專利名稱：超聲測量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有支持多種醫(yī)療超聲探針的可配置接口的低成本且有 效的醫(yī)療超聲成像、測量和記錄系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在二十世紀四十年代首次將超聲作為醫(yī)療診斷成像工具進行調(diào)查研
究。George Ludwig是使用振幅模(A模)超聲來檢測組織中異物的第一 個科學家s這在Ludwig等人的報告"Considerations underlying the use of Ultrasound to detect Gallstones and Foreign Bodies in Tissue" , TVavfl/ Af^//cfl/ J es^wr力7iw幼tee i epo他,Project #004 001， Report No. 4, June 1949中進行了描述。在二十世紀五十年代早期，Wild和Rdd構(gòu)造了使用 機械安裝的旋轉(zhuǎn)換能器的B模掃描系統(tǒng)，這在Wild, J. J.和Rdd， J. M.的 "Application of echo-ranging techniques to the determination of structure of biological tissues" ， Science 115: 226-230 (1952)中進行了描述。 隨著Wright和Meyerdirk對關(guān)節(jié)臂B模掃描儀的開發(fā)(美國專利No. 1970000062143)，超聲技術(shù)在二十世紀六十年代進步顯著。也被稱為靜態(tài) 掃描儀的關(guān)節(jié)臂掃描儀將超聲換能器連接到可移動的臂，其中使用電位計 對臂的移動進行機械測量。靜態(tài)超聲掃描儀直到二十世紀八十年代早期都 在廣泛使用。靜態(tài)掃描儀是極其笨重的設備，并且使用的技術(shù)不易適合于 手持超聲系統(tǒng)。
在二十世紀七十年代中期開發(fā)了實時掃描儀，其中使用馬達使超聲換 能器旋轉(zhuǎn)。Krause (美國專利No. 3470868——超聲診斷設備)描述了一 種發(fā)明，其中馬達使超聲換能器旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生實時圖像。在J. M Griffith 和W. L Henry的論文"A sector scanner for real-time two-dimensional echocardiography" ， Circulation 49: 1147， 1974中概述了這樣的實時B模 掃描儀的臨床有用性。這些裝置的性質(zhì)以及馬達驅(qū)動電路給裝置增加了尺 寸、功耗和成本。另夕卜，馬達自身和相關(guān)的移動部件減少了裝置的可靠性。
超聲的進一步iU艮來自于電子束控制換能器方面的H Wilcox (美國專利No. 3881466)描述了一種由若干電子晶體組成的發(fā)明，其中傳送 脈沖能夠被順次延遲到每個晶體并影響電子裝置以控制超聲束?；静胖g(shù) 至今仍然在廣泛使用，其中幾乎所有的現(xiàn)代醫(yī)療超聲設備都在換能器中使 用超聲晶體陣列。早期設計使用至少64個晶體，其中現(xiàn)代設計有時使用 高達一千個晶體或更多。
電子束控制去除了對使用馬達產(chǎn)生實時圖像的需要,但是生產(chǎn)具有晶 體陣列的換能器的成本高。換能器通常是手工制造的，其中通道具有極好 的通道到通道匹配和低串擾。探針成本不是現(xiàn)有技術(shù)超聲診斷系統(tǒng)中的重 要因素，因為總體設備成本幾倍于探針成本。用于電子系統(tǒng)的功耗也很高， 并且一般與同時操作的通道的數(shù)目成比例。
超聲技術(shù)方面的許多現(xiàn)有技術(shù)都旨在改善超聲系統(tǒng)的性能，使得它們 能夠用于診斷應用的日益增加的范圍。結(jié)果已看見超聲系統(tǒng)方面的顯著進 步，其中換能器使用日益增加數(shù)目的晶體，并且主機系統(tǒng)具有日益增加的 處理能力。結(jié)果已看見具有3D和實時3D (或4D)能力的系統(tǒng)。
