CN1471643A - 回波描记系统以及用于该系统的声探测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回波描记系统，包括回波描记仪(4)，该回波描记仪与声探测器(1)相连，该声探测器(1)包括至少一个天线，该天线包括多个声传感器，从而使它能够对工作体积进行声处理，要检查的组织位于或布置于该工作体积中。该系统有探测器，该探测器包括至少一个合成处理天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排将沿通常为平面的表面移动。

Description

回波描记系统以及用于该系统的声探测器

本发明涉及一种回波描记系统，尤其是，该回波描记系统将用于医疗成像目的。本发明还涉及一种将装备该系统的声探测器。

众所周知，回波描记系统通常用于显现构成人体器官的组织，并用于检查目的，尤其是用于进行实时检查。

这些系统采用装有一个或多个天线的声探测器，该天线由声传感器组成，从而能够对限定工作体积内进行声扫描，将进行回波描记的组织位于或装于该限定工作体积内。该天线用于发射超声波探查信号和/或接收由该探查信号所表示的组织反射的信号。目前的趋势是生产这样的探测器，该探测器的天线包括大量的传感器，该传感器有狭窄发射束，以便能获得相对较大尺寸的目标的精确图像。不过，当传感器的预计数目非常大时，使得探测器的传感器与使用该探测器的回波描记系统连接的尺寸和成本都变得不能接受。现在，可以生成具有例如2500个传感器的探测器，这些传感器布置成50×50的矩阵。

因此，本发明提出了一种回波描记系统，该回波描记系统能够获得很高的图像精度，同时探测器的天线声传感器的连线数目明显低于上述系统。本发明能够在相应探测器和回波描记仪之间安装连线，该回波描记仪有很高性能，并在技术上可接受，因此它可以制成为相对紧凑形式，并以合理成本生产。

声探测器包括至少一个天线，该天线包括多个声传感器，从而使它能够对工作体积进行声扫描，要检查的组织位于或布置于该工作体积中。回波描记仪可编程，以便在由至少某些传感器预先发出声信号后对通过传感器获取的、由组织反射的声信号进行处理，以便将这些获取的信号组合成信道，并从中抽取用户可以利用的回波描记图像。

根据本发明的主要特征，该系统装备有声探测器，该声探测器包括至少一个天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，从而使它能够对工作体积进行声扫描，要检查的组织位于或布置于该工作体积中。在回波描记过程中和在天线处理过程中，该天线将沿合成类型的表面的至少一个方向移动。

根据本发明的一个实施例，探测器包括至少一个天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排在平面内或沿弯曲表面进行机械移动。

根据本发明的变化实施例，该探测器包括至少一个天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排在平面内或沿弯曲表面进行人工移动。

根据本发明的特殊实施例，该探测器包括至少一个天线，该天线将在膜上滑动，该膜作为对于要回波描记的组织的声波界面。

根据本发明的实施例，关于探测器天线的位置的指示通过驱动机构获得。

根据一种变化实施例，关于探测器天线的位置的指示通过至少一个用于测量的装置来获得，该测量装置独立于使探测器天线移动的装置。

根据另一变化实施例，关于探测器天线的位置的指示在通过回波描记仪进行编程处理时由通过组织反射的声信号而计算获得，该反射的声信号在回波描记过程中由传感器获取。

根据一个特殊实施例，探测器的传感器布置在三个天线上，每个天线包括至少一个传感器排，并布置成H形，中心天线用于发射和接收，以便发射和获取声信号，回波描记图像从该声信号中抽取，侧部天线用于进行接收，以便获取信号，关于由这三个天线形成的H组件的位置的指示从该信号中抽取。

本发明还提供了一种声探测器，用于确定有前述特征的回波描记系统。

根据本发明的另一特征，探测器包括：合成天线，该合成天线包括在表面排列成一列或多列的声传感器，以及对多路复用器进行寻址的系统，该系统能够在发射或/和在接收时对传感器部分进行选择连接，以便通过多路复用器的选择寻址而实现该部分的明显移动。

