CN216221488U - 超声探测器和超声系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开了超声探测器和超声系统。例如，超声系统可以包括控制台和超声探测器。控制台的显示器可以配置为显示超声图像和手术区域的一个或多个静止或移动图像。超声探测器可以包括集成到超声探测器中的相机，用于记录手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括探头的远端而视场包括围绕探头的空间区域。通过与超声图像一起显示的一个或多个静止或移动图像，临床医生不必像现有超声系统一样频繁地在诸如手术区域和显示器的空间区域之间切换他或她的空间注意力，从而维持在一个或多个空间区域中的空间注意力。

Description

超声探测器和超声系统
优先权
本申请要求2020年10月2日提交的美国临时专利申请号63/086,971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，更具体地涉及超声探测器和超声系统。
背景技术
存在各种用于超声成像的超声系统，包括有线或无线超声探测器。无论是有线还是无线，诸如前述的超声系统要求临床医生在不同的空间区域之间切换他或她的空间注意力，特别是在1)用于超声成像的相对近的超声探测器和2)呈现相应超声图像的相对远侧的显示器之间切换。当超声成像和试图用针同时建立插入部位、将诸如导管之类的血管进入设备(“VAD”)在插入部位放置在患者的血管中等时，不得不在超声探测器和显示器之间切换空间注意力可能是困难的。对于经验较少的临床医生、眼睛中晶状体灵活性降低的年长临床医生等，这种困难可以明显存在。需要不需要临床医生在不同的空间区域之间连续切换他们的空间注意力的超声系统。
本文公开了用于在一个或多个空间区域中维持空间注意力的超声系统和方法。
实用新型内容
本文公开了一种超声探测器，在一些实施方案中包括探测器主体、从探测器主体的远端延伸的探头和集成入超声探测器的侧面的相机。探头包括多个以阵列布置的超声换能器。该相机被配置用于记录手术区域(procedural field)的一个或多个静止或移动图像，其中景深(depth of field)包括探头的远端的平面而视场(field of view)包括围绕探头的空间区域。
在一些实施方案中，超声探测器还包括光图案投影仪，该光图案投影仪集成入超声探测器的包括相机的侧面。光图案投影仪被配置为在围绕探头的空间区域中投射光图案，该光图案在探头的远端的平面中聚焦。该光图案被配置用于在手术区域中将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，光图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记(hash mark)。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，光图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，超声探测器还包括针引导保持器，该针引导保持器从与超声探测器的包括相机的侧面相同的探头的侧面延伸。
在一些实施方案中，超声探测器还包括联接至针引导保持器的单次使用针引导器。针引导保持器、针引导器或针引导保持器和针引导器的组合包括使针引导器能够在超声探测器的两侧之间旋转的至少一个自由度。
本文还公开了一种超声系统，在一些实施方案中包括控制台和超声探测器。该控制台包括显示器，该显示器被配置为在其显示屏上呈现手术区域的超声图像和一个或多个静止或移动图像。超声探测器包括探测器主体、从探测器主体的远端延伸的探头、以及集成入超声探测器的侧面的相机。探头包括多个以阵列布置的超声换能器。该相机被配置用于记录手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括探头的远端的平面而视场包括围绕探头的空间区域。
在一些实施方案中，超声探测器还包括针引导保持器，该针引导保持器从与超声探测器的包括相机的侧面相同的探头的侧面延伸。
在一些实施方案中，超声探测器还包括联接至针引导保持器的单次使用针引导器。针引导保持器、针引导器或针引导保持器和针引导器的组合包括使针引导器能够在超声探测器的两侧之间旋转的至少一个自由度。
在一些实施方案中，超声探测器还包括光图案投影仪，该光图案投影仪集成入超声探测器的包括相机的侧面。光图案投影仪被配置为在围绕探头的空间区域中投射光图案，该光图案在探头的远端的平面中聚焦。该光图案被配置用于在手术区域中将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，光图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，光图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，当光图案和针二者存在于围绕探头的空间区域中时，一个或多个静止或移动图像显示围绕探头的空间区域中的光图案和相对于光图案的针二者。一个或多个静止或移动图像可选地在显示器上显示光图案和相对于光图案的针二者，用于将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，显示器进一步被配置为根据由光图案指示的针可到达的一个或多个深度，在显示屏上呈现位于超声图像之上的一个或多个叠加针轨迹。一个或多个叠加针轨迹被配置用于在显示器上将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，显示器进一步被配置为在显示屏上呈现位于一个或多个静止或移动图像之上的叠加图案。该叠加图案被配置用于在显示器上将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，叠加图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，叠加图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，当针存在于围绕探头的空间区域中时，一个或多个静止或移动图像显示相对于叠加图案的针。一个或多个静止或移动图像可选地在显示器上显示相对于叠加图案的针，用于将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，显示器进一步被配置为根据由叠加图案指示的针可到达的一个或多个深度，在显示屏上呈现位于超声图像之上的一个或多个叠加针轨迹。一个或多个叠加针轨迹被配置用于在显示器上将针的引导插入探头下方的解剖目标。
