超声成像系统和使用其创建目标区域的三维超声图像的方法与流程

超声成像系统和使用其创建目标区域的三维超声图像的方法
1.优先权
2.本技术要求2020年10月15日提交的美国临时申请第63/092,368号的优先权权益，该申请的全部内容通过引用结合到本技术中。
技术领域
3.本技术涉及医疗器械领域，更具体地涉及超声成像系统和使用其创建目标区域的三维超声图像的方法。


背景技术：

4.当使用超声成像系统放置医疗设备时，保持目标区域的视场是很重要的。如果由于探头的移动而不能保持目标区域的视场，则尝试重新定位超声探头以保持视场可能是乏味和费力的。此外，如果可以使用来自超声探头的信息来生成目标区域的三维超声图像，以辅助医疗设备的放置，将有利于临床医生和患者。本文公开了解决上述问题的超声成像系统和使用方法。


技术实现要素：

5.本文公开了一种超声成像系统，其被配置为生成目标区域的三维超声图像，该超声成像系统包括控制台，该控制台包括一个或多个处理器和在其上存储有一个或多个逻辑模块的非暂时性计算机可读介质。在一些实施方案中，一个或多个逻辑模块可被配置为检测参考点，其中，参考点是一个或多个解剖目标、被配置为在目标区域上方生成磁场的参考磁体、或细长医疗设备。超声成像系统进一步包括被配置为获取目标区域的多个超声图像的超声探头。在一些实施方案中，超声探头可以通过具有包括一个或多个芯纤维的光纤的超声探头连接器耦合至控制台。在一些实施方案中，探头可以具有被配置为检测磁场的一个或多个电磁传感器和被配置为检测探头加速度的一个或多个加速度计。控制台可被配置为通过从参考点开始将多个超声图像拼接在一起而生成三维可视化。在一些实施方案中，参考点可以包括超声探头、参考磁体、一个或多个解剖目标或细长医疗设备。
6.在一些实施方案中，一个或多个芯纤维包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且多个传感器中的每个传感器被配置为基于接收的入射光反射不同光谱宽度的光信号，并改变反射光信号的特征，以用于确定光纤的物理状态。
7.在一些实施方案中，光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲形式提供入射光。
8.在一些实施方案中，光纤是包括多个芯纤维的多芯光纤，并且其中，入射光沿着第一芯纤维传播，并且反射光信号沿着第二芯纤维传播。
9.在一些实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，一个或多个逻辑模块可导致操作，操作包括：确定一个或多个芯纤维的形状、发送和接收光信号、确定超声探头移动、将超声探头移动与超声图像相关联以及编译三维超声图像。
10.在一些实施方案中，确定超声探头移动包括使用相对于超声探头采取的(taken)
一个或多个芯纤维的形状。
11.在一些实施方案中，确定一个或多个芯纤维的形状包括使用发送和接收的光信号。
12.在一些实施方案中，将超声探头移动与超声图像相关联包括将超声图像与相对于超声探头采取的一个或多个芯纤维的形状相关联。
13.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与相对于参考点采取的一个或多个芯纤维的形状相关联的超声图像。
14.在一些实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，一个或多个逻辑模块可导致操作，操作包括：检测并选择一个或多个解剖目标作为参考点、确定超声探头相对于一个或多个解剖目标的移动、将超声探头移动与超声图像相关联以及编译三维超声图像。
15.在一些实施方案中，一个或多个解剖目标选自由骨骼、静脉、动脉、肌肉、肌腱、韧带、神经和关节组成的组。
16.在一些实施方案中，将超声探头移动与超声图像相关联包括将超声图像与作为参考点的一个或多个解剖目标相关联。
17.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与作为参考点的一个或多个解剖目标相关联的超声图像。
18.在一些实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，一个或多个逻辑模块可导致操作，操作包括：确定超声探头相对于细长医疗设备的移动、将超声探头移动与超声图像相关联以及编译三维超声图像。
19.在一些实施方案中，细长医疗设备选自由导管、管心针、针和导丝组成的组。
20.在一些实施方案中，将超声探头移动与超声图像相关联包括将超声图像与作为参考点的细长医疗设备相关联。
21.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与作为参考点的细长医疗设备相关联的超声图像。
22.在一些实施方案中，当由一个或多个处理器执行时，一个或多个逻辑模块可导致操作，操作包括：检测测量的磁场强度值、检测测量的探头加速度值、确定超声探头相对于参考磁体的移动、将超声探头移动与超声图像相关联以及编译三维超声图像。
23.在一些实施方案中，确定超声探头移动包括使用检测到的与参考磁体相关的磁场强度值。
24.在一些实施方案中，确定超声探头移动包括使用由一个或多个加速度计检测的测量的探头加速度值。
25.在一些实施方案中，将超声探头移动与超声图像相关联包括将超声图像与测量的磁场强度值相关联。
26.在一些实施方案中，将超声探头移动与超声图像相关联包括将超声图像与测量的探头加速度值相关联。
27.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与相对于参考磁体的测量的磁场强度值相关联的超声图像。
