CN113473916A - 用于跟踪医疗装置的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于跟踪比如针和导管的医疗装置的系统和方法。例如，超声成像系统被配置为执行用于以下的一组操作：进入血管、推荐用医疗装置接近血管的适当接近角度、推荐将医疗装置插入血管中的适当插入角度、确保医疗装置在血管内最终放置足够长度以及遵循或跟踪将医疗装置放置在血管中的过程。此外，超声成像系统被配置为执行用于优化关于血管或血管的目标位置的超声图像的一组操作。

Description

用于跟踪医疗装置的系统和方法
优先权
本申请要求2019年1月30日提交的美国临时申请号62/798,930的优先权，其通过引用整体并入本申请。
背景技术
在以下美国专利和出版物中描述了用于各种器械(例如导管、管心针和针)的医疗装置跟踪，这些专利和出版物中的每一个通过引用整体并入本申请：US 9,554,716；US 9,456,766；US 9,492,097；US 10,524,691；以及US 10,449,330。
发明内容
本文公开了一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得超声成像系统执行用于进入血管的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用在血管上方采集的超声探头数据作为输入，利用脉管深度确定逻辑来确定血管的深度；使用血管的深度、医疗装置的有效长度、血管上方的插入位置以及医疗装置的插入角度作为输入，利用医疗装置可达性(accessibility)逻辑计算医疗装置是否能够进入血管；以及在显示器上的超声图像上方显示视觉指示、从扬声器发射音频指示或这两者，以指示医疗装置是否将要进入血管。
在一些实施方案中，该组操作还包括根据来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数来确定医疗装置的插入位置和插入角度。
在一些实施方案中，视觉指示是叠加于(overlaying)显示器上的超声图像之上的目标。该目标渐弱(fade away)、消失(vanish)、从一种颜色切换为另一种颜色或从一种图案切换为另一种图案，以指示医疗装置不能够进入血管。
在一些实施方案中，视觉指示是覆盖在超声图像上的表示医疗装置的有效长度的细长图形元素。
本文还公开了一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得超声成像系统执行用于确保医疗装置在血管内最终放置足够长度的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用在血管上方采集的超声探头数据作为输入，利用脉管深度确定逻辑来确定血管的深度；使用血管的深度、医疗装置的有效长度、血管上方的插入位置以及医疗装置的接近(approach)角度作为输入，利用医疗装置放置逻辑计算医疗装置的最小长度是否或将要放置在血管中；在显示器上的超声图像上方显示视觉指示、从扬声器发射音频指示或这两者，以指示医疗装置的潜在放置是否将使得医疗装置在血管内最终放置足够长度。
在一些实施方案中，该组操作还包括根据来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数来确定医疗装置的插入位置和接近角度。
在一些实施方案中，视觉指示是叠加于显示器上的超声图像之上的目标，并且该目标渐弱、消失、从一种图案切换为另一种图案或从一种颜色切换为另一种颜色，以指示医疗装置的潜在放置将无法使得医疗装置在血管内最终放置足够长度。
在一些实施方案中，用户根据医疗装置的制造商提供的已知最小长度定义或者设定医疗装置的最小长度。
在一些实施方案中，医疗装置是针。
在一些实施方案中，医疗装置是短长度导管。
在一些实施方案中，该组操作还包括随着导管在针上推进，利用尖端估计逻辑来估计导管的尖端与血管中的针的尖端之间的距离；以及在显示器上的超声图像上方显示该距离的估计。
本文还公开了一种计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于推荐用医疗装置接近血管的适当接近角度的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：根据来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数来确定存在医疗装置；以及在显示器上的超声图像上方显示视觉指示，以指示用医疗装置接近血管的适当接近角度。
在一些实施方案中，该组操作还包括使用传感器读数作为输入，利用轨迹确定逻辑来确定医疗装置的轨迹；以及在显示器上的超声图像上方显示医疗装置的轨迹。视觉指示被结合入显示器上的医疗装置的轨迹中。
在一些实施方案中，该组操作还包括如果确定轨迹穿过动脉，则在显示器上的超声图像上方发出视觉警告或从扬声器发出听觉警告。
在一些实施方案中，视觉指示从一种图案切换为另一种图案、从一种颜色切换为另一种颜色或从虚线切换为实线，以指示医疗装置的轨迹遵循用医疗装置接近血管的适当接近角度。
在一些实施方案中，根据医疗装置的制造商的推荐、针对医疗装置已建立的医疗过程或用户对使用医疗装置的偏好，来设置适当接近角度。
本文还公开了一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得超声成像系统执行用于推荐将医疗装置插入血管中的适当插入角度的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：根据来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数来确定存在医疗装置；以及在显示器上的超声图像上方显示视觉指示，以指示将医疗装置插入血管中的适当插入角度。
在一些实施方案中，在医疗装置到达血管时但在医疗装置插入血管中之前，视觉指示出现在显示器上的超声图像上方。
在一些实施方案中，在显示器上的超声图像上方以两个或更多个不同颜色或图案区域连续地显示视觉指示。两个或更多个区域中的一个区域被增强，以指示医疗装置的接近是否符合将医疗装置插入血管中的适当插入角度。
在一些实施方案中，根据医疗装置的制造商的推荐、针对医疗装置已建立的医疗过程或用户对使用医疗装置的偏好，来设置适当插入角度。
本文还公开了一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得超声成像系统执行用于优化关于血管或血管的目标位置的超声图像的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用由血管产生回波并由超声探头接收的超声信号来检测血管；以及调整选自血管或血管的目标位置上方的超声探头的焦点、超声探头的工作频率以及超声探头的声学功率输出中的一个或多个超声探头参数，从而优化关于血管或血管的目标位置的超声图像。
在一些实施方案中，该组操作还包括根据对血管上方的超声探头位置的滞后分析来确定目标位置。
在一些实施方案中，该组操作还包括当医疗装置在血管中插入足够长度时，利用血管占据逻辑来确定待由医疗装置占据的血管的百分比。
本文还公开了一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，可执行指令在由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得超声成像系统执行用于遵循将医疗装置放置在血管中的过程的一组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：从在插入位置处的插入时间、经过进入血管的目标位置的时间段、到从插入位置撤回医疗装置的尖端的时间，跟踪医疗装置的尖端的位置。该跟踪包括记录过程的持续时间，包括其间隔；血管的深度；对血管的接近角度；在血管的目标位置处的插入角度；在过程期间的重新调整通过次数，或其组合。
