專利名稱：電子系統(tǒng)接收模塊及其接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法
電子系統(tǒng)接收模塊及其接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多通道信號(hào)接收電路的電子系統(tǒng)，特別涉及其中 的信號(hào)接收電路和信號(hào)處理方法。背景技術(shù)：
一些電子系統(tǒng)，具有多個(gè)接收通道，如醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)利用超聲換 能器向人體內(nèi)部發(fā)射超聲脈沖，遇到組織器官時(shí)會(huì)反射或散射脈沖信號(hào)， 即脈沖回聲信號(hào)，這些回聲信號(hào)被超聲換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)過信號(hào)處 理形成圖像?，F(xiàn)在的超聲換能器內(nèi)部都有多個(gè)陣元，因此系統(tǒng)的接收電路 也有多個(gè)通道。超聲換能器發(fā)射超聲波與接收回聲都是有方向性的，探頭 的方向性使得某一特定方向的回波得到最大功率，這種接收回波的方向性 通過電子聚焦來實(shí)現(xiàn)，而接收聲束的電子聚焦則是通過控制接收電路不同 通道的之間的延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，超聲換能器內(nèi)不同陣元接收到的回聲信號(hào)經(jīng)過 適當(dāng)?shù)难訒r(shí)后再進(jìn)行累加形成組織內(nèi)某一點(diǎn)的回波信號(hào)，接收通道的延時(shí) 由超聲影像系統(tǒng)中的掃描控制器進(jìn)行控制。
醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示，探頭是超聲的換能器，探 頭內(nèi)部的換能器件是用壓電晶體材料制成的壓電元件。發(fā)射電路的功能是 產(chǎn)生激勵(lì)探頭陣元的電脈沖。由于探頭中的陣元通常是收發(fā)共用，因此需 要發(fā)射/接收開關(guān)隔離發(fā)射和接收電路并提供接收通道選擇的作用。探頭獲 取的模擬信號(hào)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后由波束合成電路形成需要的回波信號(hào)，
回波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理形成B、 M型圖像，圖像數(shù)據(jù)需經(jīng)過掃描變換后送給 顯示器顯示。
探頭內(nèi)有多個(gè)壓電元件，因此發(fā)射和接收電路都是多通道的。系統(tǒng)中 發(fā)射電路與探頭陣元一一對(duì)應(yīng)，通過控制探頭陣元發(fā)射脈沖間的延時(shí)可以 控制發(fā)射聲束的方向及聚焦位置；同樣的，接收電路通過開關(guān)選擇電路也 與探頭陣元一一對(duì)應(yīng)，用于接收各個(gè)陣元返回的小信號(hào)，通過設(shè)置不同通 道間接收信號(hào)的延時(shí)，對(duì)于組織內(nèi)同一點(diǎn)返回的信號(hào)，不同接收通道的數(shù) 據(jù)可以實(shí)現(xiàn)同向疊加6由于接收電路中電子元件和集成電路性能的離散性，接收電路會(huì)對(duì)信 號(hào)產(chǎn)生一定的衰減而導(dǎo)致增益誤差，而且各通道的增益會(huì)有誤差，這些增 益的誤差會(huì)使系統(tǒng)接收到的信號(hào)與實(shí)際信號(hào)在幅度上產(chǎn)生誤差，從而使系 統(tǒng)的信噪比降低并導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。
對(duì)于接收通道間實(shí)際增益的不一致，通常的做法是在接收電路中的增 益設(shè)置環(huán)節(jié)增加電位器等可調(diào)元件，通過測試手段將各個(gè)接收通道的增益 調(diào)成一致。但是這種方法實(shí)際可操作性很差，對(duì)于每個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)都必須 手工進(jìn)行調(diào)試，這種調(diào)試方法非常繁瑣，調(diào)整精度也較低。.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種可減少各通道間數(shù)據(jù)接收誤差，以提 高信噪比，改善數(shù)據(jù)精度的電子系統(tǒng)及其接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種電子系統(tǒng)接收模塊，包括二個(gè)或二 個(gè)以上接收通道、 一致性誤差補(bǔ)償控制電路、運(yùn)算器，所述接收通道、一 致性誤差補(bǔ)償控制電路、運(yùn)算器順序連接；所述一致性誤差補(bǔ)償控制電路
根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器的各個(gè)通道接收數(shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)所述接收 通道所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整后，輸出至運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算處理。
上述的電子系統(tǒng)接收模塊，所述接收通道包括探頭陣元、增益放大器、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，三者順序連接。所述一致性誤差補(bǔ)償控制電路包括延時(shí)及增
