[发明专利]超声波三维成像系统

说明书

相关申请

这份申请是2008年9月30日申请的美国专利申请第12/286,555号的部分继续申请并且要求给予2008年9月15日Chiang等人以“Ultrasound 3D Imaging System(超声波三维成像系统)”为题申请的美国专利申请第61/192,063号的优先权。这份申请还要求给予2006年6月23日申请的美国专利申请第11/474,098号和2007年6月22日申请的国际专利申请第PCT/US2007/014526号的优先权。上述申请的全部内容在此通过引证并入本文。

背景技术

医用超声波成像已经成为许多医用成像应用的工业标准。技术是为使用二维(2D)换能器阵列提供内脏和瘤的三维(3D)图像而研发的。这些系统需要数以千计的波束生成信道。操作这样的系统所需要的功率已经造成模拟相移技术与数字式延迟波束生成器一起使用造成图像质量的折中。

在促成改进的实时三维成像能力的超声波成像技术中继续存在对进一步改进的需求。除此之外，这个改进的能力应该支持对第四维4D功能的连续的实时显示。

发明内容

本发明涉及用于医学超声波成像的系统，该系统使用探头壳体中的换能器元件的二维(2D)阵列提供三维(3D)成像。本发明的实施方案提供用于医学成像的有高分辨率和很多成像样式的系统和方法。

在优选的实施方案中，探头壳体包含第一波束生成电路，该电路把波束生成数据传送给有第二波束生成电路的第二壳体。第一波束生成电路提供远场子阵波束生成操作。由此产生的波束生成数据从扫描头传送到有第二波束生成电路的第二壳体，其中第二波束生成电路提供近场的波束控制和波束聚焦。

优选的实施方案提供能与传统的超声波系统连接的扫描头，其中扫描头把输入提供给传统的波束生成处理功能。扫描头波束生成器能利用至少有32个波束生成信道的低功率电荷域处理器。

本发明的优选实施方案在只有一小部分换能器元件需要被激活的地方使用稀疏阵列。通过选择阵列的四个角落元件提供适当的平均波瓣带宽，将平均的旁瓣能量和杂波减到最少，消除周期性和将峰值旁瓣比最大化，产生高品质图像。为了控制波束穿越感兴趣的体积或区域，不同的换能器元件必须按适当的顺序启动以维持该峰值旁瓣比。系统处理器能通过编程提供所需要的换能器激活顺序以便将波束指向不同的角度。作为替代，离散控制器能用来控制稀疏阵列激活。优选的实施方案提供带集成开关电路的扫描头，其中集成开关电路用来为连续的多重波束生成连续地选择稀疏阵列激活元件。扫描头能与传统的超声波系统连接，其中扫描头提供输入给传统的波束生成处理功能。在另一个实施方案中，发射阵列元件和接收阵列元件能独立地操作，其中传送元件包含稀疏阵列，而接收元件是几乎填满的阵列。在优选的实施方案中，多路转接器和波束生成器电路能集成到接口系统之中，或作为替代，集成到主处理系统之中，留下2D换能器阵列安装在探头壳体中。

本发明利用波束生成器中延迟元件的每级的非破坏性测知。所以，在65级延迟线的情况下，举例来说，有64个可使用的输出，每级一个。时间分辨率可能在1/8λ到1/16λ的范围内。

使用探头中的高压多路转接器和非破坏性测知允许有分时多路复用的连续波束生成。连续地改变每条延迟线的抽头选择形成多个波束现在是可能的。

除了三维(3D)显示能力之外，举例来说，第四维或时间分辨图像显示能用来记录和显示以每秒10帧以上的速度记录的图像序列。这允许以每秒30帧的电视帧速观察快速改变的特征，例如，血液或流体的流动、心脏壁的运动，等等。

本发明的另一个优选实施方案利用三级波束生成器系统，其中第一级完成对从换能器阵列收到的数据的第一波束生成操作，其中换能器阵列产生第一波束生成数据，跟在第一级后面的是第二级，第二级完成第二波束生成操作提供第二级波束生成数据，该数据随后被递送给完成第三波束生成操作的第三波束生成级。

各级都能使用电荷域处理器实现。数据也能在第一级或第二级之前，在第三级或其后从模拟形式转换到数字形式。一个级能利用平行的波束生成操作，而且第二级提供连续的波束生成。

附图说明

图1依照本发明举例说明用于超声波成像的二维平铺阵列的使用。

图2依照本发明举例说明可操纵的二维阵列。

图3A举例说明用于远场波束控制和聚焦的第一波束生成器装置和用于近场波束生成的第二时间延迟波束生成器的使用。

图3B举例说明把数据转发给数字式波束生成器的第一模拟子阵波束生成器。

图3C举例说明用于二维换能器探头的扫描头。