CN116782831A - 用于确定位置信息的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定对象的身体内的设备的位置信息的系统和方法。所述设备输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号，所述声学信号由位于对象的身体外部的至少第一传感器接收。处理系统接收来自传感器的接收信号，获得接收信号的一个或多个参数的值，并处理所述值来确定设备的位置信息。

Description

用于确定位置信息的系统和方法

技术领域

本发明涉及确定位置信息的领域，具体地涉及确定针对对象的身体内的设备的位置信息。

背景技术

经食道超声心动描记(TEE)的使用对于外科手术期间监测心脏功能变得越来越流行。TEE可实现心脏的高质量实时可视化。

为了获得合适的超声心动描记，TEE探头必须被放置在食道中离心脏足够近的位置。例如，为了查看左心室，TEE探头必须被位于食道中部的位置。正确定位探头需要灵活性和临床专业知识。

已经提出了各种基于图像的解决方案来引导非专家用户将TEE探头定位在食道内。这些解决方案依赖于识别由探头获得的超声图像中的特征。然而，为了获得超声图像，探头的换能器阵列元件必须与组织接触；当第一次插入TEE探头时，情况并非总是如此。此外，并非所有探头位置都提供具有能够用于识别位置的特征的图像。对于食道上段的情况尤其如此。

因此，需要一种改进的机制来允许非专家用户定位TEE探头。

US 2016/324501 A1描述了一种工具导航系统，其使用超声信号来跟踪介入工具相对于声学图像平面的位置。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明一个方面的范例，提供了一种用于确定对象的身体内的设备的位置信息的处理系统，其中，设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号。

处理系统被配置为：响应于由设备输出和/或路由的声学信号，从位于对象的身体外部的第一传感器接收第一接收信号；获得针对第一接收信号的一个或多个参数的值，其中，一个或多个参数中的每个参数都是随声学信号行进的距离而变化的第一接收信号的参数；并且，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息。

该系统可以用于在基于图像的位置信息不能实际获得或不确定的情况下获得关于身体内的设备的位置信息。例如，位置信息可以定义身体内的设备相对于第一传感器的位置的相对位置。

发明人已经认识到，插入对象中用于对对象进行成像的许多设备能够在一些操作模式下发送声学信号(具有音频/可听频率)，并且即使当设备的位置使得不能生成成像数据时，由身体内的设备发送的声学信号也可以被外部传感器接收。具体地，能够使用可用于检测可听声音的标准(即非专用)装置，例如听诊器，这意味着能够在不需要专用或适配技术的情况下获得或确定设备的位置信息。音频频率是在人类听觉范围内的频率，即，不超过20kHz，例如包含从20Hz到20kHz。因此，设备可以能够输出具有不超过20kHz(例如从20Hz到20kHz)频率的声学信号，并且第一传感器可以类似地适于对在该频率范围中的声学信号做出响应。

使用音频频率信号(小于20kHz)的另一个优点是，与高频信号(例如超声信号)相比，这种音频信号具有改进的穿透材料的能力。

接收声学信号的许多参数的值根据信号在发送和接收之间行进的距离而变化。例如，声学信号的强度随着信号行进的距离的增加而减小。因此，这样的参数可以用于确定针对设备的位置信息。

所确定的位置信息可以包括设备相对于传感器的位置和/或设备相对于设备的先前位置或参考位置的位置。

在一些实施例中，设备被配置为在超声成像过程期间发射具有不超过20kHz的频率的声学信号。因此，产生声学信号(频率＜＝20kHz)作为在对象内部执行的超声成像过程的副作用，这意味着采用先前未使用的信号来跟踪或识别设备的位置。这种方法还意味着不要求(例如，定位在外部的)第二超声检测器，而是能够替代地使用容易获得且廉价的听觉传感器，增加了使用的灵活性。

在一些超声成像模式中，超声成像设备的成像阵列元件将与超声发送脉冲一起发射可听声音。例如，由于彩色多普勒模式中的多普勒脉冲的长脉冲长度，所以在彩色多普勒模式下发射声音。

该实施例由此利用在超声成像期间的可听声音的非故意发射来跟踪和识别在探头插入过程期间超声成像设备的位置。这能够便于使用标准设备(例如标准听诊器等)来检测超声成像探头的位置。

