專利名稱：一種彎曲2d陣列的超聲換能器以及體積成像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)超聲成像法，更具體地，涉及一種適于對(duì)較大的 淺解剖結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行體積成像的超聲換能器。
背景技術(shù)：
多種無(wú)創(chuàng)診斷成像方法能夠產(chǎn)生身體內(nèi)部的器官或脈管的橫截面圖 像。超聲是非常適于這種無(wú)創(chuàng)成像的成像方法。超聲診斷成像系統(tǒng)已被 心臟病學(xué)家、產(chǎn)科專家、放射科醫(yī)師或其他人廣泛用于檢查心臟、正在 發(fā)育的胎兒、內(nèi)腹器官和其它解剖結(jié)構(gòu)。這些系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射超聲能量波 進(jìn)入身體，接收從超聲碰撞的組織界面反射回的超聲回波，以及將接收 到的回波轉(zhuǎn)換為超聲波被導(dǎo)向通過(guò)的身體部分的結(jié)構(gòu)表示來(lái)進(jìn)行工作。在常規(guī)超聲成像法中，可利用平面超聲射束或切片掃描感興趣的對(duì) 象，諸如內(nèi)部組織以及血液。線性陣列的換能器通常被用來(lái)通過(guò)精細(xì)地 聚焦在仰角方向(elevation direction)上發(fā)射和接收到的超聲波，操控發(fā) 射和接收到的超聲波通過(guò)方位方向(azimuth direction)上的一個(gè)角度范 圍來(lái)掃描薄的切片。這樣，具有線性陣列也可稱為一維陣列的換能器元 件的換能器可以這種方式工作獲得二維圖像，該圖像表示了通過(guò)與進(jìn)行B 模式成像的換能器表面相垂直的平面的橫截面。線性陣列還可通過(guò)將線性一維陣列在仰角方向上進(jìn)行平移或者經(jīng)過(guò) 在仰角方向上擴(kuò)展的一個(gè)角度范圍掃描陣列來(lái)形成三維圖像，也可稱為 是"體積"圖像。體積超聲圖像還可常規(guī)地通過(guò)使用二維陣列換能器來(lái) 圍繞兩個(gè)軸操作發(fā)射和接收的超聲波而獲得。利用一維陣列進(jìn)行體積成像的主要限制是需要物理地移動(dòng)陣列來(lái)獲 得圖像。這種需求使超聲波系統(tǒng)必須能夠通過(guò)物理地追蹤陣列的運(yùn)動(dòng)或 通過(guò)電處理圖像信號(hào)來(lái)追蹤一維陣列的位置或角度。此外，由于需要移 動(dòng)陣列以及處理在陣列的每個(gè)位置或角度上接收到的超聲返回信號(hào)，因 此還需要一段較長(zhǎng)的周期才能獲得體積圖像。使用一維陣列進(jìn)行體積成像的主要優(yōu)勢(shì)在于即使在很近的區(qū)域內(nèi)也能成像的面積僅僅受到陣列中 元件數(shù)目以及陣列移動(dòng)的面積的限制。美國(guó)專利號(hào)5,305,756中描述了利用一維陣列獲得有關(guān)三維體積中解 剖結(jié)構(gòu)的信息的另一種方法。如其中所述的，發(fā)射和接收的超聲波聚焦 在方位方向AZ上，在仰角方向上發(fā)散，產(chǎn)生一系列扇形射束。因而從線 性陣列的每個(gè)元件順序發(fā)射和接收超聲波，形成聲穿透體積區(qū)域的扇形 射束序列。投影平面位于聲穿透的體積區(qū)域的中心。在每個(gè)范圍的體積 區(qū)域內(nèi)的全部回波均被投影成在相應(yīng)范圍的投影平面上的一個(gè)點(diǎn)。因?yàn)?換能器在聲學(xué)上整合了每個(gè)范圍的全部回波，因此得到的圖像表示了整 個(gè)體積區(qū)域的二維投影。雖然美國(guó)專利號(hào)5,305,756中描述的成像技術(shù)具有不需要物理地掃描 陣列的優(yōu)點(diǎn)，但是其仍具有顯著的缺點(diǎn)實(shí)際上無(wú)法獲得真實(shí)的三維體 積圖像。因此，其無(wú)法精確地示出在陣列下的體積區(qū)域中的解剖特征。 例如，由于在同一深度的點(diǎn)并不落在距離換能器固定范圍的地點(diǎn)上，這 些點(diǎn)看起來(lái)像是橫跨了投影上的一個(gè)深度范圍。相反地，橫跨一個(gè)深度 范圍的解剖結(jié)構(gòu)看上去像位于單個(gè)深度的投影上。并且，投影圖像無(wú)法 解決位于距離換能器相同固定范圍的位置上的解剖結(jié)構(gòu)。