МОБИЛЬНОЕ БЕСПРОВОДНОЕ 3D УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СИСТЕМА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
MOBILE WIRELESS 3D DEVICE FOR OBTAINING ULTRASOUND IMAGES AND ULTRASOUND VISUALIZATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное изобретение относится к устройству для получения ультразвуковых изображений для использования совместно с мобильной консолью для образования системы ультразвуковой визуализации. Кроме того, представленное изобретение относится к системе ультразвуковой визуализации для предоставления изображения объема, например анатомического изображения внутри тела пациента.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы ультразвуковой визуализации широко известны в данной области. В частности, они используются для предоставления анатомической визуализации изображений внутри тела пациентов. Как двухмерная, так и трехмерная визуализация организмов пациентов известна для предоставления медицинским работникам надежного инструмента для просмотра частей тела пациента без необходимости каких-либо хирургических шагов.
В трехмерной ультразвуковой визуализации, или объемной визуализации, получение трехмерного изображения может осуществляться посредством проведения множества двухмерных сканирований, которые проводят через представляющий интерес объем. Следовательно, получают множество двухмерных изображений, которые следуют друг за другом. За счет правильной обработки изображений, из множества двухмерных изображений может быть построено трехмерное изображение представляющего интерес объема. Трехмерная информация, получаемая из множества двухмерных изображений, отображается в правильном виде на дисплее для пользователя ультразвуковой системы.
Кроме того, в клинических вариантах применения часто используется так называемая прямая трехмерная визуализация, или 4D визуализация. При прямой трехмерной визуализации может быть получено изображение объема в реальном времени, позволяющее пользователю просматривать подвижные части анатомического участка, например сокращающееся сердце или что-либо еще.
Системы ультразвуковой визуализации представляют собой укомплектованные станции, которые могут быть зафиксированы в определенном местоположении и часто могут передвигаться на роликах для обеспечения гибкого использования в различных местоположениях. Системы ультразвуковой визуализации предоставлены для каждого составного элемента, необходимого для получения ультразвуковых изображений, т.е. устройств ввода, устройств отображения, любого компьютерного аппаратного обеспечения, необходимого для эксплуатации системы ультразвуковой визуализации и специального программного обеспечения для получения, воспроизведения и отображения ультразвуковых изображений. Кроме того, системы ультразвуковой визуализации содержат по меньшей мере один датчик, несущий одно- или двухмерные матрицы преобразователей для сканирования тела пациента, либо вручную, либо автоматически. Для того, чтобы обеспечить трехмерную визуализацию, датчик может использовать двухмерную матрицу преобразователей для электронного управления сканирующими строками в трехмерном пространстве. В качестве альтернативы, при использовании одномерной матрицы преобразователей, матрицу можно сканировать вручную или автоматически посредством двигателя для управления сканирующими строками в трехмерном пространстве.
Конечно, предоставление полностью укомплектованных систем ультразвуковой визуализации, содержащих каждый составной элемент, который упоминался выше, делает данные системы не только относительно дорогостоящими, но также большими, тяжелыми и неудобными для перемещения в медицинских локализациях.
Кроме того, мобильные компьютерные устройства широко известны и за последнюю пару лет получили широкое повсеместное клиническое применение. В наши дни, мобильные телефоны, планшеты, персональные компьютеры и ноутбуки широко используются для обеспечения всех видов применения и сетевого доступа независимо от их местоположения. Данные мобильные консоли имеют неуклонно возрастающие уровни производительности аппаратного обеспечения, легкие в использовании интерфейсы и дисплеи с увеличивающейся разрешающей способностью и качеством.
Последние разработки повысили функциональность подобных мобильных устройств.
Документ US 6440072 B1 раскрывает медицинскую диагностическую систему ультразвуковой визуализации и способ передачи данных ультразвукового обследования в портативное компьютерное устройство. Данные ультразвукового обследования передаются из медицинской диагностической системы ультразвуковой визуализации в портативное компьютерное устройство, такое как персональный цифровой помощник. Данные ультразвукового обследования можно увидеть на портативном компьютерном устройстве или передать дальше на смотровую станцию или другое портативное компьютерное устройство для изучения. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, данные обследования преобразуют из формы, прочитываемой ультразвуковой системой, в форму, прочитываемую портативным компьютерным устройством или смотровой станцией. Данные ультразвукового обследования могут передаваться с использованием проводного соединения или с использованием беспроводной технологии, наподобие канала связи в инфракрасном диапазоне. Предпочтительные варианты осуществления также могут использоваться с другими медицинскими устройствами получения и данными медицинского обследования. Данные обследования также могут передаваться из медицинских сетей, таких как медицинская диагностическая сеть ультразвуковой визуализации.
Документ US 2003/0139664 А1 раскрывает сегментированную портативную медицинскую ультразвуковую систему, в которой ультразвуковые данные, например данные изображений в видео формате, беспроводным образом передаются из портативного ультразвукового устройства в многоцелевое устройство отображения.
Существует потребность в дальнейшем усовершенствовании систем ультразвуковой визуализации в показателях стоимости, портативности и многоцелевой функциональности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель представленного изобретения состоит в предоставлении усовершенствованного устройства получения ультразвуковых изображений и усовершенствованной системы ультразвуковой визуализации.