鉴于附图和以下描述，本文中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显而易见，这些概念的特定实施方案通过附图和以下描述更详细地进行披露。
附图说明
图1示出了根据一些实施方案的患者和用于放置针和其他医疗装置的超声成像系统。
图2示出了描绘根据一些实施方案的超声成像系统的各元件的框图。
图3示出了根据一些实施方案的图1和图2的超声成像系统的超声探头。
图4示出根据一些实施方案的被配置为与图1和图2的超声成像系统一起使用的针。
图5示出了根据一些实施方案的图4的针的端视图。
图6示出了根据一些实施方案的超声成像系统的超声探头的第一视图，用于引导针经由皮肤插入患者。
图7示出了根据一些实施方案的超声成像系统的超声探头的第二视图，用于引导针经由皮肤插入患者。
图8示出了根据一些实施方案的来自超声成像系统的显示器的第一屏幕截图的简化版本，示出了针的位置和取向。
图9示出了根据一些实施方案的来自超声成像系统的显示器的第二屏幕截图的简化版本，示出了针的位置和取向。
图10示出了根据一些实施方案的来自超声成像系统的显示器的第三屏幕截图的简化版本，示出了针的位置和取向。
图11示出了根据一些实施方案的超声成像系统的超声探头的视图，用于将导管和针的组合引导插入患者血管中。
图12示出了根据一些实施方案的来自超声成像系统的显示器的屏幕截图的简化版本，图形化地显示了用于将导管和针的组合插入患者的血管中的接近引导角度。
图13示出了根据一些实施方案的超声成像系统的超声探头的视图，用于引导导管离开针穿行进入患者血管中。
图14示出了根据一些实施方案的超声成像系统的超声探头的视图，用于计算患者血管中的导管的量。
具体实施方式
在更详细地公开一些具体实施方案之前，应当理解，本文公开的具体实施方案不限制本文提供的概念的范围。还应当理解，本文公开的特定实施方案可具有的特征，该特征可容易地与特定实施方案分离并且任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组合或替代本文公开的许多其他实施方案中的任何一个的特征。
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的目的，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)通常用于区分或标识一组特征或步骤中的不同特征或步骤，并且不提供系列或数字限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”特征或步骤不必按顺序出现，并且包括这些特征或步骤的特定实施方案不必限于这三个特征或步骤。为方便起见，使用比如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等标签，而并不旨在暗示例如任何特定的固定位置、取向或方向。相反，这样的标签用于反映例如相对位置、取向或方向。除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数指代。
关于“近”，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应该靠近临床医师的导管的部分。同样地，例如导管的“近侧长度”包括当导管用于患者时应该靠近临床医师的导管的长度。例如，导管的“近端”包括当导管用于患者时应该靠近临床医生的导管的端部。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必包括导管的近端。即，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”，例如导管的“远侧部分”或“远端部分”包括当导管用于患者时应该靠近患者或在患者体内的导管的部分。同样地，例如导管的“远侧长度”包括当导管用于患者时应该靠近患者或在患者体内的导管的长度。例如，导管的“远端”包括当导管用于患者时导管应该靠近患者或在患者体内的一端。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必包括导管的远端。即，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。
关于“逻辑”或“引擎”，逻辑和引擎独立地表示被配置为执行一个或多个功能的硬件、固件、软件或其组合。作为硬件，逻辑(或引擎)可以包括具有数据处理、存储功能或其组合的电路。这种电路的实例包括但不限于处理器、可编程门阵列、微控制器、专用集成电路、无线接收器、发射器或收发器电路、半导体存储器或组合逻辑。
可替代地，或与前述电路组合，逻辑(或引擎)可以是一个或多个软件模块形式的软件，其可以被配置为作为其对应电路来操作。软件模块可以包括可执行应用、守护程序应用、应用编程接口(“API”)、子例程、函数、过程、小应用程序、小服务程序、例程、源代码、共享库或动态加载库，或者甚至一个或多个指令。软件模块(多个软件模块)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(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)中。非暂时性存储介质的实例包括但不限于可编程电路；半导体存储器；非持久性存储器，例如易失性存储器(例如，任何类型的随机存取存储器[“RAM”])；持久性存储器，例如非易失性存储器(例如，只读存储器[“ROM”]、功率备份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。作为固件，逻辑(或引擎)可以存储在持久性存储器中。
关于比如在“计算机化的方法”中的“计算机化的”，计算机化的一般表示通过硬件结合系统的软件或固件进行的任何相应的操作。
除非另外定义，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相同的含义。
本文公开了用于跟踪比如针和导管等医疗装置的系统和方法。例如，超声成像系统被配置为执行一组操作，该组操作用于：进入血管、推荐用医疗装置进入血管的适当接近角度、推荐将医疗装置插入血管中的适当插入角度、确保医疗装置在血管内最终放置足够长度以及遵循或跟踪将医疗装置放置在血管中的过程。此外，超声成像系统被配置为执行用于优化关于血管或血管的目标位置的超声图像的一组操作。
系统
本文描述的各种实施方案总体上涉及一种超声成像系统，该超声成像系统例如被配置为在基于超声的或其他合适的过程期间定位和引导针或其他医疗装置(例如，导管)，以用于使针进入患者的皮下血管。在一些实施方案中，该系统使得针的位置、取向和推进能够实时地叠加在血管的超声图像的顶部，从而使得临床医师能够准确地将针引导至预期目标。此外，在一些实施方案中，系统以五个运动度跟踪针的位置：x、y和z空间坐标空间、针俯仰角和针偏航角。这样的跟踪使得能够以相对高的精度引导和放置针。
首先参考图1和图2，图1和图2描绘了根据一些实施方案配置的超声成像系统的各个组件，总体上表示为1110。如图所示，超声成像系统1110大体上包括超声成像部分，该超声成像部分包括控制台1120、显示器1130和探头1140，它们中的每一个在下面进一步详细描述。然而，应当注意，除了这里示出和描述的之外，超声成像部分可以配置为多种方式中的任何一种。超声成像系统1110的超声成像部分用于在经由皮肤插入针或其他装置以进入目标之前，对患者身体的目标内部部分进行成像。如下所述，在一些实施方案中，在随后将导管插入患者的脉管系统中的静脉或其他部分之前，进行针的插入。然而，可以理解的是，将针插入患者体内可用于各种医疗目的。
