超聲波成像方法及裝置的製作方法

2023-12-02 13:09:51 3

專利名稱：超聲波成像方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波成像方法及裝置，其成像由帶有插入被檢體的超聲波探測裝置進行。
為深入被檢體儘可能地靠近成像位置進行超聲波成像，使用了插入體腔的插入超聲波探頭，插入如食道、胃或直腸，從被檢體的內部進行超聲波掃描。
此類超聲波成像裝置的一個例子，舉例來說，在日本實用新型申請公開No.6-19708中作了描述並被人們所知。在此裝置中，包含在中空的圓柱形導管套針(trocar)中的波超聲波振子陣列被插入體腔，然後沿預定的軌道機械移動所述超聲波振子陣列，所述超聲波振子陣列伸出套針的末端，重複超聲波發射和回聲接收，而利用孔徑合成技術的方法，由接收到的回聲信號重組成像。
即使將所述裝置插入體腔還是無法足夠接近一些成像位置，且無沒利用此超聲波成像裝置適當地成像。
所以本發明的一個目的是提供由插入被檢體組織的超聲波探測裝置進行的超聲波成像方法及裝置。
在第一個方面，本發明提供超聲波成像方法，它包括的以下步驟在被檢體的軟組織中插入超聲波探測裝置以發射/接收超聲波；沿預定軌道移動所述探測裝置發射/接收超聲波；基於所述接收到的信號產生圖像。
按照本發明，沿預定軌道一起移動所述探測裝置和周圍組織發射/接收超聲波，並利用基於此接收信號產生的圖像，可以通過由所述探測裝置沿之移動的軌道形成的超聲波發射/接收孔徑，獲得所述圖像。超過孔徑大小几倍遠距離的組織不被移動，而可獲得所述組織的圖像。這就意味著一種超聲波成像方法是以所述成像由插入所要探測位置附近被檢體組織的超聲波探測裝置進行而實現的。在此發明中，所述圖像最好由孔徑合成技術方法產生，以此方法所述圖像可以得到高空間清晰度。
在第二個方面，本發明提供超聲波成像裝置，它包括發射/接收超聲波的探測裝置；將所述探測裝置插入被檢體軟組織的裝置；沿預定軌道移動所述探測裝置的裝置；在所述移動裝置移動期間通過所述探測裝置發射/接收超聲波的裝置；及基於由所述發射/接收裝置獲得的接收信號產生圖像的裝置。
按照本發明，通過沿預定軌道一起移動所述探測裝置和周圍組織發射/接收超聲波，並且通過產生基於所述接收信號的圖像，可以通過由所述探測裝置沿之移動的軌道形成的超聲波發射/接收孔徑，獲得所述圖像。超過孔徑大小几倍遠距離的組織不被移動，而可獲得所述組織的圖像。這就意味著一種超聲波成像方法是以所述成像由插入所要探測位置附近被檢體組織的超聲波探測裝置進行而實現。在此發明中，所述圖像最好由孔徑合成技術方法產生，以此方法所述圖像可以得到高空間清晰度。
在第三個方面，本發明提供超聲波成像裝置，它包括發射/接收超聲波的探測裝置；能容納所述探測裝置和穿透被檢體的導管；在穿透的情況下將所述探測裝置放入所述導管末端或從所述導管末端取出及沿預定軌道移動所述探測裝置的操作裝置；在藉助所述操作裝置沿所述軌道移動期間通過所述探測裝置發射/接收超聲波的裝置；以及基於由所述發射/接收裝置獲得的接收信號產生圖像的方法。
按照本發明，通過沿預定軌道一起移動所述探測裝置和周圍組織發射/接收超聲波，並且通過藉助於孔徑合成技術、基於所述接收信號產生圖像，可以通過由所述探測裝置沿之移動的軌道形成的超聲波發射/接收孔徑，獲得所述圖像。超過孔徑大小几倍遠距離的組織不被移動，而可獲得所述組織的圖像。這就意味著一種超聲波成像裝置是以所述成像由插入所要探測位置附近被檢體組織的超聲波探測裝置進行而實現。在此發明中，所述圖像最好由孔徑合成技術方法產生，以此方法所述圖像可以得到高空間清晰度。
由以下對本發明的、如


的最佳實施例的描述，將明白本發明的其他目的和優點。
圖1為按照本發明一個實施例的裝置的方框圖。
圖2為說明正投影法、斷層照相法以及2維孔徑的概念的示意圖。
圖3為按照本發明另一實施例的裝置的方框圖。
圖4為說明1維孔徑和斷層照相法的概念的示意圖。
