镜面反射目标的超声成像的制作方法
【专利说明】镜面反射目标的超声成像
[0001]优先权声明
在此要求于2012年6月13日提交的标题为“Ultrasound Imaging ofSpecular-Reflecting Target”、序列号为61/659,027的美国临时专利申请(律师档案号码01932-01)的优先权利益，由此其全部内容通过引用被合并于此。
【背景技术】
[0002]在美国，在90%的医院中，急救科(ED)的过度拥挤每星期发生至少一次。ED过度拥挤与较差的健康结果相关，诸如由于不及时和不能管理治疗而导致较高的死亡率或较长的恢复时间。存在ED过度拥挤的许多原因，主要包括对放射检查服务的高需求。这种放射检查服务包括每年为ED提供的3900万次X射线。许多X射线为时间紧急条件下的病人(例如，外伤、头部损伤或中风)获取，并且大约1900万次X射线为具有疑似骨折的病人获取。
[0003]例如，用于骨折的X射线包括每年每人接收2个X射线期的4百万病人，这些病人中的60%在每一期接收两组X射线(使用移置性骨折的百分比估计)。每年还针对5百万ED扭伤病人中的320万病人获得X射线(使用64%的ED扭伤接收X射线的统计估计)。在ED中为病人获取X射线是资源密集和耗时的，并且通常能够包括下面各项:布置X射线机器上的时间，将病人转移到X射线机器，获取X射线图像，将病人和图像结果转移回至ED，从放射科医师获得处置，并且将该处置传送给ED或整形外科医生。例如，每次ED要求的X射线消耗>30分钟，并且消耗另外的>30分钟以获取放射科医师处置。放射检查积压也能够增加延迟。
【发明内容】
[0004]在一个方案中，通常可用的二维(2D)超声设备能够替代于X射线而被诸如用于骨折检测和治疗的监视(例如，骨折减小)。将这种通常可用的2D超声用于ED骨折检测通常以更低成本导致更快的诊断和治疗时间。然而，使用这种通常可用的2D超声进行的骨折检测的灵敏度或明确性可能不如X射线。例如，已预先确定:踝关节骨折的基于2D超声的诊断能够导致90.9%灵敏度和90.9%明确性。2D方案的几个弱点导致它差的骨折检测性质，例如:骨图像质量可能差；成像视场可能受到限制(例如，4厘米(cm)乘以I cm覆盖区，诸如具有5-6 cm成像深度)；以及图像获取和成像结果的解释可能通常涉及显著的用户技能。
[0005]相比之下，本发明人已意识到:各种超声技术和设备能够被用于骨折的可靠确定，或通常用于对一个或多个成像目标(诸如，组织内的一个或多个镜面反射目标)成像。在例子中，超声成像技术能够包括使用多角度探询(SRMI)的镜面表面重构，诸如使用超声换能器的阵列(例如，活塞换能器的阵列)。
[0006]在例子中，超声设备能够包括:一个或多个处理器电路，耦合到显示器；和符合成像换能器组件，能够定位在待成像的组织区域附近，诸如符合组织区域(例如，腿、臂、踝、肘或者一个或多个其它部位)的轮廓。例如，这种阵列能够在独立壳体中包括处理器电路和显示器，或者超声换能器组件能够耦合到包括显示器、一个或多个用户输入或其它电路的单独的设备(诸如，推车)。这种设备能够包括处理器可读介质，处理器可读介质包括指令，当由一个或多个处理器电路执行所述指令时，所述指令使所述一个或多个处理器电路构造至少近似镜面反射目标的表示。
[0007]通常，这里描述的超声设备或技术能够包括:获得反射的超声回声信息，反射的超声回声信息能够被用于构造至少近似镜面反射目标(诸如，骨头)的二维或三维表示。在例子中，诸如使用超声换能器阵列中的一个或多个超声换能器或者使一个或多个超声换能器以机械方式扫描，能够从空间交叠组织区域获得回声信息。在例子中，能够使用可变形壳体或可变形耦合垫中的一个或多个，诸如用于在一个或多个换能器和组织区域之间耦合超声能量。
[0008]这个概述旨在提供本专利申请的主题的概述。并不旨在提供本发明的排它性或穷尽解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
【附图说明】
[0009]图1 一般地图不超声设备的至少一部分和对应技术的例子。
[0010]图2A—般地图示超声设备的至少一部分的例子，包括能够以机械方式进行扫描以便从三维体积获得回声信息的一个或多个换能器。
[0011]图2B —般地图示诸如能够使用图2A中示出的设备获取的三维体积的形状的例子。
[0012]图3—般地图示超声设备的至少一部分的例子，诸如能够包括超声换能器的阵列。
[0013]图4A—般地图示手持超声设备的至少一部分的例子，诸如能够包括被配置为从包括具有交叠声束的体积的区域获得回声信息的两个或更多的超声换能器。
[0014]图4B —般地图示手持超声设备的至少一部分的例子，诸如类似于图4A的例子。
[0015]图5 —般地图示能够指向不同相对成像角度以便获取交叠体积的换能器布置的例子。
