产生数字射束形成器信号的方法和装置制造方法及图纸

一种用于产生数字射束形成器信号的方法，它使用由变换器单元阵列按照波形的接收而产生的输出信号，该输出信号以多个并行接收信道处理，供电子扫描机体，该方法包括步骤： 转换每个并行接收信道中的输出信号为由数字取样组成的数字信号； 对于每个数字信号的每个数字取样，确定将所说数字取样加到多个并行求和通道中的哪一个上，所说的确定基于在所说并行接收信道的邻近信道数字取样之间获得的时延； 通过从所说确定的并行求和通道恢复数字数据取样并将所说数字取样加到它之上以形成相加的数字数据取样，将每个数字取样加到在前步骤中为它确定的所说一个并行求和通道中，然后将所说相加的数字数据取样提供给所说并行求和通道；以及 将每个所说并行求和通道的已相加的数字数据取样滤波和组合，以形成数字射束形成器信号。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
名称为“局部射束形成”的美国申请US 93 7417已转让给本申请的受让人，该申请的主题与本申请的主题是相同的。本专利技术涉及时域接收射束形成器，它使用了数字信号处理技术，即模数转换器、数字存储器、加法器、乘法器、滤波器等等，更具体地涉及到在医用超声波诊断系统中的数字接收射束形成的方法和装置。系统中射束形成的目的是形成一个窄的射束，在存在来自其它位置的噪声和干扰的情况下，以改善从所需位置来的信号接收。射束形成可在能量发射或接收进程中进行。本专利技术涉及的是在接收过程中形成的射束。射束形成在许多应用场合都有用，例如；雷达、声纳、通信、地球物理学、天文物理学等等。本专利技术是关于超声波成像中的射束形成。使用医用超声波成像装置，病人体中的剖析结构可被显示和分析。该装置发射非常高的频率(一般为2MHz到10MHz)的声波到病人体中，然后对被测体内结构的反射的回波进行处理。该装置的目的是要显示和/或分析该返回的回波。有许多种显示可用于医用超声波诊断装置，但一种可能是最有用的是被检测剖析结构的、选择的剖面的两维图象。该重要的操作模式称为回波或B模式。使用该操作模式，许多病人体内的剖析缺陷都可被检测。另外，这些缺陷的尺寸可或多或少地精确确定。在该操作模式中，从所选择剖面来的回波被处理和显示。在该操作模式中对于其性能而言，最苛刻的操作参数是分辨单元的尺寸。该分辨单元的尺寸可由动态聚集和动态(匹配的)滤波来减小(由此增加分辨率)。这些技术用数字射束形成器比用模拟射束形成器容易实施。在某些临床应用中，剖析缺陷会相当小并被大回波覆盖。可是，通过将血管中的血液的流速进行相当大的改变，就可使血管中或附近的剖析缺陷自身变明显。已知有一种多普勒移位回波处理技术可用于确定运动物体的速度。用于血流的多普勒移位显示能更容易地检测相当小的解剖学上的异常。该操作模式，现在一般称为彩色流，比如授予给金(Kim)的US专利4800891所描述的，它允许从剖析结构的大选择剖面聚集有关血速的多普勒信息。可是，困难的是需要足够的超声波数据来产生足够高的帧速率的、精确高分辨血流图像。为了从小的剖面区域得到有关血流速度更精确的多普勒信息，例如要使用在1986年6月公开的Hewlett-Packard杂志的第35-40页上的、由Halberg和Thiele撰写的文章中所公知的多普勒处理技术。用该技术，可将更多时间用于所选择的小区域。该多普勒数据通常由FFT技术处理并由频谱显示。该多普勒数据也可表示为声频信号。射束形成的质量对超声波成像装置的前述操作模式的精确性、分辨率和其它参数有很大影响。常规射束形成器提供电子时延，以匹配超声波压力场的信号传播的延迟，它是从某个方向出现在超声波射束形成器上的。该时延(或空间处理)加大了与背景噪声和方向性干扰有关的相关波前振幅。在模拟射束形成器中，这由模拟延迟线和求和网络来完成。这些模拟部件在许多不同方面限制了现代超声波诊断设备(因此是不希望的)。它们是相当贵的、不稳定的、且容易受环境和年代的影响。模拟部件也需要仔细的制造和安装。模拟延迟线的使用也限制了现代超声波装置所需的灵活性。为了支持前述的主要操作模式，在模拟射束形成器中必须作出许多妥协。另外，如果用模拟处理技术来实施射束形成器的话，为增加实时超声波设备的帧速率而必需的并行处理花费很大。数字部件的性能和可靠性的增强以及成本的减少使得数字射束形成更可能替代传统的模拟射束形成。精确性、稳定性和灵活性是数字信号处理技术的主要优点。