超聲成像系統存儲器架構的制作方法
【專利說明】超聲成像系統存儲器架構
[0001]與申請相關的交叉引用
[0002]本申請要求享有2012年8月21日提交的名稱為“超聲成像系統存儲器架構”的美國臨時專利申請案號61/691，717的優先權，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，其程度如同具體地和單獨地指示為包括每個單獨公開或專利申請以作參考。
技術領域
[0005]本公開概括地涉及超聲成像系統，并且更特別地涉及使用原始回聲數據存儲器設備的超聲成像系統。
【背景技術】
[0006]在傳統的超聲成像中，超聲能量的聚焦束傳送至待檢查的人體組織中，并且探測和繪制返回的回聲以形成圖像。盡管超聲已經廣泛用于診斷目的，傳統的超聲已經大大受限于掃描的深度、斑點噪聲、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，每一個可以單獨地被施加脈沖。通過改變超聲脈沖的定時(例如通過沿著“行(row)”的順序逐個被施加脈沖)，設置了結構相長干涉的模式，導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對象。來自多個束的數據隨后組合以形成顯示穿過對象的切片的可見圖像。
[0008]傳統上，使用用于發送超聲束的相同換能器或陣列以探測返回聲波。該設計配置結構導致在出于醫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橫向分辨率，但是涉及孔徑尺寸增大的實際問題已經使得孔徑保持小型。無疑地，即便具有該限制，超聲成像已經非常有用，但是其具有更好分辨率將更有效。
【發明內容】
[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發送未聚焦聲脈沖(Ping)超聲脈沖以聲穿透感興趣區域，實時產生感興趣區域的第一區段的第一圖像，在存儲器設備中存儲從聲穿透區域收到的回聲數據，在存儲步驟之后從存儲器設備檢索回聲數據，以及處理回聲數據以形成感興趣區域的第二區段的第二圖像，其中第二區段覆蓋第一區段中未存在的感興趣區域的一部分。
[0010]在一些實施例中，產生步驟包括使用第一組波束成形參數，以及處理步驟包括使用不同于第一組波束成形參數的第二組波束成形參數。[0011 ] 在一個實施例中，第二圖像具有比第一圖像更高的像素分辨率。在另一實施例中，第二圖像覆蓋了第一區段內感興趣區域的一部分。在一些實施例中，感興趣區域的第一區段和第二區段完全未重疊。
[0012]在一些實施例中，方法進一步包括處理回聲數據以形成感興趣區域的第三區段的第三圖像，其中第三圖像覆蓋了第二圖像中未存在的感興趣區域的一部分，以及同時顯示第二圖像和第三圖像。
[0013]在一些實施例中，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]在一些實施例中，形成第二圖像和形成第三圖像進一步包括組合多個圖像層，每個圖像成對應于發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目的圖像層。
[0015]在一個實施例中，方法進一步包括測量在第二圖像中可見的對象。
[0016]也提供了一種處理超聲數據的方法，包括以下步驟，從第一非易失性數字存儲器設備檢索第一數據集合，第一數據集合包括發送孔徑的位置和朝向信息，從第二非易失性數字存儲器設備檢索第二數據集合，第二數據集合包括一系列超聲回聲串，每個超聲回聲串包括與負責產生回聲數據的發送孔徑相關聯的回聲數據，從第一數據集合確定發送孔徑的發送位置，從第二數據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而波束成形第二數據集合以產生目標對象的第一組圖像。
[0017]在一些實施例中，方法進一步包括，調整至少一個波束成形參數以形成第二組波束成形參數，以及使用第二組波束成形參數而波束成形第二數據集合以產生目標對象的第二組圖像。
[0018]在一個實施例中，至少一個波束成形參數是目標對象中的聲速。在另一實施例中，至少一個波束成形參數是發送孔徑的發送換能器元件、或者接收孔徑的接收換能器元件的位置。在額外實施例中，至少一個波束成形參數是權重因子。
[0019]在一些實施例中，方法進一步包括，限定目標對象的圖像窗口，以及波束成形第二數據集合以產生目標對象的圖像窗口的第二組圖像。
[0020]在一些實施例中，圖像窗口覆蓋了第一組圖像內的區域并且小于第一組圖像的總面積，方法進一步包括測量在第二組圖像中可見的結構的尺寸。
