DE60222476T2

DE60222476T2 - Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE60222476T2
Application number: DE60222476T
Authority: DE
Inventors: William J. Ossmann
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: ATE373246T1; WO2003003045A2; US20030011285A1; US7135809B2; DE60222476D1; US20060119223A1; US7307374B2; JP2005508667A; EP1504289B1; CN100354651C; CN1636150A; EP1504289A2; KR20040014982A; WO2003003045A3

Description

TECHNISCHES UMFELD
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich Allgemein auf die akustische Bildgebung. Insbesondere bezieht sich die Anmeldung auf Ultraschallbildgebungssysteme und -verfahren, bei denen Wandler mit zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays zum Einsatz kommen.
HINTERGRUND
Ultraschallbildgebungssysteme sind zu einem wichtigen Diagnosewerkzeug für viele medizinische Fachgebiete geworden. Ein wichtiger Vorteil eines Ultraschallbildgebungssystems besteht in der Echtzeitabtastung. Zum Beispiel kann ein Ultraschallbildgebungssystem Bilder so schnell erzeugen, dass ein Sonographeur innere Organe abtasten kann oder Bewegung innerhalb eines Körpers, wie zum Beispiel den Blutfluss, erkennen kann und interaktiv in Echtzeit visuelle Rückmeldung dazu erhält. Dies ermöglicht es dem Sonographeur, interessierende Strukturen zu untersuchen und die Untersuchung in Echtzeit zu modifizieren, wodurch er sowohl eine bessere Diagnosequalität als auch einen höheren Patientendurchsatz erreicht.
Neben den Vorteilen der interaktiven visuellen Rückmeldung in Echtzeit befassen sich die Sonographeure jedoch immer noch mit dem Problem der Systemauflösung. Bei einem Ultraschallbildgebungsssystem hängt die Systemauflösung von der Fokussierfähigkeit des Systems ab. Die Fokussierfähigkeit hängt ihrerseits von der effektiven Apertur eines Wandlerelement-Arrays in einer zu dem Ultraschallbildgebungssystem gehörenden Sonde ab. Derzeit werden zwei Arten von Anordnungen für Wandlerelement-Arrays für Echtzeit-Ultraschallbildgebungssysteme verwendet.
Eine Anordnung umfasst ein einzelnes Wandlerelement oder ein ringförmiges Array aus Wandlerelementen. Ultraschallbildgebungssysteme, bei denen diese Anordnung von Wandlerelement-Arrays verwendet wird, beruhen auf der mechanischen Bewegung der Sonde zum Überstreichen einer interessierenden Region mit einem akustischen Strahlenbündel.
Eine zweite Anordnung von Wandlerelement-Arrays umfasst ein Array aus Wandlerelementen, das durch elektronische Schaltungen aktiviert wird, welche elektronisch induzierte Zeitverzögerungen in den akustischen Ausgangssignalen der Wandlerelemente erzeugen. Diese Zeitverzögerungen führen zu messbaren Phasenverzögerungen, die bewirken, dass das durch das Wandlerelement-Array erzeugte akustische Strahlenbündel gelenkt und/oder fokussiert wird.
Die Verbindungen zwischen elektronischen Schaltungen, die Sendeimpulse für die Wandlerelement-Arrays erzeugen, und den Wandlerelement-Arrays, die die Sendeimpulse empfangen, werden als Strahlformerkanäle bezeichnet. Elektronisches Lenken und/oder Fokussieren eines durch das Wandlerelement-Array erzeugten akustischen Strahlenbündels wird erreicht, indem Sendeimpulse von Strahlformerkanal zu Strahlformerkanal elektronisch verzögert werden, um eine effiziente Schutzabdeckung von unterschiedlicher Dicke zu schaffen.
Aufgrund von Begrenzungen hinsichtlich: (a) der Größe und Komplexität eines Kabels zur Verbindung der Ultraschallsonde mit dem Verarbeitungssystem und (b) der Anzahl von verfügbaren Strahlformerkanälen bei einem preiswerten Ultraschallsystem wurde die elektronische Fokussierung auf eine laterale Richtung (eine Richtung parallel zur Bildgebungsebene) begrenzt. Die Fokussierung in einer Elevationsrichtung (eine Richtung senkrecht zur Bildgebungsebene) wurde erreicht, indem eine mechanische Linse mit fester Krümmung auf der Stirnfläche der Sonde angeordnet wurde.
Herkömmliche Modifikationen bei der Elevationsfokussierung wurden ausgeführt, indem die Sondenapertur und/oder die Eigenschaften der mechanischen Linse verändert wurden. Obwohl bekannt ist, dass eine Änderung der Frequenz eine Änderung der Brennweite zur Folge haben kann (höhere Frequenzen erzeugen eine tiefere Fokussierung als niedrigere Frequenzen), gilt es nicht als vorteilhaft, die Frequenz zu ändern, um die Brennweite zu ändern, weil höhere Frequenzen in Gewebe schneller abgeschwächt werden als niedrigere Frequenzen.
Es ist bekannt, dass man demzufolge für eine Änderung der Elevationsfokussierung eines Wandlerelement-Arrays die Elevationsapertur und/oder die effektive Krümmung einer zu dem Wandlerelement-Array gehörenden Linse ändern sollte. Bei der Bildgebung eines tiefen Organs müsste die Linse zum Beispiel eine große Apertur und eine leichte Krümmung haben, und bei der Bildgebung von flacheren Organen müsste die Linse eine kleinere Apertur und eine engere Krümmung haben.
Bekanntlich können Wandlerelement-Arrays in einer Ultraschallsonde als eindimensionales (1D-)Array, als eineinhalbdimensionales (1,5D-)Array oder als zweidimensionales (2D-)Array angeordnet werden (die Größe eines typischen 1D-Wandlerelement-Arrays liegt in der Größenordnung von 0,5 Wellenlängen in lateraler Richtung und in der Größenordnung von 50 Wellenlängen in Elevationsrichtung). Bei einem 1D-Array sind die Wandlerelemente im Allgemeinen in lateraler Richtung mit einer einzelnen Reihe von Elementen in der Elevationsrichtung angeordnet. Herkömmliche lineare und konvexe Schallköpfe werden im Allgemeinen als 1D-Wandlerelement-Arrays angesehen.
Bei einem 1,5D-Array sind Wandlerelemente sowohl in lateraler als auch in Elevationsrichtung angebracht, jedoch sind die elektrischen Steuer- und Datenverbindungen symmetrisch um das Elevationszentrum herum angeschlossen, so dass ein durch ein 1,5D-Array erzeugtes akustisches Strahlenbündel nur in lateraler Richtung gelenkt werden kann. Bei einem 2D-Array sind Wandlerelemente sowohl in lateraler als auch in Elevationsrichtung angeordnet, wobei die elektrischen Verbindungen, die den Wandlerelementen Steuer- und Anregungssignale für das Senden und Empfangen liefern, in beiden Richtungen angeordnet sind. Ein durch ein 2D-Array erzeugtes akustisches Strahlenbündel kann in zwei Dimensionen gelenkt und fokussiert werden. Ein Beispiel für eine 2D-Array-Ultraschallsonde ist in der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 5.186.175 zu finden.
Die Vorteile der 2D-Array-Bildgebung sind gut bekannt. Zu diesen Vorteilen gehören zum Beispiel die Fähigkeit zum elektronischen Lenken in zwei (2) Dimensionen (d.h. sowohl lateral als auch Elevation), eine bessere Auflösung aufgrund einer verbesserten Elevationsfokussierung und eine verbesserte Phasenaberrationskorrektur durch verfeinerten Vergleich von Ausbreitungsgeschwindigkeiten. Die mit 2D-Wandlern verbundene Flexibilität und verbesserte Auflösung hat die Notwendigkeit einer akustischen Linse mit geeigneter Form zur mechanischen Fokussierung des akustischen Strahlenbündels eliminiert. Die Wandlerelemente müssen jedoch noch immer geschützt werden. Demzufolge sind die Stirnflächen der 2D-Wandler mit einer relativ flachen, akustisch transparenten Materialschicht konfiguriert.
In dem Dokument US-A-6 139 496 wird ein Ultraschallbildgebungssystem mit einer Sondenbaugruppe beschrieben, die eine Benutzeroberfläche und einen Sensorkopf integriert in ein kompaktes Gehäuse umfasst. Ein Ultraschallbild ist durch ein „akustisches Fenster" zu beobachten, das in einer in der Benutzeroberfläche vorgesehenen Ansicht im plementiert ist. Der Sensorkopf umfasst ein Wandlerarray, das im Wesentlichen planar ist, und eine akustische Linse. Es ist anzumerken, dass eine alternative Ausführungsform des Wandlerarrays durch die Verwendung eines zweidimensionalen Arrays von Wandlerelementen eine akustische Bildgebung in hoher Auflösung liefern kann.
Sonographeure können Bilder einer Region innerhalb eines Körpers erhalten, indem sie einen Ultraschallwandler ordnungsgemäß gegen den Körper halten. Um Bilder mit diagnostischer Aussagekraft zu erhalten, muss der Sonographeur eventuell die Position der Sonde durch Schieben, Drehen und/oder Neigen der Sonde in Bezug auf den Patienten manipulieren.
