具体实施方式

为了说明本发明的原理，特别参考示例性的基于超声的位置跟踪系统来描述延长线缆，其中，延长线缆借助于延长线缆的第一和第二电连接器以及对应的超声换能器连接器和对应的控制台连接器，将超声换能器连接至控制台。然而，应意识到，延长线缆通常应用于超声领域，特别是医学超声领域中。因此还预期将延长线缆用于超声感测和致动应用领域，例如位置跟踪、成像和处置。此外，尽管在一些示例性应用领域中，以超声检测器的特定形式参考了超声换能器，但术语超声换能器应更广义地解释为超声检测器、或超声发射器、或能够检测和发射超声信号的设备、或者实际上包括超声发射器和超声检测器两者的设备。

图1图示了包括第一电连接器FEC、第二电连接器SEC、电路ECCT和电缆ECAB的延长线缆。延长线缆EXC1包括第一电连接器FEC，该第一电连接器FEC是用于连接到对应的超声换能器连接器UTC的适合的FEC。第二电连接器SEC适合于连接到对应的控制台连接器CC。延长线缆EXC1适用于超声系统中，其中，其电连接器FEC、SEC适用于承载电信号，该电信号具有超声应用中通常使用的频率，即在某些实例中高达约1MHz的频率，或在其他实例中高达约为2–10MHz的频率。延长线缆EXC1还包括电路ECCT和电缆ECAB。电缆ECAB可以包括在图1中未示出的电导体，以用于在电连接器FEC和SEC之间传递超声信号。电路ECCT设置在第一电连接器FEC和电缆ECAB之间，并且电缆ECAB设置在电路ECCT和第二电连接器SEC之间，以便延长超声换能器连接器UTC与控制台连接器CC之间的电连接。此外，电路ECCT被配置为提供多状态输出MSOP，多状态是对应于三个连接状态中的每个的不同的电压电平V₁、V₂、V₃。第一连接状态是：i)电路ECCT没有经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC。第二连接状态是：ii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，并且超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC。第三连接状态是：iii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，并且超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC。

各种类型的连接器适合于用作第一电连接器FEC和第二电连接器SEC。诸如USB、IEEE-488GPIB、D型、RJ型、DB型、同轴和8P8C的连接器类型是预期的一些非限制性示例。因此，公或母配对物适合于用作对应的超声换能器连接器UTC和对应的控制台连接器CC。

