下文主要涉及超聲成像，并且更具體地涉及一種被構(gòu)造成用于三維(3D)和/或四維(4D)超聲成像的超聲成像設(shè)備。

背景技術(shù)：

超聲成像系統(tǒng)提供了關(guān)于處于檢查中的對象的內(nèi)部特性的有用信息。一種示例性的超聲成像系統(tǒng)已經(jīng)包括具有換能器陣列的超聲探頭和控制臺。該超聲探頭容置該換能器陣列，該換能器陣列包括一個或多個換能器元件。該控制臺包括顯示監(jiān)視器和用戶界面。

該換能器陣列將超聲信號傳輸?shù)揭曇爸胁⒔邮枕憫?yīng)于與其中的結(jié)構(gòu)交互的信號而產(chǎn)生的回波。對接收到的回波進行處理，從而產(chǎn)生掃描結(jié)構(gòu)的圖像。這些圖像可被通過顯示監(jiān)視器直觀地呈現(xiàn)出來。根據(jù)超聲成像設(shè)備的造構(gòu)，圖像可以是二維(2D)的、三維(3D)的和/或四維(4D)的。

被配備用于三維和/或四維成像的超聲成像系統(tǒng)是半機械化的或包括呈二維矩陣的元件。一種半機械化的超聲成像系統(tǒng)包括一種機電傳動系統(tǒng)，該機電傳動系統(tǒng)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成該超聲換能器陣列的平移運動、旋轉(zhuǎn)運動和/或搖擺運動。不幸的是，該方法需要附加的硬件，從而會增加成本和占用面積。

與具有1維、1.5維或1.75維陣列的換能器元件的構(gòu)造相比，一種具有呈二維矩陣的元件的超聲成像系統(tǒng)在控制臺中包括更多的元件、互連到每個元件的互連件以及用于這些元件的對應(yīng)通道。不幸的是，與不具有1維、1.5維或1.75維陣列的換能器元件的構(gòu)造相比，二維矩陣的元件增加了成本、布線復(fù)雜性和處理需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請的多個方面解決了上述和其它問題。

在一個方面中，一種超聲成像系統(tǒng)包括換能器元件的至少兩個一維陣列。該至少兩個一維陣列包括換能器元件的第一陣列及換能器元件的第二陣列。換能器元件的第一陣列和第二陣列在同一平面中彼此成角度地偏移。該超聲成像系統(tǒng)還包括傳輸電路，該傳輸電路激勵換能器元件的第一陣列和第二陣列以在多個角度上同時傳輸。該超聲成像系統(tǒng)還包括接收電路，該接收電路控制換能器元件的第一陣列和第二陣列以在多個角度上同時接收回波信號。該超聲成像系統(tǒng)還包括回波處理器，該回波處理器對接收到的信號進行處理，從而產(chǎn)生用于第一陣列的第一數(shù)據(jù)流和用于第二陣列的第二數(shù)據(jù)流。第一數(shù)據(jù)流和第二數(shù)據(jù)流包括接收到的回波信號的數(shù)字化表示。該超聲成像系統(tǒng)還包括樣本匹配器，該樣本匹配器對第一數(shù)據(jù)流的樣本和第二數(shù)據(jù)流的樣本進行比較并確定二者之間的互相關(guān)度。該超聲成像系統(tǒng)還包括相關(guān)因子產(chǎn)生器，該相關(guān)因子產(chǎn)生器基于所確定的互相關(guān)度產(chǎn)生相關(guān)因子信號。該超聲成像系統(tǒng)還包括掃描轉(zhuǎn)換器，該掃描轉(zhuǎn)換器基于相關(guān)因子信號以及第一數(shù)據(jù)流和第二數(shù)據(jù)流產(chǎn)生用于顯示的三維圖像。

在另一方面中，一種方法包括對通過換能器探頭的至少兩個一維陣列同時接收的回波信號進行比較。該至少兩個陣列彼此橫向地設(shè)置在同一平面上。該方法還包括基于該比較確定相關(guān)因子信號。該方法還包括基于回波信號和相關(guān)因子信號產(chǎn)生三維圖像。

