超聲成像儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲成像儀器和相關(guān)設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲成像儀器，即生成超聲波圖像的儀器，是眾所周知的。此設(shè)備通常應(yīng)用在醫(yī)學(xué)方面，其應(yīng)用通常被稱為“診斷超聲檢查”或“超聲檢查”。診斷超聲檢查的常見(jiàn)用途是產(chǎn)科超聲檢查，即使用超聲能量來(lái)為母親的子宮產(chǎn)生的胚胎或胎兒生成圖像。
[0003]現(xiàn)代的超聲成像儀器通常利用具有多個(gè)以固定陣列排布的超聲換能器的探針?biāo)a(chǎn)生的回波數(shù)據(jù)，來(lái)生成超聲波圖像?，F(xiàn)代超聲成像儀器的問(wèn)題在于，所述儀器通常應(yīng)用的多元件換能器陣列和相關(guān)的波束形成電子原件構(gòu)造昂貴。這意味著當(dāng)前的“高端”儀器是非常昂貴的，如在￡20，000-￡100，000 (2012年價(jià)格)的范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述考慮，設(shè)計(jì)了本發(fā)明。
[0005]發(fā)明人觀察到，需要生產(chǎn)一種使用極低成本部件而仍能生成質(zhì)量可靠的超聲波圖像的超聲波成像儀器，例如，從而在目前因高昂而無(wú)法使用超聲成像儀器的應(yīng)用和/或領(lǐng)域中，開(kāi)創(chuàng)使用此類儀器的可能性。
[0006]因此，本發(fā)明的第一個(gè)方面中，可以提供一種超聲成像儀器，包括:
超聲換能器，用于在表面的第一側(cè)面上的多個(gè)位置和/或方位中的每一個(gè)位置和/或方位上分別執(zhí)行收集周期，在所述收集周期內(nèi)，所述超聲換能器向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射超聲能量并從所述目標(biāo)區(qū)域接收反射的超聲能量，所述目標(biāo)區(qū)域位于與所述表面的第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面；
處理單元，用于獲取表示每個(gè)收集周期內(nèi)所述超聲換能器接收的反射超聲能量的回波數(shù)據(jù)，以及表示每個(gè)收集周期內(nèi)所述超聲換能器在所述表面的第一側(cè)面上的位置和/或方位的位置/方位數(shù)據(jù)；
其中，所述處理單元用于，通過(guò)將所述位置/方位數(shù)據(jù)應(yīng)用到所述回波數(shù)據(jù)中，來(lái)將所述回波數(shù)據(jù)連貫地聚焦在分布于所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)上，從而生成所述目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像。
[0007]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由此一來(lái)，可以利用單一超聲換能器，在無(wú)需現(xiàn)代超聲成像儀器通常所要求的復(fù)雜波束形成電子的情況下，生成質(zhì)量合格的超聲圖像(如見(jiàn)圖5(a) (ii)、圖5(b) (ii)和圖 5(c) (ii)所示)。
[0008]在本公開(kāi)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“超聲圖像”即是指利用反射的超聲能量生成的任意圖像。
[0009]類似的聚焦技術(shù)在其它的技術(shù)領(lǐng)域已被熟知，例如在雷達(dá)上(其中此技術(shù)通常被稱作“合成孔徑雷達(dá)”)以及在聲吶上(其中此技術(shù)通常被稱作“合成孔徑聲吶”)，如見(jiàn)“SAM1: a low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by meansof synthetic aperture，，，Chat i l1n, J., Adams, A.E., Law lor,.A., Zakhar i a, Μ.E.,Oceanic Engineering, IEEE Journal of, pages: 4-15 Volume: 24, Issue: 1 , Jan1999.然而，據(jù)發(fā)明人所知，任何目前的醫(yī)學(xué)超聲掃描產(chǎn)品中，均尚未使用過(guò)以下技術(shù):即，使用單個(gè)超聲換能器從表面的第一側(cè)面上多個(gè)位置和/或方位上的每一個(gè)位置和/或方位獲取回波數(shù)據(jù)(例如，使用單個(gè)超聲換能器物理掃描整個(gè)皮膚)，并應(yīng)用位置/方位數(shù)據(jù)來(lái)連貫地聚焦回波數(shù)據(jù)。
