一种超声成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声成像装置及成像方法，本发明专利技术与传统超声成像装置相比，本发明专利技术每次用于发射和接收的阵元最少可以是一个，从而大大简化了发射和接收电路的成本，以及通道数降低带来的发射和接收电路的功耗也急剧降低；另外，由于在扫描成像模块中省去了发射多通道延时控制、接收多通道波束合成、动态滤波等信号处理，该控制和信号处理电路也变得极其的简单，从而大大降低了执行这些控制和信号处理的FPGA或DSP的要求，进一步降低了电路的功耗和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超声成像装置及成像方法
本专利技术涉一种仅用最少可以为单个阵元的发射和接收实现低功耗、低成本的超声成像装置及其成像方法。
技术介绍
传统超声成像步骤为每次扫描时根据设定的发射焦点的位置设置不同阵元的发射聚焦延时参数，多通道发射延时控制装置根据这些延时参数产生不同延时的发射波形，由于该控制装置输出为低压信号，低压信号再经过高压驱动后产生高压发射波形，这些不同延时的高压发射波形激励了探头上的阵元后，阵元产生超声信号，不同延时的超声信号在超声成像介质内设定的发射焦点位置聚焦，获得能量很集中的发射声场。超声波在介质(所谓的介质可以是医学超声成像里的人体组织或者工业无损检测中混凝土或者钢块等)内传播遇到散射或反射目标时产生散射回波或反射回波。装置利用发射波束附近的至少16个阵元接收散射和反射回波。为了避免用于发射的高压信号破坏接收电路，在接收电路前需要将高压的发射信号隔离。由于接收的回波很弱，需要对接收的微弱信号进行放大、滤波等模拟信号处理后进行模数转换(ADC)，获得的数字信号再输入FPGA或者DSP等高速数字信号处理器件进行接收波束合成。根据接收扫描线的位置计算回波到达不同探头阵元的延时，对所述阵元的回波信号经过不同的延时处理后相叠加即实现了接收波束合成，在接收波束合成时可采用动态孔径技术，从而获得较好的合成后信号的信噪比、较好的图像空间分辨率、较少的近场杂波干扰。所谓动态孔径技术就是在较浅位置使用较少阵元的回波合成，在较深位置使用较多的阵元回波合成。波束合成后的信号经过动态滤波、包络(幅度)检测、对数压缩等数字信号处理后上传到主机模块做进一步的图像后处理以及显示数字扫描转换(DSC)等处理后输出到显示器显示。为了获得好的空间分辨率，需要大的成像孔径，即需要比16大得多的阵元数同时用于发射和接收，现有产品中一般采用的物理通道数至少为64通道，即同时可以有最多64个阵元用于发射和接收。如此多的通道数同时发射和接收，相应的硬件成本非常高，而且为了支持那么多的通道数，相应的控制和接收波束合成的复杂度也非常高。即便如此，由于发射无法实现不同深度动态聚焦，因此采用多焦点拼接技术(即每次成像设置不同的发射焦点深度，然后多次成像信号拼接后再用于最后成像处理)虽然可以一定程度上改善不同深度的全场分辨率的均匀性，但大大牺牲了成像的帧率。此外，每次扫描并行大量的阵元参与发射、以及多通道器件的功耗导致传统超声的功耗都非常大(大的可以达到数百瓦)。在CN102697524中公开了仅用1～4个阵元发射球面波并用多个接收阵元并行波束合成多个波束，相邻发射扫描的接收波束再相加的成像方法。该方法虽然大大降低了发射功率，且通过相邻发射扫描的接收波束相加实现了发射的动态聚焦。但该方法依然要求系统有较多的接收通道用于并行的接收波束合成，而且要求有较大数量的并行波束合成实时计算，因此接收通道的硬件复杂度和成本甚至比传统超声成像还高，导致系统复杂度和功耗依然居高不下。
技术实现思路
针对上述问题中提到的不足之处，本专利技术提供一种超声成像装置及成像方法，为了实现上述目的，本专利技术由以下技术方案实现。一种超声成像装置，包括探头机构、成像扫描机构和主机机构，所述探头机构、成像扫描机构和主机机构依次电连接，所述探头机构包括探头，所述探头内设置有多个阵元；所述成像扫描机构包括高压驱动装置、模拟信号处理装置、模数转化器和控制/数据接口装置，其中，所述高压驱动装置用于接收主机机构传送的发射控制参数信号，所述发射控制参数信号可以包括发射波形和发射脉冲重复周期，所述发射波形经过高压驱动后生成的高压信号传送给所述探头机构，所述模拟信号处理装置用于将接收的所述超声波回波信号依次进行高压发射隔离、放大、滤波处理，并将处理后的回波信号传送给模数转化器，在所述模拟信号处理装置中设置有一个高压发射隔离电路，该高压隔离电路的作用是输入的超声波回波信号的电压可能是几十伏，但输出却能够控制在1伏以下，从而起到保护后续接收电路的作用，所述模数转化器用于将所述处理后的回波信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给控制/数据接口装置，所述控制/数据接口装置用于缓存接收的所述数字信号，并经过数据接口上传到主机机构，还用于接收所述主机机构发送给所述成像扫描机构的控制参数信号，所述控制参数信号至少包括发射控制参数信号，并将所述发射控制参数信号传送给所述高压驱动装置；所述主机机构包括控制装置和数字信号处理装置，其中，所述控制装置用于产生成像扫描机构所需的参数，并将所述参数通过所述控制/数据接口装置传送到所述成像扫描机构。