本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)超聲成像系統(tǒng)，并且尤其涉及觸覺反饋設(shè)備以輔助超聲檢查醫(yī)師采集超聲圖像。

背景技術(shù)：

煩擾超聲圖像采集的一個困難是超聲探頭導(dǎo)航。由于所采集的超聲圖像不具有固定的參考系，對于超聲檢查醫(yī)師而言，可能難以獲知在任意給定時間在哪里移動探頭以采集感興趣對象的圖像。通常，如何以及在哪里移動探頭以采集特定感興趣對象的圖像的知識是從重要的經(jīng)驗獲取的。對于不僅提供定性評估而且還提供定量測量的成像應(yīng)用的需求日益增加。這些定量測量可以是對所采集圖像的手動、半自動或者全自動的計算機(jī)分析。圖像質(zhì)量和經(jīng)校正的視場在這些自動分析應(yīng)用中甚至更為關(guān)鍵。針對圖像采集的這些增加的需求可能是難以滿足的，即使對于熟練的超聲操作醫(yī)師同樣如此。

隨著實時分割算法日益流行，向超聲操作醫(yī)師提供實時導(dǎo)航反饋以指示超聲操作醫(yī)師可能想要在其中采集更多圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域的可能性變得更加可能。然而，將該導(dǎo)航信息以有意義的方式傳遞到超聲操作醫(yī)師并不是不重要的。盡管關(guān)于在哪里移動探頭的信息可以顯示于在監(jiān)測器上顯示的圖像上，但是對于超聲操作醫(yī)師如何平移或旋轉(zhuǎn)探頭以便采集在期望區(qū)域中的圖像可能是不明顯的。此外，由于期望的是超聲操作醫(yī)師連續(xù)觀察在監(jiān)測器上所顯示的采集圖像，關(guān)于在哪里移動探頭的導(dǎo)航信息需要被傳遞到超聲操作醫(yī)師而無需使用只在所顯示的圖像上或者在探頭自身上的視覺提示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

通過使用觸覺信息系統(tǒng)，能夠以直覺的方式向超聲操作醫(yī)師提供實時導(dǎo)航反饋。

根據(jù)本發(fā)明公開的一個例示性實施例，一種用于向超聲操作醫(yī)師提供導(dǎo)航引導(dǎo)的系統(tǒng)，可以包括：超聲探頭，其可以發(fā)射和接收回波信號；采集系統(tǒng)，其可以接收來自超聲探頭的對應(yīng)于由所述超聲探頭接收的回波信號的信號并且產(chǎn)生圖像；顯示系統(tǒng)，其可以從所述采集系統(tǒng)接收圖像，所述顯示系統(tǒng)可以包括解剖學(xué)分析模型，所述解剖學(xué)分析模型可以分析所述圖像并將數(shù)據(jù)傳送到跟蹤處理器，所述跟蹤處理器可以計算超聲探頭的移動，以至少部分地基于從解剖模型接收的數(shù)據(jù)來采集圖像；以及導(dǎo)航指令生成器，其可以將由跟蹤處理器計算的移動轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)航指令，所述導(dǎo)航指令可以被發(fā)送到與超聲探頭一起被包括的觸覺裝置，所述超聲探頭可以至少部分地基于導(dǎo)航指令來操作觸覺反饋設(shè)備，并且所述觸覺反饋設(shè)備可以向超聲操作醫(yī)師提供觸覺導(dǎo)航指令。所述觸覺裝置可以包括跨觸覺裝置的內(nèi)表面分布的多個觸覺反饋設(shè)備。所述觸覺裝置可以根據(jù)導(dǎo)航指令集來操作多個觸覺反饋設(shè)備，其中，同時操作的觸覺反饋設(shè)備的組合可以對應(yīng)于導(dǎo)航指令。所述觸覺反饋設(shè)備可以是電機(jī)，所述電機(jī)可以提供振動。所述觸覺設(shè)備還可以包括力傳感器。所述系統(tǒng)可以從力傳感器接收數(shù)據(jù)，并計算超聲探頭的移動，以至少部分地基于從所述力傳感器接收的數(shù)據(jù)來采集圖像。所述系統(tǒng)可以連續(xù)地操作，從而為超聲操作醫(yī)師提供導(dǎo)航引導(dǎo)。所述跟蹤處理器可以接收生理數(shù)據(jù)并計算超聲探頭的移動以至少部分地基于所述生理數(shù)據(jù)來采集圖像。

