CN114569156A - 超声成像系统和用于识别多个血管中的一个或多个的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了超声成像系统和用于识别多个血管中的一个或多个的方法。该超声成像系统包括：超声探测器，该超声探测器包括被配置为获取超声图像的多个超声换能器，处理器和在其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，该逻辑被配置为执行操作，该操作包括：接收超声成像数据，在超声成像数据内检测一个或多个血管，将一个或多个血管中的至少一个血管识别为动脉或静脉，以及在显示屏上呈现一个或多个血管的至少子集的可视化。当由处理器执行时，该逻辑可使得执行进一步的操作，该操作包括：基于血管类型的多个区分特征中的至少一个区分特征，将至少一个血管识别为动脉。

Description

超声成像系统和用于识别多个血管中的一个或多个的方法

优先权

本申请要求2020年12月1日提交的美国临时申请第63/120，053号的优先权，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，更具体地涉及超声成像系统和用于识别多个血管中的一个或多个的方法。

背景技术

目前有各种现有的超声系统，包括连接到视觉显示器的有线或无线超声探测器。临床医生可以使用这些系统来保持和操纵超声探测器以将血管进入设备(VAD)(例如导管)放置在患者体内。超声成像通常用于将针引导至目标，例如患者的静脉。可以在经皮插入之前和之后实时监测针。通过这种方式，临床医生可能能够确定针相对于目标静脉的距离和方向，并确保准确的插入，对患者造成最小的不适。在一些实例中，目标静脉可能难以与相邻动脉区分。因此，在一些实例中，临床医生可能无意中穿刺相邻的动脉。动脉穿刺可能对患者造成伤害和/或不适。动脉穿刺也可能需要临床医生进行无计划的干预，以阻止动脉出血。因此，在针插入之前区分静脉和动脉可以抑制对患者的伤害和不适，并且可能对临床医生在运筹上有利。

因此，本文公开了至少基于血管区分特征来区分动脉和静脉的超声成像系统和方法。

发明内容

简而言之，本文公开了一种超声系统，其包括超声探测器，该超声探测器包括被配置为获取超声图像的多个超声换能器。该系统还包括处理器和在其上存储有逻辑模块的非暂时性计算机可读介质，当由处理器执行时，该逻辑模块被配置为执行操作，该操作包括：接收实时超声成像数据，在超声成像数据内检测一个或多个血管，1)将一个或多个血管中的至少一个血管识别为动脉，或2)将一个或多个血管中的至少一个血管识别为静脉，以及在控制台的显示器上呈现一个或多个血管的至少子集的可视化。

在一些实施方案中，处理器、非暂时性计算机可读介质和显示屏包括控制台。在一些实施方案中，超声成像系统包括将血管识别为动脉的操作。

在一些实施方案中，当识别血管时，该系统采用多个区分特征中的至少一个区分特征。区分特征由逻辑模块定义，并且包括血管直径、血管壁厚、血管的图像脉动(imagepulsatility)、血管相对于患者皮肤表面的深度、第一血管的位置相对于第二血管的位置、以及血管的截面形状。

在一些实施方案中，当识别血管时，该系统采用至少两个区分特征。

在一些实施方案中，逻辑模块定义当识别血管时采用的一个或多个阈值。

在一些实施方案中，逻辑模块包括识别实时成像数据内的血管的至少一个区分特征的操作。

在一些实施方案中，逻辑模块包括将与区分特征相关的实时成像数据与由逻辑模块定义的一个或多个阈值进行比较的操作，从而产生用于识别血管的置信度。

在一些实施方案中，实时成像数据包括血管的图像脉动数据，并且其中，识别血管包括将图像脉动数据与一个或多个图像脉动阈值进行比较，以获得用于识别血管的置信度。

在一些实施方案中，超声成像系统的超声探测器包括被配置为获得血管的压力脉动数据的压力传感器，并且逻辑模块包括与接收实时成像数据协调地接收实时压力脉动数据的操作。逻辑模块包括与血管的压力脉动有关的区分特征，并且逻辑模块的操作包括将血管的压力脉动数据与一个或多个压力脉动阈值进行比较，以获得用于识别该血管的置信度。