Eine flache Wandlerstirnfläche, wie zum Beispiel bei 2D-Wandlern, verschlechtert die Bildqualität, weil sie einen schlechteren Kontakt zu den Körperstrukturen eines Patienten bietet als ein Wandler mit gekrümmter Oberfläche. Insbesondere verursacht eine flache Wandlerobefläche Störreflexionen und blockiert Teile der akustischen Apertur. Ein weiterer Nachteil, der mit einem mit flacher Stirnfläche konfigurierten Wandler einhergeht, besteht darin, dass derartige Wandler scharfe Kanten haben, die dem Patienten Unbehagen bereiten, oder die Wandler haben eine übermäßig breite Auflagefläche, die rundere Ecken erlaubt.
Bei Wandlern, die mit einer übermäßig breiten Auflagefläche konfiguriert sind, wird der Kontakt zwischen Wandlerstirnfläche und Patient behindert, so dass ein Sonographeur größeren Druck entlang der Längsachse des Wandlers ausüben muss, um den Kontakt zwischen der Wandlerstirnfläche und dem Patienten zu verbessern. Die Zunahme des durch den Sonographeur ausgeübten Drucks kann beim Patienten Unbehagen und beim Sonographeur Verletzungen durch wiederholte Bewegungsabläufe hervorrufen. Ein Bereich, bei dem die Aufrechterhaltung eines angemessenen Kontakts zwischen der Wandlerstirnfläche und dem Patienten besonders problematisch ist, ist die interkostale Herzbildgebung und die thorakale Bildgebung. Im Allgemeinen enthält das Wandlergehäuse für diese Anwendungen ein 2D-Array von Wandlerelementen, das aufgrund der verbesserten Elevationsfokussierung für die erwartete bessere Auflösung ausgewählt wurde.
Es besteht daher die Notwendigkeit eines verbesserten Wandlers, der diese und/oder andere Nachteile herkömmlicher Wandler überwindet.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung schafft ein System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur akustischen Bildgebung eines Patienten nach Anspruch 14. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System zur akustischen Bildgebung eine geformte Schutzabdeckung, die so konfiguriert ist, dass sie zu dem Wandlerkörper passt. Die geformte Schutzabdeckung besteht zumindest teilweise aus einem Material, das akustische Eigenschaften aufweist, welche die durch das Material in den abzubildenden Körper fließende Ultraschallenergie gemäß einer Fokussiereigenschaft ablenkt. Die geformte Schutzabdeckung bietet Komfort für den Patienten sowie ein vergrößertes akustisches Fenster und verringert das Auftreten von Verletzungen des Sonographeurs aufgrund wiederholter Bewegungsabläufe. Das mit einem derartigen verbesserten Wandler konfigurierte System zur akustischen Bildgebung fokussiert die die Schutzabdeckung durchquerende akustische Energie und kompensiert gleichzeitig die Fokussiereigenschaft der geformten Schutzabdeckung.
Andere Systeme, Verfahren und Merkmale des verbesserten Ultraschallwandlers werden dem Fachkundigen bei der Betrachtung der folgenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung ersichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren und Merkmale in dieser Beschreibung enthalten sind, im Rahmen des verbesserten Ultraschallwandlers liegen und durch die begleitenden Ansprüchen geschützt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der verbesserte Ultraschallwandler kann besser unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen verstanden werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; vielmehr liegt die Betonung auf der klaren Veranschaulichung der Prinzipien des Wandlers. Darüber hinaus sind in den Zeichnungen entsprechende Teile in allen Ansichten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen 1D-Wandlers, der akustische Energie in einen repräsentativen Körper aussendet.
2 zeigt eine schematische Darstellung des verbesserten Ultraschallwandlers in Verbindung mit einem Bildverarbeitungssystem.
3 zeigt eine schematische Darstellung des verbesserten Ultraschallwandlers aus 2 mit Details des Bildverarbeitungssystems.
4 zeigt eine schematische Darstellung, die die Steuerung der Wandlerelemente des verbesserten Ultraschallwandlers aus 2 veranschaulicht.
5A zeigt eine Teilschnitt-Seitenansicht einer Ausführungsform des verbesserten Ultraschallwandlers aus 2.
5B zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des verbesserten Ultraschallwandlers aus 2.
6 zeigt einen Ablaufplan der bevorzugten Funktionalität des Bildgebungssystems aus 2.
7A zeigt eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7B zeigt eine schematische Darstellung der Details der Schutzabdeckung aus 7A.
8A zeigt eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform des verbesserten Ultraschallwandlers.
8B zeigt eine schematische Darstellung der Details der Schutzabdeckung aus 8A.
9 zeigt eine schematische Darstellung der repräsentativen Platzierung des verbesserten Ultraschallwandlers während einer repräsentativen thorakalen Bildgebungsprozedur.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines akustischen Strahlenbündels im Sende- und im Empfangsmodus zur Bildgebung eines Ziels.
11 zeigt eine schematische Darstellung mehrerer akustischer Strahlenbündel im Sende- und im Empfangsmodus zur Bildgebung mehrerer Ziele.
12 zeigt eine schematische Darstellung des räumlichen Verhältnisses zwischen der Schutzabdeckung des verbesserten Wandlers aus 2 und dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Herkömmliche eindimensionale (1D) Sektorwandler, die für die Ultraschallbildgebung genutzt werden, umfassen typischerweise Linsen, die das von den Wandlern ausgesendete akustische Strahlenbündel fokussieren. Insbesondere ist die mechanische Konfiguration einer derartigen Linse so gewählt, dass ein akustisches Strahlenbündel von einem Wandler in Elevationsrichtung fokussiert wird. Die Fokussierung in Elevationsrich tung kann auch mechanisch erfolgen, zum Beispiel durch Implementieren einer konkaven Form am Array des Wandlers. Die Fokussierung in lateraler Richtung erfolgt typischerweise elektronisch.
Ein herkömmlicher 1D-Sektorwandler nutzt beispielsweise eine Linse, die die Fokussierung der ausgesendeten akustischen Energie innerhalb eines Körpers, z.B. eines menschlichen Körpers, begünstigt. Oft weist das Material einer derartigen Linse eine akustische Geschwindigkeit auf, die geringer ist als die des menschlichen Körpers (ca. 1,5 mm/μs). Die so gelieferte akustische Energie, die von dem Ultraschallwandler durch die akustische Linse in den Körper geleitet wird, neigt dazu, innerhalb des Körpers zu konvergieren oder zu fokussieren. Die Fokussierung der von einem herkömmlichen 1D-Wandler ausgesendeten akustischen Energie innerhalb eines Körpers ist in 1 schematisch dargestellt.
In 1 sind repräsentative akustische Wellen 12, 14, 16, 18 und 20 dargestellt, die vom Wandler 22 über eine fokussierende Linse 24 ausgesendet werden. Wie gezeigt, neigen die akustischen Wellen zumindest teilweise aufgrund des Materials der Linse 24 dazu, mit zunehmender Eindringtiefe in den Körper 30 zu fokussieren.
Bekanntlich breitet sich akustische Energie mit verschiedenen Geschwindigkeiten und mit verschiedenen Wellenfrontformen je nach zum Beispiel der akustischen Geschwindigkeit und der akustischen Impedanz eines Materials aus, durch das sich die akustische Energie fortpflanzt. Je näher zum Beispiel die akustische Geschwindigkeit eines Linsenmaterials an der des Körpers liegt, desto näher wird die Energie vom Wandler unter dem Einfallswinkel in den Körper ausgesendet. Je näher die akustische Impedanz des Linsenmaterials an der des Körpers liegt, desto mehr Ultraschallenergie wird außerdem von dem Wandler in den Körper übertragen.
Wie in 2 dargestellt, umfasst eine bevorzugte Ausführungsform 200 des Bildgebungssystems eine Wandlersonde („Wandler") 202. Beispielsweise kann der Wandler 202 ein zweidimensionaler (2D-)Sektorwandler sein. Der Wandler 202 ist elektrisch mit einem Bildverarbeitungssystem 204 gekoppelt. Das Bildverarbeitungssystem 204 liefert dem Wandler 202 verschiedene Signale, um es dem Wandler 202 zu ermöglichen, akustische Energie über eine Vielzahl von in einem 2D-Array um eine Wandlerstirnfläche 207 herum angeordneten Wandlerelementen auszusenden. Die ausgesendete akustische Energie sowie reflektierte akustische Echos können dann eine Schutzabdeckung 206 durchqueren, die aus einem akustisch transparenten Material hergestellt ist. Der Wandler 202 wandelt die reflektierten akustischen Echos in elektrische Signale um, die zu dem Bildverarbeitungssystem zurückgeleitet werden.
Die Schutzabdeckung 206 wird durch einen Vorsprung 210 des Wandlerkörpers 208 in einer Position relativ zum Wandlerkörper 208 gehalten. Insbesondere ist die Schutzabdeckung 206 so angepasst, dass sie zumindest teilweise innerhalb einer durch den Vorsprung 210 definierten Apertur (nicht abgebildet) sitzt. Es können jedoch auch verschiedene andere Konfigurationen verwendet werden.
Bei Wandlern nach dem Stand der Technik ist die Schutzabdeckung 206 als eine akustisch nicht-fokussierende Linse konfiguriert. Genauer gesagt ist die Schutzabdeckung 206 aus ausgewähltem Material gebildet und/oder weist eine bestimmte Form auf, die die Ausbreitung von akustischer Energie in einen Körper, z.B. einen menschlichen Körper, ermöglicht, ohne dass die akustische Energie mechanisch wesentlich fokussiert wird. Beispielsweise können Ausführungsformen des Ultraschallwandlers 200 nach dem Stand der Technik eine Schutzabdeckung 206 umfassen, die zumindest teilweise aus einem akustisch passenden Material gebildet ist. Ein derartiges akustisch passendes Material weist vorzugsweise eine akustische Geschwindigkeit und Impedanz auf, die im Wesentlichen der akustischen Geschwindigkeit und akustischen Impedanz eines typischen Körpers entsprechen.
