使用表觀點(diǎn)源傳送換能器的超聲成像制造技術(shù)

表觀點(diǎn)源傳送換能器包括形狀為球形截面的厚度基本上恒定的壓電材料殼體。這樣的換能器的大小使得單個(gè)表觀點(diǎn)源傳送換能器可以在待成像的介質(zhì)中產(chǎn)生具有相當(dāng)大的能量的超聲波形。在基于三維ping的成像中使用這樣的換能器可以比可能用常規(guī)換能器允許更深和更高質(zhì)量的成像。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】通過引用并入在本說明書中提及的所有出版物和專利申請其整個(gè)內(nèi)容通過引用并入本文，其引用的程度如同每個(gè)單獨(dú)出版物或?qū)＠暾埍痪唧w地和單獨(dú)地指示為通過引用并入一樣。
本申請一般涉及超聲成像的領(lǐng)域，并且更具體地涉及使用表觀點(diǎn)源傳送器的基于ping的超聲成像。
技術(shù)介紹
在常規(guī)的基于掃描線的超聲成像中，所聚焦的超聲能量射束被傳送到待檢查的身體組織中，并且沿著同一直線返回的回波被檢測到并且繪制以形成圖像沿著掃描線的一部分。完整圖像可以通過重復(fù)該過程并且沿著掃描平面內(nèi)的一系列掃描線組合圖像部分來形成。接連的掃描線之間的任何信息都必須通過插值進(jìn)行估計(jì)。相同過程已經(jīng)被擴(kuò)展到通過組合來自多個(gè)相鄰切片的圖像來獲得三維體積的超聲圖像(其中，每個(gè)切片處于不同的掃描平面)。再次，來自處于接連的掃描平面之間的任何空間的任何信息必須通過插值進(jìn)行估計(jì)。因?yàn)闀r(shí)間在捕獲完整2D切片之間流逝，所以可以顯著削弱獲得運(yùn)動(dòng)對象的3D圖像數(shù)據(jù)。所謂的“4D”成像系統(tǒng)(其中，第四維度是時(shí)間)致力于產(chǎn)生3D體積空間的運(yùn)動(dòng)圖像(即，視頻)。基于掃描線的成像系統(tǒng)還具有當(dāng)嘗試對移動(dòng)對象進(jìn)行4D成像時(shí)帶來困難的固有的幀率限制。由于這些因子和其它因子，所以現(xiàn)有的2D和3D超聲成像系統(tǒng)和方法的一些局限性包括不良的時(shí)間和空間分辨率、成像深度、斑點(diǎn)噪聲、不良的橫向分辨率、所遮蔽的組織和其它此類問題。已經(jīng)使用創(chuàng)建多孔徑成像對超聲成像領(lǐng)域進(jìn)行了顯著的改進(jìn)，其示例在上文所引用的申請人的在先專利和申請中描述中得以示出并且描述。多孔徑成像方法和系統(tǒng)允許超聲信號(hào)均從物理上和邏輯上分開的孔徑傳送和接收。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本文中的系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施例提供以足以捕獲移動(dòng)對象的細(xì)節(jié)的幀率來執(zhí)行高分辨率三維超聲成像的能力。傳統(tǒng)的基于掃描線的超聲成像方法由于需要傳送和接收許多掃描線以獲得單個(gè)二維平面而局限于相對較慢的幀率。由于需要成像許多2D切片，所以擴(kuò)展這樣的技術(shù)以從完整3D體積獲得成像數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致甚至更慢的幀率。作為示例，假設(shè)一個(gè)人需要從深度為5cm至15cm的一側(cè)上的10cm的組織立方體收集數(shù)據(jù)。如果從公共中心傳送掃描線，則可能被研究的形狀可能是截棱錐，而不是近端和遠(yuǎn)端區(qū)域的厚度相當(dāng)?shù)男螤睢＝M織可以用在立方體的遠(yuǎn)端面上相距2mm(或更小)的射束進(jìn)行采樣。為了覆蓋遠(yuǎn)端表面，至少需要50×50定向射束或2500定向脈沖。在最大脈沖速率(其可能受到組織中的聲音速度、預(yù)期信號(hào)衰減和背景噪聲水平的限制)大約為2500脈沖/秒的情況下，可以在大約一秒內(nèi)收集所有的所需數(shù)據(jù)。該收集時(shí)間可以足夠用于非移動(dòng)組織(諸如骨、肝等)，但并不足夠快以捕獲動(dòng)脈、器官(諸如腎臟并且特別是心臟)、或移動(dòng)關(guān)節(jié)或肌肉中的運(yùn)動(dòng)。另一方面，使用基于ping的成像，在三個(gè)維度上基本上均勻地傳播的單個(gè)ping可以聲穿透整個(gè)體積，并且動(dòng)態(tài)波束成形(聚焦)可以標(biāo)識(shí)回波返回的源。使用基于ping的成像技術(shù)，可能需要最少三個(gè)ping來獲得用于3D體積的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以需要最少兩個(gè)ping來獲得用于2D切片的數(shù)據(jù)。在實(shí)踐中，10至50(或更多)個(gè)ping可以用來實(shí)現(xiàn)所期望的圖像質(zhì)量。例如，以每秒2500個(gè)ping的速率使用25個(gè)ping可能只需要0.01秒來獲取用于10厘米的整個(gè)組織立方體的所有數(shù)據(jù)。對于該具體示例中，數(shù)據(jù)收集可以比與基于掃描線的方法快100倍。使用基于ping的超聲成像技術(shù)，2D和3D幀率都可以基本上增加以允許實(shí)時(shí)地對3D體積進(jìn)行成像。更進(jìn)一步地，通過應(yīng)用多個(gè)孔徑成像技術(shù)(例如，通過多個(gè)在空間上或物理上分開的聲學(xué)窗口傳送和接收超聲信號(hào))，這樣的實(shí)時(shí)3D圖像的分辨率可以相對于單孔徑技術(shù)被極大地提高。