一些制造商已集中于生產(chǎn)比放射診所和大醫(yī)院中使用的大而笨重的 系統(tǒng)更加便攜的系統(tǒng)。Sonosite已開發(fā)了使用具有晶體陣列的換能器的能 夠隨手攜帶的產(chǎn)品(美國專利No. D461895、 6575卯8)。 Sonosite系統(tǒng)的 成本和功耗遠小于基于大的手推車的系統(tǒng)，但是對于大多數(shù)初級保健醫(yī)師 仍然太昂貴。Chiang等人(美國專利No.55卯658、 56卯114、 5839442、 5957846、 6106472 )公開了一種具有使用經(jīng)由高速接口連接到主機處理單 元的電荷域處理的射束形成陣列的系統(tǒng)。優(yōu)選的實施例連接到膝上型計算 機，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解該裝置可以連接到手持處理系統(tǒng)。General Electric (通用電氣)的Halmann等人公開了一種類似的裝置，專門打算 供手持處理系統(tǒng)使用，其使用了數(shù)字射束形成。然而，兩種產(chǎn)品仍然包括 昂貴且功耗大的多元件換能器陣列，導致昂貴的成像系統(tǒng)。其它的手攜式 超聲系統(tǒng)可從General Electric (Logiqbook系列)和其它幾家廠商得到， 其中裝置的共同特性是它們都包括多元件換能器和膝上型大小的處理系 統(tǒng)。
手攜式超聲系統(tǒng)在性能方面正在改進，并且能夠在不久以前僅限于較 大的基于手推車的超聲系統(tǒng)的診斷過程中使用。Sonosite聲稱Micromaxx 手攜式單元"代表了手攜式超聲和較大的高性能的基于手推車的系統(tǒng)之間 的技^跨點"。趨勢是主張手攜式超聲取得進步，其中它能夠執(zhí)行當前 由更加昂貴的基于手推車的系統(tǒng)執(zhí)行的大多數(shù)的診斷功能。結(jié)果是手攜式系統(tǒng)成本增加而不是減少。
幾個發(fā)明人已調(diào)查研究了減少換能器成本的方法，盡管不一定是供手
持超聲系統(tǒng)使用。Sliwa和Baba (美國專利No. 56卯113 )提議了 一種系 統(tǒng)，其中，與位置和取向感測電路相耦合的固定超聲傳送器凈皮組合以形成
不責的超聲探針。該系統(tǒng)自稱是一種非實時超聲系統(tǒng)，包括具有無線通信 的無繩探針或具有機械耦合到探針的電磁接收器的有繩探針以及提供參 考位置信號的分開的電磁傳送器。該探針可以被制造，便宜得足以可隨意 使用，減少了對檢查之間的消毒過程的要求，并且特別適合于子宮內(nèi)檢查。 對有繩換能器的具有分開的固定電磁傳送器的要求，很好地適合于其中主 機處理單元并不移動的基于手推車或工作臺的系統(tǒng)，但是不適合于其中主 機處理單元移動的手持系統(tǒng)。對探針中的無線通信系統(tǒng)的要求增加了成本 和功耗，需要用于無線通信系統(tǒng)的額外部件和用于超聲探針的分開的電池。
Hunt等人廣泛公開了一種包括分M聲系統(tǒng)的發(fā)明(美國專利No. 6780154 ),該分M聲系統(tǒng)包括連接到無線手持計算裝置的超聲處理器和 換能器。超聲處理器和換能器構(gòu)造圖像，并且非實時地將圖像無線傳送到 顯示裝置。該發(fā)明的限制在于提議了不是低成本的方法來構(gòu)造超聲圖像， 其中優(yōu)選的實施例為64通道陣列。該系統(tǒng)還需要用于超聲處理器和換能 器的分開的電池電源，并且招致無線通信方案在功耗方面的開銷，限制了 電池壽命和裝置的實用性。
存在通過以下在現(xiàn)有技術(shù)方面進行改進的需要構(gòu)造低功耗、低成本、 低重量、小尺寸并且易于使用的手持超聲系統(tǒng)，使得它能夠由初級保健醫(yī) 師使用。

發(fā)明內(nèi)容
才艮據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種超聲測量系統(tǒng)，包括手持顯示 和處理裝置；超聲換能器和處理裝置，其重量基本上類似于所述手持顯示 和處理裝置；以及傳輸線纜，其將所述手持顯示和處理裝置與所述超聲換 能器和處理裝置互連，并且具有足夠的長度以提供圍繞用戶的脖子來機械 定位所述系統(tǒng)的方式。
優(yōu)選地，手持顯示和處理裝置包括主用戶輸入裝置，超聲換能器和處 理裝置包括副用戶輸入裝置。優(yōu)選地，主用戶輸入裝置至少包括滾輪和按壓激活按鈕，副用戶輸入裝置包括滾輪和按壓激活按鈕。優(yōu)選地，系統(tǒng)還 包括超聲傳送和接收裝置以及位置和取向測量裝置，以便接收的超聲信號 能夠彼此空間配準地被顯示。優(yōu)選地，超聲換能器裝置進一步包括非易失 性存儲器，用于存儲位置和取向校準數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，超聲換能器裝置包括用于處理位置和取向數(shù)據(jù)以及校準數(shù)據(jù) 并且產(chǎn)生規(guī)范化的位置和取向數(shù)據(jù)的裝置。進一步，顯示和處理裝置可以 包括麥克風和用于記錄用戶聲音(口授)的軟件裝置。顯示和處理裝置可 以結(jié)合通信裝置，用于連接其它系統(tǒng)并向/從其發(fā)送記錄的數(shù)據(jù)，以^t輸 入或輸出患者數(shù)據(jù)。顯示和處理裝置可以包括用于記錄圖像的集成攝影 機。超聲換能器和處理裝置可以包括具有可更換凝膠筒的凝膠分配裝置。
