MX2013014554A - Inicializacion basada en la posicion del objeto de un formador de haz de ultrasonido. - Google Patents

Abstract

La formación de haces para formar en imágenes un objeto (310), tal como una herramienta intervencionista, se aumenta al inicializar el formador de haz (308) con la ubicación del objeto, y opcionalmente su orientación. La inicialización usa una estimación de la ubicación/orientación. La estimación se deriva de la salida de uno o más sensores (304, 306). Estos están colocados externos a la matriz formadora de imágenes (316) que opera con el formador de haces. Se hace el estimado sin la necesidad de un resultado de cualquier formación e imágenes con base en datos llegados por el ultrasonido reflejado. Uno o más de los sensores pueden unirse al objeto, que puede alargarse, como en el caso de una aguja o catéter usado en diagnóstico médico y tratamiento. En algunas implementaciones, uno o más de los sensores se unen a la sonda formada en imágenes (302). Los sensores pueden ser, por ejemplo, sensores de ultrasonido, electromagnéticos, ópticos, o de forma. Alternativamente, los transductores que transmiten el ultrasonido pueden sustituirse por los sensores de ultrasonido.

Description

I INICIALIZACION BASADA EN LA POSICION DEL OBJETO DE UN FORMADOR DE HAZ DE ULTRASONIDO Campo de la Invención : La presente invención se dirige a la utilización de ultrasonido al formar en imagen un objeto y, más particularmente, para inicializar un formador de haz para este propósito con base en un estimado de la ubicación y/u orientación del objeto.

! Antecedentes de la Invención 1 La visualización precisa de catéteres y agujas, y el conocimiento en tiempo real de su ubicación con respecto a la anatomía, son necesarios para intervenciones mínimamente invasivas. El ultrasonido intra-operativo a menudo se usa para estos propósitos. í ¡ Sin embargo, muchas herramientas quirúrgicas son difíciles para formar imagen con ultrasonido de pulso-eco I convencionales. También, la visualización a menudo está incompleta o propensa a distorsiones. i Por ejemplo, la utilidad de la Ecocardiografía Trañsesof gica en 3D (3D-TEE, por sus siglas en inglés) para i la guía de intervenciones cardiacas por catéter es todavía limitada debido a que es desafiante la formación de imagen en 1 catéteres de manera confiable con ultrasonido.

! Los catéteres y agujas son reflectores especulares que ! Ref: 244974 reflejan el sonido a distancia de la sonda que forma imagen si los ángulos de insonificación no son favorables. i I Como una consecuencia, un catéter aparece dentro y fuera estar invisible y algún punto a lo largo de su hueco puede confundirse como su punta. También, debido al débil reflejo, la señal del catéter puede sumergirse en señal de la anatomía que, lo rodea. difícil formar imágenes con catéteres las agujas, a menudo usadas para biopsia, blojqueo del nervio, suministro de fármaco, terapia hip'ertérmica, y ablación de radiofrecuencia (RF) , etc., son profundas. Además, debido a las heterogeneidades del tejido y bisel de la aguja asimétrica, la aguja a menudo se desvía de su trayectoria planeada, aún cuando se usa una guía de aguja.

Si j la aguja se desvía del plano que forma imagen, se vuelve i invisible. Muy a menudo, los médicos sacuden la aguja para ver en la pantalla de imágenes donde se ubica.

¡ Los sensores electromagnéticos (EM) se han unido a la encionista y la sonda de ultrasonido, para ción de la herramienta, esto es, ubicación en la imagen adquirida (SonixGPS Sheet, UltraSonix, hti : //www . ultrasonix . com/webfm . send/ 117) . i técnica propuesta en un documento titulado of Needle Visibility in Ultrasound-Guided Procedures" , por Cheung et al., Ultrasonido in Medicine and Biology, Vol . 30, No. 5 (2004), se usa la sonda I de ! ultrasonido para determinar la posición de la herramienta. Se crean parámetros para formar el haz, con base en la determinación, para insonificar la herramienta en un ángulo . i mejor. i I I Breve Descripción de la Invención j La presente invención se dirige a direccionar una o más de i las preocupaciones de arriba.

En un aspecto de la presente invención, un estimado I deriva de una ubicación y/u orientación de un objeto. Un I formador de haz se inicia con el estimado. El formador de haz opera con una matriz transductor de ultrasonido al formar en imágenes el objeto. El estimado está basado en la salida de al j menos un sensor externo para la matriz y colocado con respecto al objeto para sensibilizar la u cación/orientación.

¡ De acuerdo con otro aspecto, se hace el estimado sin la necesidad de un resultado de cualquier formación de imágenes en datos que llegan por ultrasonido reflejado. j En un aspecto, al menos uno de los sensores se une al ob eto. i J Como un subaspecto, al menos dos de los sensores, ubicados mutuamente separados, se unen al objeto.

I En un aspecto diferente, el objeto tiene un cuerpo I alargado, y al menos uno sensor conforme a al menos una i po ción del cuerpo para sensibilizar una forma de la porción al ¡determinar la orientación.

I En un aspecto alternativo, uno o más de los sensores es un (dispositivo electrónico.

Aún en un aspecto diferente, uno o más de los sensores es jun sensor de ultrasonido.

