超聲成像系統(tǒng)存儲(chǔ)器架構(gòu)的制作方法
【專利說明】超聲成像系統(tǒng)存儲(chǔ)器架構(gòu)
[0001]與申請(qǐng)相關(guān)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有2012年8月21日提交的名稱為“超聲成像系統(tǒng)存儲(chǔ)器架構(gòu)”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案號(hào)61/691，717的優(yōu)先權(quán)，在此全文引用以作參考。
[0003]參考引用
[0004]在此通過參考在本說明書中提及所有所述的公開和專利申請(qǐng)，其程度如同具體地和單獨(dú)地指示為包括每個(gè)單獨(dú)公開或?qū)＠暾?qǐng)以作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005]本公開概括地涉及超聲成像系統(tǒng)，并且更特別地涉及使用原始回聲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)備的超聲成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0006]在傳統(tǒng)的超聲成像中，超聲能量的聚焦束傳送至待檢查的人體組織中，并且探測(cè)和繪制返回的回聲以形成圖像。盡管超聲已經(jīng)廣泛用于診斷目的，傳統(tǒng)的超聲已經(jīng)大大受限于掃描的深度、斑點(diǎn)噪聲、不良的橫向分辨率、模糊的組織以及其他這些問題。
[0007]為了穿透人體組織，超聲束通常由相控陣列(phased array)或成形的換能器(shaped transducer)形成并且聚焦。相控陣列超聲廣泛用于操縱并且聚焦窄超聲束的方法以用于在醫(yī)療超聲檢查中形成圖像。相控陣列探頭具有許多小型超聲換能器元件，每一個(gè)可以單獨(dú)地被施加脈沖。通過改變超聲脈沖的定時(shí)(例如通過沿著“行(row)”的順序逐個(gè)被施加脈沖)，設(shè)置了結(jié)構(gòu)相長干涉的模式，導(dǎo)致以選定角度定向的束。這已知為束操縱。以此方式操縱的超聲束可以隨后掃描通過正在被檢查的組織或?qū)ο?。來自多個(gè)束的數(shù)據(jù)隨后組合以形成顯示穿過對(duì)象的切片的可見圖像。
[0008]傳統(tǒng)上，使用用于發(fā)送超聲束的相同換能器或陣列以探測(cè)返回聲波。該設(shè)計(jì)配置結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在出于醫(yī)療目的而使用超聲成像的核心的最重要限制之一:不良的橫向分辨率。理論上，可以通過增大超聲探頭的孔徑寬度而改進(jìn)橫向分辨率，但是涉及孔徑尺寸增大的實(shí)際問題已經(jīng)使得孔徑保持小型。無疑地，即便具有該限制，超聲成像已經(jīng)非常有用，但是其具有更好分辨率將更有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]提供了一種超聲成像方法，包括以下步驟，采用多孔徑成像系統(tǒng)發(fā)送未聚焦聲脈沖(Ping)超聲脈沖以聲穿透感興趣區(qū)域，實(shí)時(shí)產(chǎn)生感興趣區(qū)域的第一區(qū)段的第一圖像，在存儲(chǔ)器設(shè)備中存儲(chǔ)從聲穿透區(qū)域收到的回聲數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)步驟之后從存儲(chǔ)器設(shè)備檢索回聲數(shù)據(jù)，以及處理回聲數(shù)據(jù)以形成感興趣區(qū)域的第二區(qū)段的第二圖像，其中第二區(qū)段覆蓋第一區(qū)段中未存在的感興趣區(qū)域的一部分。
[0010]在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生步驟包括使用第一組波束成形參數(shù)，以及處理步驟包括使用不同于第一組波束成形參數(shù)的第二組波束成形參數(shù)。[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，第二圖像具有比第一圖像更高的像素分辨率。在另一實(shí)施例中，第二圖像覆蓋了第一區(qū)段內(nèi)感興趣區(qū)域的一部分。在一些實(shí)施例中，感興趣區(qū)域的第一區(qū)段和第二區(qū)段完全未重疊。