根據(jù)本發(fā)明的另一公開的實施例，一種向超聲操作醫(yī)師提供導(dǎo)航引導(dǎo)的方法可以包括：利用解剖學(xué)分析模型來分析由超聲探頭采集的圖像；至少部分地基于對圖像的分析來計算超聲探頭的移動；并且通過所述超聲探頭提供觸覺反饋來對超聲探頭進(jìn)行導(dǎo)航。所述方法還可以包括利用解剖學(xué)模型分析由超聲探頭采集的第二圖像，以確定圖像的足夠性(sufficiency)。所述方法還可以包括在已經(jīng)采集足夠的圖像時向超聲操作醫(yī)師提供信號。所述信號可以是視覺信號。所述方法可以還包括將指令傳送至被附接到超聲探頭的觸覺裝置并且激活觸覺裝置中的觸覺反饋設(shè)備，以向超聲操作醫(yī)師提供觸覺反饋。

根據(jù)本發(fā)明的原理的另一實施例，一種具有指令的非瞬態(tài)計算機(jī)可讀介質(zhì)，在其上存儲有要由一個或多個處理器來執(zhí)行的用于在采集超聲中的導(dǎo)航引導(dǎo)的指令，所述指令當(dāng)被執(zhí)行時可以使所述一個或多個處理器從超聲探頭發(fā)射超聲波、根據(jù)由超聲探頭接收的回波信號來生成圖像、分析所述圖像以確定所述圖像是否足夠、計算超聲探頭的移動以獲得足夠的圖像、基于所要求的移動來生成導(dǎo)航指令、并且將導(dǎo)航指令傳送到觸覺裝置。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的例示性實施例的醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)的框圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的例示性實施例的觸覺裝置的框圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的例示性實施例的導(dǎo)航指令集的框圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的例示性實施例的操作的流程圖。

具體實施方式

在下文的詳細(xì)說明中，出于解釋的目的，并且并非限制，闡述了公開具體細(xì)節(jié)的例示性實施例，以便提供對根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的實施例的透徹的理解。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，對于已經(jīng)從本公開獲益的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，偏離本文公開的具體細(xì)節(jié)的根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的其他實施例仍然在隨附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，可以忽略對周知的裝置和方法的描述，以便不掩蓋對例示性實施例的描述。這樣的方法和裝置在本教導(dǎo)的范圍之內(nèi)。

參考圖1，以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的超聲成像系統(tǒng)。所述超聲系統(tǒng)被配置有兩個子系統(tǒng)，前端采集子系統(tǒng)10A和顯示子系統(tǒng)10B。超聲探頭60被耦合到所述采集子系統(tǒng)，所述采集子系統(tǒng)包括二維矩陣陣列換能器70以及微波束形成器72。所述微波束形成器包含電路，所述電路控制被施加到陣列換能器70的元件組(“襯片”)并且對由每個組的元件接收的回波信號進(jìn)行一些處理。

采集子系統(tǒng)10A包括波束形成控制器74，波束形成控制器74對用戶控制36響應(yīng)并且向微波束形成器72提供控制信號，例如，關(guān)于發(fā)射波束的定時、頻率、方向和聚焦對探頭發(fā)指令。所述波束形成控制器還通過其對模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器18和系統(tǒng)波束形成器20的控制來控制由采集子系統(tǒng)接收的回波信號的波束形成。由探頭接收的回波信號通過在采集子系統(tǒng)中的前置放大器和TGC(時間增益控制)電路16進(jìn)行放大，之后，通過A/D轉(zhuǎn)換器18進(jìn)行數(shù)字化。經(jīng)數(shù)字化的回波信號之后被形成為由系統(tǒng)波束形成器20完全操縱和聚焦的波束。所述回波信號之后通過信號處理器22進(jìn)行處理，所述信號處理器22執(zhí)行數(shù)字濾波、B模式和M模式檢測、以及多普勒處理，并且還能夠執(zhí)行其他信號處理，諸如諧波分離、紋波降低和其他期望的圖像信號處理。