在下面结合附图的说明中将介绍本发明的特征和优点。附图中：

图1表示了已知回波描记系统的示意图。

图2表示了第一类型的已知探测器天线的视图，其中有一排传感器。

图3表示了第二类型的已知探测器天线的视图，其中有多排传感器。

图4表示了关于天线的线性位移的示意图。

图5表示了可以利用本发明的探测器天线进行扫描的原理图，该探测器天线在工作过程中线性移动，以便获得回波描记图像。

图6表示了本发明的回波描记系统的探测器布局的第一实施例的原理图。

图7表示了本发明的回波描记系统的探测器布局的第二实施例的原理图。

图8表示了线性天线的一个传感器的传输模式的原理图。

图9表示了具有多个天线的探测器的一个实施例的视图。

在图1中示意表示的回波描记系统通常包括回波描记探测器1，该回波描记探测器1包括多个传感器，这些传感器确定了天线，并将能够对限定工作体积内进行声扫描，要进行回波描记的组织位于或置于该限定工作体积中。探测器1以后面将介绍的方式进行布置，以便能够对位于组织范围内的目标物进行探查，且该目标物将以由传感器确定的方式表示。该传感器用于向目标物发射超声波范围内的声信号，还用于回收由目标物反射后的信号。

为此，探测器1与回波描记仪4相连，该回波描记仪4包括发射器级5，在该发射器级5中产生激励信号，该激励信号送向探测器的传感器。该传送在时钟电路6的脉冲作用下根据确定顺序以确定周期进行，该时钟电路6以普通方式与该发射器级相连，这里未示出。人机界面7的例如键盘或面板型控制装置使得用户能够根据他的要求而对回波描记仪的各个构成元件起作用，还可以对探测器起作用。

在发射相，激励信号以脉冲系列的形式通过分离器级而从发射器级5传送给探测器的至少一个天线的传感器，接收器级9也与该分离器级相连。这些激励信号在探测器天线的传感器附近转变成超声波脉冲信号。分离器级8可以防止激励信号遮蔽(blinding)接收器级9。由传感器在接收相拾取的反射超声波信号通过接收器级进行估计，在该接收器级中，这些反射超声波信号以在接收信道中组合在一起的方式进行组织。进行组合的方式确定为随用户可进行的选择而变化，尤其是用于聚焦目的。信号处理级10可以将由接收器级提供的信号转变成用户可以应用的信号，例如转变成回波描记图像，该回波描记图像可以表示在显示屏11上。众所周知，回波描记仪的操作通过可编程的管理单元进行控制，管理单元可以在一定程度上与处理级合并在一起。该操作暂时由时钟电路6结合可编程管理单元来进行控制。

图2表示了1D型声探测器，该声探测器包括天线2，该天线2由一排超声波传感器12组成。排列的传感器的数目可以较大，例如一排包括128个传感器。

根据本发明，根据需要使该1D探测器天线以预定速度在表面上移动，该表面为普通平面或曲面。通过利用可能对排列的传感器12的选择驱动，利用探测器天线的移动来对工作体积进行声扫描。可以获得在两维上有相当清晰度的图像，因为通过在发射时和在接收时使天线运动，可以认为传感器布置在整个表面上，因此可以综合利用它们。

在瞬时t1和在探测器天线运动路线上的位置E1处发射的信号在时间t1+τ和位置R1处接收，如图4所示。

在瞬时t1+T和在位置E2处发射的信号在时间t1+T+τ’和在位置R2处进行接收，τ’与τ不同。在给定频率下，在位置R1和R2处的接收之间的延迟时间τ’-τ的变化引起相位变化。该相位变化是长度E2-E1的固定接收天线的两个传感器之间的相位变化的两倍。由相同信号获得的拾取信号的记录使得在由传输天线的图形确定的区域内能够对由确定的源点引起的信号进行重新定相处理。

对于结合图2所述的探测器，假设该探测器的天线2由128个半波分离传感器构成，因此总长度等于64λ，当探测器天线移动32λ时，所获得的图像对应于由表面区域等于64λ×64λ的平面探测器天线提供的图像。

还可以以具有天线2’的探测器来代替具有前述线性天线2的探测器，该天线2’包括多排传感器，如图3中示意所示。该天线2’由多排构成，每排包括一定数目的传感器12’，一排与另一排的数目可以不同。每排传感器的数目例如可以等于探测器2的传感器的所述数目，每个传感器由系统的可编程管理单元单独控制，该传感器通过优选是共用的线连接例如17或17n而与该管理单元相连。

该类型天线的线性移动由图5中示意表示，图中，天线的四个连续位置P1至P4以参考标号2”表示。还表示了由各个天线位置可以获得的示例射束，这里，假设各个射束定向成朝着所关心的中心区域Z。

通过驱动具有合适地延迟的信号的传感器，同样有可能在传送时改变天线的图案，以便将射束集中到需探查空间的特定区域。同样可以例如通过在检测方向内设定零点，在接收时改变天线的图案，以便改善图案。