图1示出了根据一些实施方案的在例如通过皮肤插入部位将导管放置到患者的脉管系统中的过程期间上述组件与患者1170的大致关系。这样的导管通常包括保留在患者外部的近侧部分和在放置完成后保留在患者的脉管系统内的远侧部分。在一些实施方案中，采用超声成像系统1110，以最终将导管的远侧尖端定位在患者的脉管系统内的期望位置。在一些实施方案中，导管的远侧尖端的期望位置接近患者心脏，例如在上腔静脉(“SVC”)的下三分之一部分中。当然，超声成像系统1110可以用于将远侧尖端放置在多个其他位置。
导管的近侧部分还包括导管衬套(hub)，该导管衬套提供在导管的一个或多个管腔与在近侧从导管衬套延伸的一个或多个延伸支腿之间流体连通。如上所述，通常在插入导管之前在皮肤插入部位处将针放置到患者的脉管系统中，但是应当理解，可以采用其他放置方法，例如同时将针和导管的组合放置到患者的脉管系统中。此外，应当理解，超声成像系统1110可以用于各种其他用途，例如用于将其他医疗装置插入患者体内的针插入，包括X射线或超声标记、活组织检查鞘、消融组件、膀胱扫描组件、腔静脉过滤器等。
更详细地，控制台1120容纳超声成像系统1110的各个组件，并且应当理解，控制台1120可以采取各种形式中的一种。在控制台1120中包括处理器1122，其包括非易失性存储器1123，例如电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)，以用于在超声成像系统1110的操作期间控制系统功能和操作各种逻辑组件1121，从而用作控制处理器。逻辑组件1121包括但不限于脉管深度确定逻辑、医疗装置可达性逻辑、医疗装置放置逻辑、尖端估计逻辑、轨迹确定逻辑以及血管占位逻辑，逻辑使用如本文所述的各种输入。控制台1120还包括数字控制器/模拟接口1124，该数字控制器/模拟接口1124与处理器1122和其他系统组件通信，以控制探头1140与其他超声成像系统组件之间的交互。
超声成像系统1110还包括用于与附加组件进行连接的端口1152，附加组件例如是包括打印机、存储介质、键盘等的任选组件1154以及任选扬声器1155。在一些实施方案中，端口是通用串行总线(“USB”)端口，但是其他端口类型或端口类型的组合可以用于本文描述的这种和其他接口连接。控制台1120包括电源连接1156，以实现与外部电源1158的可操作连接。内部电池1160也可以与外部电源1158一起使用或者不与外部电源1158一起使用。控制台的数字控制器/模拟接口1124中包括功率管理电路1159，以调节功率使用和分配。
在一些实施方案中，显示器1130被集成到控制台1120中并且用于在放置过程期间向临床医师显示信息，例如由探头1140获得的目标内部身体部分的超声图像。例如，图8至图10示出了来自显示器1130的简化屏幕截图，其示出了根据本文所述的对针进行超声成像和感测的针的位置和取向。图10具体示出了包括针的位置和取向的超声图像。在一些实施方案中，显示器可以与控制台1120分离。在一些实施方案中，控制台按钮界面1132和包括在探头1140上的控制按钮1184(图1)可以用于由临床医师立即对显示器1130调用所需模式，以帮助放置过程。在一些实施方案中，显示器1130是LCD设备。
图1还描绘了用于通过皮肤插入部位获得进入患者的脉管系统的初始通路的针1200。如将在下面进一步详细描述的，针1200被配置为与超声成像系统1110协作，以使得超声成像系统1110能够在基于超声的放置过程期间检测针的位置、取向和推进。虽然在图1中未显示，但是导管1100(例如短长度导管)可以被配置为与如下所述的针1200和超声成像系统1110这两者协作(例如，参见图11、图13和图14)。
图3示出了根据一些实施方案的探头1140的特征。在准备将针1200、导管1100或针1200和导管1100这两者的组合插入脉管系统中时，探头1140与血管(例如静脉)的基于超声的可视化结合使用。这种可视化提供了实时超声引导，并且有助于减少通常与这种引入相关的并发症，包括无意的动脉穿刺、血肿、气胸等。手持式探头1140包括头部1180，头部1180容纳压电阵列，以用于产生超声脉冲并且用于在头部抵靠患者皮肤放置为接近预期插入部位时在患者身体反射之后接收超声脉冲的回波。探头1140还包括用于控制超声成像系统1110的多个控制按钮1184(图1)，因此临床医生在建立插入部位之前，不需要接触在患者插入部位周围建立的无菌区域以控制超声成像系统1110。
同样地，在一些实施方案中，在引入导管(例如，导管1100)的同时或之前，临床医师采用超声成像系统1110的超声成像部分来确定合适的插入部位并且例如利用针1200建立血管通路，以最终使导管1100前进通过脉管系统到达预期目的地。
图2示出了探头1140，其还包括用于控制按钮和探头操作的按钮和存储器控制器1142。在一些实施方案中，按钮和存储器控制器1142可以包括非易失性存储器，例如EEPROM。按钮和存储器控制器1142与控制台1120的探头接口1144可操作地通信，控制台1120的探头接口1144包括用于与探头压电阵列交互的压电输入/输出组件1144A以及用于与按钮和存储器控制器1142交互的按钮和存储器输入/输出组件1144B。
如图3所示，探头1140包括传感器阵列1190，用于在超声成像过程(例如以上描述的那些)期间检测针1200或另一医疗装置的位置、取向和移动。如将在下面进一步详细描述的，传感器阵列包括嵌入探头1140的壳体内的多个磁性传感器1192。传感器1192被配置为检测与针1200或另一医疗装置相关联的磁场，并且使得超声成像系统1110能够跟踪针1200或其他医疗装置。虽然在此被配置为磁性传感器，但是应当理解，传感器1192可以是具有其他类型和配置的传感器，如将描述的。而且，虽然它们在图3中被示出为包括在探头1140中，但是传感器阵列1190的传感器1192可以被包括在与探头1140分离的组件中，例如分离的手持设备。在一些实施方案中，传感器1192以平面配置设置在探头1140的顶面1182下方，但是可以理解，传感器可以以其他配置布置，例如以弓形或半圆形布置。
在一些实施方案中，传感器1192中的每一个包括三个正交的传感器线圈，用于使得能够在三个空间维度中检测磁场。例如可以从新泽西州莫里斯敦的霍尼韦尔传感与控制公司(Honeywell Sensing and Control of Morristown,N.J.)购买这样的三维(“3-D”)磁性传感器。此外，一些实施方案的传感器1192被配置为霍尔效应传感器，尽管可以采用其他类型的磁性传感器。此外，代替3-D传感器，可以根据需要包括和布置多个一维磁性传感器，以实现1-D、2-D或3-D检测能力。
在一些实施方案中，在传感器阵列1190中包括五个传感器1192，以使得不仅能够在三个空间维度(即，X、Y、Z坐标空间)中检测针1200，而且能够检测针1200或另一医疗装置自身的俯仰取向和偏航取向。注意，在一些实施方案中，多个传感器1192中的两个或更多个传感器的正交感测组件使得能够确定针1200的磁性元件1210的俯仰和偏航姿态，因此能够确定针1200本身。同样地，多个传感器1192中的两个或更多个传感器的正交感测组件使得能够同样地确定另一医疗装置的磁性元件的俯仰和偏航姿态。
在一些实施方案中，可以在传感器阵列1190中采用更少或更多的传感器。更一般地，应当理解，传感器阵列1900中的传感器1192的数量、尺寸、类型和布置可以与此处明确显示的不同。