当前的标准数字电路可工作在超过30MHz的尼奎斯特速率上。对于RF取样和现代超声波信号处理时间来说，这些取样频率是足够高的。可是，为适当地匹配数字射束形成器中的传播延迟而需要的取样速率比精确的信号结构的尼奎斯特速率大几倍，即高于100MHz。与所需精度关联的这些处理速度仍然高于目前可获得的模拟-数据转换器(ADCS)的性能。通过使用标准的数字成分的并行处理可用这些速度来完成其它的数字功能(比如不是ADCS)。在Proceeding of the IEEE Vol.67，No.6，pp.904-919，June 1979公开的文章中，由Pridham和Mucci建议的方法，即通过使用数字内插可以简化数字射束形成中对ADC的高速取样要求。接收的回波只需要以满足或超过尼奎斯特频率fo的时间间隔进行取样。用于ADC取样速率的该减少的代价是相应增加数字处理的需要。射束形成所需的精确延迟增值用数字内插产生。如众所周知的，在数字内插之前，数据应该调整到零(比如零分散在数据中)，因此增加了数据速率。Pridham和Mucci建议了两个可取的方法。在第一个中，即预射束形成内插方法，用于每个接收信道的内插滤波器被放置在ADC和零调整电路之后，但在射束形成电路之前。在第二个中，即后射束形成内插方法中，内插滤波器被放置在射束形成之后。在射束形成之后的滤波是可能的，因为射束形成是线性工作的。在第一个方法中，信号处理的条件不是最佳的，因为每个接收信道都需要内插滤波器。在第二个方法中，内插滤波所需的数字处理比第一个方法所需的少，因为只做一次而不是对每个信道都做滤波。通过将该内插滤波器与数字射束形成器之后的接收电路的数字滤波器结合，可进一步减少数字处理的需要。可是，该射束形成信号处理还不是最佳的，因为该射束形成信号处理的速率(即产生所需时延的那些)远高于信号的尼奎斯特速率。本专利技术的目的是要提供一种数字射束形成的方法和装置，它将信号处理速率最小化，以便系统可由工作在信号尼奎斯特速率上的数字电路构成。在超声波诊断系统中实施这样的方法或装置将提供数字射束形成的所有优点，即各个操作模式的灵活性、并行信道射束形成、动态聚集、匹配的滤波等等，它们都使信号处理的数据速率减至最小。按照本专利技术的原理，专利技术人取得的优点基于如下事实，即数字射束形成器中的数字硬件的操作速度是通过提供信号数据的多相位并然后在并行的求和通道中处理该多相位数据来减少的。按照该技术，用于形成所需射束形成延迟的单个数字电路的操作速度与常规的后射束形成内插方案相比没有增加，因此，有效数据速率增加了N倍并导致延迟量化误差减少N倍。按照本专利技术的另一方面，在并行求和通道中的多相位数据被顺序地相加，以简化射束形成电路的数据求和、数据通道和测试。按照本专利技术的再一个方面，并行处理的通常补偿即操作的复杂性可用并行求和通道中的冗余来避免。数据求和所需的电路通过对所有并行求和通道多次使用同一相加电路来减少。从下面的优选实施例和权利要求的描述中，本专利技术这些和其它特征将变得更清楚。至于对本专利技术更全面的理解，下面将参考本专利技术的优选实施例和附图进行详细的描述。附图说明图1是以功能性方框图形式图示了按照现有技术的一个超声波成像装置，它具有一个数字射束形成器和来自每个接收信道的顺序数据取样求和；图2是以功能性方框图形式图示了图1中的数字射束形成器中的数据取样的顺序求和，其改变是包含了机内测试电路；图3是以功能性方框图形式图示了按照本专利技术原理所构成的数字射束形成器的多相位处理方案，与图1的实施例比较时，该装置加倍了射束形成器的精确性；图4是以方框图形式图示了如图3所示的按照本专利技术原理构成的数字射束形成器的动态延时控制器的细节，并具有四相位数据和四并行求和通道；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于产生数字射束形成器信号的方法，它使用由变换器单元阵列按照波形的接收而产生的输出信号，该输出信号以多个并行接收信道处理，供电子扫描机体，该方法包括步骤转换每个并行接收信道中的输出信号为由数字取样组成的数字信号；对于每个数字信号的每个数字取样，确定将所说数字取样加到多个并行求和通道中的哪一个上，所说的确定基于在所说并行接收信道的邻近信道数字取样之间获得的时延；通过从所说确定的并行求和通道恢复数字数据取样并将所说数字取样加到它之上以形成相加的数字数据取样，将每个数字取样加到在前步骤中为它确定的所说一个并行求和通道中，然后将所说相加的数字数据取样提供给所说并行求和通道；以及将每个所说并行求和通道的已相加的数字数据取样滤波和组合，以形成数字射束形成器信号。