超聲探頭和超聲成像系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于超聲成像系統(tǒng)的超聲探頭。本發(fā)明還涉及一種包括這樣的超聲探頭的超聲成像系統(tǒng)。更進一步地，本發(fā)明還涉及一種確定對象(患者)的內臟身體脂肪的量的方法和用于實施所述方法的對應的計算機程序。
【背景技術】
[0002]在表演運動、個人健身和健康護理用具領域，期望對不同組織類型的身體比例成份獲得深刻的理解。為此目的，必須從彼此區(qū)分若干主要組織。從健康的視角來看，要檢測的最重要的組織是:脂肪質量和無脂肪質量、瘦肉質量和肌肉質量以及對皮下脂肪組織(SAT)和內臟脂肪組織(VAT)的進一步辨別。
[0003]脂肪儲存能夠大致發(fā)生在人體中的兩個不同的隔間中:皮下(皮膚下方)和內臟/腹腔內(圍繞內部器官)。VAT比SAT更難以變松，并且被認為是更加危險的。研宄表明，具有高內臟脂肪的人更加容易受到心臟病、中風、糖尿病和高血壓的影響。久坐的人、吸煙者和飲酒者已經示出比不吸煙和不飲酒的愛活動的人具有更多的VAT。壓力也可以是在身體中存儲VAT的因素。
[0004]醫(yī)學專業(yè)人員不得不越來越多地處理與高VAT的量有關的以上提及的疾病。具有一種用于快速且可靠地評估患者的物理健身水平的方法能夠有助于專業(yè)人員評估物理健身可以在多大程度上影響患者的健康。此外，具有健身水平和疾病監(jiān)測的醫(yī)學規(guī)定的鍛煉介入能夠用于改善患者的健康，并且也用于為處置的有效性提供證明。VAT的直接量化無論如何是困難的。
[0005]用于量化VAT的大多數現今已知的方法依賴于估計而不是直接和準確的量化方法。一種獲得人的VAT的簡單方法是對腰圍的測量。然而，該參數具有若干局限，這是因為該參數包括人的較少有害的皮下脂肪(SAT)以及肌肉層。
[0006]測量人的身體脂肪百分比的另一方式是通過測量人的重量和體積來找到平均組織密度。連同對骨骼質量的假定和對肌肉和脂肪的密度的知曉，身體脂肪測量能夠被計算出來。該方法對多個測量是相當一致的。不幸的是，該流程涉及將對象浸沒在水箱中，使得所述方法體積龐大且耗時。除此之外，該流程也不允許SAT與VAT之間的準確區(qū)分。
[0007]因此，需要對人類VAT的直接量化。若干科學家提出利用所謂的腹腔內直徑(IAD)作為有效的手段來估計人類VAT。所述IAD描述的是在脊柱的L3-L4級上的肚臍以上3cm的白線與主動脈的后側之間的距離。Bellesari等人的“Sonographic measurement ofadipose tissue，，(Journal of Diagnostic Medical Sonography，1993 年 I 月，第 9 卷，第I期，第11-18頁)證實了 IAD的潛力，但是也強化了 IAD不是非?？煽康氖聦?，這最有可能歸因于利用超聲探頭應用的壓力的差異。額外地，他們報告了歸因于主動脈的脈動效應以及呼吸運動和腸道運動的重復性問題。此外，他們報告了一些掃描具有干擾IAD的識別的陰影(黑暗區(qū))或反射(規(guī)則間隔的、薄的、明亮的線)的問題。這些問題通常通過應用更多的超聲凝膠來校正。克服這些問題的構思是朝向更好和更直接訪問關于人的VAT的信息的可期望的步驟。Tornaghi等人在“Anthropometric or ultrasonic measurementsin assessment of visceral fat ? A comparative study，，(Internat1nal Journal ofObesity，1994(18)，第771-775頁)中比較了在評估內臟脂肪組織的量中的人體測量和超聲測量的準確度。
[0008]允許以簡單的方式量化人的VAT的消費者產品將是特別期望的。由于現有技術醫(yī)學超聲成像技術對于消費者產品而言過于昂貴，因此需要低成本的解決方案。針對專業(yè)部門設計的醫(yī)學超聲成像系統(tǒng)與此相隔太遠，對于在日常使用中的私人消費者來說太難于處理。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目標是提供一種用于超聲成像系統(tǒng)的超聲探頭，所述超聲探頭尤其適合于私人消費者、易于處理、并且與現有技術產品相比是低成本密集型的。優(yōu)選地，這樣的設備應當被配置為容易和方便在家庭環(huán)境中操作。這樣的設備應當允許直接地和對于消費者來說容易地處理對人類VAT的量化。本發(fā)明的進一步的目標是提供一種對應的超聲成像系統(tǒng)以及用于根據腹部超聲掃描來確定對象的內臟身體脂肪的量的對應的方法。
[0010]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于超聲成像系統(tǒng)的超聲探頭。所述超聲探頭包括:
[0011]-探頭殼體，
[0012]-單元件超聲換能器，其用于發(fā)射和接收超聲信號，
[0013]-換能器移動單元，其被布置在所述探頭殼體之內以用于在信號采集期間相對于所述探頭殼體沿著二維凸彎曲路徑移動所述單元件超聲換能器。
[0014]在本發(fā)明的其他方面中，提供了一種超聲成像系統(tǒng)，所述超聲成像系統(tǒng)包括以上提及的超聲探頭和用于根據所接收的超聲信號重建超聲圖像的圖像重建單元。
[0015]在本發(fā)明的又其他方面中，提供了一種根據腹部超聲掃描來確定對象的內臟身體脂肪的量的方法。所述方法包括以下步驟:
[0016]-接收來自單元件超聲換能器的超聲信號，所述單元件超聲換能器在信號采集期間在超聲探頭的探頭殼體之內沿著凸彎曲路徑自動地移動，
[0017]-根據所接收的超聲信號來重建超聲圖像，
[0018]-分割所述對象的所述腹部超聲掃描的所述超聲圖像，
[0019]-識別在所述超聲圖像之內的白線和主動脈的位置，以便導出腹腔內直徑(IAD)，并且
[0020]-基于所導出的IAD來計算所述內臟身體脂肪的量。
[0021]在本發(fā)明的再其他方面中，提供了一種包括程序代碼單元的計算機流程，所述程序代碼單元用于當在計算機上執(zhí)行所述計算機程序時令所述計算機執(zhí)行這樣的方法的步驟。
[0022]如以上已經提及的，能夠基于所述腹腔內直徑(IAD)來計算/估計人類VAT的量。這需要對在所述超聲圖像之內的所述白線和所述主動脈的識別。由于難以從一維超聲信號(A-模式)檢測到所述白線或所述主動脈，因此需要二維超聲圖像。二維超聲圖像通常由多元件超聲換能器陣列直接采集。然而，配備有這樣的多元件超聲換能器陣列的超聲探頭是相當昂貴的。
[0023]本發(fā)明基于提供單元件超聲換能器的想法，其中，所述單元件超聲換能器在信號采集期間相對于所述探頭殼體沿著二維凸彎曲路徑自動地移動。這通過被布置在所述探頭殼體之內的換能器移動單元來實現。在單元件超聲換能器沿著所述凸彎曲路徑移動期間，收集多個超聲A線信號。這些一維超聲信號然后被重建為二維或三維超聲圖像。經移動的單元件超聲換能器因此覆蓋與多元件超聲陣列探頭相似的區(qū)。換言之，經移動的單元件超聲換能器模仿凸陣列換能器的形狀。
[0024]所提出的超聲探頭的主要優(yōu)點中的一個是只需要一個超聲元件。這樣的超聲探頭當然比多元件陣列便宜。然而，這樣的超聲探頭允許生成與利用凸(多元件)換能器陣列產生的圖像相當的二維超聲圖像。在信號采集期間，所述單元件換能器沿著所描述的圓弧形狀的(凸)路徑橫向地移動，其中，所述圓弧優(yōu)選具有0° -90°之間的開口角度，最優(yōu)選具有45° -75。之間的開口角度。因此，可用范圍可以是相當大的，即，無需相對于檢查目標移動超聲探頭的掃描序列(換能器元件來回移動)的掃描范圍是相當大的。對超聲探頭的處理是相對容易的，這使得對于個人使用(經驗較少的私人用戶)是可用的。由于所述單元件超聲換能器相對于所述探頭殼體(例如，使用電動機)被自動地移動并遞送“規(guī)則的”2D超聲圖像，因此用戶可能甚至不能認出所提出的超聲探頭與“規(guī)則的”多元件超聲陣列探頭之間的差異。
[0025]所述超聲探頭還優(yōu)選包括移動傳感器，所述移動傳感器用于感測所述單元件超聲換能器相對于所述探頭殼體的移動和/或位置。為了能夠根據在所述換能器元件沿著以上提及的圓弧移動期間采取的多個ID掃描來重建2D B模式圖像，該位置跟蹤是特別重要的。優(yōu)選地，僅當所述移動傳感器檢測到所述換能器元件在運動中時發(fā)送發(fā)射脈沖。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權利要求中被定義。應當理解，所要求保護的超聲成像系統(tǒng)和所要求保護的方法具有如所要求保護的超聲探頭和如從屬權利要求中所定義的類似的和/或相同的優(yōu)選實施例。
[0027]在優(yōu)選實施例中，所述換能器移動單元包括凸形軌道，所述凸形軌道用于相對于所述探頭殼體沿著所述凸彎曲路徑以機械方式引導所述單元件超聲換能器。所述引導軌道可以是被布置并固定在所述探頭殼體之內的框架的部分。優(yōu)選地，使用至少兩個這樣的引導軌道，在所述單元件超聲換能器的每一側上有一個這樣的引導軌道。所述單元件超聲換能器優(yōu)選被可滑動地安裝在所述引導軌道之內。總體上可設想不同種類的驅動機構(例如，電動機、磁力傳動列車等)以在所述引導軌道之內移動所述單元件換能器。
[0028]在其他優(yōu)選實施例中，所述超聲探頭還包括位移傳感器，所述位移傳感器用于感測所述單元件超聲換能器和/或所述探頭殼體的移動和/或位置。該位移傳感器優(yōu)選被實現為光學傳感器。所述光學傳感器可以例如被附接到所述超聲探頭，以用于以光學方式檢測所述探頭的移動。這提供了獲得所述超