预期在图1中使用电路ECCT的各种配置以提供多状态输出MSOP。预期包括一个或多个有源电子部件的电路。也预期仅包括无源电部件的电路，例如电阻器、电容器或二极管。

图4图示了包括有源电子部件TR₁的示例性电路ECCT。有源电子部件TR₁在该示例性配置中是晶体管，并且被配置为用作电开关。当被连接时，形成电缆ECAB的一部分的第一电导体FCON和第二电导体SCON借助于控制台连接器CC和第二电连接器SEC中的对应的端子提供从控制台连接器CC到电路ECCT的电势差。仅出于说明的目的，参考示例性的5V电势差，并且可以认为晶体管TR₁的发射极连接到0V参考。电路ECCT在电输出部OP处提供多状态输出MSOP电压电平V₁、V₂、V₃。另外参考图3，其图示了各种示例性多状态输出MSOP电压电平V₁、V₂、V₃，图1的示例性电路ECCT以以下方式操作。在第一连接状态中；即，i)电路ECCT没有经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，在输出部OP处提供了电压电平V₁。由于不存在对电路ECCT的任何电力，在时间段TP_a期间，电压电平V₁例如可以是0V，如图3所图示。因此，如果第一电导体(FCON)和第二电导体(SCON)未电连接到控制台连接器(CC)中其对应的端子，则提供与第一连接状态i)相对应的电压电平V₁。参考图4，电路ECCT随后可以经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC。当连接时，形成电缆ECAB的一部分的第一电导体FCON和第二电导体SCON被配置为借助于控制台连接器CC和第二电连接器SEC中的对应的端子提供从控制台连接器CC到电路ECCT的示例性5V电势差。在第二连接状态下，即，ii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，并且超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC，在输出部OP处提供电压电平V₂。当电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC时，电阻器R₁和R₂将晶体管TR₁的基极上拉至第一电导体FCON的示例5V电位，其将晶体管TR₁导通。输出部OP设置为电压电平V₂，其部分由电阻器分压器R₃-R₄中电阻器R₃和R₄的相对值且部分由TR₁处于导通状态下从集电极流向发射极的电流而被确定。在该第二连接状态下，例如可以基于这些因子将相应的电压V₂设置为大约2.5V。参考图3，可以在时间段TP_b期间提供电压电平V₂。在第三连接状态下，即，iii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，并且超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC，在输出部OP处提供电压电平V₃。参考图4，第一电连接器FEC可以包括两个或更多个测量端子TM₁、TM₂，用于连接到超声换能器连接器UTC中的对应的端子TM’₁、TM’₂。测量端子TM₁连接到电路ECCT输入部IP。超声换能器连接器UTC中的对应的端子TM’₁、TM’₂电连接在一起。因此，当超声换能器连接器UTC被电连接到第一电连接器FEC时，测量端子TM₁、TM₂被电连接在一起，从而导致输入部IP以及因此晶体管TR₁的基极被连接至0V。晶体管TR₁因此关断，使得输出部OP的电势由电阻器R₃和R₄的相对值确定。因此，在该配置中，输入部IP被配置为检测超声换能器连接器UTC是否电连接到第一电连接器FEC。在该第三连接状态下，如图3所图示，在时间段TP_c期间，对应的电压V₃可以例如约为1V。因此，基于在两个测量端子TM₁、TM₂之间测量的阻抗的值来生成与第三连接状态相对应的电压电平V₃。

显然，可以通过改变施加到电路的电势差，或者通过改变电阻器值或晶体管TR₁的导通状态电阻来调节电压电平V₁、V₂、V₃的绝对值。此外，控制台连接器CC中的上拉电阻器可以连接在连接到电路ECCT输出部OP的输入部与第一电导体FCON的示例性5V电势之间，以通过其作为电阻分压器的效应进一步调节电压电平V₂和V₃的绝对值。此外，尽管在图4的示例电路中在延长线缆ECAB上不存在永久地附接到电路ECCT的本地电源，这降低了延长线缆的技术复杂性，但是在备选配置中，预期使用这种本地电源。由这样的本地电源提供给电路ECCT的电压显然也可以确定电压电平V₁、V₂、V₃的绝对值。此外，应意识到，图4的示例电路ECCT仅是示例性的，并且也可以使用具有诸如FET晶体管、微处理器等的备选或额外的有源部件的备选电路。

在图4的备选实施方式中，图5图示了仅包括无源电部件的示例性电路ECCT。可以使用图5的电路ECCT代替图1中的ECCT。参考图5，连接电阻器R_a、R_b、R_c的形式的无源部件作为电阻分压器，以便提供示例性前述电压电平V₁、V₂和V₃。在第一连接状态下；即，i)电路ECCT没有经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，在输出部OP处提供电压电平V₁。由于不存在对电路ECCT的任何电力，在时间段TP_a期间，电压电平V₁例如可以是0V，如图3所图示。因此，如果第一电导体FCON和第二电导体SCON未电连接到控制台连接器CC中的其对应的端子，则提供与第一连接状态i)相对应的电压电平V₁。在第二连接状态下，即，ii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC并且超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC，在输出部OP处提供电压电平V₂。如图3所图示，在时间段TP_b期间，电压电平V₂可以例如约为2.5V。参照图5，在这种状态下，输出部OP处的电压V₂由包括R_b和R_c的电阻分压器确定。在第三连接状态下，即，iii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC并且超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC，在输出部OP处提供电压电平V₃。如图3所图示，在时间段TP_c期间，电压电平V₃可以例如约为1V。参考图5，第一电连接器FEC可以包括两个或更多个测量端子TM₁、TM₂，以用于连接到超声换能器连接器UTC中的对应的端子TM’₁、TM’₂。超声换能器连接器UTC中的对应的端子TM’₁、TM’₂电连接在一起。因此，当超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC时，输入部IP通过测量端子TM₁、TM₂被电连接在一起而连接到SCON。这使得输出部OP的电压由R_a和R_c的并联组合确定，并与R_b形成电阻分压器。因此，基于在两个测量端子TM₁、TM₂之间测量的阻抗的值，在图5的电路ECCT中提供与第三连接状态相对应的电压电平V₃。显然，可以如以上关于图4提及的，即通过改变施加到电路的电势差或电阻器值来调节图5的实施方式中的电压电平V₁、V₂、V₃的绝对值。此外，控制台连接器CC中的上拉电阻器可以连接在连接至电路ECCT输出部OP的输入部与第一电导体FCON的示例性5V电位之间，以借助其作为电阻分压器的效应进一步调节电压电平V₂和V₃的绝对值。此外，应意识到，图5的示例性电路ECCT仅是示例性的，并且还可以使用具有诸如电容器、二极管等的备选或额外的无源部件的备选电路。

