Ультразвуковая система с процессорным электронным ключом - RU2720290C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США No.62/194,907, поданной 21 июля 2015, включенной здесь посредством ссылки.

Данное изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам и, в частности, к ультразвуковой системе, использующей процессор в подобном флэшке "электронном ключе".

Ультразвуковая система в последние годы становится все более и более портативной. Классическая ультразвуковая система представляет собой передвижную систему с панелью управления и дисплеем, расположенными над электронным модулем. Передвижная система легко устанавливается рядом со столом для исследований, и при работе к электронному модулю подключается ультразвуковой зонд. Приблизительно пятнадцать лет тому назад системная миниатюризация началась с настольного модуля, затем появились подобные ноутбуку конфигурации. Сегодня ультразвуковые системы доступны в конфигурации планшета с USB зондом, содержащим системную электронику от входного устройства до обработки изображения. Планшет служит дисплейным устройством изображения и сенсорным пользовательским интерфейсом. Ультразвуковая система Visiq, выпускаемая фирмой Philips Healthcare of Andover, MA, USA, является примером ультразвуковой системы в конфигурации планшета. Однако, при всех этих итерациях в размерах, наибольшим компонентом оставался экран дисплея, который стал определяющим элементом в достижении портативности и миниатюризации. Технически оказывается возможным отобразить в реальном времени ультразвуковые изображения на экране смартфона, но небольшой размер все-таки препятствует диагностической полезности таких изображений. Таким образом, хотя подобные ноутбуку и планшету ультразвуковые системы и портативны, пользователь должен все же переносить систему с экраном дисплея, достаточно большим для диагностических целей. Желательно и далее развивать эти усилия в получении портативности ультразвуковой системы с системной конфигурацией, которая устраняет необходимость в транспортировке необходимого для диагностики дисплейного экрана.

В некоторых объектах, настоящее изобретение включает в себя ультразвуковую систему, которая может включать в себя беспроводной ультразвуковой зонд, содержащий средство радиосвязи и сконфигурированный для приема сигналов управления ультразвуковым зондом и посылки данных линейной развертки ультразвукового изображения на основании сигналов управления; процессорный электронный ключ, имеющий цифровой процессор, сконфигурированный для запуска операционной системы и управляющей программы ультразвуковой системы и средства радиосвязи, электронный ключ, сконфигурированный для приема команд пользовательского интерфейса для процедуры визуализации, посылки на ультразвуковой зонд сигналов управления ультразвуковым зондом, приема сигналов данных строк изображения от зонда, и выполнения обработки изображения для принятых сигналов данных строк изображения для создания ультразвукового изображения для отображения его на дисплее; и телевизионный приемник, или дисплейный монитор, связанный с процессорным электронным ключом и сконфигурированный для отображения ультразвукового изображения, создаваемого электронным ключом.

В некоторых объектах, процессорный электронный ключ может включать в себя соединитель HDMI, который разъемным образом связан с портом HDMI телевизионного приемника или дисплейного монитора. Средство радиосвязи может включать в себя средство радиосвязи со сверхширокой полосой пропускания (UWB), и процессорный электронный ключ дополнительно содержит входной порт; и система дополнительно содержит UWB электронный ключ, вставляемый во входной порт. В некоторых объектах, процессорный электронный ключ может включать в себя средство радиосвязи Wifi, телевизионный приемник, или дисплейный монитор, может включать в себя средство радиосвязи Wifi, и телевизионный приемник, или дисплейный монитор, связан с процессорным электронным ключом с использованием средства радиосвязи Wifi. Система может также включать в себя адаптер переменного тока (a.c. адаптер), сконфигурированный для соединения с процессорным электронным ключом и для питания процессорного электронного ключа, когда он вставлен в a.c. вывод, и процессорный электронный ключ может включать в себя порт, сконфигурированный для присоединения кабеля к беспроводному зонду для передачи данных, содержащих ультразвуковой сигнал, и телевизионный приемник, или дисплейный монитор, может включать в себя средство радиосвязи, сконфигурированное для связи с процессорным электронным ключом с использованием средства радиосвязи. Телевизионный приемник, или дисплейный монитор, могут также включать в себя монитор пациента. В некоторых объектах, система может включать в себя планшетный компьютер, имеющий средство радиосвязи Wifi, средство радиосвязи процессорного электронного ключа может включать в себя средство радиосвязи Wifi, и планшетный компьютер может отображать ультразвуковое изображение, создаваемое электронным ключом. В некоторых объектах, планшетный компьютер может быть сконфигурирован для отображения средств управления пользовательским интерфейсом, которые приводятся в действие пользователем для управления ультразвуковой системой.

В некоторых объектах, настоящее изобретение включает в себя ультразвуковую систему, включающую в себя беспроводной ультразвуковой зонд, содержащий средство радиосвязи, сконфигурированное для приема сигналов управления ультразвуковым зондом и для посылки данных линейной развертки ультразвукового изображения на основании сигналов управления; процессорный электронный ключ, имеющий цифровой процессор, сконфигурированный для запуска операционной системы и управляющей программы ультразвуковой системы и средства радиосвязи, электронный ключ, сконфигурированный для приема команд пользовательского интерфейса для процедуры визуализации, посылки на ультразвуковой зонд сигналов управления ультразвуковым зондом, приема сигналов данных строк изображения от зонда, и выполнения обработки изображения для принятых сигналов данных строк изображения для создания ультразвукового изображения для его отображения на дисплее; телевизионный приемник, или дисплейный монитор, связанный с процессорным электронным ключом и сконфигурированный для отображения ультразвукового изображения, создаваемого электронным ключом; и планшетный компьютер, имеющий средство радиосвязи для приема ультразвукового изображения, создаваемого процессорным электронным ключом, и отображения ультразвукового изображения на ультразвуковом дисплее, так, что, в ответ на пользовательский ввод, система процессорного электронного ключа дополнительно сконфигурирована для отображения ультразвукового изображения на телевизионном приемнике, или дисплейном мониторе, и на планшетном компьютере, или на обоих. Ультразвуковой дисплей может дополнительно включать в себя множество кнопок управления, посредством которых управляется ультразвуковое исследование. Также, планшетный компьютер может включать в себя сенсорный дисплей.