在一些实施方案中，比较压力脉动数据与比较图像脉动数据结合执行，以获得用于识别血管的组合置信度。

在一些实施方案中，逻辑模块包括在控制台的显示器上呈现一个或多个血管的可视化的操作，并且包括在显示器上呈现标记以向临床医生指示任何血管是否是动脉。

在一些实施方案中，逻辑模块包括以下操作：跟踪针尖相对于一个或多个血管的位置，以及如果针尖位于动脉的周长阈值内，则向临床医生生成警报。该警报可还包括在显示器上呈现标记，该标记包括指示将针从动脉移开的方向的文本通知或箭头。

在一些实施方案中，超声成像系统包括被配置为定义阈值的人工智能模块。在一些实施方案中，人工智能模块可以定义一个或多个区分特征。

本文公开了一种用于识别多个血管中的动脉的方法，包括经由超声成像系统获得超声图像。超声成像系统包括具有被配置为获取超声图像的多个超声换能器的超声探测器和控制台。控制台包括处理器和在其上存储有逻辑模块的非暂时性计算机可读介质，该逻辑模块被配置为执行操作。该操作包括：接收实时超声成像数据，在超声成像数据内检测一个或多个血管，将一个或多个血管中的至少一个血管识别为动脉，或将一个或多个血管中的至少一个血管识别为静脉。

在该方法的一些实施方案中，操作包括将血管识别为动脉。

在该方法的一些实施方案中，逻辑模块包括在控制台的显示器上呈现一个或多个血管的至少子集的可视化的操作，其中，该子集包括血管。呈现操作可还包括在显示器上呈现指示血管是动脉的标记。

在该方法的一些实施方案中，操作包括识别实时成像数据内的血管的至少一个区分特征，以及将实时成像数据与由逻辑模块定义的一个或多个阈值进行比较，以获得血管是动脉的置信度。

在该方法的一些实施方案中，将血管识别为动脉包括：接收血管的图像脉动数据，以及将图像脉动数据与一个或多个图像脉动阈值进行比较，以获得血管是动脉的置信度。

在该方法的一些实施方案中，超声探测器还包括压力传感器，该压力传感器被配置为与获取超声图像相结合来获得压力脉动数据，并且其中，识别血管包括：接收血管的压力脉动数据，以及将压力脉动数据与由逻辑模块定义的一个或多个压力脉动阈值进行比较，以获得用于识别血管的附加置信度。

鉴于附图和以下描述，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加明显，附图和以下描述更详细地描述了这些概念的特定实施方案。

附图说明

将参考在附图中示出的公开文本的特定实施方案来呈现公开文本的更具体描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方案，并且因此不应被认为是对其范围的限制。将通过使用附图以额外的具体和细节描述和解释本发明的示例实施方案，其中：

图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统，该超声成像系统包括连接到图像处理设备的超声探测器。

图2是根据一些实施方案的包括压力传感器的超声探测器组件的前透视图。

图3A示出了根据一些实施方案的图2的超声探测器连同患者的横截面部分。

图3B示出了根据一些实施方案的当力被施加到超声探测器时图2的超声探测器连同患者的横截面部分。

图4是根据一些实施方案的图1的超声成像系统的框图。

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。

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”、“向上”、“向下”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。此外，包括权利要求书在内的本文使用的词语“包括”、“有”和“具有”应与词语“包含”具有相同的含义。

最后，在下面的描述中，本文使用的术语“或”和“和/或”被解释为包含或意味着任何一个或任何组合。例如，“A、B或C”或“A、B和/或C”指“下列任何一项：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。只有当元素、部件、功能、步骤或行为的组合在某些方面固有地相互排斥时，才会发生此定义的例外情况。

