超声探头和超声成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于超声成像系统的超声探头。本发明还涉及一种包括这样的超声探头的超声成像系统。更进一步地，本发明还涉及一种确定对象(患者)的内脏身体脂肪的量的方法和用于实施所述方法的对应的计算机程序。
【背景技术】
[0002]在表演运动、个人健身和健康护理用具领域，期望对不同组织类型的身体比例成份获得深刻的理解。为此目的，必须从彼此区分若干主要组织。从健康的视角来看，要检测的最重要的组织是:脂肪质量和无脂肪质量、瘦肉质量和肌肉质量以及对皮下脂肪组织(SAT)和内脏脂肪组织(VAT)的进一步辨别。
[0003]脂肪储存能够大致发生在人体中的两个不同的隔间中:皮下(皮肤下方)和内脏/腹腔内(围绕内部器官)。VAT比SAT更难以变松，并且被认为是更加危险的。研宄表明，具有高内脏脂肪的人更加容易受到心脏病、中风、糖尿病和高血压的影响。久坐的人、吸烟者和饮酒者已经示出比不吸烟和不饮酒的爱活动的人具有更多的VAT。压力也可以是在身体中存储VAT的因素。
[0004]医学专业人员不得不越来越多地处理与高VAT的量有关的以上提及的疾病。具有一种用于快速且可靠地评估患者的物理健身水平的方法能够有助于专业人员评估物理健身可以在多大程度上影响患者的健康。此外，具有健身水平和疾病监测的医学规定的锻炼介入能够用于改善患者的健康，并且也用于为处置的有效性提供证明。VAT的直接量化无论如何是困难的。
[0005]用于量化VAT的大多数现今已知的方法依赖于估计而不是直接和准确的量化方法。一种获得人的VAT的简单方法是对腰围的测量。然而，该参数具有若干局限，这是因为该参数包括人的较少有害的皮下脂肪(SAT)以及肌肉层。
[0006]测量人的身体脂肪百分比的另一方式是通过测量人的重量和体积来找到平均组织密度。连同对骨骼质量的假定和对肌肉和脂肪的密度的知晓，身体脂肪测量能够被计算出来。该方法对多个测量是相当一致的。不幸的是，该流程涉及将对象浸没在水箱中，使得所述方法体积庞大且耗时。除此之外，该流程也不允许SAT与VAT之间的准确区分。
[0007]因此，需要对人类VAT的直接量化。若干科学家提出利用所谓的腹腔内直径(IAD)作为有效的手段来估计人类VAT。所述IAD描述的是在脊柱的L3-L4级上的肚脐以上3cm的白线与主动脉的后侧之间的距离。Bellesari等人的“Sonographic measurement ofadipose tissue，，(Journal of Diagnostic Medical Sonography，1993 年 I 月，第 9 卷，第I期，第11-18页)证实了 IAD的潜力，但是也强化了 IAD不是非常可靠的事实，这最有可能归因于利用超声探头应用的压力的差异。额外地，他们报告了归因于主动脉的脉动效应以及呼吸运动和肠道运动的重复性问题。此外，他们报告了一些扫描具有干扰IAD的识别的阴影(黑暗区)或反射(规则间隔的、薄的、明亮的线)的问题。这些问题通常通过应用更多的超声凝胶来校正。克服这些问题的构思是朝向更好和更直接访问关于人的VAT的信息的可期望的步骤。Tornaghi等人在“Anthropometric or ultrasonic measurementsin assessment of visceral fat ? A comparative study，，(Internat1nal Journal ofObesity，1994(18)，第771-775页)中比较了在评估内脏脂肪组织的量中的人体测量和超声测量的准确度。
[0008]允许以简单的方式量化人的VAT的消费者产品将是特别期望的。由于现有技术医学超声成像技术对于消费者产品而言过于昂贵，因此需要低成本的解决方案。针对专业部门设计的医学超声成像系统与此相隔太远，对于在日常使用中的私人消费者来说太难于处理。
【发明内容】
[0009]本发明的目标是提供一种用于超声成像系统的超声探头，所述超声探头尤其适合于私人消费者、易于处理、并且与现有技术产品相比是低成本密集型的。优选地，这样的设备应当被配置为容易和方便在家庭环境中操作。这样的设备应当允许直接地和对于消费者来说容易地处理对人类VAT的量化。本发明的进一步的目标是提供一种对应的超声成像系统以及用于根据腹部超声扫描来确定对象的内脏身体脂肪的量的对应的方法。
[0010]在本发明的第一方面中，提出了一种用于超声成像系统的超声探头。所述超声探头包括:
[0011]-探头壳体，
[0012]-单元件超声换能器，其用于发射和接收超声信号，
[0013]-换能器移动单元，其被布置在所述探头壳体之内以用于在信号采集期间相对于所述探头壳体沿着二维凸弯曲路径移动所述单元件超声换能器。
[0014]在本发明的其他方面中，提供了一种超声成像系统，所述超声成像系统包括以上提及的超声探头和用于根据所接收的超声信号重建超声图像的图像重建单元。
[0015]在本发明的又其他方面中，提供了一种根据腹部超声扫描来确定对象的内脏身体脂肪的量的方法。所述方法包括以下步骤:
[0016]-接收来自单元件超声换能器的超声信号，所述单元件超声换能器在信号采集期间在超声探头的探头壳体之内沿着凸弯曲路径自动地移动，
[0017]-根据所接收的超声信号来重建超声图像，
[0018]-分割所述对象的所述腹部超声扫描的所述超声图像，
[0019]-识别在所述超声图像之内的白线和主动脉的位置，以便导出腹腔内直径(IAD)，并且
[0020]-基于所导出的IAD来计算所述内脏身体脂肪的量。
[0021]在本发明的再其他方面中，提供了一种包括程序代码单元的计算机流程，所述程序代码单元用于当在计算机上执行所述计算机程序时令所述计算机执行这样的方法的步骤。
[0022]如以上已经提及的，能够基于所述腹腔内直径(IAD)来计算/估计人类VAT的量。这需要对在所述超声图像之内的所述白线和所述主动脉的识别。由于难以从一维超声信号(A-模式)检测到所述白线或所述主动脉，因此需要二维超声图像。二维超声图像通常由多元件超声换能器阵列直接采集。然而，配备有这样的多元件超声换能器阵列的超声探头是相当昂贵的。
[0023]本发明基于提供单元件超声换能器的想法，其中，所述单元件超声换能器在信号采集期间相对于所述探头壳体沿着二维凸弯曲路径自动地移动。这通过被布置在所述探头壳体之内的换能器移动单元来实现。在单元件超声换能器沿着所述凸弯曲路径移动期间，收集多个超声A线信号。这些一维超声信号然后被重建为二维或三维超声图像。经移动的单元件超声换能器因此覆盖与多元件超声阵列探头相似的区。换言之，经移动的单元件超声换能器模仿凸阵列换能器的形状。
[0024]所提出的超声探头的主要优点中的一个是只需要一个超声元件。这样的超声探头当然比多元件阵列便宜。然而，这样的超声探头允许生成与利用凸(多元件)换能器阵列产生的图像相当的二维超声图像。在信号采集期间，所述单元件换能器沿着所描述的圆弧形状的(凸)路径横向地移动，其中，所述圆弧优选具有0° -90°之间的开口角度，最优选具有45° -75。之间的开口角度。因此，可用范围可以是相当大的，即，无需相对于检查目标移动超声探头的扫描序列(换能器元件来回移动)的扫描范围是相当大的。对超声探头的处理是相对容易的，这使得对于个人使用(经验较少的私人用户)是可用的。由于所述单元件超声换能器相对于所述探头壳体(例如，使用电动机)被自动地移动并递送“规则的”2D超声图像，因此用户可能甚至不能认出所提出的超声探头与“规则的”多元件超声阵列探头之间的差异。
[0025]所述超声探头还优选包括移动传感器，所述移动传感器用于感测所述单元件超声换能器相对于所述探头壳体的移动和/或位置。为了能够根据在所述换能器元件沿着以上提及的圆弧移动期间采取的多个ID扫描来重建2D B模式图像，该位置跟踪是特别重要的。优选地，仅当所述移动传感器检测到所述换能器元件在运动中时发送发射脉冲。
[0026]本发明的优选实施例在从属权利要求中被定义。应当理解，所要求保护的超声成像系统和所要求保护的方法具有如所要求保护的超声探头和如从属权利要求中所定义的类似的和/或相同的优选实施例。
[0027]在优选实施例中，所述换能器移动单元包括凸形轨道，所述凸形轨道用于相对于所述探头壳体沿着所述凸弯曲路径以机械方式引导所述单元件超声换能器。所述引导轨道可以是被布置并固定在所述探头壳体之内的框架的部分。优选地，使用至少两个这样的引导轨道，在所述单元件超声换能器的每一侧上有一个这样的引导轨道。所述单元件超声换能器优选被可滑动地安装在所述引导轨道之内。总体上可设想不同种类的驱动机构(例如，电动机、磁力传动列车等)以在所述引导轨道之内移动所述单元件换能器。
[0028]在其他优选实施例中，所述超声探头还包括位移传感器，所述位移传感器用于感测所述单元件超声换能器和/或所述探头壳体的移动和/或位置。该位移传感器优选被实现为光学传感器。所述光学传感器可以例如被附接到所述超声探头，以用于以光学方式检测所述探头的移动。这提供了获得所述超