CN115916062A - 具有超声收发器的介入设备 - Google Patents

Abstract

一种用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置的系统和方法，其中，开口在介入设备的管腔内。来自超声收发器的能够移动通过管腔和开口的至少部分的超声发射被管腔的壁或边界反射。超声收发器可以接收超声发射的一个或多个回波，并且生成包括一个或多个回波的接收信号，并且将包括回波的一个或多个特性的接收数据发射到数据处理器。数据处理器被配置为从接收数据中识别一个或多个特性并且基于一个或多个特性来确定超声收发器关于开口的相对位置。收发器可以是改装设备的部分，在介入流程期间，介入设备可以配备有改装设备，在确定了相对位置之后，可以通过在流程期间由US成像装置跟踪收发器来确定配备有改装设备的介入设备在对象内的定位。

Description

具有超声收发器的介入设备

技术领域

本发明涉及将介入设备改装为具有收发器以及改装为能够确定收发器关于介入设备的相对位置的领域。

背景技术

在医学流程期间，常常期望知道插入对象(例如，患者)体内的介入设备的定位。介入设备(例如，导管或注射器的针)通常由具有光滑表面的高反射性材料制成，它在多个方向上提供低散射；因此，这些设备在超声图像中的可见性常常相当差，因为超声成像波束被反射远离超声探头。

已经提出了各种解决方案来缓解这个问题。已经制造了具有回声涂层的设备，但是这仅提供了有限的可见性改善。超声图像系统制造商已经开发了使用来自各个角度的多个成像波束的算法；同样，这提供了有限的改善，而且仅适用于线性阵列。这些解决方案都不能用于检测垂直或几乎垂直于超声成像平面插入的设备。

另一种解决方案是在介入设备的尖端处的固定位置处或附近添加超声换能器。通过确定换能器在对象内的定位，可以使用由对象外部的超声成像探头发射并由这样的换能器接收的成像波束或者由这样的换能器发射并由对象外部的超声成像探头接收的成像波束来确定设备的尖端在对象中的定位。

后一种方法要求介入设备永久地配备有换能器，并且现有的没有这样的换能器的介入设备可能不会受益于定位确定。因此，需要一种机构来实现对现有的介入设备的改装，使得它可以用于通过换能器的定位来定位设备。

发明内容

本发明由权利要求来限定。

根据依据本公开内容的各方面的示例或实施例，提供了包括数据处理器电路的设备和包括这样的设备的系统。所述系统可以是成像系统，例如，超声成像系统。

所述系统、设备和/或数据处理器电路能够接收或生成数据，所述数据包括由超声收发器提供的接收信号的至少部分，其中，接收信号是由超声收发器发射的超声的超声回波引起的。超声收发器适于能够在介入设备的管腔内并关于介入设备内的开口移动。包括一个或多个回波的接收信号可以用于确定收发器关于开口的相对位置。

因此，所述系统、设备和/或数据处理器电路能够从接收数据中识别至少一个回波的一个或多个特性，并且从中确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置。由于根据介入设备的几何形状可以知晓开口在介入设备中的定位，因此现在能够确定介入设备的任何部分关于超声收发器的定位。然后可以根据超声换能器在图像中的定位以及换能器与介入设备的开口的相对位置来确定介入设备或其任何部分(例如，其开口)在图像(例如，超声图像)中的定位。所述设备因此可以被配置为使用介入设备的几何数据，所述几何数据包括开口关于介入设备上的任何其他参考位置的位置。

所述设备可以是处理器电路、计算机(例如，移动计算机、膝上型电脑、移动电话、平板电脑，或非移动设备(例如，台式计算机))或工作站。所述设备可以是超声设备或系统的控制台的部分。这样的系统可以是超声成像设备或系统。

所述介入设备可以是被设想在对象体内被跟踪的任何设备，所述设备具有带有开口的管腔或中空部分，所述开口例如在远侧尖端处通向所述设备的外部环境。非限制性示例包括：内窥镜、导管、注射器的针、外科手术工具等。收发器能够朝向或远离开口移动通过管腔，并且可能且优选地甚至移动通过开口，但是这不是严格必需的。因此，收发器可以是能滑动的。一个示例是能够在其管腔内部容纳导丝的中空导管。

超声收发器(也可以被称为换能器)能够发射和接收超声。在本公开内容的背景中，超声收发器是能够生成和感测超声能量的换能器。因此，收发器能够包括被配置为发射超声的至少一个换能器和被配置为接收超声的至少一个单独的换能器的整体。额外地或替代地，收发器能够包括至少一个被配置为发射和接收超声的换能器。发射器将电信号转换成超声，接收器将超声转换成电信号，并且收发器既能够发射超声又能够接收超声。超声可以以脉冲的形式发射，以便可以使用单个收发器来进行发射和接收这两方面，并且以便容易地确定发射与接收之间的时间延迟。

如果介入设备在距收发器的适当距离内的话，收发器的超声发射可以被介入设备反射，例如被介入设备的内壁或边界反射。收发器还能够接收由这样的反射引起的一个或多个超声回波并且提供包括一个或多个回波的接收信号。如上所述，可以确定对收发器关于开口的相对位置的指示。

该方法允许将介入设备改装为具有超声换能器，以便可以使用整体来利用超声确定介入设备的定位。例如，当已经确定了相对位置并且该相对位置可能被冻结或固定，同时收发器能够与另外的超声成像探头进行超声通信时，则可以使用成像探头来跟踪介入设备的定位。使用所确定的相对位置，如此跟踪的定位可以被转化成介入设备或其部分(例如，开口)的定位。因此，所述系统、设备和处理器电路可以用于引导将介入设备导航到期望的定位的导航过程。一旦到达了期望的介入设备定位，就可以移除收发器以恢复介入设备的原始功能。因此，系统、设备或处理器电路可以用于在医学流程期间介入设备(例如，导管或针)被插入对象时引导对介入设备(例如，导管或针)的尖端的定位。

临床医生可能希望将介入设备改装为具有超声换能器并在介入设备被插入对象时确定该换能器关于介入设备的位置的原因有几个。例如，将介入设备插入患者可能导致超声收发器与介入设备的尖端之间的相对位置发生未知的移位。这可能发生在例如导管型介入设备的情况中，该导管型介入设备弯曲而蠕动，以容纳在导管型介入设备被插入对象体内所通过的各种身体结构中。在另一示例中，例如可以仅在介入设备已被插入对象时才决定使用超声换能器来跟踪介入设备的尖端的位置，因为发现介入设备的尖端由于对象的解剖结构而具有低于预期的可见性。在另外的示例中，某些医学流程的工作流程可能要求将多个不同的物体插入介入设备。例如，在穿过慢性完全闭塞时，可以首先将非常硬的穿行导丝(crossing guide wire)插入消融导管以使闭塞的硬帽断裂，从而促进对纤维帽的激光消融。在穿透帽之后，可以使用较软的穿行导丝穿过病变的其余部分。关于这些导丝中的每根导丝的尖端定位超声收发器将允许临床医生确定每根导丝的尖端关于设备的开口的位置。替代地，在流程期间，只需要知道消融导管尖端的位置，就可以将这些不同的导丝换成普通的跟踪导丝，然后将专用导丝放回去以继续下一处置步骤。这允许开发能够用于跟踪多个导管设备的单个通用跟踪导丝。

接收信号被转换为包括回波特性的接收数据，并且接收数据可以由数据处理器进行处理以提取收发器关于介入设备的远侧开口的相对位置。

本发明人不仅认识到回波的某些特性取决于其关于介入设备的开口的相对位置而改变，而且认识到这样的改变可以用于导出对相对位置的指示。鉴于此，反过来，在将开口插入对象时，可以实现期望的相对位置。此外，一旦实现了这样的期望位置并将其固定以在介入设备的进一步操纵期间保持这样的期望位置，则可以使用US成像装置来确定并任选地跟踪收发器的定位，从而推断例如介入设备的开口在对象内的定位。毕竟，知晓了收发器关于开口的相对位置，就允许使用相对位置根据收发器的定位来确定开口的定位。此外，还可以通过进一步使用介入设备的其他部分关于开口的相对位置来完成对这样的其他部分的定位。

超声回波的变化发生在相对较小的位置范围内，因此该机构为确定相对位置和超声收发器关于介入设备的开口的定位提供了相对较高的精度。

在一些实施例中，所述系统、设备或处理器电路可以被配置为确定至少表示超声收发器是否在管腔外部、在管腔内部和/或在开口处(例如在管腔内部但在开口处，例如在介入设备的尖端处)的指示。在其他实施例中，所述系统、设备或处理器电路被配置为额外地或替代地表示收发器到开口的距离。该指示可以是数值指示、图形指示、听觉指示或用户可识别的任何其他合适的指示。可以按标度或范围来提供指示。

当超声收发器在设备的开口的阈值距离内时，由数据处理器确定的相对位置可以包括超声收发器沿着例如管腔长度的定位或位置或距离，例如沿着管腔的纵向维度距介入设备的开口的相对距离。可以确定距介入设备的开口的相对距离的阈值距离将取决于多种因素，例如，开口的直径、介入设备的材料、管腔的内表面粗糙度以及超声传感器的角度发射轮廓。例如，包括玻璃毛细管的介入设备的阈值距离可以是玻璃毛细管的开口直径的两倍。当超声收发器与介入设备的开口之间的距离大于阈值距离时，当超声收发器进一步远离开口移动时，所识别的一个或多个回波的一个或多个特性可能没有显著变化。

一个或多个特性可以包括所识别的一个或多个回波的幅度。本发明人已经认识到，所识别的一个或多个回波的幅度特别指示超声收发器关于介入设备的开口的相对位置。

一个或多个特性可以包括所识别的一个或多个回波的幅度响应。例如，幅度响应可以是所识别的一个或多个回波的长度，或者是所识别的一个或多个回波的减弱速度的度量。本发明人已经认识到，所识别的一个或多个回波的幅度响应特别指示超声收发器关于介入设备的开口的相对位置。

