专利名称：用于发送多波束的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及诊断超声系统。特别地，本发明涉及利用单个换能器用于发送和接收多波束的方法和设备。

发明内容
存在换能器发送至多于一个不重叠的孔径以获取数据。当使用多个孔径时需要这种方法和设备以增加帧频，从而提供彩色多普勒以及3D和4D成像需要的数据率。
这样，期望一种系统和方法以获得表示人体内部的多波束扫描的数据，其处理上面提到和其它先前经历过的问题。
具体实施例方式


图1描述了依据本发明实施例形成的超声系统100的方框图。超声系统100包括多线发送器102，其驱动换能器106中的元件104以便发射脉冲超声信号进入人体。多线发送器102可以发送N条线。编码产生器124产生在发送N条线时可以使用的一个或多个编码。可以使用多种几何图形。超声信号被来自人体中的像血细胞或肌肉组织的结构反向散射，以产生返回至元件104的回波。通过多线接收器108接收回波。接收到的回波可以包括M条线，其中M大于用于多线发送的N。接收到的回波通过实施波束生成的波束生成器110，该波束生成器包括至少M个接收通道，每条接收线一个接收通道。波束生成器110传送数据至解码滤波器126，该解码滤波器126解码用于M条接收线的数据。下面进一步讨论编码产生器124和解码滤波器126。RF信号然后通过RF处理器112。可替代地，RF处理器112可以包括复合解调器(未示出)，该复合解调器解调RF信号以形成代表回波信号的IQ数据对。然后可将RF或IQ信号数据直接发送至RF/IQ缓冲器114以用于临时存储。可以使用用户输入120输入病人数据、扫描参数、扫描模式的改变等等。
超声系统100也包括信号处理器116，其用于处理获得的超声信息(也就是RF信号数据或IQ数据对)以及准备用于在显示系统118上进行显示的超声信息的帧。信号处理器116依据在获得的超声信息上的多个可选择的超声形态适于执行一个或多个处理操作。当接收到回波信号时，在扫描过程中可以实时处理获得的超声信息。此外或可替代地，在扫描过程中可将超声信息临时存储在RF/IQ缓冲器114中，并在现场或离线操作中以小于实时的方式处理超声信息。
超声系统100可以以超过每秒50帧的帧频(接近人眼睛的感知率)连续地获得超声信息。以较低的帧频在显示系统118上显示获得的超声信息。所包含的图像缓冲器122用于存储不安排立即显示的获得的超声信息的已被处理的帧。优选地，图像缓冲器122具有足够的容量以便能够存储至少相当于几秒的超声信息的帧。以某种方式存储超声信息的帧以便于依据它的获得顺序或时间对其检索。图像缓冲器122可以包括任何已知的数据存储介质。
图2描述了依据本发明实施例形成的超声系统。该系统包括连接至发送器12和接收器14的换能器10。换能器10发送超声脉冲和接收来自位于扫描的超声图像或体积16内部的结构的回波。存储器20存储从扫描的超声图像或体积16得到的来自接收器14的超声数据。通过各种技术(例如3D扫描、实时3D成像、空间扫描、使用具有定位传感器的元件阵列的2D扫描、使用体素相关技术的徒手扫描、2D或矩阵阵列换能器等)可以获得图像或体积16。
移动换能器10，比如沿着直线或弧形路径，同时扫描图像。扫描平面18存储于存储器20中，并且然后传送至扫描变换器42。在一些实施例中，换能器10可以获得取代扫描平面18的线，并且存储器20可以存储通过换能器10获得的线而不是扫描平面18。扫描变换器42可以存储通过换能器10获得的线而不是扫描平面18。扫描变换器42产生来自单个扫描平面18的数据片。数据片存储于片式存储器44中，并然后将其传送至视频处理器50和显示器67。
图3示出了使用两个重叠孔径获得的图像150。利用第一和第二发送波束152和154形成图像150。多线发送器102同时启动第一和第二发送波束152和154。尽管描述第一和第二发送波束152和154在图像150的任一侧上，但是应该理解，波束生成器110可将第一和第二发送波束152和154聚焦和操纵至图像150内部的任何地方。因此，第一和第二发送波束152和154可以具有不同的焦点或共同的焦点。例如，可以使用第一和第二发送波束152和154获得B模式体积、彩色流、多普勒或数据模式的组合。