图4和图5示出了根据一些实施方案的针1200的一个实例的细节，如图1所示，针1200在进入患者的目标内部身体部分时可以与超声成像系统1110结合使用。特别地，针1200包括中空插管1202，其限定近端1202A和远端1202B。针衬套1204附接至插管1202的近端1202A并且包括开口端1204A，在一些实施方案中，开口端1204A被配置为用于与各种装置连接的连接器。实际上，针衬套1204的开口端1204A与中空插管1202流体连通，使得导丝、管心针或其他组件可以穿过针衬套进入插管1202。
如图4和图5所示，磁性元件1210包括在针衬套1204中。如在图5中以最佳方式所示，在一些实施方案中，磁性元件1210是永磁体，例如包括铁磁性物质，并且是环形的以便限定与中空插管1202对齐的孔1212。如此配置，磁性元件1210产生可由超声探头1140的传感器阵列1190检测的磁场，以使得能够通过超声成像系统1110跟踪针1200的位置、取向和移动，如下面进一步描述的。
在一些实施方案中，可以理解，针1200或其他医疗装置(例如，导管)可以采用许多其他类型、数量和尺寸的磁性元件，以使得能够通过超声成像系统1110对其进行跟踪。
现在参考图6和图7，示出了超声成像系统1110的超声探头1140和处于适当位置并准备将其插入穿过患者的皮肤表面1220以进入目标内部身体部分(例如，血管1226的一部分)的针1200。特别地，示出了探头1140，其头部1180抵靠皮肤表面1220放置并且产生超声波束1222，以便对患者的皮肤表面1220下方的血管1226的该部分中的一部分进行超声成像。可以在超声成像系统1110(图1)的显示器1130上描绘血管1226的超声图像。
如上所述，在一些实施方案中，超声成像系统1110被配置为检测上述针1200的位置、取向和移动。特别地，探头1140的传感器阵列1190被配置为检测包括在针1200中的磁性元件1210的磁场。传感器阵列1190中的每一个传感器1192被配置为在三维空间中在空间上检测磁性元件1210。因此，在超声成像系统1110的操作期间，由每个传感器1192感测到的针的磁性元件1210的磁场强度数据被转发到处理器，例如控制台1120的处理器1122(图2)，它实时地计算磁性元件1210的位置、取向或位置和取向这两者。
具体地，如图6和图7所示，可以由超声成像系统1110使用由传感器1192感测到的磁场强度数据来确定磁性元件1210在X、Y和Z坐标空间中相对于传感器阵列1190的位置。此外，图6示出了也可以确定磁性元件1210的俯仰角，而图7示出了可以确定磁性元件1210的偏航角。与超声成像系统1110的处理器1122或其他适当组件协作的合适的逻辑(例如，逻辑组件1121)可以提供针对这种位置、取向或位置和取向这两者所必需的计算。在一些实施方案中，可以使用以下美国专利中的一个或多个的教导来跟踪磁性元件1210，这些专利中的每一个通过引用整体并入本文：US 5,775,322；US 5,879,297；US 6,129,668；US 6,216,028；以及US 6,263,230。
由超声成像系统1110确定的上述位置和取向信息，连同插管1202的长度和磁性元件1210相对于超声成像系统1110已知的或输入到超声成像系统1110中的远侧针尖端的位置，使得超声成像系统1110能够准确地确定针1200的整个长度相对于传感器阵列1190的位置和取向。任选地，磁性元件1210与远侧针尖端之间的距离由超声成像系统1110已知或被输入到超声成像系统1110中。这又使得超声成像系统1110能够将针1200的图像叠加到由探头1140的超声波束1222产生的图像上。图8和图9示出了针1200如此叠加到超声图像上的实例。图10示出了另一实例，其中超声图像上方的明显(例如，点状、彩色等)且动态的线根据插入角度θ、血管的深度d、由从探头1140到插入位置的距离或长度l限定的血管上方的插入位置、以及针1200的已知长度n而变化。(也参见图6的插入角度θ、血管的深度d、从探头1140到插入位置的距离或长度l、以及针1200的已知长度n)。
具体地，例如，图8和图9各自示出了可以在显示器1130(图1)上描绘的屏幕截图1230。在图8中，示出了超声图像1232，包括对患者皮肤表面1220和皮下血管1226的描绘。例如，超声图像1232对应于由图6和图7中所示的超声束1222获取的图像。屏幕截图1230进一步示出了表示由如上所述的超声成像系统1110确定的实际针1200的位置和取向的针图像1234。因为超声成像系统1110能够确定针1200相对于传感器阵列1190的位置和取向，所以超声成像系统1110能够准确地确定针1200相对于超声图像1232的位置和取向，并将其叠加在超声图像1232上以作为用于在显示器1130上描绘的针图像1234。通过与超声成像系统1110的处理器1122或其他合适组件协作的合适的逻辑(例如，逻辑组件1121)来协调针图像1234在超声图像1232上的定位。
传感器1192被配置为在超声成像系统1110的操作期间连续地检测针1200的磁性元件1210的磁场。这使得超声成像系统1110能够连续地更新用于在显示器1130上描绘的针图像1234的位置和取向。因此，通过显示器1130上的针图像1234来实时描绘针1200的推进或其他移动。注意，当在放置过程或其他活动期间发生探头1140和针1200的移动时，超声成像系统1110能够连续地更新显示器1130上的超声图像1232和针图像1234这两者。
在一些实施方案中，图8进一步示出超声成像系统1110可以基于针图像1234所描绘的针1200的当前位置和取向来描绘投影路径1236。投影路径1236帮助临床医师确定针1200的当前取向(如由显示器1130上的针图像1234所描绘的)是否会导致到达目标内部身体部分(例如在此所示的血管1226)。同样，随着针图像1234的取向或位置改变，由超声成像系统1110相应地修改投影路径1236。还可以通过超声成像系统1110在显示器1130上描绘目标1238，目标1238指示投影路径1236与超声图像1232的平面相交的点。如图8所示，目标1238位于超声图像1232中描绘的血管1226内。注意，当调整针1200或超声图像1232时，也可以修改目标1238在显示器1130上的位置。屏幕截图1230还包括在此描绘为方框的概率区域1239，其指示由于针长度、针刚度和挠曲、磁性元件的场强、磁干扰、磁性元件的磁轴与针的纵轴对准时的可能差异、传感器阵列相对于超声成像平面的取向等而导致的超声成像系统1110的误差任何可能的界限。为了一致性，在图6、图11、图13和图14中也描绘了概率区域1239。
在一些实施方案中，图9示出了屏幕截图1230可以被配置为使得超声图像1232和针图像1234被定向为以三维方面进行显示。如针图像1234所示，这使得能够确定针1200的角度和取向，并将其与由超声图像1232成像的预期目标进行比较。应当注意，屏幕截图1230仅仅是由超声成像系统1110产生的用于显示的可能的描绘实例；实际上，可以使用其他视觉描绘。还要注意，被成像的身体的特定区域仅仅是实例；超声成像系统1110可以用于对各种身体部分进行超声成像，并且不应限于附图中明确描绘的内容。此外，可以包括如本文所描绘和描述的超声成像系统1110作为较大系统的组件(如果需要)，或者超声成像系统1110可以被配置为独立装置。此外，应当理解，除了视觉显示器1130之外，超声成像系统1110还可以采用听觉信息，例如蜂鸣声、音调等，以在将针1200定位和插入患者期间辅助临床医师。