[0016]图6 —般地图示超声换能器的二维阵列的例子。
[0017]图7 —般地图示诸如能够使用耦合垫以声学方式耦合到组织区域的超声换能器元件的阵列的例子。
[0018]图8A和SB —般地图示使用机械耦接头以按照换能器旋转的方式定位超声换能器的说明性例子。
[0019]图9A至9C 一般地图示手持超声设备的说明性例子的部分，诸如包括超声换能器阵列、机械定位器和显示器。
[0020]图1OA和1B—般地图示手持超声换能器组件的其它说明性例子的部分，诸如包括壳体的相应部分之间的机械耦接头。
[0021]图11 一般地图示手持超声换能器组件的再另一说明性例子，诸如包括相对于彼此位于固定位置的两个或更多的换能器。
[0022]图12A和12B —般地图示超声换能器组件的其它说明性例子，诸如能够包括包含显示器的手持组件(例如，在图12A中)或耦合到单独显示器的换能器组件(例如，在图12B 中)。
[0023]图13A至13C—般地图示各种说明性例子，包括图13A中的仿真超声图像和图13B中的使用各种技术处理的以实验方式获得的图像以及图13C中的根据以实验方式获得的二维图像的汇编呈现的三维图像。
[0024]图14A至14E —般地图示:图14A中使用通常可用的B模式成像技术获得的仿真超声图像与如图14B至14E的例子中所示根据多角度探询(SRMI)技术和各种换能器间隔使用镜面表面重构获得的仿真超声图像之间的比较。
[0025]图15 —般地图示能够包括使用多角度探询(SRMI)技术的镜面表面重构的技术，诸如方法。
[0026]图16 —般地图示能够包括使用根据多角度探询(SRMI)技术的镜面表面重构来产生所获得的超声回声信息的三维表示的技术，诸如方法。
[0027]图17A—般地图示能够包括显示器、一个或多个处理器电路、一个或多个其它电路(诸如，存储器电路、超声信号处理器电路、模数转换器电路、电机电路或一个或多个超声换能器)的设备。
[0028]图17B—般地图示能够包括显示器、一个或多个处理器电路、一个或多个其它电路(诸如，存储器电路、超声信号处理器电路、模数转换器电路、电机电路或一个或多个超声换能器)的设备，诸如能够包括换能器单元壳体和显示单元壳体。
[0029]在不一定按照比例绘制的附图中，相似标号可在不同视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的相似标号可表示类似部件的不同实例。作为例子而非作为限制，附图一般地图示在本文件中讨论的各种实施例。
【具体实施方式】
[0030]图1 一般地图不超声设备的至少一部分和对应技术的例子100。在102,能够把一个或多个换能器定位以获得与具有交叠成像平面的扇形扫描对应的回声信息。能够获取包括成像角度的相应范围的交叠图像平面。
[0031]例如，在102，相应成像平面(例如，扇形扫描平面)能够被表示为IpIjP 13(或In，其中N表示第N图像扫描平面)。能够获取相应扇形平面，其诸如包括能够由P表示的交叠宽度和能够由M表示的平面图像宽度以及能够由K表示的图像深度。
[0032]在104，这种回声信息能够被包络检测，并且在106，使用多角度探询(SRMI)技术的镜面表面重构能够被用于至少部分地通过叠加与交叠成像平面对应的成像信息来形成表示。例如，空间交叠包络检测图像能够彼此叠加，如图1中所示。
[0033]使用图1中示出并且以下结合图15的例子讨论的SRMI技术能够形成镜面表面(诸如，组织内的骨头)的表示。例如，设备能够包括诸如沿着线性路径对准的超声换能器的阵列(例如，诸如以下在其它例子中讨论的活塞阵列)。相对于声波波长，SRMI技术能够受益于透射开口(例如，由换能器定义的开口)之间的大间隔。这种大间隔实现在宽范围角度上对目标的探询。作为结果，在所获得的重构图像或表示中增强对镜面目标的灵敏度和漫射散射目标的复合。与通常可用的2D超声设备和技术相比，这种因素能够提供具有增强的总体图像对比度(特别地，提高的骨头对组织图像对比度)的表示。
[0034]能够使用具有远远分隔开的透射开口的换能器执行SRMI。相比之下，诸如由于能够得到支持的换能器通道数量方面的限制，对于通常可用的线性阵列换能器，透射开口间隔通常较小。在说明性例子中，将会需要在具有1A波长间距的采样线性阵列中的超过大约560个元件或信道来覆盖总体开口尺寸(和角度探询跨距)，该总体开口尺寸与能够利用六个活塞换能器(诸如在5兆赫兹(MHz)中心频率操作，诸如能够包括分隔开大约1.5 cm的大约I cm直径活塞换能器)覆盖的总体开口尺寸相同。
[0035]在例子中，单元件换能器能够设置为分隔开大于大约一个波长，或者能够布置许多独立地操作的采样阵列换能器(例如，许多线性阵列换能器)，以使得元件间间隔小于或等于大约1/2波长并且开口间间隔为大约一个波长或更大。在另一例子中，单元件或采样阵列换能器能够