专利名称：可变线长扫描方式的制作方法
技术领域：
本申请的技术领域为医学成像中快速图像获取的方法和装置。
背景技术：
超声是医学成像的一种非侵入的、便于携带并且相对来说不贵的工具。 这些属性导致对于各种器官大范围地采用超声成像。特别地，经常使用超 声来探测运动，例如胎儿或者诸如心脏的器官的运动，以探测潜在的病理。 对心脏的这种成像，也称作超声波心动描记术，具有特殊的挑战，这是因 为对于一些心脏问题如二尖瓣脱垂的诊断涉及对于微弱的、只有在成像设 备可快速获取图像的情况下才可检测到的心脏运动的分析。
在超声扫描中，正如Andrew R.Webb的"Introduction to Biomedical Imaging 131 (2003)"所描述的，时间分辨率由回波从组织最深处返回到换 能器所需的时间来规定，所述文章在这里引入作为参考。为了获得对感兴 趣体积的完整成像，传统超声成像系统对具有小的、但均匀(固定)的半 径长度的极坐标扇形(polar sector)进行扫描。但是由于也扫描到了感兴趣 体积以外的区域，增加了为获得每一张单个图像所需时间量并由此降低了 图像获取率，这种固定线长的扫描在很多情况下是没有效率的。图1说明 了超声波心动描记术中的固定线长扫描缺乏效率的方面。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种对医学对象成像的方法，其包括使用 多条固定长度的线来扫描感兴趣体积的中心角区域，以及使用多条可变长 度的线来扫描所述感兴趣体积的所述中心角区域以外的部分，由此与使用 缺乏可变长度的线的恒定长度的线的扇形扫描方法的获取率相比，以提高 了的获取率获取图像。
在另一个实施例中，扫描所述中心角区域和域扫描所述中心角区域以
5外的部分还包括一种非序列方式。在另一个实施例中，所述非序列方式包 括使波束或脉冲的角位置从所述感兴趣体积的第一侧交替到感兴趣体积的 第二侧。
在另一个示范性的而非进一步限制的实施例中，扫描所述中心角区域
包括以固定长度的线在约-15度到约+15度的角度内进行扫描，如至少约土 10度、土20度或土25度内。在另一个同样作为示范性的而非进一步限制的 实施例中，扫描所述中心角形区域以外的部分包括以可变长度的线在约-45 度到-15度以及约+15度到+45度的角度内进行扫描，如至少约士10度、或 ±20度、或土25度、或士30度、或士35度、或士40度、或士50度、或± 55度。
在另一个示范性的而非进一步限制的实施例中，固定长度的线的长度 在约3cm与约30cm之间。在另一个同样是示范性的而非进一步限制的实 施例中，例如固定长度的线的长度约为16cm，至少约为4cm，或6cm、或 8cm、或10cm、或12cm、或14cm、或18cm、或20cm。
在另一个实施例中，所述可变长度的线的长度是k/sin (转向角)的函 数，其中k是常数。
在另一个示范性的而非进一步限制的实施例中，扫描所述中心角区域 以外的部分包括以长度在约lcm到约16cm之间变化的线进行扫描，例如， 至少长度约为2cm、或4cm、或6cm、或8cm、或10cm、或12cm、或14cm、 或16cm、或18cm、或20cm、或22cm、或24cm、或26cm、或28cm、或 30cm。
在另一个实施例中，扫描所述中心角区域以外的部分包括以长度在所 述固定长度的线的长度与该固定长度的线的长度的约三分之一的长度之间 变化的线进行扫描。
本发明的另一个实施例提供了一种用于对对象内的感兴趣体积进行扫 描的医学成像设备，将所述设备设计为使用多条固定长度的线来扫描感兴 趣体积的中心角区域，进一步设计为使用多条可变长度的线来扫描所述感 兴趣体积的所述中心角区域以外的部分，由此与使用缺乏可变长度的线的 恒定长度的线的扇形扫描方法的获取率相比，以提高了的获取率获取图像。
