Результат интеллектуальной деятельности: УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ С ЗАВИСЯЩЕЙ ОТ КОНТЕКСТА ПАНЕЛЬЮ УПРАВЛЕНИЯ

Данное изобретение относится к медицинским диагностическим системам ультразвуковой визуализации и, в частности, к ультразвуковым системам с панелями управления с элементами управления, которые меняются в зависимости от типа выполняемой диагностической процедуры.

Медицинская диагностическая система ультразвуковой визуализации имеет панели управления с множеством пользовательских элементов управления для настройки и управления системой с целью выполнения требуемого исследования визуализации. Начиная с множества предварительно установленных параметров управления для требуемого исследования, оператор будет манипулировать элементами управления с целью изменения настроек на настройки, уникальным образом подходящие для определенного исследования, которое будет выполняться. Как только были установлены начальные параметры управления, исследование может начаться, и с теми же самыми и дополнительными элементами управления проводятся манипуляции с целью изменения характеристик системы в процессе проведения исследования. Например, оператор может установить режим визуализации для режима B, доплеровского режима или режима М. Размер и угол поля изображения могут быть изменены, и частота может быть настроена для фундаментальной или гармонической визуализации. Характеристики усиления системы могут быть настроены с целью более четкого различения анатомических элементов, расположенных более глубоко в организме, и ползунки дифференциальной регулировки усиления могут быть настроены для обеспечения соответствующего усиления для интересующей глубины. Фокальные зоны могут быть добавлены и перемещены на другие глубины. Во время исследования могут быть добавлены дополнительные режимы, такие как спектральный доплеровский дисплей, когда доплеровская схема размещается над анатомическим элементом. Большое разнообразие измерений может быть выполнено для анатомического элемента и оцененных параметров кровотока. Это только некоторые примеры элементов управления и настроек, имеющихся на панели управления типовой ультразвуковой системы.

Хотя для каждого ультразвукового исследования может потребоваться настройка и использование многих элементов управления на панели управления, различные типы исследований могут требовать использования немного отличающейся или существенно отличающейся группы элементов управления. Таким образом, панель управления должна содержать очень большое количество пользовательских элементов управления, чтобы разместить все меняющиеся применения и функции ультразвуковой системы. Различные поставщики оборудования принимали различные меры в связи с постоянным увеличением количества элементов управления. Некоторые просто увеличивают количество и/или плотность механических элементов управления на панели управления. Другие дополняют механические элементы управления управляющими функциональными клавишами на экране дисплея системы, которые пользователь может вызывать, настраивать и щелкать компьютерной мышью или шаровым манипулятором на панели управления. Другие поставщики использовали управляющие функциональные клавиши на дисплее с сенсорной панелью, которым пользователь может манипулировать и производить настройки вручную без необходимости в компьютерном манипуляторе. Система эхокардиографии iU33, поставляемая Philips Healthcare из Эндовера, штат Массачусетс, содержит все три решения: полностью заполненная механическая панель управления, функциональные клавиши на системном экране дисплея и малые сенсорные панели для дополнительных пользовательских элементов управления.

Один из подходов к решению проблемы большого количества и изменяющегося набора элементов управления, необходимых для ультразвуковой системы, описан в патенте США 6063030 (Vara и др.) В этом патенте описан виртуальный интерфейс управления для ультразвуковой системы, при этом весь интерфейс управления состоит из функциональных клавиш. Большая часть экрана дисплея посвящена ультразвуковому изображению, и панель сбоку экрана заполнена средствами управления, которые адаптируются к типу и этапу исследования с визуализацией. В начале исследования боковая панель содержит элементы управления настройкой. После того как исследование началось, отображение боковой панели изменяется и содержит элементы управления, подходящие для типа исследования. В различных фазах исследования отображение боковой панели изменяется с целью предоставления элементов управления, подходящих для определенной фазы исследования. Например, когда на изображении должны быть сделаны измерения, боковая панель изменяется и отображает элементы управления измерениями. Пользователь может также вызывать определенные наборы элементов управления при необходимости. Например, если пользователь хочет аннотировать маркеры тела на анатомической модели, то вызывается панель отображения и управления маркерами тела, и пользователь аннотирует графическую модель, которая затем сохраняется с результатами исследования.

