括針、導管、導絲、探頭、內窺鏡、機器人、電極、過濾設備、球囊設備，或其他醫(yī)學部件等。
[0028]將聲學傳感器(或接收器、換能器)120安裝在要被突出顯示的醫(yī)學設備102上，并且將第二換能器(或傳感器)130安裝在諸如US探頭122的探頭122上。為了易于引用，探頭122上的傳感器將被稱作換能器130，并且設備102上的傳感器將被稱作傳感器120。將探頭122連接到US掃描器125，所述探頭122發(fā)射和接收在患者或對象160中提供的US能量。探頭122的表面能夠進行接收(以感測由探頭122進行的信號發(fā)出，因此有效地對線觸發(fā)器信息進行反向工程研究)并且能夠進行發(fā)射，因此實現(xiàn)了在探頭122處將聲學信號直接注入到波束形成信號路徑中。在探頭122處接收到的信號被耦合到簡單數(shù)據(jù)分析與控制模塊124，所述簡單數(shù)據(jù)分析與控制模塊124被存儲在存儲器116中并且能夠在算法/程序123 (例如，快速傅里葉變換(FFT)、最大識別、任選的曲線擬合等)中進行一定量的信號處理。
[0029]在一個實施例中，超聲傳感器120被放置在諸如針的醫(yī)學器械102的尖端處。隨著來自對成像探頭122的視場的掃掠的波束，傳感器120感測超聲信號。分析這些超聲信號以提取幀重復周期T，以及最大信號在傳感器120處的到達時間t。。同時，(在探頭表面處的)超聲換能器130感測由探頭122發(fā)出的波束，所述波束實際上相當于線觸發(fā)器信息。最強波束的到達時間(t。)與該波束被發(fā)出時的時間之間的差分時間~為從探頭122到被跟蹤的傳感器120的超聲飛行時間。一個或兩個幀之后，在探頭表面處的換能器130被開啟并在tQ+T+td(或tQ+2T+td)時直接將脈沖發(fā)出到探頭122中。被連接到探頭122的掃描器125將該脈沖解讀為來自傳感器120的位置的高回波，因此甚至是在輕微的平面外對準的情況下將該脈沖突出顯示在圖像150上。
[0030]當設備102被插入US區(qū)域內部時，可以運行一次性校準步驟，以估計正被使用的成像模式的幀率(T)。通過分析由在探頭表面處的換能器130 (例如，PVDF材料)接收到的信號來捕捉線觸發(fā)器事件的時間選擇(timing)。尋找由傳感器120接收到的信號的時間最大值(t。)，并且在t。與緊接著的前一線觸發(fā)器之間的差分時間t d對應于從探頭122到設備102上的傳感器120的聲音行進時間。在隨后的幀上(在tfnT+td時，η為整數(shù))注入信號創(chuàng)建了在后續(xù)的幀處似乎來自設備102上的傳感器位置的聲學信號(需要插入為~的額外延遲，以模擬從設備102返回到探頭122的超聲傳播)。
[0031]應當理解，已經描述了用于同步幀率的兩種方法。如所描述的，這些方法包括:1)將不對稱條(壓電)放置在成像探頭122上。以此方式甚至能夠識別分幀線的開始，并且2)在相對長的時間段內聽取在工具102上的傳感器120上接收到的信號，并通過傅立葉分析來估計幀率。第二種方法需要器械已經在身體內部以用于幀率估計，并且即使幀率是已知的，啟動該幀的波束也是未知的。
[0032]顯示器118示出來自傳感器定位的回波。顯示器118也可以準許用戶與工作站112及其部件和功能進行交互，或者與系統(tǒng)100內的任何其他元件進行交互。這通過接口 140得到進一步促進，所述接口 140可以包括鍵盤、鼠標、操縱桿、觸覺設備，或用于準許來自工作站112的用戶反饋和與工作站112的交互的任何其他外圍設備或控制設備。
[0033]在另一實施例中，來自掃描器125的視頻信號輸出、具有傳感器120 (例如，一個或多個PVDF條)的器械102以及被附接到US探頭122的換能器130用于計算器械102在任何給定時間時的3D定位。視頻輸出信號是可在商業(yè)掃描器上容易獲得的，并被流到計算工作站112中。裁切和分割合適的圖像以識別左右波束/界限。在任何給定的時刻時，US探頭122上的PVDF條或換能器130在US波束中的任一個已經被射出時提供信號(A)。該信號來到控制模塊124。額外地，具有(一個或多個)聲學傳感器120的器械102也接收該聲波，并將該聲波轉化成電信號(B)，所述電信號也來到控制模塊124。控制模塊124自身被包括在計算工作站112中。當系統(tǒng)啟動時，僅A-信號被測量并用于識別波束間時間和幀間時間。
