專利名稱：具有不聚焦透鏡的聲波成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及聲波成像，尤其涉及利用聲學(xué)上不聚焦的透鏡的超聲波成像系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
用于超聲波成像的常規(guī)一維(1-D)的相控陣列換能器通常與使得從換能器發(fā)射的聲波束聚焦的透鏡結(jié)合。尤其是，這種透鏡的材料性質(zhì)通常被選擇成，以便在縱向維度中使一來(lái)自換能器的聲波束聚焦?？v向維度也可以例如通過(guò)在換能器陣列處形成一凹形來(lái)以機(jī)械方式聚焦。橫向維度通常以電子方式聚焦。
例如，常規(guī)的一維相控陣列換能器使用了一促進(jìn)發(fā)射的聲能在機(jī)體內(nèi)例如在人體內(nèi)聚焦的透鏡。這種透鏡的材料通常保持的聲速比人體保持的聲速(約1.5毫米/微秒)要小。所以通過(guò)透鏡傳播進(jìn)入體內(nèi)的聲能趨向于在體內(nèi)會(huì)聚或聚焦。從常規(guī)的一維換能器發(fā)射的聲能在體內(nèi)聚焦被圖1示意地描述。
在圖1中，代表性的所示聲波12、14、16、18和20通過(guò)聚焦透鏡24從換能器22發(fā)射出。如在其中描述的，當(dāng)聲波深入機(jī)體30傳播時(shí)，它們趨向于聚焦，這至少部分地應(yīng)歸因于透鏡材料。
如圖所示，聲能以各種速度和各種波振面形狀傳播，波振面形狀取決于例如聲能經(jīng)其傳播的材料中的聲速和聲阻抗。例如，透鏡材料中的聲速越接近機(jī)體中的聲速，從換能器發(fā)射的能量與以入射角進(jìn)入機(jī)體的能量就越接近。另外，透鏡材料和機(jī)體的聲阻抗越接近，就有更多的聲能從換能器發(fā)射并進(jìn)入機(jī)體。
因?yàn)樵诳v向和橫向維度中從二維(2-D)換能器傳出的聲波束進(jìn)行電子聚焦是已知的，所以使傳播進(jìn)入機(jī)體的聲波束機(jī)械地聚焦到通常規(guī)定的程度不再是所希望的。然而，很多二維換能器繼續(xù)利用凸透鏡，該凸透鏡趨向于機(jī)械地聚焦傳播的聲能。因此，需要解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些和/或其它缺點(diǎn)的改進(jìn)系統(tǒng)和改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)要地說(shuō)，本發(fā)明總體上涉及聲波成像。在這方面，本發(fā)明的實(shí)施例可被理解成提供聲波成像系統(tǒng)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一構(gòu)形成與換能器主體配合的換能器透鏡。換能器透鏡至少部分地由聲匹配材料形成，其表現(xiàn)出與待成像的機(jī)體的聲學(xué)特性相對(duì)應(yīng)的聲學(xué)特性。這樣構(gòu)形使得從換能器透鏡發(fā)射并進(jìn)入機(jī)體的聲能大體上不聚焦，直到其被電子聚焦技術(shù)改變。
本發(fā)明的其它實(shí)施例可被理解成提供用于例如對(duì)患者進(jìn)行聲波成像的方法。一優(yōu)選的方法包含的步驟是(1)提供一換能器，其具有至少部分地由聲匹配材料形成的換能器透鏡；和(2)傳播來(lái)自于該換能器透鏡的聲波。
本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在審查下面的附圖和詳細(xì)說(shuō)明時(shí)將是或?qū)⒊蔀轱@而易見的。包括在此說(shuō)明書之中的所有這些附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都在本發(fā)明范圍之內(nèi)，并且被后附的權(quán)利要求書所保護(hù)。


本發(fā)明參照附圖可更好地理解。圖中的元件不按比例繪制，重點(diǎn)應(yīng)放在清楚地闡明本發(fā)明的原理上。而且，相同的附圖標(biāo)記表示全部附圖中的相應(yīng)的部件。
圖1是描述現(xiàn)有技術(shù)的換能器發(fā)射進(jìn)入代表性的機(jī)體的聲能的示意圖。
圖2是描述本發(fā)明的成像系統(tǒng)一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
圖3是圖2實(shí)施例的示意圖，其示出了圖像處理系統(tǒng)詳細(xì)情況。
圖4是相對(duì)于代表性示意描述的肋骨的本發(fā)明的換能器一優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
圖5是圖4實(shí)施例的側(cè)視圖，其示出了換能器相對(duì)于代表性示意描述的肋骨的代表性位置。
圖6是圖4和5實(shí)施例的示意圖，其顯示經(jīng)過(guò)換能器不聚焦透鏡發(fā)射的代表性的非聚焦聲能。