天线2”将以预定速度进行移动，且实际条件与前面结合天线2所述类似。这可以很容易地获得由操作人员从检查组织中选定区域的、具有相当清晰度的图像。重要的是能够在移动过程中准确定位探测器的天线，不管该天线为线性(例如2)还是多线性(例如2’)。该定位可以只是相对的，这时，可以准确知道探测器天线在进行移动的过程中的给定瞬时相对于它在移动开始时的初始出发位置的位置。例如，当所用的频率为大约5MHz时，可以考虑精度为大约3/100mm。

当探测器天线通过精确可靠的系统移动时，可以知道具有所需精度的探测器天线位置，该精确可靠的系统可以是机械系统，例如为由一个或多个步进马达驱动的系统。然后可以通过驱动机构而获得关于探测器天线的位置的指示。

本发明还考虑，还可以通过独立于天线移动装置的一个或多个测量装置来精确知道探测器天线的位置，该测量装置例如加速表类型。

图6中表示了具有线性天线的探测器示例，该天线可机械移动。其中，假设驱动机构使得能够以高于λ/8的精度来知道探测器天线的位置，即对于以0.3mm波长工作的探测器天线，精度实际为0.03mm。假设该探测器以5MHz工作，并包括长度为19.2mm的一排，该探测器天线包括128个传感器12”，这些传感器12”间开λ/2，其宽度实际上等于λ。探测器天线可以在未示出的机构的作用下通过在相对刚性膜13上进行滑动而平行于且自身移动，该膜13在框架14上伸展。例如，探测器天线的移动限制为厘米级的长度。该膜作为关于要检查的组织的声波界面，这里假设要检查的组织在该膜的下面。探测器的传感器可以通过柔性连线15而合适连接到回波描记仪上。线性天线在平面内有近似等于0.9°或1/64弧度的方向性最大值，因此，这相当于在20cm距离处的清晰度为3mm，在4cm处的清晰度为0.525mm。它有在另一平面内的30°方向性，从而导致在另一平面内获得的声扫描区域，它在4cm范围时为2cm，在2cm范围时为10cm。

当天线包括多排传感器时可以获得大得多的方向性，该天线可以以多种方式在空间中使用，因为更容易设置。而且，这样能增加信噪比。

上述线性天线在1cm距离上的移动等价于获得方向性在两个方向为1/64弧度的合成天线，因此，这相当于4096的天线增益和在4cm处的0.6×0.6分辨单元尺寸，即0.36mm²的分辨单元尺寸。

还可以考虑形成具有合成处理天线的探测器，该探测器包括线性或多线性的天线，这些天线的空间位置利用测量装置而获得，该测量装置独立于天线移动驱动系统，且它不是普通的测量装置。在回波描记系统的探测器天线由用户人工进行移动的情况下尤其考虑这样。

将用于该情况的示例探测器如图7中示意表示，该探测器的天线包括三个线性天线AL，这三个线性天线AL布置成H形，并分别包括相同数目的传感器12。例如，各个线性天线AL以与结合图2和5所述的线性天线相同的方式构成。假设它们有相同的特征。还假设由探测器的三个线性天线形成的H组件能够通过在膜13上滑动而在较短距离上移动，该膜13安装在框架14上，要检查的组织布置在该膜下面。如前所述，探测器的传感器可以通过柔性连线而与回波描记仪合适连接。构成中心天线AL并位于两个侧部天线之间的一排传感器用于以与天线2的一排传感器12”相同的方式进行显影。两个侧部天线AL用于测量探测器天线的运动。当探测器天线移动时，该测量值意味着位于要检查的组织附近的回波固定或可以认为固定，这样，可以保证接收信号的一致，因此可以获得良好图像清晰度和良好精度的定位测量。

对于线性天线2，例如对应于前述中心元件AL的线性天线，可以获得特殊形状的信道V形式，例如对在图8所示的两个连续位置p1、p2的第一天线位置p1的给定传感器所述。这些信道V、V’、V”有在平面P中的很大细长度，该平面P沿天线2的传感器排，并垂直于由这些传感器确定的平面。它们还在其它方向有较大宽度，如在每个位置p1和p2中的一个信道所示，这两个位置p1和p2假设为天线通过平动连续到达的位置。

当假设通过用于显影的中心天线AL形成大约100信道，且发射循环周期为大约250μs时，对于20cm范围，需要使包括三个线性天线AL的组件的移动速度不超过100×250＝25ms每0.15mm。因此，对应于速度6mm/s，当进行移动超过2cm时将进行扫描稍微超过3秒。这时，如上所述，当考虑的范围为4cm时，需要使用于形成回波的组织元件的移动并不超过0.6mm，这对应于箱的侧面距离。

