具有换能器阵列的成像装置及其制造方法和使用
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 根据美国法典第35条119(e)款，本申请要求2013年2月28日提交的美国临时 专利申请序列号61/770, 733的权益，该临时专利申请的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及可插入患者的成像系统的领域以及制造和使用该成像系统的方法。本 发明还涉及具有换能器阵列的导管和系统以及制造和使用该导管和系统的方法，包括在多 个换能器处同时接收回波信号的操作方法。
【背景技术】
[0004] 可插入患者中的超声装置已证明具有对多种疾病和病症的诊断能力。例如，血管 内超声（IVUS)成像系统已被用作用于诊断阻塞血管的成像方式，并且提供信息以帮助执 业医师选择并置入支架和其它器械以便恢复或增加血流量。IVUS成像系统已被用于诊断在 血管内部特定位置的粥样斑块堆积。IVUS成像系统可以用于确定血管内梗阻或狭窄的存 在、以及梗阻或狭窄的性质和程度。IVUS成像系统可以用于使由于如下原因而难以利用其 它血管内成像技术（诸如血管造影术）可视化的血管系统的各段可视化，例如运动（例如， 跳动的心脏）或者被一个或多个结构（例如，不希望进行成像的一条或多条血管）所阻碍。 IVUS成像系统可以用于实时地（或几乎实时地）监视或评估正在进行中的血管内治疗，如 血管造影术和支架置入。此外，IVUS成像系统可以用于监视一个或多个心室。
[0005]IVUS成像系统已被开发以提供用于使多种疾病或病症可视化的诊断工具。IVUS 成像系统可以包括控制模块（具备脉冲发生器、图像处理器、和监视器）、导管、以及设置在 该导管中的一个或多个换能器。可以将容纳换能器的导管定位在位于被成像区域（如血管 壁或靠近血管壁的患者组织）的内部的或靠近被成像区域的内腔或体腔中。控制模块中的 脉冲发生器产生电脉冲，这些电脉冲被传输至一个或多个换能器并被转换成声脉冲，这些 声脉冲被传送经过患者组织。所传送声脉冲的反射脉冲被一个或多个换能器吸收，并且被 转换成电脉冲。经转换的电脉冲被传输至图像处理器，并且被转变为可显示于监视器上的 图像。在许多常规的IVUS成像系统中，导管中的换能器发生旋转以便获得全360°图像。 将换能器设置在传动轴上，该传动轴联接到导管所附接的电动机。这种布置方式必然要求 最小导管直径以确保换能器的自由和前后一致的的旋转。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个实施例是关于一种医学成像组件，该组件包括：具有近端、远端、纵 向轴线、和设置在近端的连接器的细长导管；被布置在导管远端的换能器阵列，各换能器构 造和布置成将所施加的电信号转换成声音信号、发射声音信号、接收相应的回波信号、将所 接收的回波信号转换成电信号；电性连接到换能器阵列并且与导管的连接器电通信的多个 导体；和控制单元，该控制单元可连接到导管并且构造和布置成经过导管的连接器在控制 单元与换能器阵列之间发送并接收电信号。控制单元具有构造和布置成执行如下指令的处 理器，包括（1)从换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能器并且从换能器阵列中选择 第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于换能器阵列中的换能器总数的 整数并且N>M;和⑵在至少N个发射/接收周期的每个周期中，（a)命令第一亚组的M个 发射换能器发射声音信号；并且（b)命令第二亚组的N个接收换能器接收响应于发射的声 音信号所产生的相应的回波信号。
[0007]另一个实施例是关于一种非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质具有用于 对来自换能器阵列的信号进行处理的处理器可执行指令。处理器可执行指令当被安装到装 置中时使该装置能够执行如下操作：包括（1)从换能器阵列中选择第一亚组的M个发射换能 器并且从换能器阵列中选择第二亚组的N个接收换能器，其中M和N各自为等于或小于换能 器阵列中的换能器总数的整数并且N>M;和（2)在至少N个发射/接收周期的每个周期中， (a)命令第一亚组的M个发射换能器发射声音信号；(b)命令第二亚组的N个接收换能器接 收响应于发射的声音信号所产生的相应的回波信号；并且（c)将来自第二亚组的换能器的 回波信号加以组合而给出组合信号。在时间t的第h个发射/接收周期的组合信号C (h，t)具有
