CN117582288A - 配置用于执行***路径近似的空间感知医疗设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种超声成像***，其包括超声探测器和控制台。超声探测器包括：超声换能器阵列，配置为将生成的超声信号发射入患者，接收反射超声信号，并将反射超声信号转换为超声信号的对应电信号以处理成超声图像；以及配置为伴随超声探测器沿着患者从起始位置移动到结束位置，获得位置跟踪数据的部件。控制台包括一个或多个处理器和存储逻辑的计算机可读介质，逻辑在被执行时引起操作，包括：接收和处理电信号以生成超声图像，接收位置跟踪数据，确定超声探测器行进的路径的度量，以及基于超声探测器行进的路径的度量，提供对应于要***患者的医疗设备的***推荐。

Description

配置用于执行***路径近似的空间感知医疗设备

优先权

本申请要求2022年8月15日提交的美国专利申请号17/888,359的优先权，该申请的全部内容通过引用结合到本申请中。

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，更具体地涉及配置用于执行***路径近似的空间感知医疗设备。

背景技术

超声成像是一种被广泛接受的工具，用于将针、导管、管心针和导丝等介入器械引导到人体中的血管或器官等目标。然而，当前的超声成像***和公认的过程通常缺乏***路径测量的精确确定或近似，例如从***部位到脉管***内目标放置位置的预期***路径的长度。例如，当前公认的实践是利用纸卷尺来测量从***部位到患者身体上被认为位于目标放置位置上方的外部位置的距离。然而，鉴于当今医疗器械的进步，这种做法已经严重过时。

本文公开了包括超声成像探测器的***，超声成像探测器具有集成在其中的用于在预扫描程序(映射过程)期间获得探测器的位置跟踪数据的部件和用于在扫描过程期间分析位置跟踪数据以确定探测器的起始位置的逻辑，其可以伴随针和/或医疗设备***患者体内。此外，在预扫描程序期间获得的位置跟踪数据可以使逻辑能够生成穿过患者脉管***的预期***路径的可视化(例如，生成医疗设备在放置在目标位置之前将穿过的一组脉管的可视化)。此外，本文公开了使用这种超声成像探测器的方法。

发明内容

本文公开了一种超声成像***，在一些实施方案中包括超声探测器，超声探测器包括：(i)超声换能器阵列，其中,超声换能器阵列的激活超声换能器配置为将生成的超声信号发射入患者，从患者接收反射超声信号，并将反射超声信号转换为超声信号的对应电信号以处理成超声图像；以及(ii)配置为伴随超声探测器沿着患者身体从起始位置移动到结束位置，获得位置跟踪数据的部件。超声成像***还包括配置为与超声探测器通信的控制台。控制台包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器执行时，引起操作，包括：接收并处理电信号以生成超声图像，接收位置跟踪数据，确定超声探测器行进的路径的度量，以及基于超声探测器行进的路径的度量，提供对应于待***患者的医疗设备的***推荐。

在一些实施方案中，获得位置跟踪数据是在对***部位进行消毒之前执行的预扫描程序。在一些实施方案中，超声探测器行进的路径的度量包括从起始位置行进到结束位置的距离。在其他实施方案中，配置为获得位置跟踪数据的部件是惯性测量单元。在进一步的实施方案中，配置为获得位置跟踪数据的部件是多芯光纤，多芯光纤在探测器内配置为预定几何形状。

在又一其他实施方案中，配置为获得位置跟踪数据的部件是磁传感器，并且超声成像***还包括一个或多个磁目标，其中，磁传感器配置为伴随超声探测器从起始位置移动到结束位置，检测由一个或多个磁目标生成的磁场的强度变化。

超声成像***可还包括替代现实设备，替代现实设备通信地联接至控制台，并且配置为伴随超声探测器从起始位置移动到结束位置，显示超声图像的替代现实显示。在一些实施方案中，控制台或超声探测器中的至少一者配置为当超声探测器在对***部位进行消毒之后返回到起始位置时提供反馈。反馈可以是听觉反馈、触觉反馈或视觉反馈中的任一者。

在一些实施方案中，逻辑在由一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，包括接收提供与位置跟踪数据或超声图像的方面对应的细化数据的用户输入，其中，细化数据是超声图像内的成像脉管的深度或患者特定信息中的任一者。

此外，本文公开了一种非暂时性的计算机可读介质，其上存储有逻辑，当由一个或多个处理器执行时，引起包括利用超声成像***的方法的操作，包括：接收并处理电信号以生成超声图像，接收位置跟踪数据，确定超声探测器行进的路径的度量，以及基于超声探测器行进的路径的度量，提供对应于待***患者的医疗设备的***推荐。

考虑到更详细地描述这些概念的特定实施方案的附图和以下描述，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明显。

