УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕТЕКТОР С УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ДАТЧИКОМ Российский патент 2020 года по МПК A61B8/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к области технологий ультразвукового определения, в частности, к ультразвуковому датчику и ультразвуковому детектору, оснащенному ультразвуковым датчиком.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Мгновенная эластография является быстро развивающимся неинвазивным методом диагностики, использующим механическую вибрацию для генерации низкочастотной сдвиговой волны внутри ткани и ультразвуковые волны для отслеживания распространения сдвиговой волны внутри ткани, а также вычисляющим связанную информацию, в частности, эластичность и затухание сигнала в ткани путем измерения параметров сдвиговой волны. В настоящее время мгновенную эластографию применяют в основном для неинвазивной диагностики фиброза печени, жирового метаморфоза печени и иных подобных заболеваний.

[0003] В существующем устройстве мгновенной эластографии вибрационная колонна обычно проходит через центр ультразвукового датчика В-режима и матрицу ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика В-режима. Устройство мгновенной эластографии использует вибрацию вибрационной колонны для генерации сдвиговой волны и матрицу ультразвуковых преобразователей вокруг вибрационной колонны для получения информации о детектировании сдвиговой волны, и получает информацию, в частности, об эластичности и анатомической структуре ткани, посредством обработки. Тем не менее, для мониторинга сдвиговой волны с помощью такого устройства мгновенной эластографии достаточно матрицы ультразвуковых преобразователей вокруг вибрационной колонны. К отслеживаемой информации относятся как продольные, так и поперечные смещения, а обработка этой информации затруднена. Хотя недостаток матрицы ультразвукового преобразователя можно компенсировать интерполяцией, формированием луча и иными подобными методами, качество и точность изображения остаются недостаточными, а объем обрабатываемых данных увеличивается.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Чтобы, по меньшей мере, частично устранить недостатки, присущие предшествующему уровню техники, настоящим изобретением предложена акустическая линза, ультразвуковой датчик, содержащий акустическую линзу, и ультразвуковой детектор, содержащий ультразвуковой датчик.

[0005] Ультразвуковой датчик, являющийся первым объектом настоящего изобретения, содержит: матрицу ультразвуковых преобразователей, сконфигурированную для передачи и приема ультразвуковых волн; проводящее устройство, расположенное на переднем краю матрицы ультразвуковых преобразователей, причем проводящее устройство содержит камеру для текучей среды, заполненную текучей средой, при этом камера для текучей среды содержит отверстие и вход для приема энергии, сообщающиеся друг с другом, причем отверстие расположено на передней поверхности проводящего устройства и покрыто эластичной пленкой; и устройство подачи энергии, соединенное с входом для приема энергии и сконфигурированное для передачи энергии к текучей среде внутри камеры для текучей среды, вследствие чего эластичная пленка начинает вибрировать так, чтобы генерировать сдвиговую волну.

[0006] Предпочтительно, текучая среда представляет собой жидкость.

[0007] Предпочтительно, камера для текучей среды имеет форму колонны.

[0008] Предпочтительно, отверстие имеет форму круга или полосы.

[0009] Предпочтительно, устройство подачи энергии содержит устройство генерации энергии и устройство передачи энергии, а устройство передачи энергии включено между устройством генерации энергии и входом для приема энергии.

[0010] Предпочтительно, устройство генерации энергии содержит один или несколько элементов из следующих: шаговый двигатель, линейный вибратор и насос с переменной скоростью.

[0011] Предпочтительно, камера для текучей среды адаптирована к форме матрицы ультразвуковых преобразователей, при этом камера для текучей среды соединена с передним краем матрицы ультразвуковых преобразователей.

[0012] Предпочтительно, проводящее устройство дополнительно содержит акустическую линзу, соединенную с передним краем матрицы ультразвуковых преобразователей, при этом камера для текучей среды расположена в акустической линзе.

[0013] Предпочтительно, часть матрицы ультразвуковых преобразователей, соответствующая выступу камеры для текучей среды, соединена с первым портом, а другая часть матрицы ультразвуковых преобразователей соединена со вторым портом, причем первый порт сконфигурирован для мгновенной эластографии, и первый и второй порты сконфигурирован для ультразвуковой визуализации.

[0014] Ультразвуковой детектор, являющийся другим объектом настоящего изобретения, содержит приводной блок, соединенный с устройством подачи энергии ультразвукового датчика и предназначенный для привода устройства подачи энергии; ультразвуковой блок, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика и предназначенный для управления матрицей ультразвуковых преобразователей с целью передачи и приема ультразвуковых волн; и блок эластографии, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей с целью приема и обработки первого электрического сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне, для осуществления мгновенной эластографии.

[0015] Предпочтительно, блок эластографии соединен с частью матрицы ультразвуковых преобразователей, соответствующей выступу камеры для текучей среды.