在另一方面中，一種計算設(shè)備包括在至少兩個超聲信號的樣本之間產(chǎn)生互相關(guān)度值的計算機處理器，其中，至少兩個超聲信號被利用在同一平面中彼此橫向地空間定向的至少兩個換能器陣列來獲得，并基于互相關(guān)度值和樣本產(chǎn)生三維超聲成像。

一旦閱讀和理解所附說明書，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到本申請的其它方面。

附圖說明

本申請被通過示例示出并且不限于附圖，在附圖中，相同的附圖標記表示相似的元件，并且附圖中：

圖1示意性地示出了一種超聲成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有多個一維陣列的換能器元件的探頭和控制臺；

圖2示出了用于第一陣列的在波束輪廓(beam profile)中具有對象的包絡(luò)信號；

圖3示出了用于不同的第二陣列的在波束輪廓中不具有對象的包絡(luò)信號；

圖4示出了用于圖2和圖3的包絡(luò)信號的相關(guān)因子信號；

圖5示出了用于第一陣列的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號；

圖6示出了用于不同的第二陣列的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號；

圖7示出了用于圖5和圖6的包絡(luò)信號的相關(guān)因子信號；

圖8示出了用于第一陣列的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號；

圖9示出了用于不同的第二陣列的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號；

圖10示出了用于圖8和圖9的包絡(luò)信號的相關(guān)因子信號；

圖11示出了一種實施例，其中換能器陣列中的一個包括一系列相鄰(contiguous)元件，并且另一換能器陣列包括兩個節(jié)段，每個節(jié)段都對接(butt up)到換能器陣列中的這一個；

圖12示出了一種實施例，其中另一換能器陣列包括一系列相鄰元件，并且換能器陣列中的一個包括兩個節(jié)段，每個節(jié)段都對接到該另一換能器陣列；

圖13示出了一種實施例，其中換能器陣列中的兩個都包括兩個節(jié)段，每個節(jié)段都對接到并不包括任何換能器元件的區(qū)域；

圖14示出了一種實施例，其中換能器陣列中的兩個都包括兩個節(jié)段，每個節(jié)段都對接到由這些換能器陣列所共享的換能器元件；

圖15示出了具有至少四個換能器陣列的實施例；以及

圖16示出了一種用于使用如在圖11、圖12、圖13、圖14和圖15中的一幅中所示的至少兩個換能器陣列進行三維超聲成像的示例方法。

具體實施方式

圖1示意性地示出了一種包括超聲成像探頭102和超聲成像控制臺104的系統(tǒng)100。在這個示例中，探頭102和控制臺104通過通信路徑106進行通信。

超聲成像探頭102包括N個一維(1D)換能器陣列，其包括換能器陣列108₁、…、換能器陣列108_N，其中N是等于或大于2的整數(shù)，本文中共同稱為換能器陣列108。換能器陣列108₁、…、108_N分別包括換能器元件組110₁、…、110_N。換能器陣列108可以是線性的、弧形的和/或其它形狀的陣列。換能器陣列108可以包括六十四個(64)、九十六個(96)、二百五十六個(256)和/或其它數(shù)量的換能器元件。

在一種情況中，探頭102包括在同一平面中彼此橫向或正交的兩個換能器陣列(即，N＝2)，并且使用有限數(shù)量的換能器元件和對應(yīng)數(shù)量的信號通道來獲取用于三維和/或四維成像的數(shù)據(jù)，而無需機械地移動一維換能器陣列108中的任一個并且不包括二維矩陣換能器和相關(guān)的大量互連件和通道。與機械的移動換能器陣列和/或包括二維矩陣的構(gòu)造相比，這可以降低復(fù)雜性和成本。

控制臺104包括傳輸電路112，該傳輸電路112控制換能器陣列108的換能器元件110的激勵以傳輸超聲信號。在一種情況下，這包括控制換能器陣列108中的至少兩個以從陣列108中的這至少兩個的元件110同時傳輸波束?？刂婆_104還包括接收電路114，該接收電路114按線路發(fā)送通過換能器元件110接收到的射頻模擬(回波)信號。開關(guān)可被用于在傳輸電路112和接收電路114之間進行切換。