優(yōu)選實施例廣泛公開了新穎的系統(tǒng)，其中，可以用比以前可得到的裝 置較少的復雜性和成本來方便地執(zhí)行超聲測量和成像。優(yōu)選實施例裝置擁 有新穎特性的范圍，由此醫(yī)療超聲掃描的成本顯著且有利地減少，并且還 將使用的容易性和它們操作的便利性增強到它們可由初級保健醫(yī)師操作 的水平。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括經(jīng)由線纜連接到超聲換能器的手持顯示和 用戶輸入主機系統(tǒng)。手持顯示系統(tǒng)和超聲換能器系統(tǒng)被制造以具有類似的 體積和質(zhì)量，以<更利于圍繞用戶的脖子或在用戶的肩膀上攜帶該系統(tǒng)時的 平衡負荷。系統(tǒng)和線纜還具有便于折疊并放置在用戶口袋中的尺寸。
超聲換能器系統(tǒng)包括一個或多個元件，用于用相關(guān)的傳輸電路和接收 器放大器來傳送和接收超聲波。接收器電路包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將 接收到的超聲能量的電表示轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。超聲換能器系統(tǒng)還包含控制 器，用于與主機系統(tǒng)通信，控制超聲設備的操作，以及接受來自局部M
或電氣開關(guān)和用戶輸入裝置的用戶輸入。優(yōu)選實施例還包含電路，用于 測量換能器相對于起始點或外部參考的取向和/或位置；溫度傳感器；以 及用于存儲局部校準數(shù)據(jù)的裝置。位置/取向測量數(shù)據(jù)被根據(jù)溫度和輸入 用校準數(shù)據(jù)進行處理，并且在經(jīng)由線纜被傳送到主機系統(tǒng)之前與超聲數(shù)據(jù) 進行組合，使得高準確性的位置測量系統(tǒng)成為可能，而不用主機系統(tǒng)知道 位置測量的方式。位置和取向測量允許這樣的超聲換能器，其中，傳輸脈 沖在固定的相對位置被傳送到超聲換能器，但是通過用戶移動探針而在空 間移動。
超聲換能器系統(tǒng)可以包括超聲^J^存儲與分配系統(tǒng)，其去除了對攜 帶超聲皿瓶的需要；以及攝影機，用于記錄掃描位置。主機處理和顯示系統(tǒng)具有能夠使用單手方便地把持和控制的尺寸。在 優(yōu)選實施例中，處理和顯示系統(tǒng)可以握在一只手中，并且全部功能都4吏用 用戶的拇指來控制。第二只手空出來把持和操M聲換能器?？商孢x地， 可以使用帶子將主機處理和顯示系統(tǒng)安M用戶的臂上，空出第一只手用 于其它用途。第二只手空出來把持和操M聲探針，并且使用超聲探針副 用戶輸入裝置來控制基本的超聲功能。該系統(tǒng)可以配置成使用超聲單元中 的位置和取向測量電路來生成用于"鼠標"類型操作的用戶接口位置信息。
主機處理和顯示系統(tǒng)可以有利地包含通信部件如使得無線網(wǎng)絡通信 成為可能的通信部件，以及使得能夠?qū)拥桨t(yī)療記錄數(shù)據(jù)庫的主機計 算機或服務器的軟件，其提供了用于將患者數(shù)據(jù)傳送到電子記錄系統(tǒng)的簡 單而方〗更的手段。


現(xiàn)在參考附圖僅僅作為例子來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中
圖1是裝置的示意性表示；
圖2圖示了使用裝置的用戶；
圖3圖示了其中裝置擱在其脖子周圍的用戶；
圖4是超聲系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的一種形式的示意圖5 A^聲系統(tǒng)中使用的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的一種形式的 示意圖6是超聲系統(tǒng)的第二實施例形式的示意圖7是圖示超聲皿分配器的細節(jié)的截面圖；以及
圖8是實施主機顯示和處理單元的一種形式的示意圖。
具體實施例方式
背景技術(shù)：
提供了幾種擁有，操作模式的裝置。需要更加充分地集成 超聲設備的處理、記錄、通信、顯示和控制并減少其成本和操作復雜性， 使得它能夠由初級保健醫(yī)師使用。
優(yōu)選實施例廣泛^^開了新穎的系統(tǒng)，其中，可以用比以前可得到的裝 置較少的復雜性和成本來方便地執(zhí)行超聲測量和成像。優(yōu)選實施例的裝置擁有新穎特性的范圍，由此醫(yī)療和獸醫(yī)的超聲掃描的成本顯著且有利地減 少，并且還將使用的容易性和它們操作的便利性增強到它們可由初級保健 醫(yī)師操作的水平。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種超聲測量和成像系統(tǒng)。在圖1中圖示了示例
