本申請要求享有于2014年4月11日提交的美國臨時申請序列號61/978198的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及醫(yī)學(xué)儀器，并且更具體地涉及使用被形成在能夠在信號與噪聲之間辨別的儀器上的超聲接收器來跟蹤超聲引導(dǎo)下的儀器的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在超聲成像中，由于將波束反射遠離成像探頭的針表面的鏡面性質(zhì)，因此針的可見性常常是非常差的。為了減輕該問題，一些針制造商已經(jīng)生產(chǎn)具有特殊回聲涂層的針，但是可見性改進是有限的。超聲成像系統(tǒng)制造商已經(jīng)研發(fā)使用來自變化角的多個成像波束的算法，但是改進是有限的，并且這樣的策略主要僅適于線性陣列。這兩個策略在針垂直于成像平面被插入或針路徑具有相對于成像平面的小偏移時沒有幫助。

已經(jīng)提出的將介入工具(諸如針以及導(dǎo)管)的端部可視化的一個解決方案是在工具的端部附近添加超聲接收器。當(dāng)成像波束掃過視場時，來自傳感器的信號指示波束多么接近到達傳感器。該信息被用于以超過0.5mm的位置準(zhǔn)確性計算相對于超聲圖像的傳感器位置，甚至在其中針在超聲圖像中不可見的情況下。該傳感器需要不干擾設(shè)備(例如，自動活檢設(shè)備)的功能(即，不堵塞腔、不干擾機械等)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本原理，一種醫(yī)學(xué)設(shè)備包括：設(shè)備體；第一傳感器，其被形成在所述設(shè)備體上并且包括作為傳感器元件的壓電聚合物，所述壓電聚合物被配置為接收超聲能量；以及第一電跡線，其連接到所述第一傳感器并且沿著所述設(shè)備體延伸。虛設(shè)傳感器被形成在所述設(shè)備體上的所述第一傳感器附近并且包括虛設(shè)傳感器元件。第二電跡線連接到所述虛設(shè)傳感器并且在相對于所述第一電跡線的配置中沿著所述設(shè)備體延伸，其中，使用在所述第一傳感器、所述虛設(shè)傳感器或所述第二電跡線中的一個或多個上測量的響應(yīng)來在信號與噪聲之間辨別信號事件。

另一醫(yī)學(xué)設(shè)備包括：針；第一環(huán)形傳感器，其共形地被形成在所述針上并且包括作為傳感器元件的壓電聚合物，所述壓電聚合器被配置為接收超聲能量；以及第一介電層，其被形成在所述針上。第一電跡線連接到所述第一傳感器并且在所述第一介電層上沿著所述針縱向地延伸。虛設(shè)傳感器被形成在所述針上的所述第一傳感器附近并且包括虛設(shè)傳感器元件。所述虛設(shè)傳感器包括與所述傳感器相同的結(jié)構(gòu)。第二電跡線連接到所述虛設(shè)傳感器并且平行于所述第一電跡線沿著所述針縱向地延伸，其中，使用在所述第一傳感器、所述虛設(shè)傳感器或所述第二電跡線中的一個或多個上測量的響應(yīng)在信號與噪聲之間辨別信號事件。

一種用于在由醫(yī)學(xué)設(shè)備測量的信號與噪聲之間進行辨別的方法，包括提供一種醫(yī)學(xué)設(shè)備，其具有：設(shè)備體；至少一個第一傳感器，其被形成在所述設(shè)備體上并且包括作為傳感器元件的壓電聚合物，所述壓電聚合物被配置為接收超聲能量；至少一個第一電跡線，其連接到所述至少一個第一傳感器并且沿著所述設(shè)備體延伸；至少一個虛設(shè)傳感器，其被形成在所述設(shè)備體上的所述至少一個第一傳感器附近并且包括虛設(shè)傳感器元件；至少一個第二電跡線，其連接到所述至少一個虛設(shè)傳感器并且在相對于所述至少一個第一電跡線的配置中沿著所述設(shè)備體延伸；將針對第一傳感器、虛設(shè)傳感器和第二電跡線測量的信號強度進行比較以確定候選信號是信號還是噪聲；并且丟棄噪聲信號。

本公開的這些和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點將從結(jié)合附圖閱讀的對本公開的說明性實施例的以下詳細描述中變得顯而易見。

附圖說明

本公開將參考以下附圖詳細呈現(xiàn)優(yōu)選實施例的以下描述，其中：

圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的具有低剖面共形傳感器和有類似結(jié)構(gòu)的虛設(shè)傳感器的針的透視視圖；