在一些实施例中，设备包括经食道超声心动描记探头。在使用时，第一传感器可以被定位在对象的胸部上。

第一接收信号的一个或多个参数可以包括以下中的至少一个：第一接收信号的强度、第一接收信号的幅度、第一接收信号的飞行时间和/或第一接收信号的频率。

接收信号的强度和幅度随着发送和接收之间行进的距离的增加而减小。

接收信号的飞行时间随着发送和接收之间行进的距离的增加而增加。

如果设备相对于传感器移动，则接收信号的频率被多普勒偏移。如果设备正朝向传感器移动，则接收信号的频率将相对于发送信号的频率增加，并且如果设备正远离传感器移动，则接收信号的频率将相对于发送信号的频率减小。如果声学信号在设备和传感器之间行进的路径相对于设备的移动路径成非零角度，则频率偏移的量随着距离而增加。

在一些实施例中，处理系统还被配置为重复接收接收信号并获得针对设备的多个位置的接收信号的一个或多个参数的值的步骤；并且，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息的步骤包括，处理与设备的多个位置中的每个位置相对应的值来确定与以下中的至少一个相对应的设备的位置：参数的最大值、参数的最小值和/或对应于拐点的参数的值。

在值上随着声学信号行进的距离的增加而增加的参数(例如飞行时间)将在最靠近传感器的位置处具有最小值。在值上随着声学信号行进的距离的增加而减小的参数(例如幅度或强度)将在最靠近传感器的位置处具有最大值。根据移动设备是向传感器移动还是远离传感器移动而变化的参数(例如频率)将在最靠近传感器的位置处具有拐点。

因此，这些值可以用于识别设备的多个位置中的哪个位置最接近传感器。传感器可以被定位为使得设备的最近位置对应于设备的期望位置。例如，当设备是经食道超声心动描记(TEE)探头时，期望的位置可以是最靠近心脏的食道中部位置和用于对心脏解剖结构成像的合适的位置。通过将传感器定位在对象胸部靠近心脏的位置，TEE探头最靠近传感器的位置为食道中部位置。

在一些实施例中，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息的步骤还使用对应于设备的参考位置的一个或多个参数中的每个参数的参考值；并且，位置信息包括设备相对于参考位置的位置。

参考位置可以是由临床专家通过对设备的定位而实现的设备的期望或已知位置。确定设备相对于参考位置的位置可以用于帮助用户正确地重新定位设备。

在一些实施例中，处理系统还被配置为：从处于与第一传感器不同位置的位于对象的身体外部的第二传感器接收响应于由设备输出和/或路由的相同声学信号的第二接收信号；并且，获得第二接收信号的一个或多个参数的值，其中，一个或多个参数中的每个参数对应于第一接收信号的参数(例如，是相同类型的参数)；并且，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息的步骤包括，处理第一接收信号和第二接收信号的值来确定设备相对于第一传感器和第二传感器中的每个传感器的位置。

如果多于一个传感器用于接收由设备发送的声学信号，则接收信号可用于确定设备相对于传感器的位置。由于传感器在使用时位于对象的身体外部，因此它们的位置是已知的；设备相对于传感器的位置因此可以用于确定设备在对象的身体内的位置。例如，能够使用多点定位和/或三角测量方法来识别设备的位置。

例如，设备相对于每个传感器的位置可以通过处理在每个传感器处接收的声学信号的飞行时间来确定。

在一些实施例中，处理系统还被配置为重复接收接收信号并获得由设备从单个位置处输出和/或路由的多个不同声学信号的接收信号的一个或多个参数的值的步骤；并且，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息的步骤包括处理接收信号中的每个接收信号的值。

例如，不同的声学信号可以具有不同的频率。如果设备是超声成像设备，则可以使用不同的成像模式来产生不同的声学信号。

使用从单个位置发送的多个声学信号获得的值来确定位置信息改进所确定的位置信息的可靠性。

可以根据用于接收信号的传感器的类型来选择由设备发送的不同声学信号。例如，如果传感器是听诊器，则设备可以被配置为发送将由听诊器的膜片检测的高音信号和将由听诊器的响铃检测的低音信号。

在一些实施例中，处理系统还被配置为：从设备接收响应于由设备输出和/或路由的一个或多个声学信号的信息；并且，确定接收信号是否对应于由设备输出和/或路由的一个或多个声学信号中的一个。

以这种方式，与由设备发送的信号不对应的由传感器接收的信号可以被忽略。这将减少假阳性对所确定的位置信息的影响。

例如，与所发送的信号相对应的信息可以包括发送的时间。

在一些实施例中，处理系统还被配置为向显示设备输出所确定的位置信息的指示。

所确定的位置信息的指示可以包括设备处于期望位置上的指示、设备与期望位置之间的距离的指示和/或设备必须移动以到达期望位置的方向的指示。显示设备可以被配置为提供所确定的位置信息的指示的视觉表示，例如以文本显示、视觉显示等形式。

在一些实施例中，设备是超声成像设备；处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息的步骤包括确定设备是否处于期望位置；并且，处理系统还被配置为响应于确定设备处于期望位置而指示显示设备显示与由设备接收的成像数据相对应的图像。