益控制電路、存儲(chǔ)器；所述延時(shí)及增益控制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的各個(gè)通道 接收數(shù)據(jù)的延時(shí)及增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)通道的增益誤差、延時(shí)進(jìn)行 補(bǔ)償調(diào)整，再輸出至累加器進(jìn)行累加。
上述的電子系統(tǒng)接收模塊，所述接收通道接收數(shù)據(jù)的延時(shí)包括由于
系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)制造的限制、電子元件和集成電路性能的離散性導(dǎo)致的 各通道間固有延時(shí)誤差。
同時(shí)，本發(fā)明提出了一種電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，包
括如下步驟A)測量出系統(tǒng)各接收通道之間的誤差，計(jì)算出各通道的補(bǔ)償 數(shù)據(jù)并將補(bǔ)償數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器內(nèi)；B)系統(tǒng)掃描接收數(shù)據(jù)之后由一致性誤 差補(bǔ)償控制電路從該存儲(chǔ)器內(nèi)讀出補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整;C) 輸出到運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算處理。
上述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，所述步驟A)中所述 補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括每個(gè)接收通道的增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，在所述步驟B)中，由一致性誤差補(bǔ)償控制電路中的延時(shí)及增益控制電路將所述接收數(shù)據(jù)的增益 誤差予以補(bǔ)償調(diào)整，從而獲得接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的幅度信息。
上述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，所述步驟A)中所述
補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括各通道間延時(shí)誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，所述步驟B)中， 一致性誤差
補(bǔ)償控制電路從存儲(chǔ)器中讀出延時(shí)補(bǔ)償數(shù)據(jù)并與各接收通道物理距離差異 導(dǎo)致的理論延時(shí)數(shù)據(jù)相加，補(bǔ)償接收電路的延時(shí)一致性誤差。
上述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，所述步驟A)中測試
各通道增益誤差的過程包括首先通過開關(guān)選擇某一接收通道并設(shè)定接收 通道的增益為定值，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定頻率f及幅度Vi的周期性正弦
信號(hào)從輸入端輸入，將ADC采集到的信號(hào)幅度Vs與輸入信號(hào)幅度Vi進(jìn) 行比較，計(jì)算Vs/Vi的值作為該接收通道的增益補(bǔ)償系數(shù)。
由于采用了以上的方案，本發(fā)明提出的電子系統(tǒng)接收模塊及接收信號(hào) 一致性誤差補(bǔ)償方法，可以利用存儲(chǔ)器內(nèi)的預(yù)置的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)接收通道間 的各種一致性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，使接收數(shù)據(jù)得到很好的還原，精度得到大幅 提高。例如，當(dāng)應(yīng)用于醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)時(shí)，可補(bǔ)償接收通道之間的增益誤 差，提高接收電路的信噪比，改善圖像的均一性；可補(bǔ)償接收通道之間的 延時(shí)誤差，可以提高接收聚焦的精度，提高圖像的清晰度。
本發(fā)明的方法可以在系統(tǒng)掃描時(shí)實(shí)時(shí)讀取補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理接收到的數(shù) 據(jù)，該方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高， 一致好。本發(fā)明方法已在醫(yī)用超聲影像系 統(tǒng)中得以成功應(yīng)用，應(yīng)用該方法后可以提高圖像的清晰度和均一性。

圖1是一種電子系統(tǒng)即醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的原理框圖； 圖3是實(shí)施例中焦點(diǎn)處回波信號(hào)時(shí)序關(guān)系圖； 圖4是實(shí)施例中時(shí)序調(diào)整后的回波信號(hào)時(shí)序關(guān)系圖； 圖5是實(shí)施例中多陣元信號(hào)累加輸出示意圖； 圖6是實(shí)施例中補(bǔ)償數(shù)據(jù)測試方法示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 請(qǐng)參考圖2，為本例的系統(tǒng)原理框圖，本例適用于醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)。 該電子系統(tǒng)接收模塊包括6個(gè)接收通道、 一致性誤差補(bǔ)償控制電路l、和數(shù)字累加器，該一致性誤差補(bǔ)償控制電路包括延時(shí)及增益控制電路、存儲(chǔ)器;
