[發(fā)明專利]使用沒(méi)有乘法器的FIR濾波器的具有數(shù)字微波束形成器的超聲探頭

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780053866.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109690343A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·J·薩沃德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52;G01S15/89;G10K11/34
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

一種超聲探頭包含被耦合到數(shù)字微波束形成器的陣列換能器。所述數(shù)字微波束形成器能夠產(chǎn)生延遲的回波信號(hào)，所述延遲的回波信號(hào)被延遲了接收到的數(shù)字回波信號(hào)的時(shí)鐘周期的分?jǐn)?shù)。分?jǐn)?shù)延遲是由FIR濾波器產(chǎn)生的，所述FIR濾波器通過(guò)對(duì)數(shù)字回波信號(hào)進(jìn)行加權(quán)來(lái)節(jié)省功率，而無(wú)需使用數(shù)字乘法器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)診斷超聲系統(tǒng)，并且具體涉及具有數(shù)字微波束形成器的超聲探頭。

背景技術(shù)

超聲陣列換能器使用波束形成器來(lái)發(fā)射并且適當(dāng)?shù)匮舆t并求和從所述換能器陣列的元件接收到的超聲回波信號(hào)。所述延遲是在考慮要由波束形成器形成的波束的方向(轉(zhuǎn)向)和聚焦深度的情況下選取的。在從每個(gè)元件接收到的信號(hào)被波束形成器的通道恰當(dāng)?shù)匮舆t之后，經(jīng)延遲的信號(hào)被組合以形成被恰當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)向和聚焦的相干回波信號(hào)的波束。在超聲束發(fā)射期間，個(gè)體元件的致動(dòng)的時(shí)間是接收延遲、轉(zhuǎn)向和聚焦發(fā)射波束的補(bǔ)充。已知對(duì)延遲的選取能根據(jù)陣列元件的幾何結(jié)構(gòu)以及由波束詢問(wèn)的圖像場(chǎng)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)確定。

在常規(guī)的超聲系統(tǒng)中，所述陣列換能器被定位在探頭中，所述探頭在成像期間抵靠著患者的身體來(lái)放置，并且包含一些電子部件，諸如調(diào)諧元件、開(kāi)關(guān)和放大器件。延遲和信號(hào)組合是由被包含在超聲系統(tǒng)主機(jī)中的波束形成器來(lái)執(zhí)行的，所述探頭通過(guò)線纜被連接到所述波束形成器。

用于陣列換能器和波束形成器的前述系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)于大多數(shù)一維(1D)換能器陣列足夠非常好，其中，換能器元件的數(shù)量和波束形成器通道的數(shù)量是大致相同的。當(dāng)換能器元件的數(shù)量超過(guò)波束形成器通道的數(shù)量時(shí)，通常采用多路復(fù)用，并且在任何時(shí)間點(diǎn)，僅換能器的元件的總數(shù)量的子集能夠被連接到波束形成器。1D陣列中的元件的數(shù)量的范圍能夠從小于一百個(gè)到數(shù)百個(gè)，并且典型的波束形成器具有128個(gè)波束形成器通道。該系統(tǒng)架構(gòu)解決方案隨著用于二維(2D)和三維(3D)成像的二維陣列換能器的出現(xiàn)而變得難以維持。這是因?yàn)?D陣列換能器在體積區(qū)域上在方位角和仰角兩者上對(duì)波束進(jìn)行操縱和聚焦。針對(duì)這種波束形成所需的換能器元件的數(shù)量通常為數(shù)千個(gè)。那么問(wèn)題的關(guān)鍵變?yōu)閷⑻筋^連接到波束形成器所在的系統(tǒng)主機(jī)的線纜。即使是最細(xì)的導(dǎo)電細(xì)絲的數(shù)千導(dǎo)體的線纜也變得粗并且笨重，如果不是不可能的話，使得探頭的操作變得麻煩。

該問(wèn)題的解決方案是在探頭自身中執(zhí)行波束形成中的至少一些波束形成，如在美國(guó)專利5229933(Larson，III)中所描述的。在該專利中所示的超聲系統(tǒng)中，波束形成被劃分在探頭與系統(tǒng)主機(jī)之間。通過(guò)被稱為微波束形成器的微電路在探頭中來(lái)完成元件組的初始波束形成，其中，產(chǎn)生部分地波束形成的加和。這些部分地波束形成的加和(數(shù)量少于換能器的數(shù)量)通過(guò)合理尺寸的線纜被耦合到系統(tǒng)主機(jī)，在所述系統(tǒng)主機(jī)中，完成波束形成過(guò)程，并且產(chǎn)生最終的波束。在探頭中的部分波束形成是由被Larson，III稱為組內(nèi)處理器的器件來(lái)完成的，在微波束形成器中，其形式是被附接到陣列換能器的微電子器件。還參見(jiàn)美國(guó)專利5997479(Savord等人)；美國(guó)專利6013032(Savord)；美國(guó)專利6126602(Savord等人)；以及美國(guó)專利6375617(Fraser)。換能器陣列和微波束形成器的數(shù)千個(gè)元件之間的數(shù)千個(gè)連接是在微電路和陣列間距的微小尺寸上完成的，而微波束形成器與系統(tǒng)主機(jī)的波束形成器之間的較少的線纜連接是由更常規(guī)的線纜技術(shù)來(lái)完成的。各種平面和彎曲陣列格式能夠與微波束形成器一起使用，諸如在美國(guó)專利7821180(Kunkel，III)和美國(guó)專利7927280(Davidsen)中所示的彎曲陣列。微波束形成器也能夠與一維數(shù)陣列以及與作為一維陣列而操作的2D陣列一起使用。例如參見(jiàn)美國(guó)專利7037264(Poland)。