CN116058872A - 用于血管评估的基于多普勒的静脉-动脉检测 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于血管评估的基于多普勒的静脉‑动脉检测。超声成像系统可以包括超声探测器、控制台和显示屏。超声探测器包括超声换能器阵列，当被激活时，该超声换能器阵列将生成的超声信号发射入患者，从患者接收反射超声信号，并且将反射超声信号转换为对应电信号，以便处理为超声图像。该系统的操作可以包括检测超声图像内的一个或多个黑洞，并使用超声探测器的多普勒超声功能将每个黑洞标识为静脉、动脉或其他解剖元素。操作还可以包括限定多普勒超声操作的窗口，以及评估血管内的血液流速。操作还可以包括在超声图像的顶部呈现与标识黑洞有关的通知，而不遮挡黑洞的图像。

Description

用于血管评估的基于多普勒的静脉-动脉检测

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年11月3日提交的美国临时申请第63/275,223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，更具体地涉及用于血管评估的基于多普勒的静脉-动脉检测。

背景技术

超声成像是一种被广泛接受的工具，用于将诸如针的介入器械引导到诸如人体中的血管或器官的目标。例如，为了使用超声成像成功地将针引导到血管，在经皮穿刺之前和之后都立即实时地监测针，以使临床医生能够确定针到血管的距离和定向，并确保成功地进入血管。然而，在超声成像期间，由于超声探测器的无意移动，临床医生可能会丢失血管和针头两者，重新找到可能很困难并且耗时。此外，在使用包括垂直于超声探测器的图像平面的针的针平面时，通常更容易在经皮穿刺之前立即监测针的距离和定向。而且，在针平面平行于图像平面时，通常更容易在经皮穿刺后立即监测针的距离和定向。与无意地移动超声探测器一样，临床医生在经皮穿刺之前和之后调整图像平面时，可能会丢失血管和针头两者，重新找到可能很困难并且耗时。所需要的是超声成像系统及其方法，其能够动态地调整图像平面，以促进将介入器械引导到至少人体中的目标。

多普勒超声是一种非侵入性的方法，通过循环红细胞反射高频声波(超声波)来估计通过你的血管的血液流动。多普勒超声可以通过测量其音调(频率)的变化率来估计血液流动的速度。在多普勒超声期间，受过超声成像培训的技术人员(超声技师)将超声探测器置于预定区域的皮肤上方。多普勒超声可以作为更具侵入性的手术的替代(诸如血管造影)来执行，这涉及向血管注射染料，以便在X射线图像上清楚地显示出来。

多普勒超声可以帮助诊断许多情况，包括血凝块、腿部静脉瓣膜功能不良(这可以导致血液或其他液体在腿部聚集)、心脏瓣膜缺陷和先天性心脏病、动脉阻塞(动脉闭塞)、腿部血液循环减少(外周动脉疾病)、动脉膨出(动脉瘤)和动脉狭窄，诸如颈部(颈动脉狭窄)。

多普勒超声还可以检测血液流动方向。例如，多普勒超声可以区分动脉和静脉，因为动脉内的血液流动方向通常与相邻静脉内的血液流动方向相反。当多普勒超声应用于血液流动时，包括多普勒超声的超声图像通常以遮挡血管的可见性的方式描绘结果，从而导致难以显示与血管相关的医疗设备的图像。

本文公开了提供关于多普勒超声的视觉通知的系统和方法，用于基于多普勒超声标识超声图像内的血管，并提供关于保持血管的横截面积的可见性的多普勒超声结果的视觉通知。

发明内容

本文公开了一种超声成像系统，在一些实施方案中包括超声探测器、控制台和显示屏。超声探测器包括超声换能器阵列，其中，超声换能器阵列的激活超声换能器配置为将生成的超声信号发射入患者，从患者接收反射超声信号，并且将反射超声信号转换为超声信号的对应电信号，以便处理为超声图像数据和多普勒超声数据。控制台配置为与超声探测器通信，并且控制台包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器执行时，该逻辑引起系统操作。

该操作包括：(i)基于超声图像数据检测患者的预定目标区域内的黑洞(blackhole)，(ii)至少部分基于多普勒超声数据确定黑洞内的血液流动状况，(iii)限定预定目标区域的超声图像，该预定目标区域包括黑洞的图像，以及(iv)在超声图像的顶部叠加通知，其中，通知指示相对于黑洞的图像的血液流动方向。

在一些实施方案中，该操作还包括确定相对于超声图像的图像平面的黑洞内的血液流动方向，以及通知指示相对于黑洞的图像的血液流动方向。

在一些实施方案中，该操作还包括在与系统联接的显示器上呈现超声图像。

在一些实施方案中，通知不会遮挡黑洞的图像。在进一步的实施方案中，操作还包括限定围绕黑洞的图像的边界，以及在边界外叠加通知。

该操作可还包括将血管标识为静脉或可替代地标识为动脉，其中，将血管标识为静脉或动脉至少部分地基于血管内的血液流动状况。

该操作可还包括至少部分地基于相对于图像平面的血液流动方向，将血管标识为静脉或可替代地标识为动脉。

在一些实施方案中，多普勒超声数据包括对血液流动的脉动的测量，以及至少部分地基于脉动测量将血管标识为静脉或动脉。

在一些实施方案中，该操作还包括：(i)将超声图像与存储器中存储的一个或多个对应超声图像进行比较，其中，比较包括对黑洞在超声图像内的空间定位的比较，以及(ii)至少部分地作为比较的结果，将血管标识为静脉或动脉。通知可以指示将血管标识为静脉或动脉，并且通知可还指示标识血管的置信度。

在一些实施方案中，该操作还包括测量黑洞内的血液流速，将血液流速与存储器中存储的血液流速范围进行比较，以及作为比较的结果，确定血管内的血液流速受到影响(compromised)。该操作还包括作为比较的结果，确定血管部分和/或完全闭塞。