В первом аспекте представленного изобретения, предоставлено устройство получения ультразвукового трехмерного изображения для использования вместе с мобильной консолью для образования системы ультразвуковой трехмерной визуализации. Устройство для получения ультразвуковых изображений содержит матрицу преобразователей, выполненную с возможностью предоставления ультразвукового сигнала приема, аппаратный узел получения изображений, имеющий устройство формирования лучей, выполненное с возможностью управления матрицей преобразователей, а кроме того, выполненное с возможностью приема ультразвукового сигнала приема и с возможностью предоставления сигнала изображения, и процессор сигналов, выполненный с возможностью приема сигнала изображения и с возможностью предоставления данных изображений, и интерфейс для соединения мобильной консоли с устройством получения ультразвуковых изображений, при этом устройство для получения ультразвуковых изображений содержит главное устройство формирования луча и множество устройств формирования микролучей.
В дополнительном аспекте представленного изобретения, предоставлена система ультразвуковой визуализации для предоставления изображения объема, содержащая устройство для получения ультразвуковых изображений, содержащее матрицу преобразователей, выполненную с возможностью предоставления ультразвукового сигнала приема, аппаратный узел получения изображений, имеющий устройство формирования лучей, выполненное с возможностью управления матрицей преобразователей, при этом устройство для получения ультразвуковых изображений содержит главное устройство формирования луча и множество устройств формирования микролучей, и, кроме того, выполненное с возможностью приема ультразвукового сигнала приема и с возможностью предоставления сигнала изображения, и процессор сигналов, выполненный с возможностью приема сигнала изображения и с возможностью предоставления данных изображений, и при этом система ультразвуковой визуализации дополнительно содержит мобильную консоль, при этом мобильная консоль имеет дисплей и второе устройство ввода, и интерфейс для соединения мобильной консоли с устройством получения ультразвуковых изображений, и при этом мобильная консоль и устройство для получения ультразвуковых изображений соединены посредством интерфейса.
Основная идея изобретения состоит в предоставлении ультразвукового устройства получения, допускающего трехмерную ультразвуковую визуализацию только с помощью легкого кабеля или беспроводного соединения с мобильной консолью или центральным дисплеем, при этом сама мобильная консоль не имеет ультразвукового специального аппаратного обеспечения. Изобретение основано на встраивании трехмерного ультразвукового аппаратного обеспечения получения в устройство для получения ультразвуковых изображений.
Мобильное устройство трехмерной ультразвуковой визуализации может обеспечивать прорыв для множества диагностических вариантов применения. С помощью очень легкого и гибкого кабеля или беспроводного соединения, можно преодолеть эргономические проблемы традиционных трехмерных ультразвуковых сканеров. Кроме того, множество общих мобильных консолей или центральных устройств может быть совместимо с устройством получения ультразвуковых изображений, поскольку мобильные консоли или центральные устройства не нуждаются в каком-либо ультразвуковом специальном аппаратном обеспечении. Таким образом, обеспечивается мобильная прямая трехмерная ультразвуковая визуализация. Это обеспечивает пользователю гибкость в настройке и оптимизации отдельных моделей использования мобильных консолей.
Предпочтительные варианты осуществления изобретений определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В варианте осуществления, устройством получения ультразвукового трехмерного изображения является портативный датчик, имеющий корпус датчика, и при этом внутри корпуса датчика находятся матрица преобразователей и аппаратный узел получения изображений. За счет этого может быть предоставлен так называемый "интеллектуальный датчик". Все специальные ультразвуковые составные элементы аппаратного обеспечения находятся внутри корпуса датчика. Кроме того, в качестве мобильной консоли необходимо только готовое коммерческое (COTS) устройство для завершения полностью функционирующей системы ультразвуковой визуализации. Суммарное энергопотребление датчика может быть меньше чем 5 Вт. Масса датчика может быть меньше чем 200 г. Следовательно, может быть предоставлена гибкая система всего лишь с необходимостью соединения ультразвукового устройства получения, выполненного в виде датчика, с мобильной консолью пользователя. В частности, мобильная консоль может использоваться для управления процессом получения изображений. Трехмерное изображение, полученное посредством устройства получения ультразвуковых изображений, на мобильной консоли можно видеть напрямую и в реальном времени. За счет предоставления в датчике всего аппаратного обеспечения для получения ультразвуковых изображений необходимо только, чтобы частотный диапазон интерфейса был достаточным для передачи данных изображений и данных отображения на мобильной консоли. Следовательно, для сохранения или отображения на мобильной консоли могут передаваться не только единичные изображения, но обеспечивается прямая потоковая передача данных изображений и/или данных отображения на мобильной консоли. Данные отображения могут содержать текстовую информацию, такую как выбираемый пользователем уровень усиления, или графические данные, такие как иконки состояния.
В дополнительном варианте осуществления, матрицей преобразователей является фазированная матрица преобразователей, и при этом интерфейс представляет собой беспроводной интерфейс. За счет этого может быть предоставлен беспроводной интеллектуальный датчик. Беспроводной датчик может соединяться с большим множеством готовых коммерческих (COTS) компьютеров, таких как планшет или планшетные компьютеры, которые не содержат индивидуальную настройку аппаратного обеспечения для ультразвуковой функции. Это обеспечивает пользователю гибкость в настройке и оптимизации моделей для индивидуального использования. Также она соответствует требуемой эргономике очень маленькой переносной мобильной консоли, при этом добавление коннектора для соединения кабеля с датчиком иным образом расширяло бы фактор формы и создавало бы действительную нагрузку для мобильной консоли, выступающей в качестве устройства отображения, так как масса мобильной консоли приблизительно настолько же низкая, как масса датчика и кабеля. С беспроводным датчиком переносную консоль преимущественно можно физически отделять от датчика, например держать, помещать на поверхности или устанавливать на опоре, не боясь, что легкое дергающее усилие со стороны кабеля датчика во время сканирования будет вызывать опрокидывание консоли.
