專利名稱：可變線長掃描方式的制作方法
技術領域：
本申請的技術領域為醫(yī)學成像中快速圖像獲取的方法和裝置。
背景技術：
超聲是醫(yī)學成像的一種非侵入的、便于攜帶并且相對來說不貴的工具。 這些屬性導致對于各種器官大范圍地采用超聲成像。特別地，經(jīng)常使用超 聲來探測運動，例如胎兒或者諸如心臟的器官的運動，以探測潛在的病理。 對心臟的這種成像，也稱作超聲波心動描記術，具有特殊的挑戰(zhàn)，這是因 為對于一些心臟問題如二尖瓣脫垂的診斷涉及對于微弱的、只有在成像設 備可快速獲取圖像的情況下才可檢測到的心臟運動的分析。
在超聲掃描中，正如Andrew R.Webb的"Introduction to Biomedical Imaging 131 (2003)"所描述的，時間分辨率由回波從組織最深處返回到換 能器所需的時間來規(guī)定，所述文章在這里引入作為參考。為了獲得對感興 趣體積的完整成像，傳統(tǒng)超聲成像系統(tǒng)對具有小的、但均勻(固定)的半 徑長度的極坐標扇形(polar sector)進行掃描。但是由于也掃描到了感興趣 體積以外的區(qū)域，增加了為獲得每一張單個圖像所需時間量并由此降低了 圖像獲取率，這種固定線長的掃描在很多情況下是沒有效率的。圖1說明 了超聲波心動描記術中的固定線長掃描缺乏效率的方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供了一種對醫(yī)學對象成像的方法，其包括使用 多條固定長度的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域，以及使用多條可變長 度的線來掃描所述感興趣體積的所述中心角區(qū)域以外的部分，由此與使用 缺乏可變長度的線的恒定長度的線的扇形掃描方法的獲取率相比，以提高 了的獲取率獲取圖像。
在另一個實施例中，掃描所述中心角區(qū)域和域掃描所述中心角區(qū)域以
5外的部分還包括一種非序列方式。在另一個實施例中，所述非序列方式包 括使波束或脈沖的角位置從所述感興趣體積的第一側(cè)交替到感興趣體積的 第二側(cè)。
在另一個示范性的而非進一步限制的實施例中，掃描所述中心角區(qū)域
包括以固定長度的線在約-15度到約+15度的角度內(nèi)進行掃描，如至少約土 10度、土20度或土25度內(nèi)。在另一個同樣作為示范性的而非進一步限制的 實施例中，掃描所述中心角形區(qū)域以外的部分包括以可變長度的線在約-45 度到-15度以及約+15度到+45度的角度內(nèi)進行掃描，如至少約士10度、或 ±20度、或土25度、或士30度、或士35度、或士40度、或士50度、或± 55度。
在另一個示范性的而非進一步限制的實施例中，固定長度的線的長度 在約3cm與約30cm之間。在另一個同樣是示范性的而非進一步限制的實 施例中，例如固定長度的線的長度約為16cm，至少約為4cm，或6cm、或 8cm、或10cm、或12cm、或14cm、或18cm、或20cm。
在另一個實施例中，所述可變長度的線的長度是k/sin (轉(zhuǎn)向角)的函 數(shù)，其中k是常數(shù)。
在另一個示范性的而非進一步限制的實施例中，掃描所述中心角區(qū)域 以外的部分包括以長度在約lcm到約16cm之間變化的線進行掃描，例如， 至少長度約為2cm、或4cm、或6cm、或8cm、或10cm、或12cm、或14cm、 或16cm、或18cm、或20cm、或22cm、或24cm、或26cm、或28cm、或 30cm。
在另一個實施例中，掃描所述中心角區(qū)域以外的部分包括以長度在所 述固定長度的線的長度與該固定長度的線的長度的約三分之一的長度之間 變化的線進行掃描。
本發(fā)明的另一個實施例提供了一種用于對對象內(nèi)的感興趣體積進行掃 描的醫(yī)學成像設備，將所述設備設計為使用多條固定長度的線來掃描感興 趣體積的中心角區(qū)域，進一步設計為使用多條可變長度的線來掃描所述感 興趣體積的所述中心角區(qū)域以外的部分，由此與使用缺乏可變長度的線的 恒定長度的線的扇形掃描方法的獲取率相比，以提高了的獲取率獲取圖像。
在另一個實施例中，所述醫(yī)學成像設備包括可機械轉(zhuǎn)向的單一元件換能器。在另一個實施例中，所述醫(yī)學成像設備還包括具有元件的向量陣列 的換能器。在另一個實施例中，將所述換能器配置為使得掃描的有效頂點 位于所述換能器某一面之后。
在另一個實施例中，所述醫(yī)學成像設備是超聲成像設備。在另一個實 施例中，所述醫(yī)學成像設備是二維超聲掃描儀。在另一個實施例中，所述 醫(yī)學成像設備是二維心臟超聲掃描儀。
