超声成像仪器可视化的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及超声成像，并且更具体地涉及超声成像仪器可视化。
【背景技术】
[0002]超声成像装置已经包括将超声波束传输到检查视场中的换能器阵列。当波束横穿视场中的(例如目标或对象的子部分的)结构时，波束的子部分被结构衰减、散射和/或反射，其中，反射(回波)中的一些朝向换能器阵列横穿回来。换能器阵列接收并处理回波，并且生成对象或目标的子部分的一幅或多幅图像。所述一幅或多幅图像被视觉显示。
[0003]超声成像还已经被用于将被设置或正在被设置在目标或对象中的仪器可视化。例如，超声成像已经被用于产生被定位在对象中的针的图像，并且被用于验证用于医学流程的对针尖的定位。遗憾的是，例如由于超声图像的低信噪比和散斑，图像中针的图像质量倾向于是低的。改进对针的可视化的方法已经包括利用仪器上的跟踪设备的波束转向和针杆跟踪。
[0004]波束转向已经包括使波束转向使得波束的方向与被可视化的仪器(例如针的杆)垂直，这提高了仪器的图像质量。然而，由于仪器的插入的位置和角度是未知的，因此在找到适合的角度的尝试中，超声波束被转过大范围的角度以覆盖多个可能的场景。遗憾的是，使波束转向以覆盖大范围的角度可能将伪影引入到图像中，例如在强组织界面上的假增强。
[0005]在针杆跟踪的情况下，(一个或多个)电磁设备被附着到仪器的手柄或针尖，并且对设备进行校准，使得由(一个或多个)设备接收到的信号指示设备的位置/角度，并且所述信号可以被用于预测针的位置和取向。在被附着到手柄的设备的情况下，针杆的任何弯曲引入所预测的位置与针尖的实际位置之间的误差。将设备附着到针尖减轻该误差。遗憾的是，其还要求定制的针，这增加了成本并且限制了能够使用哪些针。
【发明内容】
[0006]本申请的各方面解决以上问题和其他问题。
[0007]在一方面中，一种方法包括响应于确定针穿透目标的表面，经由微处理器将以第一模式运行的超声成像系统转变到第二不同模式，在所述第一模式中，基于来自至少在仪器上的跟踪设备的第一信号来确定所述仪器的伸长的针在所述目标的所述表面处相对于所述超声成像设备的第一位置和第一取向，在所述第二不同模式中，基于表示所述目标的超声图像来确定所述针在所述目标内的第二位置和第二取向，其中，被利用来采集所述超声图像的波束转向角是基于所述针的所述第一位置和所述第一取向而被确定的，并且显示所述超声图像。
[0008]在另一方面中，一种系统包括具有支撑针的手柄的设备，所述手柄包括至少一个位置信息发射器。所述系统还包括仪器位置确定器，所述仪器位置确定器基于所述至少一个位置发射器的输出来识别所述针的杆相对于目标的空间位置，并且生成指示所述空间位置的信号。所述系统还包括具有换能器阵列和控制器的超声成像系统，所述控制器使用基于所述针的取向和位置信息的波束转向角来激活利用所述换能器阵列的对所述目标的图像的采集，这导致对横穿与杆近似垂直的方向的超声波束的激活。
[0009]在另一方面中，一种计算机可读存储介质被编码有计算机可读指令。所述计算机可读指令在由处理器运行时使得所述处理器:基于针在目标中的穿透深度来自动地打开超声成像系统的波束转向模式，其中，所述穿透深度是根据来自承载所述针的仪器的跟踪元件的信号而获得的。
[0010]在阅读并理解说明书之后，本领域技术人员还将意识到本申请的其他方面。
【附图说明】
[0011]通过范例图示了本申请，并且本申请不限于附图的图示，在附图中，相同的附图标记指示类似的元件，并且其中:
[0012]图1示意性地图示了与仪器相结合的成像装置；
[0013]图2图示了用于引导被插入到对象或目标中的针的范例方法；
[0014]图3A图示了为零的波束转向角；
[0015]图3B图示了+20度(或者-20度)的波束转向角；
[0016]图3C图示了-20度(或者+20度)的波束转向角；
[0017]图4图示了具有叠加在对象或目标的图像上的仪器的针的所预测的路径的图像，所述路径是基于仪器的(一个或多个)发射器而被预测的；
[0018]图5图示了基于图4相对于对象或目标的对针的放置；
[0019]图6图示了被叠加在对象或目标的图像上的针的图像，其中，使用波束转向角来增强针的可见度，所述针的图像是利用针对对象或目标的波束转向角来采集的;并且
[0020]图7图示了基于图6的图像将针引导到感兴趣区域的范例。
