【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超声成像技术，并且特别涉及用于具有大视场的3d体积成像的技术。
技术介绍
1、如今，在医疗领域使用超声波的需求已无需再证明。
2、通常，超声可从包括能够单独产生超声波的多个换能器的阵列的探头产生。这些超声波可被导向介质，该介质可响应地产生反向散射信号，该反向散射信号又可由同一换能器阵列或不同阵列记录。根据反向散射信号，可重建介质的2d或3d图像。超声成像领域的最新进展使得能够进行可以获得动画3d超声成像的4d超声成像。
3、虽然3d或4d超声成像正在成为医学领域中的有力工具，但是其主要缺点是难以成像大的3d体积。实际上，成像大的3d体积的能力与换能器阵列的尺寸直接相关。为不损失空间分辨率，必须使用换能器阵列，其中换能器的尺寸不超过超声波的波长。这种要求导致阵列的配置对于当前技术不可达到或成本太高。例如，具有10cm×10cm的开口(即10cm×10cm的阵列)和大约250μm的换能器尺寸(对应于6mhz的中心频率)的探头，得到160000换能器的阵列，以便在3d成像和大视场保持良好的分辨率。
4、为进行具有大视场的3d体积成像，现有技术使用稀疏矩阵，其包含使用具有较少换能器的阵列。虽然稀疏矩阵可以进行3d体积成像，但是较少数量的换能器影响3d成像的质量。
5、此外，经典阵列或稀疏阵列通常都不可以进行可能位于骨后面的整个器官的3d或4d超声体积成像，且具有足够的分辨率和灵敏度来确定成像器官中的特定位置(例如疾病)。实际上，由于骨的强吸收，现有技术通常使用骨中的开口(人造
6、因此，需要在不损失图像质量的情况下进行具有大视场的3d超声体积成像，且特别地，需要进行在某些情况下可位于骨后面的器官的3d超声体积成像。
7、专利技术简述
8、为此，本公开提出了一种超声3d成像探头，其可包括具有换能器的阵列，每个换能器可被配置为用于在介质中的超声发射后至少从所述介质中的待成像区域采集反向散射的超声波，当所述反向散射的超声波在所述介质中传播时，所述反向散射的超声波可具有对应于特定波长λ的特定中心频率，所述阵列形成适于被放置为与所述介质接触的阵列表面且每个换能器具有用于至少接收所述反向散射超声波的接收表面，
9、其中每个换能器在阵列表面具有形状，其限定直径大于2λ的内切圆，且其中每个换能器：
10、-或者具有在垂直于所述接收表面的至少一个平面中，具有曲率的弯曲形状(401)的接收表面，
11、-和/或配有声学透镜，所述声学透镜被设计成模拟具有在垂直于所述接收表面的至少一个平面中，具有曲率的弯曲形状的换能器，
12、-和/或由适于被独立控制的换能器元件的矩阵形成。
13、因此，有利地，使用在阵列表面具有限定直径大于2λ的内切圆的形状的换能器，可以克服技术限制，防止使用具有在超声图像中进行大视场所需的大表面的探头。此外，使用更大的接收表面用于换能器，结合使用弯曲形状或/和设计成模拟弯曲换能器的声学透镜(例如发散透镜)用于接收表面，可以增加横向和时间分辨率，这对于在阵列表面中具有限定具有大于2λ的直径的内切圆的形状的换能器来说，通常不应出现这种情况。
14、超声波的发射(例如来自换能器)或超声波的接收(即来自介质的反向散射的超声波)可以是散焦的。每个换能器具有弯曲形状或具有被设计成模拟弯曲换能器的声学透镜，或由适于独立控制的换能器元件矩阵形成，可被配置成增大换能器的开度角(即减小方向性)，即可充当发散透镜，并因此可被配置成在接收或/和发射时散焦超声波。
15、具有换能器的超声3d成像探头，所述换能器在阵列表面中具有限定了具有大于2λ的直径的内切圆的形状并结合有弯曲形状，或者具有被设计成模拟弯曲换能器的声学透镜或通过适于独立控制的换能器元件的矩阵形成，所述探头可使得能够发射和/或接收由于直径大于2λ而具有高振幅的超声波，且可使得能够通过在介质中发射发散(或发散的)超声波来维持低方向性，且可使得在视场、分辨率和灵敏度方面提高图像/体积的质量。
