超声信号处理电路系统和相关设备及方法技术方案

描述了超声信号处理电路系统和相关设备及方法。与由超声换能器阵列执行的各个采集相对应的各个信号样本组可以通过被变换至傅立叶域并且经由应用一个或更多个加权函数来被进行处理。经变换的各个信号组可以在傅立叶域中彼此结合，以获得可以被用于图像形成的经傅立叶复合的信号集。

Ultrasonic signal processing circuit system and related equipment and method

The ultrasonic signal processing circuit system and related equipment and method are described. Each signal sample group corresponding to each acquisition performed by the ultrasonic transducer array can be processed by being transformed into the Fourier domain and by applying one or more weighting functions. The transformed signal sets can be combined with each other in the Fourier domain to obtain a Fourier composite signal set that can be used for image formation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声信号处理电路系统和相关设备及方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年1月15日提交的美国申请序列号14/997,381的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开内容的各方面涉及超声信号处理电路系统，并且涉及相关的超声设备和方法。
技术介绍
用于医疗应用的超声换能器阵列通常产生大量的数据，以根据需要产生超声图像以用于医疗应用。期望的图像的质量和复杂度越高，通常需要的数据越多。将多个通道的模拟信号从超声换能器阵列传送至超声系统的控制和处理电子设备的问题限制了改善超声成像的分辨率并且实现高质量3D容积成像所需的更大且更密集的换能器阵列的效用。
技术实现思路
本公开内容描述了对从基于超声换能器的成像系统中的超声换能器阵列接收的信号进行处理的各方面，包括用于处理信号的数字和模拟电路系统。数字电路系统包括接收电路系统，所述接收电路系统被配置成执行与由超声换能器阵列执行的不同的数据采集相对应的超声信号的傅立叶域复合。一些实施方式针对超声装置。超声装置包括：半导体管芯(semiconductordie)；多个微机械超声换能器元件，其被集成在半导体管芯上并且被配置成响应于检测到超声信号而输出电信号；以及接收电路系统，其耦接至所述多个微机械超声换能器元件。接收电路系统被配置成：基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第一电信号来获得表示第一采集的第一信号样本集；基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第二电信号来获得表示第二采集的第二信号样本集；对第一信号样本集应用傅立叶变换以生成第一经傅立叶变换的信号集并且对第二信号样本集应用傅立叶变换以生成第二经傅立叶变换的信号集；以及至少部分地通过将第一经傅立叶变换的信号集与第二经傅立叶变换的信号集结合来生成经傅立叶复合的信号集(Fourier-compoundedsetofsignals)。一些实施方式提供了由超声装置执行的方法，该超声装置包括：半导体管芯；多个微机械超声换能器元件，其被集成在半导体管芯上并且被配置成响应于检测到超声信号而输出电信号；以及接收电路系统，其耦接至所述多个微机械超声换能器元件。所述方法包括使用接收电路系统来执行：基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第一电信号来获得表示第一采集的第一信号样本集；基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第二电信号来获得表示第二采集的第二信号样本集；对第一信号样本集应用傅立叶变换以生成第一经傅立叶变换的信号集并且对第二信号样本集应用傅立叶变换以生成第二经傅立叶变换的信号集；以及至少部分地通过将第一经傅立叶变换的信号集与第二经傅立叶变换的信号集结合来生成经傅立叶复合的信号集。