[0016] Предпочтительно, он отличается тем, что ультразвуковой блок дополнительно сконфигурирован для осуществления ультразвуковой визуализации в соответствии со вторым электрическим сигналом, принимаемым от матрицы ультразвуковых преобразователей.

[0017] Предпочтительно, обрабатывающее устройство дополнительно содержит встроенный блок обработки, соединенный с модулем эластографии и ультразвуковым блоком так, чтобы интегрировать результаты обработки блока эластографии и ультразвукового блока.

[0018] Предпочтительно, встроенный блок обработки дополнительно соединен с приводным блоком с целью управления приводным блоком.

[0019] Предпочтительно, ультразвуковой детектор дополнительно содержит отображающее устройство, соединенное с обрабатывающим устройством.

[0020] Ультразвуковой датчик, предложенный настоящим изобретением, воспринимает полную матрицу ультразвуковых преобразователей для приема ультразвукового сигнала, включающего информацию о сдвиговой волне, поэтому нет необходимости в компенсации полученного ультразвукового сигнала методами интерполяции, формирования луча и иными подобными способами, в результате чего дополнительно повышается удобство и точность измерения и снижается сложность обработки. Таким образом, очевиден ряд преимуществ ультразвукового детектора, использующего ультразвуковой датчик, например, хорошее качество изображения, небольшой объем обработки данных и высокая скорость детектирования. Кроме того, детектор поддерживает как функцию мгновенной эластографии, так и комбинированную функцию традиционной ультразвуковой визуализации (включая традиционную визуализацию и визуализацию кровотока) и мгновенной эластографии.

[0021] Ряд изложенных в упрощенной форме концепций раскрыт в описании сущности изобретения, которая будет детально описана в разделе подробного описания примеров осуществления изобретения. Данное описание сущности изобретения не ограничивает основные признаки и необходимые технические характеристики заявленного технического решения, а также не определяет защищаемый объем заявленного технического решения.

[0022] Преимущества и признаки настоящего изобретения будут подробно раскрыты ниже на примере прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] Нижеследующие чертежи настоящего изобретения включены в заявку в качестве части настоящего изобретения и предназначены для иллюстрации настоящего изобретения. На чертежах изображены примеры осуществления изобретения, а в их описании раскрыты принципы изобретения.

На ФИГ. 1 изображен разрез ультразвукового датчика в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;

На ФИГ. 2 изображен вид сверху ультразвукового датчика в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения;

На ФИГ. 3 изображен разрез ультразвукового датчика в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения;

На ФИГ. 4 изображена схема ультразвукового детектора в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения; и

На ФИГ. 5 изображена схема ультразвукового детектора в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] В нижеследующем раскрытии приведено множество деталей, позволяющих полностью понять идею настоящего изобретения. При этом специалистам в данной области техники очевидно, что нижеследующее описание просто иллюстрирует предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения, и настоящее изобретение может быть осуществлено на практике без одной или нескольких из этих деталей. Кроме того, некоторые технические характеристики, хорошо известные в данной области техники, не описаны подробно во избежание путаницы с настоящим изобретением.

[0025] Ультразвуковой датчик предложен в соответствии с первым объектом настоящего изобретения. На ФИГ. 1 и ФИГ. 2, соответственно, изображен разрез и вид сверху ультразвукового датчика в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 3 изображен разрез ультразвукового датчика в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения. Ультразвуковой датчик, предложенный настоящим изобретением, будет подробно описан со ссылкой на ФИГ. 1-3. Как показано на ФИГ. 1-3, ультразвуковой датчик 100 содержит матрицу 110 ультразвуковых преобразователей, проводящее устройство 20 и устройство 140 подачи энергии.

[0026] Матрица 110 ультразвуковых преобразователей сконфигурирована для передачи и приема ультразвуковых волн. Матрица 110 ультразвуковых преобразователей осуществляет электро-акустическое преобразование переданного сигнала для передачи ультразвукового сигнала в ткань, принимает ультразвуковой эхо-сигнал, отраженный от ткани, и выполняет акустически-электрическое преобразование для генерации принятого сигнала. Принятый сигнал может содержать информацию о сдвиговой волне. Дополнительно принятый сигнал может содержать информацию о ткани. Информация о ткани может содержать, в частности, анатомическую информацию и/или информацию о кровотоке в ткани с целью использования в традиционной ультразвуковой визуализации (в дальнейшем называемой ультразвуковой визуализацией). Ультразвуковое изображение содержит двумерное ультразвуковое изображение, полученное на основе анатомической информации, и/или изображение кровотока в ткани, полученное на основе информации о кровотоке, и т. п. В одном из примеров осуществления изобретения матрица 110 ультразвуковых преобразователей может представлять собой любой один или несколько ультразвуковых преобразователей линейной матрицы, преобразователей выпуклой матрицы или преобразователей фазированной матрицы, а также двумерных (2D) ультразвуковых преобразователей. Матрица 110 ультразвуковых преобразователей может быть сконфигурирована для отслеживания сдвиговой волны, однако при необходимости матрица 110 ультразвуковых преобразователей также может быть сконфигурирована для традиционной визуализации или визуализации кровотока при условии соответствующей настройки.