本文还公开了一种超声探测器，在一些实施方案中包括探测器主体、从探测器主体的远端延伸的探头和集成入超声探测器的侧面的显示器。探头包括多个以阵列布置的超声换能器。该显示器被配置为在其显示屏上呈现超声图像和位于超声图像之上的一个或多个叠加针轨迹。一个或多个叠加针轨迹被配置用于在显示器上将针的引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，超声探测器还包括光图案投影仪，该光图案投影仪集成到超声探测器的包括显示器的侧面中。光图案投影仪被配置为在围绕探头的空间区域中投射光图案，该光图案在探头的远端的平面中聚焦。该光图案被配置用于在手术区域中将针引导插入探头下方的解剖目标。
在一些实施方案中，光图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，光图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，位于超声图像之上的一个或多个叠加针轨迹与由光图案指示的针能够到达的一个或多个深度一致。
在一些实施方案中，超声探测器还包括针引导保持器，该针引导保持器从超声探测器的包括显示器的侧面延伸。
在一些实施方案中，超声探测器还包括联接至针引导保持器的单次使用针引导器。针引导保持器、针引导器或针引导保持器和针引导器的组合包括使针引导器能够在超声探测器的两侧之间旋转的至少一个自由度。
本文还公开了一种超声系统的方法，在一些实施方案中，包括超声探测器获得步骤、超声探测器移动步骤、记录步骤、超声图像监测步骤和针插入步骤。超声探测器获得步骤包括获得超声探测器。超声探测器包括探测器主体、从探测器主体的远端延伸的探头、以及集成入超声探测器的侧面的相机。超声探测器移动步骤包括在患者上方移动超声探测器，同时超声探测器将生成的超声信号从探头中的超声换能器发射入患者，并通过超声换能器从患者接收反射的超声信号。记录步骤包括记录手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括探头的远端的平面而视场包括围绕探头的空间区域。超声图像监测步骤包括监测在与超声系统的控制台相关联的显示器的显示屏上呈现的超声图像，以识别探头下方的患者的解剖目标。针插入步骤包括将针插入解剖目标。可选地，针的插入由显示器参考在其显示屏上呈现的一个或多个静止或移动图像来引导。
在一些实施方案中，该方法还包括针引导器附接步骤。针引导器附接步骤包括将针引导器附接至从探测器主体延伸的针引导保持器。针引导器包括针通孔，针通孔被配置为以相对于探头的平面的针插入角将针引导到探头下方的患者体内。
在一些实施方案中，该方法还包括针引导器旋转步骤。针引导器旋转步骤包括在针插入步骤之前，在超声探测器的两侧之间旋转针引导器以找到合适的针轨迹。针引导保持器、针引导器或针引导保持器和针引导器的组合包括至少一个能够使针引导器旋转的自由度。
在一些实施方案中，在针插入步骤期间，根据围绕探头的空间区域中的光图案在手术区域中引导针。光图案从光图案投影仪投影，光图案投影仪集成入超声探测器的包括相机的侧面，并聚焦在探头的远端的平面内，用于在手术区域中引导针。
在一些实施方案中，光图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，光图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，在针插入步骤期间，在显示器上进一步引导针。一个或多个静止或移动图像显示围绕探头的空间区域中的光图案和相对于光图案的针二者，用于在显示器上引导针。
在一些实施方案中，在针插入步骤期间，在显示器上进一步引导针。超声图像根据由光图案指示的针可到达的一个或多个深度显示一个或多个叠加针轨迹，用于在显示器上引导针。
在一些实施方案中，在针插入步骤期间，根据在显示屏上的一个或多个静止或移动图像上呈现的叠加图案，在显示器上引导针，用于在显示器上引导针。
在一些实施方案中，叠加图案包括沿着从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的一个或多个射线的周期性散列标记。这些散列标记中的每个散列标记对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，叠加图案包括在从探头的平面中的超声探测器的中心轴辐射的两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧。这些圆弧中的每个圆弧对应于针沿着相关联射线以相对于探头的平面的针插入角而能够到达的探头下方的深度。
在一些实施方案中，在针插入步骤期间，在显示器上进一步引导针。超声图像根据由叠加图案指示的针可到达的一个或多个深度显示一个或多个叠加针轨迹，用于在显示器上引导针。
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
图1示出了根据一些实施方案的具有第一超声探测器的超声系统。
图2示出了根据一些实施方案的图1的超声探测器的立体图。
图3示出了根据一些实施方案的具有第二超声探测器的超声系统。
图4示出了根据一些实施方案的图3的超声探测器的前视图。
图5示出了根据一些实施方案的图3的超声探测器的侧视图。
