超声成像系统存储器架构的制作方法
【专利说明】超声成像系统存储器架构
[0001]与申请相关的交叉引用
[0002]本申请要求享有2012年8月21日提交的名称为“超声成像系统存储器架构”的美国临时专利申请案号61/691，717的优先权，在此全文引用以作参考。
[0003]参考引用
[0004]在此通过参考在本说明书中提及所有所述的公开和专利申请，其程度如同具体地和单独地指示为包括每个单独公开或专利申请以作参考。
技术领域
[0005]本公开概括地涉及超声成像系统，并且更特别地涉及使用原始回声数据存储器设备的超声成像系统。
【背景技术】
[0006]在传统的超声成像中，超声能量的聚焦束传送至待检查的人体组织中，并且探测和绘制返回的回声以形成图像。尽管超声已经广泛用于诊断目的，传统的超声已经大大受限于扫描的深度、斑点噪声、不良的横向分辨率、模糊的组织以及其他这些问题。
[0007]为了穿透人体组织，超声束通常由相控阵列(phased array)或成形的换能器(shaped transducer)形成并且聚焦。相控阵列超声广泛用于操纵并且聚焦窄超声束的方法以用于在医疗超声检查中形成图像。相控阵列探头具有许多小型超声换能器元件，每一个可以单独地被施加脉冲。通过改变超声脉冲的定时(例如通过沿着“行(row)”的顺序逐个被施加脉冲)，设置了结构相长干涉的模式，导致以选定角度定向的束。这已知为束操纵。以此方式操纵的超声束可以随后扫描通过正在被检查的组织或对象。来自多个束的数据随后组合以形成显示穿过对象的切片的可见图像。
[0008]传统上，使用用于发送超声束的相同换能器或阵列以探测返回声波。该设计配置结构导致在出于医疗目的而使用超声成像的核心的最重要限制之一:不良的横向分辨率。理论上，可以通过增大超声探头的孔径宽度而改进横向分辨率，但是涉及孔径尺寸增大的实际问题已经使得孔径保持小型。无疑地，即便具有该限制，超声成像已经非常有用，但是其具有更好分辨率将更有效。
【发明内容】
[0009]提供了一种超声成像方法，包括以下步骤，采用多孔径成像系统发送未聚焦声脉冲(Ping)超声脉冲以声穿透感兴趣区域，实时产生感兴趣区域的第一区段的第一图像，在存储器设备中存储从声穿透区域收到的回声数据，在存储步骤之后从存储器设备检索回声数据，以及处理回声数据以形成感兴趣区域的第二区段的第二图像，其中第二区段覆盖第一区段中未存在的感兴趣区域的一部分。
[0010]在一些实施例中，产生步骤包括使用第一组波束成形参数，以及处理步骤包括使用不同于第一组波束成形参数的第二组波束成形参数。[0011 ] 在一个实施例中，第二图像具有比第一图像更高的像素分辨率。在另一实施例中，第二图像覆盖了第一区段内感兴趣区域的一部分。在一些实施例中，感兴趣区域的第一区段和第二区段完全未重叠。
[0012]在一些实施例中，方法进一步包括处理回声数据以形成感兴趣区域的第三区段的第三图像，其中第三图像覆盖了第二图像中未存在的感兴趣区域的一部分，以及同时显示第二图像和第三图像。
[0013]在一些实施例中，人体心脏的剖面在第一图像中可见，在第二图像中仅可见心脏的第一部分，以及在第三图像中仅可见心脏的第二部分。
[0014]在一些实施例中，形成第二图像和形成第三图像进一步包括组合多个图像层，每个图像成对应于发送的超声脉冲与接收孔径的不同组合，以及其中形成第二图像包括组合与形成第三图像不同数目的图像层。
[0015]在一个实施例中，方法进一步包括测量在第二图像中可见的对象。
[0016]也提供了一种处理超声数据的方法，包括以下步骤，从第一非易失性数字存储器设备检索第一数据集合，第一数据集合包括发送孔径的位置和朝向信息，从第二非易失性数字存储器设备检索第二数据集合，第二数据集合包括一系列超声回声串，每个超声回声串包括与负责产生回声数据的发送孔径相关联的回声数据，从第一数据集合确定发送孔径的发送位置，从第二数据集合确定接收孔径的接收位置，以及使用第一组波束成形参数而波束成形第二数据集合以产生目标对象的第一组图像。
[0017]在一些实施例中，方法进一步包括，调整至少一个波束成形参数以形成第二组波束成形参数，以及使用第二组波束成形参数而波束成形第二数据集合以产生目标对象的第二组图像。
[0018]在一个实施例中，至少一个波束成形参数是目标对象中的声速。在另一实施例中，至少一个波束成形参数是发送孔径的发送换能器元件、或者接收孔径的接收换能器元件的位置。在额外实施例中，至少一个波束成形参数是权重因子。
[0019]在一些实施例中，方法进一步包括，限定目标对象的图像窗口，以及波束成形第二数据集合以产生目标对象的图像窗口的第二组图像。
