针对1D阵列超声波探头的方法和设备技术

一种相控阵列超声扫描设备包括具有发送和接收元件的超声换能器元件的一维（１－Ｄ）阵列。该１－Ｄ阵列响应于发送器，该发送器被配置来激励发送元件，用来产生导入感兴趣区域的发送声束。可操作地连接到１－Ｄ阵列的接收波束生成器合成接收波束，以响应从感兴趣区域中接收到的发送声束的回波。接收波束生成器包括模拟随机存取存储器（ＡＲＡＭ）延迟元件，该模拟随机存取存储器（ＡＲＡＭ）元件被配置来延迟从接收元件中接收到的信号，并在该接收波束生成器的输出端上提供该被延迟的信号作为波束形成的ＲＦ输出。该波束形成的ＲＦ输出适合用于形成感兴趣区域的图像。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开涉及超声成像设备，并且更特别地涉及一种针对1-D阵列超声波探头的方法和设备。相控阵列超声波成像系统已被用来产生人体内部的实时图像。这种成像系统包括多通道发送波束生成器和多通道接收波束生成器，它们或者利用发送/接收开关耦合到超声换能器的单个阵列，或者独立耦合到发送换能器阵列和接收换能器阵列。发送波束生成器产生定时电脉冲，并将它们以预定的时标序列施加到各个换能器元件。换能器响应于所述电脉冲，并发射相应的压力波，所述压力波被定相以形成发送波束，该发送波束沿来自换能器阵列的预定方向传播。当发送波束通过人体时，从具有不同声学特性的组织结构向换能器阵列散射回一部分声能。接收换能器阵列(其可以与发送阵列相同)将压力脉冲转换成相应电脉冲。由于距离不同，从组织结构散射的超声能量在不同的时间返回到各个换能器。每个换能器产生电信号，该电信号被放大并提供给接收波束生成器的一个处理通道。接收波束生成器具有多个处理通道，其具有与求和元件连接的补偿延迟元件。所述系统针对每个通道选择一个延迟值，以采集从所选择的点散射的回波。因此，当被延迟的信号被求和时，从对应于所选择点的信号中产生强信号，而对应于不同时间的从其它点到达的信号具有不同的相位关系，并因此产生破坏性的干涉。补偿延迟元件的相对延迟相对于换能器阵列控制了接收波束的方向。通过在从给定的发送事件接收回波期间改变延迟，接收波束生成器可以将接收波束转为具有想要的方向，并可以在深度的范围上动态地聚焦。为了采集成像数据，发送波束生成器引导换能器阵列沿着在想要的扫描图案上分布的多条发送扫描线发射超声波束。对于每个发送波束，连接到接收波束生成器的接收换能器阵列合成一个或几个具有所选择方向的接收波束。发送和接收波束形成往返波束(即“质心”波束)，其在预定的角间距上被产生以构建楔形声学图像，或者在预定的线间距上被产生以构建平行四边形形状的声学图像。前述图案的任意组合可以用来产生更复杂的具有任意声学采样密度的扫描图像形状。一维阵列可以具有多达几百个元件。这些元件典型地被连接到具有128个处理电子设备的通道的系统。在这些通道内的接收波束生成器使用涉及A/D转换器和数字电路的数字信号处理。此电路采用了相当大的尺寸数量和功率，以致手持式系统不能利用此方法来构建。通常，超声成像设备是与探头连接的巨大、昂贵的超声设备，并且不是很轻便，所述探头不含有集成的高压脉冲发生器，也不包含发送/接收波束形成。因此，理想的是提供一种超声成像系统体系结构，其使用了用于提供二维图像的大的换能器阵列并且在尺寸、成本和复杂度方面都是实用的。相控阵列超声扫描设备包括具有发送和接收元件的超声换能器元件的一维(1-D)阵列。1-D阵列响应于发送器，所述发送器被配置来激励发送元件，用于产生导入感兴趣区域的发送声束。可操作地连接到1-D阵列的接收波束生成器合成接收波束，以响应从感兴趣区域中接收到的发送声束的回波。接收波束生成器包括模拟随机存取存储器(ARAM)延迟元件，其被配置来延迟从接收元件中接收到的信号，并在接收波束生成器的输出端上提供该被延迟的信号作为波束形成的RF输出。波束形成的RF输出适合用于形成感兴趣区域的图像。