于所述表面105大體上保持靜止。例如，所述外殼130可以配置為，位于與所述表面105相接觸的位置，從而保持所述外殼130在每個收集周期內(nèi)相對于所述表面105大體上靜止。
[0066]優(yōu)選地，所述多個位置和/或方位(其中所述超聲換能器122執(zhí)行收集周期)對應(yīng)于所述預(yù)定圓弧124上的多個預(yù)定位置。
[0067]優(yōu)選地，所述超聲換能器122用于，基于代表所述頭部120相對于所述外殼130旋轉(zhuǎn)角度的信號，在所述預(yù)定圓弧124上的每個預(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120相對于所述外殼130旋轉(zhuǎn)的預(yù)定增量而分隔開。所述旋轉(zhuǎn)預(yù)定增量優(yōu)選地要足夠小，從而保證預(yù)定圓弧124上所述預(yù)定位置之間的平均距離小于所述超聲換能器的所述超聲發(fā)射面的寬度，并且可以是例如0.25°。代表所述頭部120相對于所述外殼130旋轉(zhuǎn)的角度的信號可以由下文中參考圖4所述的回轉(zhuǎn)式編碼器產(chǎn)生。
[0068]每個收集周期優(yōu)選地執(zhí)行非常快，從而令超聲能量的發(fā)射和接收可以假設(shè)為在所述預(yù)定圓弧124上的同一位置發(fā)生，即使所述頭部120正在移動而同時收集周期正在執(zhí)行。這可以允許在所述預(yù)定圓弧124上每秒鐘執(zhí)行3次超聲波行程(“掃描”)，并且因此每秒鐘由人工操作生成3個圖像。使用動力機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更快的速度。
[0069]圖3為非聚焦超聲換能器中超聲換能器焦距寬度的效果示意圖。
[0070]在圖3 (a)中，第一非聚焦超聲換能器122a的超聲發(fā)射面的第一寬度為wa。
[0071]如圖3 (a)所示，在使用中，所述第一超聲換能器122a的超聲發(fā)射面以超聲能量波束126a的形式發(fā)射超聲能量。所述超聲能量波束126a在自然焦點(diǎn)125a強(qiáng)度最大，自然焦點(diǎn)125a與所述超聲發(fā)射面之間的距離通常稱為所述第一超聲換能器122a的“焦距”。所述焦距與換能器孔徑尺寸的大小成正比。所述第一超聲換能器122a的所述超聲發(fā)射面與最大強(qiáng)度點(diǎn)125a之間的區(qū)域通常稱為“近場”區(qū)域128a，越過最大強(qiáng)度點(diǎn)125a之外的區(qū)域通常稱為“遠(yuǎn)場”區(qū)域129a。
[0072]對于非聚焦超聲換能器，例如圖3 (a)所示的第一超聲換能器122a，所述超聲換能器發(fā)射的超聲能量的振幅在近場區(qū)域128a內(nèi)通常經(jīng)過一系列的最大值和最小值才到達(dá)最大強(qiáng)度點(diǎn)125a。在遠(yuǎn)場區(qū)域129a中，所述超聲換能器發(fā)射的超聲能量的振幅通常根據(jù)平方反比定律隨距離增加而減小。
[0073]在圖3 (b)中，展示了第二超聲換能器122b，其包含具有第二寬度wb的超聲發(fā)射面，該第二寬度wb比第一寬度ym小一個數(shù)量級。
[0074]減小所述第二超聲換能器122b的超聲發(fā)射面的寬度的結(jié)果是，最大強(qiáng)度點(diǎn)125b更加靠近所述第二超聲換能器122b的超聲發(fā)射面。也就是說，隨著所述第二超聲換能器122b的超聲發(fā)射面的寬度減小，所述第二超聲換能器122b的焦距也減小。
[0075]優(yōu)選地，圖2中超聲探針110使用的超聲換能器122的超聲發(fā)射面的寬度小于10倍信號波長(在所述預(yù)定圓弧124所在平面測量)，以實(shí)現(xiàn)極短的焦距，如5mm或更小。這意味著所述超聲換能器122成像的區(qū)域?qū)嶋H上全部在遠(yuǎn)場區(qū)域，如圖2所示。以前配置單定焦換能器的機(jī)械掃描超聲成像儀器中，由于遠(yuǎn)場區(qū)域的大波束寬度，如此短焦距的操作將導(dǎo)致低角度分辨率。相反地，更大的換能器孔徑可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場區(qū)域的較小波束寬度，較長的焦距可能使很多目標(biāo)區(qū)域位于近場區(qū)域，從而導(dǎo)致嚴(yán)重變形。
