用于超声应用的基于网格的数字微波束成形制造技术

一种用于超声系统的数字微波束成形器装置包括多个互连的节点，其中一个或更多个节点对应于超声系统的至少一个通道。一个或更多个节点被配置成经由相应的波束成形数据路径与一个或更多个其他节点传送数据，并且一个或更多个节点耦接至由一个或更多个其他节点共享的数据输出总线。

Grid based digital microwave beam forming for ultrasonic applications

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超声应用的基于网格的数字微波束成形相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年6月19日提交的代理人案号为B1348.70045US00并且题为“MESH-BASEDDIGITALMICROBEAMFORMINGFORULTRASOUNDAPPLICATIONS”的美国临时申请序列号62/521,750的权益，其全部内容在此通过引用并入本文中。
技术介绍
本公开内容涉及超声成像和/或治疗。特别地，本公开内容涉及用于超声应用的基于网格的数字微波束成形。超声设备可以用于执行诊断成像和/或治疗。超声成像可以用于查看内部软组织身体结构，以及找到疾病的根源或排除任何病理。超声设备使用具有相对于人类可听到的那些频率更高的频率的声波。通过使用探头将超声脉冲发送到组织中来产生超声图像。声波被组织反射，其中不同的组织反射不同程度的声音。这些反射的声波可以被记录并且作为图像被显示给操作者。声音信号的强度(幅度)和波行进通过身体所花费的时间提供用于产生图像的信息。可以使用超声设备形成许多不同类型的图像。这些图像可以是实时图像。例如，可以生成以下图像，这些图像显示组织的二维剖面、血液流动、组织随时间的运动、血液的位置、特定分子的存在、组织的硬度或三维区域的解剖结构。
技术实现思路
在一个实施方式中，一种用于超声系统的数字微波束成形器装置包括多个互连的节点，一个或更多个节点对应于超声系统的单个通道；被配置成经由相应的波束成形数据路径与一个或更多个其他节点传送波束成形数据的一个或更多个节点；以及耦接至由一个或更多个其他节点共享的数据输出总线的一个或更多个节点。在另一实施方式中，超声系统包括其上形成有集成电路系统和超声换能器的互补金属氧化物半导体(CMOS)小片(die)(有时在本文中简称为“MOS”小片)，该集成电路系统还包括数字微波束成形器装置，该数字微波束成形器装置具有多个互连的节点，一个或更多个节点对应于超声系统的单个通道；被配置成经由相应的波束成形数据路径与一个或更多个其他节点传送波束成形数据的一个或更多个节点；以及耦接至由一个或更多个其他节点共享的数据输出总线的一个或更多个节点。附图说明将参照以下附图来描述所公开技术的各个方面和实施方式。应当理解，附图不一定按比例绘制。出现在多个附图中的项在它们出现的所有附图中通过相同的附图标记指示。图1是根据示例性实施方式的包括基于网格的数字微波束成形器的单片式超声设备的示意性框图；图2是更详细地示出图1的某些部件的示意性框图；图3是根据示例性实施方式的基于网格的数字微波束成形器的示意图；图4是根据另一示例性实施方式的基于网格的数字微波束成形器的示意图；图5是更详细地示出根据示例性实施方式的图3的单个微波束成形器网格单元的架构的示意图；图6是更详细地示出图4的单个微波束成形器网格单元的示意图；图7是更详细地示出根据另一示例性实施方式的图4的单个微波束成形器网格单元的架构的示意图；图8是更详细地示出图7的单个微波束成形器网格单元的示意图；图9是图3的基于网格的数字微波束成形器的示意图，其被突出显示以说明使用四个单个微波束成形器网格单元的组合动态地配置的示例性子阵列；图10是示出由图9中示出的子阵列执行的延迟操作的一种可能的实现的示意图；图11是示出由图9中示出的子阵列执行的延迟操作的另一种可能的实现的示意图；图12是示出由图9中示出的子阵列执行的延迟操作的另一种可能的实现的示意图；以及图13是示出图12在下一个时间序列之后的实现的示意图。具体实施方式下文参照附图更全面地描述本公开内容的实施方式，在附图中示出了本公开内容的一些实施方式但非所有实施方式。