换能器106包括如先前讨论的元件104。可以使用多种类型的换能器10，包括但不局限于线性、虚拟凸线性、弧形阵列、2D阵列和体积探头。波束生成器110将元件104分成通过分界线172和174所表示的至少两个重叠孔径。重叠孔径包括毗邻元件104。将元件104分成两个孔径，或者将其分成第一和第二子设备156和158。第一子设备156包括发送和接收线以形成第一发送波束152的元件104。第二子设备158包括发送和接收线以形成第二发送波束154的元件104。发送波束152和154中的每个包括多条发送线。为了清楚起见，分别描述通过来自子设备156和158内部的元件104发送的发送线160和162。同时启动发送线160和162。应该理解，元件104中的每个可以发送单独的发送线160和162。
相对于每条发送线160和162接收至少一条接收线164-170。在图3中，基于每条发送线160和162接收两条接收线164-170。例如，可以接收多条接收线164-170，比如每发送线160和162四条。进一步将来自全部接收线164-170的接收数据处理成单独的数据组，并将其显示于显示器67上。
可以将图3的元件104分成两个相同尺寸的孔径，或具有相同数量元件104的第一和第二子设备156和158。然而，用于第一和第二子设备156和158的元件不是必须相等的。第一或第二子设备156和158可以包括大量的元件104。此外，当通过波束生成器110操纵第一和第二发送波束152和154中的一个或对两者都进行操纵时，可以减少它们各自的孔径。基于换能器10的类型、应用协议等可以预先确定孔径。
此外，通过编码产生器124滤波由元件104的不同子设备发送的通过元件104的一个子设备接收的回波信号。
图5描述了利用重叠孔径获得的图像200。波束生成器110将元件104分成具有重叠部分的至少两个孔径。因此，将元件104分成两个孔径或通过分界线216和218表示的第一和第二子设备202和204。如图3所示，重叠孔径包括毗邻元件104。第一和第二子设备202和204包括形成公共区域206的公共元件104。如先前讨论的，可将元件104分成多于两个的重叠孔径。
如先前讨论的，同时启动第一和第二发送波束208和210。例如，使用推挽放大器或线性放大器可以发送第一和第二发送波束208和210。放大器位于多线发送器102之上。当使用两个或多个重叠孔径时，线性放大器、五级放大器或2N+1级放大器会是理想的。五级放大器使用+/-10伏和+/-20伏源以提供在-20伏、-10伏、0、+10伏和+20伏上的电压电平。2N+1级放大器使用数量N个放大器以提供多电压电平。使用五级放大器或2N+1级放大器提供了线性放大器的接近近似值，而不具有线性放大器的负面因素，比如成本。两次启动公共区域206内部的元件104，一次相对于第一发送波束208，一次相对于第二发送波束210。通过举例，当产生发送线212和214的元件104位于公共区域206内部时，两次启动发送线212和214。因此增大了公共区域206内部的帧频。如果N次启动发送线212和214，那么帧频增大到N倍，从而及时提供了提高的分辨率。
图6描述了可以出现在公共区域206内部的示例性的启动序列。第一启动序列220描述了关于第一发送波束208启动的第一发送脉冲222和关于第二发送波束210启动的第二发送脉冲224。从公共区域206内部的单个元件104启动第一和第二发送脉冲222和224，并且每一个脉冲具有一个幅度。第一启动序列220描述了其中第一和第二发送脉冲222和224具有足够的相移以阻止脉冲222和224重叠的例子。
描述了第二启动序列226，其中第一和第二发送脉冲222和224具有彼此相对零度的相移。第一和第二发送脉冲222和224彼此完全重叠，并具有两个幅度。
描述了第三启动序列228，其中第一和第二发送脉冲222和224具有彼此相对180度的相移。第一和第二发送脉冲222和224基本上彼此抵消，导致了具有零幅度的脉冲。应该理解，从第一一直到第三启动序列220、226和228描述了对第一和第二发送脉冲222和224具有最大影响的相移，并且其它的相移将产生以不同角度重叠的启动序列。