波束的角度調(diào)整(angling)可以通過相控陣列和/或其它方法來實現(xiàn)，在此期間，時間相關(guān)的方法和/或其它方法可被用于使傳輸和/或接收聚焦和/或用于引導(dǎo)傳輸和/或接收的聚焦。發(fā)射和接收可被反復(fù)進行，直到覆蓋了所關(guān)注的空間角度。例如，在每個換能器陣列108以一(1)度分辨率在四十五(45)個不同的角度上聚焦的情況下，角度調(diào)整被反復(fù)進行45x45或2025次。本文中也設(shè)想到了其它角度和/或分辨率。

控制臺104還包括回波處理器116，該回波處理器116將接收到的用于每個陣列108的射頻模擬信號轉(zhuǎn)換成各自數(shù)據(jù)流中的數(shù)字化表示。對于每個都包括96個元件的兩個陣列108，這包括處理(例如，延遲和求和)來自每個陣列108的96個元件中的每一個的96個信號并產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)流，每個換能器陣列108使用一個數(shù)據(jù)流。利用希爾伯特變換等的包絡(luò)檢波(Envelope detection)可被用于檢測包含在數(shù)據(jù)流中的振幅。數(shù)據(jù)流中的樣本的數(shù)量取決于接收周期的長度及樣本頻率。

控制臺104還包括對不同數(shù)據(jù)流中的樣本進行比較的樣本匹配器118。該比較可被使用與預(yù)定權(quán)重函數(shù)相乘的預(yù)定數(shù)量的早期樣本和晚期樣本以樣本的方式實施。對于該比較，樣本匹配器118可應(yīng)用互相關(guān)方法，其中，互相關(guān)為一(1)表示精確匹配，互相關(guān)度為零(0)表示不匹配，并且互相關(guān)度介于二者之間表示二者之間的相對匹配度。

控制臺104還包括相關(guān)因子信號發(fā)生器120。在一種情況下，相關(guān)因子信號發(fā)生器120產(chǎn)生應(yīng)用這兩個陣列108的相關(guān)因子信號。該相關(guān)因子信號包括作為接收過程中的時間的函數(shù)描述信號中的樣本有多么等同的一系列相關(guān)因子。該相關(guān)因子信號基于通過樣本匹配器118確定的互相關(guān)度值。

短暫地轉(zhuǎn)向圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10，示出了示例包絡(luò)信號和對應(yīng)的相關(guān)因子信號。在圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10中，包絡(luò)信號始于緊位于傳輸之后的時間點。第一或y軸202表示振幅并且第二或x軸204表示時間。

圖2到圖4示出了一種示例，其中對象位于一個陣列108的波束輪廓中。圖2示出了用于陣列108的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號。區(qū)域206對應(yīng)于來自該對象的回波信號。圖3示出了用于陣列108的在波束輪廓中不具有對象的包絡(luò)信號。回波信號包括低水平，例如該系統(tǒng)的固有噪音和低水平背景散射。圖4使用與圖2和圖3的包絡(luò)信號互相關(guān)的方法示出了相關(guān)因子信號402。包絡(luò)信號是不相關(guān)的，并且所產(chǎn)生的相關(guān)因子信號402是低的。

圖5到圖7示出了一種示例，其中，對象位于這兩個波束輪廓中。圖5示出了用于一個陣列108的在波束輪廓中具有對象的包絡(luò)信號，并且圖6示出了用于另一陣列108的在該波束輪廓中具有該對象的包絡(luò)信號。區(qū)域502和602對應(yīng)于來自對象的回波信號。圖7使用與圖5和圖6的包絡(luò)信號互相關(guān)的方法示出了相關(guān)因子信號702。圖5和圖6的包絡(luò)信號是相關(guān)的，并且所產(chǎn)生的相關(guān)因子信號702是高的。

在圖2到圖7的情況下，對象為固體，從而遍及其橫截面具有恒定的反射因子。

在圖8到圖10中，對象(例如，諸如血管或膽囊)包含流體。在這種情況下，來自對象的邊緣的回波是強烈的而來自內(nèi)側(cè)流體的回波是非常低的。這是由如下事實所導(dǎo)致的，即，來自對象內(nèi)側(cè)的低水平回波(包絡(luò))可能低于背景噪音。

