專利名稱：：使用窄探針的經(jīng)食管的超聲波的制作方法使用窄探針的經(jīng)食管的超聲波
背景技術(shù)：
：在醫(yī)學(xué)界，監(jiān)控心臟功能影響與患者護理有關(guān)的關(guān)鍵決策。一種類型的現(xiàn)有心臟監(jiān)護是血管內(nèi)的/心臟內(nèi)的超聲波換能器(如AccunaVTM換能器)。然而，這種類型的換能器不能很好地適合經(jīng)食管超聲波心動圖，因為換能器元件的方位是縱向的而不是橫向的，這限制能夠獲得的圖像的類型。第二種類型的現(xiàn)有心臟監(jiān)護是經(jīng)食管超聲波心動圖(TEE)換能器，其方位是橫向的。然而，為了反復(fù)生成可使用的圖像，這些換能器的方位孔徑必須相當(dāng)大(例如，對于成人其直徑為10-15mm)，這需要比較大的探針。由于大探針的緣故，常規(guī)TEE通常需要麻醉，這會嚴(yán)重威脅導(dǎo)氣管，并且不適合心臟的長期監(jiān)控。
發(fā)明內(nèi)容通過使用小型的橫向取向換能器實現(xiàn)經(jīng)食管的超聲波成像，該換能器最好足夠小以適合直徑為7.5mm的探針，更可取地，該換能器最好足夠小以適合直徑為5mm的探針。信號處理技術(shù)提供改進的透深，盡管該換能器是那么小。圖1是利用心臟的直接可視化監(jiān)控心臟功能的系統(tǒng)的總框圖2是圖1的實施方式顯示的探針的詳細視圖3是左心室的經(jīng)胃短軸圖(TGSAV)的顯示圖像的示意圖4刻畫獲取TGSAV時換能器相對于心臟的定位；圖5表示把心臟的經(jīng)胃短軸切成薄片的平面；圖6A表示可選探針接口配置；圖6B是TGC放大器的增益特性的圖形；圖7A、7B和7C表示第一優(yōu)選換能器配置；圖8A和8B表示第二優(yōu)選換能器配置；圖9表示空間分辨率的分量；圖IO表示分辨三維象素的形狀和邊界之間的相互作用；圖ll表示扇區(qū)寬度；圖12是超聲波射束掠過扇區(qū)時超聲波射束的路徑的示意圖；圖13是與圖12的某一射束的一部分相對應(yīng)的采樣的示意圖；圖14是使用反饋信號的頻率特性的處理算法的流程圖；圖15是把增益系數(shù)映射到能量比上的函數(shù)的圖形；以及圖16A和16B表示兩種可供選擇的換能器設(shè)計。具體實施例方式圖l是利用心臟的直接可視化連續(xù)不斷地長期監(jiān)控心臟功能的系統(tǒng)的總框圖。使用超聲波系統(tǒng)200來監(jiān)控患者100的心臟10,其方法是，向探針50發(fā)送驅(qū)動信號，然后通過使用下面描述的圖像處理算法，把從探針那里接收的反饋信號處理成圖像。接著，采用任何常規(guī)方式，在監(jiān)視器210上顯示那些算法生成的圖像。圖2表示與超聲波系統(tǒng)200相連的探針50的詳細視圖。在探針50的遠端是一個外殼60，超聲波換能器IO位于外殼60的遠端64之內(nèi)。下一部分是軟軸62，它處于遠端64和手柄56之間。軸62應(yīng)該足夠軟，從而遠端64可以通過有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)到達所需位置，并且操作員利用手柄56來協(xié)助遠端64的定位。作為選擇，手柄56可以包含觸發(fā)機制58，操作員使用該機制按以下方式彎曲外殼60的末端以到達所需解剖位置。在手柄56的另一端是一條電纜54，它在探針50的近端與連接器52相連。利用連接器52來連接探針50和超聲波系統(tǒng)200，從而超聲波系統(tǒng)200可以操縱探針。用于驅(qū)動換能器10的超聲波系統(tǒng)200的信號經(jīng)由適當(dāng)線路和中間電路(未示出)通過探針50以驅(qū)動換能器10,同樣，來自換能器10的反饋信號沿相反方向通過探針50到達超聲波系統(tǒng)200，最終把它們處理成圖像。接著，以有關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中的技術(shù)人員熟知的方式，在監(jiān)視器210上顯示該圖像。在優(yōu)選實施方式種，外殼60的外徑小于7.5mm。探針包含超聲波換能器IO和引線，并且外殼60可以經(jīng)由嘴或鼻子進入食管和胃。在超聲波系統(tǒng)200中處理反射的超聲波信號，以生成心臟的圖像。更可取地，正如下面描述的那樣，利用附加信號處理來顯著改進圖像生成。圖3表示左心室(LV)的經(jīng)胃短軸圖(TGSAV)的顯示圖像，它是通過使用優(yōu)選實施方式成像的優(yōu)選視圖。所示的TGSAV圖像以扇區(qū)方式出現(xiàn)，它包括圍繞LV內(nèi)的血液區(qū)域130的LV的心肌120?？梢詫崟r查看該圖像，或進行記錄以便稍后進行檢查、分析和比較。作為選擇，可以對心臟功能進行定量分析，包括但不限于心室和脈管尺寸和容積，心室功能，血流，充盈，瓣膜結(jié)構(gòu)和功能以及心包病理學(xué)。與常規(guī)TEE系統(tǒng)不同，優(yōu)選實施方式中使用的比較窄的外殼能夠長時間把探針放在患者體內(nèi)。正如在圖4和5中看到的那樣，利用探針50把換能器10引入并定位到患者體內(nèi)的所需位置。胸腔內(nèi)的心臟的方位是這樣的，使左心室的頂點向下并在左邊。此種方位導(dǎo)致左心室的下(底)壁剛好在左偏側(cè)膈的上方，左偏側(cè)膈剛好在胃的底部。手術(shù)時，換能器10發(fā)射扇型射束90。因此，通過把換能器IO放置在胃的底部，同時使得扇型射束90穿過左心室對準(zhǔn)心臟，可以提供心臟110的經(jīng)胃短軸視圖。扇型射束90的平面定義圖5所示的圖像平面95。該圖對監(jiān)控心臟手術(shù)特別有用，因為醫(yī)務(wù)人員可以直接查看左心室，即，心臟的主增壓室。請注意，在圖4和5中，AO代表主動脈，IVC代表下腔靜脈，SVC代表上腔靜脈，PA代表肺動脈，LV代表左心室。也可以使用其它換能器位置來獲取心臟的不同視圖，代表性地從食管中部到胃部，從而手術(shù)者能夠直接查看大部分有關(guān)心臟解剖。例如，換能器10可以位于食管的下部，以獲取常規(guī)四室圖。通常無需充分彎曲探針尖，就能把換能器放置到食管中，然后前進到胃中。在食管之內(nèi)，手術(shù)者通過使用有關(guān)探針的以下動作的某些或全部動作的組合可以獲得心臟的所需視圖前進，后退，旋轉(zhuǎn)和輕微彎曲。為了在成人中使用，外殼60的外徑最好小于7.5mm，更可取地，小于6mm，最好約為5mm。這大大小于常規(guī)TEE探針。尺寸縮減可以降低或消除需要麻醉，并且有助于把TEE的用途擴展到心臟監(jiān)控，超出其先前的專用的短期放置。當(dāng)使用5mm外殼時，外殼足夠窄了，可以通過患者的鼻子，其優(yōu)點是可以消除患者偶然咬一口探針的危險。作為選擇，可以像常規(guī)TEE探針一樣通過嘴。請注意，5mm直徑的外殼類似于例如典型NG(鼻飼)管，目前無需在相同解剖位置進行麻醉，就可以長期使用NG管。因此，可以把探針放在適當(dāng)位置達1小時，2小時，甚至6小時或更長時間。外殼壁最好是用與常規(guī)TEE探針壁所用的材料相同的材料制成的，因此，能夠經(jīng)得住胃分泌物。連接換能器和系統(tǒng)的其余部分的探針內(nèi)的線路類似于常規(guī)TEE探針的線路(當(dāng)然，需要針對元件的數(shù)目進行調(diào)整)。外殼最好是可操縱的，從而可以用比較直的位置插入，在進入胃之后彎曲進入到適當(dāng)位置?？梢岳酶鞣N機制，包括但不限于轉(zhuǎn)向或拉線，使探針尖偏轉(zhuǎn)。在選擇性實施方式中，探針可以使用本征偏轉(zhuǎn)機制，如預(yù)制元件，包括但不限于預(yù)成形材料。作為選擇，探針(包括其內(nèi)的換能器)可以是可置換件。為了形成LV的TGSAV圖像，探針尖最好最終"前屈，，(朝患者的正面彎曲)約70-110度。例如，其實現(xiàn)方式是，通過組合預(yù)制元件，即，防止在插入時彎曲的設(shè)備以及在探針進入所需解剖位置后使預(yù)制元件免于插入限制的觸發(fā)器，把可觸發(fā)的前屈(例如，約為70度)制成探針。作為選擇，可以使用拉線進行操縱，以便在換能器下降到適合深度后提供另外的0-40度彎曲。最好設(shè)計可觸發(fā)的前屈組件，從而在移除探針期間，要回到非彎曲位置時幾乎沒有阻力。圖6A表示與圖1的實施方式類似的可選配置，只是與探針50相連的電路被安置到接口盒203內(nèi)。