所述数字信号处理装置与所述控制/数据接口装置电连接，包括第一处理部分和第二处理部分，所述第一处理部分用于对所述不同次扫描的回波的数字信号进行波束合成，所述第二处理部分用于对波束合成输出的信号进行处理生成超声图像，并将生成超声图像上传到显示器上输出显示。所述数字信号处理装置中的所述第一处理部分安装在所述成像扫描装置内，波束合成的输出信号再通过控制/数据接口装置上传到所述主机机构进行所述第二处理部分的处理。一种超声成像装置的超声成像方法，包括以下步骤：步骤1，预先设置成像扫描机构的控制参数，所述发射控制参数信号经过高压驱动装置处理后获得高压信号，将所述高压信号发送给探头机构；步骤2，在所述高压信号的作用下，探头开始进行发射和接收信号，并将接收的超声波回波信号传输给所述成像扫描机构；步骤3，对所述超声波回波信号进行模拟信号处理、模数转化得到数字信号，对所述数字信号进行缓存及上传主机机构；步骤4，对上传的所述数字信号进行波束合成处理得到波束合成信号，对所述波束合成信号进行进一步的数字信号处理得到超声图像，并上传至显示器。步骤1具体包括如下步骤：步骤1.1，将用户设定的成像条件输入主机机构内的控制装置内，通过计算或读取用户设定的成像条件获得成像扫描机构的控制参数，控制参数为发射波形控制信号、脉冲重复周期信号，所述成像扫描机构的控制参数信号以低压的电压信号形式通过控制/数据接口装置发送到所述成像扫描机构，步骤1.2，所述成像扫描机构内的高压驱动装置将接收的控制参数信号转换为用于发射的高压信号，并将所述高压信号发送给探头机构内的探头。在步骤2中，每次扫描时探头内至少一个阵元被接收的高压信号激励后产生超声波并发射到介质中，所述超声波进入介质碰到目标后产生散射或反射的超声波回波，每次扫描时至少一个阵元用于接收所述超声波回波，并将所述超声波回波信号传输给所述成像扫描机构。步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1，模拟信号处理装置将接收的所述超声波回波信号依次进行高压发射隔离、放大、滤波处理，并将处理后的回波信号传送给模数转化器，步骤3.2，所述模数转化器将所述处理后的回波信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给控制/数据接口装置，步骤3.3，所述控制/数据接口装置缓存接收的所述数字信号，并经过数据接口上传到所述主机机构。步骤4具体包括如下步骤：步骤4.1，数字信号处理装置根据发射阵元、接收阵元和接收扫描线的空间位置确定的延时参数对所述控制/数据接口装置上传的不同次扫描的回波的数字信号进行延时叠加，从而同时实现发射和接收的波束合成，形成波束合成信号，步骤4.2，对所述波束合成信号进行动态滤波、包络检波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声成像装置，其特征在于，包括探头机构(1)、成像扫描机构(2)和主机机构(3)，所述探头机构(1)、成像扫描机构(2)和主机机构(3)依次电连接，所述探头机构(1)包括探头，所述探头内设置有多个阵元；所述成像扫描机构(2)包括高压驱动装置(10)、模拟信号处理装置(5)、模数转化器(6)和控制/数据接口装置(7)，其中，所述高压驱动装置(10)用于接收主机机构(3)传送的发射控制参数信号，所述发射控制信号可以包括发射波形和发射脉冲重复周期，所述发射波形信号经过高压驱动后生成的高压信号传送给所述探头机构(1)，所述模拟信号处理装置(5)用于将接收的所述超声波回波信号依次进行高压发射隔离、放大、滤波处理，并将处理后的回波信号传送给模数转化器(6)，所述模数转化器(6)用于将所述处理后的回波信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给控制/数据接口装置(7)，所述控制/数据接口装置(7)用于缓存接收的所述数字信号，并经过数据接口上传到主机机构(3)，还用于接收所述主机机构(3)发送给所述成像扫描机构(2)的控制参数信号，并将所述发射控制参数信号传送给所述高压驱动装置(10)；所述主机机构(3)包括控制装置(8)和数字信号处理装置(9)，其中，所述控制装置(8)用于产生成像扫描机构的控制参数，并将所述参数通过所述控制/数据接口装置(7)传送到所述成像扫描机构(2)。所述数字信号处理装置(9)与所述控制/数据接口装置(7)电连接，包括第一处理部分和第二处理部分，所述第一处理部分用于对不同次扫描的回波的所述数字信号进行波束合成，所述第二处理部分用于对波束合成输出的信号进行处理生成超声图像，并将生成超声图像上传到显示器上输出显示。...