В варианте осуществления, устройство получения ультразвукового трехмерного изображения дополнительно содержит процессор изображений, выполненный с возможностью приема данных изображений и с возможностью предоставления данных отображения. За счет этого, устройство получения ультразвукового трехмерного изображения само имеет возможность обеспечения обработки изображений. Вследствие этого, даже мобильные консоли, не имеющие значительных аппаратных ресурсов для представления трехмерных изображений, могут стать совместимыми для использования вместе с устройством получения ультразвукового трехмерного изображения.
В дополнительном варианте осуществления, устройство для получения ультразвуковых изображений дополнительно содержит батарею, приводящую в действие устройство для получения ультразвуковых изображений. За счет этого, устройство для получения ультразвуковых изображений может обладать достаточной мощностью, являясь в то же время портативным. Термин "батарея" в данном контексте включает в себя батарею любого типа, в частности однонаправленные энергетические элементы, а также перезаряжаемые аккумуляторы.
В дополнительном варианте осуществления, устройство для получения ультразвуковых изображений содержит по меньшей мере одно устройство формирования главного луча и множество устройств формирования микролучей. За счет этого, предоставляется возможность образования микролуча и образования расположенных каскадом лучей. За счет этого, может быть уменьшено количество сигнальных проводов, предоставленных параллельно посредством интерфейса.
В дополнительном варианте осуществления, беспроводной интерфейс, кроме того, выполнен с возможностью применения технологии сверхширокополосной передачи. За счет этого, может быть предоставлен достаточный частотный диапазон для использования мобильной консоли в прямой трехмерной ультразвуковой визуализации. Сверхширокая полоса пропускания (СШПП) представляет собой радио технологию, которая работает при очень низком уровне энергии для высокоскоростных коммуникационных линий малой дальности с использованием большой части радио спектра. Аналогично технологии расширенного спектра, СШПП коммуникационные линии осуществляют передачу способом, который не мешает общепринятой узкополосной связи и несущей волне, используемой в той же самой полосе частот, однако, в отличие от расширенного спектра, сверхширокая полоса пропускания не использует скачкообразную перестройку частоты (FHSS). Сверхширокая полоса пропускания представляет собой технологию для передачи информационного разброса по большому частотному диапазону. СШПП можно определить, как передачу из антенны или интерфейса, для которого частотный диапазон испускаемого сигнала превышает меньшеe из 500 МГц или 20% средней частоты. Таким образом, импульсные системы - где каждый передаваемый импульс занимает частотный диапазон СШПП (или совокупность по меньшей мере 500 МГц узкополосного канала; например, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) - может получить доступ к СШПП спектру. Скорости повторения импульсов могут быть либо низкими, либо очень высокими. Импульсные СШПП радары и системы визуализации имеют тенденцию к применению низких скоростей повторения (обычно в диапазоне от 1 до 100 мегаимпульсов в секунду). С другой стороны, в коммуникационных системах оказывается предпочтение высоким скоростям повторения (обычно в диапазоне от одного до двух гигаимпульсов в секунду), обеспечивая таким образом коммуникационные системы малой дальности гигабит в секунду. Каждый импульс в импульсной СШПП системе занимает весь СШПП частотный диапазон (получая таким образом пользу от относительного освобождения от многолучевого замирания, но не от межсимвольных помех), в отличие от основанных на носителях систем, которые подвергаются глубокому замиранию и межсимвольным помехам. Значительное различие между общепринятыми радиопередачами и СШПП состоит в том, что общепринятые системы передают информацию за счет изменения уровня мощности, частоты и/или фазы синусоидальной волны. СШПП передачи передают информацию за счет генерирования энергии радиоизлучения в конкретных временных интервалах и занимания большого частотного диапазона, обеспечивая таким образом фазово-импульсную или временную модуляцию. Информация также может быть модулирована на СШПП сигналах (импульсах) за счет кодирования полярности импульса, его амплитуды и/или посредством использования ортогональных импульсов. СШПП импульсы могут отсылаться спорадически с относительно низкой частотой импульсов для поддержки временной или фазово-импульсной модуляции, но также может отсылаться со скоростями с точностью до наоборот от СШПП импульсного частотного диапазона. Импульсные-СШПП системы демонстрировали с частотой канальных импульсов свыше 1,3 гигаимпульсов в секунду с использованием непрерывного потока СШПП импульсов (СШПП непрерывных импульсов или C-СШПП), поддерживая скорости передачи данных с закодированным прямым исправлением ошибок свыше 675 Мбит/с. Подобный импульсный СШПП способ (с использованием пакетов импульсов) является основой проектного стандарта IEEE 802.15. 3a и рабочей группы, которая предложила СШПП в качестве альтернативы физическому уровню. Еще одна особенность импульсной СШПП состоит в том, что импульсы являются очень короткими (меньше чем 60 см для импульса с шириной 500 МГц, меньше чем 23 см для импульса с частотным диапазоном 1,3 ГГц), поэтому отражения большинства сигналов не перекрывают первоначальный импульс, и не существует многолучевого замирания узкополосных сигналов. Однако все-таки существует многолучевое распространение и межсимвольная интерференция в короткоимпульсных системах, которые необходимо ослаблять за счет технологий кодирования. Существующими рабочими группами и компаниями, работающими на СШПП интерфейсах и стандартах, являются WiMedia Alliance, Bluetooth SIG, Wireless USB, IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.3a и IEEE 802.15.4a.