在另一个实施例中，所述医学成像设备包括可机械转向的单一元件换能器。在另一个实施例中，所述医学成像设备还包括具有元件的向量阵列 的换能器。在另一个实施例中，将所述换能器配置为使得扫描的有效顶点 位于所述换能器某一面之后。
在另一个实施例中，所述医学成像设备是超声成像设备。在另一个实 施例中，所述医学成像设备是二维超声扫描仪。在另一个实施例中，所述 医学成像设备是二维心脏超声扫描仪。
在另一个实施例中，所述医学成像设备是三维超声扫描仪。在另一个 实施例中，所述医学成像设备是三维心脏超声扫描仪。
图1是显示了使用传统固定线长扫描对心脏进行扫描的图画，箭头代 表由所述换能器发射的多个可能超声波束的子集，因为心尖位于靠近皮肤 处，并且因此靠近所述换能器，使用广角度扇形对整个心脏成像，另外， 由于心脏的深度(即相对于所述换能器向下的距离)不是一致的，对身体 除了心脏的部分同样进行了成像，用交叉排线的阴影三角图示性地表示这
些不必要的区域；
图2是使用超声元件阵列的扇形扫描实现方式的图画，所述元件阵列 由一排矩形代表，受激发的元件为带阴影的矩形，激发一个或多个元件以 生成波束；
图3是一组显示了通过使用元件阵列使波束生成并且使其转向的图画， 图3画SA显示了在相控阵列超声应用中所熟知的、通过控制元件的激发 定时而使波束聚焦，图3画面B显示了通过激发第一元件5，之后元件4， 之后元件3，之后元件2，之后元件l使波束转向到一侧，例如如图所示使 其转向左侧；
图4是可变线长扫描方式的实施例的图画，虚线代表中心角区域的边 界，线A、 B、C和D代表超声波束，所述中心角区域内的波束(线B和C) 具有相同的长度，所述中心角区域以外的波束(线A和D)具有随转向角 (e)增加而变短的长度；
图5是这里所述方法的实施例的流程图，步骤502涉及使用固定长度 的线来扫描感兴趣体积的中心角区域，步骤504涉及使用可变长度的线来扫描所述中心角区域以外的部分；
图6是这里本发明所用装置的实施例的示意性方块图，用于扫描对象 606中感兴趣体积604的医学成像设备602包括的部件有控制设备608、脉 冲发生器610、换能器612和预处理器614。
具体实施例方式
本发明的目的是在二维和三维医学扫描期间提高图像获取率。这里所 述的方法和装置可应用于超声扫描的应用，例如心脏扫描，但是其它医学 成像设备和其它目标器官也在本发明范围内。
超声成像系统包括既作为发射器又作为接收器的换能器。所述换能器 或者由单一元件组成，或者由多元件阵列组成。超声元件可以由多种材料 包括但不局限于压电晶体、锆钛酸铅(PZT)、压电材料和压电复合材料组 成。在发射模式时，所述换能器将电信号转化成机械振动，将所述机械振 动作为超声波发射到身体内。在接收模式，将所述超声波的回波(反向散 射)转化成电信号，之后加以处理。
用于超声扫描的两种主要图像形式为线性扫描和扇形扫描。AndrewR. Webb的"Introduction to Biomedical Imaging 103 (2003)"在这里引入作为参 考。图2显示了使用超声元件阵列的扇形扫描。由灰色表示的多个超声元 件受激发而生成波束。通过使单一元件机械转向而扇形扫描是可能的。该 波束在特定方向上通过身体并且由所述换能器接收回波。重复这一过程以 生成感兴趣体积的图像。
通过使用相长干涉以及对各元件的定相皿控制可以形成波束并使波 束转向。图3画面A显示了在相控阵列超声应用中所熟知的、通过控制元 件的激发定时而使波束聚焦。图3画面B显示了同样所熟知的、通过激发 元件5、之后元件4、之后元件3、之后元件2，最后元件1而使波束转向 的方法。
这里使用的"线" 一词代表波束。
由于目标器官的尺寸与形状，如心脏，许多目标感兴趣体积无法完整 地充满给定扇形的宽度内。结果，使用传统超声成像系统扫描心脏或其它 器官产生了还包括几乎没有或彻底没有诊断价值的身体部分的图像。当加宽所述扇形方式的角宽度以试图完全地显现心尖时，这种无效率会恶化。
