CN114630621A - 用于定位超声贴片的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于将超声贴片定位在受试者的表面上的方法和装置(300)。该装置包括第一固定单元(210)和第二固定单元(310)，它们适于分别在第一位置和第二位置处被固定到受试者的表面，且在它们之间具有受试者的暴露表面的空间。该装置还包括用于在固定单元之间的空间内定位在受试者的暴露表面上的保持单元(260)，保持单元适于接收超声贴片。保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置能够相对于第一固定单元和第二固定单元调整。

Description

用于定位超声贴片的系统和方法

技术领域

本发明涉及超声成像领域，尤其涉及超声成像贴片领域。

背景技术

通常，超声装置是由超声专家操作以捕获所需图像的探头。这些探头对于诊断非常有用，但对于比如血管通路、CTO穿通、AV瘘管和膝下(BTK)治疗的手术期间的监测和可视化则不太有用。其主要原因是成像必须以免手持的方式来执行，以允许临床医生执行手术。

为此目的已经设计了许多不同的超声贴片，然而，尽管它们解决了免手持式成像的问题，但仍然存在各种问题。例如，当前的超声贴片无法提供以下方式：校正在治疗/监测期间在受试者的放置和移动中的贴片小错位；在长期监测时间段内创建稳定的图像；和处理用于对不同深度处的血管成像的焦深变化。

在将超声探头固定到受试者的表面期间，可能会有小的移动。此外，在治疗期间，由于在插入装置时对皮肤的操作以及受试者的移动，皮肤将相对于血管移动。两者都会导致低准确度的最终图像，甚至可能需要更换贴片。

此外，需要被成像的血管经常在皮肤下的深度上有变化。一些血管紧接地位于皮肤下，而在其他区域，血管在皮肤的表面以下50毫米或更多。这需要不同的焦深，这在使用单个标准探头的情况下目前是不可能的。为此目的，目前临床医生有时使用填充有US凝胶的手套，然而，这种使用相当麻烦。

因此，需要一种更可靠的定位方式和超声探头，尤其是超声贴片，其位于受试者的表面处。

文献US 2010/0168577公开了一种用于从患者获取超声生成的数据的装置，其包括固定系统和被配置成用于连接到固定系统的探头。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的装置，该装置包括：

第一固定单元，其中第一固定单元适于在第一位置处被固定到受试者的表面；

第二固定单元，其中第二固定单元适于在不同于第一位置的第二位置处被固定到受试者的表面，且在第一位置和第二位置之间具有受试者的暴露表面的空间；

用于在所述空间内定位在受试者的暴露表面上的保持单元，其中保持单元适于接收超声贴片；且

其中，保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，从而将保持单元固定到受试者的暴露表面附近，并且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的。

该装置提供了一种免手持式超声成像的方式，其中超声换能器的位置可以通过用户手动调整的方式或通过使用机械调整机构的自动调整的方式来调整，以在超声图像已经初始地固定到受试者之后微调所捕获的图像。

以这种方式，可以调整超声探头的位置，以补偿在放置或受试者移动中的误差，而不需要完全重新定位探头和保持单元。

通过提供适于在两个不同的位置被固定到受试者的两个单独的固定单元，且在两个固定单元之间具有受试者的表面的暴露部分以接收保持单元，固定单元可以被定位成接收任何合适尺寸的保持单元。此外，由于固定单元被定位于保持单元的任一侧，因此没有夹持压力直接施加于保持单元或超声贴片(该夹持压力可能导致贴片和成像区域的失真)，从而提高贴片在与该装置一起使用时的成像准确度。

在一实施例中，保持单元的位置能够通过以下一项或多项来调整：

平移调整；和

旋转调整。

以这种方式，可以以任何需要的方式来调整探头的位置。探头的位置可以在与受试者的表面相切的平面内，或在与受试者的表面相切的平面内调整。

在一实施例中，该装置还包括永久固定单元，其适于将保持单元固定到受试者的表面，使得保持单元的位置不能被改变。

以这种方式，当找到正确的位置时，可以将保持单元(以及超声探头)固定在适当的位置以用于长期成像。

在一实施例中，该装置包括临时手柄，其适于可移除地联到保持单元。

以这种方式，可以提供手柄以改善放置和调整的准确度，且在由受试者佩戴时不需要手柄以保留装置的一部分。

在另一实施例中，临时手柄通过磁体被联接到保持单元。

在一实施例中，保持单元包括适于调整超声换能器与受试者的表面之间的距离的支托部分。

以这种方式，通过换能器可以对不同的焦深进行成像。

在另一实施例中，该装置还包括具有换能器阵列的超声贴片，且支托部分具有与受试者的表面相邻的孔窗，并且孔窗包括具有第一宽度的第一部分和位于第一部分的任一侧的具有第二宽度的第二部分，其中第一宽度小于第二宽度，且该孔窗被配置成使得在使用中换能器阵列与孔窗对齐。

在另一实施例中，支托部分包括适于在超声换能器和受试者的表面之间通过声学耦合的支托材料。以这种方式，可以改善声学耦合。

在另一实施例中，支托材料包括水凝胶材料。

以这种方式，声学耦合可以保持并持续长的成像时间段。

在一实施例中，第一固定单元和第二固定单元各自包括：

粘合剂贴片，其适于顺应于和粘附到受试者的表面；和

接收单元，其包括适于接收保持单元的凹入部分；且

其中，保持单元包括适于由接收单元接收的突出部分。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的装置，该装置包括：

第一固定单元，其中第一固定单元适于在第一位置处被固定到受试者的表面；

第二固定单元，其中第二固定单元适于在不同于第一位置的第二位置处被固定到受试者的表面，且在它们之间具有受试者的暴露表面的空间；

用于在所述空间内定位在所述受试者的暴露表面上的保持单元，其中超声贴片与保持单元一体地形成；且

其中，保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，并且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的方法，该方法包括：

