使用表观点源传送换能器的超声成像的利记博彩app
【专利说明】
[0001 ] 通过引用并入
[0002] 在本说明书中提及的所有出版物和专利申请其整个内容通过引用并入本文，其引 用的程度如同每个单独出版物或专利申请被具体地和单独地指示为通过引用并入一样。
技术领域
[0003] 本申请一般设及超声成像的领域，并且更具体地设及使用表观点源传送器的基于 ping的超声成像。
【背景技术】
[0004] 在常规的基于扫描线的超声成像中，所聚焦的超声能量射束被传送到待检查的身 体组织中，并且沿着同一直线返回的回波被检测到并且绘制W形成图像沿着扫描线的一部 分。完整图像可W通过重复该过程并且沿着扫描平面内的一系列扫描线组合图像部分来形 成。接连的扫描线之间的任何信息都必须通过插值进行估计。
[0005] 相同过程已经被扩展到通过组合来自多个相邻切片的图像来获得=维体积的超 声图像(其中，每个切片处于不同的扫描平面）。再次，来自处于接连的扫描平面之间的任何 空间的任何信息必须通过插值进行估计。因为时间在捕获完整2D切片之间流逝，所W可W 显著削弱获得运动对象的3D图像数据。所谓的"4D"成像系统巧中，第四维度是时间）致力 于产生3D体积空间的运动图像（即，视频）。基于扫描线的成像系统还具有当尝试对移动对 象进行4D成像时带来困难的固有的帖率限制。
[0006] 由于运些因子和其它因子，所W现有的2D和3D超声成像系统和方法的一些局限性 包括不良的时间和空间分辨率、成像深度、斑点噪声、不良的横向分辨率、所遮蔽的组织和 其它此类问题。
[0007] 已经使用创建多孔径成像对超声成像领域进行了显著的改进，其示例在上文所引 用的申请人的在先专利和申请中描述中得W示出并且描述。多孔径成像方法和系统允许超 声信号均从物理上和逻辑上分开的孔径传送和接收。
【发明内容】
[0008] 本文中的系统和方法的各种实施例提供W足W捕获移动对象的细节的帖率来执 行高分辨率=维超声成像的能力。传统的基于扫描线的超声成像方法由于需要传送和接收 许多扫描线W获得单个二维平面而局限于相对较慢的帖率。由于需要成像许多2D切片，所 W扩展运样的技术W从完整3D体积获得成像数据会导致甚至更慢的帖率。
[0009] 作为示例，假设一个人需要从深度为5cm至15cm的一侧上的IOcm的组织立方体收 集数据。如果从公共中屯、传送扫描线，则可能被研究的形状可能是截棱锥，而不是近端和远 端区域的厚度相当的形状。组织可W用在立方体的远端面上相距2mm(或更小）的射束进行 采样。为了覆盖远端表面，至少需要50X50定向射束或2500定向脉冲。在最大脉冲速率(其 可能受到组织中的声音速度、预期信号衰减和背景噪声水平的限制)大约为2500脉冲/秒的 情况下，可W在大约一秒内收集所有的所需数据。该收集时间可W足够用于非移动组织(诸 如骨、肝等），但并不足够快W捕获动脉、器官(诸如肾脏并且特别是屯、脏）、或移动关节或肌 肉中的运动。
[0010] 另一方面，使用基于Ping的成像，在S个维度上基本上均匀地传播的单个Ping可 W声穿透整个体积，并且动态波束成形（聚焦）可W标识回波返回的源。使用基于Ping的成 像技术，可能需要最少S个Ping来获得用于3D体积的数据，同时可W需要最少两个Ping来 获得用于2D切片的数据。在实践中，10至50(或更多)个Ping可W用来实现所期望的图像质 量。例如，W每秒2500个Ping的速率使用25个Ping可能只需要0.01秒来获取用于10厘米的 整个组织立方体的所有数据。对于该具体示例中，数据收集可W比与基于扫描线的方法快 100 倍。
