CN1220135A - 超声波成像方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明包括:探测装置10;穿透被检体的中空导管20;使所述探测装置从所述导管末端伸出且沿预定轨道移动所述探测装置的操作装置30;在借助操作装置沿所述轨道移动期间发射/接收超声波的装置40—60;以及利用孔径合成技术,基于所述接收到的回声信号成生图象的装置100。

Description

超声波成像方法及装置

本发明涉及超声波成像方法及装置，其成像由带有插入被检体的超声波探测装置进行。

为深入被检体尽可能地靠近成像位置进行超声波成像，使用了插入体腔的插入超声波探头，插入如食道、胃或直肠，从被检体的内部进行超声波扫描。

此类超声波成像装置的一个例子，举例来说，在日本实用新型申请公开No.6-19708中作了描述并被人们所知。在此装置中，包含在中空的圆柱形导管套针(trocar)中的波超声波振子阵列被插入体腔，然后沿预定的轨道机械移动所述超声波振子阵列，所述超声波振子阵列伸出套针的末端，重复超声波发射和回声接收，而利用孔径合成技术的方法，由接收到的回声信号重组成像。

即使将所述装置插入体腔还是无法足够接近一些成像位置，且无没利用此超声波成像装置适当地成像。

所以本发明的一个目的是提供由插入被检体组织的超声波探测装置进行的超声波成像方法及装置。

在第一个方面，本发明提供超声波成像方法，它包括的以下步骤：在被检体的软组织中插入超声波探测装置以发射/接收超声波；沿预定轨道移动所述探测装置发射/接收超声波；基于所述接收到的信号产生图像。

按照本发明，沿预定轨道一起移动所述探测装置和周围组织发射/接收超声波，并利用基于此接收信号产生的图像，可以通过由所述探测装置沿之移动的轨道形成的超声波发射/接收孔径，获得所述图像。超过孔径大小几倍远距离的组织不被移动，而可获得所述组织的图像。这就意味着一种超声波成像方法是以所述成像由插入所要探测位置附近被检体组织的超声波探测装置进行而实现的。在此发明中，所述图像最好由孔径合成技术方法产生，以此方法所述图像可以得到高空间清晰度。

在第二个方面，本发明提供超声波成像装置，它包括：发射/接收超声波的探测装置；将所述探测装置插入被检体软组织的装置；沿预定轨道移动所述探测装置的装置；在所述移动装置移动期间通过所述探测装置发射/接收超声波的装置；及基于由所述发射/接收装置获得的接收信号产生图像的装置。

按照本发明，通过沿预定轨道一起移动所述探测装置和周围组织发射/接收超声波，并且通过产生基于所述接收信号的图像，可以通过由所述探测装置沿之移动的轨道形成的超声波发射/接收孔径，获得所述图像。超过孔径大小几倍远距离的组织不被移动，而可获得所述组织的图像。这就意味着一种超声波成像方法是以所述成像由插入所要探测位置附近被检体组织的超声波探测装置进行而实现。在此发明中，所述图像最好由孔径合成技术方法产生，以此方法所述图像可以得到高空间清晰度。

在第三个方面，本发明提供超声波成像装置，它包括：发射/接收超声波的探测装置；能容纳所述探测装置和穿透被检体的导管；在穿透的情况下将所述探测装置放入所述导管末端或从所述导管末端取出及沿预定轨道移动所述探测装置的操作装置；在借助所述操作装置沿所述轨道移动期间通过所述探测装置发射/接收超声波的装置；以及基于由所述发射/接收装置获得的接收信号产生图像的方法。

按照本发明，通过沿预定轨道一起移动所述探测装置和周围组织发射/接收超声波，并且通过借助于孔径合成技术、基于所述接收信号产生图像，可以通过由所述探测装置沿之移动的轨道形成的超声波发射/接收孔径，获得所述图像。超过孔径大小几倍远距离的组织不被移动，而可获得所述组织的图像。这就意味着一种超声波成像装置是以所述成像由插入所要探测位置附近被检体组织的超声波探测装置进行而实现。在此发明中，所述图像最好由孔径合成技术方法产生，以此方法所述图像可以得到高空间清晰度。