В некоторых аспектах, настоящее изобретение включает в себя ультразвуковую систему, которая включает в себя ультразвуковой зонд, имеющий зондовый кабель, сконфигурированный для приема сигналов управления ультразвуковым зондом и посылки данных линейной развертки ультразвукового изображения на основании сигналов управления; процессорный электронный ключ, имеющий порт, с которым соединен зондовый кабель, и цифровой процессор, сконфигурированный для запуска операционной системы и управляющей программы ультразвуковой системы, электронный ключ, сконфигурированный для приема команд пользовательского интерфейса для процедуры визуализации, посылки на ультразвуковой зонд сигналов управления ультразвуковым зондом, приема сигналов данных строк изображения от зонда, и выполнения обработки изображения для принятых сигналов данных строк изображения для создания ультразвукового изображения для отображения на дисплее; и телевизионный приемник, или дисплейный монитор, связанный с процессорным электронным ключом и сконфигурированный для отображения ультразвукового изображения, создаваемого электронным ключом.

Процессорный электронный ключ может включать в себя средство радиосвязи, телевизионный приемник или дисплейный монитор могут включать в себя средство радиосвязи, и телевизионный приемник или дисплейный монитор могут быть связаны с процессорным электронным ключом посредством средства радиосвязи. Процессорный электронный ключ может включать в себя соединитель, телевизионный приемник или дисплейный монитор могут включать в себя порт данных, и соединитель процессорного электронного ключа может быть связан с портом данных. Ультразвуковой зонд может включать в себя датчик движения, который создает сигналы в ответ на движение зонда, и процессорный электронный ключ сконфигурирован для отклика на сигналы, создаваемые в ответ на движение зонда для управления работой ультразвуковой системы.

На чертежах:

Фиг.1 изображает множество необходимых и опциональных компонентов ультразвуковой системы настоящего изобретения.

Фиг.2 - больничная палата, в которой монитор пациента служит дисплеем для ультразвуковой системы настоящего изобретения.

Фиг.3 - типичный системный дисплей ультразвуковой системы настоящего изобретения.

Фиг.4 - блок-схема беспроводного ультразвукового зонда, пригодного для использования как ультразвуковой зонд при осуществлении настоящего изобретения.

Фиг.5 - блок-схема выводной части FPGA и набор сверхширокополосных микросхем беспроводного ультразвукового зонда на Фиг.4.

Фиг.6a, 6b, и 6c - использование беспроводного зонда для управления ультразвуковой системой посредством ручных манипуляций зондом.

Фиг.7 - функциональная блок-схема зонда и процессора электронного ключа, работающих как ультразвуковая система в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг.8 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая работу зонда и процессора электронного ключа на Фиг.7 в режиме визуализации в оттенках серого цвета.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, ультразвуковая система сконфигурирована с подобным флэшке "электронным ключом", содержащим процессор, запускающим ультразвуковую управляющую программу и устройство коммуникации. Устройство коммуникации может работать как беспроводное или как проводное, или и так и так, например, через USB и/или HDMI соединитель, приводя электронный ключ в коммуникацию и с ультразвуковым зондом, и с дисплейным устройством, которые вместе составляют ультразвуковую систему. В одном варианте реализации, описанном ниже, электронный ключ вставляется в телевизионный приемник или дисплейный монитор, которые функционируют как системный дисплей и связаны беспроводным образом с ультразвуковым зондом. В другом варианте реализации, электронный ключ вставляется в источник питания, например, в a.c. USB разъем, или в стенную розетку для питания электронного ключа, и связывается беспроводным образом и с ультразвуковым зондом, и с дисплейным устройством. Эта конфигурация может, например, использовать общедоступный монитор пациента в больничной палате в качестве системного дисплея. Ультразвуковая система может, тем самым, адаптировать фактически любой доступный телевизионный приемник или дисплейный монитор для работы в качестве дисплея для ультразвуковой системы.

На Фиг.1 показано множество компонентов, которые могут быть использованы для конфигурации ультразвуковой системы в соответствии с принципами настоящего изобретения. На Фиг.1(a) показан беспроводной ультразвуковой зонд 10. Показанный зонд сформирован USB зондом 24, блоком с преобразователем, входным электронным устройством, обработкой сигналов и изображений в нем, и выходным электронным устройством в задней части на USB соединителе. Соединитель USB не видим на этом чертеже, поскольку он вставлен в модуль 26 питания средства радиосвязи, который обеспечивает беспроводную радиосвязь между зондом и другими системными компонентами. На Фиг.1(b) показан электронный ключ 30, содержащий цифровой процессор. Конкретный показанный электронный ключ - это компьютерная карта, коммерчески доступная от Корпорации Intel, Santa Clara, CA, USA. Компьютерная карта Intel® - это подобная флэшке сборка электронного ключа с HDMI соединителем 31 на одном конце и USB портом сбоку. Внутри находится цифровой четырехъядерный процессор Intel, который запускает операционную систему Windows® 8. Компьютерная карта имеет возможность цифровой звукозаписи, 2GB системной памяти, 32GB запоминающее устройство, и включает в себя пакет графических подпрограмм HD и возможность беспроводной радиосвязи посредством Wifi (IEEE 802.11) и Bluetooth. Когда компьютерная карта 30 вставляется в порт HDMI телевизионного приемника или дисплейного монитора, она может тогда использовать приемник или монитор как дисплейное устройство для программ Windows. Беспроводная клавиатура и мышь могут обмениваться информацией с процессором компьютерной карты и операционной системой Windows для перевода компьютерной карты, клавиатуры, мыши и приемника или дисплея в компьютерную систему. В варианте реализации настоящего изобретения, электронный ключ, такой как компьютерная карта, используется с ультразвуковым зондом, показанным на Фиг.1(a), и дисплеем, таким как дисплейный монитор 20, показанный на Фиг.1(c), для формирования системы ультразвуковой диагностической визуализации.