28.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与测量的探头加速度值相关联的超声图像。
29.本文还公开了一种使用超声成像系统创建目标区域的三维超声图像的方法，该方法包括：使用一个或多个电磁传感器、一个或多个加速度计、一个或多个解剖目标、超声探头或细长医疗设备和参考磁体中的一项或多项，确定目标区域中的参考点；使用超声探头对目标区域进行成像，该超声探头具有一个或多个电磁传感器或一个或多个加速度计，该超声探头通过其中具有光纤的超声探头连接器耦合至控制台，该光纤包括一个或多个芯纤维；跟踪超声探头和细长医疗设备中的一项或多项；将超声图像与超声探头移动相关联；向用户提供反馈以保持超声探头与目标区域的对齐；以及使用控制台编译目标区域的三维超声图像，该控制台具有一个或多个处理器和在其上存储有一个或多个逻辑模块的非暂时性计算机可读介质。
30.在一些实施方案中，细长医疗设备选自由导管、管心针、针和导丝组成的组。
31.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用检测到的与超声图像相关联的磁场强度值。
32.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括使用与相对于参考点的一个或多个芯纤维的形状相关联的超声图像。
33.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括编译细长医疗设备的路径的三维图像。
34.在一些实施方案中，向用户提供反馈以保持超声探头对齐包括使用一个或多个加速度计来保持超声探头对齐。
35.在一些实施方案中，向用户提供反馈以保持超声探头对齐包括使用一个或多个解剖目标来保持超声探头对齐。
36.在一些实施方案中，向用户提供反馈以保持超声探头对齐包括指示超声探头倾斜、超声探头漂移或超声探头扭曲。
37.在一些实施方案中，向用户提供反馈以保持超声探头对齐包括指示组织压缩、组织减压或所识别的解剖目标的位置。
38.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括显示附加的细长医疗设备购买预测和细长医疗设备购买确认。
39.在一些实施方案中，附加的细长医疗设备是导管。
40.在一些实施方案中，编译三维超声图像包括在显示器上描绘三维超声图像。
41.鉴于附图和以下描述，本文提供的概念的这些和其他特征对于本领域技术人员将变得更加明显，附图和以下描述更详细地描述了这些概念的特定实施方案。
附图说明
42.将参考在附图中示出的公开文本的特定实施方案来呈现公开文本的更具体描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方案，并且因此不应被认为是对其范围的限制。将通过使用附图以额外的具体和细节来描述和解释本发明的示例实施方案，其中：
43.图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统的侧视图。
44.图2示出了根据一些实施方案的超声成像系统的部件的框图。
45.图3示出了根据一些实施方案的包括在超声探头连接器内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案。
46.图4a示出了根据一些实施方案的支持光学和超声信令两者的超声探头连接器的示例性实施方案。
47.图4b示出了根据一些实施方案的图4a的超声探头连接器的剖视图。
48.图5示出了根据一些实施方案的超声成像系统的各种部件的侧视图。
49.图6示出了根据一些实施方案的超声成像系统的各种部件的侧视图，该超声成像系统包括具有一个或多个电磁传感器和一个或多个加速度计的超声探头。
50.图7示出了根据一些实施方案的使用超声成像系统创建3d超声图像的示例性方法的流程图。
具体实施方式
51.在更详细地公开一些特定实施方案之前，应当理解，本文公开的特定实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应该理解，本文公开的特定实施方案可以具有能够容易地从特定实施方案中分离出来的特征，并且可选地与本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征相结合或替代。
52.关于本文使用的术语，还应当理解，这些术语是为了描述一些特定实施方案，并且这些术语不限制本文提供的概念的范围。序数(例如，第一、第二、第三等)通常用于区分或识别一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供序列或数字限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”特征或步骤不必以该顺序出现，并且包括这种特征或步骤的特定实施方案不必限于这三个特征或步骤。比如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等标签是为了方便而使用的，并不意味着例如任何特定的固定位置、方位或方向。相反，这种标签用于反映例如相对位置、方位或方向。单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数形式，除非上下文另有明确规定。
53.关于“近侧”，例如，本文公开的探头的“近侧部分”或“近端部分”包括当探头用于患者时旨在靠近临床医生的探头的部分。类似地，例如，探头的“近侧长度”包括当探头用于患者时旨在靠近临床医生的探头长度。例如，探头的“近端”包括当探头用于患者时旨在靠近临床医生的探头端部。探头的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括探头的近端；然而，探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不需要包括探头的近端。也就是说，除非上下文另有说明，否则探头的近侧部分、近端部分或近侧长度不是探头的末端部分或末端长度。
