任意路徑的m模式超聲成像的制作方法

任意路徑的m模式超聲成像的制作方法
【專利摘要】M模式超聲成像的系統(tǒng)和方法允許沿著用戶定義的路徑的M模式成像。在各種實(shí)施例中，用戶定義的路徑可以是非線性路徑或者彎曲路徑。在一些實(shí)施例中，一種用于M模式超聲成像的系統(tǒng)可以包括至少具有第一發(fā)射孔徑和第二接收孔徑的多孔徑探頭。接收孔徑可以與發(fā)射孔徑分離。在一些實(shí)施例中，發(fā)射孔徑可以被配置為向感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的、球形的超聲ping信號(hào)。用戶定義的路徑可以定義感興趣區(qū)域內(nèi)的感興趣結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】任意路徑的M模式超聲成像
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年12月29日提交的、題為〃M_Mode Ultrasound Imaging OfArbitrary Paths"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/581，583以及于2012年8月21日提交的、題為〃Raw Data Memory Architecture〃的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/691，717的權(quán)益,二者通過(guò)引用而結(jié)合于此。
[0003]通過(guò)引用的結(jié)合
[0004]在本說(shuō)明書(shū)中提到的所有出版物和專利申請(qǐng)通過(guò)引用而結(jié)合于此，如同每份單獨(dú)出版物或者專利申請(qǐng)被特別地和單獨(dú)地指示為通過(guò)引用而結(jié)合。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明總體上涉及超聲成像，并且更特別地涉及任意路徑的M模式成像。

【背景技術(shù)】
[0006]常規(guī)超聲(或者如這里所用的“基于掃描線”的超聲)利用相控陣列控制器來(lái)產(chǎn)生和導(dǎo)引基本上線性的發(fā)射波形。為了產(chǎn)生B模式圖像，可以產(chǎn)生和導(dǎo)引這樣的線性波形(或者“掃描線”)的序列以便跨越興趣區(qū)域掃描。沿著每個(gè)相應(yīng)的掃描線接收回波。然后可以組合來(lái)自完整掃描的單獨(dú)掃描線以形成完整圖像(有時(shí)稱為“扇形掃描”圖像)。
[0007]—種稱為M模式(或者運(yùn)動(dòng)模式)成像的顯示方法常用于其中希望查看經(jīng)成像的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)的心臟病學(xué)和其它領(lǐng)域。在一些M模式成像形式中，相對(duì)于靜態(tài)參考點(diǎn)隨時(shí)間顯示來(lái)自一維線的回波以便允許臨床醫(yī)生評(píng)估特定結(jié)構(gòu)(比如心壁或者心瓣(valve))隨時(shí)間的移動(dòng)。由于傳統(tǒng)基于掃描線的超聲路徑是有向的(沿著掃描線軸)，所以可用的M模式線往往限于沿著掃描線的路徑。
[0008]一般而言，M模式成像提供體內(nèi)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的位置和移動(dòng)的圖形指示。在一些情況下，以高幀率發(fā)射單個(gè)靜止聚焦的聲束并且并排顯示所得M模式圖像或者線，從而提供心臟在多個(gè)心臟周期的功能的指示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一種定義和顯示用于在超聲成像系統(tǒng)中顯示的m模式路徑的方法，該方法包括:從發(fā)射換能器元件向包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)；使用至少一個(gè)接收換能器元件接收回波；從所接收的回波產(chǎn)生感興趣區(qū)域的圖像；向用戶顯示包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域的圖像；定義經(jīng)過(guò)感興趣結(jié)構(gòu)的一個(gè)像素寬的路徑，其中該路徑不沿著與發(fā)射換能器元件或者接收換能器元件相交的線放置；并且顯示沿著路徑的像素隨時(shí)間的量值(magnitude)圖。
[0010]在一些實(shí)施例中，路徑為非線性的。在其它實(shí)施例中，路徑具有至少一個(gè)彎曲段。在一個(gè)實(shí)施例中，路徑具有至少一個(gè)線性段和至少一個(gè)彎曲段。在另一實(shí)施例中，路徑具有以除180度之外的角度相交的至少兩個(gè)線性段。在一些實(shí)施例中，路徑具有至少兩個(gè)非連續(xù)段。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射換能器元件位于與包含至少一個(gè)接收換能器元件的陣列分離的物理?yè)Q能器陣列上。
[0012]在另一實(shí)施例中，發(fā)射換能器被配置為向感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的ping超聲信號(hào)。
[0013]在一些實(shí)施例中，該方法還包括:使用至少一個(gè)接收換能器元件從整個(gè)感興趣區(qū)域接收回波；使用第二接收換能器元件從整個(gè)感興趣區(qū)域接收回波；并且通過(guò)組合在第一換能器元件和第二換能器元件處接收的回波來(lái)產(chǎn)生感興趣區(qū)域的圖像。
[0014]在一些實(shí)施例中，與所述發(fā)射和接收基本上同時(shí)執(zhí)行定義經(jīng)過(guò)感興趣結(jié)構(gòu)的路徑。
[0015]在另一實(shí)施例中，發(fā)射換能器被配置為聲穿透(insonify)相控陣列掃描線。