以这种方式，用户可以基于所显示的图像来决定设备的位置是否达到合适的成像平面，并且如果需要，可以对设备的位置进行进一步调整。

基于音频的位置信息和基于图像的位置信息的这种组合可以允许以比仅基于音频的位置信息和基于图像的位置信息中的任何一个更高的精度来定位设备。

还提出了一种用于确定对象的身体内的设备的位置信息的系统，其中，设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz频率的声学信号。所述系统包括：至少一个传感器，其在使用时被定位在对象的身体外部，并且被配置为接收由设备输出和/或路由的声学信号；以及上述处理系统。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定对象的身体内的设备的位置信息的计算机实施的方法，其中，设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号。

计算机实施的方法包括：从在使用时被定位在对象的身体外部的第一传感器接收响应于由设备输出和/或路由的声学信号的第一接收信号；获得第一接收信号的一个或多个参数的值，其中，针对一个或多个参数中的每个参数是随声学信号行进的距离而变化的第一接收信号的参数；并且，处理针对一个或多个参数中的每个参数的值来确定设备的位置信息。

还提出了一种计算机程序产品，其包括计算机程序代码单元，当在具有处理系统的计算设备上执行时，所述计算机程序代码单元使处理系统执行上述方法的所有步骤。

本发明的这些和其他方面将从下文所描述的实施例中显而易见并参考下文所描述的实施例进行阐述。

附图说明

为了更好地理解本发明，并更清楚地示出如何实施本发明，现在仅以范例的方式参考附图，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于确定对象的身体内的设备的位置信息的系统；

图2示出了根据本发明一个方面的图形，说明了针对当设备沿着对象的食道向下移动时由传感器接收的接收信号的幅度所获得的值；

图3示出了根据本发明一个方面的图形，说明了针对当设备沿着对象的食道向下移动时由传感器接收的接收信号的频率所获得的值；

图4示出了根据本发明实施例的用于将设备定位在对象的身体内的方法；

图5示出了根据本发明实施例的用于确定对象的身体内的设备的位置信息的系统；以及

图6示出了根据本发明实施例的用于确定对象的身体内的设备的位置信息的计算机实施的方法。

具体实施方式

将参考附图对本发明进行描述。

应当理解，详细描述和具体范例在指示设备、系统和方法的范例性实施例的同时，仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的设备、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中理解。应当理解，附图仅是示意图，并未按比例绘制。还应当理解，在整个附图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。

根据本发明的概念，提出了一种用于确定对象的身体内的设备的位置信息的系统和方法。设备输出和/或路由频率不超过20kHz的声学信号，所述声学信号由位于对象的身体外部的至少第一传感器接收。处理系统接收来自传感器的接收信号，获得接收信号的一个或多个参数的值，并且处理该值来确定设备的位置信息。

实施例至少部分是基于这样的认识，即，在临床过程期间插入对象的身体内的一些设备在某些操作模式下自然地发射可听频率的声音，在身体内发射的可听声音可以由外部传感器检测，并且这种可听声音的某些参数可以用作设备位置的标记。

例如，可以在超声系统中采用说明性实施例，例如基于超声的心脏监测系统、腹腔镜超声系统和血管内超声系统。

图1示出了根据本发明实施例的用于确定对象120身体内的设备110的位置信息的系统100。系统包括传感器130和处理系统140。处理系统140本身本发明的实施例。

图1中所示的设备110是经食道超声心动描记(TEE)探头；然而，系统100可以用于确定身体中任何合适的设备的位置信息。合适的设备是被设计用于定位在对象的身体内并且能够输出和/或路由频率低于超声频率的声学信号的任何设备，即频率不超过20kHz的声学信号——即输出和/或路由“可听信号”。例如，设备可以是用于介入超声的设备，例如腹腔镜超声探头或血管内超声探头。备选地，设备可以是用于通常不生成声学信号的介入过程的设备，并且可以为了跟踪目的有意地生成声学信号。

在图1中，设备110位于胃镜150的远端，并已插入对象120的食道121中。图1示出了处于食道中部位置的设备110，所述中部位置靠近对象的心脏122，并且是用于获得心脏图像的合适位置。

在一些成像模式(例如彩色多普勒模式)下，TEE探头110发射可听信号/声音(即具有在人类听觉范围内的频率)。由于彩色多普勒模式下多普勒脉冲的脉冲长度较长，因此由TEE探头中的成像阵列元件发射声音。这种声音的频率与成像发送脉冲的脉冲重复频率成比例。