Конфигурация ультразвуковой системы настоящего изобретения может также включать в себя планшетный компьютер, такой как iPad планшетный компьютер 28, доступный от Apple Corp. of Cupertino, CA, USA, показанный на Фиг.1(d). В описанном ниже варианте реализации, планшет 28 выполняет различные функции в системе, например, функции вспомогательного системного дисплея или пользовательского интерфейса. Ультразвуковая система настоящего изобретения может также иметь дополнительные устройства коммуникации, например, электронный ключ 32 со сверхширокополосным (UWB) средством радиосвязи, например, набор микросхем электронного ключа AL5350/AL5100UWB от Alereon of Austin, Texas. UWB электронный ключ с соединителем USB, таким как показанный UWB электронный ключ 32 может подключаться к процессорному электронному ключу 30, обеспечивая конфигурации с множественными соединениями беспроводной связи, включая в себя, в случае Intel компьютерной карты, Wifi, Bluetooth, и UWB.

На Фиг.2 показана типичная больничная палата с пациентом P. На стене больничной палаты установлен типовой монитор 48 пациента, который обычно отображает текст и графические символы основных физиологических показателей пациента P. В соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, процессорный электронный ключ 30 вставлен во вспомогательный HDMI вход монитора 48 пациента, позволяя монитору пациента выбрать отображение для ультразвуковой системы, предпочтительно выделяя участок дисплея для ультразвукового сигнала и другой участок - для основных физиологических показателей. Вставленный процессорный электронный ключ 30 - это UWB электронный ключ 32, который обеспечивает сверхширокополосную радиосвязь между процессорным электронным ключом 30 и беспроводным ультразвуковым зондом 10, который используется для сканирования пациента. Изображения, полученные зондом 10, обрабатываются и отображаются процессором электронного ключа 30 на экране монитора пациента, обеспечивая специалиста по ультразвуковой эхографии большим, легко распознаваемым ультразвуковым изображением.

Эта конфигурация дополнительно включает в себя планшетный компьютер 28, показанный на ночном столике рядом с пациентом, который специалист по ультразвуковой эхографии может использовать как пользовательский интерфейс для управления функционированием ультразвуковой системы. Дисплей на планшетном компьютере 28 такой же, как и на большом стенном мониторе 48, включая органы управления пользовательским интерфейсом для установки и управления процедурой сканирования. Однако, пользователь может подвесить планшет и, касаясь кнопок управления сенсорного экрана планшета, управлять ультразвуковой системой. Для имитации большого дисплея на планшете, может быть использовано приложение, называемое "Воздушный Дисплей", доступный от Avatron Software, Portland, OR, USA. С Воздушным Дисплеем и его драйвером, установленным на планшетном компьютере и электронном ключе, изображение, которое электронный ключ отображает на большом мониторе 48, также имитируется на дисплее планшета, где могут быть успешно использованы его сенсорные органы управления.

Другая опция заключается во вставке процессорного электронного ключа 30 в a.c. адаптер (например, USB a.c. адаптер), который вставляется в a.c. розетку в стене. Она будет непрерывно питать процессорный электронный ключ 30, и электронный ключ может связываться и с дисплейным устройством и с зондом беспроводным образом. Например, с UWB электронным ключом 32, вставляемым в процессорный электронный ключ 30, беспроводной зонд 10 может связываться с электронным ключом 30 по его UWB средству 26 радиосвязи. Электронный ключ 30 может тогда использовать свое средство радиосвязи Wifi для связи дисплея с Wifi дисплейным устройством, таким как планшетный компьютер 28 или Wifi-совместимый телевизионный приемник или монитор 20. В некоторых вариантах реализации, процессорный электронный ключ может включать в себя порт данных (например, USB порт), сконфигурированный для присоединения кабеля к беспроводному зонду. При соединении кабелем, беспроводной зонд может посылать данные, включая данные ультразвукового изображения, или исключительно по кабелю, или в комбинации с беспроводной передачей через средство радиосвязи.

Из вышеприведенных примеров видно, что компоненты ультразвуковой системы, которые переносятся к месту исследования, включают в себя только ультразвуковой зонд 10 и процессорный электронный ключ 30, поскольку дисплейный компонент системы обеспечивается любым доступным телевизионным приемником или монитором на месте. Этим обеспечивается максимальная мобильность, и транспортируемые компоненты могут переноситься в сумке, мешке или кармане.

Кроме того, если процессорный электронный ключ 30 и UWB электронный ключ 32 остаются установленными на месте исследования, то клиницистом может переноситься только ультразвуковой зонд 10. Если множественные места исследования эквивалентно сконфигурированы с процессорным электронным ключом 30 и UWB электронным ключом 32, то ультразвуковой зонд 10 снова оказывается единственным транспортируемым компонентом ультразвуковой системы. Поскольку процессорный электронный ключ 30 и UWB электронный ключ 32 представляют собой относительно дешевые компоненты, то только малые вложения требуются от клинициста, или его организации, по сравнению с обычными издержками для традиционной системы на основе транспортной тележки.

На Фиг.3 показано ультразвуковое отображение 50 для конструктивного воплощения настоящего изобретения, которое приведено на дисплее приемника или на мониторе, и также может быть приведено на планшетном компьютере, как описано выше. Ультразвуковое отображение 50 включает в себя ультразвуковое изображение в реальном времени, занимающее большую часть дисплея, окруженное обычной графической информацией системы и пациента выше и слева от изображения и меню масштаба глубины справа от изображения. Меню ниже изображения содержит множество кнопок управления, часто используемых пользователем во время ультразвукового исследования, включая кнопку закрепления изображения, кнопку получения и сохранения данных контура изображений, кнопку печати, и кнопку режима, которая переключает режимы визуализации. Имеется также обширное управление режимами справа от изображения, дающее возможность пользователю вызывать непосредственно 2D (в оттенках серого цвета) режим, PW (спектральный Доплеровский) режим, CW (непрерывный волновой Доплеровский) режим, или Flow (цветовой поточный Доплеровский) режим. С правой стороны экрана имеется множество кнопок, используемых не так часто, включающих в себя кнопки Установка, Изображение, Регулировка, Измерение, и Расширенное управление.