圖1B是在圖1A的截面線1B-1B處取得的截面視圖；

圖1C是在圖1A的截面線1C-1C處取得的截面視圖；

圖1D是在圖1A的截面線1D-1D處取得的截面視圖；

圖2是示出根據(jù)另一實施例的具有包括多個傳感器或傳感器/虛設(shè)傳感器對的多個設(shè)備的針的側(cè)視圖；

圖3是示出根據(jù)另一實施例的具有附線纜中的虛設(shè)線和/或虛設(shè)設(shè)備的針的側(cè)視圖；

圖4是示出根據(jù)本原理的用于在由醫(yī)學(xué)設(shè)備測量的信號與噪聲之間辨別的方法的流程圖；

圖5是示出根據(jù)本原理的用于針對具有多個傳感器、虛設(shè)傳感器和虛設(shè)跡線的針隔離產(chǎn)生于用于估計針取向的一個成像幀的相關(guān)傳感器信號的系統(tǒng)/方法的框/流程圖；并且

圖6是示出根據(jù)本原理的用于改善針(或設(shè)備)位置或確定針位置估計的跟蹤方法的迭代流程的框/流程圖。

具體實施方式

根據(jù)本原理，提供了用于通過將小超聲接收器附接到設(shè)備上在超聲引導(dǎo)下跟蹤針(或其他設(shè)備)的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。本原理提供包括非常低每設(shè)備成本處的一個或多個低剖面?zhèn)鞲衅鞑⑶以试S大量生產(chǎn)以維持低成本的針、設(shè)備或系統(tǒng)。根據(jù)本原理，低剖面?zhèn)鞲衅魇叭〕暩袘?yīng)信號但是較不傾于由外部射頻(RF)源產(chǎn)生的信號。為了跟蹤，超聲幀內(nèi)的最大超聲生成信號需要被檢測。本實施例允許辨別由超聲感應(yīng)的強信號與由外部影響感應(yīng)的其他強信號。

在一個實施例中，使用壓電聚合物制造針上的超聲傳感器。由于傳感器是高阻抗，因而傳感器將以其他方式傾于拾取來自RF場外部的噪聲。噪聲要么由傳感器自身要么由將傳感器連接到放大器的跡線拾取。為了辨別該噪聲，提供了強烈地類似傳感器的幾何結(jié)構(gòu)并且緊密接近傳感器且互連的另一結(jié)構(gòu)。例如，另一傳感器結(jié)構(gòu)可以被形成在實際的傳感器附近但是不將其極化，因此其將不對超聲敏感。該“虛設(shè)傳感器”然后能夠與鄰近傳感器跡線的跡線和鄰近傳感器電極環(huán)的電極環(huán)連接。該虛設(shè)結(jié)構(gòu)將具有對RF噪聲源類似的敏感度。在信號處理期間，如果僅在傳感器上而非在“虛設(shè)結(jié)構(gòu)”上觀察到強信號，則其指示真實的聲學(xué)事件。如果在這兩個結(jié)構(gòu)上觀察到強信號，則其可能由于噪聲并且被丟棄。

根據(jù)本原理，壓電聚合物諸如為例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))。P(VDF-TrFE)是對于傳感器生產(chǎn)的好的候選材料。使用這些聚合物生產(chǎn)的傳感器能夠具有低信號水平并且傾于拾取來自非聲學(xué)事件的RF噪聲。辨別外部噪聲信號與聲學(xué)生成信號的本方法能夠大大地增強使用這些傳感器的跟蹤的魯棒性。通過設(shè)備上的低形式因子特征提供將外部噪聲信號與相關(guān)聲學(xué)事件辨別。

為了保持生產(chǎn)成本降低，采用的材料需要是低成本的，并且制造過程應(yīng)當(dāng)利用大體積高度自動化以避免勞動和設(shè)備成本。超聲傳感器可以形成在針或其他設(shè)備上并且可以使用壓電聚合物(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)或偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))制造。P(VDF-TrFE)能夠溶解在丙酮中并且通過蒸發(fā)過程應(yīng)用到針。傳感器是高阻抗的并且能夠建模為與小電容器(例如，2.2pF)串聯(lián)的電壓源。這樣的傳感器對于電互連的電容性負載非常敏感，并且特殊的電容抵消電子器件(與例如驅(qū)動屏蔽技術(shù)類似)能夠被用于避免大信號損耗。優(yōu)選地屏蔽攜帶信號的線(例如，包括導(dǎo)體周圍的電屏蔽)。

應(yīng)當(dāng)理解，將依據(jù)醫(yī)學(xué)儀器描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明的教導(dǎo)寬廣得多并且適于可以接受低剖面?zhèn)鞲衅鞯娜魏蝺x器。在一些實施例中，在跟蹤或分析復(fù)雜的生物或機械系統(tǒng)中采用本原理。具體而言，本原理可應(yīng)用于生物系統(tǒng)的內(nèi)部追蹤流程，并且可應(yīng)用于在諸如肺、胃腸道、排泄器官、血管等的身體的所有區(qū)域中的流程。附圖中描繪的元件可以在硬件與軟件的各種組合中得以實施，并且提供可以被組合在單個元件或多個元件中的功能。

