超声成像仪器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声成像仪器和相关设备及方法。
【背景技术】
[0002]超声成像仪器，即生成超声波图像的仪器，是众所周知的。此设备通常应用在医学方面，其应用通常被称为“诊断超声检查”或“超声检查”。诊断超声检查的常见用途是产科超声检查，即使用超声能量来为母亲的子宫产生的胚胎或胎儿生成图像。
[0003]现代的超声成像仪器通常利用具有多个以固定阵列排布的超声换能器的探针所产生的回波数据，来生成超声波图像。现代超声成像仪器的问题在于，所述仪器通常应用的多元件换能器阵列和相关的波束形成电子原件构造昂贵。这意味着当前的“高端”仪器是非常昂贵的，如在￡20，000-￡100，000 (2012年价格)的范围内。
【发明内容】
[0004]基于上述考虑，设计了本发明。
[0005]发明人观察到，需要生产一种使用极低成本部件而仍能生成质量可靠的超声波图像的超声波成像仪器，例如，从而在目前因高昂而无法使用超声成像仪器的应用和/或领域中，开创使用此类仪器的可能性。
[0006]因此，本发明的第一个方面中，可以提供一种超声成像仪器，包括:
超声换能器，用于在表面的第一侧面上的多个位置和/或方位中的每一个位置和/或方位上分别执行收集周期，在所述收集周期内，所述超声换能器向目标区域发射超声能量并从所述目标区域接收反射的超声能量，所述目标区域位于与所述表面的第一侧面相对的第二侧面；
处理单元，用于获取表示每个收集周期内所述超声换能器接收的反射超声能量的回波数据，以及表示每个收集周期内所述超声换能器在所述表面的第一侧面上的位置和/或方位的位置/方位数据；
其中，所述处理单元用于，通过将所述位置/方位数据应用到所述回波数据中，来将所述回波数据连贯地聚焦在分布于所述目标区域内的多个点上，从而生成所述目标区域的超声图像。
[0007]发明人发现，由此一来，可以利用单一超声换能器，在无需现代超声成像仪器通常所要求的复杂波束形成电子的情况下，生成质量合格的超声图像(如见图5(a) (ii)、图5(b) (ii)和图 5(c) (ii)所示)。
[0008]在本公开的上下文中，术语“超声图像”即是指利用反射的超声能量生成的任意图像。
[0009]类似的聚焦技术在其它的技术领域已被熟知，例如在雷达上(其中此技术通常被称作“合成孔径雷达”)以及在声呐上(其中此技术通常被称作“合成孔径声呐”)，如见“SAM1: a low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by meansof synthetic aperture，，，Chat i l1n, J., Adams, A.E., Law lor,.A., Zakhar i a, Μ.E.,Oceanic Engineering, IEEE Journal of, pages: 4-15 Volume: 24, Issue: 1 , Jan1999.然而，据发明人所知，任何目前的医学超声扫描产品中，均尚未使用过以下技术:即，使用单个超声换能器从表面的第一侧面上多个位置和/或方位上的每一个位置和/或方位获取回波数据(例如，使用单个超声换能器物理扫描整个皮肤)，并应用位置/方位数据来连贯地聚焦回波数据。
[0010]优选地，将所述位置/方位数据应用到所述回波数据中，其中将所述回波数据看作是以固定阵列排列的的多个超声换能器所获取的回波数据，从而将所述回波数据连贯地聚焦在分布于目标区域内的多个点上。由此一来，所述处理单元可以看作是使用所述位置/方位数据和所述回波数据来模拟以超声换能器的固定“合成”阵列所所获取的回波数据，即使实际上仅使用了单一超声换能器元件来获取回波数据。
[0011 ] 优选地，所述多个点分布于目标区域内的多个深度。优选地，所述多个点分布于整个目标区域。
[0012]所述目标区域优选为二维(“2D”)区域。所述二维区域可以位于包含预定轨迹的平面上，所述超声换能器限于沿所述预定轨迹相对于外壳(见下文)移动。因此，所述超声图像优选为所述目标区域的二维超声图像。
[0013]所述超声换能器优选地包含在超声探针之中。
[0014]优选地，所述超声探针与所述处理单元相分离，其可以例如通过通用的个人计算机(“PC”)来分离。