圖8示出了用于一個陣列108的在該波束輪廓中具有該對象的包絡(luò)信號，圖9示出了用于另一陣列108的在該波束輪廓中具有該對象的包絡(luò)信號。區(qū)域802和902對應(yīng)于來自對象的邊緣的回波信號。區(qū)域804和904對應(yīng)于來自對象內(nèi)側(cè)的回波信號。

圖10使用與圖8和圖9的包絡(luò)信號互相關(guān)的方法示出了相關(guān)因子信號1002。圖8和圖9的對應(yīng)于邊緣的包絡(luò)信號是相關(guān)的，并且所產(chǎn)生的相關(guān)因子信號1002是高的。圖8和圖9的對應(yīng)于內(nèi)側(cè)的包絡(luò)信號是相關(guān)的，并且低于背景噪音。

回到圖1，控制臺104還包括：掃描轉(zhuǎn)換器122，該掃描轉(zhuǎn)換器122轉(zhuǎn)換處理信號并產(chǎn)生用于顯示的圖像；以及顯示器124，該顯示器124可被用于顯示掃描后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。為了建立用于可視化表示的灰度，在一種情況下，相關(guān)因子信號可被用作用于兩個包絡(luò)信號之間的平均值的乘數(shù)。在使用或不使用低水平閾值的情況下，這可抑制背景散射回波等。

控制臺104還包括具有輸入裝置(例如，鼠標、鍵盤、觸摸控制器等)的用戶界面(UI)126，該用戶界面126允許與該系統(tǒng)100進行用戶交互?？刂婆_104還包括控制器128，該控制器128控制傳輸電路112、接收電路114、回波處理器116、樣本匹配器118和掃描轉(zhuǎn)換器122中的至少一個。

對變型進行討論。

在一個對象為固體的變型(如結(jié)合圖2到圖7所討論的那樣)中，采用最低樣本值方法。對于該方法，樣本匹配器118識別和選擇包絡(luò)信號的一組比較樣本的最低樣本值。這樣一來，用于所產(chǎn)生的信號的值在信號源自于其的引導(dǎo)角中總是與最多的選擇性陣列相關(guān)。如果這兩個值相等，選擇哪個都沒關(guān)系。

在另一變型中，采用合成孔徑方法。在利用合成孔徑方法的情況下，不采用相控陣列，并且在計算處于限定空間角度中的三維波束輪廓的一個過程中同時處理來自這兩個陣列108的所有元件信號。

在另一變型中，至少一個換能器陣列108包括1.5維或1.75維陣列的換能器元件。

在另一變型中，通過遠離該系統(tǒng)100的計算系統(tǒng)實現(xiàn)樣本匹配器118、相關(guān)因子發(fā)生器120和掃描轉(zhuǎn)換器122中的至少一個。這種計算系統(tǒng)的一個示例包括執(zhí)行存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)(“內(nèi)存”)中的至少一個計算機可讀指令的至少一個處理器(例如，微處理器、中央處理單元等)，該介質(zhì)不包括瞬時介質(zhì)并且包括物理內(nèi)存和/或其它非瞬時介質(zhì)。微處理器也可執(zhí)行由載波、信號或其它瞬時介質(zhì)承載的一個或多個計算機可讀指令。

圖11、圖12、圖13、圖14和圖15示出了換能器陣列108的空間關(guān)系的非限制性示例。

最初參考圖11，兩個換能器陣列108(換能器陣列108₁和108_N)內(nèi)容相對于彼此空間地定向，使得它們處于同一平面中并且在中心區(qū)域1102處交叉，并且彼此成角度地偏移九十(90)度或大致90度。在該示例中，換能器陣列108₁為單一陣列的相鄰換能器元件1104，并且該換能器陣列108_N包括兩個節(jié)段1106₁和1106₂，每個節(jié)段都對接到換能器陣列108₁。

接下來在圖12中，示出了一種類似于圖11的構(gòu)造的構(gòu)早。該示例類似于圖11的示例，不同之處在于，換能器陣列108_N包括該單一陣列的相鄰換能器元件1202，并且該換能器陣列108₁包括兩個節(jié)段1204₁和1204₂，每個節(jié)段都對接到該換能器陣列108_N。

轉(zhuǎn)向圖13，示出了一種實施例，其中，換能器陣列108₁包括兩個節(jié)段1202₁和1202₂，并且換能器陣列108_N包括兩個節(jié)段1106₁和1106₂，這四個節(jié)段1106₁、1106₂、1202₁和1202₂對接到不包括任何換能器元件的區(qū)域1302。