一个或多个特性可以包括超声发射与接收信号中的对应回波之间的时间延迟。本发明人已经认识到，超声发射与接收信号中的对应回波之间的时间延迟特别指示超声收发器关于介入设备的开口的相对位置。

当超声收发器处于管腔内部时，回波具有大幅度，接收得快并且减弱得慢。当超声收发器处于设备的开口处时，回波的衰减增加。当超声收发器处于设备外部时，接收回波所花费的时间较长，并且回波具有较低的幅度并且严重减弱。因此，回波的这些特性根据超声收发器关于介入设备的开口的相对位置显示出明显的差异。回波特性的变化在(介入设备的开口直径的量级的)非常小的位置范围内变化，从而允许以高准确度水平将超声收发器定位在介入设备的开口处。

在一些实施例中，数据处理器可以适于通过将所识别的一个或多个回波的一个或多个特性与一个或多个对应的参考值进行比较来确定超声收发器关于至少一个开口的相对位置。

通过这种方式，可以根据由超声传感器接收的单个回波来确定超声收发器的相对位置。参考值可以是针对介入设备内部、在介入设备的开口处和/或在介入设备外部的、针对介入设备的管腔的特定材料和尺寸的对应期望值。

在一些实施例中，接收信号可以包括多个回波，并且数据处理器可以适于通过将多个回波中的最新的回波的一个或多个特性与接收信号中的至少一个先前回波的至少一个对应值进行比较来确定超声收发器关于至少一个开口的相对位置。

通过这种方式，对于任何合适的介入设备，可以确定超声收发器是在介入设备内部，在设备的开口处，还是在设备外部，而无需考虑介入设备的管腔的材料和尺寸。将最新的回波与先前的回波进行比较还允许系统的用户在超声收发器移动通过介入设备时监测超声收发器的进展。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置的系统，所述介入设备包括具有至少一个开口的管腔。

所述系统包括：超声收发器，其能够移动通过所述介入设备的所述至少一个开口并且被配置为发射和接收超声，并且响应于接收到超声发射的回波而生成接收信号；以及根据任何先前描述的实施例的数据处理器。

在一些实施例中，所述系统还可以包括被配置为将所述超声收发器移动通过所述介入设备的改装设备。

所述改装设备可以是任何合适的细长介入设备，例如，导丝或导管。

通过使用改装设备来将超声收发器移动通过介入设备，当将介入设备插入对象时，可以将超声收发器添加到介入设备的管腔；或者当将介入设备插入对象时，可以调整超声收发器关于介入设备的开口的相对位置。

超声收发器可以被附接到改装设备的一端。

在一些实施例中，所述系统还可以包括夹具，所述夹具用于将所述超声收发器锁定在关于所述介入设备的所述至少一个开口的固定位置中。

例如，夹具可以附接到介入设备的不在对象体内的部分，并且可以通过夹紧将超声收发器移动通过介入设备的改装设备来将超声收发器锁定在关于介入设备的开口的固定位置中。

响应于确定超声收发器处于或接近介入设备的开口，可以使用夹具来固定超声收发器关于介入设备的开口的位置。

夹具可以被配置为在从数据处理器接收到超声收发器处于关于介入设备的开口的期望的相对位置的反馈时被自动接合。替代地，响应于用户确定由数据处理器确定的超声收发器的相对位置是期望的相对位置，夹具可以由系统的用户手动接合。

在来自超声传感器的每次超声发射之前，可以自动或手动接合夹具，以确保超声收发器关于介入设备的开口的相对位置在发射与相对位置的确定之间不会改变。然后，响应于所确定的相对位置不是期望的相对位置，夹具可以发生脱离，以便允许超声收发器移动到新的相对位置；或者响应于所确定的相对位置是期望的相对位置，夹具可以保持接合。

在一些实施例中，所述设备和/或处理器电路还可以被配置为控制所述超声收发器发射超声并测量回波，从而提供接收信号。所述设备和/或处理器电路还可以被配置为生成包括接收信号和/或一个或多个回波的至少部分的接收数据。所述设备可以具有控制器，所述控制器被通信性耦合到所述收发器并且被通信性耦合到所述处理器电路，其中，所述控制器能够在所述处理器电路的控制下提供收发器驱动信号，并且在所述处理器电路的控制下测量接收信号，并且向所述处理器提供接收信号和/或接收数据。

在一些实施例中，所述处理电路具有用于接收超声图像数据的另外的输入部，所述超声图像数据包括对象的感兴趣区域的超声图像和表示所述超声收发器在所述超声图像内的收发器定位的定位数据，其中，所述数据处理器被配置为生成所述结果数据以包括所述超声图像和所述收发器定位和/或所述介入设备的部分的定位，例如，所述介入设备的所述开口的部分的定位。

根据一个方面，提供了一种系统，包括：

根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其包括所述输出部，以及

接口，其被通信性耦合到所述输出部并且适于向用户提供所述指示，所述用户例如为护理人员、医学从业人员或对象和/或机器人系统。因此，所述接口可以是用户接口和/或系统接口。

用户和/或机器人系统有利地经由接口了解指示，优选地，存在显示器作为接口的部分，显示器能够以数值、图形或标度或范围的形式示出指示的可视化结果。

因此，对相对位置的原位确定可以有助于手动进行的介入和/或至少部分由机器人系统(例如，机器人外科手术系统或机器人诊断系统)进行的介入。这些系统在本领域中是已知的，并且这里不再详细描述，而只规定这样的系统包括操纵单元，以便关于换能器移动介入设备，从而基于所确定的相对位置来将介入设备的相对位置调整到期望的相对位置。期望的相对位置可以由机器人系统的用户输入，或者可以自动选择等。

在一些实施例中，所述系统包括所述超声收发器和所述介入设备。这些部件可以连接或断开，但是能连接到所述设备。所述设备可以是超声系统的控制台。

在所述系统的一些实施例中，所述超声收发器能够移动通过所述开口，所述系统包括改装设备，所述改装设备适于将所述超声收发器移动通过所述介入设备的所述开口。例如，超声收发器能够被附接到改装设备的一端，而另一端可以由用户进行操纵。额外地，能从介入设备移除超声收发器和改装设备(如果存在的话)。

在一些实施例中，所述系统还包括锁定机构，所述锁定机构用于将所述超声收发器锁定在关于所述开口的固定位置中。一旦相对位置被固定，就可以完成对收发器和介入设备的整体的进一步操纵而不会丢失位置信息。如果需要通过重复必要的步骤来重新确定相对位置，则锁定机构能够暂时释放。

在一些实施例中，所述系统包括超声成像系统或者由超声成像系统组成，所述超声成像系统包括超声成像探头，所述超声成像探头适于发射和接收超声以用于生成对象的区域的超声图像，并且其中，所述系统或所述设备还被配置为基于所述超声收发器与所述超声成像探头的基于超声的交互来生成对所述超声收发器在所述超声图像中的定位的指示。

所述基于超声的交互可以包括使用以下各项：

由所述超声成像探头发射并由所述超声收发器接收的波束的特性以及发射与接收之间的时间，和/或

由所述超声收发器发射并由所述超声成像探头接收的波束的特性以及发射与接收之间的时间。

在一些实施例中，所述系统还可以包括被配置为发射和接收超声成像波束的超声成像探头，并且所述数据处理器还可以适于基于以下各项来确定所述超声收发器相对于所述超声成像探头的位置：由所述超声成像探头发射并由所述超声收发器接收的波束的特性以及发射与接收之间的时间，和/或由所述超声收发器发射并由所述超声成像探头接收的波束的特性以及发射与接收之间的时间。

通过这种方式，能够确定超声收发器在对象中的位置，并因此确定介入设备的尖端的位置。可以根据波束的特性(例如，波束的角度)来确定超声收发器在超声成像探头的成像帧中的位置，并且可以根据波束的飞行时间来确定超声收发器与超声成像探头之间的距离。

用于确定超声收发器相对于超声成像探头的位置的波束可以是由超声成像探头发射并由超声传感器接收的多个波束中的最大接收幅度波束，或者是由超声收发器发射并由超声成像探头接收的多个波束中的最大接收幅度波束。

这认识到：接收到的具有最大幅度的波束是最接近超声收发器与超声成像探头之间的线的波束，并且最接近波束的角度和飞行时间能够用于最准确地确定超声传感器的位置。

在一些实施例中，所述系统还可以包括：图像生成处理器，其适于：根据由所述超声成像探头接收的超声成像波束来生成所述对象的区域的至少一幅超声图像，其中，所述对象的所述区域包括所述超声传感器；并且基于所确定的所述超声收发器相对于所述超声成像探头的位置来提供对所述超声收发器在所述至少一幅超声图像中的位置的指示；以及显示设备，其适于：从所述图像生成处理器获得所述至少一幅超声图像和对所述超声传感器的位置的指示并显示所述至少一幅超声图像和对所述超声传感器的位置的指示。

显示对超声收发器在超声图像中的位置的指示允许临床医生看到介入设备的尖端在对象中的位置。这允许临床医生确定介入设备是否处于针对医学流程的期望位置，如果不是这样，则确定应当移动设备的方向。

所述系统还可以包括介入设备，所述介入设备包括具有至少一个开口的管腔。可以确定超声收发器关于介入设备的至少一个开口的相对位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机实施的方法，所述方法用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置，所述介入设备包括具有至少一个开口的管腔，其中，所述超声收发器被配置为能够移动通过所述至少一个开口。这样的方法的特征可以沿着针对所述系统、设备和处理器电路方面定义的实施例的类似特征来定义，并且提供了相似或相同的优点。

所述计算机实施的方法包括：从所述超声传感器获得接收信号，其中，所述接收信号响应于超声发射的接收回波；在所述接收信号中识别超声发射的一个或多个回波；并且基于所识别的一个或多个回波的一个或多个特性来确定所述超声收发器关于所述至少一个开口的相对位置。