I ¡ En otro aspecto, una herramienta que comprende el objeto I es j rígida y tiene una base. Al menos uno sensor está configurado para detectar ópticamente la base para proporcionar la derivada de la estimación.

! En un aspecto relacionado, el formador de haz está para limitar un ángulo de incidencia de un haz de un haz de recepción, o ambos, para un valor tinto a cero para evitar lóbulos laterales y distorsiones reverberación .

En otro aspecto relacionado, el formador de haz1 está configurado para usar la estimación para optimizar la formación de haz.

¡ ¡ En un aspecto adicional, el formador de haz está basado en la estimación, colocar un enfoque objeto.

I j En un subaspecto de lo de arriba, la estimación es de la I ubicación y la orientación, el objeto se alarga, y el I forjmador de haz se configura además para, basado en la I estimación, colocar una pluralidad de enfoque de transmisión a lo largo del objeto en diferentes profundidades para coniformar al objeto.

En una versión, el objeto se alarga, y el formador de hazj está configurado con capacidad de inducción en una '\ En un aspecto diferente, el objeto se alarga, y el formador de haz está configurado para el espaciamiento del haz que es espacialmente lo suficientemente fino para mitigar o eliminar las distorsiones que forman en imagen discernibles como interrupciones a lo largo del objeto.

: Como aún otro aspecto, la estimación incluye una estimación de la ubicación, la ubicación es de una punta del obj'eto .

I En un aspecto complementario, la estimación incluye una estimación de la orientación.

En un aspecto adicional, la derivación, y formación de í haz' por el formador de haces, se realizan en tiempo real para i rastrear el objeto. i Aún como un aspecto adicional, la derivación incluye calcular la estimación.

Aún en otro aspecto, el objeto es un reflector especular de ultrasonido.

' En algunas modalidades, un dispositivo para realizar la funcionalidad descrita arriba está configurado como uno o más circuitos integrados. i En algunas versiones, una estimación se deriva de al menos uno de una ubicación, y una orientación, de un objeto. Un ' formador de haz se inicializa con la estimación. El formador de haz opera con una matriz transductor de ultrasonido. La estimación está basada en ultrasonido I i ¡ i i inducido electromecánicamente que llega a la matriz por transmisión en vez de por reflexión. i i j Los detalles de la tecnología de inicialización I formadora de haz de ultrasonido con base en la posición de la herramienta, novedosa, se establecen además a continuación, con la ayuda de las siguientes figuras, que no se dibujan a escala .

Breve Descripción de las Figuras I 1 Las FIGs . 1A-1B son diagramas conceptuales para i comparación entre la formación de haces de dos vías y la foijmación de haces únicamente de una vía; I I I Las FIGs. 2A-2B son diagramas conceptuales que correspondientemente, un esquema de adquisición sintética y el mismo esquema usando transductores J Las FIGs. 3A-3C son diagramas esquemáticos de las modalidades de sensor de la forma y transductores de i I ultrasonido ejemplares; I j La FIG. 4 es un diagrama esquemático y conceptual de las consideraciones del parámetro de la formación de haces al mitigar o eliminar las distorsiones visuales; Las FIGs. 5A-5B son diagramas esquemáticos de modalidades de sensor basadas en óptica y electromagnética; La FIG. 6 es un diagrama conceptual de los planos formadores de imágenes formados para contener una herramienta iniervencionista en una dirección longitudinal; y La FIG. 7 consiste de tres diagramas de flujo sobre la de ¡únicamente una vía Las FIGs . 1A, IB ofrecen, a manera de ejemplo la ¡matriz 102, pero los mismos principios se aplican para la formación de haces tridimensional con una matriz bi- I dimensional. La matriz 102 envía un haz 108 que se refleja en el reflector 106 y regresa a todos los elementos 104 de la matriz 102. El vuelo del pulso está sobre una distancia r(P) j + ¡d(i,P) para el elemento i. Cada elemento 104 mide continuamente la amplitud del ultrasonido de retorno. Para cada elemento 104, el tiempo hasta un máximo de tal medición, estio es, el "tiempo de ida y vuelta del vuelo," es indicativo En j su lugar, como se ilustra aquí, el transductor de ultrasonido que actúa como un transmisor 110 emite un pulso 112 que es incidente en cada elemento 104 de la matriz 102.

De esta manera, la formación de haz está basada én el I ultrasonido que llega por transmisión en vez de por reflexión. El vuelo aquí del ultrasonido pulsado sobre el cuál la formación de imágenes está basada, en contraste con I el j caso de la formación de haces de dos vías, sobre la distancia d(i, P) . El tiempo de emisión del pulso 112 hasta la jlectura de amplitud máxima en un elemento 104 determina el j Aunque la formación de haces de una vía se puede Las FIGs . 2A, 2B representan, respectivamente, un esquema de adquisición de abertura sintética y el mismo esquema usando elementos de matriz virtuales. Ambos esquemas i son) utilizables en aspectos de la invención.

J Volviendo ahora a la FIG. 2A, para una matriz formadora I de i imágenes 202, cada uno de los elementos N 204 secuencialmente envía un impulso, esto es, pulso, en el medio. Dejar que ri;P(t) sea la señal temporal recibida por el receptor P (en un catéter, aguja, u otra herramienta intervencionista) cuando el elemento i dispara un impulso.