На Фиг.4 показаны главные функциональные компоненты беспроводного ультразвукового зонда 10, пригодного для использования в варианте реализации ультразвуковой системы настоящего изобретения. Для сканирования двумерной плоскости изображения зонд 10 использует одномерную (1D) матрицу 70 преобразователей, располагаемую в дистальном конце 12 зонда в акустическом окне зонда. И для двумерной, и для трехмерной электронной сканирующей визуализации, зонд будет иметь 2D матричный преобразователь. Матрица преобразователей формируется из керамических пьезоэлектрических элементов преобразователя, пьезоэлектрического полимера (PVDF), или может быть ультразвуковым преобразователем, изготовленным по микромашинной технологии на основе полупроводника (MUT), таким как матрица элементов PMUT (пьезоэлектрический MUT) или CMUT (емкостный MUT). Матричный преобразователь 70 управляется, и эхо-сигналы обрабатываются, посредством одной или нескольких специализированных интегральных микросхем формирователей 72 микропучка. Формирователь 72 микропучка принимает от элементов матричного преобразователя 70 и задерживает и объединяет эхо-сигналы на элемент в полностью сформированные в пучок сигналы. Например, формирователь 72 микропучка может принимать эхо-сигналы от линии 128 элементов преобразователя матрицы 70 и задерживать и объединять эти сигналы для формирования полностью сформированного в пучок сигнала, как описано в Патенте США. 6,142,946 (Hwang и др.) В предпочтительном варианте реализации, полностью сформированные в пучок и детектированные сигналы производятся зондом для беспроводной передачи на главную ультразвуковую систему, процессорный электронный ключ 30 запускает приложения на операционной системе Windows, которая использует уменьшенную скорость передачи данных детектированных сигналов для реализации удовлетворительной скорости передачи кадров в реальном времени при визуализации. Технология формирователя микропучка, подходящая для использования в формирователе пучка 72, описана в Патенте США, 5,229,933 (Larson III); 6,375,617 (Fraser); и 5,997,479 (Savord и др.) Эхо-сигналы, сформированные в пучок, связаны с контроллером зонда и с подсистемой приемопередатчика 74, которые выполняют дополнительную обработку сигналов, как описано ниже, и передают сформированные в пучок сигналы как строки развертки изображения на главную систему. Главная система затем выполняет дополнительную обработку изображения и отображает ультразвуковые изображения на приемнике или мониторе 20. Контроллер зонда и подсистема приемопередатчика 74 также принимают сигналы управления от главной системы, как описано ниже, и связывают соответствующие сигналы управления с формирователем 72 микропучка, например, для регулировки диаграммы направленности пучков и фокусировки пучков на желаемой глубине, или передают и принимают сигналы желаемого режима (Доплеровский, режим B) на и от желаемого местоположения области изображения. На этой иллюстрации не показаны подсистема питания и батарея для питания зонда, которые описаны ниже.

Приемопередатчик контроллера зонда и подсистема 74 приемопередатчика передает и принимает радиочастотные сигналы 16 посредством внутренней антенны или посредством штыревой антенны 76, подобной таковой для сотового телефона. Штыревая антенна предоставляет одно из тех преимуществ, что и в сотовом телефоне, которое заключается в том, что его малый профиль делает зонд удобным для удержания и переноски и при этом уменьшается возможность повреждения антенны. Обычно, десятиметровый предел достаточен для большинства исследований, поскольку зонд и узел электронного ключа находятся в непосредственной близости друг от друга. Используемые частоты связи могут быть в диапазоне 4GHz, и подходящие полимеры для корпуса зонда 8, такие как ABS, оказываются относительно прозрачными для радиочастотных сигналов на этих частотах.

Типичный контроллер зонда и подсистема приемопередатчика для беспроводного зонда показаны на Фиг.5. Батарея 92 питает беспроводной зонд и связана с источником электропитания и схемой 90 согласования. Схема электропитания и согласования переводит напряжение батареи во множество напряжений, требуемых компонентами беспроводного зонда, включая матрицу преобразователя. Типичный собранный зонд может требовать девять различных напряжений, например. Схема электропитания и согласования также предоставляет управление зарядкой во время перезарядки батареи 92. В сконструированном варианте реализации, батарея - это литиевая полимерная батарея, которая является призматической и может быть сформирована в подходящей форме для доступного батарейного пространства в корпусе зонда.

Схема FPGA 94 получения данных и формирования сигнала обеспечивает связь между формирователем микропучка и приемопередатчиком и выполняет формирование сигнала, как описано ниже. Схема FPGA получения данных и формирования сигнала обеспечивает синхронизирующие и управляющие сигналы для формирователя микропучка в ответ на параметры управления, принятые от процессорного электронного ключа, направляя передачу ультразвуковых волн и прием сформированных в пучок эхо-сигналов от формирователя микропучка, которые демодулируются, детектируются и преобразовываются по развертке посредством FPGA и передаются на приемопередатчик 96 для передачи к электронному ключу хоста. В этом примере, схема FPGA получения данных и формирования сигнала обменивается данными с приемопередатчиком по шине USB, так, чтобы зонд мог использоваться с USB кабелем, когда это желательно. В зонде на Фиг.1(a) USB шина связана с отсоединяемым UWB модулем мощности средства радиосвязи. С выводом USB, зондом можно альтернативно управлять как проводным зондом, с кабелем USB подходящей длины, соединяющим зонд с портом USB электронного ключа, и обходясь при этом без радио-модуля.

Также, со схемой FPGA 94 получения данных и формирования сигнала, питаемой источником питания и схемой 90 согласования, связан громкоговоритель 102, управляемый усилителем 104, который производит слышимые тональные сигналы или звуки. В предпочтительном варианте реализации, громкоговоритель 102 представляет собой пьезоэлектрический громкоговоритель, расположенный в корпусе 8 зонда и который может находиться позади мембраны или стенки корпуса для хорошей акустики и герметичности. Громкоговоритель может использоваться для производства разнообразных звуков или тональных сигналов, или даже голосовых сообщений. Громкоговоритель имеет разнообразные применения. Если беспроводной зонд перемещается слишком далеко от главного электронного ключа, так, что имеется ненадежный прием или даже полная потеря сигнала электронным ключом или зондом, громкоговоритель может подать пользователю звуковой сигнал предупреждения. Громкоговоритель может подать звуковой сигнал, когда заряд батареи мал. Громкоговоритель может испустить тональный сигнал, когда пользователь нажимает кнопку или орган управления на зонде, предоставляя акустическую обратную связь активации управления. Громкоговоритель может предоставить тактильную обратную связь на основании ультразвукового исследования. Громкоговоритель может испускать звук, когда активизировано управление поиском для определения местонахождения зонда. Громкоговоритель может произвести Доплеровские звуки во время Доплеровского исследования, или сердечные звуки, когда зонд используется как звуковой стетоскоп.