[0020]在一些实施例中，图像窗口覆盖了第一组图像内的区域并且小于第一组图像的总面积，方法进一步包括测量在第二组图像中可见的结构的尺寸。
[0021]在另一实施例中，方法包括基于由第二数据集合形成图像而向显示器添加m-模式线。
[0022]在其他实施例中，方法进一步包括调整用于相干(coherently)和非相干地(incoherently)组合图像的算法。
[0023]在一些实施例中，产生第一组图像进一步包括，组合第一多个图像层以形成第一组帧，每个图像层对应于发送孔径和接收孔径的不同组合，以及以第一帧速率显示第一组帧。
[0024]在其他实施例中，方法包括，波束成形第二数据组合以产生目标部分的第二组图像，包括组合第二多个图像层以形成第二组帧，每个图像层对应于发送孔径和接收孔径的不同组合，第二组帧具有比第一组帧更多数目的帧，以及以比第一帧速率更高的第二帧速率显示第二组帧。
[0025]也提供了一种超声成像系统，包括具有多个发送换能器元件和多个接收换能器元件的多孔径超声探头，配置用于控制从探头的发送换能器元件传输超声脉冲的发送控制电子器件，配置用于从接收换能器元件接收对应于超声脉冲回声的回声信号的接收器电子器件，以及与接收器电子器件电通信的原始数据存储器，原始数据存储器包含表示至少一个发送元件标识的数字数据、至少一个发送元件发送超声脉冲的时刻、以及表示来自超声脉冲的回声振幅的一系列数据点。
[0026]在一些实施例中，系统包括与原始数据存储器电子通信的波束成形器，波束成形器配置以从原始数据存储器检索回声数据并且从检索到的回声数据形成图像。
[0027]提供了一种超声图像处理计算设备，包括，处理器，包含处理代码的第一非易失性存储器设备，包含与发送孔径相关联的超声回声数据，并且包含相对于接收孔径的接收换能器元件限定所述发送孔径的发送换能器元件的声学位置的换能器元件位置数据的第二非易失性存储器设备，其中处理器配置以执行在第一非易失性存储器设备中的处理代码，以从第二存储器设备检索超声回声数据，以及通过基于换能器元件位置数据而波束成形回声数据从而形成图像。
[0028]在一些实施例中，该设备并未电子或物理地连接至包含发送孔径和接收孔径的超声探头。
[0029]提供了一种超声成像方法，包括，从至少一个发送元件发送超声声脉冲至患者体中，在原始数据存储器中存储关于超声声脉冲的发送信息，采用至少一个接收元件接收对应于超声声脉冲的回声，在多个采样点处采样回声以产生包含信号幅度和时间戳项目的数字记录，并且在原始数据存储器中存储用于每个采样点的数字记录。
[0030]在一些实施例中，该方法进一步包括从数字记录形成超声图像。
[0031]在另一实施例中，该方法包括，执行发送和接收元件的校准操作以获得更新的校准数据，并且使用更新的校准数据处理数字记录以形成超声图像。
【附图说明】
[0032]采用以下权利要求中的特性阐述了本发明的创新性特征。通过参考列出示意性实施例的以下详细说明书，将获得对于本发明特征和优点的更好理解，其中采用了本发明的原理，并且其附图:
[0033]图1是多孔径超声成像探头和待成像的网格点的示意图。
[0034]图2是配置用于捕捉原始回声数据的超声成像系统控制面板的一个实施例的透视图。
[0035]图3是示出了配置用于本地原始回声数据捕捉的超声成像系统的一个实施例的数个功能部件的结构图。
[0036]图4是示出了配置用于远程原始回声数据捕捉的超声成像系统的一个实施例的数个功能部件的结构图。
[0037]图5是示出了用于捕捉和记录原始回声数据的过程的一个实施例的流程图。
[0038]图6是示出了从业者可以由此利用在先前现场成像阶段期间捕捉的原始回声数据的过程的实施例的流程图。
[0039]图7是示出了成像系统由此可以处理并显示在先前现场成像阶段期间捕捉的原始回声数据的过程的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0040]将参照附图详细描述各个实施例。参照特定示例和实施方式是为了示意性目的，并且并非意在限定本发明或权利要求的范围。
[0041]介绍和定义
[0042]尽管在此参照解剖学结构的各个超声成像描述了各个实施例，应该理解的是在此所示和所述的许多方法和设备也可以用于其他应用中，诸如对非解剖结构和对象的成像和评测。例如，在此所述的探头、系统和方法可以用于各个机械对象、结构化对象或材料的非破坏性测试或评测，诸如焊接、管线、梁、板、压力容器、层状结构等等。以下各个实施例包括用于使用了配置用于存储原始、未波束成形超声数据以用于后续波束成形并且处理为图像数据的超声成像系统的系统和方法。该系统允许使用超声成像系统的许多独特方法。