在第一位置处将第一固定单元固定到受试者的表面；

在不同于第一位置的第二位置处将第二固定单元固定到受试者的表面，且在第一位置和第二位置之间具有受试者的暴露表面的空间；

在所述空间内将适于保持超声贴片的保持单元定位在受试者的暴露表面上；

在受试者的表面处将适于保持超声换能器的保持单元联接到第一固定单元和第二固定单元，从而将保持单元固定到受试者的暴露表面附近；和

调整保持单元相对于第一固定单元和/或第二固定单元的位置。

在一实施例中，调整保持单元的位置包括以下一项或多项：

执行平移调整；和

执行旋转调整。

在一实施例中，保持单元包括支托部分，其适于调整超声贴片与受试者的表面之间的距离，并且调整保持单元的位置还包括给支托部分提供支托材料，支托材料适于在超声贴片和受试者的表面之间提供声学耦合。

在一实施例中，该方法还包括在调整保持单元的位置之后将保持单元固定到受试者的表面。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种超声贴片，其包括：

第一阵列组，其包括具有第一取向的初级换能器阵列；和

第二阵列组，其包括至少两个次级换能器阵列，其中每个次级换能器阵列具有与第一取向不同的取向，

其中第二阵列组被布置成使得至少两个次级换能器阵列被设置于初级换能器阵列的任一侧。

超声贴片提供了一种捕获多个图像流的方式，每个图像流可适于不同的目的。换言之，超声贴片可在单个单元内提供多功能图像捕获的方式，这意味着超声贴片不需要在逐个功能的基础上进行交换。因此，超声贴片提供了更有效的工作流程。

在一实施例中，至少两个次级换能器阵列具有相同的取向。

在另一实施例中，至少两个次级换能器阵列垂直于初级换能器阵列。

以这种方式，可以在被设置在初级垂直平面的任一侧的两个平面中捕获超声数据，从而提供在初级成像平面的任一侧的横截面视图。

在一实施例中，至少两个次级换能器阵列具有不同的取向。

在一实施例中，第一阵列组包括多个初级换能器阵列。

以这种方式，可以在第一取向上捕获多个视图，而无需重新定位超声贴片。

在一实施例中，第一阵列组适于捕获初步超声数据，以用于定位超声贴片。

在一实施例中，第二阵列组适于捕获初步超声数据，以用于定位超声贴片。

以这种方式，可以基于进入的超声数据来调整保持单元的位置，而不需要一次性激活所有的阵列组。

在一实施例中，初级换能器阵列和至少两个次级换能器阵列包括CMUT。

在一实施例中，超声探头包括倒装芯片连接。

以这种方式，超声换能器阵列的元件可以直接接合到超声探头的PCB或柔性电路，从而减少换能器元件之间的空间量和改善换能器阵列的覆盖。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声探头定位在受试者的表面处的系统，该系统包括：

如上所述的超声贴片；和

用于将超声贴片定位在受试者的表面上的装置，该装置包括：

第一固定单元，其中第一固定单元适于在第一位置处被固定到受试者的表面；

第二固定单元，其中第二固定单元适于在不同于第一位置的第二位置处被固定到受试者的表面；

保持单元，其中保持单元适于接收超声贴片；且

其中，保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，并且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的。

该装置提供了一种免手持式超声成像的方式，其中超声贴片的位置可以被调整，以在超声图像已经初始地固定到受试者之后微调所捕获的图像。

以这种方式，可以调整超声贴片的位置，以补偿在放置或受试者移动中的误差，且不需要完全重新定位探头和保持单元。

在一实施例中，该装置还包括用于调整超声贴片与受试者的表面之间的距离的支托部分。

以这种方式，可以改变该装置的焦深的位置，而不需要改变超声贴片。应注意的是，探头的实际焦深并没有改变，而是使用支托部分改变了焦点在受试者体内的位置。

在一实施例中，支托部分具有与受试者的表面相邻的孔窗，并且如果支托部分具有低于给定值的厚度，则孔窗包括与初级换能器阵列对齐的第一部分，以及与至少两个次级换能器阵列对齐的第二部分。

以这种方式，孔窗可以与换能器阵列对齐，以允许超声波到达受试者，但不会降低支托部分的稳定性。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的方法，该方法包括：

将超声贴片提供给保持单元，其中超声贴片包括：

第一阵列组，其包括具有第一取向的初级换能器阵列；和

第二阵列组，其包括至少两个次级换能器阵列，其中每个次级换能器阵列具有与第一取向不同的取向，

其中第二阵列组被布置成使得至少两个次级换能器阵列被设置于初级换能器阵列的任一侧，

在第一位置处将第一固定单元固定到受试者的表面；

在不同于第一位置的第二位置处将第二固定单元固定到受试者的表面；

在受试者的表面处将保持单元联接到第一固定单元和第二固定单元；和

调整保持单元关于第一固定单元和第二固定单元的位置。

在一实施例中，该方法还包括：

从第一阵列组获得初步超声数据；和

基于初步超声数据，调整保持单元关于第一固定单元和第二固定单元的位置。

在一实施例中，该方法还包括：

从第二阵列组获得初步超声数据；和

基于初步超声数据，调整保持单元关于第一固定单元和第二固定单元的位置。

以这种方式，可以基于进入的超声数据来调整保持单元的位置，而不需要一次性激活所有的阵列组。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声探头定位在受试者的表面上的装置，该装置包括：

第一固定单元，其中第一固定单元适于在第一位置处被固定到受试者的表面；

第二固定单元，其中第二固定单元适于在不同于第一位置的第二位置处被固定到受试者的表面；

保持单元，其中保持单元适于接收超声探头；且

其中，保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，并且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的。