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。

图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统100，该超声成像系统100包括连接到控制台105的超声探测器101。在该实施方案中，超声探测器101通过有线连接而连接到控制台105。在其他实施方案中，可以使用无线连接。超声探测器101包括可以容纳可操作地连接到控制台105的控制台(图4)的主体。超声探测器101可以被配置为辅助用户(例如临床医生的)将进入设备(例如针112)插入患者的目标(例如静脉110)中。

位于超声探测器101的探头102中的超声换能器130被配置为捕获要在控制台105的显示器上在超声图像窗口122中可视化的2-D超声图像。超声换能器130可以以线性阵列或2-D阵列布置和/或激活。超声换能器130可以被实施为压电换能器或电容式微机械超声换能器。当超声探测器101配置有超声换能器130的2-D阵列时，超声换能器的子集可以以线性阵列线性地激活，这对于基于所捕获的超声成像数据的超声成像可能是有益的。超声换能器130可以被配置为将目标(例如静脉110)保持在平行于医疗设备平面的图像平面中，或者切换到垂直于医疗设备平面的不同图像平面。在一些实施方案中，超声探测器101可以配置有超声换能器的可移动线性阵列，该超声换能器可以被激活用于超声成像。

在使用中，探头102可以紧贴患者的皮肤104靠近针插入部位放置，因此探头102中的激活的超声换能器130可以生成超声信号并将超声信号作为脉冲序列发射到患者体内。探头102内的发射器(未显示)可以接收反射的超声信号(即，从患者身体生成的超声脉冲的反射)。反射的超声信号可以被转换成相对应的电信号，以通过超声成像系统100的控制台处理成超声图像。因此，临床医生可以使用超声成像系统100来确定合适的插入部位并使用针112或其他医疗设备建立到目标静脉110的血管通路。

如上面所讨论的，示例性超声成像系统100可以能够检测和识别静脉110和动脉120，并在超声窗口122中提供静脉110和动脉120的可视化。尽管在图1中示出了单个静脉110和单个动脉120，但超声成像系统100可以能够获得包括多个静脉110和动脉120的超声图像，并在超声窗口122中提供多个静脉110和动脉120的可视化。如上面所讨论的，示例性超声成像系统100可以实时提供超声图像的可视化。换句话说，超声成像系统100可以在超声成像过程期间在超声窗口122中提供实时超声图像。

此外，如下面将讨论的，超声成像系统100可以包括一个或多个逻辑模块，该逻辑模块在由处理器处理时能够处理所获得的超声图像，识别一个或多个血管(例如，动脉120和静脉110)，并将动脉120与静脉110区分开来。例如，超声成像系统100的逻辑模块可以识别动脉120并根据多个区分特征将动脉120与静脉110区分开来。作为一个说明性实施方案，动脉120可以具有比静脉110更小的直径和更厚的壁，这可以由逻辑模块检测和识别。作为另一个说明性实施方案，动脉120可以具有比静脉110更高的内部压力，并且可以由于动脉120内的压力脉冲而具有其直径的可检测的变化，而静脉110可以具有小的或不可检测的压力脉冲。超声成像系统100可以提供血管的实时成像信息，例如，血管或其部分的尺寸、截面形状、壁厚和运动。经由一个或多个逻辑模块对超声图像的处理，超声成像系统100可以提供静脉110和/或动脉120的检测和识别，用于在干预之前和/或干预之后进行一般监测、诊断或评估。在一些实施方案中，一个或多个逻辑模块可以识别液体或体腔(例如，胸腔)；因此，本文提供的与血管的检测和识别有关的讨论也可适用于胸腔。本领域技术人员将理解，本文描述的某些实施方案可仅适用于血管(例如，区分动脉和静脉)。

在一些实施方案中，超声成像系统100可以被配置为检测和跟踪针112的位置。在一个实施方案中，超声成像系统100可以包括针112相对于目标(例如静脉110)的位置跟踪。临床医生可以响应于超声窗口122中显示的超声成像来调整针112的位置以使针112相对于静脉110正确放置。在一些实施方案中，可以使用以下一项或多项的教导来实施针跟踪：US9456766，US9492097，US9521961，US9554716，US10524691，US10449330，和US2018/0116551，其中每一项通过引用将其全部并入本申请。