Приемопередающее средство радиосвязи в этом примере - это набор 96 сверхширокополосных микросхем, хотя это может быть также WiFi (стандарта 802.11) средство радиосвязи или другое стандартное средство радиосвязи. Сверхширокополосный приемопередатчик, как было установлено, имеет такую скорость передачи данных, которая обеспечивает в реальном времени удовлетворительную скорость передачи кадров при визуализации, так же как удовлетворительный диапазон для удовлетворительного уровня потребления батареи питания. Наборы сверхширокополосных микросхем доступны из самых разнообразных источников, таких как Alereon of Austin, Texas and Starix of Irvin, California. Адаптеры Wifi средства радиосвязи, такие как Netgear N300 беспроводной-N USB адаптер, также являются подходящими для беспроводной Wifi связи.

Как предварительно отмечено, управление ультразвуковой системой может быть обеспечено сенсорными кнопками на сенсорном экране планшетного компьютера 28, который находится в беспроводной связи с системой. Альтернативно, может быть использована беспроводная мышь для управления курсором по кнопкам управления на пользовательском дисплее, нажатием их для выбора и изменения желаемых параметров. Беспроводные манипуляторы-мыши обычно используют коммуникацию Bluetooth и беспроводным образом соединяются со средством радиосвязи Bluetooth процессорного электронного ключа, такого как компьютерная карта Intel. Еще одна опция заключается в использовании непосредственно самого беспроводного зонда для управления пользовательским интерфейсом посредством его характерных движений. На Фиг.6a, 6b и 6c показан беспроводной зонд, с предусмотренными характерными движениями для управления ультразвуковой системой настоящего изобретения.

На иллюстрации на Фиг.6A, акустическое окно 12 зонда 10, через которое ультразвуковые волны передаются в пациента и эхо-сигналы принимаются в ответ, находится слева, и маркер 18 ориентации зонда находится на нижней стороне зонда на этом виде. Дополнительные детали относительно компонентов беспроводного зонда можно найти в Патенте США 8,461,978 (Poland и др.) Внутри зонда, в этом варианте реализации, находится датчик 14 движения с 3 осями или с 6 осями, такой как акселерометр. Зонд, содержащий такой акселерометр, описан в Патенте США 5,529,070 (Augustine и др.) В этом патенте акселерометр используется для детектирования положения зонда во время трехмерной визуализации. В варианте реализации на Фиг.6A, акселерометр используется для считывания движения зонда для изменений режима управления системой. Сигналы, произведенные акселерометром, обрабатываются для производства индикаций относительно движения зонда (ускорение, скорость, направление движения, ориентация зонда) посредством микроконтроллера в беспроводном зонде или схемой FPGA получения данных и формирования сигнала, описанного выше. Предпочтительно, движения зонда, которые детектируются для манипуляции пользовательского интерфейса, являются движениями, отличными от движений, обычно используемых во время сканирования, например, поворот зонда. Беспроводной зонд идеально подходит для такого не сканирующего движения зонда, поскольку нет никакого кабеля, препятствующего такому движению. Например, пользователь может легко повернуть зонд 10 на 180° вокруг его длинной оси, как указано стрелкой 36. Это движение считывается акселерометром, обрабатывается микроконтроллером или FPGA и подается на электронный ключ хоста, который отвечает переключением ультразвуковой системы от данного режима сканирования (визуализация) на режим управления, в котором можно управлять пользовательским интерфейсом. Это движение также может быть выполнено с зондом, который использует кабель для соединения с дисплейной системой. Однако, предпочтительно зонд представляет собой беспроводной зонд 10 с радиоканалом, заменяющим кабель в систему, поскольку диапазон доступных беспрепятственных движений шире с зондом без кабеля. В этом примере беспроводного зонда, примерное движение заключается в повороте зонда на 180 или 360 градусов в ладони руки, как указано стрелкой 34. Как только система переключается в режим управления, зонд используется как удаленный контроллер пользовательского интерфейса, причем последующие движения зонда выбирают и активизируют параметры конфигурации для сканирования, такого как режим визуализации (2D, Поточный, CW, PW, и т.д.), Увеличение или Глубину изображения, или другие системные органы управления, такие как обзор изображения с прокруткой и сбор данных и передача предварительно полученного кадра или кино-петли изображений для сохранения в устройстве памяти. Системный дисплей показывает текущие и выбираемые состояния конфигурации/управления системы. Экранными меню, например, можно управлять движениями зонда, в то время как он находится в режиме управления. Примеры движений зонда, которые могут использоваться для манипуляции системой в режиме управления, показаны на Фиг.6C.

Для возвращения к режиму визуализации, пользователь может использовать то же самое движение зонда для переключения состояния системы назад к визуализации, или использовать движение в обратном направлении относительно изначального. Так, в показанном выше примере, второй поворот вдоль короткой (34) или длинной (36) оси зонда может произвести переключение, как указано стрелками.

Альтернативно, касание зонда поверхности кожи пациента для возобновления сканирования, может быть использовано для возврата зонда и дисплейной системы к режиму сканирования. Регистрация физической связи зонда 10 с пациентом, или ее отсутствие, ранее использовалось для сохранения энергии ультразвуковой системой. Когда зонд физически (акустически) связан с пациентом, эхо-сигналы от увеличивающихся глубин непрерывно принимаются вслед за передачей зондом ультразвукового импульса. Но когда зонд возвращается на держатель зонда, или просто удерживается в воздухе, единственный акустический сигнал, возвращающийся в ответ на переданный ультразвуковой импульс, это резкое отражение у грани линзы вследствие наличия границы раздела линза-воздух, и он возвращается практически немедленно после передачи. Когда система считывает, что более нет приема только возвращаемого сигнала от грани линзы, но принимаются сигналы от увеличивающихся глубин (более продолжительное время) после передачи импульса, система распознает, что зонд возвратился к нормальному использованию для визуализации и в ответ переключает систему назад к режиму визуализации.