如上所述，在一些实施方案中，超声成像系统1110需要知道针1200的总长度和磁性元件1210在其上的位置，以便能够准确地描绘图8与图9的屏幕截图1230中的针图像1234和其他特征。可以以各种方式向超声成像系统1110通知这些或其他相关参数，包括由超声成像系统1110扫描针1200上包括或带有的条形码、针1200包括用于由超声成像系统1110扫描的射频识别(“RFID”)芯片、针1200的颜色编码、由临床医师将参数手动输入到超声成像系统1110等中。同样地，可以以上述方式(例如，由超声成像系统1110扫描其他医疗装置上包括或带有的条形码、其他医疗装置包括用于由超声成像系统1110扫描的RFID芯片、其他医疗装置的颜色编码、由临床医师将参数手动输入到超声成像系统1110等中)向超声成像系统1110通知其他医疗装置(例如，导管1100)的有关参数。超声成像系统1110的探头1140或其他组件可以包括RFID读取器，以读取针1200或其他医疗装置的RFID芯片上所包括的信息，例如针1200、导管1100等的类型或长度。因此考虑了用于将针和其他参数输入超声成像系统1110或检测参数的这些和其他手段。
在一些实施方案中，可以通过探头1140和超声成像系统1110使用针1200的磁场的特性(例如，磁极、磁场形状、磁场强度等)来测量针1200的长度(或医疗装置例如导管1100的其他方面)。例如，在一些实施方案中，针1200的磁性元件1210可以定位在距探头1140的预定距离处或相对于探头1140的预定位置处。在磁性元件1210如此定位的情况下，探头1140的传感器阵列1190检测并测量磁性元件1210、插管1202或其组合的场强。超声成像系统1110可以将测量的场强与对应于不同长度的针的可能场强的存储列表进行比较。超声成像系统1110可以匹配这两种强度并且确定针长度。然后，可以如本文所述进行针定位和随后的针插入。在一些实施方案中，代替将磁性元件1210保持静止在预定位置，磁性元件1210可以围绕探头1140移动，使得探头1140获得多个场强读数。可以被修改以将不同场强赋予一组磁性元件的方面包括磁性元件1210的尺寸、形状和组成等。
根据一些实施方案，此处给出了关于超声成像系统1110的以下用途的进一步细节：结合患者的目标内部身体部分(“目标”)的超声成像引导针1210或其他医疗装置(例如导管1100)。在配备有磁性元件的针1200被定位成与包括传感器阵列1190的超声探头1140相距适当距离(例如，两英尺或更多英尺)的情况下，探头1140被用于对患者体内的目标进行超声成像，以便在超声成像系统1110的显示器1130上进行描绘，该针旨在经由皮肤插入而相交。然后，启动超声成像系统1110的校准，其中逻辑(例如，逻辑组件1121)与控制台1120的处理器1122协作，以确定在将要执行该过程的位置附近的任何环境磁场的基线。例如通过用户输入、自动检测或以如上所述的其他合适的方式，还向超声成像系统1110通知针1200的总长度或磁性元件1210相对于远侧针尖端的位置。
然后，针1200进入探头1140的传感器阵列1190中的传感器1192的范围内。每个传感器1192检测与针1200的磁性元件1210相关联的磁场强度，该磁场强度数据被转发到处理器1122。在一些实施方案中，这样的数据可以被存储在存储器1123中，直到处理器1122需要使用。当传感器1192检测到磁场时，合适的逻辑(例如，逻辑组件1121)与处理器1122协作，以计算针1200的磁性元件1210在相对于探头1140的空间预测点处的磁场强度。然后，处理器1122将传感器1192检测到的实际磁场强度数据与计算出的磁场强度值进行比较。该方法由本文标识的美国专利进一步描述。该方法可以迭代地执行，直到预测点的计算值与测量数据匹配。一旦发生这种匹配，磁性元件1210就定位在三维空间中。使用由传感器1192检测到的磁场强度数据，还可以确定磁性元件1210的俯仰角和偏航角(即，取向)。连同针1200的已知长度和针1200的远侧尖端相对于磁性元件1210的位置一起，这使得能够通过超声成像系统1110来准确表示针1200的位置和取向，并且在显示器1130上描绘为虚拟模型，即针图像1234。注意，在超声成像系统1110的一些实施方案中，预测的和实际的检测值必须在预定的容限或置信水平内匹配，以使得能够进行针描绘。
在一些实施方案中，通过将针图像1234叠加于显示器1130(图8和图9)的超声图像1232上来执行如上所述的针1200的虚拟针图像1234的描绘。由处理器1122或其他合适的组件执行的超声成像系统1110的适当逻辑(例如，逻辑组件1121)还使得能够在显示器1130上将投影路径1236、目标1238和概率区域1239(图8和图9)确定和描绘为在目标的超声图像1232之上。反复执行上述预测、检测、比较和描绘过程，以继续实时跟踪针1200的移动。
针1200表示医疗装置的实例，超声成像系统1110被配置为在用针1200基于超声进入患者的皮下血管期间进行定位和引导。应当理解，其他医疗装置例如导管1100可以配置有类似针1200的特征，用于由超声成像系统1110进行定位和引导。实际上，在例如导管1100的另一医疗装置需要针1200的特征以与超声成像系统1110协作的情况下，这些特征被包括在其他医疗装置中。因此，在不增加公开文本的负担的情况下扩展了公开文本。然而，还应当理解，以上述方式对公开文本的解释并不延伸到权利要求。例如，要求保护的针不应当理解为在现有导管上，要求保护的导管不得理解为在现有针上等等。
对于除了前述基于磁性的模态之外的模态，包括光学模态、基于射频电磁辐射的模态和放射性模态，参见美国专利第9,492,097号，其通过引用整体并入本文。
方法
用于进入血管的方法
图6示出了根据一些实施方案的超声成像系统1110的超声探头1140的第一视图，用于引导针1200经由皮肤插入患者的血管1226。
用于利用医疗装置(例如，针1200、导管1100等)进入血管(例如，血管1226)的方法包括由执行非暂时性计算机可读介质(“CRM”)例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用由超声探头1140在血管1226上方采集的数据作为输入，利用逻辑组件1121的脉管深度确定逻辑来确定血管的深度d；使用血管的深度d、医疗装置的有效长度n、由从探头1140到插入位置的距离或长度l限定的血管1226上方的插入位置、以及医疗装置的插入角度θ作为输入，利用逻辑组件1121的医疗装置可达性逻辑来计算医疗装置是否能够进入血管1226，其中，计算可以包括如图6所示的三角剖分；以及在显示器1130上显示比如超声图像上方的视觉指示(例如，参见图8至图10)、从扬声器1155发射音频指示或这两者，以指示医疗装置是否能够进入血管1226。视觉指示和音频指示中的每个指示被配置为由超声成像系统1110的用户打开或关闭。
该组操作还可以包括根据来自超声探头1140的多个磁性传感器1192的传感器读数来确定从探头1140到插入位置的距离或长度l以及医疗装置的插入角度θ，超声探头1140的多个磁性传感器1192例如被配置为通过相关的磁场来检测医疗装置。
视觉指示可以是叠加于显示器1130上的超声图像的目标，该目标渐弱、消失、从一种颜色(例如，绿色)切换为另一种颜色(例如，黄色)或从一种图案切换为另一种图案，以指示医疗装置1226不能够进入血管。可替代地，视觉指示可以是覆盖超声图像的细长图形元素，其表示医疗装置的有效长度(例如，参见图8至图10)。
用于确保在血管内放置足够长度的方法
图14示出了根据一些实施方案的超声成像系统1110的超声探头1140的视图，用于计算患者血管1226中的导管1100的量。
方法用于确保医疗装置(例如，针1200、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管，例如导管1200等)在血管(例如，血管1226)中最终放置足够长度，该方法包括由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用由超声探头1140在血管1226上方采集的数据作为输入，利用逻辑组件1121的脉管深度确定逻辑来确定血管的深度d；使用血管的深度d、医疗装置的有效长度n、由从探头1140到插入位置的距离或长度l限定的血管1226上方的插入位置、以及医疗装置的接近角度
