多用戶無線超聲服務(wù)器的制造方法
【專利說明】多用戶無線超聲服務(wù)器
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明實(shí)施方式涉及超聲成像。傳統(tǒng)的超聲系統(tǒng)包括輪式推車上的計(jì)算機(jī)和附接 的顯示器，其具有連接的換能器。推車形狀系數(shù)由于有限的空間而通常是很笨重的，并且會(huì) 要求超聲檢查醫(yī)師到達(dá)患者周圍來操作該超聲系統(tǒng)。便攜系統(tǒng)將大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和顯示器 縮減為筆記本電腦或較小的便攜尺寸，但計(jì)算能力和小的顯示器限制了圖像質(zhì)量和可用的 分析特征。最新的無線換能器技術(shù)進(jìn)一步允許換能器和計(jì)算機(jī)及顯示器之間的分離操作， 進(jìn)而極大地改進(jìn)了與患者的接觸范圍（reach)。然而，操作者仍需要處于顯示器近距離以觀 察成像結(jié)果，因此也將操作者和患者束縛至非?？拷?jì)算機(jī)支持系統(tǒng)。由于需要將超聲系 統(tǒng)靠近患者床邊或通常小的成像室，無線超聲系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在尺寸和計(jì)算能力上受限。
[0002] 已經(jīng)提出多換能器便攜超聲系統(tǒng)，其使用共享的圖像處理資源。然而，該裝置的簡(jiǎn) 單方法在成本和操作方面是不實(shí)用的。傳輸和計(jì)算資源可能會(huì)是約束條件。單個(gè)用戶無線 超聲系統(tǒng)和探頭設(shè)計(jì)通過避免多用戶復(fù)雜性可以克服這些問題，但這是效率低的或僅提供 有限的圖像處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明由附屬的權(quán)利要求書限定，并且該部分的任何部分都不應(yīng)該認(rèn)為是對(duì)這些 權(quán)利要求的限制。借助于介紹，下面描述的優(yōu)選實(shí)施方式包括用于通過超聲服務(wù)器支持多 用戶的方法、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、指令以及系統(tǒng)。圖像的分塊和分層可用于限定傳輸和/或帶 寬。通過傳輸變化的圖像部分并且避免其他部分的傳輸，可以優(yōu)化無線和處理帶寬。在服 務(wù)器側(cè)上，獨(dú)立實(shí)例用于掃描每一個(gè)患者或用于正在使用的多換能器探頭的每一個(gè)。基于 換能器探頭的使用的共享資源的動(dòng)態(tài)分配可提供進(jìn)一步優(yōu)化。從整體角度來說，服務(wù)器可 基于由用作顯示器和用戶輸入的獨(dú)立平板電腦路由來的控制，由換能器探頭接收到的數(shù)據(jù) 波束成形。這些方法中的任意一個(gè)或多個(gè)的組合可用于實(shí)現(xiàn)可實(shí)施的和成本有效的多換能 器探頭、基于服務(wù)器的超聲成像。
[0004] 在第一方面，提供了一種利用超聲服務(wù)器支持多個(gè)用戶的方法。局域服務(wù)器接收 來自手持換能器探頭的超聲掃描數(shù)據(jù)。局域服務(wù)器生成超聲圖像，其表示來自數(shù)據(jù)的繪圖。 超聲圖像形成為多個(gè)塊。局域服務(wù)器將超聲圖像傳輸至顯示器。接收繪圖的變化。確定由 于變化而不同的超聲圖像的第一子組塊以及相同的第二子組塊。局域服務(wù)器繪制第一子組 塊。所繪制的第一子組塊而非第二子組塊被傳輸至顯示器。
[0005] 在第二方面，提供了一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中已經(jīng)存儲(chǔ)了表示由編 程處理器可執(zhí)行的指令的數(shù)據(jù)，以用于利用超聲服務(wù)器支持多用戶。該存儲(chǔ)介質(zhì)包括指令： 用于與多個(gè)超聲換能器探頭無線地通信，針對(duì)每一個(gè)超聲換能器探頭操作圖像處理和控制 系統(tǒng)的獨(dú)立實(shí)例，以及針對(duì)作為操作的一部分的圖像處理和控制系統(tǒng)的每一個(gè)，對(duì)來自超 聲換能器探頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理。