附图说明

在附图的图中通过举例而非限制的方式示出了公开文本的一个或多个实施方案，其中相同的附图标记表示相似的元件。

图1示出了根据一些实施方案的超声成像***和患者。

图2示出了根据一些实施方案的图1的超声成像***的控制台的框图。

图3示出了根据一些实施方案的可以在图1的超声成像***中包括的超声探测器的第一实施方案。

图4示出了根据一些实施方案的被修改为包括多芯光纤的图3的超声探测器的替代实施方案；

图5示出了根据一些实施方案的被修改为包括磁传感器的图3-图4的超声探测器的替代实施方案；

图6提供了根据一些实施方案的连接到解剖可视化***的控制台的超声探测器的框图；

图7提供了根据一些实施方案的解剖可视化***的替代现实耳机的框图；

图8示出了根据一些实施方案的通过替代现实耳机的显示屏看到的患者上方的虚拟解剖的对象；

图9示出了根据一些实施方案的超声***的示例实施方式，该超声***包括配置有如图3中所示的惯性测量单元(“IMU”)的超声探测器；

图10示出了根据一些实施方案的在图9中所示的实施期间或之后执行的分析的结果，包括提供用于***医疗设备的数字参考框架；

图11A-11B示出了根据一些实施方案的在如图9-10中所示的实施期间或之后由超声***执行的分析和/或获得的结果的细化；

图12示出了根据一些实施方案的基于解剖学和/或人口统计学考虑的在如图9-10中所示的实施期间或之后由超声***执行的分析和/或获得的结果的第二细化；以及

图13示出了根据一些实施方案的在将超声探测器定位到图9-10中显示的实施方式的映射过程的起点时提供给用户的反馈。

具体实施方式

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。

在本说明书中，对“实施方案”、“一个实施方案”等的引用意味着所描述的特定特征、功能、结构或特性包括在本文介绍的技术的至少一个实施方案中。这种短语在本说明书中的出现不一定都指相同的实施方案。另一方面，所提到的实施方案也不一定是互斥的。

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。诸如“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。

关于“近侧”，例如，本文公开的导管的“近侧部分”或“近端部分”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管的部分。类似地，例如，导管的“近侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管长度。例如，导管的“近端”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管端部。导管的近侧部分、近端部分或近侧长度可以包括导管的近端；然而，导管的近侧部分、近端部分或近侧长度不需要包括导管的近端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的近侧部分、近端部分或近侧长度不是导管的末端部分或末端长度。

关于“远侧”，例如，本文公开的导管的“远侧部分”或“远端部分”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管的部分。类似地，例如，导管的“远侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管长度。例如，导管的“远端”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管端部。导管的远侧部分、远端部分或远侧长度可以包括导管的远端；然而，导管的远侧部分、远端部分或远侧长度不需要包括导管的远端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的远侧部分、远端部分或远侧长度不是导管的末端部分或末端长度。

除非另有定义，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。

如上所述，需要超声成像***及其方法，其能够动态地调整图像平面，以促进将介入器械引导到至少人体中的目标。本文公开了动态调整超声成像***及其方法。

现在参考图1，示出了根据一些实施方案的超声成像***100、针112和患者P。图2示出了根据一些实施方案的超声成像***100的框图。图3示出了根据一些实施方案的在进入患者P的血管之前对血管进行成像的超声成像***100的超声探测器106。

如图所示，超声成像***100包括控制台102、显示屏104和超声探测器106。超声成像***100用于在用针112经皮穿刺之前对例如患者P体内的血管或器官的目标进行成像，以将针112或另一医疗设备***目标并访问目标。实际上，在基于超声的医疗过程中，超声成像***100在图1中以与患者P的一般关系示出，以通过由针112经皮穿刺产生的皮肤***部位S将导管108放置到患者P的血管***中。应当理解，超声成像***100可用于除导管***之外的各种基于超声的医疗过程。例如，可以使用针112执行经皮穿刺，以对患者P的器官组织进行活检。

控制台102容纳超声成像***100的各种部件，并且应当理解控制台102可以采取各种形式中的任何一种。在控制台102中包括处理器116和存储器118，例如随机存取存储器(“RAM”)或非易失性存储器(例如，电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”))，用于控制超声成像***100的功能，以及在超声成像***100的操作期间根据存储在存储器118中以供处理器116执行的可执行逻辑120执行各种逻辑操作或算法。例如，控制台102配置为通过逻辑120实例化一个或多个过程，用于动态调整激活超声换能器149与预定目标(例如，血管)或区域的距离、激活超声换能器149到预定目标或区域的方位、或激活超声换能器149相对于预定目标或区域的距离和方位两者，以及将来自超声探测器106的电信号处理成超声图像。动态调整激活超声换能器149使用由控制台102接收的超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合来激活超声换能器148的二维阵列中的某些超声换能器或移动超声换能器148的线性阵列中已经激活的那些超声换能器。数字控制器/模拟接口122也包括在控制台102中，并且与处理器116和其他***部件通信，以管理超声探测器106和本文所述的其他***部件之间的接口。

超声成像***100还包括用于与附加部件连接的端口124，附加部件例如是包括打印机、存储介质、键盘等的可选部件126。端口124可以是通用串行总线(“USB”)端口，尽管其他类型的端口可以用于此连接或本文示出或描述的任何其他连接。控制台102包括电源连接128，以实现到外部电源130的可操作连接。内部电源132(例如，电池)也可以与外部电源130一起使用或不与外部电源一起使用。电源管理电路134包括在控制台102的数字控制器/模拟接口122中，以调节电源的使用和分配。

显示屏104集成到控制台102中，以在诸如由超声探测器106获得的目标或患者P的一个或多个超声图像期间为临床医生提供GUI和显示信息。此外，超声成像***100使得诸如针112的磁化医疗设备的距离和方位能够实时叠加在目标的超声图像之上，从而使得临床医生能够准确地将磁化医疗设备引导到预定目标。尽管如此，可替代地，显示屏104可以与控制台102分离并通信地联接至控制台。包括在超声探测器106上的控制台按钮接口136和控制按钮110(见图1)可用于由临床医生立即将所需模式调出到显示屏104，以在基于超声的医疗过程中提供帮助。在一些实施方案中，显示屏104是LCD设备。

超声探测器106与诸如血管(见图3)的目标的基于超声的可视化结合使用，以准备将针112或另一医疗设备***目标中。这种可视化给出实时超声引导，并有助于减少通常与这种***相关联的并发症，包括无意中的动脉穿刺、血肿、气胸等。如下面更详细地描述的，超声探测器106配置为向控制台102提供对应于超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合的电信号，用于实时超声引导。

