针对低成本换能器阵列的激励方案的制作方法

针对低成本换能器阵列的激励方案的制作方法
【专利摘要】一种设备，其使用一组（428、432、436、440）的换能器元件在时间上平行地进行成像。在一些实施例中，所述元件属于当前组，并且成像是按组在时间上顺序的。所述组可以在空间上相对于彼此被设置（408、412）为使得逐个元件相互交错。所述成像可以包括体积成像。所述设备可以被配置为不共同使用所述元件中的任意元件来聚焦或操纵在所述成像中使用的波束。所述设备能够用于在间隔状态（404、408、412）之间转换，所述间隔状态中的至少一个的特征在于各自的最小的、非零的组内元件到元件不毗邻度（470），或者可以被固定在一个间隔状态。所述转换可以是响应于指示血管大小和/或深度的输入而自动进行的。
【专利说明】针对低成本换能器阵列的激励方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及针对换能器阵列的激励方案，并且具体而言涉及用于操作所述阵列来成像的方案。
【背景技术】
[0002]评估胎儿的健康状况是孕期保健中非常重要的临床实践。目前，医生评估胎儿健康状况最流行的方式是使用心脏张力描记器(CTG)对胎儿心率的分析以及使用超声多普勒对母亲及胎儿血管流量的评估。对胎儿及母亲的特定血流的超声多普勒波形分析是已确立的医学实践的部分，以及针对高危妊娠(母亲的2型糖尿病、高血压和先兆子痫以及胎儿的IUGR-子宫内生长受限)的诊断与评估的各种临床指引中的标准推荐。常规产前保健的主要目的之一是识别“风险”胎儿，以进行临床干预，由此降低围产期发病和死亡的发生率。在胎儿健康状况的评估中有用的一些血管为:脐动脉、大脑中动脉、静脉导管以及(左和右)子宫动脉和脐静脉。
[0003]超声扫描器已在世界范围内的妊娠监测中变得不可或缺。它们目前提供用于监测胎儿的生长和发育的最佳选择。双超声扫描器除常规扫描以外提供超声脉冲波多普勒。彩色和能量多普勒是对扫描器的范围较新的增加，用于提供血管成像。彩色多普勒，尤其是通常提供的，得到通常所称的“三重”扫描器。
[0004]多普勒检查典型地要求大的技巧度，以获得临床有用的测量。例如，探头相对于脉管的正确取向以确保波束流角小于60度是至关重要的。当在速度的确定中使用大于60度的角时，测量结果中的误差被放大。临床超声扫描器的标准工作流程允许超声扫描师使用标准B模式和彩色流量显示，来确定探头相对于脉管的取向。然后获得频谱多普勒测量结果，由此确保所测量的速度是正确的。
[0005]在血管应用中使用超声以执行多普勒测速，要求技术人员的可得性。

【发明内容】

[0006]在诸如印度的新兴市场国家中，专科医生的短缺限制了对超声的可用性和使用机会。因此，采集和评价用于临床诊断的多普勒信号的自动方法(无需用户解释超声扫描图像)将对作为主要处置提供者的非放射科医师(例如0B/GYN或心脏科医师)有用。
[0007]此外，低成本系统对于在新兴市场环境中提供有吸引力的解决方案而言是至关重要的。目前在市场中针对产前检查和分娩可用的设备为超声和CTG机。然而，这两种设备都相对昂贵。
[0008]存在着对于提供多普勒测速的低成本、易使用方案的需要，用于筛查和监测高危妊娠。
[0009]题为“AutomatedDoppler Velocimetry Using a Low-Cost Transducer”的共同受让专利申请公开了一种手持式、独立式、基于多普勒的超声探头，其检查面被较不精细地划分成单独的换能器元件，即划分为相对较少的独立元件。如在其中所提及的，所述探头无需解释解剖结构的视觉显示而自动操作。
[0010]本专利申请指向用于换能器元件的阵列的新颖激励方案，具体应用于紧接的上文中所指的探头。
[0011]根据本发明，一种设备被设计为在时间上平行地使用当前组的换能器元件并且按组在时间上顺序地成像。所述组在空间上相对于彼此被设置为使得逐个元件相互交错。
[0012]在本发明的方面中，所述设备被配置为不共同使用所述组的所述元件中的任意元件来聚焦或操纵在所述成像中使用的波束。
[0013]在一个实施例中，所述设备包括所述组的所述元件。
[0014]在另一方面中，所述设备还被配置为改变所述分组。
[0015]在子方面中，所述改变基于指示血管大小和/或血管深度的输入。
[0016]在可选的子方面中，所述改变包括在至少两个间隔状态中的一个与另一个之间转换。所述状态中的至少一个的特征在于一组的元件之间各自最小的、非零的元件到元件不毗邻度。
[0017]在可选的子方面中，所述设备被配置为响应于指示血管大小和/或血管深度的输入而自动地进行转变。
[0018]在特定方面中，所述当前组的所述元件拥有各自的面，所述各自的面具有相应的几何中心。所述设备被配置为具有针对在所述当前组的所述元件之间最小的、非零的元件到元件不毗邻度。所述最小代表所述几何中心之间的最小距离。
[0019]在子方面中，针对所述当前组的所述元件中的一对或多对的所述最小距离足以允许另一个所述组中的某个元件插入所述对之间，其中所述相应的几何中心是共线的。
