移動3d無線超聲圖像采集設備和超聲成像系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲圖像采集設備，其與移動控制臺一起使用以形成超聲成像系統(tǒng)。另外，本發(fā)明涉及一種超聲成像系統(tǒng)，用于提供體積的圖像，例如患者的身體內(nèi)的解剖視圖。
【背景技術】
[0002]超聲成像系統(tǒng)是本領域眾所周知的。它們尤其被用于提供對患者的身體內(nèi)的視圖的解剖成像。已知對患者的身體的二維和三維成像兩者都為執(zhí)業(yè)醫(yī)師提供可靠的工具，以觀看患者的身體的部分，而無需任何外科手術步驟。
[0003]在三維超聲成像或體積成像中，對三維圖像的采集可以通過實施切片通過感興趣體積的許多二維掃描來完成。因此，采集到相互緊挨的大量二維圖像。通過恰當?shù)膱D像處理，能夠從大量二維圖像建立感興趣體積的三維圖像。將從大量二維圖像采集到的三維信息以恰當?shù)男问綖槌曄到y(tǒng)的用戶顯示在顯示器上。
[0004]另外，臨床應用中常常使用所謂的實況三維成像或4D成像。在實況三維成像中，能夠采集體積的實時視圖，使得用戶能夠觀看解剖位點的移動部分，例如跳動的心臟或其他。
[0005]超聲成像系統(tǒng)是可以被固定到某個位置的完整的站，并且常常是在滾輪上可移動的，以提供在不同位置的靈活使用。超聲成像系統(tǒng)提供要采集超聲圖像所需要的每個部件，即輸入設備、顯示設備、要運行超聲成像系統(tǒng)所需要的任意計算機硬件，以及用于采集、繪制和顯示超聲圖像的特定軟件。另外，超聲成像系統(tǒng)包括承載一維或二維換能器陣列的至少一個探頭，以手動或自動地掃描患者的身體。為了提供三維成像，探頭可以利用二維換能器陣列以在三維空間中電子地操縱掃描線。備選地，使用一維換能器陣列，可以借助于電機在三維空間中操縱掃描線，來手動或自動地掃描陣列。
[0006]當然，提供包括上面提及的每個部件的完全裝配好的超聲成像系統(tǒng)，使得這些系統(tǒng)不僅相對昂貴而且還大、重并且不方便在醫(yī)學位置中移動。
[0007]另外，移動計算設備是常見的并且在過去幾十年里已遍布臨床應用?，F(xiàn)今，移動電話、平板電腦、個人計算機和筆記本被大量用于提供獨立于它們的位置的各種應用和網(wǎng)絡訪問。這些移動控制臺具有穩(wěn)定增長的硬件性能水平，易用型接口以及具有不斷增長的分辨率和質量的顯示器。
[0008]最近的發(fā)展已提升了這樣的移動設備的功能。
[0009]文件US 6 440 072 BI公開一種用于將超聲檢查數(shù)據(jù)傳送到便攜式計算設備的醫(yī)學診斷超聲成像系統(tǒng)和方法。超聲檢查數(shù)據(jù)被從醫(yī)學診斷超聲成像系統(tǒng)傳送到便攜式計算設備，例如個人數(shù)字助理。能夠在便攜式計算設備上觀看超聲檢查數(shù)據(jù)，或者能將將其進一步傳送到察看站或另一便攜式計算設備用于察看。在一些優(yōu)選的實施例中，將檢查數(shù)據(jù)從由超聲系統(tǒng)可讀的形式轉換成由便攜式計算設備或察看站可讀的形式。能夠使用有線連接或無線技術(例如紅外通信鏈路)來傳送超聲檢查數(shù)據(jù)。優(yōu)選的實施例也能夠與其他醫(yī)學采集設備和醫(yī)學檢查數(shù)據(jù)一起使用。檢查數(shù)據(jù)也能夠從醫(yī)學網(wǎng)絡傳送，例如醫(yī)學診斷超聲成像網(wǎng)絡。
[0010]存在著在成本、便攜性和多功能方面進一步改善超聲成像系統(tǒng)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目標是提供一種改進的超聲圖像采集設備和改進的超聲成像系統(tǒng)。
[0012]在本發(fā)明的第一方面，提供一種三維超聲圖像采集設備，用于與移動控制臺一起使用以形成三維超聲成像系統(tǒng)。所述超聲圖像采集設備包括:換能器陣列，其被配置為提供超聲接收信號；圖像采集硬件組件，其具有波束形成器和信號處理器，所述波形處理器被配置為控制所述換能器陣列并且還被配置為接收所述超聲接收信號并提供圖像信號，所述信號處理器被配置為接收所述圖像信號并提供圖像數(shù)據(jù)；以及接口，其用于連接所述移動控制臺與所述超聲圖像采集設備。
[0013]在本發(fā)明的另外一方面，提供一種用于提供體積的圖像的超聲成像系統(tǒng)，所述超聲成像系統(tǒng)包括超聲圖像采集設備，所述超聲圖像采集設備包括:換能器陣列，其被配置為提供超聲接收信號；圖像采集硬件組件，其具有波束形成器和信號處理器，所述波束形成器被配置為控制所述換能器陣列并且還被配置為接收所述超聲接收信號并提供圖像信號，所述信號處理器被配置為接收所述圖像信號并提供圖像數(shù)據(jù)。并且其中，所述超聲成像系統(tǒng)還包括移動控制臺，其中，所述移動控制臺具有顯示器和第二輸入設備，以及用于連接所述移動控制臺與所述超聲圖像采集設備的接口，并且其中，所述移動控制臺和所述超聲圖像采集設備經(jīng)由所述接口被連接。