[0076]然而，如下文詳細(xì)所述，優(yōu)選地，圖1所示的處理單元180用于，通過聚焦位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)來生成目標(biāo)區(qū)域的超聲圖像，其中將所述位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)看作由沿所述預(yù)定圓弧124的大得多的元件陣列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。以這種方式，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的始終高角度分辨率而沒有顯著的近場變形。
[0077]圖4為圖1中超聲成像儀器100的電子元件的示意圖。
[0078]在圖4中，所示處理單元180包含接口 180a，如USB接口，用來連接所述超聲探針110的電纜112。
[0079]所述超聲探針110的電子電路可以看作分為四個功能模塊:超聲換能器122 ;傳輸單元；回波數(shù)據(jù)獲取單元；和位置/方位數(shù)據(jù)單元。所述超聲探針110的電子電路優(yōu)選地封裝在圖2所示的頭部120中。
[0080]所述超聲換能器122優(yōu)選地包含單壓電換能器元件，優(yōu)選為PZT (鋯鈦酸鉛)制成。如上所述，優(yōu)選地，所述單電壓換能器元件寬度小，從而使得所述超聲換能器122發(fā)射的超聲能量將通常位于遠(yuǎn)場區(qū)域中與目標(biāo)區(qū)域105c對應(yīng)的深度。獲取高分辨率超聲圖像的聚焦操作優(yōu)選地由處理單元180中軟件來執(zhí)行(參見下文)。
[0081]傳輸單兀優(yōu)選地包含微處理器150、傳輸脈沖發(fā)生器152及雙工器電路154。
[0082]回波數(shù)據(jù)獲取單元優(yōu)選地包含微處理器150、雙工器154、低噪聲放大器156、帶通濾波器158以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器160。
[0083]位置/方位數(shù)據(jù)單元優(yōu)選地包含微處理器150和回轉(zhuǎn)式編碼器170。
[0084]在使用中，優(yōu)選地，對表面105上的目標(biāo)區(qū)域應(yīng)用流體，來在所述超聲換能器122與所述表面上的目標(biāo)區(qū)域之間創(chuàng)建一個聲阻抗匹配層，其中，優(yōu)選地，所述外殼與所述表面相連，以保持所述外殼相對于所述表面大體上靜止。
[0085]下一步，所述頭部120相對于所述外殼130是可旋轉(zhuǎn)的，以令所述超聲換能器沿所述預(yù)定圓弧124移動，其中，優(yōu)選地，基于由所述回轉(zhuǎn)式編碼器170產(chǎn)生的代表所述頭部120相對于所述外殼130旋轉(zhuǎn)角度的信號，所述微處理器150在預(yù)定圓弧124上的多個預(yù)定位置中的每一個位置均啟動收集周期。
[0086]在每個收集周期啟動時，優(yōu)選地，所述微處理器150控制所述傳輸脈沖發(fā)生器152，以通過雙工器電路傳輸電脈沖至所述超聲換能器122。該電脈沖使所述超聲換能器從其超聲發(fā)射面以脈沖形式發(fā)射超聲能量，例如持續(xù)1微秒或更短。
[0087]隨后，優(yōu)選地，由于壓電效應(yīng)，所述超聲換能器122產(chǎn)生模擬(電壓)信號，該信號表示所述超聲換能器接收的反射超聲能量在。該模擬信號優(yōu)選地經(jīng)過雙工器電路154，并且在此處優(yōu)選地由所述低噪聲放大器156放大。
[0088]下一步，所述帶通濾波器158優(yōu)選地將頻段下限以下(如3.6MHz)以及頻段上限以上(如4.8MHz)且模擬信號的通過頻率位于上述閾值之間的模擬信號的頻率減弱。