[0012]在一些實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括處理回聲數(shù)據(jù)以形成感興趣區(qū)域的第三區(qū)段的第三圖像，其中第三圖像覆蓋了第二圖像中未存在的感興趣區(qū)域的一部分，以及同時(shí)顯示第二圖像和第三圖像。
[0013]在一些實(shí)施例中，人體心臟的剖面在第一圖像中可見，在第二圖像中僅可見心臟的第一部分，以及在第三圖像中僅可見心臟的第二部分。
[0014]在一些實(shí)施例中，形成第二圖像和形成第三圖像進(jìn)一步包括組合多個(gè)圖像層，每個(gè)圖像成對(duì)應(yīng)于發(fā)送的超聲脈沖與接收孔徑的不同組合，以及其中形成第二圖像包括組合與形成第三圖像不同數(shù)目的圖像層。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括測(cè)量在第二圖像中可見的對(duì)象。
[0016]也提供了一種處理超聲數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟，從第一非易失性數(shù)字存儲(chǔ)器設(shè)備檢索第一數(shù)據(jù)集合，第一數(shù)據(jù)集合包括發(fā)送孔徑的位置和朝向信息，從第二非易失性數(shù)字存儲(chǔ)器設(shè)備檢索第二數(shù)據(jù)集合，第二數(shù)據(jù)集合包括一系列超聲回聲串，每個(gè)超聲回聲串包括與負(fù)責(zé)產(chǎn)生回聲數(shù)據(jù)的發(fā)送孔徑相關(guān)聯(lián)的回聲數(shù)據(jù)，從第一數(shù)據(jù)集合確定發(fā)送孔徑的發(fā)送位置，從第二數(shù)據(jù)集合確定接收孔徑的接收位置，以及使用第一組波束成形參數(shù)而波束成形第二數(shù)據(jù)集合以產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的第一組圖像。
[0017]在一些實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括，調(diào)整至少一個(gè)波束成形參數(shù)以形成第二組波束成形參數(shù)，以及使用第二組波束成形參數(shù)而波束成形第二數(shù)據(jù)集合以產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的第二組圖像。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)波束成形參數(shù)是目標(biāo)對(duì)象中的聲速。在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)波束成形參數(shù)是發(fā)送孔徑的發(fā)送換能器元件、或者接收孔徑的接收換能器元件的位置。在額外實(shí)施例中，至少一個(gè)波束成形參數(shù)是權(quán)重因子。
[0019]在一些實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括，限定目標(biāo)對(duì)象的圖像窗口，以及波束成形第二數(shù)據(jù)集合以產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的圖像窗口的第二組圖像。
[0020]在一些實(shí)施例中，圖像窗口覆蓋了第一組圖像內(nèi)的區(qū)域并且小于第一組圖像的總面積，方法進(jìn)一步包括測(cè)量在第二組圖像中可見的結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0021]在另一實(shí)施例中，方法包括基于由第二數(shù)據(jù)集合形成圖像而向顯示器添加m-模式線。
[0022]在其他實(shí)施例中，方法進(jìn)一步包括調(diào)整用于相干(coherently)和非相干地(incoherently)組合圖像的算法。
[0023]在一些實(shí)施例中，產(chǎn)生第一組圖像進(jìn)一步包括，組合第一多個(gè)圖像層以形成第一組幀，每個(gè)圖像層對(duì)應(yīng)于發(fā)送孔徑和接收孔徑的不同組合，以及以第一幀速率顯示第一組幀。
[0024]在其他實(shí)施例中，方法包括，波束成形第二數(shù)據(jù)組合以產(chǎn)生目標(biāo)部分的第二組圖像，包括組合第二多個(gè)圖像層以形成第二組幀，每個(gè)圖像層對(duì)應(yīng)于發(fā)送孔徑和接收孔徑的不同組合，第二組幀具有比第一組幀更多數(shù)目的幀，以及以比第一幀速率更高的第二幀速率顯示第二組幀。
