CN114269252A - 基于超声波的设备定位 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于设置在波束形成超声成像探头的三维视场内的位置指示器来定位所述三维视场的系统。波束形成超声成像探头在包括多个预定子体积的三维视场内发送和接收超声信号，每个子体积由二维波束阵列定义。控制器使波束形成超声成像探头通过发送和接收与每个波束对应的超声信号来顺序地扫描子体积。跟踪系统确定位置指示器在三维视场内的位置；并确定位置指示器被定位于的子体积。控制器通过将超声信号的发送和接收约束到位置指示器被定位于的子体积的部分来使波束形成超声成像探头提供包括位置指示器的位置的局部视场。

Description

基于超声波的设备定位
技术领域
本发明涉及一种用于定位波束形成超声成像探头的三维视场的系统。本发明特别适用于医学超声成像领域并且可以与各种超声成像探头一起使用。预期将其与经胸“TTE”超声成像探头、血管内“IVUS”以及经食道“TEE”、经鼻“TNE”、心内“ICE”和经直肠“TRUS”超声成像探头一起使用。
背景技术
诸如医学针、导管和手术工具的介入设备常常难以在超声图像中可视化，因为它们的反射率的镜面性质，尤其是在不利的入射角处。
在这方面，文档US 2004/193042 A1涉及一种三维超声诊断成像系统，其被操作以在三个维度上引导或观察侵入式医学设备的操作。三维超声图像中的侵入式设备的外观被增强以更容易被临床医师观察到。通过在包括侵入式设备的子体积区域中比在体积区域的周围部分中发送更大的超声波束密度来产生增强。波束密度可以在子体积区域中均匀地高并且在周围区域中均匀地低，或者可以从侵入式设备周围的相对高波束密度逐渐缩小到从侵入式设备移除的距离处的最小波束密度。
另一文档WO 2015/101949 A1描述了一种用于跟踪介入工具相对于超声图像平面的位置的系统。设置在工具上的多个超声换能器用于基于在工具和生成超声图像平面的探头之间传输的超声跟踪信号来跟踪介入工具距超声图像平面的距离。
在文档WO 2015/101949 A1中描述的系统中，当跟踪信号由超声图像平面提供或在超声图像平面内感测时，介入工具的位置可以固有地配准到超声图像平面。然而，为了感测这样的信号并由此提供期望的跟踪，超声换能器中的至少一个应该在超声图像平面内或至少靠近超声图像平面。因此，用户可能不得不手动调节超声探头的定位，以便通过使传感器之一更靠近图像平面来提供期望的跟踪。此后，用户手动协调承载传感器的介入工具和超声探头的移动，以维持(一个或多个)传感器相对于超声图像平面的期望定位。
文档WO 2015/101949 A1中描述的跟踪系统也可以与三维超声成像系统一起使用。再次地，只要超声换能器中的至少一个保持在成像探头的视场内，就可以确定超声换能器相对于3D视场的位置。更大的三维视场具有增加的包含超声换能器的可能性，从而减少了手动调节超声探头定位的需要。然而，使用三维成像而不是平面成像的代价通常是降低的帧速率和/或图像质量。为了减轻这种折衷，用户可以因此减少成像的三维视场以涵盖更小的体积，例如仅对感兴趣的器官进行成像。然而，这种较小的视场需要更多地手动定位探头，以便准确地跟随介入工具的位置。
WO 2004/086082公开了一种三维超声诊断成像系统，其在三个维度上引导或观察侵入式医学设备的操作。侵入式医学设备显示在详细的超声波图像中。详细的细节和宽视场可以单独显示或在空间对齐中叠加。
WO 2006/109219公开了另一种介入引导系统，其中，介入医学设备的位置基于来自实况三维超声图像的图像处理来确定，该定位用于引导超声波束以改变成像平面。
因此，仍然需要一种改进的系统，用于以期望的视场跟踪介入工具的位置，同时减轻上述约束。
发明内容
在寻求提供改进的跟踪的过程中，提供了一种用于基于布置在所述视场内的位置指示器来定位波束形成超声成像探头的三维视场的系统。还提供了对应的方法和计算机程序产品。
本发明由权利要求限定。
根据本公开的一些方面，该系统包括波束形成超声成像探头、控制器和跟踪系统。跟踪系统可以例如是电磁或光学或超声跟踪系统。波束形成超声成像探头在包括多个预定子体积的三维视场内发送和接收超声信号，每个子体积由二维波束阵列定义。控制器使波束形成超声成像探头通过发送和接收与每个波束对应的超声信号顺序地扫描子体积。跟踪系统确定位置指示器在三维视场内的位置，并确定位置指示器被定位于的子体积。控制器通过将超声信号的发送和接收约束到位置指示器被定位于的子体积的一部分，使波束形成超声成像探头提供局部视场。
因此，自动确定位置指示器被定位于的子体积，并提供基于此的局部视场。这减轻了用户手动调节超声成像探头的定位以便找到位置指示器的需要。此外，通过将整个视场划分成这样的子体积并顺序地扫描子体积，通常避免了搜索整个三维视场以提供局部视场的需要，因此快速提供局部视场。