此外，本文記載本發(fā)明的原理、方面和實施例的所有陳述，以及其具體范例，旨在涵蓋其結(jié)構(gòu)及功能的等價物。額外地，這樣的等價物旨在包括當(dāng)前已知的等價物以及未來發(fā)展的等價物(即，無論其結(jié)構(gòu)執(zhí)行相同功能的所發(fā)展的任何元件)。因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本文呈現(xiàn)的框圖表示實現(xiàn)本發(fā)明的原理的說明性系統(tǒng)部件和/或電路的概念視圖。類似地，將認識到，任何流程表、流程圖等表示基本上可以被表示在計算機可讀存儲介質(zhì)中并因此可以由計算機或處理器來運行的各種過程，而無論這樣的計算機或處理器是否被明確示出。

還將理解到，當(dāng)元件(諸如層、區(qū)域或材料)被稱為在另一元件“上”或“之上”時，其可以直接在另一元件上或還可以存在中介元件。相比之下，在元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”時，不存在中介元件。還將理解到，在元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件時，其可以直接連接或耦合到另一元件或可以存在中介元件。相比之下，在元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時，不存在中介元件。

說明書中對本原理的“一個實施例”或“實施例”以及其變型的引用意指結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性等被包括在本原理的至少一個實施例中。因此，出現(xiàn)在貫穿說明書的各個地方的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”以及任何其他變型的出現(xiàn)不一定全部指的是相同實施例。

應(yīng)理解，以下“/”、“和/或”和“……中的至少一個”(例如，在“A/B”、“A和/或B”和“A和B中的至少一個”的情況下)中的任一個的使用旨在涵蓋僅第一列出項(A)的選擇、僅第二列出項(B)的選擇或這兩項(A和B)的選擇。作為另一范例，在“A、B和/或C”和“A、B和C中的至少一個”的情況下，這樣的短語旨在涵蓋僅第一列出項(A)的選擇、或者僅第二列出項(B)的選擇、或僅第三列出項(C)的選擇、或僅第一列出項和第二列出項(A和B)的選擇、或僅第一列出項和第三列出項(A和C)的選擇、或僅第二列出項和第三列出項(B和C)的選擇、或所有三個項(A和B和C)的選擇。如本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員容易顯而易見的，這可以針對如所列出的許多項擴展。

現(xiàn)在參考其中相似附圖標(biāo)記表示相同或者相似元件的附圖并且首先參考圖1A、圖1B和圖1C，透視視圖(圖1A)(出于說明性目的，已經(jīng)縮短針14的長度)，取得的截面視圖和截面線1B-1B(圖1B)、取得的截面視圖和截面線1C-1C(圖1C)以及取得的截面視圖和截面線1D-1D(圖1D)示出了根據(jù)一個實施例的針14上的單個環(huán)形傳感器10的制造。盡管可以采用其他手術(shù)兼容材料，但是針14優(yōu)選地包括金屬(諸如不銹鋼)。絕緣體16沉積或印刷在針14上。絕緣體16可以包括粘附到針14的任何適合的介電材料。盡管可以采用其他厚度，但是絕緣體16可以是大約25-50微米厚。在不覆蓋端部區(qū)域處的小部分的情況下，絕緣體16被沉積在針14上。這可以以多個方式完成。例如，該部分可以蝕刻掉或端部可以在針14的近端處被浸漬(dip)涂敷或者遠端可以浸漬并且掩模被移除以留下裸露部分。

利用壓電共聚物20涂敷針14的端部部分(遠端部分)。這可以通過采用浸漬涂敷過程實現(xiàn)。需要特別小心共聚物20接觸或稍微交疊絕緣體層16，使得針表面未在通過介電層16裸露的小部分中裸露。金屬針14現(xiàn)在用作用于共聚物傳感器10的底電極。在一個實施例中，共聚物包括P(VDF-TrFE)環(huán)，盡管可以采用其他適合的材料。

第二截面在介電層16中打開，用于虛設(shè)傳感器11的形成。虛設(shè)傳感器11可以包括形成非極化壓電聚合物層或非壓電層21的共聚物層20的非極化版本。

頂電極22、墊結(jié)構(gòu)22'和將頂電極22連接到墊結(jié)構(gòu)22'的信號跡線25被形成以創(chuàng)建虛設(shè)傳感器11。頂電極22被形成在針14的遠端部分處的共聚物21上(針形成底電極)。跡線25和墊結(jié)構(gòu)22被形成在朝向針14的近端部分延伸的絕緣體16的部分上。通過跡線25連接頂電極22和墊結(jié)構(gòu)22'。可以使用導(dǎo)電墨水印刷頂電極22、墊結(jié)構(gòu)22'和跡線25。也可以采用其他過程，諸如例如掩模氣相沉積或氣相沉積和蝕刻。針對頂電極22、墊結(jié)構(gòu)22'和跡線25的材料還可以包括沉積金屬，諸如銀、金等。頂電極22、墊結(jié)構(gòu)22'和跡線25可以具有小于一微米到幾微米的厚度。