在一些实施方案中，该操作还包括：(i)获得血管的第一血液流速测量，(ii)获得血管的第二血液流速测量，第二测量在第一测量之后，(iii)将第二测量与第一测量进行比较，以及(iv)作为流速测量比较的结果，确定血管内的血液流速受到影响。

在一些实施方案中，操作还包括基于超声图像数据检测患者的预定目标区域内的多个黑洞，至少部分基于多普勒超声数据确定每个黑洞内的血液流动状况，以及将每个黑洞标识为血管或可替代地标识为一个或多个神经，其中，将黑洞标识为一个或多个神经包括确定相应黑洞内的血液不流动状况。

该操作可还包括限定至少部分地跨越超声图像延伸的多普勒超声窗口，以及确定由多普勒超声窗口包围的一个或多个黑洞中的每个黑洞内的血液流动状况。在一些实施方案中，限定多普勒超声窗口包括基于超声图像数据检测一个或多个黑洞，以及自动限定多普勒超声窗口以包围一个或多个黑洞。

在一些实施方案中，限定多普勒超声窗口包括经由系统的输入设备接收输入，以及基于该输入限定多普勒超声窗口，其中，该输入包括超声图像的选定部分。

在一些实施方案中，超声探测器还包括：磁传感器阵列，配置为将来自磁化的医疗设备的磁信号转换为磁信号的对应电信号，以便由处理器处理为相对于预定目标区域的距离和定向信息，用于在超声图像的顶部呈现医疗设备的图像表示。在进一步实施方案中，限定多普勒超声窗口包括基于医疗设备的图像表示在超声图像的顶部的位置来限定多普勒超声窗口。

本文还公开了一种超声成像系统的方法，该超声成像系统包括具有可执行逻辑的非暂时性计算机可读介质(“CRM”)，当逻辑由超声成像系统的控制台的处理器执行时，使超声成像系统执行用于超声成像的一组操作，其中，该方法包括执行上文描述的操作。

考虑到更详细地描述这些概念的特定实施方案的所附附图和以下具体实施方式，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显而易见。

附图说明

图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统和患者。

图2示出了根据一些实施方案的图1的超声成像系统的控制台的框图。

图3A示出了根据一些实施方案的对血管进行成像的超声成像系统的超声探测器。

图3B示出了根据一些实施方案的在超声成像系统的显示屏上的图3A的血管的超声图像。

图4示出了根据一些实施方案的配置作为二维超声探测器的超声成像系统的超声探测器。

图5A示出了根据一些实施方案的包括黑洞的超声图像。

图5B示出了根据一些实施方案的还包括多普勒超声窗口的图5A的超声图像。

图5C示出了根据一些实施方案的指示通过黑洞的血液流动的图5A的超声图像。

图5D示出了根据一些实施方案的指示通过黑洞的血液流动受到影响的类似于图5C的超声图像的超声图像。

图6示出了根据一些实施方案的图5A的超声图像的示例性屏幕截图，包括叠加在超声顶部的通知。

图7是示出根据一些实施方案的由图1的系统执行的方法的操作的流程图。

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)通常用于区分或标识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”等的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、定向或方向。相反，这种标签用于反映例如相对位置、定向或方向。除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一种”、“一个”和“该”包括复数形式。

关于“近侧”，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旨在靠近临床医生的导管的部分。类似地，例如，导管的“近侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管长度。例如，导管的“近端”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管端部。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需要包括导管的近端。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终端部分或终端长度。

关于“远侧”，例如，本文公开的导管的“远侧部分”或“远端部分”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管的部分。类似地，例如，导管的“远侧长度”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管长度。例如，导管的“远端”包括当导管用于患者时旨在靠近患者或在患者体内的导管端部。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需要包括导管的远端。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终端部分或终端长度。

除非另有限定，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含义相同的含义。

超声成像系统

图1示出了根据一些实施方案的超声成像系统100、针112和患者P。图2示出了根据一些实施方案的超声成像系统100的框图。图3A示出了根据一些实施方案的在进入患者P的血管之前对血管进行成像的超声成像系统100的超声探测器106。图3B示出了根据一些实施方案的具有针112的图像表示的超声成像系统100的显示屏104上的图3A的血管的超声图像。

如图所示，超声成像系统100包括控制台102、显示屏104和超声探测器106。超声成像系统100用于在用针112经皮穿刺之前对诸如患者P体内的血管或器官的目标进行成像，以将针112或另一医疗设备插入目标并访问目标。实际上，在基于超声的医疗过程期间，超声成像系统100在图1中以与患者P的一般关系示出，以通过由针112经皮穿刺产生的皮肤插入部位S将导管108放置到患者P的血管系统中。应当理解，超声成像系统100可用于除导管插入之外的各种基于超声的医疗过程。例如，可以使用针112执行经皮穿刺，以对患者P的器官组织进行活检。

控制台102容纳超声成像系统100的各种部件，并且应当理解，控制台102可以采取各种形式中的任何一种。在控制台102中包括处理器116和存储器118，诸如随机存取存储器(“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，以及在超声成像系统100的操作期间根据存储在存储器118中以供处理器116执行的可执行逻辑120执行各种逻辑操作或算法。例如，控制台102配置为通过逻辑120实例化一个或多个过程，以动态调整激活超声换能器149与预定目标区域(例如，包括血管的区域)的距离、激活超声换能器149到预定目标区域的定向、或激活超声换能器149相对于预定目标区域的距离和定向两者，以及将来自超声探测器106的电信号处理为超声图像。动态调整激活超声换能器149使用由控制台102接收的超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合来激活超声换能器148的二维阵列中的某些超声换能器或移动超声换能器148的线性阵列中已经激活的超声换能器。数字控制器/模拟接口122也包括在控制台102中，并且与处理器116和其他系统部件两者通信，以管理超声探测器106与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124，诸如包括打印机、存储介质、键盘等的可选部件126。端口124可以是通用串行总线(“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102包括电源连接128，以实现到外部电源130的可操作连接。内部电源132(例如，电池)也可以与外部电源130一起使用或不与外部电源130一起使用。电源管理电路134包括在控制台102的数字控制器/模拟接口122中，以调节电源的使用和分配。