根据本发明的一方面的示例，提供了一种用于将超声探头定位在受试者的表面上的方法，该方法包括：

在第一位置处将第一固定单元固定到受试者的表面；

在不同于第一位置的第二位置处将第二固定单元固定到受试者的表面；

在受试者的表面处将适于保持超声换能器的保持单元联接到第一固定单元和第二固定单元；和

调整保持单元关于第一固定单元和/或第二固定单元的位置。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例中变得明显并得到阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出它可以如何实施，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1示出了用于解释一般操作的超声诊断成像系统；

图2A示出了用于将超声探头定位在受试者的表面上的装置；

图2B示出了图2A的装置，其中保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元；

图3示出了图2A和2B的装置的示例性实施方式200；

图4示出了在被施加于受试者的手臂时的图3的装置的示例；

图5A示出了在被施加于受试者的表面时的装置的横截面视图；

图5B示出了具有支托部分的图5A的装置；

图6示出了包括临时手柄的装置的示例；

图7示出了本发明的方法；

图8示出了超声波贴片的示例；

图9示出了当容纳在图5B的装置内时的图8的超声贴片；

图10示出了超声波贴片的另一示例；和

图11示出了超声贴片的多个另外的示例。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应理解的是，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但仅用于例示说明的目的而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将从以下描述、所附权利要求和附图中得到更好的理解。应理解的是，这些附图仅是示意性的，且没有按比例绘制。还应理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

本发明提供一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的装置。该系统包括第一固定单元和第二固定单元，其适于分别在第一位置和第二位置处被固定到受试者的表面，且在它们之间具有受试者的暴露表面的空间。该系统还包括用于在固定单元之间的空间内定位在受试者的暴露表面上的保持单元，该保持单元适于接收超声贴片。

保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接，且当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的。

本发明的另一方面提供了一种超声贴片，其包括第一阵列组和第二阵列组，第一阵列组包括具有第一取向的初级换能器阵列，第二阵列组包括至少两个次级换能器阵列，其中每个次级换能器阵列具有与第一取向不同的取向。第二阵列组被布置成使得至少两个次级换能器阵列被设置于初级换能器阵列的任一侧。

首先将参考图1来描述示例性超声系统2的一般操作。

该系统包括阵列换能器探头4，其具有用于传送超声波和接收回波信息的换能器阵列6。换能器阵列6可包括：CMUT换能器；压电换能器，由例如PZT或PVDF的材料制成；或任何其他合适的换能器技术。在该示例中，换能器阵列6是由能够扫描关注区域的2D平面或三维体积的换能器8形成的二维阵列。在另一示例中，换能器阵列可以是一维阵列。

换能器阵列6联接到控制换能器元件接收信号的微波束形成器12。如美国专利5,997,479(Savord等人)、6,013,032(Savord)和6,623,432(Powers等人)中所述，微波束形成器能够对由换能器的子阵列(通常被称为“组”或“片(patch)”)接收的信号进行至少部分波束成形。

应注意的是，微波束形成器是完全可选的。此外，该系统包括传送/接收(T/R)开关16，微波束形成器12可以联接到该开关，并且该开关在传送模式和接收模式之间切换阵列，并在不使用微波束形成器且换能器阵列由主系统波束形成器直接操作的情况下，保护主波束形成器20免受高能传送信号的影响。来自换能器阵列6的超声波束的传送由换能器控制器18引导，该换能器控制器通过T/R开关16和主传送波束形成器(未示出)联接到微波束形成器，该主传送波束形成器可以接收来自用户对用户界面或控制面板38的操作的输入。控制器18可以包括被布置成在传送模式期间驱动阵列6的换能器元件(直接地或者经由微波束形成器)的传送电路。

在典型的逐行(line-by-line)成像序列中，探头内的波束形成系统可以如下操作。在传送期间，波束形成器(根据实施方式，其可以是微波束形成器或主系统波束形成器)激活换能器阵列或换能器阵列的子孔径。子孔径可以是由换能器形成的一维的行(line)或较大阵列内的由换能器形成的二维的片。在传送模式中，由阵列或阵列的子孔径产生的超声波束的聚焦和转向如下所述被控制。

在接收到来自受试者的反向散射回波信号后，接收到的信号经历接收波束成形(如下所述)，以便对齐所接收到的信号，并且在使用子孔径的情况下，然后将子孔径平移例如一个换能器元件。然后激活平移的子孔径并且重复该过程，直到已经激活了换能器阵列的所有换能器元件。

对于每一行(或子孔径)来说，用于形成最终的超声图像的相关联的行的所接收到的总信号将是在接收期间由给定子孔径的换能器元件测量到的电压信号的总和。在下面的波束成形过程之后，所得到的行信号通常被称为射频(RF)数据。然后，由各子孔径生成的每一行信号(RF数据集)经过附加的处理以生成最终的超声图像的行。行信号的振幅随时间的变化将有助于超声图像的亮度随深度的变化，其中高振幅峰值将对应于最终图像中的亮像素(或像素集合)。出现在行信号的开头附近的峰将表示来自浅层结构的回波，而在行信号中随后逐渐出现的峰将表示来自受试者体内的深度增加的结构的回波。

由换能器控制器18控制的功能之一是波束被转向和聚焦的方向。波束可以被转向成从换能器阵列直接向前(正交于换能器阵列)，或者被转向成处于不同的角度，以获得更宽的视场。可以根据换能器元件的致动时间来控制传送波束的转向和聚焦。

在一般的超声数据获取中可以区分两种方法：平面波成像和“转向波束”成像。这两种方法通过在传送(“转向波束”成像)和/或接收模式(平面波成像和“转向波束”成像)中存在波束成形而加以区分。