(El i origen del tiempo se toma cada vez que un elemento se . Se asume que el receptor P está en el plano de imagen de la matriz, pero los mismos principios aplican para la formación de haces tri-dimensionales con una matriz bi -dimensional . El tiempo de viaje de i hasta P es ? ti(P = d(i,P)/c (ecuación 1) i donde d(i,P) es la distancia entre el elemento i y el receptor P, y e es la velocidad del medio de sonido. De esta I manera ri p(t) tiene su máximo en ti P. Una imagen del receptor i en j el espacio se forma por, para cada punto Q dentro del campo de vista, tomando la suma: i ; s(Q) =? rilP (ti,Q) (ecuación 2) ¡ sobre i = 1 hasta N. Las funciones de apodización pueden opoionalmente usarse como es la práctica estándar en el arte.

I La cantidad s (Q) se maximizará para Q = P; esto es, en la ubicación del receptor. i '< Con referencia ahora a la FIG. 2B, la transmisión dinámica retrospectiva (RDT, por sus siglas en inglés) con el esquema de elementos de matriz virtual mostrada es similar al I esquema de abertura sintética descrito arriba, la matriz formadora de imágenes se reemplaza por una "matriz virtual" hecho de "elementos virtuales." Cada elemento virtual es la ubicación focal de un haz enfocado que emane de la matriz de formación de imágenes reales (físicas) . Existen tantos elementos virtuales como haces enfocados de la matriz formadora de imágenes. La matriz formadora de imágenes envía haces N en el medio, barriendo el campo de vista. Dejar que ri,P(t) sea la señal temporal recibida por el receptor P en el I I medio cuando el número de haz i es disparado en el medio (esto es, el elemento virtual i emite un impulso) . El origen enI tiempo ahora se toma cuando el haz se emite. El tiempo de vi je del elemento virtual i hasta P es ti,P = d(i,P)/c (ecuación 3) El tiempo tomado para el haz transmitido para enfoque en i la Iubicación del elemento de matriz virtual es ti = d(i)/c (ecuación 3) donde d(i) es la distancia entre el centro de la activa de la matriz formado en imágenes y el punto l haz de transmisión i (esto es, el transductor virtual i) . En esquemas de transmisión usuales, todas las i : transmisiones se enfocan en la misma profundidad, así d(i) no depende de i; llamémoslo di y ti = di/c (ecuación 4) De esta manera toma el tiempo ti + ti(P entre la emisión I de j I haz i y la recepción del impulso correspondiente en el La cantidad riiP(t) de esta manera tiene su máximo en Una imagen del receptor en el espacio se forma al, para cada punto Q dentro del campo de vista, hacer la suma: s(Q) =? riiP(ti + ti,Q) (ecuación 2) sobjre i = 1 hasta N.

¡ La cantidad s (Q) se maximizará para Q = P que es la i ubi'cación del receptor. Como en el caso de abertura sintética descrita previamente, los pesos pueden aplicarse a los diferentes términos de la suma de la ecuación (2) , dando más importante a algunos haces y menos importancia a otros. El diseño de peso óptimo es bien conocido en el arte.

En realidad, ya que los elementos de matriz virtuales no son puntuales y tienen una cierta directividad que se gobierna por la forma de los haces formados en imágenes actualmente transmitidos, esto es necesario, como se conoce bien en el arte, para realizar algunas simulaciones de haz de transmisión para calcular las veces de llegada teóricas i exactas de cada haz i en cada punto Q.

I e (limitada de difracción) del objeto rastreado en todas las profundidades .

J La FIG. 3A representa, a manera de ejemplo ilustrativo y l no i limitativo, un dispositivo de formación de imagen de 300. Incluye una sonda formación de imagen de 302; sensores de ultrasonido (esto es, dispositivo electrónicos que incluyen transductores que actúan como receptores) 304, 306. Los sensores 304, 306 son externos a, esto es, separados y alejados de, la sonda. El incluye un formador de haz 308; un herramienta 310 a lo largo de los unen o de otra manera colocan; una estimación y módulo de inicialización 311 para hacer o calcular una estimación de posicionamiento de herramienta y suministrarlo al formador de haz 308 para inicializar el formador de haz; y entradas de cable 312, 314 de los sensores para el módulo 311. Alternativamente, los sensores 304, 306 y el módulo 311 pueden implementarse para comunicarse inalámbricamente uno con el otro. La sonda 302 incluye una matriz del transductor 316 que opera con el formador de haz 308 en la formación de imágenes. La sonda es bi-dimensional puede operar de acuerdo con el RDT discutido arriba, I proporciona la formación de haces únicamente de una vía de señales que llegan de la entrada de alambra 312, 314. La formación de haces de una vía se representa en la FIG. 3 por la flecha 318 de la matriz transductor 316 para el sensor de ultrasonido 304 mostrado a la izquierda, y por la flecha 320 de jla matriz para el otro sensor 306. La formación de haces por ejemplo en la emisión elemento por la matriz del transductor 316 y la Helgada del ultrasonido emitido en los sensores 304, 306.

I El formador de haz 308 también realiza la formación de haces de dos vías que es 2D aquí, pero puede ser 3D . En la de imágenes en 2D proporciona la presente como el plano objetivo. Un haz de transmisión 321 se representa por la matriz 316 hasta un punto 322 en una región de El haz de recepción correspondiente 326 se representa por la flecha de atrás para la matriz 316.