Bei alternativen Ausführungsformen nach dem Stand der Technik wird die Nicht-Fokussierung erreicht, indem die Wandlerstirnfläche 207 flach oder konvex gekrümmt gemacht wird und eine gleichmäßige Dicke in demjenigen Teil der Schutzabdeckung 206 aufrechterhalten wird, der in dem akustischen Pfad liegt. Zum Beispiel könnte ein Material, das eine akustische Geschwindigkeit innerhalb des Bereichs von ca. 1,4 mm/μs bis ca. 1,6 mm/μs aufweist, als ein akustisch passendes Material für medizinische Diagnoseanwendungen angesehen werden. Ein akustisch passendes Material weist vorzugsweise auch eine akustische Impedanz im Bereich von ca. 1,3 MRayl bis ca. 1,7 MRayl auf.
Bei einigen Ausführungsformen kann die akustisch nicht-fokussierende Schutzabdeckung 206 unter anderem aus Butadien, Styrol-Butadien und/oder zugehörigen Gummi- und/oder Polymerklassen gebildet sind. Diese Materialien dämpfen typischerweise die akustische Energie mit ca. 3 dB/cm bei 2 MHz und ca. 8 dB/cm bei 5 MHz. Wie bekannt dämpfen herkömmliche Linsenmaterialien wie Silikon die akustische Energie mit ca. 9 dB/cm bei 2 MHz und ca. 33 dB/cm bei 5 MHz.
Es ist zu beachten, dass der gewöhnliche Fachmann sich dafür entscheiden kann, eine Schutzabdeckung 206 aus Materialien zu wählen, die für sich genommen eventuell nicht als akustisch passende Materialien gelten. Jedoch wird die Schaffung einer Kombination aus Materialien, die gemeinsam akustisch passende Eigenschaften aufweisen, z.B. eine akustische Geschwindigkeit innerhalb des Bereichs von ca. 1,4 mm/μs bis ca. 1,6 mm/μs und eine akustische Impedanz innerhalb des Bereichs von ca. 1,3 MRayl bis ca. 1,7 MRayl, für den verbesserten Ultraschallwandler in Betracht gezogen.
Durch das Schaffen einer akustisch nicht-fokussierenden Schutzabdeckung 206 kann das Bildgebungssystem 200 die Übertragung von akustischer Energie in den Körper eines Patienten ermöglichen, die für die elektronische Fokussierung sowohl in lateraler Richtung als auch in Elevationsrichtung geeignet ist. Insbesondere kann das Bildgebungssystem 200 akustische Strahlenbündel liefern, die für eine vergleichsweise empfindliche elektronische Fokussierung geeignet sind. Hierdurch könnte eine verbesserte Zoom-Bildgebungsfunktion im Vergleich zu anderen Ultraschallbildgebungssystemen ermöglicht werden, bei denen mechanisch fokussierende Linsen verwendet werden. Es wird auch davon ausgegangen, dass ein Bildgebungssystem, bei dem eine akustisch nicht-fokussierende Schutzabdeckung 206 verwendet wird, akustische Strahlenbündel liefern kann, die sehr gut für Kontrastbildgebungsanwendungen geeignet sind. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben, können verbesserte Bildgebungssysteme verschiedene Formen von Schutzabdeckungen 206 umfassen, die zumindest teilweise aus akustisch passendem Material gebildet sind.
Ein Nachteil des Stands der Technik besteht darin, dass die Verwendung einer nicht-fokussierenden Schutzabdeckung 206 eventuell nicht gewünscht wird. Ein geeignetes akustisch passendes Material, das andere Wandleranforderungen wie Haltbarkeit, chemische Beständigkeit und Biokompatibilität erfüllt, steht eventuell nicht zur Verfügung oder erfordert übermäßigen Entwicklungsaufwand. Außerdem diktieren Anforderungen bezüglich der Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen dem Wandler 202 und dem Patienten eventuell eine Form der Schutzabdeckungsoberfläche, die eine erhebliche Fokussierung der akustischen Energie zur Folge hat. Der verbesserte Ultraschallwandler 202 bringt Fortschritte für die Technik der Ultraschallbildgebung mit sich, indem die Fokussiereigenschaften der Schutzabdeckung 206 elektronisch kompensiert werden.
Nun Bezug nehmend auf 3 wird eine bevorzugte Ausführungsform des Bildverarbeitungssystems 204 ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass 3 nicht unbedingt jede Komponente des bevorzugten Systems darstellt, sondern stattdessen die Betonung auf den für die hier beschriebenen Systeme und Verfahren relevantesten Komponenten liegt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst das Bildverarbeitungssystem 204 den verbesserten Wandler 202, der elektrisch mit einem S/E-Schalter 302 des Bildverarbeitungssystems 204 verbunden ist. Der S/E-Schalter 302 bringt den Wandler 202 entweder in einen Sende- oder einen Empfangsmodus. Um die Übertragung von akustischer Energie über den Wandler 202 während des Betriebs im Sendemodus zu ermöglichen, umfasst das Bildverarbeitungssystem 204 einen Sendestrahlformer 304, der die Sendefrequenz f₀ und Magnitude von verschiedenen Sendesignalen einstellt. Der Sendestrahlformer 304 kommuniziert mit einem Sendesignalformmodulator 306, der die verschiedenen ausgesendeten Signallinien erzeugt. Wie in 3 dargestellt, arbeiten der Sendestrahlformer 304 und der Sendesignalformmodulator 306 unter der Steuerung einer zentralen Steuereinheit 310.
Um den Empfang von akustischer Energie über den Wandler 202 während des Betriebs im Empfangsmodus zu ermöglichen, umfasst das Bildverarbeitungssystem 204 einen A/D-Wandler 312, der die von dem Wandler 202 empfangenen analogen Signale in digitale Signale umwandelt. Ein digitaler Filter 314, z.B. ein HF-Filter, filtert Signale außerhalb eines gewünschten Empfangsbandes aus den empfangenen Daten heraus. Als nächstes empfängt ein Empfangsstrahlformer 316 die gefilterten digitalen Signale, die die empfangenen Ultraschallechos darstellen.
Der Empfangsstrahlformer 316 kann so entworfen werden, dass er mehrere digitale Echosignalformen (entsprechend einer Vielzahl von Wandlerelementgruppen aus dem 2D-Array von Wandlerelementen) von dem A/D-Umsetzer 314 empfängt. Der Empfangsstrahlformer 316 kann die mehreren digitalisierten Echosignalformen zu einer einzelnen akustischen Linie kombinieren. Um diese Aufgabe zu erfüllen, kann eine Vielzahl von parallel verarbeitenden Kanälen innerhalb des Empfangsstrahlformers 316 die separaten Echosignalformen um unterschiedliche Zeitbeträge verzögern und dann die verzögerten Signalformen addieren, um eine zusammengesetzte digitale akustische Linie zu schaffen. Ferner kann der Empfangsstrahlformer 316 nacheinander eine Reihe von Datensammlungen für separate akustische Linien empfangen und die Daten in einem Pipeline-Verarbeitungsverfahren verarbeiten.
Ein Bildprozessor 318 kann eine geeignete Art von Direktzugriffsspeicher (RAM) enthalten und so konfiguriert sein, dass er eine Reihe von zusammengesetzten digi talen akustischen Linien vom Empfangsstrahlformer 316 empfängt. Die akustischen Linien können innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatenraums definiert sein. Der Bildprozessor 318 kann so konfiguriert sein, dass er Bildinformationen in den empfangenen und gefilterten digitalen akustischen Linien mathematisch manipuliert. Darüber hinaus kann der Bildprozessor 318 so konfiguriert sein, dass er akustische Datenlinien über die Zeit für die Signalmanipulation ansammelt. In dieser Hinsicht kann der Bildprozessor 318 weiterhin einen Bildrasterwandler enthalten, um die in dem RAM gespeicherten Daten zu konvertieren und Pixel für die Anzeige zu erzeugen. Jeder Bildrasterwandler kann die Daten in dem RAM verarbeiten, nachdem ein kompletter Datenrahmen (d.h. eine Gruppe aller akustischer Linien in einer einzelnen Ansicht oder einem anzuzeigenden Bild) durch den RAM angesammelt wurde.
Zum Beispiel kann der Bildrasterwandler, wenn die empfangenen Daten im RAM unter Verwendung von Polarkoordinaten gespeichert wurden, um die relative Position der Echoinformationen zu definieren, die Polarkoordinatendaten in Rechteck-(orthogonale) Daten umwandeln, die über einen rasterabtastungsfähigen Prozessor einer Rasterabtastung unterzogen werden können. Das Ultraschallbildgebungssystem 204 kann nach Abschluss der Empfangs-, Echo-Wiedergewinnungs- und Bildverarbeitungsfunktionen zum Bilden einer Vielzahl von Einzelbildern, die zu der Vielzahl von Ultraschallbildebenen gehören, die Echobilddateninformationen an einen Videoprozessor 320 weiterleiten, wie in 3 dargestellt.