超聲波系統(tǒng)的其余部分仍然在主處理部件201內(nèi)，主處理部件201經(jīng)由合適電纜205與接口盒203通信。接口盒203包括對換能器10的信號進行放大和/或?qū)@些信號進行數(shù)字化的電路。使用此種接口盒的優(yōu)點是，為對電噪聲非常敏感的電路的那些部分(亦即，信號弱的那些部分)提供比較短的信號通道。如果需要,也可以在接口盒203內(nèi)生成用于驅(qū)動換能器10的發(fā)射信號。通過使用多種技術(shù)，可以進一步降低電噪聲。例如，在一種實施方式中，接口盒203包含前置放大器和獨立電源，前置放大器充當(dāng)放大/處理鏈中的第一級，獨立電路用于接口盒和主處理部件201，目的是減少電噪聲通過。在另一個實施方式中，接口盒203包含前置放大器，后者充當(dāng)放大/處理鏈中的第一級，并且該前置放大器用電池供電。對于兩種實施方式，時間增益補償(TGC)最好是在前置放大器中實現(xiàn)的。TGC補償以下事實，來自遠處的散射體的反饋信號比來自附近的散射體的信號要弱，其實現(xiàn)方式是，增加具有較長傳播時間的信號的增益。通過使用有關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
中熟練技術(shù)人員熟知的常規(guī)技術(shù)，可以實現(xiàn)TGC。圖6B表示用于TGC的適合的增益對延遲特性的一個例子，其中x軸表示超聲波脈沖的傳輸和反饋信號的檢測之間的延遲，與深度的對應(yīng)關(guān)系如下深度(單位cm)=0.077cm/nsx延遲(單位網(wǎng))。在前置放大器中實現(xiàn)TGC便于有效數(shù)字化。前置放大器也可以提供振幅壓擴處理(一種壓縮形式)，以便進一步便于有效數(shù)字化。作為選擇，可以在接口盒中對前置放大器的輸入進行數(shù)字化，此時，接口盒僅僅向主處理部件發(fā)送數(shù)字信號，以便進一步降低電噪聲。這些數(shù)字信號甚至可以是光絕緣的，以消除反射通道上的所有可能的電氣連接，以便進一步降低電噪聲通過。此處描述的優(yōu)選實施方式提供來自換能器的LV的TGSAV的高質(zhì)量圖像，其中換能器足夠小以適合上面描述的狹窄外殼。圖7A-7C刻畫第一種優(yōu)選換能器10。圖7A表示位于外殼60的遠端的換能器10的位置，該圖還包括被外殼60的器壁圍繞的換能器10的頂視圖22和換能器10的正面剖視圖24。正如在圖7B中看到的那樣，方位軸(Y軸)是水平的，仰角軸(z軸)是垂直的，x軸朝讀者方向投射到頁面外。當(dāng)通過給換能器中的適當(dāng)元件加電使其一直向前時，射束將沿x軸離開。采用有關(guān)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員熟知的方式，控制信號也可以以某個角度(相對于x軸而言)發(fā)出射束。換能器10最好是用有關(guān)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員熟知的方式，用N個壓電元件ln..丄N的堆疊、吸聲襯墊12和前面的匹配層(未示出)制成的相控陣換能器。正如有關(guān)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員理解的那樣，最好能夠單獨地、獨立地驅(qū)動相控陣換能器的元件，由于聲或電耦合的緣故，不會在附近的元件中產(chǎn)生額外振動。另外，每個元件的性能最好盡可能相同，以形成更均勻的射束。作為選擇，可以把切趾法集成到換能器中(亦即，在方位方向上，用于驅(qū)動換能器元件的功率從中部的最大值逐漸縮減到兩端附近的最小值，對接收增益進行類似處理)。優(yōu)選換能器使用與常規(guī)TEE換能器相同的基本工作原理向患者發(fā)射聲能量射束，并接收反饋信號。然而，盡管圖7A-7C所示的第一優(yōu)選換能器IO與常規(guī)TEE換能器有許多共同特性，但是第一優(yōu)選換能器10與常規(guī)換能器有以下不同<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表l在圖7A中，在換能器10的正面剖視圖24上，把仰角標(biāo)記為E,把橫向孔徑標(biāo)記為A。在頂視圖22中，可以看到外殼60的器壁相對于換能器10的位置。圖7C表示第一優(yōu)選換能器10的更多細節(jié)。請注意，盡管附圖中僅僅示出8個元件，但是優(yōu)選換能器實際上有32-40個元件，間距P約為130|nm。詳細地，兩個優(yōu)選間距約為125nmU更于生產(chǎn)加工)和128nm(0.6倍的波長，當(dāng)頻率為7.2MHz時)。當(dāng)32-40個元件的間距為125nm時，換能器10的合成方位孔徑A(有時簡稱為孔徑)在4-5mm之間。元件數(shù)的減少能夠有利地減少連線數(shù)(與常規(guī)TEE換能器相比)，從而更容易把所需的全部連線裝配到狹窄的外殼內(nèi)。截口K(亦即，元件之間的間隔)最好盡可能的小(例如，約25-30nm或更小)。作為選擇，優(yōu)選換能器可以有24-48個元件，其間距約為100國150拜。圖8A-8B表示第二優(yōu)選換能器10'。換能器10'與連同圖7A-7C描述的第一優(yōu)選換能器10類似，只是它在仰角方向上更高。在兩組附圖中，使用相似的參考號數(shù)表示兩個換能器的相應(yīng)特征。數(shù)字上，笫二換能器與常規(guī)換能器有以下不同<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表2在選擇性實施方式中，可以構(gòu)建其仰角方向的大小介于第一和第二優(yōu)選換能器之間的換能器10。例如，其仰角方向的大小約為7.5mm，相應(yīng)的仰角橫向縱橫比約為1.5:1。換能器10的橫向取向(相對于外殼60的軸線)最好與常規(guī)TEE換能器相同。當(dāng)把換能器放在胃部(如圖4所示)時，該換能器生成的圖像平面(方位/徑向平面)與常規(guī)短軸截面中的心臟相交，從而提供心臟的經(jīng)胃短軸圖，如圖3和5所示。在外殼的邊界內(nèi)，換能器在橫向方向上最好盡可能的寬?，F(xiàn)在參照圖7A中的頂視圖22,下表提供了能夠裝配在5mm外殼內(nèi)的換能器的兩個例子，以及能夠裝配在略大于5mm的外殼內(nèi)的第三個例子<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表3現(xiàn)在參照圖8A中的頂視圖22，表3中的3個例子同樣適合把第二優(yōu)選換能器10'裝配到5-5.5mm的外殼內(nèi)。上述實施方式假定外殼是圃筒形的。然而，也可以使用其它形狀的外殼來放置換能器，包括但不限于橢圓、卵形等。此時，正如本文使用的那樣，所提及的外殼的直徑系指該外殼的最小外接圃的直徑。為解決此類形狀變化，可以利用其外周長來表示外殼。例如，5mm的圓筒形外殼的周長為57rmm(亦即，約16mm)。當(dāng)涉及長方形換能器時，與圓筒形外殼相比，使用卵形或橢圓形外殼可以降低外殼的外周長。例如，受一個6mmx2mm的矩形(其角4皮弄成半徑為0.5mm的圃角)限制的卵形可以包含一個5mmx2mm的矩形區(qū)域，這可以容納表3中的第三個例子的換能器?？紤]到0.04mm的外殼器壁厚度，得到的外周長為15.4mm，這與直徑為4.9mm的圓的外周長相同。下表給出與此處討論的某些直徑相對應(yīng)的外周長<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表4因為位于換能器的每端的最后一個或兩個元件的特性可能與其余元件的特性不同(由于其環(huán)境差異的緣故)，所以每端的最后兩個元件可以是"啞"元件。此時，被驅(qū)動的并且用來接收的有效元件數(shù)將是元件的總數(shù)(表3所示)減去4?？蛇x地，可以省略到達這些啞元件的連線，因為信號不會傳播到啞元件，啞元件也不會傳播信號。作為選擇，可以包含其連線，并驅(qū)動最后兩個元件，由于它們位于換能器的末端，這些元件的接收增益必須進行嚴(yán)格的切趾處理以進行部分補償?？扇〉兀褂贸Ｒ?guī)聚束技術(shù)來形成聲能量束并對準(zhǔn)所需方向。例如，利用相位調(diào)整(亦即，安排相控陣中的各元件的L….Ljv激勵時間，并且在各元件的反射中使用合適的時間延遲，然后通過計算各反射得到超聲波反饋信號)，把焦點集中到方位方向上。