由采集子系統(tǒng)10A產(chǎn)生的回波信號被耦合到顯示子系統(tǒng)10B，顯示子系統(tǒng)10B處理所述回波信號，用于以期望的圖像格式進(jìn)行顯示。所述回波信號由圖像線處理器24進(jìn)行處理，所述圖像線處理器24能夠?qū)λ龌夭ㄐ盘栠M(jìn)行采樣、將波束的段拼接為完整的線信號、并且對線信號求平均以用于信噪比改善或流持續(xù)性。針對2D圖像的圖像線是通過掃描轉(zhuǎn)換器26被轉(zhuǎn)換為期望圖像格式的掃描，所述掃描轉(zhuǎn)換器26執(zhí)行本領(lǐng)域中已知的R-θ轉(zhuǎn)變。所述圖像之后被存儲在圖像緩存器或存儲器28中，從圖像緩存器或存儲器28，其能夠被顯示在顯示器38上。在存儲器28中的圖像也疊加有要與所述圖像一起顯示的圖形，所述圖形是由圖形生成器(未示出)生成的，所述圖形生成器對用戶控制36進(jìn)行響應(yīng)。個體圖像或圖像序列能夠在圖像循環(huán)或序列的捕獲期間被存儲在影像存儲器(未示出)中。

針對實時體積成像，顯示子系統(tǒng)10B還被包括3D圖像繪制處理器32，3D圖像繪制處理器32從圖像線處理器24接收圖像線，用于實時三維圖像的繪制。3D圖像能夠被顯示為在顯示器38上的實況(實時)3D圖像，或者被耦合到圖像存儲器28，用于存儲3D數(shù)據(jù)集，以供后續(xù)的觀察和診斷。

根據(jù)本發(fā)明的原理，所述顯示子系統(tǒng)還可以包括存儲在存儲器40中的自動解剖學(xué)分析模型。這樣的解剖學(xué)分析模型的范例是在美國專利申請13/884617“Identifying individual sub-regions of the cardiovascular system for calcium scoring”中描述的心臟模型技術(shù)。該技術(shù)可以能夠使用基于模型的方法從3D超聲體積中快速地分割多數(shù)心臟解剖結(jié)構(gòu)(腔室、脈管系統(tǒng)等)，并且在這樣做的過程中，可以迅速地確定其中足夠或者不足夠的圖像數(shù)據(jù)被找到的那些區(qū)域。解剖學(xué)分析模型的第二范例是預(yù)測活檢針的變形來輔助超聲操作醫(yī)師在活檢流程期間將針的端部保持在換能器70的視場中的模型。在非醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，所述解剖學(xué)模型可以利用針對要被成像的對象的任意適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠硖鎿Q，以確定足夠或者不足夠的圖像數(shù)據(jù)被找到的區(qū)域。

來自分析模型40的數(shù)據(jù)可以被傳遞到跟蹤處理器42。跟蹤處理器42可以至少部分地基于從分析模型40提供的數(shù)據(jù)來預(yù)測應(yīng)當(dāng)相對于當(dāng)前位置移動超聲探頭60以獲得期望的圖像的位置，并且將要求的探頭移動傳送到導(dǎo)航指令生成器44，導(dǎo)航指令生成器44生成導(dǎo)航指令，所述導(dǎo)航指令被傳送到觸覺裝置200，在下文更為詳細(xì)地描述。跟蹤處理器42可以在顯示器38上指示需要更多圖像數(shù)據(jù)的位置并且指示如何相對于其當(dāng)前位置來移動探頭60。然而，由于探頭60的對稱性，超聲操作醫(yī)師可能不總是準(zhǔn)確地知道探頭的什么樣的移動與要求的必要平移和/或旋轉(zhuǎn)相符合。盡管在超聲探頭60上的視覺提示(例如，LED)可以被用于指示超聲操作醫(yī)師如何移動探頭60，但是期望使超聲操作醫(yī)師保持對所顯示的圖像的持續(xù)觀察，尤其是針對介入情況，其中，解剖結(jié)構(gòu)和工具/器械/設(shè)備的相對位置是在視場內(nèi)操作的。