每個(gè)接收通道由探頭陣元、可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC組成；6 個(gè)接收電路27-32與探頭陣元27-32分別對(duì)應(yīng)連接，以獲取圖2中焦點(diǎn)處的超 聲回波數(shù)據(jù)為例說明系統(tǒng)的工作過程，由于焦點(diǎn)到探頭陣元27-32的物理距 離有差異，因此探頭陣元27-32接收到焦點(diǎn)處的超聲回波信號(hào)相互之間存在 一定的延時(shí)，如圖3所示，延時(shí)及增益控制電路可以根據(jù)這種由于物理距離 導(dǎo)致的通道間延時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使不同探頭陣元返回的信號(hào)在時(shí)間上對(duì)齊從 而實(shí)現(xiàn)同相疊加，如圖4和圖5所示。從圖2中可以看出，探頭陣元返回的信 號(hào)在累加輸出前要經(jīng)過一系列的電路環(huán)節(jié)，由于系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)制造的 限制以及電子元件和集成電路性能的離散性，接收電路會(huì)衰減一部分信號(hào) 能量，因此各接收通道實(shí)際接收到的信號(hào)幅度與理論上仍然存在一定的偏 差。但是這種誤差并不是隨機(jī)的，因此可以測量出系統(tǒng)中每個(gè)接收通道的 增益誤差，在延時(shí)及增益控制電路中將這些誤差予以補(bǔ)償，從而獲得回波 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的幅度信息。數(shù)字累加器的輸出經(jīng)過處理后形成圖像通過顯示器 顯示。
接收通道間增益誤差的存在，導(dǎo)致每個(gè)獨(dú)立的醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)都需 要單獨(dú)測量出其各接收通道間的增益誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)圖6所示的方法可以測 量出接收通道間的增益誤差并獲得補(bǔ)償數(shù)據(jù)。首先通過開關(guān)選擇某一接收 通道并設(shè)定接收通道的增益為定值，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定頻率f(如5MHz) 及幅度Vi (如50mV)的周期性正弦信號(hào)從接收電路輸入端輸入，將ADC采 集到的信號(hào)幅度Vs與輸入信號(hào)幅度Vi進(jìn)行比較，計(jì)算Vs/Vi的值作為該接收 通道的增益補(bǔ)償系數(shù)，采用同樣的方法測出所有接收通道的增益補(bǔ)償系數(shù) on (n為通道序號(hào))。系統(tǒng)中采用非易失存儲(chǔ)器存儲(chǔ)這些誤差數(shù)據(jù)，該存 儲(chǔ)器受延時(shí)及增益控制電路控制，延時(shí)及增益控制電路從存儲(chǔ)器中讀出增 益補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算出各通道的實(shí)際增益，這樣就可以補(bǔ)償接收電路的增益一 致性誤差。
醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)中接收通道間不僅存在增益的誤差，由于系統(tǒng)硬件 電路設(shè)計(jì)制造的限制以及電子元件和集成電路性能的離散性，同理，各通 道間還存在一定的固有延時(shí)的誤差，根據(jù)圖2所示的醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)工作 原理可知，接收通道間延時(shí)的誤差會(huì)導(dǎo)致接收聚焦的位置發(fā)生偏移，因此 還可以在非易失性存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存預(yù)先測試得到的通道間延時(shí)誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，延時(shí)及增益控制電路從存儲(chǔ)器中讀出延時(shí)補(bǔ)償數(shù)據(jù)并與由于焦點(diǎn)到探 頭陣元的物理距離差異產(chǎn)生的理論延時(shí)數(shù)據(jù)相加，這樣就可以補(bǔ)償接收電 路的延時(shí)一致性誤差，從而可以提高接收聚焦的精度。由此可見，本發(fā)明 提出的方法可以用于補(bǔ)償接收通道間的各種一致性誤差，包括但不限于接 收通道間增益和延時(shí)的一致性補(bǔ)償。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種電子系統(tǒng)接收模塊，包括二個(gè)或二個(gè)以上接收通道、一致性誤差補(bǔ)償控制電路、運(yùn)算器，所述接收通道、一致性誤差補(bǔ)償控制電路、運(yùn)算器順序連接；所述一致性誤差補(bǔ)償控制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器的各個(gè)通道接收數(shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)所述接收通道所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整后，輸出至運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子系統(tǒng)接收模塊，其特征是所述接收通道包括探頭陣元、增益放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，三者順序連接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電子系統(tǒng)接收模塊，其特征是所述一致性誤 