可选地，独立光学询问器154可以通过端口124之一通信地联接至控制台102。可替代地，控制台102可以包括集成到控制台102中的集成光学询问器。这种光学询问器配置为将输入光信号发射到用于与超声成像***100一起进行形状感测的配套光纤管心针156中，该光纤管心针156又配置为***到诸如针112的医疗设备的内腔内，并沿着光纤管心针156的长度将来自光学询问器154的输入光信号传送到多个FBG传感器。光学询问器154还配置为接收由光纤管心针156传送的从多个FBG传感器反射的反射光信号，该反射光信号指示光纤管心针156的形状。光学询问器154还配置为将反射光信号转换为对应电信号，以便由控制台102处理成相对于目标的距离和方位信息，用于动态调整激活超声换能器149的距离、激活超声换能器149的方位，或者当被带入目标附近时激活超声换能器149相对于目标或医疗设备的距离和方位两者。例如，激活超声换能器149的距离和方位可以相对于作为目标的血管调整。实际上，根据血管的方位，可以由激活超声换能器149建立的图像平面垂直或平行于血管。在另一个实施例中，当诸如针112的医疗设备被带入超声探测器106附近时，可以由激活超声换能器149建立图像平面，垂直于包括如图11-13中所示的医疗设备平面或平行于包括医疗设备的医疗设备平面，以用医疗设备访问目标。图像平面可以在医疗设备接近时垂直于医疗设备平面，并且在医疗设备***时平行于医疗设备平面(例如，用针112经皮穿刺)。距离和方位信息还可用于在显示器上显示医疗设备的图像表示。

图2示出超声探测器106还包括用于控制按钮和超声探测器106操作的按钮和存储器控制器138。按钮和存储器控制器138可以包括非易失性存储器(例如，EEPROM)。按钮和存储器控制器138与控制台102的探测器接口140可操作地通信，其包括用于与超声换能器148接口的输入/输出(“I/O”)部件142和用于与按钮和存储器控制器138接口的按钮和存储器I/O部件144。

超声探测器106可以包括磁传感器阵列146，用于在基于超声的医疗过程期间检测诸如针112的磁化医疗设备。磁传感器阵列146包括嵌入或包括在在超声探测器106的壳体上的多个磁传感器150。磁传感器150配置为当磁化医疗设备靠近磁传感器阵列146时，检测磁场或磁场中的扰动作为与磁化医疗设备相关联的磁信号。磁传感器150还配置为将来自磁化医疗设备(例如，针112)的磁信号转换为电信号，以供控制台102处理成磁化医疗设备相对于预定目标的距离和方位信息，以及用于在显示屏104上显示磁化医疗设备的图像表示(见图3中针112的磁场B)。因此，磁传感器阵列146使超声成像***100能够跟踪针112等。

尽管这里配置作为磁传感器，但应当理解，磁传感器150可以是其他类型和配置的传感器。此外，尽管它们在本文中被描述为包括在超声探测器106中，但磁传感器阵列146的磁传感器150可以包括在与超声探测器106分离的部件中，例如超声探测器106***其中的套管或甚至单独的手持设备中。磁传感器150可以围绕超声探测器106的探测器头114布置成环形结构，尽管可以理解，磁传感器150可以布置成其他结构，例如成拱形、平面或半圆形布置。

磁传感器150的每个磁传感器包括三个正交的传感器线圈，用于实现三个空间维度中的磁场的检测。例如，可以从Morristown,NJ的霍尼韦尔传感和控制公司购买这种三维(“3-D”)磁传感器。此外，磁传感器150配置作为霍尔效应传感器，尽管可以采用其他类型的磁传感器。此外，代替三维传感器，可以根据需要包括和布置多个1维(“1-D”)磁传感器以实现一维、二维、或三维检测能力。

五个磁传感器150包括在磁传感器阵列146中，以便能够在三个空间维度(例如，X、Y、Z坐标空间)上检测诸如针112的磁化医疗设备，以及磁化医疗设备本身的俯仰和偏航方位。当磁化医疗设备被带入超声探测器106附近时，根据前述的磁化医疗设备的检测允许动态地调整激活超声换能器149的距离、激活超声换能器149的方位、或激活超声换能器149相对于目标或磁化医疗设备的距离和方位两者。例如，激活超声换能器149的距离和方位可以相对于作为目标的血管调整。实际上，根据血管的方位，可以由激活超声换能器149建立的图像平面垂直或平行于血管。在其他实施方案中，磁传感器阵列146中可以采用少于五个或多于五个的磁传感器150的磁传感器。更一般地，应当理解，磁传感器阵列146的磁传感器150的数量、尺寸、类型和位置可以与本文明确示出的不同。

如图2所示，超声探测器106可以还包括惯性测量单元(“IMU”)158或其用于惯性测量的任何一个或多个部件，其选自加速度计160、陀螺仪162和磁强计164，配置为向控制台102提供超声探测器106的位置跟踪数据以用于图像平面的稳定。处理器116进一步配置为执行用于处理位置跟踪数据的逻辑120，用于调整激活超声换能器149与目标的距离、激活超声换能器149到目标的方位、或激活超声换能器149相对于目标的距离和方位两者，以在超声探测器106无意中相对于目标移动时，保持激活超声换能器149相对于目标的距离和方位。

可以理解，可磁化材料的医疗设备使得医疗设备(例如，针112)能够被磁化器磁化，如果还没有磁化，并且当磁化的医疗设备在基于超声的医疗过程期间被带入磁传感器阵列146的磁传感器150附近或***患者P的身体中时，由超声成像***100跟踪。磁化医疗设备的这种基于磁的跟踪通过将表示针112的实时距离和方位的模拟针图像叠加在磁化医疗设备正在访问的患者P的身体的超声图像上，帮助临床医生将其远端放置在所需的位置，例如血管腔内。这样的医疗设备可以是不锈钢，例如SS 304不锈钢；然而，也可以采用能够被磁化的其它合适的针材料。如此配置，针112等可以产生磁场或在可由超声探测器106的磁传感器阵列146检测为磁信号的磁场中产生磁扰动，以便使磁化医疗设备的距离和方位能够由超声成像***100跟踪，用于动态调整激活超声换能器149的距离、激活超声换能器149的方位，或激活超声换能器149相对于磁化医疗设备的距离和方位两者。