[0043]如在此使用的术语“超声换能器”和“换能器”可以承载如超声成像技术的本领域技术人员所理解的它们的原始含义，并且可以不受限地涉及能够将电信号转换为超声信号和/或反之亦然的任何单个部件。例如，在一些实施例中，超声换能器可以包括压电设备。在一些其他实施例中，超声换能器可以包括电容性微机械加工的超声换能器(CMUT)。
[0044]换能器通常配置在多个单独换能器元件的阵列中。如在此使用的，术语“换能器阵列”或“阵列”通常涉及安装至常规背板的换能器元件的集合。这些阵列可以具有一个维度(ID)、两个维度(2D)、1.X维度(1.XD)或三维(3D)。也可以使用本领域技术人员所理解的其他维度阵列。也可以使用环形阵列，诸如同心圆阵列和椭圆阵列。换能器阵列的元件可以是阵列的最小分立功能部件。例如，在压电换能器元件阵列的情形中，每个元件可以是单个压电晶体或压电晶体的单个机械加工区段。
[0045]如在此使用的，术语“发送元件”和“接收元件”可以承载如超声成像技术领域的技术人员所理解的它们原始含义。术语“发送元件”可以不受限地涉及至少即刻执行其中电信号转换为超声信号的发送功能的超声换能器元件。类似的，术语“接收元件”可以不受限地涉及至少即刻执行其中将冲击在元件上的超声信号转换为电信号的接收功能的超声换能器元件。将超声发送至媒介中在此也可以称作“声穿透”。反射超声波的对象或结构可以称作“反射体”或“散射体”。
[0046]如在此使用的，术语“孔径”可以涉及可以穿过其发送和/或接收超声信号的概念性“开口”。在实际中，孔径简单的是单个换能器元件或者共同地由成像控制电子器件管理作为共同群组的换能器元件的群组。例如，在一些实施例中，孔径可以是可以与相邻孔径物理分立的元件的物理群组。然而，相邻孔径并非必需物理地分立。
[0047]应该注意的是，在此使用术语“接收孔径”、“声穿透孔径”和/或“发送孔径”以意味着单个元件、阵列内元件的群组、或甚至具有共用外壳的整个阵列，其执行从期望的物理观测点或孔径的期望发送或接收功能。在一些实施例中，这些发送和接收孔径可以被创建为具有专用功能的物理分立的部件。在其他实施例中，如果需要的话可以动态地电子地限定任意数目的发送和/或接收孔径。在其他实施例中，多孔径超声成像系统可以使用专用功能和动态功能孔径的组合。
[0048]如在此使用的，术语“总孔径”涉及所有成像孔径的总累积尺寸。换言之，术语“总孔径”可以涉及由用于特定成像周期的发送和/或接收元件的任何组合的最远换能器元件之间最大距离所限定的一个或多个维度。因此，总孔径由对于特定周期指定作为发送或接收孔径的任意数目子孔径构成。在单孔径成像设置的情形中，总孔径、子孔径、发送孔径和接收孔径将均具有相同的维度。在多阵列探头的情形中，总孔径的维度可以包括所有阵列的维度的总和。
[0049]在一些实施例中，两个孔径可以在连续阵列上相互邻接。在另外其他实施例中，两个孔径可以在连续阵列上相互重叠，以使得至少一个元件功能用作两个分立孔径的一部分。可以以对于特定应用所需的任何方式动态地限定孔径的位置、功能、元件数目以及物理尺寸。以下将讨论对于特定应用的对于这些参数的约束，和/或这些约束对于本领域技术人员是清楚的。
[0050]在此所述的元件和阵列也可以是多功能的。也即，在一个实例中指定换能器元件或阵列作为发射器并不排除它们在下一个实例中立即重新指定作为接收器。此外，控制系统的实施例在此包括用于基于用户输入、预设的扫描或分辨率标准或其他自动确定的标准而电子地做出这些指定的能力。
[0051 ] 如在此使用的，术语“点源传输”或“声脉冲”可以涉及将发送的超声能量从单个空间位置引入媒介中。这可以使用单个超声换能器元件或者作为单个发送孔径一起发送的相邻换能器元件的组合而实现。来自点源发送孔径的单个传输接近均匀的球形波前(wavefront)，或者在成像2D切片的情形中，在2D切片内的均匀的圆形波前。在一些情形中，来自点源发送孔径的圆形或球形波前的单个传输可以在此称作“声脉冲”或“点源脉冲”。
[0052]如在此使用的，短语“像素分辨率”涉及对图像中大量像素的测量，并且可以表示为两个正整数，第一个涉及多个像素列(图像宽度)并且第二个涉及多个像素行(图像高度)。备选地，像素分辨率可以根据像素的总数目(例如行数目与列数目的乘积)、每单元长度的像素数目、或者每单位面积的像素数目而表示。如在此使用的“像素分辨率”区分于术语“分辨率”的其他使用，其涉及图像中可见细节的水平。例如，“横向分辨率”可以涉及在超声图像平面中沿着水平轴线辨别的细节的水平，独立于该平面的图