在另一個實施例中，所述醫(yī)學成像設備是三維超聲掃描儀。在另一個 實施例中，所述醫(yī)學成像設備是三維心臟超聲掃描儀。


圖1是顯示了使用傳統(tǒng)固定線長掃描對心臟進行掃描的圖畫，箭頭代 表由所述換能器發(fā)射的多個可能超聲波束的子集，因為心尖位于靠近皮膚 處，并且因此靠近所述換能器，使用廣角度扇形對整個心臟成像，另外， 由于心臟的深度(即相對于所述換能器向下的距離)不是一致的，對身體 除了心臟的部分同樣進行了成像，用交叉排線的陰影三角圖示性地表示這
些不必要的區(qū)域；
圖2是使用超聲元件陣列的扇形掃描實現(xiàn)方式的圖畫，所述元件陣列 由一排矩形代表，受激發(fā)的元件為帶陰影的矩形，激發(fā)一個或多個元件以 生成波束；
圖3是一組顯示了通過使用元件陣列使波束生成并且使其轉(zhuǎn)向的圖畫， 圖3畫SA顯示了在相控陣列超聲應用中所熟知的、通過控制元件的激發(fā) 定時而使波束聚焦，圖3畫面B顯示了通過激發(fā)第一元件5，之后元件4， 之后元件3，之后元件2，之后元件l使波束轉(zhuǎn)向到一側(cè)，例如如圖所示使 其轉(zhuǎn)向左側(cè)；
圖4是可變線長掃描方式的實施例的圖畫，虛線代表中心角區(qū)域的邊 界，線A、 B、C和D代表超聲波束，所述中心角區(qū)域內(nèi)的波束(線B和C) 具有相同的長度，所述中心角區(qū)域以外的波束(線A和D)具有隨轉(zhuǎn)向角 (e)增加而變短的長度；
圖5是這里所述方法的實施例的流程圖，步驟502涉及使用固定長度 的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域，步驟504涉及使用可變長度的線來掃描所述中心角區(qū)域以外的部分；
圖6是這里本發(fā)明所用裝置的實施例的示意性方塊圖，用于掃描對象 606中感興趣體積604的醫(yī)學成像設備602包括的部件有控制設備608、脈 沖發(fā)生器610、換能器612和預處理器614。
具體實施例方式
本發(fā)明的目的是在二維和三維醫(yī)學掃描期間提高圖像獲取率。這里所 述的方法和裝置可應用于超聲掃描的應用，例如心臟掃描，但是其它醫(yī)學 成像設備和其它目標器官也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
超聲成像系統(tǒng)包括既作為發(fā)射器又作為接收器的換能器。所述換能器 或者由單一元件組成，或者由多元件陣列組成。超聲元件可以由多種材料 包括但不局限于壓電晶體、鋯鈦酸鉛(PZT)、壓電材料和壓電復合材料組 成。在發(fā)射模式時，所述換能器將電信號轉(zhuǎn)化成機械振動，將所述機械振 動作為超聲波發(fā)射到身體內(nèi)。在接收模式，將所述超聲波的回波(反向散 射)轉(zhuǎn)化成電信號，之后加以處理。
用于超聲掃描的兩種主要圖像形式為線性掃描和扇形掃描。AndrewR. Webb的"Introduction to Biomedical Imaging 103 (2003)"在這里引入作為參 考。圖2顯示了使用超聲元件陣列的扇形掃描。由灰色表示的多個超聲元 件受激發(fā)而生成波束。通過使單一元件機械轉(zhuǎn)向而扇形掃描是可能的。該 波束在特定方向上通過身體并且由所述換能器接收回波。重復這一過程以 生成感興趣體積的圖像。
通過使用相長干涉以及對各元件的定相皿控制可以形成波束并使波 束轉(zhuǎn)向。圖3畫面A顯示了在相控陣列超聲應用中所熟知的、通過控制元 件的激發(fā)定時而使波束聚焦。圖3畫面B顯示了同樣所熟知的、通過激發(fā) 元件5、之后元件4、之后元件3、之后元件2，最后元件1而使波束轉(zhuǎn)向 的方法。
這里使用的"線" 一詞代表波束。
由于目標器官的尺寸與形狀，如心臟，許多目標感興趣體積無法完整 地充滿給定扇形的寬度內(nèi)。結(jié)果，使用傳統(tǒng)超聲成像系統(tǒng)掃描心臟或其它 器官產(chǎn)生了還包括幾乎沒有或徹底沒有診斷價值的身體部分的圖像。當加寬所述扇形方式的角寬度以試圖完全地顯現(xiàn)心尖時，這種無效率會惡化。
本發(fā)明的一個實施例使用可變長度線(VLL)的扇形掃描。與傳統(tǒng)扇 形掃描相比，這提高了獲取率。根據(jù)一個實施例，在所述中心角區(qū)域使用 固定長度的線。所述中心角區(qū)域以外的部分，線的長度為轉(zhuǎn)向角的函數(shù)， 隨轉(zhuǎn)向角增加而變短的線。
如這里所使用的，扇形掃描指的是使用恒定長度的線的極坐標方式 (polar format)掃描。VLL掃描指的是使用可變長度的線的極坐標方式掃 描。圖4顯示了一個VLL掃描的例子。