图6示出了根据一些实施方案的将针引导插入解剖目标的示意图，其中光图案被投射在手术区域中。
图7示出了根据一些实施方案的第一光图案或第一叠加图案的示意图。
图8示出了根据一些实施方案的第二光图案或第二叠加图案的示意图。
图9示出了根据一些实施方案的第三光图案或第三叠加图案的示意图。
图10示出了根据一些实施方案使用在显示器上的一个或多个静止或移动图像上的第一光图案或第一叠加图案将针引导插入解剖目标。
图11示出了根据一些实施方案使用在显示器上的一个或多个静止或移动图像上的第三光图案或第三叠加图案将针引导插入解剖目标。
图12示出了根据一些实施方案的超声系统的框图。
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。此外，除非另有指示，否则前述特征或步骤中的任何一个可进一步还包括一个或多个特征或步骤。诸如“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等标签是为了方便而使用的，并不旨在暗指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。
关于“近侧”，例如，导管的“近侧部分”或“近侧区段”包括当导管用于患者时旨在靠近临床医生的导管的部分或区段。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、近侧区段或近侧长度可以包括导管的近端；然而，导管的近侧部分、近侧区段或近侧长度不需要包括导管的近端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的近侧部分、近侧区段或近侧长度不是导管的末端部分或末端长度。
关于“远侧”，例如，导管的“远侧部分”或“远侧区段”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或区段。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、远侧区段或远侧长度可以包括导管的远端；然而，导管的远侧部分、远侧区段或远侧长度不需要包括导管的远端。也就是说，除非上下文另有说明，否则导管的远侧部分、远侧区段或远侧长度不是导管的末端部分或末端长度。
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。
如上所述，存在各种用于超声成像的超声系统，包括有线或无线超声探测器。无论是有线还是无线，诸如前述的超声系统要求临床医生在不同的空间区域之间切换他或她的空间注意力，特别是在1)用于超声成像的相对近的超声探测器和2)呈现相应超声图像的相对远侧的显示器之间切换。当超声成像和试图用针同时建立插入部位、将诸如导管之类的VAD放置在插入部位处的患者的血管中等时，不得不在超声探测器和显示器之间切换空间注意力可能是困难的。对于经验较少的临床医生、眼睛中晶状体灵活性降低的年长临床医生等，这种困难可以明显存在。需要不需要临床医生在不同的空间区域之间连续切换他们的空间注意力的超声系统。
本文公开了用于维持空间注意力的超声系统和方法。例如，超声系统可以包括控制台和超声探测器。控制台的显示器可以被配置为显示超声图像和手术区域的一个或多个静止或移动图像。超声探测器可以包括集成到超声探测器中的相机，用于记录手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括探头的远端而视场包括围绕探头的空间区域。通过与超声图像一起显示的一个或多个静止或移动图像，临床医生不必像现有超声系统一样频繁地在诸如手术区域和显示器的空间区域之间切换他或她的空间注意力，从而维持在一个或多个空间区域中的空间注意力。鉴于附图和以下描述，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特定实施方案。
超声系统
图1和图3示出了根据一些实施方案的超声系统100，其包括控制台102和第一超声探测器104或第二超声探测器204。
图2示出了根据一些实施方案的超声探测器104的立体图。
如图所示，超声探测器104包括探测器主体106、从探测器主体106的远端延伸的探头108、以及在探头108中以阵列布置的多个超声换能器110。
超声探测器104还可以包括集成到超声探测器104的侧面的相机112、集成到超声探测器104的侧面的光图案投影仪114(例如，激光图案投影仪)、或集成到超声探测器104的侧面的相机112和光图案投影仪114二者。值得注意的是，包括相机112或光图案投影仪114的超声探测器104的侧面在图2中被示为超声探测器104的主侧，具体地，是超声探测器104的顶侧(或正面，前面)，当使用针116建立插入部位时，这便于针116的平面外视图(见图6)，如下面的方法中所述。此外，超声探测器104的前述侧面方便地包括超声探测器104的各种按钮118，这些按钮用于操作超声探测器104或204或超声系统100，同时使用针116建立插入部位。也就是说，包括相机112或光图案投影仪114的超声探测器104的侧面可替代地是超声探测器104的次侧，当使用针116建立插入部位时，这便于针116的平面内视图，如下面的方法中所述。
相机112被配置用于记录包括其中患者的对象部分的手术区域的一个或多个静止或移动图像120(见图10和图11),其中景深包括探头108的远端的平面而视场包括围绕探头108的空间区域。如下面更详细地阐述的，一个或多个静止或移动图像120可以连同与其相关联的超声图像136一起呈现在显示器158的显示屏上，这允许临床医生在用针116建立插入部位时在显示器158上维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在显示器158和手术区域之间切换他或她的空间注意力。