[0011] 使用基于Ping的超声成像技术，2D和3D帖率都可W基本上增加W允许实时地对3D 体积进行成像。更进一步地，通过应用多个孔径成像技术(例如，通过多个在空间上或物理 上分开的声学窗口传送和接收超声信号），运样的实时3D图像的分辨率可W相对于单孔径 技术被极大地提高。
[0012] W下公开内容提供了表观点源换能器、W及用于使用运样的表观点源换能器执行 高帖率高分辨率实时2D、3D和所谓的4D超声成像的系统和方法的各种实施例。
[0013] 在一个实施例中，提供了一种使用超声能量对对象进行成像的方法，该方法包括 W下步骤:将未聚焦超声信号从包括被成形为具有球形中屯、点的球形截面的压电材料壳体 的表观点源传送换能器传送到目标介质中，使用与表观点源传送换能器不同的全向接收元 件接收由目标介质中的反射器反射的回波，通过W下来确定目标介质内的反射器的位置： 获得描述表观点源传送换能器的球形中屯、点的位置和接收元件的位置的元件位置数据、计 算总路径距离作为球形中屯、点和反射器之间的第一距离W及反射器和接收元件之间的第 二距离的总和、W及确定反射器可能所在的可能点的轨迹，并且产生反射器的图像。
[0014] 在一些实施例中，接收元件包括被成形为具有第二球形中屯、点的球形截面的压电 材料壳体，并且其中，接收元件的位置是第二球形中屯、点的位置。
[0015] 在另一实施例中，接收元件的位置位于接收元件的表面上。
[0016] 在一个实施例中，该方法还包括:使用公共接收孔径中的多个接收元件来重复所 述接收、确定和产生步骤。
[0017] 在一个实施例中，该方法还包括:使用多个接收孔径的元件来重复所述接收、确定 和产生。
[0018] 在一个实施例中，该方法还包括:使用单独的第二表观点源传送换能器来重复所 述传送步骤。
[0019] 在一些实施例中，表观点源传送换能器和接收元件之间的直线距离大于用于预期 成像应用的最大相干孔径长度。
[0020] 在其它实施例中，计算总路径距离包括:加上表示从表观点源传送换能器的凸起 的传送换能器表面到球形中屯、点的距离的表观路径段。
[0021] 在一些实施例中，计算总路径距离包括:减去表示从表观点源传送换能器的凹进 的传送换能器表面到球形中屯、点的距离的表观路径段。
[0022] 在备选实施例中，接收元件具有圆形形状。
[0023] 还提供一种超声成像系统，其包括被成形为具有球形中屯、点的球形截面的第一表 观点源传送换能器，该第一表观点源传送换能器被配置成将=维半球形脉冲传送到待成像 的目标对象中；第一多个接收换能器元件，其被配置成接收=维半球形脉冲的回波;第二多 个接收换能器元件，其被配置成接收=维半球形脉冲的回波;控制器，其被配置成控制=维 半球形脉冲的传送，并且基于表观点源传送换能器的球形中屯、点的已知位置、第一和第二 多个接收换能器元件的元件的已知位置、=维半球形脉冲被传送的时间、W及回波被接收 的时间来确定对象内的反射器的位置。
[0024] 在一些实施例中，第一表观点源传送换能器相对于目标对象是凸起的。
[0025] 在一个实施例中，第一表观点源传送换能器相对于目标对象是凹进的。
[0026] 在备选实施例中，第一表观点源传送换能器被成形为大于半个球体的球形截面。
[0027] 在一些实施例中，第一表观点源传送换能器被成形为小于半个球体的球形截面。 [00%]在一个实施例中，第一表观点源传送换能器被成形为等于半个球体的球形截面。
[0029] 在一些实施例中，第一表观点源传送换能器的球面半径介于0.2mm和IOmm之间。
[0030] 在一个实施例中，第一表观点源传送换能器被配置成传送第一频率范围内的超声 信号。
[0031] 在其它实施例中，第一表观点源传送换能器包括具有恒定厚度的压电材料壳体。