例如，僅僅占 據(jù)小部分固定范圍位置的結(jié)構(gòu)可能被同樣位于固定范圍位置上的其他解 剖結(jié)構(gòu)所模糊。利用二維陣列進(jìn)行體積成像具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括不需要物理地掃描陣 列以及可提供真實(shí)的三維圖像。因此，利用二維陣列可較利用一維陣列 更迅速地獲得超聲圖像。然而，當(dāng)嘗試增加陣列的尺寸或孔徑來(lái)獲得大 范圍視野時(shí)，二維陣列中的換能器元件的數(shù)目將增加至一個(gè)無(wú)法實(shí)施的 大的數(shù)目。更具體地，具有10,000或更多元件的陣列的設(shè)計(jì)和使用所面 臨的一些挑戰(zhàn)是諸如特定應(yīng)用的集成電路的適當(dāng)電路的設(shè)計(jì)、由如此多 的緊密封裝的換能器元件產(chǎn)生的大量的熱的處理、用來(lái)將從這些大量的 換能器元件發(fā)出的信號(hào)耦合到超聲成像系統(tǒng)所需的電纜的尺寸、聲學(xué)平 面性的需求以及常規(guī)的制作困難。這些困難將導(dǎo)致常規(guī)的二維超聲陣列 中元件的數(shù)目通常被限制在大約3,000個(gè)元件。出于這個(gè)原因，常規(guī)的二維超聲陣列只能得到相對(duì)較小的成像孔徑。常規(guī)二維陣列可以具有的較小的成像孔徑將限制它們用于在特定的 用途中，這些特定用途指的是具有較小的入口面積和在附近區(qū)域中(也 就是鄰近陣列表面的較淺深度上的)觀察需要的適當(dāng)區(qū)域，諸如心臟病 學(xué)。由于發(fā)射和接收的超聲波可在擴(kuò)散的方向上被操控，這些相對(duì)較小 的孔徑陣列可在遠(yuǎn)場(chǎng)中的較大視野上成像。然而，特定的應(yīng)用，諸如產(chǎn) 科成像，需要獲得近場(chǎng)中的較大視野上成像。常規(guī)的二維陣列由于不具 有足夠大的孔徑而出于之前指出的理由無(wú)法用于這些用途中。因此，需要--種可進(jìn)行真實(shí)地體積成像的二維超聲陣列，其可在不需 要使用不切實(shí)際的大量換能器元件的情況下獲得近場(chǎng)中的較大視野。發(fā)明內(nèi)容依據(jù)本發(fā)明的原理，-一種超聲成像系統(tǒng)包括超聲成像探針、通過(guò)通信 鏈路連接至探針的超聲信號(hào)通路，以及顯示器。超聲成像探針發(fā)出在方 位方向上基本平行或發(fā)散的以及在仰角方向上發(fā)散的射束。該射束圖案 可由使射束在仰角方向上發(fā)散出的透鏡形成，或者由陣列在仰角方向上 的物理彎曲形成。換能器元件的陣列具有在方位方位上延伸的行以及在 仰角方向上延伸的列。超聲信號(hào)通路通過(guò)通信鏈路將發(fā)送信號(hào)發(fā)送至超 聲成像探針中的換能器元件或接收來(lái)自換能器元件的信號(hào)。超聲信號(hào)通 路將從換能器元件接收到的信號(hào)組合成圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于與 超聲成像探針相鄰的體積區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)的體積圖像。隨后在顯示器 上顯示體積圖像。成像探針中的換能器元件優(yōu)選以步進(jìn)的方式從一行或 一組行或一列或一組列掃描至下一個(gè)。成像探針還優(yōu)選包括多個(gè)與相應(yīng) 的換能器元件的子陣列相耦合的子陣列射束生成器。每個(gè)子陣列射束生 成器還響應(yīng)于接收自超聲成像通路的發(fā)射信號(hào)，可操作地將發(fā)射信號(hào)應(yīng) 用至相應(yīng)子陣列中的換能器元件。每個(gè)子陣列射束生成器還可操作地在 相對(duì)于陣列表面的非正交方向上操作射束，因此發(fā)散射束將掃描近場(chǎng)中 的較寬視野。隨后，來(lái)自每個(gè)子陣列的被處理的信號(hào)組合成復(fù)合接收信 號(hào)，其通過(guò)通信鏈路耦合至超聲成像通路。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的超聲成像系統(tǒng)的等距視圖。圖2是用于圖1的超聲成像系統(tǒng)中的電子部件的方框圖。圖3是可用于圖1和2的成像系統(tǒng)中的依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲成像探針的等距視圖。