附图说明将参照下面的附图来描述所公开的技术的各个方面和实施方式。应当理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个附图中的项目在其中它们出现的所有附图中由相同的附图标记表示。图1是体现所公开的技术的各个方面的单片式超声装置的说明性示例的框图。图2是示出在一些实施方式中用于给定换能器元件的发送(TX)电路系统和接收(RX)电路系统可以如何被用于激励元件以发出超声脉冲、或者对来自元件的表示由换能器元件感测的超声脉冲的信号进行接收和处理的框图。图3示出了根据本文中描述的技术的一些实施方式的与单个衬底超声装置的衬底集成的超声换能器的说明性布置。图4是根据本文中描述的技术的一些实施方式的RX电路系统的数字处理框的框图。图5A至图5F示出了根据本文中描述的技术的一些实施方式的由RX电路系统的数字处理框执行的处理。图6是根据本文中描述的技术的一些实施方式的执行傅立叶域复合的信号处理方法的示例的流程图。具体实施方式本公开内容的各方面涉及对从超声换能器阵列接收的信号的数字信号处理。在一些实施方式中，超声换能器阵列和电路系统可以被集成在单个互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片或衬底上，或者可以在超声探头内的多个芯片上。本公开内容提供了独特的、成本有效的且可缩放的集成信号处理架构，以对来自超声换能器元件或超声换能器元件组的信号进行处理，并且提供对于高级高质量成像应用足够鲁棒的数据。因此，本公开内容的各方面提供了一种可以与具有集成的超声换能器(例如，CMOS超声换能器)和数字电路系统的单个衬底超声装置一起使用的架构。本公开内容描述了对从基于超声换能器的成像系统中的超声换能器阵列接收的信号进行处理的各方面。特别地，本公开内容描述了对与由超声换能器阵列执行的各个采集相对应的各个信号组进行处理的各方面。与由超声换能器阵列执行的各个采集相对应的各个电信号组可以使用模拟电路系统进行处理，并被采样以获得各个数字信号样本组。转而，各个数字信号样本组可以至少部分地通过被变换到傅立叶域并且可选地经由应用一个或更多个加权函数来被数字电路系统进行处理。经变换的信号组可以在傅立叶域中彼此结合以获得可以被用于图像形成的经傅立叶复合的信号集。使用通过多次采集获得的数据的超声图像形成的常规方法在时域中对数据进行复合。相比之下，本文中描述的傅立叶域复合技术允许在对获得的信号进行复合之前在傅立叶域中对所述信号进行调节，这引起更高质量的超声成像。因此，在一些实施方式中，从由超声换能器在多个相应采集期间收集的电信号获得多个信号样本集。在可选的数据缩减和时域调节之后，可以将多个信号样本集中的每个信号样本集变换到傅立叶域，其中，在应用频域调节之后，可以在傅立叶域中对经变换的信号样本集进行复合以获得经傅立叶复合的数据以用于超声图像形成。在一些实施方式中，可以在两个阶段中将与采集相对应的信号样本集变换至傅立叶域。在两个阶段中的每个阶段中，对信号样本集应用一维快速傅立叶变换(FFT)。信号样本集可以包括多组信号样本，其中，多个组中的每个组与一通道相对应。在第一阶段中，相对于时间对多组信号样本中的每组信号样本应用一维FFT。作为由第一阶段执行的处理的结果而获得的复数值化数据包括多组复数值，多组复数值中的每组复数值与多个频率窗口(frequencybin)中的相应频率窗口相对应。在第二阶段中，对多组复数值中的每组复数值应用一维FFT。在下面进一步描述以上描述的各方面和实施方式以及另外的方面和实施方式。这些方面和/或实施方式可以被独立使用、全部一起使用、或者以两种或更多种的任意组合的形式使用，因为本文中描述的技术在该方面不受限制。图1示出了体现本文中描述的技术的各个方面的单片式超声装置100的说明性示例。如所示出的，装置100可以包括一个或更多个换能器布置(例如，阵列)102、发送(TX)电路系统104、接收(RX)电路系统106、定时与控制电路108、信号调节/处理电路110、电力管理电路118和/或高强度聚焦超声(HIFU)控制器120。在所示出的实施方式中，所有示出的元件形成在单个半导体管芯112上。然而，应当理解的是，在可替选的实施方式中，示出的元件中的一个或更多个可以替代地位于片外。此外，尽管示出的示例示出了TX电路系统104和RX电路系统106两者，但是在可替选的实施方式中，可以采用仅TX电路系统或仅RX电路系统。