在超声成像***100的操作期间，超声探测器106的探测器头114贴靠患者P的皮肤放置。产生超声束152，以便对目标的一部分(例如患者P的皮肤表面下方的血管)进行超声成像。血管的超声图像可以在超声成像***100的显示屏104上描绘和稳定。

现在参考图3，根据一些实施方案示出了可以在图1的超声成像***中包括的超声探测器的实施方案。超声探测器106包括探测器头114，探测器头容纳超声换能器148的安装线性阵列或超声换能器148的二维阵列，其中超声换能器148是压电换能器或电容微机械超声换能器(“CMUT”)。当超声探测器106配置有超声换能器148的二维阵列时，根据超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合，根据超声成像所需线性激活超声换能器148的子集，以将目标保持在图像平面中或切换到包括目标的不同图像平面(例如，从垂直于医疗设备平面到平行于医疗设备平面)。

探测器头114配置用于紧贴患者P的皮肤放置，靠近预期的针***部位，其中探测器头114中的激活超声换能器149可以产生并以多个脉冲向患者P发射生成的超声信号，通过患者P的身体对生成的超声脉冲的反射，从患者P接收反射超声信号或超声回波，并将反射超声信号转换为对应电信号，以通过与超声探测器106通信地联接的控制台102处理成超声图像。以这种方式，临床医生可以使用超声成像***100来确定合适的***部位并使用针112或其他医疗设备建立血管通路。

超声探测器106可还包括控制按钮110，用于在基于超声的医疗过程期间控制超声成像***100的某些方面，从而消除了临床医生伸出患者P周围的无菌场来控制超声成像***100的需要。例如，控制按钮110的控制按钮可以配置为在准备将针112或另一医疗设备***目标中时，当被按下以可视化目标时选择或锁定在目标上(例如，血管、器官等)上。这样的控制按钮还可以配置为取消选择目标，无论目标是通过控制按钮还是通过其他方式选择，例如通过将超声探测器106固定在目标上方以选择目标、发出语音命令以选择目标等，这都是有用的。

此外，如图3中所示的超声探测器106包括惯性测量单元(“IMU”)158。如上所述，IMU 158配置为从选自加速度计160、陀螺仪162和磁强计164的一个或多个部件中的任何一个获得惯性测量。基于所获得的惯性测量，IMU 158配置为向控制台102提供超声探测器106的位置跟踪数据，从而实现探测器106的空间感知。例如，位置跟踪数据可以从开始时间(即，当探测器106定位在***部位处或邻近***部位时)记录直到结束时间(即，当探测器106定位在目标放置位置上方时，其中探测器106位于患者P的外部，目标放置位置在患者P的内部，例如脉管***)。可替代地，位置跟踪数据可以从开始时间到结束时间以如每2、5、10等秒的时间间隔记录。在这样的实施方案中，用户可以通过任何类型的用户输入来指示开始和结束时间。位置跟踪数据还可以用于向用户(例如，医疗专业人员)提供替代现实(增强现实、虚拟现实和/或混合现实中的任何一个)显示，以辅助确定***路径。

处理器116可以配置为执行用于处理位置跟踪数据的逻辑120，以确定从***部位到目标放置位置的***路径的长度。例如，伴随用户将探测器106从***部位移动到目标放置位置上方的位置，处理器可以利用位置跟踪数据来确定探测器106行进的距离。如下面将进一步详细讨论的，***路径的长度可以辅助确定或计算：在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度；医疗设备的推荐的修剪长度；推荐的设备配置；等等。

除了探测器106的位置跟踪数据之外，用于确定医疗设备的预期长度、推荐的修剪长度和推荐的设备配置的附加数据可以包括从探测器106接收的超声数据，以确定所需血管和/或器官的深度和尺寸(例如，环境)。可以由逻辑120和/或经由用户输入自动确定深度和尺寸。

现在参考图4，根据一些实施方案，示出了被修改为包括多芯光纤的超声探测器106。图4的超声探测器106包括多芯光纤400，该多芯光纤从控制台102到探测器106延伸系绳的长度。此外，多芯光纤400可以在探测器106的远端404处配置为预定的几何形状402。预定的几何形状使得控制台102的逻辑能够执行形状感测操作，从而能够检测探测器106的方位的方向。更具体地，由于在部署探测器106之前已知预定几何形状402相对于换能器148的方位，所以可以用某些信息来增强在显示器104上显示的超声图像，例如，镜像协调校正信息、颜色编码信息、目标脉管的突出显示，并且探测器106可以经由触觉反馈来提供方向指令。在不知道探测器106的方位的情况下，不能提供这样的信息。

参考图5，根据一些实施方案，示出了被修改为包括磁传感器的图3-图4的超声探测器的替代实施方案的图示。如图5中所示的***100包括探测器106，探测器被修改为包括磁传感器500，磁传感器配置为检测由磁目标502A-502D生成的磁场504A-504D和/或诸如地球磁场的环境磁场506。当探测器106沿着从邻近***部位S的起始位置到目标放置位置上方的位置的路径移动时(例如，见图9的位置900、904和行进路径906)，磁传感器500检测磁场504A-504D和/或磁场506，从而使得逻辑120能够确定对应于探测器106的移动的位置跟踪数据。更具体地，由于目标502A-502D在患者身体上具有已知的位置，可以通过检测到的磁场504A-504D的强度变化来组装位置跟踪数据。可替代地或附加地，伴随探测器106移动，可以记录磁场506的强度变化。

