CN105026953B - 具有换能器阵列的成像装置及其制造方法和使用 - Google Patents

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Abstract

一种医学成像组件，该组件包括：具有在近端的连接器的细长导管；在导管远端上的换能器阵列；电性连接到换能器阵列并且与导管连接器电通信的导体；及控制单元，该控制单元能联接到导管以便经过导管连接器在控制单元与换能器阵列之间发送并接收电信号。控制单元具有处理器以便执行如下指令，包括：(1)从换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器和第二亚组的N个接收换能器，其中N>M；及(2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中，(a)命令第一亚组的M个发射换能器发射声音信号，并且(b)命令第二亚组的N个接收换能器接收相应的回波信号。

Description

具有换能器阵列的成像装置及其制造方法和使用
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35条119(e)款，本申请要求2013年2月28日提交的美国临时专利申请序列号61/770,733的权益，该临时专利申请的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及可插入患者的成像系统的领域以及制造和使用该成像系统的方法。本发明还涉及具有换能器阵列的导管和系统以及制造和使用该导管和系统的方法，包括在多个换能器处同时接收回波信号的操作方法。
背景技术
可插入患者中的超声装置已证明具有对多种疾病和病症的诊断能力。例如，血管内超声(IVUS)成像系统已被用作用于诊断阻塞血管的成像方式，并且提供信息以帮助执业医师选择并置入支架和其它器械以便恢复或增加血流量。IVUS成像系统已被用于诊断在血管内部特定位置的粥样斑块堆积。IVUS成像系统可以用于确定血管内梗阻或狭窄的存在、以及梗阻或狭窄的性质和程度。IVUS成像系统可以用于使由于如下原因而难以利用其它血管内成像技术(诸如血管造影术)可视化的血管系统的各段可视化，例如运动(例如，跳动的心脏)或者被一个或多个结构(例如，不希望进行成像的一条或多条血管)所阻碍。IVUS成像系统可以用于实时地(或几乎实时地)监视或评估正在进行中的血管内治疗，如血管造影术和支架置入。此外，IVUS成像系统可以用于监视一个或多个心室。
IVUS成像系统已被开发以提供用于使多种疾病或病症可视化的诊断工具。IVUS成像系统可以包括控制模块(具备脉冲发生器、图像处理器、和监视器)、导管、以及设置在该导管中的一个或多个换能器。可以将容纳换能器的导管定位在位于被成像区域(如血管壁或靠近血管壁的患者组织)的内部的或靠近被成像区域的内腔或体腔中。控制模块中的脉冲发生器产生电脉冲，这些电脉冲被传输至一个或多个换能器并被转换成声脉冲，这些声脉冲被传送经过患者组织。所传送声脉冲的反射脉冲被一个或多个换能器吸收，并且被转换成电脉冲。经转换的电脉冲被传输至图像处理器，并且被转变为可显示于监视器上的图像。在许多常规的IVUS成像系统中，导管中的换能器发生旋转以便获得全360°图像。将换能器设置在传动轴上，该传动轴联接到导管所附接的电动机。这种布置方式必然要求最小导管直径以确保换能器的自由和前后一致的的旋转。
发明内容
本发明的一个实施例是关于一种医学成像组件，该组件包括：具有近端、远端、纵向轴线、和设置在近端的连接器的细长导管；被布置在导管远端的换能器阵列，各换能器构造和布置成将所施加的电信号转换成声音信号、发射声音信号、接收相应的回波信号、将所接收的回波信号转换成电信号；电性连接到换能器阵列并且与导管的连接器电通信的多个导体；和控制单元，该控制单元可连接到导管并且构造和布置成经过导管的连接器在控制单元与换能器阵列之间发送并接收电信号。控制单元具有构造和布置成执行如下指令的处理器，包括(1)从换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器并且从换能器阵列中选择第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于换能器阵列中的换能器总数的整数并且N>M；和(2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中，(a)命令第一亚组的M个发射换能器发射声音信号；并且(b)命令第二亚组的N个接收换能器接收响应于发射的声音信号所产生的相应的回波信号。