[0025]也提供了一種超聲成像系統(tǒng)，包括具有多個(gè)發(fā)送換能器元件和多個(gè)接收換能器元件的多孔徑超聲探頭，配置用于控制從探頭的發(fā)送換能器元件傳輸超聲脈沖的發(fā)送控制電子器件，配置用于從接收換能器元件接收對(duì)應(yīng)于超聲脈沖回聲的回聲信號(hào)的接收器電子器件，以及與接收器電子器件電通信的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包含表示至少一個(gè)發(fā)送元件標(biāo)識(shí)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、至少一個(gè)發(fā)送元件發(fā)送超聲脈沖的時(shí)刻、以及表示來自超聲脈沖的回聲振幅的一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。
[0026]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括與原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電子通信的波束成形器，波束成形器配置以從原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器檢索回聲數(shù)據(jù)并且從檢索到的回聲數(shù)據(jù)形成圖像。
[0027]提供了一種超聲圖像處理計(jì)算設(shè)備，包括，處理器，包含處理代碼的第一非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備，包含與發(fā)送孔徑相關(guān)聯(lián)的超聲回聲數(shù)據(jù)，并且包含相對(duì)于接收孔徑的接收換能器元件限定所述發(fā)送孔徑的發(fā)送換能器元件的聲學(xué)位置的換能器元件位置數(shù)據(jù)的第二非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備，其中處理器配置以執(zhí)行在第一非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備中的處理代碼，以從第二存儲(chǔ)器設(shè)備檢索超聲回聲數(shù)據(jù)，以及通過基于換能器元件位置數(shù)據(jù)而波束成形回聲數(shù)據(jù)從而形成圖像。
[0028]在一些實(shí)施例中，該設(shè)備并未電子或物理地連接至包含發(fā)送孔徑和接收孔徑的超聲探頭。
[0029]提供了一種超聲成像方法，包括，從至少一個(gè)發(fā)送元件發(fā)送超聲聲脈沖至患者體中，在原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)關(guān)于超聲聲脈沖的發(fā)送信息，采用至少一個(gè)接收元件接收對(duì)應(yīng)于超聲聲脈沖的回聲，在多個(gè)采樣點(diǎn)處采樣回聲以產(chǎn)生包含信號(hào)幅度和時(shí)間戳項(xiàng)目的數(shù)字記錄，并且在原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)用于每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)字記錄。
[0030]在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括從數(shù)字記錄形成超聲圖像。
[0031]在另一實(shí)施例中，該方法包括，執(zhí)行發(fā)送和接收元件的校準(zhǔn)操作以獲得更新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且使用更新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理數(shù)字記錄以形成超聲圖像。
【附圖說明】
[0032]采用以下權(quán)利要求中的特性闡述了本發(fā)明的創(chuàng)新性特征。通過參考列出示意性實(shí)施例的以下詳細(xì)說明書，將獲得對(duì)于本發(fā)明特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，其中采用了本發(fā)明的原理，并且其附圖:
[0033]圖1是多孔徑超聲成像探頭和待成像的網(wǎng)格點(diǎn)的示意圖。
[0034]圖2是配置用于捕捉原始回聲數(shù)據(jù)的超聲成像系統(tǒng)控制面板的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