首先看聚焦功能，通过同时激活所有的换能器元件，换能器阵列产生平面波，当平面波穿过受试者行进时平面波发散。在这种情况下，超声波的波束保持未聚焦。通过给换能器的激活引入位置相关的时间延迟，可以使波束的波前会聚在预期的点处，该点被称为焦点区域。焦点区域被定义为侧向波束宽度小于传送波束的宽度的一半的点。以这种方式，最终超声图像的侧向分辨率得到改善。

例如，如果时间延迟导致换能器元件以串联的方式激活，从最外面的元件开始且在换能器阵列的中心元件处结束，则将在与探头相距给定距离的位置处形成焦点区域，与中心元件成一直线。焦点区域与探头的距离将根据后续的每轮换能器元件激活之间的时间延迟而变化。在波束通过焦点区域后，波束将开始发散，从而形成远场成像区域。应注意的是，对于被设置成靠近换能器阵列的焦点区域，超声波束将在远场中快速发散，从而导致在最终图像中产生波束宽度伪影。通常，由于超声波束中的较大重叠，被设置于换能器阵列和焦点区域之间的近场显示较少的细节。因此，改变焦点区域的位置可导致最终图像质量的显著变化。

应注意的是，在传送模式中，除非超声图像被划分为多个焦点区域(每个焦点区域可以具有不同的传送焦点)，否则仅可限定一个焦点。

另外，在接收到来自受试者体内的回波信号时，可以执行与上述过程相反的过程，以便执行接收聚焦。换言之，进入的信号可以由换能器元件接收，并在被传递到系统中以进行信号处理之前经历电子时间延迟。这其中最简单的示例被称为延迟求和波束成形(dealy-and-sum beamforming)。可以根据时间动态地调整换能器阵列的接收聚焦。

现在来看波束转向的功能，通过对换能器元件的时间延迟的正确施加，可以在超声波束离开换能器阵列时在超声波束上赋予预期的角度。例如，通过激活位于换能器阵列的第一侧的换能器，随后按顺序激活其余的换能器，最后在阵列的相对侧处结束，波束的波前将朝向第二侧成角度。相对于换能器阵列的法线的转向角的大小取决于后续的换能器元件激活之间的时间延迟的大小。

此外，可以聚焦转向的波束，其中施加到每个换能器元件的总时间延迟是聚焦时间延迟和转向时间延迟两者的和。在这种情况下，换能器阵列被称为相控阵列。

在CMUT换能器的情况下，其需要DC偏置电压以用于其激活，换能器控制器18可以被联接以控制用于换能器阵列的DC偏置控制器45。DC偏置控制器45设定被施加到CMUT换能器元件的DC偏置电压。

对于换能器阵列的每个换能器元件来说，通常被称为信道数据的模拟超声信号通过接收信道进入系统。在接收信道中，由微波束形成器12从信道数据产生部分波束成形的信号，然后将其传递到主接收波束形成器20，在此来自单个片的换能器的部分波束成形的信号被组合成完全波束成形的信号，其被称为射频(RF)数据。在每个阶段执行的波束成形可以如上所述执行，或者可以包括附加功能。例如，主波束形成器20可以具有128个信道，每个信道接收来自由数十或数百个换能器元件形成的片的部分波束成形的信号。以这种方式，由换能器阵列的数千个换能器接收的信号可以有效地促成单个波束成形的信号。

波束成形的接收信号被耦合到信号处理器22。信号处理器22可以以各种方式处理接收到的回波信号，例如：带通滤波；抽取；I和Q分量分离；谐波信号分离，其用于分离线性信号和非线性信号，以便能够识别从组织和微泡返回的非线性(基频的高次谐波)回波信号。信号处理器还可以执行额外的信号增强，例如散斑减少、信号复合和噪声消除。信号处理器中的带通滤波器可以是跟踪滤波器，随着从逐渐增加的深度接收回波信号，其通带从较高频带滑动到较低频带，从而拒绝来自较大深度的较高频率的噪声，这些噪声通常缺乏解剖学信息。

用于传送的波束形成器和用于接收的波束形成器在不同的硬件中实现并且可以具有不同的功能。当然，接收波束形成器被设计成考虑了传送波束形成器的特性。在图1中，为简单起见，仅示出了接收波束形成器12、20。在完整的系统中，还会有带有传送微波束形成器和主传送波束形成器的传送链。

微波束形成器12的功能是提供信号的初始组合，以减少模拟信号路径的数量。这通常在模拟域中执行。

最终的波束成形是在主波束形成器20中完成的，且通常在数字化之后。

传送和接收信道使用具有固定频带的相同换能器阵列6。然而，传送脉冲占用的带宽可根据所使用的传送波束成形而变化。接收信道可以捕获整个换能器带宽(其是经典方法)，或者通过使用带通处理，它可以仅提取包含预期信息的带宽(例如，主谐波的谐波)。

然后RF信号可以被耦合到B模式(即，亮度模式或2D成像模式)处理器26和多普勒处理器28。B模式处理器26对接收到的超声信号执行振幅检测，以对身体内的结构(诸如器官组织和血管)进行成像。在逐行成像的情况下，每一行(波束)都由相关联的RF信号来表示，其振幅用于生成被分配给B模式图像中的像素的亮度值。图像内的像素的确切位置由沿RF信号的相关联的振幅测量的位置和RF信号的行(波束)编号来确定。这种结构的B模式图像可以以谐波或基本图像模式或两者的组合来形成，如美国专利6,283,919(Roundhill等人)和6,458,083(Jago等人)中所描述的。多普勒处理器28处理由组织运动和血流引起的时间上不同的信号，以用于检测移动的物质，例如图像场中的血细胞的流动。多普勒处理器28通常包括壁式滤波器，其参数被设定为使从体内的选定类型的物质返回的回波通过或拒绝。