54.关于“远侧”，例如，本文公开的探头的“远侧部分”或“远端部分”包括当探头用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的探头的部分。类似地，例如，探头的“远侧长度”包括当探头用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的探头的长度。例如，探头的“远端”包括当探头用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的探头端部。探头的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括探头的远端；然而，探头的远侧部分、远端部分或远侧长度不需要包括探头的远端。也就是说，除非上下文另有说明，否则探头的远侧部分、远端部分或远侧长度不是探头的末端部分或末端长度。
55.术语“逻辑”可以代表被配置为执行一个或多个功能的硬件、固件或软件。作为硬件，术语逻辑可以指或包括具有数据处理和/或存储功能的电路。这种电路的实施例可以包括但不限于或限制于硬件处理器(例如，微处理器、一个或多个处理器核、数字信号处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路“asic”等)、半导体存储器或组合元件。
56.附加地或者替代地，术语逻辑可以指或包括比如一个或多个进程、一个或多个实例、应用程序编程接口(api)、子例程、函数、小程序、服务器、例程、源代码、目标代码、共享库/动态链接库(dll)、甚至一个或多个指令等软件。软件可以存储在任何类型的合适的非暂时性存储介质或暂时性存储介质中(例如，电、光、声或其他形式的传播信号，例如载波、红外信号或数字信号)。非暂时性存储介质的实施例可以包括但不限于或限制于可编程电路；非持久存储装置，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器“ram”)；或比如非易失性存储器(例如，只读存储器“rom”、带电源的ram、闪存、相变存储器等)、固态驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器或便携式存储器设备的持久存储器。作为固件，逻辑可以存储在持久存储器中。
57.除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
58.图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统的侧视图。在一些实施方案中，超声成像系统100包括耦合至控制台110的超声探头140。在一些实施方案中，控制台110耦合至显示器170。控制台110可被配置为在显示器170上描绘超声图像。在一些实施方案中，显示器170可以有线连接到控制台110，或者可以与控制台110无线通信。示例性无线通信模式可以包括wifi、蓝牙、近场通信(nfc)、蜂窝全球移动通信系统(“gsm”)、电磁(em)、射频(rf)、其组合等。
59.在一些实施方案中，超声探头140可以有线连接到控制台110、与控制台110无线通信、或其组合。上面描述了示例性无线通信模式。在一些实施方案中，超声探头140包括压电阵列164，以产生和接收可转换为超声图像的回声。然而，考虑了产生和接收可转换为超声图像或获取超声图像的回声的其他模式。超声探头140可被配置为将多个超声图像发送到控制台110。在一些实施方案中，超声探头140可以通过超声探头连接器142连接到控制台110。
60.在一些实施方案中，超声探头140通过超声探头连接器142耦合至控制台。在一些实施方案中，超声探头连接器142的近端耦合至控制台110，并且超声探头连接器142的远端耦合至超声探头140。在一些实施方案中，超声探头连接器142包括从控制台110延伸到超声探头140的光纤147。更具体地，在一些实施方案中，超声探头连接器142包括一个或多个光纤芯136，其中每个都配置有传感器阵列(反射光栅)，传感器阵列在空间上分布在芯纤维的规定长度上，以大体感测由传感器占据的芯纤维的那些区域上的外部应变。每个光纤芯被配置为在超声探头140在目标区域130上推进期间从控制台110接收光(例如，宽带光、红外光、近红外光等)，其中光沿着光纤芯的至少一部分距离朝向远端传播。为了清楚起见，术语入射光或宽带入射光可以在下面的描述中使用；然而，红外光和近红外光可替代地使用。假定沿着光纤芯定位的每个传感器被配置为反射具有不同的特定光谱宽度的光，传感器阵列使得能够在超声探头连接器142的整个规定长度进行分布式测量。这些分布式测量可以包括与传感器所经历的应变相关的波长偏移。来自光纤芯136内的传感器(反射光栅)的反射光从超声探头连接器142返回，用于由控制台110进行处理。可以基于反射光的波长偏移的分析来确定超声探头连接器142的物理状态。例如，由于医疗器械的弯曲和光纤芯的角度改变而引起的应变，会引起不同程度的变形。不同程度的变形改变了位于光纤芯上的传感器(反射光栅)的形状，这可能导致来自位于光纤芯上的传感器的反射光的波长的变化(偏
移)。光纤芯可以包括单光纤，或者多光纤(在这种情况下，光纤芯被称为“多芯光纤”)。