[0010]優(yōu)選地，將所述位置/方位數(shù)據(jù)應(yīng)用到所述回波數(shù)據(jù)中，其中將所述回波數(shù)據(jù)看作是以固定陣列排列的的多個(gè)超聲換能器所獲取的回波數(shù)據(jù)，從而將所述回波數(shù)據(jù)連貫地聚焦在分布于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)上。由此一來(lái)，所述處理單元可以看作是使用所述位置/方位數(shù)據(jù)和所述回波數(shù)據(jù)來(lái)模擬以超聲換能器的固定“合成”陣列所所獲取的回波數(shù)據(jù)，即使實(shí)際上僅使用了單一超聲換能器元件來(lái)獲取回波數(shù)據(jù)。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述多個(gè)點(diǎn)分布于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)深度。優(yōu)選地，所述多個(gè)點(diǎn)分布于整個(gè)目標(biāo)區(qū)域。
[0012]所述目標(biāo)區(qū)域優(yōu)選為二維(“2D”)區(qū)域。所述二維區(qū)域可以位于包含預(yù)定軌跡的平面上，所述超聲換能器限于沿所述預(yù)定軌跡相對(duì)于外殼(見(jiàn)下文)移動(dòng)。因此，所述超聲圖像優(yōu)選為所述目標(biāo)區(qū)域的二維超聲圖像。
[0013]所述超聲換能器優(yōu)選地包含在超聲探針之中。
[0014]優(yōu)選地，所述超聲探針與所述處理單元相分離，其可以例如通過(guò)通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)(“PC”)來(lái)分離。
[0015]優(yōu)選地，所述超聲探針為手持式超聲探針，也就是說(shuō)，便于使用者用手握住。
[0016]優(yōu)選地，所述超聲探針含有用于安裝所述超聲換能器的頭部。所述超聲換能器優(yōu)選地固定安裝在所述頭部。優(yōu)選地，所述超聲探針還包含供所述頭部可移動(dòng)地安裝的外殼，以允許所述超聲換能器相對(duì)于所述外殼移動(dòng)。
[0017]更優(yōu)選地，所述頭部可移動(dòng)地安裝在所述外殼上，以允許所述超聲換能器沿預(yù)定軌跡相對(duì)于所述外殼移動(dòng)。該設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，所述預(yù)定軌跡限制了所述收集周期內(nèi)所述超聲換能器在所述表面的第一側(cè)面上的可用位置和/或方位的數(shù)量(假設(shè)所述外殼在收集周期內(nèi)相對(duì)于所述表面大體上保持靜止)，這通常允許更容易地根據(jù)所述位置/方位數(shù)據(jù)和所述回波數(shù)據(jù)生成超聲圖像。
[0018]優(yōu)選地，所述超聲探針為可手動(dòng)操作的，優(yōu)選地，所述頭部可移動(dòng)地安裝在所述外殼上，以允許使用者用手使所述超聲換能器相對(duì)于所述外殼移動(dòng)(優(yōu)選地沿預(yù)定軌跡，見(jiàn)上文)。
[0019]可選地，所述超聲探針可以包含動(dòng)力機(jī)制來(lái)相對(duì)于所述外殼移動(dòng)所述頭部(優(yōu)選地沿預(yù)定軌跡，見(jiàn)上文)。
[0020]優(yōu)選地，所述頭部和外殼的大小允許使用者用一只手握住所述外殼，同時(shí)用另一只手將所述頭部相對(duì)于所述外殼移動(dòng)。
[0021]優(yōu)選地，所述外殼設(shè)置為，在每個(gè)收集周期內(nèi)相對(duì)于所述表面大體上保持靜止。例如，所述外殼可以配置為，設(shè)置在與所述表面相接觸的位置(在所述表面的第一側(cè)面上)，從而在每個(gè)收集周期內(nèi)使所述外殼相對(duì)于所述表面大體上保持靜止。
