移动3d无线超声图像采集设备和超声成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声图像采集设备，其与移动控制台一起使用以形成超声成像系统。另外，本发明涉及一种超声成像系统，用于提供体积的图像，例如患者的身体内的解剖视图。
【背景技术】
[0002]超声成像系统是本领域众所周知的。它们尤其被用于提供对患者的身体内的视图的解剖成像。已知对患者的身体的二维和三维成像两者都为执业医师提供可靠的工具，以观看患者的身体的部分，而无需任何外科手术步骤。
[0003]在三维超声成像或体积成像中，对三维图像的采集可以通过实施切片通过感兴趣体积的许多二维扫描来完成。因此，采集到相互紧挨的大量二维图像。通过恰当的图像处理，能够从大量二维图像建立感兴趣体积的三维图像。将从大量二维图像采集到的三维信息以恰当的形式为超声系统的用户显示在显示器上。
[0004]另外，临床应用中常常使用所谓的实况三维成像或4D成像。在实况三维成像中，能够采集体积的实时视图，使得用户能够观看解剖位点的移动部分，例如跳动的心脏或其他。
[0005]超声成像系统是可以被固定到某个位置的完整的站，并且常常是在滚轮上可移动的，以提供在不同位置的灵活使用。超声成像系统提供要采集超声图像所需要的每个部件，即输入设备、显示设备、要运行超声成像系统所需要的任意计算机硬件，以及用于采集、绘制和显示超声图像的特定软件。另外，超声成像系统包括承载一维或二维换能器阵列的至少一个探头，以手动或自动地扫描患者的身体。为了提供三维成像，探头可以利用二维换能器阵列以在三维空间中电子地操纵扫描线。备选地，使用一维换能器阵列，可以借助于电机在三维空间中操纵扫描线，来手动或自动地扫描阵列。
[0006]当然，提供包括上面提及的每个部件的完全装配好的超声成像系统，使得这些系统不仅相对昂贵而且还大、重并且不方便在医学位置中移动。
[0007]另外，移动计算设备是常见的并且在过去几十年里已遍布临床应用。现今，移动电话、平板电脑、个人计算机和笔记本被大量用于提供独立于它们的位置的各种应用和网络访问。这些移动控制台具有稳定增长的硬件性能水平，易用型接口以及具有不断增长的分辨率和质量的显示器。
[0008]最近的发展已提升了这样的移动设备的功能。
[0009]文件US 6 440 072 BI公开一种用于将超声检查数据传送到便携式计算设备的医学诊断超声成像系统和方法。超声检查数据被从医学诊断超声成像系统传送到便携式计算设备，例如个人数字助理。能够在便携式计算设备上观看超声检查数据，或者能将将其进一步传送到察看站或另一便携式计算设备用于察看。在一些优选的实施例中，将检查数据从由超声系统可读的形式转换成由便携式计算设备或察看站可读的形式。能够使用有线连接或无线技术(例如红外通信链路)来传送超声检查数据。优选的实施例也能够与其他医学采集设备和医学检查数据一起使用。检查数据也能够从医学网络传送，例如医学诊断超声成像网络。
[0010]存在着在成本、便携性和多功能方面进一步改善超声成像系统的需要。
【发明内容】
[0011]本发明的目标是提供一种改进的超声图像采集设备和改进的超声成像系统。
[0012]在本发明的第一方面，提供一种三维超声图像采集设备，用于与移动控制台一起使用以形成三维超声成像系统。所述超声图像采集设备包括:换能器阵列，其被配置为提供超声接收信号；图像采集硬件组件，其具有波束形成器和信号处理器，所述波形处理器被配置为控制所述换能器阵列并且还被配置为接收所述超声接收信号并提供图像信号，所述信号处理器被配置为接收所述图像信号并提供图像数据；以及接口，其用于连接所述移动控制台与所述超声图像采集设备。
[0013]在本发明的另外一方面，提供一种用于提供体积的图像的超声成像系统，所述超声成像系统包括超声图像采集设备，所述超声图像采集设备包括:换能器阵列，其被配置为提供超声接收信号；图像采集硬件组件，其具有波束形成器和信号处理器，所述波束形成器被配置为控制所述换能器阵列并且还被配置为接收所述超声接收信号并提供图像信号，所述信号处理器被配置为接收所述图像信号并提供图像数据。并且其中，所述超声成像系统还包括移动控制台，其中，所述移动控制台具有显示器和第二输入设备，以及用于连接所述移动控制台与所述超声图像采集设备的接口，并且其中，所述移动控制台和所述超声图像采集设备经由所述接口被连接。