图2是包括探头102的超声探测器101的前透视图，该探头101包括超声换能器130。在一些实施方案中，超声探测器101可以包括压力传感器240作为探头102的部件。压力传感器240可以集成到超声探测器101的探头102的前表面中。压力传感器240可以配置为提供皮肤表面处的压力指示。换句话说，压力传感器240可以指示当临床医生将超声探测器101推靠在皮肤104上时探头102和皮肤104之间的压力。在一些实施方案中，压力传感器240可以检测源自皮肤表面之下的压力脉冲。换句话说，动脉120内的压力脉冲可以通过身体组织从动脉120传播到皮肤104的表面，以由压力传感器240检测。在一些实施方案中，压力传感器240可以包括一个或多个压力或力换能器。在其他实施方案中，压力传感器240可以包括应变计、压阻应变计、电容计、电磁计、光学传感器或用于将探头102处的压力转换为电信号的任何其他合适设备中的一个或多个。压力传感器240可以联接到控制台以向控制台提供电信号。

图3A是将超声信号330通过患者的皮肤104和身体组织304投射到静脉110和动脉120的超声探测器101的侧视图图示。如上所述，探头102包括超声换能器130和压力传感器240。如该示例性图示中所示，静脉110的横截面直径310的直径大于动脉120的横截面直径320的直径。如解剖学上可能典型的那样，动脉120被示出为距皮肤104的深度比静脉110更深。动脉120和静脉110之间的深度差可以用作动脉120和静脉110之间的区分特征。动脉120具有比静脉110更高的内部压力，并且动脉120内脉动的血压导致动脉120的直径320扩张，如箭头和描绘动脉120脉动的虚线所示。直径320的实时变化可以用于经由超声信号330和压力脉冲340的处理来识别动脉120和/或用于区分动脉120和静脉110，如下面所讨论的。

如上所述，在一些实施方案中，超声探测器101的探头102可以包括能够并且配置为检测从动脉120发出的压力脉冲340的压力传感器240。图3A示出了通过身体组织304传播到皮肤104的表面的压力脉冲340和压力传感器240。在一些实施方案中，来自压力传感器240的信号可以用于区分动脉120和静脉110。换句话说，区分动脉120和静脉110之间的特征可以包括由压力传感器240检测到的压力脉动。

图3B是类似于图3A的相对于患者的皮肤104定位的超声探测器101的另一侧视图图示。图3B与图3A的不同之处在于，指示的向下力被施加到超声探测器101以向皮肤104提供压缩力，即压缩压力350。在一些实施方案中，压缩压力350可以通过压力传感器240定量地测量。如图所示，压缩压力350通过身体组织304传递到静脉110和动脉120，导致静脉110和动脉120至少部分塌陷。在一些实例中，压缩压力350可能足以导致静脉110和/或动脉120完全塌陷阻塞血流。在这种实例中，由压力传感器240测量的压缩压力350可以指示静脉110和/或动脉120内的压力。在一些实施方案中，可能可以在实时超声图像数据中检测到静脉110和/或动脉120的截面形状。在一些实施方案中，导致静脉110塌陷的压缩压力350和导致动脉120塌陷的压缩压力350之间的差可以是静脉110和动脉120之间的区别特征。

在一些实施方案中，超声成像系统100的逻辑模块可以被配置为基于压力脉冲340(以及可选的超声信号330)来确定静脉110和/或动脉120内的压力。在一个实例中，仅在没有压力脉冲的情况下，压缩压力340可足以导致动脉120完全塌陷。在这种实例中，由压力传感器240测量的压缩压力340可以指示动脉120内的舒张压。在相应的实例中，压缩压力340可足以导致动脉120完全塌陷并在整个压力脉冲中保持塌陷。在此相应的实例中，由压力传感器240测量的压缩压力340可以指示动脉120内的收缩压。