Однако, возможно, что пользователь запутается в постоянно изменяющемся множестве виртуальных элементов управления. Более простой и более интуитивный подход к управлению конфигурацией часто является предпочтительным. Кроме того, некоторые пользовательские элементы управления используются часто, тогда как другие необходимы только при определенных обстоятельствах. Также является желательным, чтобы пользователь имел чаще используемые элементы управления в быстрой доступности, но при этом имел возможность вызова более специализированных элементов управления при необходимости. Кроме того, обычно используемые элементы управления должны иметь неизменяющееся расположение, чтобы в результате пользователь мог иметь интуитивный доступ к ним без необходимости поиска их размещения и положения в настоящий момент. Кроме того, эти цели должны также включать предоставление элементов управления, необходимых для конкретного исследования, при этом ненужные элементы управления убираются из доступа пользователя.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в упрощении работы системы ультразвуковой визуализации за счет предоставления панели управления, имеющей пользовательские элементы управления, выполненные с возможностью быть освещенными или затемненными в зависимости от конкретного рабочего режима. В соответствии с принципами настоящего изобретения, представлена пользовательская панель управления ультразвуковой системой, в которой пользовательские элементы управления, необходимые для конкретного ультразвукового исследования, доступны для использования, и ненужные элементы управления скрыты от пользователя и недоступны пользователю и не отвлекают его. Пользовательские элементы управления на панели управления находятся в фиксированных физических положениях на панели управления с тем, чтобы пользователь всегда мог найти данный элемент управления в том же самом месте на панели. В созданном варианте осуществления доступные пользовательские элементы управления подсвечены и видны пользователю, и элементы управления, не являющиеся необходимыми в контексте текущего исследования, затемнены и невидимы. Все элементы управления активируются касанием и расположены под сплошной поверхностью пластины из темного стекла с тем, чтобы не было никаких щелей или выступов, которые могут собрать пыль и акустический гель. Сплошная поверхность позволяет с легкостью очищать панель управления, что необходимо для здоровья и безопасности пациента и оператора. Все элементы управления могут быть выключены переключателем, в то время как ультразвуковая система все еще включена, чтобы ни один из них не был случайно приведен в действие, когда поверхность панели управления будет подвергаться очистке.

На чертежах:

Фиг. 1 иллюстрирует установленную на тележку ультразвуковую систему предшествующего уровня техники;

Фиг. 2 иллюстрирует переносную ультразвуковую систему, сконструированную в соответствии с принципами настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой блочную диаграмму ультразвуковой системы, сконструированной в соответствии с принципами настоящего изобретения;

Фиг. 4 иллюстрирует изменяющуюся в зависимости от контекста панель управления ультразвуковой системы, сконструированную в соответствии с принципами настоящего изобретения;

Фиг. 5 иллюстрирует панель управления с Фиг. 4, когда элементы управления были деактивированы для того, чтобы провести очистку панели управления;

Фиг. 6 представляет собой вид изнутри панели управления с Фиг. 4;

Фиг. 6A представляет собой вид в разрезе панели управления с Фиг. 4-6.