圖4是示出其聲學(xué)信號(hào)圖案的圖3的超聲成像探針的等距視圖。圖5是用于圖3的超聲成像探針中的電子部件的一個(gè)例子的示意圖。圖6是依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于圖4的超聲成像探針的一個(gè)子陣列射束生成器的方框圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的超聲成像系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括 底架12，該底架包含系統(tǒng)10的大部分電路。底架12安裝在推車14上， 顯示器16安裝在底架12上。成像探針12通過(guò)電纜22連接至底架12上 的三個(gè)連接器26中的一個(gè)上。正如以下將詳細(xì)描述的，探針20包括二 維超聲成像陣列，該陣列將使用較少的換能器元件，但仍然可具有近場(chǎng) 中較大的視野。接下來(lái)將描述的較少換能器元件和其他技術(shù)的使用將使 電纜22相對(duì)較薄，因此電纜22不會(huì)對(duì)成像探針20的便利操作造成影響。 然而，這就具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即使信號(hào)通過(guò)電纜22之外的其他裝置進(jìn)行耦 合，也將極大地減少必須從探針20耦合至底架12的信號(hào)的數(shù)量。例如， 如果信號(hào)是通過(guò)無(wú)線電或紅外從探針20耦合至底架12的，信號(hào)減少的 數(shù)目將減少所需的無(wú)線通道和/或無(wú)線帶寬的數(shù)目。繼續(xù)參看圖l，底架12包括一般由附圖標(biāo)記28指示的鍵盤和控制器， 使得聲譜儀的操作者可操作超聲系統(tǒng)10，并輸入與患者或?qū)⒁M(jìn)行的檢 查類型有關(guān)的信息。在控制面板28的背面是觸摸屏顯示器18，其上顯示 了可編程的自定義功能鍵，用來(lái)補(bǔ)充鍵盤和控制器28以控制系統(tǒng)10的 操作。在操作時(shí)，成像探針20靠著患者(未示出)皮膚放置，并保持靜止 來(lái)獲得皮膚下的體積區(qū)域中的血液或組織的圖像。成像探針20在近場(chǎng)中 的大視野將使系統(tǒng)20尤其適用于特定領(lǐng)域中，諸如產(chǎn)科，而在此之前體 積成像在這些領(lǐng)域中并不是很實(shí)用。顯示器16上顯示體積圖像，并可通過(guò)位于兩個(gè)附屬架子30之一上的記錄器(未示出)進(jìn)行記錄。系統(tǒng)10還可記錄或打印包含文本和圖像的報(bào)告。與圖像相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)還可通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)鏈路諸如互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行下載。除了利用二維探針20在 顯示器上顯示體積圖像之外，超聲成像系統(tǒng)還可利用探針20來(lái)提供其他 類型的圖像，并且其也可以接受其它類型的探針(未示出)來(lái)提供其它 類型的圖像。圖2中示出了超聲成像系統(tǒng)10的電子部件。如上所述，超聲成像探 針20通過(guò)電纜22與連接器26之一相耦合，連接器還連接至常規(guī)設(shè)計(jì)的 超聲信號(hào)通路40上。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，超聲信號(hào)通路40包 括將電信號(hào)耦合至探針20的發(fā)射器(未示出)、接收從探針20發(fā)出的與 超聲回波相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的捕獲單元(未示出)、處理來(lái)自捕獲單元的信 號(hào)來(lái)執(zhí)行各種功能諸如分離出特定深度發(fā)回的回波或分離出流經(jīng)脈管的 血液發(fā)回的回波的信號(hào)處理單元(未示出)、以及將來(lái)自信號(hào)處理單元的 信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于被顯示器16使用的信號(hào)的掃描轉(zhuǎn)換器(未示出)。