参考图6，示出了根据一些实施方案的超声***的框图，该超声***包括连接到超声探测器的控制台和替代现实设备。图6中所示的许多部件存在于图2中并在上面讨论。因此，这些部件及其相应的功能和配置将不再讨论，除非图6的实施方案包括附加的功能和/或配置。

具体地，图6的***示出了上面讨论的超声***可以包括与其连接的替代现实(AR)设备。在一些情况下，控制台102的显示器104可以提供AR数据，并且AR设备600可以提供辅助AR数据作为由显示器104提供的AR数据的替代。AR设备600可以经由有线或无线(示出)配置连接到控制台102。在一些情况下，AR设备600可以经由云服务器间接连接到云服务器和控制台102。在这样的实施方案中，云服务器可以处理逻辑120的一部分，和/或控制台102上的逻辑120处理可以经由云服务器向AR设备600提供指令。

参考图7，根据一些实施方案，示出了解剖可视化***的替代现实耳机的框图。图7示出AR设备600可以具有与图6、图8的眼镜不同的替代形状因子。具体地，AR设备600可以采用护目镜型或面罩型形状因子，包括适当配置的显示屏712和其上联接至框架716的窗口714，框架具有包括存储器718和一个或多个处理器720的电子电路。显示屏712配置为使得AR设备600的佩戴者可以根据窗口714的不透明度通过显示屏712看到包括患者的环境(例如，手术室)，该不透明度可以通过不透明度控制748来调节。显示屏712配置为在环境上方显示虚拟解剖的对象，例如在患者上方，虚拟解剖的对象对应于控制台110使用图像分割算法产生的超声图像片段。在环境上方显示虚拟解剖的对象时，AR设备600可以配置为将虚拟解剖的对象三维锚定到环境，例如在其上显示虚拟解剖的对象的患者，这允许AR设备600的佩戴者看到用于一个或多个后续医疗过程(例如，进入脉管并在脉管中放置医疗设备，如导管的导丝)的患者解剖的真实表示。将虚拟解剖的对象锚定到显示虚拟解剖的对象的环境或患者是混合现实的特征。

AR设备600可以还包括感知用户界面(“PUI”)，该感知用户界面配置为使得AR设备600的佩戴者能够在没有诸如键盘或鼠标的物理输入设备的情况下与AR设备600交互。代替物理输入设备，PUI可以具有输入设备，包括但不限于一个或多个面向佩戴者的眼球跟踪相机722、一个或多个面向患者的相机724、一个或多个麦克风726或其组合。PUI的输入设备的至少一个优点是临床医生不必到达无菌区域之外来执行AR设备600的命令。

关于一个或多个眼球跟踪相机722，一个或多个眼球跟踪相机722可以联接至框架716并且配置为在相机缓冲器734或存储器718中捕获佩戴者的眼球运动。AR设备600的处理器720可以配置为用一个或多个算法728的眼球运动算法来处理眼球运动，以识别佩戴者的焦点，用于选择对应于佩戴者的焦点的虚拟解剖的对象或其他表示(例如，医疗设备的轮廓、虚拟医疗设备等)。例如，PUI可以使用佩戴者的焦点来选择虚拟解剖的对象，以通过突出虚拟解剖的对象或增加虚拟解剖的对象与其环境之间的对比度来增强虚拟解剖的对象。在另一个实施例中，PUI可以使用佩戴者的焦点来选择虚拟解剖的对象以执行PUI的一个或多个其他操作，例如放大虚拟解剖的对象、提供一个或多个虚拟解剖的对象的横截面等。

关于一个或多个面向患者的相机724，一个或多个面向患者的相机724可以联接至框架716并且配置为在相机缓冲器734或存储器718中捕获佩戴者的手势。AR设备600的处理器720可以配置为用一个或多个算法728中的手势命令算法来处理手势，以识别由佩戴者发出的基于手势的命令，以便由AR设备600执行。

关于一个或多个麦克风726，一个或多个麦克风726可以联接至框架716，配置为在存储器718中捕获佩戴者的音频。AR设备600的处理器720可以配置为用一个或多个算法728中的音频命令算法来处理音频，以识别由佩戴者发出的基于音频的命令，以便由AR设备600执行。

电子电路包括处理器720、与存储器718(例如，动态随机存取存储器[“DRAM”])通信的存储器控制器730、相机接口732、相机缓冲器734、显示驱动器736、显示格式化器738、定时生成器740、显示输出接口742和显示输入接口744。这些部件可以通过处理器720、一条或多条总线的专用线路或其组合彼此通信。

相机接口216配置为提供到一个或多个眼球跟踪相机722和一个或多个面向患者的相机724的接口，以及将从相机722、724接收的相应图像存储在相机缓冲器734或存储器718中。一个或多个眼球跟踪相机722的每个相机可以是红外(“IR”)相机或位置敏感检测器(“PSD”)，其配置为分别通过IR反射或眼球闪烁位置数据来跟踪眼球闪烁位置。

显示驱动器220配置为驱动显示屏712。显示格式化器738配置为向控制台110的一个或多个处理器414提供虚拟解剖的对象的显示格式化信息，用于格式化虚拟解剖的对象，以便显示在环境上方的显示屏712上，例如患者上方。定时生成器740配置为提供用于AR设备600的定时数据。显示输出接口742包括用于从一个或多个眼球跟踪相机722或一个或多个面向患者的相机724向控制台110的一个或多个处理器414提供图像的缓冲器。显示输入接口744包括用于接收图像的缓冲器，例如要在显示屏712上显示的虚拟解剖的对象。显示输出和显示输入接口742、744配置为通过无线通信接口746与控制台110通信。不透明度控制748配置为改变窗口714的不透明度的程度。