I Todos los puntos 322 en una región 3D de interés 324 se en la formación de imágenes. los sensores, aquí ambos sensores 304, 306 J se utilizan en las operaciones de la formación de haces de uina vía respectivas.

Dentro de la región de interés 324 está una punta 328, del I catéter 310, que reside, en cualquier momento dado, en una jubicación respectiva 329 y orientación 330 (únicamente un componente angular se muestra en esta vista de la figura) , estoi es, un punto y una dirección, respectivamente, en el espacio 3D. La ubicación 329 y orientación 330 (o "posición") se determinan sobre la marca basadas en los puntos de unión conojcidos de los sensores 304, 306 para la herramienta, y en las jposiciones espaciales de los sensores calculados por el formador de haz 308 basados en la formación de imágenes únicamente de una vía. Un resultado de la formación de haces I de una vía separada se obtiene para cada uno de los sensores I 304· 306. La formación de haz localiza el sensor 304, 306 en la región de interés 324 en el mismo sistema coordinado como la imagen de pulso-eco regular de la región de interés. Por inclusión dentro del catéter 310, los sensores 304, 306 se colocan con respecto a esto para sensibilizar su ubicación y/uj orientación. Opcionalmente por ejemplo, meramente la ubicación 329 del catéter 310, por ejemplo de la punta 328, puede derivarse de la salida de un sensor dado 304, 306 i arriba del catéter. Notablemente y en cualquier caso, la estimación de la posición se hace sin la necesidad de un i resultado de cualquier formación de imágenes basada en los datos que llegan por ultrasonido reflejado.

¡ En una modalidad, los cuadros específicos del tejido (con la formación de haces y otros parámetros (longitud de pulso, frecuencia, filtros...)) optimizados para visualizar i la anatomía se alteran, o de otra manera se intercalan, con I cuadros específicos de la herramienta (con parámetros de la formación de haces óptimos adaptivamente determinados optimizados, por las técnicas novedosas en la presente, para el ¡contenido de herramienta del cuadro) . Ambos tipos de i cuadros caen bajo la categoría de cuadros de adquisición de pulso-eco (o "formación de imágenes"). i ' Un cuadro de inicialización, por otro lado, se adquiere al escanear la matriz de transductor 316 con los sensores ·304,| 306 intercambiados en modo de recepción en los momentos i I apropiados, como se describe en detalle adicional a continuación. Estos cuadros se usan para hacer la posición de la estimación de herramienta para inicializar el formador de hazj 308 con respecto a los cuatros específicos de la I herramienta.

J La inicialización y adquisición de imagen de pulso-eco se ! separan por medio de · frecuencia o por medio de i sincronización (por ejemplo, alterna, o de otra manera , cuadros de la formación de imágenes con cuadros de inicialización). Los sensores 304, 306 se desencadenan I activos al recibir (para, en otras palabras, iniciar el reloj en tiempo cero al medir el retardo de una vía) por el detonante en línea de un escáner (no se muestra) que ¡ incorpora la zona 302 y el formador de haz 308. Una señal del detonante se emite cada vez que la sonda 302 emite un haz de I transmisión diferente. Los cuadros específicos de herramienta I I y específicos de tejidos se combinan, como se discute en más i deta i lle a continuación adicional, al formar una o más imágenes de exhibición. El intervalo dinámico del cuadro de inicialización puede hacerse en la mitad que del cuadro de formación de imágenes para' tomar en cuenta la formación de hacihes de una vía únicamente que induce lóbulos laterales aproximadamente dos veces tan alto como la formación de imágenes de dos vías convencional.

I Aunque el dispositivo de la formación de imágenes de i ultrasonido 300 se describe en- la presente arriba como se impliementa con los sensores de ultrasonido 304, 306 como receptores, los transductores pueden alternativamente la j adquisición de la posición de herramienta (o "inicialización" ) y adquisición de la formación en imágenes mencionada arriba en conexión con receptores que aplican el caso de los transmisores. En cuanto a la de frecuencia, el transmisor (o "fuente rastlreada") 110 es capaz de emitir pulsos cortos (opcionalmente , formas de onda más complicadas con códigos de transmisión) que pueden (pero no necesariamente) tener una I banda de frecuencia diferente de aquellas de los pulsos de la i formación de imágenes del ultrasonido de la formación de imágenes intra-operativa, con objeto de evitar interferencia inicialización y pulsos formados en imágenes. La de la inicialización y los pulsos formados en imágenes pueden diferenciarse ya sea simplemente con filtros de recepción o más algoritmos de identificación de firma de puláo sofisticado.

Además, en el caso de los transmisores 304, 306, también se ¿separan, para los propósitos de cuadro de inicialización, i en tiempo o frecuencia. La separación distingue los datos de ! radiofrecuencia de un transmisor uno del otro, para sus ubicaciones separadas.