[0016]也提供一種超聲成像方法，該方法包括:向感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)并且使用超聲探頭(probe)接收所發(fā)射的超聲信號(hào)的回波；定義第一圖像窗口作為感興趣區(qū)域的一部分；標(biāo)識(shí)與在第一圖像窗口中可見(jiàn)的特征相交的M模式路徑；與第一圖像窗口的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示代表M模式路徑的數(shù)據(jù)；定義第二圖像窗口作為感興趣區(qū)域的與第一圖像窗口不同的一部分；并且與第二圖像窗口的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示代表M模式路徑的數(shù)據(jù)。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，在實(shí)況的、實(shí)時(shí)的成像時(shí)期期間執(zhí)行所有的方法步驟。
[0018]在另一實(shí)施例中，M模式路徑包括至少一個(gè)非線性段。在一個(gè)實(shí)施例中，M模式路徑不是與探頭相交的線。
[0019]在另一實(shí)施例中，使用從原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)備取回的存儲(chǔ)的原始回波數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行所有的方法步驟。
[0020]在一些實(shí)施例中，第一圖像窗口小于第二圖像窗口并且完全位于第二圖像窗口內(nèi)。在另一實(shí)施例中，第二圖像窗口不與第一圖像窗口重疊。
[0021]在附加實(shí)施例中，該方法還包括同時(shí)與第一圖像窗口和第二窗口兩者的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示M模式路徑的數(shù)據(jù)。
[0022]在一些實(shí)施例中，M模式路徑具有至少兩個(gè)非連續(xù)段。
[0023]也提供一種多孔徑M模式超聲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:發(fā)射換能器元件，被配置為向包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)；與發(fā)射換能器元件分離的接收換能器元件，該接收換能器元件被配置為從超聲信號(hào)接收回波；控制器，被配置為從所接收的回波產(chǎn)生感興趣區(qū)域的圖像；輸入機(jī)制，被配置為接收用戶輸入，該用戶輸入定義經(jīng)過(guò)感興趣結(jié)構(gòu)的一個(gè)像素寬的路徑，其中該路徑不沿著與發(fā)射換能器元件或者接收換能器元件相交的線放置；以及顯示器，被配置為顯示包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域，該顯示器還被配置為顯示沿著路徑的像素隨時(shí)間的量值圖。
[0024]在一些實(shí)施例中，發(fā)射換能器被配置為向感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的ping超聲信號(hào)。
[0025]在另一實(shí)施例中，發(fā)射換能器被配置為向感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的球形ping超聲信號(hào)。在一些實(shí)施例中，發(fā)射換能器被配置為聲穿透相控陣列掃描線。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]在隨后的權(quán)利要求中具體闡述本發(fā)明的新穎特征。將通過(guò)參照以下詳細(xì)描述和附圖來(lái)獲得對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，以下詳細(xì)描述闡述了其中利用本發(fā)明的原理的說(shuō)明性實(shí)施例，在附圖中:
[0027]已經(jīng)因此概括了本發(fā)明的主要性質(zhì)，其實(shí)施例和修改將從以下參照附圖的詳細(xì)描述中變得對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。
[0028]圖1A是圖示超聲成像系統(tǒng)的部件的框圖。
[0029]圖1B是圖示超聲成像系統(tǒng)的另一實(shí)施例的框圖。
[0030]圖2是多孔徑超聲成像探頭的截面圖。
[0031]圖3是使用點(diǎn)源發(fā)射信號(hào)的多孔徑超聲成像過(guò)程的示意圖。
[0032]圖4A是具有經(jīng)過(guò)成像的對(duì)象的一部分定義的M模式路徑的B模式超聲圖像的圖示。
[0033]圖4B是數(shù)據(jù)沿著圖4A的M模式路徑的M模式圖形的圖示。
[0034]圖5A是具有經(jīng)過(guò)成像的對(duì)象的一部分定義的多個(gè)M模式路徑的B模式超聲圖像的圖示。
[0035]圖5B是數(shù)據(jù)沿著圖5A的多個(gè)M模式路徑的M模式圖形的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0036]在傳統(tǒng)超聲系統(tǒng)中，通過(guò)組合來(lái)自作為相控陣列掃描線發(fā)射的一系列脈沖的回波來(lái)生成圖像。在這樣的基于掃描線的超聲成像系統(tǒng)中，用戶接口使用的坐標(biāo)系通常沿著掃描線放置。結(jié)果，在這樣的系統(tǒng)中，用于選擇M模式線的用戶接口通常涉及到選擇掃描線之一的期望段。然而，需要將掃描線用作M模式線意味著聲譜儀操作者(sonographer)必須定位和保持探頭，以使得掃描線中的至少一個(gè)掃描線與期望M模式線所經(jīng)過(guò)的解剖特征相交。在實(shí)踐中，這可能是困難的和/或費(fèi)時(shí)的，并且可能限制視野。