(在圖1A中透明的)介電層27被應(yīng)用在頂電極22和跡線25上?？梢酝ㄟ^浸漬針14、通過掩模沉積、通過涂裝或通過另一過程應(yīng)用介電層27。電介質(zhì)防止對跡線24的短路形成。

頂電極23、墊結(jié)構(gòu)23'和將頂電極23連接到墊結(jié)構(gòu)23'的信號跡線24被形成用于傳感器10。頂電極23被形成在遠端部分處的共聚物20上，并且跡線24和墊結(jié)構(gòu)23'被形成在絕緣體(和/或介電層27)的部分上。針14形成底電極。使用導(dǎo)電墨水印刷頂電極23、墊結(jié)構(gòu)23'和跡線24。也可以采用其他過程，諸如例如掩模氣相沉積或氣相沉積和蝕刻。針對頂電極23、墊結(jié)構(gòu)23'和跡線24的材料還可以包括沉積金屬，諸如銀、金等。頂電極23、墊結(jié)構(gòu)23'和跡線24可以具有小于一微米到幾微米的厚度。

另一絕緣體26優(yōu)選地形成在跡線25和絕緣體層16上?？梢詮尼?4的近端通過浸漬涂敷產(chǎn)生該絕緣體26。絕緣體26沉積或印刷在針14上。絕緣體26可以包括粘附到底層材料的任何適合的介電材料。絕緣體26可以是大約25–50微米厚，盡管可以采用其他厚度。

另一絕緣體31優(yōu)選地形成在跡線24和絕緣體層26上?？梢詮尼?4上的近端通過浸漬涂敷產(chǎn)生該絕緣體31。絕緣體31沉積或印刷在針14上。絕緣體31可以包括粘附到底層材料的任何適合的介電材料。絕緣體31可以是大約25–50微米厚，盡管可以采用其他厚度。

導(dǎo)電屏蔽28可以應(yīng)用在其中跡線24、25存在的區(qū)域中的絕緣體31上?？梢酝ㄟ^導(dǎo)電墨水中的氣相沉積或浸漬涂敷產(chǎn)生導(dǎo)電屏蔽28。需要小心不覆蓋端部(針14的遠端部分)。針14和外部屏蔽28將耦合在一起，它們形成驅(qū)動屏蔽。為了使頂電極22、23與周圍環(huán)境電絕緣并且確保生物相容性，整個針能夠被覆蓋有例如聚對二甲苯或其他外部介電材料29。通過適當(dāng)?shù)剡x擇聲學(xué)性質(zhì)和厚度，外部介電材料29可以用作聲學(xué)匹配層。

對于介電層(例如，絕緣體16、26)和外部電介質(zhì)而言，選擇具有相對低介電常數(shù)的材料是有利的。例如，可以選擇具有大約2.1的介電常量的聚四氟乙烯(PTFE)。然而，PTFE到其他材料的粘附可能是問題。可以采用其他材料，諸如生物兼容聚丙烯(介電常數(shù)2.2)。許多塑料/聚合物具有接近3.0的介電常量并且也可以采用。聚氨酯具有稍微更高的3.5值并且對于使用在本申請中是有吸引力的，因為存在醫(yī)學(xué)等級版本(被用于涂敷可移植的起搏器)。而且，聚氨酯提供對具有高平滑性和耐久性的許多材料的好的粘附，并且能夠使用適當(dāng)?shù)娜軇┏练e在薄層中。還可以使用其他材料。

傳感器10形成針14上的環(huán)形傳感器和電互連或跡線24。同樣地，還應(yīng)用具有在幾何結(jié)構(gòu)方面與傳感器10類似的結(jié)構(gòu)并且緊密接近傳感器10的傳感器11。傳感器11不對超聲敏感(例如，傳感器11包括具有互連或跡線25的非極化(或非壓電)傳感器)。可以通過觀察到僅傳感器10或傳感器10和傳感器11兩者上的強信號來提供對強聲學(xué)事件與外部干擾的辨別。

單個環(huán)形傳感器10提供由于傳感器10與其背襯材料之間的強阻抗差的最大傳感器敏感度。窄跡線24被提供并且最小化傳感器10的電容性負載。薄互連跡線24可以與帶狀線配置類似地屏蔽以針對低電容被優(yōu)化。當(dāng)針14與互連的部分的組織(當(dāng)填充有流體或探針)電接觸時，傳感器10能夠?qū)ψ⑷朐肼暩舾小?/p>