Обратимся сначала к Фиг. 1, на которой показана типичная установленная на тележке ультразвуковая система предшествующего уровня техники. Ультразвуковая система содержит раму или шасси 60, содержащие большую часть электронных схем системы. Шасси 60 сделаны на колесном ходу с тем, чтобы они могли быть перевезены к месту в больнице или клинике, где они должны использоваться. Дисплей 62 изображений смонтирован на шасси 60. Множество зондов системы визуализации может быть вставлено в три соединителя 64 на шасси. Впереди шасси 60 установлена панель 66 управления с клавиатурой и управляющими элементами, выстроенными по поверхности панели управления, посредством которых специалист по ультразвуковой эхографии управляет ультразвуковой системой и вводит информацию о пациенте или типе проводимого исследования. Позади панели 36 управления иллюстрируемой ультразвуковой системы находится дисплей с сенсорным экраном 68, на котором отображаются программируемые функциональные клавиши для определенных функций управления. Специалист по ультразвуковой эхографии выбирает функциональную клавишу на дисплее с сенсорным экраном 18, просто касаясь изображения функциональной клавиши на дисплее. У основания дисплея с сенсорным экраном находится ряд ручек управления, функциональность которых изменяется в соответствии с метками функциональной клавиши на сенсорном экране, расположенными непосредственно над каждой кнопкой. Перед панелью управления находится шаровой манипулятор, которым специалист по ультразвуковой эхографии манипулирует с целью указания анатомического элемента ультразвукового изображения на дисплее 62 изображений, и с целью перемещения указателя или бегунка на экране для указания функциональной клавиши на экране дисплея, которая выбирается посредством щелчка по кнопке, расположенной рядом с шаровым манипулятором. Выше и вокруг шарового манипулятора находится множество переключателей, кнопок и ручек, которыми специалист по ультразвуковой эхографии манипулирует с целью настройки параметров визуализации ультразвуковой системы, например, ручка усиления сигнала, переключатели ползунков дифференциальной регулировки усиления, и кнопки сохранения и печати. Множество ручек, кнопок и переключателей панели управления затрудняют очистку, поскольку пыль и акустический гель могут легко попасть в места вокруг и под элементами управления.

Фиг. 2 иллюстрирует переносную ультразвуковую систему по настоящему изобретению. Электроника ультразвуковой системы расположена в основе 80 между колесами системы. Центральная стойка 76 поддерживает панель 40 управления, и дисплей 62 изображений наверху стойки. Верхняя часть стойки 76 может быть сконфигурирована для перемещения вверх и вниз относительно более низкой части стойки таким образом, чтобы высота панели управления и экрана дисплея могла быть настроена. Соединители для трех зондов расположены на более низкой части стойки. Панель управления не имеет никаких кнопок, ручек, переключателей или других выступов, а имеет сплошную гладкую темную плоскую поверхность из пластмассы или, предпочтительно, из стекла. Плоская гладкая стеклянная поверхность панели управления не будет захватывать пыль, гель или остатки органических веществ.

Схема функционального блока ультразвуковой системы Фиг. 2 поясняется на Фиг. 3. Ультразвуковая система функционирует через две основных подсистемы, подсистему 10A сбора входных данных и подсистему 10B отображения. Ультразвуковой зонд соединен с подсистемой сбора для передачи волн ультразвука и приема отраженных ультразвуковых сигналов. Зонд может выполнять это с помощью линейного (одномерного) ряда элементов преобразователя, или может использовать двумерный матричный массив элементов 70 преобразователя и микроформирователь 72 луча, расположенный в зонде. Микроформирователь содержит электрическую схему, которая управляет сигналами, прилагаемыми к группам элементов матричного преобразователя 70, и осуществляет некоторую обработку отраженных сигналов, принятых элементами каждой группы.

Микроформирование луча в зонде предпочтительно сокращает количество проводников в кабеле между зондом и ультразвуковой системой, что описано в патенте США 5997479 (Savord и др.) и в патенте США 6436048 (Pesque), и обеспечивает электронное управление лучами на передаче и приеме для визуализации с высокой частотой кадров в реальном времени (ʺвживуюʺ).

Зонд соединен с подсистемой 10A сбора ультразвуковой системы. Подсистема сбора содержит контроллер 74 формирователя луча, который реагирует на элементы управления панели управления 40 и выдает управляющие сигналы для микроформирователя 72 луча, сообщая зонду о синхронизации, частоте, направлении и фокусировке передаваемых и принимаемых лучей. Контроллер формирователя луча также управляет формированием луча отраженных сигналов, принятых подсистемой сбора, посредством управления ее аналого-цифровыми преобразователями (A/D) 18 и формирователем 20 луча. Отраженные сигналы с частичным формированием луча, принятые зондом, усиливаются схемой 16 предусиления и TGC (дифференциальной регулировки усиления) в подсистеме сбора, затем оцифровываются преобразователями A/D 18. Оцифрованные отраженные сигналы формируются в полностью управляемые и фокусируемые лучи основным формирователем 20 луча системы. Отраженные сигналы обрабатываются процессором 22 изображений, который выполняет цифровую фильтрацию, определение B-режима и М-режима, и доплеровскую обработку и может также выполнять другую обработку сигналов, такую как разделение гармоник, понижение уровня спеклов, и другую необходимую обработку сигналов изображения.

