專利名稱：用于發(fā)送多波束的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及診斷超聲系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及利用單個(gè)換能器用于發(fā)送和接收多波束的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
存在換能器發(fā)送至多于一個(gè)不重疊的孔徑以獲取數(shù)據(jù)。當(dāng)使用多個(gè)孔徑時(shí)需要這種方法和設(shè)備以增加幀頻，從而提供彩色多普勒以及3D和4D成像需要的數(shù)據(jù)率。
這樣，期望一種系統(tǒng)和方法以獲得表示人體內(nèi)部的多波束掃描的數(shù)據(jù)，其處理上面提到和其它先前經(jīng)歷過的問題。
具體實(shí)施例方式


圖1描述了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的超聲系統(tǒng)100的方框圖。超聲系統(tǒng)100包括多線發(fā)送器102，其驅(qū)動(dòng)換能器106中的元件104以便發(fā)射脈沖超聲信號進(jìn)入人體。多線發(fā)送器102可以發(fā)送N條線。編碼產(chǎn)生器124產(chǎn)生在發(fā)送N條線時(shí)可以使用的一個(gè)或多個(gè)編碼。可以使用多種幾何圖形。超聲信號被來自人體中的像血細(xì)胞或肌肉組織的結(jié)構(gòu)反向散射，以產(chǎn)生返回至元件104的回波。通過多線接收器108接收回波。接收到的回波可以包括M條線，其中M大于用于多線發(fā)送的N。接收到的回波通過實(shí)施波束生成的波束生成器110，該波束生成器包括至少M(fèi)個(gè)接收通道，每條接收線一個(gè)接收通道。波束生成器110傳送數(shù)據(jù)至解碼濾波器126，該解碼濾波器126解碼用于M條接收線的數(shù)據(jù)。下面進(jìn)一步討論編碼產(chǎn)生器124和解碼濾波器126。RF信號然后通過RF處理器112?？商娲?，RF處理器112可以包括復(fù)合解調(diào)器(未示出)，該復(fù)合解調(diào)器解調(diào)RF信號以形成代表回波信號的IQ數(shù)據(jù)對。然后可將RF或IQ信號數(shù)據(jù)直接發(fā)送至RF/IQ緩沖器114以用于臨時(shí)存儲(chǔ)?？梢允褂糜脩糨斎?20輸入病人數(shù)據(jù)、掃描參數(shù)、掃描模式的改變等等。
超聲系統(tǒng)100也包括信號處理器116，其用于處理獲得的超聲信息(也就是RF信號數(shù)據(jù)或IQ數(shù)據(jù)對)以及準(zhǔn)備用于在顯示系統(tǒng)118上進(jìn)行顯示的超聲信息的幀。信號處理器116依據(jù)在獲得的超聲信息上的多個(gè)可選擇的超聲形態(tài)適于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)處理操作。當(dāng)接收到回波信號時(shí)，在掃描過程中可以實(shí)時(shí)處理獲得的超聲信息。此外或可替代地，在掃描過程中可將超聲信息臨時(shí)存儲(chǔ)在RF/IQ緩沖器114中，并在現(xiàn)場或離線操作中以小于實(shí)時(shí)的方式處理超聲信息。
超聲系統(tǒng)100可以以超過每秒50幀的幀頻(接近人眼睛的感知率)連續(xù)地獲得超聲信息。以較低的幀頻在顯示系統(tǒng)118上顯示獲得的超聲信息。所包含的圖像緩沖器122用于存儲(chǔ)不安排立即顯示的獲得的超聲信息的已被處理的幀。優(yōu)選地，圖像緩沖器122具有足夠的容量以便能夠存儲(chǔ)至少相當(dāng)于幾秒的超聲信息的幀。以某種方式存儲(chǔ)超聲信息的幀以便于依據(jù)它的獲得順序或時(shí)間對其檢索。圖像緩沖器122可以包括任何已知的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
圖2描述了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成的超聲系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連接至發(fā)送器12和接收器14的換能器10。換能器10發(fā)送超聲脈沖和接收來自位于掃描的超聲圖像或體積16內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的回波。存儲(chǔ)器20存儲(chǔ)從掃描的超聲圖像或體積16得到的來自接收器14的超聲數(shù)據(jù)。通過各種技術(shù)(例如3D掃描、實(shí)時(shí)3D成像、空間掃描、使用具有定位傳感器的元件陣列的2D掃描、使用體素相關(guān)技術(shù)的徒手掃描、2D或矩陣陣列換能器等)可以獲得圖像或體積16。