這個(gè) 實(shí)施例中的處理單元可處理B模式(結(jié)構(gòu))和多普勒信號(hào)，來(lái)獲得各種 B模式和多普勒體積圖像，包括光譜多普勒體積圖像。超聲信號(hào)通路40 還包括控制模塊44，其與處理單元50交互，以控制上述單元的操作。當(dāng) 然，超聲信號(hào)通路40還可包括除了上述的部件之外的其他部件，并且在適當(dāng)?shù)那闆r中，可省略上述的一些部件。處理單元50包括多個(gè)部件，僅舉幾個(gè)例子包括中央處理器("CPU") 54、隨機(jī)存儲(chǔ)器("RAM") 56以及只讀存儲(chǔ)器("ROM") 58。正如本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的，ROM58存儲(chǔ)CPU54執(zhí)行的指令程序以及CPU54使 用的初始化數(shù)據(jù)。RAM56提供CPU54使用的數(shù)據(jù)和指令的臨時(shí)存儲(chǔ)。 處理單元50與大容量存儲(chǔ)器諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器60交互，用于數(shù)據(jù)的永久 性存儲(chǔ)，該數(shù)據(jù)諸如相應(yīng)于系統(tǒng)10獲得的超聲圖像的數(shù)據(jù)。然而，這種 圖像數(shù)據(jù)最初存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)裝置64中，該裝置與在超聲信號(hào)通路40 和處理單元50之間延伸的信號(hào)通路66相耦合。磁盤驅(qū)動(dòng)器60還優(yōu)選存儲(chǔ)可以被調(diào)用或啟動(dòng)來(lái)引導(dǎo)聲譜儀操作者進(jìn)行各種超聲波檢查的協(xié)議。處理單元50還可與鍵盤和控制器28交互。聲譜儀操作者可操作鍵盤 和控制器28來(lái)使超聲系統(tǒng)10在檢查結(jié)尾制作出自動(dòng)產(chǎn)生的報(bào)告。處理單元50優(yōu)選與打印包含文字和一個(gè)或多個(gè)圖像的報(bào)告的報(bào)告打印機(jī)80 交互。打印機(jī)80提供的報(bào)告類型取決于超聲檢查的類型，其通過(guò)特定協(xié) 議的執(zhí)行來(lái)進(jìn)行操作。最后，如上所述，與圖像相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)可通過(guò)合 適的數(shù)據(jù)鏈路，諸如網(wǎng)絡(luò)74或調(diào)制解調(diào)器76，下載到臨床信息系統(tǒng)70或其他裝置。圖3示出了用于系統(tǒng)10中的超聲成像探針20的一個(gè)例子。當(dāng)然，探 針20還可用于處理系統(tǒng)IO之外的其他系統(tǒng)中。成像探針20包括基座部 分00，該部分在平面圖以及方位"A"以及仰角"E"的仰角視圖中均 是矩形的?；糠?00通常包含吸聲襯墊材料來(lái)削弱換能器陣列背面 發(fā)出的回響。陣列部分104位于基座部分100之上，陣列部分在平面圖 中和當(dāng)沿著仰角方向觀看時(shí)是矩形的，但當(dāng)沿著方位方向觀看時(shí)是彎曲 的。陣列部分104具有陣列表面108，該表面在仰角方向上是朝外彎曲的 或弓形的，在方位方向上是平面的。 一般由附圖標(biāo)記110指示的多個(gè)換 能器元件設(shè)置在陣列表面108上。換能器元件110成行和成列地位于陣 列表面上，行是在方位方向上延伸的，而列是在仰角方向上延伸的。探針20可利用彎曲矩陣陣列制作技術(shù)來(lái)進(jìn)行制作。例如， 一個(gè)實(shí)施 例包括倒裝芯片陣列結(jié)構(gòu)中的薄的、傾斜的和彎曲的特定應(yīng)用的集成電 路。另一個(gè)實(shí)施例是在柔性插入機(jī)構(gòu)上制作換能器元件陣列，隨后將該 插入結(jié)構(gòu)通過(guò)嵌入的相連粘附到彎曲的襯板上。還可使用諸如美國(guó)專利 6,043，5卯(Gilmore)示出的其他技術(shù)。現(xiàn)在將參看圖4描述超聲成像探針20及其聲波圖的操作。在操作中，首先通過(guò)發(fā)出超聲信號(hào)和接收超聲回波來(lái)掃描位于相同方位位置上的一 列或多列換能器元件HO。