[0020]在第二子方面中，所述最小距离，针对所述当前组的所述元件的所述一对或多对，足以允许所述组中的另一个或多个的某两个元件插入所述对之间，其中所述相应的几何中心共线。
[0021]在相关的方面中，所述当前组的所述元件被另一组中的至少一个各自的插入元件逐对隔开。
[0022]在一个其他方面中，所述组是逐个元件相互排斥的。
[0023]在不同的方面中，所述组的所述元件被全体布置在多维阵列中。
[0024]在又另一方面中，所述使用包括同时激发(fire)所述当前组的所述元件。
[0025]在再另一方面中，所述成像包括医学成像。
[0026]在额外的方面中，所述成像利用流体流量分析技术。
[0027]在又另一方面中，所述设备包含在手持式独立诊断装置中。
[0028]在一个版本中，所述设备被配置为一个或多个集成电路。
[0029]在又一不同的方面中，一种设备被配置为通过在时间上平行地操作换能器元件进行体积成像，并且被配置为不共同使用所述元件中的任意元件来聚焦或操纵在所述成像中使用的波束。
[0030]在子方面中，所述成像包括执行流体流量分析。
[0031]下面借助于附图(其未按比例绘制)进一步阐述所述新颖设备，以及其激发方案的细节。【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1的示意图通过举例示出了超声探头、包含血管的感兴趣体积和血流波形以及各自的临床多普勒指数；
[0033]图2是示范性信号处理的概念流程图；
[0034]图3A和图3B是展示探头操作的范例的流程图；[0035]图4A至图4C是针对换能器阵列的一些可能的间隔状态以及激励方案的示意图；
[0036]图5是示范性激励方案的流程图；并且
[0037]图6是示范性间隔状态初始化的流程图。
【具体实施方式】
[0038]在描述本文针对换能器激励方案所提出的内容之前，主要是对专利申请“Automated Doppler Velocimetry Using a Low-Cost Transducer” 中公开的基于多普勒的探头的回顾。然后将联系图4及随后的附图开始尤其集中于本发明的讨论。
[0039]图1通过示例性且非限制性范例的方式，描绘了超声探头100和包括血管108、110、112的体积或“感兴趣体积” 106。还描绘了血流，或“谱学多普勒超声”波形114，以及各自的临床多普勒指数116、118。
[0040]探头100可实施为自动的、手持式、独立型、自含式超声检查设备。其具有换能器壳体120和把手122。
[0041]在换能器壳体120内，非相控二维换能器阵列134由换能器元件126构成，元件的数目由扫描体积和解剖结构确定。数据采集由元件126独立地进行，但是，如在下文进一步更详细讨论的，元件可并行工作，以缩短总体采集时间周期。
[0042]如在图1中所见，通过举例的方式，元件126的数目为32。因此，以IOmm的元件尺寸，覆盖大致6cm X6cm体积。与壳体120的前表面130齐平的是换能器元件136的超声接收面132，同样的面也发射，即发出，超声。
[0043]总共仅32个元件126与在常规医学成像中要覆盖相同的6cm x 6cm体积将会要求的数目大得多的元件形成鲜明对比。
[0044]在这方面，用于医学成像的电子聚焦，如使用相控阵列换能器，要求1/2波长(SP1/2 A )或更小的元件间间隔。用于成像的多普勒超声可以典型地在每秒从2xl06到4xl06循环之间的范围(2到4MHz)。超声以约1540米/秒的速度行进通过软体组织。波长，SP入，等于速度除以频率。这里，这是用1540!11/8除以大致21106循环/8=0.8毫米。用于显示的医学超声成像将因此要求小于0.4mm的元件间间隔，以及小于(0.4mm)2 (小于0.2mm2)的元件表面积。因此，以在1/2 X量级上的小元件尺寸，将要求数以千计的元件126，以建立如图1中缩减的2D阵列，覆盖6cm乘6cm的体积。
[0045]图1中元件的间隔(尺寸)为10mm，如上文所讨论地，其一般将大于针对存在的血管108、110、112而检查感兴趣体积106中所用超声的12入。
[0046]更一般地，根据本文所提出的内容，元件126间隔分开大于1/2X，尽管如上文所讨论的，元件间间隔可以为X、2入或更大。面132的面积相应地至少为0.6平方毫米(_2)，并且可以更大，例如如图1中的10mm2、25mm2,或100mm2。
[0047]有利地，自动超声设备100不依赖对医学图像的显示作出诊断；而是相反具有如下特点，即由较少的换能器元件构成的阵列以及因此较少的信道。因此，生产成本低，同时凭借自动操作，维持了可靠性。在必须以较快的步速执行医学检查时，甚至可以改善可靠性。所述自动操作也倾向于减少检查时间，由此减轻工作量，并且使所述检查更加方便。
[0048]在多普勒数据采集期间，要么顺序地，要么在一个或多个组中激发元件126，注意来自一个元件的声信号并不显著地影响被同时激励的其他元件。针对每个元件126，接收周期滞后于发射周期。在所述接收周期中相应地定位多普勒接收门，从而使得能够从感兴趣体积106内对应的深度采样。