圖2圖示了可以被附接到超聲探頭60的外部或者被集成在超聲探頭60的外周的內(nèi)部的觸覺裝置200。觸覺裝置200提供直觀和非直觀的方式來向超聲操作醫(yī)師傳輸來自跟蹤處理器42的信息。觸覺裝置200可以被配置為向超聲操作醫(yī)師的握持超聲探頭60的手提供物理觸感。用于將應(yīng)當(dāng)移動超聲探頭60的位置轉(zhuǎn)變?yōu)橛筛櫶幚砥?2計算的這些物理觸感是觸覺導(dǎo)航指令。觸覺裝置200包括多個觸覺反饋設(shè)備201-208。在該例示性實施例中描繪了八個觸覺反饋設(shè)備，但可以使用更多或更少的觸覺反饋設(shè)備。觸覺反饋設(shè)備201-208可以是生成振動的電機(jī)，所述振動可以被握持超聲探頭60的超聲操作醫(yī)師感覺到。來自導(dǎo)航指令生成器44的功率和導(dǎo)航指令由線纜215來遞送。

由跟蹤處理器42計算的超聲探頭60的期望的移動可以被轉(zhuǎn)換為振動脈沖的序列，所述振動脈沖的序列被導(dǎo)航指令生成器44發(fā)送到一個或多個觸覺反饋設(shè)備201-208。所述指令可以被轉(zhuǎn)換為引起在一個或多個觸覺反饋設(shè)備201-208處的振動或者在一個或多個觸覺反饋設(shè)備201-208處的不同的振動強(qiáng)度。激活觸覺反饋設(shè)備201-208的樣式或序列可以通過預(yù)先確定的導(dǎo)航指令集來確定。

在圖3中示出了導(dǎo)航指令集300的范例。其他導(dǎo)航指令集可以是可能的。下文所描述的所有指令來自讀者的視角，而不是觸覺裝置200或超聲操作醫(yī)師。指令(a)-(f)描述了如何在3D空間中移動超聲探頭60。在(a)中，在觸覺裝置200的右側(cè)的兩個觸覺反饋設(shè)備207、208振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著x軸向右的方向305上移動探頭60。在(b)中，在觸覺裝置200的左側(cè)的兩個觸覺反饋設(shè)備203、204振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著x軸向左的方向310上移動探頭60。在(c)中，在觸覺裝置200的前側(cè)的兩個觸覺反饋設(shè)備201、202振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著y軸向頁面外的方向315上移動探頭60。在(d)中，在觸覺裝置200的后側(cè)的兩個觸覺反饋設(shè)備205、206振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著y軸向頁面內(nèi)的方向320上移動探頭60。在(e)中，在觸覺裝置200的底部部分的四個觸覺反饋設(shè)備202、204、206、208振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著z軸的方向325上向下移動探頭60。在(f)中，在觸覺裝置200的頂部部分的四個觸覺反饋設(shè)備201、203、207振動以向超聲操作醫(yī)師指示在沿著z軸的方向330上向上移動探頭60。

指令(g)-(l)描述如何旋轉(zhuǎn)超聲探頭60以調(diào)節(jié)換能器70被入射到被成像的對象的角度。在(g)中，前側(cè)底部觸覺反饋設(shè)備202和頂部后側(cè)觸覺反饋設(shè)備206振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞x軸逆時針在方向335上旋轉(zhuǎn)探頭60。在(h)中，前側(cè)頂部觸覺反饋設(shè)備201和底部后側(cè)觸覺反饋設(shè)備206振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞x軸順時針在方向340上旋轉(zhuǎn)探頭60。在(i)中，底部左側(cè)觸覺反饋設(shè)備204和頂部右側(cè)觸覺反饋設(shè)備206振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞y軸逆時針在方向345上旋轉(zhuǎn)探頭60。在(j)中，頂部左側(cè)觸覺反饋設(shè)備203和底部右側(cè)觸覺反饋設(shè)備206振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞y軸順時針在方向350上旋轉(zhuǎn)探頭60。在(k)中，頂部前側(cè)觸覺反饋設(shè)備201和底部左側(cè)觸覺反饋設(shè)備204振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞z軸順時針在方向355上旋轉(zhuǎn)探頭60。最終，在(l)中，頂部前側(cè)觸覺反饋設(shè)備201和底部右側(cè)觸覺反饋設(shè)備208振動以向超聲操作醫(yī)師指示圍繞z軸逆時針在方向360上旋轉(zhuǎn)探頭60。