[0037]以下實(shí)施例提供用于沿著未必沿著超聲掃描線放置的任意和/或用戶定義的路徑基本上實(shí)時(shí)地獲得M模式數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。在一些實(shí)施例中，路徑可以是一維直線。在其它實(shí)施例中，路徑可以包括曲折圖案、彎曲路徑或者任何其它非線性路徑。如這里所用，術(shù)語(yǔ)“一維的”可以是指無(wú)論是線性的、彎曲的還是以其它方式成形的窄路徑。在一些實(shí)施例中，一維路徑可以具有單個(gè)顯示像素的寬度。在其它實(shí)施例中，一維路徑可以具有大于一個(gè)顯示像素(例如2個(gè)或3個(gè)像素)的寬度，但是仍然可以具有明顯大于它的寬度的長(zhǎng)度。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的那樣，在表示的對(duì)象的實(shí)際尺度與圖像像素之間的關(guān)系可以是由成像系統(tǒng)定義的任何值。在一些實(shí)施例中，M模式路徑未必是直線并且可以包括在掃描平面內(nèi)的任何方向上的分量。
[0038]在一些實(shí)施例中，超聲成像系統(tǒng)可以被配置為獲得三維(3D)圖像數(shù)據(jù)，在該情況下，可以從顯示的3D體積選擇M模式路徑。例如，可以通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)3D體積的期望平面并且然后使用這里描述的系統(tǒng)和方法中的任何系統(tǒng)和方法在所選擇的2D平面內(nèi)定義M模式路徑來(lái)在3D體積中定義M模式路徑。
[0039]用于指定和顯示任意M模式線的系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施例可以與基于ping的和/或多孔徑超聲成像系統(tǒng)結(jié)合使用。在其它實(shí)施例中，如這里示出和描述的用于指定和顯示任意M模式線的系統(tǒng)和方法也可以與基于掃描線的成像系統(tǒng)結(jié)合使用。
[0040]超聲成像系統(tǒng)部件
[0041]圖1A是圖示可以與M模式成像系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施例一起使用的超聲成像系統(tǒng)的部件的框圖。圖1A的超聲系統(tǒng)10可以特別適合用于基于掃描線的成像并且可以被配置用于獲取實(shí)時(shí)的心臟圖像作為2D斷層切片或者作為體積圖像數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以包括被配置為控制其它系統(tǒng)部件的中央控制器/處理器，這些其它系統(tǒng)部件包括探頭12，該探頭包括一個(gè)或者多個(gè)換能器陣列，該一個(gè)或者多個(gè)換能器陣列的元件可以發(fā)射和/或接收超聲信號(hào)。在一些實(shí)施例中，(多個(gè))換能器陣列可以包括從任何適當(dāng)?shù)膿Q能器材料形成的1D、2D或者其它維度的陣列。探頭一般可以被配置為發(fā)射超聲波并且接收超聲回波信號(hào)。在一些實(shí)施例中，這樣的發(fā)射和接收可以由可以包括波束成形器14的控制器來(lái)控制。來(lái)自波束成形器14的回波信息然后可以由B模式處理器20和/或如需要的其它專用處理器(例如，多普勒處理器、對(duì)比度信號(hào)處理器、彈性成像處理器等)來(lái)處理。
[0042]B模式處理器20可以被配置為執(zhí)行功能，這些功能包括但不限于濾波、頻率和空間混合、諧波數(shù)據(jù)處理和其它B模式功能。在一些實(shí)施例中，然后可以經(jīng)過(guò)掃描轉(zhuǎn)換器24傳遞經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，該掃描轉(zhuǎn)換器被配置為在幾何上將來(lái)自由相控陣列掃描探頭使用的線性或者極性幾何體的數(shù)據(jù)校正成在每個(gè)維度中具有適當(dāng)縮放的笛卡爾格式(x、y或者x、y、z)。在一些實(shí)施例(比如以下參照?qǐng)D2和圖3描述的實(shí)施例)中，可以從系統(tǒng)省略掃描轉(zhuǎn)換器24。
[0043]用于每個(gè)2D圖像或者3D體積的數(shù)據(jù)然后可以被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器28中。存儲(chǔ)器28可以是被配置為存儲(chǔ)數(shù)秒上至數(shù)分鐘或者更多的2D或者3D回波圖像數(shù)據(jù)的易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器。視頻處理器26可以被配置為取得在存儲(chǔ)器28中存儲(chǔ)的回波數(shù)據(jù)以及來(lái)自中央控制器16的指令以形成包括任何添加的圖形疊加和/或文本標(biāo)注(例如患者信息)的視頻圖像。經(jīng)處理的視頻數(shù)據(jù)然后可以被傳遞到顯示器30用于向操作者呈現(xiàn)。中央控制器16可以指引視頻處理器26以顯示最新獲取的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)作為實(shí)時(shí)顯示，或者它可以重放較舊的存儲(chǔ)的2D切片或者3D體積數(shù)據(jù)的序列。
[0044]M模式處理器235也可以被提供用于從用戶接口接收M模式路徑的定義并且用于形成以期望的輸出格式顯示所選擇的M模式數(shù)據(jù)的圖像。在一些實(shí)施例中，M模式處理器235也可以包括用于存儲(chǔ)所定義的M模式路徑的(易失性或者非易失性)存儲(chǔ)器設(shè)備。在一些實(shí)施例中，M模式處理器235可以在邏輯上位于圖1A的圖中的視頻處理器26與顯示器30之間。在其它實(shí)施例中，M模式處理器235可以是向視頻處理器26或者系統(tǒng)的另一部件中構(gòu)建的功能集。
[0045]圖1B圖示了包括超聲探頭202的超聲成像系統(tǒng)200的另一實(shí)施例，該超聲探頭可以包括多個(gè)單獨(dú)超聲換能器元件，這些單獨(dú)超聲換能器元件中的一些單獨(dú)超聲換能器元件可以被指派為發(fā)射元件，而這些單獨(dú)超聲換能器元件中的其它單獨(dú)超聲換能器元件可以被指派為接收元件。在一些實(shí)施例中，每個(gè)探頭換能器元件可以將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成時(shí)變電信號(hào)，反之亦然。在一些實(shí)施例中，探頭202可以包括具有任何期望配置的任何數(shù)目的超聲換能器陣列。與這里描述的系統(tǒng)和方法結(jié)合使用的探頭202可以具有如期望的任何配置，包括單孔徑探頭和多孔徑探頭。