這里，以下表格顯示了本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式:
角度線的長度
-45度到-15度線的長度-常數(shù)/sin (轉(zhuǎn)向角)
-15度到+15度線的長度恒定
+15度到+45度線的長度-常數(shù)/sin (轉(zhuǎn)向角)
如圖4所示，VLL掃描的影響是合成的寬近場和窄遠場。
圖5顯示了這里所述的本發(fā)明的各種實施例的流程圖。步驟502涉及 使用固定長度的線掃描感興趣體積的中心角區(qū)域。步驟504涉及使用可變 長度的線掃描所述中心角區(qū)域以外的部分。如這里所描述的，本發(fā)明的實 施例可能使用可變長度的線和固定長度的線的多種不同組合進行掃描。
VLL掃描強于扇形掃描的一個優(yōu)點可以在以下圖像獲取時間的比較中 看到。
使用3/4度線間隔用于16cm 90度扇形掃描的圖像的獲取時間可達到 120* (16*13+40) =29.81^(毫秒)以內(nèi)，假定線開銷(line overhead)為13 U s/cm(往返時間)和40 P s。
使用在恒定區(qū)域為16cm的線，90度近場和3/4度線間隔、可產(chǎn)生8cm 寬的"基底"(base)的一次VLL掃描需要40* (16*13+40)+80* (9*13+40) =22.5ms，其中將可變長度的線的掃描時間平均到9cm的線的掃描時間。在 一個相關的實施例中，由于發(fā)射焦點更近、所需延遲系數(shù)更少以及可能發(fā) 射孔徑更小在用于短線的開銷時間上可以省下一些額外的時間。
另外，對于扇形掃描，為了增加寬度，扇形的角度增加。與之相比， 為了增加VLL掃描的寬度，圖像的水平寬度增加。在這兩種情況下由于所掃描面積增加，將發(fā)生幀頻的降低。
為了處理使用較短線在區(qū)域內(nèi)進行VLL掃描期間存在的混響偽影的潛 在上升，本發(fā)明的一個實施例通過減少和可能消除這些偽影實現(xiàn)了非序列 方式掃描。在另一個實施例中，可以使角位置從圖像的一側(cè)交替到另一側(cè) 或在圖像的一側(cè)和另一側(cè)之間"往復"(ping-pong),而非通過將每條掃描 線的角位置遞增來進行掃描。
在這里所述的方法和設備的另一個實施例中，將VLL掃描與向量陣列 掃描(其有效頂點置于所述換能器面之后)結(jié)合以對近場寬度進一步提高。
現(xiàn)在參考圖6，這里本發(fā)明的另外的實施例包括用于掃描對象606中感 興趣體積604的醫(yī)學成像設備602。醫(yī)學成像設備602用于掃描目標并獲取 圖像。
醫(yī)學成像設備包括的部件有控制設備608、脈沖發(fā)生器610、換能器612 和預處理器614。所述控制設備608向所述脈沖發(fā)生器612發(fā)送信號以控制 所述醫(yī)學成像設備602輸出的電源、方向和焦點。所述控制設備調(diào)整波束 使得以長度固定的線來掃描所述感興趣體積604的中心角區(qū)域，而在合適 時使用多條可變長度的線來掃描所述中心角區(qū)域以外的部分。所述脈沖發(fā) 生器610接收來自所述控制設備608的限定了電脈沖的電流值或電壓值的 信號。將這些電脈沖發(fā)射到可以將電脈沖轉(zhuǎn)變成另一種能量形式(如超聲 波束)的所述換能器612。
如這里所述，將這種能量發(fā)射至對象606，在此隨著所述能量通過所述 對象606這種能量被反射并且反向散射。所述換能器612接收所述反向散 射的能量。將所述換能器612接收到的能量發(fā)送到所述預處理器614以做 諸如放大的處理。進一步的處理可由所述控制設備608進行。
另外的實施例包括以上實施例在二維心臟超聲掃描儀或三維心臟超聲 掃描儀中的實現(xiàn)方式。
此外，顯而易見的是，在不脫離所附權(quán)利要求及其等同物的精神和范 圍的條件下，可設計出本發(fā)明的其它和另外的形式，以及不同于上述特定 和示范性實施例的實施例，因此意欲使本發(fā)明的范圍包括這些等同物，并 且意欲將說明書和權(quán)利要求作為示范性的，而不應將其解釋為進一步的限 制。
10
權(quán)利要求