[0049]在壳体120的背表面134上，面向用户的是若干用户界面，输入输出面板，其包括顶面板136、左面板138和右面板140。通断开关142和音频扬声器面144被设置在顶面板136中。左面板138框起功能导航/致动按钮146、显示器148、多普勒功率探测指示器150、胎儿心跳采集指示器152、孕产妇心跳采集指示器154、正常血流指示器156，以及异常血流指示器158。右面板140包括三个初始化参数输入反馈窗口 160、162、164。
[0050]阵列124的元件126均被操作为独立地成像。
[0051]这与相控阵列形成对比，所述相控阵列例如共同使用多个独立的换能器元件来成像或操作波束。在相控阵列中，通过相对于其他元件适当地延迟元件的输入和/或输出来执行所述操作和聚焦。
[0052]根据本文提出的内容，同时激发一组换能器元件。所述组元件继续并行地，并且逐个元件独立地成像，直到所述组的数据采集时间周期到期。
[0053]用于按组成像的设备被配置为不共同使用元件126中的任意元件来聚焦或操纵在成像中使用的波束。以演示的方式，图1中的换能器元件166、168、170、172每个具有它们各自的信号174、176、178、180。正在传输的信号174、180滞后于传输信号176、178，由此得到对结果超声波束的聚焦和/或操纵。没有针对这种协议实施所述探头，如在图1中由“X” 182所指示的。类似地，在接收时，没有对元件166、168、170、172有区别地应用延迟。
[0054]临床多普勒指数，例如脉动指数(PI) 116和阻力指数(RI) 118是对血液脉动的多普勒角依赖性度量。在图1中标注血流波形114的符号S、D和A分别表示收缩期峰值频移、舒张末期频移和一个心动周期。血流波形114是多普勒频率并且因而是血流速度对时间的曲线图。
[0055]在识别血管和在评估血流的正常性中，探头100可以利用指数PI和RI两者。
[0056]在图2中通过举例示出了在将由探头100在感兴趣体积106中发现的血管108-112进行归类中涉及的信号处理。
[0057]血管归类器200可以被实施为k最邻近(K-NN)归类器，其中例如K=3。
[0058]所述归类器首先被用于预测血管108-112为静脉或动脉。使用对归类器200的各种特征输入，例如所述PI，M种输入类型中的每个对应于M维特征空间中的一个维。对所述归类器的另一种类型的输入为训练范例。每个训练范例对应于一种实际临床情况，并且包括针对该情况的M个特征输入，将所述范例限定为所述M维空间中的特定点，即“范例点”。其中，取决于该训练范例是否实际属于静脉或属于动脉，每个范例点均与为“静脉”或“动脉”的各自结果相关联。在已用所述训练范例初始化归类器200后，使用针对当前正被归类的血管108-112得出的特征输入，形成M维空间中的点。针对K=3，识别3个最邻近(范例)点。每个临近将具有值“动脉”或“静脉”作为其结果。多数投票获胜。由于3为奇数，绝不会有平局。
[0059]如果所述血管被归类为动脉，则归类器200接下来通过相同的最邻近算法，确定其为母亲的或胎儿的。如果所述血管为母亲的动脉，则做出关于其是否为子宫动脉的确定。如果在另一方面，所述血管为胎儿的动脉，则做出关于其是否为脐动脉的确定。后两种确定使用相同的最邻近算法。
[0060]最邻近归类器享有简单的益处，尽管也可以使用其他可选的方法代替，例如神经网络，或支持向量机(SVM)。
[0061]来自用户的归类器输入包括胎龄204，以及所述探头在母亲腹部上的粗略的大致位置208。也提供归类器200的为训练范例形式的血管模型212。
[0062]其他输入直接或间接地来自从接收的超声216而来的脉冲回波信息。
[0063]直接从超声216而来，平均反射指数估计218是针对探头100周围的组织作出的。将该指数与预定义的反射指数列表进行比较，以确定探头100在母亲身体上的位置。
[0064]为了形成间接输入，在解调器220中解调所接收的超声，以从载波频率提取超声多普勒信号224。在多普勒信号224上执行快速傅里叶变换(FFT) 228，以生成频谱图，或“基于FFT的声波图”230。从频谱图230，提取一个或多个相关频谱轮廓232。术语“频谱轮廓”表示声波图230中对应于通过动脉或静脉的血流的部分。频谱轮廓232可以被近似为在对应于最大和最小频谱速度(或谱频)的曲线之间的区域。估计所提取的频谱轮廓232的频谱宽度236，并将其提供到归类器200。从(一个或多个)频谱轮廓232，提取对应于峰值(或者可选地，平均)频谱速度的曲线240。也从(一个或多个)频谱轮廓232提取特定时间特征248。这些特征包括，例如在子宫动脉的血流波形114中在所述脉冲之前紧邻的陷波的存在。针对即将经受归类252的血管的PI和RI也被提取，在初始化程序(其先于对当前感兴趣体积106的检查)中，基于(一个或多个)频谱轮廓232执行并然后提取脉冲循环时间估计256。