參照圖1，圖中示出超聲波成像裝置的框圖，它是本發明的一個實施例。裝置的配置代表按照本發明的裝置的一個實施例，而其操作代表按照本明的方法的一個實施例，它同樣用於本發明的其他實施例。
如圖1中所示，超聲波探頭10通過套針20被插入被檢體或目標OBJ內的軟組織TSH。所述套針20為具有穿透功能的中空管，而穿透使所述超聲濾探頭被插入所述被檢體OBJ。
穿透時，所述超聲波探頭10被拉入套針20中，而在到達所想探測位置時伸出套針20。另一方案，僅將所述套針20稍稍向所述被檢體外拉以致所述超聲波探頭10相對套針20突出。作為例子，所述超聲波探頭10直徑約為3毫米，而所述套針20的外徑約為5毫米。
伸出所述套針20外時，所述超聲波探頭10通常為曲柄狀。由於所述超聲波探頭10具有彈性，伸出後由彈性而恢復其曲柄狀。
所述超聲波探頭10在其末端表面備有超聲波振子11。所述超聲波振子11，例如，是由壓電材料製成的小片。所述超聲波探頭10在所述末端表面面向的方向發射超聲波，並且接收射到該末端表面的回聲。所述超聲波發射/接收的方向性是預定的，有足夠寬廣的範圍。例如，發射的所述超聲波的中心頻率預定為20MHz。
所述超聲波振子11可由多個超聲波振子元件的陣列組成，而不是由單片超聲波振子構成，最好利用相控陣列技術可按照需要來選擇發射/接收的方向。相比起來，單片超聲波振子在結構簡單方面是可取的。
所述超聲波探頭10可繞其包含在所述套針20中、作為旋轉軸的部分旋轉。此旋轉引起所述超聲波振子11沿圓形軌道OBT運動。例如，此圓形軌道OBT直徑約為10毫米。包括在所述圓形軌道OBT中的表面，給出由後述孔徑合成技術成生圖像的孔徑，且此孔徑等效於沿所述圓形軌道OBT有許多超聲波振子的環狀超聲波振子陣列的孔徑，因為所述超聲波發射/接收是由在沿所述圓形軌道OBT各自位置的超聲波振子11順序進行的。
由於所述超聲波探頭10被軟組織TSH包圍，而所述軟組織也隨超聲波探頭10一同運動，雖然探頭10被插入組織，它仍可旋轉。這就意味著利用插入組織的所述超聲波探頭10可進行機械掃描。只有超聲波探頭10附近的組織被移動，而一定距離，比如說，所述圓形軌道直徑3-4倍距離以外的組織就不被移動。
由上述超聲波探頭10進行的機械掃描和把探頭伸入及拉出套針20由傳動裝置30進行。所述傳動裝置30與所述超聲波探頭10機械連接，且為上述運動提供操作參數。
發射部分40產生驅動所述超聲波探頭10內超聲波振子的信號。所述驅動信號通過T/R(發射/接收)轉換部分50加到所述超聲波振子11。因而由所述超聲波振子發出超聲波。
所述發射的超聲波的回聲在超聲波振子11被接收，而回聲信號通過所述T/R轉換部分50被提供給接收分部60。所述接收部分60通過放大所述回聲信號，按照預定的電平把接收到的回聲信號構成RF(射頻)信號。
所述接收到的回聲信號被提供給正交檢波器70並作正交檢波。通過正交檢波把所述信號分成同相分量i和正交分量q。分量i和q在A/D(模擬-數字)轉換器(未示)後被變成數字數據，並儲存於存儲器80。此接收到的回聲數據因而作為複合數據儲存於存儲器80中。由於存有複合數據的振幅和相位信息，所以，在存儲器80中可獲得回聲的全息圖。
控制部分90向從傳動裝置30到存儲器80的元件提供控制信號，且控制上述操作，如由超聲波探頭10進行的機械掃描，超聲波發射/接收，所述接收到的回聲信號的正交檢波及全息圖的儲存。所述控制部分90也為正交檢波向所述正交檢波器70提供參考信號。
所述超聲波發射和回聲接收在分成128個位置的超聲波探頭10的圓形軌道OBT的各個位置進行，例如，代表接收到回聲信號的複合數據每次被儲存在存儲器80中。例如，在所述超聲波探頭10完成圓形軌道OBT時，在所述存儲器80中完成了128個回聲的全息圖。
圖像成生部分100利用所述存儲器80的的回聲全息圖藉助於孔徑合成技術重組代表所述回聲反射點、即所述被檢體OBJ的內部的分布的圖像。所述圖像成生產分100是按照本發明圖像成生方法的一個實施例。利用孔徑合成技術的方法、基於包括在所述超聲波探頭10的圓形軌道OBT內的等效的2維孔徑重組所述圖象。所述超聲波探頭10的掃描軌道不限於圓形，也可是任何所需的閉合軌道。在後一種情況下，等效的2維孔徑為包括在閉合軌道中的表面。