Отраженные сигналы, выданные подсистемой 10A сбора, соединяются с подсистемой 10B отображения, которая обрабатывает отраженные сигналы для отображения в требуемом формате изображения на экране 62 дисплея. Отраженные сигналы обрабатываются процессором 24 строк изображения, который может осуществлять дискретизацию отраженных сигналов, соединение сегментов лучей в полные линейные сигналы и усреднение линейных сигналов для улучшения отношения сигнал-шум или длительности потока. Строки изображения для 2-D изображения подвергаются сканирующему преобразованию в требуемый формат изображения сканирующим преобразователем 26, который выполняет полярное преобразование в соответствии с известным в технике. Сканирующий преобразователь может таким образом отформатировать линейный или секторный форматы изображения. Затем изображение сохраняется в памяти 28 изображений, из которой оно может быть отображено на дисплее 62. На изображение в памяти также накладывается графика, предназначенная для отображения с изображением, которая генерируется генератором 34 графики, реагирующим на пользовательские элементы управления 40 с тем, чтобы произведенная графика была связана с изображениями дисплея. Отдельные изображения или последовательности изображений могут храниться в кинопамяти 30 во время получения циклов или последовательностей изображений. Изображения для диагностики могут храниться в сетевой памяти 128 изображений.

Для объемной визуализации в реальном времени подсистема 10B отображения также содержит 3-D процессор 32 воспроизведения изображения, который получает строки изображения от процессора 24 строк изображения для воспроизведения трехмерных изображений в реальном времени. 3-D изображения могут быть отображены ʺвживуюʺ (в реальном времени) как 3-D изображения на дисплее 38, или могут быть связаны с памятью 128 изображений для хранения наборов 3-D данных для последующего анализа и диагностики.

Подсистема ЭКГ предоставляется для использования, когда это требуется, с целью получения изображений в определенных фазах сердечного цикла. Отведения 50 ЭКГ выдают сигналы ЭКГ для процессора 52 QRS, который идентифицирует релеевскую волну каждого сердечного биения. Синхронизация релеевской волны используется для получения изображения конкретного сердечного цикла. Изображения сердца в конце фазы конечной диастолы последовательности биений сердца могут быть получены посредством подключения сигналов синхронизации релеевской волны в качестве пусковых сигналов от генератора 54 пусковых сигналов для контроллера 74 формирователя луча, и элементы управления панели 40 управления могут использоваться для выбора требуемой фазы сердечного цикла, в которой должны быть получены поэтапные изображения сердца.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, ультразвуковая система с Фиг. 2 и 3 содержит зависящую от контекста панель 40 управления, которая показана на Фиг. 4, 5, 6, и 6a. Верхний слой панели управления представляет собой плоский лист оптически прозрачного вещества. Верхний слой может быть сформирован из листа пластмассы или другого полимера, но, предпочтительно, сформирован листом 42 стекла с тем, чтобы он был более устойчивым к царапинам и более непроницаемым для растворителей, которые могут находиться в больнице. Стеклянный лист 42 представляет собой гладкую однородную поверхность наверху панели управления. Нижняя сторона 44 стеклянного листа 42 окрашена в темный непрозрачный цвет, такой как черный или темно-серый, за исключением мест, в которых графические элементы управления отображаются на задней поверхности. Отображение подразумевает прозрачный или полупрозрачный цвет, который выделяет отдельную область элемента управления, как показано на Фиг. 4. В пределах выделенного элемента управления находится текст или графический символ, идентифицирующий функцию, которой управляет конкретный элемент управления. Графика может также располагаться рядом с элементом управления, как показано для управляющих элементов ʺисходного уровняʺ, ʺмасштаба/фокусаʺ, ʺглубиныʺ и ʺусиленияʺ. К задней части стекла для отображения приклеена емкостная пленка 46, которая является чувствительной к касанию оператором стекла над конкретной пленкой. Касание оператором в области графически очерченного элемента управления вызывает изменение емкости, которое обнаруживается лежащей ниже пленкой и связано с электроникой панели управления на печатной плате 82, расположенной под стеклянным листом 42 и пленками 46. Электрические проводники между областями элементов управления соединяют отдельные пленки с электрической схемой на печатной плате, которая отправляет управляющий сигнал электронике ультразвуковой системы в ответ на обнаружение касания области элемента управления оператором системы.