例如，首先掃描結(jié)束列112上的全部換能器元 件110。可替換地，首先掃描結(jié)束列112上的換能器元件110以及與列112 相鄰的N列上的換能器元件110。隨后，繼續(xù)在方位方向上以步進(jìn)方式 從在仰角方向上延伸的一列或一組列掃描至下一列或下一組列。正如以 下將詳細(xì)描述的，用延遲單元(圖4中未示出)來(lái)延遲耦合至每個(gè)換能 器元件110的電信號(hào)或來(lái)自每個(gè)換能器元件的電信號(hào)，以在選定的方向 上以及選定的深度上聚焦在仰角和/或方位方向上的發(fā)出的和接收的超聲 波。在成像探針20的一個(gè)例子中，延遲單元并不用來(lái)操作發(fā)出的和接收的超聲射束。相反地，在方位方向上的掃描通過(guò)從一列或一組列一列一 列地步進(jìn)來(lái)單獨(dú)地進(jìn)行。在探針20的另一個(gè)例子中，在方位方向上的掃描通過(guò)一列一列地步進(jìn)來(lái)進(jìn)行，但是可在圖像表面108的末端上操作延 遲單元，使發(fā)出的和接收的超聲波從探針20開(kāi)始在方位方向上延伸?？?使用這個(gè)例子中的探針20形成圖4示出的聲波圖120。在探針20的另一 個(gè)例子中，用延遲單元來(lái)在方位和仰角方向上操作發(fā)出的和接收的超聲 波。這樣操作超聲波將擴(kuò)大方位和仰角方向上的視野，這在產(chǎn)科成像中 是非常重要的。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，這種操作可使成像系統(tǒng)10 獲得空間上的組合而減少斑點(diǎn)偽像。同樣還可使用其他例子。作為可與在方位方向上一列--列地步進(jìn)掃描相替換，還可在仰角方向 上一行一行地步進(jìn)來(lái)完成掃描。使用這種方法的話，通過(guò)發(fā)出超聲信號(hào) 和接收超聲回波來(lái)首先掃描位于相同仰角位置上的一行或多行換能器元 件10。例如，可首先掃描位于結(jié)束行122上的全部換能器元件110?？?替換地，首先掃描結(jié)束行122上的換能器元件110以及與行122相鄰的N 行上的換能器元件IIO。隨后，在仰角方向上以步進(jìn)的方式從一行掃描到 下一行地進(jìn)行掃描。如同之前的實(shí)施例，可以在仰角、方位或兩者中的 陣列邊緣處離軸(與陣列表面非正交的)的角度上操作射束，以擴(kuò)大陣 列換能器掃描的視野。方位方向上的換能器元件110的數(shù)目將取決于所需的分辨率和所需的 近場(chǎng)中的視野的大小。需要相當(dāng)大數(shù)量的換能器元件110才能獲得用于 特定應(yīng)用諸如產(chǎn)科成像的足夠的視野。然而，在仰角方向中，僅僅需要 相對(duì)較少數(shù)量的換能器元件110，因?yàn)殛嚵斜砻?20在仰角方向上的曲率 將使換能器元件110在該方向上面對(duì)呈弧形的角度增量。因此，盡管在 仰角方向上使用了相對(duì)較少的換能器元件，圖4示出的聲波圖120還可 在仰角方向上延伸較長(zhǎng)距離。因而，獲得的聲波圖120相對(duì)于具有相同 數(shù)量換能器元件的常規(guī)平面二維陣列具有非常大的孔徑。如果需要的話， 還可用延遲元件來(lái)使發(fā)出的和接收的超聲波在仰角方向上離軸，以增大 該方向上的視野尺寸。圖5示意性示出了超聲成像探針20的電子部件。探針20不僅僅包括 換能器元件110，還包括子陣列射束生成器130。子陣列射束生成器130對(duì)換能器元件110的子陣列執(zhí)行生成射束的操作。通過(guò)延遲接收到的信 號(hào)以及隨后將延遲信號(hào)組成復(fù)合信號(hào)來(lái)對(duì)從相應(yīng)的子陣列射束生成器 130中的換能器元件110接收到的信號(hào)執(zhí)行生成射束的操作。隨后，系統(tǒng)10中的超聲信號(hào)通路40 (圖2)對(duì)從每個(gè)子陣列射束生成器130接收的 復(fù)合信號(hào)執(zhí)行另外的射束生成。因此，在探針20使用相對(duì)較少換能器元 件110來(lái)橫跨仰角方向的情況中已經(jīng)獲得的減少的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少了 必須從探針20耦合至底架12 (圖l)的信號(hào)的數(shù)量以及電纜22的厚度。