Der Videoprozessor 320 kann so entworfen sein, dass er die Echobilddateninformationen empfängt, und kann so konfiguriert sein, dass er die Bildinformationen einer Rasterabtastung unterzieht. Der Videoprozessor 320 erzeugt Bildelemente (d.h. Pixel), die an die Anzeigevorrichtung 322 weitergeleitet werden können. Zusätzlich können die Bildelemente an eine Videospeichervorrichtung (nicht abgebildet) weitergeleitet werden. Videospeichervorrichtungen können einen Digital-Video-Disk-(DVD-)Spieler/Recorder, einen Compact-Disk-(CD-)Spieler/Recorder, einen Videocassettenrecorder (VCR) oder eine andere Speichervorrichtung für Videoinformationen umfassen. Wie in der Technik bekannt ist, erlauben diese Videospeichervorrichtungen das Betrachten und/oder die Bildverarbeitung nach der Datenerfassung durch einen Benutzer/Bediener in einer anderen als der Echtzeit.
Wie in 3 dargestellt, kann die Anzeigevorrichtung 322 so konfiguriert werden, dass sie die Bildelemente (d.h. die Pixeldaten) vom Videoprozessor 320 empfängt und eine geeignete Bildschirmanzeige oder eine andere Bildgebungsvorrichtung (z.B. einen Drucker/Plotter) zur Darstellung der Ultraschallbilder ansteuert.
Es können viele Varianten des Bildverarbeitungssystems 204 aus 3 mit dem verbesserten Ultraschallwandler 202 betrieben werden. Zum Beispiel kann der Empfangsstrahlformer 316 in zwei Teile unterteilt werden, in einen analogen Teil zwischen dem S/E-Schalter 302 und dem A/D-Wandler 312 (nicht abgebildet) und einen digitalen Teil hinter dem digitalen Filter 314, wie in 3 dargestellt.
Im Folgenden wird Bezug auf 4 genommen, die eine schematische Ansicht eines Wandlersteuerungssystems 400 darstellt. Das Wandlersteuerungssystem 400 steuert ein zweidimensionales Wandlerelement-Array 402. Das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 umfasst eine Vielzahl von Ultraschallwandlerelementen, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 408, 412 und 414 bezeichnet sind. Die Ultraschallwandlerelemente 408, 412 und 414 sind in Reihen und Spalten angeordnet, von denen Beispiele mit den Bezugszeichen 404 bzw. 406 bezeichnet sind. Eine derartige Konfiguration wird manchmal als Matrix-Array bezeichnet. Es sind jedoch auch andere Wandlerelement-Konfigurationen möglich.
Obwohl die Darstellung aus 4 ein planares 8×14-Array aus Ultraschallwandlerelementen zeigt, ist anzumerken, dass die Prinzipien der Erfindung auf jegliche zweidimensionale Ultraschallwandlerelement-Arraykonfiguration angewendet werden kann, einschließlich Konfigurationen, bei denen Ultraschallwandlerelemente in einer oder beiden der zwei Dimensionen gekrümmt sind. Zum Beispiel sind zweidimensionale Wandlerelement-Arrays mit zylindrischen, sphärischen, ringförmigen oder anderen gekrümmten Oberflächen möglich und können eine Strahlformung nutzen, die gegenüber der für das planare zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 aus 4 genutzten Strahlformung leicht modifiziert ist.
Jedes der Elemente 408, 412 und 414 des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 400 ist einzeln steuerbar. Insbesondere kann jedes der Wandlerelemente 408, 412 und 414 als ein Sendelement und als ein Empfangselement funktionieren, und jedes empfängt individuelle Steuersignale. Das Ultraschallwandlerelement 408 ist zum Beispiel elektrisch über die Verbindung 416 mit einem Sende-/Empfangs-Schalter (S/E-Schalter) 418 verbunden. Der S/E-Schalter 418 wird durch ein Signal (nicht abgebildet) von der zentralen Steuereinheit 310 gesteuert, um dem Wandlerelement 408 die Funktion in einem Sendemodus und in einem Empfangsmodus zu ermöglichen.
Wenn das Wandlerelement 408 in einem Sendemodus betrieben wird, empfängt das Wandlerelement 408 über die Verbindung 426 und über den Regelverstärker 422 über die Verbindung 424 einen Sendeimpuls von dem Sendestrahlformer 304. Der Regelverstärker 422 wird benutzt, um die Eigenschaften des dem Wandlerelement 408 zugeführten Sendeimpulses zu definieren, und über die Verbindung 430 durch die Amplitudensteuereinheit 420 gesteuert. Obwohl dies der Einfachheit halber weggelassen wurde, umfasst jedes Element in dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 302 einen auf ähnliche Weise gesteuerten Regelverstärker.
Wenn das Wandlerelement 408 in einem Empfangsmodus betrieben wird, wird die Ultraschallenergie, die auf die Oberfläche des Wandlerelements 408 auftrifft, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird über die Verbindung 416 durch den S/E-Schalter 418 (der jetzt durch die Funktion eines Steuersignals von der zentralen Steuereinheit 310 mit der Verbindung 444 verbunden ist) weitergeleitet, so dass das Empfangssignal an den Regelverstärker 446 weitergeleitet wird. Der Regelverstärker 446 verstärkt das elektrische Empfangssignal und führt das Signal über die Verbindung 448 dem Verzögerungselement 484 zu.
Auf ähnliche Weise empfängt das Wandlerelement 412 einen Sendeimpuls über die Verbindung 436 und liefert über die Verbindung 438 ein Empfangssignal an den Regelverstärker 442. Der Regelverstärker 442 liefert das empfangene Signal über die Verbindung 458 an das Verzögerungselement 482. Auf ähnliche Weise empfängt das Wandlerelement 414 ein Sendesignal über die Verbindung 458, durch den Schalter 456 und die Verbindung 454, während das Empfangssignal über die Verbindung 454, durch Schalter 456 und Verbindung 462 an den Regelverstärker 464 weitergeleitet wird. Der Regelverstärker 464 liefert das verstärkte Empfangssignal über die Verbindung 466 an das Verzögerungselement 478. Jedes Element in dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402 wird auf diese Weise gesteuert, wodurch eine vollständige Steuerung jedes Elements in dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402 ermöglicht wird.
Die Regelverstärker 462, 442 und 446 und die Verzögerungselemente 478, 482 und 484 sind alle in dem Empfangsstrahlformer 316 enthalten. Obwohl der Empfangsstrahlformer 316 so dargestellt ist, dass er nur drei Regelverstärker und drei Verzögerungselemente enthält, umfasst er genügend Verstärker und Verzögerungselementschaltungen (und andere Verarbeitungsschaltungen) für jedes der Wandlerelemente in dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402. Ferner können verschiedene Multiplexier-, Teilstrahl formungs- und andere Signalverarbeitungsverfahren durch den Empfangsstrahlformer 316 ausgeführt werden. Der einfachen Darstellung halber enthält der Empfangsstrahlformer 316 in 2 jedoch nur drei Verzögerungselemente. Jeder der Verstärker in dem Empfangsstrahlformer 316 wird durch ein über die Verbindung 480 von der zentralen Steuereinheit 310 zugeführtes Signal gesteuert. Das Signal auf der Verbindung 480 bestimmt die durch jeden der Regelverstärker 464, 442 und 446 angewendete Empfangsverstärkung. Die durch jeden der Verstärker angewendete Verstärkung kann unterschiedlich sein. Auf ähnliche Weise wird jedes Verzögerungselement 478, 482 und 484 durch ein über die Verbindung 474 von der zentralen Steuereinheit 310 zugeführtes Signal betrieben. Dieses Steuersignal bestimmt das Ausmaß der Verzögerung, die jedes der Verzögerungselemente 478, 482 und 484 auf sein jeweiliges Empfangssignal anwendet. Auf diese Weise kann die Empfangsapertur mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, weil jedes Wandlerelement in dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402 einen jeweiligen Regelverstärker 442, 446 und 464 und Steuerschaltung umfasst.
Das Ausgangssignal der Verzögerungselemente 478, 482 und 484 wird über die betreffenden Verbindungen 486, 488 und 492 einem Summierelement 494 zugeführt. Das Summierelement 494 kombiniert die Ausgangssignale der einzelnen Verzögerungselemente und führt ein strahlgeformtes Signal über die Verbindung 496 zusätzlichen Verarbeitungselementen zu, zum Beispiel dem Bildprozessor 318 (nicht abgebildet). Bei alternativen Konfigurationen können sich die Regelverstärker 464, 442 und 446 hinter den Verzögerungselementen 478, 482 bzw. 484 befinden. Ferner können die Ausgangssignale der Verzögerungselemente 478, 482 und 484 zu Teilarrays kombiniert werden, und auf jedes Teilarray können variable Verstärkungen angewendet werden, entweder bevor das Teilarray-Signal seine jeweilige Verzögerung vor dem Summierelement 494 durchlauft oder danach.
Wichtig ist, dass das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 mit einzeln steuerbaren Wandlerelementen 408, 412 und 414 das emittierte Ultraschallimpulsmuster in zwei Dimensionen variierbar macht. Insbesondere kann das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 in Bezug auf die Position jedes Elements innerhalb des Arrays gesteuert werden. Durch die komplette Kontrolle über die gesamte Apertur ermöglicht das 2D-Wandlerelement-Array-Steuerungssystem 400 die Steuerung der Abstrahlcharakteristik der Apertur mit hoher Genauigkeit.
