鏡面反射目標的超聲成像的制作方法
【專利說明】鏡面反射目標的超聲成像
[0001]優(yōu)先權聲明
在此要求于2012年6月13日提交的標題為“Ultrasound Imaging ofSpecular-Reflecting Target”、序列號為61/659,027的美國臨時專利申請(律師檔案號碼01932-01)的優(yōu)先權利益，由此其全部內容通過引用被合并于此。
【背景技術】
[0002]在美國，在90%的醫(yī)院中，急救科(ED)的過度擁擠每星期發(fā)生至少一次。ED過度擁擠與較差的健康結果相關，諸如由于不及時和不能管理治療而導致較高的死亡率或較長的恢復時間。存在ED過度擁擠的許多原因，主要包括對放射檢查服務的高需求。這種放射檢查服務包括每年為ED提供的3900萬次X射線。許多X射線為時間緊急條件下的病人(例如，外傷、頭部損傷或中風)獲取，并且大約1900萬次X射線為具有疑似骨折的病人獲取。
[0003]例如，用于骨折的X射線包括每年每人接收2個X射線期的4百萬病人，這些病人中的60%在每一期接收兩組X射線(使用移置性骨折的百分比估計)。每年還針對5百萬ED扭傷病人中的320萬病人獲得X射線(使用64%的ED扭傷接收X射線的統(tǒng)計估計)。在ED中為病人獲取X射線是資源密集和耗時的，并且通常能夠包括下面各項:布置X射線機器上的時間，將病人轉移到X射線機器，獲取X射線圖像，將病人和圖像結果轉移回至ED，從放射科醫(yī)師獲得處置，并且將該處置傳送給ED或整形外科醫(yī)生。例如，每次ED要求的X射線消耗>30分鐘，并且消耗另外的>30分鐘以獲取放射科醫(yī)師處置。放射檢查積壓也能夠增加延遲。

【發(fā)明內容】

[0004]在一個方案中，通常可用的二維(2D)超聲設備能夠替代于X射線而被諸如用于骨折檢測和治療的監(jiān)視(例如，骨折減小)。將這種通?？捎玫?D超聲用于ED骨折檢測通常以更低成本導致更快的診斷和治療時間。然而，使用這種通?？捎玫?D超聲進行的骨折檢測的靈敏度或明確性可能不如X射線。例如，已預先確定:踝關節(jié)骨折的基于2D超聲的診斷能夠導致90.9%靈敏度和90.9%明確性。2D方案的幾個弱點導致它差的骨折檢測性質，例如:骨圖像質量可能差；成像視場可能受到限制(例如，4厘米(cm)乘以I cm覆蓋區(qū)，諸如具有5-6 cm成像深度)；以及圖像獲取和成像結果的解釋可能通常涉及顯著的用戶技能。
[0005]相比之下，本發(fā)明人已意識到:各種超聲技術和設備能夠被用于骨折的可靠確定，或通常用于對一個或多個成像目標(諸如，組織內的一個或多個鏡面反射目標)成像。在例子中，超聲成像技術能夠包括使用多角度探詢(SRMI)的鏡面表面重構，諸如使用超聲換能器的陣列(例如，活塞換能器的陣列)。
[0006]在例子中，超聲設備能夠包括:一個或多個處理器電路，耦合到顯示器；和符合成像換能器組件，能夠定位在待成像的組織區(qū)域附近，諸如符合組織區(qū)域(例如，腿、臂、踝、肘或者一個或多個其它部位)的輪廓。例如，這種陣列能夠在獨立殼體中包括處理器電路和顯示器，或者超聲換能器組件能夠耦合到包括顯示器、一個或多個用戶輸入或其它電路的單獨的設備(諸如，推車)。這種設備能夠包括處理器可讀介質，處理器可讀介質包括指令，當由一個或多個處理器電路執(zhí)行所述指令時，所述指令使所述一個或多個處理器電路構造至少近似鏡面反射目標的表示。
[0007]通常，這里描述的超聲設備或技術能夠包括:獲得反射的超聲回聲信息，反射的超聲回聲信息能夠被用于構造至少近似鏡面反射目標(諸如，骨頭)的二維或三維表示。在例子中，諸如使用超聲換能器陣列中的一個或多個超聲換能器或者使一個或多個超聲換能器以機械方式掃描，能夠從空間交疊組織區(qū)域獲得回聲信息。在例子中，能夠使用可變形殼體或可變形耦合墊中的一個或多個，諸如用于在一個或多個換能器和組織區(qū)域之間耦合超聲能量。
[0008]這個概述旨在提供本專利申請的主題的概述。并不旨在提供本發(fā)明的排它性或窮盡解釋。包括詳細描述以提供關于本專利申請的進一步信息。
【附圖說明】
[0009]圖1 一般地圖不超聲設備的至少一部分和對應技術的例子。
[0010]圖2A—般地圖示超聲設備的至少一部分的例子，包括能夠以機械方式進行掃描以便從三維體積獲得回聲信息的一個或多個換能器。
[0011]圖2B —般地圖示諸如能夠使用圖2A中示出的設備獲取的三維體積的形狀的例子。
[0012]圖3—般地圖示超聲設備的至少一部分的例子，諸如能夠包括超聲換能器的陣列。
[0013]圖4A—般地圖示手持超聲設備的至少一部分的例子，諸如能夠包括被配置為從包括具有交疊聲束的體積的區(qū)域獲得回聲信息的兩個或更多的超聲換能器。
[0014]圖4B —般地圖示手持超聲設備的至少一部分的例子，諸如類似于圖4A的例子。