雖然圖5示出的超聲成像探針20為換能器元件的每個(gè)子陣列使用了 各自的子陣列射束生成器130，但在成像探針20的其他例子中，還可僅 僅為同時(shí)激活的子陣列中的每個(gè)提供各自的子陣列射束生成器130。那 么，每個(gè)子陣列中的激活的換能器元件110可被多路復(fù)用到子陣列射束 生成器中的相應(yīng)的一個(gè)。雖然付出了增加多路復(fù)用器和多路復(fù)用器控制 電路的代價(jià)，通過(guò)使每個(gè)子陣列射束生成器130與多個(gè)子陣列交互，可 以減少子陣列射束生成器130的數(shù)目。圖6中詳細(xì)示出了一個(gè)子陣列射束生成器130。每個(gè)射束生成器130 起到包含在仰角方向上延伸的M個(gè)換能器元件和在方位方向上延伸的N 個(gè)換能器元件的換能器元件110的子陣列132的作用。超聲信號(hào)通路40 發(fā)出發(fā)射波形至探針20，如之前所討論的該波形將由發(fā)射延遲單元150 接收。超聲信號(hào)通路還可將延遲信息送至子陣列射束生成器。發(fā)射延遲 單元150以相應(yīng)的延遲值來(lái)延遲該發(fā)射波形，以將元件110發(fā)出的超聲 波聚焦在選定的深度，并任選地在方位和仰角方向的任一或兩者上操作 發(fā)出的超聲波。通過(guò)總線152將得到的延遲信號(hào)耦合至多通道發(fā)射放大 器154。放大器154提高該延遲信號(hào)，并通過(guò)總線156將其應(yīng)用到相應(yīng)的換能器元件no上。相應(yīng)于由各自換能器元件接收到的聲回波的電信號(hào)隨后通過(guò)總線160 耦合至多通道接收放大器164。如之前討論的，接收放大器164增大了較 低水平信號(hào)的幅值，并通過(guò)總線168將其應(yīng)用到接收延遲單元170上。 提供接收延遲單元170之一用于各個(gè)換能器元件110所接收的每個(gè)信號(hào)。 接收延遲單元170延遲該放大的接收信號(hào)，使接收的超聲波聚焦在選定 的深度。接收延遲單元170還可在方位和仰角方向的任一或兩者上操作接收的超聲波。延遲接收信號(hào)通過(guò)總線174耦合至求和電路176上，該 電路對(duì)來(lái)自接收延遲單元170的信號(hào)求和，以形成從換能器子陣列發(fā)出的一個(gè)復(fù)合信號(hào)。瞬間的復(fù)合信號(hào)表示出從選定深度和位置所接收到的超聲波。選定位置可在子陣列132的中心之下，或者，如果接收延遲單 元進(jìn)行方位或仰角操作的話，選定位置將偏離子陣列132的中心之下。雖然已經(jīng)參看公開(kāi)的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意 識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出多種形式和細(xì)節(jié)的修 改。例如，雖然已經(jīng)相對(duì)于方位和仰角方向描述了超聲成像探針20的方 向關(guān)系，但是可以理解這些指定均是隨意的。例如，可以認(rèn)為探針20在 仰角方向上是平面的而在方位方向上是向外彎曲的。同時(shí)，雖然已經(jīng)描 述換能器元件110是設(shè)置成在方位方向上延伸的行和在仰角方向上延伸 的列的，但這種描述是隨意的，行和列還可分別設(shè)置在仰角和方位方向 上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)常規(guī)技術(shù)獲得這些更改。因此，本發(fā)明僅僅 受到附屬的權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種超聲成像探針，包括呈現(xiàn)出發(fā)射束起始圖案的換能器主體，其在方位方向上基本上是平面的而在仰角方向上是向外彎曲的；安裝在換能器主體上的換能器元件的二維陣列，其在方位方向上延伸成行以及在仰角方向上延伸成列；與換能器元件的相應(yīng)子陣列相耦合的多個(gè)子陣列射束生成器，每個(gè)子陣列射束生成器可操作地將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用至相應(yīng)子陣列中的換能器元件上，以及延遲從相應(yīng)子陣列中的換能器元件所接收到的信號(hào)，以及將延遲的信號(hào)組合成復(fù)合信號(hào)；以及將復(fù)合信號(hào)耦合至超聲處理和顯示系統(tǒng)的通信鏈路。
2. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中子陣列射束生成器可操作來(lái) 以步進(jìn)的方式從一行或一組行或一列或一組列至下一個(gè)地將發(fā)射信號(hào)應(yīng) 用到換能器元件以及接收來(lái)自換能器元件的信號(hào)。
3. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中任何子陣列射束生成器還可 操作來(lái)在方位方向上操作由位于換能器元件陣列的方位末端的換能器元 件發(fā)射和接收的超聲射束，因而使探針的聲束圖延伸超過(guò)換能器元件陣列 的方位末端。
4. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中任何子陣列射束生成器還可 操作來(lái)在仰角方向上操作由位于換能器元件陣列的仰角末端的換能器元 件發(fā)射和接收的超聲射束，因而使探針的聲束圖延伸超過(guò)換能器元件陣列 的仰角末端。
5. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中任何子陣列射束生成器還可 操作來(lái)在方位方向上和仰角方向上操作由換能器元件發(fā)射和接收的超聲波。
6. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中通過(guò)陣列在仰角方向的物理 彎曲，發(fā)射束起始圖案在仰角方向上向外彎曲。
7. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，其中在方位方向上延伸的每個(gè)行 中的換能器元件的數(shù)目基本生大于在仰角方向上延伸的每個(gè)列中的換能 器元件的數(shù)目。
8. 權(quán)利要求1的超聲成像探針，還包括用來(lái)操作由陣列發(fā)射的射束的聲學(xué)透鏡，其中通過(guò)聲學(xué)透鏡在仰角方向上的操作，發(fā)射束起始圖案在仰角方 向上向外彎曲。
9. 一種超聲成像系統(tǒng)，包括 超聲成像探針，包括包括陣列換能器元件的換能器主體，這些換能器元件具有在方 位方向上基本上是平面的換能器元件的行和在仰角方向上是向外彎曲 的換能器元件的列，換能器元件發(fā)送射束，該射束在相對(duì)于其發(fā)射點(diǎn)上 的陣列的表面成正交和非正交的角度上是可操作的； 以及超聲信號(hào)通路，其通過(guò)通信鏈路將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用至在超聲成像探針 中的換能器元件并接收該換能器元件發(fā)出的信號(hào)，超聲信號(hào)通路將來(lái)自換 能器元件的被接收信號(hào)組合成圖像信號(hào)，該圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)于與超聲成像探 針相鄰的體積區(qū)域中的解剖結(jié)構(gòu)的圖像；以及耦合來(lái)接收超聲信號(hào)通路發(fā)出的圖像信號(hào)的顯示器，該顯示器可操 作來(lái)顯示體積圖像。
10. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中超聲信號(hào)通路可操作來(lái)以步 進(jìn)的方式從一行或一組行或一列或一組列到下一個(gè)地將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用至 換能器元件并接收來(lái)自該換能器元件的信號(hào)。
11. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中超聲成像探針還包括與換能 器元件的相應(yīng)子陣列相耦合的多個(gè)子陣列射束生成器，每個(gè)子陣列射束生 成器可操作來(lái)將發(fā)射信號(hào)應(yīng)用至相應(yīng)子陣列中的換能器元件上，每個(gè)子陣 列射束生成器還可操作來(lái)延遲所接收的來(lái)自相應(yīng)子陣列中的換能器元件 的信號(hào)，以及將延遲的信號(hào)組合成復(fù)合接收信號(hào)，該復(fù)合接收信號(hào)通過(guò)通 信鏈路耦合至超聲成像通路。