此后，局部视场自动跟踪位置指示器，响应于超声成像探头和位置指示器之间的相对移动而移动局部视场。这减轻了对手动调节超声成像探头以在位置指示器附近提供成像的需要。
如果由于任何原因，位置指示器随后从局部视场中丢失；例如，如果超声成像探头的突然移动以快于其位置可以被跟踪的速度的速度使位置指示器移动到局部视场之外，则可以重复子体积的顺序扫描以再次确定位置指示器被定位于的子体积，因此提供了新的局部视场。
根据本公开的一个特定方面，该系统包括波束形成超声成像探头、控制器和超声跟踪系统。此外，位置指示器为超声传感器，基于超声传感器检测到的超声信号对波束形成超声成像探头的三维视场进行定位。超声跟踪系统还被配置为：从波束形成超声成像探头接收同步信号，同步信号对应于每个波束的发送的超声信号的发射时间；并且接收由超声传感器响应于由波束形成超声成像探头发送的超声信号而生成的电信号；根据从波束形成超声成像探头接收到的同步信号和接收到的由超声传感器生成的电信号，确定位置指示器在三维视场内的位置；并且基于同步信号和具有最大强度波束的第一扫描子体积确定超声传感器被定位于的子体积，针对最大强度波束，生成的电信号的强度超过预定阈值并且是相应子体积的最大值。控制器通过将超声信号的发送和接收约束到超声传感器被定位于的子体积的一部分，使波束形成超声成像探头提供包括最大强度波束的局部视场。本公开的该特定方面共享上述益处。有利地，由于跟踪系统使用超声信号，跟踪系统的空间参考系固有地与成像探头的空间参考系共配准。通过避免对单独配准的需要，可以提供更准确的跟踪。
参考所附权利要求和附图描述了本公开的其他方面。
附图说明
图1图示了系统SY，其包括具有三维视场3DFOV的波束形成超声成像探头BUIP，三维视场3DFOV包括子体积SV1..n，每个子体积由波束B1..k定义。
图2图示了波束形成超声成像探头BUIP，其中，超声信号的发送和接收被约束到穿过最大强度波束Bmax的第一二维平面PL1。
图3图示了波束形成超声成像探头BUIP，其中，超声信号的发送和接收被约束到第一二维平面PL1，并且其中，波束形成超声成像探头BUIP还提供与第二二维平面PL2对应的第二视场。
图4图示了波束形成超声成像探头BUIP以及第一二维平面PL1和第二二维平面PL2以及超声传感器形式的位置指示器S的三维位置POS。
图5图示了另一波束形成超声成像探头BUIP以及第一二维平面PL1和第二二维平面PL2以及超声传感器形式的位置指示器S的三维位置POS。
图6图示了带有具有场深度DOF3DFOV的三维视场3DFOV和具有场深度DOFLFOV的局部视场LFOV的波束形成超声成像探头BUIP。
图7图示了可以根据本公开的一些方面使用的方法MET。
具体实施方式
为了说明本发明的原理，描述了一种系统，其中，波束形成超声成像探头的三维视场基于设置在其视场内的位置指示器来定位。该系统包括波束形成超声成像探头、控制器和跟踪系统。此外，图1图示了系统SY，其包括具有三维视场3DFOV的波束形成超声成像探头BUIP，三维视场3DFOV包括子体积SV1..n，每个子体积由束B1..k定义。因此，三维视场3DFOV被划分为多个子体积SV1..n。如图所示，每个子体积SV1..n包括多个波束，例如波束B1..k。波束B1..k可以对应于三维超声图像中的图像线并且是使用来自超声场的已知波束形成技术生成的。这些包括控制由波束形成超声成像探头BUIP的二维超声换能器阵列的各个换能器发送和接收的超声信号之间的相对延迟。子体积SV1..n可以通过将每个波束B1..k指派给子体积SV1..n之一来定义。虽然在图1中仅图示了两个子体积，但也可以考虑其他数量和形状的子体积。
图1中的系统SY可用于基于设置在所述视场3DFOV内的位置指示器S来定位波束形成超声成像探头BUIP的三维视场3DFOV。如图1所示，系统SY还可以任选地包括图像重建单元IRU，其可以基于来自波束形成超声成像探头BUIP的超声成像信号生成重建的超声图像，并且可以显示重建的超声图像的显示器DISP。如下文更详细描述的，项目UTS、CON、BUIP、IRU和DISP中的每个可以包括电子电路和/或一个或多个处理器以及一个或多个存储指令的存储器，这些指令在由处理器执行时实现对应于其描述的功能的一个或多个方法步骤。电子电路、处理器和存储器可以在项目UTS、CON、BUIP、IRU和DISP中的一个或多个之间共享。
图1中的波束形成超声成像探头BUIP可以是例如但不限于经胸“TTE”超声成像探头、血管内“IVUS”、经食道“TEE”、经鼻“TNE”、心内“ICE”或经直肠“TRUS”超声成像探头。