因此，设备110可以通过在偶然(例如，并非其原理/主要目的)发射可听信号的成像模式下进行操作来发射可听信号。当设备在该成像模式下进行操作时获得的成像数据可以用于或可以不用于获得图像。在另一个范例中，设备可以在定制模式下进行操作，所述定制模式被配置为使得设备发射具有期望特征(例如，在20Hz到20kHz之间的频率)的声学信号。

在其他范例中，其他类型的设备110也可以发射可听信号/声音作为操作的副作用，或者它们可以有意地被配置为例如通过装配有能够产生可听信号或声音的额外部件来发射可听信号/声音。备选地，声音可以不在设备内生成；相反，可听信号/声音可以在其他地方(例如在胃镜150外部)产生并且由设备引导/路由。可听信号/声音可以在设备的一个部分中生成，并且由设备的另一部分在期望的方向上引导。

由设备110发射和/或路由的可听信号115由传感器130接收，所述传感器130被定位在对象120的身体外部。在图1中，传感器130被放置在对象的胸部上，靠近对象的心脏122。传感器130可以是能够接收频率不超过20kHz的信号的任何传感器。例如，传感器130可以是听诊器，或者装配有麦克风的超声探头，所述麦克风被调谐到由设备发射和/或路由的声音的频率范围。如果使用装配有麦克风的超声探头，则探头还可以用于检测来自设备110的超声信号，以便获得可以在确定位置信息中使用的额外数据。

传感器130响应于声学信号115向处理系统140发送接收信号135。处理系统140获得针对接收信号的一个或多个参数的值。接收信号的一个或多个参数包括根据声学信号115行进的距离而变化的一个或者多个参数。合适的参数对本领域技术人员来说是显而易见的，并且例如可以包括幅度、强度、飞行时间，以及在来自移动设备的信号的情况下，包括频率。

处理系统140处理针对一个或多个参数的所获得的值来确定设备110的位置信息。设想了用于基于接收信号135的一个或多个参数的值来确定位置信息的各种方法，并在下文中进行描述。

在范例中，设备110插入对象的口腔，并通过胃镜150的使用沿食道121向下移动，如图1所示。在设备移动时发射和/或路由可听信号115(即，具有小于20kHz或在20Hz到20kHz之间的频率的声学信号)，并且每个信号都被传感器130接收。换言之，声学信号在沿着食道的多个位置中的每个位置处由设备发射和/或路由。当设备沿着食道向下移动时，设备110可以连续地输出声学信号。

处理系统140接收来自传感器130的接收信号135，并获得针对每个接收信号的一个或多个参数的值，从而针对一个或多个参数中的每个，获得与设备110的多个位置相对应的多个值。

图2示出了图形200，说明了当设备110沿着食道121向下移动时，针对由如图1所示定位的传感器130接收的接收信号135的幅度所获得的值。

如图形200所示，由传感器接收的信号的幅度随着设备与传感器之间的距离的减小而增大。声学信号115行进的距离越小，在传感器处接收信号之前，周围环境吸收的能量就越少，因此接收信号的幅度就越大。

图形200示出了当设备110处于食道中部位置时接收信号135的幅度达到最大值。外部传感器130的位置被布置为使得设备110在食道中部位置最接近传感器。由于食道的形状，当设备向下移动远离食道中部位置时，设备远离传感器移动，使接收信号的幅度减小，然后当设备接近胃中部位置时开始再次朝向传感器移动，使接收信号的幅度再次增加。

因此，通过沿着食道向下移动设备直到响应于由设备输出和/或路由的声学信号而在接收信号的幅度值中实现第一最大幅度，设备110能够被定位在期望的食道中部位置。为了识别第一最大幅度，可以将设备移动到超出与第一最大幅度相对应的位置，然后将设备移动回与第一最大幅度对应的位置。

图3显示了图形300，说明了当设备110沿着食道121向下移动时，针对由如图1所示定位的传感器130接收的接收信号135的频率获得的值。

由于多普勒效应，接收信号135的频率取决于设备110相对于传感器130的移动。当设备朝向传感器移动时，在传感器处接收的信号的频率相对于发射处的信号的频率增加。由于设备没有直接朝向传感器移动，因此频率增加的量随着设备与传感器之间的距离的减小而减小。随着设备远离传感器，接收信号的频率相对于发射信号的频率减小。

图形300上的拐点350对应于设备的移动从朝向设备移动变为远离设备移动的点。换言之，拐点350对应于设备移动超过传感器的位置。传感器可以被定位为使得该位置是食道中部的位置，尽管为了实现用于设备的具体位置的用于传感器的其他合适的位置从该教导中将是显而易见的。

类似地，当设备110从食道上部位置向下移动到食道121时，处理系统140可以通过识别接收信号135的强度达到最大值或飞行时间达到最小值的位置来识别设备何时处于食道中部位置。