图7描述了使用具有相控阵列的换能器106获得的图像240。相控阵列包括元件104。可以使用元件104的整个阵列以用于每个孔径。波束生成器110独立操纵用于每个孔径的元件104，并且因此图像240包括同时发送的第一和第二发送波束242和244。当波束生成器110改变发送波束242和244中一个或两个的焦点时，可以改变焦点或转向角246。如先前讨论的，对应于第一发送波束242发送多条发送线254，并且对应于第二发送波束244发送多条发送线256。此外，可以接收一条或多条接收线232-238以用于每条发送线254和256。此外，如先前讨论的，使用不同的模式可以发送第一和第二发送波束242和244。因此，当实时获得图像240时，可将多于一个的模式同时显示于显示器67之上。
多线发送器102可以利用比如编码激励的发送模式以发送第一和第二发送波束242和244。利用编码激励，第一和第二发送波束242和244中的每个具有它们自己的编码。通过编码产生器124可以产生编码。
图8描述了可以与编码激励一起使用的频率调制的线性调频信号(chirp signal)的举例。描述的第一线性调频信号250具有由低至高的频率，并且描述的第二线性调频信号252具有由高至低的频率。因此。第一和第二线性调频信号250和252分别具有线性增加和减少的频率。
使用放大器(比如线性、五级、以及2N+1级放大器的其中一个)，多线发送器102可以将第一和第二线性调频信号250和252结合成通过发送线254-256发送的单个脉冲，因此同时发送第一和第二发送脉冲242和244。可替代地，在发送第一和第二线性调频信号250和252期间可以结合时间偏移(在下面作进一步描述)，从而不需要元件104来同时发送两个信号。也可以使用其它类型的信号，比如二进制编码(例如Barker Golay)。
如果使用推挽放大器，可以实施时间偏移或时间延迟以克服元件104为了第一和第二发送波束242和244同时激活的可能性。可替代地，可以使用多个多线发送器102。
图9描述了用于处理接收的编码激励数据的子模块260。子模块260包括两个卷积处理器262和264，尽管应该理解可以使用更多卷积处理器。如图9所示，子模块260可以是波束生成器110的下游，或者可以将其结合于ASIC之上，例如，在波束生成器110的内部。
元件104同时发送第一和第二发送线254和256。如上面讨论的，第一和第二发送波束242和244包括多条发送线。元件104然后接收接收线232-238。可以接收单个接收线232以用于每条发送线254，或者可以接收多条接收线(比如接收线232和234)以用于每条发送线254。因此，如果发送M条线，则可以接收N条线。例如，对于发送的每条线，可以接收2条或更多条线，比如4条线。因此，如果多线发送器102发送2条线，则多线接收器108接收8条线(N*M)。
多线接收器108传送接收线232-238至波束生成器126。子模块260逐线地解码接收线232-238。然后通过解码滤波器126滤波通过由元件104的不同子设备传送的并由元件104的一个子设备接收的回波信号。
波束生成器110传送接收线232-238至子模块260。将接收线232-238发送至卷积处理器262和264，其中对它们进行并行处理。卷积处理器262使用第一线性调频信号250的形状以卷积接收线232-238，并且输出代表第一发送波束242的信号266。卷积处理器264使用第二线性调频信号252的形状以卷积接收线232-238，并且输出代表第二发送波束244的信号268。可替代地，利用对应于适用的发送编码的形状的系数组可以卷积接收线232-238。因此，相对于由卷积处理器264使用的系数倒置由卷积处理器262使用的系数。然后进一步处理信号266和268，并将其实时显示于显示器67上。
图10描述了利用几个不同的频率获得的图像270。换能器106包括元件104的阵列，如先前讨论的，已经将其分成第一和第二重叠子设备272和274。第一子设备272以第一频率发送发送线284。在附近区域中的第一聚焦点280处聚焦第一发送波束276。第二子设备274以第二频率发送发送线286。在远处区域中的第二聚焦点282处聚焦第二发送波束278。在该例子中，以高频率发送第一频率，并以低频率发送第二频率。应该理解，对应于多个子设备272和274可以确定多个发送波束276和278，以允许在不同的深度处聚焦的多个不同频率的发送。如先前讨论的，利用用户输入120可以实时改变聚焦深度。
