專利名稱：基于線性插值的波束合成器及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲波診斷系統(tǒng)中數(shù)字波束合成的方法和裝置，尤其涉及接收進(jìn)程中的波束合成。波束合成是醫(yī)用超聲波診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，合成波束的質(zhì)量對(duì)超聲成象的精確性和分辨率有很大影響。
背景技術(shù)：
波束合成器有模擬與數(shù)字之分，數(shù)字波束合成器在精確性、穩(wěn)定性和靈活性方面優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬波束合成器，隨著數(shù)字器件性能的提高和成本的減少，數(shù)字波束合成正逐漸取代模擬波束合成，本發(fā)明涉及的是數(shù)字波束合成器。
數(shù)字波束合成的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)字延時(shí)，數(shù)字延時(shí)一般是通過雙口RAM實(shí)現(xiàn)的。各通道回波信號(hào)在A/D變換之后，按同樣的地址寫入各通道的雙口RAM，而在讀雙口RAM的時(shí)候，各通道使用不同的讀地址獲得波束合成所需的延時(shí)。延時(shí)精度取決于A/D采樣率，這個(gè)采樣率要比Nyquist采樣率大幾倍，一般要求高于100MHz。
在Proceeding of the IEEE Vol.67，No.6，pp.904-919，June 1979公開的文章中，Pridham和Mucci提出了通過內(nèi)插降低A/D變換高速取樣的要求。A/D采樣率只需滿足Nyquist要求，延時(shí)存儲(chǔ)器在波束合成進(jìn)程中提供一個(gè)粗的延時(shí)，而波束合成所需的精確延時(shí)則用插值的方法實(shí)現(xiàn)。在此之后，內(nèi)插式波束合成的研究集中在如何降低成本方面。美國(guó)專利5345426提出了用整系數(shù)FIR濾波器實(shí)現(xiàn)內(nèi)插的低成本方案；美國(guó)專利5544128提出了把插值濾波器放在波束形成之后的低成本方案。這些內(nèi)插式波束合成方案，在動(dòng)態(tài)聚焦和動(dòng)態(tài)變跡應(yīng)用中，無法避免插值濾波器的暫態(tài)輸出，從而使波束合成的質(zhì)量受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種低成本無暫態(tài)輸出的內(nèi)插式波束合成方法及其裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過適當(dāng)?shù)靥岣逜/D采樣率，例如提高到兩倍以上的Nyquist采樣率，把插值濾波器簡(jiǎn)化到它的最簡(jiǎn)形式——線性插值器。把線性插值器放在每一個(gè)接收通道的延時(shí)存儲(chǔ)器之后，為實(shí)現(xiàn)低成本無暫態(tài)輸出的內(nèi)插式波束合成器提供了可能。為消除插值器的暫態(tài)輸出，本發(fā)明采取了兩項(xiàng)措施其一是延時(shí)存儲(chǔ)器采用了先進(jìn)先出(FIFO)結(jié)構(gòu)，接收延時(shí)在起始延時(shí)的基礎(chǔ)上以細(xì)延時(shí)精度為單位動(dòng)態(tài)地調(diào)整；其二是把變跡加權(quán)系數(shù)分別融入到線性插值的兩個(gè)系數(shù)a，b中，把插值與變跡一并完成。具體的波束合成方法如下a.來自目標(biāo)的回波由探頭的各陣元接收，每個(gè)探頭陣元連接各自的信號(hào)接收處理通道；b.在每個(gè)信號(hào)接收處理通道中，來自探頭陣元的信號(hào)被放大，然后以統(tǒng)一的速率數(shù)字化；c.數(shù)字化后的回波信號(hào)被送入各信號(hào)接收處理通道的處理器進(jìn)行處理；在利用處理器對(duì)數(shù)字化后的回波信號(hào)進(jìn)行合成處理的過程中，d.由具有FIFO結(jié)構(gòu)的延時(shí)存儲(chǔ)器和線性插值器分別提供信號(hào)接收處理通道的粗延時(shí)和細(xì)延時(shí)，粗延時(shí)精度等于射頻采樣間隔T，細(xì)延時(shí)精度等于T除以插值相數(shù)M；e.當(dāng)所有信號(hào)接收處理通道的延時(shí)儲(chǔ)存器都有數(shù)據(jù)樣本寫入時(shí)，動(dòng)態(tài)聚焦打開各信號(hào)接收處理通道延時(shí)存儲(chǔ)器的讀使能，并輸出五種狀態(tài)的細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4，它們是一個(gè)暫態(tài)D0＝0000，四個(gè)穩(wěn)態(tài)D1＝1000、D2＝0100、D3＝0010和D4＝0001；細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4的每一種狀態(tài)各對(duì)應(yīng)一組線性插值系數(shù)a和b；f.在接收聚焦延時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4按D4→D3→D2→D1→D0→D4的循環(huán)規(guī)律變化，以便對(duì)起始延時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到動(dòng)態(tài)聚焦的目的；
