用于对生物组织结构进行成像的系统和方法技术方案

一种对组织的特征进行成像的组合的换能器阵列，包括被配置用于发射‑接收超声波成像的换能器阵列、和被配置用于只接收热声成像的换能器阵列。发射‑接收换能器阵列包括多个发射‑接收阵列元件，并且只接收换能器阵列包括多个只接收阵列元件。只接收阵列元件与发射‑接收阵列元件配准并围绕发射‑接收阵列元件。只接收换能器阵列和发射‑接收换能器阵列可以被容纳在超声波探头中。基于发射‑接收阵列元件和只接收阵列元件的配准，组合的换能器阵列可以用在组织的合成成像中。发射‑接收阵列和只接收阵列的配准可以涉及这些换能器阵列的物理对准或接近，并且在重建合成成像中的相应图像(超声波和热声)中可以使用表示两个阵列的元件的已知的几何形状和位置的数据。

Systems and methods used to imaging biological tissue structures

The transducer array for an organizational feature image combination, including is configured to transmit receiving ultrasonic imaging transducer array, and is configured to receive only the transducer array thermoacoustic imaging. The launch receiving transducer array includes a plurality of transmit receiving array elements, and only the receiving transducer array comprises a plurality of receiving array elements only. Only the receiving array element and receiving array element registration and launch around the launch receiving array elements. Only the receiving transducer array and emission receiving transducer array can be accommodated in the ultrasonic probe. The launch receiving array element and registration only receiving array elements based on synthetic imaging transducer array can be used in the organization of the. The physical emission receiving arrays and array can only receive the registration relates to the transducer array alignment or close, and the corresponding image in the reconstruction of synthetic imaging (ultrasonic and thermoacoustic) can be used in the said two array elements of known geometry and position data.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对生物组织结构进行成像的系统和方法
本公开涉及使用超声波和热声技术对组织的结构和性质进行成像。背景在常规的超声波医学成像或超声波检查中，超声波换能器的单个阵列(这里有时被称为发射-接收阵列)操作，用于发射和接收超声波能量。超声波换能器元件将超声波传输到对象(例如，组织)中。传输的能量被组织散射和反射，并且散射和反射的超声波能量由相同的超声波换能器元件接收。超声波换能器将所接收的超声波能量转换成电信号。通过信号处理来分析和解释所接收的超声波信号，通常提供关于组织内的结构的位置的信息。在医学超声波成像中，超声波脉冲以与雷达类似的方式来使用，其中，脉冲被传输，并且随后从组织内的散射和从反射中接收回波。在雷达(无线电检测与测距)中，传输短脉冲的电磁(射频或微波)载波，并由通常与发射机共置的接收器检测回波或反射。雷达的范围受到所接收的信号能量的限制。类似地，在超声波医学成像中，由超声波系统传输的强的短的电脉冲以期望的频率来驱动换能器，以便实现良好的范围分辨率。所接收的回波的双向飞行时间给出范围信息，并且所接收的回波的强度提供关于声阻抗的信息(例如，当所发射的脉冲遇到具有不同密度的组织内的结构并且反射回到换能器时)。通过了解所发射的脉冲的方向，创建超声波图像或声波图。在超声波医学成像中，最大传输的功率受到系统电子组件中所容许的电压以及由与组织暴露有关的安全考虑所准许的峰值强度限制。与在雷达中一样，该范围受到所接收的信号对抗背景噪声的限制，而其反过来又受到总脉冲能量的限制。热声成像(有时被称为光声或光声成像)是一种用在基于材料的电磁和热性质来对材料进行表征和成像中的技术，在无损测试、临床诊断、医学成像、生命科学和显微镜学中具有应用。热声成像使用短脉冲的电磁(EM)能量(即，激发能量)来快速加热吸收EM能量(激发部位)的对象内的特征。这种快速加热导致材料(例如，组织)的压力稍微增加，引发作为超声波从激发部位辐射的声脉冲。这些声脉冲使用位于材料表面处的声接收器(诸如，超声波换能器阵列)来检测。通过使用飞行时间和相关算法的信号处理来分析和解释所得到的测量结果，其重建了所吸收的EM能量的分布，有时被称为热声计算的断层摄影(CAT)。结果可以作为深度剖面图或作为2维、3维或4维图像显示给用户。对于在发射-接收模式中操作的临床超声波换能器相对在热声成像中采用的只接收超声波换能器有不同的要求。构建和优化临床超声波换能器阵列以在发射和接收的超声模式二者中工作。这些超声波换能器在发射和接收超声波能量中需要高的操作效率，这不是对用在热声成像中的只接收发射器的要求。临床超声波换能器通常使用透镜来提供最佳的聚焦深度，并且以优化的操作频率设计。常规的超声波成像依赖于对图像分辨率的窄带接收。相比之下，在热声成像中，对于只接收换能器来说，接收和处理宽频带是重要的。热声换能器的元件和阵列被设计为在只接收模式中以高灵敏度操作，而只接收换能器不必满足对发射-接收的元件和阵列的传输效率要求。热声图像分辨率由声信号的频率决定。该频率由被成像的材料的特性决定，而不是由所发出的电磁能量(“EM”能量或激发能量)的频率决定。为了能够区分热声成像中的材料性质的范围(例如，小型结构和大型结构；成像浅层材料和成像深层材料)，宽的接收带宽至关重要。大约3-6MHz的接收带宽被认为是相当宽的范围，并且更高的带宽是令人期望的。超声波成像和热声成像二者中的图像形成的一个考虑因素是换能器几何形状，例如，换能器阵列的几何形状。不同的换能器几何形状，诸如单聚焦换能器、线性阵列和二维阵列，都能够形成不同的图像模式。部分地根据换能器几何形状，成像系统可以例如对单线、二维区域或三维体积进行成像。成像操作还可以采用换能器或换能器阵列的运动或扫描来使换能器操作适应于不同的成像模式。常规的临床超声波技术指示组织或其他材料内的特征的位置，但不提供功能特性。另一方面，热声成像使声学接收的精细超声波分辨率特性与通过所成像材料与EM激发能量的相互作用实现的吸收对比度相结合，从而实现了在活体成像中的深度穿透。热声技术可以检测动态特征，并可以测量解剖结构的各种功能特性。概述将临床超声波换能器和热声换能器组合在单个系统中以用于对组织特征进行成像是已知的，但是传统的组织成像系统不使用其中换能器和相关组件被配置为在两种类型的成像中最有效地操作的这些技术的每一种。传统的组织成像系统也不给包括常规超声波技术的位置信息特性的有效合成图像提供可通过热声技术提供的动态特性和功能特性。由于上述原因，需要采用超声波成像技术与热声成像技术有效结合的超声波成像技术以及组织特征的多功能合成成像的系统和方法。本文中所描述的实施例包括用于对组织进行成像的组合的超声波换能器系统，包括第一换能器阵列和第二换能器阵列。第一换能器阵列被配置用于发射-接收超声波成像。第二换能器阵列系统被配置用于热声只接收成像。在一个实施例中，本公开提供了用于对组织的结构进行成像的超声波系统，包括耦合到组织的组合的超声波换能器阵列。在另一实施例中，本公开提供了热声成像系统，其被设计为被添加到现有的超声波成像系统以提供组合的超声波换能器阵列。在这两个实施例中，组合的超声波换能器阵列包括具有多个发射-接收阵列元件的发射-接收换能器阵列和具有多个只接收阵列元件的只接收换能器阵列。只接收阵列元件与发送接收阵列元件配准。在实施例中，用于对组织的结构进行成像的换能器包括：包括多个发射-接收阵列元件的发射-接收换能器阵列，其中该发射-接收换能器阵列接收和检测来自由发射-接收换能器阵列传送到组织中的超声波束的回波，并将该回波转换成超声波输出信号；以及包括多个只接收阵列元件的只接收换能器阵列，其中该只接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到组织中的电磁能量而热声生成的声信号，并将该热声生成的声信号转换成热声输出信号，其中只接收阵列元件在换能器中与发射-接收阵列元件配准。在实施例中，用于对组织的结构进行成像的成像系统包括：超声波探头以及成像配件，超声波探头包括含有多个发射-接收阵列元件的发射-接收换能器阵列和含有多个只接收阵列元件的只接收换能器阵列，其中只接收阵列元件在超声波探头内与发射-接收阵列元件配准并围绕发射-接收阵列元件；其中只接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到组织中的并由只接收换能器阵列检测到的电磁能量而热声生成的声信号，并将该热声生成的声信号转换成热声输出信号；以及其中发射-接收换能器阵列接收和检测来自由发射-接收换能器阵列传送到组织中的超声波束的回波，并将该回波转换成超声波输出信号，成像配件用于对热声输出信号和超声波输出信号进行处理以生成组织的结构的图像。在另一实施例中，用于操作超声波成像系统对组织的特征进行成像的方法，包括：通过发射-接收换能器阵列的发射-接收阵列元件将超声波束从组合的换能器阵列的发射-接收换能器阵列发射到组织，该组合的换能器阵列具有发射-接收换能器阵列和只接收换能器阵列，其中只接收换能器阵列的只接收阵列元件与发射-接收换能器阵列的发射-接收阵列元件配准；通过只接收阵列元件接收响应于传送到组织的电磁能量而在组织内生成的热声生成的声信号，并将该热声生成的声信号转换成热声输出信号；通过发射-接收阵列元件接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对组织的结构进行成像的换能器，包括：发射‑接收换能器阵列，所述发射‑接收换能器阵列包括多个发射‑接收阵列元件，其中，所述发射‑接收换能器阵列接收和检测来自由所述发射‑接收换能器阵列传送到组织中的超声波束的回波，并将所述回波转换成超声波输出信号；以及只接收换能器阵列，所述只接收换能器阵列包括多个只接收阵列元件，其中，所述只接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到所述组织中的电磁能量而热声生成的声信号，并将所述热声生成的声信号转换成热声输出信号，其中，在所述换能器中所述只接收阵列元件与所述发射‑接收阵列元件配准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.14 US 14/712,0961.一种用于对组织的结构进行成像的换能器，包括：发射-接收换能器阵列，所述发射-接收换能器阵列包括多个发射-接收阵列元件，其中，所述发射-接收换能器阵列接收和检测来自由所述发射-接收换能器阵列传送到组织中的超声波束的回波，并将所述回波转换成超声波输出信号；以及只接收换能器阵列，所述只接收换能器阵列包括多个只接收阵列元件，其中，所述只接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到所述组织中的电磁能量而热声生成的声信号，并将所述热声生成的声信号转换成热声输出信号，其中，在所述换能器中所述只接收阵列元件与所述发射-接收阵列元件配准。2.如权利要求1所述的换能器，其中，所述发射-接收换能器阵列和所述只接收换能器阵列被容纳在超声波探头内。3.如权利要求2所述的换能器，其中，在所述超声波探头内的所述换能器阵列中所述只接收阵列元件围绕所述发射-接收阵列元件。4.如权利要求1或2所述的换能器，其中，所述只接收阵列元件具有选自由以下项组成的组的配置：所述发射-接收阵列的一侧上的线性阵列；所述发射-接收阵列的不止一侧上的多重线性阵列；矩形环阵列；矩形密集阵列；圆形阵列；以及多重圆形阵列。5.如权利要求1或2所述的换能器，其中，所述只接收阵列元件穿插散布在所述发射-接收阵列元件中。6.如权利要求1或2所述的换能器，其中，所述只接收阵列元件与所述发射-接收阵列元件交错。7.如权利要求1至6中任一项所述的换能器，其中，所述只接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到所述组织中的并由所述只接收换能器阵列检测到的电磁能量而热声生成的声信号，并将所述热声生成的声信号转换成热声输出信号，以及其中，所述只接收换能器阵列接收和检测来自由所述发射-接收换能器阵列传送到所述组织中的超声波束的回波，并将所述回波转换成超声波输出信号。8.如权利要求1至6中任一项所述的换能器，其中，所述发射-接收换能器阵列接收和检测响应于由电磁能量源传送到所述组织中的并由所述只接收换能器阵列检测到的电磁能量而热声生成的声信号，并将所述热声生成的声信号转换成热声输出信号，以及其中，所述发射-接收换能器阵列接收和检测来自由所述发射-接收换能器阵列传送到所述组织中的超声波束的回波，并将所述回波转换成超声波输出信号。9.一种用于对组织的结构进行成像的成像系统，包括如权利要求1至8中任一项所述的换能器，还包括成像配件，所述成像配件用于对热声输出信号和超声波输出信号进行处理，以生成组织的结构的图像。10.如权利要求9所述的成像系统，其中，所述成像配件对所述热声输出信号和所述超声波输出信号进行处理，以生成所述组织的结构的合成图像。11.一种用于对组织的结构进行成像的成像系统，包括：超声波探头，所述超声波探头包括发射-接收换能器阵列和只接收换能器阵列，所述发射-接收换能器阵列包括多个发射-接收阵列元件，所述只接收换能器阵列包括多个只接收阵列元件，其中，在所述超声波探头内所述只接收阵列元件与所述发射-接收阵列元件配准并围绕所述发射-接收阵列元件，其中，所述只接收换能器阵列被配置为接收和检测响应于由电磁能量源传送到组织中的并由所述只接收换能器阵列检测到的电磁能量而热声生成的声信号，并将所述热声生成的声信号转换成热声输出信号，以及其中，所述发射-接收换能器阵列被配置为接收和检测来自由所述发射-接收换能器阵列传送到所述组织中的超声波束的回波，并将所述回波转换成超声波输出信号；以及成像配件，所述成像配件被配置为对所述热声输出信号和所述超声波输出信号进行处理，以生成组织的结构的图像。12.如权利要求11所述的成像系统，其中，所述成像配件对所述热声输出信号和所述超声波输出信号进行处理，以生成所述组织的结构的合成图像。13.如权利要求12所述的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·M·桑顿，保罗·A·皮科特，
申请(专利权)人：安德拉有限公司，迈克尔·M·桑顿，
类型：发明
国别省市：美国,US