由以下对本发明的、如附图说明的最佳实施例的描述，将明白本发明的其他目的和优点。

图1为按照本发明一个实施例的装置的方框图。

图2为说明正投影法、断层照相法以及2维孔径的概念的示意图。

图3为按照本发明另一实施例的装置的方框图。

图4为说明1维孔径和断层照相法的概念的示意图。

参照图1，图中示出超声波成像装置的框图，它是本发明的一个实施例。装置的配置代表按照本发明的装置的一个实施例，而其操作代表按照本明的方法的一个实施例，它同样用于本发明的其他实施例。

如图1中所示，超声波探头10通过套针20被插入被检体或目标OBJ内的软组织TSH。所述套针20为具有穿透功能的中空管，而穿透使所述超声滤探头被插入所述被检体OBJ。

穿透时，所述超声波探头10被拉入套针20中，而在到达所想探测位置时伸出套针20。另一方案，仅将所述套针20稍稍向所述被检体外拉以致所述超声波探头10相对套针20突出。作为例子，所述超声波探头10直径约为3毫米，而所述套针20的外径约为5毫米。

伸出所述套针20外时，所述超声波探头10通常为曲柄状。由于所述超声波探头10具有弹性，伸出后由弹性而恢复其曲柄状。

所述超声波探头10在其末端表面备有超声波振子11。所述超声波振子11，例如，是由压电材料制成的小片。所述超声波探头10在所述末端表面面向的方向发射超声波，并且接收射到该末端表面的回声。所述超声波发射/接收的方向性是预定的，有足够宽广的范围。例如，发射的所述超声波的中心频率预定为20MHz。

所述超声波振子11可由多个超声波振子元件的阵列组成，而不是由单片超声波振子构成，最好利用相控阵列技术可按照需要来选择发射/接收的方向。相比起来，单片超声波振子在结构简单方面是可取的。

所述超声波探头10可绕其包含在所述套针20中、作为旋转轴的部分旋转。此旋转引起所述超声波振子11沿圆形轨道OBT运动。例如，此圆形轨道OBT直径约为10毫米。包括在所述圆形轨道OBT中的表面，给出由后述孔径合成技术成生图像的孔径，且此孔径等效于沿所述圆形轨道OBT有许多超声波振子的环状超声波振子阵列的孔径，因为所述超声波发射/接收是由在沿所述圆形轨道OBT各自位置的超声波振子11顺序进行的。

由于所述超声波探头10被软组织TSH包围，而所述软组织也随超声波探头10一同运动，虽然探头10被插入组织，它仍可旋转。这就意味着利用插入组织的所述超声波探头10可进行机械扫描。只有超声波探头10附近的组织被移动，而一定距离，比如说，所述圆形轨道直径3-4倍距离以外的组织就不被移动。

由上述超声波探头10进行的机械扫描和把探头伸入及拉出套针20由传动装置30进行。所述传动装置30与所述超声波探头10机械连接，且为上述运动提供操作参数。

发射部分40产生驱动所述超声波探头10内超声波振子的信号。所述驱动信号通过T/R(发射/接收)转换部分50加到所述超声波振子11。因而由所述超声波振子发出超声波。

所述发射的超声波的回声在超声波振子11被接收，而回声信号通过所述T/R转换部分50被提供给接收分部60。所述接收部分60通过放大所述回声信号，按照预定的电平把接收到的回声信号构成RF(射频)信号。

所述接收到的回声信号被提供给正交检波器70并作正交检波。通过正交检波把所述信号分成同相分量i和正交分量q。分量i和q在A/D(模拟-数字)转换器(未示)后被变成数字数据，并储存于存储器80。此接收到的回声数据因而作为复合数据储存于存储器80中。由于存有复合数据的振幅和相位信息，所以，在存储器80中可获得回声的全息图。

控制部分90向从传动装置30到存储器80的元件提供控制信号，且控制上述操作，如由超声波探头10进行的机械扫描，超声波发射/接收，所述接收到的回声信号的正交检波及全息图的储存。所述控制部分90也为正交检波向所述正交检波器70提供参考信号。

所述超声波发射和回声接收在分成128个位置的超声波探头10的圆形轨道OBT的各个位置进行，例如，代表接收到回声信号的复合数据每次被储存在存储器80中。例如，在所述超声波探头10完成圆形轨道OBT时，在所述存储器80中完成了128个回声的全息图。

图像成生部分100利用所述存储器80的的回声全息图借助于孔径合成技术重组代表所述回声反射点、即所述被检体OBJ的内部的分布的图像。所述图像成生产分100是按照本发明图像成生方法的一个实施例。利用孔径合成技术的方法、基于包括在所述超声波探头10的圆形轨道OBT内的等效的2维孔径重组所述图象。所述超声波探头10的扫描轨道不限于圆形，也可是任何所需的闭合轨道。在后一种情况下，等效的2维孔径为包括在闭合轨道中的表面。

按照孔径合成技术的图像重组是通过所述全息图数据与预定核心的卷积来进行的。

它通常表示为：

U(X,Y,Z)=H(X,Y,Z)*K(X,Y,Z)其中，

U：所述目标的图像，

H：全息图，以及

K：核心

在运算方程(1)时，省略Z，或所述深度，提供正投影法，而省略Y，或所述高度，提供断层照相法。图2说明具有2维孔径的正投影法ORT和断层照相法TOM的概念。

被重组和成生的是代表从所述超声波探头10到圆形轨道OBT直径3-4倍距离外位置范围区域的图像，即代表不被机械扫描移动的部分。所述重组的图像在显示部分110显示为可视图像。

本发明的另一实施例显示于图3，其与图1中说明的相类似的元件以相同的标号代表，并且不进一步描述。在图3中，例如，超声波探头10’的末端上下振荡。振荡由所述传动装置30操作。振荡的结果是，所述超声波探头10’的末端表面沿一弧形轨道OBT’运动。虽然所述超声波探头10’附近的软组织TSH与探头10’一起运动，在所述轨道长度几倍距离外的区域不被移动。

例如，所述超声波发射/接收是在分成64个位置的所述弧形轨道OBT上的各个位置进行的。

超声波是以具有很窄的方向性的超声波束发射/接收的。此超声波束由凹片超声波振子或相控阵列形成。在包络检测部分70’对所述接收回声信号进行包络检测，并储存于存储器80中。所述回声的A作用域数据被储存在存储器80中。所述超声波探头10’一次扫描一个扇区。此扇区所述回声的A作用域数据，即在扫描扇形区域内音声射线各点的回声的强度数据被储存。上述A作用域数据被用作2维象素数据由图像形成装置100产生所述扇形区的断层照片，且所述断层照片被显示于所述显示部分100。

由于此装置由A作用域数据成生图像，所以，所述图像比按孔径合成技术的方法由全息图成生更容易获得。

还有，图3中显示的装置可用于由所述超声波探头10’进行宽广方向超声波的发射/接收，由对接收回声信号正交检波而获得全息图，且基于所述信号，利用孔径合成技术的方法，生成图像，产生比由A作用域数据生成的图像有更高清晰度的图像。在这种情况下，等效孔径是1维的。图4说明了1维孔径APT1和断层照相法TOM的概念。

不背离本发明的精神和范围，本发明可有很多更广范围的不同实施例。显然，本发明不限于本说明书中描述的特定实施例，除如所附权利要求书所定义的之外。

Claims (3)

1．一种超声波成像方法，其特征在于包括以下步骤：

将超声波探测装置插入被检体的软组织以发射/接收超声波；

沿预定轨道移动所述探测装置发射/接收所述超声波；及

基于所述接收信号产生图像。

2．一种超声波成像装置，其特征在于包括：

发射/接收超波声的探测装置；

将所述探测装置插入被检体软组织的装置；

沿预定轨道移动所述探测装置的装置；

在借助所述移动装置移动期间通过所述探测装置发射/接收超声波的装置；及

基于由所述发射/接收装置获得的接收信号产生图像的装置。

3．一种超声波成像装置，其特征在于包括：

发射/接收超声波的探测装置；

能容纳所述探测装置并且穿透被检体的导管；

在穿透的情况下将所述探测装置放入所述导管或从所述导管取出并且沿预定轨道移动所述探测装置的操作装置；

在借助操作装置沿所述轨道移动期间通过所述探测装置发射/接收超声波的装置；以及

基于由所述发射/接收装置获得的接收信号产生图像的装置。

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