[0027] Проводящее устройство 20 расположено на переднем краю матрицы 110 ультразвуковых преобразователей. Проводящее устройство 20 содержит камеру 130 для текучей среды, заполненную текучей средой. Камера 130 для текучей среды сконфигурирована для заполнения текучей средой 133. Текучая среда 133, по существу, сконфигурирована для передачи энергии, в частности вибрации (что будет детально описано ниже), поэтому под «текучей средой» в рамках настоящего изобретения понимают любые вещества, способные передавать энергию (в частности, вибрацию). По существу, текучая среда 133 представляет собой газ или жидкость. Поскольку камера 130 для текучей среды расположена на пути передачи ультразвуковой энергии, а затухание ультразвуковой энергии в газе происходит быстрее, чем в жидкости, предпочтительно, текучая среда представляет собой жидкость. В предпочтительном примере осуществления текучей средой 133 является вода.

[0028] Камера 130 для текучей среды содержит отверстие 131 и вход 132 для приема энергии, причем отверстие 131 и вход 132 для приема энергии сообщены друг с другом. Отверстие 131 расположено на передней поверхности проводящего устройства 20 (то есть верхней поверхности, показанной на ФИГ. 1). Под передней поверхностью проводящего устройства 20 понимают поверхность проводящего устройства 20, соприкасающуюся с поверхностью тела человека или животного. Отверстие 131 покрыто эластичной пленкой 134. Эластичная пленка 134 может быть изготовлена из различных эластичных материалов. Вход 132 для приема энергии сообщен с отверстием 131. Вход 132 для приема энергии сконфигурирован для приема энергии. Энергия, поступающая на вход 132 для приема энергии, достигает эластичной пленки 134 после передачи через текучую среду в камере 130 для текучей среды и вынуждает эластичную пленку 134 вибрировать и генерировать сдвиговую волну, причем ультразвуковые волны используются для отслеживания распространения сдвиговой волны внутри ткани для выполнения мгновенной эластографии и получения информации об эластичности и затухании сигнала в ткани. Конструкция и положение входа 132 для приема энергии не ограничены прилагающимися чертежами. Вход 132 для приема энергии сконфигурирован для подключения к устройству 140 подачи энергии с целью приема энергии, предоставляемой устройством 140 подачи энергии. Конструкция входа 132 для приема энергии может быть рассчитана для восприятия стороны выхода энергии устройства 140 подачи энергии. Вход 132 для приема энергии может находиться в любом положении, в частности сбоку, на дне или в верхней части камеры 130 для текучей среды, при условии сохранения функциональности. Вход 132 для приема энергии может содержать удлинитель 132a для передачи энергии, предоставляемой устройством 140 подачи энергии, в текучую среду внутри камеры 130 для текучей среды. Специалистам в данной области техники очевидно, что вход 132 для приема энергии в некоторых случаях может не содержать удлинителя 132a, например, если камера 130 для текучей среды расположена вблизи края проводящего устройства 20, или боковой размер (то есть горизонтальный размер, показанный на ФИГ. 1) камеры 130 для текучей среды относительно велик. Кроме того, сторона выхода энергии устройства 140 подачи энергии также может быть выполнена с возможностью выхода в проводящее устройство 20, причем в этом случае вход 132 для приема энергии также может не содержать удлинителя 132a. Тем не менее, сторона выхода энергии устройства 140 подачи энергии, выходящая в проводящее устройство 20, может приводить к тому, что ультразвуковые волны, передаваемые и принимаемые матрицей 110 ультразвуковых преобразователей, будут сталкиваться с газообразной средой при распространении в проводящем устройстве 20 и, тем самым, ослаблять свою энергию.

[0029] Устройство 140 подачи энергии соединено с входом 132 для приема энергии для подачи энергии в текучую среду 133 внутри камеры 130 для текучей среды. Энергию передают на эластичную пленку 134 через текучую среду 133, в результате чего эластичная пленка 134 вибрирует и генерирует сдвиговую волну. Сдвиговая волна распространяется от поверхности тела внутрь ткани, вызывая микродеформацию биологической ткани под действием внешних или внутренних сил. После передачи сдвиговой волны ультразвуковые волны передаются матрицей 110 ультразвуковых преобразователей и используются для отслеживания распространения сдвиговой волны внутри ткани, что позволяет измерять параметры сдвиговой волны и получать дополнительную связанную информацию, в частности, рассчитывать эластичность и затухание сигнала в ткани. Например, частота сдвиговой волны может составлять от 10 Гц до 1000 Гц. Амплитуда сдвиговой волны может составлять от 0,2 мм до 5 мм.