g.每當(dāng)循環(huán)至?xí)簯B(tài)D0時(shí)，F(xiàn)IFO延時(shí)儲(chǔ)存器停讀一拍，線性插值器的鎖存器也停工一拍；h.把細(xì)延時(shí)代碼映射為兩個(gè)插值系數(shù)，并把兩插值系數(shù)分別與變跡系數(shù)相乘得到變跡插值系數(shù)，最后完成插值系數(shù)與通道加權(quán)系數(shù)的合并；i.各通道合并的輸出信號(hào)經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)后，由顯示屏顯示數(shù)據(jù)。
根據(jù)上述波束合成方法，可設(shè)計(jì)出基于線性插值的波束合成器，該波束合成器包括用于向受測(cè)機(jī)體發(fā)射超聲波并接收目標(biāo)回波的各探頭陣元；用于放大各探頭陣元所輸出回波的各通道放大器；用于把各通道放大器的模擬信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的各通道A/D變換器；用于對(duì)各通道A/D變換器所輸出數(shù)字信號(hào)進(jìn)行聚焦延時(shí)、加權(quán)與串行求和處理的各通道處理器；上述各探頭陣元、各通道放大器、各通道A/D變換器和各通道處理器按順序單向連接構(gòu)成多個(gè)互相獨(dú)立的信號(hào)接收處理通道；還包括用于儲(chǔ)存各通道聚焦延時(shí)數(shù)據(jù)和變跡數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器和掃描控制器，所有信號(hào)接收處理通道的輸出信號(hào)合成后經(jīng)檢測(cè)器，最后送顯示器顯示；其特征在于所述每一個(gè)處理器陣元包括具有FIFO結(jié)構(gòu)的延時(shí)儲(chǔ)存器，用于提供信號(hào)接收處理通道的粗延時(shí)；線性插值器，用于提供信號(hào)接收處理通道的細(xì)延時(shí)；動(dòng)態(tài)聚焦，用于向延時(shí)儲(chǔ)存器提供讀使能控制，并提供細(xì)延遲代碼；起始延時(shí)，用于控制延時(shí)儲(chǔ)存器的寫使能，達(dá)到控制起始延時(shí)的目的；插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器，用于把細(xì)延遲代碼映射為插值系數(shù)，并計(jì)算出變跡插值系數(shù)；線性插值器的信號(hào)輸入端口分別連接延時(shí)儲(chǔ)存器、動(dòng)態(tài)聚焦和插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器，其信號(hào)輸出端經(jīng)加法器連接檢測(cè)器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于線性插值的波束合成器及其合成方法具有如下優(yōu)點(diǎn)在保證波束合成的質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)低成本無暫態(tài)輸出的內(nèi)插式波束合成。


本發(fā)明的數(shù)碼可視復(fù)讀機(jī)的

如下圖1是一個(gè)超聲波成象裝置的構(gòu)成方框圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的各接收通道處理器的原理方框圖；圖3是起始延時(shí)邏輯的原理方框圖；圖4是動(dòng)態(tài)聚焦邏輯單元的原理方框圖；圖5是插值變跡系數(shù)產(chǎn)生邏輯的原理方框圖；圖6是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器的原理方框圖。
具體實(shí)施例方式
為了更好地全面理解本發(fā)明，下面將結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例和附圖進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖1是一個(gè)超聲波成象裝置的構(gòu)成方框圖，該超聲波成象裝置使用多陣元探頭，因此波束合成器包含多個(gè)信號(hào)處理通道。來自目標(biāo)的回波由探頭的各陣元接收，每個(gè)陣元連接到不同的接收通道。在每個(gè)接收通道中，來自探頭陣元的信號(hào)被放大，然后以統(tǒng)一的速率數(shù)字化。為了簡(jiǎn)化描述，假設(shè)探頭陣元只有四個(gè)，但它也可更大些。