本发明的一个实施例使用可变长度线(VLL)的扇形扫描。与传统扇 形扫描相比，这提高了获取率。根据一个实施例，在所述中心角区域使用 固定长度的线。所述中心角区域以外的部分，线的长度为转向角的函数， 随转向角增加而变短的线。
如这里所使用的，扇形扫描指的是使用恒定长度的线的极坐标方式 (polar format)扫描。VLL扫描指的是使用可变长度的线的极坐标方式扫 描。图4显示了一个VLL扫描的例子。
这里，以下表格显示了本发明的一种实现方式:
角度线的长度
-45度到-15度线的长度-常数/sin (转向角)
-15度到+15度线的长度恒定
+15度到+45度线的长度-常数/sin (转向角)
如图4所示，VLL扫描的影响是合成的宽近场和窄远场。
图5显示了这里所述的本发明的各种实施例的流程图。步骤502涉及 使用固定长度的线扫描感兴趣体积的中心角区域。步骤504涉及使用可变 长度的线扫描所述中心角区域以外的部分。如这里所描述的，本发明的实 施例可能使用可变长度的线和固定长度的线的多种不同组合进行扫描。
VLL扫描强于扇形扫描的一个优点可以在以下图像获取时间的比较中 看到。
使用3/4度线间隔用于16cm 90度扇形扫描的图像的获取时间可达到 120* (16*13+40) =29.81^(毫秒)以内，假定线开销(line overhead)为13 U s/cm(往返时间)和40 P s。
使用在恒定区域为16cm的线，90度近场和3/4度线间隔、可产生8cm 宽的"基底"(base)的一次VLL扫描需要40* (16*13+40)+80* (9*13+40) =22.5ms，其中将可变长度的线的扫描时间平均到9cm的线的扫描时间。在 一个相关的实施例中，由于发射焦点更近、所需延迟系数更少以及可能发 射孔径更小在用于短线的开销时间上可以省下一些额外的时间。
另外，对于扇形扫描，为了增加宽度，扇形的角度增加。与之相比， 为了增加VLL扫描的宽度，图像的水平宽度增加。在这两种情况下由于所扫描面积增加，将发生帧频的降低。
为了处理使用较短线在区域内进行VLL扫描期间存在的混响伪影的潜 在上升，本发明的一个实施例通过减少和可能消除这些伪影实现了非序列 方式扫描。在另一个实施例中，可以使角位置从图像的一侧交替到另一侧 或在图像的一侧和另一侧之间"往复"(ping-pong),而非通过将每条扫描 线的角位置递增来进行扫描。
在这里所述的方法和设备的另一个实施例中，将VLL扫描与向量阵列 扫描(其有效顶点置于所述换能器面之后)结合以对近场宽度进一步提高。
现在参考图6，这里本发明的另外的实施例包括用于扫描对象606中感 兴趣体积604的医学成像设备602。医学成像设备602用于扫描目标并获取 图像。
医学成像设备包括的部件有控制设备608、脉冲发生器610、换能器612 和预处理器614。所述控制设备608向所述脉冲发生器612发送信号以控制 所述医学成像设备602输出的电源、方向和焦点。所述控制设备调整波束 使得以长度固定的线来扫描所述感兴趣体积604的中心角区域，而在合适 时使用多条可变长度的线来扫描所述中心角区域以外的部分。所述脉冲发 生器610接收来自所述控制设备608的限定了电脉冲的电流值或电压值的 信号。将这些电脉冲发射到可以将电脉冲转变成另一种能量形式(如超声 波束)的所述换能器612。
如这里所述，将这种能量发射至对象606，在此随着所述能量通过所述 对象606这种能量被反射并且反向散射。所述换能器612接收所述反向散 射的能量。将所述换能器612接收到的能量发送到所述预处理器614以做 诸如放大的处理。进一步的处理可由所述控制设备608进行。
另外的实施例包括以上实施例在二维心脏超声扫描仪或三维心脏超声 扫描仪中的实现方式。
此外，显而易见的是，在不脱离所附权利要求及其等同物的精神和范 围的条件下，可设计出本发明的其它和另外的形式，以及不同于上述特定 和示范性实施例的实施例，因此意欲使本发明的范围包括这些等同物，并 且意欲将说明书和权利要求作为示范性的，而不应将其解释为进一步的限 制。