差補(bǔ)償控制電路包括延時(shí)及增益控制電路、存儲(chǔ)器；所述延時(shí)及增益控 制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的各個(gè)通道接收數(shù)據(jù)的延時(shí)及增益誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)， 對(duì)每個(gè)通道的增益誤差、延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，再輸出至累加器進(jìn)行累加。
4. 如權(quán)利要求3所述的電子系統(tǒng)接收模塊，其特征是所述接收通道接收 數(shù)據(jù)的延時(shí)包括由于系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)制造的限制、電子元件和集成電路性能的離散性導(dǎo)致的各通道間固有延時(shí)誤差。
5. 電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，包括如下步驟A)測量出系統(tǒng)各接收通道之間的誤差，計(jì)算出各通道的補(bǔ)償數(shù)據(jù)并將補(bǔ)償數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器內(nèi)；B)系統(tǒng)掃描接收數(shù)據(jù)之后由一致性誤差補(bǔ)償控制電路從 該存儲(chǔ)器內(nèi)讀出補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整；C)輸出到運(yùn)算器 進(jìn)行運(yùn)算處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，其特征 是所述步驟A)中所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括每個(gè)接收通道的增益誤差補(bǔ)償數(shù) 據(jù)，在所述步驟B)中，由一致性誤差補(bǔ)償控制電路中的延時(shí)及增益控 制電路將所述接收數(shù)據(jù)的增益誤差予以補(bǔ)償調(diào)整，從而獲得接收數(shù)據(jù)準(zhǔn) 確的幅度信息。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，其特 征是所述步驟A)中所述補(bǔ)償數(shù)據(jù)包括各通道間延時(shí)誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)， 所述步驟B)中， 一致性誤差補(bǔ)償控制電路從存儲(chǔ)器中讀出延時(shí)補(bǔ)償數(shù) 據(jù)并與各接收通道物理距離差異導(dǎo)致的理論延時(shí)數(shù)據(jù)相加，補(bǔ)償接收電 路的延時(shí)一致性誤差。
8. 如權(quán)利要求6所述的電子系統(tǒng)接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，其特征是所述步驟A)中測試各通道增益誤差的過程包括首先通過開關(guān)選 擇某一接收通道并設(shè)定接收通道的增益為定值，用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定 頻率f及幅度Vi的周期性正弦信號(hào)從輸入端輸入，將ADC采集到的信號(hào)幅度Vs與輸入信號(hào)幅度Vi進(jìn)行比較，計(jì)算Vs/Vi的值作為該接收通道的增益補(bǔ)償系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子系統(tǒng)接收模塊及其接收信號(hào)一致性誤差補(bǔ)償方法，接收模塊包括二個(gè)或二個(gè)以上接收通道、一致性誤差補(bǔ)償控制電路、運(yùn)算器；一致性誤差補(bǔ)償控制電路根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的各個(gè)通道接收數(shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)接收通道所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整后，輸出至運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算。本發(fā)明的電子系統(tǒng)接收模塊及方法，可以預(yù)置補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對(duì)接收通道間的各種一致性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，使接收數(shù)據(jù)得到很好的還原，精度得到大幅提高。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于醫(yī)用超聲影像系統(tǒng)時(shí)，可補(bǔ)償接收通道之間的增益誤差，提高接收電路的信噪比，改善圖像的均一性；可補(bǔ)償接收通道之間的延時(shí)誤差，可以提高接收聚焦的精度，提高圖像的清晰度。
文檔編號(hào)H04B11/00GK101427926SQ200710124419
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者陳筱勇, 黃海濤 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司