四個(gè)發(fā)射器10至13產(chǎn)生常規(guī)的驅(qū)動(dòng)脈沖，激勵(lì)探頭陣元向受測(cè)試的機(jī)體組織發(fā)射超聲波，之后，這些陣元又接收從受測(cè)試的機(jī)體組織中反射回來的超聲波。在并行接收信道2至5，各陣元接收到的回波分別由放大器14至17放大，然后分別由A/D變換器20至23以統(tǒng)一的速率進(jìn)行數(shù)字化。數(shù)字化后的回波信號(hào)進(jìn)入各通道的處理器，在這里完成聚焦延時(shí)、加權(quán)與串行求和。處理器27的輸出是波束合成信號(hào)，該信號(hào)由檢測(cè)器6檢測(cè)。為了在顯示器9上顯示數(shù)據(jù)，必須用數(shù)字掃描變換器7將回波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)。系統(tǒng)所有的控制都由控制器8產(chǎn)生的控制信號(hào)來執(zhí)行。
本發(fā)明的關(guān)鍵之處在于根據(jù)發(fā)明目的，對(duì)處理器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。圖2是依據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的各接收通道處理器的原理方框圖；所述處理器陣元包括具有FIFO結(jié)構(gòu)的延時(shí)儲(chǔ)存器30，用于提供信號(hào)接收處理通道的粗延時(shí)；線性插值器39，用于提供信號(hào)接收處理通道的細(xì)延時(shí)；動(dòng)態(tài)聚焦32，用于向延時(shí)儲(chǔ)存器30提供讀使能控制，并提供細(xì)延遲代碼；起始延時(shí)31，用于控制延時(shí)儲(chǔ)存器30的寫使能，達(dá)到控制起始延時(shí)的目的；插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器33，用于把細(xì)延遲代碼映射為插值系數(shù)，并計(jì)算出變跡插值系數(shù)；線性插值器39的信號(hào)輸入端口分別連接延時(shí)儲(chǔ)存器30、動(dòng)態(tài)聚焦32和插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器33，其信號(hào)輸出端經(jīng)加法器38連接檢測(cè)器6。
所述線性插值器39包括順序連接的乘法器35、加法器37以及鎖存器34和乘法器36，鎖存器34的輸入端連接動(dòng)態(tài)聚焦32，乘法器35和36的輸入端連接插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器33，乘法器36的輸出端與加法器37連接。延時(shí)存儲(chǔ)器30采用FIFO結(jié)構(gòu)，其深度由所需的最大延時(shí)量決定，讀寫時(shí)鐘CK0為射頻采樣時(shí)鐘。延時(shí)存儲(chǔ)器30與線性插值器39分別提供接收通道的粗延時(shí)與細(xì)延時(shí)，粗延時(shí)精度等于射頻采樣間隔T，細(xì)延時(shí)精度等于T/M，M由所需的延時(shí)精度決定，T的取值范圍一般在40ns～25ns之間。在本例中M等于4。延時(shí)存儲(chǔ)器的寫使能由起始延時(shí)31提供，起始延時(shí)31根據(jù)各接收通道所需的起始粗延時(shí)控制延時(shí)存儲(chǔ)器30的寫使能，而各接收通道所需的起始細(xì)延時(shí)則由動(dòng)態(tài)聚焦32給出。當(dāng)所有接收通道的延時(shí)存儲(chǔ)器都有數(shù)據(jù)樣本寫入的時(shí)候，動(dòng)態(tài)聚焦32打開各通道延時(shí)存儲(chǔ)器30的讀使能，同時(shí)也打開鎖存器34的時(shí)鐘使能。動(dòng)態(tài)聚焦32輸出的細(xì)延時(shí)代碼s1s2s3s4有五種可能狀態(tài)D0＝0000，D1＝1000，D2＝0100，D3＝0010，D4＝0001，與線性插值系數(shù)a和b的關(guān)系是s1s2s3s4＝1000則a＝1，b＝0；s1s2s3s4＝0100則a＝3/4，b＝1/4；s1s2s3s4＝0010則a＝2/4，b＝2/4；s1s2s3s4＝0001則a＝1/4，b＝3/4；s1s2s3s4＝0000則a＝1/4，b＝3/4。在接收聚焦延時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，細(xì)延時(shí)代碼的五種可能狀態(tài)按一種循環(huán)規(guī)律變化D4變D3、D3變D2、D2變D1、D1變D0、D0變D4。假設(shè)當(dāng)前細(xì)延時(shí)代碼狀態(tài)為D2＝0100，當(dāng)接收聚焦延時(shí)需要調(diào)整時(shí)，D2變?yōu)镈1，插值系數(shù)由a＝3/4、b＝1/4變?yōu)閍＝1、b＝0，線性插值器的輸出延時(shí)增加一個(gè)細(xì)延時(shí)單位T/M；當(dāng)接收聚焦延時(shí)再需要調(diào)整時(shí)，D1變?yōu)镈0，但D0狀態(tài)只持續(xù)一個(gè)射頻采樣周期，然后變?yōu)镈4穩(wěn)定下來，直到下一次調(diào)整接收聚焦延時(shí)。所以稱D0為暫態(tài)，而稱D1至D4為穩(wěn)態(tài)。D0狀態(tài)與D4狀態(tài)的插值系數(shù)是一樣的，但在D0狀態(tài)，延時(shí)FIFO停讀一拍，鎖存器34也停工一拍。插值變跡系數(shù)產(chǎn)生單元33的作用是把細(xì)延時(shí)代碼映射為插值系數(shù)，并完成插值系數(shù)與通道加權(quán)系數(shù)的合并。加法器38是通道間串行求和鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)。