В дополнительном варианте осуществления, устройство получения ультразвукового трехмерного изображения имеет датчик и устройство промежуточного соединения, и при этом внутри датчика расположена матрица преобразователей. В частности, устройством промежуточного соединения является портативное устройство промежуточного соединения. За счет этого, может быть предоставлен дополнительный вариант осуществления, где аппаратный узел получения изображений расположен в устройстве промежуточного соединения, которое может быть образовано в виде промежуточного короба, который заключает в себе все аппаратное обеспечение получения. Устройство промежуточного соединения, в свою очередь, может соединяться с мобильной консолью посредством упомянутого выше проводного или беспроводного интерфейса. За счет этого датчик может быть выполнен даже с более низкой массой, а, например, устройство промежуточного соединения может быть расположено в специальном месте, которое предусматривает хорошие беспроводные возможности или легкость доступа к порту соединения кабеля для мобильной консоли.
В дополнительном варианте осуществления, процессор сигналов и устройство формирования главного луча устройства формирования лучей находятся внутри устройства промежуточного соединения. Кроме того, внутри датчика находятся устройства формирования микролучей устройства формирования лучей. Кроме того, внутри устройства промежуточного соединения может быть расположен процессор изображений. Предпочтительно, промежуточный интерфейс между датчиком и устройством промежуточного соединения имеет более чем пять проводников, предпочтительно пятьдесят проводников плюс силовой провод. За счет этого могут использоваться уже известные датчики, минимизируя в то же время размер и нагревание подобных датчиков.
В дополнительном варианте осуществления, внутри устройства промежуточного соединения расположен процессор сигналов. Кроме того, внутри устройства промежуточного соединения может быть расположен процессор изображений. Кроме того, внутри датчика расположено устройство формирования лучей. Другими словами, внутри датчика находятся устройства формирования микролучей и устройство формирования главного луча устройства формирования лучей. Предпочтительно, промежуточный интерфейс между датчиком и устройством промежуточного соединения имеет более чем пять проводников, предпочтительно десять проводников плюс силовой провод. За счет этого, также может быть уменьшен размер датчика. В устройстве промежуточного соединения также могут осуществляться функции процессора изображений и функции процессора сигналов, создающие нагревание.
В дополнительном варианте осуществления, внутри датчика расположен процессор сигналов. Кроме того, внутри датчика расположено устройство формирования лучей. Другими словами, внутри датчика находятся устройства формирования микролучей и устройство формирования главного луча устройства формирования лучей. Кроме того, внутри устройства промежуточного соединения может быть расположен процессор изображений. Предпочтительно, промежуточный интерфейс между датчиком и устройством промежуточного соединения имеет меньше чем шесть проводников, предпочтительно четыре проводника плюс силовой провод. В качестве альтернативы, промежуточным интерфейсом может быть беспроводной промежуточный интерфейс. За счет этого, размер датчика также может быть уменьшен. В устройстве промежуточного соединения все также могут осуществляться функции процессора изображений, создающие большую часть тепла, рассеиваемого контуром.
В дополнительном варианте осуществления, датчик и устройство промежуточного соединения соединены посредством промежуточного интерфейса, при этом промежуточным интерфейсом является беспроводной промежуточный интерфейс. За счет этого, для соединения датчика, которым может быть формирующий микролуч датчик, с устройством промежуточного соединения и его устройством формирования лучей или устройством формирования главного луча, соответственно, может быть предоставлен достаточный частотный диапазон. В частности, датчиком, используемым в соединении с устройством промежуточного соединения, является формирующий микролуч датчик.
В дополнительном варианте осуществления, устройство для получения ультразвуковых изображений дополнительно содержит первое устройство ввода, обеспечивающее пользователю возможность управления системой ультразвуковой визуализации. За счет этого, в варианте осуществления, на устройстве получения ультразвуковых изображений могут быть предоставлены клавиши и тому подобное для предоставления пользователю возможности подачи стандартных команд получения ультразвуковых изображений наподобие команд для запуска и остановки процесса получения. Также на устройстве получения ультразвуковых изображений могут быть предоставлены выходные индикаторы, такие как LED, для показа состояния устройства или системы.
В варианте осуществления системы ультразвуковой визуализации, мобильная консоль имеет блок памяти, имеющий хранящееся на нем приложение для просмотра данных отображения на дисплее мобильной консоли. За счет этого общее мобильное устройство может быть выполнено с возможностью ультразвукового применения только за счет сохранения на мобильной консоли программного обеспечения или приложения просмотра (app). Это обеспечивает мобильной консоли возможность отображения данных, передаваемых из устройства получения изображений на дисплее мобильной консоли.
В дополнительном варианте осуществления, мобильная консоль содержит центральный процессорный блок для управления мобильной консолью и процессор изображений, выполненный с возможностью приема данных изображений от процессора сигналов и с возможностью предоставления данных отображения, и блок отображения, выполненный с возможностью приема данных отображения и с возможностью предоставления изображения. За счет этого, имея достаточные аппаратные ресурсы, определенные этапы обработки могут проводиться процессором изображений на мобильной консоли вместо ее центрального процессорного блока или в дополнение к центральному процессорному блоку, например, переводя данные изображения в трехмерное изображение, предоставляемое в виде данных отображения. За счет этого может быть дополнительно уменьшено энергопотребление и масса устройства получения ультразвуковых изображений.
