CN111867480A - 可变管腔内超声发射脉冲生成和控制设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了超声图像设备、系统和方法。在一个实施例中，一种管腔内超声成像系统包括与包括超声成像部件的管腔内成像设备通信的患者接口模块(PIM)，所述PIM包括处理部件和触发信号生成部件，所述处理部件被配置为：检测与所述管腔内成像设备相关联的信息；并且基于检测到的信息来确定针对在所述超声成像部件处的超声波发射的波形特性；所述触发信号生成部件与所述处理部件通信并且被配置为基于所确定的波形特性来生成触发信号，以控制在所述超声成像部件处的所述超声波发射。

Description

可变管腔内超声发射脉冲生成和控制设备、系统和方法
技术领域
本公开内容总体上涉及管腔内成像设备，具体涉及提供能够实时控制和改变管腔内超声发射脉冲的患者接口模块(PIM)。例如，PIM能够与不同类型的管腔内超声成像设备一起用于不同的临床成像流程。PIM能够自动检测与附接的管腔内超声设备相关联的设备信息并基于该设备信息来生成触发信号以控制在管腔内成像设备处的超声波发射。
背景技术
血管内超声(IVUS)成像在介入心脏病学中被广泛用作诊断工具，以用于评估人体内的患病的血管(如，动脉)，从而确定处置的需要，指导介入和/或评估其有效性。使包括一个或多个超声换能器的IVUS设备进入血管并将其引导到要成像的区。换能器发射超声能量，以便创建感兴趣血管的图像。超声波被由组织结构(例如，血管壁的各个层)、红细胞和其他感兴趣特征引起的不连续处部分反射。反射波的回波被换能器接收并被传递到IVUS成像系统。该成像系统处理接收到的超声回波，以产生其中放置设备的血管的横截面图像。IVUS成像能够提供对管腔和血管大小、斑块面积和体积以及关键解剖界标位置的详细准确的测量。IVUS成像允许医生评价病变大小，基于所评价的病变大小来选择处置设备(例如，支架)，然后评价处置成功情况。
目前，通常使用两种类型的IVUS导管：旋转式导管和固态导管。对于典型的旋转式IVUS导管，单个超声换能器元件被定位在柔性驱动轴杆的端部，该柔性驱动轴杆在被插入到感兴趣血管中的塑料套管内部旋转。换能器元件被定向为使得超声波束大体上垂直于设备的轴线传播。充满流体的套管保护血管组织免受旋转的换能器和驱动轴杆的伤害，同时允许超声信号从换能器传播到组织中并返回。当驱动轴杆旋转时，换能器会被高电压脉冲周期性激励以发射短促的超声突发。然后，同一换能器监听从各个组织结构反射的回波。IVUS成像系统根据在换能器旋转一圈期间发生的脉冲/采集循环的序列来组装血管横截面的二维显示。
固态IVUS导管携带超声成像组件，该超声成像组件包括围绕其周缘分布的超声换能器阵列以及邻近换能器阵列安装的一个或多个集成电路控制器芯片。固态IVUS导管也被称为相控阵IVUS换能器或相控阵IVUS设备。控制器选择个体换能器元件(或元件组)以发射超声脉冲并接收超声回波信号。通过逐步执行发射-接收对的序列，固态IVUS系统能够合成机械扫描式超声换能器的效果，但是没有移动零件(因此采用固态这一名称)。由于没有旋转的机械元件，因此能够将换能器阵列放置在与血液和血管组织直接接触的位置，同时将血管损伤的风险降至最低。
不同的临床应用可能需要不同类型的IVUS导管或不同的成像模式。在其他情况下，在临床流程期间可能需要不同类型的IVUS导管或不同的成像模式。不同类型的IVUS导管和/或不同的成像模式可以通过发射具有不同波形特性的超声波来提供不同的成像信息。例如，不同的IVUS导管可以提供不同中心频率的超声波发射。取决于感兴趣解剖结构和所需的诊断信息，可以使用不同的成像模式(例如包括成像分辨率、B模式成像、脉冲多普勒、连续多普勒)。换能器处的超声波发射(例如，超声发射脉冲)由触发信号来驱动。为了生成具有不同波形特性的超声波，可以使用具有不同波形特性的触发信号。
在IVUS成像系统中，超声发射脉冲配置通常是预先确定的。因此，通常为系统预先配置触发信号的生成。这样，改变超声发射脉冲配置可能需要改变硬件和/或系统。
发明内容
虽然现有的IVUS成像系统已被证明是有用的，但是仍然需要用于实时系统重新配置的改进的系统和技术。本公开内容的实施例提供了一种PIM，所述PIM包括检测部件、触发信号生成部件和控制器。所述检测部件能够检测IVUS导管到所述PIM的附接。所述IVUS导管能够包括超声换能器。所述检测部件能够与所述控制器协作以识别与所述IVUS导管相关联的设备信息(例如，序列号、导管类型、超声属性和/或生理感测模态)。所述控制器能够基于所识别的设备信息来获得特定于所述IVUS导管的超声波形参数。所述控制器能够将所述触发信号生成部件配置为基于所述超声波形参数来生成用于驱动在所述换能器处的超声波发射的触发信号。所述控制器能够基于来自用户的输入来实时地重新配置所述触发信号生成部件，以改变在所述换能器处的所述超声发射波形特性。
在一个实施例中，一种管腔内超声成像系统包括与包括超声成像部件的管腔内成像设备通信的患者接口模块(PIM)，所述PIM包括处理部件和触发信号生成部件，所述处理部件被配置为：检测与所述管腔内成像设备相关联的信息；并且基于检测到的信息来确定针对在所述超声成像部件处的超声波发射的波形特性；所述触发信号生成部件与所述处理部件通信并且被配置为基于所确定的波形特性来生成触发信号，以控制在所述超声成像部件处的所述超声波发射。
在一些实施例中，所述处理部件还被配置为通过基于检测到的信息确定以下各项中的至少一项来确定所述波形特性：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度。在一些实施例中，所述PIM还包括现场可编程门阵列(FPGA)，所述FPGA包括所述处理部件和所述触发信号生成部件。在一些实施例中，所述FPGA还包括多个寄存器，其中，所述处理部件还被配置为基于所确定的以下各项中的至少一项将值加载到所述寄存器中：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度，并且其中，所述触发信号生成部件还被配置为基于所述寄存器中的所述值来生成所述触发信号。在一些实施例中，其中，所述超声成像部件包括换能器元件的阵列，其中，所述PIM还包括排序部件，所述排序部件与所述触发信号生成部件通信并且被配置为配置针对所述阵列中的所述换能器元件中的一个或多个换能器元件的一个或多个定时序列，以在所述超声成像部件处产生所述超声波发射。