圖7是描述一用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明成像系統(tǒng)的基于計(jì)算機(jī)或處理器的系統(tǒng)的示意圖。
圖8是描述圖7成像系統(tǒng)的優(yōu)選功能的流程圖。
圖9是描述在一代表性的胸成像程序中如圖4和5所示的換能器的代表性布置的示意圖。
圖10是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
圖11是圖10實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖12是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
圖13是圖12實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖14是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
圖15是圖14實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖16是描述圖14透鏡的制造細(xì)節(jié)的示意圖。
圖17是描述圖15透鏡的制造細(xì)節(jié)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的成像系統(tǒng)的一優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合一換能器探頭(“換能器”)202。例如，換能器202可以是二維(2D)相控陣列換能器，但可以利用其它的換能器構(gòu)形。換能器202與一圖像處理系統(tǒng)204進(jìn)行電通信。圖像處理系統(tǒng)204提供信號(hào)給換能器202，使得換能器能經(jīng)由透鏡206發(fā)射聲能。換能器接收器經(jīng)由透鏡206接收反射聲能，并將對(duì)應(yīng)于收到的聲能的信號(hào)提供給圖像處理系統(tǒng)來(lái)處理。
透鏡206被換能器主體的前端210保持在一相對(duì)于換能器主體208的位置上。尤其是，透鏡206適于至少部分地固定在由前端限定的孔內(nèi)。然而，可以使用多種其它的構(gòu)形。
優(yōu)選的是，透鏡206構(gòu)形成一聲學(xué)上不聚焦透鏡。更確切地說(shuō)，透鏡206由一所選材料形成，并/或展現(xiàn)出一特殊形狀，以使得在大致不使聲能機(jī)械聚焦的情況下，使聲能傳播進(jìn)入例如人體的機(jī)體內(nèi)。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可利用一至少部分地由聲匹配材料形成的透鏡。這種聲匹配材料優(yōu)選地表現(xiàn)出與典型機(jī)體中的聲速和聲阻抗大致匹配的聲速和聲阻抗。例如，一表現(xiàn)出的聲速在約1.4毫米/微秒到1.6毫米/微秒范圍內(nèi)的材料可認(rèn)為是聲匹配材料。聲匹配材料也優(yōu)選地表現(xiàn)出在約1.3到1.7Mrayl(兆瑞利)范圍內(nèi)的聲阻抗。
在一些實(shí)施例中，聲學(xué)上不聚焦透鏡特別是可由丁二烯、苯乙烯丁二烯、和/或橡膠和/或聚合體的相關(guān)類材料形成。這些材料典型地使聲能在2MHz時(shí)以大約3db/cm的速度衰減，并且在5MHz時(shí)以大約8db/cm的速度衰減。如已知的，常規(guī)透鏡材料，諸如硅酮，使聲能在2MHz時(shí)以大約9db/cm的速度衰減，并且在5MHz時(shí)以大約33db/cm的速度衰減。
應(yīng)該注意的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以選擇一由單獨(dú)來(lái)說(shuō)不認(rèn)為是聲匹配材料的材料制成的透鏡。然而，可提供一材料組合物，其組合起來(lái)表現(xiàn)出例如聲速在約1.4毫米/微秒到1.6毫米/微秒的范圍之內(nèi)的聲匹配性質(zhì)，并且聲阻抗在約1.3到1.7Mrayl(兆瑞利)的范圍之內(nèi)，這被認(rèn)為是很好地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
通過(guò)提供一聲學(xué)上不聚焦透鏡，成像系統(tǒng)200可使聲能傳輸進(jìn)入機(jī)體，此機(jī)體在橫向和縱向維度中都適合于電子聚焦。尤其是，成像系統(tǒng)可提供有助于進(jìn)行比較靈敏的電子聚焦的聲波束。與其它使用機(jī)械聚焦透鏡的系統(tǒng)相比，這可以幫助改進(jìn)變焦成像功能。還假設(shè)，一使用聲學(xué)上不聚焦透鏡的成像系統(tǒng)可提供特別適用于對(duì)比成像應(yīng)用的聲波束。如在下文詳細(xì)說(shuō)明的，本發(fā)明的成像系統(tǒng)能包括多種形狀的透鏡，該透鏡至少部分地由聲匹配材料形成。