另一个实施例是关于一种非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质具有用于对来自换能器阵列的信号进行处理的处理器可执行指令。处理器可执行指令当被安装到装置中时使该装置能够执行如下操作：包括(1)从换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器并且从换能器阵列中选择第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于换能器阵列中的换能器总数的整数并且N>M；和(2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中，(a)命令第一亚组的M个发射换能器发射声音信号；(b)命令第二亚组的N个接收换能器接收响应于发射的声音信号所产生的相应的回波信号；并且(c)将来自第二亚组的换能器的回波信号加以组合而给出组合信号。在时间t的第h个发射/接收周期的组合信号C(h,t)具有的形式，其中R(e,t)是用于第h个发射/接收周期的来自第二亚组的第e个换能器的回波信号，并且Hhe为非零系数，对系数Hhe进行选择以便通过经由N个组合信号的选择性加法和减法计算而将N个组合信号加以组合，可以使来自亚组的任一个换能器的N个发射/接收周期的接收的回波信号的复合信号恢复。
又一个实施例是关于一种医学成像组件，该组件包括：具有近端、远端、纵向轴线的、和设置在近端的连接器的细长导管；被布置在导管远端上的换能器阵列，各换能器构造和布置成将所施加的电信号转换成声音信号、发射声音信号、接收相应的回波信号、将所接收的回波信号转换成电信号；多个导体，这些导体电性连接到换能器阵列并且与导管的连接器电通信；和控制单元，该控制单元可联接到导管并且构造和布置成经过导管的连接器在控制单元与换能器阵列之间发送并接收电信号。该医学成像组件构造和布置成以至少30MHz的换能器中心频率进行操作。
附图说明
参照以下附图来描述本发明的非限制性和非详尽的实施例。在附图中，除非另有说明，在各种图中类似的附图标记是指类似的部件。
为了更好地理解本发明，现在将参考以下具体实施方式并且结合附图，在附图中：
图1是根据本发明的适合于插入患者的超声成像系统的一个实施例的示意图，该超声成像系统包括导管和控制模块。
图2是根据本发明的图1的导管的一个实施例的示意性侧视图。
图3是根据本发明的图1的导管的远端的一个实施例的示意性纵向剖视图，该远端具备设置在被限定在护套中的内腔中的成像芯。
图4是根据本发明的成像芯的一个实施例的示意性横向剖视图，该成像芯具备周向的换能器阵列元件。
图5是根据本发明的从换能器阵列获得信号的方法的一个实施例的流程图。
图6A和图6B是根据本发明的用于验证48个发射/接收周期中的48个换能器的系数的矩阵的两个实施例。
图7是根据本发明的用于将在换能器阵列处所接收的回波信号加以组合的电路的一个实施例的示意图。
图8是根据本发明的用于对换能器信号进行处理以获得图像的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及可插入患者的成像系统的领域以及制造和使用所述成像系统的方法。本发明还涉及具有换能器阵列的导管和系统以及制造和使用所述导管和系统的方法，所述方法包括在多个换能器处同时接收回波信号的操作方法。
合适的血管内超声(“IVUS”)系统和装置包括但不限于：被设置在构造和布置成用于经皮插入患者的导管的远端的换能器阵列。具有导管的IVUS成像系统的例子可参见例如美国专利7,246,959、7,306,561、和6,945,938；以及美国专利申请公开2006/0100522、2006/0106320、2006/0173350、2006/0253028、2007/0016054、和2007/0038111；所有这些专利文献的内容以引用的方式并入本文中。