[0015]圖5 —般地圖示能夠指向不同相對成像角度以便獲取交疊體積的換能器布置的例子。
[0016]圖6 —般地圖示超聲換能器的二維陣列的例子。
[0017]圖7 —般地圖示諸如能夠使用耦合墊以聲學方式耦合到組織區(qū)域的超聲換能器元件的陣列的例子。
[0018]圖8A和SB —般地圖示使用機械耦接頭以按照換能器旋轉的方式定位超聲換能器的說明性例子。
[0019]圖9A至9C 一般地圖示手持超聲設備的說明性例子的部分，諸如包括超聲換能器陣列、機械定位器和顯示器。
[0020]圖1OA和1B—般地圖示手持超聲換能器組件的其它說明性例子的部分，諸如包括殼體的相應部分之間的機械耦接頭。
[0021]圖11 一般地圖示手持超聲換能器組件的再另一說明性例子，諸如包括相對于彼此位于固定位置的兩個或更多的換能器。
[0022]圖12A和12B —般地圖示超聲換能器組件的其它說明性例子，諸如能夠包括包含顯示器的手持組件(例如，在圖12A中)或耦合到單獨顯示器的換能器組件(例如，在圖12B 中)。
[0023]圖13A至13C—般地圖示各種說明性例子，包括圖13A中的仿真超聲圖像和圖13B中的使用各種技術處理的以實驗方式獲得的圖像以及圖13C中的根據以實驗方式獲得的二維圖像的匯編呈現(xiàn)的三維圖像。
[0024]圖14A至14E —般地圖示:圖14A中使用通?？捎玫腂模式成像技術獲得的仿真超聲圖像與如圖14B至14E的例子中所示根據多角度探詢(SRMI)技術和各種換能器間隔使用鏡面表面重構獲得的仿真超聲圖像之間的比較。
[0025]圖15 —般地圖示能夠包括使用多角度探詢(SRMI)技術的鏡面表面重構的技術，諸如方法。
[0026]圖16 —般地圖示能夠包括使用根據多角度探詢(SRMI)技術的鏡面表面重構來產生所獲得的超聲回聲信息的三維表示的技術，諸如方法。
[0027]圖17A—般地圖示能夠包括顯示器、一個或多個處理器電路、一個或多個其它電路(諸如，存儲器電路、超聲信號處理器電路、模數轉換器電路、電機電路或一個或多個超聲換能器)的設備。
[0028]圖17B—般地圖示能夠包括顯示器、一個或多個處理器電路、一個或多個其它電路(諸如，存儲器電路、超聲信號處理器電路、模數轉換器電路、電機電路或一個或多個超聲換能器)的設備，諸如能夠包括換能器單元殼體和顯示單元殼體。
[0029]在不一定按照比例繪制的附圖中，相似標號可在不同視圖中描述類似的部件。具有不同字母后綴的相似標號可表示類似部件的不同實例。作為例子而非作為限制，附圖一般地圖示在本文件中討論的各種實施例。
【具體實施方式】
[0030]圖1 一般地圖不超聲設備的至少一部分和對應技術的例子100。在102,能夠把一個或多個換能器定位以獲得與具有交疊成像平面的扇形掃描對應的回聲信息。能夠獲取包括成像角度的相應范圍的交疊圖像平面。
[0031]例如，在102，相應成像平面(例如，扇形掃描平面)能夠被表示為IpIjP 13(或In，其中N表示第N圖像掃描平面)。能夠獲取相應扇形平面，其諸如包括能夠由P表示的交疊寬度和能夠由M表示的平面圖像寬度以及能夠由K表示的圖像深度。
[0032]在104，這種回聲信息能夠被包絡檢測，并且在106，使用多角度探詢(SRMI)技術的鏡面表面重構能夠被用于至少部分地通過疊加與交疊成像平面對應的成像信息來形成表示。例如，空間交疊包絡檢測圖像能夠彼此疊加，如圖1中所示。
[0033]使用圖1中示出并且以下結合圖15的例子討論的SRMI技術能夠形成鏡面表面(諸如，組織內的骨頭)的表示。例如，設備能夠包括諸如沿著線性路徑對準的超聲換能器的陣列(例如，諸如以下在其它例子中討論的活塞陣列)。相對于聲波波長，SRMI技術能夠受益于透射開口(例如，由換能器定義的開口)之間的大間隔。這種大間隔實現(xiàn)在寬范圍角度上對目標的探詢。作為結果，在所獲得的重構圖像或表示中增強對鏡面目標的靈敏度和漫射散射目標的復合。與通?？捎玫?D超聲設備和技術相比，這種因素能夠提供具有增強的總體圖像對比度(特別地，提高的骨頭對組織圖像對比度)的表示。
[0034]能夠使用具有遠遠分隔開的透射開口的換能器執(zhí)行SRMI。相比之下，諸如由于能夠得到支持的換能器通道數量方面的限制，對于通?？捎玫木€性陣列換能器，透射開口間隔通常較小。在說明性例子中，將會需要在具有1A波長間距的采樣線性陣列中的超過大約560個元件或信道來覆蓋總體開口尺寸(和角度探詢跨距)，該總體開口尺寸與能夠利用六個活塞換能器(諸如在5兆赫茲(MHz)中心頻率操作，諸如能夠包括分隔開大約1.5 cm的大約I cm直徑活塞換能器)覆蓋的總體開口尺寸相同。
[0035]在例子中，單元件換能器能夠設置為分隔開大于大約一個波長，或者能夠布置許多獨立地操作的采樣陣列換能器(例如，許多線性陣列換能器)，以使得元件間間隔小于或等于大約1/2波長并且開口間間隔為大約一個波長或更大。在另一例子中，單元件或采樣陣列換能器能夠