Die Berechung der Verzögerungen für den Sendestrahlformer 304 und den Empfangsstrahlformer 316 ist unter Bezugnahme auf 10 nachvollziehbar, wobei es wünschenswert ist, das Bild auf ein Ziel 1002 zu fokussieren, das zum Beispiel die Struktur innerhalb des abzubildenden Körpers 30 sein kann. In diesem Fall wird die ausgesendete akustische Energie vom zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402 zur Fokussierung auf das Ziel 1002 gebracht, und der Empfangsstrahlformer 316 fokussiert die empfangene akustische Energie, um die Empfangsempfindlichkeit beim Ziel 1002 zu maximieren. Um die auf das Ziel 1002 fokussierte akustische Energie auszusenden, kann die zentrale Steuereinheit 310 dem Sendestrahlformer 304 für jedes Element des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 402 über die Verbindung 468 Verzögerungssteuersignale und ein Synchronisationssignal als Zeitbezug für die Verzögerungen liefern. Der Sendestrahlformer 304 veranlasst, dass jedem Element des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 402 Sendesignale mit einer Strahlformungsverzögerung T_BF nach dem Synchronisationsimpuls zum Beispiel über Verbindung 426, Regelverstärker 422, Verbindung 424, S/E-Schalter 418 und Verbindung 416 zugeführt werden. Die Sendestrahlformungsverzögerungen T_BF sind im Allgemeinen für jedes Element des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 402 unterschiedlich und können wie nachstehend beschrieben berechnet werden. Die ausgesendete akustische Energie wandert in einer Zeit T_p, gegeben durch
zum Target, wobei v_b die akustische Ausbreitungsgeschwindigkeit im Körper ist, das Wandlerelement des zweidimensionalen Arrays sich an den Koordinaten (x₀, y₀, z₀) befindet und das Ziel 1002 sich an den Koordinaten (x, y, z) befindet. Die Gesamtzeit T vom Synchronisationsimpuls bis zum Eintreffen der gesendeten akustischen Energie beim Ziel 1002 kann wie folgt berechnet werden: T = TBF + Tp. Gl. 2
Um die akustische Energie auf das Ziel 1002 zu fokussieren, müssen die Sendestrahlformungsverzögerungen T_BF so gewählt werden, dass die Gesamtverzögerungen T für jedes Element gleich sind, womit bewirkt wird, dass die Ultraschallenergie von allen Wandlerelementen des zweidimensionalen Arrays gleichzeitig bei dem Ziel 1002 eintrifft. Jede beliebige Gruppe von Sendestrahlformungsverzögerungen T_BF, die die Bedingung erfüllt, dass alle Gesamtzeiten T von dem Synchronisationsimpuls bis zum Eintreffen der gesendeten akustischen Energie von den einzelnen Elementen beim Ziel 1002 gleich sind, reicht aus. Aus der obigen Erläuterung ist ersichtlich, dass die Unterschiede in den Sendestrahlformungsverzögerungen T_BF vollständig durch die Geometrie spezifiziert werden, um eine Fokussierung beim Ziel 1002 zu erreichen.
Bei dem Empfangszyklus empfängt jedes Element des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 402 die von dem Ziel reflektierte akustische Energie nach einer Laufzeitverzögerung T_p, die der Laufzeitverzögerung für dieses Element beim Senden entspricht. Um das Ziel in den Fokus zu bringen, verzögert der Empfangsstrahlformer 316 das empfangene Signal von jedem Element um eine Empfangsstrahlformungsverzögerung T_BF, die der Sendestrahlformungsverzögerung entspricht. Wie bei der Sendestrahlformung kann jegliche Gruppe von Strahlformungsverzögerungen verwendet werden, vorausgesetzt, die Unterschiede in den Strahlformungsverzögerungen zwischen zwei beliebigen Elementen sind korrekt.
In dem Maße, wie die Zeit nach dem Synchronisationsimpuls zunimmt, beruhen die bei dem zweidimensionalen Wandlerelement-Array 402 eintreffenden akustischen Signale aufgrund der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Energie auf Reflexionen von Zielen in zunehmender Tiefe. Die Empfangsstrahlformungsverzögerungen T_BF können in Abhängigkeit von der Tiefe geändert werden, um einen Empfangsfokus bei verschiedenen Zieltiefen zu schaffen. Dies wird als dynamische Empfangsfokussierung bezeichnet.
Das Einfügen einer Schutzabdeckung 206 zwischen das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 und den abzubildenden Körper 30 modifiziert die Laufzeitverzögerungen T_p um einen mit den akustischen Geschwindigkeiten der Schutzabdeckung 206, dem abzubildenden Körper 30 und der Dicke der Schutzabdeckung 206 zusammenhängenden Betrag. Insbesondere fügt die Schutzabdeckung 206 eine weitere Schutzabdeckungsverzögerung T_c hinzu, die durch den folgenden Ausdruck annähernd angegeben wird:
wobei h die Dicke der Schutzabdeckung 206 ist und v_c die akustische Geschwindigkeit innerhalb der Schutzabdeckung 206 ist. Wenn die Schutzabdeckung 206 aus einem akustisch passenden Material besteht, ist v_c ungefähr gleich v_b und die Schutzabdeckungsverzögerung T_c ist ungefähr Null und es sind keine Änderungen für die Strahlformungsverzögerungen T_BF erforderlich. Wenn die Dicke h der Schutzabdeckung 206 für alle Elemente gleich ist, ist außerdem die Schutzabdeckungsverzögerung T_c für alle Wandlerelemente gleich, unab hängig von der Geschwindigkeit v_c. Da nur die Unterschiede in den Strahlformungsverzögerungen wichtig sind, ist leicht zu erkennen, dass eine Schutzabdeckung 206 von gleichmäßiger Dicke die erforderlichen Strahlformungsverzögerungen T_BF nicht verändert.
Wenn jedoch die Dicke h über das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 nicht gleichmäßig ist und die Geschwindigkeit v_c von der Geschwindigkeit v_b abweicht, wird die Verzögerung T_c für jedes in 12 veranschaulichte Element unterschiedlich sein. Dies führt zu einer Verzerrung der während des Sendezyklus aus der Schutzabdeckung 206 austretenden und während des Empfangszyklus in die Schutzabdeckung 206 eintretenden Wellenfronten und bewirkt einen Verlust des Fokus sowie das Verschwimmen des Bildes. Die in dem Sendestrahlformer 304 und dem Empfangsstrahlformer 316 verwendeten Verzögerungen können von den aus der Abstandsberechnung erhaltenen Nennwerten abgeändert werden, so dass die durch die ungleichmäßige Dicke der Schutzabdeckung 206 verursachten Verzögerungsschwankungen aufgehoben werden, wodurch Fokus und Bildqualität aufrechterhalten bleiben. Anders gesagt sind die neuen Strahlformerverzögerungen gleich den Strahlformerverzögerungen minus den Schutzabdeckungsverzögerungen oder Tneu = TBF – Tc. Gl. 4
In dem Fall, dass eine der resultierenden neuen Strahlformerverzögerungen negativ ist, kann eine konstante Verzögerung zu allen Strahlformerkanälen addiert werden, um alle Verzögerungen positiv zu machen. Zum Beispiel ist in 12 das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402 durch eine Schutzabdeckung 206 von ungleichmäßiger Dicke abgedeckt, so dass die Dicke über dem repräsentativen Element 1204 gleich h₁₂₀₄ ist und die Dicke über dem repräsentativen Element 1206 gleich h₁₂₀₆ ist. Dann ist die Gesamtlaufzeitverzögerung von dem repräsentativen Element 1204 zur Bezugsebene 1202
und die Gesamtlaufzeitverzögerung von dem repräsentativen Element 1206 zur Bezugsebene 1202 ist
Die oben beschriebene Prozedur zur Berechnung von Strahlformerverzögerungen ist ausreichend, um unter den am häufigsten herrschenden Betriebsbedingungen einen guten Fokus zu erzeugen. Der Prozedur implizit ist jedoch die Approximierung, dass die durch die Schutzabdeckung 206 erzeugte Schwankung der Verzögerung über die Apertur für alle Lenkungswinkel und Brennweiten gleich ist.
Diese Approximierung ist eventuell nicht ausreichend genau, wenn der Strahlenbündel-Lenkungswinkel in Bezug auf die Wandlerstirnfläche größer als ca. 45 Grad ist oder wenn die aktive Apertur des Wandlers 202 größer ist als die Entfernung zum gewünschten Fokuspunkt, oder wenn die Schutzabdeckung 206 eine größere Dicke hat als ca. drei Wellenlängen der einfallenden Ultraschallenergie, oder wenn die Schutzabdeckung 206 Bereiche hat, in denen der Krümmungsradius kleiner als ungefähr die dreifache Breite des Bereichs ist, über den er auftritt.