傳感器10可以包括整形到針14上的P(VDF-TrFE)共聚物環(huán)20。環(huán)形接觸墊結(jié)構(gòu)22'形成在集線器端(近端部分)處并且提供低一次性成本連接性。能夠提供專用電子器件以降低由于互連的電容性負載的信號損耗。

本原理能夠延伸到相同針上的多個傳感器。這允許針的取向的確定以及針端部的位置的確定，而不需要非常接近端部放置傳感器?；趤碜远鄠€傳感器的信號計算端部位置還應(yīng)當(dāng)增加測量結(jié)果準(zhǔn)確性并且提供測量結(jié)果中的置信度的指示。代價是稍微更復(fù)雜的制造過程和由于多個傳感器的額外電容性負載的信號的輕微損耗。

如果在頂電極23下的傳感器材料由壓電極化P(VDF-TrFE)(20)制成，則非極化P(VDF-TrFE)(21)可以被用于虛設(shè)傳感器11。如果期望微調(diào)虛設(shè)傳感器的響應(yīng)以更緊密地匹配來自傳感器10的噪聲信號，則可以使非極化P(VDF-TrFE)層21更薄，因此其匹配傳感器10中的極化P(VDF-TrFE)層20的電容(極化過程導(dǎo)致較高的電容)。還可以將不同的介電材料(21)用于虛設(shè)傳感器11以匹配傳感器10的電容。

應(yīng)當(dāng)理解，可以采用不同數(shù)量的介電層、跡線和其他結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要以不同的布置被配置，以提供(一個或多個)傳感器和(一個或多個)對應(yīng)的虛設(shè)結(jié)構(gòu)。

參考圖2，在另一實施例中，兩個環(huán)形傳感器50和52可以被用于提供針14上的多個傳感器。這允許針14的取向的確定以及針端部54的位置的確定，而不需要非常接近端部放置傳感器?；趤碜远鄠€傳感器50、52的信號計算端部位置還應(yīng)當(dāng)增加測量結(jié)果準(zhǔn)確性并且提供測量結(jié)果中的置信度的指示。當(dāng)兩個傳感器以它們之間的足夠的分離(例如，至少幾mm)被放置在針上時，一個傳感器能夠充當(dāng)另一傳感器的虛設(shè)傳感器。(從非聲學(xué)事件)拾取的噪聲信號主要由于充當(dāng)天線的互連結(jié)構(gòu)(跡線)，并且其行為由長互連跡線的形狀主導(dǎo)(較小尺寸的環(huán)形電極將對噪聲行為具有低得多的影響)。當(dāng)以針上的足夠的分離放置兩個傳感器50、52并且來自超聲成像探頭的聚焦超聲波束創(chuàng)建針14中的強聲學(xué)生成信號時，能夠假定焦斑非常接近傳感器中的一個并且更遠離另一傳感器。因此，應(yīng)當(dāng)僅在傳感器中的一個中觀察到聲學(xué)生成強信號，另一傳感器將最多拾取來自在大多數(shù)情況下也將不發(fā)生在幀內(nèi)的相同時間點處的聲學(xué)旁瓣的弱得多的信號。

如果兩個傳感器50、52具有取出信號的個體跡線56、58，并且緊密接近且以類似幾何結(jié)構(gòu)制成跡線56、58，則由這些跡線56、58拾取的非聲學(xué)噪聲信號應(yīng)當(dāng)在強度和定時中是非常相似的。為了創(chuàng)建例如具有間隔距離d(例如，大約1cm間隔，但是預(yù)期其他距離)的兩個傳感器52、54(一個傳感器接近端部)的針中的類似跡線，互連跡線56、58將并行緊密地間隔延伸并且兩者對針14向下延伸長距離。一個跡線然后將被連接到遠端傳感器電極并且另一個到近端傳感器電極。傳感器50、52之間的最小距離應(yīng)當(dāng)超過超聲成像系統(tǒng)的分辨單元，一個傳感器充當(dāng)另一傳感器的虛設(shè)信號。

應(yīng)當(dāng)理解，圖1A-圖1D和圖2中所描述的實施例可以延伸到三個或更多個傳感器。在這種情況下，所有互連跡線可以平行于彼此延伸(或在多層實施方式中一些堆疊在彼此上)。可以在這樣的布置中采用更復(fù)雜的噪聲拒絕方案。利用針對所采集的超聲發(fā)送幀的所有傳感器數(shù)據(jù)，可以基于最強接收信號(并且假定信號全部具有聲學(xué)起源)估計針取向?；谒烙嫷娜∠蚝完P(guān)于成像波束旁瓣的知識，可以做出關(guān)于什么時間一些聲學(xué)信號應(yīng)當(dāng)由不同的傳感器檢測和在什么時間處聲學(xué)信號不應(yīng)當(dāng)存在的預(yù)測。做出關(guān)于組織性質(zhì)的某些假定，由于針對所有傳感器和時間點的聲學(xué)透射，因此能夠?qū)π盘柕念A(yù)期幅度進行建模(還考慮傳感器的角相關(guān)敏感度)。而且，能夠在分析中完全忽略具有遠超過由于聲學(xué)事件的最大可實現(xiàn)幅度的幅度的非常強的信號(這取決于換能器、超聲機器設(shè)置和強信號的感知深度)。

