专利名称：包括可互换的换能器和显示器的超声组件和系统的制作方法
包括可互换的换能器和显示器的超声组件和系统
背景技术：
声波(尤其包括超声波)用于许多科学或技术领域，诸如用于医学诊断和医学流程、机械部件的非破坏性控制以及水下成像等。声波能够实现诊断和可视化以补充光学观测的不足，因为声波能够在对电磁波不透明的介质中传播。在一项应用中，医学从业者在执行医学流程的过程中使用声波，或者使用声波提供身体特定解剖区域的图像。通常，声学成像设备用于为医学从业者提供感兴趣区域的图像，以促进医学流程的成功执行。本领域技术人员应当认识到，声学成像设备包括超声换能器和信号处理电子装置，所述信号处理电子装置从声学换能器俘获电信号，并处理该信号以供在某一类型的监视器上显示。然后医学从业者可以实时地查看监视器，或者可以将其存储/复制以供以后重新查看，或者二者均可。众所周知，有各种类型的换能器能够用于俘获超声图像。例如，可以应用到超声中的有线性、曲线性和相控阵列换能器。这些换能器可以具有按照一维或二维样式布置的元件，所述元件能够俘获窄片层(slice)的回波数据、相对于彼此具有不同取向的多个窄片层的回波数据，或者能够俘获整个体积集合的回波数据。每种类型的阵列都有其优点，并且医学从业者可以根据被成像的医学解剖结构(因为不同的目标深度或成像窗口可及性)选择某一类型的换能器。应当认识到，在已知的系统中，其将导致对繁复的换能器电子装置、 换能器外壳和线缆，并由此增加医学设施的总造价。此外，由于超声系统及其显示器的放置问题，可能给成像室内的医学设备的布置带来困难，因为用户需要在扫描期间看着显示器。在成像室内存放和使用多个换能器探头更加剧了患者区域与线缆和设备的拥挤问题。此外，在这样的已知系统中，主超声系统及其显示器也面临着类似的放置问题，因为它们通常体积大并且相对不可移动。常规的超声扫描器很大，重达几百磅，并且与带轮的推车集成在一起。即使是通常半永久性地安装在较小、较轻的推车上的较新的“紧凑型”超声显示系统，也必须被运送到实践位置，使得显示器对声谱仪操作员可见，而推车则要尽量避免对医学流程造成干扰。这种折衷难以实现，并且往往导致令人别扭的视角或动作，诸如医学从业者要侧身越过患者观看显示器。因此，需要一种至少克服了上述已知组件和系统的缺点的超声组件和系统。
发明内容
根据代表性实施例，一种超声组件，包括具有输入侧和输出侧的模块；被配置成从所述模块的输入侧附接和拆卸的包括微射束形成器的超声换能器；以及附接到所述模块的输出侧的显示器。根据另一代表性实施例，一种用于超声成像的系统，包括超声组件。所述超声组件包括具有输入侧和输出侧的模块；被配置成从所述模块的输入侧附接和拆卸的包括微射束形成器的超声换能器；以及附接到所述模块的输出侧的显示器。
通过结合附图阅读下文的详细说明，将对本技术方案做出最佳理解。特征未必是按比例绘制的。在可行的地方都采用类似的附图标记表示类似的特征。图1是根据代表性实施例的超声组件的透视图。图2是根据代表性实施例的超声组件的简化示意图。图3是根据代表性实施例的用于超声成像的系统的简化方框图。所定义的术语文中采用的单数冠词“一”或“一个”被定义为一个或不只一个。对于本领域技术人员而言，词语“相当的”或“相当地”除了具有其普通的含义之外，还意味着具有可接受的限度或程度。对于本领域技术人员而言，“大致”一词除了具有其普通的含义之外，还意味着处于可接受的限度之内或相当于。例如，“大致相同”意味着本领域技术人员将认为这些项目比较起来是一样的。
具体实施例方式在下文的详细说明中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施例，以提供对本技术方案的透彻理解。可能省略了对已知装置、材料和制造方法的描述，从而避免混淆对示范性实施例的描述。然而，根据代表性实施例可以使用处在本领域技术人员能力范围内这样的装置、材料和方法。图1是根据代表性实施例的超声组件100的透视图。该组件包括相控阵列换能器 102，相控阵列换能器102具有处于其前向部分内的换能器元件101。在代表性实施例中按照二维阵列示出了换能器元件101。