Ein Beispiel für diesen Effekt ist in 11 dargestellt. In dieser Hinsicht wandert akustische Energie von Element 1102 auf einem Strahlengang 1103 zum Ziel 1120 und von Element 1112 auf einem Strahlengang 1113 und einem gebrochenen Strahlengang 1114 zum Ziel 1120. Akustische Energie kann auch von Element 1102 auf dem Strahlengang 1104 und dem gebrochenen Strahlengang 1105 zu einem zweiten Ziel 1140 wandern und von Element 1112 auf dem Strahlengang 1115 und dem gebrochenen Strahlengang 1116 zu dem zweiten Ziel 1140 wandern. Obwohl die Darstellung nicht maßstabsgerecht ist, ist zu erkennen, dass die Länge des Übertragungswegs durch die Schutzabdeckung 206 und durch den abzubildenden Körper 30 für die beiden Ziele unterschiedlich sein kann, und dass diese Unterschiede für die beiden Wandlerelemente 1102 und 1112 unterschiedlich sein können. Demzufolge werden die Verzögerungen T_c durch die Schutzabdeckung 206 nicht nur eine Funktion der Elementposition, sondern auch der Zielposition. Der Fachkundige wird erkennen, dass die Darstellung in 11 der einfachen Erläuterung halber vorgelegt wurde. Einzelne Wandlerelemente können nicht selbstständig fokussieren. Es können mehrere aktive Wandlerelemente, die gemeinsam unter der Steuerung des Bildverarbeitungssystems 204 agieren, dazu gebracht werden, ein akustisches Strahlenbündel zu fokussieren, das die Apertur durchquert.
Betrachten wir jetzt wieder die zweidimensionale Matrix steuerbarer Wandlerelemente aus 4. Die in 4 gezeigte Anordnung ermöglicht die Anwendung eines vollständig abgetasteten, steuerbaren und beliebigen (ohne Einschränkung spezifizierten) zweidimensionalen Verzögerungsprofils auf das zweidimensionale Wandlerelement-Array 402. Der Ausdruck "vollständig abgetastet" bezieht sich darauf, dass jedes Wandlerelement 404, 412 und 414 einzeln gesteuert wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen einer derartigen Anordnung empfängt jedes einzelne Wandlerelement des zweidimensiona len Wandlerelement-Arrays 402 eine Art von Steuersignal von der zentralen Steuereinheit 310.
Das Verzögerungsprofil der Apertur des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays ist eine beliebige, vollständig abgetastete steuerbare Funktion beider Dimensionen der Apertur. Das Verzögerungsprofil kann also so justiert werden, dass jegliche Form der Schutzabdeckung 206 kompensiert wird, wodurch es möglich wird, die Form der Schutzabdeckung 206 so zu spezifizieren, dass ein optimaler Kontakt zum abzubildenden Körper 30, erwünschte ergonomische Beschaffenheiten oder andere Attribute, wie sie zuvor beschrieben wurden, erreicht werden, ohne die Bildqualität zu mindern.
Nun Bezug nehmend auf die 5A und 5B werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Wandlers 202 ausführlicher beschrieben. Wie in 5A dargestellt, umfasst der Wandler 202 einen Körper 208 und ein geformtes zweidimensionales Wandlerelement-Array 502. Wie abgebildet, kann das zweidimensionale Wandlerelement-Array 502 eine Vielzahl von Wandlerelementen 408, 412 (zwei wurden der einfachen Veranschaulichung halber mit Bezugszeichen bezeichnet) umfassen. Der Körper 208 ist vorzugsweise konfiguriert, um eine oder mehrere verschiedene Komponenten aufzunehmen, die zur Vereinfachung des Aussendens und/oder Empfangens von akustischer Energie über das zweidimensionale Wandlerelement-Array 502 benötigt werden. Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Darstellung der Vorsprung 210 und die Schutzabdeckung 206 entfernt wurden, um das zweidimensionale Wandlerelement-Array 502 zu zeigen. Wie in der Teilschnitt-Seitenansicht aus 5A zu sehen, kann das zweidimensionale Wandlerelement-Array 502 zylindrisch geformt sein. Es ist auch zu beachten, dass ein sphärisch geformtes zweidimensionales Wandlerelement-Array 502 für Anwendungen ausgewählt werden kann, bei denen ein Wandler 202 in engem Kontakt mit verschiedenen Oberflächen des menschlichen Körpers bleiben muss, wie dies eventuell erforderlich sein kann.
Ferner kann der Körper 208 ergonomisch so entworfen sein, dass er die geeignete Positionierung des Wandlers 202 zur Durchführung einer Bildgebungsprozedur erleichtert. Der Körper umfasst einen Zwischenteil 504, der in geeigneter Weise angepasst ist, um von einem Bediener mit der Hand gehalten zu werden. Außerdem kann der Körper 208 mit einem Material abgedeckt sein, das nicht nur die Wandlerelektronik schützt, sondern auch über Eigenschaften verfügt, die den Wandler 202 für den Sonographeur einfach zu greifen machen.
Bei der in 5A dargestellten Ausführungsform enthält der Körper 208 einen Schutzabdeckungs-Montageteil 506, der sich vorzugsweise ausgehend von einem Zwischenteil 504 zur Aufnahme der Schutzabdeckung (nicht abgebildet) radial aufweitet. Am proximalen Ende des Wandlers 202, d.h. dem Ende gegenüber von Teil 506, ist ein sich verjüngender oder halsförmiger Teil 512 vorgesehen. Teil 512 definiert eine Apertur zur Aufnahme der elektrischen Kabel 520. Die Kabel 520 sind so ausgelegt, dass sie die elektrische Kommunikation zwischen dem Wandler 202 und dem Bildverarbeitungssystem 204 (nicht abgebildet) vereinfachen.
Es können verschiedene Formen von Schutzabdeckungen 206 genutzt werden, um das darunter liegende geformte zweidimensionale Wandlerelement-Array 502 zu schützen und abzuschirmen. Bevorzugte Formen kooperieren eng mit dem darunter liegenden zweidimensionalen Wanderelement-Array 502, um für eine angemessene akustische Kopplung zu sorgen. Verschiedene Überlegungen, zum Beispiel der Wunsch, einen guten Patientenkontakt zwischen der Schutzabdeckung 206 und dem Patienten zu begünstigen, um Bildqualität und Patientenkomfort sowie Bedienungsfreundlichkeit für den Sonographeur zu erhalten, können spezielle Formen für bestimmte Ultraschalluntersuchungen noch attraktiver machen. Zum Beispiel kann die Schutzabdeckung 206 bei einigen Ausführungsformen physikalisch so konfiguriert sein, dass eine geeignete Ausrichtung des Wandlers 202 auf ein akustisches Fenster eines Patienten erleichtert wird. Insbesondere umfasst eine derartige Schutzabdeckung 206 vorzugsweise gekrümmte Oberflächen, die vom Wandler 202 nach außen verlaufen. Diese Konfiguration neigt dazu, die geeignete Positionierung der Schutzabdeckung 206 in Bezug auf ein akustisches Fenster, zum Beispiel ein durch benachbarte Rippen des Patienten definiertes akustisches Fenster, zu vereinfachen. Insbesondere passen sich gekrümmte Oberflächen typischerweise den Rippen an und neigen dazu, die mit dem Gewebe in Kontakt tretende Oberfläche auf das akustische Fenster auszurichten. Wie im Folgenden beschrieben, kann die Gewebekontaktoberfläche in verschiedenen Konfigurationen vorgesehen werden.
Wie in 5B dargestellt, umfasst der Wandler 202 einen Körper 208 und ein geformtes zweidimensionales Wandlerelement-Array 552. Wie abgebildet, kann das zweidimensionale Array 552 eine Vielzahl von Wandlerelementen 408, 412 (zwei wurden zur Veranschaulichung mit Bezugszeichen bezeichnet) umfassen. Hier wurden ebenso wie in der vorhergehenden Figur der Vorsprung 210 und die Schutzabdeckung 206 entfernt, um das zweidimensionale Wandlerelement-Array 552 freizulegen. Wie in der Seitenansicht aus
5B dargestellt, kann das zweidimensionale Wandlerelement-Array 552 im Wesentlichen sphärisch geformt sein. Ein sphärisch geformtes zweidimensionales Wandlerelement-Array 552 kann für Anwendungen gewählt werden, bei denen ein Wandler 202 in engem Kontakt mit verschiedenen Oberflächen des menschlichen Körpers bleiben muss, wie dies erforderlich sein kann. Es ist zu beachten, dass zweidimensionale Wandlerelement-Arrays 402 mit ringförmigen oder anderen gekrümmten Oberflächen (z.B. einer Satteloberfläche) möglich sind und eine Strahlformung nutzen können, die gegenüber der Strahlformung des planaren zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 402 aus 4 leicht modifiziert wurde.
Es wird nun Bezug genommen auf 6, die ein verbessertes Verfahren für die Ultraschallbildgebung mit einem zweidimensionalen Wandlerelement-Array veranschaulicht. In dieser Hinsicht beginnt das Verfahren zur Ultraschallbildgebung 600 mit Schritt 602, hier mit "Anfang" bezeichnet. Das Verfahren zur Ultraschallbildgebung 600 liefert eine Reihe von zeitverzögerten Sendesignalen an den geformten Wandler, wie in Schritt 604 angegeben, um eine interessierende Region in dem Körper eines Patienten zu beschallen. Die Zeitverzögerungen werden basierend auf der in 10 dargestellten Fokussiergeometrie und jeglicher Veränderung im Verzögerungsprofil berechnet, die aus der Fortpflanzung durch die Schutzabdeckung 206 resultiert.
Gemäß dem verbesserten Verfahren zur Ultraschallbildgebung 600 wandert die erzeugte akustische Energie durch eine Schutzabdeckung 206, die so konfiguriert sein kann, dass sie die Form des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 502, 552 usw. genau widerspiegelt, wie in Schritt 606 veranschaulicht. Bei alternativen Ausführungsformen kann das zweidimensionale Wandlerelement-Array im Wesentlichen planar mit einer überlagerten Schutzabdeckung 206 von ungleichmäßiger Dicke sein.