現(xiàn)在參考圖3，成像系統(tǒng)200的優(yōu)選實(shí)施例，尤其是成像處理系統(tǒng)204的一優(yōu)選實(shí)施例將被更詳細(xì)地說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解圖3不必闡明優(yōu)選系統(tǒng)的每個(gè)組件，而將重點(diǎn)放在與在此披露的系統(tǒng)和/或方法最相關(guān)的元件上。
如圖3所示，成像系統(tǒng)200包括換能器202，該換能器被電連接到圖像處理系統(tǒng)204的發(fā)射/接收開關(guān)302。發(fā)射/接收開關(guān)302可將換能器置于發(fā)射或者接收模式。為了在發(fā)射模式的操作過(guò)程中使通過(guò)換能器的聲能的發(fā)射容易進(jìn)行，圖像處理系統(tǒng)204包括設(shè)定發(fā)射信號(hào)的發(fā)射頻率fo的發(fā)射頻率控制器304，和調(diào)制各種發(fā)射信號(hào)線的發(fā)射波形控制器306。發(fā)射頻率控制器304和發(fā)射波形調(diào)制器306在中央控制器310的控制下工作。
為了在接收模式的操作中使通過(guò)換能器的聲能的接收容易進(jìn)行，圖像處理系統(tǒng)204包括模數(shù)換能器312，該模數(shù)換能器將換能器202接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字濾波器，例如射頻濾波器，從接收到的數(shù)據(jù)中過(guò)濾掉所希望的接收波段以外的信號(hào)。圖像處理器316被提供用于處理接收到的數(shù)據(jù)，然后處理過(guò)的數(shù)據(jù)通常被提供給存儲(chǔ)器320來(lái)根據(jù)需要存儲(chǔ)。視頻處理器322還優(yōu)選地被設(shè)置用于在顯示裝置324上顯示對(duì)應(yīng)于接收到的數(shù)據(jù)的信息。
現(xiàn)在參考圖4和圖5，換能器202的一優(yōu)選實(shí)施例將被更詳細(xì)地說(shuō)明。如圖4所描述的，換能器202包括一主體402和一透鏡206。主體402優(yōu)選地構(gòu)形成，以便容納一個(gè)或多個(gè)有助于通過(guò)透鏡206發(fā)射和/或接收聲能所需的不同部件。例如，這些部件尤其是包括一壓電元件陣列。主體402還構(gòu)形成，有助于用于實(shí)施成像程序的換能器正確定位。
在圖4所示的實(shí)施例中，主體402包括一中間部分404，其被適當(dāng)?shù)馗难b以便使操作者用手握持。一透鏡安裝部分406適于與透鏡206接合，該透鏡安裝部分406優(yōu)選地從中間部分404向外徑向擴(kuò)開。在主體402的近端，即與部分406相反的一端，設(shè)置有一逐漸變小的或者縮小的部分408。部分408限定一用于容納電纜的孔410。孔410適于幫助在換能器和圖像處理裝置(未示出)之間進(jìn)行電通信。
可使用多種不同的透鏡形狀。例如，如果使用有一平面的透鏡，經(jīng)由該透鏡傳播的聲能的波振面一般是非聚焦的。然而，比如說(shuō)希望促進(jìn)在透鏡和患者之間較好的患者接觸的多種考慮可使其它形狀更合意。在某些實(shí)施例中，透鏡可實(shí)際構(gòu)形成，使得有助于帶有患者的聲波窗的換能器適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。尤其是，這種透鏡優(yōu)選地結(jié)合一平坦的組織接合表面，其具有從該平坦表面向外和向后延伸的曲面。此構(gòu)形趨向于使透鏡相對(duì)于聲波窗的適當(dāng)?shù)囟ㄎ唬撀暡ù爸T如由患者的鄰近肋骨限定的聲波窗。更確切地說(shuō)，該曲面通常與肋骨接合并趨向于使組織接合表面與聲波窗對(duì)準(zhǔn)。如在下文說(shuō)明的，該組織接合表面可設(shè)置為多種構(gòu)形。
如圖4和圖5所示，組織接合表面412優(yōu)選地布置為與換能器的橫軸414大致平行。這樣構(gòu)形使得此實(shí)施例能夠從換能器發(fā)射聲能并沿與換能器縱軸416大體上共同延伸的路徑傳播此能量。優(yōu)選的是，這樣選擇組織接合表面的長(zhǎng)度X4，即，以使得與機(jī)體接合的適當(dāng)截面區(qū)域，以便足量的聲能可從換能器傳播到機(jī)體。
這樣選擇組織接合表面412的寬度Z4(圖5)，即，以便有助于聲能的傳播。然而，也可選擇此寬度來(lái)使用一適當(dāng)選擇的聲波窗。更確切地說(shuō)，如果在胸聲波成像程序中利用透鏡206，例如，這樣選擇寬度Z4，即，以便試圖改善換能器在待成像機(jī)體中相鄰排列的肋骨之間的定位，例如肋骨502和504之間。這樣的定位有助于聲能從換能器、肋骨之間和深入機(jī)體的有效傳播。
