[发明专利]超声波3D成像系统

说明书

对相关申请的参考

本申请是2009年9月30日提交的第12/570,856号美国专利申请的部分继续申请，第12/570,856号申请是2009年9月15日提交的第PCT/US09/56995号国际专利申请的部分继续申请，第PCT/US09/56995号国际专利申请是2008年9月30日提交的第12/286,555号美国专利申请的部分继续申请，并且要求享有由Chiang等人于2008年9月15日提交的发明名称为“Ultrasound 3D Imaging System”，第61/192,063号美国专利申请的优先权。本申请同样要求享有于2006年6月23日提交的第11/474,098号美国专利申请和2007年6月22日提交的第PCT/US2007/014526号国际专利申请的优先权。以上专利申请的全部内容在此通过引证并入本文。

背景技术

医学超声波成像技术对于大多数的医学成像应用而言已经成为一种工业规范。这些技术已经发展为用于提供内部器官的三维(3D)图像，并使用二维(2D)传感器阵列来进行处理。这些系统要求使用数以千计的射束形成通道。用于使这些系统进行工作的功率要求使用的是具有数字式延时射束形成器的相移动模拟技术，这种情况对图像质量造成损害。

因此，存在着对能够提高实时的三维成像能力的超声波成像技术进行进一步改进的持续的需求。除此之外，这种提高的能力将支持对四维功能的连续的实时显示。

发明内容

本申请涉及的是一种用于超声波医学成像的系统，该系统通过位于探测器外壳之内的传感器元件的二维(2D)阵列来提供三维(3D)成像。本发明的各种实施方案提供的是用于具有高分辨率和多种成像形式的医学成像的系统和方法。

在优选的实施方案中，探测器外壳包含第一射束形成电路，其将射束形成的数据发送到第二外壳中，第二外壳具有第二射束形成电路。第一射束形成电路提供远场的子阵列射束形成操作。所获得的射束形成的数据从扫描头发送到第二外壳中，第二外壳具有第二射束形成的电路，其提供方向可控的和可以聚焦的近场。

一种优选的实施方案提供的是一种扫描头，其可以连接到传统的超声波系统中，其中扫描将输入提供给传统的形成射束的处理功能过程。扫描头的射束形成器可以利用低功率的电子域处理器，该处理器具有至少32条射束形成通道。

本发明中的一种优选实施方案采用的是稀疏阵列，在该阵列中仅仅需要激活传感器元件中的一小部分。通过阵列中的四角元件的选择来提供适当的平均波瓣带宽，使得平均的旁瓣能量和杂波最小化，消除周期性并使得峰值与旁瓣的比率最大化，从而形成符合品质要求的图像。为了控制与负载的体积和区域相交叉的射束的方向，不同的传感器元件必须以适当的顺序进行激活，以维持峰值与旁瓣之间的比率。系统处理器可以通过编程来提供用于激活传感器的理想的顺序，以便能够在不同的角度上引导射束。可以选择的是，离散型的控制器可以用于对稀疏阵列的激活动作进行控制。一种优选的实施方案提供一种集成的开关电路的扫描头，继而为次序相连的所形成的射束来选择稀疏的阵列激活元件。扫描头可以连接到传统的超声波系统中，在其中扫描头将输入提供到传统的射束形成的处理功能中。在又一个实施方案中，发射阵列的元件和接收阵列的元件可以独立于包含有稀疏阵列的发射元件和作为几乎全部排满的阵列的接收元件进行操作。在一个优选的实施方案中，多路器和射束形成器电路可以集成到接口系统中，或者可以选择的是，集成到主机处理系统中，从而仍将2D传感器阵列保留安装在探测器外壳中。

本发明利用的是在射束形成器中的延时元件的每一个阶段中的非破坏性的感应。因此，对与65阶段的延时线而言，举例来说，对应每一个阶段中的64个可以使用的输出。时间分辨率可以在1/8λ到1/16λ的范围之内。

在探测器和非破坏性的感应中使用高压多路器允许可以实现时分制多路传输的顺序射束的形成。现在可行的是，按顺序来选择每一条延时线的交换分接以形成多路射束。

除了三维(3D)显示的能力之外，四维或者时域分解图像显示也可以用于以，例如以每秒10帧或者更高的频率来记录和显示图像的顺序。这样就能够以30帧/秒的帧频速度来浏览快速发生变化的特征，例如血液流动或者体液流动；心壁移动等等。