在一些实施例中，所述PIM还包括触发信号施加部件，所述触发信号施加部件被配置为基于所述一个或多个定时序列将所述触发信号施加到所述超声成像部件。在一些实施例中，所述PIM还包括接口和检测部件，所述接口被耦合到所述管腔内成像设备；所述检测部件被耦合到所述接口和所述处理部件，所述检测部件被配置为检测所述管腔内成像设备到所述接口的附接，并且其中，所述处理部件还被配置为通过在所述检测时从所述管腔内成像设备读取所述信息来检测所述信息。在一些实施例中，所述PIM还与主机系统通信，并且其中，所述处理部件还被配置为：基于检测到的信息从所述主机系统请求针对所述管腔内成像设备的配置；响应于所述请求而从所述主机系统接收所述配置；并且基于接收到的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。在一些实施例中，所述PIM还包括存储器，所述存储器被配置为存储与多个不同的超声成像部件相关联的包括多个不同的超声属性的多种配置，其中，所述处理部件还被配置为：基于检测到的与所述超声成像部件相关联的信息从所述多种配置中选择配置；并且基于所选择的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。在一些实施例中，所述PIM还与用户接口通信，其中，所述处理部件还被配置为：当所述超声成像部件正在执行成像流程时，从所述用户接口接收请求以修改与所述超声成像部件相关联的参数；并且基于经修改的参数来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的经更新的波形特性，并且其中，所述触发信号生成部件还被配置为：基于所述经更新的波形特性来生成经更新的触发信号；并且在所述成像流程期间将所述经更新的触发信号施加到所述超声成像部件。在一些实施例中，经修改的参数与成像分辨率、成像视场、B模式成像以及多普勒模式成像相关联。在一些实施例中，其中，所述信息还包括以下各项中的至少一项：所述管腔内成像设备的设备类型、所述管腔内成像设备的序列号，以及所述管腔内成像设备的一个或多个操作参数。在一些实施例中，所述管腔内成像设备是血管内超声(IVUS)导管。
在一个实施例中，一种医学感测方法包括：由患者接口模块(PIM)检测与和所述PIM通信的管腔内成像设备相关联的信息，所述管腔内成像设备包括超声成像部件；由所述PIM的处理部件基于检测到的信息来确定针对在所述超声成像部件处的超声波发射的波形特性；由所述PIM的触发信号生成部件基于所确定的波形特性来生成触发信号，以控制在所述超声成像部件处的所述超声波发射；并且由所述触发信号生成部件将所述触发信号施加到所述超声成像部件。
在一些实施例中，所述确定包括：基于检测到的信息来确定以下各项中的至少一项：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度。在一些实施例中，所述方法还包括：由所述PIM的排序部件配置针对所述超声成像部件的换能器阵列中的换能器元件中的一个或多个换能器元件的一个或多个定时序列，以在所述超声成像部件处产生所述超声波发射。在一些实施例中，所述方法还包括：由所述PIM的检测部件检测所述管腔内成像设备到所述PIM的附接，其中，所述检测包括在所述检测时从所述管腔内成像设备读取所述信息。在一些实施例中，所述方法还包括：基于检测到的信息从主机系统请求针对所述管腔内成像设备的配置；并且响应于所述请求而从所述主机系统接收所述配置，其中，所述确定包括基于接收到的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。在一些实施例中，所述方法还包括：在所述PIM的存储器处存储与多个不同的超声成像部件相关联的包括多个不同的超声属性的多种配置；并且基于检测到的与所述管腔内成像设备相关联的信息从所述多种配置中选择配置，其中，所述确定包括基于所选择的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。在一些实施例中，所述方法还包括：当所述超声成像部件正在执行成像流程时，接收请求以修改与所述超声波发射的所述波形特性相关联的参数；基于经修改的参数来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的经更新的波形特性；基于所述经更新的波形特性来生成经更新的触发信号；并且在所述成像流程期间将所述经更新的触发信号施加到所述超声成像部件。
根据以下详细描述，本公开内容的其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
将参考附图来描述本公开内容的说明性实施例，在附图中：
图1是根据本公开内容的方面的管腔内超声成像系统的示意图。
图2是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统的系统配置的示意图。
图3是根据本公开内容的方面的图示超声成像配置的示意图。
图4是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统的系统配置的示意图。
图5是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统的系统配置的示意图。
图6是根据本公开内容的方面的图示用于生成和控制可变超声发射脉冲的现场可编程门阵列(FPGA)实施方式的示意图。
图7是根据本公开内容的方面的图示用于控制超声波发射的触发信号的图。
图8是根据本公开内容的方面的生成和控制超声发射脉冲的方法的流程图。
具体实施方式
为了促进对本公开内容的原理的理解，现在将参考附图中图示的实施例并且将使用特定语言来描述附图中图示的实施例。尽管如此，应当理解，这并不旨在限制本公开内容的范围。本公开内容所涉及的领域中的任何技术人员通常会想到：对所描述的设备、系统和方法的任何更改和进一步修改以及对本公开内容的原理的任何进一步应用都被充分预想到并且被包括在本公开内容内。特别地，完全预想到：关于一个实施例所描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本公开内容的其他实施例所描述的特征、部件和/或步骤进行组合。然而，为了简洁起见，不会单独描述这些组合的许多迭代。