[0022]所述預(yù)定軌跡可以具有任何形狀，但優(yōu)選為曲線或直線(例如為了計(jì)算簡(jiǎn)便)。所述預(yù)定軌跡優(yōu)選地位于單一平面上(如同樣為了計(jì)算簡(jiǎn)便)。
[0023]優(yōu)選地，所述預(yù)定軌跡為曲線。例如，所述頭部可以是可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼上，例如繞軸旋轉(zhuǎn)，以允許所述超聲換能器沿預(yù)定曲線軌跡相對(duì)于所述外殼移動(dòng)。這里所述曲線軌跡可以被稱為圓弧。
[0024]所述曲線預(yù)定軌跡可以相對(duì)于所述表面呈凸面或凹面。優(yōu)選地，所述曲線預(yù)定軌跡相對(duì)于所述表面呈凸面，因?yàn)檫@有利于所述超聲換能器的聲能穿透(也就是發(fā)射超聲能量進(jìn)入)更寬視野，例如寬于直線預(yù)定軌跡。反過(guò)來(lái)，這允許所述超聲成像儀器生成更大目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像，例如大于直線預(yù)定軌跡(雖然圖像質(zhì)量有相應(yīng)損失)。
[0025]優(yōu)選地，所述多個(gè)位置和/或方位(所述超聲換能器在其中執(zhí)行收集周期)對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定軌跡上的多個(gè)預(yù)定位置。
[0026]所述超聲換能器可以用于，基于代表所述頭部相對(duì)于所述外殼的位置和/或方位的信號(hào)(，例如由下述的位置和/或方位確定單元所產(chǎn)生的信號(hào))，在每個(gè)所述預(yù)定軌跡上的預(yù)定位置執(zhí)行收集周期。
[0027]優(yōu)選地，所述預(yù)定軌跡上的所述預(yù)定位置為均勻間隔的(例如為了計(jì)算簡(jiǎn)便)。然而，在某些實(shí)施例中，所述預(yù)定軌跡上的所述預(yù)定位置可以是非均勻間隔的。
[0028]在所述頭部可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述外殼上的情況下，例如繞軸旋轉(zhuǎn)(見(jiàn)上文)，所述超聲換能器可以用于，基于代表所述頭部相對(duì)于所述外殼的旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)，在所述預(yù)定軌跡上的每個(gè)預(yù)定位置執(zhí)行收集周期，例如所述預(yù)定位置以所述頭部相對(duì)于所述外殼旋轉(zhuǎn)的預(yù)定增量而分隔開(kāi)，所述預(yù)定增量可以是例如1°或更小，并且更優(yōu)選為0.5°或更小。
[0029]優(yōu)選地，所述預(yù)定軌跡上的所述預(yù)定位置之間的距離小于所述超聲換能器的寬度，例如使得所述“合成”陣列具有足夠的空間采樣率來(lái)避免混疊。例如，所述預(yù)定軌跡上的所述預(yù)定位置之間的平均(例如平均值)距離可以是所述超聲換能器的超聲發(fā)射面的一半寬度或者小于其寬度。由此而論，可以在預(yù)定軌跡所在的平面內(nèi)測(cè)量所述超聲換能器的超聲發(fā)射面的寬度(見(jiàn)上文)。
[0030]優(yōu)選地，所述處理單元用于生成所述目標(biāo)區(qū)域的多個(gè)超聲圖像，其中每個(gè)超聲圖像由位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)生成，所述位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)由所述超聲換能器分別沿所述預(yù)定軌跡的行程獲取。
[0031]優(yōu)選地，所述處理單元用于，根據(jù)位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)生成每個(gè)超聲圖像，所述位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)由所述超聲換能器分別沿所述預(yù)定軌跡的行程獲取，而無(wú)關(guān)于所述超聲換能器沿所述預(yù)定軌跡的運(yùn)動(dòng)方向(例如運(yùn)動(dòng)方向可以是正方向或反方向)。這可以有利于儀器以更快的速度生成超聲圖像。優(yōu)選地，所述超聲換能器的焦距短于所述成像區(qū)域的長(zhǎng)度，其中，焦距是指所述超聲換能器的超聲發(fā)射面到所述