附图说明图1是根据本专利技术公开的一个实施例的相控阵列超声成像系统的示意图；图2是根据本专利技术公开的一个实施例的包括可操作地耦合到发送波束生成器和接收波束生成器的超声换能器1-D阵列的成像系统的示意图；图3是可操作地耦合到可编程延迟线的几个说明性的换能器元件的方框示意图，该可编程延迟线被连接到接收波束生成器的求和点；以及图4是在本专利技术公开的超声成像系统的接收波束生成器中用作可编程延迟元件的模拟随机存取存储器元件的示意图。参考图1，相控阵列超声成像系统10包括位于换能器手柄14中的换能器元件的阵列12。换能器手柄14通过换能器电缆16和换能器接口18可操作地耦合到电子单元20。接口18可以包括例如用于将模拟信号转换为相应的数字信号的模拟数字转换器19(ADC)以及其它电路。电子单元20包括控制面板22、操作和应用软件24，并提供成像信号给显示器26。软件24包括用于图像检测和扫描变换的部件。图像检测优选地包括如下步骤RF滤波、混频、分析回波包络检测、记录和进一步平滑。扫描变换将回波数据从所扫描的声传输线的格式变换为优选地显示器26的笛卡儿格式。换能器阵列12可以包括几百个换能器元件28，其按照特定超声成像系统的需要被构造为大的一维阵列、相控阵列(PA)、直线阵列(LA)或曲线阵列(CLA)。此外，换能器阵列12可以具有被布置到沿着一维阵列分布的独立的发送和接收阵列的换能器元件。可替代地，换能器发送和接收元件可以沿着一维阵列在半随机的图案上分布。换能器手柄14包括发送脉冲发生器和相关的高压驱动器、低噪声接收前置放大器、以及延迟和求和电路，其通常由参考编号30来表示。在一个实施例中，重要的是元件被集成在小的体积内并被放置在换能器手柄14的内部。换能器电缆16包括至少一根信号线、电源线、时钟线和数字通信。可替代地，换能器阵列12使用相同的换能器元件来发射发送波束与检测接收波束。在这种结构中，成像系统10包括发送/接收开关(未在图1中示出的T/R开关)以根据操作方式在发送波束生成器和接收波束生成器之间进行切换。在传输超声能量期间，所述开关将元件连接到发送波束生成器并保护接收波束生成器。在发射发送波束之后，T/R开关将换能器元件连接到接收波束生成器。在一个实施例中，超声成像系统10利用具有例如128个换能器元件的一维换能器阵列12以获得人的器官或感兴趣区域的二维图像数据。成像系统10利用大约一半的换能器元件来发送超声能量，并利用另一半来接收超声能量。发送和接收元件被随机地分布在阵列12上。通过隔离发送和接收元件，该系统可以不用T/R开关而被构造，因此减少了系统的复杂度。每个集成电路32可以包括一组产生发送脉冲的数字脉冲发生器和将发送脉冲放大到大约100伏特(～100v)的数量级的高压驱动器电路，所述大约100伏特用来激励换能器元件来发射超声。每个集成电路还可以包括低噪声接收前置放大器、模拟延迟电路以执行接收波束形成，以及数字控制电路，正如下面进一步讨论的一样。低噪声接收前置放大器预放大换能器信号，并将预放大的信号提供给延迟电路。延迟电路通过将所选择的延迟值应用到信号上来执行接收波束形成。图2是具有可操作地耦合到发送波束生成器38和可操作地耦合到接收波束生成器40的换能器阵列12的成像系统10的框图。如结合图3所述，接收波束生成器40的通道44i包括连接到求和元件48(求和点)的可编程延迟元件46。接收波束生成器40的每个相应通道的可编程延迟元件44i延迟相应的各个换能器信号并连接到求和点48。求和点将被延迟的信号加起来，并将求和的信号提供给接收波束生成器40的通道输出50。再次参考图2，系统控制器52包括微处理器和相关的存储器。控制器52被配置来控制成像系统10的操作。系统控制器52通过总线54将延迟命令提供给发送波束生成器通道。延迟数据将所产生的发送波束转向并聚焦在楔形发送图案、平行四边形形状的发送图案或其它图案的发送扫描线上。系统控制器52还通过总线56将延迟命令提供给接收波束生成器的通道。所施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相控阵列超声扫描设备，其包括：包括发送和接收元件的超声换能器元件的一维（１－Ｄ）阵列，所述１－Ｄ阵列响应于一个发送器，该发送器被配置来激励发送元件，用来产生导入感兴趣区域的发送声束；以及可操作地连接到所述１－Ｄ阵列的接收 波束生成器，所述接收波束生成器被配置来合成接收波束，以响应从感兴趣区域中接收到的发送声束的回波，所述接收波束生成器包括模拟随机存取存储器（ａＲＡＭ）元件，该模拟随机存取存储器（ａＲＡＭ）元件被配置来延迟从接收元件中接收到的信号，并在所述接收波束生成器的输出端上提供该被延迟的信号作为波束形成的ＲＦ输出，该波束形成的ＲＦ输出适合用于形成感兴趣区域的图像。