[0030] Ультразвуковой датчик, предложенный настоящим изобретением, содержит полную матрицу ультразвуковых преобразователей для приема ультразвукового сигнала, включающего информацию о сдвиговой волне, поэтому нет необходимости в компенсации полученного ультразвукового сигнала методами интерполяции, формирования луча и иными подобными способами, в результате чего дополнительно повышается удобство и точность измерения и снижается сложность обработки. Таким образом, очевиден ряд преимуществ ультразвукового детектора, использующего ультразвуковой датчик, например, хорошее качество изображения, небольшой объем обработки данных и высокая скорость детектирования. Кроме того, детектор поддерживает как функцию мгновенной эластографии, так и комбинированную функцию традиционной ультразвуковой визуализации (включая традиционную визуализацию и визуализацию кровотока) и мгновенной эластографии.

[0031] В примере осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 1-2, проводящее устройство 20 может дополнительно содержать акустическую линзу 120 в дополнение к камере 130 для текучей среды. Акустическая линза 120 соединена с передним краем матрицы 110 ультразвуковых преобразователей. Камера 130 для текучей среды расположена в акустической линзе 120. Акустическая линза 120 может окружать камеру 130 для текучей среды с боковой и нижней стороны камеры 130 для текучей среды, как показано на ФИГ. 1. В других примерах осуществления изобретения, не показанных на фигурах, акустическая линза 120 может окружать камеру 130 для текучей среды только с боковых сторон камеры 130 для текучей среды. В этом случае нижняя поверхность камеры 130 для текучей среды соприкасается с матрицей 110 ультразвуковых преобразователей. Отверстие 131 камеры 130 для текучей среды расположено на передней поверхности акустической линзы 120. В рабочем положении акустическая линза 120 соприкасается с поверхностью тела человека или животного. Для повышения чувствительности детектирования, то есть для увеличения звукового давления в измеряемой зоне можно использовать фокусирующую акустическую линзу. Акустическая линза 120 может быть изготовлена из любого звукопроницаемого материала, в частности силиконовых каучуков, каучуков, вулканизованных при комнатной температуре, и каучуков, вулканизированных при высоких температурах. Камера 130 для текучей среды может иметь различную форму, не ограничивающуюся формами, показанными на фигурах. То есть камеры 130 для текучей среды любой формы, способные выполнять вышеупомянутые функции, входят в защищаемый объем настоящего изобретения. Кроме того, хотя на ФИГ. 1-2 показана только одна камера 130 для текучей среды, акустическая линза 120 может содержать несколько камер для текучей среды. Например, несколько камер для текучей среды могут быть расположены в акустической линзе 120 вдоль прямой линии или в форме двумерной матрицы. Несколько камер для текучей среды могут быть расположены в акустической линзе 120 любым иным подходящим образом, в зависимости от желания и/или необходимости.

[0032] В другом примере осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 3, камера 130' для текучей среды соединена с передним краем матрицы 110 ультразвукового преобразователя. В этом примере осуществления изобретения акустическая линза отсутствует. Камера 130' для текучей среды адаптирована к форме матрицы 110 ультразвуковых преобразователей. Отверстие 131' камеры 130' для текучей среды расположено на передней поверхности камеры 130' для текучей среды. В рабочем положении передняя поверхность камеры 130' для текучей среды соприкасается с поверхностью тела человека или животного. Отверстие 131' может занимать всю переднюю поверхность камеры 130' для текучей среды или ее часть. Вход 132' для приема энергии сообщается с отверстием 131'. Вход 132' для приема энергии соединен с устройством 140 подачи энергии для приема энергии, предоставляемой устройством 140 подачи энергии. В этом примере осуществления изобретения одни и те же ссылочные позиции используются для обозначения компонентов, которые соответствующих или аналогичных компонентам предыдущего примера осуществления изобретения, причем их детальное описание не будет приводиться повторно.

[0033] В различных вышеописанных примерах осуществления изобретения, предпочтительно, камеры 130 и 130' для текучей среды могут иметь форму колонны. Колонна имеет постоянное сечение в направлении распространения ультразвуковых волн, причем цилиндр может иметь круглое, полукруглое, многоугольное и иное поперечное сечение. С одной стороны, исполнение камер 130 и 130' для текучей среды в форме колонны позволяет избежать потерь энергии вследствие столкновения с боковыми стенками камер 130 и 130' для текучей среды во время передачи энергии; с другой стороны, это позволяет избежать повышения сложности вычислений при визуализации вследствие отражения или преломления ультразвуковых волн или вибрации боковыми стенками камер 130 и 130' для текучей среды во время передачи.

[0034] Ультразвуковой датчик существующего устройства мгновенной эластографии по существу сконфигурирован для получения информации об эластичности, затухании сигнала и иных свойствах печени и в рабочем положении находится на поверхности межреберного пространства, причем размеры отверстий 131 и 131' камеры 130 для текучей среды обычно относительно невелики. В предпочтительном примере осуществления изобретения отверстия 131 и 131' камеры 130 для текучей среды могут иметь круглую форму, что позволяет выполнять точечные измерения на участке детектирования. В другом предпочтительном примере осуществления изобретения отверстия 131 и 131' камеры 130 для текучей среды могут иметь форму полосы, что позволяет выполнять измерение в плоскости, подходящее для межреберного детектирования.