所述一个或多个特性可以包括以下各项中的至少一项：所识别的一个或多个回波的幅度、所识别的一个或多个回波的幅度响应和/或超声发射与所述接收信号中的对应回波之间的时间延迟。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机程序代码单元的计算机程序产品，所述计算机程序代码单元当在具有处理系统的计算设备上被运行时使处理器系统、设备或系统执行任何先前描述的方法的步骤。所述程序产品可以被存储在计算机可读介质上，或者可以被承载在诸如信号之类的计算机可读载体上。所述计算机可读介质可以是非瞬态计算机可读介质。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明的实施例并且更清楚地示出如何将本发明的实施例付诸实践，现在将仅通过示例的方式参考示意性附图，在附图中：

图1示出了超声系统的图解；

图2示出了在介入设备内部的超声收发器；

图3示出了由图2的超声收发器发射的超声脉冲的接收回波的图形；

图4示出了在图3的介入设备的开口处的超声收发器；

图5示出了由图4的超声收发器发射的超声脉冲的接收回波的图形；

图6示出了被定位在图2的介入设备外部的超声收发器；

图7示出了由图6的超声收发器发射的超声脉冲的接收回波的图形；

图8示出了6个图形，每个图形表示从多普勒流线(Volcano 

)收集的脉冲回波数据中的每个脉冲回波数据，该多普勒流线(Volcano 

)具有被定位在关于玻璃毛细管的开口的不同位置处的超声收发器；

图9示出了8个图形，每个图形表示从多普勒流线(Volcano 

)收集的脉冲回波数据中的每个脉冲回波数据，该多普勒流线(Volcano 

)具有被定位在关于不锈钢空心针的开口的不同位置处的超声收发器；

图10示出了用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置的系统的一些实施例的图解；

图11示出了用于根据实施例的系统的处理器电路，例如用于图10的系统的处理器电路；

图12示出了根据一些实施例的计算机实施的方法的至少部分；

图13示出了根据一些实施例的方法的流程图；

图14示出了对超声图像的显示和对超声收发器的位置的指示。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

系统和方法的详细描述和具体示例和实施例仅用于说明的目的而并不旨在限制要求保护的内容的范围。根据以下描述、权利要求和附图将更好地理解要求保护的和本文公开的系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，贯穿整个附图使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

根据所提出的构思，提供了用于确定超声收发器关于介入设备的中空部分(其可以被称为管腔)内的开口的相对位置的数据处理器和方法。超声收发器能够关于开口移动并且优选地移动通过开口，使得超声收发器可以从中空部分内的位置重新定位到其中超声收发器至少部分在中空部分外部的位置。来自这样的超声收发器的超声发射被管腔壁反射，以提供这样的发射的回波。超声收发器接收超声发射的一个或多个回波，并且生成包括或至少部分表示一个或多个接收回波的接收信号。控制器包括处理电路，该处理电路具有被配置为对接收信号进行接收的输入部，并且处理器电路的数据处理器被配置为：在接收信号中识别一个或多个回波，并且基于所识别的一个或多个回波的一个或多个特性来确定超声收发器关于至少一个开口的相对位置。

这样的控制器的一些实施例可以例如用在超声系统(例如，超声成像系统)中，以用于跟踪已经被改装为具有超声收发器的介入设备的尖端。例如，一旦超声收发器关于介入设备的开口的相对位置已经固定而使得该相对位置是已知的并且收发器能够被超声成像系统定位，该系统就可以用于使用超声成像来将介入设备引导到期望的解剖区域。

一些实施例可以至少部分地基于以下认识：超声发射的回波的某些特性根据发射是来自介入设备的管腔内部的超声设备，介入设备的开口处的超声设备还是介入设备外部的超声设备而会有所不同。

首先将参考图1来描述超声系统的一般操作。

在一些实施例中，该系统包括超声探头4，超声探头4具有用于发射和接收超声的换能器阵列6。换能器阵列6可以包括CMUT换能器、(由诸如PZT或PVDF之类的材料形成的)压电换能器或者任何其他合适的换能器技术。在该示例中，换能器阵列6是换能器元件的二维阵列8。阵列6能够扫描感兴趣区域(例如，对象或患者的身体部分)的二维平面或三维体积。在另一示例中，换能器阵列可以是用于扫描这样的区域的二维平面的一维阵列。

换能器阵列6被耦合到微波束形成器12，微波束形成器12控制由换能器元件进行的信号接收。微波束形成器能够对由换能器的子阵列(通常被称为“组”或“拼片”)接收的信号进行至少部分波束形成，如在美国专利US 5997479(Savord等人)、US 6013032(Savord)和US 6623432(Powers等人)中描述的那样。

应当注意，微波束形成器完全是任选的。另外，该系统包括发射/接收(T/R)开关16，该T/R开关16能够耦合到微波束形成器12并且将阵列在发射模式与接收模式之间切换，并且在不使用微波束形成器并且主系统波束形成器直接操作换能器阵列的情况下保护主波束形成器20免受高能量发射信号的影响。超声波束从换能器阵列6的发射由换能器控制器18来指导，换能器控制器18通过T/R开关16被耦合到微波束形成器并且被耦合到主发射波束形成器(未示出)，该主发射波束形成器能够从用户接口或控制面板38接收来自用户操作的输入。控制器18能够包括发射电路，该发射电路被布置为在发射模式期间(直接地或者经由微波束形成器)驱动阵列6的换能器元件。

在典型的逐行成像序列中，探头内的波束形成系统可以如下操作。在发射期间，波束形成器(取决于实施方式，其可以是微波束形成器或主系统波束形成器)激活换能器阵列或换能器阵列的子孔径。子孔径可以是较大阵列内的一维换能器行或二维换能器拼片。在发射模式中，如下所述地控制由阵列或阵列的子孔径生成的超声波束的聚焦和转向。

在接收到来自对象的感兴趣区域的反向散射的超声回波信号时，使所接收的信号经受接收波束形成(如下所述)，以便对准所接收的信号，并且在使用子孔径的情况下，然后例如通过一个换能器元件使子孔径移位。然后激活移位的子孔径并重复该过程，直到激活了换能器阵列的所有换能器元件为止。

对于每行(或每个子孔径)，用于形成最终的超声图像的相关联行的总接收信号将是在接收时段期间由给定的子孔径的换能器元件测得的电压信号的总和。在下面的波束形成过程之后，结果得到的行信号通常被称为射频(RF)数据。然后，由各个子孔径生成的每个行信号(RF数据集)都经受额外的处理以生成最终的超声图像的行。行信号的幅度随时间的变化将贡献于超声图像的亮度随深度的变化，其中，高幅度峰值将对应于最终的图像中的亮像素(或像素集合)。在行信号开始附近出现的峰值将表示来自浅层结构的回波，而在行信号后期逐步出现的峰值将表示来自对象内的深度不断增加的结构的回波。

由换能器控制器18控制的功能之一是波束转向和聚焦的方向。波束可以从(垂直于)换能器阵列笔直向前转向，或者以不同的角度转向以获得更宽的视场。可以根据换能器元件致动时间来控制发射波束的转向和聚焦。

在一般的超声数据采集中能够区分两种方法：平面波成像和“波束转向”成像。这两种方法的区别在于在发射模式(“波束转向”成像)和/或接收模式(平面波成像和“波束转向”成像)中存在波束成形。

首先看聚焦功能，通过同时激活所有换能器元件，换能器阵列生成平面波，该平面波在行进通过对象时会发散。在这种情况下，超声波的波束保持未聚焦。通过将取决于位置的时间延迟引入换能器的激活，能够使波束的波阵面会聚在期望的点处，该点被称为聚焦区。聚焦区被定义为其中横向波束宽度小于发射波束宽度的一半的点。通过这种方式，提高了最终的超声图像的横向分辨率。

例如，如果时间延迟引起换能器元件从最外面的元件开始串行激活并在换能器阵列的(一个或多个)中心元件处结束激活，则将在距探头给定距离处形成聚焦区，其与(一个或多个)中心元件在一条线上。聚焦区与探头的距离将根据换能器元件激活的每个后续回合之间的时间延迟而变化。在波束通过聚焦区之后，它将开始发散，从而形成远场成像区域。应当注意，对于位于靠近换能器阵列的聚焦区，超声波束将在远场中迅速发散，从而导致最终的图像中的波束宽度伪影。通常，由于超声波束中的大量重叠，位于换能器阵列与聚焦区之间的近场示出的细节很少。因此，改变聚焦区的位置能够引起最终的图像的质量的显著变化。

应当注意，在发射模式中，除非将超声图像划分成多个聚焦区(多个聚焦区中的每个聚焦区可能具有不同的发射焦点)，否则只能定义一个焦点。

另外，在从对象内部接收到回波信号时，能够执行上述过程的逆过程，以便执行接收聚焦。换句话说，传入的信号可以被换能器元件接收并且在被传递到系统中以用于信号处理之前经受电子时间延迟。这种情况的最简单的示例被称为延迟和求和波束形成。能够根据时间来动态调整换能器阵列的接收聚焦。

现在来看波束转向的功能，通过对换能器元件正确施加时间延迟，能够在超声波束离开换能器阵列时对超声波束赋予期望的角度。例如，通过激活换能器阵列的第一侧上的换能器并且然后在阵列的相对侧处以序列结束其余的换能器，波束的波阵面将朝向第二侧形成角度。相对于换能器阵列的法线的转向角的大小取决于随后的换能器元件激活之间的时间延迟的大小。

另外，能够聚焦经转向的波束，其中，被施加到每个换能器元件的总时间延迟是聚焦时间延迟和转向时间延迟这两者之和。在这种情况下，换能器阵列被称为相控阵。

在要求DC偏置电压以用于其激活的CMUT换能器的情况下，换能器控制器18能够被耦合以控制针对换能器阵列的DC偏置控件45。DC偏置控件45设置被施加到CMUT换能器元件的(一个或多个)DC偏置电压。