基于所接收的信號的所估計的建模，所接收的信號中的不一致可以被用于拒絕下降到某個置信度水平的跟蹤數(shù)據(jù)。利用足夠的計算資源，可以采用迭代流程，其中，移除最不一致的接收的信號，因為假定其來自非聲學(xué)起源，并且在多個噪聲移除循環(huán)上逐漸地改善所估計的取向。

傳感器的波束模式被用于發(fā)送波束概況，給定初始估計針取向并且利用假定的組織衰減性質(zhì)，對預(yù)期的接收的幅度實時建模。該預(yù)期的接收的幅度可以與真實幅度進行比較，并且較大的失配降低要么所估計的針位置要么該特定傳感器對實現(xiàn)準(zhǔn)確的針取向的貢獻中的置信度。由于這針對多個傳感器進行，因此針對所有傳感器的大的失配指示所估計的針位置是不正確的并且應(yīng)當(dāng)被丟棄。僅一個傳感器中的大的失配指示傳感器具有損壞的信號并且應(yīng)當(dāng)在沒有該特定傳感器貢獻的情況下重復(fù)分析。

在其他實施例中，傳感器可以沉積在針(或其他設(shè)備)上或以其他方式直接附接到針(或其他設(shè)備)上。例如，傳感器可以沉積在絕緣層上，使得底電極和頂電極在絕緣層(例如，針不再是底電極)上接觸壓電材料(或針對虛設(shè)傳感器的非極化壓電材料)。針對頂電極和底電極兩者的跡線被用于每個傳感器。

備選地，絕緣層能夠沉積在針上，在形成所有傳感器的底電極的導(dǎo)電層的頂部，并且將針對頂電極的分離跡線取出。底電極可以從而針對所有傳感器共享(分離層或者通過針)并且將頂電極中的若干連接到一個共有跡線(并且電極的其他子集到其他共有跡線)。

在其他實施例中，可以構(gòu)建各自具有三個導(dǎo)線的平衡信號傳感器，每個導(dǎo)線為：參考導(dǎo)線、正極導(dǎo)線和負極導(dǎo)線。平衡信號傳感器可以共享與傳感器子集組合的導(dǎo)線中的一些。傳感器能夠具有與以上實施例中所描述的環(huán)形不同的幾何結(jié)構(gòu)，例如，可以采用包圍小于針的全圓周的貼片。跡線不必是直的并且可以例如在不同層上并且被整形為類似雙絞線?？梢栽诙鄠€可能組合中組合本文描述的不同的實施例。

在其他實施例中，可以采用多個真實傳感器、多個虛設(shè)傳感器和多個虛設(shè)跡線。為了確定在真實傳感器上接收的強信號是否由于成像波束撞擊傳感器，人們可以看到是否大約同時在附近的虛設(shè)傳感器上觀察到信號。如果存在這樣的信號，那么能夠確定事件是來自非聲學(xué)源的外部噪聲。然后，可以以相同的方式觀察和解釋其他虛設(shè)傳感器上的信號?？梢砸韵嗤姆绞接^察和解釋虛設(shè)跡線上的信號?？梢杂^察至少遠離一超聲分辨單元的其他真實傳感器上的信號。如果大約同時觀察到強信號，則這指示來自非聚焦源(諸如混響或平面波發(fā)射)的聲學(xué)起源信號并且該信號不應(yīng)當(dāng)被用于跟蹤。

如果估計所檢測的信號來自真實超聲(US)信號源，那么照常處理和顯示信號。如果估計所檢測的信號來源于噪聲源，那么該信號不被用在后續(xù)處理中。備選地，可以將消息顯示給用戶，指示噪聲正被檢測。諸如標(biāo)識和關(guān)閉誤差源的校正動作可以由用戶標(biāo)識并且起作用。

參考圖3，還可以通過添加連接線纜66中的額外線68形成另一虛設(shè)結(jié)構(gòu)。針64(或其他設(shè)備)連接到線纜66。線纜66經(jīng)由互連69連接到集線器接觸(例如，接觸22’、23’、屏蔽28和針64)。在該實施例中，線纜66包括額外線68，其不連接到針自身上的結(jié)構(gòu)(因為大多數(shù)噪聲拾取可以發(fā)生在連接線纜中)。