附加电子电路包括电压调节器750、眼球跟踪照明驱动器752、音频数模转换器(“DAC”)和放大器754、麦克风前置放大器和音频模数转换器(“ADC”)756、温度传感器接口758和时钟生成器760。电压调节器750配置为通过电源连接766从内部电源762(例如，电池)或外部电源764接收电力。电压调节器750配置为将接收到的电力提供给AR设备600的电子电路。眼球跟踪照明驱动器236配置为通过驱动电流或电压来控制眼球跟踪照明单元768，以在预定波长附近或预定波长范围内操作。音频DAC和放大器754配置为向耳机或扬声器770提供音频数据。麦克风前置放大器和音频ADC 756配置为提供用于一个或多个麦克风726的接口。温度传感器接口758配置作为用于温度传感器772的接口。此外，AR设备600可以包括方位传感器，方位传感器包括三轴磁强计774、三轴陀螺仪776和三轴加速度计778，其配置为提供用于在任何给定时间确定AR设备600方位的方位传感器数据。此外，AR设备600可以包括全球定位***(“GPS”)接收器780，该接收器配置为接收GPS数据(例如，一个或多个GPS卫星的时间和位置信息)，用于确定AR设备600在任何给定时间的位置。

参考图8，根据一些实施方案，示出了通过替代现实耳机的显示屏看到的患者上方的虚拟解剖的对象。AR设备600提供用于观看AR数据的第二选项(例如，模态)，而第一AR数据802和辅助AR数据800可以相同或基本相同。在一个实施方案中，由执行确定***路径的过程以及超声过程本身的临床医生佩戴的一副AR眼镜表示AR设备600。AR眼镜600可以配置为在AR眼镜600的显示屏上显示辅助AR数据800。在图8的图示中，第一和辅助AR数据(802、800)基本上相同(例如，基本上相同的显示)。然而，临床医生可以看到辅助AR数据800直接覆盖在患者身体上。例如，当对***部位S进行成像时，临床医生可以通过AR眼镜600观察***部位S，使得包括检测到的解剖特征和/或方向或方位标记的任何突出的超声图像也以增强的方式出现。因此，当通过AR眼镜600观察患者身体时，临床医生直接在患者身体上观察增强的超声图像。有利地，AR眼镜600使临床医生能够在患者身体的成像区域上保持眼睛接触，并且增强的超声图像可以校正在显示器104上观看超声图像时否则会出现的任何镜像协调。

此外，伴随临床医生执行确定***路径的过程，可以实时(或基本上实时)显示AR数据，其中患者脉管***的脉管被AR眼镜600(作为AR数据800)和/或显示器104(作为AR数据802)覆盖患者P显示。因此，伴随临床医生沿着患者P的外部移动探测器106以跟踪期望的***路径，临床医生可以观察脉管***，从而允许临床医生在跟踪期望的***路径的同时更准确地沿着患者P的外部移动探测器106。例如，基于AR数据，临床医生可以更准确地跟踪包括期望的***路径的期望脉管。

在一些实施方案中，AR数据可以用虚拟医疗设备(例如，导管、导丝或管心针)的显示来增强虚拟脉管***，从而使得临床医生能够虚拟地可视化医疗设备沿着期望的***路径穿过患者脉管***。

如上所述，确定***路径的过程可以包括临床医生沿着患者P的外部移动超声探测器，同时探测器106对脉管***成像，从而“跟踪”***的医疗设备要采取的期望***路径。如上所述，由探测器106获得的超声数据和经由IMU 158、多芯光纤400和/或磁传感器500获得的位置跟踪数据可以被组合并转换为AR数据，用于在显示器104和/或AR眼镜600上显示。

参考图9，根据一些实施方案，示出了包括配置有图3中所示IMU的超声探测器的超声***的示例实施方式。超声***100的实施方式的图示提供了多个讨论点。首先，示出了探测器106的多个位置，位置900、902、904，其中图9旨在示出探测器106在跟踪***路径的同时从邻近***部位S的起始位置900到第二位置902，再到位于医疗设备的目标放置位置(例如，上腔静脉(SVC))上方的第三位置904的移动。当然，应该理解，这三个位置仅仅是示例性的，并且沿着探测器106在跟踪***路径时行进的路径906的任何点都可以被认为是位置。伴随探测器106从位置900移动到位置904，可以在整个跟踪期间记录探测器106的位置跟踪数据。然而，可以以特定的间隔记录位置跟踪数据，例如时间间隔或距离间隔。图9示出了使用IMU 158来获得位置跟踪数据；然而，如图4-图5中所讨论的探测器106的实施方案也可以用于确定位置跟踪数据。

第二，图9中的实施方式的图示详细描述了可以由逻辑120生成和在控制台102的显示器104上显示的一个示例图形用户界面(GUI)908。例如，GUI 908可以包括患者身体的三维(3D)呈现，其示出了沿着行进路径906的成像的脉管***。GUI 908可以包括要在***部位S***的针112的图形。在一些实施方案中，GUI 908可以配置为以本文描述的对应于成像的脉管的选择的任何方式接收用户输入，其中成像的脉管的选择包括***路径。因此，临床医生能够在对患者P成像的同时在视觉上建立***路径。由临床医生建立的***路径可以用来代替位置跟踪数据，以确定在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度；推荐的设备配置等。在其他实施方案中，如逻辑120根据位置跟踪数据确定的，由临床医生建立的***路径可以是确认在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度；推荐的设备配置等。

第三，GUI 908还可以包括由逻辑120执行的分析结果的列表910，其形式为在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度；推荐的设备配置等。