[0035] Дополнительно, как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 3, устройство 140 подачи энергии может содержать устройство 141 генерации энергии и устройство 142 передачи энергии. Устройство 142 передачи энергии установлено между устройством 141 генерации энергии и входами 132 и 132' для приема энергии. В одном из примеров осуществления изобретения устройство 141 генерации энергии может содержать один или несколько шаговых двигателей, линейный вибратор и насос с переменной частотой вращения. В одном из примеров осуществления изобретения устройство 141 генерации энергии сконфигурировано для генерации низкочастотных колебаний, передаваемых посредством устройства 142 передачи энергии в текучую среду в камерах 130 и 130' для текучей среды. Устройство 141 генерации энергии может быть собрано внутри корпуса (не показанного на фигурах) ультразвукового датчика 100 или расположено вне корпуса ультразвукового датчика 100 при условии возможности вывода энергии на входы 132 и 132' для приема энергии через устройство 142 передачи энергии. Способ прямой или опосредованной передачи энергии может использоваться устройством 142 передачи энергии для передачи вибрации, генерируемой устройством 141 генерации энергии, в текучую среду 133 и 133'. Устройство 142 передачи энергии герметично соединено с входами 132 и 132' для приема энергии. Устройство 142 передачи энергии может представлять собой любое механическое соединение при условии, что энергия, поступающая с устройства 141 генерации энергии, может быть передана в текучую среду 133 и 133'.

[0036] Вышеописанный ультразвуковой датчик, предусмотренный настоящим изобретением, может быть сконфигурирован для осуществления мгновенной эластографии, а также мгновенной эластографии с визуальным контролем. Мгновенная эластография с визуальным контролем объединяет в себе функции мгновенной эластографии с функциями традиционной ультразвуковой визуализации (то есть ультразвуковой визуализации). Мгновенная эластография используется для получения информации, в частности, об эластичности ткани и затухании сигнала в ткани. Ультразвуковая визуализация используется для получения информации, в частности, об анатомической структуре ткани, внутренней скорости потока и т.п. Полученная информация об анатомической структуре имеет определяющее значение для измерения характеристик, относящихся к эластичности. При фактическом использовании можно сначала использовать ультразвуковую визуализацию для получения двумерного ультразвукового изображения биологической ткани в реальном времени при перемещении ультразвукового датчика, что поспособствует точному позиционированию ультразвукового датчика на ткани в соответствии с фактическими требованиями; а затем переключиться на мгновенную эластографию для определения параметров эластичности. Кроме того, при необходимости и/или по желанию ультразвуковую визуализацию и мгновенную эластографию можно также выполнять одновременно.

[0037] Если ультразвуковой датчик объединяет в себе функции мгновенной эластографии и традиционной ультразвуковой визуализации, то в примере осуществления изобретения, показанном на ФИГ. 1-2, часть 110a матрицы 110 ультразвуковых преобразователей, соответствующая выступу камеры 133 для текучей среды, сконфигурирована для приема ультразвукового сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне, а ультразвуковой сигнал сконфигурирован для осуществления мгновенной эластографии; матрица 110 ультразвуковых преобразователей в целом может быть сконфигурирована для приема ультразвукового сигнала, содержащего анатомическую информацию и/или информацию о кровотоке, а ультразвуковой сигнал сконфигурирован для осуществления ультразвуковой визуализации. Часть 110a матрицы 110 ультразвуковых преобразователей, соответствующая выступу камеры 133 для текучей среды, соединена с первым портом 151. Другая часть 110b матрицы 110 ультразвуковых преобразователей соединена со вторым портом 152. Таким образом, первый порт 151 может быть сконфигурирован для осуществления мгновенной эластографии; первый порт 151 и второй порт 152 могут быть сконфигурированы для осуществления ультразвуковой визуализации. Реализация и применение функций мгновенной эластографии и ультразвуковой визуализации будут подробно раскрыты ниже. В предпочтительном примере осуществления изобретения ультразвуковой датчик выполняет функции датчика для традиционной ультразвуковой визуализации и, что более важно, функции мгновенной эластографии, позволяющие измерять эластичность ткани. Необходимость переключения между двумя датчиками во время работы отсутствует, что очень удобно для оператора.

[0038] Если ультразвуковой датчик объединяет в себе функции мгновенной эластографии и традиционной ультразвуковой визуализации, то в примере осуществления изобретения, показанном на ФИГ. 3, может не производиться разделение на первый порт и второй порт, то есть порт, соединенный с каждой частью матрицы 110 ультразвуковых преобразователей, может быть сконфигурирован для осуществления как мгновенной эластографии, так и ультразвуковой визуализации.