所述起始延時(shí)31包括起始延時(shí)計(jì)數(shù)器40、鎖存器41、或門42和與門43；鎖存器41的輸入輸出端分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器28和起始延時(shí)計(jì)數(shù)器40，與門43的輸入輸出端分別連接控制器8、起始延時(shí)計(jì)數(shù)器40和延時(shí)儲(chǔ)存器30(圖3)；起始延時(shí)計(jì)數(shù)器40是可裝載計(jì)數(shù)器，它在接收期開始前裝載起始粗延時(shí)數(shù)據(jù)，在接收期開始后以射頻采樣率計(jì)數(shù)，計(jì)滿時(shí)開啟延時(shí)儲(chǔ)存器30的寫使能。一個(gè)脈沖周期分成幾個(gè)時(shí)段，首先是參數(shù)預(yù)置期，其次是脈沖發(fā)射期，然后是回波接收期，最后是延時(shí)FIFO的移位輸出期。在參數(shù)預(yù)置期，鎖存器41鎖存本通道的起始粗延時(shí)數(shù)據(jù)；在脈沖發(fā)射期，起始粗延時(shí)數(shù)據(jù)加載計(jì)數(shù)器40；在回波接收器，計(jì)數(shù)器40開始計(jì)數(shù)，計(jì)滿時(shí)打開延時(shí)FIFO的寫使能，同時(shí)關(guān)閉計(jì)數(shù)器40的計(jì)數(shù)使能。
所述動(dòng)態(tài)聚焦32包括可裝載循環(huán)移位寄存器50、鎖存器51～53、55、58和59、或門54、56和與門57；寄存器50的data輸入端經(jīng)鎖存器51連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器28，其en輸入端經(jīng)或門54、鎖存器53、52連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器28，其load輸入端直接連接控制器8(圖4)；它在接收期開始前裝載起始細(xì)延時(shí)數(shù)據(jù)，在接收進(jìn)程中通過循環(huán)左移對(duì)起始延時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，以達(dá)到動(dòng)態(tài)聚焦的目的。動(dòng)態(tài)聚焦32的核心是一個(gè)5位的循環(huán)移位寄存器50。在參數(shù)預(yù)置期，鎖存器51鎖存本通道的起始細(xì)延時(shí)代碼，起始細(xì)延時(shí)代碼是四個(gè)穩(wěn)態(tài)中的一個(gè)；在脈沖發(fā)射期，起始細(xì)延時(shí)代碼加載循環(huán)移位寄存器的右四位。循環(huán)移位寄存器的右四位輸出是細(xì)延時(shí)代碼s1s2s3s4，它們的或輸出在延時(shí)FIFO的移位輸出期用來控制延時(shí)FIFO的讀使能。在延時(shí)FIFO的移位輸出期，鎖存器52鎖存聚焦延時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)，聚焦延時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)是1bit的數(shù)據(jù)流。在鎖存器52鎖存到一個(gè)高電平的時(shí)候，鎖存器53把這個(gè)高電平變?yōu)橐粋€(gè)相移脈沖，相移脈沖是寬度為射頻采樣周期的正脈沖，相移脈沖為鎖存器52清零，也使循環(huán)移位寄存器左移一位。當(dāng)循環(huán)移位寄存器中的1移到最左邊時(shí)，會(huì)緊接一次移位，使細(xì)延時(shí)代碼的D0狀態(tài)只持續(xù)一個(gè)射頻采樣周期。
所述插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器33包括組合邏輯60、鎖存器61、62、65和66、乘法器63和64；組合邏輯60把細(xì)延時(shí)代碼映射為線性插值器的兩個(gè)系數(shù)a和b，鎖存器61和62構(gòu)成兩級(jí)變跡系數(shù)鎖存器，在接收進(jìn)程中變跡系數(shù)分時(shí)鎖存到各通道第一級(jí)的變跡系數(shù)鎖存器中，然后在同一時(shí)刻更新第二級(jí)鎖存器的內(nèi)容，變跡系數(shù)在乘法器63和64中分別與插值系數(shù)a和b相乘，最后由鎖存器65和66分別輸出變跡插值系數(shù)A和B，以達(dá)到動(dòng)態(tài)變跡的目的(圖5)。