参考图10，根据一些实施方案，示出了在图9中所示的实施期间或之后执行的分析的结果，包括提供用于***医疗设备的数字参考框架。给定位置跟踪数据，逻辑120可以利用探测器106的起始位置(例如，图9的位置900)作为参考数据，用于向临床医生提供附加信息，例如基于探测器106的起始位置和方位(例如，角度)的投影的针***路径。例如，显示器104可以基于***路径的跟踪(例如，如图9中所示，沿着行进路径906的移动)来显示示出投影的针***路径的图形1004。当探测器106返回到起始位置时，可以使用实时位置跟踪数据来显示更新的投影的针***路径。在一些实施方案中，更新的投影的针***路径和探测器106的方位可以覆盖在先前投影的针***路径和探测器106的方位上，使得临床医生可以根据位置跟踪数据对齐和定向探测器(或者根据需要进行更新)。

参考图11A-图11B，根据一些实施方案，示出了在如图9-图10中所示的实施期间或之后由超声***执行的分析和/或获得的结果的第一细化。图11A示出了在控制台102的显示器104上呈现的第一图形用户界面。如上所述，除了使用探测器106的位置跟踪数据之外，逻辑120可以利用超声数据和/或用户输入来获得关于脉管***的某些信息。如图11A中所示，逻辑120已经自动检测到正在成像的脉管1104，并且已经确定了患者皮肤下的脉管的深度。作为说明性实施例，图形用户界面可以包括围绕检测到的脉管1104的指示符(虚线)和指向深度刻度1102内的深度(例如，1.28mm)的指示符106(虚线)。可以在指示符106附近提供所确定的深度(128mm)；然而，这不需要出现或者可以出现在不同的位置。图11A仅提供了图形用户界面的一个实施例，其提供了用于确定在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度，推荐的设备配置等的细化数据的图示。

图11B示出了在控制台102的显示器104上呈现的第二图形用户界面。虽然图11A示出了如何自动确定细化数据，但图11B示出了用户输入如何有助于细化数据的确定。具体地，类似于图11A中显示的超声图像可以被呈现在控制台102的显示器104上。在一些情况下，如上所述，逻辑120可以自动检测脉管并提供指示符1104。然而，在其他实施方案中，用户可以提供用户输入，例如触摸显示器104(其可以是电容式触摸屏、红外触摸屏、电阻式触摸屏或表面声波触摸屏)，使用触控笔，经由探测器106的控制按钮150等，以选择、点击、勾勒脉管等，这导致逻辑120在脉管周围形成指示符1104。类似地，用户可以经由上面讨论的任何方法提供用户输入，以经由深度标度1102选择深度。

参考图12，根据一些实施方案，示出了基于解剖学和/或人口统计学考虑的在如图9-图10中所示的实施期间或之后由超声***执行的分析和/或获得的结果的第二细化。由超声***执行的分析和/或获得的结果的第二细化是指利用患者特定数据来定制在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度；推荐的设备配置等，如上所述。

具体地，在确定例如在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度时，患者特定数据可以纳入由逻辑120执行的分析中。例如，可以使用患者的身高和体重来确保预期长度与患者的身高一致。作为其中***部位S位于患者手臂上的一个说明性实施例，患者的身高可以对应于特定的臂长，例如从患者测量的历史数据库中导出的平均臂长。逻辑120可以执行从位置跟踪数据导出的医疗设备的预期长度与对应于患者身高的平均臂长之间的比较。该比较可以提供关于预期长度是否在对应于患者身高的平均臂长的阈值距离内的指示，这使得逻辑120能够确认预期长度可能是正确的。在其他情况下，各种患者测量(例如，臂情况)可以辅助确定目标脉管的深度。在一些情况下，可以使用患者的性别、种族和/或年龄来推断对应于在***部位进入患者P并穿过患者脉管***以在目标放置位置布置所需的医疗设备的预期长度，医疗设备的推荐的修剪长度，推荐的设备配置等的预期测量值。在一些情况下，***可以利用推断的测量值来改变所确定的预期长度、推荐的修剪长度和/或推荐的设备配置。在一个说明性实施例中，基于西班牙裔55岁女性的患者，这一数据的推荐可以指示推荐的修剪长度应该缩短5％。

在一些实施方案中，控制台102可以经由***设备1208(例如，键盘)接收与特定患者特定数据1202相对应的用户输入，该数据经由图形用户界面1200显示在显示器104上。***设备1208可以经由有线或无线连接(统称为连接1210)连接到控制台102。在其他实施方案中，控制台102可以通过查询数据库(如患者记录数据库1204)来获得患者特定数据。在一些情况下，患者记录数据库1204可以是控制台102的部件(例如，存储在控制台102的非暂时性计算机可读介质上)或可由控制台102访问的部件(例如，存储在云计算资源上)。控制台102可以经由通信联接1206(例如，经由在诸如局域网(LAN)和/或互联网的网络上发送的查询)访问患者记录数据库1204。

参考图13，根据一些实施方案，示出了在将超声探测器定位到图9-图10中显示的实施方式的映射过程的起点时提供给用户的反馈。图13的图示提供了关于在将超声探测器定位到图9-图10中显示的实施方式的映射过程的起点时提供给用户的反馈的多个讨论点(例如，跟踪***路径)。在许多情况下，在上面讨论的映射过程之后，可以将探测器106从***部位S移除，然后对***部位进行清洁和包扎以***针和/或其他医疗设备(例如，对***部位S和周围区域进行消毒，并且可以将覆盖物放置在患者P的部分上)。该反馈旨在指示何时在***部位S的消毒之后将探测器106放置在起点，使得在消毒之后探测器106的定位和方位对应于在消毒之前探测器106的定位和方位(即，在映射过程期间)。