Figure BDA0003189817950000201
(参见图11)或用于使导管1100离开针1200穿行的穿入角度ψ(参见图13)作为输入，利用逻辑组件1121的医疗装置放置逻辑来计算是否将或要将医疗装置的最小长度放置在血管1226中，其中，计算可以包括类似于图6中所示的三角剖分以确定布置在皮下(例如，沿着三角形的斜边)的医疗装置的长度，并且与医疗装置的暴露长度一起从医疗装置的有效长度n中减去，以找到医疗装置在血管内的长度1226；在显示器1130上显示例如超声图像上方的视觉指示、从扬声器1155发射音频指示或这两者，以指示医疗装置的潜在放置是否会导致医疗装置在血管1226内最终放置足够长度。
该组操作还可以包括根据来自超声探头1140的多个磁性传感器1192的传感器读数来确定从探头1140到插入位置的距离或长度l以及医疗装置的接近角度θ或用于使导管1100远离针1200穿行的穿入角度ψ，超声探头1140的多个磁性传感器1192例如被配置为通过相关的磁场来检测医疗装置。
作为类似于图6中所示的三角剖分以确定布置在皮下的医疗装置的长度、随后与医疗装置的暴露长度一起从医疗装置的有效长度n中减去以找到医疗装置在血管内的长度1226的替代方案，可以根据输入，三角剖分用于直接确定医疗装置在血管1226内的长度，该输入包括探头1140在皮肤表面1220上的位置、血管的深度d以及当导管1100的尖端包括磁性元件时来自导管1100的尖端的磁信号。在任何情况下，超声成像系统1110可以利用逻辑组件1121的长度确定逻辑来指示血管1226内的医疗装置的长度是否足以用于过程或医疗装置。
视觉指示可以是叠加于显示器1130上的超声图像之上的目标，该目标可以渐弱、消失、从一种图案切换为另一种图案或从一种颜色(例如，绿色)切换为另一种颜色(例如，黄色)，以指示医疗装置的潜在放置将不会导致医疗装置在血管1226内最终放置足够长度。医疗装置的最小长度可以由用户定义(例如，在最终放置时医疗装置为1英寸)，或者最小长度可以根据医疗装置的制造商提供的已知或建议的最小长度来设定。
当医疗装置是具有磁化的远端部分的短长度导管(例如导管1100)时，该组操作还可以包括随着导管1100在针上推进，利用逻辑组件1121的尖端估计逻辑来估计导管1100的远端部分或其尖端与血管1226中的针的尖端之间的距离。(参见图13)可替代地，导管1100可以在导管1100的导管衬套中具有磁体，并且该组操作还可以包括随着导管1100在针上推进，利用逻辑组件1121的尖端估计逻辑来估计导管1100的磁化导管衬套与血管1226中的针的尖端之间的距离。可以在显示器1130上显示超声图像上方的距离估计，这允许比如临床医师的用户例如降低医疗装置的接近角度
Figure BDA0003189817950000211
并且跟踪导管1100的后续前进(例如，血管1226中2mm或超过针)。
同样，视觉指示可以是覆盖显示器1130上的超声图像的目标，该目标可以包括导管图标以动态示出血管1226中的导管1100。导管图标可以被配置为当用户开始推进导管1100时消失以便不遮挡目标。
用于推荐适当接近角度的方法
图11示出了根据一些实施方案的超声成像系统1110的超声探头的视图，用于将导管1100和针1200的组合引导插入患者血管1226中。图12示出了根据一些实施方案的来自超声成像系统1110的显示器1130的屏幕截图的简化版本，图形化地显示了用于将导管1100和针1200的组合插入患者血管1226中的接近角度
Figure BDA0003189817950000212
的引导。应当理解，插入角度θ和接近角度
Figure BDA0003189817950000213
的不同之处在于插入角度θ涉及经由皮肤插入，而接近角度
Figure BDA0003189817950000214
涉及在经由皮肤插入之后接近例如血管1226。通常，接近角度
Figure BDA0003189817950000215
小于插入角度θ，从而提高医疗装置进入血管1226的管腔的可能性，并且减轻医疗装置完全穿过血管1226的风险。
方法用于推荐用医疗装置(例如，针、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管)接近血管(例如，血管1226)的适当的接近角度
Figure BDA0003189817950000221
该方法包括由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：根据来自超声探头1140的多个磁性传感器1192的传感器读数来确定医疗装置的存在，超声探头1140的多个磁性传感器1192被配置为例如通过相关的磁场来检测医疗装置；以及在显示器1130(例如，参见图9)上显示例如超声图像上方的视觉指示，以指示用医疗装置接近血管1226的适当接近角度
Figure BDA0003189817950000222
该组操作还可以包括使用传感器读数作为输入，利用逻辑组件1121的轨迹确定逻辑来确定医疗装置的轨迹。例如，轨迹确定逻辑可以利用类似于图6所示的三角剖分来确定接近角度
Figure BDA0003189817950000223
而不是插入角度θ。可以在显示器1130上显示超声图像上方的医疗装置的轨迹。另外，视觉指示可以结合入显示器1130上的超声图像上方的医疗装置的轨迹中。
该组操作还可以包括如果轨迹被确定为包括与血管1226的大接近角度
Figure BDA0003189817950000224
(例如，90°)，则在显示器1130上发出超声图像上方的视觉警告或者从扬声器1155发出听觉警告。如果轨迹被确定为穿过动脉，则也可以发出视觉或听觉警告。
显示器130上的超声图像上方的视觉指示可以从一种图案切换为另一种图案、从一种颜色(例如，绿色表示OK)切换为另一种颜色(例如，黄色表示太陡)或从虚线切换为实线，以指示医疗装置的轨迹遵循用医疗装置接近血管1226的适当接近角度
Figure BDA0003189817950000225
(例如，参见图9)。插入角度θ的数字读数也可以显示在显示器1130上的超声图像上方。如图12所示，视觉指示可以与图8和图9的针图像1234相同，但是叠加在推荐的最小接近角度
Figure BDA0003189817950000226
和推荐的最大接近角度
Figure BDA0003189817950000227
上。
根据医疗装置的制造商的推荐、针对医疗装置的已建立的医疗过程或用户对使用医疗装置的偏好，可以设置适当接近角度
Figure BDA0003189817950000228
这样的接近角度
Figure BDA0003189817950000231
可以基于设计、实验室研究或临床评估，因为与血管的某些接近角度
Figure BDA0003189817950000232
可以有利于进入，以减少困难(例如，容易穿入)或减少并发症(例如，扭结、背壁等)。
用于推荐适当穿入角度的方法
图13示出了根据一些实施方案的超声成像系统1110的超声探头1140的视图，用于使导管1100离开针1200穿行进入患者血管1226中。
用于推荐用于使导管1100偏离针1200穿过进入患者血管(例如，患者血管1226)中的适当穿入角度ψ的方法包括由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：根据来自超声探头1140的多个磁性传感器1192的传感器读数确定存在医疗装置(即，导管1100和针1200的组合)，超声探头1140的多个磁性传感器1192例如被配置为通过相关的磁场来检测医疗装置；以及在显示器1130(例如，参见图9)上的例如超声图像上方显示视觉指示，以指示用于使导管1100离开针1200穿过进入血管1226中的适当穿入角度ψ。在根据传感器读数确定存在医疗装置与在显示器1130上显示视觉指示之间，超声成像系统1110可以被配置为：作为一组操作的一部分，使用由超声探头1140在血管1226上方采集的数据作为输入，利用逻辑组件1121的脉管深度确定逻辑来确定血管的深度d，以及使用至少包括血管的深度d、医疗装置(例如，导管1100、针1200或这两者)的有效长度n、由从探头1140到插入位置的距离或长度l限定的血管1226上方的插入位置的输入，通过如本文所述的三角剖分来计算穿入角度ψ，如图6所示。