1、一種對醫(yī)學對象成像的方法，所述方法包括使用多條固定長度的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域；以及使用多條可變長度的線來掃描所述感興趣體積的所述中心角區(qū)域以外的部分，由此與使用缺乏可變長度的線的恒定長度的線的扇形掃描方法的獲取率相比，以提高的獲取率獲取圖像。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，掃描所述中心角區(qū)域和/或掃描所述中心角區(qū)域以外的部分還包括非序列方式。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述非序列方式包括使波束或脈 沖的角位置從所述感興趣體積的第一側(cè)交替到所述感興趣體積的第二側(cè)。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，掃描所述中心角區(qū)域包括在約-15 度至約+15度的角度內(nèi)以固定長度的線進行掃描。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，掃描所述中心角區(qū)域以外的部分 包括在約-45度至約-15度與約+15度至約+45度之間的角度內(nèi)以可變長度的 線進行掃描。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定長度的線的長度在約3cm 至約30cm之間。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定長度的線的長度約為 16cm。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述可變長度的線的長度是k/sin (轉(zhuǎn)向角)的函數(shù)，其中k是常數(shù)。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，掃描所述中心角區(qū)域以外的部分 包括以長度在約lcm至30cm長度之間變化的線進行掃描。
10、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，掃描所述中心角區(qū)域以外的部 分包括以長度在所述固定長度的線的長度與約所述固定長度的線的長度的 三分之一之間變化的線進行掃描。
11、 一種用于掃描對象的感興趣體積的醫(yī)學成像設備，將所述設備設 計為使用多條固定長度的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域；以及還將所 述設備設計為使用多條可變長度的線來掃描所述感興趣體積的所述中心角 區(qū)域以外的部分，由此與使用缺乏可變長度的線的恒定長度的線的扇形掃 描的獲取率相比，以提高的獲取率獲取圖像。
12、 如權(quán)利要求ll所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備還包括可機 械轉(zhuǎn)向的單一元件換能器。
13、 如權(quán)利要求ll所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備還包括具有 元件的向量陣列的換能器。
14、 如權(quán)利要求12所述的醫(yī)學成像設備，其中，將所述換能器配置為 使得掃描的有效頂點位于所述換能器的某一面之后。
15、 如權(quán)利要求ll所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備是超聲成像 設備。
16、 如權(quán)利要求ll所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備是二維超聲 掃描儀。
17、 如權(quán)利要求16所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備是二維心臟 超聲掃描儀。
18、 如權(quán)利要求ll所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備是三維超聲 掃描儀。
19、 如權(quán)利要求18所述的醫(yī)學成像設備，其中，所述設備是三維心臟超聲掃描儀。
全文摘要
提供了在醫(yī)學成像中，與使用缺乏可變長度的線的恒定長度的線的扇形掃描方法的獲取率相比，圖像獲取率提高了的方法和裝置。一個實施例包括使用多條固定長度的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域，以及使用多條可變長度的線來掃描感興趣體積的中心角區(qū)域以外的部分。
文檔編號A61B8/14GK101528137SQ200780039142
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者D·普拉特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司