光图案投影仪114被配置为在围绕探头108的空间区域中投射光图案122，该图案在探头108的远端的平面中聚焦，从而将前述患者的对象部分包括在手术区域中。光图案122被配置用于在手术区域中将针116引导插入探头108下方的解剖目标。如下面的方法所述，类似于当呈现在显示器158的显示屏幕上时的一个或多个静止或移动图像120，当投射在探头108周围的空间区域中时的光图案122允许临床医生在用针116建立插入部位时在手术区域中维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在手术区域和显示器158之间切换他或她的空间注意力。
图7示出了根据一些实施方案的第一光图案122a的示意图。图8示出了根据一些实施方案的第二光图案122b的示意图。值得注意的是，当本文提到一般光图案时，参考光图案122。当本文提到特定的光图案时，参考光图案122a、122b等。
如图所示，122b的光图案122a包括沿着从探头108的平面中的超声探测器104的中心轴辐射的一个或多个射线126的周期性散列标记124。实际上，光图案122a包括沿着从超声探测器104的中心轴辐射的一条射线126的散列标记124，而光图案122b包括沿着从超声探测器104的中心轴辐射的三条射线126的散列标记124。如图6所示，散列标记124的每个散列标记对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。
图9示出了根据一些实施方案的第三光图案122c的示意图。
如图所示，光图案122c包括在从探头108的平面中的超声探测器104的中心轴辐射的两个或更多个射线126之间限制的周期性同心圆弧128。实际上，光图案122c包括从超声探测器104的中心轴辐射的三个射线126之间限制的圆弧128。如图6所示，圆弧128的每个圆弧对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。值得注意的是，相关联射线126可以是从超声探测器104的中心轴辐射的光图案122c的两个或更多个射线126之间的中间射线(intervening ray)。中间射线不必是光图案122c的可见光；可以在光图案122c的两个或更多个射线126之间设想中间射线，并且当使用针116建立插入部位时，跟随针116，如下面的方法中所述。
超声探测器104还可以包括从与超声探测器104的包括相机112的侧面相同的探头108的侧面延伸的针引导保持器130，无论前述侧面是包括相机112或光图案投影仪114的超声探测器104的主侧或次侧。
超声探测器104还可以包括单次使用针引导器132，该针引导器被配置为联接至针引导保持器130。针引导器132、针引导保持器130或针引导器132和针引导保持器130的组合可以包括使针引导器132能够在超声探测器104的两侧之间旋转至少一个自由度。实际上，如果针引导保持器130从超声探测器104的主侧延伸，针引导器132可以在超声探测器104的次侧之间旋转。如果针引导保持器130从超声探测器104的次侧延伸，针引导器132可替代地在超声探测器104的主侧之间旋转。为了使针引导器132能够在超声探测器104的前述侧面之间旋转，针引导器132和针引导器保持器130可以包括形成在它们之间的接头(例如，球接头)，其提供所需的自由度。如果针引导器132与针116一起使用以建立插入部位，则针引导器132可以有利地沿着光图案122c的圆弧128的每个圆弧旋转。针116随后可以沿着光图案122c的任何现有的或设想的射线插入，以建立插入部位。
图4和图5示出了根据一些实施方案的超声探测器204的不同视图。
如图所示，超声探测器204包括探测器主体206、从探测器主体206的远端延伸的探头208、以及在探头208中以阵列布置的多个超声换能器110。此外，超声探测器204可以包括集成到超声探测器204的侧面的相机112、集成到超声探测器204的侧面的光图案投影仪114、或集成到超声探测器204的侧面的相机112和光图案投影仪114二者。因此，超声探测器204在某些方面类似于超声探测器104。因此，上述针对超声探测器104的描述同样适用于超声探测器204。
超声探测器204还包括集成到超声探测器204的侧面、具体地是超声探测器204的顶侧(或正面，前面)中的显示器134，其将超声探测器204与超声探测器104区分开来。如下面的方法所述，显示器134被配置为在其显示屏上呈现超声图像136，这允许临床医生在用针116建立插入部位时在手术区域中维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在包括显示器134的手术区域和另一显示器(例如，控制台102的显示器158)之间切换他或她的空间注意力。此外，显示器134被配置为在超声图像136上呈现一个或多个叠加针轨迹138。(例如，一个或多个针轨迹138见图11)。一个或多个针轨迹138被配置用于在显示器134上将针116引导插入探头208下方的解剖目标。实际上，一个或多个针轨迹138与由光图案122指示的针116可到达的一个或多个深度一致。
值得注意的是，超声探测器104或204可以包括磁传感器，以增强针116在解剖目标的引导插入，如本文所述的基于磁的针引导。在美国8,388,541；美国8,781,555；美国8,849,382；美国9,456,766；美国9,492,097；美国9,521,961；美国9,554,716；美国9,636,031；美国9,649,048；美国10,449,330；美国10,524,691；和美国10,751,509中公开了这种基于磁的针引导，其每一个通过引用全部并入本申请。
图12示出了根据一些实施方案的超声系统100的框图。
如图所示，控制台102容纳各种部件，包括处理器140和存储器142，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”])，用于控制超声系统140在其操作期间的各种功能。实际上，控制台102被配置为通过存储在存储器142中并由处理器140执行的可执行指令144实例化用于控制超声系统100的各种功能的各种处理。