图4示出了根据本发明实施例的用于将设备定位在对象的身体内的方法400。方法可以用于定位能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号的任何设备。例如，设备可以是图1中的设备110。

方法从步骤410开始，其中传感器被定位在对象的身体的外部。传感器是能够接收频率不超过20kHz的声学信号(即“可听信号”)的任何传感器。例如，传感器可以是图1中的传感器130。传感器可以根据对象的身体内的设备的期望位置来定位，以便当设备处于期望位置时，来自设备并由传感器接收的声学信号的参数具有最大值、最小值或对应于拐点的值。例如，传感器可以被定位为使得设备处于期望位置时，比沿着设备的移动路径的任何其他位置更靠近传感器。

在步骤420处，设备在对象的身体内部移动。例如，设备可以沿着对象的食道向下移动，如图1所示。设备在其移动时输出和/或路由声学信号。例如，在超声设备的情况下，设备可以通过在发射音频脉冲的模式(例如彩色多普勒模式)下进行操作来输出声学信号。

在步骤430处，由传感器接收声学信号。处理系统接收来自传感器的接收信号。

在步骤440处，处理系统获得针对接收信号的一个或多个参数的值。如上所述，一个或多个参数随着声学信号行进的距离而变化。例如，处理系统可以获得以下值中的一个或多个值：接收信号的强度、接收信号的幅度、接收信号的飞行时间和接收信号的频率。

在步骤450处，处理系统确定针对每个参数的值是否已经达到以下值中的一个：最大值、最小值或对应于拐点的值。处理系统确定这些值中的哪一个取决于参数如何随行进距离变化。例如，处理系统可以确定接收信号的幅度的值是否已经达到最大值，如以上参考图2所述。

外部传感器的位置和设备的移动路径可以使得在一个或多个参数的每个参数中存在多于一个的最大值/最小值/拐点。因此，处理系统可以确定最大值、最小值或与拐点相对应的值是否对应于设备的期望位置。

例如，图2示出了在靠近对象心脏的传感器处接收的信号的幅度在设备沿对象的食道向下移动时在食道中部位置达到第一最大值，进一步沿食道向下在胃中部位置达到第二最大值。因此，当处理系统确定设备处于对应于第一最大幅度的位置时，处理系统可以确定处于食道中部位置。在其他范例中，处理系统可以通过确定已经达到第二或随后的最大值、最小值或拐点来识别设备的期望位置。

返回图4，如果在步骤450处，处理系统确定针对每个参数的值还没有达到最大值、最小值或拐点，或者还没有达到与所期望位置对应的最大值、最低值或拐点(如果这不是第一个或唯一的最大值、最小值或拐点)，则设备继续在对象的身体内进一步移动，并且重复从设备接收声学信号并获得针对接收信号的一个或多个参数的值的步骤。

继续重复步骤420至450，直到处理系统确定一个或多个参数中的每个参数的值已经达到最大值、最小值或拐点，或者已经达到与所期望的位置相对应的最大值、最小值或拐点(如果这不是第一个或唯一的最大值、最小值或拐点)。

在步骤460处，设备被定位在对象的身体内的期望位置。如果处理系统确定在设备处于与最大值、最小值或拐点相对应的位置时已经达到参数中的最大值、最小值或拐点，则能够停止设备的移动，使得设备保持在期望点处。如果方法400先前已被用于将设备定位在对象内，则处理系统可以例如通过将所获得的值与先前被识别为对应于最大值、最小值或拐点的值进行比较，来识别当设备处于与最大值、最小值或拐点相对应的位置时的最大值、最小值或拐点。

处理系统可以仅在设备已经被移动超过最大值、最小值或拐点时识别最大值、最低值或拐点。例如，处理系统可以基于来自对应于值的位置两侧的位置的值来确定值对应于最大值、最小值或拐点。因此，可以通过将设备移回与所确定的最大值、最小值或拐点相对应的位置来实现期望位置。

返回图1，在另一个范例中，可以由临床专家将设备110初始定位在期望位置，例如食道中部位置。当传感器130处于其初始位置时，传感器130接收由设备输出和/或路由的声学信号，并将接收信号发送到处理系统140。

处理系统140获得接收信号的一个或多个参数的值。以这种方式，处理系统获得与来自期望位置的信号相对应的一个或多个参考值。

设备110然后由可能不是临床专家的用户移动。传感器130从其新位置接收由设备输出和/或路由的声学信号，并将接收信号发送到处理系统140。处理系统获得接收信号的一个或多个参数的值。一个或多个参数中的至少一个参数应当对应于已经实现参考值的参数中的一个。