Другие отличные движения для выполнения изменения режима могут альтернативно быть осуществлены, например, детектирование касания пальца поверхности зонда с использованием емкостного датчика. Другая возможность заключается в том, чтобы иметь кнопку на зонде, которая используется для переключения режимов. Однако, ни один из этих подходов не является предпочтительным. Первый из них требует другого компонента в зонде, емкостного датчика, а размещение кнопки на зонде приводит к описанным выше трудностям (непреднамеренная активация, доступ флюидов, и т.д.)

На Фиг.6B показано другое осуществление управления движением зонда для ультразвуковой системы настоящего изобретения. Эта иллюстрация показывает зонд 10, удерживаемый в руке H специалиста по ультразвуковой эхографии. Зонд 10 показан как находящийся в обычном положении сканирования, в соответствии с чем, специалист по ультразвуковой эхографии может прижать акустическое окно 12 зонда, приводя его в контакт с кожей пациента во время сканирования. В этом примере, отличающееся движение, которое используется для переключения ультразвуковой системы в режим управления, заключается в том, чтобы энергично встряхнуть зонд вверх и вниз два или более раз, как указано стрелкой 38. Этот тип движения является одним из хорошо известных специалисту по ультразвуковой эхографии, поскольку это движение специалист по ультразвуковой эхографии использует при встряхивании бутылки геля для акустической связи, чтобы гель в бутылке попал в распылитель в конце бутылки. Хотя это и знакомое движение для специалиста по ультразвуковой эхографии, это не то, которое используется во время визуализации с зондом; это то, которое применяется к бутылке геля при подготовке геля к применению для сканирования. Для переключения из режима визуализации к режиму управления, специалист по ультразвуковой эхографии просто поднимает зонд 10 от пациента и выполняет два или более его встряхиваний 38. Нет никакой необходимости в изменении положения зонда в руке H специалиста по ультразвуковой эхографии. Датчик движения в зонде 10 считывает эти быстрые движения и быстрые опрокидывания в направлении движения зонда и FPGA 94 отвечает изменением режима системы на режим управления. Когда специалист по ультразвуковой эхографии поднимает зонд в сторону от контакта с пациентом, единственный сигнал, принимаемый в ответ на передачу ультразвукового импульса - это отражения от грани акустического окна, как отмечено выше, и это изменение в приеме эхо-сигнала может быть использовано для корреляции с движением зонда как подтверждение того, что имеется команда на изменение режима системы.

Дисплейный монитор 20 на Фиг.1(c) показан как отображающий ультразвуковые изображения, произведенные вариантом реализации настоящего изобретения в центре дисплейного экрана. Детали относительно параметров процедуры сканирования, таких как режим визуализации, частота, фокальная глубина, и т.п., отображаются справа от ультразвукового изображения в этом примере. Слева от ультразвукового изображения имеются шесть отображенных кнопок управления, обозначенных как 24. Когда система переключается в режим управления любой из описанных выше методик, клавиша управления курсором справа от кнопок управления перемещается вверх и вниз или вокруг экрана в ответ на движение зонда, пока желаемое управление не будет обозначено курсором, и управление затем активируется другим движением зонда. Пример этих движений показан на Фиг.6c. В этом примере зонд 10 поддерживается акустическим окном, ориентированным вверх, ориентация, которая считывается датчиком 14 движения внутри зонда. Зонд затем перемещается влево, вправо, вверх или вниз как указано стрелками 40, со стрелкой курсора на планшетном дисплее, движущейся поперек экрана в соответствии с этими движениям. Как только специалист по ультразвуковой эхографии устанавливает стрелку курсора поверх, или указывая на желаемое управление, специалист по ультразвуковой эхографии качает конец зонда по направлению к дисплею, как указано стрелкой 42. Качающееся движение дает специалисту по ультразвуковой эхографии ощущение касания или нажатия средства управления концом зонда, даже при том, что дисплей отдален от зонда, и движение производится только в воздухе. Но качающееся движение ортогонально движениям 40 позиционирования курсора, которые обычно параллельны плоскости экрана дисплея. Следовательно, движение выбора управления можно легко отличить от движения манипуляции курсора, и ультразвуковая система отвечает активацией выбранного управления. Любой из режимов визуализации или параметров управления, перечисленных выше, может быть выбран и изменен этим способом управления. Как только органы управления устанавливаются как это желательно для процедуры сканирования, система возвращается к режиму сканирования одним из отличных движений, описанных выше (поворот зонда, быстрое его встряхивание), или простым помещением акустического окна зонда назад в контакт с кожей пациента для визуализации.

На Фиг.7 показано управление ультразвуковым зондом 10 процессором Windows электронного ключа 30 и соответственная обработка изображения и другие функции, выполняемые электронным ключом. В сконструированном воплощении настоящего изобретения, операционная система Windows 8 электронного ключа запускает управляющую программу ультразвуковой системы, находящуюся на средней ультразвуковой системе, в частности, управляющую программу для ультразвука систем Sparq, CX50, и ClearVue, доступных от Philips. На Фиг.7, управление и операции FPGA 94 ультразвукового зонда показаны на левой стороне чертежа. Участок Получения данных FPGA 94 принимает сигналы управления ультразвуковым зондом от электронного ключа ("Params") в форме коэффициентов и используют их для конфигурации формирователя 72 микропучка для сканирования. Программа Получения данных использует коэффициенты для начала и окончания сканирования, для установки задержек передачи и приема для формирования пучка, и для установки управляющих напряжений для передачи ультразвука. Когда формирователь микропучка обрабатывает принятые эхо-сигналы, они связываются с участком Получения данных, который выводит их как полученные акустические данные.

Участок Формирования Сигнала FPGA 94 принимает акустические данные от участка Получения данных как поток отсчетов данных для каждой акустической строки развертки. Он обрабатывает их в соответствии с коэффициентами, принятыми от блока 58 Создания Коэффициентов электронного ключа в соответствии с типом каждой строки развертки: оттенки серого цвета, цветовой поток, PW Доплер, и т.д. Коэффициенты определяют параметры фильтрации, увеличение, общую Доплеровскую обработку, PW смешение сигналов, и степень уменьшения размера изображения и полосу пропускная для каждой строки развертки. Участок Формирования Сигнала FPGA производит полностью детектированные данные оттенков серого цвета, цветового потока, непрерывной волны, и спектральные Доплеровские данные с информацией амплитуды и/или фазы сигнала, требуемой блоком 52 Обработки Изображений электронного ключа для производства воспроизводимого ультразвукового изображения.