La propagación de sonido ocurre del transmisor 110 a los elementos individuales 102 de la matriz transductor 316. Debido a la reciprocidad, el transmisor 110 que envía señales hacia los elementos individuales 104 del escáner de i ultrasonido puede, en un sentido análogo, reemplazar el receptor de ultrasonido, discutido en la modalidad previa, que i recibe señales de elementos individuales del escáner de ultrasonido, sin cambiar el procesamiento de señal para su 06, de la formación de haces del escáner de ultrasonido para conteo de i la propagación únicamente de una vía de ultrasonido transmisores 110 con su detonante en línea (que se diseña ' ser encendido durante la emisión de cada haz) o detonante de cuadro (que se diseña para ser encendido durante i la ¡emisión de cada cuadro) , la propagación de sonido que luego ocurre de los transmisores a los elementos individúales 104 I de la matriz del transductor 316.

I í Alternativamente, el transmisor 110 puede ser uno que desencadena la adquisición de imagen por el escáner de ultrasonido. Esto puede ser deseable en el caso donde el i ciclo de trabajo y las veces de encendido/apagado de los transmisores en la herramienta quirúrgica 310 se ha optimizado para mejor eficacia y seguridad del tratamiento (en| el caso donde el transmisor se usa actualmente para el tratamiento) . De hecho luego, el dispositivo de formación de j imágenes de ultrasonido 300 está configurado para un detonante de escáner de ultrasonido, por un detonante de línea o por un disparador de cuadro, emisión de sonido de los i transmisores) 110 y/o para los transmisores que disparan el escáner activo para la adquisición de imagen. 1 1 j ! El escáner de ultrasonido puede modificarse para l : rastrear el transmisor 110 al ajustar sus retardos de de haces retardados, por ejemplo, [r(P) + d(i,P)]/c la FIG. 1, para conteo para la propagación de ultrasonido de únicamente una vía (de los transmisores a la sonda 302) .

! El escáner de ultrasonido alterna cuadros de formación j ' de imágenes (emisión de ultrasonido activo de la sonda de formación de imágenes 302, los transmisores 110 sobre una herramienta intervencionista 310 se apagan, y la formación de haces de dos vías convencional se realiza para formación de imágenes de pulso-eco) con cuadros de inicialización (emisión ? de ' °la sonda de formación en imágenes se apaga, los tra smisores) en la herramienta intervencionista se apagan, se realiza la formación de haces únicamente de una vía) . Opcíonalmente , si los transmisores 110 se diseñan con una frecuencia diferente de las frecuencias formadas en imágenes, no ' hubo necesidad de encender/apagar la sonda de transmisor/ formada en imágenes durante los cuadros de formación de imágenes o inicialización: para los cuadros de í inicialización, los filtros de recepción temporales se modifican sólo para tomar en cuenta la frecuencia nominal í diferente de los transmisores) 110. i En una modalidad manual, alternativa del dispositivo de formación de imágenes de ultrasonido 300, la estimación de posición puede derivarse, en lugar de sobre la marcha, sensible a la selección por el usuario de entre las posiciones candidatas . Cada candidato se asocia por software en él formador de haces 308 con los parámetros de formación i de haces previamente ajustados. El usuario manualmente elige I el candidato que se cree se adapta mejor a la geometría de la I intervención actual. Se suministra el candidato elegido, y se deriva por el módulo de estimación e inicialización 331 para puede para para Para visualización más fácil, un plano formador o rebanada 330 puede adquirirse, como se aprecia en la FIGJ 3B que muestra una vista lateral del plano x/z. En este I ejemplo, la punta se extiende longitudinalmente dentro del i plano formador de imagen 330.

! Para exhibición, los cuadros específicos de herramienta I Un promedio el cuadro un color diferente. Alternativamente, en una exhibición doble, la pantalla izquierda puede mostrar el cuadro especificó de tejido, con la pantalla derecha que muestra el cuadro específico de herramienta.

Si la punta 328 es oblicua al plano formador de imagen 330 j uno o más planes que contienen la punta pueden formarse en imágenes, como se discute en un ejemplo a continuación , para proporcionar exhibición más exacta de la inmediatamente que rodea el extremo distal de la punta.

La FIG. 3C ilustra un uso ejemplar de los sensores en forma 334, tales como parrillas Bragg de fibra que son ya sea estiradas o comprimidas por un estímulo externo, como una alternativa o complemento para los sensores de ultrasonido 304; 306. Aquí, los sensores de forma 334 existen a lo largo ! i de las fibras ópticas que corren longitudinalmente a lo largo del catéter u otra herramienta 310. Las fibras, en un extremo próximo del catéter 310, se conectan a un reflectómetro de dominio de frecuencia óptico (OFDR, por sus siglas en inglés) (no¡ se muestra) que se conecta comunicativamente para el formador de haz 308. Los ejemplos de sensores de forma para instrumentos médicos tales como catéteres se proporcionan en la Patente de E.U.A. 7,772,541 para Froggatt et al. (de aquí en adelante "Froggatt"), la descripción completa de la cual se J incorpora en la presente como referencia. Como en Froggatt, los sensores de forma 334 confirman a al menos una I porbión del catéter 310 para sensibilizar una forma de la I porbión. También se permite la detección de posiciones, esto j es,j ubicaciones, en los sensores. Con base en estas I mediciones, la ubicación 329 y la orientación 330 del catéter 310 en el espacio de formación de imágenes de la sonda 302 se calbulan. El formador de haz 308 usa la estimación de la ubijcación 329 y orientación 330 al formar el enfoque de transmisión 338 junto con el catéter 310. Si la orientación catéter 310 es tal que su profundidad de imagen varía a lo largo del catéter, los focos de transmisión 338 están en diferentes profundidades para confirmar el catéter. El haz de transmisión 344, 346 tiene el contenido de espectro angular más : rico como su profundidad focal, de esta manera maximiza la probabilidad de la reflexión de ultrasonido hacia la sonda 3021 La formación de haces está en consecuencia optimizada con j base en la estimación de posición. Aunque los focos 338 se muestran en la FIG. 3C ya que existen en el exterior del catéter 310, pueden colocarse en cualquier lugar, en el centro radial por ejemplo. i j El espaciamiento 342 entre dos haces de transmisión 344, 346! se muestra en la FIG. 3C. Las interrupciones, esto es, distorsiones de interrupción, son algunas veces visibles a lo í largo de la herramienta alargada 310, tal como un catéter o aguja, y puede provocarse por interferencia destructiva debido a ecos de las partes vecinas de la herramienta. Las distorsiones pueden mitigarse o eliminarse al hacer muestreo espacial del tránsito y/o haces de recepción más fino, como se muestra por ejemplo además a continuación.