图1示意性地示出了IVUS成像系统100的一个实施例。该IVUS成像系统100包括可联接到控制模块104的导管102。控制模块104可包括例如：处理器106、脉冲发生器108、及一个或多个显示器112。至少在一些实施例中，脉冲发生器108形成电脉冲，可将该电脉冲输入至设置在导管102中的换能器阵列(在图3中为312)。任选地，控制单元可包括驱动单元，该驱动单元是用于在扫描过程期间将导管或一部分导管回拉。
至少在一些实施例中，可将从换能器(在图3中为312)中发射出的电信号输入至处理器106进行处理。至少在一些实施例中，可以将来自换能器(在图3中为312)的经处理的电信号以一个或多个图像的形式显示于一个或多个显示器112上。例如，可以利用扫描转换器将扫描线样本(例如，径向扫描线样本，等)映射到二维笛卡尔网格(Cartesian grid)，以便将一个或多个图像显示于一个或多个显示器112上。也可利用处理器106来执行图5和图8中的流程图中所示的步骤或者这些步骤的任何部分。
至少在一些实施例中，也可利用处理器106来控制控制模块104的一个或多个的其它部件的运行。例如，可利用处理器106对从脉冲发生器108中所发射电脉冲的频率或持续时间、驱动单元将导管回拉的速率或长度、或者形成于一个或多个显示器112上的一个或多个图像的一个或多个性质中的至少一种进行控制。
图2是IVUS成像系统(在图1中为100)的导管102的一个实施例的示意性侧视图。导管102包括细长构件202和接口204(例如，连接器)。细长构件202包括近端206和远端208。在图2中，细长构件202的近端206联接到导管接口204，并且细长构件的远端208构造并布置成经皮插入患者。接口204可构造和布置成联接到控制模块(在图1中为104)。在一些实施例中，细长构件202与接口204形成为整体。在其它实施例中，单独地形成细长构件202和导管接口204，随后将它们组装到一起。
图3是导管102的细长构件202的远端208的一个实施例的示意性透视图。换能器阵列312被设置在细长构件202的轴310的端部，用于发射和接收声音信号。换能器阵列可以以任何合适的布置方式而设置，如图3中所示的细长换能器的周向阵列。换能器312可由能够将所施加的电脉冲转换成在换能器312表面上的压力畸变(反之亦然)的一种或多种已知材料所构成。合适材料的例子包括：压电陶瓷材料、压电复合材料、压电塑料、钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅、聚偏氟乙烯等。其它换能器技术包括：复合材料、单晶复合材料、以及半导体器件(例如，电容式微加工超声换能器(“cMUT”)、压电式微加工超声换能器(“pMUT”)，等)。
换能器312可以用于形成周围空间的径向截面图像。因此，例如当把换能器312设置在导管102上并插入患者的血管中时，可利用换能器312形成血管壁和血管周围组织的图像。因为在图示的实施例中换能器被设置在轴的整个圆周，所以无需换能器或轴发生旋转。
换能器312在不同的径向方向上发射声脉冲。当具有充分能量的所发射的声脉冲遇到一个或多个介质边界(如一个或多个组织边界)时，一部分的所发射的声脉冲以回波脉冲的形式被反射回发射换能器。在接收换能器中将要被检测的具有充分能量的到达换能器的各回波脉冲转换成电信号。经转换的电信号被发射至控制模块(在图1中为104)，其中处理器106至少部分地基于来自每个所发射声脉冲和所接收回波脉冲的一组信息对电信号特征进行处理以形成成像区的可显示图像。下面对这些信号的处理进行更详细的描述。
可以将换能器阵列312设置在导管102的表面周围以便可以形成多个图像，这些图像共同地形成在换能器312周围区域的一部分的径向截面图像，诸如感兴趣的血管壁和血管周围组织。任选地，可以将径向截面图像显示于一个或多个显示器112上(图1)。
换能器312的阵列可沿血管纵向地移动，在将导管102插入血管内部以便可沿血管的纵向长度而形成多个截面图像。在一些实施例中，导管102可以包括至少一个伸缩部，在换能器阵列312的回拉或插入期间可以将该伸缩部缩回或延伸。
在不同深度从换能器312中所生成图像的质量会受到一个或多个因素的影响，包括例如带宽、换能器焦距、波束图案、以及声脉冲的频率。来自换能器312的声脉冲的频率输出也会影响来自换能器312的声脉冲输出的穿透深度。一般来说，当降低声脉冲的频率时，声脉冲在患者组织内部的穿透深度增加。至少在一些实施例中，IVUS成像系统100是在5MHz至100MHz的频率范围内，例如在至少20、25、30、40或50MHz的频率下操纵。