可选地，独立光学询问器154可以通过端口124之一通信地联接至控制台102。可替代地，控制台102可以包括集成到控制台102中的集成光学询问器。这种光学询问器配置为将输入光信号发射到用于与超声成像系统100一起进行形状感测的配套光纤管心针156中，该光纤管心针156进而配置为插入到诸如针112的医疗设备的内腔内，并沿着光纤管心针156的长度将来自光学询问器154的输入光信号传送到多个FBG传感器。光学询问器154还配置为接收由光纤管心针156传送的从多个FBG传感器反射的反射光信号，该反射光信号指示光纤管心针156的形状。光学询问器154还配置为将反射光信号转换为对应电信号，以便由控制台102处理为相对于目标的距离和定向信息，以当被带入目标附近时动态调整激活超声换能器149相对于目标或医疗设备的距离、激活超声换能器149相对于目标或医疗设备的定向，或者激活超声换能器149相对于目标或医疗设备的距离和定向两者。例如，可以调整激活超声换能器149相对于作为目标的血管的距离和定向。实际上，根据血管的定向，可以由激活超声换能器149建立的图像平面垂直或平行于血管。距离和定向信息还可用于在显示器上显示医疗设备的图像表示。

显示屏104集成到控制台102中，以在诸如由超声探测器106获得的患者P的目标区域的一个或多个超声图像期间为临床医生提供GUI和显示信息。此外，超声成像系统100使得诸如针112的磁化的医疗设备的距离和定向能够实时叠加在目标的超声图像之上，从而使得临床医生能够准确地将磁化的医疗设备引导到预定目标。尽管如此，可替代地，显示屏104可以与控制台102分离并通信地联接至控制台。包括在超声探测器106上的控制台按钮接口136和控制按钮110(见图1)可用于由临床医生立即将所需模式调出到显示屏104，以在基于超声的医疗过程中提供帮助。在一些实施方案中，显示屏104是LCD设备。

超声探测器106与诸如血管(见图3A)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，包括无意动脉穿刺、血肿、气胸等。如下面更详细地描述的，超声探测器106配置为向控制台102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两者的电信号，用于实时超声引导。

图4示出了根据一些实施方案的配置作为二维超声探测器106的超声成像系统100的超声探测器106。超声探测器106包括探头114，该探头容纳超声换能器148的安装和可移动(例如，可沿中心轴平移或可旋转)线性阵列或超声换能器148的二维阵列，其中，超声换能器148是压电换能器或电容微机械超声换能器(“CMUT”)。当超声探测器106配置有超声换能器148的二维阵列时，根据超声成像数据、磁场数据、形状感测数据或其组合，按照超声成像所需线性激活超声换能器148的子集，以将目标保持在图像平面中或切换到包括目标的不同图像平面(例如，从垂直于医疗设备平面到平行于医疗设备平面)。

探头114配置用于抵靠患者P的皮肤放置，靠近预期的针插入部位，其中，探头114中的激活超声换能器149可以生成超声信号并以多个脉冲向患者P发射生成的超声信号，通过患者P的身体对生成的超声脉冲的反射，从患者P接收反射超声信号或超声回波，并且将反射超声信号转换为对应电信号，以通过与超声探测器106通信地联接的控制台102处理为超声图像。以这种方式，临床医生可以采用超声成像系统100来确定合适的插入部位并使用针112或另一医疗设备建立血管通路。

超声探测器106还包括控制按钮110，用于在基于超声的医疗过程期间控制超声成像系统100的某些方面，从而消除了临床医生伸出患者P周围的无菌场来控制超声成像系统100的需要。例如，控制按钮110的控制按钮可以配置为在准备将针112或另一医疗设备插入目标中时，当被按下以可视化目标时选择或锁定在目标上(例如，血管、器官等)上。这样的控制按钮还可以配置为取消选择目标，无论目标是通过控制按钮还是通过其他手段选择，诸如通过将超声探测器106固定在目标上方以选择目标、发出语音命令以选择目标等，这都是有用的。

图2示出超声探测器106还包括用于控制按钮和超声探测器106操作的按钮和存储器控制器138。按钮和存储器控制器138可以包括非易失性存储器(例如，EEPROM)。按钮和存储器控制器138与控制台102的探测器接口140可操作地通信，该探测器接口包括用于与超声换能器148接口的输入/输出(“I/O”)部件142和用于与按钮和存储器控制器138接口的按钮和存储器I/O部件144。

同样如图2和图3A所见，超声探测器106可以包括磁传感器阵列146，用于在基于超声的医疗过程期间检测诸诸如针112的磁化的医疗设备。磁传感器阵列146包括嵌入超声探测器106的壳体内或包括在在超声探测器106的壳体上的多个磁传感器150。磁传感器150配置为当磁化的医疗设备靠近磁传感器阵列146时，检测磁场或磁场中的扰动作为与磁化的医疗设备相关联的磁信号。磁传感器150还配置为将来自磁化的医疗设备(例如，针112)的磁信号转换为电信号，以供控制台102处理为磁化的医疗设备相对于预定目标的距离和定向信息，以及用于在显示屏104上显示磁化的医疗设备的图像表示。(见图3A中针112的磁场B。)因此，磁传感器阵列146使超声成像系统100能够跟踪针112等。