图2图示了延长线缆EXC2，其包括第一电连接器FEC、第二电连接器SEC、电路ECCT、电缆ECAB以及两个测量端子TM₁、TM₂。如上所述，测量端子TM₁、TM₂可以用于连接到超声换能器连接器UTC中的对应的端子TM’₁、TM’₂。此外，如上所述，图2中的电路ECCT基于在两个测量端子TM1、TM2之间测量的阻抗值来提供与iii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC且超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC相对应的电压电平V₃。可以以类似的方式使用额外的测量端子。

图2所图示的电缆ECAB可以任选地包括第一电导体FCON和第二电导体SCON，其适于借助于控制台连接器和第二电连接器中的对应的端子来提供从控制台连接器CC到电路ECCT的电势差。任选地，电缆ECAB还可以包括屏蔽件SH，该屏蔽件SH被配置为屏蔽每个电导体SCON、SCON。屏蔽件SH可以例如以护套的形式覆盖第一电导体FCON和第二电导体SCON。任选地，屏蔽件SH可以电连接到第一电导体FCON和第二电导体SCON中的一个以便提供这种电屏蔽。这样的电屏蔽和导体也可以用在图1所图示的电缆ECAB中。

在一种实施方式中，图2所图示的延长线缆EXC2可以任选地包括存储器MEM。存储器MEM优选地是非易失性存储器。非易失性随机存取存储器，即NVRAM是一个合适的示例。其他合适的示例包括闪存存储设备，例如电可擦可编程只读存储器，即EEPROM、固态驱动器，即SSD、NAND，等等。存储器MEM可以用于存储指示以下项的计数值：a)基于多状态输出MSOP的电压电平转换到与iii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC且超声换能器连接器UTC电连接到第一电连接器FEC相对应的电压电平V₃的次数的对应的超声换能器连接器UTC已经连接到第一电连接器FEC的次数；和/或b)基于所述多状态输出MSOP的电压电平转换到与ii)电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC且超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC相对应的电压电平V₂的次数的对应的控制台连接器CC已经连接到第二电连接器SEC的次数。

存储器MEM因此可以存储延长线缆的连接器中一个或两个及其对应的超声换能器和控制台连接器之间的连接周期数。有利地，这些连接周期的计数可以用于指示需要更换延长线缆EXC2。这样做可以改进使用延长线缆EXC2的系统的可靠性。

在该实施方式中，以上a)和b)的计数值可以任选地由电路ECCT内的计数器确定。备选地，当控制台经由控制台连接器CC连接到第二电连接器SEC时可以在单独的控制台中确定这些计数值。后一种配置具有延长线缆EXC2的降低的复杂性的益处。在该后一种配置中，电缆ECAB还可任选地包括与电路ECCT通信的第三电导体TCON，以用于借助于第二电连接器SEC和控制台连接器CC中的每个中的对应的端子向控制台提供多状态输出MSOP的电压电平V₁、V₂、V₃。第三电导体TCON也可以还与存储器MEM通信，以从控制台CS接收计数值。因此，在该实施方式中，第三电导体TCON用作双向信号路径。以这种方式使用双向信号路径减少电缆ECAB中的电导体的数量，并且从而减轻其重量并改进其灵活性。电缆ECAB内还可以包括其他导体，例如图2中所图示的任选导体VCON。这样的导体可以在备选实施方式中用于例如提供单独的信号路径以用于将多状态输出MSOP传递到控制台，并且用于从控制台CS接收计数值以用于在第一电连接器FEC和第二电连接器SEC之间传递超声信号，或用于其他目的。