一个或多个导体314将换能器312电性连接到控制模块104(参见例如图1)。一个或多个导体314沿轴310的纵向长度延伸。
可在远离所选择区域的所选择部分(如待成像的血管)的部位，将具有被安装在远端208的换能器阵列312的导管102经由可进入的血管(诸如股动脉、股静脉、或颈静脉)经皮地插入患者。然后，可使导管102经过患者的血管行进到所选择的成像部位，如所选择血管的一部分。
许多常规的血管内超声装置采用具有一个或多个换能器的成像芯，使所述换能器旋转以便在装置的整个圆周附接获得超声信号。这种装置要求使电动机和传动轴旋转从而使换能器旋转，这会增加费用和设计的机械故障的更大可能性。其它常规的血管内超声装置采用固定的换能器阵列。这些换能器经常是在一个时间其中一个进行操作，以避免换能器之间的串扰。
本发明的装置不要求换能器的旋转并且允许在相对较大数量的换能器处同时接收信号。这种装置的直径可小于旋转换能器的直径。例如，至少在一些实施例中，直径可以是不大于3、4、5、或6法国单位(1法国定位＝1/3mm)。而且，本文中所描述的装置可以无需使部件移动并且可以不要求导管的冲洗。
本发明的装置可在相对较高的频率下操作。例如，该装置可在至少30、40、45、或50MHz的频率下操作。带宽也可以是相对较大；例如，至少25％、30％、40％、45％、或50％。
如图3中所示，血管内超声装置包括换能器阵列。在操作期间，选择第一亚组的换能器来发射声音信号。该第一亚组的换能器可以被称为发射孔。至少在一些实施例中，第一亚组的换能器发射未聚焦的声音信号。
选择第二亚组的换能器来接收来自反射声音信号的周围材料(例如，血管)的回波信号。该第二亚组的换能器可以被称为接收孔。
至少在一些实施例中，第一亚组中的换能器的数量小于第二亚组中的换能器的数量。至少在一些实施例中，第一亚组中的换能器也是在第二亚组中。在部分的这些实施例中，第一亚组的换能器是以(或者几乎)以第二亚组的换能器为中心。
第一亚组中的换能器可以相互间隔(即，具有一个或多个介于中间的换能器，该换能器不是第一亚组的一部分)，但至少在一些实施例中第一亚组中的换能器位于相互靠近的位置并且可被布置成使得第一亚组中的各换能器紧邻一个(乳房换能器是在第一亚组的任一端)或两个第一亚组的其它换能器。
第二亚组中的换能器可以相互间隔(即，具有一个或多个介于中间的换能器，该换能器不是第二亚组的一部分)，但至少在一些实施例中第二亚组中的换能器位于相互靠近的位置并且可被布置成使得第二亚组中的各换能器紧邻一个(如果换能器是在第二亚组的任一侧)或两个的第二亚组的其它换能器。
第二亚组的每个换能器接收回波信号。利用用所选择系数乘的各接收的回波信号，将来自第二亚组的换能器的回波信号组合成组合信号。至少在一些实施例中，至少以与第二亚组中的换能器相同的次数重复发射/接收步骤，以获得一组组合信号。在各发射/接收周期期间单独地选择所述系数，如下面更详细的描述，以便可以通过选择性加法和减法计算而将该组组合信号进一步组合，以恢复用于第二亚组中的单独换能器的任一换能器的组合信号。然后，可以基于这些信号来确定在反射声音信号的周围材料的部分的图像。
一旦用于特定的第一亚组的换能器的步骤已经完成，那么可以选择新的第一亚组的发射换能器和新的第二亚组的接收换能器对周围组织(例如，血管)的不同部分进行成像。另外，在一些实施例中，换能器阵列可以随着在各位置所执行的成像步骤而沿物体(例如，血管)移动。本文中所描述的布置方式和方法可以改善在各换能器处顺序地发射/接收信号的装置中的信/噪比。
图4是具有周向换能器阵列420的导管408的远端的一个实施例的剖视图。至少在一些实施例中，各换能器是形成于半导体(或其它的合适的)衬底上的CMUT(或任何其它的合适类型)换能器。可将半导体衬底安装在柔性电路等上，并且半导体衬底/柔性电路可包括用于换能器操作的其它电子元件，诸如开关或电极。柔性电路或半导体衬底可以包括接触部位，该接触部位是用于附接沿成导管延伸到像芯的导体。
在如图4中所示的一些实施例中，将换能器设置在背衬材料430上(优选吸收声音的材料)。可以使用任何合适的声音吸收材料，包括例如可包含金属颗粒(如钛颗粒)的环氧树脂。至少在一些实施例中，导管408可包括导丝腔432，用于容纳导丝以便于导管在血管或被成像的其它结构中的输送和定位。