对于换能器阵列的每个换能器元件，通常被称为通道数据的模拟超声信号通过接收通道而进入系统。在接收通道中，微波束形成器12根据通道数据来产生部分波束形成的信号，该部分波束形成的信号然后被传递到主接收波束形成器20，在主接收波束形成器20中，来自换能器的个体拼片的部分波束形成的信号被组合成完全波束形成的信号(其被为射频(RF)数据)。在每个阶段执行的波束形成可以如上所述地执行，或者可以包括额外的功能。例如，主波束形成器20可以具有128个通道，其中的每个通道从几十个或数百个换能器元件的拼片接收部分波束形成的信号。通过这种方式，由换能器阵列的数千个换能器接收的信号能够有效地贡献于单个波束形成的信号。

波束形成的接收信号被耦合到信号处理器22。信号处理器22能够以各种方式处理所接收的回波信号，这些方式例如为带通滤波；抽取；I和Q分量分离；以及谐波信号分离，其用于分离线性信号与非线性信号，从而能够识别从组织和微泡返回的非线性(基频的高次谐波)回波信号。信号处理器还可以执行额外的信号增强，例如，散斑减少、信号复合和噪声消除。信号处理器中的带通滤波器能够是跟踪滤波器，当从越来越深的深度接收回波信号时，跟踪滤波器的通带会从较高的频带滑动到较低的频带，从而抑制来自较大深度的较高频率的噪声(其通常没有解剖信息)。

用于发射的波束形成器和用于接收的波束形成器以不同的硬件来实施并且能够具有不同的功能。当然，接收器波束形成器的设计要考虑到发射波束形成器的特性。为了简化，在图1中仅示出了接收器波束形成器12、20。在整个系统中，还将有发射链，其包含发射微波束形成器和主发射波束形成器。

微波束形成器12的功能是提供对信号的初始组合，以便减少模拟信号路径的数量。这通常是在模拟域中执行的。

最终的波束形成是在主波束形成器20中完成的，并且通常是在数字化之后完成的。

发射通道和接收通道使用具有固定频带的相同换能器阵列6。然而，发射脉冲占据的带宽能够根据所使用的发射波束形成而变化。接收通道能够捕获整个换能器带宽(这是经典方法)，或者通过使用带通处理，这样它只能提取包含期望信息(例如，主谐波的谐波)的带宽。

然后，可以将RF信号耦合到B模式(即，亮度模式或2D成像模式)处理器26和多普勒处理器28。B模式处理器26对所接收的超声信号执行幅度检测，以对身体中的结构(例如，器官组织和血管)进行成像。在逐行成像的情况下，每行(波束)均由相关联的RF信号表示，其幅度用于生成要被分配给B模式图像中的像素的亮度值。图像内的像素的确切位置是通过沿着RF信号的相关联的幅度测量的位置以及RF信号的行(波束)数来确定的。如美国专利US6283919(Roundhill等人)和美国专利US 6458083(Jago等人)所述，这样的结构的B模式图像可以以谐波图像模式或基波图像模式或这两者的组合形成。多普勒处理器28处理因组织移动和血液流动所引起的在时间上不同的信号以用于检测移动的物质(例如，图像场中的血细胞流)。多普勒处理器28通常包括壁滤波器，其参数被设置为使得通过或拒绝从身体中的选定类型的材料返回的回波。

由B模式处理器和多普勒处理器产生的结构信号和运动信号被耦合到扫描转换器32和多平面重新格式化器44。扫描转换器32以期望的图像格式以回波信号被接收时的空间关系布置回波信号。换句话说，扫描转换器用于将RF数据从圆柱坐标系转换到适合于在图像显示器40上显示超声图像的笛卡尔坐标系。在B模式成像的情况下，给定坐标处的像素的亮度与从该位置接收到的RF信号的幅度成比例。例如，扫描转换器可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式或金字塔形的三维(3D)图像。扫描转换器能够在B模式结构图像上覆盖与图像场中的各个点处的运动相对应的颜色，在这些点处的多普勒估计速度产生给定的颜色。组合的B模式结构图像与彩色多普勒图像描绘了结构图像场内的组织运动和血液流动。如美国专利US 6443896(Detmer)所述，多平面重新格式化器将将从身体的体积区域中的公共平面中的点接收到的回波转换成该平面的超声图像。如美国专利US46530885(Entrekin等人)所述，体积绘制器42将3D数据集的回波信号转换成如从给定的参考点所观看到的投影的3D图像。

2D图像或3D图像从扫描转换器32、多平面重新格式化器44和体积绘制器42被耦合到图像处理器30以用于进一步增强、缓冲和临时存储以供在图像显示器40上进行显示。成像处理器可以适于从最终的超声图像中移除一些成像伪影，例如：因强衰减器或折射所引起的声影；例如因弱衰减器所引起的后增强；例如高度反射的组织界面紧邻的位置处的混响伪影等。另外，图像处理器可以适于处理某些散斑减少功能，以便提高最终的超声图像的对比度。

除了用于成像之外，由多普勒处理器28产生的血流值和由B模式处理器26产生的组织结构信息还能够被耦合到量化处理器34。除了结构测量结果(例如，器官大小和胎龄)之外，量化处理器还产生对不同流量状况的度量(例如，血流的体积速率)。量化处理器可以从用户控制面板38接收输入(例如，在图像的解剖结构中要进行测量的点)。

来自量化处理器的输出数据被耦合到图形处理器36，以用于在显示器40上将图像与测量图形和测量值一起再现并且用于从显示设备40进行音频输出。图形处理器36还能够生成图形叠加物以用于与超声图像一起显示。这些图形叠加物能够包含标准识别信息(例如，患者姓名)、图像的日期和时间、成像参数等。为此，图形处理器从用户接口38接收输入(例如，患者姓名)。用户接口还被耦合到发射控制器18，以控制从换能器阵列6发生的超声信号生成并因此控制由换能器阵列和超声系统产生的图像。控制器18的发射控制功能仅仅是所执行的功能之一。控制器18还考虑到(由用户给定的)操作模式以及接收器模数转换器中的对应需要的发射器配置和带通配置。控制器18能够是具有固定状态的状态机。

用户接口还被耦合到多平面重新格式化器44，以用于选择和控制多幅多平面重新格式化(MPR)图像的平面，该平面可以用于在MPR图像的图像场中执行量化的测量。

图2图示了介入设备120内部的超声收发器110，其中仅示出了介入设备120的中空部分(其也可以被称为管腔或介入设备管腔)。介入设备120通常是适合于插入对象的感兴趣区域或对象的解剖区域的设备，并且例如可以包括但不限于内窥镜、导管或针。这样的介入设备的中空部分能够包括(例如在介入设备的远端处的)开口125。在图2中，超声收发器110与开口125相距一定距离114。超声收发器110能够通过改装设备130移动通过介入设备120。超声收发器110可以是改装设备的部分。改装设备130可以是另一细长介入设备，例如，具有比介入设备120的管腔内径更小的直径的导丝或导管。

超声收发器110能够发射诸如脉冲111之类的超声信号，并且还能够接收所发射的超声脉冲111的超声回波112。图3示出了示例性回波，该示例性回波包括：当超声收发器110处于与设备120内的开口相距距离d的位置(图2中的114)时，在收发器在时间250时已经发射了超声脉冲112之后，根据时间(水平轴或x轴)的呈由收发器110接收的超声强度或幅度(垂直轴或y轴)的图形200的形式的信号。在该位置中，所发射的脉冲111被介入设备的管腔的壁所反射，并且在管腔的壁之间继续来回反射多次，最终衰减并通过开口125逸出。结果，在图形200中由黑色三角形示意性表示的超声回波112在脉冲111被发射之后以相对较短的延迟时间113跟随发射实例250，并且具有如由相对较大的初始幅度116表示的相对较高的强度，该初始幅度116在衰减时间117上相对缓慢地衰减或减弱。

图4图示了如图2所示的介入设备120的相同部分，但是其中超声收发器110沿着介入设备120进一步移动以被定位在开口125处或靠近开口125。因此，在这种情况下，距离114为零(为了提高清晰度，没有具体指示距离)。当超声收发器110与开口125之间的距离114小于开口125的直径118(参见图2)时，可以认为超声收发器110靠近开口125。

在一些实施例中，超声收发器包括集成的超声发射器和接收器。在这样的情况下，驱动相同的元件以将驱动信号转换成所发射的超声并根据接收到的超声生成接收信号。为了能够简化对发射与接收之间的延迟时间的确定，可以为超声提供具有相对较短的脉冲持续时间的脉冲形式，并且控制器可以被配置为生成引起这样的超声脉冲的驱动信号。例如，脉冲或驱动信号波形可以基本上是矩形的。然而，也可以使用诸如正弦或三角形之类的其他波形。优选地，持续时间短于最短延迟时间(例如，延迟时间112)，但这本身并不是必需的。

额外地或替代地，超声收发器包括超声发射器，超声发射器能够与收发器中的超声接收器分开驱动。这允许同时和/或连续地发射和接收超声。在这样的情况下，优选地，接收器被定位在改装设备上，使得当发射器和接收器都位于介入设备的中空部分内时，接收器比发射器更靠近介入设备的开口并且/或者在发射器之前移出开口。通过这种方式，接收器信号回波可以为介入设备的开口定位提供更准确的指示。

图5示出了类似于图3所示的内容的时间依赖性超声强度图形400，但是现在针对当超声收发器110位于图4所示的位置时在时间450时发射脉冲111时接收的超声回波。在这个位置中，介入设备的壁仍然在收发器附近，事实上，它处于与图2的情形所示的距离相当的距离。因此，回波112’以与时间延迟113相当的时间延迟113’被接收。而且，由幅度116’表示的初始强度与图3的幅度116相当，但是由于发射信号的较大部分在发射后直接通过开口逸出，初始强度可能略微更小。与在图2中的情形一样，收发器在开口处的定位也可以引起更少的来回反射，并且与衰减时间117相比，回波112’因此可以具有更短的衰减时间117’，即，回波112’可以比回波112减弱得更快。