对于用于控制超声系统100的各种功能的各种处理，各种处理可以包括通过被配置为驱动超声换能器110的波束形成器进行波束形成，其中驱动超声换能器110包括发射生成的超声信号以及接收、放大和数字化反射的超声信号；通过信号处理器进行信号处理，所述信号处理器被配置为检测上述反射超声信号或与其对应的数字化信号中的每一个的振幅；以及通过图像处理器进行图像处理，所述图像处理器被配置为管理检测到的振幅的存储，并在超声图像136完成时将对应于检测到的振幅的集合的超声图像136发送到显示器134或158的显示屏。
除了用于控制超声系统100的各种功能的各种处理之外，各种处理可以包括将对应于来自超声探测器104或204的相机112的图像传感器的颜色和亮度数据的电信号处理成一个或多个静止或移动图像120；通过从超声换能器110发射生成的超声信号和由超声换能器110接收反射的超声信号之间的时间延迟来确定超声图像136中各种解剖结构的深度；根据超声图像136中的各种解剖结构的深度和针插入角度二者来调整从光图案投影仪114投射的光图案122的尺度，其中针插入角度从单个超声系统定义的针插入角度、各种超声系统定义的针插入角度中的临床医生选择的针插入角度和通过基于磁的针引导确定的动态针插入角度中选择；根据超声图像136中的各种解剖结构的深度和针插入角度调整位于一个或多个静止或移动图像120上的叠加图案160的尺度；以及根据超声图像136中各种解剖结构的深度和针插入角度调整位于超声图像136上的一个或多个针轨迹138的尺度。
控制台102还包括与处理器140和其他系统部件通信的数字控制器/模拟接口146，以管理超声探测器104或204与其他系统部件之间的接口。端口148也包括在控制台102中，用于与附加系统部件连接，包括可选系统部件，例如打印机、存储介质、键盘等的。端口148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150，以实现到外部电源152的可操作连接。内部电源154(例如，电池)也可以与外部电源152一起使用或不与外部电源一起使用。电源管理电路156包括在控制台102的数字控制器/模拟接口146中，以调节电源的使用和分配。
集成到控制台102中的显示器158被配置为在其显示屏上呈现图形用户界面(“GUI”)，由超声探测器104或204获得的超声图像136、由超声探测器104或204的相机112获得的手术区域的一个或多个静止或移动图像120、位于一个或多个静止或移动图像120上的叠加图案160、位于超声图像136上方的一个或多个针轨迹138等。也就是说，显示器158可替代地与控制台102分离并通信地联接至控制台102。无论如何，通过控制台102的控制台按钮界面162访问的控制按钮(见图1、图3、图10和图11)可用于立即向显示屏调用超声系统100的期望模式，以辅助基于超声的医疗程序，例如用于使用针116建立插入部位、将诸如导管之类的VAD放置在插入部位处的患者的血管中等。例如，超声系统100用于使用针116建立插入部位的模式可以包括呈现手术区域的一个或多个静止或移动图像120、位于一个或多个静止或移动图像120上的叠加图案160、位于超声图像136上方的一个或多个针轨迹138、或其组合。
图10和图11分别示出了使用光图案122(具体地是光图案122a和122c)将针116引导插入超声图像的解剖目标，如显示器158上与超声图像相邻的一个或多个静止或移动图像120中所示。
当呈现在显示屏上时，当针116存在于探头108或208周围的空间区域中时，一个或多个静止或移动图像120至少示出针116，这甚至单独允许临床医生在用针116建立插入部位时在显示器158上维持空间注意力。然而，如果超声探测器104或204包括光图案投影仪114，则一个或多个静止或移动图像120可以显示探头108或208周围的空间区域中的光图案122和相对于光图案122的针116二者，用于在显示器158上将针116引导插入探测头108或208下方的解剖目标。具有一个或多个静止或移动图像120中所示的光图案122和针116进一步允许临床医生在用针116建立插入部位时在显示器158上维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在显示器158和手术区域之间切换他或她的空间注意力。
图10和图11还分别示出了在显示器158上与超声图像相邻的一个或多个静止或移动图像120上，分别使用叠加图案160(具体地是叠加图案160a和160c)将针116引导插入超声图像的解剖目标。
紧接着前述，如果超声探测器104或204不包括光图案投影仪114，或者如果临床医生不喜欢使用超声探测器104或204的光图案投影仪114，则一个或多个静止或移动图像120可以显示位于其上的叠加图案160。当针116存在于探头108或208周围的空间区域中时，一个或多个静止或移动图像120可以由此显示叠加图案160和相对于叠加图案160的针116二者，用于在显示器158上将针116引导插入探头108或208下方的解剖目标。具有一个或多个静止或移动图像120中所示的叠加图案160和针116进一步允许临床医生在用针116建立插入部位时在显示器158上维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在显示器158和手术区域之间切换他或她的空间注意力。
与光图案122a或122b类似，叠加图案160a或160b包括沿着从探头108或208的平面内的超声探测器104或204的中心轴辐射的一个或多个射线126的周期性散列标记124；然而，与光图案122a或122b不同，散列标记124和一个或多个光线126是虚拟的，仅存在于显示屏上。与光图案122a类似，叠加图案160a同样包括沿着从超声探测器104或204的中心轴辐射的一条射线126的散列标记124，并且与光图案122b类似，叠加图案160b同样包括沿着从超声探测器104或204的中心轴辐射的三条射线126的散列标记124。散列标记124的每个散列标记对应于针116沿着相对于探头108或208的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108或208下方的深度。
