超声波束合成聚焦参数实时计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实时计算超声波束合成聚焦参数的方法及装置，设置初始化参数值，在第一中间变量ｓｕｍ原值上递加２＊ｃ２＊ｎ＋２＊ｔ↓［Ｄ］＊ｎ，计算出第一中间变量的新值，计算第二中间变量ｓｕｍ＿ａ：ｓｕｍ＿ａ＝ｓｕｍ－２＊Ｔ－２＊Ｔ－２＊ｔ↓［Ｄ］＋１，比较第一中间变量ｓｕｍ和第二中间变量ｓｕｍ＿ａ的绝对值大小，如果｜ｓｕｍ＿ａ｜＜｜ｓｕｍ｜则递减迭代计算焦点阵元延时差ｔ↓［Ｄ］，并置第一中间变量ｓｕｍ值为第二中间变量ｓｕｍ＿ａ的值，根据比较结果设置聚焦位为０或１并输出。只需预先加载有限的初始化参数，通过迭代逼近计算，即可获得比较理想的聚焦参数。适用于线阵、相控阵、凸阵。适用于多波束，支持多波束接收聚焦校正。在ＦＰＧＡ中实现，可适用于任意通道数和焦点数系统。

【技术实现步骤摘要】
专利说明超声波束合成聚焦参数实时计算方法及装置
本专利技术涉及医学超声系统，尤其涉及一种实时计算超声波束合成聚焦参数的方法以及实现该方法的装置。
技术介绍
医学超声系统通过扫描线(或称波束)合成二维图像，每幅二维图像称为一帧图像。每秒形成的帧图像总数称为帧率，帧率是一个很重要的参数，高帧率是真实再现快速运动组织(如心瓣膜)的基本条件。 为提高帧率，可以降低扫描密度，但这样会牺牲图像空间分辨率；也可以采用多波束，即一次发射形成多条接收线，但每条接收线到达阵元的距离不同，导致接收线到达阵元的时间也不同，这样就无法形成清晰的图像，需要计算每两条接收线之间的延时差，该延时差通常表现为初始延时量与聚焦位变化量的函数关系式。聚焦是通过不同通道使用不同的延迟来实现的，因此聚焦参数也可称为延迟系数。随着多波束的引入即接收线的增加，需要成倍增加接收聚焦参数数据量。特别系统引入相控阵并考虑多波束校正时，总接收聚焦参数数据将增加为512倍或更多。40M采样、26cm探测深度、8个时钟变换一次接收焦点，一般凸阵单波束模式大约需要400KByte的聚焦参数数据，而同时引入相控阵和双波束校正后，参数可达200MByte。如此庞大的数据在实际中通过软件实现是不现实的，这样会同时增加系统的设计工作量、成本和不稳定性。 利用硬件实时计算聚焦参数是一种解决机制。超声医学成像以扫描线(或称波束)为基本单位，只需要在每条扫描线启动前载入少量的初始控制参数，即可以在接收期间由硬件自动生成所需的聚焦参数。 专利号为6,110,116(公开日2000年8月29日)的美国专利提供了一种预存储延迟数据的波束合成聚焦方法，即预先将聚集数据存储，每个焦区的回波使用相应预存储聚集数据。这样做简单快捷，但首先需要较大的存储器，其次是更换探头时需要重新载入大量参数，影响开机启动及探头切换速度。 专利号为6,123,671(公开日2000年9月26日)的美国专利提供了一种基于CORDIC算法的实时接收聚集及变迹参数计算方法，可适用于各种几何形状探头，包括二维探头，亦可用于多波束，其方法较简单快捷，占用存储器及硬件资源也较少，但不便于实现多波束接收聚集校正功能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是为了解决聚焦参数的实时计算问题，提供一种超声波束合成聚焦参数的实时计算方法及装置，在高帧率的情况下，使用较少的硬件资源实现聚焦参数的实时计算。 本专利技术的次要目的就是提供一种超声波束合成聚焦参数的实时计算方法及装置，在实现聚焦参数实时计算的同时，对多波束接收聚焦进行校正。 