图1还图示了设置在三维视场3DFOV内的位置指示器S。位置指示器S可以是无源设备或有源设备。无源设备的非限制性示例包括超声反射器或永磁体。有源设备的非限制性示例包括超声传感器或发射器、磁传感器或磁场发生器、光学传感器或发射器。在一些实施方式中，位置指示器可以设置在介入设备上。介入设备可以是例如但不限于医学针、导管、导丝、探头、内窥镜、电极、机器人、过滤设备、球囊设备、支架、二尖瓣夹、左心耳闭合设备、主动脉瓣、起搏器、静脉导管、引流管、手术工具、组织密封设备、组织切割设备或可植入设备。
如图所示，图1中的控制器CON与超声跟踪系统UTS和波束形成超声成像探头BUIP通信。图1中的控制器CON的功能可以被提供电子电路和/或一个或多个存储指令的存储器，以及一个或多个执行指令的处理器。当由处理器执行时，指令使包括控制器CON的系统SY实施一个过程，该过程包括使波束形成超声成像探头BUIP通过发送和接收与每个波束B1..k对应的超声信号来顺序扫描子体积SV1..n。例如，当子体积SV1..n以一维阵列排列时，预期子体积阵列的线性扫描。当子体积SV1..n以二维阵列排列时，考虑对子体积阵列进行光栅扫描。
如图所示，图1中的跟踪系统UTS与波束形成超声成像探头BUIP通信。图1中的跟踪系统UTS的功能可以被提供电子电路和/或存储指令的一个或多个存储器以及执行指令的一个或多个处理器。当由处理器执行时，指令使包括超声跟踪系统UTS的系统SY实施包括确定位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置和确定位置指示器S被定位于的子体积SV1..n的过程。各种跟踪系统可以用作跟踪系统UTS，包括超声、(电)磁和光学跟踪系统，例如分别在文档WO 2015/101949 A1、US 2003/0120150A1和US 2012/0069347A1中描述的那些。位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置在一些实施方式中可以是从波束B1..k中选择的波束，位置指示器S位于该波束中，或者在其他实施方式中是位置指示器S相对于波束形成超声成像探头BUIP的三维位置。三维位置可以用例如笛卡儿坐标系或极坐标系，或者通过位置传感器S和波束形成超声成像探头BUIP和选自波束B1..k的位置指示器S被定位于的波束之间的时间或飞行或范围的组合来表示。在一些实施方式中，确定位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置可以包括将跟踪系统UTS的坐标系配准到参考束B1..k的坐标系。这种配准可用于确定位置指示器S被定位于的子体积SV1..n。在稍后描述的其他实施方式中，跟踪系统UTS的坐标系可以固有地配准到参考束B1..k的坐标系，因此可能不需要配准。
随后，控制器CON实施一个过程，该过程包括通过将超声信号的发送和接收约束到位置指示器S被定位于的子体积的部分来使波束形成超声成像探头BUIP提供包括位置指示器S的位置的局部视场LFOV。这在图1中通过将超声信号约束到包括局部视场LFOV的阴影波束来说明，在该特定示例中，它们围绕位置传感器S被定位于的波束Bmax并以波束Bmax为中心。
此后，局部视场自动跟踪位置指示器，响应超声成像探头和位置指示器之间的相对运动移动局部视场。这减轻了对超声成像探头的手动调整以在位置指示器附近提供成像的需要。
将超声信号的发送和接收约束到位置指示器S被定位于的子体积的部分可以例如包括将超声信号的发送和接收约束到传感器被定位于的整个子体积。备选地，其可以包括将超声信号的发送和接收约束到预定波束选择，包括位置指示器S被定位于的位置或波束，例如穿过所述位置或波束的二维平面，或者均与所述位置或波束相交的两个或更多个二维相交平面，或提供新的束图案，该波束图案包括位置指示器S被定位于的位置或波束。在一些实施方式中，波束形成超声成像探头BUIP包括换能器阵列和三维视场3DFOV，并且局部视场LFOV可以各自具有沿着穿过换能器阵列TA的轴线的场深度DOF3DFOV、DOFLFOV。在这些实施方式中，局部视场DOFLFOV的场深度可以小于三维视场DOF3DFOV的场深度并且在三维视场DOF3DFOV的场深度内。
在一些实施方式中，三维视场3DFOV可以在两个正交平面中的每个中具有角度范围，并且每个子体积在两个正交平面之一中具有等于对应平面中的三维视场的角度范围的角度范围。
在一些实施方式中，三维视场3DFOV在两个正交平面中的每个中具有角度范围，并且每个子体积SV1..n在两个正交平面中的角度范围都小于对应平面中的三维视场3DFOV的角度范围。
在一些实施方式中，控制器CON可以实施一个过程，该过程包括：记录位置指示器S的最后位置的，并且如果该位置变得丢失或不可靠，例如指示该位置的信号低于预定阈值，控制器CON可以实施一个过程，该过程还包括从位置已知或可靠的最后一个子体积开始扫描多个子体积SV1..n，例如，其中电信号的最大强度超过预定阈值的子体积。随后可以扫描与该子体积相邻的子体积。在其他实施方式中，可以随后以顺序或以随机或准随机方式扫描子体积。