图7示出了类似于图3和图5所示的内容的又一时间依赖性超声强度图形600，但是现在针对当超声收发器110移动超出在图6所示的位置处的开口时在时间650时发射脉冲111时接收的超声回波。在这种情况下，收发器在设备120的外部。在该位置中，发射脉冲111必须进一步行进以被管腔的壁反射，回波必须进一步行进以被超声收发器110接收，并且来自发射脉冲111的大部分声能在其能够被再次反射和/或接收之前逸出。因此，回波112”现在以相对较大的延迟时间113”被接收，即，延迟时间113”通常比延迟时间113和113’更长，并且具有由更小的初始幅度116”表示的更小的初始强度。而且，脉冲在壁上的来回反弹大大减少，并且这使得衰减时间117”通常比衰减时间117和117’更短，使得初始幅度116”比回波112和112’的初始幅度减弱得更快。

图2至图7示出了接收回波的特性中的一个或多个特性(例如，延迟时间)，初始幅度和衰减时间根据超声收发器110在超声信号的发射期间关于设备120的开口的定位情况而有所不同，例如根据收发器何时在介入设备120的管腔内部，在介入设备120的开口125处或在介入设备120外部而有所不同。当超声收发器110在设备120内朝向开口移动时，接收回波112的初始幅度可以缓慢减小；但是当超声收发器110在设备外部时，接收回波112的初始幅度随着距开口的距离增加而减小得更多。根据这样的移动，随着超声收发器110从介入设备120内部移动到接近开口125的地方并最终穿过开口并通过开口突出到设备120外部，接收回波112的衰减时间减少。随着超声收发器110移出并远离介入设备120，发射脉冲111与对应的接收回波112之间的时间延迟增加。

因此，接收到的超声回波能够用于确定相对位置，例如，收发器关于开口的距离d，或者表示超声收发器110关于介入设备120的开口125的这样的距离的距离。额外地或替代地，接收到的超声回波可以用于至少确定超声收发器110是在介入设备120的管腔内部，在介入设备120的开口125处或靠近介入设备120的开口125，还是在介入设备120外部。在一些实施例中，当超声收发器在管腔内部并且在开口的(在管内部测量的)阈值距离内时，接收到的超声回波可以用于确定超声收发器距介入设备的开口的距离或位置。阈值距离可以是用户定义的、固定的或以其他方式设置的。

图8图示了一组图形710至760，它们示出了在玻璃毛细管内部，在玻璃毛细管的开口处和在玻璃毛细管外部使用多普勒导丝(在这种情况下为Volcano 

)测量的超声脉冲回波，以证明该构思的正确性。在这种情况下，玻璃管将类似于介入设备120，并且

将充当改装设备130示例。

是直径为0.014英寸的导丝，在尖端具有甜甜圈形的12MHz压电元件作为超声收发器110，并且连接到用于操作收发器的Panametrics NDT5800脉冲发生器/接收器。玻璃毛细管和

浸没在水中以模拟对象的介质。

图形710至760伴随有照片715至765，照片715至765示出了与每个图形相对应的

的尖端关于玻璃毛细管的开口的位置。导丝的尖端包括超声收发器。

由于设置和例如超声换能器的电驱动器的硬件限制，每个图形710至760的前三微秒由振铃伪影和放大器饱和恢复所主导。然而，在每个图形中在三微秒后接收到的回波数据根据

尖端是在玻璃毛细管内部，在玻璃毛细管的开口处或靠近玻璃毛细管的开口，还是在玻璃毛细管外部而显示出明显的差异。随着用于驱动收发器的电子器件的改进，该差异会更加明显，并且伪影会减少。然而，测量数据清楚地示出了这一构思。在控制器和系统的实施例中，控制器可以被配置为对接收信号进行滤波以选择表示超声回波的信号的部分。因此，控制器可以被配置为消除振铃效应。

图9图示了一组图形810至880，它们示出了当改装设备130被定位在不锈钢针(介入设备)内，在不锈钢针(介入设备)的开口处和在不锈钢针(介入设备)外部时从多普勒导丝(例如，

)收集的脉冲回波数据，以进一步证明构思。该装置与图8所示的用于收集数据的装置基本相同，不同之处在于用不锈钢针替换了玻璃毛细管。

图形810至880伴随有照片对815至885，照片对815至885示出了与本文之前关于与每个图形相对应的不锈钢针的第一开口所描述的相同的

的尖端的位置。针现在充当介入设备的示例，同时导丝再次充当改装设备的示例。由于

的尖端在不锈钢针内部时无法看到它，因此照片对示出了不锈钢针的两端，从而允许看到从不锈钢针的两个开口突出的

的量。

同样，根据

尖端是在不锈钢针内部，在不锈钢针的开口处或靠近不锈钢针，还是在不锈钢针外部，在图形810至880中测量的回波显示出明显的差异。

图10图示了根据本发明的实施例的用于确定超声收发器910关于介入设备925的中空部分920内的开口的相对位置的系统900的图解。介入设备925包括作为中空部分的管腔920。介入设备可以例如具有如参考图2所描述的中空部分。管腔是通常用于插入对象的感兴趣区域的设备的部分，其中，远侧开口125也插入该区域。该示例中的介入设备在管腔的另一端处还具有近侧开口，使得改装设备可以在介入设备内滑动。介入设备925可以是适合于插入对象的介入设备，例如，导管或注射器的针等。

系统900包括超声收发器910，作为用于发射和接收超声辐射的改装设备950的部分。改装设备例如可以是多普勒导丝(例如，上文所述的

)或能够移动通过中空部分并包括收发器的任何其他设备。在图10中，能够看到改装设备950部署在管腔中，使得改装设备950在近侧开口处进入管腔并且在远侧开口处以其尖端略微延伸到设备920外部。能够例如通过操纵改装设备950将超声收发器910移动通过介入设备的远侧开口125，改装设备950被滑动地设置在介入设备的管腔内并且在需要时能够通过使改装设备缩回通过远侧开口并随后缩回通过近侧开口来完全移除。

该系统包括包含处理器电路940的设备。另外，优选地作为设备的部分，该系统可以包括控制器930。该设备可以用于如本文所描述的那样生成相对位置的指示。

一旦收发器控制器930已经确定了超声收发器910关于介入设备920的开口的相对位置，数据处理器就可以向显示设备940发送所确定的相对位置或相对位置的指示。以这种方式，可以向系统900的用户提供允许用户调整超声收发器910的相对位置以实现关于介入设备920的开口的期望的相对位置的信息。

控制器930可以包括电信号生成器和/或电信号测量器，所述电信号生成器和/或电信号测量器被配置为处理、提供和/或检测电信号(包括例如电压和电流)。所述电信号生成器和/或电信号测量器例如通过改装设备950经由布线或经由本领域已知的无线使能的通信被通信性连接到收发器。通过这种方式，控制器930能够向收发器提供信号，以使收发器发射超声并且/或者从收发器接收由超声回波生成的接收信号。收发器控制器具有必要的电子器件(例如，信号生成器等)以及信号处理器(例如，ADC等)，以生成收发器驱动信号并测量或收集收发器回波信号。收发器控制器930还经由合适的数据链路被连接到处理器电路940，处理器电路940继而与用户接口990通信性连接。用户接口优选地包括一个或多个输入设备，例如：键盘、触摸屏、鼠标、操纵杆、麦克风，以便用户向系统提供命令。处理器电路和控制器因此能够互通数据、信号和/或传达指令948。例如，处理器电路被配置为控制控制器，进而操作收发器。这可能是由用户提供给处理器电路并由用户接口990传达给处理器电路的命令948的结果。用户接口还包括一个或多个音频或视频/图像输出设备(例如，用于处理器电路和系统的扬声器和/或显示器)，以输出由处理器电路940生成的结果945，其中，该结果包括对收发器关于介入设备远侧开口的定位的指示。

图11是根据本公开内容的实施例的处理器电路940的图解。处理器电路940可以被实施在设备和/或系统中和/或例如被部分实施在改装设备中。处理器电路能够执行本文描述的一个或多个步骤。处理器电路940包括处理器1104，处理器1104经由合适的数据总线与输入部1102和输出部1106通信性连接，输入部1102被配置为从控制器930接收数据，输出部1106被配置为向用户接口990提供处理结果。处理器电路还包括用于与控制器930通信的连接，以使控制器930在处理器电路的控制下操作收发器。在实施例中，这些连接和输入部1102可以是一个集成的I/O接口的部分，但是这不是必需的。类似地，处理电路优选地还包括用于与用户接口990通信的连接，并且这些连接同样可以是也包括输出部1106的另外的集成的I/O接口的部分，但是这同样不是必需的。各种输入部或输出部可以被包括在通信模块中，该通信模块能够包括任何电子电路和/或逻辑电路，以促进处理器电路、控制器或收发器和/或包括例如显示器的用户接口之间的直接或间接数据通信。在这方面，通信模块能够是输入/输出(I/O)设备。在一些实例中，通信模块促进处理器电路和/或系统的各种元件之间的直接或间接通信。

所述系统、设备或处理器电路利用处理器来执行数据处理。处理器能够用软件和/或硬件以多种方式实施，从而执行所要求的各种功能。处理器通常采用一个或多个微处理器，这一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所要求的功能。处理器可以被实施为执行一些功能的专用硬件与执行其他功能的一个或多个经编程的微处理器和相关联的电路的组合。处理器可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、ASIC、控制器、FPGA、另一硬件设备、固件设备或它们的任意组合，它们被配置为执行本文描述的操作。处理器也可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其他这样的配置。

