[发明专利]用于定位声学传感器的定位设备和系统

说明书

提供了一种定位设备用于确定声学传感器的位置。定位过程利用多个发射波束(其中，波束被定义为来自超声阵列中的所有换能器的发射)，具有频率分析以识别是否存在从声学传感器反射的信号。根据多个频率分析来获得位置。

技术领域

本发明涉及一种用于定位声学传感器的设备和方法，例如用于定位对象体内的植入物。这对于导丝、导管或针尖跟踪并且因此一般的引导的血管访问是感兴趣的。

背景技术

针、导管和其他介入工具，由于它们的镜面性质和不利的入射角，通常难以在超声下可视化。在超声引导下标记针尖的一种解决方案是在针尖处嵌入小型超声学传感器。当来自超声成像探头的成像波束扫过视场时，这种传感器接收撞击在其上的直接超声信号。传感器也可植入体内，用于监测体内状况。

声学传感器设备通常具有响应于外部刺激而变形的膜，并且具有共振频率。它可以接收和发射具有特定频谱的声信号。传感器设备的共振频率取决于设备的特性，例如膜声学传感器的内部压力，或者设备的尺寸和材料。外部环境也会影响设备的共振频率。结果，可以根据传感器产生的共振频率提取关于外部环境的信息。

声学传感器设备可以通过在其位置处生成可识别信号而仅用于定位。然而，通过校准传感器的频率响应，关于外部环境的信息(例如流体流场中的压力)也可以编码在从声学传感器接收的信号中。例如，对于压力传感器，可以校准设备共振频率与环境压力之间的关系。基于检测到的频率，可以确定设备周围的环境压力。

已经提出了使用从传感器接收的信号来突出传感器在超声图像中的位置的不同方式。这些依赖于从成像探头到传感器的超声的飞行时间，用于估计传感器的范围坐标，以及当成像波束扫过视场时接收的信号的强度，以恢复横向坐标。

声学传感器设备通常植入有其他介入设备，例如支架或人工心脏瓣膜。因此，在B模式超声下定位设备是具有挑战性的。

超声阵列换能器可以被配置为，用于对二维(2D)图像平面进行成像一维(1D)阵列，或用于对三维区域进行成像的换能器元件的二维(2D)阵列。2D阵列包括在方位和仰角两个方向上延伸的元件，其能够被完全独立地操作以在任何方位或仰角方向上聚焦和操纵射束。这些阵列能够被配置在平坦或弯曲取向。

使用发射和接收波束形成，在发射和接收时单独控制换能器阵列的每个元件。2D阵列可以具有在一个维度上100-200行元件，以及在另一维度中100-200列的元件，总计几千个单个元件。为了处理元件数量的问题，微波束形成器集成的电路可以被附接到换能器阵列，所述换能器阵列执行元件的组(称为帖片)的部分波束形成。每个贴片的单个延迟和汇总信号通过标准尺寸缆线被传导到超声系统射束形成器，其中，来自每个贴片的汇总信号被应用到系统射束形成器的通道，其完成波束形成操作。

已知利用2D超声换能器阵列通过电子地修改波束形成(而不是机械地移动探头)来提供感兴趣体积区域的成像，这具有高帧速率、高效工作流程和鲁棒的仰角聚焦的优点。平行波束形成方法允许快速成像。波束形成的电子控制还使得平面波束、发散波束以及聚焦波束能够被发射。

仍然需要一种能够使用超声换能器有效定位声学传感器的方法，例如在提取关于周围环境的信息之前。因此，希望利用电子波束形成控制的能力来提供改进的定位方法。

发明内容

本发明由权利要求所定义。

根据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于确定声学传感器的位置的定位设备，包括：

超声换能器阵列，其被布置为发射多个超声波束并接收对应的反射回波信号；

控制器装置，包括：

发射控制器，其用于控制所述换能器阵列的发射信号，以提供包括来自阵列的每个换能器的发射的发射波束；

接收控制器，其用于分析接收的反射信号，