如上所述，考虑使用各种跟踪系统来确定位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置。跟踪系统例如可以是超声、(电)磁或光学跟踪系统。预期使用主动和被动跟踪系统两者，主动跟踪系统包括作为位置指示器S的能量传感器或发射器，并且被动跟踪系统包括诸如被动超声反射器或基准或磁体的被动元件作为位置指示器S。
在下面特别详细描述的一种具体实施方式中，跟踪系统是超声跟踪系统，位置指示器S是超声传感器，并且定位波束形成超声成像探头BUIP的三维视场3DFOV是基于由该超声传感器S检测到的超声信号。在替代的超声跟踪系统中，位置指示器S是超声发射器，并且定位波束形成超声成像探头BUIP的三维视场3DFOV是基于由超声发射器S发射的超声跟踪信号，该信号由波束形成超声成像探头BUIP接收到。超声跟踪信号由波束形成超声成像探头BUIP和超声跟踪系统处理，并且基于超声发射器S和波束形成超声成像探头BUIP与在其内接收跟踪信号的波束B1..k中选择的波束之间的跟踪信号的飞行时间确定超声发射器S在三维视场3DFOV内的位置。因此，跟踪信号由波束形成超声成像探头接收和处理，就好像它们是从三维视场3DFOV内接收的超声回波一样。在又一替代超声跟踪系统中，多个离散超声发射器或传感器设置在波束形成超声成像探头BUIP上，并且对分别由设置在三维视场3DFOV内的超声传感器或发射器接收或发射的超声跟踪信号的飞行时间执行三角测量，以确定设置在三维视场3DFOV内的超声传感器或发射器的位置。
当跟踪系统为超声跟踪系统且位置指示器S为超声传感器时；超声跟踪系统UTS可以实施一个过程，该过程包括从波束形成超声成像探头BUIP接收同步信号，同步信号对应于每个波束B1..k的发送超声信号的发射时间；接收由超声传感器S响应于波束形成超声成像探头BUIP发送的超声信号而生成的电信号；基于从波束形成超声成像探头BUIP接收到的同步信号和接收到的由超声传感器S生成的电信号来确定位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置；并且基于同步信号和具有最大强度波束Bmax的第一扫描子体积确定超声传感器S被定位于的子体积SV1..n，针对最大强度波束Bmax，生成的电信号的强度超过预定阈值，并且是相应子体积的最大值。
因此，同步信号识别波束形成超声成像探头BUIP发送的波束，并通过记录超声传感器S生成的每个电信号的对应强度，可以确定最接近超声传感器位置的波束Bmax。低于预定阈值的生成的电信号可以被忽略，因为这些可能是噪声信号，否则会错误地识别距离传感器最近的波束。最终确定最大强度波束Bmax，这是所生成的电信号的强度超过预定阈值并且是相应子体积的最大值的波束。因此，最大强度波束Bmax可以被认为表示最接近超声传感器S的波束。
此外，控制器CON实施一个过程，该过程包括通过将超声信号的发送和接收约束到超声传感器S被定位于的子体积的部分，使波束形成超声成像探头BUIP提供包括最大强度波束Bmax的局部视场LFOV。
此后，局部视场的自动调节使得其包括最大强度波束确保局部场响应于超声成像探头和传感器的移动而移动。这减轻了手动调节超声成像探头位置以确保其保持在局部视场内的需要。
其中跟踪系统和波束形成超声成像探头BUIP共享相同坐标系的上述超声跟踪系统有利地减轻了配准它们各自坐标系的需要。这消除了校准的需要，并且可以考虑提供更准确的位置确定。
在上述超声跟踪系统中使用的传感器S可以是能够检测超声信号的任何传感器。尤其考虑使用压电和电容式微机械超声换能器，即CMUT，传感器。可以使用多种压电材料，包括硬压电材料和软压电材料。可以特别使用聚偏二氟乙烯，也称为PVDF，其机械性能和制造工艺使其自身能够附着到弯曲表面，例如医学针。替代材料包括PVDF共聚物，例如聚偏二氟乙烯三氟乙烯，PVDF三元共聚物，例如P(VDF-TrFE-CTFE)。优选地，超声换能器围绕介入设备的轴线缠绕，以提供围绕轴线旋转的360度左右的感测，尽管这不必总是如此。使用超声发射器作为位置指示器S的实施方式同样可以采用包括压电材料的各种材料，或者采用CMUT发射器。