该组操作还可以包括如果确定穿入角度ψ过大或过小，则在显示器1130上的超声图像上方发出视觉警告或从扬声器1155发出听觉警告。
视觉指示可以从一种图案切换为另一种图案、从一种颜色(例如，绿色表示OK)切换为另一种颜色(例如，黄色表示太陡或太浅)、或者从虚线切换为实线，以指示穿入角度ψ适于使导管1100离开针1200穿过进入血管1226中(例如，参见图9)。穿入角度ψ的数字读数也可以显示在显示器1130上的超声图像上方。如图12所示，视觉指示可以与图8和图9的针图像1234相同，但是叠加在推荐的最小穿入角度ψ最小和推荐的最大穿入角度ψ最大上。
根据医疗装置的制造商的推荐、针对医疗装置的已建立的医疗过程或用户对使用医疗装置的偏好，可以设置适当穿入角度ψ。这样的穿入角度ψ可以基于设计、实验室研究或临床评估，因为与血管的某些穿入角度ψ可以有利于进入，以减少困难(例如，容易穿入)或减少并发症(例如，扭结、背壁等)。
用于推荐适当插入角度的方法
图6示出了根据一些实施方案的超声成像系统1110的超声探头1140的第一视图，用于引导针1200经由皮肤插入患者的血管1226。
用于推荐将医疗装置(例如，针、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管等)插入血管(例如，血管1226)中的适当插入角度θ的方法包括：由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：根据来自超声探头1140的多个磁性传感器1192的传感器读数来确定存在医疗装置，超声探头1140的多个磁性传感器1192例如被配置为通过相关的磁场来检测医疗装置；以及在显示器1130(例如，参见图9)上的例如超声图像上方显示视觉指示，以指示将医疗装置插入到皮肤表面1220中并且随后插入到血管1226中的适当插入角度θ。在根据传感器读数确定存在医疗装置与在显示器1130上显示视觉指示之间，超声成像系统1110可以被配置为：作为一组操作的一部分，使用由超声探头1140在血管1226上方采集的数据作为输入，利用逻辑组件1121的脉管深度确定逻辑来确定血管的深度d，以及使用至少包括血管的深度d、医疗装置的有效长度n、由从探头1140到插入位置的距离或长度l限定的血管1226上方的插入位置的输入，通过如本文所述的三角剖分来计算插入角度θ，如图6所示。
在医疗装置到达血管1226时但在医疗装置插入血管1226中之前，视觉指示可以出现在显示器1130上的超声图像上方(例如，参见图9)。可替代地，可以在具有两个或更多个不同颜色或图案区域的显示器1130上的超声图像上方连续显示视觉指示。两个或更多个区域中的一个区域可以被增强，以指示医疗装置的接近是否符合将医疗装置插入血管1226中的适当插入角度θ。插入角度θ的数字读数也可以显示在显示器1130上的超声图像上方。虽然图12针对接近角度
Figure BDA0003189817950000251
但是它同样可以描绘插入角度θ。如此，视觉指示可以与图8和图9的针图像1234相同，但是叠加在推荐的最小插入角度θ最小和推荐的最大插入角度θ最大上。
根据医疗装置的制造商的推荐、针对医疗装置已建立的医疗过程或用户对使用医疗装置的偏好，可以设置适当插入角度θ。这样的插入角度θ可以基于设计、实验室研究或临床评估，因为某些插入角度θ可以有利于进入以减少困难(例如，容易穿入)或减少并发症(例如，扭结、背壁等)。指示适当插入角度θ是有利的，因为一些医疗装置受益于从接近角度
Figure BDA0003189817950000252
降低插入角度θ。
用于优化超声图像的方法
用于优化关于血管(例如，血管1226)或血管1226的目标位置的超声图像的方法包括由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：使用由血管1226产生回波并由超声探头接收的超声信号来检测血管1226；以及调整选自血管1226或血管1226的目标位置上方的超声探头1140的焦点、超声探头1140的工作频率以及超声探头1140的声学功率输出中的一个或多个超声探头1140的参数，从而优化关于血管1226或血管1226的目标位置的超声图像。超声成像系统1110被配置为使得以对用户造成的可察觉影响最小的情况下进行前述调节，例如没有明显的屏幕刷新或其他停顿。
该组操作还可以包括根据对血管1226上方的超声探头1140位置的滞后分析来确定目标位置。该组操作还可以包括当医疗装置在血管1226中插入足够长度时，利用逻辑组件1121的血管占据逻辑来确定待由医疗装置(例如，针、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管等)占据的血管1226的百分比。确定待由医疗装置占据的血管1226的百分比可以包括将代表血管1226的管腔体积的血管1226的多个截面积的总和，以便与放置在血管1226中的医疗装置的最小长度的已知体积相比较。
可以使用类似于美国专利第9,492,097号的预评估磁性管心针以及放置在血管1226中的医疗装置(例如，针、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管等)来查看血管1226是否能够容纳医疗装置。
用于遵循将医疗装置放置在血管中的过程的方法
用于遵循将医疗装置(例如，针、比如具有磁化远端部分的外周静脉管线的短长度导管等)放置在血管(例如，血管1226)中的过程的方法包括：由执行非暂时性计算机可读介质例如存储器1123的指令来执行的一组操作，这些指令在由超声成像系统1110的一个或多个处理器(例如，处理器1122)执行时使得超声成像系统1110执行该组操作，在一些实施方案中，该组操作包括：从在插入位置处的插入时间开始，经过在血管1226的目标位置的进入时间段，到从插入位置撤回医疗装置的尖端的时间，跟踪医疗装置的尖端的位置。跟踪包括：记录过程的持续时间，包括其间隔(例如，从贯穿进入时间段的插入时间、从进入时间段到撤回医疗装置的尖端的时间等)；血管的深度1226；对血管的接近角度1226；在血管的目标位置处的插入角度1226；在该过程期间重新调整通过次数，或其组合。
在将医疗装置放置在血管1226中的过程之后，可以包括使用处于脉冲波多普勒成像模式的超声探头1140，可以使用患者身上的插入位置周围的皮肤可粘附磁性标签来提高其准确度。利用患者皮肤表面上的已知位置(即，插入位置)的磁性标签，可以相对于磁性标签的参考磁性信号准确地计算超声信号中的红移和蓝移，以提高多普勒图像模式的准确性。为了在任何其他磁信号中的唯一性，磁性标签可被配置为以预定速率接通和断开。
虽然本文已经公开了一些特定实施方案，并且虽然已经详细公开了特定实施方案，但是特定实施方案并非意图限制本文提供的概念的范围。本领域的普通技术人员可以想到另外的改变和/或修改，并且在更广泛的方面，也包括这些改变和/或修改。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具体实施方案。

Claims (23)

1.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于进入血管的一组操作，所述一组操作包括：
使用在所述血管上方采集的超声探头数据作为输入，利用脉管深度确定逻辑确定所述血管的深度；