以下公開內(nèi)容提供了表觀點(diǎn)源換能器、以及用于使用這樣的表觀點(diǎn)源換能器執(zhí)行高幀率高分辨率實(shí)時(shí)2D、3D和所謂的4D超聲成像的系統(tǒng)和方法的各種實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種使用超聲能量對對象進(jìn)行成像的方法，該方法包括以下步驟：將未聚焦超聲信號(hào)從包括被成形為具有球形中心點(diǎn)的球形截面的壓電材料殼體的表觀點(diǎn)源傳送換能器傳送到目標(biāo)介質(zhì)中，使用與表觀點(diǎn)源傳送換能器不同的全向接收元件接收由目標(biāo)介質(zhì)中的反射器反射的回波，通過以下來確定目標(biāo)介質(zhì)內(nèi)的反射器的位置：獲得描述表觀點(diǎn)源傳送換能器的球形中心點(diǎn)的位置和接收元件的位置的元件位置數(shù)據(jù)、計(jì)算總路徑距離作為球形中心點(diǎn)和反射器之間的第一距離以及反射器和接收元件之間的第二距離的總和、以及確定反射器可能所在的可能點(diǎn)的軌跡，并且產(chǎn)生反射器的圖像。在一些實(shí)施例中，接收元件包括被成形為具有第二球形中心點(diǎn)的球形截面的壓電材料殼體，并且其中，接收元件的位置是第二球形中心點(diǎn)的位置。在另一實(shí)施例中，接收元件的位置位于接收元件的表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：使用公共接收孔徑中的多個(gè)接收元件來重復(fù)所述接收、確定和產(chǎn)生步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：使用多個(gè)接收孔徑的元件來重復(fù)所述接收、確定和產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括：使用單獨(dú)的第二表觀點(diǎn)源傳送換能器來重復(fù)所述傳送步驟。在一些實(shí)施例中，表觀點(diǎn)源傳送換能器和接收元件之間的直線距離大于用于預(yù)期成像應(yīng)用的最大相干孔徑長度。在其它實(shí)施例中，計(jì)算總路徑距離包括：加上表示從表觀點(diǎn)源傳送換能器的凸起的傳送換能器表面到球形中心點(diǎn)的距離的表觀路徑段。在一些實(shí)施例中，計(jì)算總路徑距離包括：減去表示從表觀點(diǎn)源傳送換能器的凹進(jìn)的傳送換能器表面到球形中心點(diǎn)的距離的表觀路徑段。在備選實(shí)施例中，接收元件具有圓形形狀。還提供一種超聲成像系統(tǒng)，其包括被成形為具有球形中心點(diǎn)的球形截面的第一表觀點(diǎn)源傳送換能器，該第一表觀點(diǎn)源傳送換能器被配置成將三維半球形脈沖傳送到待成像的目標(biāo)對象中；第一多個(gè)接收換能器元件，其被配置成接收三維半球形脈沖的回波；第二多個(gè)接收換能器元件，其被配置成接收三維半球形脈沖的回波；控制器，其被配置成控制三維半球形脈沖的傳送，并且基于表觀點(diǎn)源傳送換能器的球形中心點(diǎn)的已知位置、第一和第二多個(gè)接收換能器元件的元件的已知位置、三維半球形脈沖被傳送的時(shí)間、以及回波被接收的時(shí)間來確定對象內(nèi)的反射器的位置。在一些實(shí)施例中，第一表觀點(diǎn)源傳送換能器相對于目標(biāo)對象是凸起的。在一個(gè)實(shí)施例中，第一表觀點(diǎn)源傳送換能器相對于目標(biāo)對象是凹進(jìn)的。在備選實(shí)施例中，第一表觀點(diǎn)源傳送換能器被成形為大于半個(gè)球體...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種使用超聲能量對對象進(jìn)行成像的方法，所述方法包括以下步驟：將未聚焦超聲信號(hào)從表觀點(diǎn)源傳送換能器傳送到目標(biāo)介質(zhì)中，所述表觀點(diǎn)源傳送換能器包括被成形為具有球形中心點(diǎn)的球形截面的壓電材料的殼體，使用與所述表觀點(diǎn)源傳送換能器不同的全向接收元件接收由所述目標(biāo)介質(zhì)中的反射器反射的回波，通過以下來確定所述目標(biāo)介質(zhì)內(nèi)的所述反射器的位置：獲得元件位置數(shù)據(jù)，所述元件位置數(shù)據(jù)描述所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的所述球形中心點(diǎn)的位置以及所述接收元件的位置；將總路徑距離計(jì)算為所述球形中心點(diǎn)和所述反射器之間的第一距離以及所述反射器和所述接收元件之間的第二距離的和；以及確定所述反射器可以位于的可能點(diǎn)的軌跡；和產(chǎn)生所述反射器的圖像。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.09.13 US 61/877,555;2014.05.15 US 14/279,0521.一種使用超聲能量對對象進(jìn)行成像的方法，所述方法包括以下步
驟：
將未聚焦超聲信號(hào)從表觀點(diǎn)源傳送換能器傳送到目標(biāo)介質(zhì)中，所述
表觀點(diǎn)源傳送換能器包括被成形為具有球形中心點(diǎn)的球形截面的壓電材
料的殼體，
使用與所述表觀點(diǎn)源傳送換能器不同的全向接收元件接收由所述目
標(biāo)介質(zhì)中的反射器反射的回波，
通過以下來確定所述目標(biāo)介質(zhì)內(nèi)的所述反射器的位置：獲得元件位
置數(shù)據(jù)，所述元件位置數(shù)據(jù)描述所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的所述球形中
心點(diǎn)的位置以及所述接收元件的位置；將總路徑距離計(jì)算為所述球形中
心點(diǎn)和所述反射器之間的第一距離以及所述反射器和所述接收元件之間
的第二距離的和；以及確定所述反射器可以位于的可能點(diǎn)的軌跡；和
產(chǎn)生所述反射器的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接收元件包括壓電材料