在使用上述超声跟踪系统的实施方式中，设想将超声信号的发送和接收约束到子体积的各个部分。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的一些实施方式中，局部视场LFOV可以对应于传感器被定位于的整个子体积。在另一实施方式中，如图1所示，超声信号的发送和接收被约束在其中的子体积的部分可以是围绕最大强度波束Bmax的预定波束选择。预定波束选择可以但不一定以最大强度波束Bmax为中心。在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S并且参考图2进行描述的其他实施方式中，图2图示了波束形成超声成像探头BUIP，其中，超声信号的发送和接收被约束到通过最大强度波束Bmax的第一二维平面PL1，超声信号的发送和接收被约束在其中的子体积的部分可以是通过最大强度波束Bmax的第一二维平面PL1。用于提供如本文定义的第一二维平面PL1和其他平面的各种技术在超声领域中是已知的。这些可以包括控制从波束形成超声成像探头BUIP内的二维超声换能器阵列发送和接收的超声信号之间的各种延迟。文档US 6 443 896B1和US 2014/0013849 A1描述了用于提供和控制这种平面的示例性技术。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的另一实施方式中，可以另外提供第二二维平面PL2。这参考图3来说明，图3图示了波束形成超声成像探头BUIP，其中，超声信号的发送和接收被约束到第一二维平面PL1，并且其中，波束形成超声成像探头BUIP还提供了与第二二维平面PL2对应的第二视场。参考图3，控制器CON可以进一步实施一个过程，该过程包括通过进一步发送和接收与第二二维平面PL2对应的超声信号来使波束形成超声成像探头BUIP提供第二视场，其中，第二二维平面PL2包括最大强度波束Bmax并且相对于第一二维平面PL1横向布置。因此，最大强度波束Bmax可为第一二维平面PL1和第二二维平面PL2两者所共有，从而定义这些平面之间的交点。与第一平面PL1一样，可以根据例如文档US 2014/0013849 A1中公开的已知技术来提供和控制第二二维平面PL2。如图所示，第二二维平面PL2可以任选地延伸超出位置指示器S被定位于的子体积。在一些实施方式中，第二二维平面PL2可以相对于第一二维平面PL1正交地布置，尽管也可以设想第二二维平面PL2相对于第一二维平面PL1的其他取向。
图4图示了波束形成超声成像探头BUIP以及第一二维平面PL1和第二二维平面PL2以及超声传感器形式的位置指示器S的三维位置POS。参考图4，其波束形成超声成像探头BUIP可以代替图1中的波束形成超声成像探头BUIP来实现，超声跟踪系统UTS可以实现还包括确定传感器S相对于波束形成超声成像探头BUIP的三维位置POS的过程。三维位置POS可以基于最大强度波束Bmax和针对最大强度波束Bmax的波束形成超声成像探头BUIP和超声传感器S之间的范围RA来确定。范围RA可以根据最大生成电信号的生成时间与对应的同步信号之间的时间差来计算；同步信号对应于最大强度波束Bmax的发送超声信号的发射时间。控制器CON实施一个过程，该过程包括通过进一步发送和接收与第二二维平面PL2对应的超声信号来使波束形成超声成像探头BUIP提供第二视场，第二二维平面PL2穿过传感器S的三维位置POS并且相对于第一二维平面PL1横向布置。
图5图示了另一波束形成超声成像探头BUIP以及第一二维平面PL1和第二二维平面PL2以及超声传感器形式的位置指示器S的三维位置POS。图5的波束形成超声成像探头BUIP可以代替图1中的波束形成超声成像探头BUIP来实现。与图4相比，图5所示的第二二维平面PL2起源于波束形成超声成像探头BUIP的换能器阵列TA上的不同位置。如图4所示，图5所示的第二二维平面PL2穿过传感器S的三维位置POS。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的一些实施方式中，局部视场的场深度可以小于三维视场的场深度并且在三维视场的场深度内。随后可以通过图1中的显示器DISP显示具有减小的场深度的超声图像。这种渲染可以称为“体积裁剪”并参考图6进行说明，图6图示了波束形成超声成像探头BUIP，其具有具有场深度DOF3DFOV的三维视场3DFOV和具有场深度DOFLFOV的局部视场LFOV。图6的波束形成超声成像探头BUIP可以代替图1中的波束形成超声成像探头BUIP来实现。在图6中，波束形成超声成像探头BUIP包括换能器阵列TA，并且三维视场3DFOV和局部视场LFOV各自具有沿穿过换能器阵列TA的轴线AX的场深度DOF3DFOV、DOFLFOV。局部视场DOFLFOV的场深度小于DOF3DFOV的场深度并在三维视场DOF3DFOV的场深度之内。这样的渲染允许从所显示的超声图像中去除以其他方式分散注意力的信息。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的一些实施方式中，三维视场3DFOV可以在两个正交平面的每个中具有角度范围，并且每个子体积在两个正交平面之一中具有可以等于对应平面中的三维视场的角度范围的角度范围。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的一些实施方式中，三维视场3DFOV在两个正交平面中的每个中具有角度范围，并且每个子体积SV1..n在两个正交平面中具有都小于对应平面中的三维视场3DFOV的角度范围的角度范围。