[0046]超聲信號(hào)從探頭202的元件的發(fā)射可以由發(fā)射控制器204控制。在接收發(fā)射信號(hào)的回波時(shí)，探頭元件可以生成與所接收的超聲振動(dòng)對(duì)應(yīng)的時(shí)變電信號(hào)?？梢詮奶筋^202輸出并且向接收子系統(tǒng)210發(fā)送代表所接收的回波的信號(hào)。在一些實(shí)施例中，接收子系統(tǒng)可以包括多個(gè)通道，這些通道中的每個(gè)通道可以包括模擬前端設(shè)備(“AFE”)212和模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備(ADC)214。在一些實(shí)施例中，接收子系統(tǒng)210的每個(gè)通道也可以包括在ADC214之后的數(shù)字濾波器和數(shù)據(jù)調(diào)理器(未示出)。在一些實(shí)施例中，也可以提供在ADC214之前的模擬濾波器。每個(gè)ADC214的輸出可以被引向原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)備220中。在一些實(shí)施例中，可以提供接收子系統(tǒng)210的獨(dú)立通道用于探頭202的每個(gè)接收換能器元件。在其它實(shí)施例中，兩個(gè)或者更多個(gè)換能器元件可以共享公共接收通道。
[0047]在一些實(shí)施例中，模擬前端設(shè)備212 (AFE)可以在向模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備214 (ADC)傳遞信號(hào)之前執(zhí)行某些濾波過(guò)程。ADC214可以被配置為以某一預(yù)定采樣率將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)。不同于多數(shù)超聲系統(tǒng)，圖1B的超聲成像系統(tǒng)的一些實(shí)施例然后可以在執(zhí)行任何進(jìn)一步的波束成形、濾波、圖像層組合或者其它圖像處理之前在原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)備220中存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)代表由每個(gè)單獨(dú)接收元件接收的超聲回波信號(hào)的時(shí)序、相位、量值和/或頻率。
[0048]為了將所捕獲的數(shù)字采樣轉(zhuǎn)換成圖像、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像，數(shù)據(jù)可以被圖像生成子系統(tǒng)230從原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器220取回。如所示出的，圖像生成子系統(tǒng)230可以包括波束成形塊232和圖像層組合(“ILC”)塊234。在一些實(shí)施例中，波束成形器232可以與包含探頭校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)存儲(chǔ)器238通信。探頭校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以包括關(guān)于精確的聲學(xué)位置、操作質(zhì)量的信息和/或關(guān)于單獨(dú)探頭換能器元件的其它信息。校準(zhǔn)存儲(chǔ)器238可以在物理上位于探頭內(nèi)、成像系統(tǒng)內(nèi)或者探頭和成像系統(tǒng)二者之外的位置中。
[0049]在一些實(shí)施例中，在穿過(guò)圖像生成塊230之后，圖像數(shù)據(jù)然后可以被存儲(chǔ)于圖像緩沖存儲(chǔ)器236中，該圖像緩沖存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)經(jīng)波束成形和(在一些實(shí)施例中)經(jīng)層組合的圖像幀。在視頻子系統(tǒng)240內(nèi)的視頻處理器242然后可以從圖像緩沖器取回圖像幀，并且可以將圖像處理成可以在視頻顯示器244上顯示和/或在視頻存儲(chǔ)器246中被存儲(chǔ)為數(shù)字視頻剪輯(例如，在本領(lǐng)域中被稱為“電影回放”)的視頻流。
[0050]M模式處理器235也可以被提供用于從用戶接口接收M模式路徑的定義并且用于形成以期望的輸出格式顯示所選擇的M模式數(shù)據(jù)的圖像。在一些實(shí)施例中，M模式處理器235也可以包括用于存儲(chǔ)所定義的M模式路徑的(易失性或者非易失性)存儲(chǔ)器設(shè)備。在一些實(shí)施例中，M模式處理器235可以在邏輯上位于圖1B的圖中的圖像緩沖器236與視頻處理器242之間。在其它實(shí)施例中，M模式處理器235可以是向圖像生成子系統(tǒng)230或者視頻處理器242或者系統(tǒng)的任何其它適當(dāng)部件中構(gòu)建的功能集。
[0051]在一些實(shí)施例中，可以使用除超聲成像系統(tǒng)之外的設(shè)備來(lái)取回、波束成形在存儲(chǔ)器設(shè)備中存儲(chǔ)的原始回波數(shù)據(jù)、將原始回波數(shù)據(jù)處理成圖像并且在顯示器上顯示。例如，這樣的系統(tǒng)可以省略圖1B的探頭202、發(fā)射控制器204和接收子系統(tǒng)210而包括其余部件。可以主要以在通用計(jì)算硬件上運(yùn)行的軟件來(lái)實(shí)施這樣的系統(tǒng)。這樣的備選處理硬件可以包括桌面型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、智能電話、服務(wù)器或者任何其它通用數(shù)據(jù)處理硬件。
[0052]基于Ping的成像的介紹
[0053]將與這里描述的系統(tǒng)和方法結(jié)合使用的超聲成像系統(tǒng)的一些實(shí)施例可以在發(fā)射脈沖期間使用超聲信號(hào)的點(diǎn)源發(fā)射。從點(diǎn)源發(fā)射的超聲波陣面(這里也稱為“ping”)使用每個(gè)圓形或者球形波陣面照射整個(gè)感興趣區(qū)域。來(lái)自由單個(gè)接收換能器元件接收的單個(gè)Ping的回波可以被波束成形以形成經(jīng)聲穿透的感興趣區(qū)域的完整圖像。通過(guò)組合來(lái)自跨寬探頭的多個(gè)接收換能器的數(shù)據(jù)和圖像，并且通過(guò)組合來(lái)自多個(gè)Ping的數(shù)據(jù)，可以獲得很高分辨率的圖像。