[0065]在操作上，并且如在图3A和图3B中所示，所述用户——其可以为临床医师、助产士、全科医师、产科医师/妇科医师或胎儿放射科医师，输入(作为初始化程序的部分)用于检查的目标血管，例如左子宫动脉(落入“子宫动脉”血管生理学类别);胎龄；以及对位置的粗略描述，所述探头将在初始化一结波束就开始所述检查。具体地，在致动通/断开关142之后，用户连续快速地按功能导航致动按钮146两次。作为响应，第一血管选择出现在显示器148中。如果出现的选择不是用于检查的所述目标血管，则按一次按钮146，以在显示器148中提供新的选择。重复完成该操作，直到所显示的选择为用于选择的一个。然后保持按下按钮148，并在初始化参数输入反馈窗口 160中回波所述选择。出现在显示器148中的是针对胎龄的选择，以月或周计。以类似的方式，所述用户导航到正确的年龄，并且保持按下按钮146，以将所述选择回波至窗口 162。为了完成初始化参数输入，针对探头位置进行相同的程序，所选的位置示于窗口 164中。任选地，可以指定多于一个目标血管。可以以它们被发现的顺序处理这些，或者可以在该初始化期间指定特定的顺序(步骤S304)。
[0066]用户现在通过将所述探头置于母亲的腹部上，针对脉冲循环时间估计256继续初始化。所述用户按下功能导航/致动按钮146，以开始超声多普勒操作。所述换能器将在每个元件位置扫描深度，以探测血液移动，即多普勒功率。如果多普勒功率探测指示器150点亮，则探测到在300-1000HZ频带内代表血流的多普勒功率，其具有足够的幅度以得出如下结论，即可以可靠地从动脉血流测量胎儿或孕妇心跳。母亲的心跳速率通常低于胎儿心跳速率。额外于指示器150，可以从扬声器144发出短的蜂鸣，以警示用户开始着手对多普勒功率的探测。可选地或额外的，对所述多普勒信号的声音反馈可以从扬声器144发出。将探头100在合适位置保持几秒；若否，则所述多普勒功率下降并且必须再次实现点亮指示器灯150。如果在几秒的周期结波束时，胎儿心跳或孕妇心跳均未被探测到，则用户可以将所述探头移动到母亲腹部上的另一位置，并且可以重复这么做直到探测结果出现。如果通过信号处理路由220-232、240、256，探测到所述胎儿或孕妇心跳，即找到了体血管并且尤其是动脉，则对应的胎儿心跳采集指示器152或孕妇心跳采集指示器154被点亮(步骤S308)。所述用户，重复地，将探头100移动到母亲腹部上的下一位置，直到两个指示器152、152都被点亮(步骤S312)，指示所述脉冲循环时间、临床多普勒参数，已针对所述母亲和胎儿两者被米集和提取。
[0067]所述用户现在放置所述探头，以核查在所述目标血管中的对应的孕妇或胎儿血管中血流的正常/异常(步骤S316)。如果多普勒功率探测指示器150没有点亮(步骤S320)，则没有在表示血流的300-1000HZ频带中探测到多普勒功率，或者所述多普勒功率幅度不足以找到一个或多个血管。在该情况中，所述用户移动或倾斜探头100 (步骤S324)，直到指不器150被点売。
[0068]一旦点亮所述指示器，则将探头100保持在适当位置，以处理感兴趣体积106。每个元件126将激发持续几个心跳，总体为3至5秒，以获得在其范围内的多普勒信息。如果一个接一个地操作32个元件126的话，这需要约2到3分钟的体积数据采集。为了减少总体时间周期，在一个或多个组中操作元件126，注意各自元件126的声学波束不会显著干扰和减弱所接收的数据。最小化总体采集时间减少了因患者或检查者在采集周期期间的移动造成的误差的可能性(步骤S328)。下文进一步更详细地讨论可能的分组。
[0069]有利地，所述体积数据采集自动地发生并且无需用户干预。由于不需要对血管的图像的显示，因而不需要对超声的电子聚焦。所述设备由此得以简化并且为成本效率的。
[0070]所述处理的结果可以为正常血流指示器156的绿光，异常血流指示器158的红光，或者如果当前正被检查的所述血管不匹配所述目标血管时两种光都没有。如果指示器156、158没有被点亮(步骤S332)，则处理返回到步骤S324。
[0071]图3B中提供了在步骤S328中的处理的范例。使感兴趣体积106 (其可能在每次移动或倾斜探头100时改变，但其在用户稳定持有所述探头时是固定的)经受针对存在的血管的检查。尤其地，计算频带为300-1000HZ的多普勒功率。这生成所述扫描体积中的血管108-112的3维(3D)表示。使用连续性标准识别所述扫描体积中的血管的总数目。例如，针8个紧邻的像素，即4个侧位和4个对角位像素，假设针对该血流的相邻像素被探测为表示相同的血管。但，也可以在3D中绘制所述血管，因为可以针对不同深度设定所述换能器接收门。在3D中，使用基于最小二乘的线拟合算法，以使用所述连续性标准寻找连结所识别的点的直线。然后计算从换能器元件126的超声接收面132的直线的角度。这得到3D图，可从所述3D图识别个体血管以及它们各自的取向。识别了所述取向，就可以从所述图确定空间特征。例如，在子宫动脉扫描中，所述多普勒样本体积典型地位于子宫动脉和骼动脉的伪交叉处。所述交叉被确定为在所述血管上的像素之间的距离的平方和最小的位置(步骤S336)。可选地，针对所述连续性标准所检查的相邻性可以为3D中的26个相邻像素，代替2D中的8个相邻像素。
[0072]如果所述血管图不包含108-112 (步骤S340)，则对当前感兴趣体积106的处理完成，不提出诊断，并且控制继续到步骤S332。