应当理解的是，成像芯可以包括任意数量换能器，包括例如8、10、12、16、20、24、30、32、40、48、50、64、75、96、100、128、144、200、或者任何其它数量的换能器。为了便于说明，图4中的阵列被图示为具有24个换能器，但应当理解的是许多阵列将具有显著地更多的换能器。也应当理解的是，可将这些换能器布置在一维阵列中，例如在导管圆周的周围。也应当理解的是，可将换能器布置在导管的整个圆周的周围或者仅一部分圆周的周围。在其它实施例中，导管可具有非圆形的截面(例如，截面形状为正方形、矩形、三角形、六角形、八角形、十边形、十二边形、椭圆形、或者任何其它规则或不规则的形状)，并且将换能器设置在导管的一个或多个表面上(在一些情况下，各表面)优选地设置在导管的周长或一部分周长的周围。
在一些实施例中，换能器可以是细长的，如图3中所示。作为一个例子，换能器的长度(沿导管的纵向方向)可以是在0.1至1mm的范围内，并且宽度(在导管圆周的周围)是在10至50μm的范围内。应当理解的是，也可以使用具有其它长度、宽度、或形状的换能器。
图5的流程图中提供利用具有换能器阵列的成像芯而获得信号的方法的一个实例。在步骤502中对第一亚组的M个发射换能器和第二亚组的N个接收换能器进行选择，其中M、N为等于或小于换能器阵列中的换能器总数的整数并且优选地N>M。至少在一些实施例中，N≥2M或N≥4M或N≥6M或N≥8M。作为一个例子，采用具有144个换能器的实施例，第一亚组包括八个相邻的换能器，第二亚组包括48个相邻的换能器，这些换能器包括第一亚组的换能器。
在步骤504中，第一亚组的换能器发射声音信号。声音信号与周围材料(例如，患者血管内组织)相互作用并且将一部分的声音信号反射或者改变方向回到第二亚组的换能器。在步骤506中，第二亚组的换能器各自接收回波信号。在步骤508中，利用被选择允许用于各单独换能器的组合信号的恢复(即，来自多个发射/接收周期的信号的组合(步骤504和506))的系数，将来自第二亚组的换能器的接收的回波信号加以组合而形成组合信号。步骤504-508是单个的发射/接收(TX/RX)周期。然后，重复步骤504-508直到至少获得N个组合信号(步骤510)，这意味着已执行了用于对第一和第二亚组的该选择的最后的发射/接收(TX/RX)周期。可以通过选择性加法和减法计算而进一步组合的这些N个组合信号使用于第二亚组中的各单独换能器的组合信号恢复。
在至少一个实施例，在时间t的第h个各发射/接收周期的组合信号C(h,t)具有的形式，其中R(e,t)是来自用于第h个发射/接收周期的第二亚组的第e个换能器的回波信号，Hhe为选自矩阵H的非零系数，至少在一些实施例中，Hhe为+1或-1。至少在一些实施例中，所有系数Hhe的组合形成哈达玛(Hadamard)矩阵。哈达玛矩阵是正方形矩阵，其元为+1或-1并且其列相互正交。
图6A和图6B示出了具有用于48个换能器和48个发射/接收周期的系数Hhe的不同选择的两个不同矩阵H(沿水平轴线的第二亚组中第e个接收换能器、和沿垂直轴线的第h个发射/接收周期)，从而允许用于各单独换能器的组合信号的恢复。在图6A和图6B中，白色的正方形可以对应于+1的系数，黑色的正方形可以对应于-1的系数(+1和-1的相反分配也将同样可行)。通过利用沿图6A或图6B中一行的系数施加到单独的换能器信号中，而生成各组合信号。图6A和图6B中的系数的选择允许通过对这些信号进行选择性加法和减法计算而将48个不同(图6A或图6B中的矩阵中各行的)组合信号加以组合，从而获得用于所选择第二亚组的任何单个接收换能器的组合信号，其中用于第e个换能器的组合信号其中是获得通过上述矩阵H的转置所获得的系数，C(h,t)是用于第h个发射/接收周期的组合的接收信号。
至少在一些实施例中，对单独的换能器组合信号进行处理以获得超声图像。至少在一些实施例中，可以将运动补偿应用于信号处理，以获得超声图像，如下面更详细的描述。至少在一些实施例中，各发射/接收周期可以采用例如15-20毫秒。因此，有48-50个发射/接收周期的一个第一亚组的换能器的总过程时间可以是例如1毫秒或以下。
一旦所有的用于所选择的第一亚组的换能器发射/接收周期已被执行并且如果在该部位的成像未完成(步骤512)，则可以选择不同的第一和第二亚组的换能器(步骤514)及为新的第一和第二亚组的换能器所执行的步骤504-510的发射/接收周期过程。可以选择新的第一和第二亚组的换能器，从而例如对在换能器阵列附近的材料(例如，血管)的不同区域进行成像。