В дополнительном варианте осуществления, ультразвуковым устройством получения является портативный датчик, имеющий корпус датчика, при этом матрица преобразователей и аппаратный узел получения изображений находятся внутри корпуса датчика, и при этом масса мобильной консоли менее чем в четыре раза больше массы портативного датчика. За счет этого через использование беспроводного интерфейса между мобильной консолью и портативным датчиком оказывается помощь в применении COTS мобильной консоли. Мобильная консоль относительно легкой массы может использоваться без всякого опасения, что мобильная консоль будет испытывать задержку движения во время использования портативного датчика или за счет массы соединяющего кабеля.
В дополнительном варианте осуществления, мобильной консолью является персональный цифровой помощник (PDA) или смартфон, или персональный компьютер планшетного типа (или планшетный компьютер), или персональный компьютер раскладного типа, или персональный компьютер трансформируемого типа, или персональный компьютер гибридного типа. Планшетные компьютеры представляют собой планшетные компьютеры без специальной клавиатуры. Для ввода текста пользователи могут полагаться на распознавание рукописного текста, или касания виртуальной клавиатуры, или использования внешней клавиатуры, которая обычно может быть соединена посредством беспроводного или USB соединения. Трансформируемые ноутбуки имеют базовый корпус с прикрепленной клавиатурой. Они больше напоминают современные портативные компьютеры и обычно являются более тяжелыми и более большими, чем планшетники. Обычно поддающееся трансформации основание крепится к дисплею на единственном шарнире, обеспечивая возможность поворота экрана на 180 градусов и складывания вниз поверх клавиатуры. Персональный компьютер гибридного типа имеет признаки планшетного компьютера и персонального компьютера трансформируемого типа за счет использования отсоединяемой клавиатуры, которая действует аналогичным образом с клавиатурой персонального компьютера трансформируемого типа, т.е. может поворачиваться на 180 градусов при прикреплении. За счет этого, мобильная консоль может быть предоставлена в виде COTS устройства, широкодоступного в больших количествах для клинического персонала любого типа.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данные и другие аспекты изобретения будут очевидны и разъяснены со ссылкой на вариант (варианты) осуществления, описанные в данном документе, на следующих чертежах:
Фиг.1 показывает схематичное изображение варианта осуществления системы ультразвуковой визуализации,
Фиг.2a показывает схематичную блок-схему, иллюстрирующую обработку сигналов и данных в системе ультразвуковой визуализации и устройства получения ультразвуковых изображений,
Фиг.2b показывает пример подробного изображения матрицы преобразователей и устройства формирования лучей,
Фиг.3 показывает схематичное представление устройства получения ультразвуковых изображений, выполненного в виде датчика,
Фиг.4 показывает схематичную блок-схему варианта осуществления системы ультразвуковой визуализации,
Фиг.5 показывает блок-схему дополнительного варианта осуществления системы ультразвуковой визуализации,
Фиг.6 показывает блок-схему еще одного варианта осуществления системы ультразвуковой визуализации, а
Фиг.7 показывает блок-схему еще одного варианта осуществления системы ультразвуковой визуализации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 показывает систему 10 ультразвуковой визуализации. Система 10 ультразвуковой визуализации используется для сканирования области или объема тела пациента 12.
Для сканирования пациента 12, может быть предоставлен датчик 14. В показанном варианте осуществления, датчик 14 соединен с мобильной консолью 18. Мобильная консоль 18 соединена с датчиком 14 посредством интерфейса 50, образованного беспроводным образом в показанном варианте осуществления на ФИГ.1. Кроме того, предусматривается, что мобильная консоль 18 соединена с датчиком 14 беспроводным образом с использованием технологии передачи СШПП.
Мобильная консоль 18 может содержать второе устройство 28 ввода. Второе устройство 28 ввода может иметь клавиши, клавиатуру и/или сенсорный экран для предоставления пользователю системы 10 ультразвуковой визуализации механизма ввода. Дополнительно или в качестве альтернативы, для предоставления пользователю возможности управления системой 10 ультразвуковой визуализации во втором устройстве 28 ввода могут быть предоставлены другие механизмы.
Кроме того, мобильная консоль 18 содержит дисплей 26 для отображения пользователю данных отображения, генерируемых системой 10 ультразвуковой визуализации. За счет этого, пользователю системы 10 ультразвуковой визуализации на мобильной консоли 18 могут быть увидены объем внутри пациента 12, который сканируют посредством датчика 14.
"Мобильной консолью" 18 может быть любое компьютерное аппаратное устройство, которое пользователь может переносить. В частности, мобильной консолью 18 может быть сотовый телефон, PDA (Персональный Цифровой Помощник), персональный компьютер раскладного типа, персональный компьютер планшетного типа, персональный компьютер трансформируемого типа или персональный компьютер гибридного типа.
Фиг.2a показывает блок-схему, иллюстрирующую обычную работу системы 10 трехмерной ультразвуковой визуализации. Матрица 32 преобразователей испускает ультразвуковые сигналы, которые генерируют ответ из объема 30 назад в матрицу 32 преобразователей. Матрицей 32 преобразователей управляет устройство 34 формирования лучей, объясненное более подробно ниже. Устройство 34 формирования лучей предоставляет сигнал изображения в процессор 36 сигналов. Процессор 36 сигналов, в свою очередь, генерирует из них обнаруживаемые акустические данные - так называемые данные изображения. Процессор 42 изображений преобразует данные изображения в данные отображения для отображения на дисплее 26. Процессор 42 изображений может получать двухмерные томографические срезы объема 30 для отображения или может преобразовывать или представлять данные изображения в трехмерное изображение, которое отображается на дисплее 26.