61.在一些实施方案中，超声探头连接器142包括互连145，互连包括连接器146，当耦合至互连145时，在作为互连145的一部分包括的一个或多个光纤147(下文中，“光纤”)和部署在超声探头连接器142的光纤芯136内的芯纤维137之间建立光学连接。可替代地，包括一个或多个适配器的连接器的不同组合可用于将光纤147光学连接到超声探头连接器142的芯纤维137。如本文所讨论的，光纤芯136可以由芯纤维137
1-137m(对于单芯，m＝1，而对于多芯，m≥2)组成，其中芯纤维137
1-137m可以统称为芯纤维137。在一些实施方案中，超声探头连接器142包括宽带入射光155和反射光信号150。在一些实施方案中，控制台110包括光学逻辑180，其可被配置为沿着光纤147发送宽带入射光155并接收反射光信号150，这将本文中更详细地描述。在一些实施方案中，一个或多个芯纤维137可被配置为提供超声探头140相对于目标区域130内的参考点的物理位置或物理状态的表示。在一些实施方案中，反射光信号150涉及宽带入射光155的各种离散部分(例如，特定的“光谱宽度”或“波长”)。控制台110可被配置为将根据反射光信号150的特征对超声探头140的物理位置或物理状态的表示与超声探头获取的超声图像相关联，以构成目标区域130、超声探头140的物理位置或物理状态的二维(2-d)或三维(3d)表示，如本文将进一步更详细地描述的。
62.在一些实施方案中，芯纤维利用多个传感器，并且每个传感器被配置为反射不同光谱范围(例如，不同的光频率范围)的入射光。基于在每个芯纤维上的应变的类型和程度，与该芯纤维相关联的传感器可以改变(偏移)反射光的波长，以在由传感器占据的超声探头连接器142的那些位置处传送该芯纤维上的应变的类型和程度。传感器在空间上分布在超声探头连接器142的近端和超声探头连接器142的远端之间的芯纤维的各个位置处，从而可以基于波长偏移的分析来进行超声探头连接器142的形状感测。在一些实施方案中，形状感测功能与将超声信号同时通过作为超声探头连接器142的一部分包括的导电介质通过相同构件(超声探头连接器142)的能力配对。在一些实施方案中，光纤147包括一个或多个芯纤维。在一些实施方案中，一个或多个芯纤维137中的每一个包括沿着相应芯纤维的纵向长度分布的多个传感器，并且多个传感器中的每个传感器被配置为基于接收的入射光反射不同光谱宽度的光信号，并改变反射光信号的特征，以用于确定光纤的物理状态。在一些实施方案中，光纤是单芯光纤，并且其中以脉冲形式提供入射光。在一些实施方案中，控制台110可被配置为连续地将光纤的形状与获得的超声图像相关联。可以将{光纤形状，超声图像}的相关联的配对提供给控制台110，使得形状感测逻辑254可以从参考点开始，通过基于与每个超声图像相关联的光纤形状将超声图像拼接在一起而生成三维可视化。
63.在一些实施方案中，超声成像系统100包括一个或多个电磁传感器160，该电磁传感器被配置为检测由参考磁体166生成的目标区域130上方的磁场。在一些实施方案中，参考磁体166可以包括多个磁体。在一些实施方案中，参考磁体166可以包括无源磁体、电磁体、磁化金属、非磁化金属等。在一些实施方案中，控制台110可被配置为使用检测到的磁场强度值来生成目标区域130的三维超声图像。在一些实施方案中，控制台110可被配置为将测量的磁场强度值与超声图像相关联，以生成三维超声图像。在一些实施方案中，参考磁体166可以被包括在袖口168中，袖口被配置为环绕目标区域130的一部分。在一些实施方案中，一个或多个电磁传感器160耦合至超声探头140。一个或多个电磁传感器160被配置为检测参考磁体166相对于超声探头140的磁场强度值并将其发送到控制台110。
64.在一些实施方案中，超声探头可以包括一个或多个加速度计162。一个或多个加速度计162可被配置为在超声探头140在目标区域130上移动时检测其加速度。一个或多个加速度计162可被配置为将加速度数据发送到控制台110。在一些实施方案中，控制台110可被配置为在构造目标区域的三维超声图像时使用超声探头140的加速度数据来确定超声探头140与参考点的接近度，这将在本文中更详细地描述。
65.在一些实施方案中，超声成像系统100可被配置为使用一个或多个光纤147、一个或多个电磁传感器160和一个或多个加速度计162中的一项或多项，来创建目标区域130的三维超声图像。用户可以将细长医疗设备114放置在目标区域130内，使用超声成像系统100以将细长医疗设备114引导到适当的解剖位置。在一些实施方案中，细长医疗设备114可被配置为放置在目标区域130中作为参考点，并且超声成像系统100可被配置为生成三维超声图像。在一些实施方案中，超声成像系统100可被配置为生成三维超声图像，并且细长医疗设备114可被配置为放置在目标区域130中。在一些实施方案中，细长医疗设备114包括超声探头140、导管、管心针、针、导丝或其组合。在一些实施方案中，控制台110可被配置为当细长医疗设备114放置在目标区域130中时，使用一个或多个超声探头140、一个或多个光纤147、一个或多个电磁传感器160、一个或多个加速度计或细长医疗设备114来跟踪。
66.图2示出了根据一些实施方案的超声成像系统100的部件的框图。在一些实施方案中，超声成像系统100包括控制台110、包括一个或多个加速度计162和一个或多个电磁传感器160中的一项或多项的超声探头140、以及超声探头连接器142内的光纤147。控制台110被示出为包括一个或多个处理器240、显示器170、被配置为接收发送的超声信号的超声信令逻辑262、光学逻辑180和非暂时性的计算机可读介质(“存储器”)250。存储器250被配置为存储一个或多个逻辑模块，包括反射数据分类逻辑252、形状感测逻辑254、电磁传感器接收逻辑256、加速度计接收逻辑258和解剖目标跟踪逻辑260。此外，存储器250可包括数据存储器，例如反射数据253、电磁传感器数据257、加速度计数据259或解剖目标跟踪数据261。