[0034]在初始校準步驟之后，已經知曉波束數(shù)目(NB)、波束間時間和幀間時間。US探頭122的實時視頻輸出圖像現(xiàn)在用于分割出US視場，所述US視場然后被劃分以識別每個波束在圖像中的位置。如在圖10中所描繪的，對于大多數(shù)掃描器/圖像，將圖像150相等地劃分成NB條掃描線152將是足夠的。當將器械102插入時，器械102接收基于其在圖像內部的定位的信號。能夠基于最大插值信號來自動探測包含傳感器120的主要波束。校準后，傳感器120的距離/深度也能夠根據(jù)波束的發(fā)射(信號-A)與波束擊中傳感器120 (信號-B)之間的時間差來計算。應當注意，該信息現(xiàn)在是可獲得的，這是因為信號-A與信號-B由于它們被連接到相同的控制模塊124而被時間同步。額外地，由于已經確立了視頻圖像中的波束位置，因此現(xiàn)在能夠將器械(傳感器120)位置實時顯示在US圖像之上。
[0035]能夠在每一次在視頻輸出圖像中探測到改變時重新校準波束參數(shù)。額外地，器械102可以具有超過一個的被植入的傳感器，并且來自傳感器的信號能夠用于估計器械102的平面外位置。器械102優(yōu)選地利用PZT或PVDF或P (VDF-TrFE)，盡管聚合物更方便使用。該實施例的變型能夠包括不同的可視化(例如，回波的圖像可以被成形為任何期望的形狀或方便的形狀)或者多個安裝實施例。此外，為了使該方法更容易實施，能夠使PVDF條由兩個條組成一一一個在左并且另一個在右。這將打破波束射出樣式的對稱性，并且?guī)椭鷧^(qū)分圖像幀的開始(一個條上的第一個波束)與結束(另一個條上的最末一個波束)，從而測量幀率而無需分析來自傳感器120的信號。備選地，能夠以非對稱的方式切割條，以隨著所射出的波束從左到右移動而生成非對稱的輪廓。該條既能夠被制成為一次性的也能夠被制成為永久性的。
[0036]參考圖2，概念圖示出了根據(jù)一個說明性實施例的部件之間的相互作用。利用換能器130在探頭122的表面處執(zhí)行信號注入。傳感器120被放置在要被突出顯示的設備102的尖端處。示出范例信號136、137，所述范例信號136、137由該傳感器120在一個成像幀期間接收到，并且然后由來自探頭的延遲波束接收到。系統(tǒng)100識別最大值的位置及其相對于標繪圖144和146(在延遲之后)中的線觸發(fā)器信息的時間選擇，所述線觸發(fā)器信息是由探頭122處的傳感器130搜集的。一個幀周期138之后，信號141被在探頭122處的換能器130以合適的時間選擇注入，以生成亮回波142，所述亮回波142似乎來自傳感器120所位于的地方，并且在顯示器118上是可見的。
[0037]參考圖3，需要估計成像探頭的幀率T。在一個實施例中，這是通過在相對長的時間Ttei+ (例如四分之一秒，以用于例如以40Hz記錄10個幀)內聽取接收到的信號并針對該信號的主導周期分析該信號(即，通過傅立葉分析)來完成的。在圖3中描繪接收到的蹤跡202。在蹤跡202上，個體脈動204對應于擊中傳感器(設備102上的120)的不同的波束(幅度隨著波束接近傳感器120并且然后遠離傳感器120而變化)。然后隨著在連續(xù)序列中采集若干相同的幀，重復該樣式若干次。由傳感器(120)在時間Ttei+期間接收到的蹤跡202能夠用于估計系統(tǒng)的幀率T。這完成后，接收器系統(tǒng)分析長度為(理想地，T〈T?<2Τ)的蹤跡。備選地，能夠通過將非對稱布置的換能器130放置在探頭122上來估計幀率。由換能器130隨著探頭122發(fā)出跨越視場的波束而收集到的信號將呈現(xiàn)對應于幀率的周期性，并且能夠估計幀的開始的時間選擇。
[0038]參考圖4，脈沖204中的一個被示為具有所描繪的長度的蹤跡210。應當注意，對這些蹤跡210的采集并不必與幀率同步。系統(tǒng)搜索該蹤跡的時間最大值t。。該最大值對應于來自被最佳地與傳感器120對準的發(fā)射事件的脈沖到達傳感器120時的時刻。由傳感器120在時間T_ (例如，這里T_ = 1.2Τ)期間接收到的蹤跡用于尋找在大多數(shù)同軸發(fā)射到達傳感器120時的時間t。。t。簡單地為蹤跡的時間最大值。
[0039]代替用于識別最接近傳感器120的波束和到達時間的簡單峰值探測，可以有利的是，擬合曲線或蹤跡210(例如，由傳感器120在Ttei+期間接收到的信號)并將到個體脈沖的局部最大值的曲線210擬合到簡單信號模型，例如，高斯。
[0040]接下來，將聲學信號注入回成像探頭122中，以創(chuàng)建似乎來自傳感器位置的人工回波。所注入的聲學信號閃爍(短的“注入開啟”時期與“注入關閉”時期交替)也可以是期望的。人眼對閃爍信號更為敏感。如果視頻流被捕捉并被同步到信號采集與注入設置，則能夠生成差分圖像以突出顯示所注入的信號(從“閃亮”圖像減去“閃滅”圖像)。差分圖像能夠在完整圖像處理鏈中被增強并被疊加在原始圖像上，所述完整圖像處理鏈僅要求對來自掃描器的視頻數(shù)據(jù)的訪問。顯示器圖像中的標記物的形狀可以采取任何形狀，并且也可以采用其他視覺效果。
[0041]設想兩個實施例:在探頭處的換能器為應答器(其能夠利用慢T/R開關被切換成發(fā)射模式)，或者在探頭表面處放置兩個換能器，一個用于感測并且一個用于發(fā)出。以任一種方式應用在圖5中描繪的事件的序列。