如之前一樣，如果估計所檢測的信號來自真實US信號源，那么照常處理和顯示信號。如果估計所檢測的信號來源于噪聲源，那么該信號未用在后續(xù)處理中。

在另一實施例中，線68可以包括連接到針64的線纜66的端部處的虛設(shè)傳感器70。噪聲由將醫(yī)學(xué)設(shè)備64連接到成像系統(tǒng)67的線纜66中的線、將線纜66的端部連接到醫(yī)學(xué)設(shè)備64上的傳感器的互連69和醫(yī)學(xué)設(shè)備64上的傳感器(23，并且任選地虛設(shè)傳感器22)的組合拾取。如果主導(dǎo)噪聲拾取發(fā)生在連線纜中，則僅具有系統(tǒng)的線纜部分中的虛設(shè)結(jié)構(gòu)可以是足夠的，而不需要64(或其他設(shè)備)上的虛設(shè)傳感器。

參考圖4，說明性示出了用于在由醫(yī)學(xué)設(shè)備所測量的信號與噪聲之間辨別的方法。在框82中，提供了具有設(shè)備體和形成在設(shè)備體上并且包括作為傳感器元件的壓電聚合物的至少一個第一傳感器的醫(yī)學(xué)設(shè)備。壓電聚合物被配置為接收超聲能量。至少一個第一電跡線連接到至少一個第一傳感器并且沿著設(shè)備體延伸。至少一個虛設(shè)傳感器形成在設(shè)備體上的至少一個第一傳感器附近并且包括虛設(shè)傳感器元件。至少一個第二電跡線連接到至少一個虛設(shè)傳感器并且在相對于至少一個第一電跡線的配置中沿著設(shè)備體延伸。還可以采用其他虛設(shè)噪聲部件，例如不在醫(yī)學(xué)設(shè)備上的虛設(shè)傳感器、虛設(shè)線等。

在框84中，將針對第一傳感器、虛設(shè)傳感器、第二電跡線等測量的信號強度進行比較以確定候選信號是信號還是噪聲。這包括找到最強的信號并且將其與其他信號比較來確定其他信號是否更強并且表示實際的信號或噪聲。

在一個實施例中，(一個或多個)真實傳感器(例如，針上的P(VDF-TrFE)環(huán)形傳感器和電互連)和在幾何結(jié)構(gòu)中與其對應(yīng)的真實傳感器具有類似結(jié)構(gòu)并且非常接近真實傳感器的(一個或多個)虛設(shè)傳感器測量事件。虛設(shè)傳感器不對超聲敏感；例如，其包括具有互連的非極化(非壓電)傳感器。能夠通過觀察到僅在真實傳感器或在真實傳感器和虛設(shè)傳感器兩者上的強信號來執(zhí)行對外部干擾與強聲學(xué)事件的辨別。

首先，真實傳感器上的強信號(局部最大值)被標(biāo)識并且與事件之前不久和之后不久的信號水平進行比較以獲得疑似聲學(xué)事件的粗略的信噪比(SNR)估計。然后，在虛設(shè)傳感器上執(zhí)行針對確切的相同時間窗的SNR估計，并且在虛設(shè)傳感器具有例如超過真實傳感器的閾值(例如，SNR-10dB)的SNR時，假定信號不來源于聲學(xué)事件并且因此在跟蹤計算中被忽視。

在框86中，針對另外的圖像處理丟棄或忽視噪聲信號。這通過消除較弱或非貢獻信號并且使用用于較強的確認信號進行成像或定位設(shè)備等來實現(xiàn)。

參考圖5，框/流程圖示出了用于針對具有多個傳感器、虛設(shè)傳感器和虛設(shè)跡線的針的情況，隔離產(chǎn)生于用在成像中或用于估計針取向的一個成像幀的相關(guān)傳感器信號的系統(tǒng)/方法。以下方法更特別地定義在圖3的框84中如何比較和分析信號強度。在框102中，超聲機器對一個幀進行成像。在框104中，記錄所有真實傳感器、虛設(shè)傳感器和虛設(shè)跡線上的信號。在框106中，對于每個真實傳感器而言，確定最強信號的定時。在框108中，當(dāng)在真實傳感器上檢測強信號時，執(zhí)行以下步驟以檢查信號是否來自成像波束。這通過檢查將不拾取成像波束相關(guān)信號但是能夠拾取噪聲的其他源上的相同時間幀中的強信號的缺少而完成。