尽管这里配置作为磁传感器，但是应当理解，磁传感器150可以是其他类型和配置的传感器。此外，尽管它们在本文中被描述为包括在超声探测器106中，但是磁传感器阵列146的磁传感器150可以包括在与超声探测器106分离的部件(诸如超声探测器106插入其中的套管或甚至单独的手持设备)中。磁传感器150可以围绕超声探测器106的探头114布置成环形配置，但是可以理解，磁传感器150可以布置成其他配置，诸如成拱形、平面或半圆形布置。

磁传感器150的每个磁传感器包括三个正交的传感器线圈，用于实现三个空间维度中的磁场的检测。例如，可以从新泽西州莫里斯敦的霍尼韦尔传感和控制公司购买这种三维(“3-D”)磁传感器。此外，磁传感器150配置作为霍尔效应传感器，但是可以采用其他类型的磁传感器。此外，代替三维传感器，可以根据需要包括和布置多个一维(“1-D”)磁传感器以实现一维、二维、或三维检测能力。

五个磁传感器150包括在磁传感器阵列146中，以便能够在三个空间维度(例如，X、Y、Z坐标空间)上检测诸如针112的磁化的医疗设备，以及磁化的医疗设备本身的俯仰和偏航定向。当磁化的医疗设备被带入超声探测器106附近时，根据前述的磁化的医疗设备的检测允许动态地调整激活超声换能器149相对于目标或磁化的医疗设备的距离、激活超声换能器149相对于目标或磁化的医疗设备的定向、或激活超声换能器149相对于目标或磁化的医疗设备的距离和定向两者。例如，可以调整激活超声换能器149相对于作为目标的血管的距离和定向。实际上，根据血管的定向，可以由激活超声换能器149建立的图像平面垂直或平行于血管。注意，在一些实施方案中，两个或更多个磁传感器150的正交感测部件使得能够确定磁化的医疗设备的俯仰和偏航姿态，这使得能够以相对高的精度进行跟踪。在其他实施方案中，磁传感器阵列146中可以采用磁传感器150的少于五个或多于五个的磁传感器。更一般地，应当理解，磁传感器阵列146的磁传感器150的数量、尺寸、类型和位置可以与本文明确示出的不同。

如图2所示，超声探测器106可以还包括惯性测量单元(“IMU”)158或其用于选自加速度计160、陀螺仪162和磁强计164的惯性测量的任何一个或多个部件，该加速度计160、陀螺仪162和磁强计164配置为向控制台102提供超声探测器106的位置跟踪数据以用于图像平面的稳定。处理器116进一步配置为执行用于处理位置跟踪数据的逻辑120，以调整激活超声换能器149与目标的距离、激活超声换能器149到目标的定向、或激活超声换能器149相对于目标的距离和定向两者，以在超声探测器106相对于目标无意地移动时，保持激活超声换能器149相对于目标的距离和定向。

可以理解，可磁化材料的医疗设备使得医疗设备(例如，针112)能够被磁化器磁化，如果还没有磁化，并且当磁化的医疗设备在基于超声的医疗过程期间被带入磁传感器阵列146的磁传感器150附近或插入患者P的身体中时，由超声成像系统100跟踪。磁化的医疗设备的这种基于磁的跟踪通过将表示针112的实时距离和定向的模拟针图像叠加在磁化的医疗设备正在访问的患者P的身体的超声图像上，帮助临床医生将其远侧尖端放置在所需的位置，诸如血管的内腔内。这样的医疗设备可以是不锈钢，如SS 304不锈钢；然而，也可以采用能够被磁化的其他合适的针材料。如此配置，针112等可以产生磁场或在可由超声探测器106的磁传感器阵列146检测为磁信号的磁场中产生磁扰动，以便使磁化的医疗设备的距离和定向能够由超声成像系统100跟踪，以动态调整激活超声换能器149相对于磁化的医疗设备的距离、激活超声换能器149相对于磁化的医疗设备的定向，或激活超声换能器149相对于磁化的医疗设备的距离和定向两者。

在超声成像系统100的操作期间，超声探测器106的探头114抵靠患者P的皮肤放置。产生超声束352，以便对目标区域的一部分进行超声成像，该目标区域可以包括患者P的皮肤表面下的血管，诸如图3A的血管351。(见图3A。)。超声束限定图像平面353，该图像平面具有与超声探测器106的前侧一致的前侧353A和相对的后侧353B。如图3B所示，血管351的超声图像可以在超声成像系统100的显示屏104上描绘和稳定。

图5A-图5C示出了可经由超声探测器106获得并且可在显示器104上呈现的示例性超声图像。超声图像501包括患者的预定目标区域502，诸如患者手臂的包括血管的皮下部分，如下文进一步描述的。

图5A示出了具有指示皮下组织的特定解剖结构的形状的超声图像501的较暗区域。这里，一些较暗区域被称为黑洞，诸如黑洞506、507和508。在一些实例中，黑洞可能指示皮下组织内的血管，或者更具体地，血管的血液流动区域。在所示实施方案中，逻辑120配置为标识超声图像内的黑洞，该黑洞可以与血管和/或在一些实施方案中与神经或神经束一致。在所示的示例性图像501中，逻辑120已将黑洞506、507和508标识为血管，因此，黑洞506、507和508在下文中可以被称为血管506、507和508。

在一些实施方案中，逻辑120可以根据预限定的医疗过程将血管506、507和508中的一个标识为目标血管。例如，血管507可以被标识为用于接收针112的目标血管(见图1、图3A)。在一些实施方案中，将黑洞标识为血管可以包括将超声图像与存储在存储器118(见图1)中的一个或多个对应超声图像进行比较，如下文进一步描述。