Wie zuvor beschrieben, kann die Form des zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays 502, 552 basierend auf einer Reihe von Faktoren gewählt werden, zu denen unter anderem Patientenkomfort, ergonomische Bewegungsabläufe für den Sonographeur, verfügbares akustisches Fenster des Patienten sowie eine Fülle weiterer Faktoren zählen.
Als nächstes werden in Schritt 608 die empfangenen Ultraschallechos vorzugsweise mit dem gleichen zweidimensionalen Wandler 202 erfasst und verarbeitet, der für die in den Schritten 604 und 606 beschriebene Sendefunktion verwendet wurde. Nachdem die empfangenen Ultraschallechos durch den Wandler 202 in eine Spannungssignalform umgewandelt wurden, können die empfangenen Echos zeitverzögert werden, um das Ultraschallbildgebungssystem 204 so zu fokussieren, dass die gewünschten Patientenstrukturen wie in Schritt 610 angegeben angezeigt werden. Wie in Schritt 604 werden die Zeitverzögerungen auf der Basis der in 10 dargestellten Fokussiergeometrie und jeglicher Schwankung des Verzögerungsprofils aufgrund der Fortpflanzung durch die Schutzabdeckung 206 berechnet. Es ist zu beachten, dass Verfahrensschritte 604 bis 610 nach Wunsch wiederholt werden können, um eine diagnostische Ultraschalluntersuchung durchzuführen. Es kann jede von mehreren durch den Sonographeur erzeugten Eingaben verwendet werden, um das Verfahren zur Ultraschallbildgebung 600 zu beenden, wie in Schritt 612 dargestellt, der hier mit „Ende" bezeichnet ist.
Wie in 7A dargestellt, umfasst der Wandler 700 einen Körper 702 und eine Schutzabdeckung 706. Die Schutzabdeckung 706 enthält eine im Allgemeinen sphärische Gewebekontaktoberfläche 712, z.B. ist die Gewebekontaktoberfläche im Allgemeinen als Teil einer Kugel geformt.
Wie in 7A gezeigt, ist die Gewebekontaktoberfläche 712 oder Außenfläche der Schutzabdeckung 206 so geformt, dass sie sowohl für den Patienten als auch für den Sonographeur angenehm ist. Es ist zu beachten, dass die ausgewählte spezielle Form von der Art der Untersuchung, den Abmessungen der Patientenanatomie und/oder anderen Faktoren abhängen kann. In dieser Konfiguration ist diese Ausführungsform in der Lage, akustische Energie vom Wandler 702 auszusenden und diese Energie auf einem Pfad weiterzuleiten, der im Allgemeinen koextensiv zu einer Langsachse 716 des Wandlers 702 ist oder sich in einem Winkel hierzu erstreckt. Vorzugsweise wird eine Länge X₇ der Gewebekontaktoberfläche 712 in Kontakt gebracht, um eine angemessene Querschnittfläche für den Kontakt mit einem Körper 30 zu liefern, so dass eine angemessene Menge akustischer Energie von dem Wandler 702 zum Körper 30 übertragen werden kann.
Wie in 7B dargestellt, wird die zusammengesetzte geometrische Struktur einer Variante der in 7A abgebildeten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere umfasst die Schutzabdeckung 706, wie in 7B gezeigt, eine Gewebekontaktoberfläche 712, die primär durch eine Radius R₁ (in Draufsicht) definiert wird. Die durch den Krümmungsradius R₁ definierte Oberfläche geht an jedem ihrer Enden in Oberflächen über, die durch die Krümmungsradien R₂ beschrieben werden. Vorzugsweise sind die Radien R₂ durch Längen definiert, die sowohl eine gute akustische Kopplung mit dem Patienten erlauben als auch ein hohes Maß an Komfort aufrechterhalten. Die Radien R₂ sind nur etwas kürzer als die Länge von Radius R₁ dargestellt, jedoch gibt es eine Fülle von möglichen Verhältnissen, einschließlich der im Wesentlichen sphärischen Gewebekontaktfläche, die durch die Außenfläche der Schutzabdeckung 706 gebildet wird, wie in 7A dargestellt.
8A zeigt eine alternative Ausführungsform eines Wandlers 800. Der Wandler 800 hat einen Körper 802 und eine Schutzabdeckung 806. Die Schutzabdeckung 806 ist als eine akustisch nicht-fokussierende Schutzabdeckung 806 konfiguriert, die im Wesentlichen der Form eines darunter liegenden zweidimensionalen Wandlerelement-Arrays (nicht abgebildet) folgt. Vorzugsweise hat die Schutzabdeckung 806 eine geformte Gewebekontaktoberfläche 812, die einem Teil eines Zylinders gleicht.
Wie in 8A veranschaulicht, kann der Wandler 802 so konfiguriert sein, dass er eine Gewebekontaktoberfläche 812 mit einer Breite X₈ bildet, die so gewählt wurde, dass sie die Übertragung akustischer Energie erleichtert. Wie abgebildet, kann die Breite aber auch so gewählt werden, dass ein in geeigneter Weise gewähltes akustisches Fenster ausgenutzt wird. Insbesondere kann die Breite X₈, wenn die Schutzabdeckung 806 während einer thorakalen akustischen Bildgebungsprozedur verwendet werden soll, zum Beispiel so gewählt werden, dass versucht wird, die Wandlerpositionierung zwischen nebeneinander angeordneten Rippen, z.B. den Rippen 832 und 834, des abzubildenden Körpers 30 zu verbessern. So positioniert, kann eine effiziente Übertragung akustischer Energie vom Wandler 802 aus zwischen die Rippen und tiefer in den Körper hinein erleichtert werden. Wie in 8A veranschaulicht, kann die Schutzabdeckung 806 im Wesentlichen zylindrisch sein, um die akustische Energie effizient durch das von den Rippen 832 und 834 gebildete akustische Fenster zu übertragen.
Wie zuvor in Bezug auf die im Wesentlichen sphärische Ausführungsform des Wandlers 702 aus 7B beschrieben, kann von der Seite gesehen (8B) eine auf der Außenfläche einer Schutzabdeckung 806 gebildete Gewebekontaktoberfläche 812 durch einen Krümmungsradius R₃ definiert werden. Jedes Ende der Gewebekontaktoberflächenübergänge kann durch einen Krümmungsradius R₄ definiert werden, der sich in seiner Länge von Radius R₃ unterscheidet. Die in 8B veranschaulichte Schutzabdeckung 806 zeigt einen Fall, in dem R₄ kleiner ist als R₃ So vorgesehen, stellt die Gewebekontaktoberfläche 812 eine relativ abgeflachte Oberfläche über dem Gewebekontaktbereich dar. Somit kann die Gewebekontaktoberfläche 812 als ein nahezu optimales Übertragungsmedium schaffend angesehen werden, während vorteilhafterweise unter anderem versucht wird, die durch die Geometrie begrenzten Rippenzugangspunkte auszunutzen.
Die Außenflächen der Schutzabdeckungen 706 und 806, die erwartungsgemäß die Gewebekontaktflächen 712 und 812 bilden sollen, sind im Allgemeinen gekrümmt und können die Ausrichtung der Gewebekontaktoberfläche auf ein akustisches Fenster vereinfachen. Insbesondere neigen die Außenflächen der Schutzabdeckungen 706, 806, wenn die Gewebekontaktoberflächen angemessen dimensioniert sind, dazu, die Rippen, z.B. 832 und 834, zu umschließen, wodurch es der Gewebekontaktoberfläche ermöglicht wird, scih zwischen den Rippen einzufügen. Die Oberflächen neigen also dazu, sie Gewebekontaktoberflächen auf das akustische Fenster auszurichten. Die gekrümmten Oberflächen können auch den Patientenkomfort während einer Bildgebungsprozedur verbessern, da eine nicht-gekrümmte Oberfläche dazu neigen kann, lokales Unbehangen zu verursachen.
Es ist zu beachten, dass die Schutzabdeckungen 706 (7B) und 806 (8B) nur beispielhaft sind. Einige Ausführungsformen des verbesserten Wandlers erfordern eventuell die Anordnung einer komplexen Schutzabdeckung und zweidimensionales Wandlerelement-Arrays 502, 522, das über die Dimensionen X, Y und Z variiert (siehe die 5A, 5B und 10). Alle derartigen Varianten werden in Betracht gezogen und liegen im Rahmen des verbesserten Ultraschallwandlers.
Betrieb
Wie in 9 abgebildet, ist eine bevorzugte Ausführungsform des Wandlers 202 in betriebsfähigem Kontakt mit einem repräsentativen akustischen Fenster gezeigt. Beispielsweise ist der Wandler in geeigneter Weise bei einem akustischen Fenster 902 oder Rippenzugangspunkt eines repräsentativen thorakalen Abschnitts 904 positioniert, um zum Beispiel eine akustische Bildgebung des Herzens 906 zu ermöglichen. Wie in 9 abgebildet, sind interkostale Zugangspunkte leicht geometrie-begrenzte Strukturen, d.h. Rippenzugangspunkte bieten einen begrenzten Bereich, durch den akustische Energie übertragen werden kann (akustische Energie kann keine Knochen durchdringen, um für die Bildgebung nützlich zu sein). Aufgrund der Form von Schutzabdeckungen 706, 806 nimmt die Fähigkeit zur Nutzung der Rippenzugangspunkte für die akustische Bildgebung von Gewebe innerhalb des knochigen Thorax möglicherweise zu. Außerdem neigt das Material der Schutzabdeckung 706, 806, dessen Impedanz derjenigen des Körpers sehr ähnlich ist, dazu, die durch einen Rippenzugangspunkt übertragene Menge an akustischer Energie zu verbessern. Wie oben beschrieben, kann die akustische Energie elektronisch sowohl in lateraler als auch Elevationsrichtung sowohl im Sendemodus als auch im Empfangsmodus fokussiert werden, um die Strukturen des Herzens in geeigneter Weise abzubilden.