發(fā)自組織接合表面412的表面420、422、424和426一般為光滑曲面，并且有助于聲波窗與組織接合表面對(duì)準(zhǔn)。更確切地說(shuō)，當(dāng)組織接合表面的尺寸適當(dāng)?shù)卮_定時(shí)，表面424和426趨向于與肋骨接合，例如肋骨502和504，由此使組織接合表面與肋骨接合或置于肋骨之間。因此，該表面趨向于使聲波窗與組織接合表面對(duì)準(zhǔn)。在成像程序的過(guò)程中，曲面還能夠增加患者的舒適度，因?yàn)榉乔婵哨呄蛴谝鹁植坎贿m。
如圖6示意地所示，成像系統(tǒng)200的使用，以及更準(zhǔn)確地說(shuō)是換能器202和對(duì)應(yīng)的透鏡206的使用有助于聲能的相對(duì)非聚焦波的傳播，例如波602和604。
再次參考圖像處理系統(tǒng)204(圖3)，該系統(tǒng)的部分可用軟件(例如固件(具有軟件功能的硬件))、硬件或者它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖3中描述的實(shí)施例中，除了別的以外，中央控制器310、圖像處理器316和/或視頻處理器322可用如執(zhí)行程序的軟件實(shí)現(xiàn)，并且由一特定或通用數(shù)字計(jì)算機(jī)執(zhí)行，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC、IBM兼容機(jī)、蘋果兼容機(jī)或其它)、工作站、小型計(jì)算機(jī)或者大型計(jì)算機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)本發(fā)明圖像處理系統(tǒng)的圖像處理器316和視頻處理器322的通用計(jì)算機(jī)的一個(gè)例子顯示在圖7中。如在下文中所使用的，中央控制器310、圖像處理器316和視頻處理器322提供的功能性被統(tǒng)稱為圖像/視頻處理系統(tǒng)。
一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)如圖7中所示的硬件結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)710包括一處理器712、存儲(chǔ)器714和一個(gè)或多個(gè)通過(guò)一局域界面718進(jìn)行通信連接的輸入和/或輸出(I/O)設(shè)備716(或者外圍設(shè)備)。局域界面718可以是如本領(lǐng)域所已知的一個(gè)或多個(gè)總線或其它有線或無(wú)線的連接，但不局限于此。局域界面718可具有附加元件，諸如控制器、緩沖器(高速緩沖存儲(chǔ)器)、驅(qū)動(dòng)器、中繼器和接收器，以使通信得以進(jìn)行，此處為了簡(jiǎn)化而省略附加單元。局域界面還包括地址、控制和/或數(shù)據(jù)連接，來(lái)使在上述部件之間的適當(dāng)通信得以進(jìn)行。
處理器712是用于執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器714中的軟件的硬件。處理器712可以是任何定做的或市售的處理器、在幾個(gè)與計(jì)算機(jī)710有關(guān)的處理器中的中央處理單元(CPU)或者輔助處理器、和基于半導(dǎo)體的微處理器(以微芯片的形式)或宏處理器。合適的市售微處理器的例子如下美國(guó)英特爾公司的80×86或奔騰系列微處理器、美國(guó)IBM的Power型個(gè)人計(jì)算機(jī)、SUN微系統(tǒng)公司的Sparc微處理器、美國(guó)惠普公司的PA-RISC系列微處理器或者美國(guó)摩托羅拉公司的68xxx系列微處理器。
存儲(chǔ)器714能包括任何非永久性存儲(chǔ)器元件或其組合(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，諸如DRAM，SRAM等))和非易失存儲(chǔ)器元件(例如ROM、硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、CDROM等)。而且，存儲(chǔ)器714可結(jié)合電子、磁、光學(xué)和/或其它類型的存儲(chǔ)介質(zhì)。注意，存儲(chǔ)器714可具有一分布式結(jié)構(gòu)，其中多種部件適當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)離其它部件，并可被處理器712訪問(wèn)。
