到超声图像中的形状注入以实时校准波束样式的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及医学器械，并且更具体地涉及用于使用声学在图像中利用特殊形状来突出显示器械的系统和方法。
【背景技术】
[0002]针、导管以及其他介入工具归因于它们的镜面反射性质和不适宜的入射角度而常常难以在超声下可视化。一种用于在超声引导下标记针顶端的解决方案是在针的顶端处嵌入小的超声传感器。这样的传感器接收随着来自超声成像探头的成像波束扫掠视场而撞击在传感器上的直接超声信号。已经提出了使用这些信号在超声图像中突出显示换能器的位置的不同方法。这些方法依赖超声从成像探头到传感器的飞行时间来估计传感器的距离坐标，并且依赖随着成像波束扫掠视场而接收到的信号的强度来重新获得横向坐标。为了估计飞行时间，必须能够利用扫描器的线触发器事件，并且为了估计横向坐标，必须能够利用帧触发器事件并且能够利用成像波束的坐标和转向角。
【发明内容】
[0003]根据本发明的原理，一种用于在图像中突出显示器械的系统包括:探头，其用于向一体积发射超声能量并从所述体积接收超声能量；以及标记物设备，其被配置为对接收到的超声信号做出响应并在一延迟之后发出超声信号。所述超声信号包括一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲被配置为当被绘制时生成在图像内一位置处的给定大小的标记物。医学器械被设置在所述体积中并且包括所述标记物设备。控制模块被存储在存储器中，并且被配置为解读从所述探头和所述标记物设备接收到的所述超声能量以确定所述医学器械的三维定位，并且被配置为利用所述标记物在所述图像中突出显示所述标记物设备的所述三维定位。
[0004]另一种用于在图像中注入形状的系统包括:探头，其用于向一体积发射超声能量并从所述体积接收超声能量；以及标记物设备，其被配置为对接收到的超声信号做出响应并在一延迟之后发出超声信号。所述超声信号包括一个或多个脉冲，所述一个或多个脉冲被配置为当被绘制时生成在图像内一位置处的给定大小的标记物。医学器械被设置在所述体积中并且包括所述标记物设备。工作站包括处理器和存储器。所述存储器存储控制模块和图像处理模块，其中，所述控制模块被配置为解读从所述探头和从所述标记物设备接收到的所述超声能量以确定所述医学器械的三维定位，并且被配置为利用所述标记物在所述图像中突出显示所述标记物设备的所述三维定位，所述图像处理模块被配置为将所注入的信号的位置和形状与所述标记物的位置和形状的屏幕上视频输出进行比较，以确定波束形成参数。
[0005]—种用于在图像中提供成形的标记物的方法包括:估计成像探头的帧率；分析探测窗口内的踪迹以寻找最佳地匹配被安装在器械上的标记物设备的位置的时间最大值，以确定到达时间；通过从所述标记物设备向所述成像探头发出延迟信号来将声反馈信号注入到所述成像探头中，所述延迟信号包括一个或多个定时脉冲，以模拟从所述标记物设备返回的回波中的标记物形状；并且在图像中显示所述标记物形状，以识别所述器械的位置。
[0006]根据要与附图结合阅读的本公开内容的说明性实施例的以下详细描述，本公开内容的这些和其他目的、特征以及优点将变得明显。
【附图说明】
[0007]本公开内容将参考以下附图来详细呈现对优选实施例的以下描述，其中:
[0008]图1为示出根据一个实施例的用于在超声图像中提供成形的、声学绘制的标记物的系统的方框/流程图；
[0009]图2为示出根据一个实施例的用于提供成形的、声学绘制的标记物的系统的概念图；
[0010]图3为示出根据其他实施例所示出的具有成形的、声学绘制的标记物的图像的图；
[0011]图4为示出根据一个实施例的用于估计帧率的超声脉冲的幅度对时间的标绘图；
[0012]图5为示出根据一个实施例的用于确定探测时间的超声脉冲的幅度对时间的标绘图；
[0013]图6为示出根据一个实施例的发生在器械/工具的标记物设备与探头之间的事件的事件时间线；并且