[0032] 在一个实施例中，该系统还包括具有球面半径并且被配置成传送第二频率范围内 的超声信号的第二表观点源传送换能器，第二频率范围与第一频率范围不同。
[0033] 在一些实施例中，表观点源传送换能器包括由连续压电材料制成的具有恒定厚度 的壳体。
[0034] 在另一实施例中，表观点源传送换能器包括由分段的压电材料制成的具有恒定厚 度的壳体。
[0035] 在一些实施例中，表观点源传送换能器包括被布置成球形形状的多个段，其中，所 有段被配置成同时传送超声信号。
[0036] 在一个实施例中，该系统还包括包含描述表观点源传送换能器的球形中屯、点相对 于第一多个接收换能器元件的至少一个元件的位置的数据的计算机可读存储器。
[0037] 在一个实施例中，该系统还包括计算机可读存储器，该计算机可读存储器包含表 示等于第一表观点源传送换能器的表面到球形中屯、点的距离的表观路径段的调整因子。
[0038] 在另一实施例中，第一多个接收元件和第二多个接收元件中的每个接收元件具有 圆形形状。
[0039] 超声探头包括:表观点源传送换能器，其包括被成形为具有恒定的壁厚和球形中 屯、点的球形截面的压电材料壳体;和接收阵列，其包括多个全向接收换能器元件，该接收阵 列的总孔径大于用于预期成像应用的相干宽度。
[0040] 在一些实施例中，多个接收换能器元件被分组成单独阵列。
[0041 ]在另一实施例中，多个接收换能器元件都包含在连续阵列中。
[0042] 在一些实施例中，接收元件具有圆柱形形状。
[0043] 在附加实施例中，接收元件具有球形截面形状。
[0044] 在备选实施例中，超声探头的大小被设置和配置为用于插入到体空腔或体腔中。
[0045] 在一个实施例中，超声探头的大小被设置为用来覆盖大约人类患者的胸部的一 半。
[0046] 在一些实施例中，总孔径是用于预期成像应用的相干宽度的至少两倍。
[0047] 在其它实施例中，总孔径是用于预期成像应用的相干宽度的至少=倍。
[004引在一个实施例中，探头包括宽度约为8cm至IOcm的换能器元件阵列。
[0049] 提供了一种表观点源超声换能器元件，其包括:被成形为具有恒定的壁厚和球形 中屯、点、凸起表面和凹进表面的球形截面的压电材料壳体；围绕并且结合到壳体的凸起表 面的声学阻尼材料;W及延伸穿过声学阻尼材料并且连接到壳体的凸起表面的电引线。
[0050] 在一个实施例中，该元件还包括填充并且结合到壳体的凹进表面的声学匹配材 料。
[0051] 在一些实施例中，壳体具有被成形为大于半个球体的球形截面的传送表面。
[0052] 在其它实施例中，壳体具有被成形为小于半个球体的球形截面的传送表面。
[0053] 在附加实施例中，壳体具有被成形为等于半个球体的球形截面的传送表面。
[0054] 在一些实施例中，壳体由包括压电陶瓷和聚合物的复合材料制成。
[0055] 在其它实施例中，壳体包括错铁酸铅(PZT)。
[0056] 在一个实施例中，壳体具有至少3平方毫米的传送表面面积。
[0057] 在另一实施例中，壳体具有至少5平方毫米的传送表面面积。
[0058] 在一个实施例中，壳体具有至少10平方毫米的传送表面面积。
[0059] 还提供了一种表观点源超声换能器元件，其包括:被成形为具有恒定的壁厚和球 形中屯、点、凸起表面和凹进表面的球形截面的压电材料壳体;填充并且结合到壳体的凹进 表面的声学阻尼材料;W及延伸穿过声学阻尼材料并且连接到壳体的凹进表面的电引线。
[0060] 在一个实施例中，该元件还包括结合到壳体的凸起表面的声学匹配材料。
[0061] 在一些实施例中，壳体具有成形为大于半个球体的球形截面的传送表面。
[0062] 在另一个实施例中，壳体具有成形为小于半个球体的球形截面的传送表面。
[0063] 在一个实施例中，壳体具有被成形为等于半个球体的球形截面的传送表面。