为实现上述目的，本专利技术提出了一种超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，包括时钟发生器和初始化参数加载单元，所述时钟发生器用于为所述计算装置提供时钟信号，所述初始化参数加载单元用于加载所述计算装置的初始化参数；第一暂存器，与所述初始化参数加载单元接口连接，用于暂存第一中间变量sum；第二暂存器，与初始化参数加载单元接口连接，用于暂存焦点阵元延时差tD；第一迭代计算单元，其从所述初始化参数加载单元获取相应的初始化参数值，从所述第二暂存器获取焦点阵元延时差tD值，在每步迭代计算过程中对从所述第一暂存器获取的第一中间变量sum值递加2*c2*n+2*tD*n，计算出所述第一中间变量sum的新值，其中n为整数、c2为-初始化参数；延迟变更预测单元，其从所述第一迭代计算单元获取第一中间变量sum值，从所述第二暂存器获取焦点阵元延时差tD值，按下述公式计算第二中间变量值sum_a第二中间变量值＝第一中间变量值-2*T-2*tD+1，即sum_a＝sum-2*T-2*tD+1，其中T为焦点声程；判断单元，用于比较所述第一中间变量sum与所述第二中间变量sum_a的绝对值大小，并根据比较结果输出控制信号；第二迭代计算单元，用于迭代计算焦点阵元延时差tD，其根据所述判断单元的输出信号选择进行迭代递减运算，并向所述第二暂存器获取焦点阵元延时差tD和写入运算后的焦点阵元延时差tD；聚焦位单元，用于根据所述判断单元的输出信号选择聚焦位为“1”或“0”并输出；所述第一暂存器的初始值由所述初始化参数加载单元提供，后续值根据所述判断单元输出的控制信号选择由延迟变更预测单元或者第一迭代计算单元提供；所述第二暂存器的初始值由所述初始化参数加载单元提供，后续值由第二迭代计算单元提供，并在第一个接收焦点时输出焦点阵元延时差tD。 其中，所述聚焦位单元优选为第一多路选择器，所述第一多路选择器的输入端分别连接高电平“1”和低电平“0”，控制端响应判断单元输出的控制信号，输出端用于输出聚焦位。 还可以进一步包括一个计数比较器U6，用于当焦点距离小于特定值时，直接输出初始化载入的初始化聚焦参数值，所述特定值由初始化参数加载单元U1载入。 另外，还可以包括一个加法器，用于根据初始化参数将多波束校正声程K按一定的时钟周期进行步增，并输出至第一迭代计算单元，该第一迭代计算单元从加法器获取多波束校正声程K值，在每步迭代计算过程中还对从第一中间变量值采取如下处理之一①在X-Y坐标系中，若接收波束相对于发射焦点在X轴的正方向上，即接收波束的X坐标值大于发射焦点的X坐标值，则递加+2*c3*m-m2-2*m*K，②在X-Y坐标系中，若接收波束相对于发射焦点在X轴的负方向上，即接收波束的X坐标值小于发射焦点的X坐标值，则递加-2*c3*m-m2-2*m*K，从而计算出第一中间变量的新值，其中c3为一初始化参数、m为校正量的初始参数。 为实现上述目的，本专利技术还提出了一种超声波束合成聚焦参数的实时计算方法，包括以下步骤 A1、设置初始化参数值，所述初始化参数包括第一中间变量sum、焦点阵元延时差tD； C1、计算第一中间变量sum，即在第一中间变量sum原值上递加2*c2*n+2*tD*n，计算出第一中间变量的新值，其中n为整数，c2为步骤A1设置的初始化参数； D1、计算第二中间变量sum_a∶sum_a＝sum-2*T-2*tD+1，其中T为焦点声程； E1、比较C1步骤和D1步骤所计算的第一中间变量sum和第二中间变量sum_a的绝对值大小； F1、如果|sum_a|＜|sum|，则递减迭代计算焦点阵元延时差tD，并置第一中间变量sum值为步骤D1计算出的第二中间变量sum_a的值，然后执行步骤H1；否则执行步骤G1； G1、设置聚焦位为0并输出，返回步骤C1； H1、设置聚焦位为1并输出，返回步骤C1。 