[0073]否则，如果选择了血管108-112，则选择在感兴趣体积106中找到的那些中的血管，用于流体流量分析，并且作为用于匹配所述目标血管的候选(步骤S344)。可以使用任意标准用于所述选择，因为直到找到所述目标血管或者在感兴趣体积106中的血管108-112的全部均已被处理完对候选的选择才会结波束。
[0074]生成尤其针对所选血管的信息，如在图2中所见(步骤S348)。所述信息包括，例如频谱多普勒波形特性(平均频率估计、循环时间——两个连续峰值之间的时间间隔、谱宽一一波峰和波谷处的最大与最小频率包络之间的宽度)、到达峰值时间、持有者缺陷以及临床多普勒指标(例如S/D、PI和RI)。
[0075]基于所生成的信息以及对其的分析，血管归类器200将所选的血管归类(步骤S352)。
[0076]如果所述归类不匹配所述目标血管(步骤S356)，并且在感兴趣体积106中找到的那些中没有下一血管存在(步骤S360)，则控制继续到步骤S332。
[0077]否则，如果所述归类不匹配所述目标血管，但下一血管确实存在，则控制分支返回步骤S344，其中下一血管充当所选血管(步骤S364 )。
[0078]另一方面，如果所述归类匹配所述目标血管，则探头100得出关于所述目标(即所选的)血管中的血流的正常状态的结论。尤其地并且以举例的方式，将所述多普勒参数与列线图(即表示依赖于胎龄的期望多普勒指数的范围的表)进行比较，以确定流量轮廓是正常或异常的。任选地，在得出关于血流正常状态的结论之前，还可以发生对多普勒数据的采集(步骤 S368)。
[0079]基于结论，通过正常血流指示器156的绿光或异常血流指示器158的红光，提供对血流在所选的血管中的正常状态的指示(步骤S372)。
[0080]图4A至图4C图示了示范性间隔状态404、408、412，以及针对换能器阵列124的激励方案 416、420、424。
[0081]在图4A中所示的第一间隔状态404中，插入在相同组的元件之间的换能器126的数目为零。尤其地，仅存在单个组，并且所述组的元件126在阵列124中被布置为直接相邻。因此，组内元件到元件不毗邻度为零。元件126，尽管独立成像，但在成像中作为单个组同时操作，以产生血管图。采集用于创建所述图的数据所需要的时间周期因此相对地短，即针对每个元件为3-5秒并且因此总体为3-5秒。如上文所提及的，这是有利的，因为存在较少因患者或检查者移动造成的成像误差的机会。
[0082]第一间隔状态404并不总是可行的。元件126之间的不合期望的声学串扰随着阵列124中的元件到元件邻近度的增加而增加。尤其地，存在以下可能，即由元件126接收的由相邻元件发射的超声的量不可接受。
[0083]然而，串扰的量随着血管变浅而减小。其也随着血管变小而减小，即干扰作用取决于正被成像的血管的大小和元件126的大小。
[0084]在图4B中所示的第二间隔状态408中，插入在一组的元件之间的换能器元件126的数目为至少一个。换言之，一组中的至少两个元件被至少一个各自的元件相互隔开。在图4B中用数字“I”指代的八个元件126在同一组中，后文称作针对第二间隔状态408的第一组428。针对第二间隔状态408的第二组432由用数字“2”指代的八个元件126构成。类似地，第二间隔状态408的第三组436和第四组440每个分别由用数字“3”和“4”指代的八个元件126。组428、432、436、440在空间上交叠，但保持逐个元件的不同。
[0085]在第一组428中(但是相同的原则也适用于该间隔状态408的其他组432、436、440)，所述组中的任意两个相邻元件444、448被至少一最小预定距离452隔开。
[0086]在图4B中通过断线表示该距离。最小距离452，在一些实施例中，为与间隔状态408相关联的非零的组内元件到元件不毗邻度。
[0087]这可与零组内元件到元件不毗邻度相区别。后者的范例将是严格的二组棋盘状图案。这种图案将具有零邻接，因为组件元件的角相接。然而，注意，由于组428、432、436、440逐个元件相互交错的特征，这种图案将仍落入本发明所意图的范围内。
[0088]可以从相应的几何中心456、460测量元件到元件距离。可以如下计算元件面132的几何中心。从概念上讲，将面132装入(通常就是这样的)二维或三维精细相等单元的方格中。针对每个方格坐标，例如“x”或“y”，取与每个面132重合的所有单元的算术平均。
[0089]指示非零的组内元件到元件不毗邻度的最小距离452可以足以允许另一组432、436,440中的某个元件插入在第一组元件444、448的对之间，其中对应的几何中心456、460,464共线。这里，插入元件454属于第二组432:尽管如果假设在本范例中所有元件尺寸相等，则可以选择除第一组428以外的组的任意元件代替。相同值的最小距离452适用于第一组428中全部对的元件。