移動(dòng)換能器10，比如沿著直線或弧形路徑，同時(shí)掃描圖像。掃描平面18存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器20中，并且然后傳送至掃描變換器42。在一些實(shí)施例中，換能器10可以獲得取代掃描平面18的線，并且存儲(chǔ)器20可以存儲(chǔ)通過換能器10獲得的線而不是掃描平面18。掃描變換器42可以存儲(chǔ)通過換能器10獲得的線而不是掃描平面18。掃描變換器42產(chǎn)生來自單個(gè)掃描平面18的數(shù)據(jù)片。數(shù)據(jù)片存儲(chǔ)于片式存儲(chǔ)器44中，并然后將其傳送至視頻處理器50和顯示器67。
圖3示出了使用兩個(gè)重疊孔徑獲得的圖像150。利用第一和第二發(fā)送波束152和154形成圖像150。多線發(fā)送器102同時(shí)啟動(dòng)第一和第二發(fā)送波束152和154。盡管描述第一和第二發(fā)送波束152和154在圖像150的任一側(cè)上，但是應(yīng)該理解，波束生成器110可將第一和第二發(fā)送波束152和154聚焦和操縱至圖像150內(nèi)部的任何地方。因此，第一和第二發(fā)送波束152和154可以具有不同的焦點(diǎn)或共同的焦點(diǎn)。例如，可以使用第一和第二發(fā)送波束152和154獲得B模式體積、彩色流、多普勒或數(shù)據(jù)模式的組合。
換能器106包括如先前討論的元件104?？梢允褂枚喾N類型的換能器10，包括但不局限于線性、虛擬凸線性、弧形陣列、2D陣列和體積探頭。波束生成器110將元件104分成通過分界線172和174所表示的至少兩個(gè)重疊孔徑。重疊孔徑包括毗鄰元件104。將元件104分成兩個(gè)孔徑，或者將其分成第一和第二子設(shè)備156和158。第一子設(shè)備156包括發(fā)送和接收線以形成第一發(fā)送波束152的元件104。第二子設(shè)備158包括發(fā)送和接收線以形成第二發(fā)送波束154的元件104。發(fā)送波束152和154中的每個(gè)包括多條發(fā)送線。為了清楚起見，分別描述通過來自子設(shè)備156和158內(nèi)部的元件104發(fā)送的發(fā)送線160和162。同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送線160和162。應(yīng)該理解，元件104中的每個(gè)可以發(fā)送單獨(dú)的發(fā)送線160和162。
相對于每條發(fā)送線160和162接收至少一條接收線164-170。在圖3中，基于每條發(fā)送線160和162接收兩條接收線164-170。例如，可以接收多條接收線164-170，比如每發(fā)送線160和162四條。進(jìn)一步將來自全部接收線164-170的接收數(shù)據(jù)處理成單獨(dú)的數(shù)據(jù)組，并將其顯示于顯示器67上。
可以將圖3的元件104分成兩個(gè)相同尺寸的孔徑，或具有相同數(shù)量元件104的第一和第二子設(shè)備156和158。然而，用于第一和第二子設(shè)備156和158的元件不是必須相等的。第一或第二子設(shè)備156和158可以包括大量的元件104。此外，當(dāng)通過波束生成器110操縱第一和第二發(fā)送波束152和154中的一個(gè)或?qū)烧叨歼M(jìn)行操縱時(shí)，可以減少它們各自的孔徑?；趽Q能器10的類型、應(yīng)用協(xié)議等可以預(yù)先確定孔徑。
此外，通過編碼產(chǎn)生器124濾波由元件104的不同子設(shè)備發(fā)送的通過元件104的一個(gè)子設(shè)備接收的回波信號。
圖5描述了利用重疊孔徑獲得的圖像200。波束生成器110將元件104分成具有重疊部分的至少兩個(gè)孔徑。因此，將元件104分成兩個(gè)孔徑或通過分界線216和218表示的第一和第二子設(shè)備202和204。如圖3所示，重疊孔徑包括毗鄰元件104。第一和第二子設(shè)備202和204包括形成公共區(qū)域206的公共元件104。如先前討論的，可將元件104分成多于兩個(gè)的重疊孔徑。