与光图案122c类似，叠加图案160c包括在从探头108或208的平面内的超声探测器104或204的中心轴辐射的两个或更多个射线126之间限制的周期同心圆弧128；然而，与光图案122c不同，圆弧128和两个或更多射线126是虚拟的，仅存在于显示屏上。与光图案122c类似，叠加图案160c同样包括从超声探测器104或204的中心轴辐射的三条射线126之间限制的圆弧128。圆弧128的每个圆弧对应于针116沿着相对于探头108或208的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108或208下方的深度。值得注意的是，相关联射线126可以是从超声探测器104或204的中心轴辐射的叠加图案160c的两个或更多个射线126之间的中间射线。中间射线不必是叠加图案160c的可见光；可以在叠加图案160c的两个或更多个射线126之间设想中间射线，并且当使用针116建立插入部位时，跟随针116，如下面的方法中所述。
如上所述，显示器158被配置为在其显示屏上呈现位于超声图像136上方的一个或多个针轨迹138。一个或多个针轨迹138被配置用于在显示器158上将针116引导插入探头108或208下方的解剖目标。实际上，如图11所示，一个或多个针轨迹138与由光图案122c或叠加图案160c指示的针116可到达的一个或多个深度一致。
在图11中标记为'1'的针轨迹138被直截了当地理解为在垂直于超声束的平面内，用于所谓的相对于针116的平面外视图。将针116从图11的光图案122c或叠加图案160c的圆弧128移动至另一圆弧128朝向超声探测器104或204的中心轴移动，同时保持针插入角度恒定，使针116在显示屏上沿相同方向(例如，向上)从一个或多个针轨迹138的轨迹移动到另一个轨迹。实际上，在最接近超声探测器104或204的中心轴的圆弧128处将针116插入患者体内导致越过解剖目标，例如探头108或208下方的血管。值得注意的是，针116仍然可以进入血管，但位于探头108或208的远侧。类似地，将针116从图11的光图案122c或叠加图案160c的圆弧128移动至另一圆弧128远离超声探测器104或204的中心轴移动，同时保持针插入角度恒定，使针116在显示屏上沿相同方向(例如，向下)从一个或多个针轨迹138的轨迹移动到另一个轨迹。实际上，在离超声探测器104或204的中心轴最远的圆弧128处将针116插入患者体内导致向下注射到探头108或208下方的血管。值得注意的是，如果完全遵循针的轨迹，针116仍将进入血管，但在探头108或208的近侧，并且最终通过血管的后壁。
图11中标记为‘2’和‘3’的针轨迹138在与超声束的轨迹倾斜的镜像平面中，并且因此，倾斜地接近血管。然而，与针对图11中标记为“1”的针轨迹138所述的类似，将针116从图11的光图案122c或叠加图案160c的圆弧128移动至另一圆弧128朝向超声探测器104或204的中心轴移动，同时保持针插入角度恒定，使针116在显示屏上沿相同方向(例如，向上)从一个或多个针轨迹138的轨迹移动到另一个轨迹。将针116从图11的光图案122c或叠加图案160c的圆弧128移动至另一圆弧128远离超声探测器104或204的中心轴移动，同时保持针插入角度恒定，使针116在显示屏上沿相同方向(例如，向下)从一个或多个针轨迹138的轨迹移动到另一个轨迹。
简单地回到超声探测器104或204，超声探测器104或204包括用于操作超声探测器104或204或超声探测器104或204是其一部分的超声系统100的按钮118。例如，按钮118可以被配置用于选择如上所述的超声系统100的期望模式。超声探测器104或204包括按钮和存储器控制器164，该按钮和存储器控制器被配置用于与控制台102的探测器接口166可操作地通信，其中探测器接口166包括用于与超声换能器110接口的输入/输出(“I/O”)部件168和用于与按钮和存储器控制器164接口的按钮和存储器I/O部件170。
方法
方法包括使用超声系统100来建立用于进入患者的解剖结构(例如，血管)的插入部位的方法。该方法包括从超声探测器获得步骤、超声探测器移动步骤、记录步骤、超声图像监测步骤、针引导器附接步骤、针引导器旋转步骤和针插入步骤中选择的一个或多个步骤。
超声探测器获得步骤包括获得超声探测器104。如上所述，超声探测器104包括探测器主体106、从探测器主体106的远端延伸的探头108，以及集成到超声探测器104的侧面中的相机112。
针引导器附接步骤包括将针引导器132附接至从探测器主体106延伸的针引导保持器130。针引导器132包括针通孔，该针通孔被配置为以由针引导器132限定的针插入角度将针116引导到探头108下方的患者体内。
超声探测器移动步骤包括在患者上方移动超声探测器104，同时超声探测器104将生成的超声信号从探头108中的超声换能器110发射入患者，并通过超声换能器110接收来自患者的反射超声信号。
记录步骤包括记录包括患者的对象部分的手术区域的一个或多个静止或移动图像120。如上所述，记录一个或多个静止或移动图像120，其中景深包括探头108的远端的平面，以及其视场包括围绕探头108的空间区域。
超声图像监测步骤包括监测在与超声系统100的控制台102相关联的显示器158的显示屏上呈现的超声图像136，以识别探头108下方的患者的解剖目标。
针引导器旋转步骤包括在插入针步骤之前，在超声探测器104的两侧之间旋转针引导器132，以找到合适的针轨迹。针引导保持器130、针引导器132或针引导保持器130和针引导器132的组合，例如在它们之间形成的接头，包括至少一个能够使针引导器132旋转的自由度。
针插入步骤包括将针116插入解剖目标。在针插入步骤期间，将针116插入解剖目标是参考探头108周围的空间区域中的光图案122在手术区域中、参考呈现在其显示屏上的一个或多个静止或移动图像120或一个或多个针轨迹138或其组合在显示器158上而引导的。