[0014]图7为示出根据一个说明性实施例的用于在超声图像中提供成形的声学绘制的标记物的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]根据本发明的原理，系统和方法准许使用特殊形状和/或效果来突出显示传感器的位置。将一个或多个传感器采用在医学设备(例如，介入设备)上，以在恰当的时间时将声学信号“注入”到超声(US)图像里。该注入的声学信号将被扫描器感知作为对其自身声场的响应。信号被扫描器的波束形成管线处理，并最终被可视化在US图像上。应当注意，尽管我们可能并不知道声波被扫描器发射时的时间，然而声波将在传感器上创建信号，所述信号用于突出显示传感器。当设备被插入到US区域里时，运行一次性校准步骤以估计正被使用的成像模式的帧率(T)。第二，相对于任意原点，寻找由传感器接收到的信号的时间最大值(t。)。第三，将传感器切换到发射模式，并且在时间t1= tfnT+SJ#从传感器发出脉动，η为整数并且Si提供用于生成一个或多个期望形状的脉冲(时间)。该脉动朝成像探头传播，并且后续信号被扫描机器进行波束形成。最终视觉显示示出来自传感器定位并且具有一个或多个期望形状的回波。
[0016]压电传感器用于将特殊时间声学信号注入到组织里。由于US扫描器将把该信号感知为其自身“反射的”声波的部分，因此us扫描器将把该信号放置在US图像里。应当注意，归因于扫描器的原始声波的发射损失和吸收损失，所注入的信号将具有超过从组织反射的信号例如大于30dB的信号优势。更显著地，在信号注入期间提供特殊时间样式。这些样式将引起在US图像中的经规划的特殊形状。被注入的形状能够包括在图像中的如自动注入系统所期望的任何形状、大小和位置的同心圆、椭圆、箭头、线条、曲线、十字叉、三维目标等。应当注意，该形状能够被“永久性地”注入到图像中，使得用户能够一直看到它，或者仅被瞬时地注入到一个单个us帧中，使其实际上对用户不可见。这些形状或标记物被提供为标记工具位置，或者可以用于被偏移以实时地指示或跟踪其他有用的位置。本实施例描述了 2D图像(例如，右侧波束和侧左波束，以及2D形状)；然而2D阵列、图像和形状可以被扩展并且包括3D阵列、图像和形状。
[0017]额外地，由于大多数US扫描器还提供视频输出，因此能够将视频输出信号与所注入的信号一起进行分析，以定量地估计内部波束形成与扫描转换参数。由于所注入的信号的大致位置和形状是已知的，因此，先验的自动算法能够从US图像挑选形状的精确位置和大小(内部参数的函数)。然后能够将该位置和形状与所估计的注入的形状进行比较。优化例程然后能够估计内部波束形成与扫描转换参数。基于当前参数，现在能够注入新的形状。能够通过注入并探测为变化的大小/位置的经更新的形状来以闭环方式按次序地执行该处理。例如，形状能够随着参数变得已知而以椭圆开始并以两个同心圆结束。能够被自动估计的参数包括波束角度、绝对波束射出(fire)时间、左侧波束数目、右侧波束数目、深度等。能够将该完整的自校准处理向用户示出或保持“不可见”。
[0018]本发明的原理准许较少依赖对特定扫描器数据的可用性来精确定位器械的位置。例如，不再需要来自扫描器的帧、线触发器和波束形成参数。这允许装备超声的工具为自容式的(不需要与扫描器的低层次接口连接)，因此允许它们可与来自任何供应商的超声机器的广泛安装基础一起使用。在一个实施例中，系统能够对来自成像扫描器的关键性参数进行在飞行中的(on-the-fly)反向工程研究，所述关键性参数例如为帧率和线触发器位置、到扫描器的接收信号路径的模拟声学信号注入等。
[0019]应当理解，本发明将关于针来进行描述；然而，本发明的教导要宽泛得多并且可应用于通过声学能量跟踪的任何医学器械或其他器械。在一些实施例中，本发明的原理被采用在跟踪或分析复杂的生物系统或机械系统中。尤其地，本发明的原理可应用于生物系统的内部跟踪流程，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管等的身体的全部区中的流程。附图中描绘的元件可以以硬件与软件的各种组合来实施，并且提供可以被组合在单个元件或多个元件中的功能。本发明的实施例可以被采用在器械在超声引导下被插入身体中的任何时间，这包括针流程(活检