示如由外部超声成像探头356跟踪的血管内超声成像探头352的位置。血管内超声位置识别还可以被用于当使用外部超声成像探头356时校正血管内超声成像探头352的取向。血管内超声位置识别将最终改进来自血管内超声成像探头352与外部超声成像探头356的超声影像之间的图像形成的配准或融合。如应当清楚的，如本文所描述的血管内超声位置识别可以被用于修改具有现有血管内超声成像探头352的系统，以扩展其功能。
[0095]
图13图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的相控阵列血管内超声和二维外部超声的系统。
[0096]
在图13的实施例中，血管内超声成像探头352具有元件的相控阵列，并且外部超声
成像探头356产生二维成像场。在该实施例中，血管内超声成像探头352的每个元件的x位置由产生最大信号幅度的外部超声成像探头356的线触发器确定，而z位置由外部超声成像探头356的发送与血管内超声成像探头352的接收之间的飞行时间确定。血管内超声成像探头352的阵列的每个元件的位置的“质心”然后对应于血管内超声成像探头352的总体位置。旋转基于每个元件的相对位置来计算，其中，“向上”方向对应于具有最大信号幅度/最小时间延迟的血管内超声成像探头352的(一个或多个)元件，其继而对应于面对外部超声成像探头的血管内超声成像探头的(一个或多个)元件。
[0097]
在图13的实施例中，血管内超声成像探头352包括元件的相控阵列。更特别地，多个元件对应于血管内超声成像探头352中/上的预定配置(例如，每个元件之间的固定角距离)，并且外部超声成像探头356被用于识别多个元件的相对位置。多个元件相对固定就位从而重复发射超声波束并且记录反射响应。此外，多个元件各自包括接收并且反映来自外部超声成像探头356的信号的无源超声传感器。作为范例，多个元件可以以每十(10)度分隔布置在36个位置，从而重复发射超声波束并且记录反射响应。
[0098]
在图13的实施例中，使用二维外部超声成像探头356。低通滤波器被用于保持低频信号到达外部超声成像探头356。血管内超声成像探头352的x位置基于识别外部超声成像探头356的哪个线触发器产生血管内超声成像探头上的接收到的信号中的最大幅度来确定。z位置对应于从由血管内超声成像探头352造成的接收到由外部超声成像探头356造成的发送之间的时间延迟。可以获取血管内超声成像探头352的所有元件的位置的加权平均以识别血管内超声成像探头352的总体单个位置。
[0099]
在图13的实施例中，每个元件的相对位置基于强度时间延迟和/或相位的差异来确定。相控阵列的真实“向上”位置对应于指示具有最高信号强度和最短时间延迟δt的信号的接收的元件，其继而对应于面对外部超声成像探头的血管内超声成像探头的(一个或多个)元件。
[0100]
在由虚线形成的框中，每个接收到的信号的幅度对应于十字的宽度和颜色(更宽和更暗指示更强的幅度)。图的y轴示出了血管外超声成像探头与血管内超声成像探头之间的发送延迟δt。由血管内超声成像探头352的每个元件接收到的接收到的信号在x方向上对齐。特别地，在图13的范例中示出了针对血管内超声成像探头的元件28至52的接收到的信号。x方向等分线上方的y方向上的垂直分段对应于当其从外部超声成像探头356行进时针对每个信号的相位延迟(δt)。
[0101]
图14图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的相控阵列血管内超声和三维外部超声的系统。
[0102]
在图14的实施例中，血管内超声成像探头352包括元件的相控阵列。更特别地，多个元件对应于血管内超声成像探头352中/上的预定配置，并且外部超声成像探头356被用于识别多个元件的相对位置。多个元件相对固定就位从而重复发射超声波束并且记录反射响应。此外，多个元件各自包括接收并且反映来自外部超声成像探头356的信号的无源超声传感器。作为范例，多个元件可以以每十(10)度分隔布置在36个位置，从而重复发射超声波束并且记录反射响应。
[0103]
在图14的实施例中，使用三维外部超声成像探头356。每当血管内超声成像探头352在外部超声成像探头356的体积视场内时，在具有三维外部超声成像探头356的实施例
中消除归因于出平面方向的模糊。此处，来自仰角方向上的外部超声成像探头356的个体线的信号被合计以确定血管内超声成像探头352的哪个元件接收来自外部超声成像探头356的最大总体信号。最大总体信号对应于“向上”方向和最小时间延迟δt，其继而对应于面对外部超声成像探头的血管内超声成像探头的(一个或多个)元件。