可以选择任何新的第一和第二亚组的换能器。例如，参照图4中的布置方式，可以通过使1个(或2或4或8或任何其它数量)换能器顺时针或逆时针移动，而选择新的亚组。也可以采用用于选择新的第一和第二亚组的任何其它合适方法。作为一个例子，利用图4的布置方式，可以顺序地选择24个不同的第一亚组在图4中所示换能器的周向阵列附近形成360°成像。至少在一些实施例中，该过程可以以例如30、40、50或更多帧/秒的速率而执行，其中各帧对应于一个所选择的第一亚组。至少在一些实施例中，成像分辨率为至少200、100、或50微米。
一旦所有期望的第一和第二亚组的换能器已被选择并且发射/接收周期过程在成像芯的当前位置被执行，可任选地通过例如将导管(或使其向前移动)回拉到新位置而使换能器阵列移动(步骤516-518)并且新位置执行步骤502-514的过程。可以在任意数量的换能器阵列的新位置重复该过程，从而在各位置生成超声图像，可单独地或者相互组合地以“三维”图像的形式而看到该超声图像。
图7是示意性地说明利用选择性系数而执行来自换能器的回波信号的组合的电路的一个实施例的图示。在图7中，换能器712联接到单独的开关740，这些开关确定由该换能器所生成的回波信号将被发送至哪个组合器744的输入742a、742b。一个输入对应于正的系数，其它输入对应于负的系数。开关740是由处理器746单独地控制。可以将开关740、组合器744、处理器746、或者其任意组合(或者形成这些元件的部件的组合)并入相同的衬底作为换能器元件，在相同柔性电路上作为换能器元件，在相同导管或成像芯内部作为换能器元件，在控制单元中联接到导管、或者其任意组合。可将这些部件(例如，开关740、合并器744、或处理器746)的任意组合形成为一个或多个集成电路。例如，可将开关740并入相同的衬底中或者相同的柔性电路上作为换能器元件，并且可以将组合器和处理器并入控制单元中。应当理解的是，处理器也可命令用于选择各发射/接收周期的第一和第二亚组换能器的其它开关(未图示)的操作。
至少在一些实施例中，可以通过将一个或多个其它的发射/接收周期包括到为任何给定亚组的换能器所执行的周期中(例如，执行N+1或N+2或N+3个发射/接收周期，而不是N个周期)而提供运动补偿。可使用任意数量的其它发射/接收周期，包括1、2、3、4、6、8、10、12或更多的其它周期。
在一些实施例中，在这些其它的一个或多个发射/接收周期中，利用与以前发射/接收周期相同的系数而生成组合信号。例如，在这一系列周期结束时的发射/接收周期可以利用与第一发射/接收周期(或者任何其它发射/接收周期)相同的系数而产生组合信号。此外或可替代地，可在这一系列周期的中间(或者在这一系列周期中的任何其它位置)加入一个发射/接收周期，以便利用与第一发射/接收周期(或者任何其它发射/接收周期)的系数相同的系数而产生组合信号。可以确定在这些发射/接收周期之间的校正，并且将该校正用于对运动进行估计。
在其它实施例中，可以任何其它方式将换能器的其它发射/接收信号相加到一起或组合。在一些实施例中，可将两个或更多的连续发射/接收周期加以组合以改善信噪比。作为一个实例，将从接收换能器中接收的用于三个发射/接收周期的运动检测信号加以组合。以规则的时间间隔Δp(例如，每10、15、20、25、28、30、35、或40个发射/接收周期)获得运动检测信号。可以确定这些运动检测信号之间的相关性，并且将该相关性用于估计在Δp期间的运动。
作为一个实例，Rmc(e,t)是来自用于在时间t的运动校正发射/接收周期的第二亚组第e个换能器的回波信号，Rmc(e,t+Δp)是来自用于在时间t+Δp的运动校正发射/接收周期第二亚组的第e个换能器的回波信号。可以利用以下方程式来估计运动校正：
其中λ0为换能器中心频率，νr为运动速度。可以利用在时间t和t+Δp的所接收回波信号之间的互相关性来固定运动速度νr。然后，可以将运动速度用于修改换能器回波信号，以适应发射/接收周期期间的运动。应认识到的是，运动补偿发射/接收周期可将所有的第一亚组的换能器或者仅部分(即，一个或多个)的这些换能器用于传输信号。另外，在运动补偿发射/接收周期中可将所有的第二亚组的换能器或者仅部分(即，一个或多个)的这些换能器用于接收相应的回波信号。