性實施例。用1圖示的系統(tǒng)包括經(jīng)由線纜5連接到超聲系統(tǒng)2的手持顯示 和處理系統(tǒng)3。手持顯示和處理系統(tǒng)3與超聲系統(tǒng)2被設計成具有基本上 相等的質(zhì)量，使得系統(tǒng)能夠方便地放在用戶脖子周圍，增強了裝置的便攜 性。在圖3中圖示了實施這種攜帶模式的用戶12的例子。超聲系統(tǒng)包含: 一個或多個超聲換能器6;以及用于存儲和分配超聲凝膠7的裝置，其消 除了對用戶攜帶額外超聲皿分配器的需要。
系統(tǒng)典型地由用戶使用以便檢查患者。第 一個階段是設立患者詳細資 料。第二個階段^1聲操作，其中用戶執(zhí)行初步用戶輸入如選^i史置以及 啟動和停止超聲掃描。最后階段是分析和存儲收集到的超聲數(shù)據(jù)。為了便 于檢查的不同階段，提供了多種用戶輸入裝置。
手持顯示和處理系統(tǒng)3提供了滾輪10和掩組式用戶輸入裝置4，以 允許控制大多數(shù)操作。
如圖2所示，當裝置3舒適地擱在用戶的手中時，用戶輸入裝置4 可以由用戶的拇指或其它手指操作，使第二只手空出來把持并控制系統(tǒng)2 的超聲部分。
可替選地，可以使用分開的可拆卸的帶子/安裝裝置將手持顯示和處 理系統(tǒng)安^t用戶的手臂上，空出相應的手以便在醫(yī)療過程如超聲引導脈 管過程中使用。為了這個操作，超聲系統(tǒng)2包括副用戶輸入裝置8和9， 用于控制手持顯示和處理系統(tǒng)3。
上述用戶輸入裝置適合于在系統(tǒng)的操作期間如患者檢查期間使用。第 一個階段和第三個階段通常是在患者^L檢查之前或之后，因此提供了可替 選的更加有效的文本輸入裝置。
實施例提供了具有觸摸屏11的記錄筆以及使得能夠使用無線鍵盤或 輸入裝置的藍牙(Bluetooth)接口。與"錄音機(Dictaphone)"應用相結(jié) 合的麥克風可以用于聲音記錄?？商孢x的實施例省略了觸M，但是提供 了用于將超聲系統(tǒng)2中的位置和取向測量解釋為用戶輸入的部分的裝置， 使得超聲系統(tǒng)2能夠提供用戶輸入的位置(或鼠標)樣式。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，圖示了超聲系統(tǒng)2的組成部分的示意性框圖。超聲系統(tǒng)2的優(yōu)選實施例包括超聲換能器13，用于在相對于殼體的固定位置傳 送和接W1聲能量。超聲殼體可以由用戶自由地移動，并且提供測量超聲 殼體相對于起始位置的位置和取向的裝置。通過俘獲接收的超聲能量以及 超聲殼體的相對位置，系統(tǒng)可以再造B模超聲圖像。優(yōu)選實施例使用需 要很少的或者不需要移動的部件的位置和取向測量傳感器19，使得實施 例較少受到使用馬達來移動換能器的現(xiàn)有技術(shù)中固有的可靠性問題的影 響。簡單的系統(tǒng)使用固態(tài)陀螺儀電路或加速度計的布置，用于測量角速度， 以便確定超聲系統(tǒng)相對于起始點的取向。包括多個加速度計使得能夠測量 位移。
具有三個加速度計和三個固態(tài)陀螺儀的系統(tǒng)可以測量關(guān)于全三維分 辨率的位置和取向。許多現(xiàn)有技術(shù)都討論了加速度計系統(tǒng)中固有的漂移問 題，然而這個問題通過本系統(tǒng)的典型使用而被消除。典型地，在使用中， 用戶將超聲探針放置在需要掃描的地方，指向要被成像的對象。用戶按下 作為用戶輸入機構(gòu)22的部分的掩組以指示掃描開始并保持探針不動。系 統(tǒng)提供可聽或可視的反饋以指示校準已成功完成，并且用戶將換能器掃描 或移動通過需要的位置和取向。掃描迅速地發(fā)生，從而將位置和取向系統(tǒng) 的漂移限制到系統(tǒng)分辨率之內(nèi)的氷平。
換能器裝置13包括一個或多個傳感器，用于傳送和接M聲信號。 為了降低成本，提供單個超聲換能器元件，其中聚焦通過聲透鏡或鏡系統(tǒng) 來實施。通過添加另外的換能器元件用于傳送和接收操作，以成本為代價 可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的改進。