不管线性天线的移动方式如何(人工或机械)，前面所述的线性天线也将考虑上述限制。

当1D或1.5D类型的探测器天线的移动通过机械实现，并以充分确定的方式进行时，因此认为完全知道探测器天线在移动过程中的任何瞬时的位置，在处理之前必须进行的操作只是将反射信号储存在存储器中，以便能随后构成合成信道。

当天线的移动并不在上述条件下进行时，例如因为人工进行运动时，也可以精确知道探测器天线的位置。当探测器天线形成天线组件的一部分时，这种情况是有安装成H形的三个线性天线AL的类型，这已经在前面介绍。由三个H形天线构成的组件的移动测量通过只用于接收的两个横向天线来进行，并通过在这些天线的传感器上进行的相关测量来进行，从一个循环到另一个循环。采用位于中心天线端部的两个横向天线可以增加对由三个天线构成的组件进行旋转测量时的精度。

无论情况怎样，当接收信号记录在存储器中时，可以在天线的移动过程中进行声扫描的整个空间内形成信道。所获得的结果相当于2D探测器可以获得的结果，众所周知，2D探测器包括根据大尺寸矩阵发散的大量传感器。如前所述，回收信号的处理通过重新定相进行，该信号由预定的源点产生，该预定源点在由探测器天线的图形确定的区域内，就象通常在卫星或飞机的地面镜像雷达领域中所进行的那样。通过测量天线传感器之间从一次发射到另一次发射的相互关系来进行运动估算。

当天线为2D类型时也使用本发明，假设对于图9中所示的探测器天线2””，扫描不是通过机械装置进行，而是通过位于该探测器内部的多路复用器16。实际上，这可以减少在天线传感器和回波描记系统其余部分之间的连线17、…17n的数目。

根据所需连接的数目和类型，可以利用具有包括单排传感器的1D类型天线(例如2’)的探测器来进行扫描，或者利用多线性类型的一个天线来进行扫描，同时有利于减少在探测器和系统之间的连接电缆的数目。

因此，在本结构中，通过简单改变多路复用器的寻址法则、用于发射或接收的天线大部分移动速度，可以以对于成像过程和多普勒处理优选的方式来进行变化。

Claims (8)

1.一种回波描记系统，包括回波描记仪(4)，该回波描记仪与声探测器(1)相连，该声探测器(1)包括至少一个天线，该天线包括多个声传感器(12)，从而使它能够对工作体积进行声扫描，要检查的组织位于或布置于该工作体积中，回波描记仪可编程，以便在由至少某些传感器预先发出声信号后对通过传感器获取的、由组织反射的声信号进行处理，以便将这些获取的信号组合成信道，并从中抽取用户可以利用的回波描记图像，所述系统的特征在于：它包括具有合成处理天线类型的探测器，该探测器有天线(2或2’)，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排将沿表面的至少一个方向移动。

2.根据权利要求1所述的回波描记系统，其中：该探测器包括至少一个天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排在平面内或沿弯曲表面进行机械移动。

3.根据权利要求1所述的回波描记系统，其中：该探测器包括至少一个天线，该天线包括一个或多个刚性连接的传感器排，在回波描记过程中，该传感器排将在平面内或沿弯曲表面进行人工移动。

4.根据权利要求2和3中任意一个所述的回波描记系统，其中：该探测器包括至少一个天线，该天线将在膜(13)上滑动，该膜作为对于要回波描记的组织的声波界面。

5.根据权利要求2、4中任意一个所述的回波描记系统，其特征在于：它包括驱动机构，该驱动机构提供关于探测器天线的位置的指示。

6.根据权利要求2、3或4中任意一个所述的回波描记系统，其特征在于：它包括用于测量的装置，该测量装置独立于驱动装置，其中，关于探测器天线的位置的指示通过至少一个用于测量的装置来获得，该测量装置独立于使探测器天线移动的装置。

7.根据权利要求1至4中任意一个所述的回波描记系统，其特征在于：该回波描记仪包括在回波描记仪中在进行编程处理时由通过组织反射的声信号而对关于探测器天线的位置的指示进行计算的装置，该反射的声信号在回波描记过程中由传感器获取。

8.根据权利要求7所述的回波描记系统，其中：探测器的传感器布置在三个天线上，每个天线包括至少一个传感器排(AL)，并布置成H形，中心天线用于发射和接收，以便发射和获取声信号，回波描记图像从该声信号中抽取，侧部天线用于进行接收，以便获取信号，关于由这三个天线形成的H组件的位置的指示从该信号中抽取。

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