存儲(chǔ)器714中的軟件可包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的程序，其中每個(gè)包含一順序列出的用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令。在圖7的例子中，存儲(chǔ)器714中的軟件包括圖像/視頻處理系統(tǒng)和一合適的操作系統(tǒng)(O/S)722。合適的市售操作系統(tǒng)722的不完全列表如下美國(guó)微軟公司出產(chǎn)的Windows操作系統(tǒng)、美國(guó)諾維爾公司的Netware操作系統(tǒng)或者可向很多賣主購(gòu)買的UNIX操作系統(tǒng)，諸如SUN微系統(tǒng)公司、美國(guó)惠普公司和美國(guó)AT&T公司。操作系統(tǒng)722基本上控制其它計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行，諸如圖像/視頻處理系統(tǒng)700，并提供時(shí)序安排、輸入輸出控制、文件和數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)器管理和通信控制和相關(guān)服務(wù)。
圖像/視頻處理系統(tǒng)700是一源程序、可執(zhí)行程序(目標(biāo)碼)、文稿編排程序或任何其它包含一組要被完成的指令的實(shí)體。當(dāng)為一源程序時(shí)，程序需要由編譯器、匯編器、解釋器或類似物翻譯出來(lái)，使得其與操作系統(tǒng)722相連而正確工作，編譯器、匯編器、解釋器或類似物可能包括在存儲(chǔ)器714之內(nèi)，也可能不包括在存儲(chǔ)器714之內(nèi)。此外，圖像/視頻處理系統(tǒng)700可被編寫為一具有數(shù)據(jù)類和方法類的(a)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言或者(b)一具有程序、子程序和/或函數(shù)的過(guò)程程序語(yǔ)言，例如但不局限于C、C++、Pascal、Basic、Fortran、Corbol、Perl、Java和Ada。
輸入/輸出設(shè)備716可包括輸入設(shè)備，例如但不局限于鍵盤、鼠標(biāo)、模數(shù)換能器、濾波器等。此外，輸入/輸出設(shè)備716還可包括輸出設(shè)備，例如但不局限于波形調(diào)制器、打印機(jī)、顯示器等。最后，輸入/輸出設(shè)備716可進(jìn)一步包括聯(lián)系輸入和輸出的設(shè)備，例如但不局限于換能器、發(fā)射/接收開關(guān)、調(diào)制器/解調(diào)器(調(diào)制解調(diào)器；用于訪問(wèn)其它設(shè)備、系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò))、射頻或其它收發(fā)器、電話接口、橋接器、路由器等等。
如果計(jì)算機(jī)710是個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站或類似物，存儲(chǔ)器714中的軟件可還包括一基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)(為了簡(jiǎn)化而被省略)。BIOS(基本輸入輸出系統(tǒng))是一組基本的軟件程序，其在啟動(dòng)時(shí)初始化并檢測(cè)硬件、啟動(dòng)操作系統(tǒng)722和支持在硬件設(shè)備間傳遞數(shù)據(jù)。BIOS存儲(chǔ)在ROM中，這樣當(dāng)計(jì)算機(jī)710被激活時(shí)可執(zhí)行BIOS。
當(dāng)計(jì)算機(jī)710工作時(shí)，處理器712構(gòu)形為執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器714中的軟件，來(lái)向存儲(chǔ)器714傳數(shù)據(jù)并從其中傳出數(shù)據(jù)，并且通常按照軟件控制計(jì)算機(jī)操作。圖像/視頻處理器系統(tǒng)700和操作系統(tǒng)722整體地或部分地由處理器712讀取并執(zhí)行，但其典型地為部分地由處理器712讀取，可能在處理器712中緩沖并隨后執(zhí)行。
當(dāng)圖像/視頻處理系統(tǒng)700在軟件中實(shí)現(xiàn)時(shí)，如圖7中所示，應(yīng)該注意的是圖像/視頻處理系統(tǒng)700可被存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，以供任何計(jì)算機(jī)有關(guān)的系統(tǒng)或方法使用，或者與它們相連使用。在此文中，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)是電子、磁、光學(xué)或其它可容納或存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的物理設(shè)備或裝置，以供任何計(jì)算機(jī)有關(guān)的系統(tǒng)或方法使用，或者與它們相連使用。