[0021]在另一實施例中，方法包括基于由第二數據集合形成圖像而向顯示器添加m-模式線。
[0022]在其他實施例中，方法進一步包括調整用于相干(coherently)和非相干地(incoherently)組合圖像的算法。
[0023]在一些實施例中，產生第一組圖像進一步包括，組合第一多個圖像層以形成第一組幀，每個圖像層對應于發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]在其他實施例中，方法包括，波束成形第二數據組合以產生目標部分的第二組圖像，包括組合第二多個圖像層以形成第二組幀，每個圖像層對應于發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，包括具有多個發送換能器元件和多個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送換能器元件傳輸超聲脈沖的發送控制電子器件，配置用于從接收換能器元件接收對應于超聲脈沖回聲的回聲信號的接收器電子器件，以及與接收器電子器件電通信的原始數據存儲器，原始數據存儲器包含表示至少一個發送元件標識的數字數據、至少一個發送元件發送超聲脈沖的時刻、以及表示來自超聲脈沖的回聲振幅的一系列數據點。
[0026]在一些實施例中，系統包括與原始數據存儲器電子通信的波束成形器，波束成形器配置以從原始數據存儲器檢索回聲數據并且從檢索到的回聲數據形成圖像。
[0027]提供了一種超聲圖像處理計算設備，包括，處理器，包含處理代碼的第一非易失性存儲器設備，包含與發送孔徑相關聯的超聲回聲數據，并且包含相對于接收孔徑的接收換能器元件限定所述發送孔徑的發送換能器元件的聲學位置的換能器元件位置數據的第二非易失性存儲器設備，其中處理器配置以執行在第一非易失性存儲器設備中的處理代碼，以從第二存儲器設備檢索超聲回聲數據，以及通過基于換能器元件位置數據而波束成形回聲數據從而形成圖像。
[0028]在一些實施例中，該設備并未電子或物理地連接至包含發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，從至少一個發送元件發送超聲聲脈沖至患者體中，在原始數據存儲器中存儲關于超聲聲脈沖的發送信息，采用至少一個接收元件接收對應于超聲聲脈沖的回聲，在多個采樣點處采樣回聲以產生包含信號幅度和時間戳項目的數字記錄，并且在原始數據存儲器中存儲用于每個采樣點的數字記錄。
[0030]在一些實施例中，該方法進一步包括從數字記錄形成超聲圖像。
[0031]在另一實施例中，該方法包括，執行發送和接收元件的校準操作以獲得更新的校準數據，并且使用更新的校準數據處理數字記錄以形成超聲圖像。
【附圖說明】
[0032]采用以下權利要求中的特性闡述了本發明的創新性特征。通過參考列出示意性實施例的以下詳細說明書，將獲得對于本發明特征和優點的更好理解，其中采用了本發明的原理，并且其附圖:
[0033]圖1是多孔徑超聲成像探頭和待成像的網格點的示意圖。
[0034]圖2是配置用于捕捉原始回聲數據的超聲成像系統控制面板的一個實施例的透視圖。
[0035]圖3是示出了配置用于本地原始回聲數據捕捉的超聲成像系統的一個實施例的數個功能部件的結構圖。
[0036]圖4是示出了配置用于遠程原始回聲數據捕捉的超聲成像系統的一個實施例的數個功能部件的結構圖。
[0037]圖5是示出了用于捕捉和記錄原始回聲數據的過程的一個實施例的流程圖。
[0038]圖6是示出了從業者可以由此利用在先前現場成像階段期間捕捉的原始回聲數據的過程的實施例的流程圖。
[0039]圖7是示出了成像系統由此可以處理并顯示在先前現場成像階段期間捕捉的原始回聲數據的過程的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0040]將參照附圖詳細描述各個實施例。參照特定示例和實施方式是為了示意性目的，并且并非意在限定本發明或權利要求的范圍。
[0041]介紹和定義
[0042]盡管在此參照解剖學結構的各個超聲成像描述了各個實施例，應該理解的是在此所示和所述的許多方法和設備也可以用于其他應用中，諸如對非解剖結構和對象的成像和評測。例如，在此所述的探頭、系統和方法可以用于各個機械對象、結構化對象或材料的非破壞性測試或評測，諸如焊接、管線、梁、板、壓力容器、層狀結構等等。以下各個實施例包括用于使用了配置用于存儲原始、未波束成形超聲數據以用于后續波束成形并且處理為圖像數據的超聲成像系統的系統和方法。該系統允許使用超聲成像系統的許多獨特方法。