实际上，本公开内容可以以许多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开内容清楚地满足适用的法律要求。相同的附图标记始终指代相同的元件。在大型二维相控阵超声系统中，将所有数据从独立的传感器传送至图像处理和重建系统会非常昂贵。用于减少通道数的一种方法是通过将二维阵列划分为较小的二维子阵列来执行靠近传感器节点的图像形成过程的一部分。然后将子阵列内的通道延迟并组合以产生关于整个子阵列的一个信号。为了创建高质量的图像，在子阵列内组合信号的方法类似于由下游处理使用以形成完整图像的波束成形过程。这种方法能够利用集成的接收器设备的显著较低的带宽实现3D实时超声成像(或具有较好的切片选择和分辨率的实时、较高质量的2D成像)。使用低功率集成模数转换器(ADC)架构，可以对来自阵列中的每个通道的信号进行本地数字化。本文公开了一种对子阵列内的数字化元件执行微波束成形的方法。简而言之，该方法采用分布式网格，在分布式网格中，一个或更多个节点能够组合并递增地延迟来自其相邻节点的信号，并且在一些实施方式中，一个或更多个节点能够组合并递增地延迟来自其相邻节点的信号。网格的配置是完全可编程的。这样的数字微波束成形器的优点包括，例如，配置子阵列几何形状的灵活性以及波束成形器的更快的设计时间(与模拟波束成形器相比)。波束成形是指使来自多个通道的信号延迟以使信号在给定方向上进行声学对准的操作。例如，在具有用于聚焦在成像场景中的特定点处的延迟的线性换能器阵列中，中心元件比外部元件延迟得多。在微波束成形架构中，整个阵列的延迟被分解为精细的子阵列内延迟分布和粗糙的子阵列间延迟分布。当对微波束成形的子阵列信号执行最终波束成形时，最终结果(至一阶)等于完全波束成形的结果。优点在于，更少的通道从传感器设备(包括集成的接收电子器件和微波束成形器)传送至处理设备。图1示出了实施本文中描述的技术的各个方面的单片式超声设备100的说明性示例。如图所示，设备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、数字微波束成形器电路108、定时和控制电路110、信号调节/处理电路112、电力管理电路114和可选地高强度聚焦超声(HIFU)控制器116。在示出的实施方式中，所有示出的元件形成在单个半导体小片118上。然而，应当理解，在可替选实施方式中，示出的元件中的一个或更多个元件可以替代地位于片外，例如位于不同的小片上。还应当理解，可以以许多方式中的任何一种来执行示出的部件中的一个或更多个部件之间的通信。在一些实施方式中，例如，可以使用如由统一北桥所采用的一个或更多个高速总线(未示出)来实现高速芯片内的通信或与一个或更多个片外部件的通信。一个或更多个换能器阵列102可以采取许多形式中的任何一种形式，并且本技术的各方面并不一定要求使用任何特定类型或布置的换能器单元或换能器元件。实际上，尽管在本说明书中使用术语“阵列”，但是应当理解，在一些实施方式中，换能器元件可以不以阵列形式来组织，而是替代地可以以一些非阵列方式来布置。在各种实施方式中，阵列102中的换能器元件中的每个可以例如包括一个或更多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声系统的数字微波束成形器装置，包括：/n多个互连的节点，一个或更多个节点对应于所述超声系统的至少一个通道；/n被配置成经由相应的波束成形数据路径与一个或更多个其他节点传送数据的一个或更多个节点；以及/n耦接至由一个或更多个其他节点共享的数据输出总线的一个或更多个节点。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170619 US 62/521,7501.一种用于超声系统的数字微波束成形器装置，包括：
多个互连的节点，一个或更多个节点对应于所述超声系统的至少一个通道；
被配置成经由相应的波束成形数据路径与一个或更多个其他节点传送数据的一个或更多个节点；以及
耦接至由一个或更多个其他节点共享的数据输出总线的一个或更多个节点。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或更多个节点与至少四个相邻的节点传送数据。