Как изложено в начале, получение трехмерного изображения может осуществляться посредством проведения множества двухмерных сканирований, которые производят через объем 30. Следовательно, получают множество двухмерных изображений, которые следуют друг за другом со смещением с подъемом или вращением. За счет правильной обработки изображений, например деформации со сдвигом, из множества двухмерных изображений может быть построено трехмерное изображение представляющего интерес объема. В случае получения множества двухмерных плоскостей, они также могут отображаться бок-о-бок на дисплее в режиме "множества плоскостей", который обладает значительными преимуществами в конкретных клинических вариантах применения. Существуют другие способы получения вокселей, например, посредством одновременного сканирования четырех взаимодействующих принимающих линий, расположенных в прямоугольной схеме, где четыре принимающие линии используют одновременное эхо из единственного, расположенного по центру места передачи импульсов. Кроме того, квадруплеты могут быть расположены с любой последовательностью и схемой, включая спиральную.
Аппаратный узел 31 получения изображений может быть образован с помощью матрицы 32 преобразователей, устройства 34 формирования лучей и процессора 36 сигналов. Однако процессор изображений также может быть частью аппаратного узла 31 получения изображений. Это изображено посредством так называемого расширенного аппаратного узла 38 получения изображений.
Как правило, устройство 32 формирования лучей, процессор 34 сигналов и/или процессор изображений могут представлять собой аппаратные устройства аналогового или цифрового исполнения или программные средства, выполняемые в блоке обработки.
Фиг.2b представляет собой схематичное подробное изображение матрицы 32 преобразователей и устройства 34 формирования лучей. Матрица 32 преобразователей образована из множества акустических элементов, расположенных в одномерной или двухмерной матрице. Акустические элементы передают ультразвуковые сигналы и получают генерируемые ответы. Матрица 32 преобразователей может содержать тысячи акустических элементов 33, образуя множество частей 35, 35' матрицы. Для иллюстративных целей показаны только две части матрицы. Однако количество частей матрицы также может быть больше чем два, например восемь. Акустические элементы 33, например, могут быть расположены в двухмерной матрице в виде квадратной матрицы. Однако также могут использоваться различные формы, например прямоугольная, изогнутая, овальная или круглая, оптимальность которых зависит главным образом от анализируемого объекта и клинических вариантов применения.
Матрица 32 преобразователей может иметь множество устройств 62 формирования микролучей, которые управляют как передачей, так и приемом акустических импульсов через акустические элементы и объединяют акустические ответы, генерируемые сканируемой средой, для того, чтобы сформировать суммарные акустические сигналы части матрицы, которые затем передаются из матрицы 32 преобразователей по сигнальным линиям в устройство 34 формирования лучей. Показаны две группы, каждая из которых имеет четыре устройства 62 формирования микролучей. Однако количество устройств 62 формирования микролучей в каждой группе также может отличаться от четырех, например восемь или шестнадцать. В частности, могут быть предоставлены восемь групп, каждая из которых имеет шестнадцать устройств 62 формирования микролучей. Каждая сигнальная линия внутри части 35, 35' матрицы может исходить из одного устройства 62 формирования микролучей и соединяться с другими сигналами данной части 35, 35' матрицы для формирования группового выхода части матрицы. Затем групповой выход части матрицы соединяется с устройством 60 формирования главного луча, как описано ниже.
Существуют две основные фазы формирования лучей, а именно передача и прием. Во время передачи акустические импульсы генерируются из акустических элементов матрицы 32 преобразователей. Во время фазы приема, акустические элементы матрицы 32 преобразователей принимают, усиливают и объединяют эхо данных импульсов в объеме 30. Для формирования лучей в фазе приема, импульсные генераторы с задержкой передачи генерируют замедленные импульсы высокого напряжения. Акустические импульсы передаются акустическими элементами. Акустические импульсы синхронизируют друг относительно друга для генерирования фокуса в трехмерном пространстве заполненной звуками среды. В фазе приема переданные ранее акустические импульсы повторяются структурами в объеме 30. Между временем, когда акустические импульсы передаются, а генерируемые импульсы принимаются акустическими элементами, так называемые переключатели T/R (передачи/приема) переключаются в положение приема. Акустические импульсы принимаются акустическими элементами из множества точек на корпусе, а устройства взятия проб приема берут периодические пробы получающейся в результате акустической волны для генерирования аналоговых проб, которые имеют маленькие напряжения. Затем аналоговые пробы замедляют посредством задержки приема. Задержкой приема может быть статическая задержка, означающая, что он является неизменным в ходе акустического приема. Задержка приема также может быть программируемой и тем самым динамически модифицируемой во время фазы приема таким образом, чтобы сохранять постоянный фокус матрицы по мере того, как эхо продвигается в среду. Принимаемые по отдельности замедленные сигналы суммируются вместе суммирующими устройствами, и после суммирования, усилители с регулируемым коэффициентом усиления выполняют компенсацию усиления по времени. Переменное усиление по времени требуется, потому что сигналы, принимаемые акустическими элементами с более поздних периодов времени, соответствуют более глубоким глубинам тела и вследствие этого ослабляются. Усилители с регулируемым коэффициентом усиления компенсируют данное ослабление за счет увеличения выхода. Суммируемые частями матрицы акустические сигналы передаются посредством сигнальных линий.