所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器28包括兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70和71以及兩個(gè)數(shù)據(jù)讀控制器；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70和71分別存儲(chǔ)不同接收通道的聚焦延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)變跡數(shù)據(jù)。在延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70中包含起始延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70和71各有自己的讀控制器。延時(shí)數(shù)據(jù)讀控制器72提供給延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70讀地址，變跡數(shù)據(jù)讀控制器73提供給變跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器71讀地址，并給出各通道變跡數(shù)據(jù)的鎖存脈沖(圖6)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器70、71分別存儲(chǔ)四個(gè)接收通道的聚焦延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)變跡數(shù)據(jù)。在延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中包含起始延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)。兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各有自己的讀控制器。延時(shí)數(shù)據(jù)讀控制器提供給延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀地址，給出動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)鎖存脈沖CK1，還給出8個(gè)起始延時(shí)數(shù)據(jù)鎖存脈沖，其中4個(gè)用來鎖存四接收通道的起始粗延時(shí)數(shù)據(jù)，另4個(gè)則用來鎖存四接收通道的起始細(xì)延時(shí)數(shù)據(jù)。變跡數(shù)據(jù)讀控制器提供給變跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀地址，并給出四通道變跡數(shù)據(jù)的鎖存脈沖。
權(quán)利要求
1.一種基于線性插值的波束合成方法，該方法包括如下步驟a.來自目標(biāo)的回波由探頭的各陣元接收，每個(gè)探頭陣元連接各自的信號(hào)接收處理通道；b.在每個(gè)信號(hào)接收處理通道中，來自探頭陣元的信號(hào)被放大，然后以統(tǒng)一的速率數(shù)字化；c.數(shù)字化后的回波信號(hào)被送入各信號(hào)接收處理通道的處理器進(jìn)行處理；其特征在于在利用處理器對(duì)數(shù)字化后的回波信號(hào)進(jìn)行合成處理的過程中，d.由具有FIFO結(jié)構(gòu)的延時(shí)存儲(chǔ)器和線性插值器分別提供信號(hào)接收處理通道的粗延時(shí)和細(xì)延時(shí)，粗延時(shí)精度等于射頻采樣間隔T，細(xì)延時(shí)精度等于T除以插值相數(shù)M；e.當(dāng)所有信號(hào)接收處理通道的延時(shí)儲(chǔ)存器都有數(shù)據(jù)樣本寫入時(shí)，動(dòng)態(tài)聚焦打開各信號(hào)接收處理通道延時(shí)存儲(chǔ)器的讀使能，并輸出五種狀態(tài)的細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4，它們是一個(gè)暫態(tài)D0＝0000，四個(gè)穩(wěn)態(tài)D1＝1000、D2＝0100、D3＝0010和D4＝0001；細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4的每一種狀態(tài)各對(duì)應(yīng)一組線性插值系數(shù)a和b；f.在接收聚焦延時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過程中，細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4按D4→D3→D2→D1→D0→D4的循環(huán)規(guī)律變化，以便對(duì)起始延時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到動(dòng)態(tài)聚焦的目的；g.