[0039] В качестве другого объекта настоящего изобретения предложен ультразвуковой детектор. На ФИГ. 4 изображена схема ультразвукового детектора в соответствии с одним из примеров осуществления настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 4, ультразвуковой детектор содержит ультразвуковой датчик 100 и обрабатывающее устройство 200.

[0040] Ультразвуковой датчик 100 может иметь любую из вышеупомянутых конструкций, детальное описание которой в данном месте заявки будет опущено для простоты изложения. Только ультразвуковой датчик 100, показанный на ФИГ. 1-2, будет взят в качестве примера, иллюстрирующего принцип действия ультразвукового детектора на ФИГ. 4. Тем не менее, специалистам в данной области техники очевидно, что ультразвуковой детектор может также содержать ультразвуковой датчик, изображенный на ФИГ. 3.

[0041] Обрабатывающее устройство 200 может содержать приводной блок 210, ультразвуковой блок 220 и блок 230 эластографии.

[0042] Приводной блок 210 соединен с устройством 140 подачи энергии ультразвукового датчика 100 с целью привода устройства 140 подачи энергии. Приводной блок 210 управляет устройством 140 подачи энергии с целью нагнетания давления текучей среды в камере 130 для текучей среды, вынуждающего эластичную пленку камеры 130 для текучей среды вибрировать так, чтобы генерировать сдвиговую волну.

[0043] Ультразвуковой блок 220 соединен с матрицей 110 ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика 100, что позволяет управлять матрицей 110 ультразвуковых преобразователей для передачи и приема ультразвуковых волн. После того, как приводной блок 210 приведет в действие ультразвуковой датчик 100 для передачи сдвиговой волны, ультразвуковой блок 220 приводит в действие матрицу 110 ультразвуковых преобразователей для передачи ультразвуковых волн в биологическую ткань в соответствии с загруженными параметрами визуализации. Ультразвуковые волны позволяют отслеживать распространение сдвиговой волны внутри ткани, и матрица 110 ультразвуковых преобразователей принимает отраженный первый ультразвуковой сигнал (то есть ультразвуковое эхо), содержащий информацию о сдвиговой волне. Матрица 110 ультразвуковых преобразователей преобразует первый ультразвуковой сигнал в первый электрический сигнал, содержащий информацию о сдвиговой волне. В частности, ультразвуковой блок 220 может содержать ультразвуковой передающий модуль, ультразвуковой приемный модуль и схему переключения между передачей и приемом. При этом ультразвуковой передающий модуль выполнен с возможностью управления матрицей 110 ультразвуковых преобразователей с целью передачи ультразвукового сигнала; ультразвуковой приемный модуль сконфигурирован для управления матрицей 110 ультразвуковых преобразователей с целью приема ультразвукового эхо-сигнала; и схема переключения между передачей и приемом сконфигурирована для изоляции высокого напряжения.

[0044] Блок 230 эластографии соединен с матрицей 110 ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика 100 с возможностью приема первого электрического сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне, и обработки первого электрического сигнала для осуществления мгновенной эластографии. Мгновенную эластографию используют для получения информации об эластичности и/или информацию о затухании сигнала или иных параметров ткани.

[0045] Предпочтительно, блок 230 эластографии соединен с частью матрицы 110 ультразвуковых преобразователей, соответствующей выступу камеры 130 для текучей среды (например, 110a на ФИГ. 1). Кроме того, блок 230 эластографии может быть соединен со всей матрицей 110 ультразвуковых преобразователей или с любой иной частью матрицы 110 ультразвуковых преобразователей с возможностью приема первого электрического сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне. Тем не менее, в предпочтительном примере осуществления изобретения (то есть, когда блок 230 эластографии соединен с частью 110а) первый ультразвуковой сигнал, принятый через 110a, содержит информацию, связанную с распространением сдвиговой волны, причем информацию об эластичности, затухании сигнала или иных параметрах ткани можно получить путем обработки первого ультразвукового сигнала без использования сложной обработки, в частности, интерполяции или формирования луча. Понятно, что в примере осуществления изобретения, показанном на ФИГ. 3, поскольку формы матрицы 110 ультразвуковых преобразователей и камеры 130 для текучей среды соответствуют друг другу, блок 230 эластографии может быть также соединен с матрицей 110 ультразвуковых преобразователей в целом, принимая первый электрический сигнал от матрицы 110 ультразвуковых преобразователей в целом. Разумеется, в некоторых случаях блок 230 эластографии может быть соединен лишь с частью матрицы 110 ультразвуковых преобразователей.

[0046] В ультразвуковом детекторе, предложенном настоящим изобретением, матрица ультразвуковых преобразователей в целом сконфигурирована для приема ультразвукового сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне и не требующего компенсации посредством интерполяции, формирования луча или иных способов, что повышает удобство и точность измерения ткани и снижает сложность обработки. Очевидно, что ультразвуковой детектор обладает множеством преимуществ, в частности, хорошим качеством визуализации, малым объемом обработки данных и быстрым детектированием.