关于参考光图案122在手术区域中的引导，光图案122从光图案投影仪114投射到探头108周围的空间区域中，并在探头108的远端的平面中聚焦，用于在手术区域中引导针116。如上所述，光图案122a或122b包括沿着从探头108的平面中的超声探测器104的中心轴辐射的一个或多个射线126的周期性散列标记124。散列标记124的每个散列标记对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。如上文进一步阐述的，光图案122c包括在从探头108的平面中的超声探测器104的中心轴辐射的两个或更多个射线126之间限制的周期性同心圆弧128。圆弧128的每个圆弧对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。
关于参考一个或多个静止或移动图像120在显示器158上的引导，一个或多个静止或移动图像120可以显示探头108周围的空间区域中的光图案122和相对于光图案122的针116二者，用于在显示器158上引导针116。然而，如果超声探测器104不包括光图案投影仪114，或者如果临床医生不喜欢使用超声探测器104的光图案投影仪114，则一个或多个静止或移动图像120可以显示位于其上的叠加图案160，用于在显示器158上引导针116。如上所述，叠加图案160a或160b包括沿着从探头108的平面中的超声探测器1014的中心轴辐射的一个或多个射线126的周期性散列标记124。散列标记124的每个散列标记对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。如上文进一步阐述的，叠加图案160c包括在从探头108的平面中的超声探测器104的中心轴辐射的两个或更多个射线126之间限制的周期性同心圆弧128。圆弧128的每个圆弧对应于针116沿着相对于探头108的平面的针插入角处的相关联射线126可到达的探头108下方的深度。
此外，关于参考一个或多个针轨迹138在显示器158上的引导，超声图像136可以根据由一个或多个静止或移动图像120中的光图案122或叠加图案160指示的针116可到达的一个或多个深度来显示一个或多个针轨迹138，用于在显示器158上引导针116。
值得注意的是，前述方法涉及超声探测器104；然而，可以针对超声探测器204修改该方法。在这种方法中，超声图像136可选地与超声图像136和控制台102的显示器158上的一个或多个静止或移动图像120组合显示在超声探测器204的显示器134上。如上所述，在超声探测器204的显示器134上显示图像允许临床医生在针插入步骤中用针116建立插入部位时在手术区域中维持空间注意力，从而避免临床医生像现有超声系统那样频繁地在包括显示器134的手术区域和另一显示器(例如，控制台102的显示器158)之间切换他或她的空间注意力。
虽然本文已经公开了一些特定的实施方案，并且已经详细公开了特定的实施方案，但是特定的实施方案并不意图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，可以出现额外的调整或修改，并且在更广泛的方面，这些调整或修改也包括在内。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 (26)

1.一种超声探测器，其特征在于，包括：
探测器主体；
探头，其从所述探测器主体的远端延伸，所述探头包括以阵列布置的多个超声换能器；和
相机，其集成入所述超声探测器的侧面，所述相机配置用于记录手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括所述探头的远端的平面而视场包括围绕所述探头的空间区域。
2.根据权利要求1所述的超声探测器，其特征在于，还包括光图案投影仪，其集成入所述超声探测器的包括所述相机的侧面，所述光图案投影仪配置为在围绕所述探头的空间区域中投射光图案，所述光图案在所述探头的远端的平面中聚焦，用于在所述手术区域中引导针插入所述探头下方的解剖目标。
3.根据权利要求2所述的超声探测器，其特征在于，所述光图案包括沿着一个或多个射线的周期性散列标记，所述一个或多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述散列标记中的每个散列标记对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
4.根据权利要求2所述的超声探测器，其特征在于，所述光图案包括在两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧，所述两个或更多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述圆弧中的每个圆弧对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
5.根据权利要求1所述的超声探测器，其特征在于，还包括针引导保持器，其从与所述超声探测器的包括所述相机的侧面相同的所述探头的侧面延伸。
6.根据权利要求5所述的超声探测器，其特征在于，还包括单次使用针引导器，其联接至所述针引导保持器，所述针引导保持器、所述针引导器或所述针引导保持器和所述针引导器的组合包括使所述针引导器能够在所述超声探测器的侧面之间旋转的至少一个自由度。
7.一种超声系统，其特征在于，包括：
控制台，其包括显示器，所述显示器配置为在其显示屏上呈现手术区域的超声图像和一个或多个静止或移动图像；和
超声探测器，所述超声探测器包括：
探测器主体；
探头，其从所述探测器主体的远端延伸，所述探头包括以阵列布置的多个超声换能器；和
相机，其集成入所述超声探测器的侧面，所述相机配置用于记录所述手术区域的一个或多个静止或移动图像，其中景深包括所述探头的远端的平面而视场包括围绕所述探头的空间区域。
8.根据权利要求7所述的超声系统，其特征在于，所述超声探测器还包括针引导保持器，其从与所述超声探测器的包括所述相机的侧面相同的所述探头的侧面延伸。