[0006] 在第三方面，提供了一種用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的系統(tǒng)。多個(gè)超聲探頭 配置為掃描患者并無線地輸出通道數(shù)據(jù)。多個(gè)平板顯示器與超聲探頭配對(duì)。每一個(gè)平板顯 示器配置為作為用戶輸入操作，用于所配對(duì)超聲探頭的控制。服務(wù)器配置為從超聲探頭接 收通道數(shù)據(jù)、對(duì)通道數(shù)據(jù)波束成形、根據(jù)來自平板顯示器的用戶輸入從已波束成形的通道 數(shù)據(jù)生成圖像以及將圖像傳輸至平板顯示器，并配置為根據(jù)用戶輸入控制超聲探頭。
[0007] 本發(fā)明的其他方面和優(yōu)勢(shì)將在下文結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行討論。
【附圖說明】
[0008] 各部件以及各附圖無需按比例繪制，而且重點(diǎn)放在示意本發(fā)明的原理。此外，在附 圖中，相似的附圖標(biāo)記指示整個(gè)不同附圖中對(duì)應(yīng)的部件。
[0009] 圖1是用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的方塊圖；
[0010] 圖2和圖3圖示用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的系統(tǒng)的其他實(shí)施方式；
[0011] 圖4是具有超聲實(shí)例的服務(wù)器和具有換能器探頭和顯示器的客戶端的一個(gè)實(shí)施 方式的功能模塊圖；
[0012] 圖5是用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的方法的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖；
[0013] 圖6和7示出用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的服務(wù)器-客戶端系統(tǒng)的不同實(shí)施 方式；
[0014] 圖8是示出在多個(gè)超聲客戶端之間共享服務(wù)器資源的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的方 塊圖；以及
[0015] 圖9是在支持多個(gè)用戶時(shí)用于操作和控制超聲應(yīng)用實(shí)例的方法的一個(gè)實(shí)施方式 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 多用戶無線超聲服務(wù)器在局域中提供有效超聲處理。單個(gè)（或多個(gè)）超聲服務(wù)器 支持多個(gè)用戶同時(shí)地采集、觀察和分析超聲圖像。每一個(gè)用戶可能需要采集不同圖像并執(zhí) 行不同任務(wù)，這需要服務(wù)器的不同計(jì)算和傳輸資源。每一個(gè)用戶端可包括無線超聲換能器， 其耦接便攜計(jì)算設(shè)備（例如，平板電腦），該便攜計(jì)算設(shè)備裝配有高分辨率顯示器、觸屏或 其他人體輸入設(shè)備以及另外的傳感器，諸如慣性傳感器。換能器和便攜計(jì)算設(shè)備通過與超 聲服務(wù)器的無線連接進(jìn)行通信。
[0017] 這種多用戶系統(tǒng)利用從超聲換能器以及便攜計(jì)算設(shè)備發(fā)出的傳感器信息，管理計(jì) 算和多用戶資源，并且在有限的無線帶寬和電池壽命內(nèi)提供最優(yōu)處理、觀察及繪圖性能。最 優(yōu)地最小化繪圖和交互延遲的技術(shù)可利用便攜計(jì)算設(shè)備上的緩存策略。