【技术特征摘要】
US 2002-10-4 10/264,9001.一种相控阵列超声扫描设备，其包括包括发送和接收元件的超声换能器元件的一维(1-D)阵列，所述1-D阵列响应于一个发送器，该发送器被配置来激励发送元件，用来产生导入感兴趣区域的发送声束；以及可操作地连接到所述1-D阵列的接收波束生成器，所述接收波束生成器被配置来合成接收波束，以响应从感兴趣区域中接收到的发送声束的回波，所述接收波束生成器包括模拟随机存取存储器(aRAM)元件，该模拟随机存取存储器(aRAM)元件被配置来延迟从接收元件中接收到的信号，并在所述接收波束生成器的输出端上提供该被延迟的信号作为波束形成的RF输出，该波束形成的RF输出适合用于形成感兴趣区域的图像。2.权利要求1所述的设备，其中所述1-D阵列包括从由相控阵列、直线相控阵列和曲线相控阵列组成的组中选择出的一个。3.权利要求1所述的设备，其中所述接收波束生成器被配置来实施静态聚焦。4.权利要求3所述的设备，其中所述波束形成的RF输出适合用于通过拼接以产生贯穿更大景深的一致的分辨率来形成图像。5.权利要求1所述的设备，其中所述接收波束生成器被配置来实施动态聚焦。6.权利要求1所述的设备，还包括用来检测感兴趣区域的图像以响应波束形成的RF输出的装置；以及可操作地连接到所述检测装置的装置，用来显示所检测到的图像。7.权利要求6所述的设备，其中所述换能器阵列、所述接收波束生成器、所述图像检测装置和所述显示装置包括单个封装。8.权利要求6所述的设备，其中所述换能器阵列和所述接收波束生成器包括第一封装，而所述图像检测装置和所述显示装置包括第二封装，其中该第一封装被可操作地耦合到该第二封装。9.权利要求6所述的设备，其中所述换能器阵列包括第一封装，而所述接收波束生成器、所述图像检测装置和所述显示装置包括第二封装，其中该第一封装被可操作地耦合到该第二封装。10.权利要求6所述的设备，还包括可操作地连接到所述图像检测装置和所述显示装置的用户接口，所述用户接口被配置来控制所述图像检测装置和所述显示装置中的至少一个的控制参数。11.权利要求10所述的设备，其中所述图像检测装置、所述显示装置和所述用户接口包括从由便携式个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)和袖珍PC组成的组中选择出的一个。12.权利要求10所述的设备，其中所述控制参数和声学数据信号中的一个或多个通过接口传送到所述检测装置和所述显示装置，该接口从由压缩闪存(CF和CF+)、PCMCIA、USB、火线、光纤通道、PCI和UART组成的组中被选择出。13.一种相控阵列超声扫描设备，其包括包括发送和接收元件的超声换能器元件的一维(1-D)阵列，所述1-D阵列响应于一个发送器，该发送器被配置来激励发送元件，用来产生导入感兴趣区域的发送声束；可操作地连接到所述1-D阵列的接收波束生成器，所述接收波束生成器被配置来合成接收波束，以响应从感兴趣区域中接收到的发送声束的回波，所述接收波束生成器包括模拟随机存取存储器(aRAM)元件，该模拟随机存取存储器(aRAM)元件被配置来延迟从接收元件中接收到的信号，并在所述接收波束生成器的输出端上提供该被延迟的信号作为波束形成的RF输出，该波束形成的RF输出适合用于形成感兴趣区域的图像；用来检测感兴趣区域的图像以响应该波束形成的RF...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD波兰德，BJ萨沃尔德，MP安东尼，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]