把焦點集中到仰角方向上基于聲音信號的近場和遠場性質(zhì)，并且取決于仰角方向上的元件的實際高度和可選的聲透鏡。適合確定LV大小和功能的分辨率依賴于方位、仰角和軸分辨率的組合。該組合稱為"空間分辨率"，并且用圖9表示。圖9表示圖像平面320和落在圖像平面320上的掃描線310。軸向AX是用掃描線310定義的，并且換能器(未示出)遠遠位于沿AX軸方向的后面。在所成像的三維象素的外面，方位方向AZ垂直于圖像平面320內(nèi)的AX軸，仰角軸EL垂直于圖像平面320。在理想系統(tǒng)中，每個三維象素是一個點。然而，在真實系統(tǒng)中，三維象素具有容積，容積是由三個方向AX、AZ和EL上的分辨率定義的，如三維象素330所示。同樣地，盡管把圖像平面320刻畫成一個薄平面，但是真實圖像平面在仰角方向EL上是有厚度的，其厚度等于仰角方向上的三維象素330的厚度。用于方位和仰角分辨率的通式為A91.22入/d，其中Ae表示波束寬度，單位為弧度，X表示波長(對應(yīng)于換能器的中心頻率)，d表示指定方向(方位或仰角)上的孔徑。波長入和孔徑d是用相同單位(如nm)測量的。軸分辨率與波長X成正比。盡管發(fā)明人不知道軸分辨率的任何具體計算規(guī)則，但是它通常為波長的16-64倍。因此，增加中心頻率將增加空間分辨率的所有三個分量。5-10MHz的中心頻率足以提供合適的分辨率。圖10說明在確定分辨三維象素的形狀和檢測并確定邊界時的邊界方位之間的交互作用時三個分量之間的相互影響。它表示與圖9中出現(xiàn)的三維象素相同的三維象素330,同時表示與那個三維象素重合的正在成像的邊界的一個示例塊340。如果邊界方位對于分辨三維象素是隨機的，則一個適合方法是盡可能使分辨三維象素為立方體。為了獲得那種形狀，給定三維象素的方位和仰角分辨率應(yīng)大致相等，當(dāng)換能器的正面大致為正方形時出現(xiàn)此種情況，正如連同圖7A-7C討論的第一優(yōu)選換能器那樣。對于第一優(yōu)選換能器，仰角孔徑大約與方位孔徑相同。換句話說，換能器的正面的仰角:橫向縱橫比大致為1:1(亦即，大致為正方形)。因此，其橫向?qū)挾葹?-5mm的方形換能器的面積大約為16-25mm2。用于方位和仰角分辨率的公式為A0AZ=1.22xX/dAZ和△9EL=1.22xAydEL其中A9az和A9el分別為方位和仰角分辨率，(都是用弧度測量的)；而dAZ和dix分別為方位和仰角孔徑?？梢园匆韵路绞桨堰@些分量組合成用于總分辨率的一個方程，作為面積和頻率的函數(shù)A0overall-1.5xX2/(dAZxdEL)如上所述，增加中心頻率會增加分辨率。然而，由于與頻率有關(guān)的衰減，增加中心頻率也會降低透深，衰減符合以下近似公式a《0.5fxr其中a表示單向衰減，單位為dB，f是中心頻率，單位為MHz，r是深度，單位為cm。因此，與頻率有關(guān)的單向衰減通常約為0.5dBMHz"cm",典型的與頻率有關(guān)的往返衰減通常約為1dBMHz4cnT1。發(fā)明人已經(jīng)測定，對于使用其方位孔徑為4.75mm的換能器的TEE而言，中心頻率在6和7.2MHz之間的換能器提供分辨率和透深之間的良好折衷。在此處描述的實施方式中，上述頻率范圍通?？梢蕴峁┳銐蛲干钜员銓ψ笮氖业倪h端器壁成像(在TGSAV中)，從而可以計算左心室的內(nèi)部容積。(在大多數(shù)受檢者中，12cm的透深足以對遠端器壁成像。對于許多受檢者，9-10cm的透深就足夠了。)當(dāng)換能器元件的間距為125pm時，使用6.16MHz的換能器中心頻率是特別有利的，因為它相當(dāng)于波長X-250|Lim。當(dāng)處于該波長時，元件的間距為0.5入，有時稱為"半波長間距"。正如有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的那樣對于給定的方位孔徑，半波長間距能夠很好地消除光柵葉，同時能夠把元件數(shù)降到最低程度。就消除光柵葉來說，稍微大一點的間距，如0.6X，仍然能很好地工作。因此，對于能夠在中心頻率范圍內(nèi)工作的換能器，即使頻率增加20%(亦即，間距約為0.6入時)，仍然可以保持可接受的性能。如上所述，用于角分辨率的公式是0aX/d。參考上面的表格，第一優(yōu)選換能器的第一個例子是一個38個元件的換能器，其間距為125導(dǎo)致4.75mm的換能器寬度(d-4750pm)。它大致為正方形，中心頻率為6.16MHz(X=250pm)。當(dāng)把d和入的那些值代入分辨率方程時，結(jié)果為90.053弧度，換算成方位和仰角方向上的大約3度的分辨率。在仰角方向上增加換能器的大小有助于改善仰角方向上的系統(tǒng)的角分辨率(與具有2mm仰角的常規(guī)TEE換能器相比)。增加仰角方向上的分辨率有助于補償方位方向上的角分辨率損耗，該損耗是由于把方位孔徑縮小到約4-5mm造成的。發(fā)明人已經(jīng)注意到，進一步在仰角方向上增加換能器的大小，從而它大于方位方向上的換能器的大小，這會在TGSAV中對心臟的遠端器壁成像時提供改進的性能。在換能器仰角方向上的增加使得分辨三維象素在仰角方向上收縮，收縮距離對應(yīng)于LV的遠端器壁，導(dǎo)致仰角方向上的分辨率增加。發(fā)明人相信，增加該方向上的分辨率至少在某種程度上是有益的，因為相對于換能器的正面，遠端器壁向Y軸傾斜。(Y軸如圖8B所示。)因此，通過在仰角方向上使三維象素的大小收縮，可以把落在單個三維象素內(nèi)的鏡面反射引起的反饋信號的分量的變化降到最低程度。發(fā)明人已經(jīng)測定，當(dāng)換能器在仰角方向上的大小是橫向方向上的大小的1.5倍以上時，TGSAV的圖像更好，當(dāng)換能器在仰角方向上的大小約為橫向方向上的大小的兩倍時，獲得TGSAV的最好圖像，正如連同圖8A和8B以及表2描述的第二優(yōu)選換能器IO，那樣。優(yōu)選實施方式使用比較小的扇區(qū)寬度(如60°)，代替常規(guī)TEE系統(tǒng)通常使用的卯。扇區(qū)寬度?，F(xiàn)在參照圖ll，該圖表示從換能器IO的正面14發(fā)出的60°扇區(qū)92。通過用(標(biāo)稱)方位孔徑(9=0時)乘以cos(e)，可以獲得與中心線CL的夾角為e的有效方位孔徑。因為cos(30°)=0.866和cos(45。)=0.707,所以把扇區(qū)寬度限制為60。(亦即，距離中心線CL的兩邊各30。)在最壞情況的方位孔徑中引起比較小的降級相比在90。扇區(qū)寬度的情況中下降26.8%,方位孔徑僅僅下降13.4%。例如，對于寬度為4.75mm的換能器(5mm外殼直徑)的最壞情況下的孔徑，在60。扇區(qū)中將是4.11mm。該結(jié)果是改進的有效方位孔徑，由此改善可以用小換能器獲得的總分辨率。如果使用常規(guī)的卯。扇區(qū)，為了預(yù)防相同的最壞情況下的孔徑，需要寬度為5.82mm的換能器(6.1mm外殼直徑)。在使用上面描述的換能器把超聲波能量射束發(fā)送到患者體內(nèi)之后，接收超聲波反饋信號，最好用同一換能器接收。換能器把超聲波反饋信號轉(zhuǎn)換為電反饋信號。當(dāng)射束掠過成像扇區(qū)時，該過程繼續(xù)。圖12是超聲波射束掠過該扇區(qū)時的射束通路的示意圖，首先通過線路Bp然后通過線路82，直至通過線路BM。這些掃描線B卜.BM與扇型射束卯(圖4所示)以及扇區(qū)92(圖11所示)相對應(yīng)。盡管該圖僅僅包括少數(shù)(M)掃描線，但是實際系統(tǒng)可以有許多條非常稠密的掃描線，從而不會對方位分辨率造成不利影響?？梢园央姺答佇盘柲M成調(diào)幅信號，載波頻率為中心頻率，從散射體間距和諸如心臟肌束周圍存在結(jié)締組織的其它組織特性部分引起調(diào)制。對電反饋信號進行解調(diào)和數(shù)字化(亦即，采樣)以形成解調(diào)數(shù)字化反饋信號(DDRS)?？梢允褂糜嘘P(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的各種常規(guī)技術(shù)來形成DDRS。一個例子是數(shù)字化電反饋信號，然后對結(jié)果進行整流(亦即，取絕對值)以形成整流數(shù)字化超聲波反饋信號。另一個例子是用模擬形式對電反饋信號進行整流，然后對結(jié)果進行數(shù)字化以形成DDRS。