圖14示出了一種實施例，其中，換能器陣列108₁包括兩個節(jié)段1202₁和1202₂，并且換能器陣列108_N包括兩個節(jié)段1106₁和1106₂，并且這四個節(jié)段1106₁、1106₂、1202₁和1202₂對接到由換能器陣列108₁和108_N所共享的換能器元件1402。

圖15示出了一種具有至少四個換能器陣列108(換能器陣列108₁和108_N及換能器陣列108_I和108_J)的實施例。在該實施例中，換能器陣列108被相對于彼此空間地定向，使得它們處于同一平面中并且在中心區(qū)域1102處交叉，并且彼此成角度地偏移四十五(45)度或大致45度。中間區(qū)域可包括用于一個陣列108的換能器元件、由兩個或多個陣列108所共享的換能器元件或不包括換能器元件。

本文中也設(shè)想到了其它構(gòu)造。

圖16示出了使用被如圖11、圖12、圖13、圖14和圖15中的一幅所示構(gòu)造的換能器陣列108中的兩個進行三維超聲成像的示例性方法。

將會理解的是，下列行為被出于解釋性的目的并且并不是限制性的。因此，可省略這些行為中的一個或多個，可添加一個或多個行為，一個或多個行為可以不同的次序(包括與另一行為同時)發(fā)生，等等。

在1602處，一個陣列108以所關(guān)注的角度傾斜。例如，對于從-45度到+45度的角度范圍中的一組角度，該陣列108可以-45度傾斜。在另一情況下，采用不同的初始角度和/或一組不同的角度。

在1604處，另一陣列108以所涉及的角度傾斜。同樣，對于在-45到+45度的角度范圍中的一組角度，該陣列108可能以-45度傾斜。在另一情況下，采用一種不同的初始角度和/或一組不同的角度。

在1606處，同時激勵這兩個陣列108進行傳輸。

在1608處，這兩個陣列108同步地接收。

在1610處，使用于這兩個陣列108中的每個的接收到的模擬射頻信號波束成形(beamform)，從而產(chǎn)生具有接收到的模擬射頻信號的數(shù)字化表示的兩個數(shù)據(jù)流信號。

在1612處，對每個數(shù)據(jù)流信號的包絡(luò)進行檢測。

在1614處，確定數(shù)據(jù)流信號的包絡(luò)之間的相關(guān)因子并對其進行保存。

在1616處，確定另一陣列是否將會以所關(guān)注的另一角度傾斜。如果是，針對所關(guān)注的另一角度重復(fù)動作1604到1614。例如，該陣列108可被遞增到-44度或處于該角度范圍中的其它角度。

如果不是，在1618處，確定一個陣列是否將會以所關(guān)注的另一角度傾斜。如果是，對于所關(guān)注的另一角度重復(fù)進行動作1602到1616。例如，陣列108可被遞增到-44度或處于該角度范圍中的其它角度。

如果不是，在1620處，基于這些相關(guān)因子和包絡(luò)信號產(chǎn)生三維圖像。該三維圖像可被直觀地呈現(xiàn)出，被傳送到另一裝置，進行進一步處理等。

上文內(nèi)容可被通過被編碼或者嵌置在計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機可讀指令來實施，該計算機可讀指令在由計算機處理器執(zhí)行時致使處理器實施所描述的動作。此外或作為選擇，由信號、載波或其它瞬時介質(zhì)承載這些計算機讀取指令中的至少一個。

在一種變型中，可以同時處理來自多個角度的回波信號，其可減少圖16的內(nèi)部循環(huán)(動作1616)中的迭代次數(shù)。減少迭代次數(shù)會提高系統(tǒng)的幀率(frame rate)并因此增加每秒產(chǎn)生的三維圖像的數(shù)量。如果該次數(shù)足夠高以作為時間的函數(shù)產(chǎn)生有用的三維圖像，則可以實現(xiàn)四維模式。

已經(jīng)參照多種實施例描述了本申請。一旦閱讀了本申請，其他人將會想到修改和變化。本發(fā)明意在被解釋為包括所有的這種修改和變化，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等效方案的范圍內(nèi)。