12. 權(quán)利要求ll的超聲成像系統(tǒng)，其中每個(gè)子陣列射束生成器包括 多個(gè)發(fā)射延遲單元，每個(gè)發(fā)射延遲單元響應(yīng)于接收的發(fā)射控制信號(hào)來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)；多個(gè)接收延遲單元，每個(gè)接收延遲單元產(chǎn)生相應(yīng)的延遲接收信號(hào)；以及求和電路，組合該延遲接收信號(hào)以提供復(fù)合接收信號(hào)。
13. 權(quán)利要求11的超聲成像系統(tǒng)，其中任何子陣列射束生成器還可 操作來(lái)在方位方向上操作由位于換能器元件陣列的方位末端的換能器元 件發(fā)射和接收的超聲射束，因而使超聲成像探針的聲束圖延伸超過(guò)換能器 元件陣列的方位末端。
14. 權(quán)利要求11的超聲成像系統(tǒng)，其中任何子陣列射束生成器還可 操作來(lái)在仰角方向上操作由位于換能器元件陣列的仰角末端的換能器元 件發(fā)射和接收的超聲射束，因而使超聲成像探針的聲束圖延伸超過(guò)換能器 元件陣列的仰角末端。
15. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中超聲信號(hào)通路可操作來(lái)對(duì)來(lái) 自換能器元件的接收信號(hào)執(zhí)行空間組合，因此顯示器可顯示空間組合的體 積圖像。
16. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中為換能器元件的每個(gè)子陣列 提供一個(gè)相應(yīng)的子陣列射束生成器。
17. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中在方位方向上延伸的每行中 的換能器元件的數(shù)目基本生大于在仰角方向上延伸的每列中的換能器元 件的數(shù)目。
18. 權(quán)利要求9的超聲成像系統(tǒng)，其中通信鏈路包括多導(dǎo)線電纜。
19. - -種提供體積區(qū)域內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的圖像的方法，該方法包括從二維陣列的換能器元件發(fā)射超聲波進(jìn)入體積區(qū)域中，超聲波從陣 列的各個(gè)方向進(jìn)行發(fā)射，當(dāng)正交于陣列表面來(lái)操作該超聲波時(shí)，其在方位方向上是平行的并在仰角方向上是發(fā)散的；用二維陣列接收來(lái)自體積區(qū)域的超聲回波；用與換能器元件的子陣列相耦合的子陣列射束生成器來(lái)處理所接收 到的回波；將處理過(guò)的回波耦合至超聲圖像處理和顯示系統(tǒng)；以及 處理該處理過(guò)的回波，以產(chǎn)生體積區(qū)域內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的圖像。
20. 權(quán)利要求19的方法，還包括將由位于陣列方位末端附近的陣列元件所發(fā)出的超聲波從與陣列相正交的方向傳送到在方位方向上發(fā)散的方向上。 21.權(quán)利要求19的方法，還包括將由位于陣列仰角末端附近的陣列元件所發(fā)出的超聲波從與陣列相 正交的方向傳送到在仰角方向上發(fā)散的方向上。
全文摘要
一種超聲成像系統(tǒng)，包括具有換能器元件陣列的成像探針，這些換能器元件在方位方向上是平面的和較為細(xì)長(zhǎng)的，在仰角方向上是向外彎曲的。因此，當(dāng)換能器元件以步進(jìn)方式進(jìn)行掃描時(shí)，探針的聲波圖在仰角方向上發(fā)散。因而盡管使用了較少的換能器元件，探針仍可在近場(chǎng)中獲得較大的視野。該探針還包括子陣列射束生成器來(lái)延遲相應(yīng)的子陣列中的換能器元件發(fā)射和接收的信號(hào)。接收信號(hào)被耦合至成像系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括將接收到的信號(hào)處理成與體積圖像對(duì)應(yīng)的信號(hào)的信號(hào)通路。隨后與信號(hào)通路相耦合的顯示器可顯示與換能器元件陣列相鄰的體積區(qū)域中的解剖特征的體積圖像。
文檔編號(hào)B06B1/06GK101238390SQ200680029190
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者R·戴維森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司