[0015]优选地，所述超声探针为手持式超声探针，也就是说，便于使用者用手握住。
[0016]优选地，所述超声探针含有用于安装所述超声换能器的头部。所述超声换能器优选地固定安装在所述头部。优选地，所述超声探针还包含供所述头部可移动地安装的外壳，以允许所述超声换能器相对于所述外壳移动。
[0017]更优选地，所述头部可移动地安装在所述外壳上，以允许所述超声换能器沿预定轨迹相对于所述外壳移动。该设置的优点在于，所述预定轨迹限制了所述收集周期内所述超声换能器在所述表面的第一侧面上的可用位置和/或方位的数量(假设所述外壳在收集周期内相对于所述表面大体上保持静止)，这通常允许更容易地根据所述位置/方位数据和所述回波数据生成超声图像。
[0018]优选地，所述超声探针为可手动操作的，优选地，所述头部可移动地安装在所述外壳上，以允许使用者用手使所述超声换能器相对于所述外壳移动(优选地沿预定轨迹，见上文)。
[0019]可选地，所述超声探针可以包含动力机制来相对于所述外壳移动所述头部(优选地沿预定轨迹，见上文)。
[0020]优选地，所述头部和外壳的大小允许使用者用一只手握住所述外壳，同时用另一只手将所述头部相对于所述外壳移动。
[0021]优选地，所述外壳设置为，在每个收集周期内相对于所述表面大体上保持静止。例如，所述外壳可以配置为，设置在与所述表面相接触的位置(在所述表面的第一侧面上)，从而在每个收集周期内使所述外壳相对于所述表面大体上保持静止。
[0022]所述预定轨迹可以具有任何形状，但优选为曲线或直线(例如为了计算简便)。所述预定轨迹优选地位于单一平面上(如同样为了计算简便)。
[0023]优选地，所述预定轨迹为曲线。例如，所述头部可以是可旋转地安装在所述外壳上，例如绕轴旋转，以允许所述超声换能器沿预定曲线轨迹相对于所述外壳移动。这里所述曲线轨迹可以被称为圆弧。
[0024]所述曲线预定轨迹可以相对于所述表面呈凸面或凹面。优选地，所述曲线预定轨迹相对于所述表面呈凸面，因为这有利于所述超声换能器的声能穿透(也就是发射超声能量进入)更宽视野，例如宽于直线预定轨迹。反过来，这允许所述超声成像仪器生成更大目标区域的超声图像，例如大于直线预定轨迹(虽然图像质量有相应损失)。
[0025]优选地，所述多个位置和/或方位(所述超声换能器在其中执行收集周期)对应于所述预定轨迹上的多个预定位置。
[0026]所述超声换能器可以用于，基于代表所述头部相对于所述外壳的位置和/或方位的信号(，例如由下述的位置和/或方位确定单元所产生的信号)，在每个所述预定轨迹上的预定位置执行收集周期。
[0027]优选地，所述预定轨迹上的所述预定位置为均匀间隔的(例如为了计算简便)。然而，在某些实施例中，所述预定轨迹上的所述预定位置可以是非均匀间隔的。
[0028]在所述头部可旋转地安装在所述外壳上的情况下，例如绕轴旋转(见上文)，所述超声换能器可以用于，基于代表所述头部相对于所述外壳的旋转角度的信号，在所述预定轨迹上的每个预定位置执行收集周期，例如所述预定位置以所述头部相对于所述外壳旋转的预定增量而分隔开，所述预定增量可以是例如1°或更小，并且更优选为0.5°或更小。
[0029]优选地，所述预定轨迹上的所述预定位置之间的距离小于所述超声换能器的宽度，例如使得所述“合成”阵列具有足够的空间采样率来避免混叠。例如，所述预定轨迹上的所述预定位置之间的平均(例如平均值)距离可以是所述超声换能器的超声发射面的一半宽度或者小于其宽度。由此而论，可以在预定轨迹所在的平面内测量所述超声换能器的超声发射面的宽度(见上文)。
[0030]优选地，所述处理单元用于生成所述目标区域的多个超声图像，其中每个超声图像由位置/方位数据和回波数据生成，所述位置/方位数据和回波数据由所述超声换能器分别沿所述预定轨迹的行程获取。
[0031]优选地，所述处理单元用于，根据位置/方位数据和回波数据生成每个超声图像，所述位置/方位数据和回波数据由所述超声换能器分别沿所述预定轨迹的行程获取，而无关于所述超声换能器沿所述预定轨迹的运动方向(例如运动方向可以是正方向或反方向)。这可以有利于仪器以更快的速度生成超声图像。优选地，所述超声换能器的焦距短于所述成像区域的长度，其中，焦距是指所述超声换能器的超声发射面到所述