超声波探测设备及方法技术

一个超声换能器产生一种响应于被反射超声信号的接收信号．被反射超声信号的极性和相位信息，可以通过对此接收信号以特别的增益函数进行时间选择放大而获得．这种特别的增益函数是从接收信号本身导出，并与接收信号的极性无关．（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超声波探测设备，该设备包括一个超声波换能器，产生供给换能器激励信号的装置和探测换能器接收反射后信号的装置。最近以来，这种超声波探测设备广泛应用于各种体格检查和专门的检查。当用于医疗目的时，超声波的优点是对于患者健康无有害作用，不仅可以长期使用，而且超声波检查是一种无损伤的检查。但是，特别是在医疗方面使用时还存在缺点，这就是由超声波探测所获得的图象仅仅能够表示出人体器官的轮廓，因此要想正确地解释这种图象必须要有许多经验。仅仅能得到一个表示出轮廓的图象的原因，是由于至今要想得到如下所述的探测似乎是不可能的，即当超声波换能器发送出去的信号被反射回来以后，应当确定反射信号的相位和或确定反射信号相对于初始信号的极性关系。此种相位和或极性关系的信息在通常的电探测方法中是完全被丢失了。没有这种相位和或极性关系将不可能确定反射的超声信号，是否是由于从声学密介质向声学疏介质过渡的结果，或是正好相反。如果能确切地从反射信号中获得这种信号，将能在轮廓线之间的超声图象配以灰色甚至彩色，这将使图象的清晰度显著地提高和便于说明。本专利技术的目的就在于提供一种超声波探测设备，该设备能够确定被反射的超声波信号的相位和/或极性。因此不仅可以探测出反射讯号是否由于从声学密介质向疏介质过渡所引起或者是相反，还可以将接收到的信号积分以得到有关声学阻抗的信息。为此，本专利技术提供一种上述形式的设备，其中的探测装置是如下安置的，将接收的信号进行时间选择地放大，其增益函数是从接收信号导出的，因此在任何情况下都可以从反射后接收的信号获得有关极性的信息。如果在发射和接收的时候换能器的响应特性为已知，则可以从接收到的反射信号中获得想要得知的极性信息。诚然，要从接收信号中获得想要得知的极性信息，也可以根据已知的响应特性将此信号进行重叠合法计算，但是要对每一个接收信号进行这种计算将是十分费时间的。事实上要得到一幅超声波图象需要许多个发射脉冲，每一个发射脉冲都会使接收信号有多个脉冲，其数目取决于发射信号在穿过被检测物体时被反射的次数。由于要进行大量的这种重叠合法计算是十分费时的，因而实际上不能实时地将超声波图象显示出来，但是实时显示对于大多数的用途是非常需要的。按照本专利技术，最好将激励信号按照换能器的响应特性成形，以便使接收到的反射信号具有预期的波形，在任何时间都可以简单地确定信号的极性。若是接收信号在以后还要进行重叠合法计算，则本专利技术还可提供尽可能快的处理速度，此外，按照本专利技术的设备还必然具有以下附加优点，即接收信号的频谱能量分布比进行这种计算时更宽，因此对于某些频带可以获得特别大的信噪比。此种现象曾在J.H.Kim等人的论文“高分辨率脉冲回波图象的先行反向滤波”(声学图象，卷14，447-458页)中有所描述。虽然本专利技术是用一个超声换能器接收一个反射信号来描述的，但是对于本
的人员来说这是很明显的，即当使用多个信号激励的所谓超声换能器阵列时，其中各信号之间可能有或者没有相位移动，在反射以后这个阵列所接收到的信号可以当作是一个单独的信号，仍然可以用本专利技术的方式进行处理以导出关于极性的信息。以下将利用附图对本专利技术加以详细的说明，其中附图1示意地表示一个通常超声波系统中的发射信号和发射后接收信号的波形;附图2a、b、c表示超声换能器所接收到的几种可能的、所希望得到的反射信号波形;附图3a-d顺次表示换能器的响应时间范畴中的图象，反射后所希望接收到信号的波形，由这一接收信号计算所得到的激励信号波形，反射后接收到信号的真实波形;附图4a示意地表示按照本专利技术的设备中的可能的信号波形;附图4b表示一种线路的方框图，用以形成附图4a形状的信号;附图5a示意地表示按照本专利技术的设备中的另外一种可能的信号波形;附图5b表示一种线路方框图，用以形成附图5a形状的信号;附图6a-e表示在按照本专利技术的设备中更进一步的、可能的信号波形;附图7a-h表示在按照本专利技术的设备中还有另外一些的信号波形;附图8示意地表示从一个接收的超声波信号能导出相位信息的方法。附图1示意地表示一种超声发射信号和由超声换能器在发射信号后所接收到的反射信号，该发射信号穿过一个被探测的介质，并且从介质的过渡层被反射。虽然收到的信号是以简化形式表示的，显然超声换能器的输出信号不可能包含有直流电压成分，而且要探测反射信号相对于发射讯号的极性将是十分困难的。附图2a表示一种反射信号，该信号在零幅水平上下具有相等的能量，但是其极性能明显地确定出来。但是，要想得出这种形状的波形对于换能器而言是很困难的，因为这种换能器将具有很高的频率选择特性，并且将要以极低的频率进行激励。其结果是加于换能器的能量仅有一小部分被作为发射信号发射出去，因此信噪比将大大降低，而且当反射后信号被换能器接收时仍然含有类似的低信噪比。但是根据本专利技术，如果反射信号具有附图2b或2c的波形，以此出发计算出一种适当的发射信号，这是确实可行的。于是附图2b形状的信号可以称为对称信号，而附图2c的信号则可称为非对称信号。这种形状的信号含有极性信息，可以从这种信号将其导出，虽然要求一些附加的信号处理。