[0014]本发明的基本想法是提供一种能够进行三维超声成像的超声采集设备，其具有仅到移动控制台或主机显示器的轻型线缆或无线连接，其中，所述移动控制台自身没有超声专用硬件。本发明依赖于将三维超声采集硬件封装在所述超声图像采集设备中。
[0015]手持式三维超声成像设备可以为许多诊断应用提供突破。利用非常轻且柔性的线缆或无线连接，可以克服传统三维超声扫描器的人体工学问题。另外，由于所述移动控制台或主机设备不需要任何超声专用硬件，因而多种通用移动控制台或主机设备可以与所述超声图像采集设备相兼容。因此实现了移动实况三维超声成像。这为用户提供了在定制和优化移动控制台的个体使用模型时的灵活性。
[0016]在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。
[0017]在实施例中，三维超声图像采集设备是具有探头壳体的便携式探头，并且其中，所述换能器阵列和所述图像采集硬件组件定位于所述探头壳体内。借助于此，能够提供所谓的“智能探头”。全部超声专用硬件部件都定位于所述探头壳体内。另外，仅需要商业现货(COTS)设备作为移动控制台，以完成完整功能的超声成像系统。所述探头的总体功率消耗可以小于5W。探头重量可以小于200g。因此能够提供灵活的系统，其仅需要将被实现为探头的超声采集设备连接到用户的所述移动控制台。尤其地，所述移动控制台能够被用于命令所述图像采集过程。能够在所述移动控制台上实况和实时地观看经由所述超声图像采集设备采集的三维图像。通过将全部超声图像采集硬件提供在所述探头内，所述接口的带宽仅需要足以将图像数据和显示数据传输到所述移动控制台。因此，不仅可以传输单个图像用于在所述移动控制台上的存储或显示，而且还实现了所述图像数据和/或显示数据到所述移动控制台的实况直播。显示数据可以包括文本信息(例如用户选择的增益水平)或图形数据(例如状态图标)。
[0018]在另外的实施例中，所述换能器阵列是相控换能器阵列，并且其中，所述接口是无线接口。借助于此，能够提供无线智能探头。无线探头能够链接到宽泛种类的商业现货(COTS)计算机，其不包括用于超声功能的硬件定制，例如平板电脑或平板触摸电脑。这为用户提供了在定制和优化个体使用模型时的灵活性。其也匹配非常小的手持式移动控制台的期望的人体工学，其中，用于到所述探头的线缆连接的连接器的增加否则将扩大形状因数并在充当显示设备的所述移动控制台上创建实在的拖曳，因为所述移动控制台的质量大致与所述探头和线缆的一样低。利用无线探头，所述手持式控制台能够有利地与所述探头物理分离，例如被保持、放置在表面上，或被安装在杆上，而不用怕在扫描的同时从探头线缆的轻拉将使控制台跌落。
[0019]在实施例中，所述三维超声图像采集设备还包括图像处理器，图像处理器被配置为接收所述图像数据并提供显示数据。借助于此，使得所述三维超声图像采集设备自身能够提供图像处理。因此即使没有显著的硬件资源来绘制三维图像的移动控制台也可以变得兼容与所述三维超声图像采集设备一起使用。
[0020]在另外的实施例中，所述超声图像采集设备还包括为所述超声图像采集设备供电的电池。借助于此，所述超声图像采集设备能够在便携的同时被充分供电。术语“电池”在该语境中包括任意类型的电池，尤其是单向能源电池以及可充电蓄电池。
[0021 ] 在另外的实施例中，所述超声图像采集设备包括至少一个主波束形成器和多个微束形成器。借助于此，提供了微束形成和级联波束形成的可能性。借助于此，能够减少经由所述接口平行提供的信号线的数目。
[0022]在另外的实施例中，所述无线接口还被配置用于应用超宽带传输技术的传输。借助于此，能够提供用于在实况三维超声成像中使用移动控制台的足够带宽。超宽带(UWB)是一种射频技术，其针对短距、高带宽通信而使用射频谱的大部分在非常低的能量水平操作。类似于扩频技术，UWB通信以这样的方式传输，其不与在相同频带中使用的常规窄带和载波干扰。然而，不同于扩频，超宽带不采用跳频(FHSS)。超宽带是用于在大的带宽上传输信息传播的技术。UWB能够被定义为从天线或接口的传输，针对所述天线或接口所发出的信号带宽超过500MHz或中心频率的20%较小的一个。因此，基于脉冲的系统——其中每个传输的脉冲占据UWB带宽(或窄带载体的至少500MHz的集合；例如正交频分复用(OFDM)