也可以使用選擇性解調(diào)方法從電反饋信號中抽取調(diào)制信息，包括但不限于相干解調(diào)、Hilbert變換以及有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的其它解調(diào)技術(shù)。圖13是與圖12的超聲波射束Bp..BM的一個射束的一部分相對應(yīng)的DDRS的示意圖。利用點S0...S143表示每個采樣。每個采樣對應(yīng)于2D空間中的一個點，它以射束的方向以及信號從換能器傳播到正在談?wù)摰狞c并從該點返回所花費的時間為基礎(chǔ)。例如，如果反饋信號是以50MHz的頻率數(shù)字化的，則釆樣之間的時間將是0.02ilis，相當(dāng)于0.015mm的距離(基于聲音在體內(nèi)的速度)。盡管該圖僅僅包括144個采樣，但實際系統(tǒng)在每條掃描線上可以有更多采樣以提供所需分辨率。例如，在來樣間隔為0.015mm的情況下，為了獲得12cm的透深，將需要8000個釆樣。因為超聲波能量射束從中心點掠過，所以極坐標(biāo)對組織采樣是有用的，至少在該階段的處理中。在某些實施方式中，所有采樣都是在極坐標(biāo)中分析的，只有在常規(guī)計算機監(jiān)視器上查看時才轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)。在其它實施方式中，可以在早期處理中把樣本空間轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)。剩余解釋考慮沿每條掃描線的坐標(biāo)((r，e)極坐標(biāo)系統(tǒng)中的常數(shù)e，其中r隨掃描線變化)，以及與沿掃描線的象素的中心點關(guān)聯(lián)的象素數(shù)據(jù)。在超聲波成像領(lǐng)域中，轉(zhuǎn)換成扇形圖是眾所周知的。最好用兩種不同算法處理每條掃描線的采樣分析采樣的強度特性的一個算法和分析采樣的頻率特性的一個算法。對于笫一個算法(亦即，強度算法)，把掃描線的采樣分成許多象素，每個象素包含許多采樣。在圖13的例子中，每個象素包含16個采樣，正如在相應(yīng)采樣下出現(xiàn)的標(biāo)記為"WIAPj"(代表象素j的強度算法的窗口，其中j是0-8的整數(shù))的盒子指示的那樣。把信號處理生成的象素數(shù)據(jù)和相應(yīng)象素的中心位置聯(lián)系起來。當(dāng)然，也可以使用每個象素其它數(shù)目的采樣代替16個采樣。例如，在一個優(yōu)選實施方式中，每個象素包含8個采樣。強度算法最好為把采樣轉(zhuǎn)換成常規(guī)圖像的常規(guī)圖像處理算法。給定象素的強度是根據(jù)與該象素相對應(yīng)的釆樣的振幅確定的，比較高的強度對應(yīng)于比較大的振幅。在16個采樣象素的情況中，利用16采樣的平均值來確定該象素的強度(比較高的平均強度值比較亮，比較低的平均強度值比較暗)?？蛇x地，可以使用諸如對數(shù)壓縮之類的常規(guī)過程壓縮象素的強度級(或組成該象素的采樣)。第二個算法(亦即，頻率算法)分析樣本空間的頻率特性，并且確定散射體間距中的空間頻率。美國專利號5,417,215(以下稱為"，215專利，，)描述了合適算法的例子，此處引用該專利作為參考。同時，此處引用以下論文作為參考SpectralAnalysisofDemodulatedUltrasoundReturns:DetectionofScattererPeriodicityandApplicationtoTissueClassification,S.Roth，H.M.Hastings,etal"UltrasonicImaging19(1997)，pp.266-277。頻率算法提供圖像中的每個象素的第二個結(jié)果(亦即，除強度算法生成的結(jié)果之外)。因為大部分頻率分析算法在使用很多數(shù)據(jù)采樣時提供比較好的結(jié)果，并且因為每個象素只有少數(shù)采樣，所以最好組合正在考慮的象素的兩邊的采樣和該象素本身中的釆樣，以增加采樣數(shù)。在所示例子中，每個象素包含16個采樣，但是給定象素的頻率算法處理最好是以該象素為中心的64個采樣，正如該采樣下出現(xiàn)的標(biāo)記為"象素k的頻率算法的窗口"(其中k是2-6的整數(shù))的盒子指示的那樣。在此種情況中，例如，使用象素2-4的所有采樣以及象素1和5的一半采樣執(zhí)行象素3的頻率分析。當(dāng)然，可以使用其它數(shù)目的釆樣進行頻率分析，以取代64個采樣。然而，當(dāng)使用快速傅立葉變換(FFT)算法時，最好使用2的冪?？蛇x地，可以使用窗口技術(shù)(如漢明窗口)對采樣進行加權(quán)處理，中心采樣的權(quán)重大于靠近兩端的采樣的權(quán)重。圖14是合適頻率算法的流程圖。在該算法中，步驟1和2是一并考慮的，它們根據(jù)象素中的采樣以及相鄰象素中的采樣的頻率特性，鑒別正在考慮的象素的組成材料(更具體地，該象素是血液還是肌肉)。在步驟1中，對采樣進行傅立葉分析以確定每個象素的各種頻帶內(nèi)的功率分布。步驟l的傅立葉分析的最終結(jié)果是每個象素的眾多不同頻率的每個頻率的振幅系數(shù)的集合(亦即，第一象素的系數(shù)的第一個集合，第二象素的系數(shù)的第二個集合，等等)。通過使用有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的各種算法中的任意一種算法(例如，常規(guī)FFT算法)，可以實現(xiàn)傅立葉分析。選擇性實施方式可以使用其它頻率分析工具以獲得類似結(jié)果，此類工具如帶通技術(shù)(最好是基于整數(shù)的FIR遞歸)，小波技術(shù)等。在步驟2中，計算每個象素的選定頻帶內(nèi)的功率與整個頻鐠內(nèi)的功率的比率。因此，對于每個象素，應(yīng)用以下公式R=Eband/Etotal其中eband是選定頻帶內(nèi)的功率，etotal是該部分頻譜內(nèi)的總功率，R是兩個功率的比率。當(dāng)使用傅立葉分析時，給定頻帶內(nèi)的功率等于該頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的振幅的平方和。該步驟中的"選定頻帶"最好是挑選出來的，從而使比率R的變化和正在成像的材料的差異(例如，血液對肌肉)相互關(guān)聯(lián)。作為選擇，可以進行選擇，以使比率R的變化和S/N比率的差異相互關(guān)聯(lián)，使比較大的R和信號相互關(guān)聯(lián)，使比較小的R和小斑點或電噪聲相互關(guān)聯(lián)?？蛇x地，近處的反饋和遠處的反饋可以使用不同的"選定頻帶"。例如，與遠處結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的信號可以使用更寬的頻帶。換句話說，頻帶選擇可以是深度的函數(shù)?，F(xiàn)在討論能夠?qū)е翿和正在成像的材料之間的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)值的一個合適集合。首先考慮從深度為rmm的一個散射體反射的超聲波。來自該散射體的反射在tns的時延后到達，時延的計算公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>其中定標(biāo)因子0.77mm/ns表示從換能器到散射體并返回的往返(假定組織中的聲音的速度為1.54mm/ns)。在間距足夠大以至超聲波反射不重疊(亦即，間距Ar大于Ar0=0.77mm/jasxAt)的情況中，可以計算散射體周期對解調(diào)超聲波反射的頻鐠的作用。例如，在理想單周期脈沖，5MHz中心頻率，以及理想寬帶寬換能器的情況中，At=l/fc=l/(5MHz)=0.200ps,因此，Ar0=0.77inm/|isx0.200jxs=0.154mm。心肌的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在該比例和更大的空間比例上顯示變化。相反，利用完全的小斑點，包括全部特別是更小的空間比例上的變化，刻畫來自血液的散射的特性。因此，低頻表示肌肉，高頻表示血液。建議低頻帶的上限小于4MHz,相當(dāng)于最小空間比例Ar^N為△rMiN=0.77mm/nsxl/(4MHz)=0.77mm/|Lisx250jis=0.193mm。