67.在一些实施方案中，光学逻辑180被配置为支持超声探头140的可操作性，并使得能够将信息返回到控制台110，该信息可用于确定与超声探头140相关联的物理位置或物理状态。在一些实施方案中，由于超声探头140通过超声探头连接器142耦合至控制台110，确定超声探头连接器142远端的物理位置或物理状态将确定超声探头140的物理位置或物理状态。超声探头140的物理状态可以基于从超声探头连接器142接收的反射光信号150的特征的变化。该特征可包括由集成在超声探头连接器142内的光纤芯136的芯纤维137的某些区域上的应变引起的波长偏移，该偏移可用于确定(通过波长偏移的计算或延展)超声探头140的物理状态或位置。结果，可以确定超声探头140的物理状态或物理位置，因为超声探头140的物理位置或物理状态将反映正在目标区域130上推进的超声探头140的物理位置或物理状态。
68.更具体地，如图2所示，光学逻辑180包括光源182。光源182被配置为传输宽带入射光155，以便在包括在互连145中的光纤147上传播，该光纤光学连接到超声探头连接器142内的光纤芯136的多个芯纤维137。在一个实施方案中，光源182是可调谐扫描激光器，尽管除了激光器之外也可以采用其他合适的光源，包括半相干光源、led光源等。
69.在一些实施方案中，光学逻辑180进一步包括光接收器184(例如，比如正-本征-负“pin”光电二极管、雪崩光电二极管等的光检测器)。这里，光接收器184被配置为接收返回
的光信号，即从光纤芯136的每个芯纤维137内制造的基于光纤的反射光栅(传感器)接收的反射光信号，并将反射光信号150转换成反射数据253，即代表包括由应变引起的波长偏移的反射光信号的电信号形式的数据。如下所描述的，与不同光谱宽度相关联的反射光信号150包括从位于超声探头连接器142的中心芯纤维(参考)中的传感器提供的反射光信号和从位于超声探头连接器142的外芯纤维中的传感器提供的反射光信号。
70.如图2所示，光源182和光接收器184都可操作地连接到处理器240，该处理器管理它们的操作。此外，光接收器184可操作地耦合以将反射数据253提供给存储器250，以由反射数据分类逻辑252存储和处理。反射数据分类逻辑252可被配置为识别哪些芯纤维属于接收的反射数据253中的哪些，并将从反射光信号150中提供的、属于超声探头连接器142的相似区域和/光谱宽度的反射数据253分离为分析组。
71.在一些实施方案中，形状感测逻辑254被配置为将在控制台110和超声探头140之间的连接的相同测量区域处部署在每个外芯纤维中的传感器测量的波长偏移与沿着中心轴定位并作为弯曲的中性轴操作的中心芯纤维处的波长偏移进行比较。从这些分析中，形状感测逻辑254可以确定芯纤维相对于参考点已经采取的形状，并且可以进一步确定超声探头140在三维空间中的当前物理位置，以在显示器170上呈现。在一些实施方案中，参考点可以是用户提供的、用户生成的、由控制台110确定的(例如，参考磁体166、超声探头140、一个或多个解剖目标400、细长医疗设备114等)。预期可以执行其他处理和程序，以利用由传感器沿着每个芯纤维137测量的波长偏移，以呈现控制台110和超声探头140之间的超声探头连接器142的物理状态的适当的变化。
72.在一些实施方案中，电磁传感器接收逻辑256接收由一个或多个电磁传感器160测量的参考磁体166的测量磁场强度值。电磁传感器接收逻辑256将每个测量的磁场强度值与超声探头140在特定测量的磁场强度值位置处获取的发送的超声图像相关联。在一些实施方案中，电磁传感器数据257将每个相关磁场强度值与相关超声图像一起存储。在一些实施方案中，控制台110可以访问电磁传感器数据257以编译三维超声图像。在一些实施方案中，电磁传感器接收逻辑256可被配置为使用与测量的磁场强度值相关联的超声图像来编译三维超声图像。
73.在一些实施方案中，加速度计接收逻辑258从耦合至超声探头140的一个或多个加速度计162接收测量的加速度值。加速度计接收逻辑258可被配置为将每个测量的加速度值与超声探头140在特定测量的加速度值位置处获取的发送的超声图像相关联。在一些实施方案中，加速度计接收逻辑258可被配置为基于测量的加速度值来确定超声探头140是否已经相对于最后获取的超声图像在三维空间中移动。在一些实施方案中，加速度计接收逻辑258可被配置为使用与测量的加速度值相关联的超声图像来生成三维超声图像。在一些实施方案中，加速度计数据259将每个相关加速度值与相关超声图像一起存储。在一些实施方案中，控制台110可以访问加速度计数据259以编译三维超声图像。
74.在一些实施方案中，解剖目标跟踪逻辑260识别并区分所发送的超声图像上的解剖目标，例如静脉、动脉、骨骼、肌腱、韧带、神经等。在一些实施方案中，解剖目标跟踪逻辑260可被配置为自动识别和区分解剖目标。在一些实施方案中，解剖学目标跟踪逻辑260可以通过用户选择来配置以识别和区分解剖目标。解剖目标跟踪逻辑260可被配置为相对于超声探头140选择静脉、动脉、另一解剖目标等作为参考点。解剖目标跟踪逻辑260可被配置
为如果超声探头140已经相对于所选择的参考点移动，则向用户提供反馈。解剖目标跟踪逻辑260可被配置为检测超声探头移动，包括探头倾斜、探头漂移和探头扭曲。在一些实施方案中，解剖目标跟踪逻辑260可被配置为检测组织压缩、组织减压或所识别的解剖目标的位置。在一些实施方案中，解剖目标跟踪数据261将来自一个或多个解剖目标的每个相关距离值与相关超声图像一起存储。在一些实施方案中，控制台110可以访问解剖目标跟踪数据261以编译三维超声图像。