在包括超声跟踪系统和超声传感器形式的位置指示器S的一些实施方式中，控制器CON可以实施一个过程，该过程包括记录位置指示器S的位置，并且如果位置变得丢失或不可靠，例如，与位置POS对应的电信号下降到预定阈值以下，控制器CON可以实施一个过程，该过程还包括从位置已知或可靠的最后子体积开始扫描多个子体积SV1..n，电信号的最大强度超过预定阈值的子体积。随后可以扫描与该子体积相邻的子体积。在其他实施方式中，可以随后以顺序或以随机或准随机方式扫描子体积。
图7图示了可以根据本公开的一些方面使用的方法MET。注意，关于该方法或关于该系统公开的方面可以互换使用。方法MET可用于基于设置在三维视场3DFOV内的位置指示器S来定位波束形成超声成像探头BUIP的三维视场3DFOV。参考图7，在一种实施方法中，MET可以包括以下步骤：
-使S1波束形成超声成像探头BUIP在包括多个预定子体积SV1..n的三维视场3DFOV内发送和接收超声信号，每个子体积SV1..n由多个束B1..k定义；
-通过发送和接收与每个波束B1..k对应的超声信号，使S2波束形成超声成像探头BUIP依次扫描子体积SV1..n；
-确定S5位置指示器(S)在三维视场3DFOV内的位置；
-确定S6位置指示器S被定位于的子体积SV1..n；并且
-通过将超声信号的发送和接收约束到位置指示器S被定位于的子体积的部分，使S7波束形成超声成像探头BUIP提供局部视场LFOV。
根据方法MET的一种具体实施方式，并且其中，位置指示器S是超声传感器；并且其中，对波束形成超声成像探头BUIP的三维视场3DFOV进行定位基于由超声传感器检测到的超声信号；MET方法还可以包括以下步骤：
-从波束形成超声成像探头BUIP接收S3同步信号，同步信号对应于每个波束B1..k的发送超声信号的发射时间；并且
-接收S4由超声传感器S响应于由波束形成超声成像探头BUIP发送的超声信号而生成的电信号；
-并且其中，确定S5位置指示器S在三维视场3DFOV内的位置是基于从波束形成超声成像探头BUIP接收到的同步信号和接收到的由超声传感器S生成的电信号的；并且
-其中，确定位置指示器S被定位于的子体积SV1..n的步骤S6基于同步信号和具有最大强度波束Bmax的第一扫描子体积，针对该最大强度波束Bmax，所生成的电信号的强度超过预定阈值并且是对应子体积的最大值；并且其中
-使波束形成超声成像探头BUIP提供局部视场LFOV的步骤S7还包括提供包括最大强度波束Bmax的局部视场LFOV。
本文公开的一个或多个方法步骤，特别是关于图7的方法描述的那些，可以以指令的形式记录，当在处理器上执行时，这些指令使处理器执行这样的方法步骤。指令可以存储在计算机程序产品上。计算机程序产品可以由专用硬件以及能够与适当软件相关地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些可以共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为专门指能够执行软件的硬件，并且可以隐含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”、非易失性存储装置等。此外，本发明的实施例可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可从提供程序代码的计算机可用或计算机可读存储介质访问，以由计算机或任何指令执行系统使用或与其结合使用。出于本描述的目的，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的任何装置。介质可以是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统，或装置或设备，或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、硬磁盘和光盘。光盘的当前示例包括压缩盘——只读存储器“CD-ROM”、光盘——读/写“CD-R/W”、Blu-RayTM和DVD。
总之，已经描述了一种用于基于布置在所述视场内的位置指示器来定位波束形成超声成像探头的三维视场的系统。该系统包括波束形成超声成像探头、控制器和跟踪系统。波束形成超声成像探头在包括多个预定子体积的三维视场内发送和接收超声信号，每个子体积由多个束定义。控制器通过发送和接收与每个波束对应的超声信号使波束形成超声成像探头顺序地扫描子体积。跟踪系统确定位置指示器在三维视场内的位置；确定位置指示器被定位于的子体积；并且控制器通过将超声信号的发送和接收约束到位置指示器被定位于的子体积的部分，使波束形成超声成像探头提供包括位置指示器的位置的局部视场。