处理电路1100可以并且优选地具有用于存储的存储器1108(易失性存储器)或存储指令1110的存储器1108(永久存储器)，所述指令1110用于处理从控制器接收的数据915，以确定如本文所述的收发器的定位的指示。存储器经由合适的数据总线与数据处理器通信性连接。

存储器可以包括高速缓冲存储器(例如，处理器的高速缓冲存储器)、随机存取存储器(RAM)、磁阻RAM(MRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、固态存储设备、硬盘驱动器、其他形式的易失性和非易失性存储器或者不同类型的存储器的组合。在实施例中，存储器包括非瞬态计算机可读介质。非瞬态计算机可读介质可以存储能够由处理器运行的指令或代码。例如，存储器或非瞬态计算机可读介质可以具有存储或记录在其上的程序代码，该程序代码包括用于使得系统、设备、处理器电路或处理器电路的一个或多个部件(例如，数据处理器)执行本文描述的操作的指令。例如，处理器电路能够运行参考例如本文描述的方法描述的操作。指令也可以被称为代码或程序代码。术语“指令”和“代码”应被广义地解读为包括任何类型的(一个或多个)计算机可读语句。例如，术语“指令”和“代码”可以指一个或多个程序、例程、子例程、函数、过程等。“指令”和“代码”可以包括单个计算机可读语句或多个计算机可读语句。其上记录有代码的存储器可以被称为计算机程序产品。

超声收发器910被配置为从控制器930接收驱动信号，超声收发器910将驱动信号转换成发射的超声并且根据接收到的超声来生成接收信号915，该接收信号能够由控制器来收集。因此，在实施例中，接收信号915可以包括介入设备的回波，因为当如本文所解释的那样收发器与介入设备结合使用时，收发器发射超声。在这样的情况下，接收信号915可以包括由收发器910进行的超声发射的回波，该回波指示相对位置，即，收发器关于介入设备的近侧开口的位置。

然后，包括指示相对位置的回波信息的接收信号或其部分作为合适的数据格式的数据被发送到处理器电路。生成具有合适的数据格式的数据可能需要控制器将信号从例如模拟信号变换为数字信号，并且/或者可能包括其他处理。然而，处理器电路能够使用的任何数据格式都可以起作用。

因此，处理器电路940包括用于接收包括回波信息的数据的输入部1102，并且数据处理器被配置为处理接收到的数据，以使用接收到的数据中的回波信息来确定超声收发器910关于介入设备925的开口的相对位置。在实施例中，数据处理器还被配置为生成包括位置指示的结果，该结果能够经由输出部1106来输出。在实施例中，用户接口包括一个或多个设备(例如，显示器)，以用于将结果提供给用户(例如，患者或医学从业人员)。

经由输入部1102接收的数据935可以包括和/或表示一个或多个完整的接收信号，每个接收信号是在发射脉冲之后生成的。在这样的情况下，数据处理器可以获得所有回波信息。替代地或额外地，数据可以仅包括这样的接收信号的时间段，使得数据仅包含回波的某些时间段作为回波信息。在这样的情况下，数据处理器只能获得部分回波信息，使得在可以减少数据处理的同时仍然能够确定定位。在另一示例中，数据仅包括接收信号中的回波的一个或多个特性作为回波信息，这将在下文中进一步解释。一个或多个特性可以包括例如回波的延迟时间、回波的初始幅度和回波的衰减时间中的一项或多项。

数据处理器可以被配置为在数据935中识别一个或多个超声回波。用于这样的识别的方法对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且例如可以涉及在数据内包括的接收信号915中识别一个或多个节段，在这些节段中，接收信号915的幅度高于阈值(例如，固定的、用户确定的或(由处理器电路或系统)自动设置的阈值)。当数据包括呈电信号瞬变形式的部分或全部接收信号时，这是有利的。

用于确定超声收发器910的相对位置的所识别的一个或多个回波的一个或多个特性可以包括以下各项中的至少一项：所识别的一个或多个回波的幅度、所识别的一个或多个回波的幅度响应，和/或超声发射与接收信号中的对应回波之间的延迟时间，和/或指示相对位置的所识别的一个或多个回波的一些其他合适的一个或多个特性。所识别的一个或多个回波的幅度响应或衰减时间例如可以是所识别的一个或多个回波的长度或所识别的一个或多个回波的减弱速度的度量。如上所述，这些特性可以提供对超声收发器是在介入设备920内部、在开口处或开口附近还是在介入设备920外部的指示。

处理器电路或处理器被配置为从接收到的数据935中提取一个或多个回波特性，这些特征指示收发器的相对位置。在实施例中，这样的特性包括部分回波信号或整个回波信号或回波幅度、初始回波幅度、回波时段、回波幅度衰减率和/或回波延迟时间。在前文中已经定义了这些特性。

在一些实施例中，数据处理器930被配置为通过将一个或多个回波特性与一个或多个对应的参考值进行比较来确定相对位置。这些参考值可以经由合适的校准流程来确定，所述校准流程是利用对象的感兴趣区域外部的介入设备和超声收发器在其中的感兴趣区域与真实对象的感兴趣区域相似的模型中进行的，或者是简单地利用感兴趣区域外部的介入设备和收发器来进行的。在这样的校准中，可以根据收发器关于介入设备的一个或多个开口的预定义的已知定位来确定和设置参考值。这样的与相对位置相关的参考值可以被存储在查找表中，数据处理器稍后检索该参考值并且使用该参考值在识别出某些特性并将其与在查找表中存储的数据进行比较之后进行定位确定。查找表可以被存储在诸如存储器1110之类的存储器中，以供数据处理器使用。

例如，在接收到的数据内包括的回波特性中的一个或多个回波特性可以与超声收发器在位于介入设备的开口(例如，远侧开口)处时预期的对应参考值进行比较。在这样的情况下，数据处理器可以被配置为例如当接收到的数据中的特定回波特性具有与参考值基本相同的值时(即，来自接收数据的测量值与参考值没有实质上的不同时)确定超声收发器在开口处或靠近开口。例如，幅度可以具有相同或相似的幅值，衰减率可以相同或相似，使得衰减轮廓相同或相似；如前文所提到的特性时间段可以具有相等或相似的持续时间等。例如，回波时段可以用于这方面。此外，数据处理器可以被配置为例如当在接收到的数据中的特定回波特性与参考值不同时确定超声收发器在介入设备内部。例如，该差异可以使得在这样的情况下回波时段更长。而且，在这样的情况下，幅度衰减率可以更低。在这样的情况下，接收到的数据中的回波的初始幅度可能稍微更高。

替代地或额外地，数据处理器可以被配置为当在接收到的数据中的特定回波特性不同于参考值时确定超声收发器在介入设备外部。例如，该差异可以使得在这样的情况下回波时段更短。而且，在这样的情况下，幅度衰减率可以更高并且/或者初始幅度可以更低并且/或者延迟时间可以更长。

可以为这些差异(或相似性)设置阈值，以便确定何时将差异或相似性视为显著或实质性的。这可以用于设置例如定位确定的准确度。

在上文中，参考值被描述为与收发器在开口处或靠近开口时的情形有关。然而，替代地或额外地，能够使用其他参考定位。针对特性的多个这样的参考值可以用于比较。在实施例中，数据处理器可以被配置为确定指示相对定位的距离测度。例如，对应的测量特性和参考特性之间的特定差异的量值能够被转化成这种测度的值。在示例中，执行校准以提供多个参考值，每个参考值是在不同的已知预设的相对距离处获得的。多个参考值和距离数据对可以充当校准数据，数据处理器能够使用该校准数据来比较测量的特性并根据该比较来检索距离定位。这可以通过例如回归等来完成。校准数据可以原样或以趋势或回归线的形式被存储在存储器中，以供数据处理器使用。例如，回波时段可以用于这个目的。

在这些实施例中，所使用的一个或多个参考值可以取决于介入设备管920的材料和/或设计(例如，直径形式的尺寸)，并且数据处理器934还可以适于接收与介入设备920的这种材料和/或尺寸相对应的用户输入(图10中未示出)。还可以通过用户输入来提供与对参考值有影响的改装设备和介入设备的特定选择相关联的其他特性。替代地或额外地，这样的值可以经由(如前文所描述的)预定的校准数据来检索，所述预定的校准数据必须被上传到处理电路或其他存储器中，以供电路和数据处理器访问。在另一替代方案中，在使用该系统之前，执行校准运行以生成校准数据。

在其他实施例中，接收到的数据935包括多个回波的回波特性，并且数据处理器被配置为通过将多个回波中的第一回波的回波特性中的一个或多个回波特性与多个回波中的至少一个其他回波的一个或多个对应回波特性进行比较来确定相对位置，其中，至少一个其他回波是在第一回波之前记录的。换句话说，数据处理器可以通过检测一个或多个特性的变化来确定相对位置。

在前文描述的实施例和示例中，可以周期性地或者甚至实时地(具有计算时间延迟)执行确定。这样的相对定位确定的指示(无论是仅仅根据在开口内部/外部/在开口处或靠近开口，还是利用如上文所描述的距离测度)都可以被额外地周期性地或实时地(在确定后立即)提供给用户。这将允许用户在(经由改装设备)操纵收发器以将其朝向期望的相对位置移动时跟随用户的动作的效果。因此，用户可能能够跟随超声收发器如何移动通过管腔920而到达期望的位置。换句话说，随着介入设备内的超声收发器移动靠近介入设备的开口，来自超声收发器的超声发射的更多声能通过开口逸出。因此，与前面的回波相比，回波长度的减小或回波衰减的加快(或依赖于移动的回波的任何其他特性(参见上文))可以指示介入设备内部的超声收发器正在接近开口。

在另一示例中，当与对应于接收信号915和接收数据935中的先前回波的超声发射的延迟时间相比时，通过检测对应于接收信号915(以及因此接收数据935)中的最新的回波的超声发射之间的延迟时间的变化，数据处理器940可以确定超声收发器910已经经过了介入设备925的开口，并且现在在介入设备外部。当超声收发器移出介入设备并离开开口时，来自超声收发器的超声发射必须进一步行进以被介入设备的内壁反射，并且必须进一步行进以便再次被超声收发器接收。因此，延迟时间的增加可以指示超声收发器正进一步突出到介入设备的开口之外。