16、因此，这种布置使得可能进行大视场3d或4d超声成像。
17、通过具有弯曲形状的换能器，应理解为具有弯曲发射或/和接收表面的换能器。
18、例如，介质可以是或包括如水或/和软组织的介质。
19、在一个或几个实施方案中，每个换能器的接收表面可具有弯曲形状且所述曲率可具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径。
20、在一个或几个实施方案中，每个换能器的接收表面可具有弯曲形状且所述弯曲形状可以是凸的。
21、在一个或几个实施方案中，每个换能器的接收表面可配有被设计成模拟具有弯曲形状的换能器的声学透镜，所述声学透镜可具有与换能器的所述接收表面相对的外表面，所述外表面可以是凸的或凹的。
22、在一个或几个实施方案中，所述外表面可以是凸的且可在垂直于所述外表面的至少一个平面中具有曲率且所述曲率可具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径。
23、在一个或几个实施方案中，所述外表面可以是凹，且可在垂直于所述外表面的至少一个平面中具有曲率且所述曲率可具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径。
24、在一个或几个实施方案中，所述声学透镜可以是包括分别与几个声速相关的几种材料的复合声学透镜。
25、在一个或几个实施方案中，所述阵列可具有可大于1000λ2的表面积。
26、在一个或几个实施方案中，所述直径可大于30μm。
27、在一个或几个实施方案中，所述直径可为100-2000μm。
28、在一个或几个实施方案中，所述中心频率可包括于0.5-100mhz，优选1-10mhz。
29、本公开还涉及超声3d成像设备，所述超声3d成像设备可至少包含：
30、-根据本公开的超声3d成像探头；
31、-控制单元，其被配置为从由待成像区域的换能器接收的所述反向散射超声波采集信号，以响应于每个发射的超声波，其中所述控制单元还被配置为基于所采集的信号生成3d图像。
32、在一个或几个实施方案中，所述控制单元还被配置为使所述换能器在待成像区域发射超声波，以产生所述反向散射的超声波。
33、因此，有利地，使用比传统换能器更大尺寸的换能器可以在介质中传输更多的能量并获得更好的接收灵敏度。
34、在一个或几个实施方案中，控制单元还可被配置为对在每个发射的超声波的发射后获得的采集信号施加校正延迟，所述校正延迟考虑了发射表面的弯曲形状。
35、在一个或几个实施方案中，超声3d成像探头的每个换能器可由适于被独立控制的换能器元件的矩阵形成，且所述控制单元可被配置为在换能器矩阵的换能器元件上施加时间延迟，以在换能器尺度上模拟具有弯曲形状的换能器。
36、本公开还涉及超声成像方法，其包括使用根据本公本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.超声3D成像探头(2)，其包含具有换能器的阵列，每个换能器被配置为用于在介质中的超声发射后至少从所述介质中的待成像区域(10)采集反向散射的超声波，当所述反向散射的超声波在所述介质中传播时，所述反向散射的超声波具有对应于特定波长λ的特定中心频率，所述阵列形成适于被放置为与所述介质接触的阵列表面且每个换能器具有用于至少接收所述反向散射超声波的接收表面，
2.根据权利要求1所述的超声3D成像探头，其中每个换能器的所述接收表面具有弯曲形状且所述曲率具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径，或每个换能器的所述接收表面具有弯曲形状且所述弯曲形状是凸的。
3.根据权利要求1所述的超声3D成像探头，其中每个换能器的所述接收表面配有设计成模拟具有弯曲形状的换能器的声学透镜，所述声学透镜具有与所述换能器的所述接收表面相对的外表面，所述外表面是凸的或凹的。