图1是根据本公开内容的方面的管腔内超声成像系统100的示意图。系统100可以包括管腔内成像设备102、患者接口模块(PIM)104、主机系统106以及显示器108。管腔内成像设备102可以是导管、导丝或引导导管。管腔内成像设备102能够被称为介入设备和/或诊断设备。在一些情况下，管腔内成像设备102能够是治疗设备。主机系统106可以是控制台、计算机、膝上型计算机、平板计算机或移动设备。显示器108可以是监视器。在一些实施例中，显示器108可以是主机系统106的集成部件。
管腔内成像设备102可以包括柔性细长构件，柔性细长构件的大小和形状被设计为可插入到患者的脉管系统中。柔性细长构件可以包括远侧部分131和近侧部分132。管腔内成像设备102可以包括成像部件110，成像部件110被安装在管腔内成像设备102的远端133附近的远侧部分131处。管腔内成像设备102可以被插入到患者的体腔或血管120中。例如，管腔内成像设备102能够被插入到患者的血管120中以捕获血管120的结构的图像，测量血管120的直径和/或长度以指导支架选择，并且/或者测量血管120中的血流。血管120可以是患者的脉管系统(包括心脏脉管系统、外周脉管系统、神经脉管系统、肾脉管系统和/或体内的任何其他合适的解剖结构/管腔)内的任何动脉或静脉。在一些实施例中，血管120可以是静脉血管、肺血管、冠状动脉血管或外周血管。例如，设备102可以用于检查任何数量的解剖位置和组织类型，包括但不限于器官(包括肝脏、心脏、肾脏、胆囊、胰腺、肺、食道)、身体导管、肠、神经系统结构(包括脑、硬脊膜囊、脊髓以及周围神经)、尿道以及脉管系统或心脏内的瓣膜、心脏的腔室或其他部分和/或身体的其他系统。除了自然结构之外，设备102还可以用于检查人造结构，例如但不限于心脏瓣膜、支架、分流器、过滤器以及其他设备。
在一个实施例中，成像部件110可以包括超声换能器，该超声换能器被配置为朝向血管120发射超声能量。超声能量的发射可以是脉冲形式的。超声能量被在成像部件110周围的血管120中的组织结构和/或血液流动反射。反射的超声回波信号被成像部件110中的超声换能器接收。在一些情况下，成像部件110可以被配置用于亮度模式(B模式)成像以捕获血管结构的图像或者测量血管直径和长度以进行支架选择。在一些其他情况下，成像部件110可以被配置用于多普勒彩色血流成像以提供血流测量结果。在另外一些情况下，成像部件110可以被配置为以双模式操作来提供B模式成像数据和多普勒血流测量结果。
在一些实施例中，成像部件中的超声换能器是相控阵换能器，该相控阵换能器可以被配置为以大约10兆赫兹(MHz)至大约20MHz的频率发射超声能量。在一些其他实施例中，成像部件110可以备选地被配置为包括旋转换能器以提供类似的功能。PIM 104将接收到的回波信号传送到主机系统106，在主机系统106处，超声图像被重建并被显示在显示器108上。例如，回波响应的强度或幅度可以被转换为用于灰度图像显示的亮度或强度水平。
主机系统106能够包括处理器和存储器。主机系统106能够操作用于促进本文描述的系统100的特征。例如，处理器能够运行被存储在非瞬态有形计算机可读介质上的计算机可读指令。
PIM 104促进主机系统106与管腔内成像设备102之间的信号通信以控制对成像部件110的操作。这包括生成控制信号以配置成像部件110，触发发射器电路以使成像部件110发射超声波，以及将由成像部件110捕获的回波信号传送到主机系统106。关于回波信号，PIM 104转发接收到的信号，并且在一些实施例中，在将信号发射到主机106之前，PIM 104执行初步的信号处理。在这样的实施例的示例中，PIM 104执行对数据的放大、滤波和/或聚合。在一个实施例中，PIM 104还供应高压和低压直流(DC)功率以支持对成像部件110内的电路的操作。在本文中更详细地描述了用于触发发射器电路的机制。
在一个实施例中，主机系统106通过PIM 104从成像部件110接收回波数据并且/或者将控制数据发射到成像部件110。主机系统106处理回波数据以重建在成像部件110周围的血管120中的组织结构的图像。主机系统106输出图像数据，使得在显示器108上显示血管120的图像，例如，血管120的横截面图像。
在一些实施例中，管腔内成像设备102包括与传统的固态IVUS导管(例如，可从火山公司获得的Eagle
Figure BDA0002682039020000081
Platinum导管、Eagle
Figure BDA0002682039020000082
Platinum ST导管、Eagle
Figure BDA0002682039020000083
Gold导管和
Figure BDA0002682039020000084
PV导管以及在美国专利US 7846101(通过引用将其整体并入本文)中公开的那些导管)相似的一些特征。例如，管腔内成像设备102还包括沿着管腔内成像设备102的纵向主体延伸的电缆112。电缆112是包括多个(包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个导体)导体的传输线束。应当理解，任何合适规格的电线都能够用于导体。在一个实施例中，电缆112能够包括具有例如41条美国线规(AWG)电线的四导体传输线布置。在一个实施例中，电缆112能够包括利用例如44条AWG电线的七导体传输线布置。在一些实施例中，能够使用43条AWG电线。在一些其他实施例中，管腔内成像设备102包括与传统的旋转式IVUS导管(例如，可从火山公司获得的
Figure BDA0002682039020000091
导管以及在美国专利US 5601082和US 6381350中公开的那些导管，通过引用将这些专利中的每篇专利整体并入本文)。在一些实施例中，管腔内成像设备102包括与美国专利US 4917097、US 5368037、US 5453575、US5603327、US 5779644、US 5857974、US 5876344、US 5921931、US 5938615、US 6049958、US 60854109，6123673、US 6165128、US 6283920、US 6309339、US 6033357、US 6457365、US6712767、US 6725081、US 6767327、US6776763、US 6779257、US 67854157、US 6899682、US6962567、US 6976965、US 7097620、US 7226417、US 76414854、US 7676910、US 7711413和US7736317(通过引用将这些专利中的每篇专利整体并入本文)中公开的那些导管相似或相同的部件或特征。