例如，实施方案寻求提供确保在进入/设备***期间返回在映射过程(也称为“预扫描程序”)期间识别的脉管***(及其位置)的方法。在映射过程期间，超声探测器用于识别进入脉管***的优选位置，并跟踪***路径。随后，移除探测器，并准备过程空间。在准备过程空间之后，希望临床医生能够将探测器106放回相同的位置，并识别在映射过程中指示/利用的相同脉管。具体地，所执行的分析和从映射过程获得的结果特定于起始位置(以及可能的方位)。因此，如果临床医生将探测器106返回到稍微修改的位置，则基于解剖的许多分析和结果可能不再有效。

听觉反馈1300可以是从例如控制台102中包括的扬声器提供给临床医生的一种类型的反馈。例如，可以提供探测器106已经返回到起始位置(例如，图9的起始位置900)的听觉队列。另外，可以在显示器104上提供视觉反馈1302，其可以包括图形指示符(例如，屏幕或屏幕的一部分的颜色的改变)或文本的呈现(例如，“***部位处的探测器”)。反馈的另一个实施例可以包括由探测器106(或者由通信地联接至控制台102的另一设备，例如可穿戴设备，例如，智能手表)提供的触觉反馈1304。作为反馈的又一个实施例，显示器104可以显示图形，其中显示原始超声图像1306(在起始位置处的映射过程期间拍摄)和显示为叠加的当前超声图像1308，使得临床医生可以相对于超声图像可视化探测器106朝向起始位置的移动(即，当探测器106返回到起始位置时，超声图像1306、1308将匹配)。应当理解，在单个实施方案中可以提供多种类型的反馈。

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，可以出现额外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面，这些适应和/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。

Claims (20)

1.一种超声成像***，包括：

超声探测器，其包括：(i)超声换能器阵列，其中所述超声换能器阵列的激活超声换能器配置为将生成的超声信号发射入患者，从所述患者接收反射超声信号，并且将所述反射超声信号转换为所述超声信号的对应电信号以便处理成超声图像；和(ii)配置为伴随所述超声探测器沿着患者身体从起始位置移动到结束位置获得位置跟踪数据的部件；

控制台，其配置为与所述超声探测器通信，所述控制台包括一个或多个处理器和在其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的操作：

接收并且处理所述电信号以生成所述超声图像，

接收所述位置跟踪数据，

确定所述超声探测器行进的路径的度量，以及

基于所述超声探测器行进的所述路径的所述度量，提供对应于待***所述患者的医疗设备的***推荐。

2.根据权利要求1所述的超声成像***，其中获得所述位置跟踪数据是在对***部位进行消毒之前执行的预扫描程序。

3.根据权利要求1或2所述的超声成像***，其中所述超声探测器行进的所述路径的所述度量包括从所述起始位置行进到所述结束位置的距离。

4.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是惯性测量单元。

5.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是多芯光纤，其以预定几何形状被配置在所述探测器内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是磁传感器，并且所述超声成像***还包括一个或多个磁目标，其中所述磁传感器被配置为伴随所述超声探测器从所述起始位置移动到所述结束位置，检测由所述一个或多个磁目标生成的磁场的强度变化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，还包括：替代现实设备，其通信地联接至所述控制台，并且配置为伴随所述超声探测器从所述起始位置移动到所述结束位置，显示所述超声图像的替代现实显示。

8.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，其中所述控制台和所述超声探测器中的一个或两个被配置为当所述超声探测器在对所述***部位进行消毒之后返回到所述起始位置时提供反馈。

9.根据权利要求8所述的超声成像***，其中所述反馈选自由听觉反馈、触觉反馈、视觉反馈及其组合组成的组。

10.根据前述权利要求中任一项所述的超声成像***，其中所述逻辑在由所述一个或多个处理器执行时引起进一步的操作，所述操作包括：接收提供与所述位置跟踪数据或所述超声图像的方面对应的细化数据的用户输入，其中所述细化数据是所述超声图像内的成像脉管的深度或患者特定信息中的任何一个。

11.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令在由一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：

接收并且处理电信号以生成超声图像，其中所述电信号是从超声探测器接收的，所述超声探测器包括：(i)超声换能器阵列，所述超声换能器阵列的激活超声换能器配置为将生成的超声信号发射入患者，从所述患者接收反射超声信号，并且将所述反射超声信号转换为所述超声信号的对应电信号以便处理成超声图像；和(ii)配置为伴随所述超声探测器沿着患者身体从起始位置移动到结束位置获得位置跟踪数据的部件；

从所述超声探测器接收所述位置跟踪数据，

确定所述超声探测器行进的路径的度量，以及

基于所述超声探测器行进的所述路径的所述度量，提供对应于待***所述患者的医疗设备的***推荐。

12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中获得所述位置跟踪数据是在对***部位进行消毒之前执行的预扫描程序。

13.根据权利要求11或12所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述超声探测器行进的所述路径的所述度量包括从所述起始位置行进到所述结束位置的距离。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是惯性测量单元。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是多芯光纤，其以预定几何形状被配置在所述探测器内。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中配置为获得所述位置跟踪数据的所述部件是磁传感器，所述磁传感器配置为伴随所述超声探测器从所述起始位置移动到所述结束位置，检测由一个或多个磁目标生成的磁场的强度变化。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行进一步的操作，所述操作包括：

伴随所述超声探测器从所述起始位置移动到所述结束位置，生成所述超声图像的替代现实显示，所述替代现实显示配置用于由替代现实设备呈现。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述一个或多个处理器执行进一步操作，所述操作包括：

当所述超声探测器在对所述***部位进行消毒之后返回到所述起始位置时生成反馈。

19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述反馈选自由听觉反馈、触觉反馈、视觉反馈及其组合组成的组。

20.根据权利要求11至19中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中当由所述一个或多个处理器执行时，所述指令使得所述一个或多个处理器执行进一步的操作，所述操作包括：接收提供与所述位置跟踪数据或所述超声图像的方面对应的细化数据的用户输入，其中所述细化数据是所述超声图像内的成像脉管的深度或患者特定信息中的任何一个。