[0014]本發(fā)明的基本想法是提供一種能夠進行三維超聲成像的超聲采集設備，其具有僅到移動控制臺或主機顯示器的輕型線纜或無線連接，其中，所述移動控制臺自身沒有超聲專用硬件。本發(fā)明依賴于將三維超聲采集硬件封裝在所述超聲圖像采集設備中。
[0015]手持式三維超聲成像設備可以為許多診斷應用提供突破。利用非常輕且柔性的線纜或無線連接，可以克服傳統(tǒng)三維超聲掃描器的人體工學問題。另外，由于所述移動控制臺或主機設備不需要任何超聲專用硬件，因而多種通用移動控制臺或主機設備可以與所述超聲圖像采集設備相兼容。因此實現(xiàn)了移動實況三維超聲成像。這為用戶提供了在定制和優(yōu)化移動控制臺的個體使用模型時的靈活性。
[0016]在從屬權利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0017]在實施例中，三維超聲圖像采集設備是具有探頭殼體的便攜式探頭，并且其中，所述換能器陣列和所述圖像采集硬件組件定位于所述探頭殼體內(nèi)。借助于此，能夠提供所謂的“智能探頭”。全部超聲專用硬件部件都定位于所述探頭殼體內(nèi)。另外，僅需要商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)設備作為移動控制臺，以完成完整功能的超聲成像系統(tǒng)。所述探頭的總體功率消耗可以小于5W。探頭重量可以小于200g。因此能夠提供靈活的系統(tǒng)，其僅需要將被實現(xiàn)為探頭的超聲采集設備連接到用戶的所述移動控制臺。尤其地，所述移動控制臺能夠被用于命令所述圖像采集過程。能夠在所述移動控制臺上實況和實時地觀看經(jīng)由所述超聲圖像采集設備采集的三維圖像。通過將全部超聲圖像采集硬件提供在所述探頭內(nèi)，所述接口的帶寬僅需要足以將圖像數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲆苿涌刂婆_。因此，不僅可以傳輸單個圖像用于在所述移動控制臺上的存儲或顯示，而且還實現(xiàn)了所述圖像數(shù)據(jù)和/或顯示數(shù)據(jù)到所述移動控制臺的實況直播。顯示數(shù)據(jù)可以包括文本信息(例如用戶選擇的增益水平)或圖形數(shù)據(jù)(例如狀態(tài)圖標)。
[0018]在另外的實施例中，所述換能器陣列是相控換能器陣列，并且其中，所述接口是無線接口。借助于此，能夠提供無線智能探頭。無線探頭能夠鏈接到寬泛種類的商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)計算機，其不包括用于超聲功能的硬件定制，例如平板電腦或平板觸摸電腦。這為用戶提供了在定制和優(yōu)化個體使用模型時的靈活性。其也匹配非常小的手持式移動控制臺的期望的人體工學，其中，用于到所述探頭的線纜連接的連接器的增加否則將擴大形狀因數(shù)并在充當顯示設備的所述移動控制臺上創(chuàng)建實在的拖曳，因為所述移動控制臺的質量大致與所述探頭和線纜的一樣低。利用無線探頭，所述手持式控制臺能夠有利地與所述探頭物理分離，例如被保持、放置在表面上，或被安裝在桿上，而不用怕在掃描的同時從探頭線纜的輕拉將使控制臺跌落。
[0019]在實施例中，所述三維超聲圖像采集設備還包括圖像處理器，圖像處理器被配置為接收所述圖像數(shù)據(jù)并提供顯示數(shù)據(jù)。借助于此，使得所述三維超聲圖像采集設備自身能夠提供圖像處理。因此即使沒有顯著的硬件資源來繪制三維圖像的移動控制臺也可以變得兼容與所述三維超聲圖像采集設備一起使用。
[0020]在另外的實施例中，所述超聲圖像采集設備還包括為所述超聲圖像采集設備供電的電池。借助于此，所述超聲圖像采集設備能夠在便攜的同時被充分供電。術語“電池”在該語境中包括任意類型的電池，尤其是單向能源電池以及可充電蓄電池。
[0021 ] 在另外的實施例中，所述超聲圖像采集設備包括至少一個主波束形成器和多個微束形成器。借助于此，提供了微束形成和級聯(lián)波束形成的可能性。借助于此，能夠減少經(jīng)由所述接口平行提供的信號線的數(shù)目。
[0022]在另外的實施例中，所述無線接口還被配置用于應用超寬帶傳輸技術的傳輸。借助于此，能夠提供用于在實況三維超聲成像中使用移動控制臺的足夠帶寬。超寬帶(UWB)是一種射頻技術，其針對短距、高帶寬通信而使用射頻譜的大部分在非常低的能量水平操作。類似于擴頻技術，UWB通信以這樣的方式傳輸，其不與在相同頻帶中使用的常規(guī)窄帶和載波干擾。然而，不同于擴頻，超寬帶不采用跳頻(FHSS)。超寬帶是用于在大的帶寬上傳輸信息傳播的技術。UWB能夠被定義為從天線或接口的傳輸，針對所述天線或接口所發(fā)出的信號帶寬超過500MHz或中心頻率的20%較小的一個。因此，基于脈沖的系統(tǒng)——其中每個傳輸?shù)拿}沖占據(jù)UWB帶寬(或窄帶載體的至少500MHz的集合；例如正交頻分復用(OFDM)