[0104]
图14中的十字形字符的系列各自反映来自外部超声成像探头356的由血管内超声成像探头352的元件接收的信号的读数。如图中所述，延迟由δt指示，其继而反映水平界面上方的y方向上的十字的腿。幅度对应于十字标记的宽度和颜色(更宽和更暗指示更强的幅度)。每行字符对应于来自外部超声成像探头356和血管内超声成像探头352的个体元件的个体发送波束。
[0105]
图15图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的单元件旋转血管内超声和二维或三维外部超声的系统。
[0106]
在图15的实施例中，血管内超声元件位置的单元件旋转利用要么二维要么三维外部超声成像探头356识别。单元件旋转血管内超声是指血管内超声成像探头352，其中，单个元件被旋转从而重复地发射超声波束并且记录反射响应。作为范例，单个元件可以以每十(10)度分隔旋转到36个位置，从而重复发射超声波束并且记录反射响应。
[0107]“向上”取向对应于导致通过一个360
°
旋转的最大信号幅度和最小飞行时间延迟的电机位置。这与来自具有相对于彼此的固定位置中的多个元件的血管内超声成像352的“向上”位置的确定显著不同。针对三维的外部超声成像探头356，来自对应于仰角方向上的外部超声成像探头356的个体线的信号被合计，如针对图14所描述的，以确定“向上”位置。
[0108]
更特别地，在图15中，旋转探头旋转单元件换能器从而在三百六十度(360
°
)上发射二维超声波束。多组二维读数可以然后被组合以产生三维体积。
[0109]
如所示，低频带通滤波器可以应用于仅保持来自外部超声成像探头356的到达信号。x方向上的血管内超声成像探头352的位置可以根据常规算法来确定，所述常规算法用于通过识别哪个线触发器号(#)产生当其旋转时来自血管内超声成像探头352的反射信号的最大幅度跟踪介入医学设备。z方向上的血管内超声成像探头352的位置可以根据从外部超声成像探头356的触发器到当发射的超声波束由血管内超声成像探头352接收时的时间延迟来确定。可以从旋转扫掠的每个角处的第一信号的加权平均获得血管内超声成像探头352的总体位置。
[0110]
在图15中，旋转元件的相对位置可以基于强度、时间延迟和/或相位的差异来确定。旋转元件的向上位置可以通过找到具有还应当对应于最短时间延迟δt的最大强度的(接收到的)信号来识别，其继而对应于面对外部超声成像探头的血管内超声成像探头的(一个或多个)元件。
[0111]
在由图15中的虚线形成的框中，图的x轴示出了旋转血管内超声成像探头352的单个元件的电机的旋转位置。十字标记的宽度和颜色(更宽和更暗指示更强的幅度)，并且图的y轴示出了血管外超声成像探头与血管内超声成像探头之间的发送延迟δt。如所示，接收到的信号的最高幅度对应于0度的旋转。
[0112]
图16图示了根据代表性实施例的具有血管内超声位置识别中的单元件旋转血管内超声和二维或三维外部超声的系统。
[0113]
在图16的实施例中，血管内超声元件位置的单元件旋转利用要么二维要么三维外
部超声成像探头356识别。单元件旋转血管内超声是指血管内超声成像探头352，其中，单个元件被旋转以重复地发射超声束和记录反射响应。作为范例，单个元件可以以每十(10)度分隔旋转到36个位置，从而重复发射超声束并且记录反射响应。
[0114]
具有单个元件的血管内超声成像探头352引入模糊，其中，由血管内超声成像探头352接收到的信号取决于来自外部超声成像探头356的触发器以及血管内超声成像探头352中的单个元件的旋转。如果外部超声成像探头356的帧速率显著地高于血管内超声成像探头352的帧速率，则可以使该模糊最小化。换句话说，多个帧可以由外部超声成像探头356捕获，外部超声成像探头356各自具有血管内超声成像探头352的360
°
旋转/由血管内超声成像探头352的电机造成的360
°
旋转。“向上”取向然后对应于导致通过一个360
°
ivus旋转的最大幅度/最小飞行时间的电机位置。针对三维的外部超声成像探头，来自对应于仰角方向上的外部超声成像探头356的个体线的信号被合计，如针对图14所描述的。
[0115]
更特别地，在图16中，旋转探头旋转单元件换能器从而在三百六十度(360
°
)上发射二维超声波束。多组二维读数可以然后组合以产生三维体积。
[0116]
