[发明专利]超声换能器的姿态恢复

说明书

相关申请

本专利文档要求保护2016年3月28日提交的临时美国专利申请序列号62/314,300根据35 U.S.C. §119(e)的提交日的权益，通过引用将其合并在此。

技术领域

本实施例涉及超声成像。特别地，确定在超声成像中使用的阵列的姿态（pose）。

背景技术

跟踪系统被用在诊断图像获取和图像引导干预中。跟踪系统提供临床环境中阵列的位置和取向（姿态）的估计。

电磁跟踪解决方案生成磁场来对发射器和线圈传感器之间的距离作三角测量。对于不能视线接近反射标记的在体腔内进行导航的超声导管的情况，电磁跟踪是最主要的。光学红外跟踪解决方案要求对可能被遮挡的反射标记的严格视线接近。通常，因为由铁磁性对象引起的局部场畸变，电磁解决方案的准确性会低于光学解决方案。这些电磁和光学跟踪解决方案花费数千美元。

对于导管来说，另一方法是嵌入不透射线的标记并且利用荧光透视术成像来检测标记的分布。这样的方法是切实可行的，因为这些超声导管设备常常与荧光透视引导联合使用。然而，众所周知使用标记的图案（例如六个或更多不透射线的珠）的姿态恢复的准确性取决于图案的最小尺度的量值。对于超声导管来说，归因于导管的物理约束，最小尺度可以是大约3-4mm。因此，理论限制被置于姿态恢复的可实现的准确性。所述方法的另一缺点是所涉及的辐射量，因为设备跟踪依赖于具有电离辐射的X射线成像。

发明内容

通过介绍的方式，下面描述的优选实施例包括用于超声换能器的姿态恢复的方法、系统、指令和计算机可读介质。在一种方法中，惯性测量单元被定位在超声换能器上。来自惯性测量单元的测量结果与来自另一位置传感器（例如x射线、电磁或光学）的姿态或测量结果一起使用以改进准确性和/或以更大速率提供姿态信息。在另一方法中，将曲线、线或其他连接形状的发光二极管合并到换能器中。利用对发光二极管特定的滤波器的使用连接的形状图案的光学跟踪被用来确定姿态。

在第一方面中，提供一种用于超声换能器的姿态恢复的系统，其中惯性测量单元与超声换能器连接。位置传感器被定位成感测超声换能器。处理器被配置成基于来自位置传感器和惯性测量单元的输出来确定超声换能器的姿态。

在第二方面中，提供一种用于超声换能器的姿态恢复的系统，其中发光二极管被定位在超声换能器的手持外罩上。发光二极管形成邻近、视觉上连接的光源的几何图案。摄像机被定位成捕获发光二极管的图像。滤波器被配置成减少在不同于发光二极管的发射频率的频率处的所述图像中的信号。处理器被配置成基于由滤波器输出的图像和来自几何图案的模型的二维投影之间的差异的最小化来确定姿态。

在第三方面中，提供一种用于使用具有声学换能器元件阵列、惯性传感器和不透射线标记的导管的姿态恢复的系统。x射线成像器被配置成在导管在患者体内的同时对导管成像。处理器被配置成利用来自x射线成像器的图像和惯性传感器的输出来确定阵列的姿态。

本发明由下面的权利要求限定，并且所述部分中没有内容应被视为对那些权利要求的限制。本发明的另外的方面和优点在下面结合优选实施例来讨论，并且稍后独立地或组合地进行保护。

附图说明

部件和图不一定按照比例来绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在图中，相似的参考数字贯穿不同视图指定对应部分。

图1是用于超声换能器的姿态恢复的系统的一个实施例的框图；

图2图示超声导管上的不透射线标记和惯性测量单元的两个示例布置；

图3图示由发光二极管形成的连接的形状的六个示例图案；

图4是由图3的形状的光学检测提供的姿态中的示例准确性的表；

图5示出具有嵌入式发光二极管的示例手持换能器和图案的对应光学捕获；

图6示出合并嵌入式发光二极管和惯性测量单元的示例腹腔镜；

图7示出合并惯性测量单元的另一示例腹腔镜；

图8示出基于无线射频传输的示例位置传感器；

图9示出使用位置传感器和惯性测量单元的姿态恢复的示例处理器实施方式；

图10是使用点基准、图案基准以及图案基准和惯性测量结果的组合的示例准确性的表；

图11示出使用多个位置传感器和惯性测量单元的姿态恢复的示例处理器实施方式；

图12示出使用发光二极管的光学检测的姿态恢复的示例处理器实施方式；

图13是用于使用x射线成像和惯性测量结果的组合来恢复姿态的方法的一个实施例的流程图；以及