图5B进一步示出了超声图像501。超声探测器106配置为经由多普勒超声检测包括在超声图像501中的元素的运动。例如，超声探测器106配置为检测与黑洞(血管)506、507和508内的血液流动一致的运动。因此，逻辑120可以至少部分地基于多普勒超声来确定黑洞506、507和508中的一个或多个内的血液流动，包括血液流动方向以及在一些实施方案中的血液流速。

逻辑120可进一步基于黑洞内的血液流动相对于超声探测器106的图像平面353的确定方向，将黑洞标识为静脉或可替代地标识为动脉。例如，进一步参考图3A，在一些实例中，临床医生可以使超声探测器106与医疗过程一致地定向，即，使得超声探测器106的前侧和图像平面353的对应前侧353A相对于静脉流面向上游。在这种情况下，逻辑120可以将具有引导到图像平面353的前侧353A中的血液流动的黑洞标识为静脉。相对照地，根据超声探测器106的相同定向，逻辑120可以将具有引导出图像平面353的前侧353A的血液流动的黑洞标识为动脉。

在一些实施方案中，可替代地或除了血液流动方向之外，逻辑120可以基于血液流动的脉动将血管标识为静脉或动脉。通常，动脉血液流动比静脉血液流动更具脉动性。因此，逻辑120可以将经由多普勒超声测量的给定血管/黑洞内的血液流动的脉动与存储在存储器118中的脉动限制进行比较。在测量的脉动超过脉动限制的第一实例中，逻辑120可以将血管/黑洞标识为动脉。相对照地，在测量的脉动低于脉动限制的第二实例中，逻辑120可以将血管/黑洞标识为静脉。

在进一步的实施方案中，逻辑120可以基于限定黑洞形状或大小的周期性变化的血管壁的脉动运动，将血管标识为静脉或动脉。换句话说，血管内由于脉动血液流动而产生的压力脉冲可能导致血管的横截面积(即，黑洞面积)膨胀和收缩。由于动脉血液流动比静脉血液流动更具脉动性，因此逻辑120可以将经由多普勒超声测量的给定血管/黑洞的血管壁的周期性扩张和收缩的幅度与存储在存储器118中的扩张和收缩的幅度限制进行比较。在测量的周期性扩张和收缩的幅度超过扩张和收缩的幅度限制的第一实例中，逻辑120可以将血管/黑洞标识为动脉。在测量的周期性扩张和收缩的幅度低于扩张和收缩的幅度限制的第二实例中，逻辑120可以将血管/黑洞标识为静脉。

通常，超声探测器106可以配置为检测多普勒超声窗口510内的运动(例如，血液流动)。多普勒超声窗口510可以跨越超声图像501的全部或部分延伸。在一些实施方案中，逻辑120可以基于超声图像501内标识的黑洞自动限定多普勒超声窗口510。例如，逻辑120可以自动限定多普勒超声窗口510，以在超声图像501内包围黑洞506、507和508中的一个或多个。

在一些实施方案中，逻辑120可以部分基于超声图像501与存储在存储器118中的对应超声图像的比较来自动限定多普勒超声窗口510。例如，对应超声图像可以包括要应用于超声图像501的预限定多普勒超声窗口，并且逻辑120可以根据预限定多普勒超声窗口限定多普勒超声窗口510。

在一些实施方案中，临床医生可以通过经由输入设备(诸如计算机鼠标或其他指向设备)输入到系统100来限定多普勒超声窗口510。在一些实施方案中，可以经由显示器104的GUI界面促进输入。在其他实施方案中，可以经由超声探测器106上的控制按钮110(见图1)促进输入。

图5C进一步示出了超声图像501。如上所述，逻辑120可以确定超声窗口内的运动，包括黑洞506、507和508的血液流动。多普勒超声过程可以在超声成像过程的背景下操作。如图5C所示，多普勒超声过程的结果可以包括血液流动方向，如方向指示506A、507A和508A所示，这仅用于说明目的在图5C中所示，即，方向指示506A、507A和508A可以不与超声图像501一起呈现在显示器104上，因为它们遮挡了黑洞506、507和508的图像。方向指示506A、507A和508A可以基于图像平面353的定向(见图3A)。在所示的实施方案中，方向指示506A、508A指示进入页面(例如，进入图3A的图像平面353的前侧353A)的血液流动方向。相对照地，方向指示507A指示离开页面(例如，离开图3A的图像平面353的前侧353A)的血液流动方向。

图5D进一步示出了目标区域512的第二示例性超声图像。例如，在一些实例中，目标区域512可以位于图5A-图5C的目标区域502附近，诸如在目标区域502的下游。在其他实例中，目标区域512可以与目标区域502相同，其中，已经在与超声图像501不同的时间(诸如，随后的时间)获取超声图像511。在第二示例性图像511中，通过血管的血液流动受到影响(即，减少)。如图所示，血管507和508的尺寸相对于图5A-图5C的血管507和508的面积减少。根据一个实施例，图5A-图5C的黑洞506的尺寸被充分减小，使得逻辑120不会检测到图5D中的黑洞506。与图5C类似，方向指示507B和508B指示与图5C的方向指示507A和508A一致的通过血管507和508的血液流动方向。

在一些实施方案中，逻辑120可以将图像511与存储在存储器118中的对应图像进行比较，并且作为比较的结果，确定流过血管507和508的血液根据黑洞的大小而减少。可替代地和/或除了将图像511与存储在存储器118中的对应图像进行比较之外，逻辑120可以经由多普勒超声确定血液流动的减少。

图6示出了可以在显示器104上呈现的示例性屏幕截图。在所示实施方案中，截图601包括超声图像501和关于超声图像501的一个或多个通知。例如，通知可以包括与目标血管(诸如血管507)相关的一个或多个标记。通知可以包括血管内的血液流动的状况。通知可以更具体地包括目标标记606，其指示所标识的黑洞507作为与限定的医疗过程有关的目标血管。目标标记606布置在黑洞507的区域之外，从而不遮挡黑洞507的图像。在一些实施方案中，目标标记606可以包括围绕黑洞507的图像延伸的边界。