在框110中，檢查附近虛設(shè)傳感器(和線等)上的信號來確定其在強度中是否接近(例如，更弱少于10dB)真實傳感器的信號或比真實傳感器的信號更強。如果其在強度中是接近或更強的，那么路徑轉(zhuǎn)到框118。否則，路徑轉(zhuǎn)到框112。在框112中，檢查其他虛設(shè)傳感器上的信號來確定其是否是可比較的或比真實傳感器的信號更強。如果其是可比較的或更強的，那么路徑轉(zhuǎn)到框118。否則，路徑轉(zhuǎn)到框114。在框114中，檢查虛設(shè)跡線上的信號來確定其是否是比真實傳感器的信號更強的。如果其是更強的，那么路徑轉(zhuǎn)到框118。否則，路徑轉(zhuǎn)到框116。在框116中，檢查遠離至少一個分辨單元的真實傳感器上的信號來確定其在強度中是否非常接近(例如，更弱少于6dB)或比真實傳感器的信號更強。如果其是非常接近或更強的，那么路徑轉(zhuǎn)到框118。否則，路徑轉(zhuǎn)到框120，其中，記錄真實傳感器信號的定時。首先檢查附近虛設(shè)傳感器，因為跡線和傳感器幾何結(jié)構(gòu)最接近并且因此很可能其將拾取類似的噪聲信號。接下來，檢查其他虛設(shè)傳感器以及虛設(shè)跡線。

在框118中，由于找到可比較的信號或比真實傳感器更強的信號，因而能夠忽視相應(yīng)的候選信號。這以最重要的順序完成，使得如果檢測到一個額外信號的存在，則不在檢查其他源上花費另外的處理時間。為了不釋放頻率噪聲信號的存在中的跟蹤，如果下一個最強信號高于某個閾值，則框118的決策框重復(fù)針對下一個最強信號的分析。如果其不高于該閾值，則在框122中傳感器被認為不具有貢獻。

參考圖6，圖5的輸出能夠形成針對圖5的框/流程圖的跟蹤方法的輸入。在圖6中，提供了用于改善針(或設(shè)備)位置或確定針位置估計不可靠的迭代流程?；谒邢嚓P(guān)傳感器信號，在框202中，基于來自框120的定時信息(圖5)，做出對針(或設(shè)備)取向的估計。在框204中，基于估計的針取向、探頭波束性質(zhì)和傳感器的方向性模式，對針對所有傳感器的時間中的預(yù)期的接收的幅度進行建模。根據(jù)所估計的針取向，能夠?qū)λ姓鎸崅鞲衅魃系念A(yù)期信號進行建模。偏離預(yù)測最多信號的傳感器信號是對估計具有不利影響的潛在異常值。這在框206中被確定。

在框208中，如果在真實幅度與預(yù)期幅度之間偏離最多的傳感器信號的差異超過閾值，則在框214中從數(shù)據(jù)集移除傳感器信號。在框208中，如果差異是小的，則取向估計被認為是有效的。在框210中，在用戶接口(例如，顯示器)上更新針或其他設(shè)備的位置。在框212中，如果在保持要處理的小于兩個信號的數(shù)據(jù)集的移除(框214)之后，不能做出針取向估計并且在框216中將跟蹤誤差消息傳送給接口。

已經(jīng)依據(jù)針(并且更具體地活檢針)描述了本原理。然而，本原理可以應(yīng)用于其中需要壓電傳感器(接收器)、發(fā)射器或換能器的任何儀器。這樣的設(shè)備可以包括導(dǎo)管、導(dǎo)絲、內(nèi)窺鏡、可移植設(shè)備等。本原理能夠提供具有針對共形地適于外部表面的傳感器的內(nèi)置的相對低成本設(shè)備。為了保持生產(chǎn)成本降低，使用的材料需要是低成本，并且制造過程應(yīng)當(dāng)是利用大體積高度自動化的以避免勞動和設(shè)備成本。根據(jù)本原理的設(shè)備提供共形地形成并且放置在醫(yī)學(xué)設(shè)備或儀器上的低形式因子。在特別有用的實施例中，本原理被用于超聲引導(dǎo)式針介入(例如，RF消融、肝活檢、神經(jīng)阻斷、血管通路、膿腫引流等)。

在解釋權(quán)利要求書時，應(yīng)當(dāng)理解：

a)詞語“包括”不排除除了在給定的權(quán)利要求中列出的元件或動作以外的其他元件或動作的存在；

b)元件前面的詞語“一”或“一個”不排除多個這樣的元件的存在；

c)權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不限制其范圍；

d)若干“單元”可以由相同項或者硬件或軟件實施的結(jié)構(gòu)或功能來表示；并且

e)除非明確地指示，否則并不旨在要求動作的具體順序。

已經(jīng)描述了具有壓電聚合物傳感器的信號對噪聲辨別針的優(yōu)選實施例(其旨在是說明性而非限制性的)，應(yīng)注意到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)以上教導(dǎo)做出修改和變型。因此應(yīng)當(dāng)理解，可以在所公開的本公開的特定實施例中做出變化，所述變化在如權(quán)利要求書所概括的本文所公開的實施例的范圍內(nèi)。因而已經(jīng)描述了專利法所要求的細節(jié)和特性，由專利證書所主張并期望保護的內(nèi)容在權(quán)利要求書中得以闡述。