【技术特征摘要】
1.一种超声成像装置，其特征在于，包括探头机构(1)、成像扫描机构(2)和主机机构(3)，所述探头机构(1)、成像扫描机构(2)和主机机构(3)依次电连接，所述探头机构(1)包括探头，所述探头内设置有多个阵元，每次扫描用于发射和接收的阵元最少为一个，每完成一次所述探头内所有阵元的扫描，获得一帧所述所有阵元的超声波回波信号；所述成像扫描机构(2)包括高压驱动装置(10)、模拟信号处理装置(5)、模数转化器(6)和控制/数据接口装置(7)，其中，所述高压驱动装置(10)用于接收主机机构(3)传送的发射控制参数信号，所述发射控制参数信号包括发射波形和发射脉冲重复周期，所述发射波形经过高压驱动后生成的高压信号传送给所述探头机构(1)，所述模拟信号处理装置(5)用于将接收的所述超声波回波信号依次进行高压发射隔离、放大、滤波处理，并将处理后的回波信号传送给模数转化器(6)，所述模数转化器(6)用于将所述处理后的回波信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给控制/数据接口装置(7)，所述控制/数据接口装置(7)用于缓存接收的所述数字信号，并经过数据接口上传到主机机构(3)，还用于接收所述主机机构(3)发送给所述成像扫描机构(2)的发射控制参数信号，并将所述发射控制参数信号传送给所述高压驱动装置(10)；所述主机机构(3)包括控制装置(8)和数字信号处理装置(9)，其中，所述控制装置(8)用于产生成像扫描机构的控制参数，并将所述参数通过所述控制/数据接口装置(7)传送到所述成像扫描机构(2)；所述数字信号处理装置(9)与所述控制/数据接口装置(7)电连接，包括第一处理部分和第二处理部分，所述第一处理部分用于对不同次扫描的回波的所述数字信号进行波束合成，所述第二处理部分用于对波束合成输出的信号进行处理生成超声图像，并将生成超声图像上传到显示器上输出显示，其中，数字信号处理装置(9)根据发射阵元、接收阵元和接收扫描线的空间位置确定的延时参数对所述控制/数据接口装置(7)上传的不同次扫描的回波的数字信号进行延时叠加，从而同时实现发射和接收的波束合成，形成波束合成信号，并且，所述数字信号处理装置(9)对所述波束合成信号进行动态滤波、包络检波、对数压缩、显示数字扫描转换处理过程获得超声图像，将所述超声图像输出到显示器上进行显示，对不同次扫描的回波的数字信号进行延时叠加时，通过直接查找延时查找表实现快速波束合成。2.根据权利要求1所述的一种超声成像装置，其特征在于，所述数字信号处理装置中的所述第一处理部分安装在所述成像扫描机构(2)内，波束合成的输出信号通过控制/数据接口装置(7)上传到所述主机机构(3)进行所述第二处理部分的处理。3.根据权利要求1所述的一种超声成像装置的超声成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，预先设置成像扫描机构(2)的控制参数，发射的控制参数信号经过高压驱动装置(10)处理后获得高压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，
申请(专利权)人：张鸿，
类型：发明
国别省市：北京;11