發(fā)明人已經(jīng)完成組織實驗，該實驗使用用50MHz的頻率(相當(dāng)于采樣間隔為0.02ps)進行數(shù)字化的信號，并且在64點窗口(相當(dāng)于64x0.02ps=1.28或0.986mm)中計算FFT。借助上述大小的窗口，發(fā)明人選擇低頻帶，該頻帶包括每窗口2到5周期(包含)的傅立葉頻率，相當(dāng)于2/1.28MHz-1.56MHz和5/1.28MHz=3.91MHz之間的頻率。對于上迷低頻帶，通過使用上面闡述的公式R(R-EBAND/ETOTAL)，計算每個象素的低頻帶內(nèi)的傅立葉功率和總傅立葉功率的比率。對于每個象素，圖14中的步驟2的最終結(jié)果是R的一個值。發(fā)明人已經(jīng)查明，對于本例中使用的參數(shù)值而言，0.45附近的R值主要與感興趣的象素位置存在的肌肉組織相互關(guān)聯(lián)，而0.20附近的R值主要與血液或電噪聲占支配地位的區(qū)域相互關(guān)聯(lián)。該算法的剩余部分使用該信息改善圖像，其實現(xiàn)方法是，增加與肌肉相對應(yīng)的圖像部分的強度，降低與血液相對應(yīng)的圖像部分的強度。因為血液的反射不及肌肉，所以該差異可以增強血液和肌肉之間的對比度。發(fā)明人已經(jīng)測定，當(dāng)把其R值與肌肉相對應(yīng)的區(qū)域的強度增加到其原始值的120%時，并且把其R值與血液相對應(yīng)的區(qū)域的強度降低到其原始值的20%到50%之間時，能夠顯著改善心臟超聲波圖像。因此，在圖14的步驟3中，把增益系數(shù)1.2指派給其R值約為0.45的那部分圖像，把0.2到0.5之間的增益系數(shù)指派給其R值約為0.20的那部分圖像。此處把該增益系數(shù)稱為"特征增益系數(shù)"或FGF,因為該增益是依賴于特征的。盡管大部分圖像中的大部分象素的R值允許把該象素分類為肌肉或血液，但是在某些情況中，分類不大清楚。例如，不好預(yù)測處在肌肉和血液之間的邊界上的象素的R值。另外，盡管來自血液的R值的平均數(shù)達到0.20，但是由于隨機統(tǒng)計偏差，血液的給定象素的R值的差別會很大。因此，在某些實施方式中，利用單調(diào)函數(shù)最好是光滑函數(shù)把R映射到FGF。圖15是用于此目的的適合函數(shù)的一個例子?？蛇x地，可以基于其它組織特性，在該映射函數(shù)中增加附加限制。最后，在圖14的步驟4中，通過用每個象素的強度值(由強度算法獲得的)乘以該象素的FGF值(由頻率算法獲得的)，組合強度算法和頻率算法的結(jié)果。該結(jié)果是一幅增強圖像，其中可能為肌肉的象素已經(jīng)變亮，而可能為血液的象素已經(jīng)變暗。接著，通過使用常規(guī)硬件和軟件技術(shù)(包括例如使用插值把極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo))，顯示該增強圖像。實際選擇的傅立葉頻帶、R值以及對應(yīng)的FGF值取決于多種因素，包括但不限于，換能器中心頻率、釆樣率、信號處理使用的窗口大小和所有可選窗口技術(shù)、換能器帶寬、詢問脈沖的寬度等。在一種實施方式中，例如，在使用7.5MHz的換能器中心頻率時，掃描線是用中心頻率的4倍(亦即，約為30MHz)進行數(shù)字化的，并且采樣之間的距離約為0.026mm。在選擇性實施方式中，可以使用其它歸一化(亦即，與振幅無關(guān)的度量)代替EBAND/ETOTAL。例如，利用第一頻帶內(nèi)的功率和第二頻帶內(nèi)的功率的比率來計算R，正如在'215專利中描述的那樣(例如，EBAND1/EBAND2)。在選擇性實施方式中，通過使用相應(yīng)數(shù)目的采樣線，為每個象素執(zhí)行兩次或更多次傅立葉分析，其中每條線的中心包含在該象素中。例如，在每個象素兩條線的排列中，在徑向方向上沿一條采樣線進行笫一個1D傅立葉分析，然后在切線方向上沿第二條采樣線進行第二個1D傅立葉分析。然后合并(例如，通過計算平均值)兩條采樣線的結(jié)果。仍然在其它實施方式中，可以使用2D傅立葉算法代替上面描述的1D算法。通常，上述操作是在非壓縮圖像數(shù)據(jù)上進行的。然而，在某些情況中，可以直接在該圖像數(shù)據(jù)的壓縮版本上執(zhí)行相應(yīng)操作。在生成增強圖像之后，可以使用常規(guī)硬件進行顯示。在探針到達適當(dāng)位置后的全部時間內(nèi)，可以連續(xù)不斷地更新和顯示圖像，從而醫(yī)師可以實時查看患者的心臟的圖像。在選擇性實施方式中，可以獲取圖像并且可以選擇周期性地存儲(例如，每兩分鐘捕獲一個或多個完整的心跳)?？蛇x地，可以提供比較先前心跳和當(dāng)前心跳的能力，例如，通過在一個窗口中重放存儲的以前的心跳的視頻剪輯(或"循環(huán)，，)，并且在第二個窗口中顯示當(dāng)前的圖像。和使用方位孔徑為10-15mm的換能器的常規(guī)延期TEE形成對比，常規(guī)延期TEE通常只能在室內(nèi)的嚴(yán)密監(jiān)控環(huán)境中在全身麻醉的情況下進行，而此處描述的優(yōu)選實施方式的比較小的直徑允許在不進行全身麻醉的情況下使用該優(yōu)選實施方式，并且可以在不太嚴(yán)密的監(jiān)控環(huán)境中使用?？蛇x地，可以在鎮(zhèn)靜狀態(tài)或局部麻醉的情況下使用優(yōu)選實施方式，以代替在全身麻醉下使用的常規(guī)延期TEE。甚至可以完全放棄使用鎮(zhèn)靜或麻醉。此時，患者可以選擇使用止痛藥。可選地，可以突出顯示特征增益系數(shù)檢測的高關(guān)聯(lián)區(qū)域，通常使其變成彩色，同時保持灰度圖像的強度，正如，215專利說明的那樣?？梢栽谏暾埲掌跒?003年8月4日，題目為"MethodandApparatusforUltrasonicImaging"的申請?zhí)?0/633,949中找到用于圖像增強的附加技術(shù)，本文引用該申請作為參考。上面描述的優(yōu)選實施方式的優(yōu)勢在于，通過使用能夠裝配在其直徑約為5mm的外殼內(nèi)的小換能器，允許非侵入的、中期和長期監(jiān)控心臟功能，進而降低或消除需要麻醉。上面描述的優(yōu)選實施方式組合了多種技術(shù)，以生成能夠比得上通常用更大的換能器獲得的圖像或比其更好的圖像?？梢苑磸?fù)地、可靠地使用上面描述的優(yōu)選實施方式生成的圖像來監(jiān)控心臟功能，該圖像具有足夠的透深以查看左心室的遠端器壁(10-12cm)，并且具有足夠的分辨率以便根據(jù)心臟內(nèi)壁的圖像實時確定LV的大小和機能，盡管使用比較小的換能器。因此，與所提供的透深小于換能器的方位孔徑的15倍(例如，通過使用10mm的換能器獲得10cm的透深)的現(xiàn)有系統(tǒng)不同，優(yōu)選實施方式提供的透深大于換能器的方位孔徑的15倍，甚至大于換能器的方位孔徑的20倍(例如，通過使用4.75mm的換能器獲得10cm的透深)。上面描述的優(yōu)選實施方式使用比常規(guī)TEE探針更窄的探針，可以長期監(jiān)控心臟功能，并且可以了解患者的血液動力狀態(tài)。此類信息對選擇治療和改善許多情境下的結(jié)果是有用的(包括但不限于諸如低血壓、肺水腫和心力衰竭之類的危急醫(yī)療問題)。上面描述的實施方式允許直接觀察心臟功能，允許評估患者的血液動力狀態(tài)，包括血管內(nèi)的容積(正常，低或高)，心臟收縮力(左心室的泵送是否合適)，心臟缺血(到達心肌的血流量不足)以及心包填塞(圍心嚢中的液體限制心臟功能)。例如，通過直接觀察左心室的大小并且隨時監(jiān)控治療過程中的大小變化，可以得出有關(guān)血管內(nèi)的容積狀態(tài)的信息。通過直接觀察左心室的收縮(泵送)，或者通過使用定性目測或者通過定量分析，可以獲得有關(guān)收縮力的信息。通過直接觀察左心室可以獲得有關(guān)局部缺血的信息，這是因為局部缺血導(dǎo)致左心室器壁的不正常運動(器壁運動異常)。通過使用超聲波直接觀察心臟，可以獲得潛在的心包填塞或心包積液(心嚢中的液體)的信息。狹窄探針可以使上面描述的實施方式在更長時段內(nèi)，在手術(shù)室外和/或在不進行麻醉的情況下提供該信息。