Блок 52 Обработки Изображений в электронном ключе принимает построчно данные изображения от зонда и создает ультразвуковое изображение для отображения на дисплее приемника или на мониторе 20 для пользователя. В зависимости от опций дисплея, выбранных пользователем, блок 52 Обработки Изображений может реализовать постоянство (персистивность) изображения, осевую и боковую фильтрацию, сканирующее преобразование, сглаживание и расширение изображения, пространственный компаундинг, пороговое представление яркости, увеличение, панорамирование, гармоническую визуализацию, и зонную фокусировку зоны совмещения. Большая часть этих операций в вычислительном отношении интенсивна, особенно во время смены режима управления и прямой визуализации, почему они и выполняются операционной системой Windows 8 в электронном ключе. Такие расчеты часто требуют интенсивной памяти изображения и требуют рабочих буферов и сами по себе предоставляются вычислительной мощности электронного ключа.

Блок 56 Управления принимает команды от пользовательского интерфейса ("Cmd") и преобразовывает команды в сигналы, которые задают следующее "State" системы, то есть, то, что система должна сделать или отобразить далее. Сигнал State отражается назад к пользователю как "Feedback", подтверждая пользователю, что выданная команда выполняется. Содействующее Блок 58 Создания Коэффициентов переводит сигналы State в определенные коэффициенты для аппаратных средств зонда (Params), которые осуществляют State системы, желаемое пользователем. Сигналы State также связаны с, и используются, блоком 52 Обработки Изображений для производства изображения желаемого типа и формата (секторное, линейное, с оттенками серого цвета, цветного потока, и т.д.) по команде пользователя.

Хост 54 Приложения - это собрание обычных подпрограмм, которые пользователь ожидает видеть в пользовательском интерфейсе ультразвуковой системы. Ввод Данных Пациента (PDE)/Study управляет собранием и рассмотрением данных пациента и клиническими исследованиями для ультразвуковой системы. PDE/Study ответственен за принятие вводимых данных пациента от пользователя, так же как и сбором любых данных исследования, таких как контуры изображения или статические изображения, накопленные пользователем в течение исследования. Главным является общий контроллер для всех других составляющих пакетов. Блок Render выполняет предоставление всего изображения, графики, и текстовых данных в отображаемые сигналы для дисплея 20 в соответствии с параметрами, предоставленными блоком 56 Управления. Блок Storage/Export управляет памятью и извлечением данных пациента и исследованиями для системы и на локальных, сменных, или удаленных средах, используемых с системой. Другие функции, установленные на системе, включены в Другие Приложения.

На Фиг.8 приведена блок-схема последовательности операций при работе ультразвуковой системы на Фиг.2 и 7, начиная с подключения процессорного электронного ключа 30 с Windows к дисплею 20 и включения зонда. В прямых скобках на каждом этапе показан блок, или участок на Фиг.7, который выполняет данную операцию. Блок "UI" - это блок, ответственный за создание экранных отображающих элементов (см. Фиг.3), с которым пользователь может взаимодействовать для изменения состояния системы, такие как кнопки, колеса прокрутки, и т.д., и также ответственный за ответы на команды пользовательского интерфейса, выдаваемые пользователем посредством системного пользовательского интерфейса, такие как команды, выдаваемые перемещением зонда, мышью, сенсорным экраном, аппаратными органами управления, и т.д. Этапы, выполняемые зондом 10, размещены последовательно на левой стороне чертежа под заголовком "Зонд", и этапы, выполняемые процессорным электронным ключом 30, размещены последовательно на правой стороне чертежа под заголовком "Хост". Коммуникация между зондом и процессорным электронным ключом обозначена штриховыми стрелками между этими двумя последовательностями.

Изначально, на этапе 60 в этом примере, зонд выключен. Электронный ключ хоста включен и соединен с дисплеем на этапе 110, как показано на Фиг.2. Электронный ключ повторяет проверки на этапе 112, находится ли зонд в коммуникации с ним. Когда зонд включен на этапе 62, он неоднократно проверяет на этапе 64 - соединен ли он с хостом и если хост доступен, он автоматически соединяется с хостом, если предварительно соединен, или проходит через его протокол соединения в противном случае, как описано в находящейся на рассмотрении предварительной заявке США No. 62/193210, озаглавленной "БЕСПРОВОДНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЗОНД, СОЕДИНЕННЫЙ С МОБИЛЬНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИСТЕМОЙ" (Bell и др.), который включен здесь посредством ссылки, как указано первой штриховой стрелкой. С установленной коммуникацией, пользователь выбирает желаемые начальные установки, режим визуализации (например, с оттенками серого цвета), и состояния управления от пользовательского интерфейса на этапе 114. На этапе 116 хост преобразовывает выбранное состояние системы в параметры управления визуализацией. Параметры используются на этапе 118 для создания формирования пучка, демодуляции, и коэффициентов сканирования для зонда, и на этапе 120 коэффициенты загружаются на участок Формирования Сигнала зонда. Коэффициенты принимаются зондом на этапе 66 и сохраняются в памяти и используются для задания операции передачи и приема зонда для получения данных изображения, таких как размер и глубина области сканирования, фокальные зоны, управление пучком, полоса пропускания, гармоника или основная мода, общая длина для Доплеровского метода, и т.д. На этапе 68 зонд устанавливает, активно ли сканирование. Если это так, то сохраненные коэффициенты используются для установки формирователя микропучка для желаемого сканирования, и пучки передаются, и строки развертки эхо-сигналов принимаются на этапе 80. Принятые необработанные акустические эхо-сигналы демодулируются и детектируются на этапе 82. Передача и прием продолжаются, пока полный кадр изображения не будет принят на этапе 84. Когда кадр принят и обработан в линии данных дисплея, линии кадра посылаются на электронный ключ хоста на этапе 86, и зонд продолжает получать данные дополнительных кадров.

