经食道的以及经鼻、食道的超声成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于生理组织成像的半侵入式超声成像系统，其包括：与二维超声换能器阵列相连的经食道或者经鼻经食道的探头；发送波束生成器；接收波束生成器；和图像生成器。二维超声换能器阵列设置在探头的细长主体的远端部上。发送波束生成器与换能器阵列相连并且构造成将几个超声波束发送到由方位定向和标高定向所限定的选择图形上。接收波束生成器与换能器阵列相连并且构造成根据在所选择的组织体积上反射的回波来获取超声数据。组织体积是由方位定向和标高定向以及所选择的扫描范围限定的。接收波束生成器构造成根据所获取的超声数据来合成图像数据。图像生成器构造成以接收图像数据并生成被显示在图像显示器上的所选择的组织体积的图像。优选的是，图像生成器构造成根据图像数据生成几个关于所选择的组织体积的正射投影图。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半侵入式超声成像系统，特别涉及能够提供几种二维平面图和用于显现患者体内三维解剖结构的投影图的经食道的超声成像系统以及经鼻、食道的超声成像系统。非侵入式、半侵入式和侵入式超声成像系统已经广泛用于观察人体内的组织结构，诸如心脏结构、腹部器官、胎儿和脉管系统。半侵入式系统包括经食道的超声成像系统，而侵入式系统包括脉管内成像系统。根据组织的类型和部位，不同的系统能够更好地获取或者提供更好的内部生理组织的视场。一般说来，超声成像系统包括与多频道的发送波束和接收波束生成器相连的换能器阵列。发送波束生成器以预定的时序将电脉冲提供给各个换能器，以生成从阵列沿着预定方向传播的发送波束。当发送波束通过身体时，部分声能从具有不同的声学特性的组织结构被反射回到换能器阵列。接收换能器(可以是以接收模式工作的发送换能器)将被反射的压力脉冲转换成被提供给接收波束生成器的相应的电RF(射频)信号。由于从反射点到各个换能器的不同距离，被反射的声波以不同的时间达到各个换能器，这样，RF(射频)信号具有不同的相位。接收波束生成器具有多个处理频道，处理频道具有与加法器相连的补偿延迟元件。接收波束生成器选择用于每一个频道的延迟值，以便结合从所选择的焦点反射的回波。因此，当延迟信号被求和时，由对应于该点的信号产生强信号。但是，来自于不同点的信号对应于不同的时间具有随机相位关系，从而破坏性地干扰。接收波束生成器选择能够控制接收波束相对于换能器阵列的取向的这样的相对延迟。这样，接收波束生成器可动态地操控接收波束以便具有所需的取向，并且可在所需的深度处使它们聚焦。因此，超声系统获取声学数据。为了实时观察组织结构，已经使用各种超声系统来产生二维和三维图像。常规的超声成像系统获取垂直于作用于患者身体的换能器阵列的表面的二维图像平面。为了产生三维图像，超声系统必须在三维体积上获取声学数据，例如通过使一维(或者一维半)换能器阵列移动经过几个位置。或者，二维换能器阵列可获取在多个图像平面上的扫描数据。在每一种情况下，该系统存储图像平面数据以重建三维图像。但是，为了使诸如心脏的活动器官成像，快速地获取数据并且尽可能快地生成图像是重要的。这需要高帧频(即，单位时间生成的图像数量)和图像数据的快速处理。但是，空间扫描(例如，当将一维阵列移动经过几个位置时)不是瞬时的。这样，当使活动器官成像时，时间维度与三个空间维度相互缠结干扰。几种超声系统已经利用数据获取、体积重建和图像显现来生成3D(三维)图像。一种常规的超声系统利用换能器探头扫描患者目标组织以及接收多个数据帧来获取数据。该系统相对于在前的帧、参考帧或者参考位置得出每一帧的位置和取向指示。接着，该系统将帧数据和每一帧的相应指示用作对于体积重建和图像显现过程的输入。该3D超声系统通过限定一参考坐标系来进行体积重建，每一个图像帧以记录的图像帧的序列设置在该参考坐标系内。参考坐标系是用于包含用于生成3D图像的所有图像平面的3D体积的坐标系。第一图像帧用于限定参考坐标系(从而限定3D体积)，参考坐标系具有三个球面坐标轴(rv，θv和v轴)或三个正交坐标轴(即，xv，yv和zv轴)。每一个图像帧是具有两个极坐标轴(即，ri和θi轴)或者两个正交坐标轴(即，xi和yi)的2D切片(即，平面图像)，其中i是第i个图像帧。这样，在一个图像平面内的每一个取样点在用于这样的图像平面的图像平面坐标系中具有图像平面坐标。为了在参考坐标系中记录样本，在适合的图像平面坐标系中的取样点坐标被变换到参考坐标系中。如果一个图像平面样本没有出现在参考坐标系的特定整数坐标处，那么该系统进行插值，以在最近的参考坐标系点之间分配图像平面样本。