[0035]圖3是示出了配置用于本地原始回聲數(shù)據(jù)捕捉的超聲成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)個(gè)功能部件的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖4是示出了配置用于遠(yuǎn)程原始回聲數(shù)據(jù)捕捉的超聲成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)個(gè)功能部件的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖5是示出了用于捕捉和記錄原始回聲數(shù)據(jù)的過程的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0038]圖6是示出了從業(yè)者可以由此利用在先前現(xiàn)場(chǎng)成像階段期間捕捉的原始回聲數(shù)據(jù)的過程的實(shí)施例的流程圖。
[0039]圖7是示出了成像系統(tǒng)由此可以處理并顯示在先前現(xiàn)場(chǎng)成像階段期間捕捉的原始回聲數(shù)據(jù)的過程的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]將參照附圖詳細(xì)描述各個(gè)實(shí)施例。參照特定示例和實(shí)施方式是為了示意性目的，并且并非意在限定本發(fā)明或權(quán)利要求的范圍。
[0041]介紹和定義
[0042]盡管在此參照解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的各個(gè)超聲成像描述了各個(gè)實(shí)施例，應(yīng)該理解的是在此所示和所述的許多方法和設(shè)備也可以用于其他應(yīng)用中，諸如對(duì)非解剖結(jié)構(gòu)和對(duì)象的成像和評(píng)測(cè)。例如，在此所述的探頭、系統(tǒng)和方法可以用于各個(gè)機(jī)械對(duì)象、結(jié)構(gòu)化對(duì)象或材料的非破壞性測(cè)試或評(píng)測(cè)，諸如焊接、管線、梁、板、壓力容器、層狀結(jié)構(gòu)等等。以下各個(gè)實(shí)施例包括用于使用了配置用于存儲(chǔ)原始、未波束成形超聲數(shù)據(jù)以用于后續(xù)波束成形并且處理為圖像數(shù)據(jù)的超聲成像系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)允許使用超聲成像系統(tǒng)的許多獨(dú)特方法。
[0043]如在此使用的術(shù)語“超聲換能器”和“換能器”可以承載如超聲成像技術(shù)的本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的它們的原始含義，并且可以不受限地涉及能夠?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)和/或反之亦然的任何單個(gè)部件。例如，在一些實(shí)施例中，超聲換能器可以包括壓電設(shè)備。在一些其他實(shí)施例中，超聲換能器可以包括電容性微機(jī)械加工的超聲換能器(CMUT)。
[0044]換能器通常配置在多個(gè)單獨(dú)換能器元件的陣列中。如在此使用的，術(shù)語“換能器陣列”或“陣列”通常涉及安裝至常規(guī)背板的換能器元件的集合。這些陣列可以具有一個(gè)維度(ID)、兩個(gè)維度(2D)、1.X維度(1.XD)或三維(3D)。也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的其他維度陣列。也可以使用環(huán)形陣列，諸如同心圓陣列和橢圓陣列。換能器陣列的元件可以是陣列的最小分立功能部件。例如，在壓電換能器元件陣列的情形中，每個(gè)元件可以是單個(gè)壓電晶體或壓電晶體的單個(gè)機(jī)械加工區(qū)段。
[0045]如在此使用的，術(shù)語“發(fā)送元件”和“接收元件”可以承載如超聲成像技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的它們?cè)己x。術(shù)語“發(fā)送元件”可以不受限地涉及至少即刻執(zhí)行其中電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)的發(fā)送功能的超聲換能器元件。類似的，術(shù)語“接收元件”可以不受限地涉及至少即刻執(zhí)行其中將沖擊在元件上的超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的接收功能的超聲換能器元件。將超聲發(fā)送至媒介中在此也可以稱作“聲穿透”。反射超聲波的對(duì)象或結(jié)構(gòu)可以稱作“反射體”或“散射體”。
