产生3-D图像的超声系统技术方案

一种使用探头而很少或不需要专门的３－Ｄ软件／硬件以产生有着深度信息图像的超声系统。控制单元用探头产生多个数据层，其中每个层有着多条数据点线。该控制单元监视来自扫描层匹配线以产生在显示中有着深度感觉的图像的数据点的组合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通常，超声系统向多条路径发射脉冲然后将从多条路径上物体接收到的回波转换成电信号用于发生显示超声图像的超声数据。获取产生超声数据的原始数据的过程典型的被称之为“扫描”或“操纵线束”。在多数超声系统中，使用超声传感器装置快速重复扫描使之在1秒钟内可以采集到许多图像。超声传感器装置包括传感器元件，典型地具有阻尼和匹配材料，在被电脉冲激发时发射超声脉冲并接收回波。传感器装置和相关的电子学部分以及接头被一起封装在外壳内以便于医学检查。作为一个整体，这样一种组合(传感器装置，电子学部分，接头以及外壳)典型地被称之为超声探头(或简单地称为探头)。通常，将现代探头划分为一维(1-D)探头(只具有单一元件的宽阵列)或二维(2-D)探头(具有多维元件阵列)。还有其他类型的探头，如双平面探头(具有2个1-D阵列，用于扫描不同的平面)。超声数据典型的是按帧采集，每一帧代表从传感器面部发射的超声束的一次扫描。1-D传感器产生2-D长方形或饼状扫描，每次扫描由一系列数据点的“线”所表示。实际上，每个数据点是代表沿给定线上一定深度上超声反射强度值。较新的2-D传感器的扫描能够产生形成描述预先定义的3-D形状的一组数据点(典型地称之为“体积扫描”)。实时超声图指的是扫描进行时以一种快速顺序格式显示超声图像。扫描既可以用机械方式(用物理方法将一个或多个传感元件振荡)，也可以用电子方式完成。至今，现代超声系统中最常用的扫描形式是电子学的，它是用一组电脉冲激发排成一线的一组传感器元件(称为“阵列”)，每个元件一个脉冲，定时激发以构建扫描动作。在线性顺序阵列中，通过顺序激发重叠的分组传感器元件对该阵列的一个张角进行横扫。在线性相阵中，所有(或几乎所有)的元件都由单一脉冲激发，但相邻元件之间有着一个小的(典型地为小于1微秒)的时间差(“相差”)，使之最后的超声脉冲沿特定的方向堆积(称之“操纵”)。除了对线束进行操纵之外，这种相阵列通过在相延迟模式中设置曲度可以沿深度方向将线束聚焦。曲度越大其焦点离传感器阵列越近，曲度超小，焦点就越深。也可以对线性顺序阵列使用延迟以提供聚焦。相反，根据对回波的接收，也可以使用延迟对来自产生超声图像数据的原始数据点的采样进行定时。产生各种延迟的装置叫做束成形器。已知的束成形器按传统的模拟方式工作，它采用昂贵的电路可以在每一毫微秒内传送一个新的数据点。最近，已经研发出数字型束成形器，它通过将A/D变换后的输出在一个数字存储器内的缓存然后变化其读出时间而产生延迟。已知的数字式束成形器能够在至少每25毫微秒内传送一个新的数据点。为了产生3-D图像，必须用扫描或扫描加内插产生大量的超声数据(3-D扫描数据组)。然后对这种大量数据进行处理以产生在2-D表面上显示但有着3-D特征的图像。这种处理典型地被称之为再现。产生实时3-D扫描数据组的一种方法是进行多次扫描，每次扫描对准不同的扫描面。每次扫描的扫描线典型地是沿探头的“侧”方向排列。在一帧内的连续扫描面彼此之间相对旋转，例如在“垂直”方向移位，该垂直方向典型地是同侧向正交。另一种办法是连续扫描可以沿该侧向的中心线旋转。通常，每次扫描帧包括有许多线，这样容许对代表某些预定形状，如立方体，截头锥体，或圆柱体的扫描体积的3-D扫描数据组加以询问。尽管一些3-D优化的超声系统可供采用，但当今多数商业超声系统只是从一维阵列探头采集扫描数据然后显示平面的2-D图像。由AGILENT TECHNOLOGIES，Inc销售的SONOS 5500系统就是这种系统的一个实例。某些商业系统，包括SONOS 5500可以借助于离机的“后处理”产生3-D超声图像。为此，当探头的位置在扫描帧之间以某种方式平移或转动时，采集有着规则间距的平面2-D扫描序列。