为了存储样本数据或者由样本数据得出的插值，该系统分配存储器地址空间，其中存储器可被映射到参考坐标系。这样，给定的参考体积切片的给定一排的数值(例如沿着z轴得到的)可被存储在序列编址单元中。另外，在这样的切片中的相邻排的数值可被存储在相邻的第一存储器地址空间中。该系统可通过计算包含六个补偿值的变换矩阵进行递增重建。具有在x方向上(沿着图像的该排)计算x，y和z坐标的三个补偿值，具有在y方向上(在图像的该列下)计算x，y和z坐标的三个补偿值。接着，该系统计算重建体积的角部并且将它们与界定体积的坐标进行比较。接下来，该系统确定所获取的图像和界定坐标的相交部分并且将它们变换回到图像坐标系。这可利用几个数字信号处理器来完成。另外，该系统可计算重建体积的当前状态的正交投影。正交投影使用较简单的绘制计算(无需计算插值以进行从参考坐标系到显示图像光栅坐标系的转变)。该系统可使用最大强度投影(MIP)绘制法，其中沿着体积的深度方向投射射线，并且所遇到的最大值是为该射线所投射的值(例如，用于得到在2D图像投影上的给定光栅点的像素的数值)。该系统递增地重建和实时地显示目标体积。操作者可实时地观察目标体积和扫描效果并且通过反复地对所需区域进行特意扫描来改善所显示的图像。操作者也可以新的视角重新开始进行体积重建。该图像显现方法随着时间的推移获得3D体积的2D图像投影以生成转动图像或者以新的视角生成图像。该系统使用剪切扭曲因子分解方法来获得给定的一个或者多个视频图像帧的新2D投影。对于每一个视角变化，该方法将观察变换矩阵的必要因子分解成平行于体积数据的切片的3D剪切。剪切的投影形成2D中间图像。可进行2D扭曲以产生最终的图像，(即，以所需视角的3D体积的2D投影)。该系统使用以不同视角的最终图像序列以产生目标体积的实时旋转视图。已知的其它系统仅在三维显示中使用功率多普勒图像以消除由结构信息信号所产生的大量杂乱回波。这样的多普勒系统以平面图像的序列将带有空间坐标的多普勒功率显示值存储在图像序列存储器中。使用者可提供包括视角范围的处理参数。例如，使用者可输入以在垂直于在序列中的第一图像的平面的平面中的一个视线为参照的视角范围和范围增量。根据这些输入计算所需数量的三维投影。接着，该系统通过首先从图像序列存储器调取平面多普勒功率图像再利用扫描变换器和显示处理器进行顺序处理而形成最大强度投影的必需序列。处理器使每一个平面图像转动到其中一个被投射回到观察平面的视角。多普勒系统基于最大强度累积被投影的平面图像像素。每一个被投影的平面图像被覆盖在先前累积的投影图像上但是在图像平面中的一个转置区域中，该转置区域与视角和平面间的间隔存在这样的函数关系视角越大，一个图像到下一个图像之间的转置位移越大。从累积的图像中选择的显示像素是从在图像中的每一个点处累积的所有覆盖像素中取得的在图像平面中的每一个点处的最大强度像素。这有效地表现了观察器沿着观察器和三维显示之间的每一个视线所观察到的多普勒功率的最大强度。该系统可转动、投射、转置、覆盖和选择在所有平面图像的每一个像素处的最大强度，接着将所得到的对于该视角的三维显示存储在图像序列存储器中。可根据使用者的指令调取和显示被存储的三维序列。当实时调取和显示该序列时，使用者可看到在获取平面图像的体积区域中出现的动作或者流体流动的三维显示。以三维方式观察该体积区域，好像使用者围绕该区域移动并且从改变的视角观察动作或者流动。观察器可来回扫过该序列，在两个方向上给出在该体积区域周围移动的效果。利用改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生理组织成像的半侵入式的超声成像系统，其包括： 探头，所述探头包括带有远端的细长主体，所述远端包括二维超声换能器阵列； 发送波束生成器，所述发送波束生成器与该换能器阵列相连并且构造成在所选择的方位范围和所选择的位置标高范围上发送超声波束； 接收波束生成器，所述接收波束生成器与该换能器阵列相连并且构造成由在所选择的组织体积上反射的回波来获取超声数据并且由所述获取的超声数据来合成图像数据，所述组织体积是由所述发送的超声波束和所选择的扇形扫描深度来限定的；以及 图像生成器，图像生成器构造成接收所述图像数据并生成显示在图像显示器上的所选择的组织体积的至少一个图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DG米勒，M佩斯茨恩斯基，H贝克，
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]