75.图3示出了根据一些实施方案的包括在超声探头连接器142内的多芯光纤的一部分的结构的示例性实施方案。光纤芯136的多芯光纤部分200描绘了某些芯纤维137
1-137m(m≥2，如所示m＝4)，以及分别存在于芯纤维137
1-137m内的传感器(例如，反射光栅)210
11-210
nm
(n≥2；m≥2)之间的空间关系。更详细地说，每个传感器可以作为反射光栅操作，例如光纤布拉格光栅(fbg)，即对应于刻到芯纤维中的永久、周期性折射率变化的本征传感器。换句话说，传感器作为特定光谱宽度(例如，特定波长或特定波长范围)的光反射镜操作。结果，当宽带入射光155由光学光源182提供并通过特定芯纤维传播时，在到达用于该芯纤维的分布式传感器阵列的第一传感器时，与第一传感器相关联的规定光谱宽度的光被反射回控制台内的光接收器，包括显示器和光学光源。入射光的剩余光谱继续通过芯纤维朝向超声探头连接器142的远端传播。入射光的剩余光谱可遇到来自分布式传感器阵列的其他传感器，其中这些传感器中的每一个被制造成反射具有不同特定光谱宽度的光以提供分布式测量，如上所述。
76.如图3所示，部分200被细分为多个截面区域220
1-220n，其中每个截面区域220
1-220n对应于反射光栅210
11-210
14
…
210
n1-210
n4
。截面区域2201…
220n的一些或全部可以是静态的(例如，规定长度)或可以是动态的(例如，在区域2201…
220n之间的尺寸变化)。第一芯纤维1371基本上沿着中心(中性)轴230定位，而芯纤维1372可以从横截面的正面视角定向在多芯光纤137的包层内，以位于第一芯纤维1371的“顶部”。在该部署中，芯纤维1373和1374可以位于第一芯纤维1371的“左下”和“右下”。
77.参照第一芯纤维1371作为说明性实施例，当超声探头连接器142工作时，反射光栅210
1-210n中的每一个反射不同光谱宽度的光。如图所示，光栅210
1i-210
ni
(1≤i≤m)中的每一个与不同的特定频谱宽度相关联，该频谱宽度将由不同中心频率f1…fn
表示，其中根据本发明的一个实施方案，由相邻光栅反射的相邻频谱宽度是不重叠的。
78.这里，光栅210
12-210
n2
和210
13-210
n3
位于不同的芯纤维137
2-1373中，但沿着多芯光纤137的相同截面区域220-220n，被配置为以相同(或基本相似)的中心频率反射入射光。结果，反射光返回允许基于从返回的反射光测量的波长偏移来确定芯纤维137(和超声探头连接器142)的物理状态的信息。具体地，施加到多芯光纤137(例如，至少芯纤维137
2-1373)上的应变(例如，压缩或拉伸)导致与返回的反射光相关联的波长偏移。基于不同的位置，随着超声探头140在目标区域130上移动，芯纤维137
1-1374基于角路径变化，经历不同类型和程度的应变。
79.例如，关于图3的多芯光纤部分200，响应于超声探头140以及由此超声探头连接器142在横向方向上的移动，移动期间具有最短半径的多芯光纤137的第二芯纤维1372(例如，最接近角变化方向的芯纤维)将表现出压缩(例如，缩短长度的力)。同时，在移动期间具有最长半径的第三芯纤维1373(例如，离角变化方向最远的芯纤维)将表现出张力(例如，增加
长度的力)。由于这些力不同并且不相等，来自与芯纤维1372和1373相关联的反射光栅210
n2
和210
n3
的反射光将呈现不同的波长变化。反射光信号150的波长偏移差可以用于通过确定与沿着多芯光纤137的中性轴230定位的参考芯纤维(例如，第一芯纤维1371)的波长相比，每个外围光纤(例如，第二芯纤维1372和第三芯纤维1373)的压缩/拉伸引起的波长变化程度，来推断超声探头连接器142的物理配置。这些波长变化程度可用于推断超声探头连接器142的物理状态。反射光信号150经由特定芯纤维137
1-137m上的单独路径反射回控制台110。
80.图4a是根据一些实施方案的支持光信令和超声信令的超声探头连接器142的示例性实施方案。这里，超声探头连接器142的特征在于，位于中心的多芯光纤137，其包括包层300和驻留在相应的多个内腔320
1-320m内的多个芯纤维137
1-137m(m≥2；m＝4)。虽然多芯光纤137被示出在四(4)个芯纤维137
1-1374内，但可以部署更多数量的芯纤维137
1-137m(m＞4)以提供对多芯光纤137和部署芯纤维137的超声探头连接器142的物理状态(例如，形状等)的更详细的三维感测，可以部署更多数量的芯纤维137
1-137m(m＞4)。在一些实施方案中，多芯光纤137可被配置为封装在位于低摩擦系数层335上的同心编织管材310内。编织管材310可具有“网格”结构的特征，其中基于超声探头连接器142所需的刚性程度来选择相交导电元件之间的间距，因为较大的间距可提供较小的刚性，从而提供更柔韧的超声探头连接器142。
81.在一些实施方案中，如图4a-图4b所示，芯纤维137
1-1374包括中央芯纤维1371和多个外围芯纤维137
2-1374，它们保持在形成在包层300中的内腔320
1-3204内。在一些实施方案中，内腔320
1-3204中的一个或多个可被配置为具有尺寸大于芯纤维137
1-1374的直径的直径。通过避免芯纤维137
1-1374的大部分表面积与内腔320
1-3204的壁表面直接物理接触，入射光的波长变化由多芯光纤137中的角偏差引起，从而减少施加到内腔320
1-320m的壁而不是芯纤维137
1-137m自身的压缩和张力的影响。
82.如图4a-图4b进一步所示，芯纤维137
1-1374可包括位于沿第一中性轴230形成的第一内腔3201内的中心芯纤维1371和位于内腔320
2-3204内的多个芯纤维137