! Los haces conducidos que insonifican una herramienta formada en imagen 310 con un ángulo de 60 hasta 90 grados con respecto al cuerpo del a herramienta, esto es, ángulo de incidencia de 30 grados o debajo, genera reflexiones buenas hacia la sonda 302. Como se aprecia en la FIG. 3C, el ángulo I de ¡incidencia 350 está dentro del intervalo de 30 grados. La i buena hacia la sonda 302 proporciona una imagen de ultrasonido fácilmente visible. Los ángulos de haces de transmisión y recepción se optimizan para reflectividad de la La optimización puede incluir maximizar el fact ¡or de coherencia, esto es, relación de señales coherentemente sumados a señales incoherentemente sumadas, por ello para aumentar la visibilidad, reducir los lóbulos laterales e incrementar la relación señal a ruido (SNR) . El filtrado de Wiener puede usarse en casos SNR bajos. El factor i de coherencia y las técnicas de filtración Weiner se discuten I I en la Patente de E.U.A. No. 7,744,532 para Ustuner et al . y ! "Weiner Beamformer and Coherence Factor in Ultrasound I Imaging" , IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics , and Frequency Control, Vol . 57, No. 6 de Junio de 2010.

! La evitación de un ángulo normal, esto es, exactamente i 90 grados, entre el cuerpo de la herramienta y el haz de i ultrasonido puede prevenir o mitigar las distorsiones visuales, como se muestra por ejemplo en la FIG. 4. El formador de haz 308 en consecuencia se configura para limitar un ángulo de incidencia 408 de un haz de transmisión, un haz de recepción, o ambos, para un valor distinto de cero para i evitiar el lóbulo lateral y las distorsiones de reverberación.

De esta manera, las distorsiones de lóbulo lateral y reverberación 410 se previenen o mitigan, esto se representa por! el círculo "x" . i Además, los haces de recepción 402, 404 están separados por ; un intervalo espacial 406. El espaciamiento del haz 406 i especialmente es lo suficientemente fino para mitigar o j eliminar las distorsiones formadas en imagen discernibles í como interrupciones 412, 414, 416 a lo largo de la herramienta intervencionista 310. Esto se representa en la FIG.i 4 por el reemplazo de la interrupción 412 con la imagen perdida 418. i ¡ La FIG. 5A ilustra un dispositivo formado en imágenes de i ultrasonido basado en la sensación EM (electromagnética) 500. Esto incluye una sonda de ultrasonido 502, un sensor EM (o "transductor") 504 unido a una aguja 506 u otra herramienta médica intervencionista, un sensor EM 508 unido a la sonda, un i gene'rador de campo EM 510, un formador de haz 512, y un módulo de estimación e inicialización 513. El generador de campo EM i 510 'genera un campo que induce una corriente en los sensores EM 504,; 508. Los sensores EM se configuran para comunicar inalámbricamente una medición de la corriente inducida para el i generador de campo EM 510, que, a su vez, se diseña para recibir la medición. Con base en la corriente inducida, la ubicación y orientación de los sensores 504, 508 con respecto al generador de campo EM 510 se calculan. El módulo de estimación e inicialización 513 hace este cálculo, registra el I espacio de rastreo electromagnético con un espacio formado en i imágenes de la sonda 502, y suministra los resultados para el I i formador de haz 512. Con base en los resultados, el formador de haz ! 512 realiza la formación de imágenes en conjunto con una ¡ matriz del transductor 514. Un ejemplo de usar sensores EM al Patente de et al. Un un sensor E.U.A. de al. Ambos cia en su datos de riba, los datos pueden transmitirse por alambres en la sonda de ultrasonido 502 y alambres que corren en la herramienta 506. También, más de un sensor EM puede proporcionarse en la sonda 502 y en la herramienta 506. Por estándares de formación de imágenes de ultrasonido, la ubicación EM es un estimado aproximado. Sin embargo, la retroalimentación con la formación de ¡haces de ultrasonido aumentada de acuerdo con la que se i propone en la presente se usa para afinar la formación en 556 , y por lo tanto se colocan con respecto a la aguja para sensibilizar su ubicación/orientación. Los indicios se i proporcionan alrededor de la periferia de la sonda 556, cerca de una matriz de transductor 558, y opcionalmente alrededor de la base 553 de la aguja 554. La ubicación y orientación de tantio cámaras 550, 552, como imágenes de las cámaras, se i sumiinistran a un módulo de estimación e inicialización 563.