如先前討論的，同時(shí)啟動(dòng)第一和第二發(fā)送波束208和210。例如，使用推挽放大器或線性放大器可以發(fā)送第一和第二發(fā)送波束208和210。放大器位于多線發(fā)送器102之上。當(dāng)使用兩個(gè)或多個(gè)重疊孔徑時(shí)，線性放大器、五級放大器或2N+1級放大器會(huì)是理想的。五級放大器使用+/-10伏和+/-20伏源以提供在-20伏、-10伏、0、+10伏和+20伏上的電壓電平。2N+1級放大器使用數(shù)量N個(gè)放大器以提供多電壓電平。使用五級放大器或2N+1級放大器提供了線性放大器的接近近似值，而不具有線性放大器的負(fù)面因素，比如成本。兩次啟動(dòng)公共區(qū)域206內(nèi)部的元件104，一次相對于第一發(fā)送波束208，一次相對于第二發(fā)送波束210。通過舉例，當(dāng)產(chǎn)生發(fā)送線212和214的元件104位于公共區(qū)域206內(nèi)部時(shí)，兩次啟動(dòng)發(fā)送線212和214。因此增大了公共區(qū)域206內(nèi)部的幀頻。如果N次啟動(dòng)發(fā)送線212和214，那么幀頻增大到N倍，從而及時(shí)提供了提高的分辨率。
圖6描述了可以出現(xiàn)在公共區(qū)域206內(nèi)部的示例性的啟動(dòng)序列。第一啟動(dòng)序列220描述了關(guān)于第一發(fā)送波束208啟動(dòng)的第一發(fā)送脈沖222和關(guān)于第二發(fā)送波束210啟動(dòng)的第二發(fā)送脈沖224。從公共區(qū)域206內(nèi)部的單個(gè)元件104啟動(dòng)第一和第二發(fā)送脈沖222和224，并且每一個(gè)脈沖具有一個(gè)幅度。第一啟動(dòng)序列220描述了其中第一和第二發(fā)送脈沖222和224具有足夠的相移以阻止脈沖222和224重疊的例子。
描述了第二啟動(dòng)序列226，其中第一和第二發(fā)送脈沖222和224具有彼此相對零度的相移。第一和第二發(fā)送脈沖222和224彼此完全重疊，并具有兩個(gè)幅度。
描述了第三啟動(dòng)序列228，其中第一和第二發(fā)送脈沖222和224具有彼此相對180度的相移。第一和第二發(fā)送脈沖222和224基本上彼此抵消，導(dǎo)致了具有零幅度的脈沖。應(yīng)該理解，從第一一直到第三啟動(dòng)序列220、226和228描述了對第一和第二發(fā)送脈沖222和224具有最大影響的相移，并且其它的相移將產(chǎn)生以不同角度重疊的啟動(dòng)序列。
圖7描述了使用具有相控陣列的換能器106獲得的圖像240。相控陣列包括元件104?？梢允褂迷?04的整個(gè)陣列以用于每個(gè)孔徑。波束生成器110獨(dú)立操縱用于每個(gè)孔徑的元件104，并且因此圖像240包括同時(shí)發(fā)送的第一和第二發(fā)送波束242和244。當(dāng)波束生成器110改變發(fā)送波束242和244中一個(gè)或兩個(gè)的焦點(diǎn)時(shí)，可以改變焦點(diǎn)或轉(zhuǎn)向角246。如先前討論的，對應(yīng)于第一發(fā)送波束242發(fā)送多條發(fā)送線254，并且對應(yīng)于第二發(fā)送波束244發(fā)送多條發(fā)送線256。此外，可以接收一條或多條接收線232-238以用于每條發(fā)送線254和256。此外，如先前討論的，使用不同的模式可以發(fā)送第一和第二發(fā)送波束242和244。因此，當(dāng)實(shí)時(shí)獲得圖像240時(shí)，可將多于一個(gè)的模式同時(shí)顯示于顯示器67之上。
多線發(fā)送器102可以利用比如編碼激勵(lì)的發(fā)送模式以發(fā)送第一和第二發(fā)送波束242和244。利用編碼激勵(lì)，第一和第二發(fā)送波束242和244中的每個(gè)具有它們自己的編碼。通過編碼產(chǎn)生器124可以產(chǎn)生編碼。
圖8描述了可以與編碼激勵(lì)一起使用的頻率調(diào)制的線性調(diào)頻信號(chirp signal)的舉例。描述的第一線性調(diào)頻信號250具有由低至高的頻率，并且描述的第二線性調(diào)頻信號252具有由高至低的頻率。因此。第一和第二線性調(diào)頻信號250和252分別具有線性增加和減少的頻率。
使用放大器(比如線性、五級、以及2N+1級放大器的其中一個(gè))，多線發(fā)送器102可以將第一和第二線性調(diào)頻信號250和252結(jié)合成通過發(fā)送線254-256發(fā)送的單個(gè)脈沖，因此同時(shí)發(fā)送第一和第二發(fā)送脈沖242和244。可替代地，在發(fā)送第一和第二線性調(diào)頻信號250和252期間可以結(jié)合時(shí)間偏移(在下面作進(jìn)一步描述)，從而不需要元件104來同時(shí)發(fā)送兩個(gè)信號。也可以使用其它類型的信號，比如二進(jìn)制編碼(例如Barker Golay)。