应该理解，可以使用利用了具有编码或不具有编码的重叠孔径的多线发送模式来获得具有增大帧频的多个其它成像模式，其它成像模式包括3D、4D、时间分辨率、彩色处理、多普勒等等。
在依据各种具体实施例已经描述本发明的同时，本领域的技术人员认识到可以利用在权利要求的精神和范围内的修改来实践本发明。
部件清单



权利要求
1.一种利用多波束发送获得超声数据的方法，包括利用元件的第一子设备(156)发送第一发送波束(152)；以及利用所述元件的第二子设备(158)发送第二发送波束(152)，所述元件的第一和第二子设备(156，158)包括至少一个公共元件(104)，同时发送所述第一和第二波束(152，154)。
2.权利要求1的方法，进一步包括将所述元件(104)分成所述第一和第二子设备(156，158)，所述第一和第二子设备(156，158)包括元件的至少部分不同的子设备，所述元件的第一和第二子设备(156，158)中的每个均包括毗邻的所述元件(104)。
3.权利要求1的方法，所述第一和第二发送波束(152，154)进一步包括多条发送线(160，162)，所述方法进一步包括接收用于所述多条发送线(160)、(162)中每个的至少两条接收线(164-170)。
4.权利要求1的方法，进一步包括将所述元件(104)分成所述第一和第二子设备(156，158)，所述第一和第二子设备(156，158)包括不同的所述元件(104)，所述第一和第二子设备(156，158)进一步包括不同数量的所述元件(104)。
5.权利要求1的方法，进一步包括从所述至少一个公共元件(104)发送分别对应于所述第一和第二发送波束(152，154)的第一和第二发送线(160，162)。
6.一种超声系统，包括换能器(106)，包括元件(104)的阵列；波束生成器(110)，用于将所述元件(104)的阵列分成元件的至少第一和第二子设备(156，158)，所述元件的第一和第二子设备(156，158)至少部分重叠；发送器(102)，用于驱动所述元件的第一和第二子设备(156，158)，以分别同时发送不同的第一和第二发送波束；以及接收器(108)，用于接收代表所述第一和第二发送波束的接收线。
7.权利要求6的系统，其中所述元件的第一和第二子设备(156，158)中每个均包括毗邻元件。
8.权利要求6的系统，其中所述元件的第一和第二子设备(156，158)中每个均包括不同数量的所述元件。
9.权利要求6的系统，其中所述发送器从所述第一和第二发送波束(152，154)所共有的至少一个公共元件分别发送第一和第二发送波束。
10.权利要求6的系统，其中所述发送器分别从所述元件的第一和第二子设备(156，158)发送不同的第一和第二编码发送波形。
全文摘要
提供一种利用多波束发送获得超声数据的方法。该方法包括利用元件的第一子设备(156)发送第一发送波束(152)和利用元件的第二子设备(158)发送第二发送波束(154)。元件的第一和第二子设备(156，158)包括至少一个公共元件(104)。同时发送第一和第二波束(152，154)。将元件(104)分成可以包括元件(104)的至少部分不同的子设备的第一和第二子设备(104)。也提供一种超声系统，其包括包含元件(104)的阵列的换能器(106)和用于将元件(104)的阵列分成元件的至少第一和第二子设备(156，158)的波束生成器(110)。元件的第一和第二子设备(156，158)至少部分重叠。发送器(102)驱动元件的第一和第二子设备(156，158)以分别同时发送不同的第一和第二发送波束(152，154)。接收器(108)接收代表第一和第二发送波束(152，154)的接收线。发送器(102)可以从元件的第一和第二子设备(156，158)发送不同的第一和第二编码发送波形(222，224)。
文档编号G01S7/523GK1636518SQ200410095029
公开日2005年7月13日 申请日期2004年11月22日 优先权日2003年11月21日
发明者F·施泰因巴赫, M·施米德 申请人:通用电气公司