實施例提供了一種超聲系統(tǒng)，包括傳送部件14,其生成一個或多 個信號，激勵換能器裝置13將超聲傳送到患者的身體中；雙工器15，用 于在傳送期間保護接收電路；以及接收部件，其經(jīng)由換能器13將超聲能 量轉(zhuǎn)換成電，并JL故大(16)經(jīng)由反射和折射相結(jié)合而從患者的身體返回 的超聲信號的電表示。放大器16典型地可以包括時間增益補償放大器， 其中增益根據(jù)從脈沖傳輸開始經(jīng)過的時間而增加。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器17將 放大的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。超聲脈沖的傳輸可以由FPGA 18中實施 的定時系統(tǒng)啟動，它還可以啟動經(jīng)由位置傳感器19進行的殼體位置和取 向的測量以及經(jīng)由溫度傳感器24進行的溫度的測量。定時系統(tǒng)可以配置 成在位置和取向傳感器19檢測到大于預定閾值的位置變化之后，僅生成 超聲脈沖的傳輸，從而使超聲掃描的收集中使用的超聲能量和電池功率的 量最小化。位置和取向測量裝置19必要時還通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器20使其信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。
FPGA 18處理位置和取向數(shù)據(jù)以將信息轉(zhuǎn)換成參考格式，將數(shù)據(jù)與 和相同測量相關(guān)聯(lián)的俘獲的超聲數(shù)據(jù)相結(jié)合，并且經(jīng)由接口 23將結(jié)合的 信息傳送到手持顯示和處理系統(tǒng)，用于進一步處理和顯示。在圖5中顯示 了 FPGA單元的功能框圖。
系統(tǒng)微控制器(圖4中的21)可以存儲用于位置和取向系統(tǒng)與超聲 換能器的校準數(shù)據(jù)，其被裝載到FPGA18中的相應表27、 31中，使得能 夠增加系統(tǒng)總體的準確性。無論何時超聲系統(tǒng)準^^好超聲掃描，校準數(shù)據(jù) 都被傳送到FPGA 18，并且包括在每個單獨位置測量的處理中。校準存 儲表27、 31提供有關(guān)探針的校準數(shù)據(jù)的存儲，使得一致的接口格式成為 可能，而不管探針設計和構(gòu)造(亦即不管位置和取向裝置的布置和類型)。 在一個實施例中，校準存儲表與現(xiàn)場校準過程相結(jié)合地使用，其中標準體 模臨時附著到超聲探針，同時用戶^校準過程，其結(jié)果存儲在校準存儲 表27中。
返回到圖4，可以注意到超聲系統(tǒng)包括副用戶輸入裝置22，用于控制 系統(tǒng)操作。這個用戶輸入裝置優(yōu)選地為具p有集成掩紐的滾輪和使用現(xiàn)有技
聲系統(tǒng)對向微控制器21饋送的用戶輸入22進行解碼?？梢允褂萌魏畏N類 的現(xiàn)代^t控制器，其中來自Texas Instruments (德州儀器)的MSP430 系列提供了低備用功耗、多種通信協(xié)議和非易失性存儲。微控制器使用簡 單的通信協(xié)議經(jīng)由接口 23與手持顯示和處理系統(tǒng)進行通信，其中I2C由 于其多主(multi-master)能力而特別適合。
再次轉(zhuǎn)向圖5，圖5更加詳細地圖示了 FPGA。 FPGA包含定時發(fā)生 器28,其負責使超聲傳送、接收和處理的所有方面同步。在FPGA中提 供了存儲器，用于臨時存儲與超聲換能器31以及位置和取向測量裝置27 相關(guān)聯(lián)的校準數(shù)據(jù)。超聲校準數(shù)據(jù)31可以在向手持顯示和處理系統(tǒng)傳送 之前通過實施濾波器25相對于換能器響應規(guī)范化或均衡化接收的超聲數(shù) 據(jù)。位置和取向校準數(shù)據(jù)表27用于使用預先測量的校準數(shù)據(jù)和適當?shù)沫h(huán) 境測量結(jié)果如溫度，來規(guī)范化測量的位置和取向數(shù)據(jù)并減少傳感器性能的 非線性，導致更加準確的位置和取向測量。在將數(shù)據(jù)編碼30到通信協(xié)+義 中以便串行傳輸?shù)绞殖诛@示和處理系統(tǒng)之前，位置和取向數(shù)據(jù)在先進先出 (FIFO )存儲器29中與超聲數(shù)據(jù)相結(jié)合。
校準裝置的結(jié)合和對超聲系統(tǒng)校準的處理允許到主機處理器系統(tǒng)的標準接口，其中，不同的換能器裝置可以物理地交換，而不需要改變或調(diào) 整設備主體的操作。