例如，这样的实施方式可以在如下情况下被采用：一个或更多个仅发送装置100被用于发送声学信号并且一个或更多个仅接收装置100被用于接收已经被发送通过或者反射离开被进行超声成像的受试体的声学信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声装置，包括：半导体管芯；多个微机械超声换能器元件，其被集成在所述半导体管芯上并且被配置成响应于检测到超声信号而输出电信号；以及接收电路系统，其耦接至所述多个微机械超声换能器元件并且被配置成：基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第一电信号来获得表示第一采集的第一信号样本集；基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第二电信号来获得表示第二采集的第二信号样本集；对所述第一信号样本集应用傅立叶变换以生成第一经傅立叶变换的信号集并且对所述第二信号样本集应用傅立叶变换以生成第二经傅立叶变换的信号集；以及至少部分地通过将所述第一经傅立叶变换的信号集与所述第二经傅立叶变换的信号集结合来生成经傅立叶复合的信号集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 US 14/997,3811.一种超声装置，包括：半导体管芯；多个微机械超声换能器元件，其被集成在所述半导体管芯上并且被配置成响应于检测到超声信号而输出电信号；以及接收电路系统，其耦接至所述多个微机械超声换能器元件并且被配置成：基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第一电信号来获得表示第一采集的第一信号样本集；基于由所述多个微机械超声换能器元件提供的第二电信号来获得表示第二采集的第二信号样本集；对所述第一信号样本集应用傅立叶变换以生成第一经傅立叶变换的信号集并且对所述第二信号样本集应用傅立叶变换以生成第二经傅立叶变换的信号集；以及至少部分地通过将所述第一经傅立叶变换的信号集与所述第二经傅立叶变换的信号集结合来生成经傅立叶复合的信号集。2.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述接收电路系统还被配置成：基于由所述多个超声微机械换能器元件提供的第三电信号来获得表示第三采集的第三信号样本集；对所述第三信号样本集应用傅立叶变换以生成第三经傅立叶变换的信号集；以及至少部分地通过将所述第一经傅立叶变换的信号集、所述第二经傅立叶变换的信号集和所述第三经傅立叶变换的信号集结合来生成所述经傅立叶复合的信号集。3.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述第一信号样本集包括多组信号样本，所述多组信号样本中的每组信号样本与多个通道中的相应通道相关联。4.根据权利要求3所述的超声装置，其中，所述接收电路系统被配置成至少部分地通过以下操作来对所述第一信号样本集应用傅立叶变换：相对于时间对所述第一信号样本集应用第一一维快速傅立叶变换FFT以获得复数值化数据，所述应用包括：相对于时间对所述多组信号样本中的每组信号样本应用所述第一一维FFT。5.根据权利要求4所述的超声装置，其中，所述接收电路系统还被配置成：在对所述第一信号样本集应用所述第一一维FFT之前，对所述第一信号样本集应用时域加权。6.根据权利要求4所述的超声装置，其中，所述复数值化数据包括多组复数值，所述多组复数值中的每组复数值与多个频率窗口中的相应频率窗口相关联，并且其中，所述接收电路系统还配置成至少部分地通过相对于横向距离对所述复数值化数据应用第二一维FFT来对所述第一信号样本集应用傅立叶变换，所述应用包括：对所述多组复数值中的每组复数值应用所述第二一维FFT。7.根据权利要求6所述的超声装置，其中，所述接收电路系统还被配置成：在对所述复数值化数据应用所述第二一维FFT之前，对所述复数值化数据应用频域加权。8.根据权利要求1所述的超声装置，其中，所述第一经傅立叶变换的信号集包括第一多个复数值，其中，所述第二经傅立叶变换的信号集包括第二多个复数值，并且其中，将所述第一经傅立叶变换的信号集与所述第二经傅立叶变换的信号集结合包括：将所述第一多个复数值中的复数值与所述第二多...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰勒·S·拉尔斯顿，
申请(专利权)人：蝴蝶网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US