[0047] В предпочтительном примере осуществления изобретения ультразвуковой блок 220 дополнительно сконфигурирован для осуществления ультразвуковой визуализации на основе второго электрического сигнала, принимаемого от матрицы 110 ультразвуковых преобразователей. Матрица 110 ультразвуковых преобразователей передает в ткань ультразвуковые волны, позволяющие осуществлять традиционную ультразвуковую визуализацию, и принимает отраженный второй ультразвуковой сигнал (то есть ультразвуковое эхо). Второй ультразвуковой сигнал содержит информацию об анатомическом строении ткани и/или о кровотоке в ткани. Матрица 110 ультразвуковых преобразователей преобразует второй ультразвуковой сигнал во второй электрический сигнал, поступающий в ультразвуковой блок 220 для ультразвуковой визуализации. Обработка второго электрического сигнала ультразвукового блока 220 аналогична функционированию блока ультразвуковой визуализации в устройстве традиционной ультразвуковой визуализации. Под обработкой понимают, например, один или более из следующих процессов: формирование луча, демодуляция, сжатие, оценка кровотока, расчет спектра, преобразование ДР и т.п. Ультразвуковая визуализация используется для получения информации, в частности, об анатомическом строении и кровотоке в ткани. В предпочтительном примере осуществления изобретения ультразвуковой детектор выполняет функции традиционной ультразвуковой визуализации и, что более важно, функции поддержки мгновенной эластографии. Необходимость переключения между двумя датчиками во время работы отсутствует, что очень удобно для оператора.

[0048] В предпочтительном примере осуществления изобретения, изображенном на ФИГ. 5, обрабатывающее устройство 200 дополнительно содержит встроенный блок 240 обработки. Кроме того, ультразвуковой детектор, показанный на ФИГ. 5, по существу, соответствует ультразвуковому детектору согласно вышеприведенным примерам осуществления изобретения, поэтому на ФИГ. 5 используются те же ссылочные обозначения для идентичных или подобных компонентов, детальное описание которых не будет приводиться повторно. Встроенный блок 240 обработки соединен с блоком 230 эластографии и ультразвуковым блоком 220. Встроенный блок 240 обработки может интегрировать результаты обработки, выполненной блоком 230 эластографии и ультразвуковым блоком 220, для получения различной информации о биологической ткани, в том числе об эластичности, затухании сигнала, анатомической структуре, кровотоке и т.п. Кроме того, встроенный блок 240 обработки может передавать на ультразвуковой блок 220 и блок 230 эластографии параметры, управляющие ультразвуковой визуализацией. Например, встроенный блок 240 обработки может выполнять расчеты, используя такие параметры, как скорость распространения ультразвуковых волн, расстояние между элементами матрицы и глубина детектирования, с целью управления такими аспектами матрицы 110 ультразвуковых преобразователей, как время начала, время окончания, продолжительность импульса и частота повторения импульсов, посредством ультразвукового блока 220 и блока 230 эластографии.

[0049] В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения встроенный блок 240 обработки дополнительно соединен с приводным блоком 210 в целях управления приводным блоком 210. Например, встроенный блок 240 обработки может регулировать амплитуду, частоту и длительность вибрации, генерируемой устройством 140 подачи энергии, приводящимся в действие приводным блоком 210.

[0050] В одном из примеров осуществления изобретения ультразвуковой детектор дополнительно содержит отображающее устройство 300 отображения, соединенное с обрабатывающим устройством 200, как показано на ФИГ. 4-5. Отображающее устройство 300 сконфигурировано для отображения двумерного ультразвукового изображения, изображения кровотока и/или информации об эластичности, затухании сигнала в ткани или иной подобной информации. Кроме того, отображающее устройство 300 может быть подключено к встроенному блоку 240 обработки для отображения результатов обработки, полученных с помощью встроенного блока 240 обработки. Кроме того, в примере осуществления изобретения, в котором обрабатывающее устройство 200 не содержит встроенного блока 240 обработки, отображающее устройство 300 может быть непосредственно подключено к блоку 230 эластографии и / или ультразвуковому блоку 220 для непосредственного отображения результатов обработки блоком 230 эластографии и/или ультразвуковым блоком 220.