通知包括流动方向标记605，其指示与超声图像501所描绘的黑洞507相关的血液流动方向。例如，在血液流动方向在图像平面之外(即，在显示器104的屏幕之外)的情况下，如图6所示，流动方向标记605可以包括指向远离黑洞507的箭头、指针或其他形状，这指示血液流动从血管507流出的方向。可替代地，在血液流动方向在相反方向上的情况下，流动方向标记605可以指向血管507。如普通技术人员可以理解的，流动方向标记605可以包括适用于指示血液流动方向的任何形状、符号、单词等。在一些实施方案中，可以将目标标记606和流动方向标记605组合在单个标记中。

通知可以包括黑洞标识指示符609，用于将黑洞指示为静脉或动脉。在一些实施方案中，通知还可以包括关于将黑洞507标识为动脉或可替代地标识为静脉的置信度指示符607。置信度指示符607可以是诸如百分比概率的数字或适用于传达标识的置信度水平的任何其他指示符。

在一些实施方案中，超声图像501的屏幕截图601可以包括根据一些实施方案叠加在超声图像501顶部的针112的图像表示612。

方法

上述超声成像系统的方法包括在超声成像系统中实施的方法。例如，超声成像系统100的方法包括具有存储在其上的逻辑120的非暂时性CRM(例如，EEPROM)，当逻辑120由控制台102的处理器116执行时，使得超声成像系统100执行用于超声成像的一组操作。出于描述目的，这种方法在本文中可以被称为激活操作、处理操作和显示操作。本文公开的任何方法包括用于执行所述方法的一个或多个步骤、动作或操作。该方法包括可以相互交换的操作(例如，步骤或动作)。换句话说，除非实施方案的正确操作需要特定操作顺序，否则可以修改特定操作的顺序和/或使用。

图7是示出系统100的示例性方法的流程图。方法700包括根据参考标号710-750的操作。方法700通常包括限定包括黑洞的超声图像(方框710)。

限定超声图像可以包括激活通信地联接至控制台102的超声探测器106的超声换能器148阵列的超声换能器。通过激活操作，超声换能器148将生成的超声信号发射到患者P体内，从患者P接收反射超声信号，并且将反射超声信号转换为对应电信号，以便处理为超声图像。激活操作可以包括激活超声换能器148的二维阵列的超声换能器148的近似线性子集。可替代地，激活操作可以包括激活超声换能器148的子集，直到可移动的超声换能器148线性阵列中的所有超声换能器148。

限定超声图像可还包括分析超声数据，以检测超声图像内的黑洞。这样，逻辑120可以分析超声图像数据，以搜索和检测预限定目标区域内的黑洞。

一旦检测到黑洞，逻辑120可以确定黑洞的身份(方框720)。逻辑120可以通过获得多普勒超声数据来确定黑洞内的血液流动状况。血液流动状况可以包括是否存在血液流动。处理操作可以包括确定黑洞为血管。逻辑120可以经由多普勒超声检测黑洞内的血液流动，并由此确定黑洞为血管。逻辑120可进一步确定相对于图像平面或更具体地相对于图像平面的定向的血液流动方向，并由此确定血管为静脉或可替代地为动脉。逻辑120还可以检测黑洞的非流动状况(即，不存在血液流动)，并由此确定黑洞是除血管之外的解剖元素，诸如神经或神经束。

在一些实施方案中，处理操作可进一步基于血液流动的脉动将血管确定为静脉或动脉。逻辑120经由多普勒超声测量黑洞内血液流动的脉动。由于动脉血液流动通常比静脉血液流动更具脉动性，所以逻辑120可以将测量的脉动与存储器中存储的预限定的脉动限制进行比较。由此，(1)如果所测量的脉动超过脉动限制，则逻辑120可以将血管确定为动脉，(2)或者如果所测量的脉动小于脉动限制，则逻辑120可以将血管确定为静脉。

在一些实施方案中，处理操作可进一步基于黑洞在超声图像内的空间定位将血管确定为静脉或动脉。逻辑120可以将超声图像与存储器中存储的一个或多个对应超声图像进行比较。逻辑120可以更具体地将黑洞在超声图像内的空间定位与对应黑洞在一个或多个对应超声图像中的空间定位进行比较，其中，空间定位包括黑洞的皮下深度。作为比较的结果，逻辑120可以将血管标识为静脉或动脉。

在一些实施方案中，处理操作可还包括确定所确定的标识黑洞的置信度(例如，百分比概率)。逻辑120可以根据所确定的血液流动方向、所测量的血液流动脉动、黑洞的空间定位评估或其任何组合来确定置信度。该通知可以包括数字(例如，百分比概率)或其他置信度指示，诸如置信度的低、中或高级别指示。

处理操作可还包括在超声图像内建立多普勒超声窗口(方框730)，其中，多普勒超声窗口限定超声窗口的一部分，以评估血液流动。在一些实施方案中，逻辑120可以自动限定多普勒超声窗口，以包围超声图像内检测到的一个或多个黑洞。根据进一步实施方案，逻辑120可以经由输入设备接收可由临床医生输入的输入，并且逻辑120可以基于该输入限定多普勒超声窗口。换句话说，临床医生可以选择超声图像的一部分作为多普勒超声窗口，并且逻辑120可以根据该选择限定多普勒超声窗口。

显示操作还包括在与控制台联接的显示器上呈现超声图像(方框740)。显示操作可还包括在超声图像的顶部叠加视觉通知。通知可以指示相对于黑洞的图像的血液流动方向。逻辑120可以使通知被叠加以便不遮挡黑洞，使得医疗设备的图像可以叠加在黑洞上方的超声图像上。逻辑120可以具体限定超声图像中围绕黑洞的边界或界限。在限定了边界之后，逻辑120可以使通知叠加在边界的外部。已经将黑洞标识为静脉或动脉，逻辑120可以在通知中包括将黑洞标识为静脉或动脉。