Следовательно, матрица 32 преобразователей предоставляет динамическое или статическое формирование лучей для генерирования множества суммируемых частями матрицы акустических сигналов, которые принимаются дополнительным статическим или динамическим устройством формирования лучей в устройстве 60 формирования главного луча. Устройство 60 формирования главного луча выполняет статическое или динамическое формирование лучей для генерирования набора сигналов изображения полностью сформированных лучей. Следовательно, в настоящей заявке "устройство 34 формирования лучей" обозначает так называемое главное устройство формирования лучей, которое состоит из устройств 62 формирования микролучей, и устройства 60 формирования главного луча. Следовательно, одно устройство 60 формирования главного луча формирует по подгруппам множество устройств 62 формирования микролучей. За счет этого может быть значительно уменьшено количество сигналов из устройства 34 формирования лучей в процессор 36 сигналов.
Примерами подобных матриц преобразователей с каскадным формированием лучей могут быть датчики X6-1 или X7-2 типа коммерциализированные автором заявки.
Фиг.3 показывает вариант осуществления, в котором устройство 46 получения ультразвуковых изображений, которое выполнено единственно в виде датчика 14. Датчик 14 имеет корпус 16 датчика, который содержит все необходимое аппаратное обеспечение для ультразвуковой визуализации, то есть матрицу 32 преобразователей, устройство 34 формирования лучей, процессор 36 сигналов и, необязательно, процессор 42 изображений. Кроме того, корпус 16 датчика может иметь первое устройство 20 ввода, имеющее, например, клавишу 22 для управления получением изображений. Кроме того, в датчике может быть предоставлено устройство 22 вывода, например, в виде светоизлучающего диода (LED) или множества световых сигналов или LED 22. Датчик 14 соединен посредством интерфейса 50 с мобильной консолью 18. В варианте осуществления, показанном на ФИГ.3, интерфейсом 50 является беспроводное соединение. Таким образом обеспечивается мобильная прямая трехмерная ультразвуковая визуализация. Она предоставляет пользователю гибкость в настройке и оптимизации отдельных моделей использования мобильной консоли 18.
Фиг.4 в качестве примера показывает схематичную блок-схему для различных составных элементов системы 10 ультразвуковой визуализации и их местоположение и взаимодействие внутри всей системы 10 ультразвуковой визуализации.
Как уже объяснялось выше, система 10 ультразвуковой визуализации используется для сканирования объема пациента 12. Объем схематично показан пунктирными линиями и обозначен ссылочным номером 30. Область исследуют посредством датчика 14, несущего матрицу 32 преобразователей. Матрица 32 преобразователей может быть любого известного типа. Следовательно, матрицей 32 преобразователей может быть одномерная матрица преобразователей или двухмерная матрица преобразователей, которую можно сканировать механически или электронно. Матрица 32 преобразователей преобразует ультразвуковые сигналы в электронные сигналы и наоборот.
Для управления матрицей 32 преобразователей, представлено устройство 34 формирования лучей, которое используется для управления электронным и/или механическим сканированием матрицы преобразователей и, если возможно, количеством, плотностью и положением сканирующих строк, вдоль которых сканируют область 30. Кроме того, может быть предоставлен процессор 36 сигналов, который принимает ультразвуковой сигнал изображения устройства формирования лучей и предоставляет данные изображения. Устройство 34 формирования лучей и процессор 36 сигналов вместе могут образовать аппаратный узел 31 получения изображений.
Процессор 42 изображений принимает данные изображения от процессора 36 сигналов и предоставляет данные отображения в дисплей 26. Устройство 34 формирования лучей, процессор 36 сигналов и процессор 42 изображений могут запускаться центральным процессорным блоком 47. В варианте осуществления, процессор 36 сигналов и/или процессор 42 изображений могут относиться к типу программной реализации и работать на центральном процессорном блоке 47 датчика 14. Однако также может случиться, что по меньшей мере одно или два из группы процессора 36 сигналов, устройства 34 формирования лучей и процессора 42 изображений относится/относятся к типу аппаратной реализации, предпочтительное местоположение соответствующей схемы показано на ФИГ.4.
Вследствие этого датчик 14 содержит все необходимое ультразвуковое аппаратное обеспечение получения в виде аппаратного узла 31 получения ультразвуковых изображений. Процессор 42 изображений является всего лишь опциональным внутри датчика 14. В качестве альтернативы он может быть предоставлен мобильной консолью и ее центральным процессорным блоком 40. Следовательно, процессор 42 изображений на ФИГ.4 изображен только пунктирными линиями. Если нет, процессор 36 сигналов направляет эти данные непосредственно в центральный процессорный блок 40 мобильной консоли 18, как показано посредством пунктирной линии 43. Кроме того, вместо внедрения программного обеспечения в данный центральный процессорный блок 40 мобильной консоли 18, процессор 42 изображений также может быть реализован в мобильной консоли 18 в виде аппаратного обеспечения. Процессор 42 изображений, реализованный в виде программного обеспечения, также может быть частью приложения 44, запущенного на центральном процессорном блоке 40 мобильной консоли для предоставления данных отображения для отображения на устройстве 26 отображения.
