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一種超聲成像裝置及成像方法

文檔序號:8298172閱讀:261來源:國知局
一種超聲成像裝置及成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種僅用最少可以為單個陣元的發(fā)射和接收實現(xiàn)低功耗、低成本的超聲成像裝置及其成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)超聲成像步驟為每次掃描時根據(jù)設(shè)定的發(fā)射焦點的位置設(shè)置不同陣元的發(fā)射聚焦延時參數(shù),多通道發(fā)射延時控制裝置根據(jù)這些延時參數(shù)產(chǎn)生不同延時的發(fā)射波形,由于該控制裝置輸出為低壓信號,低壓信號再經(jīng)過高壓驅(qū)動后產(chǎn)生高壓發(fā)射波形,這些不同延時的高壓發(fā)射波形激勵了探頭上的陣元后,陣元產(chǎn)生超聲信號,不同延時的超聲信號在超聲成像介質(zhì)內(nèi)設(shè)定的發(fā)射焦點位置聚焦,獲得能量很集中的發(fā)射聲場。超聲波在介質(zhì)(所謂的介質(zhì)可以是醫(yī)學(xué)超聲成像里的人體組織或者工業(yè)無損檢測中混凝土或者鋼塊等)內(nèi)傳播遇到散射或反射目標(biāo)時產(chǎn)生散射回波或反射回波。裝置利用發(fā)射波束附近的至少16個陣元接收散射和反射回波。為了避免用于發(fā)射的高壓信號破壞接收電路,在接收電路前需要將高壓的發(fā)射信號隔離。由于接收的回波很弱,需要對接收的微弱信號進行放大、濾波等模擬信號處理后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC),獲得的數(shù)字信號再輸入FPGA或者DSP等高速數(shù)字信號處理器件進行接收波束合成。根據(jù)接收掃描線的位置計算回波到達不同探頭陣元的延時,對所述陣元的回波信號經(jīng)過不同的延時處理后相疊加即實現(xiàn)了接收波束合成,在接收波束合成時可采用動態(tài)孔徑技術(shù),從而獲得較好的合成后信號的信噪比、較好的圖像空間分辨率、較少的近場雜波干擾。所謂動態(tài)孔徑技術(shù)就是在較淺位置使用較少陣元的回波合成,在較深位置使用較多的陣元回波合成。波束合成后的信號經(jīng)過動態(tài)濾波、包絡(luò)(幅度)檢測、對數(shù)壓縮等數(shù)字信號處理后上傳到主機模塊做進一步的圖像后處理以及顯示數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換(DSC)等處理后輸出到顯示器顯示。
[0003]為了獲得好的空間分辨率,需要大的成像孔徑,即需要比16大得多的陣元數(shù)同時用于發(fā)射和接收,現(xiàn)有產(chǎn)品中一般采用的物理通道數(shù)至少為64通道,即同時可以有最多64個陣元用于發(fā)射和接收。如此多的通道數(shù)同時發(fā)射和接收,相應(yīng)的硬件成本非常高,而且為了支持那么多的通道數(shù),相應(yīng)的控制和接收波束合成的復(fù)雜度也非常高。即便如此,由于發(fā)射無法實現(xiàn)不同深度動態(tài)聚焦,因此采用多焦點拼接技術(shù)(即每次成像設(shè)置不同的發(fā)射焦點深度,然后多次成像信號拼接后再用于最后成像處理)雖然可以一定程度上改善不同深度的全場分辨率的均勻性,但大大犧牲了成像的幀率。此外,每次掃描并行大量的陣元參與發(fā)射、以及多通道器件的功耗導(dǎo)致傳統(tǒng)超聲的功耗都非常大(大的可以達到數(shù)百瓦)。