随着当前说明的继续，将更加清楚地认识到，可以按照线性阵列、曲线性阵列或者本领域技术人员能力范围内的其他换能器布置来布置换能器元件。应当指出，正常情况下包括覆盖元件101的透镜；但是在各图中没有示出。将换能器102以可拆卸的方式连接至超声(UQ模块103。作为举例说明，模块 103包括显示器104，显示器104被配置成提供从换能器102获得的超声图像(未示出)。 作为举例说明，显示器104是一种小形状因子(form-factor)液晶显示(IXD)装置，但是其也可以是基于其他技术的显示器。例如，显示器104可以是小形状因子的有机发光二极管 (OLED)装置，其仅是所列举的LCD的一个替代选项而已。也设想了其他类型的基于已知技术的显示器。需要指出，由于组件100是为医学从业者手持使用而设计的，因而上述显示器104 具有相对较小的形状因子较为有利。可以设想显示器104是超声系统仅有的显示器；或者在医学流程或测试期间医学从业者使用的辅助显示器。本领域技术人员应当认识到，在某些流程和测试期间，显示器104的位置设定趋向简化和精确。有利的是，由于显示器104处于所述模块上，因而医学从业者能够看到他/她执行身体扫描的位置，并且能够查看显示器104上的结果图像，而无需转移视线去看远处的显示器。例如，可以使显示器104以某种方式附接到换能器的背侧，从而使其能够容易地旋转或倾斜，或者可以使显示器104以所谓的“交错(flip-out)”式构造(类似于消费摄像机)处于模块103的侧面。
此外，显示器104可以是可拆卸的，从而能够将其放在与换能器和模块的主体分离的预期位置。除了带来其他益处之外，这一点在同时实施另一动作时能够用到，例如，放置用于活体组织检查的针或者在身体内插入导管。医学从业者将能够一手把持组件100，并同时利用显示器104上的图像由另一只手引导针/导管，以便于该过程的实施，而无需转移视线去看远处的监视器(未示出)。可以经由连接105将模块103连接至系统(未示出)。在代表性实施例中，连接 105可以是被配置成按照根据标准提供的各种无线协议中的一种工作的无线连接。这样的协议是本领域技术人员已知的，因而不再赘述其细节，以避免混淆对代表性实施例的描述。 然而需要指出的是，由于与医学信息相关的保密性问题，所选的协议将很可能具有相当的安全等级，以确保适应医学信息保密性要求。备选地，连接105被显示为有线连接，并且可以与各种标准中的一种兼容。作为举例说明，所述连接可以是单个差分串行对，诸如通用串行总线(USB)或低压差分信号传输 (LVDQ。然而，可以设想采用其他类型的连接。如上所述，可以将换能器102以可拆卸的方式安装到模块103上。如文中更为充分地说明，通过提供换能器102的选择性附接和拆卸，赋予了医学从业者基于正在进行的特定测试/测量选择不同换能器类型的能力，而不必选择和储备完全不同的组件。应当认识到，这一选项为多种类型的换能器储备一个模块，而不是为每种类型的换能器储备整个超声组件，从而能够有利地降低医学设施的造价。类似地，作为图示说明，将显示器104以可拆卸的方式安装到模块103。如上所述， 可以将显示器104拆下，以获得成像期间放到声谱仪操作员视野中的最佳位置。显示器104 和模块103之间的数据连接可以是有线的，例如利用USB或类似的高速串行接口 ；或者所述连接也可以是无线的，例如利用WiMedia Alliance推出的超宽带(UWB)协议。如果是无线的，则显示器104应当包括提供电源的措施，例如，电池或用于AC适配器的DC输入连接器。有利地利用显示器104的可拆卸特征，通过单独储备可拆卸的显示单元，为医学设施赋予了降低其总资本投资或者提高其合计超声扫描器可靠性或“正常运行时间”的能力。这样随着患者有效负荷的变化或者由于显示单元偶然发生故障，可以使显示单元与一个或多个超声换能器和模块结合。在代表性实施例中，将换能器102通过磁性方式连接至模块103。备选地，可以将换能器102通过机械方式连接至模块103，诸如通过闩锁机构(未示出)或摩擦-配合(即 “搭锁”)机构。通过接口(图1中未示出)将换能器102电连接至所述模块，所述接口用于向换能器102提供电能，并传送来自换能器102的电信号，下文将对此给出更为完整的说明。