超聲系統(tǒng)2的各種可替選實施例都是可能的。圖6圖示了一種可替選 實施例的功能框圖。超聲系統(tǒng)2的可替選實施例包含具有多個傳送和接收 元件的環(huán)形換能器44。傳iH^生器32生成的脈沖可以被一組模擬延遲線 33延遲，以改變超聲脈沖的傳送焦距。雙工器34保護接收電路免受高傳 送電壓。來自換能器的接收的信號可以被放大(37),轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)(38 )， 并且在向手持顯示和處理單元傳送之前，通過FPGA 39與位置和取向測 量結(jié)果(40和41)相結(jié)合。還可以提供用戶輸入裝置43和具有非易失性 存儲器的微控制器42。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7，圖7圖示了通過換能器系統(tǒng)2的示意性部分截面圖。 電子和換能器部分存放在低空腔55之內(nèi)。附著到低空腔的是超聲^i^存 儲與分配裝置。超聲皿分配器包括連接到可置換的泵49的凝膠筒53。 皿筒由蓋子54保護，該蓋子54可以被取下或是可拆卸的。皿可以存 儲在具有固體塑料連接裝置52的減少成本的柔性包裝中。泵包括具有柔 性隔膜機構(gòu)46的存儲井45。存儲井具有輸入通道50,其提供路徑以便凝 膠經(jīng)由輸入閥57從存儲包裝53向存儲井45移動。存儲井45還經(jīng)由輸出 閥58連接到輸出通道48。柔性按鈕蓋51由用戶壓下，其依次壓下柔性 泵隔膜46，迫使存儲井45中存儲的凝膠經(jīng)由輸出閥58從輸出通道48而 出，并最終從輸出噴嘴56而出。當釋放M時，隔膜46的彈性使它返回 到它以前的形狀，經(jīng)由輸入閥57和輸入通道50將皿從存儲包裝53吸 入到存儲井45中。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，圖8圖示了手持顯示和處理系統(tǒng)3的功能框圖。手持 顯示和處理系統(tǒng)經(jīng)由包含電力、控制通信和數(shù)據(jù)通信的線纜56連接到探 針。數(shù)據(jù)輸入連接到FPGA57,其中串行數(shù)據(jù)被同步并解碼以便由微處 理器58讀取。微處理器連接到易失性RAM存儲器59和非易失性快閃存 儲器60?？扉W存儲器60包含程序和操作系統(tǒng)代碼，其被復制到易失性 RAM存儲器59并從易失性RAM存儲器59處開始運行。顯示和處理系 統(tǒng)包含有線通信裝置67、音頻輸入和輸出裝置66、無線通信裝置65、外 圍存儲裝置64、用戶輸入裝置63、顯示裝置62和處理裝置58中的全部 或其子集。微處理器可以被編程以便用多種方式來處理、解釋和顯示超聲
數(shù)據(jù)，包括但不限于A模成像、B模成像、M模成像、具有可變焦深(門 控)的多普勒(D叩pler)音頻、靜態(tài)彩色多普勒以及連續(xù)波多普勒。優(yōu)選實施例還提供了數(shù)字攝影機模塊68，使得用戶能夠記錄患者的圖像。
無線通信裝置可以用于將記錄的患者數(shù)據(jù)保存或下栽到可替選的系 統(tǒng)，諸如但不限于在個人計算機、個人數(shù)字助理(PDA)、網(wǎng)絡服務器或 大型計算機上運行的醫(yī)療記錄數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)上的軟件可以包括客戶程序， 其能夠連接到醫(yī)療記錄和實踐管理服務器并與其同步，使得登記給醫(yī)師的 裝置能夠從實踐管理數(shù)據(jù)庫自動將患者數(shù)據(jù)下載到該裝置，去除了對醫(yī)師 在該裝置上輸入患者數(shù)據(jù)的需要。在患者會話的結(jié)尾，該裝置可以將數(shù)據(jù) 上傳到患者記錄數(shù)據(jù)庫。
手持顯示和處理系統(tǒng)提供了接口 56，其至少具有顯示和處理系統(tǒng)與 超聲探針之間的始終接通的單通道通信接口。接口優(yōu)選地為多主系統(tǒng)，允 許顯示和處理系統(tǒng)微處理器或超聲系統(tǒng)孩i控制器喚醒另一個系統(tǒng)。多主系 統(tǒng)允許系統(tǒng)的任一部分啟動超聲掃描，提供了^Mt的最大靈活性。
優(yōu)選實施例包括FPGA提供了系統(tǒng)擴展方面的另外靈活性。FPGA 可以被編程以匹配探針的通道數(shù)目、通信速度乃至通信協(xié)議。FPGA可以 由微處理器58編程，使得未來的探針能夠提供更新的FPGA固件。因此， 該系統(tǒng)可以配置成匹配任何探針設計乃至在將來發(fā)明的探針設計的^^作。
手持顯示和處理系統(tǒng)提供了非易失性存儲器64。本發(fā)明的實施例結(jié) 合了安全數(shù)據(jù)(SD )插槽，4吏得用戶能夠插入非易失性快閃存儲器卡。
另一個實施例可以結(jié)合微型石iit。可以操縱用戶接口，使得裝置取得的測
量結(jié)果與識別患者的時標以及其它數(shù)據(jù)一起被記錄到非易失性存儲器。