[0043]如在此使用的術語“超聲換能器”和“換能器”可以承載如超聲成像技術的本領域技術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將電信號轉換為超聲信號和/或反之亦然的任何單個部件。例如，在一些實施例中，超聲換能器可以包括壓電設備。在一些其他實施例中，超聲換能器可以包括電容性微機械加工的超聲換能器(CMUT)。
[0044]換能器通常配置在多個單獨換能器元件的陣列中。如在此使用的，術語“換能器陣列”或“陣列”通常涉及安裝至常規背板的換能器元件的集合。這些陣列可以具有一個維度(ID)、兩個維度(2D)、1.X維度(1.XD)或三維(3D)。也可以使用本領域技術人員所理解的其他維度陣列。也可以使用環形陣列，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，每個元件可以是單個壓電晶體或壓電晶體的單個機械加工區段。
[0045]如在此使用的，術語“發送元件”和“接收元件”可以承載如超聲成像技術領域的技術人員所理解的它們原始含義。術語“發送元件”可以不受限地涉及至少即刻執行其中電信號轉換為超聲信號的發送功能的超聲換能器元件。類似的，術語“接收元件”可以不受限地涉及至少即刻執行其中將沖擊在元件上的超聲信號轉換為電信號的接收功能的超聲換能器元件。將超聲發送至媒介中在此也可以稱作“聲穿透”。反射超聲波的對象或結構可以稱作“反射體”或“散射體”。
[0046]如在此使用的，術語“孔徑”可以涉及可以穿過其發送和/或接收超聲信號的概念性“開口”。在實際中，孔徑簡單的是單個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]應該注意的是，在此使用術語“接收孔徑”、“聲穿透孔徑”和/或“發送孔徑”以意味著單個元件、陣列內元件的群組、或甚至具有共用外殼的整個陣列，其執行從期望的物理觀測點或孔徑的期望發送或接收功能。在一些實施例中，這些發送和接收孔徑可以被創建為具有專用功能的物理分立的部件。在其他實施例中，如果需要的話可以動態地電子地限定任意數目的發送和/或接收孔徑。在其他實施例中，多孔徑超聲成像系統可以使用專用功能和動態功能孔徑的組合。
[0048]如在此使用的，術語“總孔徑”涉及所有成像孔徑的總累積尺寸。換言之，術語“總孔徑”可以涉及由用于特定成像周期的發送和/或接收元件的任何組合的最遠換能器元件之間最大距離所限定的一個或多個維度。因此，總孔徑由對于特定周期指定作為發送或接收孔徑的任意數目子孔徑構成。在單孔徑成像設置的情形中，總孔徑、子孔徑、發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]在一些實施例中，兩個孔徑可以在連續陣列上相互鄰接。在另外其他實施例中，兩個孔徑可以在連續陣列上相互重疊，以使得至少一個元件功能用作兩個分立孔徑的一部分。可以以對于特定應用所需的任何方式動態地限定孔徑的位置、功能、元件數目以及物理尺寸。以下將討論對于特定應用的對于這些參數的約束，和/或這些約束對于本領域技術人員是清楚的。
[0050]在此所述的元件和陣列也可以是多功能的。也即，在一個實例中指定換能器元件或陣列作為發射器并不排除它們在下一個實例中立即重新指定作為接收器。此外，控制系統的實施例在此包括用于基于用戶輸入、預設的掃描或分辨率標準或其他自動確定的標準而電子地做出這些指定的能力。
[0051 ] 如在此使用的，術語“點源傳輸”或“聲脈沖”可以涉及將發送的超聲能量從單個空間位置引入媒介中。這可以使用單個超聲換能器元件或者作為單個發送孔徑一起發送的相鄰換能器元件的組合而實現。來自點源發送孔徑的單個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切片內的均勻的圓形波前。在一些情形中，來自點源發送孔徑的圓形或球形波前的單個傳輸可以在此稱作“聲脈沖”或“點源脈沖”。
[0052]如在此使用的，短語“像素分辨率”涉及對圖像中大量像素的測量，并且可以表示為兩個正整數，第一個涉及多個像素列(圖像寬度)并且第二個涉及多個像素行(圖像高度)。備選地，像素分辨率可以根據像素的總數目(例如行數目與列數目的乘積)、每單元長度的像素數目、或者每單位面積的像素數目而表示。如在此使用的“像素分辨率”區分于術語“分辨率”的其他使用，其涉及圖像中可見細節的水平。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節的水平，獨立于該平面的圖