另外，初始化参数还可以包括多波束校正声程K、校正量的初始参数m、参数c3等；在所述步骤C1之后和步骤D1之前增加步骤C2，即 C2、计算第一中间变量，即在第一中间变量值上再递加2*c3*m-m2-2*m*K，计算出第一中间变量的新值。在X-Y坐标系中，若接收波束相对于发射焦点在X轴的正方向上，即接收波束的X坐标值大于发射焦点的X坐标值，则递加+2*c3*m-m2-2*m*K；若接收波束相对于发射焦点在X轴的负方向上，即接收波束的X坐标值小于发射焦点的X坐标值，则递加-2*c3*m-m2-2*m*K。 还可以在步骤A1之后和步骤C1之前增加步骤B1，即 B1、如果焦点声程T小于特定值，则直接转至步骤G1；否则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，包括时钟发生器和初始化参数加载单元（Ｕ１），所述时钟发生器用于为所述计算装置提供时钟信号，所述初始化参数加载单元用于加载所述计算装置的初始化参数，其特征在于还包括：第一暂存器（Ｒ１），与所述初始化参数加载单元接口连接，用于暂存第一中间变量（ｓｕｍ）；第二暂存器（Ｒ２），与初始化参数加载单元接口连接，用于暂存焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）；第一迭代计算单元（Ｕ２），其从所述初始化参数加载单元（Ｕ１）获取相应的初始化参数值，从所述第二暂存器（Ｒ２）获取焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）值，在每步迭代计算过程中对从所述第一暂存器（Ｒ１）获取的第一中间变量（ｓｕｍ）值递加２＊ｃ２＊ｎ＋２＊ｔ↓［Ｄ］＊ｎ，计算出所述第一中间变量（ｓｕｍ）的新值，其中ｎ为整数、ｃ２为一初始化参数；延迟变更预测单元（Ｕ３），其从所述第一迭代计算单元（Ｕ２）获取第一中间变量（ｓｕｍ）值，从所述第二暂存器获取焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）值，按下述公式计算第二中间变量（ｓｕｍ＿ａ）值：ｓｕｍ＿ａ＝ｓｕｍ－２＊Ｔ－２＊ｔ↓［Ｄ］＋１，其中Ｔ为焦点声程；判断单元（Ｕ４），用于比较所述第一中间变量（ｓｕｍ）与所述第二中间变量（ｓｕｍ＿ａ）的绝对值大小，并根据比较结果输出控制信号；第二迭代计算单元（Ｕ５），用于迭代计算焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］），其根据所述判断单元（Ｕ４）的输出信号选择进行迭代递减运算，并向所述第二暂存器（Ｒ２）获取焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）和写入运算后的焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）；聚焦位单元（１０），用于根据所述判断单元（Ｕ４）的输出信号选择聚焦位为“１”或“０”并输出；所述第一暂存器（Ｒ１）的初始值（ｓｕｍ↓［０］）由所述初始化参数加载单元（Ｕ１）提供，后续值根据所述判断单元（Ｕ４）输出的控制信号选择由延迟变更预测单元（Ｕ３）或者第一迭代计算单元（Ｕ２）提供；所述第二暂存器（Ｒ２）的初始值（ｔ↓［Ｄ０］）由所述初始化参数加载单元（Ｕ１）提供，后续值由第二迭代计算单元（Ｕ５）提供，并在第一个接收焦点时输出焦点阵元延时差（ｔ↓［Ｄ］）。...

