[发明专利]具有可配置接收孔径的超声成像系统和方法

说明书

技术领域

一般来说，本公开涉及超声成像，具体来说，涉及具有可配置接收孔径(aperture)的二维超声换能器(transducer)阵列。

背景技术

常规超声成像系统包括用于发射超声波束并且接收来自被检查对象的反射波束的超声换能器元件阵列。通过选择所施加电压的时间延迟(或相位)和幅度，可控制个别元件以产生超声波，超声波组合起来形成净(net)超声波，净超声波沿优选向量位置和方向传播，并且在沿波束的所选点聚焦。多个射击(firing)可用于获取表示相同解剖信息的数据。可改变每次射击的波束形成参数，以便提供最大焦距(focus)的变化，或者例如通过沿相同扫描线发射连续波束，其中各波束的焦点相对前一波束的焦点移位，来改变每次射击的所接收数据的内容。通过改变所施加电压的时间延迟和幅度，具有其焦点的波束可在平面中移动以扫描对象。

当使用换能器阵列来接收反射声能时，应用相同原理。对在接收元件所产生的电压求和，使得净信号指示从对象中的点所反射的超声波。如同传输模式一样，通过对来自各接收元件的信号赋予单独时间延迟(和/或相移)和增益，实现超声能量的这种集中接收。接收延迟可在接收期间进行修改，以便在沿发射束中的线从渐深点接收回波时动态增加焦深。

近来，许多常规超声成像系统已经包括二维换能器阵列(以下称作2D换能器阵列)。2D换能器阵列通常包括以网格(grid)排列的多个换能器元件。通过控制2D换能器阵列中元件的定时和幅度，能够在方位角(azimuth)方向和仰角(elevation)方向对所发射超声波束进行操纵和平移。2D换能器阵列的使用允许超声换能器或探头具有更大灵活性，并且它在获取体积数据时实现更大准确度。

但是，对于一些超声系统和探头，换能器元件的数量超过控制台波束形成器电子器件(electronic)中通道(channel)的数量或者控制台接口所支持的通道的数量。例如，用于3D和4D成像的2D换能器阵列可要求极高数量的元件，大致为用于2D成像的1D阵列所需元件数量的平方。例如，对于2D成像要求128至192个元件的线性阵列对于3D和4D成像需要大约8000至10000个元件。在类似这样的情况下，一个或多个探头波束形成和/或开关电路可用于在图像形成过程的不同部分期间将可用通道动态耦合到换能器元件的不同子集。即使又称作子孔径处理器(SAP：sub-aperture processor)的探头波束形成电路用于为各控制台波束形成器通道组合10个或更多元件，仍然可能不存在足够的控制台波束形成器通道来利用2D换能器阵列中的所有元件。

此外，在扫描单个切片例如供2D显示时，常常希望优化切片中的分辨率(resolution)。优化分辨率的一种方式是使用在扫描尺度(dimension)中具有其最宽范围的接收孔径。例如，在沿方位角方向进行扫描时，可能希望具有在方位角方向最宽的接收孔径。同样，在沿仰角方向进行扫描时，可能希望具有在仰角方向最宽的接收孔径。另外，当扫描体积以作为3D或4D图像呈现时，可能希望通过使用被成形为更像正方形的孔径为两个扫描尺度中的更大均匀性而优化分辨率。由于这些及其它原因，需要一种易于配置的超声成像系统，其具有根据预期的图像类型来优化2D换能器阵列接收孔径的形状的灵活性。

发明内容

本文针对上述缺陷、缺点和问题，其将通过阅读以下说明书进行理解。

在一个实施例中，超声成像系统包括包含多个通道的波束形成器。超声成像系统包括包含多个元件的二维换能器阵列，多个元件超过多个通道。超声成像系统包括多个信号通路(pathway)，各信号通路将多个元件中之一链接到多个通道中之一。超声成像系统还包括沿多个信号通路安置(position)的多个开关。多个开关配置成将多个元件的子集主动(actively)连接到多个通道，以便形成接收孔径。多个开关还配置成通过改变将多个元件的哪些元件主动连接到多个通道来控制接收孔径的纵横比。

在另一个实施例中，具有可配置接收孔径的超声成像系统包括包含多个通道的波束形成器。超声成像系统包括包含多个元件的二维换能器阵列，多个元件超过多个通道。元件中的每个在二维模式中与通道中之一电关联。二维模式包括二维通道分配的第一子模式和二维通道分配的第二子模式。超声成像系统包括多个开关，它们配置成控制将多个元件的哪些元件主动连接到多个通道。多个开关和二维模式适合使多个元件的第一子集能够主动连接到多个通道，以便形成具有第一纵横比的第一接收孔径。多个开关和二维模式还适合使多个元件的第二子集能够主动被连接，以便形成具有第二纵横比的第二接收孔径。