[0018] 為了使每一個(gè)服務(wù)器的并行用戶數(shù)量最大化而同時(shí)保持用于手術(shù)和診斷的充足 圖像質(zhì)量，可以提供圖像傳輸寬帶的最佳使用、圖像質(zhì)量的最佳控制以及電池壽命的最佳 使用。能夠最優(yōu)化換能器、便攜計(jì)算設(shè)備和服務(wù)器之間換能器信號(hào)、傳感器信息、圖像流及 工作流程環(huán)境信息的交換。特別地，當(dāng)不能夠預(yù)先確定所需要客戶端資源的數(shù)量時(shí)，諸如當(dāng) 資源需求基于用戶選擇的圖像采集和成像任務(wù)時(shí)，基于傳感器提供的用戶活動(dòng)信息的動(dòng)態(tài) 服務(wù)器分配可提供相比保守的靜態(tài)分配來說極大的服務(wù)器性能改進(jìn)。由客戶端設(shè)備提供的 傳感器數(shù)據(jù)用于驅(qū)動(dòng)圖像的處理、繪制和傳輸。環(huán)境感知軟件（context aware software) 可改進(jìn)圖像質(zhì)量而最小化帶寬。另外，可縮放系統(tǒng)設(shè)計(jì)可允許基于動(dòng)態(tài)資源需求的計(jì)算資 源動(dòng)態(tài)使用。
[0019] 圖1示出了用于利用超聲處理支持多個(gè)用戶的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括服務(wù)器10、數(shù)據(jù) 庫或存儲(chǔ)器12、客戶端換能器探頭14、客戶端顯示器18以及網(wǎng)絡(luò)16。另外，可提供不同的 或更少的部件。例如，提供多于一個(gè)服務(wù)器10。數(shù)據(jù)庫12示出為鄰近（local to)服務(wù)器 10,但可遠(yuǎn)離服務(wù)器?？商峁┒嘤谝粋€(gè)數(shù)據(jù)庫12,用于與任意數(shù)量的服務(wù)器10專有地或共 享地交互?？墒褂貌煌木W(wǎng)絡(luò)來將不同的客戶端換能器探頭14和顯示器18連接至服務(wù)器 10。
[0020] 圖2和圖3示出了提供超聲成像的系統(tǒng)的實(shí)例，其中服務(wù)器10與多個(gè)用戶的換能 器探頭14及顯示器18交互。在圖2中，換能器探頭14和顯示器18是獨(dú)立設(shè)備，諸如手持 探頭和便攜平板（例如，平板電腦）。雖然由服務(wù)器10作為一個(gè)客戶端來處理，但這些獨(dú)立 設(shè)備處于不同外殼內(nèi)，具有不同的電源（例如，電池），并具有不同的無線接口。服務(wù)器10 可為這些獨(dú)立設(shè)備開放獨(dú)立端口。在圖3中，換能器探頭14和顯示器18可利用獨(dú)立外殼 或利用物理連接的（例如，電纜）外殼結(jié)合為單個(gè)設(shè)備。無線換能器探頭14包括內(nèi)置顯示 器或安裝在顯示器18上。在獨(dú)立外殼通過電纜連接的情形中，相同的無線接口和電池用于 換能器探頭14和顯示器18,但可提供獨(dú)立電池。
[0021] 通常，超聲系統(tǒng)是基于服務(wù)器的無線超聲系統(tǒng)，其中換能器探頭14和顯示器18 從主機(jī)系統(tǒng)分離，進(jìn)而允許操作者遠(yuǎn)離笨重的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)完全靈活的到達(dá)和使用性 能。通過從計(jì)算機(jī)處理單元分離換能器探頭14和顯示器18,計(jì)算機(jī)不再需要具有可實(shí)施的 小形狀系數(shù)或干擾掃描。這允許計(jì)算機(jī)服務(wù)器10支持較大的形狀系數(shù)，并且支持可能需要 較大計(jì)算能力的特征，諸如高級(jí)圖像和商業(yè)分析。服務(wù)器10可諸如通過高速網(wǎng)絡(luò)接入，另 外連接至其他更加永久附連的設(shè)備和其他遠(yuǎn)程系統(tǒng)。對(duì)于商業(yè)分析，服務(wù)器10可具有對(duì)資 源的網(wǎng)絡(luò)連接和訪問以輔助成像。例如，服務(wù)器10可與圖像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS)以及 患者信息數(shù)據(jù)庫連接。另外，服務(wù)器10可服務(wù)多個(gè)換能器探頭14和遠(yuǎn)程顯示器18,用于在 醫(yī)生辦公室內(nèi)同時(shí)與無線范圍內(nèi)的多個(gè)患者（諸如一間或多間病房?jī)?nèi)的多張床）合作。