参考图4，示出了根据一些实施方案的超声成像系统100的框图。控制台105可以包括超声成像系统100的各种部件。在控制台105中可以包括处理器416和存储器418(例如，非暂时性计算机可读介质)，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)，用于控制超声成像系统100的功能，以及用于在超声成像系统100的操作期间根据存储在存储器418中以供处理器416执行的逻辑模块420执行各种逻辑操作或算法。例如，控制台105可以被配置为通过逻辑模块420实例化一个或多个过程，用于调整1)激活的超声换能器130与预定目标(例如，目标静脉)或区域的距离、或2)激活的超声换能器130到预定目标或区域的方位、或3)激活的超声换能器448相对于预定目标或区域的距离和方位两者。下面讨论由处理器416执行时逻辑模块420的附加操作。控制台105还可以被配置为将来自超声探测器101的电信号处理成超声图像。可以使用控制台105接收的超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合来调节激活的超声换能器130。控制台105可以激活超声换能器130的2D阵列中的某些超声换能器，或者在超声换能器130的线性阵列中转换已经激活的换能器。

数字控制器/模拟接口422可以包括在控制台105中，并且与处理器416和其他系统部件通信，以管理超声探测器101和本文所述的其他系统部件之间的接口。超声成像系统100还包括用于与附加部件连接的端口424，例如包括打印机、存储介质、键盘等的可选部件426。端口424可以被实施为通用串行总线(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105包括电源连接428，以实现到外部电源430的可操作连接。内部电源432(例如，电池)也可以与外部电源430一起使用或不与外部电源一起使用。电源管理电路434包括在控制台105的数字控制器/模拟接口422中，以调节电源的使用和分配。可选地，独立光学询问器454可以通过端口424之一通信地联接到控制台105。可替代地，控制台105可以包括集成到控制台105中的光学询问器。这种光学询问器可以被配置为将输入光学信号发射到伴随的光纤管心针456中，用于与超声成像系统100一起进行形状感测。光纤管心针456又可以被配置为插入诸如针112(图1)的医疗设备的内腔内，并且可以沿着光纤管心针456的长度将来自光学询问器454的输入光信号传送到多个光纤布拉格光栅(FBG)传感器。光学询问器454还可以被配置为接收由光纤管心针456传送的从多个FBG传感器反射的反射光信号，该反射光信号可以指示光纤管心针456的形状。

光学询问器454可以被配置为将反射光信号转换为对应电信号，以便由控制台105处理成相对于目标的距离和方位信息，用于动态调整激活的超声换能器130的距离、激活的超声换能器130的方位，或者当被带入目标附近时激活的超声换能器130相对于目标(例如，目标静脉110，图1中描绘)或医疗设备(例如，针112，也见图1)的距离和方位两者。例如，激活的超声换能器130的距离和方位可以相对于作为目标的静脉110调整。基于静脉110的方位，可以由激活的超声换能器130建立的图像平面垂直或平行于静脉。在另一个实施例中，当医疗设备(例如针112)被带入超声探测器101附近时，可以通过垂直于包括针112的医疗设备平面的激活的超声换能器130来建立图像平面。距离和方位信息还可以用于在显示器404上显示医疗设备的图像表示。

显示器404可以集成到(或连接到)控制台105中，以便以超声探测器101获取的超声图像的形式为临床医生提供图形用户界面(GUI)和显示信息。此外，超声成像系统100可以使得诸如针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(例如静脉110)和/或远离动脉120(图1)。如上面所讨论的，可替代地，显示器404可以与控制台105分离并通信地(例如，无线地)联接到控制台102。控制台按钮接口436可用于由临床医生选择性地将所需模式调出到显示屏404，以在基于超声的医疗过程中提供帮助。在一些实施方案中，显示器404可以被实施为LCD设备。超声探测器101可以可选地包括内部测量单元(IMU)458，其可容纳加速度计460、陀螺仪462和磁强计464。

超声探测器101可以与诸如静脉110(图1)的目标的基于超声的可视化结合使用，以准备将针112或另一医疗设备插入目标中。这种可视化给出实时超声引导，并有助于减少通常与这种插入相关联的并发症，包括无意中的动脉穿刺(即，动脉120的)、血肿、气胸等。超声探测器101可以被配置为向控制台105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，用于实时超声针引导。