Стеклянный лист для отображения с емкостной пленкой приклеен к белому барьерному слою 48, который, в свою очередь, прикреплен к печатной плате 82 с другой стороны белого барьерного слоя. Белый барьерный слой 48 содержит углубления, или карманы, такие как 92, позади областей конкретных элементов управления. Источники света, такие как LED 94, смонтированные на лежащей ниже печатной плате, простираются в эти углубления или карманы снизу и наполняют карман светом, когда один LED или множество LED светятся. Область, окружающая белый барьерный слой, входит в контакт с закрашенной стеклянной пластиной вокруг каждой области элемента управления (или слоя емкостной пленки, наслоенного на стеклянную пластину), ограничивая свет LED в углублении (световой камере) областью конкретного элемента управления. Углубление в барьерном слое 48, таким образом, формирует матрицу диффузоров со световыми камерами, которые распределяют свет LED по графике конкретного элемента управления и передают свет графическому элементу управлению, в то время как периферийный контакт со стеклянной пластиной предотвращает выход света от конкретного элемента управления в область смежного элемента управления. В созданном варианте осуществления белый барьерный слой не имеет единой структуры, а сформирован из секций, которые совмещаются с разрывами 98 между секциями. Емкостная пленка или проводники из пленки простираются через эти разрывы для обеспечения электрического соединения с лежащей ниже печатной платой 82. Технологии, подходящие для конструирования панели управления в соответствии с описанным в настоящем изложении, поставляются компанией RAFI GmbH &Co. KG, Ravensburg, Германия.

В созданном примере световые камеры обычно содержат множественные источники света LED различных цветов. Когда элемент управления не должен использоваться для конкретной диагностической процедуры, ни один из LED области элемента управления не светится, и световая камера затемнена, что делает элемент управления фактически невидимым для оператора ультразвуковой системы. Например, если ультразвуковая система не работает в режиме PW или CW, ползунок управления исходным уровнем затемнен и недоступен оператору. Оператору, таким образом, предоставляются только те элементы управления, которые применимы к текущему режиму или текущей процедуре ультразвуковой системы. В созданном примере элементы управления, которые доступны в текущем режиме или процедуре, освещены белыми LED для указания их доступности. Когда оператор выбирает элемент управления в определенной процедуре, элемент управления освещается янтарным LED для указания его активности. Например, оператор может проводить диагностическую процедуру, в которой получают 2-D изображения в градациях серого, но также можно получить 2-D изображения с цветовой индикацией кровотока. В этом случае 2-D кнопка будет освещена янтарным светом, чтобы показать, что используется 2-D режим, и кнопка ʺцветʺ будет освещена белым светом, чтобы указать, что визуализация цветового потока доступна в этой процедуре. Если оператор затем нажмет кнопку ʺцветʺ, то начнется цветовая визуализация потока, и цвет кнопки ʺцветʺ изменится на янтарный цвет, чтобы показать выбор функции цветового потока.

В качестве другого примера, оператор может выполнять 3-D визуализацию. Если будет иметься возможность мгновенного переключения на 2-D визуализацию, то управляющий элемент 2-D будет освещен белым светом, чтобы указать доступность 2-D режима визуализации, и нажатие элемента управления 2-D сразу изменит работу системы на 2-D визуализацию.

В сконструированной панели управления различные элементы управления работают по-разному в ответ на различные жесты или касания. Элемент управления ʺцветʺ, например, представляет собой простую кнопку вкл/выкл. Когда она нажата в первый раз, она становится янтарной и переходит в положение ʺвклʺ; когда она нажимается еще раз, она возвращается к белому цвету и находится в положении ʺвыклʺ, но доступна для последующего использования. 2-D режим является режимом по умолчанию, и, таким образом, элемент управления 2-D обычно будет янтарным; он редко будет белым. Четыре элемента управления над кнопкой 2-D на Фиг. 4, ʺисходный уровеньʺ, ʺмасштаб/фокусʺ, ʺглубинаʺ и ʺусилениеʺ, задействуют функции управления, которые могут быть поступательно увеличены или уменьшены. Многократное нажатие стрелки наверху элемента управления ʺусилениеʺ поступательно увеличит усиление усилителя сигнала в системе. Многократное нажатие стрелки внизу элемента управления ʺусилениеʺ будет поэтапно снижать усиление. Элементы управления TGC справа от элемента управления ʺусилениеʺ могут быть сконструированы для работы аналогичным образом, или могут быть сконструированы как серия отдельных огней и кнопок. Когда оператор касается различных графических точек управления TGC, затронутая точка будет светиться ярче или другим цветом, и усиление, прилагаемое этим конкретным элементом управления, изменится в соответствии с расположением затронутой точки в строке точек.