在这些实施例中，当超声收发器910具有关于介入设备925的开口的已知相对位置时，接收信号915和接收数据935中的多个回波中的至少一个回波可能已经被接收。例如，当已知超声收发器位于介入设备925的管腔内部时，接收信号915中的最早的回波可能已经被接收。

数据处理器可以被配置为经由用户接口接收对如在本文中所述的任何方法和任何处理电路中确定的期望的相对位置的指示。数据处理器能够被配置为：将该期望的相对位置与实际的相对位置进行比较，并且经由用户接口向用户提供差异的反馈，并且数据处理器可以被配置为生成当已经到达这样的期望位置时要由接口提供给用户的信息信号。这样的信息信号可以是针对由具有合适的设备(例如，扬声器、触觉反馈设备和/或显示器)的用户接口提供的视觉、触觉和/或听觉指示的信息信号。一个优选示例是使用显示设备来显示指示。

例如，用户接口990可以向用户提供超声收发器910位于介入设备925的管腔内部的指示。然后，用户可以使得超声收发器910沿着管腔进一步移动，以便到达介入设备925的开口。一旦移动了超声收发器，数据处理器940就可以基于与新的位置相对应的超声回波来确定超声收发器的新的相对位置。

在一些实施例中，系统900还可以包括改装设备950，改装设备950可以用于将超声收发器910移动通过介入设备925。改装设备950可以是直径小于介入设备925的管腔内径的导丝或导管，或者适合于将超声收发器910移动通过介入设备925的任何其他细长介入设备。超声收发器910可以被附接到改装设备950的一端。例如，超声收发器910可以被附接到导丝或导管的尖端。

在一些实施例中，改装设备可以包括超声收发器910与收发器控制器930之间的有线连接的部分。

在一些实施例中，系统900还可以包括夹具960，夹具960用于将超声收发器910锁定在关于介入设备925的开口的固定位置。夹具960可以例如被附接到介入设备925，例如被附接到介入设备925的鲁尔锁，并且超声收发器910和改装设备950可以通过夹具960插入到介入设备925的管腔中。

响应于相对位置不是系统900的用户所期望的相对位置，夹具960可以发生脱离以允许超声收发器910例如移动到期望的相对位置。

例如在使用介入设备对对象进行进一步处置期间，响应于相对位置是期望的相对位置，夹具960可以被接合以锁定改装设备950，因此接合被附接到改装设备950的超声收发器910而使其保持在期望的相对位置。例如，期望的相对位置能够使得超声收发器在介入设备925的尖端处的远侧开口(例如，针孔或导管尖端或内窥镜尖端)或靠近介入设备925的尖端处的远侧开口(例如，针孔或导管尖端或内窥镜尖端)。

期望的相对位置可以是例如当已知超声收发器910在介入设备920内部时，随着超声收发器从介入设备内部朝向设备的开口移动，一个或多个回波的一个或多个特性第一次显示与一个或多个回波的一个或多个特性的差异的位置。

在另一示例中，期望的相对位置可以是当已知超声收发器910在介入设备920内部时，随着超声收发器从介入设备内部朝向设备的开口移动，刚好在一个或多个回波的一个或多个特性第一次显示与一个或多个回波的一个或多个特性的差异之前的位置。系统的用户可以通过以下操作来将超声收发器910放置在该位置中：将超声收发器910移动通过介入设备920的管腔，直到检测到一个或多个回波的一个或多个特性的变化，然后稍微缩回超声收发器。

在又一示例中，期望的相对位置可以被确定为在位置范围的中间，在该位置范围上，随着超声收发器910从介入设备920内部移动到介入设备外部，一个或多个回波的一个或多个特性发生变化。例如，这可以通过以下操作来确定：将超声收发器910移动通过介入设备920的管腔，直到检测到一个或多个回波的一个或多个特性的变化，然后继续将超声收发器910移动通过介入设备920的开口并远离介入设备，直到检测到进一步移动超声感测系统910不再引起一个或多个回波的一个或多个特性的变化。超声收发器系统910然后可以缩回到位置范围的中点，在该位置范围上检测到一个或多个回波的一个或多个特性的变化。

包括改装设备950、介入设备925、控制器930、处理电路940和任选的接口990的系统可以与如部分参考图1所描述的US成像装置结合使用。该系统和装置可以是分离的实体，但是，替代地且有利地，该系统和装置也可以被完全集成或部分集成。在这样的情况下，该装置被认为集成在系统900中。

因此，在一些实施例中，系统900还可以包括超声成像探头970，超声成像探头970被配置为：发射和接收超声成像波束，并且经由有线或无线方式被通信性连接到超声成像控制器980。当系统被集成时，控制器930和980可以例如被集成在一个具有两种功能的控制器中。对于这样的集成控制器，可以有适当的连接接口以用于连接改装设备和US成像探头。可以有一个以上的改装设备和/或一个以上的US成像探头能连接到相应的控制器或集成控制器。

在实施例中，超声成像探头970是外部US成像探头，即，被配置用于在对象外部使用。注意，也可以使用其他US成像探头，例如，能够在对象内部使用的内部成像探头。这样的内部探头的示例是TEE或ICE US探头。这些探头在本领域中是众所周知的，并且本文将不再对其进行详细描述。该系统的US成像探头的一个重要功能是它能够对对象的感兴趣区域进行成像。外部探头970将被用作示例来描述它可以如何与改装设备950和介入设备925的整体一起工作。

因此，用户可以使用具有介入设备、改装设备和US成像探头和控制器的系统来引导他，同时将介入设备的部分带到对象中的期望定位。其中的改装设备的收发器可以充当能够由US成像系统定位的跟踪工具。因此，难以利用US成像进行跟踪的现有介入设备可以被改装为至少暂时(当它们与改装设备在一起时)能用US成像观察到。此外，一旦已经到达这样的期望定位，就可以移除改装设备，同时将介入设备保持在期望定位处。因此，改装可以节省介入设备的制造成本并且/或者可以在介入流程期间有益于US成像的使用，其中，使用了难以利用US成像进行跟踪的现有介入设备。

因此，在系统的实施例中，US探头970和US成像控制器980能够在超声收发器910插入对象时定位超声收发器910在对象体内的位置。这可以例如在收发器在介入设备925的开口(例如，这样的设备的尖端)处或者靠近介入设备925的开口(例如，这样的设备的尖端)时完成。超声成像探头970然后可以用于通过确定收发器的定位来确定介入设备925的开口在对象体内的定位。

通过US成像系统跟踪US收发器或传感器在本领域中是已知的。虽然可以在其他地方找到对这样的方法和设备的更详细的描述，但是下面描述了示例性系统。

在实施例中，超声成像探头970可以发射由超声收发器910接收的超声成像波束，然后系统900被进一步配置为基于该US波束的特性来确定超声收发器910相对于超声成像探头970的位置。在这样的情况下，收发器910充当US跟踪传感器以用于感测US波束的部分。这些特征可以例如包括以下各项中的一项或多项：角度和/或US波束的发射和接收之间的时间。然后，波束的特性可以用于确定超声收发器910在超声成像探头970的成像平面中的位置，并且发射与接收之间的时间(即，波束的飞行时间)可以用于确定超声成像探头970与超声收发器910之间的距离。

任选地，超声收发器910可以被配置为US跟踪发射器，并且能够发射由超声成像探头970接收的超声波束。然后，系统900可以被配置为基于该US波束的特性(例如，角度和/或波束的发射和接收之间的时间)来确定超声收发器910相对于超声成像探头970的位置。

在一些实施例中，超声成像探头970可以发射不同角度的多个波束并且超声收发器910可以接收不同角度的多个波束，或者超声收发器910可以发射不同角度的多个波束并且超声成像探头970可以接收不同角度的多个波束，并且系统900可以被配置为基于多个波束中的最大接收幅度波束来确定超声收发器910相对于超声成像探头970的位置。最大接收幅度波束是多个波束中最接近连接超声收发器910与超声成像探头970的直线的波束，因此可以提供比多个波束中的任何其他波束更准确的超声收发器910的相对位置。

该系统可以确定多个波束中的哪个波束具有最大的接收幅度。用于确定多个波束中的最大接收幅度波束的方法对于技术人员来说是显而易见的。

在一些实施例中，系统900还可以包括连接到超声成像探头970、收发器控制器930和显示设备940的图像生成处理器980。在一些实施例中，收发器控制器930和图像生成处理器980可以包括单个处理器。

图像生成处理器980可以从超声成像探头970接收超声成像波束，其中，超声成像波束对应于由超声成像探头970发射到对象的区域中的超声成像波束的回波。对象的区域可以包括超声收发器910。图像生成处理器980可以根据接收到的超声成像波束来生成对象的区域的至少一幅超声图像，并且显示设备940可以从图像生成处理器980获得该至少一幅超声图像并且显示所述至少一幅超声图像。

图像生成处理器980还可以从收发器控制器930接收超声收发器910相对于超声成像探头970的确定位置，并且基于确定位置来提供对超声收发器910在至少一幅超声图像中/上的位置的指示。显示设备940可以从图像生成处理器980获得对超声收发器910在至少一幅超声图像中的位置的指示，并且显示该指示。

通过这种方式，系统900的用户可以容易地识别超声收发器910的位置，并因此识别介入设备920的开口(例如，导管或针的尖端)在所显示的超声图像内的位置，并且确定介入设备920是否在用于执行医学流程的正确位置中。

图12图示了用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置的计算机实施的方法1200，其中，该开口位于介入设备的管腔中。每个步骤可以表示由处理器执行的不同动作，并且可以由处理处理器的相应模块来执行。