[0054]如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“點(diǎn)源發(fā)射”和“ping”可以指代從單個(gè)空間位置向介質(zhì)中引入發(fā)射的超聲能量。這可以使用單個(gè)超聲換能器元件或者一起發(fā)射的相鄰換能器元件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)自一個(gè)或者多個(gè)元件的單個(gè)發(fā)射可以與均勻球形波陣面近似，或者在對(duì)2D切片進(jìn)行成像的情況下，可以在2D切片內(nèi)創(chuàng)建均勻圓形波陣面。在一些情況下，來(lái)自點(diǎn)源發(fā)射孔徑的圓形或者球形波陣面的單個(gè)發(fā)射這里可以被稱為“ping”或者“點(diǎn)源脈沖”或者“未經(jīng)聚焦的脈沖”。
[0055]點(diǎn)源發(fā)射在它的空間特性上不同于在特定方向上(沿著掃描線)聚焦來(lái)自換能器元件陣列的能量的基于掃描線的“相控陣列發(fā)射”或者“有向脈沖發(fā)射”。相控陣列發(fā)射依次操縱一組換能器元件的相位，以便加強(qiáng)聲穿透波或者將聲穿透波導(dǎo)引到特定的感興趣區(qū)域。
[0056]可以通過(guò)對(duì)由一個(gè)或者多個(gè)接收換能器元件接收的回波進(jìn)行波束成形來(lái)從這樣的超聲Ping形成圖像。在一些實(shí)施例中，這樣的接收元件可以在被稱為多孔徑超聲成像的過(guò)程中被布置到多個(gè)孔徑中。
[0057]波束成形一般被理解為如下過(guò)程，通過(guò)該過(guò)程組合在多個(gè)分立接受器處接收的成像信號(hào)以形成完整的相干圖像。基于Ping的波束成形的過(guò)程與這一理解一致?；赑ing的波束成形的實(shí)施例一般涉及到基于超聲信號(hào)可以已經(jīng)沿著其行進(jìn)的路徑、假設(shè)恒定的聲速以及在發(fā)射Ping與接收回波的時(shí)間之間的流逝的時(shí)間來(lái)確定與接收的回波數(shù)據(jù)的部分對(duì)應(yīng)的反射器的位置。換而言之，基于Ping的成像涉及到基于假設(shè)的速度和測(cè)量的時(shí)間的距離計(jì)算。一旦已經(jīng)計(jì)算這樣的距離，就有可能對(duì)任何給定的反射器的可能位置進(jìn)行三角測(cè)量。使用關(guān)于發(fā)射換能器元件和接收換能器元件的相對(duì)位置的準(zhǔn)確信息使這一距離計(jì)算成為可能(如在以上引用的 申請(qǐng)人:的在先申請(qǐng)中討論的那樣，可以校準(zhǔn)多孔徑探頭以在至少期望的準(zhǔn)確程度上確定每個(gè)換能器元件的聲學(xué)位置)。在一些實(shí)施例中，基于Ping的波束成形可以被稱為“動(dòng)態(tài)波束成形”。
[0058]動(dòng)態(tài)波束成形器可以用來(lái)確定用于與從每個(gè)發(fā)射的ping產(chǎn)生的回波中的每個(gè)回波對(duì)應(yīng)的圖像像素的位置和強(qiáng)度。當(dāng)發(fā)射Ping信號(hào)時(shí)，無(wú)需向所發(fā)射的波形應(yīng)用波束成形，但是動(dòng)態(tài)波束成形可以用來(lái)組合使用多個(gè)接收換能器接收的回波以形成像素?cái)?shù)據(jù)。
[0059]可以通過(guò)組合由波束成形器從一個(gè)或者多個(gè)后續(xù)的發(fā)射的ping形成的圖像來(lái)進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。可以通過(guò)組合由多于一個(gè)的接收孔徑形成的圖像來(lái)獲得對(duì)圖像質(zhì)量的更進(jìn)一步提高。重要的考慮是，來(lái)自不同Ping或者接收孔徑的圖像的求和應(yīng)當(dāng)是相干求和(對(duì)相位敏感的)還是非相干求和(在沒(méi)有相位信息的情況下對(duì)信號(hào)的量值進(jìn)行求和)。在一些實(shí)施例中，相干(對(duì)相位敏感的)求和可以用來(lái)組合從一個(gè)或者多個(gè)Ping產(chǎn)生的、由位于公共接收孔徑上的換能器元件接收的回波數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，非相干求和可以用來(lái)組合可以有可能包含抵消相位數(shù)據(jù)的、由接收孔徑接收的回波數(shù)據(jù)或者圖像數(shù)據(jù)。這樣可以是具有接收孔徑的情況，這些接收孔徑具有比用于給定的成像目標(biāo)的最大相干孔徑寬度大的組合的總孔徑。
[0060]如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“超聲換能器”和“換能器”可以承載它們的如超聲成像【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解的普通含義，并且可以在沒(méi)有限制的情況下指代能夠?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成超聲信號(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器件。在一些備選實(shí)施例中，超聲換能器可以包括電容式微機(jī)械超聲換能器(CMUT)。經(jīng)常以多個(gè)元件的陣列來(lái)配置換能器。換能器陣列的元件可以是陣列的最小分立部件。例如，在壓電換能器元件陣列的情況下，每個(gè)元件可以是單個(gè)壓電晶體。