由B模式处理器和多普勒处理器产生的结构信号和运动信号被耦合到扫描转换器32和多平面重新格式化器44。扫描转换器32将回波信号布置成空间关系，回波信号根据该空间关系被以预期的图像格式接收。换言之，扫描转换器用于将RF数据从圆柱坐标系转换为适合在图像显示器40上显示超声图像的笛卡尔坐标系。在B模式成像的情况下，处于给定坐标处的像素的亮度与从该位置接收到的RF信号的振幅成比例。例如，扫描转换器可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式，或金字塔形三维(3D)图像。扫描转换器可以用与图像场中的各点处的运动相对应的颜色来覆盖B模式结构图像，其中利用多普勒估计速度来产生给定的颜色。组合的B模式结构图像和彩色多普勒图像绘示出结构图像场内的组织和血流的运动。多平面重格式化器将从身体的体积区域内的公共平面中的各点接收的回波转换成该平面的超声图像，如美国专利6,443,896(Detmer)中所描述的。体积呈现器42将3D数据集的回波信号转换为从给定参考点观看的投影3D图像，如美国专利6,530,885(Entrekin等人)中所描述的。

2D或3D图像被从扫描转换器32、多平面重新格式化器44和体积呈现器42耦合到图像处理器30，以进一步增强、缓冲和临时存储，以便在图像显示器40上显示。成像处理器可适于从最终的超声图像中去除某些成像伪影，例如：声学阴影，例如由强衰减器或折射引起的；后部增强，例如由弱衰减器引起的；混响伪影，例如高反射性组织界面被设置成紧密靠近；等等。此外，图像处理器可适于处理某些散斑减少功能，以改善最终的超声图像的对比度。

除了用于成像之外，由多普勒处理器28产生的血流值和由B模式处理器26产生的组织结构信息被耦合到量化处理器34。除了比如器官大小和胎龄的结构测量值外，量化处理器产生不同流动状态的测量值，例如血流的体积率。量化处理器可以接收来自用户控制面板38的输入，例如图像的解剖结构中的待进行测量的点。

来自量化处理器的输出数据被耦合到图形处理器36，以用于在显示器40上与图像一起再现测量图形和值，并用于从显示装置40输出音频。图形处理器36还可以生成图形叠加，以与超声图像一起显示。这些图形叠加可包含标准识别信息，例如患者姓名、图像的日期和时间、成像参数等。出于这些目的，图形处理器接收来自用户界面38的输入，例如患者姓名。用户界面还被联接到传送控制器18，以控制来自换能器阵列6的超声信号的产生，并因此控制由换能器阵列和超声系统产生的图像。控制器18的传送控制功能只是被执行的功能中的一个。控制器18还考虑了在接收器模拟到数字转换器中的操作模式(由用户给出)以及相应的所需的传送器配置和带通配置。控制器18可以是具有固定状态的状态机。

用户界面还被联接到多平面重新格式化器44，以用于选择和控制多个被多平面重新格式化(MPR)的图像的平面，这些图像可用于在MPR图像的图像场中执行量化的测量。

图2A示出了用于将超声探头110(例如超声贴片)定位在受试者的表面上的装置100。该超声探头110可被布置成以与上面关于阵列换能器探头4所描述的类似方式与超声系统2一起操作。

该装置包括第一固定单元120和第二固定单元130，它们适于分别在第一位置和第二位置处被固定到受试者的表面。第一固定单元和第二固定单元被固定到受试者的表面，且在它们之间具有受试者的暴露表面的空间。第一固定单元和第二固定单元可以通过任何合适的方式被固定到受试者的表面。下面参考图3进一步讨论一些此类合适的方式的示例。

该装置还包括适于接收超声探头的保持单元140。保持单元适于在第一固定单元和第二固定单元之间的空间内被定位在受试者的暴露表面上。换句话说，保持单元在超声扫描期间将超声探头保持在适当的位置。应注意的是，超声探头110可以与保持单元一体地形成。

保持单元适于在受试者的表面处与第一固定单元和第二固定单元联接150。

图2B示出了图2A的装置，其中保持单元140被联接到第一固定单元120和第二固定单元130。

当保持单元被联接到第一固定单元和第二固定单元时，保持单元的位置相对于第一固定单元和第二固定单元是能够调整的，如箭头所示。

根据保持单元以及第一固定单元和第二固定单元的实施方式，可以通过平移调整或旋转调整来调整保持单元的位置。

该装置提供了一种用于在探头初始放置之后微调超声探头的位置的方式，以生成最可行的图像，且对临床医生的强制最小。换言之，在保持单元已经被联接到第一固定单元和第二固定单元(它们将保持单元固定在受试者的表面附近)之后，可以稍微调整超声探头的位置。因此，用户不需要执行将超声换能器保持在受试者的表面处和微调换能器的位置这两种操作。

因此，该装置提供了由超声换能器捕获的图像质量和准确度的提高。

保持单元与第一固定单元和第二固定单元之间的联接可以提供，例如在将保持单元放置在受试者的表面处之后，保持单元的位置的3-5mm的微调。根据超声探头的应用，保持单元的位置的微调可以大于5mm。例如，保持单元可以在受试者的手臂处接收超声换能器，并将其保持在皮肤的表面处，同时该装置在联接之后仍然提供3-5mm的一些移动。

通过仅操纵保持单元的一侧，例如左侧或右侧，可以执行旋转调整。结合平移调整，该装置提供调整以校正皮肤相对于被成像的血管/多个血管的任何给定的错位或移动。

此外，可以在进行中的测量或监测期间容易地调整该装置，以快速和简单的方式重新优化图像。在调整后，用户可以以免手持的方式继续使用超声系统。

该装置组合了可重复使用的超声模块、超声换能器和带有微调机构的一次性保持单元。该装置的部件可以是模块化的，每个单元根据给定的应用进行调整。使用这种模块化的方法，可以调整该装置以满足特定应用的需求，但超声模块可以被制造成可普遍适用于保持单元。换言之，保持单元可以以适于不同情况的多种形式提供，同时仍然能够接收相同的超声模块。