电缆112在管腔内成像设备102的近端处的PIM连接器114中终止。PIM连接器114将电缆112电耦合到PIM 104并且将管腔内成像设备102物理耦合到PIM 104。在一个实施例中，管腔内成像设备102还包括被设置在接合点130附近的导丝出口116，在该接合点130处，远侧部分131被耦合到近侧部分132。因此，在一些情况下，管腔内成像设备102是快速交换导管。导丝出口116允许导丝118朝向远端133插入，以便指导管腔内成像设备102穿过血管120。
不同的临床或成像应用可能需要使用不同类型的管腔内成像设备102，这些不同类型的管腔内成像设备102可能具有不同的尺寸和/或不同的成像能力。例如，对外周血管的成像、对冠状动脉的成像、对血流的测量以及对血管中的脉管形态的评价可能各自需要特定类型的管腔内成像设备102。
另外，可能需要不同的成像模式以获得不同类型的诊断信息(例如，B模式数据和彩色多普勒血流数据)。不同的超声中心频率可以用于对信号穿透深度与图像分辨率达成折中方案。例如，成像部件110可以被配置为以较高的中心频率发射超声波以提供较高的成像分辨率而以穿透深度为交换条件。相反，成像部件110可以被配置为以较低的中心频率发射超声波以提供较深的穿透而以成像分辨率为交换条件。
另外，可以使用不同的超声脉冲持续时间。例如，成像部件110可以被配置为以较短的持续时间但以较高的信号能量水平发射超声脉冲。例如，能够在彩色血流成像期间使用较高能量的超声波以更好地观察血管边界。备选地，例如，当在腹部成像期间捕获主动脉的图像或者在肢体成像期间捕获髂动脉的图像时，由于外周血管大小较大，因此能够在外周成像期间使用较高能量的超声波来提供较大的视场。
因此，可以利用不同的超声波形形状或波形参数(例如，中心频率、带宽、幅度、脉冲持续时间、占空比和/或脉冲数量或循环数量)来获得不同的成像结果或诊断信息。在一个实施例中，PIM 104可以提供对触发信号的可变控制，使得可以在临床流程期间针对在使用中的管腔内成像设备102、期望的临床应用和/或成像参数修改来调整在管腔内成像设备102处的超声波发射，这将在本文中进行更加详细的描述。
图2是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统100的系统配置200的示意图。图2提供了PIM 104的内部部件以及PIM 104、主机106和与PIM 104通信的管腔内成像设备102之间的相互作用的更详细的视图。在高水平上，将管腔内成像设备102附接到PIM 104。PIM 104能够检测和识别与管腔内成像设备102相关联的设备信息212。PIM 104能够基于所识别的设备信息212从主机106请求特定于所附接的管腔内成像设备102的参数配置230(例如，用于期望的超声波形的参数)。PIM 104能够基于接收到的参数配置230来生成触发信号228。触发信号228能够触发或驱动所附接的管腔内成像设备102的成像部件110以发射具有期望的波形的超声波。触发信号228可以是电信号。在一些情况下，触发信号228可以是高电压信号。如图所示，PIM 104包括设备接口202、触发信号生成部件220、检测部件222、排序器224、控制器226以及主机接口204。
设备接口202可以包括适合用于与各种不同的管腔内成像设备102耦合的公共管腔内成像设备接口连接器。该管腔内成像设备被示为102A、102B和102C。举个示例，管腔内成像设备102A可以是包括具有单个超声换能器元件的成像部件110A的旋转式IVUS导管。管腔内成像设备102B可以是固态IVUS导管(例如，适合用于冠状动脉成像的固态IVUS导管)。管腔内成像设备102C可以包括具有相控阵超声换能器的成像部件110C。管腔内成像设备102C可以是另一种固态IVUS导管(例如，适合用于外周成像的固态IVUS导管)。管腔内成像设备102C可以包括具有相控阵超声换能器的成像部件110C。
不同的管腔内成像设备102A、102B和102C可以具有不同的尺寸、不同的成像能力(例如，超声中心频率)和/或不同组的控制参数。成像部件110A、110B和110C可能需要用于超声波发射的不同的触发信号。例如，成像部件110A、110B和110C可以被设计为发射具有不同中心频率的超声波。每个管腔内成像设备102可以包括存储器210。存储器210可以是非易失性存储器(例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))，其被配置为存储设备信息(例如，序列号、设备标识号、导管类型以及与对应的超声成像部件110有关的其他操作参数(例如，超声属性和/或生理感测模态))。
主机接口204可以包括被配置为经由链路208与主机106通信的硬件部件和/或软件部件。在一些情况下，通信链路208可以是有线连接，例如，以太网链路、通用串行总线(USB)链路或任何合适的有线通信链路。在其他情况下，链路208可以是无线链路，例如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11(WiFi)链路、蓝牙链路、Zigbee链路或超宽带(UWB)链路。
检测部件222被耦合到设备接口202和控制器226。检测部件222可以包括逻辑单元，该逻辑单元被配置为检测管腔内成像设备102的附接并向控制器226通知该检测结果。举个示例，用户或临床医生可以选择用于特定临床应用的管腔内成像设备102C并如实线链接206所示将该管腔内成像设备102C连接到PIM 104处的设备接口202。检测部件222可以向控制器226通知检测到附接。