[0090]针对一组的元件对中的一些，或大多数的所述不毗邻可以大于该组的最小度。在本范例中，这是凭借例如元件对448、468的情况。如在图4B中所见，距离470在这里是可在各自元件448、468的面132的几何中心460、476之间测量的。假想地，通过适当地向右移动插入元件466，可以使其几何中心482与夹心元件448、468的那些几何中心共线，显示最小距离452是足够的。可选地，插入元件483可以假想地被向左移动，以类似地实现几何中心的共线性。所述最小不毗邻度是通过在整个所述组(即第一组428)上观察得到的。针对第二间隔状态408，给定组的所述元件逐对地被另一组的至少一个各自的插入元件分隔开。由于具有全部间隔状态404、408、412，在任意给定时间，第二间隔状态408中仅一个组428、432、436、440 工作。
[0091]如上文所提及的，成像是在时间上平行地使用当前组的换能器元件，并且在时间上按组顺序地发生。因此，在数据采集周期中，第一组428的元件126并行工作。并行工作然后在每个周期之后切换到随后的组，即到第二组432，然后第三组436，以及然后第四组440。
[0092]在第二间隔状态408中，由于在阵列124中相同组的元件之间的间隔，声学串扰显著小于在第一间隔状态404中会发生的声学串扰。作为折衷，与第一间隔状态404中的单个组相比，由于有四个组428、432、436、440，总血管图采集时间是四倍。然而，这仍是在元件级顺序采集的情况中(即分别针对32个元件126中的每个)所需时间的1/8。
[0093]在一些条件下，即使第二间隔状态408提供的所述间隔甚至可能导致更大串扰，也是可以容忍而没有牺牲临床实用性和准确度。因此，可能需要第三间隔状态412，其具有更大的组内元件间间隔。[0094]在图4C中所示的第三间隔状态412中，针对当前组的元件125中的一个或多对，所述最小距离足以允许另一一个或多个组中的某两个元件共同插入所述对之间，其中对应的几何中心共线。因此,例如,两个元件484、486插入对488、490之间，所述对中的每个元件均是相同组的，所述相同组为针对第三间隔状态412的第一组。所述对488、490的元件之间的距离为最小距离，即针对第三间隔状态412，第一组的元件之间的最小非零元件到元件不毗邻度。类似地，两个元件492、494插入在相同组中的一对486、496元件之间，所述相同组在这里为第三组；但是，在这里，所述插入元件将假想地要求转换，即各自向左和向右，以使四个几何中心对齐。因此，如在图4C中所见，元件的对486、496之间的距离大于所述最小距离。
[0095]与第一和第二间隔状态404、408相比，第三间隔状态较高的元件到元件不毗邻度进一步缓解了或减小了元件126间的任何声学串扰的可能性。在第三间隔状态412中有九个组，其相对于纯顺序的总体方案，仍提供对总数据采集时间的实质改进。
[0096]从图4B和图4C，看到所述组是逐个元件相互排斥的，在于，没有元件属于给定间隔状态404、408、412的多于一个的组。
[0097]也看到所述组在空间上相对于彼此被设置为使得逐个元件相互交错。它们的元件126全体共同形成网格。因此，达到在多普勒信号中所要求的纯度的量，同时，超声接口“不动产”得到有效管理，从而在整个过程中运行。尽管在上面讨论的实施例中，没有间隔状态要求超过两个元件的组内元件到元件分隔，但也可以实施这种更大的不毗邻，尤其是在阵列相对地具有许多元件的情况中。在设计将哪些元件126分配给哪些组428、432、436、440中，用于将元件放入各自的组的标准可以基于欧几里得距离或组合算法，例如n-wise算法，例如可以采用AETG/Jenny TM。这种标准在设计所述分组的使用可以发生在探头工作之前。或者，其可以发生在探头工作期间顺序地发生，以例如围绕元件126中探测到的故障工作。所述探头可以被配置为单一间隔状态404、408、412或被配置为在它们中的两个或多个之间的转变498。
[0098]在上述实施例中，元件126在二维矩阵阵列124中，但是所述阵列可以有更少或更多的维度。而且，所述阵列不需要在矩阵布置中。
[0099]元件面132也不限于任意特定形状或尺寸。元件面132不需要全部被横向地在尺寸上相同，这也在本发明的意图范围内。因此，即使选择的元件126要求适合特定的取向，即插入，也可以满足针对一组的元件间距离的充分性标准。
[0100]在探头100内，控制电路(未示出)(其充当权利要求1、19、21、22的所述设备)可以采取一个或多个集成电路(IC)的形式。根据权利要求1、19、21或22的一个或多个IC可以可选地被配置为安装到现有装置(例如超声双重扫描器)中。
[0101]更一般地，权利要求1、19、21或22的所述设备可以被实施为一个或多个集成电路，针对阵列124的控制电路，或者通过另外的范例的方式，被实施为包括所述控制电路和阵列124的装置，例如探头100。
[0102]根据本文提出的技术，可以通过改变施加到到所述阵列的线输入，或施加到用于所述信号的无线发射和由探头100的接收的电流，形成用于操作阵列124的信号。
[0103]图5为样本激励方案。为了开始体积成像(步骤S510)，同时激发当前组的元件126(步骤S520)。无需全体地使用元件126以聚焦或操纵波束，而使成像继续(步骤S530)。当数据采集周期到期时(步骤S540 )，如果针对当前间隔状态404、408、412的下一组，或近间隔状态存在(步骤S550)，则使该下一组成为当前组(步骤S560)，并且处理返回到步骤S520。否则，如果没有下一组存在(步骤S550)，则体积成像现在完成(步骤S570)。