每當(dāng)循環(huán)至?xí)簯B(tài)D0時(shí)，F(xiàn)IFO延時(shí)儲(chǔ)存器停讀一拍，線性插值器的鎖存器也停工一拍；h.把細(xì)延時(shí)代碼映射為兩個(gè)插值系數(shù)，并把插值系數(shù)與通道加權(quán)系數(shù)合并為變跡插值系數(shù)；i.各通道合并的輸出信號(hào)經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)后，由顯示屏顯示數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線性插值的波束合成方法，其特征在于在所述步驟e.中，細(xì)延時(shí)代碼S1S2S3S4的與線性插值系數(shù)a和b的關(guān)系為S1S2S3S4＝1000，則a＝1、b＝0；S1S2S3S4＝0100，則a＝3/4、b＝1/4；S1S2S3S4＝0010，則a＝2/4、b＝2/4；S1S2S3S4＝0001，則a＝1/4、b＝3/4；S1S2S3S4＝0000，則a＝1/4、b＝3/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線性插值的波束合成方法，其特征在于所述射頻采樣間隔T的取值范圍在40ns～25ns之間，插值相數(shù)M一般為4。
4.一種基于線性插值的波束合成器，包括用于向受測(cè)機(jī)體發(fā)射超聲波并接收目標(biāo)回波的各探頭陣元；用于放大各探頭陣元所輸出回波的各通道放大器；用于把各通道放大器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的各通道A/D變換器；用于對(duì)各通道A/D變換器所輸出數(shù)字信號(hào)進(jìn)行聚焦延時(shí)、加權(quán)與串行求和處理的各通道處理器；上述各探頭陣元、各通道放大器、各通道A/D變換器和各通道處理器按順序單向連接構(gòu)成多個(gè)互相獨(dú)立的信號(hào)接收處理通道；還包括用于儲(chǔ)存各通道聚焦延時(shí)數(shù)據(jù)和變跡數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器(28)和控制器(8)，所有信號(hào)接收處理通道的輸出信號(hào)合成后經(jīng)檢測(cè)器(6)，最后送顯示器(9)顯示；其特征在于所述的各通道處理器包括具有FIFO結(jié)構(gòu)的延時(shí)儲(chǔ)存器(30)，用于提供信號(hào)接收處理通道的粗延時(shí)；線性插值器(39)，用于提供信號(hào)接收處理通道的細(xì)延時(shí)；動(dòng)態(tài)聚焦(32)，用于向延時(shí)儲(chǔ)存器(30)提供讀使能控制，并提供細(xì)延遲代碼；起始延時(shí)(31)，用于控制延時(shí)儲(chǔ)存器(30)的寫使能，達(dá)到控制起始延時(shí)的目的；插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器(33)，用于把細(xì)延遲代碼映射為插值系數(shù)，并計(jì)算出變跡插值系數(shù)；線性插值器(39)的信號(hào)輸入端口分別連接延時(shí)儲(chǔ)存器(30)、動(dòng)態(tài)聚焦(32)和插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器(33)，其信號(hào)輸出端經(jīng)加法器(38)連接檢測(cè)器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述線性插值器(39)包括順序連接的乘法器(35)、加法器(37)以及鎖存器(34)和乘法器(36)，鎖存器(34)的時(shí)鐘使能端連接動(dòng)態(tài)聚焦(32)，乘法器(35)和(36)的輸入端連接插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器(33)，乘法器(36)的輸出端與加法器(37)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述起始延時(shí)(31)包括起始延時(shí)計(jì)數(shù)器(40)、鎖存器(41)、或門(42)和與門(43)；鎖存器(41)的輸入輸出端分別連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器(28)和起始延時(shí)計(jì)數(shù)器(40)，與門(43)的輸入輸出端分別連接控制器(8)、起始延時(shí)計(jì)數(shù)器(40)和延時(shí)儲(chǔ)存器(30)；起始延時(shí)計(jì)數(shù)器(40)是可裝載計(jì)數(shù)器，它在接收期開始前裝載起始粗延時(shí)數(shù)據(jù)，在接收期開始后以射頻采樣率計(jì)數(shù)，計(jì)滿時(shí)開啟延時(shí)儲(chǔ)存器(30)的寫使能。