[0004]在CN 102697524中公開了僅用I?4個陣元發(fā)射球面波并用多個接收陣元并行波束合成多個波束,相鄰發(fā)射掃描的接收波束再相加的成像方法。該方法雖然大大降低了發(fā)射功率,且通過相鄰發(fā)射掃描的接收波束相加實現(xiàn)了發(fā)射的動態(tài)聚焦。但該方法依然要求系統(tǒng)有較多的接收通道用于并行的接收波束合成,而且要求有較大數(shù)量的并行波束合成實時計算,因此接收通道的硬件復(fù)雜度和成本甚至比傳統(tǒng)超聲成像還高,導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度和功耗依然居高不下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題中提到的不足之處,本發(fā)明提供一種超聲成像裝置及成像方法,為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明由以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0006]一種超聲成像裝置,包括探頭機構(gòu)、成像掃描機構(gòu)和主機機構(gòu),所述探頭機構(gòu)、成像掃描機構(gòu)和主機機構(gòu)依次電連接,
[0007]所述探頭機構(gòu)包括探頭,所述探頭內(nèi)設(shè)置有多個陣元;
[0008]所述成像掃描機構(gòu)包括高壓驅(qū)動裝置、模擬信號處理裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)化器和控制/數(shù)據(jù)接口裝置,其中,
[0009]所述高壓驅(qū)動裝置用于接收主機機構(gòu)傳送的發(fā)射控制參數(shù)信號,所述發(fā)射控制信號可以包括發(fā)射波形和發(fā)射脈沖重復(fù)周期,所述發(fā)射波形信號經(jīng)過高壓驅(qū)動后生成的高壓信號傳送給所述探頭機構(gòu),
[0010]所述模擬信號處理裝置用于將接收的所述超聲波回波信號依次進行高壓發(fā)射隔離、放大、濾波處理,并將處理后的回波信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)化器,在所述模擬信號處理裝置中設(shè)置有一個高壓發(fā)射隔離電路,該高壓隔離電路的作用是輸入的超聲波回波信號的電壓可能是幾十伏,但輸出卻能夠控制在I伏以下,從而起到保護后續(xù)接收電路的作用,所述模數(shù)轉(zhuǎn)化器用于將所述處理后的回波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并將所述數(shù)字信號傳輸給控制/數(shù)據(jù)接口裝置,
[0011]所述控制/數(shù)據(jù)接口裝置用于緩存接收的所述數(shù)字信號,并經(jīng)過數(shù)據(jù)接口上傳到主機機構(gòu),還用于接收所述主機機構(gòu)發(fā)送給所述成像掃描機構(gòu)的控制參數(shù)信號,所述控制參數(shù)信號至少包括發(fā)射控制參數(shù)信號,并將所述發(fā)射控制參數(shù)信號傳送給所述高壓驅(qū)動裝置;
[0012]所述主機機構(gòu)包括控制裝置和數(shù)字信號處理裝置,其中,
[0013]所述控制裝置用于產(chǎn)生成像掃描機構(gòu)所需的參數(shù),并將所述參數(shù)通過所述控制/數(shù)據(jù)接口裝置傳送到所述成像掃描機構(gòu)。
[0014]所述數(shù)字信號處理裝置與所述控制/數(shù)據(jù)接口裝置電連接,包括第一處理部分和第二處理部分,所述第一處理部分用于對所述不同次掃描的回波的數(shù)字信號進行波束合成,所述第二處理部分用于對波束合成輸出的信號進行處理生成超聲圖像,并將生成超聲圖像上傳到顯示器上輸出顯示。
[0015]所述數(shù)字信號處理裝置中的所述第一處理部分安裝在所述成像掃描裝置內(nèi),波束合成的輸出信號再通過控制/數(shù)據(jù)接口裝置上傳到所述主機機構(gòu)進行所述第二處理部分的處理。
[0016]一種超聲成像裝置的超聲成像方法,包括以下步驟:
[0017]步驟1,預(yù)先設(shè)置成像掃描機構(gòu)的控制參數(shù),所述發(fā)射控制參數(shù)信號經(jīng)過高壓驅(qū)動裝置處理后獲得高壓信號,將所述高壓信號發(fā)送給探頭機構(gòu);