【技术特征摘要】
1.一种超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，包括时钟发生器和初始化参数加载单元(U1)，所述时钟发生器用于为所述计算装置提供时钟信号，所述初始化参数加载单元用于加载所述计算装置的初始化参数，其特征在于还包括第一暂存器(R1)，与所述初始化参数加载单元接口连接，用于暂存第一中间变量(sum)；第二暂存器(R2)，与初始化参数加载单元接口连接，用于暂存焦点阵元延时差(tD)；第一迭代计算单元(U2)，其从所述初始化参数加载单元(U1)获取相应的初始化参数值，从所述第二暂存器(R2)获取焦点阵元延时差(tD)值，在每步迭代计算过程中对从所述第一暂存器(R1)获取的第一中间变量(sum)值递加2*c2*n+2*tD*n，计算出所述第一中间变量(sum)的新值，其中n为整数、c2为一初始化参数；延迟变更预测单元(U3)，其从所述第一迭代计算单元(U2)获取第一中间变量(sum)值，从所述第二暂存器获取焦点阵元延时差(tD)值，按下述公式计算第二中间变量(sum_a)值sum_a＝sum-2*T-2*tD+1，其中T为焦点声程；判断单元(U4)，用于比较所述第一中间变量(sum)与所述第二中间变量(sum_a)的绝对值大小，并根据比较结果输出控制信号；第二迭代计算单元(U5)，用于迭代计算焦点阵元延时差(tD)，其根据所述判断单元(U4)的输出信号选择进行迭代递减运算，并向所述第二暂存器(R2)获取焦点阵元延时差(tD)和写入运算后的焦点阵元延时差(tD)；聚焦位单元(10)，用于根据所述判断单元(U4)的输出信号选择聚焦位为“1”或“0”并输出；所述第一暂存器(R1)的初始值(sum0)由所述初始化参数加载单元(U1)提供，后续值根据所述判断单元(U4)输出的控制信号选择由延迟变更预测单元(U3)或者第一迭代计算单元(U2)提供；所述第二暂存器(R2)的初始值(tD0)由所述初始化参数加载单元(U1)提供，后续值由第二迭代计算单元(U5)提供，并在第一个接收焦点时输出焦点阵元延时差(tD)。2.如权利要求1所述的超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，其特征在于所述聚焦位置位单元(10)为第一多路选择器，所述第一多路选择器的输入端分别连接高电平“1”和低电平“0”，控制端响应判断单元(U4)输出的控制信号，输出端用于输出聚焦位。3.如权利要求1或2所述的超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，其特征在于还包括一个计数比较器(U6)，用于当焦点距离小于特定值时，控制所述计算装置直接输出初始化载入的初始化聚焦参数值(tD0)，所述特定值由初始化参数加载单元(U1)载入。4.如权利要求3所述的超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，其特征在于还包括一个加法器(U7)，用于根据初始化参数将多波束校正声程(K)按一定的时钟周期进行步增，并输出至第一迭代计算单元(U2)；所述第一迭代计算单元(U2)，从所述加法器(U7)获取多波束校正声程(K)值，在每步迭代计算过程中还对从所述第一暂存器获取的第一中间变量(sum)值采取如下处理之一①在X-Y坐标系中，若接收波束相对于发射焦点在X轴的正方向上，则递加+2*c3*m-m2-2*m*K，②在X-Y坐标系中，若接收波束相对于发射焦点在X轴的负方向上，则递加-2*c3*m-m2-2*m*K，从而计算出所述第一中间变量(sum)的新值，其中c3为一初始参数、m为校正量的初始参数。5.如权利要求4所述的超声波束合成聚焦参数的实时计算装置，其特征在于还包括第二多路选择器(20)，所述第二多路选择器(20)的输入端分别连接第一迭代计算单元(U2)的输出端和延迟变更预测单元(U3)的输出端，控制端响应判断单元(U4)输出的控制信号，输出端耦合到第一暂存器(R1)。6.一种超声波束合成聚焦参数的实时计算方法，其特征在于包括以下步骤A1、设置初始化参数值，所述初始化参数包括第一中间变量(sum)、焦点阵元延时差(tD)；C1、计算第一中间变量(sum)，即在第一中间变量(sum)原值上递加2*c2*n+2*tD*n，计算出第一中间变量的新值，其中n为整数，c2为步骤A1设置的初始化参数；D1、计算第二中间变量(sum_a)sum_a＝sum-2*T-2*tD+1，其中T为焦点声程；E1、比较C1步骤和D1步骤所计算的第一中间变量(sum)和第二中间变量(sum_a)的绝对值大小；F1、如果|sum_a|＜|sum|，则递减迭代计算焦点阵元延时差(tD)，并置第一中间变量(sum)值为D1步骤计算出的第二中间变量(sum_a)的值，然后执行步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勤军，黄勇，李勇，康小刚，程东彪，
申请(专利权)人：深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]