如上所述，超声探测器101包括超声换能器130(见图1)和压力传感器240(见图2)。超声探测器101可还包括按钮和存储器控制器438。超声探测器101可以经由包括按钮和存储器(I/O)接口444的探测器输入/输出(I/O)接口440联接到控制台105。

超声成像系统100包括被配置为在由处理器416执行时执行各种操作的至少一个逻辑模块420。当由处理器416执行时，逻辑模块420可以执行操作，该操作包括：接收超声成像数据、在超声成像数据内检测一个或多个血管、将血管识别为动脉、以及从超声图像生成将血管呈现为动脉的可视化。例如，该操作可还包括生成警报，该警报指示临床医生可能需要停止或调整程序，例如针插入程序，以防止穿刺动脉。

将血管识别为动脉可包括将血管的成像数据与存储在存储器418中的与动脉和/或静脉有关的阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。在一些实施方案中，在显示器上呈现的标记可以包括置信度，例如90％置信。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测血管尺寸，例如血管的截面直径。逻辑模块420可进一步将血管的尺寸和与动脉和/或静脉的血管直径有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测血管壁厚。逻辑模块420可进一步将血管壁厚和与动脉和/或静脉的血管壁厚有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测血管的图像脉动，即，由于血管内的压力脉动而引起的血管直径的变化。逻辑模块420可进一步将图像脉动和与动脉和/或静脉的图像脉动有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测血管相对于患者的皮肤表面的深度。逻辑模块420可进一步将深度和与动脉和/或静脉深度有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测第一血管和第二血管之间的深度差。逻辑模块420可进一步将深度差与相对于静脉深度的动脉深度有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为检测血管的截面形状。在一些实例中，由于静脉内的较低压力、与骨骼或身体内的其他结构接触等，静脉的截面形状可以是非圆形的，即椭圆形或扁平。作为对比，动脉内的压力通常可以使得动脉的截面形状基本上是圆形的。逻辑模块420可进一步将截面形状和与静脉和/或动脉的截面形状有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一些实施方案中，例如，逻辑模块420可以被配置为基于血管在解剖学参考框架内的一个或多个区分特征将血管识别为动脉或静脉，其中，解剖学参考框架可以包括超声图像，该超声图像呈现与其他解剖学特征(例如骨骼、肌腱、韧带、器官、肢体形状、皮肤表面和/或其他血管等)相关的血管的可视化。在一些实施方案中，逻辑模块420可以被配置为通过改变解剖学参考框架进一步将血管识别为动脉或静脉，和/或获得更高的置信度。改变解剖学参考框架可以包括改变可视化以包括更多或更少的其他解剖学特征和/或在相对于血管或流体或体腔(例如，胸腔)的不同角度处生成超声图像。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为接收由压力传感器240在皮肤表面检测的压力脉动数据，并由此检测血管的压力脉动。逻辑模块420可进一步将压力脉动和与动脉和/或静脉的压力脉动有关的一个或多个阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为接收由压力传感器240在皮肤表面检测到的接触压力数据，该接触压力数据反映探头102(见图3B)对皮肤表面的压缩压力。逻辑模块420可以组合压缩压力的检测来检测血管的截面形状。逻辑模块420可进一步将施加压缩压力时血管的截面形状与一个或多个与施加压缩压力时静脉和/或动脉的截面形状有关的阈值进行比较。逻辑模块420可进一步根据置信度定义血管是动脉或静脉的比较结果。

在一个实施方案中，逻辑模块420可以被配置为结合识别血管来接收针跟踪成像数据。在一些实施方案中，逻辑模块420可以利用针跟踪以促进选择血管作为目标，例如目标静脉。在一些实施方案中，临床医生可以通过将针112定位在非常接近目标血管的地方，即在距离目标血管的预定阈值距离内来选择目标血管。一旦选择，逻辑模块420可以向临床医生提供目标血管被选择的反馈，该反馈可以包括呈现指示目标血管被选择的可视化标记。