上面描述的實施方式同樣適合于把它們用在諸如心導(dǎo)管插入和電生理學(xué)實驗之類的需要執(zhí)行介入心臟過程的裝置中，心導(dǎo)管插入和電生理學(xué)實驗用于監(jiān)控醫(yī)師對心臟的介入效果和血液動力功能，并且用于引導(dǎo)設(shè)備的放置。例如，可以使用它們來幫助醫(yī)師正確放置起搏器電極線以獲得所需結(jié)果。上面描述的實施方式也可以用在需要窄探針或窄探針更有利的非心臟應(yīng)用中。上面描述的實施方式并不限于超聲波成像模式，可以用在選擇性的超聲波模式中(例如，脈波多普勒，連續(xù)波多普勒，和彩色流動成像多普勒模式)。通過使用與上面描述的成像模式相同的換能器，可以完成這些選擇性模式，并且可以生成可以與圖像組合的信息，可選地，可以用實時方式。例如，當(dāng)保持換能器位置處于食管中部和底部之間時，在生成二尖瓣(在左心房和左心室之間)的圖像期間，可以獲得彩色流動多普勒信息。此類應(yīng)用將允許評估二尖瓣的滲漏(二尖瓣回流或功能不全)。如果需要，可以按比例縮小上面描述的優(yōu)選實施方式，以供初生兒或兒科使用。此時，在方位方向上換能器最好在2.5到4mm之間，并且按比例縮小仰角方向上的尺寸。因為新生兒和兒科患者需要比較少的透深，所以可以降低工作頻率。這使得X比較小，從而允許使用比較小的換能器元件間隔(間距)，相應(yīng)地，在該換能器中，每mm上可以有更多元件。在組合此類換能器和上述技術(shù)時，其性能應(yīng)該滿足或超過用于新生兒和兒科的常規(guī)7.5mmTEE探針的性能。此處描述的實施方式也可以用在非心臟應(yīng)用中。例如，可以把探針插入到食管中以監(jiān)控食管本身、淋巴結(jié)、肺、主動脈或患者的其它解剖組織。作為選擇，可以把探針插入到另一個管口(甚至是切口)中以監(jiān)控患者的解剖組織的其它部分。如果需要，可以降低中心頻率(例如，降到4.5MHz)，以便在需要時(例如，對于體型很大的患者)提供附加透深。盡管這會降低分辨率，但是在生成非常大的結(jié)構(gòu)的圖像時，結(jié)果是可以接受的。作為選擇，可以按比例增加換能器的大小和外殼直徑(例如，增加到7mm)，如果分辨率降低導(dǎo)致圖像不可用的話?？梢杂迷S多選擇方案和可選特征替換上述實施方式或添加到上述實施方式中。一個可選特征是使用有意義的過采樣的數(shù)字聚束。例如，如果換能器在7MHz頻率上運行，并且用30倍的頻率對反射進行數(shù)字化，則需要30x7MHz=210MHz的數(shù)字化。然后用系數(shù)5縮減該數(shù)據(jù)的采樣，以便把數(shù)據(jù)點的數(shù)目減少到42MHz采樣。該縮減采樣把前端噪聲引起的噪聲最低限度減少到原來的1/V^(亦即，功率超過2位)。同樣，系數(shù)7的縮減采樣把噪聲最低限度減少到原來的1/V7。圖16A刻畫選擇性的2D換能器500的正面，該換能器包括一個2D陣列的有源元件510。正如有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的那樣，通過適當(dāng)調(diào)整，使用此種類型的換能器也能實現(xiàn)此處描述的概念。圖16B刻畫稱為"稀疏2D換能器"的另一個選擇性的2D換能器設(shè)計的正面。稀疏2D換能器600有一列610"發(fā)射，，元件611，用于發(fā)射超聲波，以及一行620接收元件621，用于接收超聲波信號。如圖所示，該列610發(fā)射元件和該行620接收元件有一個^^用元件630。公用元件630可以用發(fā)射、接收或二者。通過使用獨立的發(fā)射和接收元件，該換能器設(shè)計可以降低電噪聲，由于使用獨立的發(fā)射和接收元件，這些元件無需電子發(fā)射/接收開關(guān)。正如有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員熟知的那樣，通過適當(dāng)調(diào)整，使用此種類型的換能器也能實現(xiàn)此處描述的概念。本發(fā)明的選擇性實施方式可以使用比較少的技術(shù)和/或在比較低的程度上實現(xiàn)這些技術(shù)，并且仍然保持生成可接受的圖像的能力。例如，取決于該系統(tǒng)中的其它組件，使用75。的扇區(qū)寬度，甚至使用90°的扇區(qū)寬度，能夠獲得可接受的圖像。通過使用其仰角:橫向縱橫比為2:3而非優(yōu)選縱橫比1:1或2:1的換能器，也能獲得可接受的圖像。另一個選擇方案是使用上述技術(shù)中的某些或全部，其換能器稍稍大于上面描述的優(yōu)選實施方式，但是仍然小于常規(guī)的10mmTEE換能器。上述實施方式的許多其它修改對該領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員是顯而易見的，并且也包含在本發(fā)明的權(quán)限內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于包含至少兩種類型的組織的區(qū)域的成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括:(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中該超聲波成像系統(tǒng)利用處理該圖像中的象素的算法處理該反饋信號，其實現(xiàn)方式是執(zhí)行以下步驟:(a)計算給定象素的預(yù)定頻帶內(nèi)的功率和該給定象素的總功率的比率，(b)把計算的比率映射到該給定象素的增益，以及(c)根據(jù)該增益修改該給定象素的原始強度。2.權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該預(yù)定頻帶為低頻帶。3.權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz。4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz，并且該預(yù)定頻帶的下界約為1.5MHz。5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中計算比率的步驟包括，確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性。6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中計算比率的步驟包括，通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心一組采樣的頻率特性。7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組釆樣的平均值確定的。8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組J個采樣的平均值確定的，并且其中計算比率的步驟包括確定以該給定象素為中心的一組K個采樣的頻率特性，其中K大于J。9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz，并且該預(yù)定頻帶的下界約為1.5MHz。10.權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。11.權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。12.權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm，并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。13.用于形成包含血液區(qū)域和肌肉區(qū)域的受檢者的圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中該超聲波成像系統(tǒng)根據(jù)該反饋信號的頻率特性把接收的來自該換能器的反饋信號處理成圖像，并增強血液區(qū)域和肌肉區(qū)域之間的區(qū)別。14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中通過增加與肌肉相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強血液區(qū)域和肌肉區(qū)域之間的區(qū)別。