[0022] 換能器探頭14生成聲能量用于掃描患者、接收回聲以及無線地發(fā)送所接收信號(hào)。 在一個(gè)實(shí)施方式中，換能器探頭14包括發(fā)送波束成形器、換能器陣列、接收放大器、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器以及無線收發(fā)器。發(fā)送波束成形器包括脈沖器、存儲(chǔ)器、計(jì)時(shí)器、延時(shí)器、相位調(diào)節(jié)器、 放大器和/或用于利用在方位角或方位角與仰角方向上的電子轉(zhuǎn)向來生成聲能量的發(fā)送 波束的其他部件。使用相位的、線性的、曲線形的、I. 或64、128、256或其他數(shù)目元件的 陣列，發(fā)送波束成形器使得發(fā)送波束沿掃描線路以線性、扇區(qū)、向量?或其他掃描格式的生 成。
[0023] 針對(duì)接收操作，元件將聲學(xué)回聲轉(zhuǎn)換為電信號(hào)作為通道信號(hào)。來自陣列的各個(gè)元 件的通道信號(hào)用時(shí)間增益放大水平而放大，用模數(shù)轉(zhuǎn)換而數(shù)字化并且用無線收發(fā)器而無線 地發(fā)送至服務(wù)器10。在其他實(shí)施方式中，換能器探頭14包括接收波束成形器或局部波束 成形器。來自不同通道的一些或全部通道數(shù)據(jù)和/或信號(hào)與相對(duì)延遲或相位調(diào)整及變跡結(jié) 合。
[0024] 換能器探頭14具有外殼。外殼尺寸或形狀適于手持。例如，超聲檢查師的單只手 握持外殼外側(cè)上的把手。外殼封裝換能器探頭14的其余部分，從而超聲波檢查師可以利用 單只手繞患者移動(dòng)換能器探頭14。在其他實(shí)施方式中，使用多個(gè)外殼，諸如超聲檢查師將外 殼內(nèi)的一個(gè)部分（例如，發(fā)送波束成形器、電池、無線收發(fā)器以及其他電子裝置）穿戴在腰 帶上或握持在一只手中，而將另一外殼內(nèi)的另一部分（例如，陣列）保持在手中。兩個(gè)外殼 通過電纜連接。在可替代實(shí)施方式中，電子裝置處于筆記本電腦、公文包類型設(shè)備中或推車 上，它們通過電纜連接至手持探頭外殼中的陣列。
[0025] 換能器探頭14包括電池。電池是諸如使用充電站可充電的。類似地，顯示器18 包括可充電的電池，諸如使用相同或不同的充電站。插頭或插座可用作充電而不是充電站。 在可替代或另外的實(shí)施方式中，換能器探頭14和/或顯示器18被捆扎在一起或物理地插 入另一電源而不是電池中。
[0026] 換能器探頭14和/或顯示器18還包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，諸如單或多觸點(diǎn)輸入 裝置、攝影機(jī)、陀螺儀、加速計(jì)、按鈕、轉(zhuǎn)盤、滑動(dòng)器、觸屏、觸板或其他輸入設(shè)備以用于提供 使用反饋。例如，觸點(diǎn)輸入或壓力傳感器用于探測(cè)超聲換能器探頭14是否與患者皮膚接觸 和/或是否由超聲檢查師握持。合適地置于超聲換能器探頭殼體內(nèi)側(cè)的陀螺儀和加速計(jì)的 組合可用于分析換能器運(yùn)動(dòng)。作為另一實(shí)例，顯示器18是觸屏。諸如觸摸手勢(shì)（放大、平 移、旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、收縮）之類的輸入信號(hào)可發(fā)送至超聲服務(wù)器10以控制超聲成像（例如，掃 描和/或圖像處理參數(shù)）。作為另一實(shí)例，換能器探頭14或顯示器18可包括麥克風(fēng)、攝像 機(jī)或其他傳感器，用于探測(cè)人體輸入而不是觸摸。聲音或手部/面部動(dòng)作可被接收并用于 控制超聲參數(shù)。