圖像/視頻處理系統(tǒng)700可具體表現(xiàn)為任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用，或者與它們相連使用，諸如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、容納處理器的系統(tǒng)或其它可從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備中取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng)。在此文中，“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”可以是任何可存儲(chǔ)、通信、傳播或傳送程序的裝置，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用，或者與它們相連使用。
計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)例如可以是(但不局限于)電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置、設(shè)備或傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更準(zhǔn)確的例子(不完全列表)將包括如下具有一條或多條電線的電連接(電子的)、便攜式計(jì)算機(jī)磁盤(磁的)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)(電子的)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)(電子的)、可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM(可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電可擦可編程序只讀存儲(chǔ)器)或閃存儲(chǔ)器)(電子的)、光纖(光學(xué)的)和便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器(CDROM)(光學(xué)的)。注意，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可能是紙張或其它有程序打印在上面的合適介質(zhì)，因?yàn)槌绦蚩赏ㄟ^(guò)例如光掃描紙張或其它介質(zhì)而被電子地捕獲并編譯、解釋或者如果需要以其它合適的方式處理，然后存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。
在一替代實(shí)施例中，如果圖像/視頻處理系統(tǒng)700由硬件實(shí)現(xiàn)，圖像/視頻處理系統(tǒng)700可用以下任何技術(shù)或技術(shù)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)中每個(gè)技術(shù)在此本領(lǐng)域都是熟知的具有在數(shù)據(jù)信號(hào)上實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有合適的組合邏輯門的特定用途集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)，等等。
如在圖8中所描述的，圖像/視頻處理系統(tǒng)700或方法可被理解為從方框802開始，在方框802中提供給換能器合適的信號(hào)。在程序804中，聲能通過(guò)換能器的透鏡傳播，透鏡構(gòu)形成聲學(xué)上不聚焦透鏡。在這些實(shí)施例中，聲能可在橫向和縱向維度中被聚焦。其后，例如方框806中描述的，接收到通過(guò)聲學(xué)上不聚焦透鏡傳播的一反射信號(hào)。
操作如圖9中所描述的，本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的換能器202表示為與一代表性的聲波窗有效的接合。例如，換能器被適當(dāng)定位于聲波窗902或者代表性的胸部904的肋骨接近點(diǎn)，以進(jìn)行例如心臟906的聲波成像。如在圖9中可看到的，肋骨接近點(diǎn)趨向于幾何限制的結(jié)構(gòu)，即，肋骨接近點(diǎn)提供了一聲能可以穿過(guò)其傳播的有邊界的區(qū)域，(聲能不能穿透骨以用于成像)。經(jīng)由聲波窗，發(fā)射聲能以便使其穿過(guò)換能器透鏡并進(jìn)入患者。由于透鏡206的形狀，利用肋骨接近點(diǎn)在多骨的胸腔內(nèi)提供組織聲波成像的能力潛在地增加。而且，具有與機(jī)體非常相似的聲速和聲阻抗的透鏡的材料將增強(qiáng)通過(guò)肋骨接近點(diǎn)傳播聲能的量。如上文中所提到的，聲能可在橫向和縱向維度中被電子地聚焦。