殼體，所述壓電材料殼體被成形為具有第二球形中心點(diǎn)的球形截面，并
且其中，所述接收元件的所述位置是所述第二球形中心點(diǎn)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接收元件的所述位置位
于所述接收元件的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：使用公共接收孔徑中的多
個(gè)接收元件來重復(fù)所述接收、所述確定和所述產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括：使用多個(gè)接收孔徑的元件
來重復(fù)所述接收、所述確定和所述產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括：使用單獨(dú)的第二表觀點(diǎn)源
傳送換能器來重復(fù)所述傳送步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述表觀點(diǎn)源傳送換能器和
所述接收元件之間的直線距離大于用于預(yù)期成像應(yīng)用的最大相干孔徑長
度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算所述總路徑距離包括：
加上表觀路徑段，所述表觀路徑段表示從所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的凸
起的傳送換能器表面到所述球形中心點(diǎn)的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，計(jì)算所述總路徑距離包括：
減去表觀路徑段，所述表觀路徑段表示從所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的凹
進(jìn)的傳送換能器表面到所述球形中心點(diǎn)的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述接收元件具有圓形形
狀。
11.一種超聲成像系統(tǒng)，包括：
第一表觀點(diǎn)源傳送換能器，被成形為具有球形中心點(diǎn)的球形截面，
所述第一表觀點(diǎn)源傳送換能器被配置成將三維半球形脈沖傳送到待成像
的目標(biāo)對象中；
第一多個(gè)接收換能器元件，被配置成接收所述三維半球形脈沖的回
波；
第二多個(gè)接收換能器元件，被配置成接收所述三維半球形脈沖的回
波；
控制器，被配置成控制所述三維半球形脈沖的傳送，并且基于以下
來確定所述對象內(nèi)的反射器的位置：所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的所述球
形中心點(diǎn)的已知位置、所述第一多個(gè)接收換能器元件和所述第二多個(gè)接
收換能器元件中的元件的已知位置、所述三維半球形脈沖被傳送的時(shí)間、
以及所述回波被接收的時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器相對于所述目標(biāo)對象是凸起的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器相對于所述目標(biāo)對象是凹進(jìn)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器被成形為大于半個(gè)球體的球形截面。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器被成形為小于半個(gè)球體的球形截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器被成形為等于半個(gè)球體球形截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器的球面半徑介于0.2mm和10mm之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器被配置成傳送第一頻率范圍的超聲信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一表觀點(diǎn)源傳送換
能器包括具有恒定厚度的壓電材料殼體。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括第二表觀點(diǎn)源傳送換能器，
所述第二表觀點(diǎn)源傳送換能器具有球形半徑并且被配置成傳送第二頻率
范圍的超聲信號(hào)，所述第二頻率范圍與所述第一頻率范圍不同。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述表觀點(diǎn)源傳送換能器
包括由連續(xù)壓電材料制成的具有恒定厚度的殼體。
22.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述表觀點(diǎn)源傳送換能器
包括由分段的壓電材料制成的具有恒定厚度的殼體。
23.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述表觀點(diǎn)源傳送換能器
包括被布置成所述球形形狀的多個(gè)段，其中，所有段被配置成同時(shí)傳送
超聲信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器，所述
計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器包含描述所述表觀點(diǎn)源傳送換能器的所述球形中心點(diǎn)
相...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：D·F·施佩希特，J·R·卡爾，
申請(專利權(quán))人：毛伊圖像公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US