方法1100从步骤1110开始，在步骤1110中，从超声收发器获得接收信号。接收信号响应于来自超声传感器的超声发射的回波。因此，接收数据可以包括回波信息。

在步骤1120处，在接收到的数据中识别超声发射的一个或多个回波。

在步骤1130处，确定超声收发器的相对位置。如前文中所指示的，基于所识别的一个或多个回波的一个或多个特性来确定相对位置。例如，一个或多个特性可以包括以下各项中的至少一项：所识别的一个或多个回波的幅度、所识别的一个或多个回波的幅度响应或衰减和/或超声发射与接收信号中的对应回波之间的时间延迟。

步骤1140是任选的，并且在该步骤中，将相对位置或相对位置的指示输出给用户。

应当理解，所公开的方法是计算机实施的方法。正因如此，还提出了包括计算机程序代码单元的计算机程序产品的构思，所述计算机程序代码单元当在具有处理系统的计算设备上被运行时使得处理系统执行任何描述的方法的所有步骤。

所描述的方法可以重复一次或多次，例如作为相对位置校准过程的部分。它可以用在校准过程中，在所述校准过程中，相对于接收数据或回波特性来校准相对位置。例如，图13示出了检查相对位置的步骤1320。这可以在相对位置已经被提供给用户之后由用户来完成。当相对位置没问题时，用户可以回答“是”的指示，而当相对位置有问题时，用户可以回答“否”的指示。如果是“否”的指示的情况，则用户可以(例如通过关于介入设备操纵改装设备来)重新调整相对位置。用户然后可以使得处理器电路重新运行步骤1310，以用于对相对位置的另一确定，如关于图12所解释的和前文描述的那样。这样的检查也可以是自动的。因此，当用户执行步骤1330来调整位置时，可以连续执行步骤1320和1310。如果提供给用户的指示是“没问题”，则用户可以使连续确定停止并且可以如前文所描述的那样固定相对位置。替代地或额外地，可能存在期望的参考相对位置。这可以是用户定义的。可以开始连续确定，直到用户执行步骤1330的操作而达到或超过参考值为止。该过程可以是自动的，因为处理器可以将确定的位置与参考位置进行比较，或者可以将这样的位置的特性与参考位置的对应特性进行比较，并且条件达到时自动进行到下一步骤，停止该流程并且/或者输出最终参考位置的指示。

该方法可以用作在对象的感兴趣区域内引导对介入设备导航的方法的部分。通过如本文中参考图1所描述的那样利用具有超声探头的超声系统跟踪收发器，知道如本文中定义的相对位置可以用于定位在感兴趣区域内的介入设备的开口(并且由此经由介入设备的几何属性也对除了开口以外的介入设备的至少部分进行定位)。在这样的情况下，收发器被确定为具有在开口外部但在距开口已知距离处的相对位置。例如，收发器可能靠近开口或在开口处，但刚刚好就在外部。通过这种方式，收发器可以用作发射超声的信标，该信标能够使用超声探头来跟踪或者用作无源传感器，该无源传感器能够记录由超声探头发射的信号以对超声探头进行定位。描述这两种技术中的任一种技术的参考文献能够在前文提供的其他地方找到。

图14图示了根据实施例的对超声图像1210的显示和对超声收发器910在超声图像1210中的位置的指示1220。

能够利用如前文所描述的用户接口(例如，显示设备940)进行显示。

可以利用如上文所描述的方法和系统及其部分来获得所显示的超声图像1210和指示1220。

指示1220包括在对应于超声收发器910在超声图像1010中的位置处叠加在超声图像1210上的标记。图像和标记可以基于标记在图像上的叠加，并且数据能够由数据处理器生成，以用于由用户接口的显示器进行显示。

根据对附图、公开内容和权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且词语“一”和“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供的或作为其他硬件的部分的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统进行分布。如果在权利要求书或说明书中使用了术语“适于”，则应当注意，术语“适于”旨在等同于术语“配置为”。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

总之，已经公开了用于确定超声收发器关于介入设备的开口的相对位置的系统和方法，其中，该开口在介入设备的管腔内。来自超声收发器的超声发射能够移动通过管腔和开口的至少部分，并被管腔的壁或边界反射。超声收发器可以接收超声发射的一个或多个回波，并且生成包括一个或多个回波的接收信号，并且将包括回波的一个或多个特性的接收数据发射到数据处理器。数据处理器被配置为：从接收数据中识别一个或多个特性，并且基于这一个或多个特性来确定超声收发器关于开口的相对位置。收发器可以是改装设备的部分，介入设备在介入流程期间可以被配备有该改装设备。在已经确定了相对位置之后，可以通过由US成像装置在流程期间跟踪收发器来确定配备有改装设备的介入设备在对象体内的位置。

Claims (20)

1.一种用于确定超声收发器(110、910)关于介入设备(120、920)的开口(125)的相对位置的设备，其中，所述超声收发器能够关于所述开口移动并且能够提供超声发射并能够提供包括所述超声发射的一个或多个回波的接收信号，所述设备包括处理器电路，所述处理器电路包括：

输入部，其被配置为接收包括或表示所述接收信号的至少部分的数据(915)；

数据处理器，其被通信性耦合到所述输入部并且被配置为：

在所述接收数据(915)中识别所述一个或多个回波的一个或多个特性；并且

基于所识别的一个或多个特性来确定对所述相对位置的指示；以及

输出部，其适于向用户接口和/或机器人系统接口提供包括所述指示的结果数据。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个特性包括所述一个或多个回波的幅度和/或所述一个或多个回波的幅度响应，或者由所述一个或多个回波的幅度和/或所述一个或多个回波的幅度响应组成。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述一个或多个特性包括超声发射与所述一个或多个回波之间的非零时间延迟，或者由超声发射与所述一个或多个回波之间的非零时间延迟组成。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，适于通过将所述一个或多个特性与一个或多个对应的参考值进行比较来确定所述相对位置。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其中，所述数据处理器适于：识别第一回波和在所述第一回波之后接收到的第二回波，并且通过将所述第一回波的所述一个或多个特性与所述第二回波的对应的一个或多个特性进行比较来确定所述相对位置。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述处理电路具有用于接收超声图像数据的另外的输入部，所述超声图像数据包括对象的感兴趣区域的超声图像和表示所述超声收发器在所述超声图像内的收发器定位的定位数据，其中，所述数据处理器被配置为生成所述结果数据以包括所述超声图像和所述收发器定位和/或所述介入设备的至少部分的定位，例如，所述介入设备的所述开口的至少部分的定位。

7.一种系统(900)，包括：

根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，以及

用户接口和/或机器人系统接口，其被通信性耦合到所述输出部并且适于向用户提供所述指示，所述用户例如为护理人员、医学从业人员或对象和/或机器人系统。

8.根据权利要求7所述的系统(900)，包括所述超声收发器和所述介入设备(120、920)。

9.根据权利要求8所述的系统(900)，其中，所述超声收发器能够移动通过所述开口，所述系统包括改装设备(950)，所述改装设备适于将所述超声收发器(110、910)移动通过所述介入设备(120、920)的所述开口。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的系统(900)，还包括锁定机构(960)，所述锁定机构用于将所述超声收发器(110、910)锁定在关于所述开口(125)的固定位置中。

11.根据权利要求7至10中的任一项所述的系统(900)，其中，所述系统包括超声成像系统或者由超声成像系统组成，所述超声成像系统包括超声成像探头(970)，所述超声成像探头适于发射和接收超声以用于生成对象的区域的超声图像，并且其中，所述系统或所述设备还被配置为基于所述超声收发器与所述超声成像探头的基于超声的交互来生成对所述超声收发器在所述超声图像中的定位的指示。

12.一种用于确定超声收发器(110、910)关于介入设备(120、920)的开口(125)的相对位置的计算机实施的方法，其中，所述超声收发器能够关于所述开口移动并且能够提供超声发射并能够提供包括所述超声发射的一个或多个回波的接收信号，所述方法包括使用处理器电路进行以下操作：

接收或生成接收数据(915)，所述接收数据包括或表示所述接收信号的至少部分；

在所述接收数据(915)中识别所述一个或多个回波的一个或多个特性；并且

基于所识别的一个或多个特性来确定对所述相对位置的指示；并且

提供包括所述指示的结果数据以供用户和/或机器人系统使用。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一个或多个特性包括所述一个或多个回波的幅度和/或所述一个或多个回波的幅度响应，或者由所述一个或多个回波的幅度和/或所述一个或多个回波的幅度响应组成。

14.根据权利要求12或13中的任一项所述的方法，其中，所述一个或多个特性包括超声发射与所述一个或多个回波之间的非零时间延迟，或者由超声发射与所述一个或多个回波之间的非零时间延迟组成。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中，确定所述相对位置包括将所述一个或多个特性与一个或多个对应的参考值进行比较。

16.根据权利要求12至15中的任一项所述的方法，其中，识别所述一个或多个特性包括识别第一回波和在所述第一回波之后接收到的第二回波，并且确定所述相对位置包括将所述第一回波的所述一个或多个特性与所述第二回波的对应的一个或多个特性进行比较。

17.根据权利要求12至16中的任一项所述的方法，包括：接收或生成超声图像数据，所述超声图像数据包括对象的感兴趣区域的超声图像；并且接收或生成定位数据，所述定位数据表示所述超声收发器在所述超声图像内的收发器定位；并且生成结果数据，所述结果数据包括所述超声图像和所述收发器定位和/或所述介入设备的至少部分的定位，例如，所述介入设备的所述开口的至少部分的定位。

18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，识别所述一个或多个特性的步骤和确定对所述相对位置的所述指示以及任选地确定所述收发器定位的步骤至少重复一次。

19.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码当由处理器电路和/或数据处理器运行时使设备或系统执行根据权利要求12至18中的任一项所述的方法(1100)的步骤。

20.一种包括根据权利要求19所述的计算机程序产品的计算机可读介质或载体。

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