現(xiàn)在參考圖10和圖11，成像系統(tǒng)一替代實(shí)施例將被更詳細(xì)地說(shuō)明。如圖10中所描述的，換能器1001包括一主體1002和一透鏡1006。透鏡1006構(gòu)形成一聲學(xué)上不聚焦透鏡。透鏡1006這樣構(gòu)形成，諸如通過(guò)由一所選的材料形成和/或具有一特定形狀以便使聲能傳播進(jìn)入例如人體的機(jī)體中，這樣除非被電子地聚焦，該聲能不趨向于在機(jī)體內(nèi)充分聚焦。透鏡1006優(yōu)選地至少部分地由聲匹配材料形成。優(yōu)選的是，透鏡1006結(jié)合一通常為柱狀的組織接合表面1012，例如，組織接合表面通常形成為圓柱的一部分。組織接合表面1012優(yōu)選地布置成與換能器橫軸1014大體上平行，并且這樣設(shè)置該接合表面，即，使得換能器發(fā)射的聲能沿著與換能器縱軸1016大體上共同延伸的路徑傳播。
優(yōu)選的是，這樣選擇組織接合表面的長(zhǎng)度X10，即，提供一用于向機(jī)體傳播來(lái)自于換能器的聲能的合適的接合截面區(qū)域。如圖11中所描述的，還這樣選擇組織接合表面1012的寬度Z10，即，有助于聲能的傳播；但該寬度也選擇成以便采用一適當(dāng)選擇的聲波窗。發(fā)自組織接合表面1012的表面1016和1018一般為向外和向后朝向換能器延伸的光滑曲面，以形成(當(dāng)從正面看時(shí)的)球體的一部分。
在圖12和圖13中，所示的換能器(換能器1200)一替代實(shí)施例包括一主體1202和一透鏡1206。透鏡1206構(gòu)形成一聲學(xué)上不聚焦透鏡。透鏡1206這樣構(gòu)形成，諸如通過(guò)由一所選的材料形成和/或具有一特定形狀以便使聲能傳播進(jìn)入例如人體的機(jī)體中，這樣除非被電子地聚焦，該聲能不趨向于在機(jī)體內(nèi)充分聚焦。透鏡1006優(yōu)選地至少部分地由聲匹配材料形成。優(yōu)選的是，透鏡1206結(jié)合一合成的、通常是球狀的組織接合表面1212。更準(zhǔn)確地說(shuō)，組織接合表面1212的特征為在圖12所示(的平面)中的第一個(gè)曲率半徑和圖13所示(截面)中的第二個(gè)曲率半徑。優(yōu)選的是，該組織接合表面的第一個(gè)曲率半徑R12被選擇成，以便提供一用于將來(lái)自換能器的聲能傳播到機(jī)體的合適的接合截面區(qū)域。如圖13所示，組織接合表面1212的第二個(gè)曲率半徑R13被選擇成以便有助于聲能的傳播；但第二個(gè)曲率半徑也可被選擇成以便采用一適當(dāng)選擇的聲波窗，例如，可允許聲能進(jìn)入的相鄰肋骨之間。
發(fā)自組織接合表面1212的表面1216和1218一般為光滑曲面，向外和向后朝向換能器主體延伸。如從平面圖(圖12)所示的，表面1216和1218的特征在于大致相同的曲率半徑，例如R12，從而呈現(xiàn)出整個(gè)球狀的透鏡外表面，如從平面圖所示。
在圖14和圖15中，所示的換能器(換能器1200)一替代實(shí)施例包括一主體1402和一透鏡1406。透鏡1406構(gòu)形成一聲學(xué)上不聚焦透鏡。透鏡1406這樣構(gòu)形成，諸如通過(guò)由一所選的材料形成和/或具有一特定形狀以便使聲能傳播進(jìn)入例如人體的機(jī)體中，這樣除非被電子地聚焦，該聲能不趨向于在機(jī)體內(nèi)充分聚焦。透鏡1006優(yōu)選地至少部分地由聲匹配材料形成。優(yōu)選的是，透鏡1406結(jié)合一合成的、通常是球狀的組織接合表面1412。更準(zhǔn)確地說(shuō)，組織接合表面1412的特征為如圖14(平面)所示的第一和第二曲率半徑，和如圖15(截面)所示的第三和第四曲率半徑。
如圖16和17中更詳細(xì)所示，圖14和圖15中清晰描述的實(shí)施例的復(fù)合幾何形狀是明顯的。更準(zhǔn)確地說(shuō)，如圖16所示，透鏡包括一組織接合表面，該組織接合表面(在平面中)主要由半徑R1限定。由曲率半徑R1限定的表面在它的每一端部處過(guò)渡到由曲率半徑R2限定的表面。優(yōu)選的是，限定半徑R2的長(zhǎng)度小于半徑的長(zhǎng)度R1。同樣地，當(dāng)從側(cè)面(圖17)看時(shí)，組織接合表面也主要由曲率半徑R3限定。組織接合表面的每一端過(guò)渡到由曲率半徑R4限定的表面，R4比R3短。這樣，與限定組織接合區(qū)域的透鏡表面相比，組織接合表面呈現(xiàn)出一相對(duì)平坦的表面。因此，組織接合表面可視為提供一近似最優(yōu)化的傳播介質(zhì)，特別是同時(shí)有利地試圖采用幾何限定的肋骨接近點(diǎn)。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，上文描述的本發(fā)明的實(shí)施例尤其是所有“優(yōu)選的”實(shí)施例僅僅是可能的實(shí)施的示例，僅僅為清楚理解發(fā)明的原理而提出。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的前提下，可對(duì)上文說(shuō)明的發(fā)明實(shí)施例做很多變化和變型。