2-1374，每个内腔形成在从第一中性轴230辐射的包层300的不同区域内。通常，芯纤维137
2-1374(除了中心芯纤维1371)可位于包层300的截面区域305内的不同区域处，以提供足够的间隔，以基于传播通过芯纤维137
2-1374并反射回控制台进行分析的入射光的波长变化，来实现对多芯光纤137的三维感测。
83.例如，如图4b所示，在包层300具有圆形截面区域305的特征的情况下，芯纤维137
2-1374可以定位为沿包层300的外周测量的彼此基本等距，例如在如图所示的“顶部”(12点)、“左下”(8点)和“右下”(4点)位置。因此，一般而言，芯纤维137
2-1374可位于截面区域305的不同区段内。在包层300的截面区域305具有远尖端330并且具有多边形横截面形状特征(例如，三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形等)的情况下，中心芯纤维1371可以位于多边形形状的中心处或附近，而剩余芯纤维137
2-137m可以位于接近多边形形状的交叉边之间的角。仍然参考图4a-图4b，作为超声探头连接器142的导电介质操作，编织管材310为多芯光纤137提供机械完整性，并且可被配置为作为超声信号的传导路径操作。包层300和围绕包层300的圆周同心定位的编织管材310包含在同一绝缘层350内。如图所示，绝缘层350可以是由保护绝缘(例如，非导电)材料制成的护套或导管，其封装包层300和编织管材310两者。
84.图5示出了根据一些实施方案的包括超声探头140的超声成像系统100的各种部件的侧视图。在一些实施方案中，超声成像系统100可以包括解剖目标跟踪能力。在一些实施方案中，控制台110可以被配置为自动识别和区分超声图像上的静脉、动脉、其他解剖目标等。控制台110可以被配置为自动识别静态或动态超声图像上的一个或多个解剖目标400。在识别一个或多个解剖目标400中，控制台110可被配置为选择一个或多个解剖目标400作为相对于超声探头140的参考点410。随着超声探头140沿着目标区域130移动，控制台110可被配置为相对于参考点410跟踪超声探头140。在一些实施方案中，控制台110可被配置为如果超声探头140相对于参考点410漂移，则向用户提供反馈。在一些实施方案中，控制台110可被配置为在显示器170上描绘目标区域130的一个或多个解剖目标400。在一些实施方案中，用户可以通过手动用户输入选择一个或多个解剖目标400，包括在显示器170上选择、按钮按下、语音激活等。在一些实施方案中，超声探头140或控制台110可被配置为连续地将距作为一个或多个解剖目标400的参考点410的距离与获得的超声图像414相关联。可以将{距参考点的距离，超声图像}的相关联配对提供给控制台110，使得解剖目标跟踪逻辑260可以从参考点开始，通过基于距与每个图像相关联的参考点的距离412，将超声图像拼接在一起而生成三维可视化。控制台110可被配置为检测超声探头相对于一个或多个解剖目标400的移动，包括探头倾斜、探头漂移或探头扭曲。在一些实施方案中，控制台110可被配置为检测组织压缩、组织减压、关于一个或多个解剖目标位置的通信信息或其组合。在一些实施方案中，控制台110可被配置为使用参考点410来构建目标区域130的三维图像以在显示器170上显示。在一些实施方案中，当放置细长医疗设备114时一个或多个解剖目标400可被配置为用户引导超声探头140的界标。
85.图6示出了根据一些实施方案的超声成像系统的各种部件的侧视图，该超声成像系统包括具有一个或多个电磁传感器160和一个或多个加速度计162的超声探头140。在一些实施方案中，超声探头140包括被配置为检测磁场的一个或多个电磁传感器160、被配置为检测超声探头加速度的一个或多个加速度计162、或其组合。如图6所示，超声成像系统100包括参考磁体166，其被配置为在超声探头140对目标区域130成像时在目标区域130上方生成可由一个或多个电磁传感器160检测的磁场。由于参考磁体166在超声探头140的使用期间相对于目标区域130保持静止，所以参考磁体166充当超声探头140和控制台110的参考点。在一些实施方案中，参考磁体166可被配置为包括耦合至电源的电磁体，从而增加磁场的强度。增加磁场的强度将允许在离参考磁体166更远的地方使用超声探头140。
86.当超声探头140沿着目标区域130移动时，由一个或多个电磁传感器160检测到的磁场强度改变。超声探头140可被具体配置为将检测到的磁场强度与特定超声图像(作为回波接收)相关联。此外，超声探头140可被配置为连续地将检测到的磁场的强度与获得的超声图像相关联。可以将{检测到的磁场强度，超声图像}的相关联配对提供给控制台110，使得电磁传感器接收逻辑256可以从参考点开始，通过基于与每个超声图像相关联的磁场强度将超声图像拼接在一起而生成三维可视化。换句话说，电磁传感器接收逻辑256可以基于检测到的与每个超声图像相关联的磁场强度来适当地对齐超声图像。例如，在第一磁场强度值522处，超声探头140可以向控制台110发送第一图像520。在第二磁场强度值526，超声探头140可以向控制台110发送第二图像524。控制台110可被配置为适当地对齐第一图像520和第二图像524，以创建三维超声图像。具体地，检测到的磁场强度值提供了目标区域
130中超声图像相对于固定参考磁体166的位置的指示，该参考磁体166用于对齐超声图像。