控制器226被耦合到触发信号生成部件220、排序器224和主机接口204。控制器226可以包括硬件部件和/或软件部件。控制器226被配置为从检测部件222接收设备检测结果或附件通知结果并从所附接的管腔内成像设备102(例如从管腔内成像设备102C的存储器210)读取设备信息212。控制器226可以基于所识别的设备信息212从主机106请求参数配置230。参数配置230可以包括用于控制和/或配置所附接的管腔内成像设备102的参数。例如，当控制器226识别出管腔内成像设备102A与PIM 104通信时，控制器226可以向主机106请求参数配置230A。备选地，当控制器226识别出管腔内成像设备102B与PIM 104通信时，控制器226可以向主机106请求参数配置230B。又备选地，当控制器226识别出管腔内成像设备102C与PIM 104通信时，控制器226可以向主机106请求参数配置230C。
参数配置230A、230B和230C中的每个都可以包括针对对应的管腔内成像设备102的超声波形参数。超声波形参数的示例可以包括一个或多个工作超声中心频率、超声信号带宽、超声脉冲持续时间、脉冲中的信号区数、脉冲幅度、脉冲极性、脉冲占空比、脉冲数量或描述波形形状或波形特性的任何其他合适参数。控制器226可以基于接收到的参数配置230来配置触发信号生成部件220。在一些实施例中，控制器226可以基于接收到的参数配置230来确定额外的波形参数，并且还基于所确定的波形参数来配置触发信号生成部件220。
触发信号生成部件220被耦合到设备接口202并且与所附接的管腔内成像设备102(例如，管腔内成像设备102C)通信。触发信号生成部件220可以包括软件部件和/或硬件部件(例如，逻辑单元和电路)，该软件部件和/或硬件部件被配置为根据控制器226所施加的配置来生成触发信号228。触发信号228被施加到所附接的管腔内成像设备102的成像部件110(例如，成像部件110C)。触发信号228可以启动或触发成像部件110以发射超声波。
排序器224被耦合到触发信号生成部件220。排序器224可以包括软件部件和/或硬件部件，该软件部件和/或硬件部件被配置为确定(例如在成像部件110C处的)超声换能器元件进行发射和/或接收的序列顺序和定时，以例如如本文更详细地描述的那样提供合成孔径超声成像。
举个示例，当管腔内成像设备102A被连接到PIM 104时，控制器226能够自动识别管腔内成像设备102A与PIM 104的通信。控制器226能够获得与管腔内成像设备102A相关联的参数配置230A，并且动态地配置触发信号生成部件220以生成触发信号228，该触发信号228包括特定于成像部件110A的超声属性的波形。
备选地，当管腔内成像设备102B被连接到PIM 104时，控制器226能够自动识别管腔内成像设备102B与PIM 104的通信。控制器226能够获得与管腔内成像设备102B相关联的参数配置230B，并且动态地配置触发信号生成部件220以生成触发信号228，该触发信号228包括特定于成像部件110B的超声属性的波形。
图3是根据本公开内容的方面的图示超声成像配置300的示意图。配置300提供了用于提供合成孔径超声成像的排序器224与触发信号生成部件220之间的相互作用的更详细视图。配置300包括被耦合到成像部件110、排序器224和触发信号生成部件220的多路复用器320。成像部件110可以对应于被附接到图2所示的PIM 104的管腔内成像设备102C的成像部件110C。成像部件110C可以包括超声换能器310的阵列。
多路复用器320可以包括多个发射切换电路322。每个发射切换电路322可以被耦合到换能器310中的一个换能器。每个发射切换电路322可以包括能够激活换能器310处的超声波发射的驱动器和能够选通或允许电信号(例如，触发信号228)通过而到达对应的换能器310的开关。
如上所述，排序器224控制换能器310处的激活的定时和序列(例如用于发射超声波)，并且触发信号生成部件220基于由控制器226提供的波形参数来生成触发信号以激活换能器310。多路复用器320中的发射切换电路322可以从触发信号生成部件220接收触发信号228，并且根据由排序器224提供的定时和序列将触发信号228发送到换能器310。例如，排序器224可以提供定时序列330，该定时序列330指示用于激发一组换能器310的序列(例如包括顺序和定时)。
在一些实施例中，换能器310可以被分组成孔304，孔304包括孔304a和304b。在一些实施例中，每个换能器310可以是一个或多个孔304的部分。每个孔304可以包括任何合适数量的换能器310。排序器224可以激活孔304中的一个或多个换能器310以发射超声波302。可以朝向目标解剖结构305(例如，血管)发射超声波302。虽然在图3中未示出，但是配置300还可以包括被耦合到换能器的接收切换电路，使得排序器224还可以激活孔304中的一个或多个换能器310，从而接收从结构305反射回来的回波信号303。接收到的回波信号303可以在表示结构305的图像中创建A线。
虽然多路复用器320被图示为每个换能器310具有单独的发射切换电路322，但是能够以任何合适的配置来配置发射切换电路322，例如，一些换能器310可以被耦合到相同的发射切换电路322。另外，在一些实施例中，排序器224可以被耦合到触发信号生成部件220。排序器224能够与触发信号生成部件220协作以控制成像部件110处的发射脉冲的触发。
图4是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统100的系统配置400的示意图。系统配置400可以基本上类似于系统配置200。例如，PIM 104能够检测管腔内成像设备102C的附接，识别所附接的管腔内成像设备102C的设备信息212，并且基于所识别的设备信息212来生成针对管腔内成像设备102的触发信号228。然而，在系统配置400中，PIM104可以包括被耦合到控制器226的存储器410。存储器410可以是被配置为存储多个参数配置430的非易失性存储器，例如，EEPROM。参数配置430可以是特定于设备的，并且可以与参数配置230基本相似。例如，参数配置430A、430B和430C可以分别用于配置管腔内成像设备102A、102B和102C。因此，在识别出所附接的管腔内成像设备102C的设备信息212时，控制器226可以基于所识别的设备信息212从被存储在存储器410中的参数配置430中选择配置，而不是如在系统配置200中那样从主机106请求配置。