例如，雖然在這里描述的本發(fā)明涉及一用于醫(yī)療應(yīng)用的諸如對(duì)患者使用的超聲波成像系統(tǒng)，多種其它應(yīng)用也可利用此系統(tǒng)。而且，與透鏡有關(guān)的多種表面在這里已說(shuō)明，這些表面使得換能器相對(duì)于聲波窗適當(dāng)?shù)囟ㄎ?。在其它?shí)施例中，這些表面中的一個(gè)或多個(gè)可形成為換能器主體的一部分，諸如在換能器前端，從而提供類似的功能性。所有這些變型和變化將包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)，并且被后附的權(quán)利要求書所保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種聲波成像系統(tǒng)，所述聲波成像系統(tǒng)包括換能器透鏡，其構(gòu)形成以便與換能器主體配合，該換能器透鏡至少部分地由聲匹配材料形成，該聲匹配材料表現(xiàn)出與待成像的機(jī)體的聲學(xué)特性相對(duì)應(yīng)的聲學(xué)特性，從而通過(guò)該換能器透鏡使得從該換能器透鏡發(fā)射的和進(jìn)入該機(jī)體的聲能以機(jī)械方式大致不聚焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，該換能器透鏡中具有在約1.4到約1.6毫米/微秒范圍內(nèi)的聲速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，該換能器透鏡具有在1.3到1.7Mrayl(兆瑞利)之間的聲阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，該換能器透鏡具有一換能器接合端和一組織接合表面，該換能器接合端構(gòu)形成以便與換能器主體接合，該組織接合表面形成為一從大致平的區(qū)域、大致圓柱形的區(qū)域和大致球形的區(qū)域中選擇的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，所述聲波成像系統(tǒng)還包括具有換能器主體和聲波陣列的換能器，該換能器主體固定該聲波陣列，該換能器透鏡構(gòu)形成以便與該換能器主體接合，以使得該聲波陣列被該換能器透鏡和該換能器主體封裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，所述聲波成像系統(tǒng)還包括用于使來(lái)自于該換能器透鏡的聲波傳播的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，該聲匹配材料選自包括丁二烯和苯乙烯丁二烯的一組中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，所述聲波成像系統(tǒng)還包含圖像處理系統(tǒng)，其與該換能器電通信，該圖像處理系統(tǒng)構(gòu)形成以便提供信號(hào)給該換能器，以使得該聲波陣列產(chǎn)生聲能并經(jīng)過(guò)該換能器透鏡發(fā)射該聲能，由此傳播來(lái)自于該換能器透鏡的聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，該用于傳播聲波的裝置包含用于接近在患者的相鄰排列的肋骨之間形成的聲波窗的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲波成像系統(tǒng)，其特征在于，圖像處理系統(tǒng)構(gòu)形成以便使所述來(lái)自該換能器透鏡傳播的聲波電子地聚焦。
11.一種用于對(duì)患者聲波成像的方法，所述方法包含以下步驟提供一具有換能器透鏡的換能器，換能器透鏡至少部分地由聲匹配材料形成；和傳播來(lái)自于該換能器透鏡的聲波。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聲波成像系統(tǒng)。優(yōu)選的系統(tǒng)包括一換能器透鏡，其構(gòu)形成以便與換能器主體配合。換能器透鏡構(gòu)形成以便傳播聲能。優(yōu)選的是，換能器透鏡至少部分地由聲匹配材料形成，該材料表現(xiàn)出表現(xiàn)出與待成像的機(jī)體的聲學(xué)特性相對(duì)應(yīng)的聲學(xué)特性。本發(fā)明還提供了一種方法。
文檔編號(hào)G10K11/00GK1476598SQ02803083
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者M·格雷維威爾遜, W·蘇多爾, M 格雷維威爾遜, 嘍 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司