9.根据权利要求8所述的超声系统，其特征在于，还包括单次使用针引导器，其联接至所述针引导保持器，所述针引导保持器、所述针引导器或所述针引导保持器和所述针引导器的组合包括使所述针引导器能够在所述超声探测器的侧面之间旋转的至少一个自由度。
10.根据权利要求7所述的超声系统，其特征在于，所述超声探测器还包括光图案投影仪，其集成入所述超声探测器的包括所述相机的侧面，所述光图案投影仪配置为在围绕所述探头的空间区域中投射光图案，所述光图案在所述探头的远端的平面中聚焦，用于在所述手术区域中引导针插入所述探头下方的解剖目标。
11.根据权利要求10所述的超声系统，其特征在于，所述光图案包括沿着一个或多个射线的周期性散列标记，所述一个或多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述散列标记中的每个散列标记对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
12.根据权利要求10所述的超声系统，其特征在于，所述光图案包括在两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧，所述两个或更多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述圆弧中的每个圆弧对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
13.根据权利要求10所述的超声系统，其特征在于，当所述光图案和所述针二者存在于围绕所述探头的空间区域中时，所述一个或多个静止或移动图像显示围绕所述探头的空间区域中的所述光图案和相对于所述光图案的所述针二者，用于可选地在所述显示器上将所述针引导插入所述探头下方的所述解剖目标。
14.根据权利要求10所述的超声系统，其特征在于，所述显示器被进一步配置为根据由所述光图案指示的所述针能够到达的一个或多个深度在所述显示屏上呈现一个或多个叠加针轨迹，所述一个或多个叠加针轨迹位于所述超声图像之上，用于在所述显示器上将所述针引导插入所述探头下方的所述解剖目标。
15.根据权利要求7所述的超声系统，其特征在于，所述显示器被进一步配置为在所述显示屏上呈现位于所述一个或多个静止或移动图像之上的叠加图案，用于在所述显示器上将针引导插入所述探头下方的解剖目标。
16.根据权利要求15所述的超声系统，其特征在于，所述叠加图案包括沿着一个或多个射线的周期性散列标记，所述一个或多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述散列标记中的每个散列标记对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
17.根据权利要求15所述的超声系统，其特征在于，所述叠加图案包括在两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧，所述两个或更多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述圆弧中的每个圆弧对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
18.根据权利要求15所述的超声系统，其特征在于，当所述针存在于围绕所述探头的空间区域中时，所述一个或多个静止或移动图像显示相对于所述叠加图案的所述针，用于在所述显示器上将所述针引导插入所述探头下方的所述解剖目标。
19.根据权利要求15所述的超声系统，其特征在于，所述显示器被进一步配置为根据由所述叠加图案指示的所述针能够到达的一个或多个深度在所述显示屏上呈现一个或多个叠加针轨迹，所述一个或多个叠加针轨迹位于所述超声图像之上，用于在所述显示器上将所述针引导插入所述探头下方的解剖目标。
20.一种超声探测器，其特征在于，包括：
探测器主体；
探头，其从所述探测器主体的远端延伸，所述探头包括以阵列布置的多个超声换能器；和
显示器，其集成入所述超声探测器的侧面，所述显示器配置为在其显示屏上呈现超声图像和位于所述超声图像之上的一个或多个叠加针轨迹，用于在所述显示器上将针引导插入所述探头下方的解剖目标。
21.根据权利要求20所述的超声探测器，其特征在于，还包括光图案投影仪，其集成入所述超声探测器的包括所述显示器的侧面，所述光图案投影仪配置为在围绕所述探头的空间区域中投射光图案，所述光图案在所述探头的远端的平面中聚焦，用于在手术区域中将所述针引导插入所述探头下方的所述解剖目标。
22.根据权利要求21所述的超声探测器，其特征在于，所述光图案包括沿着一个或多个射线的周期性散列标记，所述一个或多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述散列标记中的每个散列标记对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
23.根据权利要求21所述的超声探测器，其特征在于，所述光图案包括在两个或更多个射线之间限制的周期性同心圆弧，所述两个或更多个射线从所述探头的平面中的所述超声探测器的中心轴辐射，所述圆弧中的每个圆弧对应于所述针沿着相关联射线以相对于所述探头的平面的针插入角而能够到达的所述探头下方的深度。
24.根据权利要求22所述的超声探测器，其特征在于，位于所述超声图像之上的所述一个或多个叠加针轨迹根据由所述光图案指示的所述针能够到达的一个或多个深度。
25.根据权利要求20所述的超声探测器，其特征在于，还包括针引导保持器，其从所述超声探测器的包括所述显示器的侧面延伸。
26.根据权利要求25所述的超声探测器，其特征在于，还包括单次使用针引导器，其联接至所述针引导保持器，所述针引导保持器、所述针引导器或所述针引导保持器和所述针引导器的组合包括使所述针引导器能够在所述超声探测器的侧面之间旋转的至少一个自由度。
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