[0089]優(yōu)選地，帶通濾波模擬由所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器160以小于采用帶通采樣技術(shù)的帶通濾波模擬信號的帶寬的兩倍的采樣率來轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。然后，所述微處理器150產(chǎn)生代表所述超聲換能器122所接收的基于數(shù)字信號的反射超聲能量的回波信號。
[0090]所述回轉(zhuǎn)式編碼器170可以是光學(xué)編碼器，例如0.25°角度分辨率的低成本光學(xué)編碼器。所述回轉(zhuǎn)式編碼器170產(chǎn)生代表所述頭部120相對于所述外殼130旋轉(zhuǎn)角度的信號。所述微處理器150可用于，基于該信號，生成代表每個收集周期內(nèi)所述超聲換能器122在所述表面105的第一側(cè)面105a上的位置和方位的位置/方位數(shù)據(jù)。完成沿所述預(yù)定圓弧124的行程后，所述位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)優(yōu)選地通過電纜122傳輸以由所述處理單元180獲取。所述處理單元180優(yōu)選地通過完成預(yù)定圓弧124所獲取的位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)形成目標(biāo)區(qū)域的B超圖像(2D)。為了將所述回波數(shù)據(jù)連貫地聚焦到目標(biāo)區(qū)域上的一個特定點(diǎn)上，所述處理單元可以連貫地對該特定點(diǎn)對應(yīng)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行求和，所述回波數(shù)據(jù)從沿穿過該特定點(diǎn)的預(yù)定圓弧上的每個換能器位置點(diǎn)獲得。因此，所述處理單元優(yōu)選地計算哪些換能器位置點(diǎn)將包含在求和中，對每個被包含的回波數(shù)據(jù)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臅r間延遲和/或相移，然后對每個經(jīng)過時間延遲的和/或相移的回波數(shù)據(jù)求和。上述過程優(yōu)選地在整個目標(biāo)區(qū)域中的多個點(diǎn)上重復(fù)。
[0091]傳統(tǒng)地，“合成陣列”技術(shù)采用沿直線軌跡而不是沿圓弧124 (如上述儀器)獲取的信號。因此，為了實(shí)現(xiàn)聚焦，需要改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的“合成陣列”技術(shù)。所述超聲換能器122優(yōu)選為沿預(yù)定圓弧124移動的原因在于，這使得待聲能穿透區(qū)域大而移動幅度相對小(雖然圖像質(zhì)量有適當(dāng)損失)。
[0092]優(yōu)選地，由于所述超聲換能器122沿所述預(yù)定圓弧124來回重復(fù)移動，所述處理單元180優(yōu)選地生成所述目標(biāo)區(qū)域105c的多個超聲圖像，其中每個超聲圖像根據(jù)位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)生成，其中所述位置/方位數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)分別由所述超聲換能器122沿所述預(yù)定圓弧124的行程獲取，并且優(yōu)選地與所述超聲換能器122沿所述預(yù)定圓弧124的移動方向無關(guān)。
[0093]因此，通過沿所述預(yù)定圓弧來回地人工移動所述超聲換能器122，每秒鐘可以生成數(shù)個超聲圖像，這意味著對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行近似實(shí)時觀察是可能的。
[0094]—般而言，上述討論可以看作是對本申請技術(shù)方案的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本申請可以提供包含配置有積分電子