[0046]如在此使用的，術(shù)語“孔徑”可以涉及可以穿過其發(fā)送和/或接收超聲信號(hào)的概念性“開口”。在實(shí)際中，孔徑簡單的是單個(gè)換能器元件或者共同地由成像控制電子器件管理作為共同群組的換能器元件的群組。例如，在一些實(shí)施例中，孔徑可以是可以與相鄰孔徑物理分立的元件的物理群組。然而，相鄰孔徑并非必需物理地分立。
[0047]應(yīng)該注意的是，在此使用術(shù)語“接收孔徑”、“聲穿透孔徑”和/或“發(fā)送孔徑”以意味著單個(gè)元件、陣列內(nèi)元件的群組、或甚至具有共用外殼的整個(gè)陣列，其執(zhí)行從期望的物理觀測(cè)點(diǎn)或孔徑的期望發(fā)送或接收功能。在一些實(shí)施例中，這些發(fā)送和接收孔徑可以被創(chuàng)建為具有專用功能的物理分立的部件。在其他實(shí)施例中，如果需要的話可以動(dòng)態(tài)地電子地限定任意數(shù)目的發(fā)送和/或接收孔徑。在其他實(shí)施例中，多孔徑超聲成像系統(tǒng)可以使用專用功能和動(dòng)態(tài)功能孔徑的組合。
[0048]如在此使用的，術(shù)語“總孔徑”涉及所有成像孔徑的總累積尺寸。換言之，術(shù)語“總孔徑”可以涉及由用于特定成像周期的發(fā)送和/或接收元件的任何組合的最遠(yuǎn)換能器元件之間最大距離所限定的一個(gè)或多個(gè)維度。因此，總孔徑由對(duì)于特定周期指定作為發(fā)送或接收孔徑的任意數(shù)目子孔徑構(gòu)成。在單孔徑成像設(shè)置的情形中，總孔徑、子孔徑、發(fā)送孔徑和接收孔徑將均具有相同的維度。在多陣列探頭的情形中，總孔徑的維度可以包括所有陣列的維度的總和。
[0049]在一些實(shí)施例中，兩個(gè)孔徑可以在連續(xù)陣列上相互鄰接。在另外其他實(shí)施例中，兩個(gè)孔徑可以在連續(xù)陣列上相互重疊，以使得至少一個(gè)元件功能用作兩個(gè)分立孔徑的一部分?？梢砸詫?duì)于特定應(yīng)用所需的任何方式動(dòng)態(tài)地限定孔徑的位置、功能、元件數(shù)目以及物理尺寸。以下將討論對(duì)于特定應(yīng)用的對(duì)于這些參數(shù)的約束，和/或這些約束對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的。
[0050]在此所述的元件和陣列也可以是多功能的。也即，在一個(gè)實(shí)例中指定換能器元件或陣列作為發(fā)射器并不排除它們?cè)谙乱粋€(gè)實(shí)例中立即重新指定作為接收器。此外，控制系統(tǒng)的實(shí)施例在此包括用于基于用戶輸入、預(yù)設(shè)的掃描或分辨率標(biāo)準(zhǔn)或其他自動(dòng)確定的標(biāo)準(zhǔn)而電子地做出這些指定的能力。
[0051 ] 如在此使用的，術(shù)語“點(diǎn)源傳輸”或“聲脈沖”可以涉及將發(fā)送的超聲能量從單個(gè)空間位置引入媒介中。這可以使用單個(gè)超聲換能器元件或者作為單個(gè)發(fā)送孔徑一起發(fā)送的相鄰換能器元件的組合而實(shí)現(xiàn)。來自點(diǎn)源發(fā)送孔徑的單個(gè)傳輸接近均勻的球形波前(wavefront)，或者在成像2D切片的情形中，在2D切片內(nèi)的均勻的圓形波前。在一些情形中，來自點(diǎn)源發(fā)送孔徑的圓形或球形波前的單個(gè)傳輸可以在此稱作“聲脈沖”或“點(diǎn)源脈沖”。
[0052]如在此使用的，短語“像素分辨率”涉及對(duì)圖像中大量像素的測(cè)量，并且可以表示為兩個(gè)正整數(shù)，第一個(gè)涉及多個(gè)像素列(圖像寬度)并且第二個(gè)涉及多個(gè)像素行(圖像高度)。備選地，像素分辨率可以根據(jù)像素的總數(shù)目(例如行數(shù)目與列數(shù)目的乘積)、每單元長度的像素?cái)?shù)目、或者每單位面積的像素?cái)?shù)目而表示。如在此使用的“像素分辨率”區(qū)分于術(shù)語“分辨率”的其他使用，其涉及圖像中可見細(xì)節(jié)的水平。例如，“橫向分辨率”可以涉及在超聲圖像平面中沿著水平軸線辨別的細(xì)節(jié)的水平，獨(dú)立于該平面的圖