[发明专利]利用折射率可变透镜的超声成像

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用折射率可变透镜产生超声图像的方法。

本发明还涉及一种包括布置为产生超声图像的折射率可变透镜的成像系统，以及一种适于使得计算机系统能够控制这种成像系统的计算机程序产品，该计算机系统包括具有与其相关联的数据存储装置的至少一个计算机。

背景技术

常规的超声是通过利用元件阵列以脉冲回波的方式聚焦并操纵超声波束来执行的。通过对由阵列接收的信号延迟并求和来形成波束。可以通过对同一接收数据施加不同延迟而针对单个发射事件形成多个接收波束。当今系统通常使用2或4个接收波束(或多条线)以增加帧率。

已经提出将流体聚焦技术用于超声成像。可以根据两种具有不同声速的不混溶液体来构造流体聚焦透镜。在液体之间的界面处发生折射，其可以被用于聚焦或操纵超声波束。当在液体和外壳之间施加电压时，电润湿令弯月面移动。这允许通过改变电压来控制焦点深度和界面倾斜度。流体聚焦技术因此提供了非常灵活的折射率可变透镜，其在例如光学和超声成像的各种成像中具有众多应用。

流体聚焦技术特别适合于需要小孔径(较大透镜会产生重力透镜效应的问题)的高频应用。这种情况的示例包括利用基于导管的探头进行心脏内成像。

对于心脏内成像(特别是病灶监测)，要求非常高的轴向分辨率，并且因此要求非常高的超声频率。典型的中心频率为25MHz。这对应于62μm的波长·。为了构造常规的相控阵列，需要·/2＝31μm的元件间距，从技术角度考虑，这是极度具有挑战性的。流体聚焦技术提供了一种优质的分辨率——其允许粗略地操纵波束以形成图像，但仍然可以使用高频单元件换能器。令人遗憾的是，由于固定的焦点，流体聚焦透镜仅能够一次在单方向上被操纵，因而接收多条线是不可能的。另外，不可能执行动态接收聚焦(由此在接收线时接收焦点被移动至更深处)。因此，所得到的图像在发射和接收两者中具有固定的焦点，而这限制了其远离焦点的分辨率。因此，利用折射率可变透镜产生超声图像的改进方法将是有利的，这种用途的更高效和/或可靠的方法将是尤其有利的。

发明内容

因此，本发明优选试图单独地或者以任何组合的方式缓解、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。具体而言，可以将本发明的目的视为提供一种用于利用折射率可变透镜产生超声图像的方法，该方法解决了现有技术中需要相对小的换能器进行高频率超声应用的上述问题。

在本发明的第一方面中，通过提供用于利用折射率可变透镜产生超声图像的方法来获得这一目的和若干其他目的，该方法包括：

从换能器阵列发射多个发射波束，每个发射波束以沿着阵列的不同位置为中心，并且每个发射波束包括多个横向间隔开的线位置，该横向间隔开的线位置与另一波束的横向间隔开的线位置在空间上相关，每个发射波束通过具有相关联的透镜形状的折射率可变透镜而被发射；

利用换能器阵列接收回波信号，每个回波信号通过具有相关联的透镜形状的折射率可变透镜而被接收；

通过以下操作在接收波束的横向间隔开的线位置处产生回波信号的多个接收线：

1)同时处理响应于一个发射波束接收的回波信号；或者

2)重复地发射与同一发射波束对应的发射事件，并且针对其每一个接收来自不同方向的回波信号；

针对额外的发射波束，重复地产生回波信号的多个接收线；

组合来自在空间上相关的不同发射波束的接收线的回波信号，以产生图像数据；以及

利用图像数据产生图像。

本发明特别地，但非专有地，提供一种用于利用其尺寸比迄今针对高频率应用所需的换能器更大的换能器进行高频率超声成像的方法是有利的。该换能器阵列不必是“良好采样的(well-sampled)”；即，具有与被接收的超声信号的中心波长可比的宽度或尺寸。这在非常高的频率时尤其重要，在这种情况下良好采样的阵列将需要非常难于制造的极小的元件。

当重复地发射发射波束并从不同方向接收回波信号以在波束的横向间隔开的线位置处产生回波信号的多个接收线时，即当以顺序的方式获得回信号时，以相对简单的方式实现处理是可能的。

在一个实施例中，所述换能器阵列中的至少换能器的子组可以具有宽度W，该宽度显著大于发射脉冲的中心波长的一半。具体而言，宽度W可以比发射脉冲的中心波长的一半至少大5、10、15或20倍。因此，本发明使得能够优选以高频率实现用于超声成像的换能器的简化的硬件实施。在特定的实施例中，阵列中的所有换能器，即不止子组，可以具有宽度W，该宽度显著大于发射脉冲的中心波长的一半。