的形式，其中R(e,t)是用于第h个发射/接收 周期的来自第二亚组睛第e个换能器的回波信号，并且L为非零系数。对系数 HJJ行选择以便通过经由N个组合信号的选择性加法和减法计算而将N个组合信号加以 组合，可以使来自亚组的任一个换能器的N个发射/接收周期的接收的回波信号的复合信 号恢复。
[0008]又一个实施例是关于一种医学成像组件，该组件包括：具有近端、远端、纵向轴线 的、和设置在近端的连接器的细长导管；被布置在导管远端上的换能器阵列，各换能器构造 和布置成将所施加的电信号转换成声音信号、发射声音信号、接收相应的回波信号、将所接 收的回波信号转换成电信号；多个导体，这些导体电性连接到换能器阵列并且与导管的连 接器电通信；和控制单元，该控制单元可联接到导管并且构造和布置成经过导管的连接器 在控制单元与换能器阵列之间发送并接收电信号。该医学成像组件构造和布置成以至少 30MHz的换能器中心频率进行操作。
【附图说明】
[0009]参照以下附图来描述本发明的非限制性和非详尽的实施例。在附图中，除非另有 说明，在各种图中类似的附图标记是指类似的部件。
[0010] 为了更好地理解本发明，现在将参考以下【具体实施方式】并且结合附图，在附图 中：
[0011] 图1是根据本发明的适合于插入患者的超声成像系统的一个实施例的示意图，该 超声成像系统包括导管和控制模块。
[0012] 图2是根据本发明的图1的导管的一个实施例的示意性侧视图。
[0013]图3是根据本发明的图1的导管的远端的一个实施例的示意性纵向剖视图，该远 端具备设置在被限定在护套中的内腔中的成像芯。
[0014]图4是根据本发明的成像芯的一个实施例的示意性横向剖视图，该成像芯具备周 向的换能器阵列元件。
[0015]图5是根据本发明的从换能器阵列获得信号的方法的一个实施例的流程图。
[0016] 图6A和图6B是根据本发明的用于验证48个发射/接收周期中的48个换能器的 系数的矩阵的两个实施例。
[0017]图7是根据本发明的用于将在换能器阵列处所接收的回波信号加以组合的电路 的一个实施例的示意图。
[0018] 图8是根据本发明的用于对换能器信号进行处理以获得图像的方法的一个实施 例的流程图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明涉及可插入患者的成像系统的领域以及制造和使用所述成像系统的方法。 本发明还涉及具有换能器阵列的导管和系统以及制造和使用所述导管和系统的方法，所述 方法包括在多个换能器处同时接收回波信号的操作方法。
[0020] 合适的血管内超声（"IVUS"）系统和装置包括但不限于：被设置在构造和 布置成用于经皮插入患者的导管的远端的换能器阵列。具有导管的IVUS成像系统的 例子可参见例如美国专利7, 246, 959、7, 306, 561、和6, 945, 938 ;以及美国专利申请 公开 2006/0100522、2006/0106320、2006/0173350、2006/0253028、2007/0016054、和 2007/0038111 ;所有这些专利文献的内容以引用的方式并入本文中。
[0021] 图1示意性地示出了IVUS成像系统100的一个实施例。该IVUS成像系统100包 括可联接到控制模块104的导管102。控制模块104可包括例如：处理器106、脉冲发生器 108、及一个或多个显示器112。至少在一些实施例中，脉冲发生器108形成电脉冲，可将该 电脉冲输入至设置在导管102中的换能器阵列（在图3中为312)。任选地，控制单元可包 括驱动单元，该驱动单元是用于在扫描过程期间将导管或一部分导管回拉。
[0022] 至少在一些实施例中，可将从换能器（在图3中为312)中发射出的电信号输入至 处理器106进行处理。至少在一些实施例中，可以将来自换能器（在图3中为312)的经处 理的电信号以一个或多个图像的形式显示于一个或多个显示器112上。例如，可以利用扫 描转换器将扫描线样本（例如，径向扫描线样本，等）映射到二维笛卡尔网格（Cartesian grid)，以便将一个或多个图像显示于一个或多个显示器112上。也可利用处理器106来执 行图5和图8中的流程图中所示的步骤或者这些步骤的任何部分。
[0023] 至少在一些实施例中，也可利用处理器106来控制控制模块104的一个或多个的 其它部件的运行。例如，可利用处理器106对从脉冲发生器108中所发射电脉冲的频率或 持续时间、驱动单元将导管回拉的速率或长度、或者形成于一个或多个显示器112上的一 个或多个图像的一个或多个性质中的至少一种进行控制。
[0024] 图2是IVUS成像系统（在图1中为100)的导管102的一个实施例的示意性侧视 图。导管102包括细长构件202和接口 204 (例如，连接器）。细长构件202包括近端206 和远端208。在图2中，细长构件202的近端206联接到导管接口 204