[0018]步驟2,在所述高壓信號的作用下,探頭開始進行發(fā)射和接收信號,并將接收的超聲波回波信號傳輸給所述成像掃描機構(gòu);
[0019]步驟3,對所述超聲波回波信號進行模擬信號處理、模數(shù)轉(zhuǎn)化得到數(shù)字信號,對所述數(shù)字信號進行緩存及上傳主機機構(gòu);
[0020]步驟4,對上傳的所述數(shù)字信號進行波束合成處理得到波束合成信號,對所述波束合成信號進行進一步的數(shù)字信號處理得到超聲圖像,并上傳至顯示器。
[0021]步驟I具體包括如下步驟:
[0022]步驟1.1,將用戶設(shè)定的成像條件輸入主機機構(gòu)內(nèi)的控制裝置內(nèi),通過計算或讀取用戶設(shè)定的成像條件獲得成像掃描機構(gòu)的控制參數(shù),控制參數(shù)為發(fā)射波形控制信號、脈沖重復(fù)周期信號,所述成像掃描機構(gòu)的控制參數(shù)信號以低壓的電壓信號形式通過控制/數(shù)據(jù)接口裝置發(fā)送到所述成像掃描機構(gòu),
[0023]步驟1.2,所述成像掃描機構(gòu)內(nèi)的高壓驅(qū)動裝置將接收的控制參數(shù)信號轉(zhuǎn)換為用于發(fā)射的高壓信號,并將所述高壓信號發(fā)送給探頭機構(gòu)內(nèi)的探頭。
[0024]在步驟2中,每次掃描時探頭內(nèi)至少一個陣元被接收的高壓信號激勵后產(chǎn)生超聲波并發(fā)射到介質(zhì)中,
[0025]所述超聲波進入介質(zhì)碰到目標(biāo)后產(chǎn)生散射或反射的超聲波回波,每次掃描時至少一個陣元用于接收所述超聲波回波,并將所述超聲波回波信號傳輸給所述成像掃描機構(gòu)。
[0026]步驟3具體包括如下步驟:
[0027]步驟3.1,模擬信號處理裝置將接收的所述超聲波回波信號依次進行高壓發(fā)射隔離、放大、濾波處理,并將處理后的回波信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)化器,
[0028]步驟3.2,所述模數(shù)轉(zhuǎn)化器將所述處理后的回波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并將所述數(shù)字信號傳輸給控制/數(shù)據(jù)接口裝置,
[0029]步驟3.3,所述控制/數(shù)據(jù)接口裝置緩存接收的所述數(shù)字信號,并經(jīng)過數(shù)據(jù)接口上傳到所述主機機構(gòu)。
[0030]步驟4具體包括如下步驟:
[0031]步驟4.1,數(shù)字信號處理裝置根據(jù)發(fā)射陣元、接收陣元和接收掃描線的空間位置確定的延時參數(shù)對所述控制/數(shù)據(jù)接口裝置上傳的不同次掃描的回波的數(shù)字信號進行延時疊加,從而同時實現(xiàn)發(fā)射和接收的波束合成,形成波束合成信號,
[0032]步驟4.2,對所述波束合成信號進行動態(tài)濾波、包絡(luò)檢波、對數(shù)壓縮、顯示數(shù)字掃描轉(zhuǎn)換處理過程獲得超聲圖像,將所述超聲圖像輸出到顯示器上進行顯示。
[0033]步驟4.1中,預(yù)先根據(jù)發(fā)射陣元、接收陣元和接收掃描線的空間位置計算出波束合成的參數(shù)并儲存在所述控制裝置(8)中,在波束合成處理時直接查找所述存儲的參數(shù)對不同次掃描的回波進行不同的延時后疊加合成。
[0034]在步驟4.2中,所述波束合成處理過程還包括一動態(tài)孔徑處理過程。
[0035]所述探頭每次掃描用于發(fā)射的陣元和用于接收的陣元位置相同或不同。
[0036]本發(fā)明的有益效果為:
[0037]1、該系統(tǒng)與傳統(tǒng)超聲成像系統(tǒng)相比,每次掃描用于發(fā)射和接收的陣元最少可以是一個,從而大大簡化了發(fā)射和接收電路的復(fù)雜度(成本),以
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