如果使用推挽放大器，可以實(shí)施時(shí)間偏移或時(shí)間延遲以克服元件104為了第一和第二發(fā)送波束242和244同時(shí)激活的可能性?？商娲兀梢允褂枚鄠€(gè)多線發(fā)送器102。
圖9描述了用于處理接收的編碼激勵(lì)數(shù)據(jù)的子模塊260。子模塊260包括兩個(gè)卷積處理器262和264，盡管應(yīng)該理解可以使用更多卷積處理器。如圖9所示，子模塊260可以是波束生成器110的下游，或者可以將其結(jié)合于ASIC之上，例如，在波束生成器110的內(nèi)部。
元件104同時(shí)發(fā)送第一和第二發(fā)送線254和256。如上面討論的，第一和第二發(fā)送波束242和244包括多條發(fā)送線。元件104然后接收接收線232-238?？梢越邮諉蝹€(gè)接收線232以用于每條發(fā)送線254，或者可以接收多條接收線(比如接收線232和234)以用于每條發(fā)送線254。因此，如果發(fā)送M條線，則可以接收N條線。例如，對于發(fā)送的每條線，可以接收2條或更多條線，比如4條線。因此，如果多線發(fā)送器102發(fā)送2條線，則多線接收器108接收8條線(N*M)。
多線接收器108傳送接收線232-238至波束生成器126。子模塊260逐線地解碼接收線232-238。然后通過解碼濾波器126濾波通過由元件104的不同子設(shè)備傳送的并由元件104的一個(gè)子設(shè)備接收的回波信號。
波束生成器110傳送接收線232-238至子模塊260。將接收線232-238發(fā)送至卷積處理器262和264，其中對它們進(jìn)行并行處理。卷積處理器262使用第一線性調(diào)頻信號250的形狀以卷積接收線232-238，并且輸出代表第一發(fā)送波束242的信號266。卷積處理器264使用第二線性調(diào)頻信號252的形狀以卷積接收線232-238，并且輸出代表第二發(fā)送波束244的信號268?？商娲兀脤?yīng)于適用的發(fā)送編碼的形狀的系數(shù)組可以卷積接收線232-238。因此，相對于由卷積處理器264使用的系數(shù)倒置由卷積處理器262使用的系數(shù)。然后進(jìn)一步處理信號266和268，并將其實(shí)時(shí)顯示于顯示器67上。
圖10描述了利用幾個(gè)不同的頻率獲得的圖像270。換能器106包括元件104的陣列，如先前討論的，已經(jīng)將其分成第一和第二重疊子設(shè)備272和274。第一子設(shè)備272以第一頻率發(fā)送發(fā)送線284。在附近區(qū)域中的第一聚焦點(diǎn)280處聚焦第一發(fā)送波束276。第二子設(shè)備274以第二頻率發(fā)送發(fā)送線286。在遠(yuǎn)處區(qū)域中的第二聚焦點(diǎn)282處聚焦第二發(fā)送波束278。在該例子中，以高頻率發(fā)送第一頻率，并以低頻率發(fā)送第二頻率。應(yīng)該理解，對應(yīng)于多個(gè)子設(shè)備272和274可以確定多個(gè)發(fā)送波束276和278，以允許在不同的深度處聚焦的多個(gè)不同頻率的發(fā)送。如先前討論的，利用用戶輸入120可以實(shí)時(shí)改變聚焦深度。
應(yīng)該理解，可以使用利用了具有編碼或不具有編碼的重疊孔徑的多線發(fā)送模式來獲得具有增大幀頻的多個(gè)其它成像模式，其它成像模式包括3D、4D、時(shí)間分辨率、彩色處理、多普勒等等。
在依據(jù)各種具體實(shí)施例已經(jīng)描述本發(fā)明的同時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識到可以利用在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改來實(shí)踐本發(fā)明。
部件清單



權(quán)利要求
1.一種利用多波束發(fā)送獲得超聲數(shù)據(jù)的方法，包括利用元件的第一子設(shè)備(156)發(fā)送第一發(fā)送波束(152)；以及利用所述元件的第二子設(shè)備(158)發(fā)送第二發(fā)送波束(152)，所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)包括至少一個(gè)公共元件(104)，同時(shí)發(fā)送所述第一和第二波束(152，154)。