在一些实施方案中，逻辑模块420可以检测针112的尖端(见图1)相对于识别的动脉的位置。逻辑模块420可进一步将尖端的位置和与所识别动脉的周长有关的一个或多个阈值进行比较，例如远离所识别动脉的安全距离。如果针尖的位置超过周长阈值，则逻辑模块420可进一步生成对临床医生的反馈。在一些实施方案中，反馈可以包括呈现视觉标记，例如文本通知或指示移动针112的方向的箭头。如普通技术人员可以理解的，逻辑模块420可以被认为是以视觉标记、音频警报等形式向临床医生提供关于相对于血管的针位置的方面的其他反馈，其他反馈包括在公开文本中。

逻辑模块420可以组合个别置信度(即，与个别区分特征相关联的置信度)以产生大于任何个别置信度的组合置信度。

超声成像系统100可以包括人工智能(AI)模块405(其可为逻辑模块420的子模块)，其可用于将血管识别为动脉或静脉或以其他方式区分动脉和静脉。AI模块405可以集成到控制台105，联接到控制台105，或者在单独的服务器上远程访问。AI模块405可以被配置为接收和处理训练数据集，该训练数据集包括与区分特征有关的数据，该区分特征可以包括血管的尺寸或直径、血管相对于皮肤表面或其他身体结构的位置、相邻血管之间的相对位置、响应于血管内压力脉动的血管的运动或改变的直径、血管的截面形状、响应于施加的压力的血管的截面形状以及血管的壁厚。

在一个实施例中，AI模块405的处理可以包括生成机器学习(ML)模型和使用接收到的一个或多个训练数据集训练ML模型。然后可以部署ML模型来对超声信号和/或压力脉冲数据进行评分，以检测和/或识别特定目标，例如血管，更具体地，静脉或动脉。在一些实施方案中，经训练的ML模型可以存储在存储器418中。

AI模块405可以应用算法或其他逻辑操作来定义用于任何或所有区分特征的阈值集。AI模块405可以通过AI数据的初始训练集来定义初始默认阈值集。逻辑模块420可以应用由AI模块405定义的默认阈值来将血管识别为动脉或静脉或以其他方式区分动脉和静脉。在一些实例中，AI模块405可以合并附加的AI数据以增加阈值集的精度或以其他方式重新定义阈值集。在一些实例中，AI模块可以定义附加的区分特征以及相关联的阈值。

在一些实施方案中，逻辑模块420可以存储、监测和/或分析与在将实时数据与阈值集进行比较期间生成的置信度有关的数据。然后，逻辑模块420可以发起将附加成像数据合并到AI处理中的处理，并生成新的和改进的阈值集。

在不脱离公开文本的精神的情况下，本发明的实施方案可以以其他特定形式实施。所描述的实施方案在所有方面仅被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，实施方案的范围由所附权利要求书而不是由前述描述指示。在权利要求的等效意义和范围内的所有变更都应包括在其范围内。

Claims (25)

1.一种超声成像系统，其特征在于，包括：

超声探测器，其包括多个超声换能器，所述换能器配置为获取超声图像；

处理器；和

非暂时性计算机可读介质，其上存储有逻辑，当由所述处理器执行时，所述逻辑被配置为执行包括如下的操作：

接收超声成像数据，

在所述超声成像数据内检测一个或多个血管，

将所述一个或多个血管中的至少一个血管识别为动脉或静脉，以及

在显示屏上呈现所述一个或多个血管的至少子集的可视化。

2.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，当由所述处理器执行时，所述逻辑使得执行包括如下的进一步操作：

基于血管类型的多个区分特征中的至少一个区分特征，将所述至少一个血管识别为动脉。

3.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，当识别血管时，采用多个区分特征中的至少一个区分特征，所述多个区分特征包括：