87.在一些实施方案中，如图6所示，超声探头140可以包括一个或多个加速度计162。一个或多个加速度计162可被配置为在探头140在目标区域130上移动时检测超声探头140的加速度值并将其发送到控制台110。在一些实施方案中，超声探头140或控制台110可被配置为连续地将加速度值与获得的超声图像相关联。可以将{加速度值，超声图像}的相关联配对提供给控制台110，使得加速度计接收逻辑258可以从参考点开始，通过基于与每个超声图像相关联的加速度值将超声图像拼接在一起而生成三维可视化。在一些实施方案中，控制台110可被配置为使用加速度计接收逻辑258来确定超声探头140何时在移动。在一些实施方案中，控制台110可被配置为使用检测到的磁场强度值、加速度值或其组合来确定超声探头140的移动。在一些实施方案中，超声探头移动包括超声探头倾斜、超声探头漂移、超声探头扭曲或其组合。
88.图7示出了根据一些实施方案的使用超声成像系统创建目标区域的三维超声图像的示例性方法的流程图。在一些实施方案中，方法600包括使用参考磁体166和一个或多个电磁传感器160、一个或多个加速度计162、一个或多个解剖目标400、超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项，确定目标区域中的参考点(方框602)。在一些实施方案中，参考磁体166被配置为在目标区域130上方提供磁场，并且一个或多个电磁传感器160可被配置为检测和测量磁场强度。在一些实施方案中，细长医疗设备114包括导管、管心针、针或导丝。
89.方法600进一步包括使用超声探头140对目标区域进行成像，该超声探头通过超声探头连接器142耦合至控制台110，该超声探头连接器具有光纤147，该光纤包括一个或多个芯纤维，超声探头140具有一个或多个电磁传感器160或一个或多个加速度计162(方框604)。在一些实施方案中，对目标区域130成像可以包括在目标区域130上方移动超声探头140。
90.方法600进一步包括跟踪超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项(方框606)。在一些实施方案中，跟踪超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项包括使用相对于参考磁体的检测到的磁场强度值来跟踪超声探头140和细长医疗设备114。在一些实施方案中，跟踪超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项包括使用相对于参考点采取的一个或多个芯纤维的形状。在一些实施方案中，跟踪超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项包括使用超声探头140相对于一个或多个解剖目标400的位置作为参考点。在一些实施方案中，跟踪超声探头140和细长医疗设备114中的一项或多项可包括使用检测到的磁场强度值、一个或多个芯纤维相对于参考点的形状、或超声探头相对于一个或多个解剖目标的位置的组合。
91.方法600包括将超声图像与超声探头移动相关联(方框608)。在一些实施方案中，将超声图像与超声探头移动相关联可以包括将超声图像与相应的检测到的测量的磁场强度值相关联。在一些实施方案中，将超声图像与超声探头移动相关联可以包括将超声图像与相对于参考点采取的一个或多个芯纤维的相应形状相关联。在一些实施方案中，将超声图像与超声探头移动相关联可以包括将超声图像与超声探头140的相应加速度值相关联。在一些实施方案中，将超声图像与超声探头移动相关联可以包括前述的组合。
92.方法600进一步包括向用户提供反馈以保持超声探头与目标区域130的对齐(方框
610)。在一些实施方案中，提供反馈包括音频反馈、显示器170上描绘的视觉反馈或其组合。在一些实施方案中，向用户提供反馈包括使用一个或多个加速度计162来保持目标区域130内的超声探头对齐。在一些实施方案中，向用户提供反馈包括使用一个或多个解剖目标400来保持目标区域130内的超声探头对齐。在一些实施方案中，向用户提供反馈包括指示超声探头倾斜、超声探头漂移、超声探头扭曲或其组合。在一些实施方案中，向用户提供反馈包括在显示器170上指示组织压缩、组织减压、所识别的解剖目标400相对于超声探头140的位置、或其组合。
93.方法600进一步包括使用控制台编译目标区域130的三维超声图像，该控制台具有一个或多个处理器240和在其上存储有一个或多个逻辑模块的非暂时性计算机可读介质(方框612)。在一些实施方案中，一个或多个逻辑模块包括反射数据分类逻辑252、形状感测逻辑254、电磁传感器接收逻辑256、加速度计接收逻辑258和解剖目标跟踪逻辑260中的一项或多项。在一些实施方案中，一个或多个逻辑模块可被配置为执行以下一项或多项：确定相对于参考点采取的一个或多个芯纤维的形状，发送和接收光信号，检测并选择一个或多个解剖目标作为参考点，检测测量的磁场强度值，确定相对于参考点的超声探头移动，将超声探头移动与超声图像相关联，以及编译目标区域的三维超声图像。在一些实施方案中，编译目标区域130的三维超声图像包括使用与相应检测到的磁场强度值相关联的超声图像、使用与相对于参考点的一个或多个芯纤维的相应形状相关联的超声图像、使用与相应检测到的超声探头的加速度值相关联的超声图像、或其组合。在一些实施方案中，编译目标区域130的三维超声图像包括编译细长医疗设备114的路径的三维图像。在一些实施方案中，编译目标区域130的三维超声图像包括显示附加细长医疗设备购买预测和细长医疗设备购买确认，其中附加细长医疗设备包括导管。在一些实施方案中，编译目标区域130的三维超声图像包括在显示器170上描绘三维超声图像。
94.虽然本文已经公开了一些特定的实施方案，并且已经详细公开了特定的实施方案，但是特定的实施方案并不意图限制本文提供的概念的范围。对于本领域普通技术人员来说，可以出现额外的适配和/或修改，并且在更广泛的方面，这些适配和/或修改也包括在内。因此，在不脱离本文提供的概念的范围的情况下，可以偏离本文公开的特定实施方案。