图8示出了一种提供运动补偿的方法。在步骤802中，以如上所述的方式获得用于换能器亚组的组合信号，包括利用相同的系数而获得至少两个周期(例如，第一个和最后的周期)的组合信号。在步骤804中，利用来自使用相同系数的两个或更多个发射/接收周期的组合信号来确定运动补偿。可以通过例如确定这两个或更多个周期之间的相关性，而确定运动补偿。然后，在步骤806中，将运动补偿施加到用于单独换能器的组合信号或复合信号。在步骤808中，利用运动补偿的信号生成图像。
因为将相同的系数用于获得组合信号，所以可以将从这两个或更多个发射/接收周期中所获得组合信号之间的相关性用于估计装置与被成像物体之间的相对运动，尤其是轴向运动。如果信号被高度地校正，那么相对运动较小；通常，信号之间的相关性越低，相对运动就越大。可以将校正的程度用于估计运动并且用于校正为各换能器所确定的信号从而更准确地将这些信号分配至被成像物体的相应部分。将多于一个的其它发射/接收周期用于运动校正，假设这些周期在一系列周期中相互间隔，可以经常地提供更精细程度的运动校正。
应当理解的是，上述的流程图的各方框、和流程图中各方框的组合、以及利用成像芯获得1的系统和方法的任意部分、成像的方法、及本文中所公开的任何其它系统和方法均可以通过计算机程序指令而实施。可将这些程序指令提供给处理器以制造机器，使得在处理器中所执行的指令成为用于执行流程图方框中指定的操作或者为本文中所公开的系统和方法所描述的操作的手段。可由处理器执行这些计算机程序指令从而导致处理器执行一系列的操作步骤从而产生计算机执行的步骤。计算机程序指令也可导致至少部分的操作步骤被并行地执行。而且，部分的步骤也可在多于一个的处理器中执行。另外，在不背离本发明的范围和精神的前提下，一个或多个步骤也可与其它步骤同时地执行，或者甚至以与所说明顺序不同的顺序执行。
可以将计算机程序指令存储于任何合适的计算机可读介质(包括任何非暂时性计算机可读介质)中，包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或其它存储技术、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其它光存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它此存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以由计算装置进行访问的任何其它介质。
以上的说明书、实例和数据提供对本发明组合物的制造和使用的描述。因为可以在不背离本发明的精神和范围的前提下完成本发明的许多实施例，所以本发明存在于所附权利要求中。

Claims (14)

1.一种医学成像组件，包括：
细长导管，所述细长导管具有近端、远端、纵向轴线、和设置在所述近端的连接器；
换能器阵列，所述换能器阵列被布置在所述导管的远端上，各换能器构造和布置成将所施加的电信号转换成声音信号、发射所述声音信号、接收相应的回波信号、以及将所接收的回波信号转换成电信号，其中所述换能器阵列被周向地布置在所述导管的整个圆周上；
多个导体，所述导体电性连接到所述换能器阵列并且与所述导管的所述连接器电通信；和
控制单元，所述控制单元能联接到所述导管并且构造和布置成经过所述导管的所述连接器在所述控制单元与所述换能器阵列之间发送并接收电信号，所述控制单元包括构造和布置成执行指令的处理器，所述指令包括：
(1)从所述换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器并且从所述换能器阵列中选择第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于在所述换能器阵列中的换能器总数的整数并且N>M；及
(2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中，
(a)命令所述第一亚组的M个发射换能器发射声音信号；并且
(b)命令所述第二亚组的N个接收换能器接收响应于所述发射的声音信号所产生的相应的回波信号；
其中，所述医学成像组件被配置和设置以使所述换能器阵列中的每一换能器可用作：i)M个发射换能器中的一个，ii)N个接收换能器中的一个，或iii)既作为M个发射换能器中的一个也作为N个接收换能器中的一个。