已经关于系统描述了各种实现方式和选项，并且注意，这些可以组合以实现进一步的有利效果。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对本发明的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于基于被设置在波束形成超声成像探头(BUIP)的三维视场(3DFOV)内的位置指示器(S)来定位所述视场(3DFOV)的系统(SY)，所述系统(SY)包括：
波束形成超声成像探头(BUIP)；
控制器(CON)；以及
跟踪系统(UTS)；
其中，所述波束形成超声成像探头(BUIP)被配置为在包括多个预定子体积(SV1..n)的三维视场(3DFOV)内发送和接收超声信号，每个子体积(SV1..n)由波束(B1..k)的二维阵列定义；
其中，所述控制器(CON)与所述跟踪系统(UTS)和所述波束形成超声成像探头(BUIP)通信并且被配置为使所述波束形成超声成像探头(BUIP)通过发送和接收与每个波束(B1..k)对应的超声信号来顺序地扫描所述子体积(SV1..n)；
其中，所述跟踪系统(UTS)与所述波束形成超声成像探头(BUIP)通信并且被配置为：
确定所述位置指示器(S)在所述三维视场(3DFOV)内的位置；
确定所述位置指示器(S)被定位于的子体积(SV1..n)；并且
其中，所述控制器(CON)还被配置为通过将超声信号的发送和接收约束到所述位置指示器(S)被定位于的所述子体积的部分来使所述波束形成超声成像探头(BUIP)提供包括所述位置指示器(S)的位置的局部视场(LFOV)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述位置指示器(S)是超声波传感器；并且
其中，定位所述波束形成超声成像探头(BUIP)的所述三维视场(3DFOV)是基于由所述超声传感器(S)检测到的超声信号的；并且
其中，所述跟踪系统(UTS)是超声跟踪系统；并且
其中，所述超声跟踪系统(UTS)还被配置为：
接收来自所述波束形成超声成像探头(BUIP)的同步信号，所述同步信号对应于每个波束(B1..k)的所发送的超声信号的发射时间；并且
接收由所述超声传感器(S)响应于由所述波束形成超声成像探头(BUIP)发送的所述超声信号而生成的电信号；并且
基于所接收到的来自所述波束形成超声成像探头(BUIP)的同步信号和所接收到的由所述超声传感器(S)生成的电信号来确定所述位置指示器(S)在所述三维视场(3DFOV)内的所述位置；
基于所述同步信号和具有最大强度波束(Bmax)的第一扫描子体积来确定所述超声传感器(S)被定位于的所述子体积(SV1..n)，针对所述最大强度波束，所生成的电信号的强度超过预定阈值并且是针对相应子体积的最大值；并且
其中，所述控制器(CON)还被配置为通过将超声信号的发送和接收约束到所述超声传感器(S)被定位于的所述子体积的部分来使所述波束形成超声成像探头(BUIP)提供包括所述最大强度波束(Bmax)的局部视场(LFOV)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中，所述子体积的所述部分是所述传感器被定位于的整个子体积。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述子体积的所述部分是穿过所述最大强度波束(Bmax)的第一二维平面(PL1)。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器(CON)还被配置为使所述波束形成超声成像探头(BUIP)通过进一步发送和接收与第二二维平面(PL2)对应的超声信号来提供第二视场，其中，所述第二二维平面(PL2)包括最大强度波束(Bmax)并且相对于第一二维平面(PL1)横向布置。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述超声跟踪系统(UTS)还被配置为确定所述传感器(S)相对于所述波束形成超声成像探头(BUIP)的三维位置(POS)，所述三维位置(POS)是基于所述最大强度波束(Bmax)和针对所述最大强度波束(Bmax)在所述波束形成超声成像探头(BUIP)与所述传感器(S)之间的范围(RA)确定的，所述范围(RA)是基于最大生成电信号的生成时间与对应的同步信号之间的时间差计算的；并且