处理系统140将与新位置相对应的值与参考值进行比较，以便确定设备110的相对位置。例如，处理系统可以确定设备的位置是否与初始位置相同。在另一个范例中，可以使用校准过程，从而可以确定设备相对于初始位置的新位置。例如，可以使用电磁跟踪、设备上的距离标记等来获得对设备移动距离的基准真值的了解，并且，处理系统可以使用与新位置相对应的值、参考值和移动距离的基准真值来确定设备的相对位置。

处理系统140可以确定应该如何移动设备110以便将设备返回到初始位置。例如，频率相对于参考频率的降低将指示设备正在远离传感器130移动。如果传感器130被定位为使得设备的初始位置是最接近传感器的位置，则处理系统将确定设备应当在与当前移动方向相反的方向上移动，以便朝向初始位置移动。

在一些临床程序中，在多个期望位置之间移动设备110可以是有利的。临床专家可以将设备定位在多个期望位置中的每个位置，并且可以获得与来自多个位置中的每个位置的信号相对应的接收信号的一个或多个参数的值。非专家用户随后可以通过处理系统将与当前位置相对应的接收信号的值与来自每个期望位置的值进行比较，按照要求在期望位置之间导航设备。

在一些实施例中，系统100可以被配置为使得不对应于由设备110发射和/或路由的信号的声学信号被忽略。例如，可以连接设备和传感器130，并且传感器可以被配置为仅在从设备已经输出和/或路由信号的时间起的预定时间段内是活动的。例如，可以基于声学信号的预期最大飞行时间来确定预定时间段。

设备110可以与处理系统140进行通信。例如，处理系统可以被配置为接收响应于由设备输出和/或路由的声学信号的信息，并且确定接收信号是否对应于由设备输出和/或路由的声学信号。响应于由设备输出/路由的信号的信息可以包括可用于将信号与传感器130接收的其他信号区分开来的信号的任何特征。例如，信息可以包括输出/路由的时间，并且处理系统可以基于输出/路由的时间、接收的时间和预期的飞行时间来确定接收信号是否对应于输出/路由信号。

在一些实施例中，设备110可以从一个位置输出和/或路由多个不同的声学信号，并且处理系统140可以获得与多个输出/路由信号相对应的多个接收信号的一个或多个参数的值。

用于配置设备110以输出和/或路由多个不同声学信号的方法对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，如果设备是超声设备，则设备可以被配置为，通过在不同的操作模式(例如2D、3D、彩色多普勒等)之间切换，或者通过在设备发射具有变化的特征(例如，幅度、频率等)的信号的定制模式下进行操作来发射不同的声学信号(例如，具有不同频率的信号)。

由设备110输出和/或路由的声学信号可以针对传感器130进行定制。例如，如果传感器是听诊器，则设备可以被配置为输出和/或路由交替的高音和低音信号。传感器的膜片将接收高音信号，听诊器的响铃将接收低音信号，从而产生比均匀信号更高的SNR。高音信号可以具有在100–500Hz范围内的频率，而低音信号可以具有在20–100Hz范围内的频率。

对于在其中从多个位置输出和/或路由信号的实施例，可以使用来自设备110的单个位置的不同声学信号来改善所确定的位置信息的可靠性。可以从设备110的不同位置输出和/或路由同一组不同的声学信号，并且处理系统140因此可以获得与每个位置相对应的一个或多个参数中的每个参数的一组值。

例如，处理系统可以将与当前位置相对应的每个参数的一组值与对应的一组参考值进行比较，以更可靠地确定设备相对于参考位置的位置。

在一些实施例中，系统100还包括显示设备160。处理系统140可以被配置为向显示设备输出所确定的位置信息的指示。所显示的指示可以例如包括文本和/或图像。

所显示的指示取决于由处理系统140确定的位置信息的类型，并且可以包括例如以下中的至少一个：设备110的当前位置对应于接收信号的参数的最大值、接收信号的参数的最小值、或对应于拐点的接收信号的参数的值的指示；为了将设备定位在对应于接收信号的参数的最大值、接收信号的参数的最小值、或对应于拐点的接收信号的参数的值的位置，所需的设备移动方向的指示；设备相对于参考位置的位置；设备的当前位置对应于参考位置的指示；为了将设备定位在参考位置，所需的设备移动方向的指示；和/或设备的当前位置与设备的期望位置之间的距离的指示。

在一些实施例中，设备110是成像设备，例如超声成像设备，并且处理系统140被配置为确定设备是否处于期望位置。处理系统140还可以被配置为，如果处理系统确定设备处于期望位置，则使显示设备160上的显示转变为基于来自设备110的成像数据的图像。向显示图像的转变可以用作设备处于期望位置的指示。