按照孔徑合成技術的圖像重組是通過所述全息圖數據與預定核心的卷積來進行的。
它通常表示為U(X,Y,Z)=H(X,Y,Z)*K(X,Y,Z)其中，U所述目標的圖像，H全息圖，以及K核心在運算方程(1)時，省略Z，或所述深度，提供正投影法，而省略Y，或所述高度，提供斷層照相法。圖2說明具有2維孔徑的正投影法ORT和斷層照相法TOM的概念。
被重組和成生的是代表從所述超聲波探頭10到圓形軌道OBT直徑3-4倍距離外位置範圍區域的圖像，即代表不被機械掃描移動的部分。所述重組的圖像在顯示部分110顯示為可視圖像。
本發明的另一實施例顯示於圖3，其與圖1中說明的相類似的元件以相同的標號代表，並且不進一步描述。在圖3中，例如，超聲波探頭10』的末端上下振蕩。振蕩由所述傳動裝置30操作。振蕩的結果是，所述超聲波探頭10』的末端表面沿一弧形軌道OBT』運動。雖然所述超聲波探頭10』附近的軟組織TSH與探頭10』一起運動，在所述軌道長度幾倍距離外的區域不被移動。
例如，所述超聲波發射/接收是在分成64個位置的所述弧形軌道OBT上的各個位置進行的。
超聲波是以具有很窄的方向性的超聲波束髮射/接收的。此超聲波束由凹片超聲波振子或相控陣列形成。在包絡檢測部分70』對所述接收回聲信號進行包絡檢測，並儲存於存儲器80中。所述回聲的A作用域數據被儲存在存儲器80中。所述超聲波探頭10』一次掃描一個扇區。此扇區所述回聲的A作用域數據，即在掃描扇形區域內音聲射線各點的回聲的強度數據被儲存。上述A作用域數據被用作2維象素數據由圖像形成裝置100產生所述扇形區的斷層照片，且所述斷層照片被顯示於所述顯示部分100。
由於此裝置由A作用域數據成生圖像，所以，所述圖像比按孔徑合成技術的方法由全息圖成生更容易獲得。
還有，圖3中顯示的裝置可用於由所述超聲波探頭10』進行寬廣方向超聲波的發射/接收，由對接收回聲信號正交檢波而獲得全息圖，且基於所述信號，利用孔徑合成技術的方法，生成圖像，產生比由A作用域數據生成的圖像有更高清晰度的圖像。在這種情況下，等效孔徑是1維的。圖4說明了1維孔徑APT1和斷層照相法TOM的概念。
不背離本發明的精神和範圍，本發明可有很多更廣範圍的不同實施例。顯然，本發明不限於本說明書中描述的特定實施例，除如所附權利要求書所定義的之外。
權利要求
1．一種超聲波成像方法，其特徵在於包括以下步驟將超聲波探測裝置插入被檢體的軟組織以發射/接收超聲波；沿預定軌道移動所述探測裝置發射/接收所述超聲波；及基於所述接收信號產生圖像。
2．一種超聲波成像裝置，其特徵在於包括發射/接收超波聲的探測裝置；將所述探測裝置插入被檢體軟組織的裝置；沿預定軌道移動所述探測裝置的裝置；在藉助所述移動裝置移動期間通過所述探測裝置發射/接收超聲波的裝置；及基於由所述發射/接收裝置獲得的接收信號產生圖像的裝置。
3．一種超聲波成像裝置，其特徵在於包括發射/接收超聲波的探測裝置；能容納所述探測裝置並且穿透被檢體的導管；在穿透的情況下將所述探測裝置放入所述導管或從所述導管取出並且沿預定軌道移動所述探測裝置的操作裝置；在藉助操作裝置沿所述軌道移動期間通過所述探測裝置發射/接收超聲波的裝置；以及基於由所述發射/接收裝置獲得的接收信號產生圖像的裝置。
全文摘要
本發明包括:探測裝置10;穿透被檢體的中空導管20;使所述探測裝置從所述導管末端伸出且沿預定軌道移動所述探測裝置的操作裝置30;在藉助操作裝置沿所述軌道移動期間發射/接收超聲波的裝置40—60;以及利用孔徑合成技術,基於所述接收到的回聲信號成生圖象的裝置100。
文檔編號A61B8/00GK1220135SQ9712609
公開日1999年6月23日 申請日期1997年12月17日 優先權日1997年12月17日
發明者竹內康人 申請人:通用電器橫河醫療系統株式會社