15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中通過降低與血液相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強血液區(qū)域和肌肉區(qū)域之間的區(qū)別。16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中通過增加與肌肉相關(guān)的區(qū)域的亮度，并降低與血液相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強血液區(qū)域和肌肉區(qū)域之間的區(qū)別。17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中通過使用算法，根據(jù)反饋信號的頻率特性，增強血液區(qū)域和肌肉區(qū)域之間的區(qū)別，其中對于該圖像內(nèi)的至少某些象素，該算法用第一頻帶內(nèi)的功率除以笫二頻帶內(nèi)的功率。18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該算法根據(jù)除法運算的結(jié)果修改該圖像內(nèi)的至少某些象素的強度。19.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。20.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm,并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。21.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑小于6mm，并且遠端的外徑小于6mm。22.權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。23.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中遠端的外徑約為5mm。24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。25.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑小于6mm，并且遠端的外徑小于6mm，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm，并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。26.用于形成包含至少兩種類型的組織的區(qū)域的圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中遠端的外徑小于7.5mm，并且軟軸的外徑小于7.5mm,并且其中其透深至少為該換能器的方位孔徑的15倍。27.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑小于6mm，并且遠端的外徑小于6mm。28.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。29.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中遠端的外徑約為5mm。30.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。31.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑小于6mm，并且遠端的外徑小于6mm，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm，并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。32.權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中其透深至少為該換能器的方位孔徑的20倍。33.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑在2.5到4mm之間，遠端的外徑在2.5到4mm之間。34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。35.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑在2.5到4mm之間，遠端的外徑在2.5到4mm之間，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為3mm，并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為36.權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中其透深至少為該換能器的方位孔徑的20倍。37.用于患者的心臟的經(jīng)食管的超聲波成像系統(tǒng)，包括超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中遠端的外徑小于7.5mm，并且軟軸的外徑小于7.5mm，并且其中該超聲波成像系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋信號生成成人患者的心臟的完整的經(jīng)胃短軸圖。38.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中軟軸的夕卜徑小于6mm，并且遠端的夕卜徑小于6mm。39.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。40.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中遠端的外徑約為5mm。41.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。42.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑小于6inm，并且遠端的外徑小于6mm，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm,并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。43.用于患者的心臟的經(jīng)食管的超聲波成像系統(tǒng)，包括超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中遠端的外徑小于等于4mm，并且軟軸的外徑小于等于4mm，并且其中該超聲波成像系統(tǒng)根據(jù)接收的反饋信號生成小兒科患者的心臟的完整的經(jīng)胃短軸圖。44.權(quán)利要求43的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑在2.5到4mm之間，遠端的外徑在2.5到4mm之間。45.權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。46.權(quán)利要求43的系統(tǒng)，其中軟軸的外徑在2.5到4mm之間，遠端的外徑在2.5到4mm之間，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為3mm，并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為47.用于處理包含至少兩種類型的組織的超聲波圖像的方法，該方法包括以下步驟計算給定象素的預(yù)定頻帶內(nèi)的功率和該給定象素的總功率的比率；把計算的比率映射到該給定象素的增益；以及根據(jù)該增益修改該給定象素的原始強度。48.權(quán)利要求47的方法，其中該預(yù)定頻帶為低頻帶。49.權(quán)利要求47的方法，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz。50.權(quán)利要求47的方法，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz，并且該預(yù)定頻帶的下界約為1.5MHz。