De los indicios formados en imágenes, una ubicación 329 de una herramienta rígida y la orientación de la herramienta 330 puede estimarse. Los datos de ubicación y orientación determinados con base en la salida de los sensores EM 564, 566,j como se describe en conexión con la FIG. 5A, también se I suministra al módulo de estimación e inicialización 563. Los i datos basados en imagen pueden usarse para actualizar los datos basados en EM, y una estimación de posición se registra con Iun espacio de imagen del formador de haz 562. Un ejemplo de ¡esta configuración se encuentra en la Publicación de Patente de E.U.A. de propiedad común No. 2010/0194879 para Pasveer et al., la descripción completa de la cual se de; una cual se imágenes separados 604, 606. Esta formación en imágenes es particularmente útil cuando la herramienta se extiende oblicuamente al plano objetivo. 604, 606 se adquieren por uso de una con capacidad de conducción de elevación, por ejemplo, con una matriz de formación de imágenes en 2D o 1.75D. De manera incrementada, en tiempo real, la elevación es variada plano a plano, para crear una "rebanada gruesa." La adquisición de la rebanada gruesa se datos de imágenes correspondientes a los planos oblicuos deséados se extraen.

¡ El contenido específico de tejido del plano del objeto puede exhibirse al usuario, con uno o más de los planos formado en i imágenes oblicuos 604, 606, específicamente el contenido espjecífico de la herramienta del mismo, al lado. 0, una proyección de la herramienta puede superponerse en el plano del objjeto. En la exhibición, puede incluirse un indicador de la I orientación relativa de los planes. El indicado puede, por i ejemplo, ser un esquema de una sonda de formación de imágenes y, I extendida de esta, los dos planos oblicuos 604, 606, ilustran sus posiciones relativas una con la otra. ¦i I La FIG. 7 consiste de diagramas de flujo de procesos i ejemplares de inicialización del formador de haz 702, adquisición de datos formados en imágenes 704, y exhibición i de datos formados en imágenes 706, respectivamente.

¡ De acuerdo con el proceso de inicialización del formador os datos de posición se adquieren (etapa S708) . de posición adquiridos, la posición, esto es, y orientación 330, se calcula (etapa S710) . El formador de haz se inicializa con la posición calculada i (etapa S712) . Si la inicialización es para actualizarse (etaipa S714), como ocurrirá típicamente en tiempo real, el procesamiento regresa a la etapa S708. j En el proceso de adquisición de datos concurrente 704, I se úsa la posición estimada para adquirir una o más imágenes específicas de la herramienta (etapa S716) . Una imagen específica de tejido luego se adquiere (etapa S718) . Si la adquisición de datos formados en imágenes es para actualizarse (etapa S720) , como ocurrirá típicamente en el procesamiento regresa a la etapa S716. en el proceso de exhibición de datos concurrente la exhibición de los datos formados en imágenes adqujiridos de corriente (etapa S722) . La exhibición puede incluir una imagen específica de la herramienta, junto con una imagen específica de tejido. Si la herramienta es oblicua al objetivo, uno o más planos que contienen la herramienta 604,j 606, específicamente el contenido específico de la herramienta del mismo, puede en lugar de colocarse al lado del plano del objeto, específicamente el contenido específico del tejido del mismo, junto con una indicación de las orientaciones relativas de los planos . Si la exhibición de imagen es para actualizarse (etapa S724) , como ocurrirá típicamente en tiempo real, el procesamiento regresa a la etapa S722.

La formación de haces para formar en imagen un objeto, tal como una herramienta intervencionista, se aumenta al inicializar el formador de haz con la ubicación del objeto, y I sensores pueden unirse al objeto, que pueden alargarse, como en el caso de una aguja o catéter usado en diagnostico médico i y tratamiento. En algunas implementaciones , uno o más de los i sensores se unen a la sonda de formación de imágenes. Los sensores pueden ser, por ejemplo, sensores de ultrasonido, electromagnéticos, ópticos, o de forma. Alternativamente, los transductores de transmisión de ultrasonido pueden I sustituirse para los sensores de ultrasonido.

Las aplicaciones clínicas de la tecnología novédosa discutida en la presente arriba incluyen cualquier procedimiento donde es deseable determinar la ubicación y orientación de una herramienta quirúrgica y no puede confiablemente realizarse con solo formación de imágenes de ultrasonido estándar. novedoso puede aplicarse diagnóstico médico o o animal, el alcance pretendido de la cobertura de la reivindicación no es así limitado. Más ampliamente, la formación de imágenes aumentadas, in vivo, in vitro o ex vivo se concibe.

Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en las figuras y descripción anterior, tal ilustración y descripción son para considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas; la invención no se limita a las modalidades descritas. j Por ejemplo, la herramienta alargada puede ser un I aplicador para inserción de semilla radioactiva para tratar cáncer. Como otro ejemplo, en una herramienta con transductores de rastreo de ultrasonido múltiple, el tipo puede mezclarse, con algunos transmisores y otros receptores. Tai oién, mezcla de tipos de sensor en una modalidad sencilla pueden involucrar ultrasonido, forma, E , ópticos u otros tipos de sensores.

