[发明专利]用于医学扫描的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于对对象进行超声扫描的改进的方法和装置，其具有成本和应用范围方面的优点。所述方法特别可以应用于手持式超声设备领域。

背景技术

1940年代，超声首次被用作医学诊断成像工具。这是基于A模式(振幅模式)超声的，所述A模式超声是一种回声测距形式。这简单地给出了回波强度与时间的图像，通过知道对象媒介中声音的速度，从换能器返回波，给出特征的距离。为了从这个扫描线获得有效信息，传送的超声波束的方向比如不变且已知。

为了提供成像系统，需要声穿透较大的区域，至少对象的二维剖面。同样也需要接收从这个区域返回的回波，并以正确的空间关系显示这些信息。

因为超声波换能器接收的唯一信息是随着时间的回波强度，通过知道回波接收方向，可以容易地增加空间信息。这意味着一直知道换能器的位置和取向，且这最容易通过控制换能器运动来实现。

这导致了B模式(亮度模式)扫描，其中超声波输出为脉冲，换能器机械地扫描对象。换能器随强度与时间从每个脉冲探测回波，称为扫描线。扫描线显示为，亮度与回波强度成比例，从而形成图像。

在1950年代早期，Wild和Reid创造了利用机械安装旋转换能器的B模式扫描系统。

超声波技术在1960年代取得重要进展，Wright和Meyerdlrk研发了关节臂式B模式扫描仪。关节臂扫描仪，也被称为静态扫描仪，将超声波换能器连接至可移动臂，利用电位计机械地测量臂的运动。关节臂也保证换能器运动的自由度被限制在定义的平面。这使得换能器的位置已知，并有相当的精确度，从而允许换能器记录的扫描线彼此正确地间隔显示。

静态超声波扫描仪被广泛地应用，直至1980年代早期。静态超声波扫描仪为大而笨拙的设备，所使用的技术并不容易地适用于手持式超声波系统。

在1970年代中期，出现了实时换能器，其中利用马达转动超声波换能器。Krause(美国专利号3470868-超声波诊断仪器)公开了一种发明，其中马达转动超声波换能器，以实现实时生成图象。

马达驱动换能器，无需精确地知道换能器外壳的位置，因为操作者只需知道保持换能器外壳静止，马达将快速地掠过换能器，以产生扫描弧线。这产生了均匀分布的扫描线组，处于单个平面，其空间关系已知，因为掠过特性已知。

这些装置有其自身的问题。马达驱动电路增加了尺寸、功率消耗、复杂性和成本。另外，马达本身和相关移动零件降低了装置的可靠性。

在电子束控制换能器中已经探索了这些问题的解决方案。Wilcox(美国专利号3881466)描述了一种由许多电子晶体组成的发明，其中可以对每个晶体按顺序进行传输脉冲延时，从而使电子元件控制超声波束。基本技术今天仍然被广泛地应用，几乎所有现代的医学超声波设备在换能器中采用超声波晶体阵列。早期的设计采用至少64个晶体，现代的设计有时候采用多达一千个晶体或更多。

电子束控制使其无需使马达产生实时图像。采用阵列换能器所获得的扫描线被包含在一个定义的平面内，或者在二维阵列情况下处于定义的一系列平面内。从而扫描线可以容易地映射在平面显示屏上。

然而，制造带有晶体阵列的换能器的成本很高。同样控制和处理电路的成本也很高，每个晶体需要单独的通道。换能器通常手工制造，通道需要非常好的通道与通道的配合和低串扰，且通常与同时运作的通道数量成比例。

同时，也寻求不利用关节臂的跟踪换能器的解决方案。这些包括跟踪换能器或相对于外部参照框架与换能器关系固定的元件。这些通常包括利用独立于换能器单元的一个或多个固定发射机和在换能器单元上的接收机的电磁跟踪。同样也采用摄像机进行视觉跟踪。

所有这些都需要建立框架参照，在某些情况下只在特殊装备的房间中才有用。同时，这些也存在参照范围中移动的人员和设备与跟踪信号冲突的问题。这些问题使这些系统不适合用于手持的情况。

超声波技术的现有技术很多都在于改善超声波系统的性能，使之可以被用于不断增加的诊断应用范围中。结果已经看到超声波系统中换能器增加晶体数量以及主机系统的处理功率不断增加的明显进步。结果已经看到具有3D和实时3D(或4D)能力的系统。

这些高成本、高功率消耗装置不适合用于专门超声波检查设备之外的现场护理。特别是，这些系统不适合用于手持设备。

发明内容

为了使现场护理具有超声波能力，需要考虑到成本、尺寸、形式和使用因素。所使用的功率也得考虑，因为手持装置通常是电池供电。一种手动地扫过目标区域的简单、单束换能器将是有益的。