图3示出了图2A和图2B的装置的示例性实施方式200。

图3中所示的示例包括第一固定单元210的分解视图，第一固定单元包括适于顺应于和粘附到受试者的表面的粘合剂贴片220和包括适于接收保持单元260的突出部分250的凹入部分240的接收单元230。接收单元可以是刚性的或柔性的。本领域技术人员应理解，本文中所有图示的保持单元(例如140、260)可以适于具有被布置成被放入接收单元中的突出部分。

图3中所示的示例仅提供将固定单元固定到受试者的表面的一种可能方式和将保持单元联接到第一固定单元和第二固定单元的一种可能方式的一种组合。

例如，第一固定单元和第二固定单元可以通过以下中的一项或多项固定到受试者的表面：上面参考图3所描述的粘合剂贴片；环绕受试者的条带，其中该条带将与保持单元联接的装置保持在受试者的表面的第一位置或第二位置处；吸盘，其适于通过吸力使其自身保持抵靠受试者的表面；环绕受试者的松紧带等。

此外，保持单元与第一固定单元和第二固定单元之间的联接可以通过以下中的一项或多项来实现：上面参考图3所描述的突出部分和接收部分；形成在固定单元上的突出部分和形成在保持单元上的接收部分；形成在固定单元或保持单元上的多个突出部分，和形成在保持单元或固定单元上的多个接收部分；磁性联接；按钮和孔布置结构；压配合布置结构等。

上述的任何固定方式可以与上述的任何联接方式配合使用。

图4示出了图3的装置的示例300，其中示出了当被施加于受试者320的手臂时的第二固定单元310。

该装置还可以包括永久固定单元，其适于将保持单元固定到受试者的表面，使得保持单元的位置不能被改变。

永久固定单元可以是将保持单元附接到受试者的表面以使得保持单元不相对于受试者的表面移动的任何装置。固定单元可以在半永久的基础上例如通过微孔胶带或石膏，或者在永久的基础上例如通过需要溶剂移除的粘合剂，将保持单元附接到受试者的表面。

例如，对于经历长期监测的受试者，可能需要具有随后通过粘性石膏获得的更好的固定。在初始放置和微调保持单元的位置后，可以施加第二粘性石膏以将超声贴片牢固地固定到皮肤上。在这种情况下，该装置可能在皮肤上保留数天。仅超声波贴片的一部分可被粘性石膏覆盖，或者整个超声贴片可以被粘性石膏覆盖以完全密封该区域。

图5A示出了在被施加于受试者的表面420时的装置410的横截面视图400。在图5A所示的示例中，该装置被用于对位于皮肤的表面下方10-80mm之间或更大的深度处的血管430进行成像。

图5B示出了在被施加于受试者的表面420时的装置410的横截面视图440。在图5B所示的示例中，该装置被用于对位于皮肤的表面下方小于10mm的深度处的血管435进行成像。

图5B还示出了该装置包括适于调整超声换能器与受试者的表面之间的距离的支托部分450。

超声探头可包括用于将超声信号的波束聚焦在单个点处的超声透镜，例如，在电子超声波束转向或聚焦不可行的应用中，例如用于2D成像的1D换能器阵列。

支托部分提供了一种用于改变超声探头的焦深的位置的方法，当将探头保持在受试者的表面处以便对靠近表面的关注区域进行成像时，根据探头本身的透镜，该焦深通常位于距超声探头10至45mm的位置处，否则关注区域将不处于聚点中。换言之，支托部分和支托材料可用于补偿超声探头和透镜组合的固定焦点，并提供一种改变在受试者的身体内的被感知的焦点的方式。

换句话说，该装置可以与各种支托部分组合，以便根据保持单元的位置生成各种焦深，而无需改变超声图像生成装置。使用高度在0mm和15mm之间变化的专用支托部分，可以使超声设备的当前焦深根据当前成像应用而变化。应注意的是，可以使用任意高度的支托部分，例如可以使用高度大于15mm的支托部分。

例如，当对诸如图5A中所示的血管430的浅血管成像时，可以将保持单元直接施加到受试者的表面420，以将超声波的焦点放置在血管深度430处。诸如声学凝胶的支托材料可以放置在保持单元和受试者的表面之间。

作为进一步的示例，当对处于皮肤水平的血管进行成像时，例如图5B中所示的血管435，该装置可以包括厚度高达15mm的支托部分450，以将超声波聚焦在皮肤水平处。支托部分可以包括支托材料460，例如声学耦合材料。支托材料可以是能够在保持单元内的超声探头和受试者的表面之间提供声学耦合的任何材料。

除了改变超声探头的焦点的深度之外，支托部分和支托材料可用于执行平移调整以微调超声探头的高度，即超声探头和受试者的表面之间的距离。此外，支托部分和支托材料可用于执行超声探头相对于受试者的表面的旋转调整。

在某些情况下，需要长期监测。在延长时间段的监测期间，一些基于液体的支托材料可能变干，从而导致成像失真的区域。因此，可提供水凝胶材料作为支托部分内的支托材料，以便减轻随时间变化的干化效果，从而在更长的时间段内提供准确的图像，例如长达数天。

换句话说，支托部分和支托材料可以在不干扰超声信号的情况下提供超声探头的高度的偏移。各种商用材料可用作支托材料。在一示例中，支托材料可以是被保持在合适容器中的标准的超声凝胶。支托材料还可以允许该装置在初始施加后的移动。换言之，支托材料可以在上述的微调调整期间帮助保持单元的移动。