Однако в датчике 14 может быть образован расширенный аппаратный узел 38 получения изображений, если процессор 42 изображений также представлен в датчике. Датчик 14 может содержать центральный процессорный блок 47, управляющий одной или более операциями датчика 14. Следовательно, процессор 36 сигналов и/или процессор 42 изображений (если представлен) может быть реализован в виде программного обеспечения и запущен на центральном процессорном блоке 47 датчика 14. Однако процессор 36 сигналов и/или процессор 42 изображений также могут быть реализованы в датчике 14 в виде аппаратного обеспечения для эффективности или в качестве специальной безопасности приложения. В любом варианте осуществления, первое устройство 20 ввода датчика 14 может использоваться для предоставления простого управления процессом получения изображений, наподобие клавиши для запуска и остановки процесса получения изображений.
Как явствует из Фиг.4, мобильная консоль 18 не требует какого-либо специального аппаратного обеспечения для получения ультразвуковых изображений. Устройство ввода в виде второго устройства 28 ввода, дисплей в виде дисплея 26 и центральный процессорный блок в виде центрального процессорного блока 40 часто представлены на любой мобильной консоли, которая доступна на рынке в готовом виде. Затем специальное программное обеспечение или приложение 44 может быть загружено или запущено на мобильной консоли 18 и запущено на центральном процессорном блоке 40 для просмотра данных отображения с тонированными изображениями объема 30 операционной системой, хранящейся на мобильной консоли 18, например, может быть операционная система Windows, операционная система Android или операционная система iPhone iOS.
В варианте осуществления, преобразователем 32 является матрица преобразователей с матрицей в виде двухмерной фазированной решетки, которую электронно сканируют и формируют микролуч во множество индивидуальных сигналов, которые в дальнейшем формируются в луч и демодулируются внутри датчика 14. Тогда, в качестве интерфейса 50, используется сверхширокополосный (СШПП) интерфейс для соединения датчика 14 с мобильной консолью 18.
Фиг.5 показывает дополнительный вариант осуществления системы 10 ультразвуковой визуализации. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами и не будут объясняться снова. Данный вариант осуществления также предоставляет преимущество в том, что нет необходимости, чтобы мобильная консоль 18 содержала какое-либо ультразвуковое специальное аппаратное обеспечение. Снова достаточно дисплея 26, устройства 28 ввода и центрального процессорного блока 40, в котором запущено 44 приложение для отображения данных отображения на устройстве 26 отображения. Также интерфейсом 50 может быть интерфейс, который объяснен ранее, он может быть подсоединен с помощью кабеля или реализован беспроводным образом.
Однако в данном варианте осуществления, устройство 46 получения изображений реализовано не только в виде датчика 14. Вместо этого датчик несет матрицу 32 преобразователей, устройства 62 формирования микролучей и, необязательно, первое устройство 20 ввода. Кроме того, в качестве части устройства 46 получения изображений предоставлено устройство 48 промежуточного соединения, которое соединено с датчиком 14 посредством промежуточного интерфейса 52. В частности, устройство 48 промежуточного соединения может быть портативным. Промежуточным интерфейсом 52 может быть кабельное соединение. Однако предпочтительно, чтобы оно также было реализовано беспроводным образом. В данном варианте осуществления, если интерфейсом 52 является беспроводной интерфейс, для соединения устройства 62 формирования микролучей преобразователя 32 с устройством 60 формирования главного луча также может использоваться СШПП технология. В случае, когда промежуточный интерфейс соединен кабелем, интерфейс 52 также может содержать силовой провод для приведения датчик 14 в действие, а устройство 48 промежуточного соединения может содержать батарею для питания как устройства 48 промежуточного соединения, так и матрицы 32 преобразователей. В случае, когда промежуточный интерфейс соединен кабелем, датчик 14 и устройство 48 промежуточного соединения каждый приводится в действие от батареи. В этом случае та же самая батарея также может обеспечить энергию как для устройства 48 промежуточного соединения, так и для датчика 14.
Фиг.6 показывает дополнительный вариант осуществления, аналогичный варианту осуществления ФИГ.5. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами и не будут объясняться снова. В данном варианте осуществления, датчик 14 также содержит устройство 60 формирования главного луча и, следовательно, устройство 34 формирования лучей целиком. За счет этого, размер датчика 14 также может быть уменьшен. Процессор 36 сигналов расположен в устройстве 48 промежуточного соединения. Процессор 42 изображений, однако, может быть расположен в устройстве 48 промежуточного соединения. В качестве альтернативы, он может быть расположен в мобильной консоли 18.
Фиг.7 показывает дополнительный вариант осуществления, аналогичный варианту осуществления ФИГ.6. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами и не будут объясняться снова. В данном варианте осуществления, датчик 14 также содержит процессор 36 сигналов. За счет этого, размер датчика также может быть уменьшен. Процессор 42 изображений, вырабатывающий большую часть тепла, рассеиваемого его схемой, все также может быть расположен в устройстве 48 промежуточного соединения.
Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеизложенном описании, подобное пояснение и описание следует рассматривать, как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничения; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. При практическом осуществлении заявленного изобретения, в результате изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения квалифицированные специалисты в данной области могут понять и реализовать другие варианты раскрытых вариантов осуществления.
В формуле изобретения, слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, а форма единственного числа не исключает множества. Функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения, может выполнять единственный элемент или другой блок. Тот факт, что определенные меры, перечисленные во взаимно отличающихся зависимых пунктах, не указывает на то, что с преимуществом не может использоваться комбинация данных мер.
Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемом вместе или в виде части другого аппаратного обеспечения, но также может распространяться в других формах, например, посредством интернета или других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничение объема правовых притязаний.