【具体实施方式】
[0021 ]以下涉及将被设置或正在被设置在目标或对象中的仪器可视化。在一个实例中，这包括基于来自被附着到仪器的跟踪设备的位置信息来确定插入位置和角度，并且根据其插入仪器。超声成像被用于使用基于插入位置和角度而被自动确定的波束转向角来跟踪目标或对象中的仪器。
[0022]图1示意性地图示了与仪器102相结合的、包括诸如超声(US)成像装置100的成像装置的系统101。
[0023]在图示的实施例中，仪器102包括手柄或支撑体104、以及具有杆103的伸长的针106(例如活检针、手术针等)，所述针能被可移除地附接到支撑体104。在图示的实施例中，至少针106的端部105被定位在具有表面111的对象或目标110的子目标108(例如血管、组织块等)中。在其他实施例中，仪器102可以包括另一设备(例如导丝、内腔等)。
[0024]支撑体104包括N个发射器1121、……、I12n(在本文中共同被称为发射器112)，其中，N是等于或大于一(I)的正整数。如图1所示，发射器112能够被附着到支撑体104、被集成为支撑体104的部分、和/或被附着和/或被集成在针106中。在图示的范例中，发射器112沿着针106的长轴114而被定位，并且发射指示其在三维(3D)空间中的位置的信号。能够处理所述信号以确定发射器112的空间位置和取向。
[0025]接着，发射器112的所确定的空间位置和取向能够被用于预测针106的空间位置和取向。在变型中，发射器112不沿着长轴114而被定位。然而，发射器112对长轴114的相对位置是已知的，并且允许预测针106的位置和取向。发射器112能够包括(例如具有5、6等自由度的)电磁设备、线圈、光学设备和/或其他发射器。在备选实施例中，传输器;无源传感器；发射器、传输器和/或无源传感器的组合;和/或其他跟踪设备能够被附着到仪器102(例如在支撑体104和/或针106处)，并且被用于确定(一个或多个)具体跟踪设备的空间位置和取向。
[0026]仪器位置确定器116检测来自发射器112的信号并且基于其来确定发射器在3D空间中的位置和取向。例如，当发射器112包括磁体时，仪器位置确定器116能够包括测量磁体的磁场强度的(一个或多个)传感器。在(一个或多个)传感器处看到的磁场强度取决于磁体对(一个或多个)传感器的距离和方向，并且因此能够使用强度和方向来确定发射器(以及由此的针106)的位置和取向。本文中还预期其他方法。
[0027]在2010年2月10 日提交的题为 “Ultrasound System Incorporating Posit1nSensors and Associated Method”的美国专利申请序列号12/703706和2010年5月6日提交的题为“Freehand Ultrasound Imaging Systems and Methods for Guiding ElongateInstruments”的美国专利申请序列号12/775403中还描述了适合的位置确定器系统的范例，在此通过引用将它们整体并入本文。本文中还预期其他方法。如至少在这些引用文件中所公开的，发射器、传感器和/或传输器额外地能够被附着到以下更详细地描述的超声成像系统。
[0028]在变型中，仪器由机械引导支撑，所述机械引导能够具有三角形或其他形状的配置。针被固定在三角形具有轨道的一边上。传感器/发射器被附接到针以确定针沿着轨道的移动(也需要确定器)。能够通过将三角形的另一边附着在皮肤表面上来确定相对于皮肤表面的角度。接着，能够(固定的或通过角度确定器)确定这两条边之间的角度。可选的角度确定器117将确定所述角度。能够固定并预测量或确定针106与对象或目标110之间的距离。本文中还预期其他引导和方法。
[0029]超声成像系统100包括具有换能器元件120的一维或二维阵列的换能器阵列118。换能器元件120将电信号转换为超声压力场并相应地进行反向转换，以将超声信号传输到视场中并从视场接收回波信号，所述回波信号是响应于与视场中的结构的相互作用而生成的。换能器阵列118能够是正方形、矩形和其他形状的、线性和/或曲线的、完全填充或稀疏的等等。
[0030]传输电路122生成脉冲(或脉冲信号)的集合，所述脉冲的集合经由硬线(例如通过电缆)和/或无线地被传达到换能器阵列118。脉冲的集合激励换能器元件120的集合(即子集合或全部)传输超声信号。这包括激励换能器