[发明专利]多孔径超声探头的校准

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有通过引用将内容结合于此、标题为“Calibration of Multiple Aperture Ultrasound Probes”、于2012年8月10日提交的第61/681,986号美国临时专利申请的权益。

通过引用的结合

在本说明书中提到的所有公开文本和专利申请通过引用而结合于此，如同具体地和个别地指示通过引用而结合每份个别公开文本或者专利申请。

技术领域

本公开内容总体上涉及超声成像系统，并且更具体地涉及用于校准多孔径超声探头的系统和方法。

背景技术

在常规超声成像中，聚焦的超声能量波束被发射到待检查的身体组织中，并且返回的回波被检测和绘图以形成图像。尽管超声已经被广泛地用于诊断目的，但是常规超声已经大大受限于扫描深度、斑点噪声、不良横向分辨率、遮挡的组织以及其它这样的问题。

为了声穿透身体组织，超声波束通常通过相控阵列或者成形换能器来形成和聚焦。相控阵列超声是一种导引和聚焦窄超声波束用于在医学超声波扫描中形成图像的常用方法。相控阵列探头具有许多小的超声换能器元件，每个超声换能器元件可以被个别地施以脉冲。通过改变超声脉冲的时序(例如，通过沿着行依次逐个对元件施以脉冲)，设立相长干涉(constructive interference)图案，该相长干涉图案产生在选择的角度指引的波束。这称为波束导引(beam steering)。这样的导引的超声波束然后可以被扫描通过正在检查的组织或者对象。来自多个波束的数据然后被组合以产生示出通过对象的切片的可视图像。

传统上，用于发射超声波束的相同换能器或者阵列用来检测返回的回波。这一设计配置在将超声成像用于医学目的时的最显著限制之一的核心在于不良横向分辨率。理论上，可以通过增加超声探头的孔径宽度来提高横向分辨率，但是与孔径尺寸增加相关的实际问题却已经保持孔径为小。无疑地，超声成像即使有这一限制仍然已经很有用，但是它在更好分辨率的情况下可以更有效。

发明内容

提供一种校准超声探头的方法，该方法包括以下步骤：在适当位置放置超声探头的第一阵列和第二阵列以对幻象(phantom)进行成像，第一阵列和第二阵列中的每个阵列具有多个换能器元件；用第一阵列对幻象进行成像以获得参考图像，其中成像依赖于描述第一阵列的每个换能器元件的位置的数据；用第二阵列对幻象进行成像以获得测试图像，其中成像依赖于描述第二阵列的每个换能器元件的位置的数据；量化在参考图像与测试图像之间的第一误差；迭代地优化描述第二阵列的每个换能器元件的位置的数据，直至第一误差处于最小值。

在一些实施例中，该方法还包括：用超声探头的第三阵列对幻象进行成像以获得第二测试图像，第三阵列具有多个换能器元件，量化在参考图像与第二测试图像之间的第二误差，并且迭代地优化描述第三阵列的每个元件的位置的数据直至第二误差被最小化。

在一些实施例中，该方法还包括存储在用第二阵列对幻象进行成像时接收的原始回波数据。

在一个实施例中，迭代地优化步骤包括：调整描述第二阵列的换能器元件的位置的数据，以创建第一调整的位置数据；使用第一调整的位置数据来重新波束形成存储的回波数据，以形成反射体的第二测试图像；量化在第二测试图像与参考图像之间的第二误差；以及确定第二误差是否小于第一误差。

在一个实施例中，调整描述第二阵列的换能器元件的位置的数据包括调整阵列的参考点的位置和阵列的表面的角度，但是不包括调整在第二阵列的元件之间的间距。

在一些实施例中，该方法还包括：在第一迭代地优化步骤之后执行第二迭代地优化步骤，第二迭代地优化步骤包括：调整第一调整的位置数据，包括调整在第二阵列的至少两个换能器元件之间的间距以创建第二调整的位置数据；使用第二调整的位置数据来重新波束形成存储的回波数据以形成反射体的第三测试图像；量化在第三测试图像与参考图像之间的第三误差；以及确定第三误差是否小于第二误差。

在一个实施例中，迭代地优化换能器元件位置数据包括使用最小平方优化过程来优化。