作为举例说明，所述电-机械连接可以包括包含铜的舌片(tab)(未示出)，并在换能器102的下端(未示出)具有镀金层，所述舌片与模块103的末端上的电舌片配合。裙缘可以位于换能器102的周围，或者可以位于模块103的周围，使该模块与相对端对准。所连接的结构是密封的，使得其能够抵御流体侵入。例如，可以按照与美国专利6，635，019中描述的类似方式实施换能器102到模块103的电-机械连接，通过引用将该专利公开文本明确并入本文。然而，值得注意的是，如下文所述，由于置入换能器102中的微射束形成器的原因，大大减少了需要配合的电连接，因为所需要的模拟信号少了，从而允许实施更加简单的诸如“搭锁”机构的机械连接，在这样的机械连接中，对机械容限的要求要低得多。这样就切实可行多了，因而允许使用容易的连接/断开模块，在所述模块中，随着时间的推移而发生的磨损仍然允许实现强固的电连接。图2是根据代表性实施例的超声组件200的简化示意图。组件200包括许多与结合图1描述的组件100共同的特征。这里往往不再对这样的共同特征重复描述，但是可能对其做进一步的详细描述。换能器102包括如上文所述的换能器元件102。换能器元件101可以是线性阵列或相控阵列或其组合体，诸如美国专利6，436，048中所述的。也可以按照美国专利7，037，264 中的描述导引来自换能器元件101的射束。如已指出的，换能器元件101可以是曲线性(ID) 阵列(CLA)，诸如美国专利6，M0，682中所述的。这些专利均已转让给本受让人，并在此通过引用将这些专利全部明确地并入本文。换能器102还包括微射束形成器201。微射束形成器201可以是如美国专利 6，436，048中所述的。微射束形成器201使得换能器102的元件101的回波部分射束成形。在代表性实施例中，微射束形成器201包含控制施加至换能器元件101的元件(衬片 (patch))组的信号并对每组元件接收到的回波信号实施某些处理的电路。换能器102中的微射束形成有利地降低了组件100和超声系统(未示出)之间的连接105中的导体的数量。可以在共同转让的美国专利5，997，479中找到由微射束形成带来的益处的附加细节， 通过引用将该专利的公开文本明确地并入本文以及'048专利。除了利用微射束形成器对射束形成进行划分而带来的益处之外，代表性实施例还将带来其他益处，因为微射束形成器201与换能器元件101共同处于换能器102内。例如， 实现了卓越的电气性能，因为微射束形成器201的电子器件接近元件101，消除了实施复杂互连、线缆敷设的必要性，并且消除了长电连接的附带信号失真和功率损耗。此外，可以使微射束形成与换能器元件101的阵列的类型明确匹配，因为微射束形成实际上是与元件101结合的。此外，由于微射束形成器201与特定类型的传感器阵列匹配的原因，可以针对不同的传感器分类(例如，扇形、线性、CLA)和针对不同的频率/阻抗对不同版本的微射束形成器201加以优化。因而，与其采用被配置成差强人意地与若干换能器类型中的每种协同工作的通用微射束形成器，倒不如像本技术方案这样实现微射束形成器与每一独立的换能器102的换能器阵列类型的改善的乃至最佳的匹配。作为举例说明，可以使微射束形成器201在尺寸上与传感器阵列101的声学元件的布局匹配，于是可以将微射束形成器201直接安装到传感器本身上，从而节省了空间，简化了微射束形成器201与传感器之间的互连方案，并通过使信号迹线长度最小化降低了电噪声和信号损失。此外，可以对微射束形成器201进行优化，以响应声学传感器元件的共振频率范围，并应用射束形成延迟，所述射束形成延迟使得所述频率范围与用于实现高质量成像的足够分辨率相匹配，但又不会使分辨率过高以致造成了电路部件的浪费。类似地，可以对微射束形成器电路加以优化，以匹配传感器元件101的特征阻抗。如上所述，经由接口 202将换能器102连接至模块103 ；并且接口 202既包括机械连接又包括电连接。所述机械连接实现了上文所述的换能器102与模块103的附接和拆卸。所述电连接向换能器102，尤其是向其集成的微射束形成器提供电能；并将信号从微射束形成器201传送至模块103以供进一步处理。