如所示，低频带通滤波器可以应用于仅保持来自外部超声成像探头356的到达信号。x方向上的血管内超声成像探头352的位置可以根据常规算法来确定，所述常规算法用于通过识别哪个线触发器号(#)产生当其旋转时来自血管内超声成像探头352的反射信号的最大幅度跟踪介入医学设备。z方向上的血管内超声成像探头352的位置可以根据从外部超声成像探头356的触发器到当发射的超声波束由血管内超声成像探头352接收时的时间延迟来确定。可以从旋转扫描的每个角处的第一信号的加权平均获得血管内超声成像探头352的总体位置。此外，血管内超声成像探头352的姿态(或取向)可以通过初始地使用最强信号找到旋转元件的向上位置并且然后基于信号强度、时间延迟、或相位的差异确定旋转元件的相对位置来识别。
[0117]
在由虚线形成的框中，外部超声成像探头356的频率被记录为40赫兹，并且血管内超声成像探头352的频率是20赫兹。线相对于由正弦波指示的血管内成像探头的旋转取向通过向下箭头示出了个体血管外超声成像帧。针对每组信号，最高取向对应于零(0)度，并且取向前进到一百八十(180)度并且然后返回到零(0)度。
[0118]
因此，血管内超声位置识别使能血管内超声影像的更好的空间背景，其可能在其他情况下由于小视场难以针对非专家使用来解释。通过当血管内超声成像探头通过血管前进或拉回时跟踪血管内超声成像探头的位置和姿态，个体二维圆周图像的确切位置可以是已知的。这样的知识然后可以被用于拼接或以其他方式融合个体二维图像以形成具有基本上更大的视场和背景信息的三维体积图像。
[0119]
尽管已经参考若干示范性实施例描述了血管内超声位置识别，但是应当理解，已经使用的词语是描述和说明的词语而不是限制的词语。在不脱离其各方面中的血管内超声位置识别的范围和精神的情况下，如目前说明和修改的，可以在权利要求书的范围内做出改变。尽管已经参考特定模块、材料和实施例描述了血管内超声位置识别，但是血管内超声位置识别不旨在限于所公开的细节；相反血管内超声位置识别扩展到诸如在权利要求书的范围内的所有功能等效结构、方法和用途。
[0120]
本文描述的实施例的图示旨在提供对各种实施例的结构的总体理解。这些图示并非旨在用作本文描述的公开的所有元件和特征的完整描述。在查看本公开后，许多其他实
施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。其他实施例可以利用并从本公开中导出，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下做出结构和逻辑替换和改变。另外，图示仅仅是代表性的，并且可以不按比例绘制。图示内的某些比例可能被夸大，而其他比例可能被最小化。因此，本公开和附图应被视为说明性的而非限制性的。
[0121]
本文仅仅出于方便通过术语“发明”个体地和/或共同地在本文中提及本公开的一个或多个实施例，而不旨在将本申请的范围自愿地限制于任何特定发明或发明构思。此外，尽管本文已图示和描述了特定实施例，但应意识到，经设计以实现相同或相似目的的任何后续布置可替代所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有后续修改或变化。在查看本说明书之后，上述实施例以及本文未具体描述的其他实施例的组合对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
[0122]
本公开的摘要被提供为符合37c.f.r.
§
1.72(b)并且被提交有以下理解，即其不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前面的具体实施方式中，各种特征可以组合在一起或在单个实施例中描述，以用于简单化本公开的目的。本公开内容不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。而是，如以下权利要求所反映的，创造性主题可以涉及少于任何所公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求被并入具体实施方式中，每个权利要求自身作为定义单独要求保护的主题。
[0123]
所公开的实施例的先前描述被提供为使本领域的技术人员能够实践本公开中所描述的概念。这样一来，以上公开的主题要被认为是说明性的而非限制性的，并且权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这样的修改、增强和其他实施例。因此，在法律允许的最大范围内，本公开的范围要由权利要求及其等价方案的最宽泛的可允许解释来确定，并且不应受前述详细描述的约束或限制。