[0064] 在备选实施例中，壳体由包括压电陶瓷和聚合物的复合材料制成。
[0065] 在一些实施例中，壳体包含错铁酸铅(PZT)。
[0066] 在其它实施例中，壳体具有至少3平方毫米的传送表面面积。
[0067] 在一个实施例中，壳体具有至少5平方毫米的传送表面面积。
[0068] 在另一实施例中，壳体具有至少10平方毫米的传送表面面积。
【附图说明】
[0069] 本发明的新颖特征在所附的权利要求中进行具体地阐述。参照阐述其中利用本发 明的原理的说明性实施例和附图的W下【具体实施方式】来获得对本发明的特征和优点的更 好的理解，其中：
[0070] 图1是凸起的表观点源传送换能器元件的一个实施例的透视图。
[0071 ]图2A是半球形换能器形状的二维(2D)横截面图示。
[0072] 图2B是被成形为小于半个球体的球形盖的换能器的二维横截面图示。
[0073] 图2C是被成形为大于半个球体的球形盖的换能器的二维横截面图示。
[0074] 图3A是由剪切高程为零和因此半球形凸起的换能器表面是完美的表观点源超声 换能器产生的=维(3D)波形的二维横截面图示。
[0075] 图3B是由剪切高程为球面半径的60%和因此凸起的换能器表面的形状小于半个 球体的表观点源超声换能器产生的=维波形的二维横截面图示。
[0076] 图3C是由剪切高程为球面半径的98%和因此凸起的换能器表面的形状为球体的 非常小的一部分的表观点源超声换能器产生的=维波形的二维横截面图示。
[0077] 图3D是由剪切高程为球面半径的-60%和因此凸起的换能器表面的形状大于半个 球体的表观点源超声换能器产生的=维波形的二维横截面图示。
[0078] 图4是凹进的表观点源传送换能器元件的一个实施例的透视图。
[0079] 图5是图示了待形成为球形盖的平面压电材料板的剪切线的实施例的平面图。
[0080] 图6是被配置成用于执行基于二维Ping的多孔径成像并且包括表观点源传送换能 器的超声探头的实施例的正视图。
[0081] 图7是被配置成用于执行基于S维Ping的多孔径成像并且包括表观点源传送换能 器的超声探头的实施例的正视图。
[0082] 图8是被配置成用于执行基于3D Ping的多孔径成像并且包括多个表观点源传送 换能器和多个接收器阵列的超声探头的实施例的透视图。
[0083] 图9是被配置成用于执行基于3D Ping的多孔径成像并且包括具有多个集成表观 点源传送换能器的连续换能器元件阵列的超声探头的实施例的透视图。
[0084] 图10是携带表观点源传送换能器和接收阵列的静脉内超声成像探头的实施例的 透视图示。
[0085] 图IOA是携带表观点源传送换能器和接收阵列的静脉内超声成像探头的备选实施 例的剖视图。
[0086] 图IOB是图示了携带凸起的表观点源传送换能器的静脉内或尿道内超声仅传送探 头的实施例的图。
[0087] 图11是携带凹进的表观点源传送换能器和接收阵列的静脉内超声成像探头的备 选实施例的剖视图。
[0088] 图IlA是携带凸起的表观点源传送换能器和接收阵列的静脉内超声成像探头的备 选实施例的剖视图。
[0089] 图12是图示了包括多个表观点源传送元件和待成像的目标对象的连续换能器阵 列的实施例的示意性透视图。
[0090] 图13是被配置成用于传送基本上受限于单个成像平面的超声信号的表观源换能 器的示意性图示。
[0091] 图14是图示了多孔径成像系统的实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0092] 参照附图对各种实施例进行详细描述。对具体示例和实现方式的引用出于说明性 目的，并不旨在限制本发明或权利要求