可以采用标准的USB型闩锁连接器或常规的机械闩锁型、搭扣配合型或磁力型连接实现所述电机械连接，诸如于2007年6月1日提交的发明名称为“Wireless Ultrasound Probe Cable”的同样处于未决状态的序列号为 No. 60/941, 427的美国专利申请中所述。通过引用将该申请的公开文本明确引入本文。模块103包括扫描控制器203和主射束形成器204，诸如美国专利6，436，048或美国专利7，037，264中所述的。模块103还可以包括用于多种模式(例如，Greyscal^Flow、 PW>Cff)中的信号检测路径的DSP电路205。此外，模块103包括用于对模块103、换能器102 和显示部件104供电的电源206。其还包括用于存储所获取的图像用户预置扫描控制和射束形成系数用户程序的存储器207。电源206可以是用于提供预期的DC电压的AC/DC转换器。备选地，电源206可以是已知类型的电池。后者的实现提供了某些胜过已知装置的益处。首先，由于不需要用于供电的线缆，因而可以根据无线协议容易地实施组件100，从而提供了便携性和使用的简便性。此外，可以在数据传送的同时在同一(有线)连接105上对可再充电的电池再充电。例如，可以采用USB连接既获得数据又获得用于再充电的电能。电池的使用还符合按照本地方式对显示器104供电的益处。因而，显示器104不需要远程电源，其可以具有自己的电池。这样一来，显示器104可以变得小巧轻便。相反，诸如在个人数字助理(PDA)上分立的监视器或外部显示器将需要电源和中央处理单元(CPU)， 其增加了系统的复杂性，并削弱了自含式组件100带来的人机工程学益处。此外，可以在模块103中实现图像的绘制和格式化，从而将在显示器104中实施处理的必要性降至最低。这样不仅降低了系统的尺寸和重量，还降低了显示器104的成本。可以将显示器104容易地连接至模块103或将其与模块103断开，从而实现针对用户进行位置摆放的灵活性。由于只需要很少的电信号，可以使所述机械-电连接很简单，因为电舌片的对准和容限都是很容易实现的。所述模块的电舌片(如上文所述)可以与显示器104的电舌片配合，诸如通过磁性连接、摩擦配合或其他类型的闩锁连接。这一机械连接能够实现显示器的旋转和倾斜。图3是根据代表性实施例的用于超声成像的系统300的简化方框图。系统300包括通过如图所示的连接105连接的组件100和系统监视器301。系统300包括许多与结合图1和图2的代表性实施例描述的特征和细节相同的特征和细节。系统监视器301可以是使用组件100的医学从业者所使用的独立(stand-alone) 的监视器，其可以替代显示器104，也可以是除显示器104之外的又一显示器。备选地，系统监视器300可以是医学设施的中央单元(例如，服务器)，其提供对实时地从所述组件或者经由存储器对图像的访问。并且，组件100和监视器301之间的链路也可以是有线或者无线的，从所述监视器到其所连接的网络的其他装置的链路也是如此。从本公开来看，应当指出，用于超声成像的各种超声组件和系统可以包括各种装置、部件、软件、硬件和固件。此外，除了医学成像之外的应用也可以受益于本技术方案。此外，仅通过举例的方式而非在任何限定的意义上包含所述的各种装置、部件、软件、硬件、固件和参数。从本公开来看，本领域技术人员能够将本技术方案实施到确定其自身的应用以及实现这些应用所需的装置、部件、软件、硬件和固件的过程当中，其也落在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种超声组件，包括具有输入侧和输出侧的模块；被配置成从所述模块的输入侧附接和拆卸的包括微射束形成器的超声换能器；以及附接到所述模块的输出侧的显示器。
2.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述超声换能器包括线性换能器阵列，并且所述模块被配置成从所述线性换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