3.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或更多个节点与至少八个相邻的节点传送数据。


4.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括：
数字延迟单元，所述数字延迟单元具有耦接至多个波束成形数据输入中的第一选择的波束成形数据输入的输入；以及
算术逻辑单元，所述算术逻辑单元被配置成将所述数字延迟单元的输出与所述多个波束成形数据输入中的第二选择的波束成形数据输入组合以生成波束成形数据输出。


5.根据权利要求4所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括：
第一多路复用器，所述第一多路复用器被配置成选择所述多个波束成形数据输入中的一个波束成形数据输入；以及
第二多路复用器，所述第二多路复用器被配置成选择所述多个波束成形数据输入中的一个波束成形数据输入，其中，所述第一多路复用器和第二多路复用器被独立的控制信号控制。


6.根据权利要求5所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括第三多路复用器，所述第三多路复用器被配置成选择性地将所述波束成形数据输出耦接至所述数据输出总线。


7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述波束成形数据输出包括至一个或更多个其他节点的输入。


8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述数字延迟单元还包括：
缓冲器；
写入选择电路系统，所述写入选择电路系统被配置成控制所述缓冲器中的要向其写入数据输入流的第一位置；以及
读取选择电路系统，所述读取选择电路系统被配置成控制所述缓冲器中的从其要读取要作为延迟的数据输入流被提供给所述算术逻辑单元的数据的第二位置。


9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述数字延迟单元被配置成通过所述缓冲器的一个或多个延迟元件使所述数据输入流移位。


10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述数字延迟单元还包括：
缓冲器；
写入选择电路系统，所述写入选择电路系统被配置成控制所述缓冲器中的要向其写入数据输入流的第一位置；以及
读取选择电路系统，所述读取选择电路系统被配置成控制所述缓冲器中的要从其读取要作为延迟的数据输入流被提供给所述算术逻辑单元的数据的第二位置。


11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述数字延迟单元被配置成通过所述缓冲器的一个或更多个延迟元件使所述数据输入流移位。


12.根据权利要求10所述的装置，其中，数字延迟单元被配置成使指向所述缓冲器的读取指针和写入指针移位。


13.根据权利要求8所述的装置，其中，数字延迟单元被配置成使指向所述缓冲器的读取指针和写入指针移位。


14.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括：
数字延迟单元，所述数字延迟单元具有耦接至多个波束成形数据输入中的第一选择的波束成形数据输入的输入；以及
算术逻辑单元，所述算术逻辑单元被配置成将所述数字延迟单元的输出与所述多个波束成形数据输入中的第二选择的波束成形数据输入和所述多个波束成形数据输入中的第三选择的波束成形数据输入组合以生成波束成形数据输出。


15.根据权利要求14所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括：
第一多路复用器，所述第一多路复用器被配置成选择所述多个波束成形数据输入中的一个波束成形数据输入；
第二多路复用器，所述第二多路复用器被配置成选择所述多个波束成形数据输入中的一个波束成形数据输入；以及
第三多路复用器，所述第三多路复用器被配置成选择所述多个波束成形数据输入中的一个波束成形数据输入，其中，所述第一多路复用器、第二多路复用器和第三多路复用器被独立的控制信号控制。


16.根据权利要求15所述的装置，其中，一个或更多个节点还包括第四多路复用器，所述第四多路复用器被配置成选择性地将所述波束成形数据输出耦接至所述数据输出总线。


17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述波束成形数据输出包括至一个或更多个其他节点的输入。


18.一种超声系统，包括：
其上形成有集...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰勒·S·拉尔斯顿，内华达·J·桑切斯，
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