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述動(dòng)態(tài)聚焦(32)包括可裝載循環(huán)移位寄存器(50)、鎖存器(51)～(53)、(55)、(58)和(59)、或門(54)、(56)和與門(57)；寄存器(50)的data輸入端經(jīng)鎖存器(51)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器(28)，其en輸入端經(jīng)或門(54)、鎖存器(53)、(52)連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器(28)，其load輸入端直接連接控制器(8)；它在接收期開始前裝載起始細(xì)延時(shí)數(shù)據(jù)，在接收進(jìn)程中通過循環(huán)左移對(duì)起始延時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整，以達(dá)到動(dòng)態(tài)聚焦的目的。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述插值變跡系數(shù)產(chǎn)生器(33)包括組合邏輯(60)、鎖存器(61)、(62)、(65)和(66)、乘法器(63)和(64)；組合邏輯(60)把細(xì)延時(shí)代碼映射為線性插值器的兩個(gè)系數(shù)a和b，鎖存器(61)和(62)構(gòu)成兩級(jí)變跡系數(shù)鎖存器，在接收進(jìn)程中變跡系數(shù)分時(shí)鎖存到各通道第一級(jí)的變跡系數(shù)鎖存器中，然后在同一時(shí)刻更新第二級(jí)鎖存器的內(nèi)容，變跡系數(shù)在乘法器(63)和(64)中分別與插值系數(shù)a和b相乘，最后由鎖存器(65)和(66)分別輸出變跡插值系數(shù)A和B，以達(dá)到動(dòng)態(tài)變跡的目的。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及其讀控制器(28)包括兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(70)和(71)以及兩個(gè)數(shù)據(jù)讀控制器；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(70)和(71)分別存儲(chǔ)不同接收通道的聚焦延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)變跡數(shù)據(jù)；在延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(70)中包含起始延時(shí)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(70)和(71)各有自己的讀控制器。延時(shí)數(shù)據(jù)讀控制器(72)提供給延時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(70)讀地址，變跡數(shù)據(jù)讀控制器(73)提供給變跡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(71)讀地址，并給出各通道變跡數(shù)據(jù)的鎖存脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于線性插值的波束合成器，其特征在于所述線性插值器(39)的鎖存器(34)具有一個(gè)時(shí)鐘使能控制端，用于暫存延時(shí)儲(chǔ)存器(30)上一次輸出的樣本，而且其鐘使能控制端與延時(shí)儲(chǔ)存器(30)裝讀使能共用一個(gè)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于線性插值的波束合成器及其合成方法，旨在提供一種低成本無暫態(tài)輸出的內(nèi)插式波束合成方法及其裝置。本發(fā)明采取了兩項(xiàng)措施其一是延時(shí)存儲(chǔ)器采用了FIFO結(jié)構(gòu)，接收延時(shí)在起始延時(shí)的基礎(chǔ)上以細(xì)延時(shí)精度為單位動(dòng)態(tài)地調(diào)整；其二是把變跡加權(quán)系數(shù)分別融入到線性插值的兩個(gè)系數(shù)a，b中，把插值與變跡一并完成。該方法在利用處理器對(duì)數(shù)字化后的回波信號(hào)進(jìn)行合成處理的過程中，每當(dāng)循環(huán)至?xí)簯B(tài)D0時(shí)，F(xiàn)IFO延時(shí)儲(chǔ)存器停讀一拍，線性插值器的鎖存器也停工一拍。本發(fā)明方法適用于醫(yī)用超聲波診斷系統(tǒng)接收進(jìn)程的數(shù)字波束合成。
文檔編號(hào)A61B8/00GK1439898SQ0213463
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者高興斌, 黃宇星, 胡勤軍, 許堅(jiān), 曹國(guó)剛 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司