任选地，电路ECCT可以被提供有壳体HOU。电路ECCT可以设置在壳体HOU内，并且第一电连接器FEC可以附接到壳体HOU以向第一电连接器FEC提供结构支撑。

任选地，如图2所图示，电路ECCT还可以包括放大器AMP。放大器AMP可以例如是电荷放大器或电流放大器或电压放大器。在一种特定的实施方式中，放大器是差分电荷放大器。放大器AMP可以用于放大借助于第一电连接器FEC和超声换能器连接器UTC从超声换能器接收的电信号。经放大的输出随后可以借助于诸如电导体VCON的一个或多个导体被传递到第二电连接器SEC。这样做，在沿着电缆ECAB的范围传输超声信号之后，可以保持超声信号的完整性。此外，如图2所图示，第一电连接器FEC可以包括两个换能器端子TT₁、TT₂，以用于经由超声换能器连接器UTC中的对应的端子TT’₁、TT’₂接收和/或发送电信号。放大器AMP与换能器端子TT₁、TT₂电连通以放大电信号。额外换能器端子也可以以类似的方式包括在连接器UTC和FEC中。电缆还可包括一个或多个电导体，例如电导体VCON，以用于将放大的信号发送到第二电连接器SEC。当经由控制台连接器CC连接到第二电连接器SEC时，此类电信号可能由未在图2中图示的控制台进一步处理。

在一个示例性应用中，延长线缆EXC1、EXC2可以用于基于超声的位置跟踪系统中。在此应用中，超声换能器连接器UTC电连接到超声换能器。超声换能器可以是经由换能器端子TT₁’、TT₂’连接到超声换能器连接器UTC的检测器，使得当超声换能器连接器UTC连接到第一电连接器FEC时，并且当第二电连接器SEC连接到控制台连接器CC时，放大器AMP放大检测到的超声信号，并将这些经由放大器AMP和电缆ECAB发送到与控制台连接的控制台连接器CC。控制台可以与被配置为生成超声场的波束形成超声成像探头通信，并且包括处理器，处理器被配置为：提供与波束形成超声成像探头的超声场相对应的重建超声图像，并基于在波束形成超声成像探头与超声换能器之间传输的超声信号来计算超声检测器的超声换能器相对于于超声场的位置，并基于计算出的超声换能器的位置在重建超声图像中提供图标。在Jay Mung、Francois Vignon和Ameet Jain的文献“A Non-disruptive Technologyfor Robust 3D Tool Tracking for Ultrasound-Guided Interventions”(在MICCAI2011中，第一部分，LNCS 6891，第153-160页，2011年，A.Martel和T.Peters(编辑))中更详细地公开了一种合适的技术，其用于处理检测到的信号并基于检测到的超声信号的飞行时间和波束形成超声成像探头的对应的波束(其中，检测到最大信号)确定换能器位置。

图6图示了系统SYS，其包括延长线缆EXC2、控制台CON和控制台连接器CC。控制台CON可以任选地包括上述基于超声的位置跟踪系统的功能。系统SYS包括延长线缆EXC2、控制台CON和控制台连接器CC。控制台CON经由控制台连接器CC和第二电连接器SEC连接到延长线缆EXC2。控制台CON经由延长线缆EXC2的第三电导体TCON接收电压电平V₁、V₂、V₃，并且以预定电压将与i)电路ECCT未经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC相对应的电压电平V₁移位到经调节的电压电平V’₁。电压电平移位器或上拉电阻器例如可以用于提供该电压移位。控制台CON还包括计数器CTR，该计数器CTR生成计数值，该计数值指示a)对应的超声换能器连接器UTC已经连接到第一电连接器FEC的次数，和/或b)对应的控制台连接器CC已经连接到第二电连接器SEC的次数。计数器CTR可以是专用计数器集成电路，或者其功能可以由处理器执行。计数器CTR的(一个或多个)计数值基于电压电平V₁、V₂、V₃和经调节的电压电平V’1。计数器CTR还经由第三电导体TCON和控制台连接器CC将(一个或多个)计数值提供给电路ECCT的存储器MEM。