2.根据权利要求1所述的医学成像组件，其中所述指令还包括将来自所述第二亚组的换能器的所述回波信号加以组合而给出组合信号，其中在时间t的第h个发射/接收周期的所述组合信号C(h,t)具有的形式，其中R(e,t)是第h个发射/接收周期的来自所述第二亚组的第e个换能器的回波信号，并且Hhe为非零系数，其中对所述系数Hhe进行选择，从而通过经由所述N个组合信号的选择性加法和减法计算而将N个所述组合信号加以组合，能够使来自所述亚组的任一个换能器的N个发射/接收周期的接收的回波信号的复合信号恢复。
3.根据权利要求2所述的医学成像组件，其中各Hhe是选自+1或-1。
4.根据权利要求2所述的医学成像组件，其中所述指令还包括利用所述组合信号生成超声图像。
5.根据权利要求2所述的医学成像组件，其中所述至少N个发射/接收周期包括至少N+1个发射/接收周期，并且其中，在所述至少N+1个发射/接收周期的至少两个发射/接收周期的每个周期中，所述指令还包括对所述至少两个发射/接收周期采用相同的系数Hhe将用于该发射/接收周期的所述回波信号加以组合而给出所述组合信号。
6.根据权利要求5所述的医学成像组件，其中所述指令还包括，利用对所述至少两个发射/接收周期采用相同的系数Hhe将所述回波信号加以组合而生成的所述至少两个发射/接收周期的组合信号，来确定运动补偿。
7.根据权利要求5所述的医学成像组件，其中所述至少两个发射/接收周期包括所述至少N+1个发射/接收周期中的第一个周期和所述至少N+1个发射/接收周期中的最后一个周期。
8.根据权利要求1所述的医学成像组件，其中所述指令还包括执行用于多个不同的第二亚组的N个换能器的每个换能器的指令(1)和(2)，其中N小于所述换能器阵列中的换能器的总数。
9.根据权利要求1所述的医学成像组件，其中N≥2M。
10.一种具有处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述处理器可执行指令用于对来自换能器阵列的信号进行处理，当被安装到装置中时所述处理器可执行指令使所述装置能够执行如下操作，包括：
(1)从所述换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器并且从所述换能器阵列中选择第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于所述换能器阵列中的换能器总数的整数并且N>M；及
(2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中，
(a)命令所述第一亚组的M个发射换能器发射声音信号；
(b)命令所述第二亚组的N个接收换能器接收响应于所述发射的声音信号所产生的相应的回波信号；并且
(c)将来自所述第二亚组的换能器的所述回波信号加以组合而给出组合信号，其中在时间t的用于第h个发射/接收周期的所述组合信号C(h,t)具有的形式，其中R(e,t)是来自所述第h个发射/接收周期的所述第二亚组的第e个换能器的回波信号，并且Hhe为非零系数，其中对所述系数Hhe进行选择，以便通过经由所述N个组合信号的选择性加法和减法计算而将N个所述组合信号加以组合，能够使来自所述第二亚组的所述换能器的任一个换能器的N个发射/接收周期的接收的回波信号的复合信号恢复。
11.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令还包括利用所述组合信号生成超声图像。
12.根据权利要求10所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述至少N个发射/接收周期包括至少N+1个发射/接收周期，并且其中，在所述至少N+1个发射/接收周期的至少两个发射/接收周期的每个周期中，所述指令还包括对所述至少两个发射/接收周期采用相同的系数Hhe将所述发射/接收周期的所述回波信号加以组合而给出所述组合信号。
13.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令还包括利用在所述至少两个发射/接收周期之间采用相同的系数cij将所述回波信号组合而生成的所述至少两个发射/接收周期的所述组合信号，来确定运动补偿。
14.根据权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令还包括执行用于多个不同亚组的N个换能器的每个换能器的指令(1)和(2)，其中N小于所述换能器阵列中的换能器的总数。
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