對于熟練的硬件設計者而言將會明顯的是，取決于需要可以用許多不 同的形式來實施優(yōu)選實施例。所述形式可以包括標準微控制器和DSP/ FPGA部件到全定制ASIC設計。因此，系統(tǒng)可以由眾多分開的部件(諸 如運算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、存儲器、顯 示器、通信部件等等)構(gòu)造，或者可以主要包括具有少量支持部件的混合 型專用集成電路(ASIC )。
前面僅僅描述了本發(fā)明的優(yōu)選形式。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的 是，可以對其進行^務改而不脫離本發(fā)明的范圍。
進一步，盡管在醫(yī)療/獸醫(yī)應用方面大量描迷了優(yōu)選實施例，但是本 發(fā)明也找到了其在其它工業(yè)應用中的用途，諸如對材料的內(nèi)傷/缺陷的檢 查，并且這樣的用途包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種超聲測量系統(tǒng)，包括手持顯示和處理裝置；超聲換能器和處理裝置，其重量基本上類似于所述手持顯示和處理裝置；以及傳輸線纜，其將所述手持顯示和處理裝置與所述超聲換能器和處理裝置互連，并且具有足夠的長度以提供圍繞用戶的脖子來機械定位所述系統(tǒng)的方式。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述手持顯示和處理裝置包括 主用戶輸入裝置，并且所ii^聲換能器和處理裝置包括副用戶輸入裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述主用戶輸入裝置至少包括 滾輪和按壓激活按鈕，所述副用戶輸入裝置包括滾輪和按壓激活按鈕。
4. 如在先權(quán)利要求中任何一項所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器 裝置進一步包括超聲傳送和接收裝置以及位置和取向測量裝置，以便接收的超聲信號 能夠彼此空間配準地被顯示。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器裝置進一步包 括非易失性存儲器，用于存儲位置和取向校準數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器裝置包括用于 處理位置和取向數(shù)據(jù)以及校準數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生規(guī)范化的位置和取向數(shù)據(jù)的 裝置。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示和處理裝置包括麥克 風和用于記錄用戶聲音(口授)的軟件裝置。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示和處理裝置結(jié)合了通 信裝置，用于連接其它系統(tǒng)并向/從其發(fā)送記錄的數(shù)據(jù)，以便輸入或輸出 患者數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述顯示和處理裝置包括用于 記錄圖4象的集成攝影機。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所i^聲換能器和處理裝置包 括具有可更換凝膠筒的凝膠分配裝置。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲換能器和處理裝置提 供校準存儲裝置和用于生成規(guī)范化的超聲數(shù)據(jù)的處理裝置。
12. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述位置和取向裝置包括在沒 有主動執(zhí)行超聲輸入時被處理以生成用戶輸入鼠標位置的輸出信號。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述手持處理和顯示單元進一 步包括帶狀配件，其使得該單元能夠附著到用戶的手臂。
14. 一種超聲測量和成像系統(tǒng)，包括超聲換能器裝置，其包括一個或多個傳感器，用于傳送和接收超聲信號；超聲處理裝置，其包括傳送部件，該傳送部件生成一個或多個超聲 信號，激勵所述超聲換能器裝置將超聲傳送到患者的身體中；以及接收部 件，該接收部件接收經(jīng)反射與折射相結(jié)合而從患者的身體返回的超聲信號；傳送器控制裝置，其按照來自一個或多個用戶接口裝置的輸入、校準 存儲裝置中存儲的參數(shù)以及所述超聲處理裝置接收回來的超聲信號所確 定的那樣，控制所述超聲換能器裝置所傳送的超聲波的波形、頻率和定時；接收控制裝置，其控制對經(jīng)由所述超聲換能器裝置的接收部件從患者 接收回來的超聲信號進行處理的方式；取向測量裝置，其使得能夠測量傳送或接收的一個或多個超聲束的空 間位置和方向，所述取向測量裝置的輸出可由所述接收控制裝置得到，以 便接收到的超聲信號能夠被存儲并l^被彼此空間配準地顯示;信號存儲裝置,其將所述接收控制裝置的處理過的輸出與來自所述取 向測量裝置的相關(guān)M—起進行存儲；以及顯示裝置，其提供圖形和數(shù)字輸出以l更i殳備用戶查看。