4.根据权利要求3所述的超声3D成像探头，其中所述外表面是凸的且在垂直于所述外表面的至少一个平面中具有曲率且所述曲率具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径，
5.根据前述权利要求中任一项所述的超声
6.根据前述权利要求中任一项所述的超声3D成像探头，其中所述直径大于30μm。
7.超声3D成像设备，其至少包含：
8.根据权利要求7所述的超声3D成像设备，其中所述控制单元还被配置为使所述换能器在待成像区域发射超声波，以产生所述反向散射的超声波。
9.根据权利要求8所述的超声3D成像设备，其中所述控制单元还被配置为在每个发射的超声波发射后获得的采集信号上施加校正延迟(603；604)，所述校正延迟考虑了发射表面的弯曲形状。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的超声3D成像设备，其中所述超声3D成像探头的每个换能器由适于被独立控制的换能器元件的矩阵形成，且所述控制单元被配置为对换能器的矩阵的换能器元件施加时间延迟，以在换能器尺度上模拟具有弯曲形状的换能器。
11.超声成像方法，其包括使用根据权利要求1-6中任一项所述的超声3D成像探头来采集在待成像区域中传播的反向散射超声波，所述反向散射超声波具有所述波长λ。
12.超声成像方法，其包括使用根据权利要求7-10中任一项所述的超声3D成像设备，用于从在待成像区域中传播的反向散射的超声波采集信号，以响应于每个发射的超声波且用于基于采集的信号生成3D图像，所述反向散射的超声波具有所述波长λ。
13.超声成像方法，其包括使用根据权利要求12所述的超声3D成像设备，其中根据合成孔径方法在待成像区域发射所述超声波。
14.超声成像方法，其包括使用根据权利要求12或13所述的超声3D成像设备，其中所述方法还包括：
15.根据权利要求11-14中任一项所述的超声成像方法，其中微泡存在于所述待成像介质中且使用超定位算法在所述3D图像中定位和/或跟踪，以及
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.超声3d成像探头(2)，其包含具有换能器的阵列，每个换能器被配置为用于在介质中的超声发射后至少从所述介质中的待成像区域(10)采集反向散射的超声波，当所述反向散射的超声波在所述介质中传播时，所述反向散射的超声波具有对应于特定波长λ的特定中心频率，所述阵列形成适于被放置为与所述介质接触的阵列表面且每个换能器具有用于至少接收所述反向散射超声波的接收表面，
2.根据权利要求1所述的超声3d成像探头，其中每个换能器的所述接收表面具有弯曲形状且所述曲率具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径，或每个换能器的所述接收表面具有弯曲形状且所述弯曲形状是凸的。
3.根据权利要求1所述的超声3d成像探头，其中每个换能器的所述接收表面配有设计成模拟具有弯曲形状的换能器的声学透镜，所述声学透镜具有与所述换能器的所述接收表面相对的外表面，所述外表面是凸的或凹的。
4.根据权利要求3所述的超声3d成像探头，其中所述外表面是凸的且在垂直于所述外表面的至少一个平面中具有曲率且所述曲率具有包括于λ-40λ的至少一个曲率半径，
5.根据前述权利要求中任一项所述的超声3d成像探头，其中所述声学透镜是包括分别与几种声速相关联的几种材料的复合声学透镜。
6.根据前述权利要求中任一项所述的超声3d成像探头，其中所述直径大于30μm。
7.超声3d成像设备，其至少包含：
8.根据权利要求7所述的超声3d成像设备，其中所述控制单元还被配置为使所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·帕帕达西，M·坦特，H·法雷，M·佩诺特，
申请(专利权)人：国家医疗保健研究所，
类型：发明
国别省市：
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