[0104]在探头100的一些实现方式中，仅提供单一间隔状态。例如，如果探头100要被用在解剖结构的特定部分上，血管尺寸和深度可以是已知的或相对不变的。因此，可以根据经验发现特定间隔状态为最优的。
[0105]在其他实现方式中，可以改变元件126的分组428、432、436、440，这需要进行到新的间隔状态404、408、412的转变498。重新分组可以是自动的，基于指示血管尺寸和/或血管状态的初步数据。或者，其可以响应于临床医师致动控制而发生。
[0106]图6提供设备100的间隔状态初始化的范例，针对该范例可以改变分组428、432、436、440。
[0107]所述临床医师输入总体采集时间的指示(步骤S610)，作为步骤S304中的初始化的部分。可选地，所述输入可以指示血管尺寸(步骤S620)和/或血管深度(步骤S630)，其中，所述输入仅选择用于步骤S304中的检查的目标血管，或者相反，涉及输入血管尺寸和/或血管深度的值。
[0108]根据所述输入，确定合适的分组(步骤S640)。
[0109]如果所述当前分组匹配(通过缺省或最后使用的分组)所确定的分组(步骤S650)，则多普勒信号的体积采集开始(步骤S660)，其与步骤S510相一致。
[0110]否则，如果没有匹配(步骤S650)，则进行到对应于所确定的分组的间隔状态404、408、412的转变498 (步骤S670)。在一种配置中，32个换能器元件126被边接到32个单独的发射/接收信道。仅当前组的元件126接通。阵列124中的所有其他元件均为切断的。可选地，可以将探头100中信道的数目减少到组428、432、436、440的元件126的在全部组上的最大数目。针对图4B中的第二间隔状态408，组428、432、436、440中的每个均具有相同数目的元件126，即八个；因此元件126的最大数目为八。针对间隔状态404、408、412的每次变换，切换八个信道到各自元件126的所述连接。这可以通过使用通过现场可编程门控阵列(FPGA)操作的交叉点切换，而得以实现。在Savord等人的题为“PhasedArray Acoustic Systems With Intra-Group Processors，，的共同受让专利 US5997479,以及 Garner 等人的题为“Wireless Ultrasound Probe Asset Tracking”的共同受让专利申请US2010/0277305中讨论了这些设备。控制程序(例如在软件或固件中)可以根据预先载入的扫描序列查看表，针对给定的组设置所述信道与换能器元件126之间的合适连接。一旦进行了到所确定的间隔状态404、408、412的转变498，就可以在步骤S510开始体积采集。
[0111]本文提出的新颖激励方案减少了检查时间长度，由此避免了否则可能发生的因患者或临床医师的移动造成的误差。此外，可以将接收/发射信道的数目减少到任意组的最大元件计数。这降低了制作成本，这同样是用于创建具有相对少的换能器元件126的相对简单的自含式设备100的推动因素之一。通过对间隔方案的明智选择，可以消除或减轻串扰的不利影响；还有，元件组的相互交错使得有效利用了探头面“不动产”，得到小的形状因子。通过不实施电子聚焦或操纵，设备100进一步得到简化并实现成本效益。所述自动多普勒分析缓解了对可显示的图像以及被训练来解释这种显示的人员的需要。所述自动性质保留了可靠性，并可能甚至改进可靠性。通过使检查更快，减轻了工作负载。由于医学诊断设备100相对便宜，其能得到更广泛应用。
[0112]设备在时间上平行地使用一组的换能器元件成像。在一些实施例中，所述元件属于当前组，并且成像在时间上为按组顺序的。所述组可以在空间上被相对于彼此设置为逐个元件相互交错。所述成像可以包括体积成像。所述设备可以被配置用于不共同使用所述元件中的任意来聚焦或操纵在所述成像中使用的波束。所述设备可以工作为在间隔状态之间转变，所述间隔状态中的至少一个具有各自最小的非零的组内元件到元件不毗邻度的特征，或者可以被固定在一个间隔状态。所述变换可以是响应于指示血管大小和/或深度的输入而自动的。
[0113]尽管本发明的方法能有利地被应用于提供针对人类或动物对象的医学诊断，但是本发明的范围不限于此。更宽泛地，本文中公开的技术指向有效地寻找，并使人体组织中的脉管经受体内、体外或间接体内的流体流量分析。
[0114]本文提出的内容涉及针对自动多普勒设备的换能器元件激发方案，用于基于分析频谱多普勒波形的特性的分析结果，绘制临床诊断。应用除包括胎儿健康状况评估以外，还包括颈动脉和肾动脉筛查、用于探测外围动脉疾病(PAD)的ABI测量、在外伤或其他出血中的经颅出血检测。
[0115]尽管已在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是应将这种图示和描述视为示例性或示范性的，并且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