使用所述血管的深度、医疗装置的有效长度、所述血管上方的插入位置和所述医疗装置的插入角度作为输入，利用医疗装置可达性逻辑计算所述医疗装置是否能够进入所述血管；和
在显示器上且在超声图像上方显示视觉指示、从扬声器发射音频指示或二者，以指示所述医疗装置是否将进入所述血管。
2.根据权利要求1所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括：由来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数确定所述医疗装置的插入位置和插入角度。
3.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，其中所述视觉指示是叠加于所述显示器上的所述超声图像之上的目标，并且其中所述目标渐弱、消失、从一种颜色切换为另一种颜色或从一种图案切换为另一种图案，以指示所述医疗装置不能够进入所述血管。
4.根据权利要求1或2所述的计算机可读介质，其中所述视觉指示是叠加于所述超声图像之上的细长图形元素，所述细长图形元素表示所述医疗装置的有效长度。
5.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于确保医疗装置在血管内最终放置足够长度的一组操作，所述一组操作包括：
使用在所述血管上方采集的超声探头数据作为输入，利用脉管深度确定逻辑确定所述血管的深度；
使用所述血管的深度、所述医疗装置的有效长度、所述血管上方的插入位置和所述医疗装置的接近角度作为输入，利用医疗装置放置逻辑计算所述医疗装置的最小长度是否被或将被放置在所述血管内；
在显示器上且在超声图像上方显示视觉指示、从扬声器发射音频指示或二者，以指示所述医疗装置的潜在放置是否将使得所述医疗装置在所述血管内最终放置足够长度。
6.根据权利要求5所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括：由来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数确定所述医疗装置的插入位置和角度或接近。
7.根据权利要求5或6所述的计算机可读介质，其中所述视觉指示是叠加于所述显示器上的所述超声图像之上的目标，并且所述目标渐弱、消失、从一种图案切换为另一种图案或从一种颜色切换为另一种颜色，以指示所述医疗装置的所述潜在放置将不能使得所述医疗装置在所述血管内最终放置足够长度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的计算机可读介质，其中用户根据由所述医疗装置的制造商提供的已知最小长度定义或设定所述医疗装置的最小长度。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的计算机可读介质，其中所述医疗装置是针和短长度导管中的一种。
10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述医疗装置是短长度导管，所述一组操作还包括：
在所述导管在所述针上方推进时，利用尖端估计逻辑估计所述导管的尖端与所述针的尖端在所述血管中的距离；和
在所述显示器上且在所述超声图像上方显示所述距离的估计。
11.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于推荐利用医疗装置接近血管的适当接近角度的一组操作，所述一组操作包括：
由来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数确定所述医疗装置的存在；和
在显示器上且在超声图像上方显示视觉指示，以指示利用所述医疗装置接近所述血管的适当接近角度。
12.根据权利要求12所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括：
使用所述传感器读数作为输入，利用轨迹确定逻辑确定所述医疗装置的轨迹；和
在所述显示器上的所述超声图像上方显示所述医疗装置的轨迹，
其中所述视觉指示在所述显示器上被结合入所述医疗装置的轨迹。
13.根据权利要求13所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括如果确定所述轨迹穿过动脉，则在所述显示器上且在超声图像上方发出视觉警告或从扬声器发出听觉警告。
14.根据权利要求12至14中任一项所述的计算机可读介质，其中所述视觉指示从一种图案切换为另一种图案、从一种颜色切换为另一种颜色或从虚线切换为实线，以指示所述医疗装置的轨迹遵循利用所述医疗装置接近所述血管的适当接近角度。
15.根据权利要求12至15中任一项所述的计算机可读介质，其中根据所述医疗装置的制造商的推荐、针对所述医疗装置已建立的医疗过程或用户对使用所述医疗装置的偏好，设定所述适当接近角度。
16.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于推荐在血管中插入医疗装置的适当插入角度的一组操作，所述一组操作包括：
由来自超声探头的多个医疗装置传感器的传感器读数确定所述医疗装置的存在；和
在显示器上且在超声图像上方显示视觉指示，以指示将所述医疗装置插入在所述血管中的适当插入角度。
17.根据权利要求17所述的计算机可读介质，其中在所述医疗装置到达所述血管时但在所述医疗装置插入在所述血管中前，所述视觉指示出现在所述显示器上的所述超声图像上方。
18.根据权利要求17所述的计算机可读介质，其中所述视觉指示以两个或更多个不同颜色或图案的区域连续地显示在所述显示器上的所述超声图像上方，并且其中所述两个或更多个区域中的一个区域被增强，以指示所述医疗装置的接近是否根据用于将所述医疗装置插入在所述血管中的适当插入角度。
19.根据权利要求17至19中任一项所述的计算机可读介质，其中根据所述医疗装置的制造商的推荐、针对所述医疗装置已建立的医疗过程或用户对使用所述医疗装置的偏好，设定所述适当插入角度。
20.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于优化关于血管或所述血管的目标位置的超声图像的一组操作，所述一组操作包括：
使用由所述血管产生回波并且由超声探头接收的超声信号检测所述血管；和
调整选自在所述血管或所述血管的目标位置上方的所述超声探头的焦点、所述超声探头的工作频率和所述超声探头的声学功率输出中的一个或多个超声探头参数，从而优化关于所述血管或所述血管的目标位置的超声图像。
21.根据权利要求21所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括：由对在所述血管上方的超声探头位置的滞后分析而确定所述目标位置。
22.根据权利要求21或22所述的计算机可读介质，所述一组操作还包括：当医疗装置在所述血管中插入足够长度时，利用血管占据逻辑确定待由所述医疗装置占据的所述血管的百分比。
23.一种非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，包括可执行指令，所述可执行指令当由超声成像系统的一个或多个处理器执行时使得所述超声成像系统执行用于遵循将医疗装置放置在血管中的过程的一组操作，所述一组操作包括：
从插入位置处的插入时间、经过所述血管的目标位置中的进入时间段到从所述插入位置撤回所述医疗装置的尖端的时间，跟踪所述医疗装置的尖端的位置，其中所述跟踪包括记录：
所述过程的持续时间，包括所述过程的间隔，
所述血管的深度，
接近所述血管的角度，
所述血管的目标位置处的插入角度，
所述过程期间的重新调整通过次数，或其组合。
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