В электронном ключе хоста, хост периодически проверяет на этапе 122, изменился ли какой-либо из параметров управления изображения. Если это так, электронный ключ прекращает сканирование на этапе 128 и использует новые пользовательские параметры управления на этапе 114 для установления нового состояния визуализации. Если не было изменения параметров управления изображения, хост проверяет на этапе 124, было ли управление закреплением активизировано для закрепления текущего изображения на дисплее. Если закрепление было активизировано, хост прекращает сканирование на этапе 126 и продолжает проверять на этапе 122 какие-либо изменения параметров управления изображения. Если закрепление не было активизировано, сканирование останавливается на этапе 130, и хост принимает новый кадр данных строки развертки от зонда на этапе 132. Новый кадр обрабатывается в хосте на этапе 134 по команде пользователя для применения увеличения, сращивания частичные зональные фокусные строки развертки, выполнения сжатия данных, и т.д., как описано в связи с Фиг.7. Обработанные данные кадра изображения - это сканирование, преобразованное на этапе 136 в желаемый формат изображения (секторный, линейный, трехмерный, и т.д.), и кадр предоставляется как изображение для отображения на дисплее приемника или на мониторе. Процесс затем возвращается на этап 122 для ожидания следующего кадра изображения или изменения параметров управления изображения.

Вышеупомянутый операционный пример обобщен для иллюстрации работы системы для случая основной визуализации с оттенками серого цвета. Вариации для приспособления метода цветового потока, PW Доплеровского метода, CW Доплеровского метода, гармонического метода, и/или трехмерных режимов будут вполне очевидны специалистам в данной области техники.

Следует отметить, что описанные выше различные варианты реализации, проиллюстрированные примерной ультразвуковой системой, также описанной здесь, может быть осуществлен в аппаратных средствах, программном обеспечении или посредством их комбинации. Различные варианты реализации и/или компоненты, например, модули, или компоненты и контроллеры в них, также могут быть осуществлены как часть одного или нескольких компьютеров или микропроцессоров. Компьютер или процессор могут включать в себя вычислительное устройство, устройство ввода данных, дисплейный блок и интерфейс, например, для обращения к Интернету. Компьютер или процессор могут включать в себя микропроцессор. Микропроцессор может быть соединен с шиной коммуникации, например, для обращения к системе PACS. Компьютер или процессор могут также включать в себя память. Память может включать в себя оперативную память (RAM) и постоянное запоминающее устройство (ROM). Компьютер или процессор дополнительно могут включать в себя запоминающее устройство, которое может быть жестким диском или сменным накопителем, таким как накопитель на гибких магнитных дисках, оптический накопитель, твердотельной флэшкой, и т.п.. Запоминающее устройство может также быть другим подобным средством для загрузки компьютерных программ или прочих команд в компьютер или процессор.

Используемые здесь термины "компьютер" или "модуль" или "процессор" могут включать в себя любую систему на основе процессора или на основе микропроцессора, включая системы с использованием микроконтроллеров, компьютеров с сокращенным набором команд (RISC), специализированных интегральных схем, логических схем, и любой другой схемы или процессора, пригодных для выполнения описанных здесь функций. Вышеупомянутые примеры являются только примерными и, таким образом, не предназначены для какого-либо ограничения определения и/или значения этих терминов.

Компьютер или процессор выполняют ряд команд, которые сохраняются в одном или нескольких запоминающих элементах, для обработки входных данных. Запоминающие элементы могут также хранить данные или другую информацию, желаемую или необходимую. Запоминающий элемент может быть в форме информационного источника или физического элемента памяти в пределах машины для обработки.

Набор команд может включать в себя различные команды, которые предписывают компьютеру или процессору, как машинам для обработки, выполнение определенных операций, таких как способы и процессы различных вариантов реализации изобретения. Набор команд может быть в форме программы. Программное обеспечение может быть в различных формах, например, системное программное обеспечение или прикладное программное обеспечение, и которое может быть воплощено как материальная и энергонезависимая компьютерная читаемая среда. Кроме того, программное обеспечение может быть в форме собрания отдельных программ или модулей, программного модуля в пределах большей программы или участка программного модуля. Программное обеспечение также может включать в себя модульное программирование в форме объектно-ориентированного программирования. Обработка входных данных машиной обработки может осуществляться в ответ на команды оператора, или в ответ на результаты предшествующей обработки, или в ответ на запрос, сделанный другой машиной обработки.

Кроме того, ограничения нижеследующих пп. формулы не представлены в формате средство-плюс-функция и не предназначены для интерпретации на основании шестого параграфа 35 U.S.C. 112, если только такие ограничения в формуле явно не используют фразу "средство для", сопровождаемую утверждением функции, свободной от дополнительной структуры.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике. Ультразвуковая система для медицинской диагностики содержит беспроводной ультразвуковой зонд, содержащий средство радиосвязи и сконфигурированный для приема сигналов управления ультразвуковым зондом и посылки данных линейной развертки ультразвукового изображения на основании сигналов управления, процессорный электронный ключ, имеющий цифровой процессор для запуска операционной системы и управляющей программы ультразвуковой системы и для запуска средства радиосвязи, электронный ключ, сконфигурированный для приема команд пользовательского интерфейса для процедуры визуализации, посылки сигналов управления ультразвуковым зондом на ультразвуковой зонд, приема сигналов данных строк изображения от зонда, и выполнения обработки изображения для принятых сигналов данных строк изображения для создания ультразвукового изображения для отображения его на дисплее, и дисплей, связанный с процессорным электронным ключом и сконфигурированный для отображения ультразвукового изображения, создаваемого электронным ключом. Ультразвуковая система для медицинской диагностики во втором варианте осуществления дополнительно содержит планшетный компьютер, имеющий средство радиосвязи для приема ультразвукового изображения, создаваемого процессорным электронным ключом, и для отображения ультразвукового изображения на ультразвуковом дисплее, причем, в ответ на пользовательский ввод, система процессорного электронного ключа дополнительно сконфигурирована для отображения ультразвукового изображения на дисплее, планшетном компьютере или на обоих. Ультразвуковая система для медицинской диагностики в третьем варианте осуществления дополнительно содержит ультразвуковой зонд, имеющий зондовый кабель, процессорный электронный ключ, имеющий порт, с которым соединен зондовый кабель. Технический результат заявленного изобретения состоит в улучшении диагностической полезности медицинских изображений. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула