利用并行相控阵发射元件的热声成像方法和系统技术方案

一种通过利用在热声成像装置中的发射元件的阵列来提供受试者的图像的方法。该方法包括：提供受试者的超声图像；根据超声图像确定身体解剖学结构；将身体解剖学结构与多个身体模型中的至少一个身体模型相匹配；利用来自该至少一个身体模型的成形照明场来调整受试者上的多个射频施加器元件的参数，这将优化感兴趣区域(ROI)中的热声刺激的能量输送和照明的均匀性，同时还最小化其他区域中的热声刺激，该热声刺激会生成能够干扰来自ROI的热声信号的、不想要的热声伪像，其中射频施加器元件以独立的、可调整的参数操作；并且利用射频施加器元件来执行受试者的热声测量。器元件来执行受试者的热声测量。器元件来执行受试者的热声测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用并行相控阵发射元件的热声成像方法和系统
[0001]领域
[0002]本公开描述了利用并行相控阵发射元件进行热声成像的方法和系统。
[0003]背景
[0004]在传统的超声医学成像或超声检查(sonography)中，单个超声换能器阵列(这里有时称为发射
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接收阵列)能够既发射又接收超声能量。超声换能器元件将超声波发射到对象(例如，组织)中。发射的能量被组织散射和反射，并且散射和反射的超声能量被相同的超声换能器元件接收。超声换能器将接收到的超声能量转换成电信号。接收到的超声信号通过信号处理进行分析和解释，通常提供关于组织内结构位置的信息。
[0005]在医学超声成像中，超声脉冲以类似于雷达的方式使用，在其中发射脉冲，然后接收来自组织内的反射和散射的回波。在雷达(无线电检测和测距)中，电磁(射频或微波)载波的短脉冲被发射，并且回波或反射由接收器检测，接收器通常与发射机位于同一位置。雷达的距离(range)受到接收信号能量的限制。类似地，在超声医学成像中，由超声系统发射的强而短的电脉冲以期望的频率驱动换能器，以便实现良好的距离分辨率。接收到的回波的双向飞行时间产生距离信息，并且接收到的回波的强度提供关于声阻抗的信息(例如，当发射的脉冲遇到组织内具有不同密度的结构，并且反射回换能器时)。知道了发射脉冲的方向，就可以创建超声图像或声谱图。在超声医学成像中，最大发射功率受到系统电子元件中容许的电压以及与组织暴露相关的安全考虑因素所允许的峰值强度的限制。与雷达一样，距离受到接收信号与背景噪声的关系的限制，而接收信号与背景噪声的关系又受到总脉冲能量的限制。
[0006]热声成像(有时称为光声学(photoacoustic)或光声(optoacoustic)成像)是一种基于材料的电磁和热属性对材料进行表征和成像的技术，应用于无损检测、临床诊断、医学成像、生命科学和显微镜检查。热声成像使用电磁(EM)能量(即激发能量)的短脉冲来快速加热对象内吸收EM能量的特征(激发部位)。EM能量通常在射频(RF)范围内。这种快速加热导致材料(例如组织)的压力略微增加，从而诱发声脉冲，该声脉冲作为超声波从激发部位辐射出来。这些声脉冲使用位于材料表面的声接收器(诸如超声换能器阵列)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得到的测量结果，该算法重建吸收的EM能量的分布，有时称为热声计算机断层扫描(TCAT)。结果能够作为深度曲线图或二维、三维或四维图像显示给用户。
[0007]对于在发射
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接收模式下工作的临床超声换能器和在热声成像中使用的仅接收的超声换能器有不同的要求。临床超声换能器阵列被构建并优化以在发射超声模式和接收超声模式下都工作。这些超声换能器在发射和接收超声能量时需要高的工作效率，这不是热声成像中使用的仅接收的发射机的要求。临床超声换能器通常使用透镜来提供最佳的聚焦深度，并且被设计成具有最佳的工作频率。传统的超声成像依靠窄带接收来获得图像分辨率。
[0008]相比之下，在热声成像中，仅接收的换能器接收和处理宽带频率是很重要的。热声换能器元件和阵列被设计成在仅接收模式下以高灵敏度工作，而仅接收的换能器不必满足
发射
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接收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。该频率由被成像材料的特性决定，而不是由发射的电磁能量(或激发能量)的频率决定。为了能够在热声成像中辨别一系列材料属性(例如，小尺寸和大尺寸结构、成像浅材料和深材料)，宽的接收带宽是至关重要的。近似于3
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6MHz的接收带宽被认为是相当宽的范围，并且较高的带宽是可取的。
[0009]超声成像和热声成像中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和配置。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)能够形成不同模式的图像。部分取决于换能器几何形状，成像系统可以对例如单线、二维区域或三维体积进行成像。成像操作还可以采用扫描或换能器或换能器阵列的运动，以使换能器操作适应不同的成像模式。
[0010]传统的临床超声技术指示组织或其他材料内特征的位置，但不提供功能特性。另一方面，热声成像将通过成像材料与EM激发能量的相互作用实现的吸收对比与声接收的精细超声分辨率特性相结合，从而实现体内成像的深度穿透。热声技术能够检测动态特征，并能够测量解剖学结构(anatomy)的各种功能特性。
[0011]概述
[0012]本文公开的实施例利用射频电场发射器和多个并行且独立的发射通道，每个发射通道包括波形发生器、功率放大器、调谐和匹配电路以及一个或更多个发射机阵列元件。每个通道能够至少在振幅和相位上是独立可调的，并且更一般地在波形、频率和极化上也是可调的。此外，每个施加器(applicator)元件能够是可调的，以匹配身体(例如，患者)在其位置处的复阻抗，从而最大化功率发射并最小化反射功率以优化图像。
[0013]在一个实施例中，一种用于通过利用热声成像装置中的发射元件的阵列来提供受试者的图像的方法包括：由处理器生成受试者的超声图像；由处理器从超声图像中识别身体解剖学结构；由处理器将身体解剖学结构与多个身体模型中的至少一个身体模型进行匹配；由处理器基于至少一个匹配的身体模型调整多个独立可调的射频施加器元件的参数，以优化特定感兴趣区域中的热声刺激的能量输送和照明的均匀性，并最小化特定感兴趣区域之外的热声刺激；以及由处理器利用射频施加器元件对受试者进行热声测量。调整多个独立可调的射频施加器元件的参数可以包括基于身体解剖学结构将波束从第一位置导向第二位置。调整参数可以包括基于匹配的身体模型的深度、宽度和体积，计算修正的参数。调整参数可以包括基于匹配的身体模型，识别查找表中的参数。当与至少一个身体模型匹配时，能够自动调整参数以用于发射。调整参数能够使用来自匹配的身体模型的模拟的针对每个射频施加器元件的振幅值和相位值。每个射频施加器元件能够同时被调整。每个施加器元件的参数能够通过相应的成形照明场来确定。射频施加器元件能够布置在圆形阵列中、对称阵列中或偏离中心位置。这些参数能够包括振幅、相位、频率、极化、波形和/或输入阻抗。热声测量能够用于计算受试者体内的值，诸如脂肪含量。
[0014]在另一个实施例中，热声成像系统包括施加器元件组，每个施加器元件由独立放大器驱动，其中每个独立放大器针对每个施加器元件通道具有可调的相位和振幅；并且每个施加器元件的独立放大器被配置为调整每个通道的每个施加器元件的相位和振幅，以优化目标体积上能量沉积的均匀性，并且最小化其他体积中的能量沉积以最小化热声伪像，并且每个施加器元件的独立放大器被配置为调整每个施加器元件，以最大化目标体积中的
能量吸收，从而将施加器元件组导向目标体积。热声成像系统能够包括超声换能器，该超声换能器被配置为生成目标体积的超声图像，其中独立放大器基于目标体积的超声图像调整每个施加器元件。
[0015]在又一实施例中，一种用于通过利用热声成像装置中的发射元件的阵列来提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过利用在成像系统中的发射元件的阵列来提供受试者图像的方法，所述方法包括：用超声装置生成受试者的超声图像；从所述超声图像中识别身体解剖学结构；将所述身体解剖学结构与多个身体模型中的至少一个身体模型进行匹配；基于至少一个匹配的身体模型调整多个独立可调的射频施加器元件的参数，以优化特定感兴趣区域中的热声刺激的能量输送和照明的均匀性，并最小化所述特定感兴趣区域之外的热声刺激；以及由处理器利用所述射频施加器元件对受试者执行热声测量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整多个独立可调的射频施加器元件的参数包括基于所述身体解剖学结构将波束从第一位置导向第二位置。3.根据权利要求1所述的方法，其中，调整参数包括基于匹配的身体模型的深度、宽度和体积来计算修正的参数。4.根据权利要求1所述的方法，其中，调整参数包括基于匹配的身体模型在查找表中识别参数。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在与至少一个身体模型进行匹配时，所述参数被自动地调整以用于传输。6.根据权利要求1所述的方法，其中，调整参数使用来自匹配的身体模型的模拟的、针对每个射频施加器元件的振幅值和相位值。7.根据权利要求1所述的方法，其中，每个射频施加器元件被同时调整。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述射频施加器元件被布置在圆形阵列中。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述射频施加器元件被布置在对称阵列中。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述射频施加器元件被布置成偏离中心位置。11.根据权利要求1所述的方法，其中，每个施加器元件的参数由相应的成形照明场确定。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数是从由振幅、相位、频率、极化、波形和输入阻抗组成的组中选择的。13.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述多个独立可调的射频施加器元件的参数基...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗，
申请(专利权)人：安德拉生命科学公司，
类型：发明
国别省市：