处理操作可还包括评估血管的血液流速(方框750)。逻辑120可以基于多普勒超声数据来确定血液流速。在一些实施方案中，逻辑120可以测量跨越血管区域的血液流动的速度，并由此确定血液流速。

在一些实施方案中，逻辑120可以将测量的血液流速与存储器中存储的对应血管的血液流速范围进行比较。作为比较的结果，逻辑120可以确定血管内的血液流动受到影响，例如相对于血液流速的范围低。作为比较的结果，逻辑120可以确定血管部分和/或完全闭塞。

在一些实施方案中，逻辑120可以获得血管的第一血液流速测量，并随后获得第二血液流速测量。然后，逻辑120可以将第二测量与第一测量进行比较，并根据比较确定当第二测量的血液流速小于第一测量的血液流速时，血液流速受到影响。在一些实例中，可以在沿血管的不同于第一测量的第一位置的第二位置处获得第二测量。

其他方法可以包括磁信号相关操作。磁信号相关操作可以包括转换操作。转换操作包括通过超声探测器106的磁传感器阵列146将来自磁化的医疗设备(例如，针112)的磁信号转换为对应电信号。处理操作还包括通过处理器116将磁信号的对应电信号处理为相对于预定目标区域的距离和定向信息。显示操作还包括在显示屏104上显示医疗设备的图像表示。在一些实施方案中，逻辑120可以基于医疗设备的图像表示相对于超声图像的位置来限定多普勒超声窗口。

其他方法可还包括结合进一步处理和显示操作的多个光信号相关操作。光信号相关操作包括通过光学询问器154发射输入光信号，接收反射光信号，以及将反射光信号转换为光信号的对应电信号。光信号相关操作还包括沿着光纤管心针156的长度将来自光学询问器154的输入光信号传送到多个FBG传感器，以及将来自多个FBG传感器的反射光信号传送回光学询问器154，其中，光纤管心针156布置在医疗设备的内腔内。处理操作还包括通过处理器116将光信号的对应电信号处理为相对于预定目标区域的距离和定向信息。显示操作还包括在显示屏104上显示医疗设备的图像表示。

其他方法操作可以包括结合进一步处理操作的数据提供操作。数据提供操作包括从超声探测器106的加速度计160、陀螺仪162、磁强计164或其组合向控制台102提供位置跟踪数据。处理操作还包括利用处理器116处理位置跟踪数据。

虽然本文已经公开了一些特定实施方案，并且已经详细公开了特定实施方案，但是特定实施方案并不旨在限制本文提供的概念的范围。对于本领域普通技术人员来说，可以出现额外的适应和/或修改，并且在更广泛的方面，这些适应和/或修改也包括在内。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特定实施方案。

Claims (38)

1.一种超声成像系统，包括：

超声探测器，其包括超声换能器阵列，所述超声换能器阵列的激活超声换能器配置为将生成的超声信号发射入患者，从所述患者接收反射超声信号，并且将所述反射超声信号转换为所述超声信号的对应电信号，以便处理为超声图像数据和多普勒超声数据；和

控制台，其配置为与所述超声探测器通信，所述控制台包括一个或多个处理器和其上存储有逻辑的非暂时性计算机可读介质，当由所述一个或多个处理器执行时，所述逻辑引起包括如下的操作：

基于超声图像数据，检测所述患者的预定目标区域内的黑洞；

至少部分地基于多普勒超声数据，确定所述黑洞内的血液流动状况；

限定所述预定目标区域的包括所述黑洞的图像的超声图像；和

在所述超声图像的顶部叠加通知，

其中所述通知指示所述黑洞内的血液流动状况。

2.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中：

所述操作还包括：确定相对于所述超声图像的图像平面的所述黑洞内的血液流动方向，并且

所述通知指示相对于所述黑洞的图像的所述血液流动方向。

3.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述通知不遮挡所述黑洞的图像。

4.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

限定围绕所述黑洞的图像的边界；和

在所述边界外叠加所述通知。

5.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：在与所述控制台联接的显示器上呈现所述超声图像。

6.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

将所述黑洞标识为血管；

将所述血管标识为静脉或动脉，并且

将所述血管标识为静脉或动脉至少部分地基于所述血管内的血液流动状况。

7.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：至少部分地基于相对于所述图像平面的血液流动方向，将所述血管标识为静脉或动脉。

8.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

经由多普勒超声，测量所述血液流动的脉动；和

至少部分地基于脉动测量，将所述血管标识为静脉或动脉。

9.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

将所述超声图像与存储器中存储的一个或多个对应超声图像进行比较，所述比较包括所述血管在所述超声图像内的空间定位的比较；和

至少部分地作为所述比较的结果，将所述血管标识为静脉或动脉。

10.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述通知还指示所述血管作为静脉或动脉的标识。

11.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中：

所述操作还包括：确定标识所述血管的置信度，并且

所述通知还指示标识所述血管的置信度。

12.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

测量所述血管内的血液流速；

将所述血液流速与存储器中存储的血液流速范围进行比较；和

作为所述比较的结果，确定所述血管内的血液流速受到影响。

13.根据权利要求12所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：作为所述比较的结果，确定所述血管部分和/或完全闭塞。