[0051] Настоящее изобретение описано со ссылкой на вышеупомянутые примеры осуществления изобретения, однако следует понимать, что вышеописанные примеры осуществления изобретения носят исключительно иллюстративный и описательный характер, и что защищаемый объем настоящего изобретения не ограничивается описанными примерами осуществления изобретения. Кроме того, специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается вышеизложенными примерами осуществления изобретения, и в рамках идеи настоящего изобретения могут быть осуществлены различные варианты и модификации, входящие в защищаемый объем изобретения. Защищаемый объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для проведения мгновенной эластографии. Ультразвуковой датчик содержит матрицу ультразвуковых преобразователей, сконфигурированную для передачи и приема ультразвуковых волн, проводящее устройство, расположенное на переднем краю матрицы ультразвуковых преобразователей и содержащее камеру для текучей среды, заполненную текучей средой, при этом камера для текучей среды содержит отверстие и вход для приема энергии, сообщающиеся друг с другом, причем отверстие расположено на передней поверхности проводящего устройства и покрыто эластичной пленкой, и устройство подачи энергии, соединенное с входом для приема энергии и сконфигурированное для передачи энергии на текучую среду внутри камеры для текучей среды, чтобы эластичная пленка вибрировала под воздействием текучей среды так, чтобы генерировать сдвиговую волну. Ультразвуковой детектор содержит ультразвуковой датчик и обрабатывающее устройство, содержащее приводной блок, соединенный с устройством подачи энергии ультразвукового датчика для привода устройства подачи энергии, ультразвуковой блок, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика для управления матрицей ультразвуковых преобразователей с целью передачи и приема ультразвуковых волн, и блок эластографии, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей с целью приема и обработки первого электрического сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне, для осуществления мгновенной эластографии. Использование изобретений позволяет повысить качество и точность изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ультразвуковой датчик для проведения мгновенной эластографии, содержащий:

матрицу ультразвуковых преобразователей, сконфигурированную для передачи и приема ультразвуковых волн;

проводящее устройство, расположенное на переднем краю матрицы ультразвуковых преобразователей и содержащее камеру для текучей среды, заполненную текучей средой, при этом камера для текучей среды содержит отверстие и вход для приема энергии, сообщающиеся друг с другом, причем отверстие расположено на передней поверхности проводящего устройства и покрыто эластичной пленкой; и

устройство подачи энергии, соединенное с входом для приема энергии и сконфигурированное для передачи энергии на текучую среду внутри камеры для текучей среды, чтобы эластичная пленка вибрировала под воздействием текучей среды так, чтобы генерировать сдвиговую волну.

2. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором текучая среда представляет собой жидкость.

3. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором камера для текучей среды имеет форму колонны.

4. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором отверстие имеет форму круга или полосы.

5. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором устройство подачи энергии содержит устройство генерации энергии и устройство передачи энергии, при этом устройство передачи энергии включено между устройством генерации энергии и входом для приема энергии.

6. Ультразвуковой датчик по п. 5, в котором устройство генерации энергии содержит один или более элементов из следующих: шаговый двигатель, линейный вибратор и насос с переменной скоростью.

7. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором камера для текучей среды адаптирована к форме матрицы ультразвуковых преобразователей, при этом камера для текучей среды соединена с передним краем матрицы ультразвуковых преобразователей.

8. Ультразвуковой датчик по п. 1, в котором проводящее устройство дополнительно содержит акустическую линзу, соединенную с передним краем матрицы ультразвуковых преобразователей, при этом камера для текучей среды расположена в акустической линзе.

9. Ультразвуковой датчик по п. 8, в котором часть матрицы ультразвуковых преобразователей, соответствующая выступу камеры для текучей среды, соединена с первым портом, а другая часть матрицы ультразвуковых преобразователей соединена со вторым портом, при этом первый порт сконфигурирован для мгновенной эластографии, а первый и второй порты сконфигурированы для ультразвуковой визуализации.

10. Ультразвуковой детектор для проведения мгновенной эластографии, содержащий:

ультразвуковой датчик по любому одному из пп. 1-9; и

обрабатывающее устройство, содержащее:

приводной блок, соединенный с устройством подачи энергии ультразвукового датчика для привода устройства подачи энергии;

ультразвуковой блок, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей ультразвукового датчика для управления матрицей ультразвуковых преобразователей с целью передачи и приема ультразвуковых волн; и

блок эластографии, соединенный с матрицей ультразвуковых преобразователей с целью приема и обработки первого электрического сигнала, содержащего информацию о сдвиговой волне, для осуществления мгновенной эластографии.

11. Ультразвуковой детектор по п. 10, в котором блок эластографии соединен с частью матрицы ультразвуковых преобразователей, соответствующей выступу камеры для текучей среды.

12. Ультразвуковой детектор по п. 10, в котором:

ультразвуковой блок дополнительно сконфигурирован для осуществления ультразвуковой визуализации в соответствии со вторым электрическим сигналом, принимаемым от матрицы ультразвуковых преобразователей.

13. Ультразвуковой детектор по п. 12, в котором обрабатывающее устройство дополнительно содержит встроенный блок обработки, соединенный с модулем эластографии и ультразвуковым блоком так, чтобы интегрировать результаты обработки блока эластографии и ультразвукового блока.

14. Ультразвуковой детектор по п. 13, в котором встроенный блок обработки дополнительно соединен с приводным блоком для управления приводным блоком.

15. Ультразвуковой детектор по п. 10, дополнительно содержащий отображающее устройство, соединенное с обрабатывающим устройством.