2.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將所述元件(104)分成所述第一和第二子設(shè)備(156，158)，所述第一和第二子設(shè)備(156，158)包括元件的至少部分不同的子設(shè)備，所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)中的每個(gè)均包括毗鄰的所述元件(104)。
3.權(quán)利要求1的方法，所述第一和第二發(fā)送波束(152，154)進(jìn)一步包括多條發(fā)送線(160，162)，所述方法進(jìn)一步包括接收用于所述多條發(fā)送線(160)、(162)中每個(gè)的至少兩條接收線(164-170)。
4.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將所述元件(104)分成所述第一和第二子設(shè)備(156，158)，所述第一和第二子設(shè)備(156，158)包括不同的所述元件(104)，所述第一和第二子設(shè)備(156，158)進(jìn)一步包括不同數(shù)量的所述元件(104)。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括從所述至少一個(gè)公共元件(104)發(fā)送分別對應(yīng)于所述第一和第二發(fā)送波束(152，154)的第一和第二發(fā)送線(160，162)。
6.一種超聲系統(tǒng)，包括換能器(106)，包括元件(104)的陣列；波束生成器(110)，用于將所述元件(104)的陣列分成元件的至少第一和第二子設(shè)備(156，158)，所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)至少部分重疊；發(fā)送器(102)，用于驅(qū)動(dòng)所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)，以分別同時(shí)發(fā)送不同的第一和第二發(fā)送波束；以及接收器(108)，用于接收代表所述第一和第二發(fā)送波束的接收線。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)中每個(gè)均包括毗鄰元件。
8.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)中每個(gè)均包括不同數(shù)量的所述元件。
9.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器從所述第一和第二發(fā)送波束(152，154)所共有的至少一個(gè)公共元件分別發(fā)送第一和第二發(fā)送波束。
10.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器分別從所述元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)發(fā)送不同的第一和第二編碼發(fā)送波形。
全文摘要
提供一種利用多波束發(fā)送獲得超聲數(shù)據(jù)的方法。該方法包括利用元件的第一子設(shè)備(156)發(fā)送第一發(fā)送波束(152)和利用元件的第二子設(shè)備(158)發(fā)送第二發(fā)送波束(154)。元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)包括至少一個(gè)公共元件(104)。同時(shí)發(fā)送第一和第二波束(152，154)。將元件(104)分成可以包括元件(104)的至少部分不同的子設(shè)備的第一和第二子設(shè)備(104)。也提供一種超聲系統(tǒng)，其包括包含元件(104)的陣列的換能器(106)和用于將元件(104)的陣列分成元件的至少第一和第二子設(shè)備(156，158)的波束生成器(110)。元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)至少部分重疊。發(fā)送器(102)驅(qū)動(dòng)元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)以分別同時(shí)發(fā)送不同的第一和第二發(fā)送波束(152，154)。接收器(108)接收代表第一和第二發(fā)送波束(152，154)的接收線。發(fā)送器(102)可以從元件的第一和第二子設(shè)備(156，158)發(fā)送不同的第一和第二編碼發(fā)送波形(222，224)。
文檔編號G01S7/523GK1636518SQ200410095029
公開日2005年7月13日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者F·施泰因巴赫, M·施米德 申請人:通用電氣公司