[发明专利]双频平面超声成像系统

说明书

一种双频换能器阵列包括一个或多个低频换能器阵列和高频换能器阵列。诸如平面波的未聚焦超声波由一个或多个低频换能器阵列在多个不同方向上发射到高频换能器阵列的成像区域中。由成像区域中的受激发造影剂产生的高频回波信号由高频换能器阵列接收以产生造影剂图像。在另一个实施例中，高频换能器产生未聚焦超声以激发成像区域中的造影剂，并且低频换能器接收来自受激发造影剂的低频回波信号。组织图像根据由高频或低频换能器接收的回波信号来生成。来自组织图像和造影剂图像的回波数据被组合以产生组织/造影剂组合图像。

相关应用

本申请涉及并要求于2017年9月1日提交的美国临时专利申请No.62/553,497的权益，其全部内容通过引用合并于此。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

本公开是在美国国立卫生研究院(NIH)授予的拨款号5100220-联邦报告和拨款号RO1CA189479的政府支持下进行的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本公开的技术一般涉及超声成像系统，尤其涉及用于使用造影剂成像的系统。

背景技术

如本领域技术人员将理解的那样，大多数现代超声成像系统通过从形成在压电材料片中的多个单独的换能器元件产生声超声信号(即压力波)来工作。通过在元件两端施加电压脉冲，该元件发生物理变形，从而生成相应的超声信号。信号进入感兴趣区域，在该感兴趣区域中，信号的一部分作为声回波信号反射回换能器。当回波信号撞击到换能器元件上时，该元件会振动，从而生成相应的电压，该电压被检测为电子信号。来自多个换能器元件的电子信号被组合和分析，以确定组合信号的特征，例如其幅度、频率、相移、功率等。这些特征被量化并被转换成用于生成图像的像素数据。

在某些环境中，期望增加被成像的组织的对比度。当获取血管和血流的图像时尤其如此。为了增加对比度，通常在血管中施用血管内造影剂。这样的造影剂通常包括脂质或蛋白质包封的微泡，这些微泡通过循环系统行进并且具有比周围组织小约四个数量级的声阻抗。该较大的声阻抗失配使得在超声图像中能够清晰地看到微泡。

在一些系统中，造影剂在相同的频带中被声能穿透(insonify)并成像。例如，将低频超声(例如1-5MHz)引导到对象中，并且相同频带中的相应回波信号被检测并用于产生组织图像。该方法的一个问题是，由于发射和接收的超声信号在相同的频带中，因而经常很难区分软组织的反向散射和血管中的造影剂的反向散射，除非提供大量的造影剂来使得来自血管的信号强于来自组织的信号。为了克服该问题，还已知可以在不同的频带中进行造影剂的声能穿透和来自造影剂的超声回波的检测。由于造影剂对所施加的超声具有非线性响应，因而有可能在一个频带中对造影剂声能穿透并分析激发频率的谐波或次谐波以对造影剂成像。谐波成像是相对于组织信号增强微泡对比度信号的已知技术，在谐波成像中，在相对较低的频率范围(例如1-5MHz)中施加超声激励信号，并使用同一换能器分析所产生的回波信号，以提取信号的谐波分量。

对于许多应用，通过传统的基于线的成像能够产生谐波图像的帧速率不足以允许快速移动的组织结构由超声成像系统充分捕获。平面波成像是一种技术，通过该技术，未聚焦超声立即在被发射到体内感兴趣区域的大部分区域上，并且相应的回波信号同时在多个换能器元件处被接收。接收到的回波信号被波束成形，以便以高帧率产生感兴趣区域的图像。通过在多个方向上使平面波转向并使用时空波束成形器组合回波数据以产生组织的合成图像，可以改善图像质量，同时仍保持相当高的帧速率。

发明内容