利用对每个2-D扫描平面所采集到的位置信息通过后处理操作重建3-D数据组。利用各种熟知的计算增强再现技术的任何一种将最终3-D数据组显示成再现图像，典型地是在分开的工作站上加以显示。而且，这种实时再现和显示工作站可以在一个系统内同超声扫描仪一块集成，例如VoluMETRICS，Inc就生产这种系统。实时3-D的一种可行技术是对探头的开发，这种探头具有包括元件方阵(例如3,136个元件的56×56方阵)的传感器装置，有时称之为2-D探头。因为这种2-D探头允许在2个方向上对线束加以操纵以及下面要提到的深度聚焦，所以就没有必要从物理上移动探头去平移聚焦以获取用于建造3-D图像的大量超声数据。在一系列扫描帧被采集之后，每帧都包含有多个扫描面，最后的3-D数据组可以包括另一个维度，即时间，它是由相关时间或帧号标记的。这种时间或帧标记数据组称之为“4-D数据组”，可以用来在离机的工作站上产生3-D运动图像。如果对给定的一组观察参数(视角，暗度，透视度等)预先计算从该4-D数据组导出的3-D图像的完整时间序列，则这种运动3-D图像的显示可以按“活”帧率再现，即是说，可以按扫描帧采集时的速率显示。假定一个探头的扫描束可以从电子学上在3维内加以操纵/聚焦(例如，采用2-D元件阵列)并且有着足够强的再现系统，则4-D数据组的采集和再现不仅仅工可以“活”帧率也可以实时进行，此时采集，再现和显示是同时完成的。当前，3-D系统所占有的市场位置是相对小的。已经证明难以使用户信服去更换他们现有的2-D系统，主要原因是相当昂贵，而对于更为昂贵的以3-D为基础的系统为了换取深度的感觉有时要牺牲分辨率和清晰度。因此，本专利技术者已经认识到有必要根据当前的商用超声系统研制一种能3-D成像的超声系统，这种系统不要求明显增加如3-D工作站的硬件。这种方案可以为用户的现行2-D系统提供一种低成本的更新换代。附图简述结合附图，从以下对本专利技术的详细说明可以理解本专利技术附图说明图1是根据本专利技术的优选实施方案的超声成像系统100的简化方框图。图2是根据本专利技术的第一种优选实施方案得到的1帧数据的扫描图。图3是使用图2中所示方法得到的超声数据层(slice)的图形表示。图4A至4D表示根据本专利技术的第一种优选实施方案得到和产生的超声数据层。图5是根据本专利技术的第2种优选实施方案得到的一帧数据的扫描图。详述以下将对本专利技术进行详细说明，它的实例示于附图，其中对相同的元件采用相同的参考号码。在本案例内，所介绍的方法是采用机器操作结合人工操作。完成本专利技术这种操作的合适机器包括Agilent Technologies SONCS 5500和其它类似的设备。总的来说，本专利技术涉及方法步骤，软件以及包括计算机可读介质的相关硬件，将它们配置成能储存和/或处理电的或其他物理信号以发生其他所要求的物理信号。在本应用中所陈述的装置是对所要求的目的，即超声成像优选的特定结构，但是此处所引用的方法可以在通用目的计算机或其他网络设备上运行，只要这些计算机或网络设备是由储存在带有必要的超声成像仪器的计算机和界面上的常规程序选择性激活或重新配置的。此处所介绍的工序并不涉及任何特殊的超声系统，计算机或其他装置。特别是，按照此处所教授的方法，有多种机器可以使用这些常规程序，或者可以更方便地建造更为特殊化的装置以完成所要求的方法步骤。在某些情形下，当希望有具有某种特性的一种硬件时，下文对这些特性将有更为详细的描述。对各种不同的机器所要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括探头；显示和控制单元的超声系统，控制单元使用该探头产生多个数据层，其中每个层包括多条数据点的线，将来自各个层的相匹配的线的数据点组合以在显示屏上产生具有深度感觉的图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ波兰德，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]