[0116]例如，在给定的间隔状态，几何中心之间的最小距离可以按组改变。同样，尽管新颖的激发方案是针对二维阵列的换能器描述的，但是所述阵列也可以是多维的，或者处于特定的几何布置。
[0117]本领域技术人员在实践要求保护的本发明时，根据对附图、公开内容以及权利要求书的研究，可以理解并实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且定语“一”或“一个”不排除复数。权利要求书中的任意附图标记都不应被解释为对范围的限制。
[0118]可以将计算机程序短暂地、暂时地或较长时间段地存储在合适的计算机可读介质上，例如光学存储介质或固态介质。这样的介质仅在不是瞬态的、传播中信号的意义上是永久的，但也包括其他形式的计算机可读介质，例如寄存器内存、处理器缓存以及RAM。
[0119]单个处理器或其他单元可以完成权利要求书中记载的几个项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地组合这些措施。
【权利要求】
1.一种设备(100)，其被配置为在时间上平行地(S520)使用当前组的换能器元件并且在时间上按组顺序地(S560)进行成像，所述组在空间上相对于彼此被设置(408、412)为使得逐个元件相互交错。
2.如权利要求1所述的设备，其被配置为不共同使用所述组的所述元件中的任意元件来聚焦或操纵在所述成像(S530)中使用的波束。
3.如权利要求1所述的设备，其包括所述组的所述元件(126)。
4.如权利要求1所述的设备，还被配置为改变分组(428、432、436、440)。
5.如权利要求4所述的设备，所述改变基于指示血管大小(S620)和血管深度(S630)中的至少一个的输入。
6.如权利要求4所述的设备，所述改变包括在至少两个间隔状态中的一个与另一个之间转变498，所述间隔状态中的至少一个的特征在于一组的元件之间各自的最小的、非零的元件到元件不毗邻度。
7.如权利要求6所述的设备，其被配置为响应于指示血管大小和血管深度中的至少一个的输入而自动地进行所述转变(S650)。
8.如权利要求1所述的设备，当前组的所述元件拥有各自的面132，所述各自的面具有相应的几何中心，所述设备被配置为具有所述当前组的所述元件之间最小的、非零的元件到元件不毗邻度，所述最小表示所述几何中心之间的最小距离。
9.如权利要求8所述的设备，针对所述当前组的所述元件中的一对或多对的所述最小距离足以允许所述组中的另一个组中的某个元件完全插入所述对之间，其中所述相应的几何中心共线(448、466、468 )。
10.如权利要求8所述的设备，针对所述当前组的所述元件中的一对或多对的所述最小距离足以允许所述组中的另外一个或多个组中的某两个元件共同插入所述对之间，其中所述相应几何中心共线(486、492、494、496 )。
11.如权利要求1所述的设备，所述当前组的所述元件被所述组中的另一个组中至少一个各自的插入元件逐对隔开。
12.如权利要求1所述的设备，所述组为逐个元件相互排斥的。
13.如权利要求1所述的设备，所述组中的所述元件被共同布置在多维阵列(408、412)中。
14.如权利要求1所述的设备，所述使用包括同时激发当前组的所述元件(S520)。
15.如权利要求1所述的设备，所述成像包括医学成像(106)。
16.如权利要求1所述的设备，所述成像利用流体流量分析技术(114)。
17.如权利要求1所述的设备，所述设备被包含在手持式独立诊断装置中。
18.如权利要求1所述的设备，其被配置为一个或多个集成电路。
19.一种设备，其被配置为通过在时间上平行地操作换能器元件进行体积成像(404)并且被配置为不共同使用所述元件中的任意来聚焦或操纵在所述成像中使用的波束(182)。
20.如权利要求19所述的设备，所述成像包括执行流体流量分析(114)。
21.一种用于成像设备的计算机可读介质，所述介质包括能够由处理器运行以执行一系列动作的指令，其中，所述动作中包括如下动作:在时间上平行地并且在时间上按组顺序地使用当前组的换能器元件进行成像，所述组逐对地在空间上相对于彼此被设置为逐个元件相互交错(416-424)。
22.—种信号，其被配置用于传输、用于由设备接收以及用于令所述设备在时间上平行地并且在时间上按组顺序地使用当前组的换能器元件进行成像，所述组逐对地在空间上相对于彼此被设置为逐个元件相互交错(416-424)。
23.一种用于生成如权利要求22所述的信号的方法，包括改变被施加到以下中的至少一个的电流从而通过所述改变而 生成所述信号:a)到所述设备的有线输入；以及b)用于发射的天线。
【文档编号】G01S15/89GK103814305SQ201280045743
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月17日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】A·阿南德, J·彼得鲁齐洛, S·周, R·S·西索迪亚, P·瓦集内帕里, L·古普塔, G·拉马钱德兰, C·菲尔雄 申请人:皇家飞利浦有限公司