欲使一个具有已知响应特性的换能器获得如附图2b或附图2c形状的反射信号，其所需要的激励信号可以用附图2b或2c的信号进行反射滤波计算出来。假设g(t)＝换能器的脉冲响应;f(t)＝施于换能器上的激励信号;h(t)＝换能器所接收到的反射信号。其中h(t)是在时间范畴中所接收到的反射信号，可以从f(t)和g(t)的重叠合法计算得出h(t)＝∫∞-∞f(t-Z)·g·(Z)dZ (1)在频率范围中可以对应地适用H(f)＝F(f)·G(f) (2)其中H(f)，F(f)，G(f)分别是h(t)，f(t)和g(t)的付里叶变换。由方程(2)可以得到F(f)＝H(f)/G(f) (3)对于一个预期的H(f)和已知换能器频率响应特性G(f)来说，这个方程表示反向滤波器的频率特性并可通过计算来确定F(f)的频率特性，其结果用H(f)表示。一旦激励信号的频率特性为已知，则此信号的频率成份可用频谱分析来确定，分析确定之后就可以产生这种信号，例如用通常的信号发生器可以产生一种具有大量的、不同频率成分的信号，每种频率成分各有不同的幅度和相角。附图3a-d是图解表示超声换能器响应特性实例的时间范畴(附图3a);希望得到的换能器接收的反射信号的波形(附图3b);按方程(3)计算出来的激励信号(附图3c);反射后真正接收到的信号(附图3d)。显而易见，要想得到接收信号的各种不同波形都是可能的，只要这种信号具有适当的信噪比，并且具有一个方便的、也就是能明显探测出来的正/负比。而且，一般说来发射信号的持续时间很短，否则当激励信号尚未终止时就会接收到反射信号。以下参照附图4、5、6、7来说明用何种方式获得有关极性的信息，一方面是从附图4、5、6中Uin表示的信号，即附图3d中对称信号的示意形式，另一方面则从附图7a中的非对称信号Uin。在附图4、5、6的实施例中，是用时间选择放大的方法从信号Uin中得到极性的信息，这种时间选择放大的增益系数是随时间变化的，并且取决于被放大的信号，因为增益系数是从被放大信号导出的。附图4a表示在附图4b显示的线路所产生的、逐次的信号波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波探测设备，包括一个超声换能器、为上述换能器产生激励信号的装置和用上述换能器接收反射后信号的探测装置，其特征在于上述的探测装置对接收信号进行时间选择地放大，其增益函数是从上述接收信号中导出来的，因而总可从反射后接收到的信号中获得极性的信息。

【技术特征摘要】
NL 1986-2-21 86004441.一种超声波探测设备，包括一个超声换能器、为上述换能器产生激励信号的装置和用上述换能器接收反射后信号的探测装置，其特征在于上述的探测装置对接收信号进行时间选择地放大，其增益函数是从上述接收信号中导出来的，因而总可从反射后接收到的信号中获得极性的信息。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于上述产生激励信号装置所产生的信号，其波形应按换能器的响应特性以适当的形状成形，以使反射后接收到的信号具有予定的波形。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于G(f)是超声换能器的频率响应特性，H(f)是反射后由换能器所供给的具有所要求波形的信号的频率特性，换能器激励信号的频率特性F(f)原则上按如下定义F(f)＝H(f)/G(f)4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于上述的产生激励信号的装置是用于产生一种由大量频率成分所合成的信号。5.如权利要求1-4所述的设备，其特征在于探测装置包括为了从接收信号中导出一种表示增益函数的辅助信号装置，上述辅助信号与上述接收信号的极性无关。6.如权利要求5所述的设备，其特征在于上述的辅助信号在其部分的持续时间里基本上具有零幅度值。7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于上述从接收信号导出辅助信号的装置，是用于把上述接收信号进行延迟予定数目个半周期，并且把被延迟的信号与上述的接收信号相加，或者是从上述的接收信号中减去被延迟的信号。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于上述的装置还进一步包括在加法或减法运算后所得信号的模量成形装置。9.如权利要求8所述的设备，其特征在于备有用减法运算后所得信号的模量去除接收信号的装置，和将上述接收信号在除法运算之前延迟一个予定时间的时间延迟装置。10.如权利要求8所述的设备，其特征在于备有将加法运算后所得信号的模量延迟半个周期的装置，从加法运算后所得信号的模量减去该延迟信号的装置，将减法运算后所得的信号与接收信号相乘的装置和将接收信号在乘法运算之前延迟一个予定时间的时间延迟装置。11.如权利要求5所述的设备，其特征在于上述探测装置包括确定接收信号模量的装置，和将上述接收信号与上述接收信号模量进行乘积的装置。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉尔鲁克罗纳德简，特马塞尔罗纳德，
申请(专利权)人：代尔夫特仪器知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]