[发明专利]利用二维成像探头的三维针定位

说明书

技术领域

本公开涉及医疗设备和程序，更具体而言，涉及用于使用一维或二维成像探头在三维中进行医疗设备定位的系统和方法。

背景技术

通常在超声引导下执行针插入，例如用于活体检查、引流、神经阻滞、血管进入等。已经基于大致垂直于针杆的导向成像束成功地实施了针可视化技术（使用例如针可视化增强软件）。

在大量情况下，由于组织的不均匀性和斜面不对称性，针会偏离成像平面。不管针可视化增强软件如何智能，处于面外的针都会消失，因为针根本接收不到超声能量。于是，临床医师必须移动成像换能器寻找针，并且经常失去原始目标平面。此外，临床医师不知道针相对于成像平面的位置，因此没有如何移动换能器以寻找针的指示。

发明内容

根据本发明原理，一种成像系统和方法包括医疗设备，所述医疗设备具有安装于其上的跟踪元件。换能器的阵列具有彼此间隔开的换能器，以在受试者中在所述跟踪元件与所述换能器的阵列之间交换能量。三边测量模块被配置为解读在跟踪元件与所述换能器的阵列之间感测到的信号，以计算与所述阵列中的所述换能器相关联的信号飞行时间，使得至少在二维中确定跟踪元件的位置，以在可视图像中定位所述医疗设备的位置。

通过结合附图阅读本公开的说明性实施例的下文详细描述，本公开的这些以及其他目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

本公开将参考下面的附图详细介绍下文对优选实施例的描述，其中：

图1是根据一个说明性实施例的示出了用于对医疗设备成像的一种系统/方法的框图/流程图；

图2A是根据一个说明性实施例的示出了发源于探头的换能器阵列元件的飞行时间球的侧视图的图示；

图2B是根据一个说明性实施例的示出了发源于探头的阵列元件的飞行时间球的正视图并示出了真实与对称交点的图示；

图3是根据本发明原理的示出了三个相交球以演示三边测量的透视图；

图4是根据本发明原理的具有针的三维绘制的二维超声图像；

图5A是根据一个实施例的示出了被聚焦/波束形成以形成虚拟发射器元件的物理阵列的元件的示意图；

图5B是根据另一实施例的示出了在物理阵列之后形成的虚拟元件的示意图；

图5C是根据另一实施例的示出了被波束形成以基于信号延迟形成了虚拟接收器元件的物理阵列的元件的示意图；并且

图6是根据另一说明性实施例的示出了用于对医疗设备成像的一种系统/方法的框图/流程图。

具体实施方式

根据本发明原理，需要同时对医疗设备的目标平面、相对位置和（例如，相对于目标平面的目标解剖结构的）轨迹同时成像，以避免与在程序期间失去平面外针的图像相关的问题。在临床介入的广阔范围中，使用一维（1D）超声探头实现相对于解剖结构的针的二维（2D）可视化。然而，当针和工具位于成像平面以外时无法评估针和工具的位置。提供本系统和方法以对平面外的针进行跟踪和可视化，而不失去目标解剖结构图像。在一个实施例中，这是使用简单的一维（1D）探头（用于2D成像）而实现的或者使用二维（2D）探头用于3D成像而实现的。还提供了用于使用1D阵列评估针相对于成像平面的3D位置的方法。

将超声元件（无源和有源的）嵌入到被跟踪的工具中，例如，嵌入到工具的顶端。在三维（3D）三角测量或三边测量例程当中使用在被跟踪的元件与成像探头的多个元件之间的超声信号飞行时间，以得到被跟踪的元件的位置。因此，不需要昂贵的额外装置（例如，矩阵式阵列）就极大地方便了超声引导针的介入。

还应当理解，将就医疗仪器而言来描述本发明；然而，本发明的教义要宽得多，并适用于在跟踪或分析复杂生物或机械系统中采用的任何仪器。具体而言，本发明原理适用于生物系统的内部跟踪程序，在诸如肺、胃肠道、排泄器官、血管的所有身体区域中的程序等。在附图中描绘的元件可以通过各种硬件和软件的组合来实施，并提供可以组合到单个元件或多个元件中的功能。

能够通过使用专用硬件以及能够与适当的软件结合的来执行软件的硬件，来提供附图所示的各种元件的功能。当由处理器提供功能时，能够由单个专用处理器、单个共享处理器或者多个独立处理器（其中一些能够被共享）提供功能。此外，不应将术语“处理器”或“控制器”的明确使用解释为排他性地指代能够执行软件的硬件，而是能够隐含地包括但不限于数字信号处理器（DSP）硬件、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、非易失性存储设备等。