Es ist zu betonen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen des verbesserten Ultraschallwandlers, insbesondere jegliche "bevorzugten" Ausführungsformen, lediglich mögliche Beispiele von Implementierungen sind und lediglich für ein klares Verständnis der Wandlerprinzipien erläutert wurden. Es können viele Variationen und Abwandlungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen des verbesserten Ultraschallwandlers vorgenommen werden, ohne wesentlich von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
Obwohl der Wandler 202 hier in Bezug auf ein Ultraschallbildgebungssystem 204 zur Verwendung in medizinischen Anwendungen, zum Beispiel für einen Patienten, beschrieben wurde, können derartige Systeme auch in verschiedenen anderen Anwendungen eingesetzt werden. Zusätzlich wurden verschiedene zu der Schutzabdeckung 206 gehörende Oberflächen hier als eine geeignete Positionierung eines Wandlers 202 relativ zu einem akustischen Fenster ermöglichend beschrieben. Bei anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere dieser Oberflächen als ein Teil des Wandlerkörpers gebildet sein, zum Beispiel auf dem Vorsprung des Wandlers, um eine ähnliche Funktionalität zu schaffen. Alle derartigen Abwandlungen und Variationen sind im Rahmen der folgenden Ansprüche als hierin enthalten zu betrachten.
Text in der Zeichnung

Figur 2

Image processing system

Bildverarbeitungssystem

Figur 3

T/R switch	S/E-Schalter
A/D converter	A/D-Umsetzer
Digital filter	Digitaler Filter
Receive beamformer	Empfangsstrahlformer
Transmit beamformer	Sendestrahlformer
Transmit waveform modulator	Sendesignalformmodulator
Central controller	zentrale Steuereinheit
Display device	Anzeigevorrichtung
Video processor	Videoprozessor
Image processor	Bildprozessor

Figur 4

Two-dimensional matrix of controllable transducer elements	Zweidimensionale Matrix steuerbarer Wandlerelemente
Transmit beamformer	Sendestrahlformer
Transmit waveform modulator	Sendesignalformmodulator
Central controller	zentrale Steuereinheit
Receive beamformer	Empfangsstrahlformer
Delay	Verzögerung
Sum	Summe

Figur 6

begin	Anfang
Provide time delayed transmit signal(s) to transducer	Bereitstellen von zeitverzögerten Sendesignal(en) für Wandler
Propagate acoustic energy through shaped cover wherein shape is selected for Patient comfort, to maximize Patient contact, sonographer ergonomics, reliability, manufacturability, or other factors	Übertragen akustischer Energie durch geformte Abdeckung, wobei die Form in Hinblick auf Patientenkomfort gewählt wurde, um Patientenkontakt, Ergonomie für den Sonographeur, Zuverlässigkeit, Herstellbarkeit oder andere Faktoren zu maximieren.
Receive ultrasound echoes propagated through shaped protective cover	Empfangen von durch die geformte Schutzabdeckung übertragenen Ultraschallechos
Time delay received echoes to focus resulting image an desired Patient structures	Zeitverzögerung der empfangenen Echos zur Fokussierung des resultierenden Bildes auf gewünschte Patientenstrukturen
end	Ende

Claims

System zur akustischen Bildgebung (200), das Folgendes umfasst: einen Wandler (02) mit einem zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarray (402. 502, 552), wobei der Wandler eine Schutzabdeckung (206) hat, die so konfiguriert ist, dass sie zu einem Wandlerkörper (208) passt, wobei das Wandlerelement-Matrixarray durch die Schutzabdeckung eingeschlossen ist und der Wandlerkörper dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Schutzabdeckung der zweidimensionalen Wandlerelement-Matrix überlagert ist, so dass die auf die Schutzabdeckung auftreffende akustische Energie mechanisch durch die Schutzabdeckung gemäß einer Fokussiereigenschaft gelenkt wird, wobei das zweidimensionale Wandlerelement-Matrixarray und die Schutzabdeckung so geformt sind, dass sie das Unbehagen des Patienten verringern, und dadurch, dass das System zur akustischen Bildgebung Folgendes umfasst: ein Bildverarbeitungssystem (204), das mit dem Wandler gekoppelt ist und konfiguriert ist, um über die Zeit eine Vielzahl von einzelnen Anregungssignalen für die Wandlerelemente (408, 412, 414) zu liefern, so dass das zweidimensionale Wandlerelement-Matrixarray akustische Energie erzeugt und über die Zeit durch die Schutzabdeckung überträgt, während die Fokussiereigenschaft der Schutzabdeckung so kompensiert wird, dass die durch die Schutzabdeckung übertragene akustische Energie elektronisch fokussiert wird.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Schutzabdeckung (206) ein akustisches Material mit einer akustischen Impedanz umfasst, die der akustischen Impedanz eines abzubildenden Körpers entspricht.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Dimensionen des zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarrays (502, 552) gekrümmt ist.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Schutzabdeckung (206) mit einer ungleichmäßigen Dicke konstruiert ist.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Schutzabdeckung (206) eine akustische Impedanz zwischen ca. 1,3 MRayl und 1,7 MRayl hat.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Schutzabdeckung (206) einen Wandlerkontakt mit einer Wandlerkontaktoberfläche hat, wobei der Wandlerkontakt ein Ende hat, das so konfiguriert ist, dass es im Eingriff mit dem Wandlerkörper (208) ist, wobei die Gewebekontaktoberfläche einen Teil einer im Wesentlichen zylindrischen Oberfläche bildet.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 6, wobei die Gewebekontaktoberfläche einen Teil einer im Wesentlichen sphärischen Oberfläche bildet.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei der Wandlerkörper (208) ergonomisch angepasst ist, um von der Hand eines Bedieners gehalten zu werden.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Schutzabdeckung (206) eine Form hat, die die Wahrscheinlichkeit der Verletzung des Sonographeurs durch sich wiederholende Bewegungsabläufe verringert.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei die Kompensation eine Funktion der Position eines Zielpunktes (1002) ist.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 1, wobei das Bildverarbeitungssystem (204) eine Vielzahl von individuellen Empfangsmodussignalen von einer Vielzahl von Wandlerelementen (408, 412, 414) empfängt, wobei die Empfangsmodussignale repräsentativ für die bei der Vielzahl von Wandlerelementen des zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarrays (402, 502, 552) eintreffende akustische Energie sind, die die Schutzabdeckung (206) durchquert.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 11, wobei das Bildverarbeitungssystem (204) die durch die Schutzabdeckung (206) empfangene akustische Energie elektronisch fokussiert, während es die Fokussiereigenschaft der Schutzabdeckung kompensiert.
System zur akustischen Bildgebung nach Anspruch 12, wobei die Kompensation eine Funktion der Position des Zielpunktes (1002) ist.
Verfahren zur akustischen Bildgebung eines Patienten, das die folgenden Schritte umfasst: Schaffen eines Wandlers (202) mit einem zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarray (402, 502, 552), wobei der Wandler eine Schutzabdeckung (206) hat, die so konfiguriert ist, dass sie zu einem Wandlerkörper (208) passt, wobei die Schutzabdeckung der zweidimensionalen Wandlerelement-Matrix so überlagert ist, dass die von der Schutzabdeckung in den Patienten übertragene akustische Energie mechanisch durch die Schutzabdeckung gemäß einer Fokussiereigenschaft gelenkt wird, wobei das zweidimensionale Wandlerelement-Matrixarray und die Schutzabdeckung so geformt sind, dass sie das Unbehagen des Patienten verringern; Erzeugen einer Vielzahl von zeitverzögerten Sendesignalen, um die einzelnen Wandlerelemente (408, 412, 414) des zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarrays separat zu steuern, um ausgesendete akustische Wellen, die die Schutzabdeckung durchqueren, elektronisch zu fokussieren und gleichzeitig die Fokussiereigenschaft der Schutzabdeckung zu kompensieren; und Empfangen einer Vielzahl von zeitverzögerten Antwortechos an den separat steuerbaren einzelnen Wandlerelementen des zweidimensionalen Wandlerelement-Matrixarrays, um empfangene akustische Echos, die die Schutzabdeckung durchqueren, elektronisch zu fokussieren und gleichzeitig die Fokussiereigenschaft der Schutzabdeckung zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin den Schritt des Verarbeitens der reflektierten akustischen Echos umfasst, um ein Bild zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiterhin folgende Schritte umfasst: Zugang zu einem akustischen Fenster (902) des Patienten herstellen; und akustische Energie durch die Schutzabdeckung (206) und über das akustische Fenster in den Patienten aussenden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schritte des Erzeugens und Empfangs weiterhin Folgendes umfassen: elektronisches Fokussieren der akustischen Energie in einer Elevationsrichtung; und elektronisches Fokussieren der akustischen Energie in einer lateralen Richtung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Herstellens des Zugangs zu einem akustischen Fenster (902) ein akustisches Fenster umfasst, das zwischen nebeneinander angeordneten Rippen des Patienten gebildet ist.