支托部分为该装置的模块化特性提供了附加的方面，它可以采用包含所有电子部件(例如超声换能器)的单个可重复使用的模块和几个一次性的保持单元以及都利用如上所述的内置的微调机构来改变焦深(0-15mm)的支托部分。

下面参考图9进一步详细说明支托部分。

图6示出了包括临时手柄510的装置500的示例，该临时手柄适于可移除地联接到保持单元520。临时手柄与保持单元的临时联接可以通过设置于临时手柄上的磁体和设置于保持单元上的对应磁体来实现。

临时手柄可用于促进保持单元在受试者的皮肤上的放置。以这种方式，保持单元的初始放置可能更准确，而且微调调整的准确度可能提高。

图7示出了用于将超声探头定位在受试者的表面上的方法600。在图6中所示的示例中，超声探头被定位在接近待成像的关注区域(例如血管)605的表面上。

在步骤610中，第一固定单元615在第一位置处被固定到受试者的表面。

在步骤620中，第二固定单元625在不同于第一位置的第二位置处被固定到受试者的表面。

在步骤630中，适于保持超声换能器的保持单元635在受试者的表面处被联接到第一固定单元和第二固定单元。

在步骤640中，保持单元的位置经历关于第一固定单元和/或第二固定单元的调整645，以使保持单元与诸如待成像的血管的关注区域成一直线。本发明的固定单元的布置结构为用户提供了诊断超声探头共有的使换能器到处移动以优化图像获取质量的灵活性。

在步骤650中，在保持单元的位置调整之后，通过永久固定单元655将保持单元固定到受试者的表面。一旦已经识别出最佳位置，该步骤允许用户固定换能器相对于关注区域的位置。

替代性地，第一固定单元和第二固定单元可以先附加到保持单元和超声探头上，然后放置在受试者的表面上。然后，在将第一固定单元和第二固定单元固定到受试者的表面之前，可以使用超声探头来检查保持单元的位置在很大程度上是正确的。然后可以如上所述微调保持单元的位置。

图8示出超声贴片710的示例700，其包括第一阵列组720和第二阵列组740，第一阵列组720包括具有第一取向的初级换能器阵列730，第二阵列组740包括至少两个次级换能器阵列750，其中每个次级换能器阵列具有不同于第一取向的取向。

如图8所示，第二阵列组740被布置成使得至少两个次级换能器阵列750被设置于初级换能器阵列730的任一侧。在该示例中，第一阵列组720包括两个初级换能器阵列。

超声贴片710可被用作在上述装置中使用的超声探头110。

超声贴片(例如图8所示的超声贴片710)的配置取决于贴片的临床应用和用户需求。例如，临床需求可能包括：将超声贴片导航到关注区域的方式；引导该设备在关注区域内的定位；监测受试者的诸如血管直径和血流的参数；指导手术，例如定位导管；监测手术结果等。

在图8所示的示例中，至少两个次级换能器阵列750可被用于帮助将超声贴片710定位在关注区域上。通过在初级换能器阵列的任一侧提供次级换能器阵列，除了提供适当的临床视图之外，还可以提高定位的准确度。此外，将该特征与上述的该装置的微调能力相结合，可以进一步提高超声换能器贴片的放置准确度。

已经认识到，在介入手术期间，当导管放置在血管内时，即使初级超声换能器730未与血管的轴线完全对齐，两个次级阵列750也使用户能够跟踪导管是否进入关注区域和离开关注区域，从而仅提供解剖结构的部分图像。

例如，当使用超声贴片来监测血管上的手术时，两个次级换能器阵列可被用于生成关注血管的横截面视图，并帮助利用血管来引导第一阵列组在平面内的放置，以获取关注血管的准确纵向图像。此外，在已经完成放置后，次级换能器阵列可被用于确定血流和血管的直径，从而增加超声贴片的功能性。

初级换能器阵列和次级换能器阵列可以利用CMUT单元。CMUT单元能够实现最佳配置，以支持监测应用和图像引导应用。以这种方式，多个换能器阵列可被用于“实时”成像，同时仍使用单个读出电子装置。

由于CMUT仅在施加DC偏置电压时才是有效的，因此可以单独地激活单独的换能器阵列，同时仍共享所有换能器阵列的波束形成通道。因此，对于所有换能器阵列来说只需要单个读出系统。DC偏置电压的切换可以是自动化的并且以足够高的速度进行，使得可以获取关注区域的实时图像。

在临床应用的情景中，初级超声换能器730提供了大视场。例如，当次级换能器阵列已被用于引导将初级超声换能器阵列放置在关注血管的顶部上时，组织(例如，狭窄)的整个视图可以被可视化。

初级换能器阵列和次级换能器阵列可以根据应用来执行2D和3D超声成像。

图9示出了当被保持在如上所述的装置内时的图8的超声贴片710，其包括支托部分760，该支托部分具有适于被定位成与受试者的表面相邻的孔窗770。

如果支托部分具有低于给定值的厚度，例如小于5mm厚，比如小于3mm，则孔窗包括与初级换能器阵列对齐的第一部分780和与至少两个次级换能器阵列对齐的第二部分790。

第一部分的宽度w₁小于第二部分的宽度w₂，从而增加支托部分的刚度。

通过以这种方式成形孔窗，可以增加支托部分和支托材料的刚度，从而确保超声贴片和受试者的表面之间的良好的声学接触。例如，可以在非成像位置处在支托材料中设置加强件，使得加强件不会干扰成像过程。对于较大的厚度，不允许出现H形状，因为在这种情况下材料特性会妨碍与装置和皮肤的良好接触。