这样做，提供了可靠的系统，因为可以通过读取存储器MEM中的(一个或多个)值来评估更换延长线缆的需要。

还参考图6，系统SYS的控制台CON还可以包括处理器PROC。处理器PROC包括指令，该指令在由处理器PROC执行时使处理器PROC处理在处理器控制台CON与电路ECCT的放大器AMP之间接收和/或发送的电信号。该指令使处理器PROC在计数值满足第一计数条件时处理电信号，并且在计数值满足第二计数条件时暂停电信号的处理。

通过在例如计数值已经超过预定值之后暂停处理，可以改进系统的可靠性，因为提醒用户需要更换延长线缆ESC2。

在备选实施方式中，提供一种装置。该装置分别包括图1或图2的延长线缆EXC1或EXC2，控制台CON和控制台连接器CC。控制台CON还包括处理器PROC，该处理器PROC包括指令，该指令当在处理器PROC上执行时使处理器PROC基于多状态输出MSOP的实际电压电平来确定第一电连接器FEC与对应的超声换能器连接器UTC之间的连接状态。处理器PROC还被配置为i)指示所述状态，例如，向用户指示，和/或ii)基于所述连接状态处理在处理器与电路ECCT的放大器AMP之间接收和/或发送的电信号。目前或当前的连接状态可以例如在显示器上例如以图标或备选地经由诸如发光二极管的指示灯来指示。在前述跟踪应用中，其中，超声换能器的位置相对于超声图像指示，如果确定当前状态对应于连接状态ii)，则图标的显示例如可以被暂停；也就是说，电路ECCT经由第二电连接器SEC电连接到控制台连接器CC，而超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC。有利地，这降低了当超声换能器连接器UTC未电连接到第一电连接器FEC时错误解释超声换能器位置的风险。

总之，已提供了延长线缆。延长线缆包括用于连接到对应的超声换能器连接器的第一电连接器、用于连接到对应的控制台连接器的第二电连接器、电路和电缆。所述电路提供多状态输出，多状态是对应于以下各项的中的每项不同的电压电平：i)所述电路未电连接到所述控制台连接器；ii)所述电路电连接到所述控制台连接器且超声换能器连接器未电连接到第一电连接器；并且iii)电路电连接到控制台连接器且超声换能器连接器电连接到第一电连接器。

已经相对于延长线缆描述了各种实施例和选择，并且注意，可以将各种实施例组合以获得进一步的有益效果。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对本发明的范围的限制。

本文公开的任何方法步骤都可以以指令的形式记录，该指令在处理器上执行时使处理器执行这样的方法步骤。指令可以存储在计算机程序产品上。该计算机程序产品可以由专用硬件以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些可以共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为专门指能够执行软件的硬件，而是可以隐含包括但不限于数字信号处理器“DSP”硬件、用于存储软件的只读存储器“ROM”、随机存取存储器“RAM”、非易失性存储等。此外，本发明的实施例可以采用可从计算机可用或计算机可读存储介质访问的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品可提供由计算机或任何指令执行系统使用或与之结合使用的程序代码。为了本描述的目的，计算机可用或计算机可读存储介质可以是可以包括、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的任何设备。介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统，或设备或装置，或传播介质。计算机可读介质的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器“RAM”、只读存储器“ROM”、刚性磁盘和光盘。光盘的当前示例包括光盘–只读存储器“CD-ROM”、光盘–读/写“CD-R/W”、Blu-Ray^TM和DVD。