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所H^示裝置的輸出包括以 下中的至少一個A模成像、B模成像、M模成像、具有可變焦深(門控) 的多普勒音頻、靜態(tài)彩色多普勒以及連續(xù)波多普勒。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的系統(tǒng)，進一步包括遠程通信裝置， 其將所述信號存儲裝置或顯示裝置的內(nèi)容傳送到遠程顯示器或記錄器。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述遠程通信裝置進一步包括遠程系統(tǒng)控制裝置，用于控制所述系統(tǒng)的操作。
18. 如權(quán)利要求14-17中任何一項所述的夢、統(tǒng)，進一步包括校準存儲 裝置，其更新并存儲用于所述超聲換能器裝置的校準數(shù)據(jù)。
19. 如權(quán)利要求14-18中任何一項所述的系統(tǒng)，進一步包括用戶接口 裝置，通過所述用戶接口裝置，用戶能夠選擇用于設備的不同功能選項， 啟動和停止超聲數(shù)據(jù)收集，檢查所述校準存儲裝置的內(nèi)容，發(fā)起與其它裝 置的遠程通信，以及輸入患者信息。
20. 如權(quán)利要求14-19中任何一項所述的系統(tǒng)，進一步包括物理互連 裝置，其執(zhí)行可選的以下雙重功能在所述超聲換能器模塊和所述系統(tǒng)的 其余部分之間傳送信號，以及以類似于傳統(tǒng)聽診器的方式提供將所述系統(tǒng) Wfe定位在用戶的脖子上的方式。
21. 如權(quán)利要求14-20中任何一項所述的系統(tǒng)，進一步包括耦合介質(zhì) 存儲和分配裝置，其容納可更換的耦合介質(zhì)皿筒和分配機構(gòu)。
22. —種用于對接到一些可能的超聲換能器裝置的手持數(shù)據(jù)處理單元 (DPU)，所述單元包括用戶接口裝置，用于由用戶輸A^Jt信息；處理單元，用于控制輸入、輸出；數(shù)字信號處理單元，用于執(zhí)行對俘獲的數(shù)據(jù)的分析和處理； 遠程通信裝置，用于與外部設備連接； 存儲接口，用于提供對非易失性數(shù)據(jù)的存儲； 顯示裝置；以及探針接口，用于附著所述超聲換能器裝置中的一個。
23. 如權(quán)利要求22所述的單元，進一步包括校準存儲裝置，其提供 對有關(guān)探針的校準數(shù)據(jù)的存儲，使得一致的接口格式成為可能，而不管探 針的設計和構(gòu)造。
24. —種與現(xiàn)場校準過程相結(jié)合地使用的如權(quán)利要求23所述的校準 存儲裝置，其中，將標準物質(zhì)臨時附著到超聲探針，同時用戶^校準過 程，其結(jié)果存儲在所述校準存儲裝置中。
25. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括用戶輸入裝置，其當被 指示時，提供所述探針到鼠標功能的模式切換。
26. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括用戶輸入裝置，其在所 述探針上包括滾輪，以提供方便的控制。
27. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，當在操作模式下時，所述滾 輪能夠容易地調(diào)整超聲束的焦深。
28. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括超聲探針和聲學探針， 向用戶提^H吏用多重功能的選擇而不必改變所述探針。
29. —種參考附圖基本上如前所述的超聲系統(tǒng)。
全文摘要
一種超聲測量系統(tǒng)包括手持顯示和處理裝置；超聲換能器和處理裝置，其重量基本上類似于所述手持顯示和處理裝置；以及傳輸線纜，其將所述手持顯示和處理裝置與所述超聲換能器和處理裝置互連，所述線纜具有足夠的長度以提供圍繞用戶的脖子來機械定位所述系統(tǒng)的方式。
文檔編號A61B8/00GK101299968SQ200680041345
公開日2008年11月5日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者斯圖爾特·加文·巴特利特, 羅格·邁克爾·科斯特洛 申請人:西格諾斯蒂克斯有限公司