在本發(fā)明的另一實施例中，觸覺裝置200還可以包括靠近換能器70的一個或多個力傳感器(未示出)。來自所述力傳感器的數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到跟蹤處理器42，并且導(dǎo)航指令生成器44可以經(jīng)由觸覺裝置200向超聲操作醫(yī)師提供指令，以增加或減小利用探頭施加的壓力?？梢员皇占蛱峁┑礁櫶幚砥?2以向超聲操作醫(yī)師提供觸覺反饋的其他生理數(shù)據(jù)包括呼吸率和ECG信號。該數(shù)據(jù)可以通過被集成到觸覺裝置200的額外的傳感器來收集，并且可以是被配置為向跟蹤處理器42傳送數(shù)據(jù)的分離的設(shè)備。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例采集圖像的范例過程的流程圖。超聲操作醫(yī)師利用超聲探頭60來采集圖像405。解剖學(xué)分析模型40分析所述圖像以確定圖像是否足夠410。如果所述圖像被確定為足夠的，所述過程在445處終止。對于足夠的圖像，所述圖像可以具有期望的質(zhì)量并且處在正確的視場處。超聲操作醫(yī)師可以被通過在顯示器38上的視覺信號或其他信號來提醒所述圖像的足夠性。如果解剖學(xué)分析模型40確定所述圖像是不足夠的，則跟蹤處理器42計算超聲探頭60的所要求的移動以采集期望的圖像420。超聲探頭60的要求的移動被傳送到導(dǎo)航指令生成器44，并且所要求的移動被轉(zhuǎn)換為要被提供給超聲操作醫(yī)師425的指令。導(dǎo)航指令生成器44在步驟430處將指令傳送到觸覺裝置200。觸覺裝置利用諸如在圖3中圖示的一個指令集使用觸覺反饋設(shè)備201-208向超聲操作醫(yī)師435傳送導(dǎo)航指令。超聲操作已知可以至少部分地基于由觸覺裝置200提供的指令來移動超聲探頭60，并采集新的超聲圖像440。該新的圖像之后被傳送到解剖學(xué)分析模型，以用于分析410。所述過程重復(fù)直到有超聲掃描醫(yī)師采集了足夠的圖像。

在各種實施例中，其中，以上描述的系統(tǒng)和/或方法使用可編程的設(shè)備來實施，諸如基于計算機(jī)的系統(tǒng)或可編程邏輯，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上描述的系統(tǒng)和方法能夠使用任意各種已知或后續(xù)開發(fā)的編程語言來實施，諸如“C”、“C++”、“FORTRAN”、“Pascal”、“VHDL”等。

因此，各種存儲介質(zhì)，諸如計算機(jī)磁盤、光盤、電子存儲器等，能夠被準(zhǔn)備并且包含信息，所述信息能夠指示諸如計算機(jī)的設(shè)備來實施以上描述的系統(tǒng)和/或方法。一旦合適的設(shè)備訪問在存儲介質(zhì)上包含的信息和程序，所述存儲介質(zhì)能夠向設(shè)備提供信息和程序，由此使得所述設(shè)備能夠執(zhí)行以上描述的系統(tǒng)和/或方法。

例如，如果包含合適材料(諸如源文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件等)的計算機(jī)盤被提供給計算機(jī)，所述計算機(jī)可以接收信息、適當(dāng)?shù)嘏渲米陨聿⑶覉?zhí)行在以上示圖和流程圖中列出的各種系統(tǒng)和方法功能，以執(zhí)行各種功能。亦即，所述計算機(jī)可以從與以上描述的系統(tǒng)和方法的不同要素相關(guān)的盤接收信息和各種部分、實施個體系統(tǒng)和/或方法并協(xié)調(diào)以上描述的個體系統(tǒng)和/或方法的功能。

鑒于該公開，應(yīng)當(dāng)注意，在本文中描述的各種方法和設(shè)備能夠以硬件、軟件和固件來實施。此外，各種方法和參數(shù)僅通過范例的方式被包括在內(nèi)，而并意圖進(jìn)行任何限制。鑒于該公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠通過確定他們自己的技術(shù)和實現(xiàn)這些技術(shù)需要所需要的裝備來實施本教導(dǎo)，同時仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。