[0061]如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“發(fā)射元件”和“接收元件”可以承載它們的如超聲成像【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解的普通含義。術(shù)語(yǔ)“發(fā)射元件”可以在沒(méi)有限制的情況下指代至少暫時(shí)地執(zhí)行發(fā)射功能的超聲換能器元件，在該發(fā)射功能中，電信號(hào)被轉(zhuǎn)換成超聲信號(hào)。相似地，術(shù)語(yǔ)“接收元件”可以在沒(méi)有限制的情況下指代至少暫時(shí)地執(zhí)行接收功能的超聲換能器元件，在該接收功能中，在元件上撞擊的超聲信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲向介質(zhì)中的發(fā)射這里也可以被稱為“聲穿透”。反射超聲波的對(duì)象或者結(jié)構(gòu)可以被稱為“反射器”或者“散射體”。
[0062]如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“孔徑”在沒(méi)有限制的情況下指代在給定的時(shí)刻共同地執(zhí)行公共功能的一個(gè)或者多個(gè)超聲換能器元件。例如，在一些實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)孔徑可以指代執(zhí)行發(fā)射功能的一組換能器元件。在備選實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)孔徑可以指代執(zhí)行接收功能的多個(gè)換能器元件。在一些實(shí)施例中，可以在不同的時(shí)間點(diǎn)重新定義形成孔徑的一組換能器元件。
[0063]使用基于ping的超聲成像過(guò)程來(lái)生成超聲圖像意味著來(lái)自整個(gè)感興趣區(qū)域的圖像一直“處于焦點(diǎn)中”。這之所以成立，是因?yàn)槊總€(gè)發(fā)射的Ping照射整個(gè)區(qū)域，接收孔徑從整個(gè)區(qū)域接收回波，并且動(dòng)態(tài)多孔徑波束成形過(guò)程可以形成經(jīng)聲穿透的區(qū)域的任何部分或者全部的圖像。在這樣的情況下，圖像的最大程度可以主要受衰減和信噪比因素而不是受發(fā)射或者接收波束成形裝置的局限聚焦所限制。結(jié)果，可以使用相同的原始回波數(shù)據(jù)集從感興趣區(qū)域的任何部分形成全分辨率圖像。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“圖像窗口”將用來(lái)指代在任何給定的時(shí)間被顯示的整個(gè)經(jīng)聲穿透的感興趣區(qū)域的選擇的部分。例如，第一圖像窗口可以被選擇以包括整個(gè)經(jīng)聲穿透的區(qū)域，并且然后用戶可以選擇在較小的選擇區(qū)域上進(jìn)行“放大”，由此定義新的圖像窗口。用戶然后可以選擇縮小或者豎直地和/或水平地?fù)u動(dòng)(pan)圖像窗口，由此選擇又另一個(gè)圖像窗口。在一些實(shí)施例中，單獨(dú)的、同時(shí)存在的圖像可以由在單個(gè)經(jīng)聲穿透的區(qū)域內(nèi)的多個(gè)重疊的或者非重疊的圖像窗口形成。
[0064]多孔徑超聲成像系統(tǒng)和方法的實(shí)施例
[0065] 申請(qǐng)人:于2007年10月I日提交的、公布為美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)文本2008/0103393的在先美國(guó)專利申請(qǐng)11/865，501以及美國(guó)專利申請(qǐng)13/029，907 ( “’907申請(qǐng)，，)描述了使用具有多個(gè)孔徑的探頭以在寬視野內(nèi)提供明顯增加的分辨率的超聲成像技術(shù)的實(shí)施例。
[0066] 在一些實(shí)施例中，探頭可以包括用于超聲成像的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者更多個(gè)孔徑。圖2圖示了可以用于使用點(diǎn)源發(fā)射信號(hào)的超聲成像的多孔徑超聲探頭的一個(gè)實(shí)施例。圖2的探頭包括三個(gè)換能器陣列60、62、64，這些換能器陣列中的每個(gè)換能器陣列可以是1D、2D、CMUT或者其它超聲換能器陣列。在備選實(shí)施例中，也可以使用單個(gè)彎曲陣列，根據(jù)需要在邏輯上、電學(xué)上定義每個(gè)孔徑。在又另一個(gè)實(shí)施例中，也可以使用任何單孔徑或者多孔徑超聲成像探頭。如圖所示，橫向陣列60和64可以以相對(duì)于中心陣列62的角度被安裝于探頭外殼70中。在一些實(shí)施例中,橫向陣列相對(duì)于中心陣列的角度Θ可以在零與45度或者更多之間。在一個(gè)實(shí)施例中，角度Θ約為30度。在一些實(shí)施例中，右橫向陣列64和左橫向陣列60可以以相對(duì)于中心陣列62的不同角度來(lái)安裝。在一些實(shí)施例中，圖2的探頭50可以具有明顯比2cm寬的總寬度74，并且在一些實(shí)施例中為1cm或者更大。
[0067]在如圖2中所示的一些實(shí)施例中，探頭的獨(dú)立孔徑可以包括可以在物理上彼此分開(kāi)的獨(dú)立換能器陣列。例如，在圖2中，距離72在物理上將中心孔徑62與右橫向孔徑64分開(kāi)。距離72可以是孔徑62上的換能器元件與孔徑64上的換能器元件之間的最小距離。在一些實(shí)施例中，距離72可以等于來(lái)自發(fā)射孔徑的發(fā)射的最小波長(zhǎng)的至少兩倍。在多孔徑超聲成像系統(tǒng)的一些實(shí)施例中，相鄰孔徑之間的距離可以至少是一個(gè)換能器元件的寬度。在備選實(shí)施例中，孔徑之間的距離可以在特定應(yīng)用和探頭設(shè)計(jì)的約束條件內(nèi)盡可能地大。
[0068]在一些實(shí)施例中，諸如圖2中圖示的探頭之類的探頭可以與諸如圖1中圖示的超聲成像系統(tǒng)之類的超聲成像系統(tǒng)一起使用，但是省略了掃描轉(zhuǎn)換器。如以下將更詳細(xì)描述的那樣，點(diǎn)源成像方法的一些實(shí)施例無(wú)需掃描轉(zhuǎn)換器。探頭50也可以包括被接合到超聲成像系統(tǒng)和/或通過(guò)線纜56、57、58接合到換能器陣列的一個(gè)或者多個(gè)傳感器52和/或控制器54。在于2011年2月17日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)文本2010/0262013和美國(guó)專利申請(qǐng)13/029，907中也示出并且描述了相似的多孔徑探頭50的實(shí)施例，上述申請(qǐng)兩者通過(guò)引用而結(jié)合于此。