51.權(quán)利要求47的方法，其中計算比率的步驟包括，確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性。52.權(quán)利要求47的方法，其中計算比率的步驟包括，通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心一組采樣的頻率特性。53.權(quán)利要求47的方法，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組采樣的平均值確定的。54.權(quán)利要求47的方法，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組J個采樣的平均值確定的，并且其中計算比率的步驟包括確定以該給定象素為中心的一組K個采樣的頻率特性，其中K大于J。55.權(quán)利要求54的方法，其中該預(yù)定頻帶的上界約為4MHz，并且該預(yù)定頻帶的下界約為1.5MHz。56.權(quán)利要求47的方法，進一步包括以下步驟，顯示其強度經(jīng)過修改的象素。57.用于形成包含血液區(qū)域和肌肉區(qū)域的受檢者的圖像的方法，該方法包括獲取包含血液區(qū)域和肌肉區(qū)域的受檢者的輸入圖像；根據(jù)該輸入圖像的頻率和強度特性，識別該輸入圖像中的哪些區(qū)域與肌肉相關(guān)，該輸入圖像中的哪些區(qū)域與血液相關(guān)；以及生成輸出圖像，其中相對于該輸入圖像增強與血液相關(guān)的區(qū)域和與肌肉相關(guān)的區(qū)域之間的區(qū)別。58.權(quán)利要求57的方法，其中通過增加與肌肉相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強與血液相關(guān)的區(qū)域和與肌肉相關(guān)的區(qū)域之間的區(qū)別。59.權(quán)利要求57的方法，其中通過降低與血液相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強與血液相關(guān)的區(qū)域和與肌肉相關(guān)的區(qū)域之間的區(qū)別。60.權(quán)利要求57的方法，其中通過增加與肌肉相關(guān)的區(qū)域的亮度，并降低與血液相關(guān)的區(qū)域的亮度，增強與血液相關(guān)的區(qū)域和與肌肉相關(guān)的區(qū)域之間的區(qū)別。61.權(quán)利要求57的方法，其中通過使用算法，增強與血液相關(guān)的區(qū)域和與肌肉相關(guān)的區(qū)域之間的區(qū)別，其中對于該圖像內(nèi)的至少某些象素，該算法用第一頻帶內(nèi)的功率除以第二頻帶內(nèi)的功率。62.權(quán)利要求61的方法，其中該算法根據(jù)除法運算的結(jié)果修改該圖像內(nèi)的至少某些象素的強度。63.權(quán)利要求57的方法，進一步包括以下步驟，顯示該輸出圖像。64.用于形成包含至少兩種類型的組織的區(qū)域的圖像的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲波成像系統(tǒng)；以及探針，該探針包括(a)具有遠端和軟軸的外殼，(b)安裝在該外殼的遠端內(nèi)的超聲波換能器，以及(c)接口，用于連接該超聲波換能器和超聲波成像系統(tǒng)從而該超聲波成像系統(tǒng)可以驅(qū)動該超聲波換能器并接收來自超聲波換能器的反饋信號，其中該超聲波成像系統(tǒng)利用處理該圖像中的象素的算法處理該反饋信號，其實現(xiàn)方式是執(zhí)行以下步驟(a)計算給定象素的第一頻帶內(nèi)的功率和該給定象素的第二頻帶內(nèi)的功率的比率，(b)把計算的比率映射到該給定象素的增益，以及(c)根據(jù)該增益修改該給定象素的原始強度。65.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中第一頻帶為低頻帶。66.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中第一頻帶為低頻帶，并且第二頻帶包括所有頻率。67.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中計算比率的步驟包括以下步驟通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性；以及用第一頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和除以第二頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和。68.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中計算比率的步驟包括以下步驟通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性；以及用第一頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和除以所有傅立葉系數(shù)的平方和。69.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組J個采樣的平均值確定的，并且其中計算比率的步驟包括確定以該給定象素為中心的一組K個采樣的頻率特性，其中K大于J。70.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的。71.權(quán)利要求64的系統(tǒng)，其中該換能器是橫向取向的相控陣換能器，其在仰角方向上的大小至少約為6mm,并且其中該換能器在仰角方向上的大小和該換能器在方位方向上的大小的比率至少約為1.5:1。72.用于處理包含至少兩種類型的組織的超聲波圖像的方法，該方法包括以下步驟計算給定象素的第一頻帶內(nèi)的功率和第二頻帶內(nèi)的功率的比率；把計算的比率映射到該給定象素的增益；以及根據(jù)該增益修改該給定象素的原始強度。73.權(quán)利要求72的方法，其中第一頻帶為低頻帶。74.權(quán)利要求72的方法，其中第一頻帶為低頻帶，并且第二頻帶包括所有頻率。75.權(quán)利要求72的方法，其中計算比率的步驟包括以下步驟通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性；以及用第一頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和除以第二頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和。76.權(quán)利要求72的方法，其中計算比率的步驟包括以下步驟通過使用快速傅立葉變換算法確定以該給定象素為中心的一組采樣的頻率特性；以及用第一頻帶內(nèi)的傅立葉系數(shù)的平方和除以所有傅立葉系數(shù)的平方和。77.權(quán)利要求72的方法，其中該給定象素的原始強度是通過計算以該給定象素為中心的一組J個采樣的平均值確定的，并且其中計算比率的步驟包括確定以該給定象素為中心的一組K個采樣的頻率特性，其中K大于J。78.權(quán)利要求72的方法，進一步包括以下步驟，顯示其強度經(jīng)過修改的象素。全文摘要通過使用小型的橫向取向的換能器實現(xiàn)經(jīng)食管的超聲波成像，該換能器最好足夠小以適合直徑為7.5mm的探針，更可取地，該換能器最好足夠小以適合直徑為5mm的探針。信號處理技術(shù)改善透深，以至可以獲得左心室的完整的經(jīng)胃短軸圖，盡管該換能器是那么小。通過縮減探針的直徑(與現(xiàn)有技術(shù)的探針相比)，可以降低患者的風(fēng)險，減少或消除需要麻醉，并且能夠長期之間觀察監(jiān)控患者的心臟功能。文檔編號G01S7/521GK101384921SQ200480035079公開日2009年3月11日申請日期2004年11月24日優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日發(fā)明者哈羅德·M·黑斯廷斯,斯科特·L·羅森申請人:普瑞斯瑪醫(yī)藥技術(shù)有限責(zé)任公司