14.根据权利要求6所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

获得所述血管的第一血液流速测量；

获得所述血管的第二血液流速测量，第二测量在第一测量之后；

将所述第二测量与所述第一测量进行比较；和

作为流速测量比较的结果，确定所述血管内的血液流速受到影响。

15.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

基于超声图像数据，检测所述患者的预定目标区域内的多个黑洞；

至少部分地基于多普勒超声数据，确定每个所述黑洞内的血液流动状况；和

将每个所述黑洞标识为血管或一个或多个神经，

其中将黑洞标识为一个或多个神经包括确定相应黑洞内的血液不流动状况。

16.根据权利要求1所述的超声成像系统，其中所述操作还包括：

限定至少部分地跨越所述超声图像延伸的多普勒超声窗口，所述多普勒超声窗口包围一个或多个黑洞；和

基于多普勒超声数据，确定由所述多普勒超声窗口包围的所述一个或多个黑洞中的每个内的血液流动状况。

17.根据权利要求16所述的超声成像系统，其中限定所述多普勒超声窗口包括：

基于所述超声图像数据，检测所述一个或多个黑洞；和

自动限定所述多普勒超声窗口，以包围所述一个或多个黑洞。

18.根据权利要求16所述的超声成像系统，其中限定所述多普勒超声窗口包括：

经由所述系统的输入设备接收输入；和

基于所述输入，限定所述多普勒超声窗口，

其中所述输入包括所述超声图像的选定部分。

19.根据权利要求1所述的超声成像系统，所述超声探测器还包括：磁传感器阵列，其配置为将来自磁化的医疗设备的磁信号转换为所述磁信号的对应电信号，以便由所述处理器处理为相对于所述预定目标区域的距离和定向信息，用于在所述超声图像的顶部呈现所述医疗设备的图像表示。

20.根据权利要求19所述的超声成像系统，其中限定所述多普勒超声窗口是基于所述医疗设备的图像表示在所述超声图像的顶部的位置。

21.一种包括非暂时性计算机可读介质的超声成像系统的方法，所述非暂时性计算机可读介质具有可执行逻辑，当所述逻辑由所述超声成像系统的控制台的处理器执行时，引起所述超声成像系统执行用于超声成像的一组操作，所述方法包括：

激活通信地联接至所述控制台的超声探测器的超声换能器阵列的超声换能器，由此所述超声换能器将生成的超声信号发射入患者，从所述患者接收反射超声信号，并且将所述反射超声信号转换为所述超声信号的对应电信号，以便处理为超声图像；

基于超声图像数据，检测所述患者的预定目标区域内的黑洞；

至少部分地基于多普勒超声数据，确定所述黑洞内的血液流动状况；

限定所述预定目标区域的包括所述黑洞的图像的超声图像；和

在所述超声图像的顶部叠加通知，

其中所述通知指示所述黑洞内的血液流动状况。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：确定相对于所述超声图像的图像平面的所述黑洞内的血液流动方向，其中所述通知指示相对于所述黑洞的图像的所述血液流动方向。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述通知不遮挡所述黑洞的图像。

24.根据权利要求21所述的方法，还包括：

限定围绕所述黑洞的图像的边界；和

在所述边界外叠加所述通知。

25.根据权利要求21所述的方法，还包括：在与所述控制台联接的显示器上呈现所述超声图像。

26.根据权利要求21所述的方法，还包括：

将所述黑洞标识为血管；和

将所述血管标识为静脉或动脉，其中将所述血管标识为静脉或动脉至少部分地基于所述血管内的血液流动状况。

27.根据权利要求26所述的方法，还包括：至少部分地基于相对于图像平面的血液流动方向，将所述血管标识为静脉或动脉。

28.根据权利要求26所述的方法，还包括：

经由多普勒超声测量所述血液流动的脉动；和

至少部分地基于脉动测量，将所述血管标识为静脉或动脉。

29.根据权利要求26所述的方法，还包括：

将所述超声图像与存储器中存储的一个或多个对应超声图像进行比较，所述比较包括所述血管在所述超声图像内的空间定位的比较；和

至少部分地作为所述比较的结果，将所述血管标识为静脉或动脉。

30.根据权利要求26所述的方法，其中所述通知还指示所述血管作为静脉或动脉的标识。

31.根据权利要求26所述的方法，还包括：

确定标识所述血管的置信度，

其中所述通知还指示标识所述血管的置信度。

32.根据权利要求26所述的方法，还包括：

测量所述血管内的血液流速；

将所述血液流速与存储器中存储的血液流速范围进行比较；和

作为所述比较的结果，确定所述血管内的血液流速受到影响。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括：作为所述比较的结果，确定所述血管部分和/或完全闭塞。

34.根据权利要求26所述的方法，还包括：

获得所述血管的第一血液流速测量；

获得所述血管的第二血液流速测量，第二测量在第一测量之后；

将所述第二测量与所述第一测量进行比较；和

作为流速测量比较的结果，确定所述血管内的血液流速受到影响。

35.根据权利要求21所述的方法，还包括：

基于超声图像数据，检测所述患者的预定目标区域内的多个黑洞；

至少部分地基于多普勒超声数据，确定每个所述黑洞内的血液流动状况；和

将每个所述黑洞标识为血管或一个或多个神经，其中将黑洞标识为一个或多个神经包括确定相应黑洞内的血液不流动状况。

36.根据权利要求21所述的方法，还包括：

限定至少部分地跨越所述超声图像延伸的多普勒超声窗口，所述多普勒超声窗口包围一个或多个黑洞；和

基于所述多普勒超声数据，确定由所述多普勒超声窗口包围的所述一个或多个黑洞中的每个内的血液流动状况。

37.根据权利要求36所述的方法，其中限定所述多普勒超声窗口包括：

基于所述超声图像数据，检测所述一个或多个黑洞；和

自动限定所述多普勒超声窗口，以包围所述一个或多个黑洞。

38.根据权利要求36所述的方法，其中限定所述多普勒超声窗口包括：

经由所述系统的输入设备接收输入；

基于所述输入，限定所述多普勒超声窗口，

其中所述输入包括所述超声图像的选定部分。

Images