确定设备110处于期望位置可以包括，例如，确定设备处于与接收信号的参数的最大值、接收信号的参数的最小值、或对应于拐点的接收信号的参数值相对应的位置，或者确定设备处于参考位置。

设备110可以在设备被定位时获得成像数据，例如，如果来自设备的声学信号是诸如彩色多普勒模式的超声成像模式的操作的附带后果。如果当前操作模式适合于在期望位置可视化解剖结构，则一旦处理系统检测到设备处于期望位置，设备的操作就可以以相同的模式继续。可选择地，设备的操作模式可以改变为更适合对目标解剖结构成像的模式。例如，在经食道超声心动描记的情况下，为了对心脏解剖结构成像，可以将设备的操作模式改变为B模式。

一旦处理系统140确定设备处于期望位置就显示来自设备110的图像允许使用基于图像的引导系统来最终确定设备的位置。系统的用户可以确认当前视图对应于解剖结构的期望视图，并且如果当前视图不对应于期望视图，则进一步调整探头的位置。通常，当设备位于所需位置附近时，来自设备的图像将包含可以用于引导用户重新定位设备的可识别解剖特征。

备选地，显示设备160可以在设备的整个定位过程中基于来自设备110的成像数据显示一个或多个图像。以这种方式，基于音频的定位可以与基于图像的位置引导相结合。

图5示出了根据本发明另一个实施例的用于确定对象520身体内的设备510的位置信息的系统500。系统500类似于图1中所示的系统100，但系统500包括第一传感器530和第二传感器570。

多个传感器530、570的使用允许使用三角测量法和/或多点定位技术来识别设备510的位置。在图5中，使用了两个传感器，但可以使用其他的传感器来改善所确定的位置信息的精确度。

在图5中，第二传感器570位于对象520的与第一传感器530相对的一侧，但传感器可以放置在能够接收来自设备510的声学信号的任何位置。例如，两个传感器530、570都可以定位在对象的前侧，其中一个传感器位于对象中线的每一侧，或者两个传感器都可以定位在对象的后侧。

设备510可以与图1中的设备110相同，输出和/或路由由第一传感器530和第二传感器570接收的声学信号515。处理系统540可以与图1中的处理系统140相同，接收来自两个传感器的接收信号。换言之，处理系统接收来自第一传感器的第一接收信号535和来自第二传感器的第二接收信号575，其中，第一接收信号和第二接收信号都响应于来自设备的相同的输出/路由信号。

处理系统540获得第一接收信号535的一个或多个参数的值和第二接收信号575的一个或多个对应参数的值。处理系统处理这些值来确定设备510相对于第一传感器530和第二传感器570中的每一个的位置。

例如，为了确定设备相对于传感器的位置，处理系统540可以分析设备510与第一传感器530和第二传感器570中的每一个之间的声学信号的飞行时间。由于外部传感器相对于对象520的身体的位置是已知的，因此可以例如使用三角测量法和/或多点定位技术从设备相对于传感器的位置来确定身体内的设备的位置。

系统500还可以用于执行上面参考图1的系统100描述的任何方法。例如，使用多个传感器可以改善涉及将接收信号的一个或多个值与一个或更多个参考值进行比较的方法的可靠性，因为来自多个接收信号的值可用于比较。

图6示出了根据本发明实施例的用于确定对象的身体内的设备的位置信息的计算机实施的方法600。方法600可以用于确定能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号的任何设备的位置信息。

方法从步骤610开始，其中，从位于对象的身体外部的第一传感器接收响应于由设备输出和/或路由的声学信号的第一接收信号。

在步骤620处，获得第一接收信号的一个或多个参数的值，其中，一个或多个参数中的每个参数是随着声学信号行进的距离而变化的第一接收信号的参数。

在步骤630处，对一个或多个参数中的每个参数的值进行处理来确定设备的位置信息。

应当理解，所公开的方法是计算机实施的方法。因此，还提出了一种包括代码单元的计算机程序的概念，当所述程序在处理系统上运行时，所述代码单元用于实施任何所描述的方法。

如上所述，系统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，以执行所需的各种功能。处理器通常采用一个或多个微处理器，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如微代码)进行编程以执行所需的功能。处理器可以实施为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的一个或多个已编程微处理器和相关电路的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的电路的范例包括但不限于，常规微处理器、专用集成电路(ASIC)、以及现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器可以与诸如易失性和非易失性计算机存储器的一个或多个存储介质相关联，如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以用一个或多个程序进行编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，这些程序执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是便携式的，使存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器中。

通过对附图、本公开和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解并实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。

单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所列举的几个项目的功能。

仅在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能用于有利的目的。计算机程序可以存储/分发在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分发，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