[0069]現(xiàn)在將參照?qǐng)D3描述使用點(diǎn)源發(fā)射信號(hào)的多孔徑超聲成像方法的實(shí)施例。圖3圖示了探頭300，該探頭具有被引向由在探頭下面的網(wǎng)格代表的感興趣區(qū)域的第一孔徑302和第二孔徑304。在所示實(shí)施例中，第一孔徑用作發(fā)射孔徑302，并且第二孔徑304用于接收回波。在一些實(shí)施例中，可以通過(guò)使用發(fā)射孔徑302中的點(diǎn)源發(fā)射元件聲穿透待成像的整個(gè)感興趣區(qū)域并且然后在一個(gè)或者多個(gè)接收孔徑304中的一個(gè)或者多個(gè)接收元件(例如Rl-Rm)上從整個(gè)成像平面接收回波來(lái)產(chǎn)生超聲圖像。
[0070]在一些實(shí)施例中，可以以相似的點(diǎn)源方式從發(fā)射孔徑302上的元件Tl-Tn中的每個(gè)元件發(fā)射后續(xù)的聲穿透脈沖?；夭ㄈ缓罂梢栽诿總€(gè)聲穿透脈沖之后被(多個(gè))接收孔徑302上的元件接收?？梢酝ㄟ^(guò)處理來(lái)自每個(gè)發(fā)射脈沖的回波來(lái)形成圖像。雖然從發(fā)射脈沖獲得的每個(gè)單獨(dú)圖像可以具有相對(duì)低的分辨率，但是組合這些圖像可以提供高分辨率圖像。
[0071]在一些實(shí)施例中，可以以任何期望的依次順序來(lái)操作發(fā)射元件而無(wú)需遵循規(guī)定的模式。在一些實(shí)施例中，接收功能可以由接收陣列302中的所有元件來(lái)執(zhí)行。在備選實(shí)施例中，可以在接收陣列302的僅一個(gè)或者選擇的少數(shù)元件上接收回波。
[0072]由接收元件接收的數(shù)據(jù)是由目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的對(duì)象反射的一系列回波。為了生成圖像，必須評(píng)估每個(gè)接收的回波以確定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)、反射它的對(duì)象的位置(每個(gè)被反射的點(diǎn)這里可以被稱為散射體)。對(duì)于由圖3中的坐標(biāo)(i，j)代表的散射體點(diǎn)，計(jì)算從特定發(fā)射元件Tx到在(i，j)處的內(nèi)部組織或者目標(biāo)對(duì)象T的元件的總距離“a”以及從該點(diǎn)到特定接收元件的距離“b”是件簡(jiǎn)單的事情?？梢允褂没镜娜菧y(cè)量法來(lái)執(zhí)行這些計(jì)算。這些距離之和是由一個(gè)超聲波行進(jìn)的總距離。
[0073]假設(shè)經(jīng)過(guò)目標(biāo)對(duì)象行進(jìn)的超聲波的速度是已知的，這些距離可以被轉(zhuǎn)化成可以用來(lái)標(biāo)識(shí)在圖像內(nèi)與每個(gè)接收的回波相對(duì)應(yīng)的位置的時(shí)間延遲。當(dāng)假設(shè)組織中的超聲速度在整個(gè)目標(biāo)對(duì)象內(nèi)均勻時(shí)，有可能計(jì)算從發(fā)射脈沖的開(kāi)始到在接收元件處接收到回波的時(shí)間的時(shí)間延遲。因此，目標(biāo)對(duì)象中的給定散射體是如下的點(diǎn)，對(duì)于該點(diǎn)，a+b =給定的時(shí)間延遲。相同的方法可以用來(lái)計(jì)算在待成像的期望目標(biāo)中的所有點(diǎn)的延遲，從而創(chuàng)建點(diǎn)軌跡。如在’ 907申請(qǐng)中更詳細(xì)地討論的那樣，可以進(jìn)行對(duì)時(shí)間延遲的調(diào)整，以便考慮經(jīng)過(guò)可變組織路徑的聲速的變化。
[0074]現(xiàn)在將參照?qǐng)D3描述一種渲染目標(biāo)對(duì)象中所有散射體的位置并且因此形成目標(biāo)對(duì)象的二維橫截面的方法，該圖圖示了要通過(guò)孔徑302和孔徑304成像的點(diǎn)網(wǎng)格。網(wǎng)格上的點(diǎn)被賦予矩形坐標(biāo)(i，j)。完整圖像將是向視頻處理系統(tǒng)提供的要作為對(duì)應(yīng)的像素陣列來(lái)顯示的二維點(diǎn)陣列。在圖3的網(wǎng)格中，‘mh’是陣列的最大水平尺度，并且‘mv’是最大垂直尺度。圖3也圖示了 MAUI電子設(shè)備，其可以根據(jù)需要包括任何硬件和/或軟件元件，諸如以上參照?qǐng)D1描述的硬件和/或軟件元件。
[0075]在一些實(shí)施例中，以下偽代碼可以用來(lái)積累要從來(lái)自圖3的布置中的一個(gè)發(fā)射元件(例如，來(lái)自孔徑302的TL...Tn中的一個(gè)元件)的發(fā)射脈沖以及通過(guò)圖3的布置中的一個(gè)接收元件(例如，來(lái)自孔徑304的RPuRm中的一個(gè)元件)接收的隨之發(fā)生的回波收集的所有信息。
[0076]

【權(quán)利要求】
1.一種定義和顯示用于在超聲成像系統(tǒng)中顯示的m模式路徑的方法，所述方法包括: 從發(fā)射換能器元件向包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)； 使用至少一個(gè)接收換能器元件接收回波； 從所接收的回波產(chǎn)生所述感興趣區(qū)域的圖像； 向用戶顯示包括所述感興趣結(jié)構(gòu)的所述感興趣區(qū)域的所述圖像； 定義經(jīng)過(guò)所述感興趣結(jié)構(gòu)的一個(gè)像素寬的路徑，其中所述路徑不沿著與所述發(fā)射換能器元件或者所述接收換能器元件相交的線放置；并且顯示沿著所述路徑的像素隨時(shí)間的量值圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑為非線性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述路徑具有至少一個(gè)彎曲段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑具有至少一個(gè)線性段和至少一個(gè)彎曲段。