图5是根据本公开内容的方面的图示用于管腔内超声成像系统100的系统配置500的示意图。系统配置500可以基本上类似于系统配置200。例如，PIM 104能够检测管腔内成像设备102的附接，识别所附接的管腔内成像设备102的设备信息212，并且基于所识别的设备信息212来生成针对管腔内成像设备102的触发信号228。然而，在系统配置500中，当管腔内成像设备102在使用中时，主机106能够在临床成像临床流程期间接收用户输入510，并且PIM 104能够实时地基于用户输入510来动态地重新配置成像部件110处的超声波发射的波形。
例如，执行临床流程的临床医生可以决定调节或修改超声成像参数，例如，超声中心频率、脉冲持续时间、占空比、脉冲的极性、信号能量水平和/或循环数量。临床医生可以例如经由控制台上的图形用户接口(GUI)、鼠标、键盘、触摸屏等将期望的调节或修改作为用户输入510而输入到主机106。主机106可以经由链路208将用户输入510发送到PIM 104。控制器226可以接收用户输入510，并且基于用户输入510来重新配置触发信号生成部件220。在一些情况下，用户输入510可以包括用于控制成像部件110处的超声波发射的波形参数。在其他情况下，控制器226可以基于用户输入510来确定用于控制成像部件110处的超声波发射的波形参数。
举个示例，在该流程的开始处(例如在时间T1时)，控制器226将触发信号生成部件220配置为基于从主机106接收的参数配置230来生成触发信号228。随后，在时间T2时，用户输入用户输入510以修改波形参数。作为响应，控制器226重新配置触发信号生成部件220以基于从用户输入510接收到的经修改的参数来生成经更新的触发信号528。在时间T3时，将经更新的触发信号528(被示为虚线框)施加到成像部件110。能够基于由排序器224提供的定时来施加经更新的触发信号，以例如用于随后的激活。
能够看出，系统配置500允许用户修改成像配置或者发射超声脉冲，而无需改变任何硬件和/或系统部件(例如，PIM 104)或者重新启动系统100。
图6是根据本公开内容的方面的图示用于生成和控制可变超声发射脉冲的FPGA600实施方式的示意图。例如，FPGA 600能够被定位在PIM 104内。图7是根据本公开内容的方面的图示用于控制超声波发射的触发信号700的图。在图7中，x轴以某个恒定单位表示时间，并且y轴以某个恒定单位表示信号电压水平。
FPGA 600可以包括通过可编程互连连接的多个可配置逻辑块。如图所示，FPGA600被配置为实施排序器610、处理部件620、多个寄存器630、多个计数器640以及有限状态机(FSM)650。
排序器610可以基本上类似于排序器224。排序器610被配置为提供定时序列，该定时序列用于激发或触发成像部件110中的换能器元件(例如，换能器310)的任何阵列，例如用于在关于图3的超声成像配置300中进行的如上所述的合成孔径超声成像。
处理部件620可以是可编程控制器，例如，微控制器。可以在处理部件620上运行软件或固件以提供与控制器226类似的超声发射脉冲控制。例如，处理部件620能够从主机(例如，主机106)获得参数配置(例如，参数配置230和430)，或者能够从在FPGA 600中包括的存储器(例如，存储器410)中存储的配置中选择参数配置。该配置能够包括控制超声波发射的波形形状的参数。
寄存器630能够由处理部件620访问(例如用于读取和写入)。例如，处理部件能够将参数值加载到寄存器630中。每个计数器640可以基于对应的寄存器630来执行计数功能(其可以是递增计数或递减计数)。FSM 650可以访问计数器640和寄存器630。FSM 650可以基于寄存器630中的值在输出线660处生成触发信号或脉冲序列，并且可以使用计数器640进行状态转换，这在本文中进行了更加详细的描述。
在一些实施例中，虽然未示出，但是FSM 650可以经由多种信号线(例如，加载线、减量线和值线)被耦合到每个计数器640。FSM 650可以经由对应的加载线将值加载到计数器640中。FSM 650能够经由对应的减量线来触发在计数器640中对值进行减量。FSM 650可以经由值线从计数器640读取或检索值。
举个示例，FPGA 600被配置为生成触发信号700(例如，触发信号228和528)。为了简化讨论，图7图示了两个触发脉冲702，每个触发脉冲具有两个信号区710和720，但是将认识到，本公开内容的实施例可以缩放以包括任何合适数量(例如，5个、10个、12个或20个)的脉冲702。区710的持续时间712和水平714，区720的持续时间722和水平724以及循环或脉冲702的数量是可配置的或可编程的，并且可以将其改变以提供具有不同的波形形状的不同的超声波发射。该配置可以包括针对持续时间712和722、水平714和724以及循环或脉冲702的数量的值。例如，可以通过改变持续时间712和722来改变超声波的中心频率。可以通过改变水平714和724来改变超声波的信号能量水平。
例如，处理部件620能够将区710的持续时间712和水平714的值分别加载到持续时间寄存器630A和水平寄存器630D中。处理部件620能够将区720的持续时间722和水平724的值分别加载到持续时间寄存器630B和水平寄存器630E中。处理部件620能够利用循环或脉冲702的数量对循环寄存器630C进行加载。在一些情况下，处理部件620能够将默认水平值加载到水平寄存器630F中。
持续时间寄存器630的位宽可以根据实施例而变化。在一些实施例中，持续时间寄存器630A和630B均可以具有大约12位的位宽，以将持续时间值保持在大约0至大约4095之间。循环寄存器630C可以具有大约4位的位宽，以将循环数量的值保持在大约0至15之间。水平寄存器630D、630E和630F均可以具有大约1位的位宽，以将水平值明确保持为0(例如，低水平)或1(例如，高水平)。
FSM 650可以基于寄存器630和计数器640中的值来生成触发信号700。举个示例，FSM 650可以(例如经由对应的加载线)将循环寄存器630C中的值加载到计数器640C中，并且将持续时间寄存器630A中的值加载到计数器640A中。FSM 650可以通过基于水平寄存器630D中的值将触发信号700保持在信号水平(例如，信号水平714)处来生成区710。计数器640A可以递减计数。