Otras variaciones para las modalidades descritas pueden entenderse y efectuarse por aquellos experimentados en el I arte al practicar la invención reivindicada, de un estudio de las I figuras, la descripción, y las reivindicaciones anexas.

En ¡ las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no I excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "uno" no excluye una pluralidad. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no deberá construirse como que ¡limita el alcance.

Un programa de computadora puede almacenarse momentáneamente, temporalmente o durante un periodo más largo de tiempo en un medio legible en computadora adecuado, tal como un medio de almacenamiento óptico o un medio de estado I sólido. Tal medio no es transitorio únicamente en el sentido i de no ser una señal transitoria, de propagación, pero incluye i otras formas de medio legible en computadora tal como memoria de registro, procesador cache y RAM.

Un procesador sencillo u otra unidad pueden cumplir las funciones de diversos artículos recitados en las . El mero hecho de que ciertas mediciones se recitan en las reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas mediciones no pueda usarse con ventaj . j Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención

Claims (9)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reiv Iindicaciones .

1. Un dispositivo caracterizado porque está configurado pará derivar una estimación de una ubicación y orientación, i de lun objeto y para inicializar, con la estimación, un i formador de haz para operar con una matriz transductora de ultrasonido al (i) alterar una adquisición de cuadro formados en imágenes específicos de herramienta para formar en imágenes el objeto con cuadros formados en imágenes específicos de tejido por medio de la formación de haces de dos vías y (ii) adquisición de corriente de los cuadros de inicialización por medio de la formación de haces de una vía para estimación de posición de herramienta e inicialización

I del j formador de haces con respecto a los cuadros formados en imágenes específicos de herramienta, la estimación está

I basada en la salida de . al menos un sensor externo para la matriz de transductor de ultrasonido y colocado con respecto al objeto para sensibilizar la ubicación y orientación. j 2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, ciaracterizado porque la estimación se hace sin necesidad ¡ de un resultado de cualquier formación de imágenes con base en los datos llegados por ultrasonido reflejado.

I ii

J 3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, [caracterizado porque comprende al menos un sensor, en i donde uno o más de al menos un sensor es une al objeto. porción del cuerpo para sensibilizar una forma de la porción al determinar la orientación.

I 5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación caracterizado porque comprende al menos un sensor, en donde uno o más de al menos un sensor comprende un sensor de ultrasonido .

I

I 6. El dispositivo de conformidad con la . reivindicación i un sensor se configura para detectar ópticamente la base para proporcionar el derivado. i 1 7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, ¡caracterizado porque además comprende el formador de en donde el formador de haces se configura para un ángulo de incidencia de un haz de transmisión, un recepción, o ambos, para un valor diferente de cero para, mitigar el lóbulo lateral y las distorsiones de reverberación. j 8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el formador de haces se configura para, con base en la estimación, colocar un enfoque de transmisión en el objeto.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque además la estimación es de la ubicación y la orientación, el objeto siendo alargado, y el i formador de haces se configuran para, con base en la condiucción en una dirección de elevación, y en donde la un plano formador de del objeto se extiende I 11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación i 10, j caracterizado porque al menos una punta extendida dentro de otro plano formador de imágenes, planos formadores de imágenes son mutuamente formador de haces se configura además para imágenes en ambos planos formadores imágenes para la exhibición concurrente en tiempo real. I I 12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación I 1, jcaracterizado porque el objeto es un objeto alargado, en donde el formador de haces se configura para el espaciamiento del haz que es lo suficientemente fino espacialmente para mitigar o eliminar las distorsiones formadas en imágenes discernibles como interrupciones a lo largo del objeto dentro i de una imagen respectiva del objeto. comprende: j aumentar la visualización, inicializar, con una estimación de una ubicación y orientación del objeto, un formador de haces para operar con una matriz de transductor de (ultrasonido al (i) alternar una adquisición de cuadros formados en imágenes específicos de herramienta para formar en imágenes el objeto con cuadros formados en imágenes específicos de tejido por medio la formación de haces de dos ¦ víai y (ii) adquisición de corriente de los cuadros de i inicialización por medio de la formación de haces de una vía para estimación de posición de herramienta e inicialización I 38 del I formador de haces con respecto a los cuadros formados en imágenes específicos de herramienta, la estimación está I basada en la salida de al menos un sensor externo para la transductor de ultrasonido y colocado con respecto para sensibilizar una ubicación y orientación. i I 15. Un producto de software de computadora para aumentar un objeto, caracterizado porque comprende un computadora que personifica un programa de incluye instrucciones ejecutables por un procesador para realizar un acto que comprende: aumentar la visualización, inicialización, con una específicos de tejido por medio de la formación de haces de dos vías y (ii) adquisición de corriente de cuadros de inicialización por medio de una formación de haces de una vía para estimación de posición de herramienta e inicialización del j formador de haces con respecto a los cuadros formados en I imágenes específicos de herramienta, el estimado está basado de al menos un sensor externo para la matriz ultrasonido y colocados con respecto al objeto para' sensibilizar la ubicación y orientación.