2.按照权利要求1的方法，其中所说确定步骤的确定基于每个接收信道的数字取样之间所需的时延，当它们与其它接收信道的数字取样组合时，因此代表从所说机体信号点来的反射波的输出信号在所说并行求和通道中被相加到一起，以形成所说数字射束形成器信号。3.按照权利要求1的方法，其中所说变换器阵列的单元的次序由其空间位置相互确定，所说确定步骤的确定，部分基于产生所说数字取样的变换器单元的次序。4.按照权利要求1的方法，其中每个并行求和通道包括一个输入、一系列加法器的连接和一个输出，每个接收信道与每个并行求和通道连接以使在所说接收信道的邻近信道之间具有所说求和通道的加法器，所说相加步骤包括从所说一个并行求和通道中的给定加法器中恢复数字数据取样以及将所说数字取样加到它之上以形成相加的数字数据取样，然后将所说相加的数字数据取样提供到跟随所说给定加法器的所说一个并行求和通道中的一个位置上。5.按照权利要求1方法，其中所说确定和相加步骤被一起控制，以获得恰当的聚集和/或射束控制延迟，当所说数字取样被加到所说并行求和通道中时。6.按照权利要求1的方法，其中所说转换步骤包括按照所说多个接收信道中的每个中的数字取样，控制数字存贮装置的写入或读出中的一个或两个，以在所说并行接收信道的数字取样信号中建立粗略的时延。7.按照权利要求6的方法，其中所说确定步骤按照每个所说数字取样被加到所说多个并行求和通道中的哪个上来确定在所说并行接收信道的数字取样中的精确时延，所说精确时延被量化为所说粗略时延单元的1/N的时间单元，其中N等于并行求和通道数。8.按照权利要求6的方法，其中所说并行求和通道包括一系列加法器连接并导致一个增加的延迟给相加的数字数据取样，当它们由此处理时，所说的转换步骤控制所说的数字存贮装置，以在所说并行接收信道的数字取样信号中建立一个时延，它补偿由所说并行求和通道中所说加法器的序列连接引起的增加的时延。9.按照权利要求1的方法，其中当所说数字取样被加到所说一个并行求和通道时，所说相加步骤被控制以将从每个所说并行接收信道来的零数字取样值加到所有那些并行求和通道，而不是加到所说一个并行求和通道。10.按照权利要求9的方法，还包括步骤产生多个控制信号，它们被用于控制所说相加步骤；以及旋转所说控制信号的应用次序，以使控制信号以旋转方式应用于所说并行接收信道的每个顺序信道中。11.按照权利要求1的方法，其中所说滤波和组合步骤包括用线性相位FIR数字滤波器将所说相加的数字数据取样进行内插和抽选。12.按照权利要求1方法，其中所说滤波和组合步骤由从多个所说多个并行接收信道的子组中用数字取样形成的相加的数字数据取样实现，以形成多个局部射束形成信号，每个子组一个；以及将所说局部射束形成器信号相加在一起以形成最终的射束形成器信号。13.一种用于产生数字射束形成器信号的装置，它使用由变换器单元阵列按照波形的接收而产生的输出信号，供电子扫描机体，包括多个并行接收信道，用于处理所说输出信号，每个接收信道包括用于将每个并行接收信道中的输出信号转换成由数字取样组成的数字信号；多个并行求和通道，每个并行求和通道由一序列数字数据相加级连接组成并有一个输出；延迟确定装置，用于对每个数字信号的每个数字取样确定所说的数字取样被加到所说并行求和通道的哪个中，所说的确定基于在所说并行接收信道的邻近信道数字取样之间的时延；选择性的相加装置，响应于所说延迟确定装置，用于导致所说多个接收信道的每个信道中的每个数字取样被控制地加到所说一个为它确定的一并行求和通道中，以在所说并行求和通道中形成相加的数字数据取样；以及组合装置，响应于从所说多个并行求和通道输出的所说多个相加的数字数据取样，用于组合每个所说并行求和通道的已相加的数字数据取样，以形成所说的数字射束形成器信号。14.按照权利要求13的装置，其中所说延迟确定装置包括计算装置，用于计算在每个接收信道的数字取样之间所需的时延，以使当它们与其它接收信道的数字取样组合时，代表来自所说机体单个点来的波反射输...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晋，姚林新，佐兰·班杰宁，福喜多博，荻原尚，川渊正已，
申请(专利权)人：西门子医疗系统公司，松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：