当计数器640A计数为0时，FSM 650可以转变为生成区720。FSM 650可以利用持续时间寄存器630B中的值对计数器640B进行加载。FSM 650可以基于水平寄存器630E中的值将信号转变为下一信号水平(例如，信号水平724)。类似于计数器640A，计数器640B可以递减计数。
当计数器640B计数为0时，FSM 650可以(例如经由对应的减量线)使计数器640C进行减量。当计数器640C中的值大于0时，FSM 650可以如上所述地重复生成区710和720，以产生下一脉冲702。例如，FSM 650可以(例如经由对应的值线)读取计数器640C中的值以确定该值在减量之后是否大于0。
图8是根据本公开内容的方面的生成和控制超声发射脉冲的方法800的流程图。方法800的步骤能够由系统100来运行。方法800可以采用与分别关于图2、图4、图5、图3和图6所描述的系统配置200、400和500、超声成像配置300和FPGA 600实施方式中相似的机制。如图所示，方法800包括多个列举的步骤，但是方法800的实施例也可以在所列举的步骤之前、之后以及之间包括额外的步骤。在一些实施例中，可以省去一个或多个列举的步骤或者以不同的顺序执行一个或多个列举的步骤。
在步骤810处，方法800包括由PIM(例如，PIM 104)检测与包括超声成像部件(例如，超声成像部件110)的管腔内成像设备(例如，管腔内成像设备102)相关联的信息(例如，设备信息212)。管腔内成像设备可以被插入到PIM的连接器(例如，设备接口202)中并与PIM通信。该信息可以识别与管腔内成像设备相关联的超声属性(例如，用于超声发射的操作参数)和/或设备属性(例如，设备类型、设备型号、序列号、设备配置参数)。
在步骤820处，方法800包括由处理部件(例如，处理部件620)基于检测到的信息(例如，所识别的超声属性和/或设备属性)来确定针对在超声成像部件处的超声波发射(例如，超声波302)的波形特性。
在步骤830处，方法800包括由PIM的触发信号生成部件(例如，触发信号生成部件220和FSM 650)基于所确定的波形特性来生成触发信号(例如，触发信号228和700)，以控制在超声成像部件处的超声波发射。
在步骤840处，方法800包括由触发信号生成部件将触发信号施加到超声成像部件。
在一些实施例中，确定波形特性包括基于检测到的信息来确定以下各项中的至少一项：针对触发信号的波形脉冲的数量、波形脉冲的周期性、波形脉冲的占空比、波形脉冲的极性或波形脉冲的幅度。
在一些实施例中，方法800还可以包括由PIM的排序部件(例如，排序器224)配置针对超声成像部件的换能器阵列中的换能器元件(例如，换能器310)中的一个或多个换能器元件的一个或多个定时序列(例如，序列330)，以在超声成像部件处产生超声波发射。
在一些实施例中，方法800还可以包括由PIM的检测部件(例如，检测部件222)检测管腔内成像设备到PIM的附接。该检测可以包括在检测时从管腔内成像设备读取(例如存储在存储器210中的)设备信息。
在一些实施例中，方法800还可以包括：基于检测到的信息从主机系统(例如，主机106)请求针对管腔内成像设备的配置(例如，参数配置230)，并且响应于该请求而从主机系统接收配置。可以基于接收到的配置来确定波形特性。
在一些实施例中，方法800还可以包括在PIM的存储器(例如，存储器410)处存储与多个不同的超声成像部件相关联的包括多个不同的超声属性的多种配置(例如，参数配置430)。方法800可以基于检测到的信息从所述多种配置中选择配置。可以基于所选择的配置来确定波形特性。在一些其他实施例中，方法800可以采用从主机接收的配置和/或从在PIM中存储的多种配置中选择的配置来确定波形特性。
在一些实施例中，方法800还可以包括：当超声成像部件正在执行成像流程时，(例如经由用户输入510)接收请求以修改与超声波发射的波形特性相关联的参数。方法800可以基于经修改的参数来确定针对在超声成像部件处的超声波发射的经更新的波形。方法800可以基于经更新的波形特性来生成经更新的触发信号(例如，触发信号528和700)。方法800可以在成像流程期间将经更新的触发信号施加到超声成像部件。在一些情况下，能够将由超声成像部件利用经更新的触发信号捕获的图像显示在监视器或控制台(例如，显示器108)上。
本公开内容的各方面能够提供若干益处。例如，在附接到PIM 104时自动检测和识别管腔内超声成像设备能够允许PIM 104生成针对所附接的设备102的合适的超声发射脉冲，而不必改变任何系统硬件或者重新启动系统。超声发射脉冲的实时重新配置能够允许用户在实况成像流程期间快速修改任何超声波形参数以生成所需的成像视图或成像模式，而不必停止、配置和/或重新启动流程。将诸如超声工作中心频率(例如经由持续时间712和722)和脉冲能量(例如经由水平714)之类的关键超声波形参数提取为可编程参数能够在波形生成中提供灵活性。用于控制和生成触发信号的状态机(例如，FSM 650)的硬件实施方式能够提供准确且精确的响应时间。
本领域技术人员将认识到，能够以各种方式修改上述装置、系统和方法。因此，本领域普通技术人员将意识到，本公开内容所涵盖的实施例并不限于上述特定示例性实施例。就这一点而言，虽然已经示出和描述了说明性实施例，但是在前述公开内容中可以预想到各种各样的修改、改变和替换。应当理解，可以对前述内容进行这样的变化而不会脱离本公开内容的范围。因此，适当的是，以与本公开内容一致的方式广义地解释权利要求。

Claims (20)

1.一种管腔内超声成像系统，包括：
患者接口模块(PIM)，其与包括超声成像部件的管腔内成像设备通信，所述PIM包括：
处理部件，其被配置为：
检测与所述管腔内成像设备相关联的信息；并且
基于检测到的信息来确定针对在所述超声成像部件处的超声波发射的波形特性；以及
触发信号生成部件，其与所述处理部件通信并且被配置为基于所确定的波形特性来生成触发信号，以控制在所述超声成像部件处的所述超声波发射。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理部件还被配置为通过以下操作来确定所述波形特性：
基于检测到的信息来确定以下各项中的至少一项：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述PIM还包括现场可编程门阵列(FPGA)，所述现场可编程门阵列包括所述处理部件和所述触发信号生成部件。
4.根据权利要求3所述的系统，
其中，所述FPGA还包括多个寄存器，