所述血管的直径，

所述血管的壁厚，

所述血管的图像脉动，

所述血管相对于患者的皮肤表面的深度，

所述血管的位置相对于第二血管的位置，或

所述血管的截面形状。

4.根据权利要求3所述的超声成像系统，其特征在于，当识别所述血管时，采用至少两个区分特征。

5.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述逻辑定义了当识别所述血管时采用的一个或多个阈值。

6.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，识别血管包括在所述超声成像数据内识别所述血管的至少一个区分特征。

7.根据权利要求6所述的超声成像系统，其特征在于，识别所述血管包括将与所述至少一个区分特征相关的超声成像数据与由所述逻辑定义的一个或多个阈值进行比较。

8.根据权利要求7所述的超声成像系统，其特征在于，所述超声成像数据与所述一个或多个阈值进行比较的结果是用于识别所述血管的置信度。

9.根据权利要求8所述的超声成像系统，其特征在于，所述超声成像数据包括所述血管的图像脉动数据，并且其中识别所述血管包括将所述图像脉动数据与一个或多个图像脉动阈值进行比较，以获得用于识别所述血管的置信度。

10.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述超声探测器包括压力传感器，所述压力传感器配置为获得所述血管的压力脉动数据。

11.根据权利要求10所述的超声成像系统，其特征在于，当由所述处理器执行时，所述逻辑使得执行包括如下的进一步操作：与接收所述超声成像数据协调地接收压力脉动数据。

12.根据权利要求11所述的超声成像系统，其特征在于，所述多个区分特征还包括所述血管的压力脉动。

13.根据权利要求12所述的超声成像系统，其特征在于，识别所述血管包括将所述血管的压力脉动数据与一个或多个压力脉动阈值进行比较，以获得用于识别所述血管的置信度。

14.根据权利要求13所述的超声成像系统，其特征在于，比较所述压力脉动数据与比较所述图像脉动数据结合地执行，以获得用于识别所述血管的组合置信度。

15.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，在所述显示屏上呈现所述一个或多个血管的可视化包括在所述显示屏上呈现标记，以向临床医生指示所述血管是否是动脉。

16.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，当由所述处理器执行时，所述逻辑使得执行包括如下的进一步操作：

跟踪针尖相对于所述一个或多个血管的位置，以及

如果所述针尖位于所述动脉的周长阈值内，则生成给临床医生的警报。

17.根据权利要求16所述的超声成像系统，其特征在于，生成所述警报包括在所述显示屏上呈现标记，所述标记包括指示所述针移动远离所述动脉的方向的文本通知或箭头。

18.根据权利要求1所述的超声成像系统，其特征在于，所述逻辑包括人工智能模块，其配置为生成和训练用于对所述超声成像数据和所述压力脉动数据进行评分的模型，以便检测所述血管并且将所述血管识别为动脉或静脉。

19.根据权利要求18所述的超声成像系统，其特征在于，所述人工智能模块还被配置为利用所述多个区分特征中的一个或多个。

20.一种用于识别多个血管中的一个或多个的方法，其特征在于，包括：

从超声成像系统获得超声图像数据，所述超声成像系统包括超声探测器，所述超声探测器包括多个超声换能器，所述超声换能器配置为获取所述超声图像数据；

分析所述超声图像数据，从而在所述超声成像数据内检测一个或多个血管；和

将所述一个或多个血管中的第一血管识别为动脉或静脉。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一血管被识别为第一动脉，并且其中第二血管被进一步识别为第一静脉。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括在显示屏上呈现所述一个或多个血管的至少子集的可视化。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述可视化包括所述显示屏上的标记，所述标记指示所述第一血管的识别。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，识别所述第一血管包括：

在所述超声成像数据内识别所述第一血管的至少一个区分特征，以及

执行所述超声成像数据与一个或多个阈值的比较，以获得用于识别所述第一血管的置信度。

25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述超声成像数据包括所述血管的图像脉动数据，并且其中识别所述第一血管包括：

执行所述图像脉动数据与逻辑定义的一个或多个图像脉动阈值的比较，以获得用于识别所述第一血管的置信度。

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