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权利要求
1、一种对医学对象成像的方法，所述方法包括使用多条固定长度的线来扫描感兴趣体积的中心角区域；以及使用多条可变长度的线来扫描所述感兴趣体积的所述中心角区域以外的部分，由此与使用缺乏可变长度的线的恒定长度的线的扇形扫描方法的获取率相比，以提高的获取率获取图像。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，扫描所述中心角区域和/或扫描所述中心角区域以外的部分还包括非序列方式。
3、 如权利要求2所述的方法，其中，所述非序列方式包括使波束或脉 冲的角位置从所述感兴趣体积的第一侧交替到所述感兴趣体积的第二侧。
4、 如权利要求l所述的方法，其中，扫描所述中心角区域包括在约-15 度至约+15度的角度内以固定长度的线进行扫描。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，扫描所述中心角区域以外的部分 包括在约-45度至约-15度与约+15度至约+45度之间的角度内以可变长度的 线进行扫描。
6、 如权利要求1所述的方法，其中，所述固定长度的线的长度在约3cm 至约30cm之间。
7、 如权利要求1所述的方法，其中，所述固定长度的线的长度约为 16cm。
8、 如权利要求l所述的方法，其中，所述可变长度的线的长度是k/sin (转向角)的函数，其中k是常数。
9、 如权利要求l所述的方法，其中，扫描所述中心角区域以外的部分 包括以长度在约lcm至30cm长度之间变化的线进行扫描。
10、 如权利要求1所述的方法，其中，扫描所述中心角区域以外的部 分包括以长度在所述固定长度的线的长度与约所述固定长度的线的长度的 三分之一之间变化的线进行扫描。
11、 一种用于扫描对象的感兴趣体积的医学成像设备，将所述设备设 计为使用多条固定长度的线来扫描感兴趣体积的中心角区域；以及还将所 述设备设计为使用多条可变长度的线来扫描所述感兴趣体积的所述中心角 区域以外的部分，由此与使用缺乏可变长度的线的恒定长度的线的扇形扫 描的获取率相比，以提高的获取率获取图像。
12、 如权利要求ll所述的医学成像设备，其中，所述设备还包括可机 械转向的单一元件换能器。
13、 如权利要求ll所述的医学成像设备，其中，所述设备还包括具有 元件的向量阵列的换能器。
14、 如权利要求12所述的医学成像设备，其中，将所述换能器配置为 使得扫描的有效顶点位于所述换能器的某一面之后。
15、 如权利要求ll所述的医学成像设备，其中，所述设备是超声成像 设备。
16、 如权利要求ll所述的医学成像设备，其中，所述设备是二维超声 扫描仪。
17、 如权利要求16所述的医学成像设备，其中，所述设备是二维心脏 超声扫描仪。
18、 如权利要求ll所述的医学成像设备，其中，所述设备是三维超声 扫描仪。
19、 如权利要求18所述的医学成像设备，其中，所述设备是三维心脏超声扫描仪。
全文摘要
提供了在医学成像中，与使用缺乏可变长度的线的恒定长度的线的扇形扫描方法的获取率相比，图像获取率提高了的方法和装置。一个实施例包括使用多条固定长度的线来扫描感兴趣体积的中心角区域，以及使用多条可变长度的线来扫描感兴趣体积的中心角区域以外的部分。
文档编号A61B8/14GK101528137SQ200780039142
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月18日 优先权日2006年10月20日
发明者D·普拉特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司