其中，所述处理部件还被配置为基于所确定的以下各项中的至少一项将值加载到所述寄存器中：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度，并且
其中，所述触发信号生成部件还被配置为基于所述寄存器中的所述值来生成所述触发信号。
5.根据权利要求1所述的系统，
其中，所述超声成像部件包括换能器元件的阵列，
其中，所述PIM还包括排序部件，所述排序部件与所述触发信号生成部件通信并且被配置为配置针对所述阵列中的所述换能器元件中的一个或多个换能器元件的一个或多个定时序列，以在所述超声成像部件处产生所述超声波发射。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述PIM还包括触发信号施加部件，所述触发信号施加部件被配置为基于所述一个或多个定时序列将所述触发信号施加到所述超声成像部件。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PIM还包括：
接口，其被耦合到所述管腔内成像设备；以及
检测部件，其被耦合到所述接口和所述处理部件，所述检测部件被配置为检测所述管腔内成像设备到所述接口的附接，并且
其中，所述处理部件还被配置为通过在所述检测时从所述管腔内成像设备读取所述信息来检测所述信息。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PIM还与主机系统通信，并且其中，所述处理部件还被配置为：
基于检测到的信息从所述主机系统请求针对所述管腔内成像设备的配置；
响应于所述请求而从所述主机系统接收所述配置；并且
基于接收到的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PIM还包括：
存储器，其被配置为存储与多个不同的超声成像部件相关联的包括多个不同的超声属性的多种配置，
其中，所述处理部件还被配置为：
基于检测到的信息从所述多种配置中选择配置；并且
基于所选择的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PIM还与用户接口通信，其中，所述处理部件还被配置为：
当所述超声成像部件正在执行成像流程时，从所述用户接口接收请求以修改与所述超声成像部件相关联的参数；并且
基于经修改的参数来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的经更新的波形，并且
其中，所述触发信号生成部件还被配置为：
基于所述经更新的波形来生成经更新的触发信号；并且
在所述成像流程期间将所述经更新的触发信号施加到所述超声成像部件。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，经修改的参数与成像分辨率、成像视场、B模式成像以及多普勒模式成像相关联。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信息还包括以下各项中的至少一项：所述管腔内成像设备的设备类型、所述管腔内成像设备的序列号，以及所述管腔内成像设备的一个或多个操作参数。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管腔内成像设备是血管内超声(IVUS)导管。
14.一种医学感测方法，包括：
由患者接口模块(PIM)检测与和所述PIM通信的管腔内成像设备相关联的信息，所述管腔内成像设备包括超声成像部件；
由所述PIM的处理部件基于检测到的信息来确定针对在所述超声成像部件处的超声波发射的波形特性；
由所述PIM的触发信号生成部件基于所确定的波形特性来生成触发信号，以控制在所述超声成像部件处的所述超声波发射；并且
由所述触发信号生成部件将所述触发信号施加到所述超声成像部件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定包括：
基于检测到的信息来确定以下各项中的至少一项：针对所述触发信号的波形脉冲的数量、所述波形脉冲的周期性、所述波形脉冲的占空比、所述波形脉冲的极性或所述波形脉冲的幅度。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
由所述PIM的排序部件配置针对所述超声成像部件的换能器阵列中的换能器元件中的一个或多个换能器元件的一个或多个定时序列，以在所述超声成像部件处产生所述超声波发射。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括：
由所述PIM的检测部件检测所述管腔内成像设备到所述PIM的附接，
其中，所述检测包括在所述检测时从所述管腔内成像设备读取设备信息。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括：
基于检测到的信息从主机系统请求针对所述管腔内成像设备的配置；并且
响应于所述请求而从所述主机系统接收所述配置，
其中，所述确定包括基于接收到的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。
19.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述PIM的存储器处存储与多个不同的超声成像部件相关联的包括多个不同的超声属性的多种配置；并且
基于检测到的与所述管腔内成像设备相关联的信息从所述多种配置中选择配置，
其中，所述确定包括基于所选择的配置来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的所述波形特性。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括：
当所述超声成像部件正在执行成像流程时，接收请求以修改与所述超声波发射的所述波形特性相关联的参数；
基于经修改的参数来确定针对在所述超声成像部件处的所述超声波发射的经更新的波形特性；
基于所述经更新的波形特性来生成经更新的触发信号；并且
在所述成像流程期间将所述经更新的触发信号施加到所述超声成像部件。
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