图10示出了超声贴片的示例800，其中次级换能器阵列810被以彼此不同的角度定向且不垂直于初级换能器阵列820。

图10所示的特定布置结构被优化，以用于使用次级阵列来执行准确的血流测量。为了执行准确的血流测量，必须在超声波束的方向上存在运动。如果血流垂直于波束，则脉冲之间没有相对运动。因此，通过沿血管的长度对齐初级换能器阵列，防止次级换能器垂直于血流，从而确保流量的准确测量。因此，次级换能器不仅允许以优选方式获取血管的横截面，而且能够监测通过关注区域的血流。

图11示出了利用初级换能器阵列910和次级换能器阵列920的不同配置的超声换能器贴片的各种示例900。从示例可以看出，可以根据给定应用的需求使用任意数量和布置结构的初级阵列和次级阵列。此外，超声贴片可包括一个或多个三级换能器阵列930，其适于补充初级换能器阵列和次级换能器阵列，但其并不属于第一阵列组或第二阵列组。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的这一事实并不表明这些措施的组合不能用于获益。如果上面讨论了计算机程序，则它可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，例如通过因特网或其他有线或无线电信系统。如果在权利要求或说明书中使用了术语“适于”，则请注意术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于将超声贴片(110)定位在受试者的表面上的装置(100)，所述装置包括：

第一固定单元(120)，其中所述第一固定单元适于在第一位置处被固定到所述受试者的表面；

第二固定单元(130)，其中所述第二固定单元适于在不同于所述第一位置的第二位置处被固定到所述受试者的表面，且在所述第一位置和所述第二位置之间具有所述受试者的暴露表面的空间；

用于在所述空间内定位在所述受试者的所述暴露表面上的保持单元(140)，其中所述保持单元适于接收所述超声贴片；且

其中，所述保持单元适于在所述受试者的所述表面处与所述第一固定单元和所述第二固定单元联接，从而将所述保持单元固定到所述受试者的所述暴露表面附近，并且当所述保持单元被联接到所述第一固定单元和所述第二固定单元时，所述保持单元的位置相对于所述第一固定单元和所述第二固定单元是能够调整的。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述保持单元(140)的位置能够通过以下一项或多项调整：

平移调整；和

旋转调整。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的装置(100)，其中，所述装置还包括永久固定单元(655)，其适于将所述保持单元固定到所述受试者的所述表面，使得所述保持单元的位置不能被改变。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(100)，其中，所述装置包括临时手柄(510)，其适于被可移除地联接到所述保持单元。

5.根据权利要求4所述的装置(100)，其中，所述临时手柄(510)通过磁体被联接到所述保持单元。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置(100)，其中，所述保持单元(140)包括适于调节所述超声换能器与所述受试者的所述表面之间的距离的支托部分(450)。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中，所述装置还包括具有换能器阵列的超声贴片，并且所述支托部分(450)具有与所述受试者的所述表面相邻的孔窗(770)，并且所述孔窗包括具有第一宽度(w₁)的第一部分和位于所述第一部分的任一侧的具有第二宽度(w₂)的第二部分，其中所述第一宽度小于所述第二宽度，并且所述孔窗被配置成使得在使用中所述换能器阵列与所述孔窗对齐。

8.根据权利要求6至7中的任一项所述的装置(100)，其中，所述支托部分(450)包括适于在所述超声换能器和所述受试者的所述表面之间提供声学耦合的支托材料(460)。

9.根据权利要求8所述的装置(100)，其中，所述支托材料(460)包括水凝胶材料。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的装置(100)，其中，所述第一固定单元和所述第二固定单元各自包括：

粘合剂贴片(220)，其适于顺应于和粘附到所述受试者的所述表面；和

接收单元(230)，其包括适于接收所述保持单元的凹入部分；且

其中，所述保持单元包括适于由所述接收单元接收的突出部分(250)。

11.一种用于将超声贴片(110)定位在受试者的表面上的装置(100)，所述装置包括：

第一固定单元(120)，其中所述第一固定单元适于在第一位置处被固定到所述受试者的表面；

第二固定单元(130)，其中所述第二固定单元适于在不同于所述第一位置的第二位置处被固定到所述受试者的表面，且在它们之间具有所述受试者的暴露表面的空间；

用于在所述空间内定位在所述受试者的所述暴露表面上的保持单元(140)，其中所述超声贴片与所述保持单元一体地形成；且

其中，所述保持单元适于在所述受试者的所述表面处与所述第一固定单元和所述第二固定单元联接，并且当所述保持单元被联接到所述第一固定单元和所述第二固定单元时，所述保持单元的位置相对于所述第一固定单元和所述第二固定单元是能够调整的。

12.一种用于将超声贴片定位在受试者的表面上的方法(600)，所述方法包括：

在第一位置处将第一固定单元固定(610)到所述受试者的表面；

在不同于所述第一位置的第二位置处将第二固定单元固定(620)到所述受试者的表面，且在所述第一位置和所述第二位置之间具有所述受试者的暴露表面的空间；

在所述空间内将适于保持超声贴片的保持单元定位在所述受试者的所述暴露表面上；

在所述受试者的所述表面处将所述保持单元联接(630)到所述第一固定单元和所述第二固定单元，从而将所述保持单元固定到所述受试者的所述暴露表面附近；和

调整(640)所述保持单元相对于所述第一固定单元和所述第二固定单元的位置。

13.根据权利要求12所述的方法(600)，其中，调整(640)所述保持单元的位置包括以下一项或多项：

执行平移调整；和

执行旋转调整。

14.根据权利要求13所述的方法(600)，其中，所述保持单元包括支托部分，其适于调节所述超声贴片与所述受试者的所述表面之间的距离，并且调节所述保持单元的位置还包括向所述支托部分提供支托材料，所述支托材料适于在所述超声贴片和所述受试者的所述表面之间提供声学耦合。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法(600)，其中，所述方法还包括在调整所述保持单元的位置之后将所述保持单元固定(650)到所述受试者的所述表面。

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