如果在权利要求书或说明书中使用术语“适于”，应当注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于确定对象(120、520)的身体内的设备(110、510)的位置信息的处理系统(140、540)，其中，所述设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号(115、515)，所述处理系统被配置为：

从位于所述对象的所述身体外部的第一传感器(130、530)接收响应于由所述设备输出和/或路由的所述声学信号的第一接收信号(135、535)；

获得所述第一接收信号的一个或多个参数的值，其中，所述一个或多个参数中的每个参数都是随着所述声学信号行进的距离而变化的所述第一接收信号的参数；并且

处理所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息。

2.根据权利要求1所述的处理系统(140、540)，其中，所述设备(110、510)被配置为在超声成像过程期间发射具有不超过20kHz的频率的声学信号。

3.根据权利要求1或2所述的处理系统(140、540)，其中，所述设备(110、510)包括经食道超声心动描记探头。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中，所述第一传感器(130，530)在使用时被定位在所述对象(120、520)的胸部上。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中，所述第一接收信号(135、535)的所述一个或多个参数包括以下中的至少一个：所述第一接收信号的强度、所述第一接收信号的幅度、所述第一接收信号的飞行时间和/或所述第一接收信号的频率。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中：

所述处理系统还被配置为重复对接收信号的接收的步骤和获得针对所述设备(110、510)的多个位置的所述接收信号的一个或多个参数的值的步骤；并且

处理针对所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息的步骤包括：处理与所述设备的所述多个位置中的每个位置相对应的所述值来确定与以下各项中至少一个相对应的所述设备的位置：参数的最大值、参数的最小值和/或对应于拐点的参数的值。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中：

处理针对所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备(110、510)的位置信息的步骤还使用与所述设备的参考位置相对应的所述一个或多个参数中的每个参数的参考值；并且

所述位置信息包括所述设备相对于参考位置的位置。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中：

所述处理系统还被配置为：

响应于由所述设备(110、510)输出和/或路由的相同声学信号(115、515)从位于与所述第一传感器(130，530)不同位置的所述对象的所述身体外部的第二传感器(570)接收第二接收信号(575)；并且

获得针对所述第二接收信号的一个或多个参数的值，其中，所述一个或多个参数中的每个参数对应于所述第一接收信号(535)的参数；并且

处理针对所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息的步骤包括：处理所述第一接收信号和所述第二接收信号的所述值来确定所述设备相对于所述第一传感器和所述第二传感器中的每个传感器的位置。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中：

所述处理系统还被配置为重复对接收信号的接收的步骤和获得针对由所述设备(110、510)从单个位置输出和/或路由的多个不同声学信号的所述接收信号的一个或多个参数的值的步骤；并且

处理针对所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息的步骤包括：处理针对所述接收信号中的每个接收信号的所述值。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中，所述处理系统还被配置为：

响应于由所述设备输出和/或路由的所述一个或多个声学信号，从所述设备(110、510)接收信息；并且

确定接收信号是否对应于由所述设备输出和/或路由的所述一个或多个声学信号中的一个声学信号。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中，所述处理系统还被配置为向显示设备(160、560)输出对所确定的位置信息的指示。

12.根据权利要求1至11中的任一项所述的处理系统(140、540)，其中：

所述设备(110、510)是超声成像设备；

处理针对所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息的步骤包括：确定所述设备是否处于期望位置；并且

所述处理系统还被配置为：响应于确定所述设备处于期望位置而以指令指示显示设备(160、560)显示与由所述设备接收的成像数据相对应的图像。

13.一种用于确定对象(120、520)的身体内的设备(110、510)的位置信息的系统(100、500)，其中，所述设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号(115、515)，所述系统包括：

至少一个传感器(130、530、570)，其在使用时被定位在所述对象的所述身体外部，并且被配置为接收由所述设备输出和/或路由的声学信号；以及

根据权利要求1至12中的任一项所述的处理系统(140、540)。

14.一种用于确定对象(120、520)的身体内的设备(110、510)的位置信息的计算机实施的方法(600)，其中，所述设备能够输出和/或路由具有不超过20kHz的频率的声学信号(115、515)，所述计算机实施的方法包括：

从位于所述对象的所述身体外部的第一传感器(130、530)接收响应于由所述设备输出和/或路由的所述声学信号的第一接收信号(135、535)；

获得针对所述第一接收信号的一个或多个参数的值，其中，所述一个或多个参数中的每个参数都是随着所述声学信号行进的距离而变化的所述第一接收信号的参数；并且

处理所述一个或多个参数中的每个参数的所述值来确定所述设备的位置信息。

15.一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所述处理系统执行根据权利要求14所述的方法(600)的所有步骤。