3.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述超声换能器包括相控阵列换能器阵列， 并且所述模块被配置成从所述相控阵列换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
4.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述超声换能器包括曲线性换能器阵列，而所述模块被配置成从所述曲线性换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
5.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述模块包括微控制器和存储器，并且所述微控制器被配置成从所述存储器获取换能器参数。
6.根据权利要求5所述的超声组件，其中，所述微控制器被配置成在获取所述换能器参数之后从所述换能器阵列接收数据。
7.根据权利要求5所述的超声组件，其中，所述微控制器被配置成对所述超声换能器的计算配置和扫描系数加以优化。
8.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述显示器被设置在所述模块之上。
9.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述模块和所述换能器被配置成相互机械地附接和拆卸。
10.根据权利要求1所述的超声组件，其中，通过有线的方式将所述显示器电连接到所述组件。
11.根据权利要求1所述的超声组件，其中，所述模块和所述显示器被配置成相互磁性地附接和拆卸。
12.根据权利要求1所述的超声组件，其中，通过无线的方式将所述显示器电连接到所述组件。
13.一种用于超声成像的系统，包括超声组件，包括具有输入侧和输出侧的模块；被配置成从所述模块的输入侧附接和拆卸的包括微射束形成器的超声换能器；以及附接到所述模块的输出侧的显示器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述超声换能器包括线性换能器阵列，并且所述模块被配置成从所述线性换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述超声换能器包括相控阵列换能器阵列，并且所述模块被配置成从所述相控阵列换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述超声换能器包括曲线性换能器阵列，并且所述模块被配置成从所述曲线性换能器阵列接收输入信号并向所述显示器提供输出信号。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述超声换能器包括存储器，并且所述模块包括被配置成从所述存储器获取换能器参数的微控制器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述微控制器被配置成在获取所述换能器参数之后从所述换能器阵列接收数据。
19.根据权利要求13所述的系统，其中，所述微控制器被配置成对所述超声换能器的计算配置和扫描系数加以优化。
20.根据权利要求13所述的系统，其中，所述显示器被设置在所述模块之上。
21.根据权利要求13所述的系统，其中，所述模块和所述换能器被配置成相互机械地附接和拆卸。
22.根据权利要求13所述的系统，其中，机械附接是通过摩擦-配合完成的。
23.根据权利要求13所述的系统，还包括相对于所述超声组件处于远处的另一显示器。
全文摘要
一种超声组件，包括具有输入侧和输出侧的模块；被配置成从所述模块的输入侧附接和拆卸的包括微射束形成器的超声换能器；以及附接到所述模块的输出侧的显示器。还描述了一种超声系统。
文档编号G01S15/89GK102239423SQ200980148383
公开日2011年11月9日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年12月3日
发明者M·G·G·威尔逊, M·波伦 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司