其中，所述控制器(CON)还被配置为使所述波束形成超声成像探头(BUIP)通过进一步发送和接收与第二二维平面(PL2)对应的超声信号来提供第二视场，其中，所述第二二维平面(PL2)穿过所述传感器的三维位置(POS)并且相对于所述第一二维平面(PL1)横向布置。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述子体积的所述部分包括围绕所述最大强度波束(Bmax)的预定波束选择。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述预定波束选择以所述最大强度波束(Bmax)为中心。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述波束形成超声成像探头(BUIP)包括换能器阵列(TA)，并且其中，所述三维视场(3DFOV)和所述局部视场(LFOV)各自具有沿着穿过所述换能器阵列(TA)的轴线(AX)的场深度(DOF3DFOV、DOFLFOV)；并且
其中，所述局部视场的所述场深度(DOFLFOV)小于所述三维视场的所述场深度(DOF3DFOV)并在所述三维视场的所述场深度(DOF3DFOV)之内。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维视场(3DFOV)在两个正交平面(PL1、PL2)的每个正交平面中具有角度范围，并且其中，每个子体积(SV1..n)在所述两个正交平面中的一个正交平面中具有等于对应平面中的所述三维视场(3DFOV)的角度范围的角度范围。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维视场(3DFOV)在两个正交平面中的每个正交平面中具有角度范围，并且其中，每个子体积(SV1..n)在所述两个正交平面中都具有小于对应平面中的所述三维视场(3DFOV)的角度范围的角度范围。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述控制器(CON)还被配置为记录针对所述局部视场(LFOV)生成的所述电信号的最大强度；并且
其中，在针对所述局部视场(LFOV)生成的所述电信号的所述最大强度低于所述预定阈值的情况下，所述控制器(CON)还被配置为在所述电信号的所述最大强度超过所述预定阈值的最后一个子体积处开始扫描所述多个子体积(SV1..n)。
13.一种基于被设置在波束形成超声成像探头(BUIP)的三维视场(3DFOV)内的位置指示器(S)来定位所述三维视场(3DFOV)的方法(MET)，所述方法包括以下步骤：
使(S1)波束形成超声成像探头(BUIP)在包括多个预定子体积(SV1..n)的三维视场(3DFOV)内发送和接收超声信号，每个子体积(SV1..n)由波束(B1..k)的二维阵列定义；
使(S2)所述波束形成超声成像探头(BUIP)通过发送和接收与每个波束(B1..k)对应的超声信号来顺序地扫描所述子体积(SV1..n)；
确定(S5)所述位置指示器(S)在所述三维视场(3DFOV)内的位置；
确定(S6)所述位置指示器(S)被定位于的子体积(SV1..n)；并且
通过将超声信号的发送和接收约束到所述位置指示器(S)被定位于的所述子体积的部分来使(S7)所述波束形成超声成像探头(BUIP)提供局部视场(LFOV)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述位置指示器(S)是超声传感器；并且
其中，定位所述波束形成超声成像探头(BUIP)的所述三维视场(3DFOV)是基于由所述超声传感器检测到的超声信号的；
并且其中，所述方法还包括以下步骤：
接收(S3)来自所述波束形成超声成像探头(BUIP)的同步信号，所述同步信号对应于针对每个波束(B1..k)的发送的超声信号的发射时间；并且
接收(S4)由所述超声传感器(S)响应于由所述波束形成超声成像探头(BUIP)发送的所述超声信号而生成的电信号；并且
其中，确定(S5)所述位置指示器(S)在三维视场(3DFOV)内的所述位置是基于所接收到的来自所述波束形成超声成像探头(BUIP)的同步信号和所接收到的由所述超声传感器(S)生成的所述电信号的；并且
其中，确定(S6)所述位置指示器(S)被定位于的所述子体积(SV1..n)的步骤是基于所述同步信号和具有最大强度波束(Bmax)的第一扫描子体积的，针对所述最大强度波束，所生成的电信号的强度超过预定阈值并且是针对相应子体积的最大值；并且
其中，使(S7)所述波束形成超声成像探头(BUIP)提供所述局部视场(LFOV)的步骤还包括提供包括所述最大强度波束(Bmax)的局部视场(LFOV)。
15.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当在用于基于由被设置在波束形成超声成像探头的三维视场内的超声传感器检测到的超声信号来定位所述三维视场的系统的处理器上运行时，使所述处理器执行根据权利要求13或权利要求14所述的方法的步骤。
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