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述路徑具有以除180度之外的角度相交的至少兩個(gè)線性段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述路徑具有至少兩個(gè)非連續(xù)段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)射換能器元件位于與包含所述至少一個(gè)接收換能器元件的陣列分離的物理?yè)Q能器陣列上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述發(fā)射換能器被配置為向所述感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的ping超聲信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括使用所述至少一個(gè)接收換能器元件從整個(gè)所述感興趣區(qū)域接收回波，使用第二接收換能器元件從整個(gè)所述感興趣區(qū)域接收回波，并且通過(guò)組合在所述第一換能器元件和所述第二換能器元件處接收的回波來(lái)產(chǎn)生所述感興趣區(qū)域的圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中與所述發(fā)射和所述接收基本上同時(shí)執(zhí)行定義經(jīng)過(guò)所述感興趣結(jié)構(gòu)的路徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)射換能器被配置為聲穿透相控陣列掃描線。
12.—種超聲成像的方法,包括: 向感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)并且使用超聲探頭接收所發(fā)射的超聲信號(hào)的回波； 定義第一圖像窗口作為所述感興趣區(qū)域的一部分； 標(biāo)識(shí)與在所述第一圖像窗口中可見(jiàn)的特征相交的M模式路徑； 與所述第一圖像窗口的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示代表所述M模式路徑的數(shù)據(jù)； 定義第二圖像窗口作為所述感興趣區(qū)域的與所述第一圖像窗口不同的一部分；并且與所述第二圖像窗口的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示代表所述M模式路徑的所述數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在實(shí)況的、實(shí)時(shí)的成像時(shí)期期間執(zhí)行所有的所述方法步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述M模式路徑包括至少一個(gè)非線性段。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述M模式路徑不是與所述探頭相交的線。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中使用從原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器設(shè)備取回的存儲(chǔ)的原始回波數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行所有的所述方法步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一圖像窗口小于所述第二圖像窗口并且完全位于所述第二圖像窗口內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二圖像窗口不與所述第一圖像窗口重疊。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括同時(shí)與所述第一圖像窗口和所述第二窗口兩者的B模式圖像一起在公共顯示器上顯示所述M模式路徑的所述數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12 所述的方法，其中所述M模式路徑具有至少兩個(gè)非連續(xù)段。
21.—種多孔徑M模式超聲成像系統(tǒng),包括: 發(fā)射換能器元件，被配置為向包括感興趣結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域中發(fā)射超聲信號(hào)； 與所述發(fā)射換能器元件分離的接收換能器元件，所述接收換能器元件被配置為從所述超聲信號(hào)接收回波； 控制器，被配置為從所接收的回波產(chǎn)生所述感興趣區(qū)域的圖像； 輸入機(jī)制，被配置為接收用戶輸入，所述用戶輸入定義經(jīng)過(guò)所述感興趣結(jié)構(gòu)的一個(gè)像素寬的路徑，其中所述路徑不沿著與所述發(fā)射換能器元件或者所述接收換能器元件相交的線放置；以及 顯示器，被配置為顯示包括所述感興趣結(jié)構(gòu)的所述感興趣區(qū)域，所述顯示器還被配置為顯示沿著所述路徑的像素隨時(shí)間的量值圖。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射換能器被配置為向所述感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的Ping超聲信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射換能器被配置為向所述感興趣區(qū)域中發(fā)射未經(jīng)聚焦的球形Ping超聲信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)射換能器被配置為聲穿透相控陣列掃描線。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK104080407SQ201280065044
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】K·D·布魯爾, D·M·史密斯, R·M·洛倫扎托, B·R·里特茲 申請(qǐng)人:毛伊圖像公司