Сенсорной панелью 46, расположенной снизу в центре панели управления на Фиг. 4 и 6, можно управлять таким же образом, как шаровым манипулятором типичной механической панели управления. Оператор может передвигать свой палец в очерченной области сенсорной панели, вызывая соответствующее изменение расположения курсора или указателя на экране дисплея. Для того, чтобы выбрать экранную функцию, обозначенную курсором или указателем, оператор может коснуться одной из кнопочных областей, расположенных непосредственно над сенсорной панелью, или может выполнить нажатие или двойное нажатие на сенсорной панели, чтобы выбрать обозначенную функцию.

Фиг. 4 иллюстрирует сконструированную панель управления по настоящему изобретению, когда все элементы управления освещены и доступны. На практике такого обычно не происходит. Когда системный оператор выбирает режим визуализации, или определенную процедуру или исследование визуализации, например, выбирая режим или процедуру из списка выбора на экране дисплея 62, система приведет в действие и подсветит только те элементы управления, которые применимы к выбранному режиму или исследованию. Элементы управления, которые не могут быть использованы в контексте выбранного режима или исследования, не освещены и невидимы для оператора. Оператор, таким образом, не будет отвлечен бесполезными элементами управления на заполненной панели управления. Напротив, внимание оператора сосредоточится только на тех элементах управления, которые полезны для текущей процедуры.

Положения и идентифицированные функции элементов управления в примере с Фиг. 4 являются фиксированными, вследствие фиксированной графики за стеклянной крышкой и фиксированных положений освещенных областей диффузора и световодов позади них. Поскольку конкретные элементы управления находятся в фиксированных положениях, оператор быстро ознакомиться с их положениями и сможет осуществлять доступ к ним инстинктивно. Оператор не должен будет останавливаться и задаваться вопросом, куда мог быть перемещен элемент управления, что часто происходит со сканирующими сенсорными дисплеями. Оператору скоро становится удобно, и он может эффективно использовать панель управления, имеющую фиксированные положения элементов управления.

Фиг. 5 иллюстрирует панель управления Фиг. 4, когда все элементы управления ультразвуком были потушены и выключены. Это может быть сделано посредством элемента 100 управления ʺвкл/выклʺ, показанного в верхнем левом углу панели управления. Альтернативно, все элементы управления могут быть деактивированы и потушены переключателем, расположенным в другой части ультразвуковой системы, например, на дисплее 62. Панель управления ультразвуковой системы может нуждаться в частой очистке, поскольку к ней постоянно прикасается оператор в процессе серии исследований. Панель управления может также быть поцарапана акустическим гелем, используемым оператором для обеспечения хорошего акустического соединения между зондом и телом пациента. Если бы некоторые из элементов управления были активными во время очистки, то процесс очистки неизбежно привел бы в действие элементы управления на панели, что является нежелательным. Элемент 100 управления ʺвкл/выклʺ используется для деактивации всех элементов управления на панели, что визуально обозначается отсутствием освещения элементов управления. После этого панель управления может быть очищена без произведения случайных активаций элементов управления панели управления. Очистка стеклянной крышки, образующей верхнюю часть панели управления, производится легко и эффективно, поскольку у гладкой поверхности нет никаких выступов или щелей, которые захватывают остатки органических веществ и делают очистку трудной, что имеет место в случае типичной механической панели управления предшествующего уровня техники с ручками, кнопками, и переключателями. Более удобные и более безопасные условия эксплуатации, таким образом, будут обеспечены и оператору, и пациенту.